JP4807648B2 - 位置決め制御装置及び位置決め制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、位置決め制御装置及び位置決め制御方法に関し、特に、変位コマンド及び変位フィードバック信号と所定のデッドポイント値との演算比較結果に基づいて、被制御体の変位及び位置決めを制御するための制御装置及び方法に関する。

図１は、従来の制御システムを示すブロック図である。図１を参照すると、従来の制御システムにおいて、マン−コンピュータもしくは発令者１０、制御駆動回路１２及び被制御体１４を含む。制御駆動回路１２は、マン−コンピュータもしくは発令者１０からのコマンドＳＤを受け、このコマンドＳＤに基づいて被制御体１４に制御信号ＳＣを出力する。被制御体１４は、制御信号ＳＣにより動作が制御され、制御駆動回路１２にフィードバック信号ＳＦを送信し、制御駆動回路１２により閉鎖ループのフィードバック制御が行われる。また、制御駆動回路１２は、さらに、使用者が制御システムの状態を観察できるように、上記状態をマン−コンピュータもしくは発令者１０に送信してフィードバック制御する。

図２は、従来の滑走車の走行制御を示す図である。図１とともに図２を参照すると、この滑走車２０の走行制御は、上記従来の制御システムを採用している。マン−コンピュータもしくは発令者１０は、制御駆動回路１２に走行コマンドＳＤを発信し、滑走車２０に設けられた被制御体１４を駆動し、滑走車２０を走行させる。このとき、被制御体１４は、フィードバック信号ＳＦを制御駆動回路１２に送信する。このように、制御駆動回路１２は、閉鎖ループで滑走車２０の走行をフィードバック制御する。

滑走車２０がデッドポイントエリアまで走行すると、滑走車２０上の押ピン２０２がフィードバック装置２４にタッチする。このとき、フィードバック装置２４は、デッドポイントフィードバック信号ＳＴを制御駆動回路１２に送信し、停車またはリセットするよう制御駆動回路１２に知らせ、滑走車２０が臨界面２２に接することがないように、滑走車２０の大体の位置決めを達成する。このような制御方法によって、滑走車２０の位置決めを、摩損や塵埃、気流、振動などの原因に影響されず、正常に運行できる。

しかしながら、加工技術が進歩しているため、益々多くの部品部材または組成設計が、高精度、低誤差及び小型化などの条件を備えなければならない。例えば、上記滑走車２０の変位及び位置決めも、ともに上記の条件を満たす必要がある。

そのため、駆動された被制御体１４の運動条件が、マイクロコスミック（micro cosmic）またはニアフィールド（near-field）の領域に入ると、フィードバック装置２４の体積が大き過ぎるため実現できない場合も多い。また、フィードバック装置２４も、摩損や塵埃或いは加工上の原因で反応上のずれが発生し、滑走車２０が臨界面２２に停車するギャップを零に効率的に近づくことができなくなる。

同時に、フィードバック装置２４を移除すれば、滑走車２０が臨界面２２に停車するギャップも、臨界面２２表面の変異が原因で、零に効率的に近づくことができない。より厳重なことは、制御駆動回路１２中の積分器（図示せず）でこれらのギャップを積分された後に、大きな動力が発生して滑走車２０が進行するように駆動し、被制御体１４が極めて大きな無駄なパワーを受けてしまって損傷することである。

これに鑑みて、本発明は、変位コマンド及び変位フィードバック信号と所定のデッドポイント値との演算比較結果に基づいて、被制御体の変位及び位置決めを制御するための位置決め制御装置及び方法を提供することにある。この位置決め制御装置は、従来のフィードバック装置を必要とせず、被制御体の位置決めを正確に達成でき、被制御体の位置決めがデッドポイント領域に入ることによる重大な損傷を避けられる。

そのため、本発明の位置決め制御装置は、仲裁モジュールと、第１の駆動モジュールと、第２の駆動モジュールと、切替モジュールと、誤差削除モジュールとを含む。仲裁モジュールは、所定のデッドポイント値を有し、変位コマンド及び変位フィードバック信号を受ける。仲裁モジュールは、変位コマンド及び変位フィードバック信号の両方を、それぞれ所定のデッドポイント値と演算比較し、比較結果に基づく制御信号を出力し、かつ、変位コマンドを変位信号に変換して出力する。第１の駆動モジュールは、仲裁モジュールと被制御体に接続され、変位信号及び被制御体から出力した変位フィードバック信号を受信し、被制御体の移動のための第１の駆動信号を被制御体に出力する。第２の駆動モジュールは、被制御体の位置決めのための第２の駆動信号を被制御体に出力する。

切替モジュールは、仲裁モジュール、第１の駆動モジュール、第２の駆動モジュール及び被制御体に接続する。上記切替モジュールは制御信号により制御され、第１の駆動信号または第２の駆動信号を被制御体に転送する。誤差削除モジュールは、仲裁モジュール及び第１の駆動モジュールに接続し、仲裁モジュールにより制御され、第１の駆動モジュールの誤差累積量を削除する。

また、本発明の位置決め制御方法は、位置決め制御装置に適用され、被制御体の移動及び位置決めを制御するための位置決め制御方法であって、その工程として、先ず、変位コマンドを受け、変位コマンドを解読できるか否かを判断する工程がある。解読できれば、続いて変位コマンドが前回の操作中に処理されたコマンドであるか否かを判断する。変位コマンドが前回の操作中に処理されなければ、新しい変位コマンドと判断し、この新しい変位コマンド及び変位フィードバック信号の両方を、それぞれ所定のデッドポイント値と対比して、この新しい変位コマンド及び変位フィードバック信号の両方が所定のデッドポイント値に一致するか否かを判断する。一致すれば、移動を停止するように被制御体を制御し、位置決め状態に達する。少なくとも一方が一致していなければ、この新しい変位コマンドを新しい変位信号に変換して出力し、この被制御体から出力した変位フィードバック信号及びその変位信号を演算比較することにより移動、定位し始めるように被制御体を制御する。

上記説明によれば、本発明の位置決め制御装置は、従来のフィードバック装置を必要とせず、被制御体の位置決めを正確に達成でき、マイクロコスミックまたはニアフィールドの領域に適用し、小型化できる利点を有する。また、本発明の位置決め制御方法は、変位コマンド及び変位フィードバック信号と所定のデッドポイント値との比較結果に基づいて、被制御体が変位または位置決めを行う工程を制御し、位置決めの工程により高精度、低誤差の位置決め制御を達成する。

本発明の特徴及び技術内容をより詳しく了解するために、以下に本発明に関わる詳細な説明及び添付図面を参照すれば、理解できると確信しているが、それらの添付図面が参考及び説明のみに使われ、本発明の主張範囲を狭義的に局限するものではないことは言うまでもないことである。

図３は、本発明に係る位置決め制御装置の機能を示すブロック図である。図３を参照すると、位置決め制御装置４は、被制御体５に接続し、被制御体５の変位及び位置決めを制御する。位置決め制御装置４は、マン−コンピュータもしくは発令者（図示せず）から変位コマンドＳ１を受けるとともに、被制御体５から変位フィードバック信号Ｓ２を取得し、変位コマンドＳ１及び変位フィードバック信号Ｓ２に基づいて、被制御体５の変位及び位置決めを制御する。

さらに、図３を参照すると、位置決め制御装置４は、仲裁モジュール４０と、第１の駆動モジュール４２と、第２の駆動モジュール４４と、切替モジュール４６と、誤差削除モジュール４８とを含む。そのうち、仲裁モジュール４０は、所定のデッドポイント値（図示せず）を有する。また、仲裁モジュール４０は、マン−コンピュータもしくは発令者から変位コマンドＳ１を受け、被制御体５からも変位フィードバック信号Ｓ２を受信し、変位コマンドＳ１及び変位フィードバック信号Ｓ２と所定のデッドポイント値とを演算比較し、比較結果に基づいて制御信号Ｓ３を出力する。また、仲裁モジュール４０は、変位コマンドＳ１を変位信号Ｓ４に変換して出力する。

さらに、図３を参照すると、第１の駆動モジュール４２は、仲裁モジュール４０及び被制御体５に接続され、変位信号Ｓ４及び変位フィードバック信号Ｓ２を受信する。第１の駆動モジュール４２は、変位信号Ｓ４と変位フィードバック信号Ｓ２の差を演算し、第１の駆動信号Ｓ５を出力する。誤差削除モジュール４８は、仲裁モジュール４０及び第１の駆動モジュール４２に接続し、仲裁モジュール４０により制御され、第１の駆動モジュール４２の変位信号Ｓ４と変位フィードバック信号Ｓ２の誤差累積量を削除する。

さらに、図３を参照すると、第２の駆動モジュール４４は、第２の駆動信号Ｓ６を出力する。また、切替モジュール４６は、仲裁モジュール４０、第１の駆動モジュール４２、第２の駆動モジュール４４及び被制御体５に接続し、仲裁モジュール４０から出力した制御信号Ｓ３により制御される。切替モジュール４６は、制御信号Ｓ３により切替動作を行い、第１の駆動信号Ｓ５または第２の駆動信号Ｓ６を被制御体５に転送する。

さらに、図３を参照すると、第１の駆動モジュール４２と切替モジュール４６とは、第１の制御ループを形成する。この第１の制御ループは、変位コマンドＳ１が変換した変位信号Ｓ４と変位フィードバック信号Ｓ２とに基づいて、被制御体５の変位駆動を制御する。第２の駆動モジュール４４と切替モジュール４６とは、第２の制御ループを形成する。この第２の制御ループは、被制御体５の位置決め駆動を制御する。仲裁モジュール４０は、変位コマンドＳ１及び変位フィードバック信号Ｓ２と所定のデッドポイント値とを演算比較し、演算結果に基づいて第１の制御ループまたは第２の制御ループの動作を制御する。

上記説明において、仲裁モジュール４０は、変位コマンドＳ１及び変位フィードバック信号Ｓ２が所定のデッドポイント値に一致していないという演算比較結果であるとき、被制御体５の変位駆動のために第１の駆動信号Ｓ５を被制御体５に提供するように、仲裁モジュール４０が出力した制御信号Ｓ３により切替モジュール４６を切替制御する。逆に、仲裁モジュール４０は、変位コマンドＳ１及び変位フィードバック信号Ｓ２が所定のデッドポイント値に一致しているという演算比較結果であるとき、被制御体５の位置決め駆動のために第２の駆動信号Ｓ６を被制御体５に提供するように、仲裁モジュール４０が出力した制御信号Ｓ３により切替モジュール４６を切替制御する。

図４は、本発明に係る位置決め制御装置を示す回路図である。図３とともに図４を参照すると、仲裁モジュール４０は、マイクロプロセサ４０２及び論理アレイユニット４０４を含む。マイクロプロセサ４０２は、演算プログラムを実行することにより、変位コマンドＳ１及び変位フィードバック信号Ｓ２と所定のデッドポイント値とを演算比較し、論理アレイユニット４０４を制御して制御信号Ｓ３を出力するとともに、変位コマンドＳ１を変位信号Ｓ４に変換して出力する。同時に、仲裁モジュール４０は、マイクロプロセサ４０２の演算処理により、所定のデッドポイント値を調整できる。また、仲裁モジュール４０は、第２の駆動モジュール４４に接続し、さらに両者の接続関係により第２の駆動モジュール４４を制御し第２の駆動信号Ｓ６の出力を調整することもできる。

さらに、図３とともに図４を参照すると、第１の駆動モジュール４２は、誤差増幅器４２０、ＰＩＤ演算器４２２及び加算器４２４を含む。誤差増幅器４２０は、変位信号Ｓ４から変位フィードバック信号Ｓ２を減算し、位置誤差信号Ｖｅｒｒｏｒを出力する。ＰＩＤ演算器４２２は、比例演算器４２２０、積分演算器４２２２及び微分演算器４２２４を含む。これらの演算器４２２０、４２２２、４２２４は、ともに誤差増幅器４２０に接続する。また、それぞれ、比例演算、積分演算及び微分演算で位置誤差信号Ｖｅｒｒｏｒを演算し、比例信号Ｓ７、積分信号Ｓ８及び微分信号Ｓ９をそれぞれ出力する。加算器４２４は、これらの演算器４２２０、４２２２、４２２４に接続し、加法演算で比例信号Ｓ７、積分信号Ｓ８及び微分信号Ｓ９を整合し、第１の駆動信号Ｓ５を出力する。

さらに、図３とともに図４を参照すると、誤差削除モジュール４８は、微分器放電スイッチ４８２及び積分器放電スイッチ４８４を含む。微分器放電スイッチ４８２は、ＰＩＤ演算器４２２の微分演算器４２２４に接続し、積分器放電スイッチ４８４は、ＰＩＤ演算器４２２の積分演算器４２２２に接続する。微分器放電スイッチ４８２及び積分器放電スイッチ４８４は、仲裁モジュール４０により制御され、微分演算器４２２４及び積分演算器４２２２の位置誤差信号Ｖｅｒｒｏｒの累積量（誤差累積量）を削除する。

さらに、図３とともに図４を参照すると、第２の駆動モジュール４４は、電流駆動モジュールまたは電圧駆動モジュールである。図４では、第２の駆動モジュール４４は、電圧駆動モジュールを実施例とする。第２の駆動モジュール４４は、バイアスＶＤＤ及び可変抵抗Ｒからなり、可変抵抗Ｒを調整することにより、異なる第２の駆動信号Ｓ６を発生し出力できる。また、切替モジュール４６は、切替スイッチ４６０及び増幅器４６２を含む。切替スイッチ４６０は、仲裁モジュール４０から出力した制御信号Ｓ３により制御され、切替動作を行い、第１の駆動信号Ｓ５または第２の駆動信号Ｓ６を増幅器４６２に転送する。増幅器４６２は、第１の駆動信号Ｓ５または第２の駆動信号Ｓ６を増幅し、被制御体５に転送する。

図５は、本発明に係る位置決め制御方法を示すフローチャートである。図３とともに図５を参照すると、本発明に係る位置決め制御方法は、位置決め制御装置４に適用され、被制御体５の変位及び位置決めを制御する。先ず、位置決め制御装置４は、マン−コンピュータもしくは発令者（図示せず）から変位コマンドＳ１を受け（Ｓ１２）、変位コマンドＳ１が解読できるか否かを判断する（Ｓ１４）。解読できれば、続いて変位コマンドＳ１が前回の操作中に処理されたコマンドであるか否かを判断する（Ｓ１５）。変位コマンドＳ１が前回の操作中に処理されていなければ、位置決め制御装置４は、変位コマンドＳ１に基づいて、変位コマンドＳ１に対応する所定のデッドポイント値を内部に受け取るとともに（Ｓ１６）、位置決め制御装置４は、変位コマンドＳ１に基づいて、変位操作を行うように被制御体５を制御する。

被制御体５が制御され変位するときに、位置決め制御装置４は、変位コマンドＳ１及び変位フィードバック信号Ｓ２が所定のデッドポイント値に一致するか否かを判断し（Ｓ１７）、一致すれば、位置決め制御装置４は、位置決め操作を行うように被制御体５を制御し（Ｓ１８）、この位置決め操作において、位置決め制御装置４は、次回の位置決め操作が影響されないように、内部に保存した誤差累積量を全て削除する。また、変位コマンドＳ１及び変位フィードバック信号Ｓ２が所定のデッドポイント値に一致していなければ、位置決め制御装置４は、変位コマンドＳ１に基づいて変位操作を行うように被制御体５を制御し（Ｓ１９）、この変位操作において、位置決め制御装置４は、変位操作に影響しないように、内部に保存した誤差累積量を周期的に削除する。

図３とともに図５を参照すると、位置決め制御装置４は、変位コマンドＳ１を受ける前に、初期化及び自己検査の工程を予め行い（Ｓ１０）、その後、この工程に誤りがあるか否かを判断し（Ｓ１１）、位置決め制御装置４にあらゆる誤りが発生すれば、位置決め制御装置４は、誤り応答情報を発生し（Ｓ２０）、使用者に知らせ、誤りが発生しなければ、工程Ｓ１２に入る。また、変位コマンドＳ１を解読できなければ、位置決め制御装置４は、変位コマンドを受ける工程に戻り（Ｓ１２）、変位コマンドＳ１を改めて受け、解読できる変位コマンドＳ１を受け取る。さらに、受けた変位コマンドＳ１が前回の操作中に既に処理されていれば、位置決め制御装置４は、上記変位コマンドを受ける工程に戻り（Ｓ１２）、変位コマンドＳ１を改めて受け、処理されていない変位コマンドＳ１を受け取る。

図６は、本発明の滑走車の走行制御を示す図である。図３とともに図６を参照すると、本発明の位置決め制御装置４は、滑走車３０内に設けられた被制御体５の動作を制御し、滑走車２０を一方向に沿って走行させる。この実施例では、本発明の位置決め制御装置４は、変位操作を実行し、滑走車２０を制御し臨界面３２へ移動させる。滑走車２０の平接触面３０２が臨界面３２に近づくと、位置決め制御装置４は、位置決め操作を実行し、平接触面３０２と臨界面３２のギャップを零に近づかせる。

以上のように、本発明の位置決め制御装置は、フィードバック装置を必要とせず、被制御体が正確な位置決めに達成でき、被制御体の位置決めがデッドポイント領域に入ることによる重大な損傷を避けられるため、マイクロコスミックまたはニアフィールドの領域に適用し、小型化できる利点を有する。同時に、本発明の位置決め制御装置は、位置決めの操作を実行することにより、高精度、低誤差の位置決め制御を達成し、摩損や塵埃、気流、振動などの原因に影響されない。

なお、上記掲示した図面及び説明は、単に本発明の実施例に過ぎず、いずれの当該技術分野における通常の知識を有する者が本発明の技術分野の中で、適当に変更や修正などを実施できるが、それらの改良が本発明の主張範囲内に納入されるべきことは言うまでもないことである。

従来の制御システムを示すブロック図である。 従来の滑走車の走行制御を示す図である。 本発明に係る位置決め制御装置の機能を示すブロック図である。 本発明に係る位置決め制御装置を示す回路図である。 本発明に係る位置決め制御方法を示すフローチャートである。 本発明の滑走車の走行制御を示す図である。

符号の説明

１０ マン−コンピュータもしくは発令者
１２ 制御駆動回路
１４ 被制御体
ＳＤ コマンド
ＳＣ 制御信号
ＳＦ フィードバック信号
ＳＴ デッドポイントフィードバック信号
２０ 滑走車
２０２ 押ピン
２２ 臨界面
２４ フィードバック装置
４ 位置決め制御装置
５ 被制御体
４０ 仲裁モジュール
４２ 第１の駆動モジュール
４４ 第２の駆動モジュール
４６ 切替モジュール
４８ 誤差削除モジュール
４０２ マイクロプロセサ
４０４ 論理アレイユニット
４２０ 誤差増幅器
４２２ ＰＩＤ演算器
４２４ 加算器
４２２０ 比例演算器
４２２２ 積分演算器
４２２４ 微分演算器
４６０ 切替スイッチ
４６２ 増幅器
４８２ 微分器放電スイッチ
４８４ 積分器放電スイッチ
３０ 滑走車
３０２ 平接触面
３２ 臨界面
Ｓ１ 変位コマンド
Ｓ２ 変位フィードバック信号
Ｓ３ 制御信号
Ｓ４ 変位信号
Ｓ５ 第１の駆動信号
Ｓ６ 第２の駆動信号
Ｓ７ 比例信号
Ｓ８ 積分信号
Ｓ９ 微分信号
ＶＤＤ バイアス
Ｒ 可変抵抗

Claims (8)

1. マン−コンピュータもしくは発令者から出力した変位コマンド及び被制御体から出力した変位フィードバック信号を受信し、当該変位コマンド及び当該変位フィードバック信号に基づいて前記被制御体の移動及び位置決めを制御するための位置決め制御装置であって、
   所定のデッドポイント値を有し、前記変位コマンド及び前記変位フィードバック信号の両方を、それぞれ前記所定のデッドポイント値と演算比較し、比較結果に基づく制御信号を出力するとともに、前記変位コマンドを変位信号に変換する仲裁モジュールと、
   前記仲裁モジュールと前記被制御体に接続され、前記変位信号及び前記変位フィードバック信号を受信し、前記被制御体の移動のための第１の駆動信号を前記被制御体に出力する第１の駆動モジュールと、
   前記被制御体の位置決めのための第２の駆動信号を前記被制御体に出力する第２の駆動モジュールと、
   前記仲裁モジュール、前記第１の駆動モジュール、前記第２の駆動モジュール及び前記被制御体に接続し、前記変位コマンド及び前記変位フィードバック信号の少なくとも一方が前記所定のデッドポイント値に一致していないときに前記被制御体の移動のために前記第１の駆動信号を前記被制御体に出力する動作と、前記変位コマンド及び前記変位フィードバック信号の両方が前記所定のデッドポイント値に一致しているときに前記被制御体の位置決めのために前記第２の駆動信号を前記被制御体に出力する動作とを前記制御信号により切替制御される切替モジュールと
   を備える位置決め制御装置。
2. 前記仲裁モジュール及び前記第１の駆動モジュールに接続し、前記仲裁モジュールにより制御され、前記第１の駆動モジュールの誤差累積量を削除する誤差削除モジュールを備えることを特徴とする請求項１に記載の位置決め制御装置。
3. 前記第１の駆動モジュールは、
   前記変位信号から前記変位フィードバック信号を減算し、位置誤差信号を出力する誤差増幅器と、
   前記誤差増幅器に接続し、前記位置誤差信号を演算し、比例信号、積分信号及び微分信号を出力するＰＩＤ演算器と、
   前記ＰＩＤ演算器に接続し、前記比例信号、前記積分信号及び前記微分信号を整合し、前記第１の駆動信号を出力する加算器と
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の位置決め制御装置。
4. 前記仲裁モジュールは、マイクロプロセサ及び論理アレイユニットを含み、
   前記マイクロプロセサは、演算プログラムを実行することにより、前記変位コマンド及び前記変位フィードバック信号の両方を、それぞれ前記所定のデッドポイント値と演算比較し、前記論理アレイユニットを制御して前記制御信号を出力するとともに、前記変位コマンドを前記変位信号に変換し、
   前記仲裁モジュールは、前記第２の駆動モジュールに接続し、前記マイクロプロセサの処理演算により、前記第２の駆動モジュールを制御し前記第２の駆動信号の出力を調整する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置決め制御装置。
5. 前記ＰＩＤ演算器は、前記誤差削除モジュールに接続し、
   前記誤差削除モジュールは、微分器放電スイッチ及び積分器放電スイッチを含み、
   前記微分器放電スイッチ及び前記積分器放電スイッチは、前記仲裁モジュールにより制御され、前記ＰＩＤ演算器に保存された誤差累積量を削除する
   ことを特徴とする請求項３に記載の位置決め制御装置。
6. 請求項１記載の位置決め制御装置に適用され、被制御体の移動及び位置決めを制御するための位置決め制御方法であって、
   変位コマンドを受け、前記変位コマンドを解読できるか否かを判断し、解読できなければ、前記変位コマンドを改めて受け、
   解読できれば、前記変位コマンドが前回の操作中に処理されたコマンドであるか否かを判断し、前記変位コマンドが前回の操作中に処理されていれば、前記変位コマンドを受ける工程に戻り、
   前記変位コマンドが前回の操作中に処理されていなければ、前記変位コマンドに基づいて所定のデッドポイント値を受け取り、前記被制御体の移動を制御し、
   前記変位コマンド及び前記変位フィードバック信号の両方が前記所定のデッドポイント値に一致するか否かを判断し、
   一致すれば、前記被制御体の位置決めを制御し、少なくとも一方が一致していなければ、前記被制御体の移動を制御する工程を含む位置決め制御方法。
7. 前記変位コマンドを受ける工程の前に、前記位置決め制御装置は、初期化及び自己検査の工程を行い、前記初期化及び自己検査の工程において、誤りが発生すれば、誤り応答情報を発生することを特徴とする請求項６に記載の位置決め制御方法。
8. 前記被制御体の位置決めを制御する工程において、前記位置決め制御装置うちの誤差累積量を周期的に削除することを特徴とする請求項６に記載の位置決め制御方法。

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