JP4688022B2

JP4688022B2 - Positioning control device

Info

Publication number: JP4688022B2
Application number: JP2005097627A
Authority: JP
Inventors: 浩司大畑; 章利河井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: JP2006277495A

Description

本発明は、制御対象の位置決めを行う位置決め制御装置に関するものである。 The present invention relates to a positioning control device for positioning a control target.

従来、ボールねじやリニアモータ等を駆動源とする位置決め制御装置では、フィードバック制御を用いて、制御対象の位置決めを行う方法が広く知られている。このような制御装置では、より位置決め精度を向上させるため、制御系が不安定にならない範囲で制御ゲインの値を大きくしている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a positioning control apparatus using a ball screw, a linear motor, or the like as a drive source, a method for positioning a control target using feedback control is widely known. In such a control device, in order to improve the positioning accuracy, the value of the control gain is increased within a range where the control system does not become unstable.

しかしながら、制御ゲインの値は大きくなるほど、制御対象の応答が早くなるが、フィードバック信号に含まれるノイズ等も増幅するため、制御対象が振動して、制御系が不安定な状態に陥ることが多い。そこで、制御系に不感帯を設けて、フィードバック信号からノイズ等を除去するように構成された位置決め制御装置が開示されている。 However, the larger the control gain value, the faster the response of the controlled object. However, noise and the like included in the feedback signal are also amplified, so that the controlled object vibrates and the control system often falls into an unstable state. . Thus, a positioning control device configured to provide a dead zone in the control system and remove noise and the like from the feedback signal is disclosed.

例えば、光ディスク上に対物レンズを介して、レーザを集光させることにより光ディスクに記録されている情報を読み取って電気信号に変換する光ピックアップ送り制御装置において、対物レンズの光軸中心からの光軸ずれ量が予め設定した規定量の範囲内にあるときは、対物レンズを移動させる駆動源を制御するサーボＤＳＰ（Digital Signal Processor）から光ピックアップ送り駆動系に光軸補正信号が出力されないように該サーボＤＳＰを制御する不感帯を設定することにより、ある程度の送り量のばらつき（ノイズ）を不感帯が吸収して、微小な光軸ずれでの送り動作を防止したり、対物レンズが光軸中心を往復する発振動作をなくしたり、モータ寿命の劣化やトラッキングサーボ外れを防止したりすることができるものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平１１−１６１７０号公報 For example, in an optical pickup feed control device that reads information recorded on an optical disk by focusing the laser on the optical disk via an objective lens and converts the information into an electrical signal, the optical axis from the optical axis center of the objective lens When the deviation amount is within a predetermined range, a servo DSP (Digital Signal Processor) that controls the drive source for moving the objective lens is prevented from outputting an optical axis correction signal to the optical pickup feed drive system. By setting a dead zone to control the servo DSP, the dead zone absorbs a certain amount of feed amount variation (noise) to prevent feeding operation with a slight optical axis deviation, and the objective lens reciprocates around the center of the optical axis. It is known that it can eliminate the oscillating operation, prevent deterioration of the motor life and prevent tracking servo disengagement (example If, refer to Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-16170

しかしながら、特許文献１に示すような従来の位置決め制御装置では、フィードバック信号からノイズ等を除去するために、位置偏差（すなわち、制御対象の現在位置と目標位置との差。特許文献１では対物レンズの光軸ずれ量）に不感帯を設けている。位置偏差が不感帯の範囲内である場合、つまり不感帯が作用している間は、位置偏差が零とみなされ、駆動源には駆動指令が出力されず、実質的に無制御状態となる。このため、外乱（例えば、振動等）の影響がある場合は、制御対象が不感帯範囲内で微動し続け、制御対象を目標位置に完全に停止させることができないという問題があった。 However, in the conventional positioning control device as shown in Patent Document 1, in order to remove noise and the like from the feedback signal, the position deviation (that is, the difference between the current position of the controlled object and the target position. In Patent Document 1, the objective lens is used. A dead zone is provided in the optical axis deviation amount. When the position deviation is within the range of the dead zone, that is, while the dead zone is operating, the position deviation is regarded as zero, the drive command is not output to the drive source, and the state becomes substantially uncontrolled. For this reason, when there is an influence of disturbance (for example, vibration or the like), there is a problem that the controlled object continues to finely move within the dead zone range, and the controlled object cannot be completely stopped at the target position.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、制御対象を目標位置に忠実に位置決め停止することができる位置決め制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a positioning control device capable of positioning and stopping a control target faithfully to a target position.

このような目的を達成するため、本発明は、制御対象を移動させる駆動源と、前記駆動源により駆動されている前記制御対象の現在位置を位置帰還値として検出する位置検出手段と、前記制御対象を動作させる速度信号に基づいて、前記現在位置から前記制御対象の停止目標までの前記制御対象の移動に応じて変化する距離を示す位置目標値と、前記位置検出手段により検出された前記制御対象の前記位置帰還値との差を示す位置偏差量を算出する偏差算出手段と、前記位置帰還値及び前記位置偏差量に基づいて、前記駆動源の加速度指令値を算出する位置速度補償演算手段とを備え、前記駆動源は前記加速度指令値に基づいて前記制御対象を移動させる位置決め制御装置であって、前記位置帰還値の微小な単位時間あたりの変化量から前記制御対象の微小移動量を算出し、この微小移動量から前記加速度指令値の補正量を算出する加速度補正手段（例えば、本実施形態における位置監視部３４、加速度補正部３５、整定状態監視部３７など）を有し、前記偏差算出手段は、前記位置偏差量が予め設定した不感帯の範囲内であるときは、この位置偏差量を前記位置速度補償演算手段に出力せず、前記加速度補正手段は、前記位置偏差量が前記不感帯の範囲内にあるとともに、前記位置目標値を微分した速度目標量が零に近いときは、前記加速度指令値の補正量を算出し、前記駆動源は、前記加速度補正手段により前記加速度指令値の補正量が算出されたときには、この補正量に基づいて前記制御対象を移動させるように構成される。
In order to achieve such an object, the present invention provides a drive source for moving a control target, a position detection unit that detects a current position of the control target driven by the drive source as a position feedback value, and the control Based on a speed signal for operating the object, a position target value indicating a distance that changes according to the movement of the control object from the current position to the stop target of the control object, and the control detected by the position detection means Deviation calculating means for calculating a position deviation amount indicating a difference from the target position feedback value, and position speed compensation calculating means for calculating an acceleration command value of the drive source based on the position feedback value and the position deviation amount. The drive source is a positioning control device that moves the object to be controlled based on the acceleration command value, and is based on a minute change amount of the position feedback value per unit time. Acceleration correction means for calculating the amount of minute movement of the object and calculating the correction amount of the acceleration command value from the amount of minute movement (for example, the position monitoring unit 34, the acceleration correction unit 35, and the settling state monitoring unit 37 in this embodiment). The deviation calculating means does not output the positional deviation amount to the position / velocity compensation calculating means when the positional deviation amount is within a preset dead band range, and the acceleration correcting means When the position deviation amount is within the dead zone and the speed target amount obtained by differentiating the position target value is close to zero, the correction amount of the acceleration command value is calculated, and the drive source When the correction amount of the acceleration command value is calculated by the correction means, the control object is configured to move based on the correction amount.

以上説明したように、本発明の位置決め制御装置によれば、制御対象を目標位置に忠実に位置決め停止することができる。 As described above, according to the positioning control device of the present invention, the control object can be positioned and stopped faithfully to the target position.

以下、図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本実施形態の位置決め制御装置１の構成図である。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a positioning control device 1 of the present embodiment.

位置決め制御装置１は、図１に示すように、モータ１１、ボールねじ１２、ナット１３、ステージ１４、リニアエンコーダ１５からなる機構系と、この機構系を制御する、帰還信号入力部２１、指令信号入力部２２、コントローラ２３、駆動信号出力部２４、増幅器２５からなる制御系とを備えて構成される。 As shown in FIG. 1, the positioning control device 1 includes a mechanism system including a motor 11, a ball screw 12, a nut 13, a stage 14, and a linear encoder 15, a feedback signal input unit 21 that controls the mechanism system, and a command signal. And a control system including an input unit 22, a controller 23, a drive signal output unit 24, and an amplifier 25.

まず、機構系について説明する。モータ１１は、ボールねじ１２を回転運動させる。ボールねじ１２は、回転運動することにより、ナット１３を左右に移動させる。ナット１３は、制御対象であるステージ１４に内蔵固定されており、該ナット１３のボールねじ１２に対する動きはステージ１４に伝えられる。リニアエンコーダ１５は、ステージ１４の位置を検出し、この検出結果を位置帰還信号１ａとして、帰還信号入力部２１へ出力する。 First, the mechanism system will be described. The motor 11 rotates the ball screw 12. The ball screw 12 moves the nut 13 left and right by rotating. The nut 13 is built in and fixed to the stage 14 to be controlled, and the movement of the nut 13 relative to the ball screw 12 is transmitted to the stage 14. The linear encoder 15 detects the position of the stage 14 and outputs the detection result to the feedback signal input unit 21 as the position feedback signal 1a.

なお、制御対象であるステージ１４を移動させる駆動源として、本実施形態ではボールねじ１２を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、ベルトを用いてモータとステージ１４との間を駆動させたり、リニアモータを用いてステージ１４をダイレクトドライブ（直接駆動）させたりしてもよい。 In this embodiment, the ball screw 12 is used as a drive source for moving the stage 14 to be controlled. However, the present invention is not limited to this. For example, a belt is used between the motor and the stage 14. Alternatively, the stage 14 may be directly driven (directly driven) using a linear motor.

次に、制御系について説明する。 Next, the control system will be described.

帰還信号入力部２１は、ステージ１４からのフィードバック信号であるリニアエンコーダ１５からの位置帰還信号１ａを、位置帰還値１ｂとして、コントローラ２３へ出力する。なお、帰還信号入力部２１において、本実施形態では位置帰還値１ｂをリニアエンコーダ１５からのステージ１４の位置情報（位置帰還信号１ａ）を用いて求めたが、これに限定されず、例えば、ステージ１４の速度など他のフィードバック情報を用いて位置帰還値１ｂを求めてもよい。 The feedback signal input unit 21 outputs a position feedback signal 1a from the linear encoder 15 that is a feedback signal from the stage 14 to the controller 23 as a position feedback value 1b. In the present embodiment, the feedback signal input unit 21 obtains the position feedback value 1b by using the position information (position feedback signal 1a) of the stage 14 from the linear encoder 15. However, the present invention is not limited to this. The position feedback value 1b may be obtained using other feedback information such as 14 speeds.

指令信号入力部２２は、入力されたステージ１４に対する指令信号１ｃを、位置目標値１ｄとして、コントローラ２３へ出力する。なお、指令信号入力部２２において位置目標値１ｄを生成する方法については、例えば、制御対象のステージ１４を動作させる位置信号（位置目標値１ｄ）が直接入力されたり、あるいは指令信号１ｃとし、速度信号が入力されてこの信号を積分し、位置目標値１ｄを生成したりするなど、特に限定されるものではない。 The command signal input unit 22 outputs the input command signal 1c for the stage 14 to the controller 23 as the position target value 1d. For the method of generating the position target value 1d in the command signal input unit 22, for example, a position signal (position target value 1d) for operating the stage 14 to be controlled is directly input, or the command signal 1c is used as the speed signal. There is no particular limitation such as inputting a signal and integrating the signal to generate a target position value 1d.

コントローラ２３は、帰還信号入力部２１からの位置帰還値１ｂと、指令信号入力部２２からの位置目標値１ｄとを比較して位置偏差を求め、この位置偏差より加速度指令値１ｅを算出して、駆動信号出力部２４へ出力する。 The controller 23 compares the position feedback value 1b from the feedback signal input unit 21 with the position target value 1d from the command signal input unit 22 to obtain a position deviation, and calculates an acceleration command value 1e from the position deviation. To the drive signal output unit 24.

駆動信号出力部２４は、コントローラ２３からの加速度指令値１ｅを、駆動指令信号１ｆとして、増幅器２５へ出力する。 The drive signal output unit 24 outputs the acceleration command value 1e from the controller 23 to the amplifier 25 as the drive command signal 1f.

なお、駆動信号出力部２４は、本実施形態では駆動指令信号１ｆが増幅器２５へ出力されているが、これに限定されず、例えば、電流指令をモータ１１へ出力してもよい。このような駆動指令信号の出力に関するインターフェースは、本発明の本質的な部分を意味するところではない。 The drive signal output unit 24 outputs the drive command signal 1f to the amplifier 25 in the present embodiment, but is not limited thereto, and may output a current command to the motor 11, for example. Such an interface regarding the output of the drive command signal does not mean an essential part of the present invention.

増幅器２５は、駆動信号出力部２４からの駆動指令信号１ｆを、所定の大きさに増幅して印加電流とし、モータ１１へ出力する。増幅器２５からの電流を受けたモータ１１は駆動し、ボールねじ１２を回転し、制御対象であるステージ１４を該ボールねじ１２に沿って直線移動、位置決めする。なお、常にステージ１４の位置は、リニアエンコーダ１５により検出されて、位置帰還信号１ａとし、帰還信号入力部２１にフィードバックされている。 The amplifier 25 amplifies the drive command signal 1 f from the drive signal output unit 24 to a predetermined magnitude to generate an applied current, and outputs the applied current to the motor 11. Upon receiving the current from the amplifier 25, the motor 11 is driven, rotates the ball screw 12, and linearly moves and positions the stage 14 to be controlled along the ball screw 12. The position of the stage 14 is always detected by the linear encoder 15 and is fed back to the feedback signal input unit 21 as a position feedback signal 1a.

続いて、コントローラ２３について図２を用いて説明する。コントローラ２３は、偏差算出部３１と、位置速度補償演算部３２と、ローパスフィルタ３３と、位置監視部３４と、加速度補正部３５と、指令値算出部３６と、整定状態監視部３７とを備えて構成される。 Next, the controller 23 will be described with reference to FIG. The controller 23 includes a deviation calculation unit 31, a position / velocity compensation calculation unit 32, a low-pass filter 33, a position monitoring unit 34, an acceleration correction unit 35, a command value calculation unit 36, and a settling state monitoring unit 37. Configured.

偏差算出部３１は、指令信号入力部２２が出力した位置目標値１ｄから、帰還信号入力部２１が出力した位置帰還値１ｂを引いて、位置偏差量２ａを算出する。なお、本実施形態では偏差算出部３１の後段に不感帯３１´を設置して、位置偏差量２ａが不感帯３１´に入るときは該位置偏差量２ａを零として位置速度補償演算部３２へ出力し、位置偏差量２ａが不感帯３１´に入らないときは算出した位置偏差量２ａを位置速度補償演算部３２へ出力するようになっている。 The deviation calculation unit 31 calculates the position deviation amount 2a by subtracting the position feedback value 1b output from the feedback signal input unit 21 from the position target value 1d output from the command signal input unit 22. In the present embodiment, a dead zone 31 ′ is installed after the deviation calculating unit 31, and when the positional deviation amount 2 a enters the dead zone 31 ′, the positional deviation amount 2 a is set to zero and output to the position speed compensation calculating unit 32. When the position deviation 2a does not enter the dead zone 31 ', the calculated position deviation 2a is output to the position / velocity compensation calculation unit 32.

位置速度補償演算部３２は、位置帰還値１ｂを微分した速度帰還量２ｂ、及び偏差算出部３１により算出された位置偏差量２ａから、加速度目標量２ｃを算出して、指令値算出部３６へ出力する。 The position / velocity compensation calculation unit 32 calculates the acceleration target amount 2c from the speed feedback amount 2b obtained by differentiating the position feedback value 1b and the position deviation amount 2a calculated by the deviation calculation unit 31, and sends it to the command value calculation unit 36. Output.

なお、位置速度補償演算部３２では、ステージ１４の位置及び速度の制御（ＰＩＤ制御）を行う形態が一般的であるが、これに限定されず、位置補償及び速度補償を行う他の形態についてもそのまま適用できるということは言うまでもない。 The position / velocity compensation calculation unit 32 is generally configured to control the position and speed of the stage 14 (PID control). However, the present invention is not limited to this, and other forms that perform position compensation and speed compensation are also applicable. Needless to say, it can be applied as it is.

ローパスフィルタ３３は、帰還信号入力部２１が出力した位置帰還値１ｂから高周波成分（ノイズ）を除去する。これにより、位置帰還値１ｂに含まれる高周波成分（ノイズ）が、後述の加速度補正部３５にて算出される加速度補正量２ｅに大きく重畳されて、制御系が不安定になることを防止できる。 The low pass filter 33 removes a high frequency component (noise) from the position feedback value 1 b output from the feedback signal input unit 21. As a result, it is possible to prevent the high frequency component (noise) included in the position feedback value 1b from being largely superimposed on the acceleration correction amount 2e calculated by the acceleration correction unit 35, which will be described later, and the control system from becoming unstable.

位置監視部３４は、ローパスフィルタ３３を介して高周波成分（ノイズ）が除去された位置帰還値１ｂを監視して、この位置帰還値１ｂの微小な単位時間あたりの変化量から、ステージ（制御対象）１４の微小移動量２ｄを算出する。 The position monitoring unit 34 monitors the position feedback value 1b from which the high-frequency component (noise) has been removed via the low-pass filter 33, and determines the stage (control target) from the minute change amount of the position feedback value 1b per unit time. ) Calculate 14 minute movement amount 2d.

加速度補正部３５は、位置監視部３４が算出した微小移動量２ｄから、加速度補正量２ｅを算出する。このとき、加速度補正部３５は、微小移動量２ｄ及び位置目標値１ｄが一定となってからの経過時間、もしくは位置偏差量２ａが所定範囲内となってからの経過時間に基づいて、加速度補正量２ｅを算出することが望ましい。 The acceleration correction unit 35 calculates the acceleration correction amount 2e from the minute movement amount 2d calculated by the position monitoring unit 34. At this time, the acceleration correction unit 35 corrects the acceleration based on the elapsed time after the minute movement amount 2d and the position target value 1d become constant or the elapsed time after the position deviation amount 2a falls within a predetermined range. It is desirable to calculate the quantity 2e.

指令値算出部３６は、位置速度補償演算部３２からの加速度目標量２ｃと、加速度補正部３５からの加速度補正量２ｅとを加えて、加速度指令値１ｅを算出する。 The command value calculation unit 36 calculates the acceleration command value 1e by adding the acceleration target amount 2c from the position / velocity compensation calculation unit 32 and the acceleration correction amount 2e from the acceleration correction unit 35.

整定状態監視部３７は、位置目標値１ｄを微分した速度目標量２ｆ、及び位置偏差量２ａの値を監視し、これらの値がともに零であるか否かを判定する。そして、この判定結果に応じて、監視指令信号２ｇを位置監視部３４へ出力する。 The settling state monitoring unit 37 monitors the values of the speed target amount 2f obtained by differentiating the position target value 1d and the position deviation amount 2a, and determines whether both of these values are zero. Then, the monitoring command signal 2g is output to the position monitoring unit 34 according to the determination result.

具体的には、整定状態監視部３７は、速度目標量２ｆ及び位置偏差量２ａの値がともに零であると判定した場合、すなわち位置速度補償演算部３２が機能しない場合は、監視指令信号２ｇを位置監視部３４へ出力する。これを受けて、位置監視部３４は位置帰還値１ｂの監視して微小移動量２ｄを算出するとともに、加速度補正部３５は加速度補正量２ｅを算出する。一方、速度目標量２ｆ及び位置偏差量２ａの値がともに零ではないと判定した場合、すなわち位置速度補償演算部３２が機能している場合は、監視指令信号２ｇを位置監視部３４へ出力しない。これを受けて、位置監視部３４は位置帰還値１ｂの監視をせず微小移動量２ｄも算出せず、また加速度補正部３５も加速度補正量２ｅを算出しない。 Specifically, the settling state monitoring unit 37 determines that both the speed target amount 2f and the position deviation amount 2a are zero, that is, if the position / speed compensation calculation unit 32 does not function, the monitoring command signal 2g Is output to the position monitoring unit 34. In response to this, the position monitoring unit 34 monitors the position feedback value 1b to calculate the minute movement amount 2d, and the acceleration correction unit 35 calculates the acceleration correction amount 2e. On the other hand, when it is determined that both the speed target amount 2f and the position deviation amount 2a are not zero, that is, when the position / speed compensation calculation unit 32 is functioning, the monitoring command signal 2g is not output to the position monitoring unit 34. . In response to this, the position monitoring unit 34 does not monitor the position feedback value 1b, does not calculate the minute movement amount 2d, and the acceleration correction unit 35 does not calculate the acceleration correction amount 2e.

上記構成のコントローラ２３では、まず、偏差算出部３１が、位置目標値１ｄから位置帰還値１ｂを引いて位置偏差量２ａを算出し、この位置偏差量２ａが予め設定されている不感帯３１´に入らないときは、算出した位置偏差量２ａを位置速度補償演算部３２へ出力する。これを受けて、位置速度補償演算部３２は、位置偏差量２ａ及び位置帰還値１ｂを微分した速度帰還量２ｂを用いて、制御対象であるステージ１４の位置及び速度に係る演算処理を行って加速度目標量２ｃを算出し、指令値算出部３６へ出力する。 In the controller 23 having the above configuration, first, the deviation calculating unit 31 calculates the position deviation amount 2a by subtracting the position feedback value 1b from the position target value 1d, and the position deviation amount 2a is set in a preset dead zone 31 ′. If not, the calculated position deviation 2a is output to the position / velocity compensation calculation unit 32. In response to this, the position / velocity compensation calculation unit 32 uses the speed feedback amount 2b obtained by differentiating the position deviation amount 2a and the position feedback value 1b to perform calculation processing related to the position and speed of the stage 14 to be controlled. The acceleration target amount 2 c is calculated and output to the command value calculation unit 36.

一方、位置監視部３４では、（ステージ１４の位置を検出するリニアエンコーダ１５からフィードバックされた）位置帰還値１ｂの微小な変化量を監視し、この変化量からステージ１４の微小移動量２ｄを算出し、加速度補正部３５へ出力する。加速度補正部３５は、この微小移動量２ｄに基づいて加速度補正量２ｅを算出し、指令値算出部３６へ出力する。 On the other hand, the position monitoring unit 34 monitors the minute change amount of the position feedback value 1b (feedback from the linear encoder 15 that detects the position of the stage 14), and calculates the minute movement amount 2d of the stage 14 from this change amount. And output to the acceleration correction unit 35. The acceleration correction unit 35 calculates the acceleration correction amount 2e based on the minute movement amount 2d and outputs the acceleration correction amount 2e to the command value calculation unit 36.

指令値算出部３６では、位置速度補償演算部３２からの加速度目標量２ｃと、加速度補正部３５から加速度補正量２ｅとを足し合わせ、加速度指令値１ｅを算出する。このようにコントローラ２３で算出された加速度指令値１ｅは、増幅器２５を介してモータ１１へ出力される。モータ１１がこの指令値１ｅに基づいて駆動されることで、ステージ１４をボールねじ１２に沿って移動、位置決めができるようになっている。 The command value calculation unit 36 adds the acceleration target amount 2c from the position / velocity compensation calculation unit 32 and the acceleration correction amount 2e from the acceleration correction unit 35 to calculate the acceleration command value 1e. Thus, the acceleration command value 1e calculated by the controller 23 is output to the motor 11 via the amplifier 25. By driving the motor 11 based on the command value 1e, the stage 14 can be moved and positioned along the ball screw 12.

ここで、本実施形態の位置決め制御装置１において、図３に示すような加速、定速、減速及び停止を繰り返す速度パターンで、ステージ１４を動作させる場合を考える。 Here, in the positioning control device 1 of the present embodiment, consider a case where the stage 14 is operated with a speed pattern that repeats acceleration, constant speed, deceleration, and stop as shown in FIG.

例えば、ステージ１４の加速、定速及び減速時においては、速度指令が零ではない、つまり速度目標量２ｆが零ではないため、整定状態監視部３７は監視指令信号２ｇを出力しない。したがって、位置監視部３４は微小移動量２ｄを算出せず、加速度補正部３５も機能しない。また、停止時においては、速度指令は零である、つまり速度目標量２ｆが零であるが、ステージ１４が目標位置の近傍に入るまでの間は位置偏差量２ａが零にならないので、このときも整定状態監視部３７は監視指令信号２ｇを出力しない。したがって、位置監視部３４は微小移動量２ｄを算出せず、加速度補正部３５も機能しない。よって、ステージ１４が加速を開始してから停止させようとする地点（目標位置）に近づくまでの間は、ステージ１４は実質的に位置速度補償演算部３２のみで制御される。 For example, during acceleration, constant speed, and deceleration of the stage 14, since the speed command is not zero, that is, the speed target amount 2f is not zero, the settling state monitoring unit 37 does not output the monitoring command signal 2g. Therefore, the position monitoring unit 34 does not calculate the minute movement amount 2d, and the acceleration correction unit 35 does not function. At the time of stop, the speed command is zero, that is, the speed target amount 2f is zero, but the position deviation amount 2a does not become zero until the stage 14 enters the vicinity of the target position. Also, the settling state monitoring unit 37 does not output the monitoring command signal 2g. Therefore, the position monitoring unit 34 does not calculate the minute movement amount 2d, and the acceleration correction unit 35 does not function. Therefore, the stage 14 is substantially controlled only by the position / velocity compensation calculation unit 32 until the stage 14 approaches the point (target position) to be stopped after starting acceleration.

一方、ステージ１４を停止させようとする地点（目標位置）に近づいたときは、位置偏差量２ａが不感帯３１´の範囲内に入るため、位置速度補償演算部３２に出力される位置偏差量２ａは零となり、速度帰還量２ｂ（リニアエンコーダ１５により検出されるステージ１４の位置変位）も零に近い値になるため、位置速度補償演算部３２はほとんど機能しなくなる。しかしながら、この場合は、整定状態監視部３７は監視指令信号２ｇを位置監視部３４へ出力するため、位置監視部３４は微小移動量２ｄを算出し、この微小移動量２ｄに基づいて加速度補正部３５は加速度補正量２ｅを算出する。ここで算出された加速度補正量２ｅは、ボールねじ１２とステージ１４（詳しくはステージ１４に内蔵されたナット１３）との間に作用する弾性力のバランスを保つように作用するため、ステージ１４の位置決め制御を安定且つ速やかに行うことができる。 On the other hand, when approaching the point (target position) at which the stage 14 is to be stopped, the position deviation amount 2a falls within the dead zone 31 ', and therefore the position deviation amount 2a output to the position / velocity compensation calculation unit 32. Becomes zero, and the speed feedback amount 2b (position displacement of the stage 14 detected by the linear encoder 15) becomes a value close to zero, so that the position / velocity compensation calculation unit 32 hardly functions. However, in this case, since the settling state monitoring unit 37 outputs the monitoring command signal 2g to the position monitoring unit 34, the position monitoring unit 34 calculates the minute movement amount 2d, and the acceleration correction unit based on the minute movement amount 2d. 35 calculates an acceleration correction amount 2e. The acceleration correction amount 2e calculated here acts to maintain a balance of elastic force acting between the ball screw 12 and the stage 14 (specifically, the nut 13 built in the stage 14). Positioning control can be performed stably and promptly.

なお、上記のような制御を行うために、予め、加速度補正部３５を、弾性力が微小移動量２ｄに応じて線形的に変化する傾向にあれば比例演算するように構成し、弾性力が微小移動量２ｄに応じて非線形的に変化する傾向にあればその傾向を反映する演算をするように構成すればよい。 In order to perform the control as described above, the acceleration correction unit 35 is configured in advance so as to perform a proportional calculation if the elastic force tends to linearly change according to the minute movement amount 2d. What is necessary is just to comprise so that the calculation which reflects the tendency may be performed if there exists a tendency which changes nonlinearly according to 2 d of minute movements.

また、加速度補正部３５を、微小移動量２ｄ及び位置目標値１ｄの値が一定となってからの経過時間、もしくは位置目標量１ｄと位置帰還値１ｂとの差である位置偏差量２ａが所定範囲内となってからの経過時間に基づいて、加速度補正量２ｅを算出するように構成することが好ましい。例えば、比例積分演算するように構成された加速度補正部３５において、実際に加速度補正量２ｅを算出する場合は、一定時間が経過するごとに、その比例ゲインを増加させるように構成すればよい。 In addition, the acceleration correction unit 35 has a predetermined time deviation amount 2a which is an elapsed time after the minute movement amount 2d and the position target value 1d become constant, or a difference between the position target amount 1d and the position feedback value 1b. It is preferable that the acceleration correction amount 2e is calculated on the basis of the elapsed time from the range. For example, when the acceleration correction amount 2e is actually calculated in the acceleration correction unit 35 configured to perform the proportional-integral calculation, the proportional gain may be increased every time a certain time elapses.

ここで、位置決め制御装置１において、位置目標値１ｄと位置帰還値１ｂとの差が±数百ｎｍ以下となったときに不感帯３１が作用するようにし、この不感帯３１が作用したときに位置帰還値１ｂの変化が数十ｎｍとなった場合に、加速度補正量２ｅがモータ１１の定格トルクの５％程度になるように構成すると、不感帯３１が作用し始めてから５００ｍ秒以降、位置決め精度が１０ｎｍ以下で維持されることが確認できた。 Here, in the positioning control device 1, the dead zone 31 is activated when the difference between the position target value 1 d and the position feedback value 1 b becomes ± several hundred nm or less, and the position feedback is performed when the dead zone 31 is activated. When the change in the value 1b is several tens of nm and the acceleration correction amount 2e is configured to be about 5% of the rated torque of the motor 11, the positioning accuracy is 10 nm after 500 msec from the start of the dead zone 31. It was confirmed that the following was maintained.

以上のような本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば適宜改良可能である。 The present invention as described above is not limited to the above embodiment, and can be improved as appropriate without departing from the gist of the present invention.

本実施形態の位置決め制御装置の構成図である。It is a block diagram of the positioning control apparatus of this embodiment. 本実施形態の位置決め制御装置に係るブロック線図である。It is a block diagram which concerns on the positioning control apparatus of this embodiment. 制御対象であるステージを動作させるときの速度パターンの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the speed pattern when operating the stage which is a control object.

Explanation of symbols

１位置決め制御装置
１１モータ
１２ボールねじ
１３ナット
１４ステージ
１５リニアエンコーダ
２１帰還信号入力部
２２指令信号入力部
２３コントローラ
２４駆動信号出力部
２５増幅器
３１偏差算出部
３２位置速度補償演算部
３３ローパスフィルタ
３４位置監視部
３５加速度補正部
３６指令値算出部
３７整定状態監視部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positioning control apparatus 11 Motor 12 Ball screw 13 Nut 14 Stage 15 Linear encoder 21 Feedback signal input part 22 Command signal input part 23 Controller 24 Drive signal output part 25 Amplifier 31 Deviation calculation part 32 Position speed compensation calculation part 33 Low pass filter 34 Position Monitoring unit 35 Acceleration correcting unit 36 Command value calculating unit 37 Setting state monitoring unit

Claims

A drive source for moving the controlled object;
Position detection means for detecting a current position of the control target driven by the drive source as a position feedback value;
Based on a speed signal for operating the control object, a position target value indicating a distance that changes according to the movement of the control object from the current position to the stop target of the control object, and detected by the position detection unit Deviation calculating means for calculating a position deviation amount indicating a difference from the position feedback value of the control target;
A position speed compensation calculating means for calculating an acceleration command value of the drive source based on the position feedback value and the position deviation amount;
The drive source is a positioning control device that moves the control object based on the acceleration command value,
An acceleration correction means for calculating a minute movement amount of the control target from a minute change amount of the position feedback value per unit time, and calculating a correction amount of the acceleration command value from the minute movement amount;
The deviation calculating means does not output the position deviation amount to the position / velocity compensation calculating means when the position deviation amount is within a preset dead zone.
The acceleration correction means calculates a correction amount of the acceleration command value when the position deviation amount is within the dead zone and when the speed target amount obtained by differentiating the position target value is close to zero,
The positioning control device according to claim 1, wherein when the correction amount of the acceleration command value is calculated by the acceleration correction unit, the drive source moves the control object based on the correction amount.

The positioning control apparatus according to claim 1, further comprising a low-pass filter that removes a high-frequency component of the position feedback value detected by the position detection unit before the acceleration correction unit.

The acceleration correction means is configured to determine the acceleration command based on an elapsed time after the minute movement amount and the position target value are constant, or an elapsed time after the position deviation amount is within the predetermined range. The positioning control device according to claim 1, wherein a correction amount of the value is calculated.