JP3796634B2 - 平面リニアパルスモータの制振制御方法および制振制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面リニアパルスモータ制振制御方法および装置に関し、特に、位置決め時の振動を減衰させるための平面リニアパルスモータの制振制御方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、平面リニアパルスモータシステムの従来例の構成を示す図である。図において、１は鉄板を一定のピッチ：τで格子状に溝を切ったプラテンであり、２相、または複数相励磁方式のリニアモータを２軸分、直交する形態で１台に配置した平面リニアパルスモータ２がその上部に配置されている。モータ２は磁石の吸引力とエアの吹き出し圧力からなる静圧形エアベアリング機構により浮上している。
【０００３】
図５（ａ）〜（ｄ）および図６のそれぞれは、２相励磁のリニアモータの駆動原理を説明するための図である。
図５（ａ）〜（ｄ）は、永久磁石５のＮ極およびＳ極にそれぞれ設けられたコイル３およびコイル４の各磁極６，７および磁極８，９のそれぞれが安定となる位置での状態を示す図である。図５（ａ）〜（ｄ）は、各コイルへの電流波形Ａ相、Ｂ相の電流位相θが、磁極６、９、７、８が安定となるφ１〜φ４における状態を示している。
【０００４】
図６に示すように、Ａ相、Ｂ相を電流位相θがφ１→φ２→φ３→φ４→φ１の順に変化するように励磁することにより、モータ２を駆動させていた。
上記のように構成される平面リニアパルスモータの駆動方法としてはオープンループ制御による方法と、特開平８−９６７４号公報に開示される、加速度センサによって検出した平面リニアパルスモータの移動状況に応じてフィードバック制御を行なう駆動方法がある。
【０００５】
上記公報に開示される駆動方法では、２πを１ピッチτとしたときの位置角θ（電流位相θ）がπ／４〜π／２の領域では最大トルクが発生するにも関わらず、リニアリティがないことから０〜π／４近傍の位相角で使用されており、また、位置角θを進める（或いは遅らせる）ことによりトルク制御を行ない励磁電流の実効値を常に一定に保っていたために、最大トルクよりも低いトルクで平面リニアパルスモータが駆動されていること、および、エネルギ効率が低いことなどを従来技術の問題点とするもので、加速度センサからのフィードバック信号と指令加速度との差に応じて通電位相を変化させる際に、π／４を越える通電位相を行なわせるとともに通電位相の大きさに応じて励磁電流を調整しており、これにより、トルクのリニアリティの低下を防ぎ、高い駆動トルクを得ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の技術のうち、オープンループ制御による駆動方法においては、モータが目標位置に到達してから振動が減衰するのが遅く、整定するまでに時間がかかるという問題点がある。
特開平８−９６７４号公報に開示される方法では、高い駆動トルクが得られることから整定時間は短くなると思われるが、励磁電流の制御を行なうことから制御系の構成が複雑となり、製造コストが高くなるという問題点がある。
【０００７】
本発明は上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、制御系を複雑にすることなく、平面リニアパルスモータの位置決め時の振動を素早く減衰させ、整定を早めることのできる制振制御方法および装置を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の平面リニアパルスモータの制振制御方法は、複数相励磁方式の平面リニアパルスモータの制振制御方法であって、
前記平面リニアパルスモータの速度成分を検出し、
前記平面リニアパルスモータへの指令信号に示される複数相の入力波形を電流位相について複数の区間に分け、各区間において各相への入力波形のうち最も線形性が高い入力波形に対して検出した速度成分を平面リニアモータの進行方向と逆の向きに作用するように前記指令信号に加算することを特徴とする。
【０００９】
本発明の平面リニアパルスモータの制振制御装置は、複数相励磁方式の平面リニアパルスモータの制振制御装置であって、
前記平面リニアパルスモータの駆動信号を生成する駆動回路と、
前記平面リニアパルスモータの移動にともなって発生する加速度を検出する加速度センサと、
前記加速度センサが検出した加速度に基づいて前記平面リニアパルスモータの移動速度を示す速度信号およびその反転信号を生成する積分器と、
前記平面リニアパルスモータへの指令信号に示される複数相の入力波形を電流位相について複数の区間に分け、各区間において各相への入力波形のうち最も線形性が高い入力波形に対して、前記積分器が生成した速度信号およびその反転信号のうち、平面リニアモータの進行方向と逆の向きに作用するものを前記指令信号に加算して前記モータ駆動回路へ出力する波形分配器とを有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。
本実施例は指令器１０、波形分配器１１、モータ駆動回路１２、モータ２、加速度センサ１４および積分器１３から構成され、指令器１０から出力される指令信号に基づいて帰還動作が行なわれる。
【００１１】
なお、本実施例の制御対象であるモータ２（平面リニアパルスモータ）は、図４乃至図６を用いて説明したものと全く同様であるため、その構成や特性についての説明は省略する。
指令器１０から出力されるＡ相およびＢ相の電流指令信号は波形分配器１１を介してモータ駆動回路１２に入力され、モータ２に駆動電流が流される。モータ２の移動軸には加速度センサ１４が取付けられており、モータ２の移動による加速度を示す加速度信号が加速度センサ１４にて発生し、積分器１３に入力される。積分器１３では加速度信号に示される加速度を積分することにより速度を示す速度信号を求め、波形分配器１１に出力する。波形分配器１１では速度信号に示される速度に応じたフィードバック制御を指令器１０が出力した電流指令信号に対して行なう。
【００１２】
図３は積分器１３より得られる信号波形を示し、速度信号Ｇ１８と、その反転信号
【００１３】
【外１】
【００１４】
が積分器１３の出力となる。
本発明は、指令信号に示される複数相の入力波形の電流位相θについて複数の区間に分け、各区間において各相への入力波形のうち最も線形性が高い入力波形に対して速度成分、具体的には積分器１３により得られる速度信号Ｇ１８もしくは
【００１５】
【外２】
【００１６】
を指令信号と加算するフィードバックを行なうことにより、モータ停止時の制振効果を得るものである。本実施例においては、図示するように入力波形の電流位相θを４つの区間１〜４に分けられており、波形分配器１１は、現在の電流位相θが区間１〜４のいずれにあるかを上記の信号波形１５、１６、１７により判別し、判別結果に応じて速度信号を指令信号に加算する。以下、波形分配器１１の加算方法について図２を参照して説明する。
【００１７】
図２においてＡ相１５とＢ相１６は指令器１０からの入力波形で、
【００１８】
【外３】
【００１９】
１７はＡ相１５を反転させたものである。
図２において、仮にモータの移動方向が電流位相θの正の方向であり、この正の方向に移動させるときの積分器１３の出力信号が、図３中のプラス信号であるＧ１８とする。
いま、モータが移動中、もしくは停止直後の状態でモータの電流位相が区間１であるとすると、区間１においてはＢ相１６の電流波形が電流位相角θに対して最も線形に近似しているとし、Ｂ相１６に信号
【００２０】
【外４】
【００２１】
を加算させて近似的に電流位相角θの進みを遅らせる。
同様の考え方により、区間２の時にはＡ相１５に信号Ｇ１８を、区間３の時にはＢ相１６に信号Ｇ１８を、区間４の時にはＡ相１５に
【００２２】
【外５】
【００２３】
をそれぞれ加算する。モータの移動方向が逆になっても信号Ｇ１８、および
【００２４】
【外６】
【００２５】
の符号も反転するので上記方法は成立する。
上記のように構成される本発明においては、平面リニアパルスモータへの指令信号に示される複数相の入力波形を電流位相について複数の区間に分け、各区間において各相への入力波形のうち最も線形性が高い入力波形に対してので、常に線形性が維持されたフィードバックが行なわれることとなる。
【００２６】
また、検出した速度成分を平面リニアモータの進行方向と逆の向きに作用するように前記指令信号と加算するので、見かけ上の粘性制動係数が高いものとなり、制振効果が高いものとなる。
なお、以上説明した実施例においては、平面リニアパルスモータを２相励磁方式とし、指令信号に示される複数相の入力波形の電流位相θについて４つの区間に分けるものとして説明したが、これらはいずれも限定されるものではなく、さらに多くの相励磁方式による平面リニアパルスモータについても同様の制御を行なっても本発明の効果は同様に得られる。また、指令信号に示される複数相の入力波形の電流位相θの特性に応じて区間をさらに多くに分けてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、平面リニアパルスモータへの指令信号に示される複数相の入力波形を電流位相について複数の区間に分け、各区間において各相への入力波形のうち最も線形性が高い入力波形に対して検出した速度成分を平面リニアモータの進行方向と逆の向きに作用するように前記指令信号と加算することにより近似的に電流位相角が遅れることとなり、これにより、見かけ上の粘性制動係数が高いものとなるため、制御系を複雑にすることなく、平面リニアパルスモータの位置決め時の振動を素早く減衰させ、整定を早めることが効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における平面リニアパルスモータのシステム構成を示す図である。
【図２】本発明における分配器の概念図である。
【図３】本発明における積分器からの出力信号の概念図である。
【図４】平面リニアパルスモータの構成図を示す図である。
【図５】平面リニアパルスモータの駆動原理を示す図である。
【図６】平面リニアパルスモータを駆動させる時の電流波形と位相角の関係を示す図である。
【符号の説明】
１０ 指令器
１１ 波形分配器
ｌ２ モータ駆動回路
１３ 積分器
１４ 加速度センサ
ｌ５ 指令電流Ａ相波形
ｌ６ 指令電流Ｂ相波形
１７ 指令電流Ａ相波形の反転波形
１８ 積分器からの出力信号波形
１９ 積分器からの出力信号波形の反転波形
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面リニアパルスモータ制振制御方法および装置に関し、特に、位置決め時の振動を減衰させるための平面リニアパルスモータの制振制御方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、平面リニアパルスモータシステムの従来例の構成を示す図である。図において、１は鉄板を一定のピッチ：τで格子状に溝を切ったプラテンであり、２相、または複数相励磁方式のリニアモータを２軸分、直交する形態で１台に配置した平面リニアパルスモータ２がその上部に配置されている。モータ２は磁石の吸引力とエアの吹き出し圧力からなる静圧形エアベアリング機構により浮上している。
【０００３】
図５（ａ）〜（ｄ）および図６のそれぞれは、２相励磁のリニアモータの駆動原理を説明するための図である。
図５（ａ）〜（ｄ）は、永久磁石５のＮ極およびＳ極にそれぞれ設けられたコイル３およびコイル４の各磁極６，７および磁極８，９のそれぞれが安定となる位置での状態を示す図である。図５（ａ）〜（ｄ）は、各コイルへの電流波形Ａ相、Ｂ相の電流位相θが、磁極６、９、７、８が安定となるφ１〜φ４における状態を示している。
【０００４】
図６に示すように、Ａ相、Ｂ相を電流位相θがφ１→φ２→φ３→φ４→φ１の順に変化するように励磁することにより、モータ２を駆動させていた。
上記のように構成される平面リニアパルスモータの駆動方法としてはオープンループ制御による方法と、特開平８−９６７４号公報に開示される、加速度センサによって検出した平面リニアパルスモータの移動状況に応じてフィードバック制御を行なう駆動方法がある。
【０００５】
上記公報に開示される駆動方法では、２πを１ピッチτとしたときの位置角θ（電流位相θ）がπ／４〜π／２の領域では最大トルクが発生するにも関わらず、リニアリティがないことから０〜π／４近傍の位相角で使用されており、また、位置角θを進める（或いは遅らせる）ことによりトルク制御を行ない励磁電流の実効値を常に一定に保っていたために、最大トルクよりも低いトルクで平面リニアパルスモータが駆動されていること、および、エネルギ効率が低いことなどを従来技術の問題点とするもので、加速度センサからのフィードバック信号と指令加速度との差に応じて通電位相を変化させる際に、π／４を越える通電位相を行なわせるとともに通電位相の大きさに応じて励磁電流を調整しており、これにより、トルクのリニアリティの低下を防ぎ、高い駆動トルクを得ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の技術のうち、オープンループ制御による駆動方法においては、モータが目標位置に到達してから振動が減衰するのが遅く、整定するまでに時間がかかるという問題点がある。
特開平８−９６７４号公報に開示される方法では、高い駆動トルクが得られることから整定時間は短くなると思われるが、励磁電流の制御を行なうことから制御系の構成が複雑となり、製造コストが高くなるという問題点がある。
【０００７】
本発明は上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、制御系を複雑にすることなく、平面リニアパルスモータの位置決め時の振動を素早く減衰させ、整定を早めることのできる制振制御方法および装置を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の平面リニアパルスモータの制振制御方法は、複数相励磁方式の平面リニアパルスモータの制振制御方法であって、
前記平面リニアパルスモータの速度成分を検出し、
前記平面リニアパルスモータへの指令信号に示される複数相の入力波形を電流位相について複数の区間に分け、各区間において各相への入力波形のうち最も線形性が高い入力波形に対して検出した速度成分を平面リニアモータの進行方向と逆の向きに作用するように前記指令信号に加算することを特徴とする。
【０００９】
本発明の平面リニアパルスモータの制振制御装置は、複数相励磁方式の平面リニアパルスモータの制振制御装置であって、
前記平面リニアパルスモータの駆動信号を生成する駆動回路と、
前記平面リニアパルスモータの移動にともなって発生する加速度を検出する加速度センサと、
前記加速度センサが検出した加速度に基づいて前記平面リニアパルスモータの移動速度を示す速度信号およびその反転信号を生成する積分器と、
前記平面リニアパルスモータへの指令信号に示される複数相の入力波形を電流位相について複数の区間に分け、各区間において各相への入力波形のうち最も線形性が高い入力波形に対して、前記積分器が生成した速度信号およびその反転信号のうち、平面リニアモータの進行方向と逆の向きに作用するものを前記指令信号に加算して前記モータ駆動回路へ出力する波形分配器とを有することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。
本実施例は指令器１０、波形分配器１１、モータ駆動回路１２、モータ２、加速度センサ１４および積分器１３から構成され、指令器１０から出力される指令信号に基づいて帰還動作が行なわれる。
【００１１】
なお、本実施例の制御対象であるモータ２（平面リニアパルスモータ）は、図４乃至図６を用いて説明したものと全く同様であるため、その構成や特性についての説明は省略する。
指令器１０から出力されるＡ相およびＢ相の電流指令信号は波形分配器１１を介してモータ駆動回路１２に入力され、モータ２に駆動電流が流される。モータ２の移動軸には加速度センサ１４が取付けられており、モータ２の移動による加速度を示す加速度信号が加速度センサ１４にて発生し、積分器１３に入力される。積分器１３では加速度信号に示される加速度を積分することにより速度を示す速度信号を求め、波形分配器１１に出力する。波形分配器１１では速度信号に示される速度に応じたフィードバック制御を指令器１０が出力した電流指令信号に対して行なう。
【００１２】
図３は積分器１３より得られる信号波形を示し、速度信号Ｇ１８と、その反転信号
【００１３】
【外１】
が積分器１３の出力となる。
本発明は、指令信号に示される複数相の入力波形の電流位相θについて複数の区間に分け、各区間において各相への入力波形のうち最も線形性が高い入力波形に対して速度成分、具体的には積分器１３により得られる速度信号Ｇ１８もしくは
【００１５】
【外２】
を指令信号と加算するフィードバックを行なうことにより、モータ停止時の制振効果を得るものである。本実施例においては、図示するように入力波形の電流位相θを４つの区間１〜４に分けられており、波形分配器１１は、現在の電流位相θが区間１〜４のいずれにあるかを上記の信号波形１５、１６、１７により判別し、判別結果に応じて速度信号を指令信号に加算する。以下、波形分配器１１の加算方法について図２を参照して説明する。
【００１７】
図２においてＡ相１５とＢ相１６は指令器１０からの入力波形で、
【００１８】
【外３】
１７はＡ相１５を反転させたものである。
図２において、仮にモータの移動方向が電流位相θの正の方向であり、この正の方向に移動させるときの積分器１３の出力信号が、図３中のプラス信号であるＧ１８とする。
いま、モータが移動中、もしくは停止直後の状態でモータの電流位相が区間１であるとすると、区間１においてはＢ相１６の電流波形が電流位相角θに対して最も線形に近似しているとし、Ｂ相１６に信号
【００２０】
【外４】
を加算させて近似的に電流位相角θの進みを遅らせる。
同様の考え方により、区間２の時にはＡ相１５に信号Ｇ１８を、区間３の時にはＢ相１６に信号Ｇ１８を、区間４の時にはＡ相１５に
【００２２】
【外５】
をそれぞれ加算する。モータの移動方向が逆になっても信号Ｇ１８、および
【００２４】
【外６】
の符号も反転するので上記方法は成立する。
上記のように構成される本発明においては、平面リニアパルスモータへの指令信号に示される複数相の入力波形を電流位相について複数の区間に分け、各区間において各相への入力波形のうち最も線形性が高い入力波形に対してので、常に線形性が維持されたフィードバックが行なわれることとなる。
【００２６】
また、検出した速度成分を平面リニアモータの進行方向と逆の向きに作用するように前記指令信号と加算するので、見かけ上の粘性制動係数が高いものとなり、制振効果が高いものとなる。
なお、以上説明した実施例においては、平面リニアパルスモータを２相励磁方式とし、指令信号に示される複数相の入力波形の電流位相θについて４つの区間に分けるものとして説明したが、これらはいずれも限定されるものではなく、さらに多くの相励磁方式による平面リニアパルスモータについても同様の制御を行なっても本発明の効果は同様に得られる。また、指令信号に示される複数相の入力波形の電流位相θの特性に応じて区間をさらに多くに分けてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、平面リニアパルスモータへの指令信号に示される複数相の入力波形を電流位相について複数の区間に分け、各区間において各相への入力波形のうち最も線形性が高い入力波形に対して検出した速度成分を平面リニアモータの進行方向と逆の向きに作用するように前記指令信号と加算することにより近似的に電流位相角が遅れることとなり、これにより、見かけ上の粘性制動係数が高いものとなるため、制御系を複雑にすることなく、平面リニアパルスモータの位置決め時の振動を素早く減衰させ、整定を早めることが効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における平面リニアパルスモータのシステム構成を示す図である。
【図２】本発明における分配器の概念図である。
【図３】本発明における積分器からの出力信号の概念図である。
【図４】平面リニアパルスモータの構成図を示す図である。
【図５】平面リニアパルスモータの駆動原理を示す図である。
【図６】平面リニアパルスモータを駆動させる時の電流波形と位相角の関係を示す図である。
【符号の説明】
１０ 指令器
１１ 波形分配器
ｌ２ モータ駆動回路
１３ 積分器
１４ 加速度センサ
ｌ５ 指令電流Ａ相波形
ｌ６ 指令電流Ｂ相波形
１７ 指令電流Ａ相波形の反転波形
１８ 積分器からの出力信号波形
１９ 積分器からの出力信号波形の反転波形
Claims (2)
- 複数相励磁方式の平面リニアパルスモータの制振制御方法であって、
前記平面リニアパルスモータの速度成分を検出し、
前記平面リニアパルスモータへの指令信号に示される複数相の入力波形を電流位相について複数の区間に分け、各区間において各相への入力波形のうち最も線形性が高い入力波形に対して検出した速度成分を平面リニアモータの進行方向と逆の向きに作用するように前記指令信号に加算することを特徴とする平面リニアパルスモータの制振制御方法。 - 複数相励磁方式の平面リニアパルスモータの制振制御装置であって、
前記平面リニアパルスモータの駆動信号を生成する駆動回路と、
前記平面リニアパルスモータの移動にともなって発生する加速度を検出する加速度センサと、
前記加速度センサが検出した加速度に基づいて前記平面リニアパルスモータの移動速度を示す速度信号およびその反転信号を生成する積分器と、
前記平面リニアパルスモータへの指令信号に示される複数相の入力波形を電流位相について複数の区間に分け、各区間において各相への入力波形のうち最も線形性が高い入力波形に対して、前記積分器が生成した速度信号およびその反転信号のうち、平面リニアモータの進行方向と逆の向きに作用するものを前記指令信号に加算して前記モータ駆動回路へ出力する波形分配器とを有することを特徴とする平面リニアパルスモータの制振制御装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33972096A JP3796634B2 (ja) | 1996-12-19 | 1996-12-19 | 平面リニアパルスモータの制振制御方法および制振制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP33972096A JP3796634B2 (ja) | 1996-12-19 | 1996-12-19 | 平面リニアパルスモータの制振制御方法および制振制御装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH10178798A JPH10178798A (ja) | 1998-06-30 |
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ID=18330178
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| EP1243972A1 (en) * | 2001-03-20 | 2002-09-25 | ASML Netherlands B.V. | Positioning system and lithographic projection apparatus |
| JP5343235B2 (ja) * | 2009-07-30 | 2013-11-13 | 多摩川精機株式会社 | リニア駆動機構および位置検出構造 |
-
1996
- 1996-12-19 JP JP33972096A patent/JP3796634B2/ja not_active Expired - Fee Related
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