JP3470754B2 - リニアモータの制御方法およびその制御装置 - Google Patents
リニアモータの制御方法およびその制御装置Info
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- JP3470754B2 JP3470754B2 JP2000357818A JP2000357818A JP3470754B2 JP 3470754 B2 JP3470754 B2 JP 3470754B2 JP 2000357818 A JP2000357818 A JP 2000357818A JP 2000357818 A JP2000357818 A JP 2000357818A JP 3470754 B2 JP3470754 B2 JP 3470754B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、リニアモータ
の、特に可動体と被可動体との相対位置または相対速度
を位置または速度検出器によって検出し、可動体の位置
または速度を制御するリニアモータの制御方法およびそ
の装置に関するものである。
の、特に可動体と被可動体との相対位置または相対速度
を位置または速度検出器によって検出し、可動体の位置
または速度を制御するリニアモータの制御方法およびそ
の装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、可動体と被可動体との相対位
置または相対速度を、位置の検出器によって検出し、可
動体の位置、速度を制御するリニアモータは、例えば図
１１に示す制御方式で行われている。図１１において、
位置目標値１１１と検出器で検出した位置信号１１２を
比較し、その偏差をとり、この偏差により推力指令１１
３が演算される。図示しないドライブ部では、推力指令
１１３に相当する電流をリニアモータ１１４に印可す
る。多くの場合、比例・積分・微分制御という制御方式
が用いられる。特開平5-174511号公報では、速度制御に
おいて、比例制御を基本とし、偏差の大きさにより積分
制御を付加するなどして、目標値に対する、とりわけ機
械の固有振動数より低い周波数域での追従性を向上させ
ている。又、特開平9-121589号公報では、リニアモータ
の機械的固有振動数に一致する周波数の帯域減衰フィル
タを制御器に設け、機械の振動を抑制し、目標値に対す
る追従性を向上させている。又、本出願人が出願した特
願平11-320619号では、リニアモータの振動をモデル化
したオブザーバを制御器内に設け、機械の振動を抑制
し、目標値に対する追従性を向上させている。
置または相対速度を、位置の検出器によって検出し、可
動体の位置、速度を制御するリニアモータは、例えば図
１１に示す制御方式で行われている。図１１において、
位置目標値１１１と検出器で検出した位置信号１１２を
比較し、その偏差をとり、この偏差により推力指令１１
３が演算される。図示しないドライブ部では、推力指令
１１３に相当する電流をリニアモータ１１４に印可す
る。多くの場合、比例・積分・微分制御という制御方式
が用いられる。特開平5-174511号公報では、速度制御に
おいて、比例制御を基本とし、偏差の大きさにより積分
制御を付加するなどして、目標値に対する、とりわけ機
械の固有振動数より低い周波数域での追従性を向上させ
ている。又、特開平9-121589号公報では、リニアモータ
の機械的固有振動数に一致する周波数の帯域減衰フィル
タを制御器に設け、機械の振動を抑制し、目標値に対す
る追従性を向上させている。又、本出願人が出願した特
願平11-320619号では、リニアモータの振動をモデル化
したオブザーバを制御器内に設け、機械の振動を抑制
し、目標値に対する追従性を向上させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
リニアモータには、可動体を支持する軸受などの剛性の
影響などによる、機械的固有振動が存在する。多くの場
合、推力のかかる位置と被可動体の重心点は一致しない
ため、可動体を移動させるときに、重心まわりにモーメ
ント力が発生する。そのため，可動体にはピッチング・
ヨーイング・ローリングの回転振動が生じる。この振動
は検出器によって検出され、制御手段にフィードバック
されるため、制御性能を十分にあげられない。上記特開
平5-174511号公報では、機械的固有振動数によって制御
器のゲインを制限されるため、高速な動作では応答性が
劣化するという問題があった。又、上記特願平11-32061
9号では、オブザーバの構成が複雑になりすぎて、演算
回数が多くなり、オブザーバの演算時間が長くなるため
に、フィードバック制御の演算周期を短くすることがで
きず、制御応答性が悪くなるという問題があった。そこ
で、本発明の第１の目的は、リニアモータの振動メカニ
ズムを忠実に再現して、振動成分を除去するモデル補償
器によるものであって、モデルパメータを簡易な方法で
同定できるようにすることにあり、更に、本発明の第２
の目的は、演算回数の少ないモデル補償器を構成すると
共に、短い演算周期でフィードバック制御ができるよう
にすることにある。
リニアモータには、可動体を支持する軸受などの剛性の
影響などによる、機械的固有振動が存在する。多くの場
合、推力のかかる位置と被可動体の重心点は一致しない
ため、可動体を移動させるときに、重心まわりにモーメ
ント力が発生する。そのため，可動体にはピッチング・
ヨーイング・ローリングの回転振動が生じる。この振動
は検出器によって検出され、制御手段にフィードバック
されるため、制御性能を十分にあげられない。上記特開
平5-174511号公報では、機械的固有振動数によって制御
器のゲインを制限されるため、高速な動作では応答性が
劣化するという問題があった。又、上記特願平11-32061
9号では、オブザーバの構成が複雑になりすぎて、演算
回数が多くなり、オブザーバの演算時間が長くなるため
に、フィードバック制御の演算周期を短くすることがで
きず、制御応答性が悪くなるという問題があった。そこ
で、本発明の第１の目的は、リニアモータの振動メカニ
ズムを忠実に再現して、振動成分を除去するモデル補償
器によるものであって、モデルパメータを簡易な方法で
同定できるようにすることにあり、更に、本発明の第２
の目的は、演算回数の少ないモデル補償器を構成すると
共に、短い演算周期でフィードバック制御ができるよう
にすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載のリニアモータの制御方法の発明
は、可動体と被可動体との相対位置または相対速度を、
位置または速度の検出器によって検出し、前記可動体の
位置または速度を制御するリニアモータの制御方法にお
いて、可動体に加えられる推力を入力値とし、可動体の
重心位置を出力値とする重心位置伝達関数と重心まわり
の可動体の回転によって検出器で検出される変位を出力
とする回転量伝達関数により、可動体重心位置、可動体
の回転によって検出器で検出される変位、および前記可
動体重心位置と前記可動体の回転による変位の和を演算
した相対位置を出力とするリニアモータ振動モデルを構
成し、リニアモータ振動モデルの出力である前記相対位
置の振動を抑制する振動補償器を配したリニアモータ振
動補償モデルで定義した補償器を構成するものである。
請求項１に記載のリニアモータの制御方法によれば、リ
ニアモータの振動メカニズムを忠実に再現したモデル補
償器を構成できる。
め、請求項１に記載のリニアモータの制御方法の発明
は、可動体と被可動体との相対位置または相対速度を、
位置または速度の検出器によって検出し、前記可動体の
位置または速度を制御するリニアモータの制御方法にお
いて、可動体に加えられる推力を入力値とし、可動体の
重心位置を出力値とする重心位置伝達関数と重心まわり
の可動体の回転によって検出器で検出される変位を出力
とする回転量伝達関数により、可動体重心位置、可動体
の回転によって検出器で検出される変位、および前記可
動体重心位置と前記可動体の回転による変位の和を演算
した相対位置を出力とするリニアモータ振動モデルを構
成し、リニアモータ振動モデルの出力である前記相対位
置の振動を抑制する振動補償器を配したリニアモータ振
動補償モデルで定義した補償器を構成するものである。
請求項１に記載のリニアモータの制御方法によれば、リ
ニアモータの振動メカニズムを忠実に再現したモデル補
償器を構成できる。
【０００５】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載のリニアモータの制御方法において、前記重心位
置伝達関数を、 xg ＝ F/(M・ｓ2 ) ・・・［式１］ (ただし、Fは推力、Mは前記可動体の質量、xgは前記可
動体重心位置、sはLaplace演算子である)によって表現
することを特徴とするものである。また、請求項３に記
載の発明は、請求項１又は２に記載のリニアモータの制
御方法において、振動補償器伝達関数を、 Fs ＝ xs・M・ｓ2 ・・・［式２］ (ただし、xsは可動体の回転によって検出器に検出され
る変位、Mは前記可動体の質量、Fsは推力補償値、sはLa
place演算子である)によって表現することを特徴とす
る。また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれか１項に記載のリニアモータの制御方法において、
前記回転量伝達関数を、 xs ＝ (F・rf・rs)/(I・ｓ2 +k) ・・・［式３］ (ただし、Fは推力、rfは前記可動体の重心点から推力作
用点までのベクトル、rsは前記重心点から前記検出器ま
でのベクトル、Iは前記重心点における回転方向の慣性
モーメント、kは前記重心点における回転ばね定数、xs
は可動体の回転によって検出器に検出される変位、sはL
aplace演算子である)によって表現することを特徴とす
る。請求項２〜４に記載のリニアモータの制御方法によ
れば、リニアモータの振動メカニズムを忠実に再現でき
て、且つ、演算回数の少ないモデル補償器を構成するこ
とができる。また、請求項５に記載の発明は、請求項１
〜３のいずれか１項に記載のリニアモータの制御方法に
おいて、前記回転量伝達関数を、 xs ＝ F・(β-α)/(M・(α・ｓ2 +1)) ・・・［式４］ α = (2πf1）- 2 ・・・［式５］ β = (2πf2）- 2 ・・・［式６］ (ただし、Fは推力、Mは前記可動体の質量、f1は可動体
振動の共振周波数、f2は可動体振動の反共振周波数、xs
は可動体の回転によって検出器に検出される変位、sはL
aplace演算子である)によって表現することを特徴とす
る。請求項５に記載のリニアモータの制御方法によれ
ば、リニアモータの振動メカニズムを忠実に再現できる
モデル補償器を用いたときに、そのモデルパラメータを
簡易な方法にて同定することができる。また、請求項６
に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の
リニアモータの制御方法において、前記リニアモータ振
動補償モデルを用いた、位置または速度の目標値を入力
としてモデル状態量を出力するリニアモータモデル補償
器と、前記モデル状態量と前記検出器によって検出され
た検出信号とを入力として実推力指令を出力する実制御
器とによって構成され、前記リニアモータモデル補償器
は、前記目標値と前記モデル状態量とを入力としてモデ
ル推力指令を出力とするモデル制御器と、モデル推力指
令を入力とする前記リニアモータ振動補償モデルとを配
し、前記モデル状態量は、前記リニアモータ振動モデル
から出力された前記推力補償値・前記可動体重心位置・
可動体の回転によって検出器に検出される変位・前記相
対位置を少なくとも１種以上含むことを特徴とする。請
求項６に記載のリニアモータの制御方法によれば、モデ
ル補償器を用いたときに、その演算回数が多くなって
も、短い演算周期でフィードバック制御を行うことがで
きる。また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
のリニアモータの制御方法において、実推力指令を入力
としてモデル状態量を出力する前記リニアモータ振動モ
デルと、位置または速度の目標値と前記モデル状態量と
前記検出器によって検出された検出信号とを入力として
前記実推力指令を出力する実制御器とによって構成さ
れ、前記モデル状態量は、前記リニアモータ振動補償モ
デルから出力された前記推力補償値・前記可動体重心位
置・可動体の回転によって検出器に検出される変位・前
記相対位置を少なくとも１種以上含むことを特徴とす
る。請求項７に記載のリニアモータの制御方法によれ
ば、フィードバック制御の演算周期内で演算を終了させ
ることができる、リニアモータの振動メカニズムを忠実
に再現したモデル補償器を構成できる。
に記載のリニアモータの制御方法において、前記重心位
置伝達関数を、 xg ＝ F/(M・ｓ2 ) ・・・［式１］ (ただし、Fは推力、Mは前記可動体の質量、xgは前記可
動体重心位置、sはLaplace演算子である)によって表現
することを特徴とするものである。また、請求項３に記
載の発明は、請求項１又は２に記載のリニアモータの制
御方法において、振動補償器伝達関数を、 Fs ＝ xs・M・ｓ2 ・・・［式２］ (ただし、xsは可動体の回転によって検出器に検出され
る変位、Mは前記可動体の質量、Fsは推力補償値、sはLa
place演算子である)によって表現することを特徴とす
る。また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれか１項に記載のリニアモータの制御方法において、
前記回転量伝達関数を、 xs ＝ (F・rf・rs)/(I・ｓ2 +k) ・・・［式３］ (ただし、Fは推力、rfは前記可動体の重心点から推力作
用点までのベクトル、rsは前記重心点から前記検出器ま
でのベクトル、Iは前記重心点における回転方向の慣性
モーメント、kは前記重心点における回転ばね定数、xs
は可動体の回転によって検出器に検出される変位、sはL
aplace演算子である)によって表現することを特徴とす
る。請求項２〜４に記載のリニアモータの制御方法によ
れば、リニアモータの振動メカニズムを忠実に再現でき
て、且つ、演算回数の少ないモデル補償器を構成するこ
とができる。また、請求項５に記載の発明は、請求項１
〜３のいずれか１項に記載のリニアモータの制御方法に
おいて、前記回転量伝達関数を、 xs ＝ F・(β-α)/(M・(α・ｓ2 +1)) ・・・［式４］ α = (2πf1）- 2 ・・・［式５］ β = (2πf2）- 2 ・・・［式６］ (ただし、Fは推力、Mは前記可動体の質量、f1は可動体
振動の共振周波数、f2は可動体振動の反共振周波数、xs
は可動体の回転によって検出器に検出される変位、sはL
aplace演算子である)によって表現することを特徴とす
る。請求項５に記載のリニアモータの制御方法によれ
ば、リニアモータの振動メカニズムを忠実に再現できる
モデル補償器を用いたときに、そのモデルパラメータを
簡易な方法にて同定することができる。また、請求項６
に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の
リニアモータの制御方法において、前記リニアモータ振
動補償モデルを用いた、位置または速度の目標値を入力
としてモデル状態量を出力するリニアモータモデル補償
器と、前記モデル状態量と前記検出器によって検出され
た検出信号とを入力として実推力指令を出力する実制御
器とによって構成され、前記リニアモータモデル補償器
は、前記目標値と前記モデル状態量とを入力としてモデ
ル推力指令を出力とするモデル制御器と、モデル推力指
令を入力とする前記リニアモータ振動補償モデルとを配
し、前記モデル状態量は、前記リニアモータ振動モデル
から出力された前記推力補償値・前記可動体重心位置・
可動体の回転によって検出器に検出される変位・前記相
対位置を少なくとも１種以上含むことを特徴とする。請
求項６に記載のリニアモータの制御方法によれば、モデ
ル補償器を用いたときに、その演算回数が多くなって
も、短い演算周期でフィードバック制御を行うことがで
きる。また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
のリニアモータの制御方法において、実推力指令を入力
としてモデル状態量を出力する前記リニアモータ振動モ
デルと、位置または速度の目標値と前記モデル状態量と
前記検出器によって検出された検出信号とを入力として
前記実推力指令を出力する実制御器とによって構成さ
れ、前記モデル状態量は、前記リニアモータ振動補償モ
デルから出力された前記推力補償値・前記可動体重心位
置・可動体の回転によって検出器に検出される変位・前
記相対位置を少なくとも１種以上含むことを特徴とす
る。請求項７に記載のリニアモータの制御方法によれ
ば、フィードバック制御の演算周期内で演算を終了させ
ることができる、リニアモータの振動メカニズムを忠実
に再現したモデル補償器を構成できる。
【０００６】また、請求項８に記載のリニアモータの制
御装置の発明は、実制御器とリニアモータモデル補償器
とを備えたリニアモータの制御装置において、該リニア
モータモデル補償器が請求項１〜７のいずれか１項に記
載のリニアモータ振動補償モデルを有することを特徴と
する。請求項８に記載のリニアモータの制御装置によれ
ば、リニアモータの振動メカニズムを忠実に再現したモ
デル補償器を用いてそのモデルパラメータを簡易な方法
にて同定することが可能となる。更に、リニアモータの
振動メカニズムを忠実に再現できて、且つ、演算回数の
少ないモデル補償器を構成することができる。更に、モ
デル補償器を用いたときに、その演算回数が多くなって
も、短い演算周期でフィードバック制御が可能になる。
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のリニ
アモータの制御装置において、前記実制御器がリニアモ
ータに実推力指令を与えて、そのときにおける可動体と
被可動体との相対位置および相対速度を前記検出器によ
って検出し、前記実推力指令と前記検出した検出信号と
を周波数分析し、前記分析結果から、可動体の共振周波
数と反共振周波数とを演算して振動特性を解析すること
を特徴とする。請求項９に記載のリニアモータの制御装
置によれば、リニアモータの振動メカニズムを忠実に再
現できるモデル補償器を用いてそのモデルパラメータを
簡易な方法にて同定することができる。
御装置の発明は、実制御器とリニアモータモデル補償器
とを備えたリニアモータの制御装置において、該リニア
モータモデル補償器が請求項１〜７のいずれか１項に記
載のリニアモータ振動補償モデルを有することを特徴と
する。請求項８に記載のリニアモータの制御装置によれ
ば、リニアモータの振動メカニズムを忠実に再現したモ
デル補償器を用いてそのモデルパラメータを簡易な方法
にて同定することが可能となる。更に、リニアモータの
振動メカニズムを忠実に再現できて、且つ、演算回数の
少ないモデル補償器を構成することができる。更に、モ
デル補償器を用いたときに、その演算回数が多くなって
も、短い演算周期でフィードバック制御が可能になる。
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のリニ
アモータの制御装置において、前記実制御器がリニアモ
ータに実推力指令を与えて、そのときにおける可動体と
被可動体との相対位置および相対速度を前記検出器によ
って検出し、前記実推力指令と前記検出した検出信号と
を周波数分析し、前記分析結果から、可動体の共振周波
数と反共振周波数とを演算して振動特性を解析すること
を特徴とする。請求項９に記載のリニアモータの制御装
置によれば、リニアモータの振動メカニズムを忠実に再
現できるモデル補償器を用いてそのモデルパラメータを
簡易な方法にて同定することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明の第１の実施の形態について、図に基づいて説明す
る。図１〜図５は本発明の第１の実施の形態に係る図で
ある。図１は本発明の第１の実施の形態に係わるリニア
モータ振動補償モデルのブロック図である。図２は図１
に示すリニアモータの振動メカニズムを表す説明図であ
る。図３は図１に示す重心位置伝達関数のブロック図で
ある。図４は図１に示す振動補償器伝達関数のブロック
図である。図５は図１に示す回転量伝達関数のブロック
図である。図１において、１０はリニアモータ振動補償
モデル、１１はリニアモータ振動モデル、１２は推力指
令、１３は重心位置伝達関数、１４は回転量伝達関数、
１５は振動補償器伝達関数、１６は可動体重心位置、１
７は相対位置、１８は可動体の回転によって検出器に検
出される変位、１９は振動補償値である。推力が入力さ
れたリニアモータ振動モデル１１は、可動体重心位置１
６と可動体の回転によって検出器に検出される変位１８
を出力する。相対位置１７は可動体重心位置１６と可動
体の回転によって検出器に検出される変位１８の和で表
される。これによって、リニアモータの代表的な振動で
ある可動体重心点を中心とした回転振動を、リニアモー
タ振動モデル１１によって近似的に表わすことが可能に
なる。振動補償器伝達関数１５は、可動体の回転によっ
て検出器に検出される変位１８を入力とし、推力補償値
１９を出力する。推力指令１２と推力補償値１９の差を
リニアモータ振動モデル１１への推力として与えること
で相対位置１７に表れる振動を補償することができる。
以下、各々の詳細について説明する。
明の第１の実施の形態について、図に基づいて説明す
る。図１〜図５は本発明の第１の実施の形態に係る図で
ある。図１は本発明の第１の実施の形態に係わるリニア
モータ振動補償モデルのブロック図である。図２は図１
に示すリニアモータの振動メカニズムを表す説明図であ
る。図３は図１に示す重心位置伝達関数のブロック図で
ある。図４は図１に示す振動補償器伝達関数のブロック
図である。図５は図１に示す回転量伝達関数のブロック
図である。図１において、１０はリニアモータ振動補償
モデル、１１はリニアモータ振動モデル、１２は推力指
令、１３は重心位置伝達関数、１４は回転量伝達関数、
１５は振動補償器伝達関数、１６は可動体重心位置、１
７は相対位置、１８は可動体の回転によって検出器に検
出される変位、１９は振動補償値である。推力が入力さ
れたリニアモータ振動モデル１１は、可動体重心位置１
６と可動体の回転によって検出器に検出される変位１８
を出力する。相対位置１７は可動体重心位置１６と可動
体の回転によって検出器に検出される変位１８の和で表
される。これによって、リニアモータの代表的な振動で
ある可動体重心点を中心とした回転振動を、リニアモー
タ振動モデル１１によって近似的に表わすことが可能に
なる。振動補償器伝達関数１５は、可動体の回転によっ
て検出器に検出される変位１８を入力とし、推力補償値
１９を出力する。推力指令１２と推力補償値１９の差を
リニアモータ振動モデル１１への推力として与えること
で相対位置１７に表れる振動を補償することができる。
以下、各々の詳細について説明する。
【０００８】図２において、２１はリニアモータの可動
体、２２はリニアモータの被可動体で、２３は被可動体
上に配設され可動体２１を案内するガイド、２４はリニ
アスケール、２５はリニアスケール２４の情報をもとに
可動体２１と被可動体２２との相対位置、相対速度を検
出する位置、速度の検出器、２６は可動体２１の推力作
用点、２７は可動体２１の重心点である。ｘは検出器２
５の検出値、Ｘｓは検出器２５の変位、Ｘｇは重心点２
７における可動体２１の動作量、ｒｓは重心点２７から
検出器２５迄のベクトル、ｒｆは推力作用点２６迄のベ
クトルである。図３において、重心位置伝達関数１３ａ
は、図１に示す重心位置伝達関数１３の詳細図であっ
て、Ｆ：推力、Ｍ：可動体の質量、ｘｇ：可動体重心位
置、ｓ：ラプラス演算子である。図５において、回転量
伝達関数１４ａは、図１に示す回転量伝達関数１４の詳
細図であって、Ｆ：推力、ｒｆ：重心点から推力作用点
までのベクトル、ｒｓ：重心点から検出器までのベクト
ル、Ｉ：重心点における回転方向の慣性モーメント、
ｋ：重心点における回転バネ定数、ｘｓ：可動体の回転
によって検出器に検出される変位、ｓ：ラプラス演算子
である。図４において、振動補償器伝達関数１５ａは、
図１に示す振動補償器伝達関数１５の詳細図であって、
ｘｓ：可動体の回転によって検出器に検出される変位、
Ｍ：可動体の質量、Ｆｓ：推力補償値、ｓ：ラプラス演
算子である。
体、２２はリニアモータの被可動体で、２３は被可動体
上に配設され可動体２１を案内するガイド、２４はリニ
アスケール、２５はリニアスケール２４の情報をもとに
可動体２１と被可動体２２との相対位置、相対速度を検
出する位置、速度の検出器、２６は可動体２１の推力作
用点、２７は可動体２１の重心点である。ｘは検出器２
５の検出値、Ｘｓは検出器２５の変位、Ｘｇは重心点２
７における可動体２１の動作量、ｒｓは重心点２７から
検出器２５迄のベクトル、ｒｆは推力作用点２６迄のベ
クトルである。図３において、重心位置伝達関数１３ａ
は、図１に示す重心位置伝達関数１３の詳細図であっ
て、Ｆ：推力、Ｍ：可動体の質量、ｘｇ：可動体重心位
置、ｓ：ラプラス演算子である。図５において、回転量
伝達関数１４ａは、図１に示す回転量伝達関数１４の詳
細図であって、Ｆ：推力、ｒｆ：重心点から推力作用点
までのベクトル、ｒｓ：重心点から検出器までのベクト
ル、Ｉ：重心点における回転方向の慣性モーメント、
ｋ：重心点における回転バネ定数、ｘｓ：可動体の回転
によって検出器に検出される変位、ｓ：ラプラス演算子
である。図４において、振動補償器伝達関数１５ａは、
図１に示す振動補償器伝達関数１５の詳細図であって、
ｘｓ：可動体の回転によって検出器に検出される変位、
Ｍ：可動体の質量、Ｆｓ：推力補償値、ｓ：ラプラス演
算子である。
【０００９】つぎに動作について説明する。先ず、図２
を参照して、可動体２１の質量をM、重心点２７まわり
の慣性モーメントをIとして、ガイド軸受の剛性を重心
点２７まわりに換算したばね定数をkとした時のリニア
モータの振動メカニズムについて説明する。可動体２１
に推力Ｆが作用すると、重心点２７を中心とした回転振
動が現れる。この可動体２１の運動方程式は、 Ｆ＝Ｍ・ｓ2・ｘｇ ・・・［式７］ ｒｆ・Ｆ＝（Ｉ・ｓ2 ＋ｋ）・θｇ ・・・［式８］ （ただし、ｘｇ：重心点２７における可動体２１の動作
量、θｇ：可動体２１の重心周りの回転量、ｒｓ：重心
点２７から検出器２５までのベクトル）で表現される。
そして、この可動体２１の回転によって生じる変位ｘｓ
は、 ｘｓ ＝ ｒｓ・ｓｉｎθｇ ・・・［式９］ （ただし、ｒｆ：重心点２７から推力作用点２６迄のベ
クトル） θｇが微少量であることを考慮して、ｓｉｎθｇ≒θｇ
とすると、 ｘｓ ≒ ｒｓ・θｇ ・・・［式１０］ と表現できるため、検出器２５には重心点２７における
可動体２１の動作量ｘｇと、可動体２１の回転によって
生じる変位ｘｓとの和が検出される。この検出値をｘと
すると、 ｘ ＝ ｘｇ ＋ ｘｓ ・・・［式１１］ となる。ここでｘｓがリニアモータの振動を表す項とな
っており、以上によりリニアモータの振動を表すことが
可能である。また、［式７］より［式１］が、［式８］
と［式１０］より［式３］が導出される。［式１］と
［式３］よりリニアモータ振動モデル１１の伝達関数
は、 ｘ＝Ｆ・（Ｉ・ｓ2＋ｋ＋Ｍ・ｓ2・ｒｆ・ｒｓ）／｛Ｍ・ｓ2・（Ｉ・ｓ2＋ｋ ）｝ ・・・［式１２］ と表される。［式１２］の分母多項式の根に虚数が含ま
れているため、推力Ｆが入力されたときの検出値ｘの応
答は、振動的になる。この振動を抑制するために、振動
補償器を用いる。［式２］に表される振動補償器を用い
ることで、リニアモータ振動補償モデル１０の伝達関数
は、 ｘ＝Ｆ／（Ｍ・ｓ2） ・・・［式１３］ と表され、剛体と等価なものとして扱うことが可能とな
る。
を参照して、可動体２１の質量をM、重心点２７まわり
の慣性モーメントをIとして、ガイド軸受の剛性を重心
点２７まわりに換算したばね定数をkとした時のリニア
モータの振動メカニズムについて説明する。可動体２１
に推力Ｆが作用すると、重心点２７を中心とした回転振
動が現れる。この可動体２１の運動方程式は、 Ｆ＝Ｍ・ｓ2・ｘｇ ・・・［式７］ ｒｆ・Ｆ＝（Ｉ・ｓ2 ＋ｋ）・θｇ ・・・［式８］ （ただし、ｘｇ：重心点２７における可動体２１の動作
量、θｇ：可動体２１の重心周りの回転量、ｒｓ：重心
点２７から検出器２５までのベクトル）で表現される。
そして、この可動体２１の回転によって生じる変位ｘｓ
は、 ｘｓ ＝ ｒｓ・ｓｉｎθｇ ・・・［式９］ （ただし、ｒｆ：重心点２７から推力作用点２６迄のベ
クトル） θｇが微少量であることを考慮して、ｓｉｎθｇ≒θｇ
とすると、 ｘｓ ≒ ｒｓ・θｇ ・・・［式１０］ と表現できるため、検出器２５には重心点２７における
可動体２１の動作量ｘｇと、可動体２１の回転によって
生じる変位ｘｓとの和が検出される。この検出値をｘと
すると、 ｘ ＝ ｘｇ ＋ ｘｓ ・・・［式１１］ となる。ここでｘｓがリニアモータの振動を表す項とな
っており、以上によりリニアモータの振動を表すことが
可能である。また、［式７］より［式１］が、［式８］
と［式１０］より［式３］が導出される。［式１］と
［式３］よりリニアモータ振動モデル１１の伝達関数
は、 ｘ＝Ｆ・（Ｉ・ｓ2＋ｋ＋Ｍ・ｓ2・ｒｆ・ｒｓ）／｛Ｍ・ｓ2・（Ｉ・ｓ2＋ｋ ）｝ ・・・［式１２］ と表される。［式１２］の分母多項式の根に虚数が含ま
れているため、推力Ｆが入力されたときの検出値ｘの応
答は、振動的になる。この振動を抑制するために、振動
補償器を用いる。［式２］に表される振動補償器を用い
ることで、リニアモータ振動補償モデル１０の伝達関数
は、 ｘ＝Ｆ／（Ｍ・ｓ2） ・・・［式１３］ と表され、剛体と等価なものとして扱うことが可能とな
る。
【００１０】つまり、［式７］〜［式１３］で表した式
で、図１に示すリニアモータ振動モデル１１、リニアモ
ータ振動補償モデル１０を表わすことができる。なお、
本実施の形態では、リニアモータの振動メカニズムおよ
び振動補償について、［式７］〜［式１３］を用いた
が、この式に限られることはなく、例えばガイド２３の
摩擦特性や、回転振動の減衰特性などを考慮して、重心
位置伝達関数１３や、回転量伝達関数１４を表現するこ
とや、［式１２］で分母多項式の根の虚部が表れないよ
うな特性をもつ振動補償器伝達関数１５を置くようにし
てもよい。
で、図１に示すリニアモータ振動モデル１１、リニアモ
ータ振動補償モデル１０を表わすことができる。なお、
本実施の形態では、リニアモータの振動メカニズムおよ
び振動補償について、［式７］〜［式１３］を用いた
が、この式に限られることはなく、例えばガイド２３の
摩擦特性や、回転振動の減衰特性などを考慮して、重心
位置伝達関数１３や、回転量伝達関数１４を表現するこ
とや、［式１２］で分母多項式の根の虚部が表れないよ
うな特性をもつ振動補償器伝達関数１５を置くようにし
てもよい。
【００１１】また、本実施の形態のリニアモータ振動モ
デル１０は、３つの伝達関数（重心位置伝達関数１３、
回転量伝達関数１４および振動補償器伝達関数１５）を
有し、４種の状態量（可動体重心位置１６、相対位置１
７、可動体の回転によって検出器に検出される変位１８
および推力補償値１９）を出力することを構成要件とし
たが、この構成に限られることはなく、例えばこれらの
伝達関数を分割・結合して前に述べたものと等価なモデ
ルを有し、任意の状態量を出力するようにしてもよい。
このような、本実施の形態によれば、推力指令を入力と
し、リニアモータの振動をモデル化した運動方程式をリ
ニアモータ振動モデルとし、リニアモータ振動モデルで
定義した補償器を構成することで、リニアモータの振動
メカニズムを忠実に再現したモデル補償器によるリニア
モータの制御手段が得られる。
デル１０は、３つの伝達関数（重心位置伝達関数１３、
回転量伝達関数１４および振動補償器伝達関数１５）を
有し、４種の状態量（可動体重心位置１６、相対位置１
７、可動体の回転によって検出器に検出される変位１８
および推力補償値１９）を出力することを構成要件とし
たが、この構成に限られることはなく、例えばこれらの
伝達関数を分割・結合して前に述べたものと等価なモデ
ルを有し、任意の状態量を出力するようにしてもよい。
このような、本実施の形態によれば、推力指令を入力と
し、リニアモータの振動をモデル化した運動方程式をリ
ニアモータ振動モデルとし、リニアモータ振動モデルで
定義した補償器を構成することで、リニアモータの振動
メカニズムを忠実に再現したモデル補償器によるリニア
モータの制御手段が得られる。
【００１２】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態について説明する。図６は本発明の第２の
実施の形態に係る回転量伝達関数のブロック図である。
図６において、Ｆは推力、Ｍは可動体の質量、ｆ１は共
振周波数、ｆ２は反共振周波数、Ｘｓは推定可動体回転
量、ｓはラプラス演算子である。図６に示す第２の実施
の形態は、第１の実施の形態で述べた［式７］〜［式１
３］に基づくリニアモータの振動メカニズムについて、
図５に示すような回転量伝達関数１４を別の方法にて表
現したものである。つぎに動作について説明する。［式
１３］で表現した機械的振動特性について、可動子振動
の共振周波数をｆ１、反共振周波数をｆ２とした時、共
振点では［式１３］の右辺の分子が０となり、反共振点
では［式１３］の右辺の分母が０となるため、 Ｉ・（２π・ｆ１）2−ｋ ＝ ０ ・・・［式１４］ Ｉ・（２π・ｆ２）2−ｋ＋Ｍ・（２π・ｆ２）2・ｒｆ・ｒｓ＝０ ・・・［式１５］ となる。［式５］および［式６］より、［式１４］、
［式１５］はそれぞれ α ＝ Ｉ／ｋ ・・・［式１６］ β ＝ （Ｉ＋Ｍ・ｒｆ・ｒｓ）／ｋ ・・・［式１７］ で表現できる。したがって、［式３］に、［式１６］、
［式１７］を代入すると、［式４］を得る。次に、これ
ら判明した振動メカニズムを、第１の実施の形態で説明
したリニアモータ振動モデル１１に適用する方法につい
て説明する。図６を参照すると、回転量伝達関数１４ｂ
は［式４］を表わすものであるから、第１の実施の形態
で説明した回転量伝達関数１４ａの代わりに回転量伝達
関数１４ｂを用いることによって、［式７］〜［式１
３］で表した運動方程式をリニアモータ振動モデル１１
に適用できる。つまり、［式７］〜［式１３］で表した
運動方程式を、リニアモータ振動モデル１１によって近
似的に表わすことができ、推力指令１２から必要な状態
量（可動体重心位置１６、相対位置１７、可動体の回転
によって検出器に検出される変位１８および振動補償値
１９）を出力することができる。この第２の実施の形態
によれば、第１の実施形態で説明した回転量伝達関数１
４ａの代わりに回転量伝達関数１４ｂを使用することに
より、リニアモータの振動メカニズムを忠実に再現でき
るモデル補償器を用いたときに、そのモデルパラメータ
を簡易な方法にて同定できるリニアモータの制御手段を
構成できる。
の実施の形態について説明する。図６は本発明の第２の
実施の形態に係る回転量伝達関数のブロック図である。
図６において、Ｆは推力、Ｍは可動体の質量、ｆ１は共
振周波数、ｆ２は反共振周波数、Ｘｓは推定可動体回転
量、ｓはラプラス演算子である。図６に示す第２の実施
の形態は、第１の実施の形態で述べた［式７］〜［式１
３］に基づくリニアモータの振動メカニズムについて、
図５に示すような回転量伝達関数１４を別の方法にて表
現したものである。つぎに動作について説明する。［式
１３］で表現した機械的振動特性について、可動子振動
の共振周波数をｆ１、反共振周波数をｆ２とした時、共
振点では［式１３］の右辺の分子が０となり、反共振点
では［式１３］の右辺の分母が０となるため、 Ｉ・（２π・ｆ１）2−ｋ ＝ ０ ・・・［式１４］ Ｉ・（２π・ｆ２）2−ｋ＋Ｍ・（２π・ｆ２）2・ｒｆ・ｒｓ＝０ ・・・［式１５］ となる。［式５］および［式６］より、［式１４］、
［式１５］はそれぞれ α ＝ Ｉ／ｋ ・・・［式１６］ β ＝ （Ｉ＋Ｍ・ｒｆ・ｒｓ）／ｋ ・・・［式１７］ で表現できる。したがって、［式３］に、［式１６］、
［式１７］を代入すると、［式４］を得る。次に、これ
ら判明した振動メカニズムを、第１の実施の形態で説明
したリニアモータ振動モデル１１に適用する方法につい
て説明する。図６を参照すると、回転量伝達関数１４ｂ
は［式４］を表わすものであるから、第１の実施の形態
で説明した回転量伝達関数１４ａの代わりに回転量伝達
関数１４ｂを用いることによって、［式７］〜［式１
３］で表した運動方程式をリニアモータ振動モデル１１
に適用できる。つまり、［式７］〜［式１３］で表した
運動方程式を、リニアモータ振動モデル１１によって近
似的に表わすことができ、推力指令１２から必要な状態
量（可動体重心位置１６、相対位置１７、可動体の回転
によって検出器に検出される変位１８および振動補償値
１９）を出力することができる。この第２の実施の形態
によれば、第１の実施形態で説明した回転量伝達関数１
４ａの代わりに回転量伝達関数１４ｂを使用することに
より、リニアモータの振動メカニズムを忠実に再現でき
るモデル補償器を用いたときに、そのモデルパラメータ
を簡易な方法にて同定できるリニアモータの制御手段を
構成できる。
【００１３】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態について、図に基づいて説明する。図７は
本発明の第３の実施の形態に係わるリニアモータの制御
方法のブロック図である。図８は図７に示すモデル制御
器、実制御器のブロック図である。図７において、７１
は制御対象のリニアモータ、７２はリニアモータモデル
補償器、７３は位置、速度の目標値である。
の実施の形態について、図に基づいて説明する。図７は
本発明の第３の実施の形態に係わるリニアモータの制御
方法のブロック図である。図８は図７に示すモデル制御
器、実制御器のブロック図である。図７において、７１
は制御対象のリニアモータ、７２はリニアモータモデル
補償器、７３は位置、速度の目標値である。
【００１４】７４はリニアモータ振動補償モデル１０か
ら出力されたモデル状態量、７５は実制御器、７６はリ
ニアモータ７１から検出した位置、速度の検出信号、７
７は実制御器７５から出力された実推力指令、７８はモ
デル制御器、７９はモデル制御器７８から出力されたモ
デル推力指令である。つぎに動作について説明する。リ
ニアモータモデル補償器７２は、目標値７３を入力して
モデル状態量７４を演算する。実制御器７５では、この
モデル状態量を指令として検出信号７６をフィードバッ
クした制御を行い、実推力指令７７をリニアモータ７１
に払い出す。又、リニアモータモデル補償器７２は、モ
デル制御器７８とリニアモータ振動補償モデル１０を配
する。モデル制御器７８は、目標値７３を指令として、
モデル状態量７４をフィードバックした制御を行い、モ
デル推力指令７９を指令として、リニアモータ振動補償
モデル１０に払い出す。
ら出力されたモデル状態量、７５は実制御器、７６はリ
ニアモータ７１から検出した位置、速度の検出信号、７
７は実制御器７５から出力された実推力指令、７８はモ
デル制御器、７９はモデル制御器７８から出力されたモ
デル推力指令である。つぎに動作について説明する。リ
ニアモータモデル補償器７２は、目標値７３を入力して
モデル状態量７４を演算する。実制御器７５では、この
モデル状態量を指令として検出信号７６をフィードバッ
クした制御を行い、実推力指令７７をリニアモータ７１
に払い出す。又、リニアモータモデル補償器７２は、モ
デル制御器７８とリニアモータ振動補償モデル１０を配
する。モデル制御器７８は、目標値７３を指令として、
モデル状態量７４をフィードバックした制御を行い、モ
デル推力指令７９を指令として、リニアモータ振動補償
モデル１０に払い出す。
【００１５】図８を参照すると、モデル制御器７８は、
位置目標値７３ａとモデル状態量である推定相対位置７
４ａとの差にモデル位置ループゲイン７８ａをかけて、
その値とモデル状態量７４ａに微分器７８ｂをかけた値
との差にモデル速度ループゲイン７８ｃと可動子質量７
８ｄをかけて、モデル推力指定７９を出力してモデルの
リニアモータ振動補償モデル１０を制御するものであ
る。また、実制御器７５は、モデル状態量７４ａとリニ
アモータ７１から検出した位置信号７６ａとの差に実位
置ループゲイン７５ａをかけて、その値にモデル状態量
７４ａに微分器７５ｂと速度フィードフォワードゲイン
７５ｃとをかけた値を加え、さらに位置信号７６ａに微
分器７５ｄをかけた値を減じた値に実速度ループゲイン
７５ｆをかけて、実速度偏差７５ｅを算出する。更に、
実速度偏差７５ｅを積分器７５ｈに通し、この値と実速
度偏差７５ｅとモデル推力指令７９と推力補償値の差７
４ｂに推力補償ゲイン７５ｇをかけた値との和を取っ
て、その値をフィルタ７５ｉに通して、実推力指令７７
を出力しリニアモータを制御するものである。これによ
って、リニアモータモデル補償器７２内で事前に、リニ
アモータ振動モデル１１によるリニアモータの振動を模
擬し、振動補償値が算出できるため、リニアモータの振
動を抑制させ且つ速やかに目標位置へリニアモータを位
置決めする制御入力を決定でき、そのリニアモータ振動
モデルを良好に制御する補償値を実制御器７５に対して
入力してリニアモータを制御し、リニアモータの振動を
抑制することができる。それによって位置決め性能が大
幅に改善される。また、モデル補償器の構成が複雑にな
りすぎて、演算回数が多くなったとしても、実動作に先
立ち、リニアモータ振動モデルでモデル状態量をあらか
じめ演算させ、その演算結果を記憶しておけばよいの
で、制御器の演算回数がさほど多くならず、フィードバ
ック制御の演算周期内で演算を終了させることができ
る。このように、本実施の形態によれば、リニアモータ
モデル補償器７２内で事前に、リニアモータ振動モデル
１１によるリニアモータの振動を模擬しその各状態量を
推定することにより、モデル補償器を用いたときに、そ
の演算回数が多くなっても、短い演算周期でフィードバ
ック制御できるリニアモータの制御方法、制御装置を提
供することができる。なお、本実施の形態では、リニア
モータモデル補償器７２と実制御器７５のみによって、
リニアモータ７１を制御する制御方式としているが、こ
の構成に限られることはなく、例えばこの制御方式の中
に別の補償器を附加した構成としてもよい。
位置目標値７３ａとモデル状態量である推定相対位置７
４ａとの差にモデル位置ループゲイン７８ａをかけて、
その値とモデル状態量７４ａに微分器７８ｂをかけた値
との差にモデル速度ループゲイン７８ｃと可動子質量７
８ｄをかけて、モデル推力指定７９を出力してモデルの
リニアモータ振動補償モデル１０を制御するものであ
る。また、実制御器７５は、モデル状態量７４ａとリニ
アモータ７１から検出した位置信号７６ａとの差に実位
置ループゲイン７５ａをかけて、その値にモデル状態量
７４ａに微分器７５ｂと速度フィードフォワードゲイン
７５ｃとをかけた値を加え、さらに位置信号７６ａに微
分器７５ｄをかけた値を減じた値に実速度ループゲイン
７５ｆをかけて、実速度偏差７５ｅを算出する。更に、
実速度偏差７５ｅを積分器７５ｈに通し、この値と実速
度偏差７５ｅとモデル推力指令７９と推力補償値の差７
４ｂに推力補償ゲイン７５ｇをかけた値との和を取っ
て、その値をフィルタ７５ｉに通して、実推力指令７７
を出力しリニアモータを制御するものである。これによ
って、リニアモータモデル補償器７２内で事前に、リニ
アモータ振動モデル１１によるリニアモータの振動を模
擬し、振動補償値が算出できるため、リニアモータの振
動を抑制させ且つ速やかに目標位置へリニアモータを位
置決めする制御入力を決定でき、そのリニアモータ振動
モデルを良好に制御する補償値を実制御器７５に対して
入力してリニアモータを制御し、リニアモータの振動を
抑制することができる。それによって位置決め性能が大
幅に改善される。また、モデル補償器の構成が複雑にな
りすぎて、演算回数が多くなったとしても、実動作に先
立ち、リニアモータ振動モデルでモデル状態量をあらか
じめ演算させ、その演算結果を記憶しておけばよいの
で、制御器の演算回数がさほど多くならず、フィードバ
ック制御の演算周期内で演算を終了させることができ
る。このように、本実施の形態によれば、リニアモータ
モデル補償器７２内で事前に、リニアモータ振動モデル
１１によるリニアモータの振動を模擬しその各状態量を
推定することにより、モデル補償器を用いたときに、そ
の演算回数が多くなっても、短い演算周期でフィードバ
ック制御できるリニアモータの制御方法、制御装置を提
供することができる。なお、本実施の形態では、リニア
モータモデル補償器７２と実制御器７５のみによって、
リニアモータ７１を制御する制御方式としているが、こ
の構成に限られることはなく、例えばこの制御方式の中
に別の補償器を附加した構成としてもよい。
【００１６】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
の実施の形態について、図に基づいて説明する。図９は
本発明の第４の実施の形態に係わるリニアモータの制御
方法のブロック図である。図１０は図９に示す実制御器
のブロック図である。図９において、９１は制御対象の
リニアモータで、９２は位置、速度の目標値である。９
３はリニアモータ振動補償モデル１０から出力されたモ
デル状態量、９４はリニアモータ９１から出力された位
置、速度の検出信号、９５は９１を制御する実推力指
令、９６は実制御器である。実制御器９６は、目標値９
２とモデル状態量９３とを指令として、検出信号９４を
フィードバックした制御を行い、実推力指令９５を指令
として、リニアモータ９１に払い出す。次に、実制御器
９６の構成例を図１０のブロック図に基づいて説明す
る。なお、図１０で示した実制御器９６の構成は一例で
あって、図８に示した実制御器と同様な構成である。図
１０において、実制御器９６は、位置目標値９２ａとモ
デル状態量である可動体の回転によって検出器に検出さ
れる変位９３ａとの差をとり、さらにリニアモータ９１
から検出した位置信号９４ａを減じて、実位置ループゲ
イン９６ａをかけて、実速度指令９６ｂを算出する。こ
の値にモデル状態量である可動体の回転によって検出器
に検出される変位９３ａに微分器９６ｃと速度フィード
フォワードゲイン９６ｄとをかけた値を加え、さらに位
置信号９６ａに微分器９６ｅをかけた値を減じて、この
値に実速度ループゲイン９６ｆをかけて実速度偏差９６
ｇを算出する。更に、実速度偏差９６ｇを積分器９６ｈ
に通し、この値と実速度偏差９６ｇとモデル状態量であ
る推力補償値９３ｂに推力補償ゲイン９６ｉをかけた値
との和を取って、その値をフィルタ９６ｊに通して、実
推力指令９５を出力してリニアモータを制御するもので
あり。リニアモータに与えられる推力指令を、リニアモ
ータ振動モデル１１に入力することにより、可動体重心
の変位と可動体の回転による変位を分離して推定でき
る。更にモデル状態量９３を実制御器９６に入力するこ
とでリニアモータの振動を抑制することができる。ま
た、簡易なモデル補償器を用いることにより、制御器の
演算回数がさほど多くならず、フィードバック制御の演
算周期内で演算を終了させることができる。このよう
な、本実施の形態によれば、リニアモータに与えられる
推力指令をリニアモータ振動モデル１１に入力すること
により、可動体重心の変位と可動体の回転による変位を
分離して推定することで、リニアモータの振動メカニズ
ムを忠実に再現したモデル補償器によるリニアモータの
制御手段を提供することができる。なお、本実施の形態
では、リニアモータ振動補償モデル１０と実制御器９６
のみによって、リニアモータ９１を制御する制御方法と
しているが、この構成に限られることはなく、例えば、
この制御方式の中に別の補償器を附加した構成としても
よい。
の実施の形態について、図に基づいて説明する。図９は
本発明の第４の実施の形態に係わるリニアモータの制御
方法のブロック図である。図１０は図９に示す実制御器
のブロック図である。図９において、９１は制御対象の
リニアモータで、９２は位置、速度の目標値である。９
３はリニアモータ振動補償モデル１０から出力されたモ
デル状態量、９４はリニアモータ９１から出力された位
置、速度の検出信号、９５は９１を制御する実推力指
令、９６は実制御器である。実制御器９６は、目標値９
２とモデル状態量９３とを指令として、検出信号９４を
フィードバックした制御を行い、実推力指令９５を指令
として、リニアモータ９１に払い出す。次に、実制御器
９６の構成例を図１０のブロック図に基づいて説明す
る。なお、図１０で示した実制御器９６の構成は一例で
あって、図８に示した実制御器と同様な構成である。図
１０において、実制御器９６は、位置目標値９２ａとモ
デル状態量である可動体の回転によって検出器に検出さ
れる変位９３ａとの差をとり、さらにリニアモータ９１
から検出した位置信号９４ａを減じて、実位置ループゲ
イン９６ａをかけて、実速度指令９６ｂを算出する。こ
の値にモデル状態量である可動体の回転によって検出器
に検出される変位９３ａに微分器９６ｃと速度フィード
フォワードゲイン９６ｄとをかけた値を加え、さらに位
置信号９６ａに微分器９６ｅをかけた値を減じて、この
値に実速度ループゲイン９６ｆをかけて実速度偏差９６
ｇを算出する。更に、実速度偏差９６ｇを積分器９６ｈ
に通し、この値と実速度偏差９６ｇとモデル状態量であ
る推力補償値９３ｂに推力補償ゲイン９６ｉをかけた値
との和を取って、その値をフィルタ９６ｊに通して、実
推力指令９５を出力してリニアモータを制御するもので
あり。リニアモータに与えられる推力指令を、リニアモ
ータ振動モデル１１に入力することにより、可動体重心
の変位と可動体の回転による変位を分離して推定でき
る。更にモデル状態量９３を実制御器９６に入力するこ
とでリニアモータの振動を抑制することができる。ま
た、簡易なモデル補償器を用いることにより、制御器の
演算回数がさほど多くならず、フィードバック制御の演
算周期内で演算を終了させることができる。このよう
な、本実施の形態によれば、リニアモータに与えられる
推力指令をリニアモータ振動モデル１１に入力すること
により、可動体重心の変位と可動体の回転による変位を
分離して推定することで、リニアモータの振動メカニズ
ムを忠実に再現したモデル補償器によるリニアモータの
制御手段を提供することができる。なお、本実施の形態
では、リニアモータ振動補償モデル１０と実制御器９６
のみによって、リニアモータ９１を制御する制御方法と
しているが、この構成に限られることはなく、例えば、
この制御方式の中に別の補償器を附加した構成としても
よい。
【００１７】（第５の実施の形態）次に、本発明第５の
実施の形態について説明する。この実施の形態は、第１
〜第４の実施の形態で述べた制御手段をプログラムとし
て記述し、その実行手段をリニアモータの制御装置に記
憶させて、制御器内にリニアモータ振動モデルを持た
せ、リニアモータが機械的固有振動数の影響を受けずに
高速かつ高精度に動作できる、ハードの制御装置に関す
るものである。第５の実施の形態によれば、第１乃至第
４の実施の形態で述べた制御手段をプログラムとして記
述し、その実行手段をリニアモータの制御装置に記憶さ
せることによって、制御器内にリニアモータ振動モデル
を配設し、リニアモータの振動メカニズムを忠実に再現
したモデル補償器によるリニアモータの制御装置を提供
することができる。又、リニアモータの振動メカニズム
を忠実に再現できて、且つ、演算回数の少ないモデル補
償器を構成したリニアモータの制御装置を提供すること
ができる。又、リニアモータの振動メカニズムを忠実に
再現できるモデル補償器を用いたときに、そのモデルパ
ラメータを簡易な方法にて同定できるリニアモータの制
御装置を提供することができる。又、モデル補償器を用
いた時に、その演算回数が多くなっても、短い演算周期
でフィードバック制御できるリニアモータの制御装置を
提供することができる。
実施の形態について説明する。この実施の形態は、第１
〜第４の実施の形態で述べた制御手段をプログラムとし
て記述し、その実行手段をリニアモータの制御装置に記
憶させて、制御器内にリニアモータ振動モデルを持た
せ、リニアモータが機械的固有振動数の影響を受けずに
高速かつ高精度に動作できる、ハードの制御装置に関す
るものである。第５の実施の形態によれば、第１乃至第
４の実施の形態で述べた制御手段をプログラムとして記
述し、その実行手段をリニアモータの制御装置に記憶さ
せることによって、制御器内にリニアモータ振動モデル
を配設し、リニアモータの振動メカニズムを忠実に再現
したモデル補償器によるリニアモータの制御装置を提供
することができる。又、リニアモータの振動メカニズム
を忠実に再現できて、且つ、演算回数の少ないモデル補
償器を構成したリニアモータの制御装置を提供すること
ができる。又、リニアモータの振動メカニズムを忠実に
再現できるモデル補償器を用いたときに、そのモデルパ
ラメータを簡易な方法にて同定できるリニアモータの制
御装置を提供することができる。又、モデル補償器を用
いた時に、その演算回数が多くなっても、短い演算周期
でフィードバック制御できるリニアモータの制御装置を
提供することができる。
【００１８】（第６の実施の形態）次に、本発明の第６
の実施の形態について説明する。第６の実施の形態は、
前実施形態で説明したリニアモータの制御装置にＦＦＴ
アナライザの機能を持たせておき、リニアモータに推力
指令を与えて、そのときにおける可動体と被可動体との
相対位置、相対速度を位置、速度の検出器によって検出
して、推力指令の時系列データと検出した相対位置、相
対速度の時系列データとを周波数分析すれば、特願２０
００−１１９３７９号に記載した方法と同様、リニアモ
ータの周波数特性が判明する。判明した周波数特性に
は、振幅の形状が上向きのピークや下向きのピークで示
されるため、複素スペクトル内挿法や平滑化微分法な
ど、例えば「科学計測のための波形データ処理」南茂夫
著ＣＱ出版（１９８６年）に掲載の公知のピーク検出方
法を用いて、可動体の機械的共振周波数と反共振周波数
が判明する。通常、質量Ｍは既知であることが多いた
め、判明した共振・反共振周波数により、回転量伝達関
数を［式４］乃至［式６］によって容易に表現できる。
又、仮に、Ｍが未知であっても、前記判明した周波数特
性から剛体特性を呈している箇所を抽出し、その特性値
からＭを同定することは、容易に実施できる第６実施の
形態によれば、リニアモータの周波数特性を行うＦＦＴ
アナライザの機能を配設することにより、リニアモータ
の振動メカニズムを忠実に再現できるモデル補償器を用
いたときに、そのモデルパラメータを簡易な方法にて同
定できるリニアモータの制御装置を提供することができ
る。以上の説明中、請求項と実施の形態の対応は、第１
の実施の形態が請求項１〜４までを含み、第２の実施の
形態が請求項５による簡略、回転量伝達関数に関するも
のであり、以上がリニアモータ振動モデル、モデルパラ
メータの簡易な同定に関する部分である。第１、第２の
実施の形態が本発明の第１の目的の達成手段に相当す
る。また、第３の実施の形態は請求項６に対応し、第４
の実施の形態が請求項７に相当するもので、双方ともリ
ニアモータ振動モデルを使用したリニアモータ・モデル
補償器による補償制御、演算回数、演算周期の短縮に関
する部分である。この第３、第４の実施の形態が本発明
の第２の目的の達成手段に相当する。第５、第６の実施
の形態は、請求項８、９に相当し、制御装置の部分であ
る。
の実施の形態について説明する。第６の実施の形態は、
前実施形態で説明したリニアモータの制御装置にＦＦＴ
アナライザの機能を持たせておき、リニアモータに推力
指令を与えて、そのときにおける可動体と被可動体との
相対位置、相対速度を位置、速度の検出器によって検出
して、推力指令の時系列データと検出した相対位置、相
対速度の時系列データとを周波数分析すれば、特願２０
００−１１９３７９号に記載した方法と同様、リニアモ
ータの周波数特性が判明する。判明した周波数特性に
は、振幅の形状が上向きのピークや下向きのピークで示
されるため、複素スペクトル内挿法や平滑化微分法な
ど、例えば「科学計測のための波形データ処理」南茂夫
著ＣＱ出版（１９８６年）に掲載の公知のピーク検出方
法を用いて、可動体の機械的共振周波数と反共振周波数
が判明する。通常、質量Ｍは既知であることが多いた
め、判明した共振・反共振周波数により、回転量伝達関
数を［式４］乃至［式６］によって容易に表現できる。
又、仮に、Ｍが未知であっても、前記判明した周波数特
性から剛体特性を呈している箇所を抽出し、その特性値
からＭを同定することは、容易に実施できる第６実施の
形態によれば、リニアモータの周波数特性を行うＦＦＴ
アナライザの機能を配設することにより、リニアモータ
の振動メカニズムを忠実に再現できるモデル補償器を用
いたときに、そのモデルパラメータを簡易な方法にて同
定できるリニアモータの制御装置を提供することができ
る。以上の説明中、請求項と実施の形態の対応は、第１
の実施の形態が請求項１〜４までを含み、第２の実施の
形態が請求項５による簡略、回転量伝達関数に関するも
のであり、以上がリニアモータ振動モデル、モデルパラ
メータの簡易な同定に関する部分である。第１、第２の
実施の形態が本発明の第１の目的の達成手段に相当す
る。また、第３の実施の形態は請求項６に対応し、第４
の実施の形態が請求項７に相当するもので、双方ともリ
ニアモータ振動モデルを使用したリニアモータ・モデル
補償器による補償制御、演算回数、演算周期の短縮に関
する部分である。この第３、第４の実施の形態が本発明
の第２の目的の達成手段に相当する。第５、第６の実施
の形態は、請求項８、９に相当し、制御装置の部分であ
る。
【００１９】
【発明の効果】以上述べたように、請求項１〜５に記載
の発明によれば、可動体と被可動体との相対位置、相対
速度を、位置、速度の検出器によって検出し、可動体の
位置、速度を制御するリニアモータの制御方式におい
て、可動体に加えられる推力を入力値とし、可動体の重
心位置を出力とする重心位置伝達関数と重心まわりの可
動体の回転によって検出器で検出される変位を出力とす
る回転量伝達関数により、可動体重心位置、可動体の回
転によって検出器で検出される変位、および前記可動体
重心位置と前記可動体の回転による変位の和を演算した
相対位置を出力とするリニアモータ振動モデルを構成
し、リニアモータ振動モデリの出力である前記相対位置
の振動を抑制する振動補償器を配したリニアモータ振動
補償モデルで定義した補償器によりリニアモータの振動
メカニズムを再現し、振動を抑制するリニアモータの制
御方法が構成できる。更に、リニアモータの振動メカニ
ズムを忠実に再現するモデル補償器を用いた時に、その
モデルパラメータを簡易な方法で同定できるという効果
もある。また、請求項６および請求項７に記載の発明に
よれば、リニアモータ振動モデルを用いた、位置、速度
の目標値を入力としてモデル状態量を出力するリニアモ
ータモデル補償器と、モデル状態量と検出器によって検
出された検出信号とを入力として実推力指令を出力する
実制御器とによって構成され、リニアモータモデル補償
器は、目標値とモデル状態量とを入力としてモデル推力
指令を出力とするモデル制御器と、モデル推力指令を入
力とするリニアモータ振動モデルとを配し（あるいは、
演算量を削減した、実制御器とリニアモータ振動モデル
との簡易構成により）、モデル状態量は、リニアモータ
振動モデルから出力された推力補償値・可動体重心位置
・可動体の回転によって検出器で検出される変位・相対
位置を少なくとも１種以上含むように構成したので、リ
ニアモータの振動メカニズムを忠実に再現できて、且
つ、演算回数の少ないモデル補償器を構成したリニアモ
ータの制御手段を構成できるという効果がある。更に、
そのモデル補償器を用いた時に演算回数が多くなって
も、短い演算周期でフィードバック制御を行うことが可
能になるという効果もある。また、請求項８に記載の発
明によれば、以上に挙げた請求項１〜７に記載のリニア
モータの制御方法を搭載したリニアモータの制御装置を
構成したので、以上の請求項１〜７のリニアモータの制
御方法をプログラムとして搭載した同等の効果を有する
リニアモータの制御装置を構成できる効果がある。ま
た、請求項９に記載の発明によれば、リニアモータに実
推力指令を与えて、そのときにおける可動体と被可動体
との相対位置および相対速度を検出器によって検出し、
実推力指令と検出した検出信号とを周波数分析し、分析
結果から、可動体の共振周波数と反共振周波数とを演算
する振動特性解析手段を備えたので、モデルパラメータ
を簡易な方法で同定できるリニアモータの制御装置を構
成できるという効果がある。
の発明によれば、可動体と被可動体との相対位置、相対
速度を、位置、速度の検出器によって検出し、可動体の
位置、速度を制御するリニアモータの制御方式におい
て、可動体に加えられる推力を入力値とし、可動体の重
心位置を出力とする重心位置伝達関数と重心まわりの可
動体の回転によって検出器で検出される変位を出力とす
る回転量伝達関数により、可動体重心位置、可動体の回
転によって検出器で検出される変位、および前記可動体
重心位置と前記可動体の回転による変位の和を演算した
相対位置を出力とするリニアモータ振動モデルを構成
し、リニアモータ振動モデリの出力である前記相対位置
の振動を抑制する振動補償器を配したリニアモータ振動
補償モデルで定義した補償器によりリニアモータの振動
メカニズムを再現し、振動を抑制するリニアモータの制
御方法が構成できる。更に、リニアモータの振動メカニ
ズムを忠実に再現するモデル補償器を用いた時に、その
モデルパラメータを簡易な方法で同定できるという効果
もある。また、請求項６および請求項７に記載の発明に
よれば、リニアモータ振動モデルを用いた、位置、速度
の目標値を入力としてモデル状態量を出力するリニアモ
ータモデル補償器と、モデル状態量と検出器によって検
出された検出信号とを入力として実推力指令を出力する
実制御器とによって構成され、リニアモータモデル補償
器は、目標値とモデル状態量とを入力としてモデル推力
指令を出力とするモデル制御器と、モデル推力指令を入
力とするリニアモータ振動モデルとを配し（あるいは、
演算量を削減した、実制御器とリニアモータ振動モデル
との簡易構成により）、モデル状態量は、リニアモータ
振動モデルから出力された推力補償値・可動体重心位置
・可動体の回転によって検出器で検出される変位・相対
位置を少なくとも１種以上含むように構成したので、リ
ニアモータの振動メカニズムを忠実に再現できて、且
つ、演算回数の少ないモデル補償器を構成したリニアモ
ータの制御手段を構成できるという効果がある。更に、
そのモデル補償器を用いた時に演算回数が多くなって
も、短い演算周期でフィードバック制御を行うことが可
能になるという効果もある。また、請求項８に記載の発
明によれば、以上に挙げた請求項１〜７に記載のリニア
モータの制御方法を搭載したリニアモータの制御装置を
構成したので、以上の請求項１〜７のリニアモータの制
御方法をプログラムとして搭載した同等の効果を有する
リニアモータの制御装置を構成できる効果がある。ま
た、請求項９に記載の発明によれば、リニアモータに実
推力指令を与えて、そのときにおける可動体と被可動体
との相対位置および相対速度を検出器によって検出し、
実推力指令と検出した検出信号とを周波数分析し、分析
結果から、可動体の共振周波数と反共振周波数とを演算
する振動特性解析手段を備えたので、モデルパラメータ
を簡易な方法で同定できるリニアモータの制御装置を構
成できるという効果がある。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るリニアモータ
振動補償モデルのブロック図である。
振動補償モデルのブロック図である。
【図２】図１に示すリニアモータの振動メカニズムを表
す説明図である。
す説明図である。
【図３】図１に示す重心位置伝達関数のブロック図であ
る。
る。
【図４】図１に示す振動補償器伝達関数のブロック図で
ある。
ある。
【図５】図１に示す回転量伝達関数のブロック図であ
る。
る。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る回転量伝達関
数のブロック図である。
数のブロック図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るリニアモータ
の制御方法のブロック図である。
の制御方法のブロック図である。
【図８】図７に示すモデル制御器、実制御器のブロック
図である。
図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係るリニアモータ
の制御方法のブロック図である。
の制御方法のブロック図である。
【図１０】図９に示す実制御器のブロック図である。
【図１１】従来のリニアモータの制御方法のブロック図
である。
である。
１０ リニアモータ振動補償モデル
１１ リニアモータ振動モデル
１２ 推力指令
１３ 重心位置伝達関数
１４ 回転量伝達関数
１５ 振動補償器伝達関数
１６ 可動体重心位置
１７ 推定相対位置
１８ 推定可動体回転量
１９ 推力補償値
２１ 可動体
２２ 被可動体
２３ ガイド
２４ リニアスケール
２５ 検出器
２６ 推力作用点
２７ 重心点
７１、９１ リニアモータ
７２ リニアモータモデル補償器
７３、９２ 目標値
７４、９３ モデル状態量
７５、９６ 実制御器
７６、９４ 検出信号
７７、９５ 実推力指令
７８ モデル制御器
７９ モデル推力指令
Ｆ 推力
Ｆｓ 推力補償値
ｆ１ 共振周波数
ｆ２ 反共振周波数
Ｉ 重心点における回転方向の慣性モーメント
ｋ 重心点における回転バネ定数
Ｍ 可動体の質量
ｒｆ 重心点からの推力作用点までのベクトル
ｒｓ 重心点から検出器までのベクトル
ｓ Ｌａｐｌａｃｅ演算子
ｘｇ 可動体重心部位置
ｘｓ 可動体の回転によって検出器に検出される変位
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 浜松 弘
福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１
号 株式会社安川電機内
(56)参考文献 特開2000−92881（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−174511（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−121589（ＪＰ，Ａ)
特開2001−136767（ＪＰ，Ａ)
特許2566033（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02P 5/00
G05B 13/04
G05D 3/12 305
Claims (9)
- 【請求項１】 可動体と被可動体との相対位置または相
対速度を、位置または速度の検出器によって検出し、前
記可動体の位置または速度を制御するリニアモータの制
御方法において、 可動体に加えられる推力を入力値とし、可動体の重心位
置を出力値とする重心位置伝達関数と重心まわりの可動
体の回転によって検出器で検出される変位を出力とする
回転量伝達関数により、可動体重心位置、可動体の回転
によって検出器で検出される変位、および前記可動体重
心位置と前記可動体の回転による変位の和を演算した相
対位置を出力とするリニアモータ振動モデルを構成し、
リニアモータ振動モデルの出力である前記相対位置の振
動を抑制する振動補償器を配したリニアモータ振動補償
モデルで定義した補償器を構成することを特徴とするリ
ニアモータの制御方法。 - 【請求項２】 前記重心位置伝達関数を、 xg ＝ F/(M・ｓ2 ) ・・・［式１］ (ただし、Fは推力、 Mは前記可動体の質量、xgは前記可動体重心位置、 sはLaplace演算子である)によって表現することを特徴
とする請求項１に記載のリニアモータの制御方法。 - 【請求項３】 振動補償器伝達関数を、 Fs ＝ xs・M・ｓ2 ・・・［式２］ (ただし、xsは可動体の回転によって検出器に検出され
る変位、 Mは前記可動体の質量、 Fsは推力補償値、 sはLaplace演算子である)によって表現することを特徴
とする請求項１又は２に記載のリニアモータの制御方
法。 - 【請求項４】 前記回転量伝達関数を、 xs ＝ (F・rf・rs)/(I・ｓ2 +k) ・・・［式３］ (ただし、Fは推力、 rfは前記可動体の重心点から推力作用点までのベクト
ル、 rsは前記重心点から前記検出器までのベクトル、 Iは前記重心点における回転方向の慣性モーメント、 kは前記重心点における回転ばね定数、 xsは可動体の回転によって検出器に検出される変位、 sはLaplace演算子である)によって表現することを特徴
とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリニアモー
タの制御方法。 - 【請求項５】 前記回転量伝達関数を、 xs ＝ F・(β-α)/(M・(α・ｓ2 +1)) ・・・［式４］ α = (2πf1）- 2 ・・・［式５］ β = (2πf2）- 2 ・・・［式６］ (ただし、Fは推力、 Mは前記可動体の質量、f1は可動体振動の共振周波数、 f2は可動体振動の反共振周波数、 xsは可動体の回転によって検出器に検出される変位、 sはLaplace演算子である)によって表現することを特徴
とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のリニアモー
タの制御方法。 - 【請求項６】 前記リニアモータ振動補償モデルを用い
た、位置または速度の目標値を入力としてモデル状態量
を出力するリニアモータモデル補償器と、前記モデル状
態量と前記検出器によって検出された検出信号とを入力
として実推力指令を出力する実制御器とによって構成さ
れ、 前記リニアモータモデル補償器は、前記目標値と前記モ
デル状態量とを入力としてモデル推力指令を出力とする
モデル制御器と、モデル推力指令を入力とする前記リニ
アモータ振動補償モデルとを配し、 前記モデル状態量は、前記リニアモータ振動モデルから
出力された前記推力補償値・前記可動体重心位置・可動
体の回転によって検出器に検出される変位・前記相対位
置を少なくとも１種以上含むことを特徴とする請求項１
〜５のいずれか１項に記載のリニアモータの制御方法。 - 【請求項７】 実推力指令を入力としてモデル状態量を
出力する前記リニアモータ振動モデルと、位置または速
度の目標値と前記モデル状態量と前記検出器によって検
出された検出信号とを入力として前記実推力指令を出力
する実制御器とによって構成され、 前記モデル状態量は、前記リニアモータ振動補償モデル
から出力された前記推力補償値・前記可動体重心位置・
可動体の回転によって検出器に検出される変位・前記相
対位置を少なくとも１種以上含むことを特徴とする請求
項６に記載のリニアモータの制御方法。 - 【請求項８】 実制御器とリニアモータモデル補償器と
を備えたリニアモータの制御装置において、該リニアモ
ータモデル補償器が請求項１〜７のいずれか１項に記載
のリニアモータ振動補償モデルを有することを特徴とす
るリニアモータの制御装置。 - 【請求項９】 前記実制御器がリニアモータに実推力指
令を与えて、そのときにおける可動体と被可動体との相
対位置および相対速度を前記検出器によって検出し、前
記実推力指令と前記検出した検出信号とを周波数分析
し、前記分析結果から、可動体の共振周波数と反共振周
波数とを演算して振動特性を解析することを特徴とする
請求項８に記載のリニアモータの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000357818A JP3470754B2 (ja) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | リニアモータの制御方法およびその制御装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000357818A JP3470754B2 (ja) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | リニアモータの制御方法およびその制御装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002165474A JP2002165474A (ja) | 2002-06-07 |
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|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| JP6180688B1 (ja) | 2016-12-08 | 2017-08-16 | 三菱電機株式会社 | 数値制御装置 |
-
2000
- 2000-11-24 JP JP2000357818A patent/JP3470754B2/ja not_active Expired - Fee Related
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