JP4139065B2 - 位置決め装置及び位置決め方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御器からの入力が加速度の次元に相当し、出力は位置の次元となる2重積分特性を持った剛体モードと、1つもしくは複数の共振モードとを有する制御対象の位置決めを行う位置決め装置に関し、特にボイスコイルモータ(VCM)で駆動されるディスク装置のヘッドの位置決め装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
磁気ディスク装置は、一般に、図19に示すような構成となっており、VCM(ボイスコイルモータ)3で駆動力を発生しピボット2周りに回転するキャリッジアーム4を介してヘッド6をディスク5上の所望のトラックへ位置決めする機構系を有している。
【0003】
VCM3への入力は制御量である目標トラックからの偏差信号をサンプリングしデジタル制御器で適切な制御入力として計算され、ホルダ回路やドライバを介してVCM3へと伝達される。これにより制御ループが構成される。一方、VCM3の発生トルクからヘッド6の位置までの制御対象周波数応答は一般に2重積分器で表される剛体モードと複数(場合によっては1つ)の共振モードの合成された結果として式(1)のように記述される。
【0004】
【数1】
【0005】
厳密には100Hz前後に剛体モードも共振を持つと見なさなければならない場合もあるが(DCゲインが無限大にはならない)、後述する本発明の結果はこの低周波数域の共振の有無には左右されないので、以下共振と言えば、その数も含めて式(1)の右辺第2項のみを指す。
【0006】
従来、この共振モードは3kHz以上に顕著に現れ、そのため制御帯域(制御系の開ループ周波数応答ゲインが0dBを横切る最も低い周波数)が制限され、位置決め精度の向上を阻むひとつの要因となっていた。磁気ディスク装置では、この共振に対して、ゲインを特定の周波数のみで減衰させるノッチフィルタと呼ばれるフィルタを用いて、開ループ周波数応答ゲイン線図において共振のピークが0dBを越えないように設計することが広く一般に行われている。
【0007】
また、近年では、制御器のデジタル化によってシングルレートではナイキスト周波数以上の機械共振に対応できなくなったため、制御量のサンプリング周波数の2倍や4倍のサンプリングレートで計算されるマルチレートデジタルフィルタを実装する技術が米国特許5,325,247号に開示されている(公知例としてはノッチフィルタ部分をアナログフィルタ回路として実装することが一般的)。
【0008】
また、さらに最近では、文献「電気学会産業計測制御研究会資料IIC−00−57」に記載されているように、4kHz前後の低い周波数の共振モードに対して全くノッチフィルタ対策を行わずにデジタル制御器のみでアクティブに共振に減衰をかける方法(機械制御で用いられる専門用語。ノッチフィルタによる方法は外乱特性では共振振動が残留するためパッシブと呼ばれ、この方法はそれと対をなす)が提案されている(制御系の開ループ周波数応答ゲイン線図において共振のピークが0dBを越えていることが特徴)。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
米国特許5,325,247号を含むノッチフィルタを用いる方法の問題点は、制御系の位相余裕を大きくとれず、ひいては感度関数(誤差圧縮特性)のピーク値を低く押させることができず位置決め精度が劣化することである。その理由は、ノッチフィルタは、その実装法(アナログ回路・マルチレートデジタルフィルタ)によらず、制御帯域付近では必ず位相を遅らせる特性を有しているからである。
【0010】
また、前記文献「電気学会産業計測制御研究会資料IIC−00−57」の問題点は、アクティブに減衰させる共振モードの周波数が高くなると十分な安定余裕が確保できず、また複数の共振モードを同時に減衰できないことである。その理由は、共振(特にナイキスト周波数付近の高域)に対処する方法が無く、また、複数の共振モードの同時最適化には言及しておらず、これは当該技術者の知識をもってしても推定困難であるからである。
【0011】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、制御器からの入力が加速度の次元に相当し、出力は位置の次元となる2重積分特性を持った剛体モードと、1つもしくは複数の共振モードとを有する制御対象の位置決めを行う位置決め装置、特にボイスコイルモータ(VCM)で駆動されるディスク装置のヘッド位置決め装置において、制御量サンプリング周波数で決まるナイキスト周波数付近の共振をアクティブに減衰させ、かつさらに高周波数の共振モードも同時に減衰させることで高い位置決め精度を達成できる位置決め装置及び位置決め方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために本発明の請求項1は、剛体モード(低周波数域に共振を持つこともあるが、これは共振の数に加えない)に1つ、もしくは複数の共振モードが加わって構成される制御対象と、加速度次元の入力を加えるデジタル制御器と、入力を制御対象に伝えるドライバを含むアクチュエータと、制御量をサンプリングする回路とからなり、制御対象の位置を制御する位置決め装置において、デジタル制御器とその演算時間遅れ、ドライバを含むアクチュエータおよび制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲイン線図が0dBを越える共振モード(剛体モードに付属するものは数に加えない)のうち最も周波数の低い第1の共振モードの周波数に着目し、その周波数での位相が実質的に−270度から−450度に近づくように位相を調整する位相調整フィルタを制御ループに設けたものである。これにより、ナイキスト周波数付近にある高い周波数の共振にもアクティブに減衰をかけることができ、より高精度な位置決めが可能となる。
【0013】
また、本発明の請求項2は、デジタル制御器(零次ホルダの特性も含む)とその演算時間遅れ、ドライバを含むアクチュエータおよび位相調整フィルタの全てをあわせた制御部周波数応答における第1の共振モード周波数での位相がさらに180度遅れる周波数と、開ループ周波数応答のゲイン線図での0dBを越える第2の共振モードの周波数とをほぼ一致するようにし、かつ制御対象は第2の共振モードでこの制御対象単独の位相が第1の共振モードの位相よりさらに180度遅れるような機械特性を有するように構成する。これにより、第1の共振モードより高い周波数のゲインが0dBを越える第2の共振モードにおいても、第1の共振モードと同時にアクティブに減衰させることが可能となる。すなわち、制御帯域を更に拡大できる。
【0014】
さらに、本発明の請求項3は、剛体モード(低周波数域に共振を持つこともあるが、これは共振の数に加えない)に1つ、もしくは複数の共振モードが加わって構成される制御対象と、加速度次元の入力を加えるデジタル制御器と、その入力を制御対象に伝えるドライバを含むアクチュエータと、制御量をサンプリングする回路とからなり、制御対象の位置を制御する位置決め装置において、共振モードの周波数がエリアシングによって、制御帯域(開ループ周波数応答の0dBクロス周波数)の0.5倍から2倍までの間に折り返さないような共振モードの周波数およびサンプリング周波数を有するように構成する。これにより、アクティブに減衰をかける制御系で特に問題となる機械共振のエリアシングを制御帯域付近から離れた所へ発生させるように制御することができ、位置決め精度の劣化を防ぐことが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照して説明する。
まず、本発明に係る位置決め装置の構成を、図1及び図19を用いて詳細に説明する。
【0016】
図1に示す位置決め装置は、図1のアクチュエータ・ドライバ102によって駆動される図19のボイスコイルモータ3(このモータ自体はアクチュエータとして図1のアクチュエータ・ドライバ102に含まれる)と、図19のキャリッジアーム4と、図19のヘッド6などから構成される。制御対象101からは制御量である制御対象の位置(ヘッド位置)が、所望のトラックとの相対位置の形で出力される。ここでは、デジタルコントローラを仮定しており、制御量はサンプリング周期Tsで動作する図1のサンプラSTs103を介してサンプリングされ、デジタル部(図1に示す位相調整フィルタ104、アップサンプラ105、デジタル制御器106)で演算後、サンプリング周期Tsの1/2の周期Thで動作する零次ホールド回路HTh(零次ホルダHTh)103を通してアクチュエータ・ドライバ102へ制御入力を伝達する。
【0017】
また、前記デジタル部は、サンプリング周期Tsで動作する通常の制御器(PID制御器や位相進み補償器)106と、アップサンプラ105を通して2倍のレート、すなわち周期Thで動作する位相調整フィルタ104とにより構成される。これに対して、従来のデジタル部は、図15に示されるように、位相調整フィルタ104の代わりにノッチフィルタ304が使用されている。
【0018】
(第1の実施の形態)
以上のように構成された本発明の位置決め装置の第1の実施の形態を示す動作を図2ないし図5を参照して詳細に説明する。
図2は、位相調整フィルタ104を除いたデジタル制御器106とその演算時間遅れ(機能ブロックとしては図示せず)、アクチュエータ・ドライバ102および制御対象101の全てをあわせた開ループ周波数応答を示すゲイン線図及び位相線図である。この開ループ周波数応答は具体的には次のようにして求める。すなわち、制御対象101の伝達関数を前述の式(1)で求め、かつサンプラSTs107+ホルダHTh103を式(2)、即ち
【0019】
【数2】
【0020】
で求め、さらに演算時間遅れを式(3)、即ち
【0021】
【数3】
【0022】
により求める。
そして、デジタル制御器106のパルス伝達関数をHdc(z)とすれば、式(4)、即ち
【0023】
【数4】
【0024】
により、周波数応答を求めることができるため、式(5)、即ち
【0025】
【数5】
【0026】
のように結合して求めることができる。ただし、Ts=1/12kHz、Th=Ts/2である。
【0027】
図2の位相線図は、縦軸のレンジは−180度から+180度であり2kHz付近で−180度をまわり、さらに遅れていくことを示している(位相は360度で一回りするので図的には+180度側へ戻っているが)。すなわち、問題とする5.7kHz(ゲインが0dB以上の)の共振モードの位相はほぼ−360度から−540度にかけて存在している。そこで本発明では図3に周波数応答が示されるマルチレート(周期Thで動作)の位相調整フィルタ104を制御ループに挿入している。その結果、この位相調整フィルタ104挿入後の開ループ周波数応答は図4のように変化する。
【0028】
図4では、問題とする5.7kHzの共振モードの位相はほぼ−270度から−450度にかけて存在するようになっている(制御対象101による制御量の入力時点を起点として270度から450度の範囲の位相の遅れ)。結果として、十分な安定余裕をもって(制御帯域(開ループ周波数応答のゲインが0dBを横切る最も低い周波数)920Hz、位相余裕37度)、ほぼナイキスト周波数付近の共振をアクティブに減衰させることができており、図5(破線が理論値、実線が実験値)の感度関数(誤差圧縮特性)周波数応答に示されるように、5.7kHzでも感度関数が圧縮可能(0dB以下)を示している。ただし、実験では共振モードのエリアスが発生したため1.5kHzで感度関数に小さなピークが生じた。この解決方法は後述する第3の実施の形態で説明する。
【0029】
(第2の実施の形態)
次に、本位置決め装置の第2の実施の形態の動作について図6ないし図8を参照して詳細に説明する。
図6は、デジタル制御器(零次ホルダの特性も含む)106とその演算時間遅れ、アクチュエータ・ドライバ102および位相調整フィルタ104の全てをあわせた制御部周波数応答を示す図である。簡単のため第1の共振モードが6kHz(機構設計時のノミナル値)にあったとすると、そこから更に図6の位相が180度遅れるのは10.5kHz付近である。したがって、この周波数付近に第2の共振モードが来るように機構を設計することで2つの共振を同時にアクティブに減衰できる。
【0030】
ただし、10.5kHzでの制御対象の位相特性は、図7に示したように6kHzの共振よりさらに180度遅れるように設計する。このような特性の機構系を有することで、第2の共振モードでの制御系開ループ周波数応答の位相は、−630度から−810度に来るようになり安定化できる。図8はこの条件を満たしていない周波数応答の例であるが、この場合、10.5kHzで位相を180度変化させる補償が必要となり、実質的に制御不能である。図2〜図5に示す設計結果は、この条件を満足するように作られた機構系である。理論推奨値より第2の共振モードの周波数が下がり9.2kHzとなってしまい(設計精度の問題)、9.2kHzでの位相が−630度から−810度より回復気味の所に来てしまったが、実験結果は図7より同時にアクティブダンピングができていることが実証されている。
【0031】
(第3の実施の形態)
次に、本位置決め装置の第3の実施の形態の動作について図9ないし図13を参照して詳細に説明する。
前述の第1及び第2の実施の形態では、サンプリング周期Ts=1/12kHzに選択したため10.5kHzの共振モード(9.2kHzの隣の小さな共振)がエリアスをおこして制御帯域付近の1.5kHzに折り返したため、図5の感度関数周波数応答に望ましくないピークが発生した。この現象を抑止するためには例えばサンプリング周期Ts=1/13.5kHzのように選べばよい。このとき、9.2kHzの共振は4.3kHzへ、10.5kHzの共振は3kHzへ折り返されるので、安定性に関係する制御帯域付近へは影響しない。そこで、サンプリング周期Ts=1/13.5kHzに選び、図9の位相調整フィルタを除く開ループ周波数応答に対して図10の特性で示される位相調整フィルタを設計することにより、全体として図11に示す開ループ周波数応答が得られるようになった。
【0032】
図12は感度関数の周波数応答を示している。周波数応答のシミュレーションは1kHz以上で行ったが、点線の理論値に一致した結果が得られた(図11中の実線)。同図に破線でエリアスの問題を起こした12kHzサンプリング時のシミュレーション結果を並記すると1.5kHzのピークが認められるが、13.5kHzサンプリング設計では無くなっている。このため、図13に示すごとく、例えばサンプリング周期Ts=1/13.5kHz、制御帯域1kHzに対してならば、エリアスが500Hzから2kHzに発生しないように図中の共振排除周波数帯に共振モードを持たない機構系、もしくはそのようにサンプリング周期Tsを選択することである。
【0033】
このような特徴を有する本位置決め装置の効果を、ノッチフィルタを使用する従来の図15の位置決め装置と比較して説明する。従来装置では、図16に示すマルチレートデジタルノッチフィルタを使用し、制御帯域が本発明と同じとなるように図17の開ループ特性を設計し、図18の感度関数周波数応答を得た(点線が理論値、実線が実験値)。
【0034】
本発明では、図2に示される開ループ周波数応答で制御帯域920Hzに対して位相余裕が37度となり、結果として図5のようなピークの低い感度関数が達成された。実験では、3.5インチ、4000rpmの磁気ディスク装置を用いたが、達成された位置決め精度は、位置決め誤差の標準偏差の3倍値(3シグマ値)で58ナノメートルであった。一方、従来装置では、図17に示される開ループ周波数応答で制御帯域920Hzに対して位相余裕が27度となり、結果として図18のようなピークの低い感度関数が達成された。同一の機構系を持つ装置で達成された位置決め精度は、位置決め誤差の標準偏差の3倍値(3シグマ値)で65ナノメートルであった。
【0035】
なお、位相調整フィルタとしては、図14に示すような、アナログ位相調整フィルタ204として実装しても良い。
【0036】
このように本位置決め装置は、ナイキスト周波数付近にある高い周波数の共振にもアクティブに減衰をかけることができ、より高精度な位置決めができることである。その理由は、剛体モード(低周波数域に共振を持つこともあるが、これは共振の数に加えない)に1つ、もしくは複数の共振モードが加わって構成される制御対象と、加速度次元の入力を加えるデジタル制御器と、入力を制御対象に伝えるアクチュエータおよびそのドライバと、制御量をサンプリングする回路とから、制御対象の位置を制御するように構成し、デジタル制御器とその演算時間遅れ、アクチュエータとドライバおよび制御対象の全てあわせた開ループ周波数応答において、そのゲイン線図が0dBを越える共振モード(剛体モードに付属するものは数に加えない)のうち最も周波数の低い第1の共振モードの周波数に着目し、その周波数での位相が実質的に−270度から−450度に近づくように位相を調整する位相調整フィルタを制御ループに具備しているからである。
【0037】
また、本位置決め装置は、第1の共振モードより高い周波数が0dBを越える第2の共振モードも同時にアクティブに減衰させることができることである。その理由は、デジタル制御器(零次ホルダの特性も含む)とその演算時間遅れ、アクチュエータとドライバおよび位相調整フィルタの全てをあわせた制御部周波数応答において、第1の共振モード周波数での制御部周波数応答の位相がさらに180度遅れる周波数と開ループ周波数応答のゲイン線図における0dBを越える第2の共振モードの周波数がほぼ一致するようにし、かつ制御対象は、第2の共振モードでの制御対象単独の位相が第1の共振モードの位相よりさらに180度遅れるような機械特性を有するからである。
【0038】
また、本位置決め装置は、アクティブに減衰をかける制御系で特に問題となる機械共振のエリアシングを制御帯域付近から離れた所へ発生させるように制御することができ、位置決め精度の劣化を防ぐことができることである。その理由は、剛体モード(低周波数域に共振を持つこともあるが、これは共振の数に加えない)に1つ、もしくは複数の共振モードが加わって構成される制御対象と、加速度次元の入力を加えるデジタル制御器と、入力を制御対象に伝えるアクチュエータおよびそのドライバと、制御量をサンプリングする回路とから、制御対象の位置を制御するようにした位置決め装置において、共振モードの周波数がエリアシングによって、制御帯域(開ループ周波数応答の0dBクロス周波数)の0.5倍から2倍までの間に折り返さないような共振モードの周波数およびサンプリング周波数を有するように構成したからである。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、剛体モードに1つ、もしくは複数の共振モードが加わって構成される制御対象と、加速度次元の入力を加えるデジタル制御器と、入力を制御対象に伝えるドライバを含むアクチュエータと、制御量をサンプリングする回路とからなり、制御対象の位置を制御する位置決め装置において、デジタル制御器とその演算時間遅れ、ドライバを含むアクチュエータおよび制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲイン線図が0dBを越える共振モードのうち最も周波数の低い第1の共振モードの周波数の位相が実質的に−270度から−450度に近づくように位相調整する位相調整フィルタを制御ループに設けるようにしたので、ナイキスト周波数付近にある高い周波数の共振にもアクティブに減衰をかけることができ、したがってより高精度な位置決めが可能となる。
【0040】
また、デジタル制御器(零次ホルダの特性も含む)とその演算時間遅れ、ドライバを含むアクチュエータおよび位相調整フィルタの全てをあわせた制御部周波数応答における、第1の共振モード周波数での位相がさらに180度遅れる周波数と、開ループ周波数応答のゲイン線図での0dBを越える第2の共振モードの周波数とがほぼ一致するようにし、かつ制御対象は第2の共振モードでこの制御対象単独の位相が第1の共振モードの位相よりさらに180度遅れるような機械特性を備えるようにしたので、第1の共振モードより高い周波数のゲインが0dBを越える第2の共振モードにおいても、第1の共振モードと同時にアクティブに減衰させることが可能となり、これより、制御帯域を更に拡大できる。
また、剛体モードに1つ、もしくは複数の共振モードが加わって構成される制御対象と、加速度次元の入力を加えるデジタル制御器と、その入力を制御対象に伝えるドライバを含むアクチュエータと、制御量をサンプリングする回路とからなり、制御対象の位置を制御する位置決め装置において、共振モードの周波数がエリアシングによって、制御帯域の0.5倍から2倍までの間に折り返さないような共振モードの周波数およびサンプリング周波数を有するようにしたので、アクティブに減衰をかける制御系で特に問題となる機械共振のエリアシングを制御帯域付近から離れた所へ発生させるように制御することができ、位置決め精度の劣化を防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る位置決め装置の要部構成を示すブロック図である。
【図2】 位相調整フィルタを除く制御系開ループ周波数応答(12kHz)を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図3】 位相調整フィルタの周波数応答を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図4】 最終的な制御系開ループ周波数応答を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図5】 達成された感度関数周波数応答(破線が理論値、実線が実験値)を示すゲイン線図である。
【図6】 デジタル制御器(零次ホルダの特性も含む)とその演算時間遅れ、アクチュエータとドライバおよび位相調整フィルタの全てをあわせた制御部周波数応答を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図7】 第2の共振モードをアクティブに減衰できる制御対象周波数応答の例を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図8】 第2の共振モードをアクティブに減衰できない制御対象周波数応答の例を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図9】 位相調整フィルタを除く制御系開ループ周波数応答(13.5kHz)を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図10】 位相調整フィルタの周波数応答を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図11】 最終的な制御系開ループ周波数応答を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図12】 達成された感度関数周波数応答(破線が理論値、実線が実験値)を示すゲイン線図である。
【図13】 サンプリング周波数13.5kHz時の好適な共振周波数配置例を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図14】 本発明の他の構成を示す図である。
【図15】 従来装置の構成を示すブロック図である。
【図16】 ノッチフィルタの周波数応答(12kHz)を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図17】 従来装置の最終的な制御系開ループ周波数応答を示すゲイン線図及び位相線図である。
【図18】 従来装置で達成された感度関数周波数応答(破線が理論値、実線が実験値)を示すゲイン線図である。
【図19】 一般的な磁気ディスク装置の機構部分の構成を示す図である。
【符号の説明】
1…磁気ディスク装置カバー、2…ピボット、3…ボイスコイルモータ(VCM)、4…キャリッジアーム、5…ディスク、6…ヘッド、7…固定用ねじ、101…制御対象、102…アクチュエータ・ドライバ、103…Thで動作するホルダ、104…位相調整フィルタ、105…アップサンプラ、106…デジタル制御器、107…Tsで動作するサンプラ、203…Tsで動作するホルダ、204…アナログ位相調整フィルタ、304…ノッチフィルタ。
Claims (12)
- 加速度次元の制御量を入力すると位置次元の制御量として出力する2重積分特性を有する剛体モードに少なくとも1つの共振モードが加わって構成される制御対象と、前記制御対象から出力される前記位置次元の制御量をサンプリングするサンプリング回路と、前記サンプリング回路のサンプリング結果を入力すると所定の演算を行って演算結果を出力するデジタル制御器と、前記デジタル制御器から出力される前記加速度次元の制御量を前記制御対象に伝えることにより該制御対象を駆動するドライバを含むアクチュエータとにより制御ループを形成し、前記制御対象の位置を制御する位置決め装置であって、
前記制御ループに挿入され、前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが0dBを越える前記共振モードのうち最も周波数の低い第1の共振モードの周波数の位相を、前記制御対象による前記制御量の入力時点を起点として−270度から−450度の範囲にするための位相調整フィルタを備えることを特徴とする位置決め装置。 - 請求項1において、
挿入された前記位相調整フィルタを含む周波数応答を示す制御部周波数応答における前記第1の共振モード周波数の位相から180度遅れた位相における周波数は、前記開ループ周波数応答におけるゲインが0dBを越える前記第1の共振モードの周波数の次に低い周波数を有する第2の共振モードの周波数とほぼ一致し、かつ前記制御対象の前記第2の共振モードにおける位相は、前記第1の共振モードの位相から180度遅れていることを特徴とする位置決め装置。 - 加速度次元の制御量を入力すると位置次元の制御量として出力する2重積分特性を有する剛体モードに少なくとも1つの共振モードが加わって構成される制御対象と、前記制御対象から出力される前記位置次元の制御量をサンプリングするサンプリング回路と、前記サンプリング回路のサンプリング結果を入力すると所定の演算を行って演算結果を出力するデジタル制御器と、前記デジタル制御器から出力される前記加速度次元の制御量を前記制御対象に伝えることにより該制御対象を駆動するドライバを含むアクチュエータとにより制御ループを形成し、前記制御対象の位置を制御する位置決め装置あって、
前記制御ループに挿入され、前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが0dBを越える前記共振モードのうち最も周波数の低い第1の共振モードの周波数の位相を、前記制御対象による前記制御量の入力時点を起点として−270度から−450度の範囲にするための位相調整フィルタを備え、
挿入された前記位相調整フィルタを含む周波数応答を示す制御部周波数応答における前記第1の共振モード周波数の位相から180度遅れた位相における周波数は、前記開ループ周波数応答におけるゲインが0dBを越える前記第1の共振モードの周波数の次に低い周波数を有する第2の共振モードの周波数とほぼ一致し、かつ前記制御対象の前記第2の共振モードにおける位相は、前記第1の共振モードの位相から180度遅れていることを特徴とする位置決め装置。 - 請求項1ないし3の何れかの請求項において、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが0dBの周波数のうち最小の周波数を示す制御帯域の0.5倍から2倍までの間に、前記共振モードの周波数が折り返されないように該共振モードの周波数と前記サンプリングの周波数とが設定されることを特徴とする位置決め装置。 - 加速度次元の制御量を入力すると位置次元の制御量として出力する2重積分特性を有する剛体モードに少なくとも1つの共振モードが加わって構成される制御対象と、前記制御対象から出力される前記位置次元の制御量をサンプリングするサンプリング回路と、前記サンプリング回路のサンプリング結果を入力すると所定の演算を行って演算結果を出力するデジタル制御器と、前記デジタル制御器から出力される前記加速度次元の制御量を前記制御対象に伝えることにより該制御対象を駆動するドライバを含むアクチュエータとにより制御ループを形成し、前記制御対象の位置を制御する位置決め装置あって、
前記制御ループに挿入され、前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが0dBを越える前記共振モードのうち最も周波数の低い第1の共振モードの周波数の位相を、前記制御対象による前記制御量の入力時点を起点として−270度から−450度の範囲にするための位相調整フィルタを備え、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが0dBの周波数のうち最小の周波数を示す制御帯域の0.5倍から2倍までの間に、前記共振モードの周波数が折り返されないように該共振モードの周波数と前記サンプリングの周波数とが設定されることを特徴とする位置決め装置。 - 加速度次元の制御量を入力すると位置次元の制御量として出力する2重積分特性を有する剛体モードに少なくとも1つの共振モードが加わって構成される制御対象と、前記制御対象から出力される前記位置次元の制御量をサンプリングするサンプリング回路と、前記サンプリング回路のサンプリング結果を入力すると所定の演算を行って演算結果を出力するデジタル制御器と、前記デジタル制御器から出力される前記加速度次元の制御量を前記制御対象に伝えることにより該制御対象を駆動するドライバを含むアクチュエータとにより制御ループを形成し、前記制御対象の位置を制御する位置決め装置あって、
前記制御ループに挿入され、前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが0dBを越える前記共振モードのうち最も周波数の低い第1の共振モードの周波数の位相を、前記制御対象による前記制御量の入力時点を起点として−270度から−450度の範囲にするための位相調整フィルタを備え、
挿入された前記位相調整フィルタを含む周波数応答を示す制御部周波数応答における前記第1の共振モード周波数の位相から180度遅れた位相における周波数は、前記開ループ周波数応答におけるゲインが0dBを越える前記第1の共振モードの周波数の次に低い周波数を有する第2の共振モードの周波数とほぼ一致し、かつ前記制御対象の前記第2の共振モードにおける位相は、前記第1の共振モードの位相から180度遅れ、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが0dBの周波数のうち最小の周波数を示す制御帯域の0.5倍から2倍までの間に、前記共振モードの周波数が折り返されないように該共振モードの周波数と前記サンプリングの周波数とが設定されることを特徴とする位置決め装置。 - 加速度次元の制御量を入力すると位置次元の制御量として出力する2重積分特性を有する剛体モードに少なくとも1つの共振モードが加わって構成される制御対象と、前記制御対象から出力される前記位置次元の制御量をサンプリングするサンプリング回路と、前記サンプリング回路のサンプリング結果を入力すると所定の演算を行って演算結果を出力するデジタル制御器と、前記デジタル制御器から出力される前記加速度次元の制御量を前記制御対象に伝えることにより該制御対象を駆動するドライバを含むアクチュエータとにより制御ループを形成し、前記制御対象の位置を制御する位置決め装置において、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが0dBを越える前記共振モードのうち最も周波数の低い第1の共振モードの周波数の位相を、前記制御対象による前記制御量の入力時点を起点として−270度から−450度の範囲にするための位相調整フィルタを前記制御ループに挿入するステップを有することを特徴とする位置決め方法。 - 請求項7において、
挿入された前記位相調整フィルタを含む周波数応答を示す制御部周波数応答における前記第1の共振モード周波数での位相から180度遅れた位相での周波数は、前記開ループ周波数応答におけるゲインが0dBを越える前記第1の共振モードの周波数の次に低い周波数を有する第2の共振モードの周波数とほぼ一致し、かつ前記制御対象の前記第2の共振モードにおける位相は、前記第1の共振モードの位相から180度遅れていることを特徴とする位置決め方法。 - 加速度次元の制御量を入力すると位置次元の制御量として出力する2重積分特性を有する剛体モードに少なくとも1つの共振モードが加わって構成される制御対象と、前記制御対象から出力される前記位置次元の制御量をサンプリングするサンプリング回路と、前記サンプリング回路のサンプリング結果を入力すると所定の演算を行って演算結果を出力するデジタル制御器と、前記デジタル制御器から出力される前記加速度次元の制御量を前記制御対象に伝えることにより該制御対象を駆動するドライバを含むアクチュエータとにより制御ループを形成し、前記制御対象の位置を制御する位置決め装置において、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが0dBを越える前記共振モードのうち最も周波数の低い第1の共振モードの周波数の位相を、前記制御対象による前記制御量の入力時点を起点として−270度から−450度の範囲にするための位相調整フィルタを前記制御ループに挿入するステップを含み、
挿入された前記位相調整フィルタを含む周波数応答を示す制御部周波数応答における前記第1の共振モード周波数での位相から180度遅れた位相での周波数は、前記開ループ周波数応答におけるゲインが0dBを越える前記第1の共振モードの周波数の次に低い周波数を有する第2の共振モードの周波数とほぼ一致し、かつ前記制御対象の前記第2の共振モードにおける位相は、前記第1の共振モードの位相から180度遅れていることを特徴とする位置決め方法。 - 請求項7ないし9の何れかの請求項において、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが0dBの周波数のうち最小の周波数を示す制御帯域の0.5倍から2倍までの間に、前記共振モードの周波数が折り返されないように該共振モードの周波数と前記サンプリングの周波数とを設定するステップを有することを特徴とする位置決め方法。 - 加速度次元の制御量を入力すると位置次元の制御量として出力する2重積分特性を有する剛体モードに少なくとも1つの共振モードが加わって構成される制御対象と、前記制御対象から出力される前記位置次元の制御量をサンプリングするサンプリング回路と、前記サンプリング回路のサンプリング結果を入力すると所定の演算を行って演算結果を出力するデジタル制御器と、前記デジタル制御器から出力される前記加速度次元の制御量を前記制御対象に伝えることにより該制御対象を駆動するドライバを含むアクチュエータとにより制御ループを形成し、前記制御対象の位置を制御する位置決め装置において、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが0dBを越える前記共振モードのうち最も周波数の低い第1の共振モードの周波数の位相を、前記制御対象による前記制御量の入力時点を起点として−270度から−450度の範囲にするための位相調整フィルタを前記制御ループに挿入するステップを含み、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが0dBの周波数のうち最小の周波数を示す制御帯域の0.5倍から2倍までの間に、前記共振モードの周波数が折り返されないように該共振モードの周波数と前記サンプリングの周波数とを設定するステップを有することを特徴とする位置決め方法。 - 加速度次元の制御量を入力すると位置次元の制御量として出力する2重積分特性を有する剛体モードに少なくとも1つの共振モードが加わって構成される制御対象と、前記制御対象から出力される前記位置次元の制御量をサンプリングするサンプリング回路と、前記サンプリング回路のサンプリング結果を入力すると所定の演算を行って演算結果を出力するデジタル制御器と、前記デジタル制御器から出力される前記加速度次元の制御量を前記制御対象に伝えることにより該制御対象を駆動するドライバを含むアクチュエータとにより制御ループを形成し、前記制御対象の位置を制御する位置決め装置において、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが0dBを越える前記共振モードのうち最も周波数の低い第1の共振モードの周波数の位相を、前記制御対象による前記制御量の入力時点を起点として−270度から−450度の範囲にするための位相調整フィルタを前記制御ループに挿入するステップを含み、
挿入された前記位相調整フィルタを含む周波数応答を示す制御部周波数応答における前記第1の共振モード周波数での位相から180度遅れた位相での周波数は、前記開ループ周波数応答におけるゲインが0dBを越える前記第1の共振モードの周波数の次に低い周波数を有する第2の共振モードの周波数とほぼ一致し、かつ前記制御対象の前記第2の共振モードにおける位相は、前記第1の共振モードの位相から180度遅れ、
前記デジタル制御器、前記デジタル制御器の演算時間遅れ、前記アクチュエータおよび前記制御対象の全てをあわせた開ループ周波数応答におけるゲインが0dBの周波数のうち最小の周波数を示す制御帯域の0.5倍から2倍までの間に、前記共振モードの周波数が折り返されないように該共振モードの周波数と前記サンプリングの周波数とを設定するステップを有することを特徴とする位置決め方法。
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