JP5163798B2 - Isolation device - Google Patents
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Description
この発明は、半導体製造装置や加工機などの架台上に搭載され、架台上に搭載された駆動装置の位置決め等の駆動制御によって運転中に生じる架台の振動を抑制する免振装置に関する。 The present invention relates to a vibration isolator that is mounted on a gantry such as a semiconductor manufacturing apparatus or a processing machine, and suppresses vibration of the gantry generated during operation by driving control such as positioning of a driving device mounted on the gantry.
空気ばね、コイルばね、あるいは防振ゴムなどの振動吸収手段を備えた架台上にXYステージなどの駆動装置が搭載されている半導体露光装置がある。この架台においては、床から伝播する振動についてはある程度減衰できても、架台上に搭載されているXYステージの駆動により発生する振動を有効に減衰できないという問題点があった。 There is a semiconductor exposure apparatus in which a drive device such as an XY stage is mounted on a gantry provided with vibration absorbing means such as an air spring, a coil spring, or a vibration-proof rubber. In this gantry, there is a problem that even if the vibration propagating from the floor can be damped to some extent, the vibration generated by driving the XY stage mounted on the gantry cannot be damped effectively.
床から伝播する振動の絶縁とXYステージの駆動に起因する振動の抑制性能とを解決するために、特許文献1に示す能動制動装置が提案されている。
特許文献1に示す能動制動装置は、XYステージの駆動方向と反対方向にカウンタマスを駆動することによって、XYステージの駆動反力とカウンタマスの移動による駆動反力を相殺して、XYステージが搭載されている架台に振動を伝えないようにしたものである。
In order to solve the insulation of vibration propagating from the floor and the suppression performance of vibration caused by driving of the XY stage, an active braking device shown in
The active braking device shown in
上述の特許文献1に記載の能動制動装置は、ステージ目標速度を入力し、ステージが駆動して発生する駆動反力を相殺する力を生成する動きを実現させる目標値を生成してカウンタマスを駆動する速度制御を行っている。このため、同一方向への移動を繰り返す運転の場合においては、カウンタマス位置が徐々に加算されストロークエンドに達してしまうため、ステージの駆動に起因する振動の抑制は能動制動装置のカウンタマスのストロークに制約されてしまうという問題点があった。
The active braking device described in
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、振動抑制の対象となるステージ(以下、駆動装置と記す)の運転が同一方向への移動を繰り返す運転の場合においても、能動制動装置(以下、免振装置と記す)のカウンタマス(以下、可動部と記す)位置が免振装置可動部のストロークエンドを越えることなく、駆動装置の駆動に起因する振動の抑制が可能な免振装置を得ることを目的とする。 This invention was made in order to solve the above-described problems, and even in the case of an operation in which the operation of a stage (hereinafter referred to as a drive device) that is subject to vibration suppression repeatedly moves in the same direction, The vibration caused by the drive of the drive device can be suppressed without the counter mass (hereinafter referred to as the movable portion) position of the active braking device (hereinafter referred to as the vibration isolation device) exceeding the stroke end of the vibration isolation device movable portion. The purpose is to obtain a simple vibration isolator.
この発明に係る免振装置は、架台上に搭載された駆動装置の駆動によって生じる振動を可動部の駆動反力を利用して振動抑制制御を行う免振装置において、前記免振装置を制御する免振側制御部は、前記駆動装置を制御する励振側制御部から出力された情報により、前記駆動装置の駆動反力に相当する駆動反力を得るために前記免振装置の可動部を駆動制御する免振制御部と、前記免振装置の位置指令および免振側フィードバック信号により、前記免振装置の可動部を位置・速度制御する位置・速度制御部と、を有するとともに、前記免振側制御部は、前記位置・速度制御推力指令に含まれる免振制御の効果を妨げる干渉成分を補償する干渉成分補償部を備え、前記免振制御部から出力される免振制御用カウンタ推力指令と、前記位置・速度制御部から出力される位置・速度制御推力指令と、この干渉成分補償部からの出力との和により前記可動部を駆動制御するようにしたことを特徴とするものである。
The vibration isolator according to the present invention controls the vibration isolator in a vibration isolator that performs vibration suppression control using the drive reaction force of the movable portion for vibration generated by driving the drive device mounted on the gantry. The vibration isolation side control unit drives the movable part of the vibration isolation device in order to obtain a drive reaction force corresponding to the drive reaction force of the drive device based on the information output from the excitation side control unit that controls the drive device. A vibration isolating control unit for controlling, a position / speed control unit for controlling the position and speed of the movable part of the vibration isolator according to the position command and the vibration isolation side feedback signal of the vibration isolator, and the vibration isolation The side control unit includes an interference component compensation unit that compensates for an interference component that hinders the effect of the vibration isolation control included in the position / speed control thrust command, and the counter thrust command for vibration isolation control output from the vibration isolation control unit. and, the position and speed And position and speed control thrust command output from control unit, is characterized in that so as to drive and control the movable part by the sum of the output from the interference component compensator.
この発明に係る免振装置は、駆動装置側の移動が免振側可動部のストロークエンドを越える同一方向への移動を繰り返す場合であっても、駆動装置側の運転により生じる駆動反力に対する免振制御が効率よく行うことができる。 The vibration isolator according to the present invention is capable of relieving the driving reaction force generated by the driving device side even when the movement on the driving device side repeats the movement in the same direction beyond the stroke end of the vibration isolating movable portion. Vibration control can be performed efficiently.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る駆動装置及び免振装置の構成を示すブロック図である。
図において、駆動装置1を構成する励振側制御部3は励振側指令信号7に追従するように励振側フィードバック信号8を用いて制御し、励振側電流9を出力し、架台(図示せず)上に搭載された励振側可動部4を駆動する。また、励振側制御部3は後述の免振装置2に情報13を出力する。
免振装置2を構成する免振側制御部5は、駆動装置1から出力される情報13を用いて免振制御用カウンタ推力指令を設定する免振制御とともに、免振側指令信号としての位置指令10に追従するように免振側フィードバック信号11を用いて制御する位置・速度制御とを行い、免振側電流12を出力し、架台(図示せず)上に搭載された免振側可動部6を駆動する。
1 is a block diagram showing the configuration of a drive device and a vibration isolator according to
In the figure, an excitation-side control unit 3 constituting the
The vibration isolation
図2はこの発明の実施の形態1に係る免振装置における免振側制御部の構成を示す図である。
免振側制御部5aにおいて、免振装置の位置指令を設定する位置指令設定部101は、免振側指令信号としての位置指令10を出力する。位置指令10は駆動装置1の運転仕様に合せて設定され、通常は免振装置2における励振側可動部4の可動領域中央に設定する。ただし、励振側可動部4の駆動方向の情報を予め得ている場合には、免振装置の可動領域中央からストロークを確保できる方向に移動した位置を位置指令10として設定しても良い。
位置・速度制御部102は、免振装置2の位置・速度制御を実施するもので、位置指令設定部101から出力される免振側指令信号としての位置指令10を基に位置・速度制御推力指令を作成し、免振側可動部6の位置を位置指令10で指定された位置に制御する。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the vibration isolation side control unit in the vibration isolation device according to
In the vibration isolation
The position /
情報設定部103は、励振側制御部3から情報13として取り込むデータの種類を選択するもので、データの種類としては速度指令、加速度指令、推力指令、電流指令などがある。
免振制御用カウンタ推力設定部104は、情報設定部103で設定された情報106を用いて励振側駆動反力を導出し、免振制御用カウンタ推力指令107を出力する。
免振制御部14は、情報設定部103、免振制御用カウンタ推力設定部104とにより構成される。
条件判断部110aは情報106を基に、免振制御用カウンタ推力指令107と位置・速度制御推力指令108とのどちらか一方を選択し、スイッチ111を切替える。
スイッチ111で選択された推力指令が、最終推力指令112となり、推力/電流変換部105で電流12aに変換される。
The
The vibration isolation control counter
The vibration
Based on the
The thrust command selected by the switch 111 becomes the
図2では、免振制御部14を情報設定部103、免振制御用カウンタ推力設定部104で構成した例を示したが、情報設定部103、免振制御用カウンタ推力設定部104、条件判断部110a、スイッチ111、推力/電流変換部105で構成するようにしても良い。
FIG. 2 shows an example in which the vibration
図3は駆動装置の各種指令の波形を示す図で、(a)は位置指令の波形を示す図、(b)は速度指令の波形を示す図、(c)は加速度指令の波形を示す図である。
図に示すように、一般に指令パターンは加速領域、定速領域、減速領域、停止領域で構成され、駆動反力は加速領域および減速領域において生じるため、発明の実施の形態1においては、駆動装置の運転のうち駆動反力が生じる加速領域、減速領域において免振制御を行い、駆動反力が生じない定速領域、停止領域においては位置指令設定部101からの位置指令10により免振側可動部位置を制御する。
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing waveforms of various commands of the drive device, where FIG. 3A is a diagram showing a waveform of a position command, FIG. 3B is a diagram showing a waveform of a speed command, and FIG. 3C is a diagram showing a waveform of an acceleration command. It is.
As shown in the figure, since the command pattern is generally composed of an acceleration region, a constant speed region, a deceleration region, and a stop region, and the driving reaction force occurs in the acceleration region and the deceleration region, in the first embodiment of the invention, the drive device The vibration isolation control is performed in the acceleration region and the deceleration region where the drive reaction force is generated in the above operation, and in the constant speed region and the stop region where the drive reaction force does not occur, the vibration isolation side is movable by the
図4はこの発明の実施の形態1に係る免振装置の免振側制御部において条件判断部110aで行う条件判断のフローチャートである。情報106として励振側速度指令を使用した場合の、条件判断部110aの処理例について説明する。
ステップS101で、情報106を入力し、励振側速度指令時間変化=0か否かを判断する。
ステップS101で励振側速度指令時間変化=0の場合は、ステップS102でスイッチ111aを選択し、ステップS103で免振装置の位置・速度制御を実行する。
ステップS101で励振側速度指令時間変化=0でない場合は、ステップS104でスイッチ111bを選択し、ステップS105で免振制御用カウンタ推力指令により免振制御を実行する。
FIG. 4 is a flowchart of condition determination performed by the
In step S101,
If the excitation side speed command time change = 0 in step S101, the
If it is determined in step S101 that the excitation-side speed command time change is not zero, the
上述では、励振側制御部3から情報13として励振側速度指令を取り込んだ場合について説明したが、加速度指令、推力指令、電流指令、加速度、推力、電流を用いてもよい。
また、上述では、励振側速度指令時間変化=0か否かを判断する例について説明したが、閾値により条件判断するようにしても良い。
In the above description, the case where the excitation side speed command is fetched as the
In the above description, the example in which it is determined whether or not the excitation-side speed command time change = 0 is described. However, the condition may be determined based on a threshold value.
図5は免振装置を使用せずに駆動装置可動部を駆動した場合のシミュレーション結果を示す図、また図6は従来の免振装置により駆動反力を相殺して架台に振動を与えないようにした場合のシミュレーション結果を示す図である。図において、(a)は励振側指令パターン、(b)は励振側速度偏差(励振側指令パターンと実速度の差分)、(c)は架台変位、(d)は免振側可動部位置を示す。 FIG. 5 is a diagram showing a simulation result when the driving device movable portion is driven without using the vibration isolator, and FIG. 6 is a conventional vibration isolator that cancels the driving reaction force so as not to give vibration to the gantry. It is a figure which shows the simulation result at the time of setting. In the figure, (a) is the excitation side command pattern, (b) is the excitation side speed deviation (difference between the excitation side command pattern and the actual speed), (c) is the gantry displacement, (d) is the position of the vibration isolation side movable part. Show.
免振装置を使用せずに駆動装置可動部を駆動した図5の場合、駆動装置可動部が励振側指令パターン(a)に従って駆動した際、励振側速度偏差(b)は残留振動を生じており、架台変位(c)も大きく振動しているため、駆動装置の高速・高精度な位置決めは困難である。
また、駆動反力を相殺する免振装置を使用していないので、免振側可動部位置(d)は0となる。
In the case of FIG. 5 in which the driving device movable portion is driven without using the vibration isolator, when the driving device moving portion is driven according to the excitation side command pattern (a), the excitation side speed deviation (b) causes residual vibration. In addition, since the gantry displacement (c) also vibrates greatly, it is difficult to position the drive device at high speed and with high accuracy.
In addition, since the vibration isolator that cancels the drive reaction force is not used, the vibration isolation side movable portion position (d) is zero.
免振装置可動部を駆動装置可動部の駆動方向と反対方向に駆動させる図6の場合、駆動装置可動部が励振側指令パターン(a)に従って駆動した際、免振制御の効果により励振側速度偏差(b)および架台変位(c)の振動は抑制されている。
しかしながら、駆動装置可動部が同一方向への移動を繰り返す運転の場合では、免振側可動部位置(d)が徐々に加算され、ストロークエンドに達してしまうため、同一方向への連続駆動が制限されることになる。
In the case of FIG. 6 in which the vibration isolator movable portion is driven in the direction opposite to the drive direction of the drive device movable portion, when the drive device movable portion is driven according to the excitation side command pattern (a), The vibration of deviation (b) and gantry displacement (c) is suppressed.
However, in the case of an operation in which the drive unit moving part repeatedly moves in the same direction, the vibration isolation side moving part position (d) is gradually added and reaches the stroke end, so that continuous driving in the same direction is limited. Will be.
図7はこの発明の実施の形態1に係る免振装置を使用した場合のシミュレーション結果を示す図で、(a)は励振側指令パターン、(b)は励振側速度偏差、(c)は架台変位、(d)は免振側可動部位置を示す。
図において、励振側可動部指令パターン(a)に従って駆動装置可動部が駆動した際、励振側速度偏差(b)および架台変位(c)の振動はほぼ抑制されている。また、実施の形態1に係る免振装置においては、駆動装置の運転のうち駆動反力が生じる加速領域、減速領域において免振制御を行い、駆動反力が生じない定速領域、停止領域においては位置指令設定部101からの位置指令10により免振側可動部位置を制御するようにしたので、免振側可動部位置(d)が位置指令10で指定された位置に制御されており、同一方向への移動を繰り返す場合であっても、免振制御を行うことができる。
7A and 7B are diagrams showing simulation results when the vibration isolator according to
In the figure, when the drive unit movable part is driven according to the excitation side movable part command pattern (a), vibrations of the excitation side speed deviation (b) and the gantry displacement (c) are substantially suppressed. Further, in the vibration isolator according to the first embodiment, the vibration isolation control is performed in the acceleration region and the deceleration region where the drive reaction force is generated in the operation of the drive device, and in the constant speed region and the stop region where the drive reaction force is not generated. Since the vibration isolation side movable part position is controlled by the
実施の形態1に係る免振装置においては、駆動装置側の運転により生じる駆動反力に対する免振制御と、免振装置の位置・速度制御を切替え可能とし、免振側可動部による免振制御の必要がない場合に、免振側可動部を所定の位置(例えば、可動範囲の中央)に移動させておくことができるので、
駆動装置側の移動が免振側可動部のストロークエンドを越える同一方向への移動を繰り返す場合であっても、駆動装置側の運転により生じる駆動反力に対する免振制御が効率よく行える。
In the vibration isolator according to the first embodiment, it is possible to switch between the vibration isolation control for the driving reaction force generated by the operation on the drive device side and the position / speed control of the vibration isolation device, and the vibration isolation control by the vibration isolation side movable unit. When there is no need, the vibration isolation side movable part can be moved to a predetermined position (for example, the center of the movable range)
Even when the movement on the drive device side repeats the movement in the same direction beyond the stroke end of the vibration isolation side movable portion, the vibration isolation control for the drive reaction force generated by the operation on the drive device side can be performed efficiently.
実施の形態2.
図8はこの発明の実施の形態2に係る免振装置における免振側制御部の構成を示す図である。図において、10、11、13、14、101、102、103、104、105、106、107、108は図2と同様であり、その説明を省略する。
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the vibration isolation side control unit in the vibration isolation device according to
免振制御用カウンタ推力指令107の作成および位置・速度制御推力指令108の作成までの構成は実施の形態1と同様であり、その説明を省略する。
免振側制御部5bにおいて、条件判断部110bは情報106により、免振制御用カウンタ推力指令107を入力する第1のゲインとしての可変ゲイン113および位置・速度制御推力指令108を入力する第2のゲインとしての可変ゲイン114を可変する。
可変ゲイン113で調整された免振制御用カウンタ推力指令115と可変ゲイン114で調整された位置・速度制御推力指令116とを加算して、最終推力指令117とし、推力/電流変換部105で電流12bに変換する。
The configuration from the creation of the vibration isolation control counter thrust
In the vibration isolation side control unit 5b, the
The anti-vibration control counter thrust
可変ゲイン113は、励振側速度指令時間変化≠0の間は、可変ゲイン113を1に固定し、免振制御用カウンタ推力指令のみを推力/電流変換部105に出力する。また、励振側速度指令時間変化=0の場合には、可変ゲイン113を1から0に徐々に変化させる。
また、可変ゲイン114は、励振側速度指令時間変化≠0の間は、可変ゲイン114を0に固定し、位置・速度制御推力指令116を0にする。また、励振側速度指令時間変化=0の場合には、可変ゲイン114を0から1に徐々に変更させる。
The
Further, the
図9はこの発明の実施の形態2に係る免振装置の免振側制御部において条件判断部110bで行う条件判断のフローチャートである。情報106として励振側速度指令を使用した場合の処理例について説明する。
ステップS201で、励振側制御部の情報106を条件判断部110bに入力し、励振側速度指令時間変化=0か否かを判断する。
ステップS201で励振側速度指令時間変化=0の場合には、ステップS202で可変ゲイン113は1から0、可変ゲイン114は0から1にゲインを変化させ、免振制御用カウンタ推力指令から位置・速度制御推力指令に徐々に切替える。
ステップS201で励振側速度指令時間変化≠0の場合は、ステップS203で可変ゲイン113は1、可変ゲイン114は0に固定し、免振制御用カウンタ推力指令のみを出力する。
FIG. 9 is a flowchart of condition determination performed by the
In step S201, the
If the excitation side speed command time change = 0 in step S201, the
If the excitation-side speed command time change ≠ 0 in step S201, the
図10はこの発明の実施の形態2に係る免振装置を使用した場合のシミュレーション結果を示す図で、(a)は励振側指令パターン、(b)は励振側速度偏差、(c)は架台変位、(d)は免振側可動部位置を示す。
図において、励振側可動部指令パターン(a)に従って駆動装置可動部が駆動した際、励振側速度偏差(b)および架台変位(c)の振動は良好に抑制されている。
また、免振側可動部位置(d)は位置指令10で指定された位置に制御されているが、可変ゲイン113および可変ゲイン114を用いて免振制御用カウンタ推力指令107と位置・速度制御推力指令108を緩やかに切替えるようにしたので、実施の形態1で示した図7の免振側可動部位置(d)と比較すると応答は遅れている。
10A and 10B are diagrams showing simulation results when the vibration isolator according to
In the figure, when the drive unit movable part is driven according to the excitation side movable part command pattern (a), vibrations of the excitation side speed deviation (b) and the gantry displacement (c) are well suppressed.
The vibration isolation side movable part position (d) is controlled to the position specified by the
実施の形態1では、免振制御用カウンタ推力指令107と位置・速度制御推力指令108をスイッチ111で切替える例を示したが、実施の形態2は可変ゲイン113および可変ゲイン114を用いて、免振制御用カウンタ推力指令107と位置・速度制御推力指令108の切替えを行うようにしたものである。
免振制御用カウンタ推力指令107から位置・速度制御推力指令108への切替えを、可変ゲインを用いて徐々に切替えるようにしたので、切替え時のショックを軽減することができる。
In the first embodiment, the example in which the counter thrust
Since the switching from the vibration isolation control counter thrust
実施の形態3.
図11はこの発明の実施の形態3に係る免振装置における免振側制御部の構成を示す図である。図において、10、11、13、14、101、102、103、104、105、106、107、108は図2と同様であり、その説明を省略する。
免振側制御部5cにおいて、位置・速度制御部102と直列にノッチフィルタ201を配置し、ノッチフィルタ201を通した位置・速度制御推力指令202と、免振制御用カウンタ推力指令107とを加算して最終推力指令203とし、推力/電流変換部105で電流12cに変換する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the vibration isolation side control unit in the vibration isolation device according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, 10, 11, 13, 14, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, and 108 are the same as those in FIG.
In the vibration isolation
図12は駆動装置の各種指令の波形を示す図で、(a)は位置指令の波形を示す図、(b)は速度指令の波形を示す図、(c)は加速度指令の波形を示す図である。図12は実施の形態1で示した図3と比較して、定速領域、停止領域が少ない指令パターンの例である。
実施の形態1、2では、駆動装置の運転のうち駆動反力が生じる加速領域、減速領域において免振制御を行い、駆動反力が生じない定速領域、停止領域においては位置指令設定部101からの位置指令10により可動部位置を制御する例を示した。
しかしながら、図12に示すような定速領域、停止領域が少ない指令パターンの場合においては、位置指令10による可動部位置を制御する時間が十分に取れないことがあるため、実施の形態3では、免振制御と位置指令10による可動部位置制御とを同時に行うようにしたものである。
12A and 12B are diagrams illustrating waveforms of various commands of the driving device, where FIG. 12A is a diagram illustrating a waveform of a position command, FIG. 12B is a diagram illustrating a waveform of a speed command, and FIG. 12C is a diagram illustrating a waveform of an acceleration command. It is. FIG. 12 shows an example of a command pattern that has fewer constant speed areas and stop areas as compared to FIG. 3 shown in the first embodiment.
In the first and second embodiments, the vibration isolation control is performed in the acceleration region and the deceleration region where the driving reaction force is generated in the operation of the drive device, and the position
However, in the case of a command pattern with a small constant speed region and a stop region as shown in FIG. 12, there may be a case where there is not enough time for controlling the position of the movable part by the
図13は、図11の構成においてノッチフィルタ201を介さずに、免振制御と位置指令10による可動部位置制御とを同時に行った場合のシミュレーション結果を示す図で、(a)は励振側指令パターン、(b)は励振側速度偏差、(c)は架台変位、(d)は免振側可動部位置を示す。
位置・速度制御部102から出力される位置・速度制御推力指令108は、移動した免振側可動部を位置指令10で指定された位置に戻す指令であり、免振制御用カウンタ推力指令107と異なる極性の推力指令となる。このため、免振制御用カウンタ推力指令107と位置・速度制御推力指令108を同時に行うと、免振制御用カウンタ推力指令107による免振制御の効果を妨げ、架台振動を励起することがある。
FIG. 13 is a diagram showing a simulation result when the vibration isolation control and the movable part position control by the
The position / speed control thrust
免振制御用カウンタ推力指令107と位置・速度制御推力指令108とを加算した場合(図11の構成からノッチフィルタ201を省略した場合)のシミュレーション結果を示す図13において、免振側可動部6は位置・速度制御部102によって位置指令10で指定された位置に制御されているため、免振側可動部位置(d)はストロークエンドに達することはない。
しかしながら、駆動装置可動部が励振側可動部指令パターン(a)に従って駆動した際、位置・速度制御推力指令108により免振制御用カウンタ推力指令107による免振制御の効果が妨げられるので、励振側速度偏差(b)および架台変位(c)については、
免振装置を使用しない場合である図5のシミュレーション結果と比較すると、振動が抑制されているが、
従来の免振装置を使用した場合である図6のシミュレーション結果と比較すると、振動が増大している。
In FIG. 13 which shows the simulation result when the counter thrust command for
However, when the driving device movable portion is driven according to the excitation side movable portion command pattern (a), the position / speed control thrust
Compared with the simulation result of FIG. 5 in which the vibration isolator is not used, the vibration is suppressed,
Compared with the simulation result of FIG. 6 which is a case where the conventional vibration isolator is used, the vibration is increased.
一般に、架台は加振力が加えられると架台の固有モード周波数で振動する。加振力が架台の固有モード周波数と一致している時、架台振動振幅は振動が持続または増幅され、加振力に架台の固有モード周波数が含まれない時、架台振動振幅は減衰し収束する。
このため、実施の形態3においては、位置・速度制御部102と直列に配置されるノッチフィルタ201に架台の固有モード周波数と同一値を設定し、位置・速度制御推力指令108からノッチフィルタ201で架台の振動成分を除去した推力指令202を作成し、免振制御用カウンタ推力指令107に加算する。
Generally, when an excitation force is applied, the gantry vibrates at the natural mode frequency of the gantry. When the excitation force matches the natural mode frequency of the gantry, the vibration amplitude of the gantry is sustained or amplified, and when the excitation force does not include the natural mode frequency of the gantry, the gantry vibration amplitude attenuates and converges .
Therefore, in the third embodiment, the
図14はこの発明の実施の形態3に係る免振装置を使用した場合のシミュレーション結果を示す図で、(a)は励振側指令パターン、(b)は励振側速度偏差、(c)は架台変位、(d)は免振側可動部位置を示す。
図14において、駆動装置可動部が励振側指令パターン(a)に従って駆動した際、励振側速度偏差(b)および架台変位(c)の振動は、免振制御と位置指令10による可動部位置制御とを同時に行った場合である図13のシミュレーション結果と比較して、ほぼ抑制されている。また、免振側可動部位置(d)は位置指令10で指定された位置に制御されている。
14A and 14B are diagrams showing simulation results when the vibration isolator according to Embodiment 3 of the present invention is used. FIG. 14A is an excitation side command pattern, FIG. 14B is an excitation side speed deviation, and FIG. Displacement (d) indicates the position of the vibration isolation side movable part.
In FIG. 14, when the drive unit movable unit is driven according to the excitation side command pattern (a), vibrations of the excitation side speed deviation (b) and the gantry displacement (c) are controlled by the vibration isolation control and the
上記では、ノッチフィルタ201で位置・速度制御推力指令108から架台の振動成分を除去する例について説明したが、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタを使用しても良い。
In the above, the example in which the vibration component of the gantry is removed from the position / speed control thrust
実施の形態3は、架台の振動抑制と免振装置の位置及び速度制御とを同時に行うことができるため、定速領域、停止領域停止期間の短い連続した指令パターンにおいても免振制御が効率よく行える。 In the third embodiment, the vibration suppression of the gantry and the position and speed control of the vibration isolator can be performed at the same time. Therefore, the vibration isolation control is efficiently performed even in a continuous command pattern having a short constant speed region and a short stop region stop period. Yes.
実施の形態4.
図15はこの発明の実施の形態4に係る免振装置における免振側制御部の構成を示す図である。図において、10、11、13、14、101、102、103、104、105、106、107、108は、図2と同様であり、その説明を省略する。
免振側制御部5dにおいて、干渉成分補償部301は、免振制御用カウンタ推力指令107に加算する位置・速度制御推力指令108に含まれる免振制御の効果を妨げる干渉成分を算出するとともに、干渉成分補償の出力を調整する後処理を行い、干渉成分補償推力指令302を出力する。
免振制御用カウンタ推力指令107と位置・速度制御推力指令108と干渉成分補償推力指令302とを加算して最終推力指令303とし、推力/電流変換部105で電流12dに変換する。
実施の形態4においては、免振制御用カウンタ推力指令107および位置・速度制御推力指令108に、干渉成分補償推力指令302をフィードフォワードで加算するようにしたものである。
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of the vibration isolation side control unit in the vibration isolation device according to
In the vibration isolation
The anti-vibration control counter thrust
In the fourth embodiment, the interference component compensation thrust
図16は位置・速度制御推力指令108を作成する位置・速度制御部102の内部構成を示す図である。
図において、位置P(比例)制御部304は、位置指令設定部101から出力される位置指令10と免振側フィードバック信号11との差分にゲイン係数を乗じ、位置P制御指令308を演算する。
速度P(比例)制御部306は、位置P制御指令308と微分演算部305で免振側フィードバック信号11を微分した値との差分にゲイン係数を乗じ、速度P制御指令309を演算する。
また、速度I(積分)制御部307は、位置P制御指令308と微分演算部305で免振側フィードバック信号11を微分した値との差分を集計し、その総和にゲイン係数を乗じ、速度I制御指令310を演算する。
速度P制御指令309と速度I制御指令310とを加算して、位置・速度制御推力指令108として出力する。
FIG. 16 is a diagram showing an internal configuration of the position /
In the figure, a position P (proportional)
The speed P (proportional)
Further, the speed I (integration)
The speed
図17はこの発明の実施の形態4に係る免振装置において免振側制御部における干渉成分補償部301の内部構成を示す図である。
図において、干渉成分補償部301aは、速度P制御干渉補償部401aで免振制御用カウンタ推力指令107を基に作成した速度P制御干渉補償推力指令402aを、免振側フィードバック信号11による可変ゲイン403により調整し、干渉成分補償推力指令302aを出力する。
実施の形態4においては、干渉成分補償部301aは、位置・速度制御部102の後半部の速度P制御指令309に対して干渉補償を行う例を示した。
FIG. 17 is a diagram showing an internal configuration of the interference
In the figure, the interference
In the fourth embodiment, the interference
図17において、速度P制御干渉補償部401aは、免振制御用カウンタ推力指令107を用いて可動部速度推定値vcoを導出し、速度P制御干渉補償推力指令402aを求める。
可動部速度推定値vcoは、免振制御用カウンタ推力指令107を用いて次のように推定する。
推力F、質量M、加速度aは、一般的な物理法則より次式(1)の関係で表される。
F=M*a ・・・(1)
ここで、免振用カウンタ推力指令Fc、可動部質量Mc、可動部加速度acと定義すると、可動部速度推定値vcoは次式(3)で得られる。
Fc=Mc*ac ・・・(2)
vco =ac/s
=Fc/Mc*1/s ・・・(3)
式(3)において、1/sは積分器を表している。
In FIG. 17, the speed P control
The moving part speed estimated value vco is estimated using the vibration isolation control counter thrust
The thrust F, mass M, and acceleration a are expressed by the relationship of the following formula (1) from a general physical law.
F = M * a (1)
Here, when the vibration isolation counter thrust command Fc, the movable part mass Mc, and the movable part acceleration ac are defined, the movable part speed estimated value vco is obtained by the following equation (3).
Fc = Mc * ac (2)
vco = ac / s
= Fc / Mc * 1 / s (3)
In equation (3), 1 / s represents an integrator.
また、図16の速度P制御指令309は、可動部速度推定値vcoを用いて次式(4)で得られる。
速度P制御指令309 = Ksp *vco ・・・(4)
ここで、Kspは速度P制御ゲインであり、速度P制御応答周波数をωscとすると、Ksp=Mc*ωscで表される。
Also, the speed
Speed
Here, Ksp is a speed P control gain, and is represented by Ksp = Mc * ωsc where the speed P control response frequency is ωsc.
したがって、速度P制御指令309を干渉補償の対象とした場合、速度P制御干渉補償推力指令402aは次式(5)で得られる。
速度P制御干渉補償推力指令402a
=Ksp *vco
=Mc*ωsc *vco
=Mc*ωsc * Fc/Mc*1/s
=ωsc/s* Fc ・・・(5)
式(5)より、速度P制御干渉補償部401aにおける制御内容はωsc/sとなる。
Therefore, when the speed
Speed P control interference compensation thrust
= Ksp * vco
= Mc * ωsc * vco
= Mc * ωsc * Fc / Mc * 1 / s
= Ωsc / s * Fc (5)
From the equation (5), the control content in the speed P control
さらに、干渉成分補償部301aは、速度P制御干渉補償推力指令402aを、免振側フィードバック信号11に応じた可変ゲイン403によって調整し、干渉成分補償推力指令302aとして出力する。
Further, the
図18はこの発明の実施の形態4に係る免振装置において免振側制御部の干渉成分補償部301aにおける可変ゲイン403を示す図である。図において、横軸は免振側フィードバック信号11としての免振側可動部位置を表し、免振側可動部の可動範囲の中央を0とし、左右の可動範囲最大値(ストロークエンド)を±Xmaxとする。また、縦軸はゲインであり、免振側可動部位置によってゲインGaから0に設定値を変更する。
FIG. 18 is a diagram showing a
図18において、(a)はゲインを免振側可動部の可動範囲の中央でGaとし、免振側可動部の可動範囲最大値±Xmaxで0となるように直線で変化させる例、また(b)はゲインを免振側可動部の可動範囲の中央および中央近傍でGaとし、免振側可動部の可動範囲最大値±Xmax近傍で0となるように制御するとともに、変化するコーナ部を曲線で変化させた例である。 In FIG. 18, (a) is an example in which the gain is set to Ga at the center of the movable range of the vibration isolation side movable part and is changed linearly so that the maximum movable range ± Xmax of the vibration isolation side movable part becomes zero. b) is set so that the gain is Ga at the center and the vicinity of the movable range of the vibration isolation side movable part, and is controlled to be 0 near the maximum movable range ± Xmax of the vibration isolation side movable part. This is an example in which the curve is changed.
速度P制御干渉補償推力指令402aは、免振側可動部位置に応じて可変ゲイン403によって調整される。図18(a)、(b)において、干渉成分補償推力指令302aは可動範囲最大値(ストロークエンド)±Xmaxに近づくに従って減少し、±Xmaxで0となる。この時、免振側可動部は位置・速度制御部102によって初期位置に制御される。
The speed P control interference compensation thrust
図19はこの発明の実施の形態4に係る免振装置を使用した場合のシミュレーション結果を示す図で、(a)は励振側指令パターン、(b)は励振側速度偏差、(c)は架台変位、(d)は免振側可動部位置を示す。
図19において、駆動装置可動部が励振側指令パターン(a)に従って駆動した際、励振側速度偏差(b)および架台変位(c)の振動は良好に抑制されている。また、免振側可動部位置(d)は位置指令10で指定された位置に制御されている。
FIGS. 19A and 19B are diagrams showing simulation results when using the vibration isolator according to
In FIG. 19, when the drive unit movable portion is driven according to the excitation side command pattern (a), vibrations of the excitation side speed deviation (b) and the gantry displacement (c) are suppressed satisfactorily. The vibration isolation side movable part position (d) is controlled to the position specified by the
免振制御用カウンタ推力指令107から免振側可動部速度を推定して干渉成分補償301を導出し、位置・速度制御推力指令108に対してフィードフォワードで与えるようにしたので、位置・速度制御部102の応答周波数を上げても不安定になることがない。したがって、より停止期間の短い連続した指令パターンで、免振装置の位置・速度制御部は速い応答が求められる場合においても、良好な架台振動抑制効果が得られる。
Since the vibration isolation side moving part speed is estimated from the vibration isolation control counter thrust
上記では速度P制御部306の出力から免振制御を妨げる干渉成分を除去する例について説明したが、速度I制御部307の出力を加算してから免振制御を妨げる干渉成分を除去する処理を行っても良い。
In the above description, the example in which the interference component that prevents the vibration isolation control is removed from the output of the speed
実施の形態5.
図20はこの発明の実施の形態5に係る免振装置において免振側制御部における干渉成分補償部301bの内部構成を示す図である。
図において、干渉成分補償部301bは、位置P・速度PI制御干渉補償部401bで免振制御用カウンタ推力指令107を基に作成した位置P・速度PI制御干渉補償推力指令402bを、ハイパスフィルタ404、リミッタ405により調整し、干渉成分補償推力指令302bを出力する。
実施の形態5においては、干渉成分補償部301bは、位置・速度制御部102を構成する位置P制御部304、速度P制御部306および速度I制御部307の出力に対して干渉補償を行う。
FIG. 20 is a diagram showing an internal configuration of the interference
In the figure, an
In the fifth embodiment, the interference
位置P・速度PI制御干渉補償部401bは、免振制御用カウンタ推力指令107を用いて可動部速度推定値vcoおよび免振側可動部位置推定値xcoを求める。
可動部速度推定値vcoは、実施の形態4で記載のように式(3)で得られ、
vco =Fc/Mc*1/s ・・・(3)
また、免振側可動部位置推定値xcoは次式(6)で得られる。
xco =vco/s
=Fc/Mc*1/s2 ・・・(6)
The position P / speed PI control
The moving part speed estimated value vco is obtained by the equation (3) as described in the fourth embodiment,
vco = Fc / Mc * 1 / s (3)
Moreover, the vibration isolation side movable part position estimated value xco is obtained by the following equation (6).
xco = vco / s
= Fc / Mc * 1 / s 2 (6)
位置P・速度PI制御干渉補償推力指令402bは次式(7)で得られる。
位置P・速度PI制御干渉補償推力指令402b
=(ωpc * xco + vco )*Ksp(1+ωspi/s)*Fc
=(ωpc *Fc/Mc/s2 + Fc/Mc/s)
* Mc*ωsc *(1+ωspi/s)*Fc
=ωsc/s
*{1+(ωpc +ωspi)/s+(ωpc*ωspi)/s2}*Fc・・(7)
ここで、ωpcは位置P制御の位置応答周波数、ωspiは速度PI制御の積分時定数、ωscは速度P制御応答周波数、KspはKsp =Mc*ωscで表される速度P制御ゲインである。
The position P / velocity PI control interference compensation thrust
Position P / Speed PI control Interference compensation thrust
= (Ωpc * xco + vco) * Ksp (1 + ωspi / s) * Fc
= (Ωpc * Fc / Mc / s 2 + Fc / Mc / s)
* Mc * ωsc * (1 + ωspi / s) * Fc
= Ωsc / s
* {1+ (ωpc + ωspi) / s + (ωpc * ωspi) / s 2 } * Fc (7)
Here, ωpc is a position response frequency of position P control, ωspi is an integration time constant of speed PI control, ωsc is a speed P control response frequency, and Ksp is a speed P control gain represented by Ksp = Mc * ωsc.
従って、位置P・速度PI制御干渉補償部401bにおける制御内容は次のようになる。
ωsc/s*{1+(ωpc +ωspi)/s+(ωpc*ωspi)/s2}
Accordingly, the control contents in the position P / velocity PI control
ωsc / s * {1+ (ωpc + ωspi) / s + (ωpc * ωspi) / s 2 }
位置P・速度PI制御干渉補償推力指令402bを用いた場合、位置・速度制御部推力指令108がほぼ相殺され、免振制御用カウンタ推力指令107のみで駆動していることと等価になるため、駆動装置可動部が同一方向への移動を繰り返す運転の場合においては、免振側可動部位置が徐々に更新されストロークエンドに達してしまうという問題点がある。
When the position P / velocity PI control interference compensation thrust
その対策として、実施の形態5では位置P・速度PI制御干渉補償部401bと直列にハイパスフィルタ404およびリミッタ405を設ける。
ハイパスフィルタ404に設定した周波数よりも低い帯域では、位置P・速度PI制御干渉補償推力指令402bが遮断され、位置・速度制御が有効になる。また、ハイパスフィルタ404に設定した周波数よりも高い帯域では、位置P・速度PI制御干渉補償推力指令402bを通過させるため、免振用カウンタ推力指令のみ出力されることと等価になり、架台振動を抑制する。
さらに、リミッタ405によって干渉成分補償量を制限し過補償を防ぐ。
As a countermeasure, in the fifth embodiment, a high-
In a band lower than the frequency set in the
Further, the
図21はこの発明の実施の形態5に係る免振装置を使用した場合のシミュレーション結果を示す図で、(a)は励振側指令パターン、(b)は励振側速度偏差、(c)は架台変位、(d)は免振側可動部位置を示す。
図21において、駆動装置可動部が励振側指令パターン(a)に従って駆動した際、励振側速度偏差(b)および架台変位(c)の振動は良好に抑制されている。また、免振側可動部位置(d)は位置指令10で指定された位置に制御されている。
FIG. 21 is a diagram showing a simulation result when the vibration isolator according to
In FIG. 21, when the drive unit movable portion is driven according to the excitation side command pattern (a), the vibrations of the excitation side speed deviation (b) and the gantry displacement (c) are well suppressed. The vibration isolation side movable part position (d) is controlled to the position specified by the
上記では、ハイパスフィルタ404で位置P・速度PI制御干渉補償推力指令402bから免振制御用カウンタ推力指令の基本波成分を除去する例について説明したが、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタを使用しても良い。
In the above, the example in which the fundamental component of the counter thrust command for vibration isolation control is removed from the position P / velocity PI control interference compensation thrust
免振制御用カウンタ推力指令107から免振側可動部速度を推定して干渉成分補償301を導出し、位置・速度制御推力指令108に対してフィードフォワードで与えるようにしたので、位置・速度制御部102の応答周波数を上げても不安定になることがない。したがって、より停止期間の短い連続した指令パターンで、免振装置の位置・速度制御部は速い応答が求められる場合においても、良好な架台振動抑制効果が得られる。
Since the vibration isolation side moving part speed is estimated from the vibration isolation control counter thrust
実施の形態6.
図22はこの発明の実施の形態6に係る免振装置において免振側制御部における干渉成分補償部301cの内部構成を示す図である。
図において、干渉成分補償部301cは、位置P・速度PI制御干渉補償部401cと、免振側フィードバック信号11により可変する可変ゲイン403と、可変ゲイン403の使用の是非を選択する可変ゲイン選択スイッチ406と、ハイパスフィルタ404と、ハイパスフィルタ404の使用の是非を選択するハイパスフィルタ選択スイッチ407と、リミッタ405と、リミッタ405の使用の是非を選択するリミッタ選択スイッチ408とから構成される。
位置P・速度PI制御干渉補償部401cは、位置P干渉補償手段、速度P干渉補償手段、速度I干渉補償手段から構成され、いずれか一つ、または複数を選択して干渉補償を実行する。
FIG. 22 is a diagram showing an internal configuration of the interference component compensation unit 301c in the vibration isolation side control unit in the vibration isolation device according to
In the figure, an interference component compensator 301c includes a position P / velocity PI
The position P / velocity PI control
干渉成分補償部301cにおいて、位置P・速度PI制御干渉補償部401cで免振制御用カウンタ推力指令107を基に、選択された干渉補償手段により干渉補償推力指令402cを作成する。
干渉補償推力指令402cに対して、さらに可変ゲイン選択スイッチ406により可変ゲイン選択時接点406aが選択されている場合には、可変ゲイン403の使用による調整を実行する。ただし、可変ゲイン否選択時接点406bが選択されている場合には可変ゲイン403の使用による調整は行わない。
さらにハイパスフィルタ選択スイッチ407によりハイパスフィルタ選択時接点407aが選択されている場合には、ハイパスフィルタ404の使用による調整を実行する。ただし、ハイパスフィルタ否選択時接点407bが選択されている場合にはハイパスフィルタ404の使用による調整は行わない。
さらにリミッタ選択スイッチ408によりリミッタ選択時接点408aが選択されている場合には、リミッタ405の使用による調整を実行する。ただし、リミッタ否選択時接点408bが選択されている場合には、リミッタ405の使用による調整は行わない。
干渉補償推力指令402cに対して、可変ゲイン選択スイッチ406、ハイパスフィルタ選択スイッチ407、リミッタ選択スイッチ408により選択処理して干渉成分補償推力指令302cを作成、出力する。
In the interference component compensation unit 301c, the position P / velocity PI control
When the variable
Further, when the high-pass filter selection contact 407a is selected by the high-pass
Further, when the
The interference compensation thrust command 402c is selected and processed by the variable
実施の形態6は、実施の形態4,5と同様に、免振制御としての免振制御用カウンタ推力指令107と位置・速度制御としての位置・速度制御推力指令108とを同時に実行する場合に、干渉成分補償部301において、位置・速度制御推力指令108に含まれるところの免振制御を妨げる干渉成分を算出し、免振制御用カウンタ推力指令107にフィードフォワードで加算することにより、免振制御を妨げる干渉成分を除去するものである。
In the sixth embodiment, as in the fourth and fifth embodiments, the counter vibration control counter thrust
位置・速度制御としての位置・速度制御推力指令108を作成する位置・速度制御部102を構成する位置P(比例)制御部304、速度P(比例)制御部306、速度I(積分)制御部307の内、
実施の形態4においては、速度P制御部306の出力、または速度P制御部306および速度I制御部307の出力から免振制御を妨げる干渉成分を除去する例、また実施の形態5においては、位置P制御部304の出力、速度P制御部306の出力および速度I制御部307の出力から免振制御を妨げる干渉成分を除去する例を記載したが、
実施の形態6においては、免振制御を妨げる干渉成分を除去する対象を位置・速度制御部102を構成する位置P制御部304、速度P制御部306、速度I制御部307から適宜選択できるようにしたものである。
A position P (proportional)
In the fourth embodiment, an example of removing an interference component that hinders vibration isolation control from the output of the speed
In the sixth embodiment, it is possible to appropriately select a target for removing an interference component that hinders vibration isolation control from the position
上記では、ハイパスフィルタ404で干渉補償推力指令402cから免振制御用カウンタ推力指令の基本波成分を除去する例について説明したが、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタを使用しても良い。
In the above description, the example in which the fundamental component of the anti-vibration control counter thrust command is removed from the interference compensation thrust command 402c by the high-
実施の形態6では、位置・速度制御としての位置・速度制御推力指令108を作成する位置・速度制御部102を構成する位置P制御部304、速度P制御部306、速度I制御部307の内から、免振制御を妨げる干渉成分を除去する対象を適宜選択できるようにしたので、負荷仕様、指令パターンに対応した良好な架台振動抑制効果が得られる。
In the sixth embodiment, among the position
実施の形態7.
図23はこの発明の実施の形態7に係る免振装置において免振側制御部における干渉成分補償部301dの内部構成を示す図である。
図において、干渉成分補償部301dは免振制御用カウンタ推力指令107を入力し、干渉補償部410a,410b,410cでそれぞれ演算した干渉補償推力指令を、ハイパスフィルタ411a,411b,411cにより調整した後、加算部412で加算し、さらに過補償を防ぐためにリミッタ405によって干渉成分補償量を制限して干渉成分補償推力指令302dとして出力する。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 23 is a diagram showing an internal configuration of the interference component compensation unit 301d in the vibration isolation side control unit in the vibration isolation device according to Embodiment 7 of the present invention.
In the figure, the interference component compensation unit 301d receives the vibration isolation control counter thrust
上述の実施の形態5で式(7)として記載した、位置P・速度PI制御干渉補償推力指令402bを出力する位置P・速度PI制御干渉補償部401bの制御内容である
ωsc/s*{1+(ωpc +ωspi)/s+(ωpc*ωspi)/s2}において、
位置P速度PI制御干渉補償を分母のsの次数に着目し、3項に分けたものである。
ここで、ωpcは位置P制御の位置応答周波数、ωspiは速度PI制御の積分時定数、ωscは速度P制御応答周波数である。
Ωsc / s * {1+ which is the control content of the position P / velocity PI control
Position P speed PI control interference compensation is divided into three terms, focusing on the order of s in the denominator.
Here, ωpc is a position response frequency of position P control, ωspi is an integration time constant of speed PI control, and ωsc is a speed P control response frequency.
ここで、速度P制御干渉補償部410aの制御内容はωsc/s 、
また、第1の位置P・速度I制御干渉補償部としての位置P・速度I制御干渉補償部410bの制御内容は、
ωsc/s*(ωpc +ωspi)/s 、
また、第2の位置P・速度I制御干渉補償部としての位置P・速度I制御干渉補償部410cの制御内容は、
ωsc/s*(ωpc*ωspi)/s2 である。
各干渉補償部410a,410b,410cの特徴として、
速度P制御干渉補償部410aは適応性を高める効果があり、
位置P・速度I制御干渉補償部410bは、オーバーシュート、抑制摩擦補償などで偏差をなくす効果があり、
また、位置P・速度I制御干渉補償部410cは、高精度な位置制御を実現する効果がある。
Here, the control content of the speed P control
The control content of the position P / velocity I control
ωsc / s * (ωpc + ωspi) / s,
The control content of the position P / velocity I control interference compensator 410c as the second position P / velocity I control interference compensator is as follows:
ωsc / s * (ωpc * ωspi) / s 2 .
As a feature of each
The speed P control
The position P / velocity I control
Further, the position P / velocity I control interference compensation unit 410c has an effect of realizing highly accurate position control.
また、上記では干渉補償部410a,410b,410cの出力をそれぞれハイパスフィルタ411a,411b,411cにより調整した後、加算部412で加算した後、リミッタ405によって干渉成分補償量を制限する例を示したが、ハイパスフィルタ411a,411b,411cおよびリミッタ405のうち少なくとも1つがない構成としてもよい。
Further, in the above description, the output of the
また、上記では、ハイパスフィルタ411a,411b,411cで干渉補償部410a,410b,410cの出力を調整する例について説明したが、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタを使用しても良い。
In the above description, the example in which the outputs of the
実施の形態8.
図24はこの発明の実施の形態8に係る免振装置における免振側制御部の構成を示す図である。図において、10、11、13、14、102、103、104、105、106、107、108、301、302、303は、図15と同様であり、その説明を省略する。
免振側制御部において、位置指令生成部501は免振制御用カウンタ指令107を入力し、位置・速度制御部102に位置指令10を出力する。
FIG. 24 is a diagram showing a configuration of the vibration isolation side control unit in the vibration isolation device according to
In the vibration isolation side control unit, the position
また、図25はこの発明の実施の形態8に係る免振装置の免振側制御部における位置指令生成部501の構成を示す図である。図において、位置指令生成部501は、免振制御用カウンタ推力指令107を積分器502、積分器503で2階積分した値に推力−加速度換算部504で−1/mcを乗じた値と免振側可動部基準位置設定部505から出力される免振側可動部基準位置(=0)506とを加算して位置指令10を出力する。ここで、mcは免振側可動部の質量[kg]である。
すなわち、免振制御用カウンタ推力指令107を加速度指令に換算し、換算した加速度指令を2階積分して位置指令に換算し、換算した位置指令を逆向きに位置・速度制御部の位置指令として入力する。
FIG. 25 is a diagram showing the configuration of the position
That is, the counter thrust
また、図26はこの発明の実施の形態8に係る免振装置の免振側制御部における干渉成分補償部301の構成を示す図である。図において、干渉成分補償部301eは、位置P・速度PI制御干渉補償部401bの出力402bをそのまま干渉成分補償部の出力302eとして出力する。なお、位置P・速度PI制御干渉補償部401bは、実施の形態5における図20の位置P・速度PI制御干渉補償部401bと同一であり、その説明を省略する。
FIG. 26 is a diagram showing the configuration of the interference
免振制御用カウンタ推力指令107、干渉成分補償部301eの出力302e、位置・速度制御部102の出力である位置・速度制御推力指令108の和を免振側最終推力指令303として、推力/電流変換部105に入力し、電流12fに変換する。
実施の形態8は、免振制御用カウンタ推力により生じる免振側変位をキャンセルする位置指令を免振側位置・速度制御部に入力するため、連続して同一方向へ動作する指令パターンにおいても免振制御を効率よく行える。
The sum of the vibration isolation control counter thrust
In the eighth embodiment, since a position command for canceling the vibration isolation side displacement caused by the vibration isolation control counter thrust is input to the vibration isolation side position / speed control unit, even in a command pattern that continuously operates in the same direction. Vibration control can be performed efficiently.
実施の形態9.
図27はこの発明の実施の形態9に係る免振装置における免振側制御部の構成を示す図である。図において、10、11、13、14、102、103、104、105、106、107、108、501は、図24と同様であり、その説明を省略する。
免振側制御部において、位置指令生成部501から出力される位置指令10を、架台振動成分除去するノッチフィルタ201に通してから免振側位置指令507として位置・速度制御部102へ入力する。なお、ノッチフィルタ201は実施の形態3の図11で記載のフィルタと同一のものである。
なお、架台振動成分除去するフィルタをローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタを用いて構成してもよい。
Embodiment 9 FIG.
FIG. 27 is a diagram showing a configuration of the vibration isolation side control unit in the vibration isolation device according to Embodiment 9 of the present invention. In the figure, 10, 11, 13, 14, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, and 501 are the same as those in FIG.
In the vibration isolation side control unit, the
The filter for removing the gantry vibration component may be configured using a low-pass filter, a high-pass filter, or a band-pass filter.
実施の形態9は免振制御用カウンタ推力により生じる免振側変位をキャンセルする位置指令を免振側位置・速度制御部に入力することに加えて、免振側変位をキャンセルする位置指令から架台振動成分を除去するため、連続して同一方向へ動作する指令パターンにおいてもさらに良好な免振制御を行える。 In the ninth embodiment, in addition to inputting a position command for canceling the vibration isolation side displacement caused by the counter thrust for vibration isolation control to the vibration isolation side position / speed control unit, the base is determined from the position command for canceling the vibration isolation side displacement. Since the vibration component is removed, even better vibration isolation control can be performed even in a command pattern that continuously operates in the same direction.
実施の形態10.
図28はこの発明の実施の形態10に係る免振装置における免振側制御部の構成を示す図である。図において、10、11、13、14、101、102、103、104、105、106、107、108は、図24と同様であり、その説明を省略する。
免振側制御部においては、免振制御用カウンタ推力指令107を補正するカウンタ推力指令補正部508を備え、カウンタ推力指令補正部出力509を出力するように構成し、位置指令生成部501の替わりに位置指令設定部101を用いる。なお、位置指令設定部101は、実施の形態1の図2と同一であり、その説明を省略する。
FIG. 28 is a diagram showing a configuration of the vibration isolation side control unit in the vibration isolation device according to
The vibration isolation side control unit includes a counter thrust
また、図29はこの発明の実施の形態10に係る免振装置の免振側制御部におけるカウンタ推力指令補正部508の構成を示す図である。図において、510は位置・速度制御部の位置指令から位置・速度制御部102の出力までの伝達関数に1/(mc*s2)を乗じたフィルタ(位置・速度制御部の入力から出力までの伝達特性から定まるフィルタ)である。
実施の形態10においては、免振制御用カウンタ推力指令107の替わりにカウンタ推力指令補正部508の出力509を干渉成分補償部301に入力し、干渉成分補償部301の出力302、カウンタ推力指令補正部508の出力509、位置・速度制御部102の出力108の和を推力/電流変換部105に入力する。
FIG. 29 is a diagram showing the configuration of the counter thrust
In the tenth embodiment, the
実施の形態10は、免振制御用カウンタ推力により生じる免振側変位をキャンセルする位置指令を免振側位置・速度制御部に入力することに相当する補正を行うため、連続して同一方向へ動作する指令パターンにおいても免振制御を効率よく行える。 In the tenth embodiment, in order to perform a correction corresponding to inputting a position command for canceling the vibration isolation side displacement generated by the counter vibration for vibration isolation control to the vibration isolation position / speed control unit, it is continuously performed in the same direction. Even in command patterns that operate, vibration isolation control can be performed efficiently.
実施の形態11.
図30はこの発明の実施の形態11に係る免振装置の免振側制御部におけるカウンタ推力指令補正部508の構成を示す図である。図において、107、509、510は、図29と同様であり、その説明を省略する。
免振制御用カウンタ推力指令107を、架台振動成分を除去するためのノッチフィルタ201を介して、フィルタ(位置・速度制御部の入力から出力までの伝達特性から定まるフィルタ)510に入力するようにしたものである。なお、ノッチフィルタ201は実施の形態3と同一のフィルタである。
なお、架台振動成分除去するフィルタをローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタを用いて構成してもよい。
FIG. 30 is a diagram showing a configuration of a counter thrust
The vibration isolation control counter thrust
The filter for removing the gantry vibration component may be configured using a low-pass filter, a high-pass filter, or a band-pass filter.
実施の形態11は免振制御用カウンタ推力により生じる免振側変位をキャンセルする位置指令を免振側位置・速度制御部に入力することに相当する補正を行うことに加えて、前記補正量から架台振動成分を除去するため、連続して同一方向へ動作する指令パターンにおいてもさらに良好な免振制御を行える。 In the eleventh embodiment, in addition to performing a correction corresponding to inputting a position command for canceling the vibration isolation side displacement generated by the vibration isolation control counter thrust to the vibration isolation side position / speed control unit, Since the gantry vibration component is removed, even better vibration isolation control can be performed even in a command pattern that continuously operates in the same direction.
この発明に係る免振装置は、駆動装置側の移動が免振側可動部のストロークエンドを越える同一方向への移動を繰り返す場合であっても、免振制御が効率よく行うことができ、また、免振制御としての免振制御用カウンタ推力指令107と位置・速度制御としての位置・速度制御推力指令108との加算を調整できるので、機械仕様、運転仕様に応じた最適の免振装置が容易に構築できる。
The vibration isolator according to the present invention can perform the vibration isolation control efficiently even when the movement on the drive device side repeats the movement in the same direction beyond the stroke end of the vibration isolation side movable portion. Since the addition of the vibration isolation control counter thrust
1 駆動装置、 2 免振装置、 3 励振側制御部、 4 励振側可動部、 5,5a,5b,5c,5d 免振側制御部、 6 免振用駆動部、 7 励振側指令信号、 8 励振側フィードバック信号、 9 励振側電流、 10 免振側指令信号としての位置指令、 11 免振側フィードバック信号、 12,12a,12b,12c,12d,12e,12f 免振側電流、 13 励振側制御部からの情報、 14 免振制御部、 101 免振側位置指令設定部、 102 免振側位置・速度制御部、 103 情報設定部、 104 免振制御用カウンタ推力設定部、 105 推力から電流への変換係数、 106 励振側制御部からの設定情報、 107 免振制御用カウンタ推力指令、 108 位置・速度制御推力指令、 109 免振制御用カウンタ推力指令による免振制御と免振側可動部の位置・速度制御を同時に行う場合の最終推力指令、 110a,110b 条件判断部、 111 免振制御用カウンタ推力と免振側位置・速度制御切り替えスイッチ、111a 免振側位置・速度制御出力選択時接点、111b 免振制御用カウンタ推力選択時接点、 112 最終推力指令、 113 免振用カウンタ推力指令可変ゲイン、 114 免振側位置・速度制御部推力指令可変ゲイン、 115 免振用カウンタ推力可変ゲイン後推力指令、 116 免振側位置・速度制御部可変ゲイン後推力指令、 117 最終推力指令、 201 ノッチフィルタ、 202 ノッチフィルタ201を通した位置・速度制御推力指令、 203 最終推力指令、 301,301a,301b,301c,301d,301e 免振側位置・速度制御の可動部駆動への干渉成分補償部、 干渉成分補償項、 302,302a,302b,302c,302d,302e 干渉成分補償推力指令、 303 免振側最終推力指令、 304 免振側制御部の位置P制御、 305 微分項、 306 免振側制御部の速度P制御、 307 免振側制御部の速度I制御、 308 免振側制御部の位置P制御出力、 309 免振側制御部の速度P制御出力、 310 免振側制御部の速度I制御出力、 401a 速度P制御干渉補償部、 401b 位置P・速度PI制御干渉補償部、 402a 速度P制御干渉補償推力指令、 402b 位置P・速度PI制御干渉補償推力指令、 402c 干渉補償推力指令、 403 免振側可動部位置による可変ゲイン、 404 ハイパスフィルタ、 405 リミッタ、 406 可変ゲイン選択スイッチ、 406a 可変ゲイン選択時接点、 406b 可変ゲイン否選択時接点、 407 ハイパスフィルタ選択スイッチ、 407a ハイパスフィルタ選択時接点、 407b ハイパスフィルタ否選択時接点、 408 リミッタ選択スイッチ、 408a リミッタ選択時接点、 408b リミッタ否選択時接点、 410a 速度P制御干渉補償部、 410b 位置P・速度I制御干渉補償部、 410c 位置P・速度I制御干渉補償部、 411a,411b,411c ハイパスフィルタ、 412 加算部、 501 位置指令生成部、 502 積分器、 503 積分器、 504 推力−加速度換算部、 505 免振側可動部基準位置設定部、 506 免振側可動部基準位置、 507免振側位置指令、 508 カウンタ推力指令補正部、 509 カウンタ推力指令補正部出力、 510 フィルタ(位置・速度制御部の入力から出力までの伝達特性から定まるフィルタ)、 511 位置指令生成部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive device, 2 Isolation device, 3 Excitation side control part, 4 Excitation side movable part, 5, 5a, 5b, 5c, 5d Isolation side control part, 6 Isolation drive part, 7 Excitation side command signal, 8 Excitation side feedback signal, 9 Excitation side current, 10 Position command as isolation command signal, 11 Isolation side feedback signal, 12, 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f Excitation side current, 13 Excitation side control Information from the part, 14 Isolation control part, 101 Isolation side position command setting part, 102 Isolation side position / speed control part, 103 Information setting part, 104 Counter thrust setting part for vibration isolation control, 105 From thrust to current Conversion coefficient, 106 setting information from the excitation side control unit, 107 counter thrust command for vibration isolation control, 108 position / speed control thrust command, 109 vibration isolation control force Final thrust command when performing vibration isolation control by the motor thrust command and position / speed control of the vibration isolation side movable unit at the same time, 110a, 110b condition determination unit, 111 vibration isolation control counter thrust and vibration isolation side position / speed control switching Switch, 111a Contact point when vibration isolation side position / speed control output is selected, 111b Contact point when vibration control counter thrust is selected, 112 Final thrust command, 113 Counter vibration command variable gain control for vibration isolation, 114 Vibration isolation side position / speed control unit Thrust command variable gain, 115 post-vibration counter thrust variable gain thrust command, 116 vibration isolation position / speed control unit variable gain thrust command, 117 final thrust command, 201 notch filter, 202 position through notch filter 201 Speed control thrust command, 203 Final thrust command, 301, 301a, 301b, 301c , 301d, 301e Interference component compensation unit for movable part drive of vibration isolation side position / speed control, interference component compensation term, 302, 302a, 302b, 302c, 302d, 302e Interference component compensation thrust command, 303 Isolation side final thrust Command, 304 position P control of vibration isolation side control unit, 305 differential term, 306 speed P control of vibration isolation side control unit, 307 speed I control of vibration isolation side control unit, 308 position P control output of vibration isolation side control unit 309 Speed P control output of the vibration isolation side control unit 310 Speed I control output of the vibration isolation side control unit 401a Speed P control interference compensation unit 401b Position P / speed PI control interference compensation unit 402a Speed P control interference compensation Thrust command, 402b position P / speed PI control interference compensation thrust command, 402c interference compensation thrust command, 403 404 high-pass filter, 405 limiter, 406 variable gain selection switch, 406a variable gain selection contact, 406b variable gain non-selection contact, 407 high-pass filter selection switch, 407a high-pass filter selection contact, 407b high-pass filter non-selection contact 408a Limiter selection switch, 408a Limiter selection contact, 408b Limiter non-selection contact, 410a Speed P control interference compensation unit, 410b Position P / speed I control interference compensation unit, 410c Position P / speed I control interference compensation unit, 411a , 411b, 411c, high-pass filter, 412 addition unit, 501 position command generation unit, 502 integrator, 503 integrator, 504 thrust-acceleration conversion unit, 505 vibration isolation side movable unit reference position setting unit, 506 Isolation side movable part reference position, 507 Isolation side position command, 508 Counter thrust command correction part, 509 Counter thrust command correction part output, 510 Filter (filter determined from transfer characteristics from input to output of position / speed control part) ), 511 Position command generation unit.
Claims (12)
前記免振装置を制御する免振側制御部は、
前記駆動装置を制御する励振側制御部から出力された情報により、前記駆動装置の駆動反力に相当する駆動反力を得るために前記免振装置の可動部を駆動制御する免振制御部と、
前記免振装置の位置指令および免振側フィードバック信号により、前記免振装置の可動部を位置・速度制御する位置・速度制御部と、を有するとともに、
前記免振側制御部は、
前記位置・速度制御推力指令に含まれる免振制御の効果を妨げる干渉成分を補償する干渉成分補償部を備え、
前記免振制御部から出力される免振制御用カウンタ推力指令と、前記位置・速度制御部から出力される位置・速度制御推力指令と、この干渉成分補償部からの出力との和により前記可動部を駆動制御するようにしたことを特徴とする免振装置。 In the vibration isolator which performs vibration suppression control using the driving reaction force of the movable part, the vibration generated by the driving of the driving device mounted on the gantry,
The vibration isolation side control unit for controlling the vibration isolation device is:
A vibration isolation control unit that drives and controls the movable part of the vibration isolation device in order to obtain a drive reaction force corresponding to the drive reaction force of the drive device based on information output from the excitation side control unit that controls the drive device; ,
A position / speed control unit for controlling the position / speed of the movable part of the vibration isolator according to the position command and the vibration isolation side feedback signal of the vibration isolator, and
The vibration isolation side control unit
An interference component compensator that compensates for an interference component that hinders the effect of vibration isolation control included in the position / speed control thrust command;
The movable vibration control counter thrust command output from the vibration isolation control unit, the position / speed control thrust command output from the position / velocity control unit, and the output from the interference component compensation unit are used as the movable unit. A vibration isolation device characterized in that the drive of the unit is controlled.
前記位置・速度制御部の速度比例制御における干渉成分を演算する干渉補償部と、
この干渉補償部と直列に接続された前記免振装置可動部位置によって可変とするゲインと、
を備えたことを特徴とする請求項1記載の免振装置。 The interference component compensator is
An interference compensator for calculating an interference component in the speed proportional control of the position / speed controller;
A gain that is variable depending on the position of the vibration isolator movable unit connected in series with the interference compensation unit,
The vibration isolator according to claim 1, further comprising:
前記位置・速度制御部の速度比例制御および速度積分制御における干渉成分を演算するようにしたことを特徴とする請求項2記載の免振装置。 The interference compensation unit
3. The vibration isolator according to claim 2, wherein an interference component in speed proportional control and speed integral control of the position / speed control unit is calculated.
前記位置・速度制御部の位置比例制御、速度比例制御および速度積分制御における干渉成分を演算する干渉補償部と、
この演算された干渉成分を周波数帯域により遮断/通過させるフィルタと、
干渉成分の補償量を制限するリミッタと、
を備えた請求項1記載の免振装置。 The interference component compensator is
An interference compensator for calculating an interference component in position proportional control, speed proportional control and speed integral control of the position / speed control unit;
A filter for blocking / passing the calculated interference component by a frequency band;
A limiter that limits the compensation amount of the interference component;
The vibration isolator according to claim 1, comprising:
前記位置・速度制御部の位置比例制御又は速度比例制御又は速度積分制御のいずれか、または複数の制御における干渉成分を演算する干渉補償部と、
この干渉補償部と直列に接続された前記免振装置可動部位置によって可変とするゲインと、
このゲインの使用の是非を選択するゲイン選択手段と、
この演算された干渉成分を周波数帯域により遮断/通過させるフィルタと、
このフィルタの使用の是非を選択するフィルタ選択手段と、
干渉成分の補償量を制限するリミッタと、
このリミッタの使用の是非を選択するリミッタ選択手段と、
を備えた請求項1記載の免振装置。 The interference component compensator is
An interference compensation unit that calculates an interference component in any of position proportional control, velocity proportional control, velocity integral control, or a plurality of controls of the position / velocity control unit, and
A gain that is variable depending on the position of the vibration isolator movable unit connected in series with the interference compensation unit,
A gain selection means for selecting whether to use this gain;
A filter for blocking / passing the calculated interference component by a frequency band;
A filter selection means for selecting whether to use this filter;
A limiter that limits the compensation amount of the interference component;
Limiter selection means for selecting whether to use this limiter,
The vibration isolator according to claim 1, comprising:
前記位置・速度制御部の速度比例制御における干渉成分を演算する速度比例制御干渉補償部と、
前記位置・速度制御部の位置比例制御および速度積分制御における干渉成分を演算する第1の位置比例・速度積分制御干渉補償部と、
前記位置・速度制御部の位置比例制御および速度積分制御における干渉成分を演算する第2の位置比例・速度積分制御干渉補償部と、
前記速度比例制御干渉補償部、前記第1の位置比例・速度積分制御干渉補償部および前記第2の位置比例・速度積分制御干渉補償部で演算された干渉成分の補償量を制限するリミッタと、
このリミッタの使用の是非を選択するリミッタ選択手段と、
を備えた請求項1記載の免振装置。 The interference component compensator is
A speed proportional control interference compensator for calculating an interference component in the speed proportional control of the position / speed control unit;
A first position proportional / velocity integral control interference compensator for calculating an interference component in position proportional control and velocity integral control of the position / velocity control unit;
A second position proportional / velocity integral control interference compensator for calculating an interference component in position proportional control and velocity integral control of the position / velocity control unit;
A limiter for limiting a compensation amount of an interference component calculated by the speed proportional control interference compensation unit, the first position proportional / velocity integral control interference compensation unit, and the second position proportional / velocity integral control interference compensation unit;
Limiter selection means for selecting whether to use this limiter,
The vibration isolator according to claim 1, comprising:
前記速度比例制御干渉補償部で演算された干渉成分を周波数帯域により遮断/通過させるフィルタと、
前記第1の位置比例・速度積分制御干渉補償部で演算された干渉成分を周波数帯域により遮断/通過させるフィルタと、
前記第2の位置比例・速度積分制御干渉補償部で演算された干渉成分を周波数帯域により遮断/通過させるフィルタと、
これらのフィルタの使用の是非を選択するフィルタ選択手段と、
を備えた請求項6記載の免振装置。 The interference component compensator is
A filter that cuts off / passes the interference component calculated by the speed proportional control interference compensator by a frequency band;
A filter for blocking / pass by frequency band interference component calculated by the first position proportional-speed integral control interference compensation unit,
A filter for blocking / pass by frequency band interference components calculated by the second position proportional-speed integral control interference compensation unit,
A filter selection means for selecting whether to use these filters;
The vibration isolator according to claim 6 provided with.
前記免振制御部から出力される免振制御用カウンタ推力指令の2階積分に基づいて位置指令を生成する位置指令生成部を備え、
前記位置・速度制御部はこの位置指令生成部から出力される位置指令および免振側フィードバック信号により位置・速度制御推力指令を演算し、
前記免振制御部から出力される免振制御用カウンタ推力指令と、前記位置・速度制御部から出力される位置・速度制御推力指令と、この干渉成分補償部からの出力との和により前記可動部を駆動制御するようにしたことを特徴とする請求項1記載の免振装置。 The vibration isolation side control unit
A position command generation unit that generates a position command based on the second order integration of the vibration isolation control counter thrust command output from the vibration isolation control unit;
The position / speed control unit calculates a position / speed control thrust command based on the position command output from the position command generation unit and the vibration isolation side feedback signal,
The movable vibration control counter thrust command output from the vibration isolation control unit, the position / speed control thrust command output from the position / velocity control unit, and the output from the interference component compensation unit are used as the movable unit. 2. The vibration isolator according to claim 1, wherein the drive of the unit is controlled.
前記位置・速度制御部の入力から出力までの伝達特性から定まるフィルタを有し、前記免振制御用カウンタ推力指令を補正するカウンタ推力指令補正部を備え、
前記免振制御部から出力されるカウンタ推力指令補正部出力と、前記位置・速度制御部から出力される位置・速度制御推力指令と、この干渉成分補償部からの出力との和により前記可動部を駆動制御するようにしたことを特徴とする請求項1記載の免振装置。 The vibration isolation side control unit
It has a filter determined from the transfer characteristics from the input to the output of the position / speed control unit, and includes a counter thrust command correction unit that corrects the counter thrust command for vibration isolation control,
The movable portion is calculated by the sum of the counter thrust command correction unit output output from the vibration isolation control unit, the position / speed control thrust command output from the position / speed control unit, and the output from the interference component compensation unit. 2. The vibration isolator according to claim 1, wherein the drive is controlled.
前記免振装置を制御する免振側制御部は、
前記駆動装置を制御する励振側制御部から出力された情報により、前記駆動装置の駆動反力に相当する駆動反力を得るために前記免振装置の可動部を駆動制御する免振制御部と、
前記免振装置の位置指令および免振側フィードバック信号により、前記免振装置の可動部を位置・速度制御する位置・速度制御部と、を有するとともに、
前記免振側制御部は、
前記位置・速度制御部と直列に接続され、前記位置・速度制御推力指令から架台の振動成分を除去するフィルタを備え、
前記免振制御部から出力される免振制御用カウンタ推力指令と、前記位置・速度制御部から出力される位置・速度制御推力指令をこのフィルタを介した出力との和により前記可動部を駆動制御するようにしたことを特徴とする免振装置。 In the vibration isolator which performs vibration suppression control using the driving reaction force of the movable part, the vibration generated by the driving of the driving device mounted on the gantry,
The vibration isolation side control unit for controlling the vibration isolation device is:
A vibration isolation control unit that drives and controls the movable part of the vibration isolation device in order to obtain a drive reaction force corresponding to the drive reaction force of the drive device based on information output from the excitation side control unit that controls the drive device; ,
A position / speed control unit for controlling the position / speed of the movable part of the vibration isolator according to the position command and the vibration isolation side feedback signal of the vibration isolator, and
The vibration isolation side control unit
The filter is connected in series with the position / speed control unit and removes a vibration component of a gantry from the position / speed control thrust command,
The movable part is driven by the sum of the counter thrust command for vibration isolation control output from the vibration isolation control part and the position / speed control thrust instruction output from the position / speed control part via the output of the filter. A vibration isolator characterized by being controlled.
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