JP6049242B2 - 制御装置、照射装置及び駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置、照射装置及び駆動装置に関する。

レーザ穴あけ装置、レーザトリマ装置、レーザリペア装置などのレーザ加工装置（工作機械装置）では、モータの制御装置を含むガルバノ装置が使用されている。ガルバノ装置は、モータの出力軸（回転軸）に取り付けられたミラーの回転角度を制御しながら、かかるミラーでレーザ光を反射して目標位置に照射する。レーザ光の照射位置を目標位置に制御する（位置決めする）際には、ミラーの回転角度を制御することが必要となるため、ガルバノ装置には、ミラーの回転角度を検出する検出器（例えば、静電容量センサ、光学式又は磁気式エンコーダ）が備えられている。

また、レーザ加工装置においては、生産性の向上や加工品質の向上が要求されているため、ガルバノ装置のモータには、ミラーを高速、且つ、高精度に目標位置に制御することが求められている。レーザ加工装置は、一般的に、複数のガルバノ装置を用いて、レーザ加工面においてレーザ光を２次元方向に走査する。従って、レーザ加工面においてレーザ光を直線に沿って照射する際には、複数のガルバノ装置のそれぞれのモータの出力軸の回転角度（即ち、ミラーの回転角度）を同期させる必要がある。複数のモータ（の出力軸の回転角度）を同期制御する技術に関しては従来から提案されている（特許文献１参照）。

特開２０００−３３９０３２号公報

レーザ加工装置に要求される生産性の向上や加工品質の向上は日増しに高まっており、複数のガルバノ装置（のモータの出力軸）に関しては、同期の高精度化に加えて、制御（例えば、回転角度制御）の高速化も求められている。しかしながら、特許文献１の技術では、同期の高精度化は実現できるものの、制御の高速化を実現することは困難である。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされたもので、複数のモータの制御において、同期の高精度化及び制御の高速化の両立に有利な技術を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての制御装置は、複数のモータをそれぞれ制御するための複数のフィードフォワード制御器を備え、前記複数のモータを制御する制御装置であって、前記複数のフィードフォワード制御器のうちのそれぞれは、当該フィードフォワード制御器が制御対象とするモータとは異なる、当該モータとは同期を要する、前記複数のモータのうちの少なくとも１つのモータの入出力特性を表す関数を含み、前記関数は、前記少なくとも１つのモータの剛体モードの特性及び共振モードの特性を表す関数と、前記剛体モードの特性を表す関数の逆関数との積を含む、ことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、複数のモータの制御において、同期の高精度化及び制御の高速化の両立に有利な技術を提供することができる。

本発明の一側面としてのレーザ加工装置の構成を示す概略図である。 図１に示すレーザ加工装置におけるＸ軸モータのモータ特性及びＹ軸モータのモータ特性を示す図である。 一般的なモデルマッチング２自由度制御系の構成を示す概略図である。 図１に示すレーザ加工装置におけるＸ軸モータ制御部及びＹ軸モータ制御部の構成を示す図である。 本実施形態におけるフィードバック制御のクローズドループ特性を示す図である。 本実施形態の制御系及び従来の制御系のそれぞれの制御によるＸ軸モータ及びＹ軸モータの応答を示す図である。 本実施形態の制御系及び従来の制御系のそれぞれの制御によるＸ軸モータのステップ応答を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としてのレーザ加工装置１０００の構成を示す概略図である。なお、レーザ加工装置は一例に過ぎず、同期を要する複数のモータを含む装置に本発明は適用することができる。レーザ加工装置１０００は、加工対象の物体（被加工物）ＯＢにレーザ光ＬＬを照射し、例えば、物体ＯＢの切断、穴あけ、溶接などの加工を行う工作機械装置である。物体ＯＢとしては、金属、ガラス、プラスチックなどの材料を選択することができる。

レーザ加工装置１０００は、Ｘ軸モータ１００２と、Ｙ軸モータ１００４とを備える。Ｘ軸モータ１００２は、出力軸（回転軸）に取り付けられたＸ軸ミラー１００６を回転させる。同様に、Ｙ軸モータ１００４は、出力軸に取り付けられたＹ軸ミラー１００８を回転させる。

Ｘ軸検出部１０１０は、例えば、ロータリエンコーダで構成され、Ｘ軸モータ１００２の出力軸の位置（即ち、Ｘ軸ミラー１００６の回転角度）を検出する。同様に、Ｙ軸検出部１０１２は、例えば、ロータリエンコーダで構成され、Ｙ軸モータ１００４の出力軸の位置（即ち、Ｙ軸ミラー１００８の回転角度）を検出する。

主制御部１０１４は、レーザ加工装置１０００の全体（動作）を制御する。例えば、主制御部１０１４は、所定の入力値に基づいて、Ｘ軸モータ位置指令部１０１８にＸ軸モータ１００２の出力軸の回転角度に関する制御信号を出力し、Ｙ軸モータ位置指令部１０２２にＹ軸モータ１００４の出力軸の回転角度に関する制御信号を出力する。また、主制御部１０１４は、光源１０１６に対して、レーザ光ＬＬの照射（発光）を指示するＯＮ信号やレーザ光ＬＬの非照射（非発光）を指示するＯＦＦ信号を出力する。

Ｘ軸モータ位置指令部１０１８は、主制御部１０１４からの制御信号に基づいて、Ｘ軸モータ制御部１０２０に所定の指令信号を出力する。同様に、Ｙ軸モータ位置指令部１０２２は、主制御部１０１４からの制御信号に基づいて、Ｙ軸モータ制御部１０２４に所定の指令信号を出力する。

Ｘ軸モータ制御部１０２０は、電流アンプを含み、Ｘ軸モータ位置指令部１０１８からの指令信号に基づいて、電流をＸ軸モータ１００２に供給してＸ軸モータ１００２の出力軸の回転角度を制御する。また、Ｘ軸モータ制御部１０２０は、Ｘ軸検出部１０１０で検出されるＸ軸モータ１００２の出力軸の実際の回転角度と、Ｘ軸モータ１００２の出力軸の目標角度との差が小さくなるように、Ｘ軸モータ１００２の出力軸の回転角度を制御する。

Ｙ軸モータ制御部１０２４は、電流アンプを含み、Ｙ軸モータ位置指令部１０２２からの指令信号に基づいて、電流をＹ軸モータ１００４に供給してＹ軸モータ１００４の出力軸の回転角度を制御する。また、Ｙ軸モータ制御部１０２４は、Ｙ軸検出部１０１２で検出されるＹ軸モータ１００４の出力軸の実際の回転角度と、Ｙ軸モータ１００４の出力軸の目標角度との差が小さくなるように、Ｙ軸モータ１００４の出力軸の位置を制御する。

Ｘ軸モータ制御部１０２０及びＹ軸モータ制御部１０２４は、本実施形態では、Ｘ軸モータ１００２（の出力軸）とＹ軸モータ１００４（の出力軸）とを制御するモータ制御装置として機能する。

物体ＯＢの加工において、光源１０１６からのレーザ光ＬＬは、Ｙ軸ミラー１００８及びＸ軸ミラー１００６で順次反射され、物体ＯＢに照射される。レーザ光ＬＬは、Ｘ軸ミラー１００６が回転することによって、物体ＯＢにおいてＸ軸方向（正側及び負側）に走査される。また、レーザ光ＬＬは、Ｙ軸ミラー１００８が回転することによって、物体ＯＢにおいてＹ軸方向（正側及び負側）に走査される。この際、後述するように、Ｘ軸モータ１００２の出力軸及びＹ軸モータ１００４の出力軸は、Ｘ軸モータ制御部１０２０及びＹ軸モータ制御部１０２４によって、高精度に同期がなされ、且つ、高速に制御（位置制御）される。従って、レーザ加工装置１０００は、高精度、且つ、高速に物体ＯＢを加工することができる。

以下、Ｘ軸モータ制御部１０２０及びＹ軸モータ制御部１０２４によるＸ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４の制御について詳細に説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、Ｘ軸ミラー１００６が出力軸に取り付けられたＸ軸モータ１００２のモータ特性Ｐ_ｘ、及び、Ｙ軸ミラー１００８が出力軸に取り付けられたＹ軸モータ１００４のモータ特性Ｐ_ｙを示す図である。ここでは、Ｘ軸モータ１００２の出力軸の入出力特性である周波数応答特性（Ｘ軸モータ１００２への電流指令値を入力とし、Ｘ軸モータ１００２の回転角度を出力とするボード線図）をモータ特性Ｐ_ｘとして示している。同様に、Ｙ軸モータ１００４の出力軸の入出力特性である周波数応答特性（Ｙ軸モータ１００４への電流指令値を入力とし、Ｙ軸モータ１００４の回転角度を出力とするボード線図）をモータ特性Ｐ_ｙとして示している。また、図２（ａ）では、横軸に周波数［Ｈｚ］、縦軸に振幅（ゲイン）［ｄＢ］を採用し、図２（ｂ）では、横軸に周波数［Ｈｚ］、縦軸に位相［ｄｅｇ］を採用している。

図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照するに、Ｘ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４のそれぞれは、２つの共振モード（共振周波数）を高周波数帯域に有している。また、Ｘ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４のそれぞれを駆動する電流アンプ（不図示）の特性は、むだ時間Ｔｄとしてｅ^−ｓＴｄで近似することができる。

ここで、Ｘ軸モータ１００２のモータ特性Ｐ_ｘとＸ軸モータ１００２を駆動する電流アンプの特性との積をＰ^〜 _ｘとする。同様に、Ｙ軸モータ１００４のモータ特性Ｐ_ｙとＹ軸モータ１００４を駆動する電流アンプの特性との積をＰ^〜 _ｙとする。

Ｘ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４のそれぞれは、剛体モード及び２つの共振モードからなる伝達特性でモデル化することが可能であり、Ｘ軸モータ１００２のモータ特性Ｐ_ｘ及びＹ軸モータ１００４のモータ特性Ｐ_ｙは、以下のように表される。

Ｐ_ｘ＝ｋ_ｘ０／ｓ^２＋ｋ_ｘ１／（ｓ^２＋２ζ_ｘ１ω_ｘ１ｓ＋ω_ｘ１ ^２）＋ｋ_ｘ２／（ｓ^２＋２ζ_ｘ２ω_ｘ２ｓ＋ω_ｘ２ ^２）
Ｐ_ｙ＝ｋ_ｙ０／ｓ^２＋ｋ_ｙ１／（ｓ^２＋２ζ_ｙ１ω_ｙ１ｓ＋ω_ｙ１ ^２）＋ｋ_ｙ２／（ｓ^２＋２ζ_ｙ２ω_ｙ２ｓ＋ω_ｙ２ ^２）

なお、ｋ_ｘ０、ｋ_ｘ１、ｋ_ｘ２、ω_ｘ１、ω_ｘ２、ζ_ｘ１、ζ_ｘ２、ｋ_ｙ０、ｋ_ｙ１、ｋ_ｙ２、ω_ｙ１、ω_ｙ２、ζ_ｙ１及びζ_ｙ２の値は、以下の通りである。また、ｓは、ラプラス演算子を示している。
ｋ_ｘ０＝１．５ｅ＋００４、 ｋ_ｘ１＝３．７ｅ＋００３、 ｋ_ｘ２＝−１．３ｅ＋００４
ω_ｘ１＝２×π×８５００、 ω_ｘ２＝９．６ｅ＋００４
ζ_ｘ１＝０．００６５、 ζ_ｘ２＝０．０１４
ｋ_ｙ０＝１．５ｅ＋００４、 ｋ_ｙ１＝３．７ｅ＋００３、 ｋ_ｙ２＝−１．３ｅ＋００４
ω_ｙ１＝２×π×４５００、 ω_ｙ２＝６．６ｅ＋００４
ζ_ｙ１＝０．００６５、 ζ_ｙ２＝０．０１４

Ｘ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４の従来の制御系について説明する。ここでは、２自由度制御系の設計に広く用いられているモデルマッチング２自由度制御系を説明する。モデルマッチング２自由度制御系は、規範モデルを用いて、位置応答（角度応答）を概ね設計することができる。

図３は、一般的なモデルマッチング２自由度制御系の構成を示す概略図である。図３では、Ｘ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４のうち一方のモータに対する制御系のみを示しているが、実際には、Ｘ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４のそれぞれに対して、図３に示すような制御系が設けられることになる。図３において、Ｃはフィードバック制御器、Ｇ_ｆｆはフィードフォワード制御器、Ｇ_ｒはフィードバック系の目標値（目標角度）を生成するためのモデル、Ｐ^〜は制御対象（即ち、制御の対象とする制御対象モータ）である。Ｇ_ｆｆをＭＰ^−１とし、Ｇ_ｒをＭとすれば、外乱の影響やモデル化誤差の影響などがない場合、フィードバック制御器Ｃは動作せず、目標値ｒから出力ｙまでの応答はｙ＝Ｍｒとなり、出力（応答）ｙはＧ_ｒの出力（Ｍｒ）と一致する。そこで、Ｍは、規範モデルと呼ばれる。但し、実際には、外乱の影響やモデル化誤差の影響があるため、出力ｙは、厳密には、Ｇ_ｒの出力と一致しない。従って、フィードバック制御器Ｃによって、出力ｙとＧ_ｒの出力との差異を低減させている（即ち、制御対象モータの出力軸の回転角度をフィードバック制御している）。

図４は、本実施形態におけるＸ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４の制御系であるＸ軸モータ制御部１０２０及びＹ軸モータ制御部１０２４の構成を示す図である。本実施形態では、図４に示すように、Ｘ軸モータ制御部１０２０及びＹ軸モータ制御部１０２４にモデルマッチング２自由度制御系を適用している。また、規範モデルは、主に、ローパルフィルタ及びノッチフィルタによって設計する。規範モデルの設計においては、高周波数帯域の周波数成分を励起しないように、１／（ｓＴ＋１）^Ｎで表されるＮ次ローパスフィルタ（時定数Ｔでカットオフ周波数が決定される）を用いて、高周波数帯域の周波数成分をカットする。また、共振モードを励起しないようにするため、ノッチフィルタによって、共振周波数を含む周波数帯域の周波数成分を低減する。

図４において、Ｃ_ｘ及びＣ_ｙのそれぞれはＸ軸フィードバック制御器及びＹ軸フィードバック制御器、Ｇ_ｆｆｘ及びＧ_ｆｆｙのそれぞれはＸ軸フィードフォワード制御器及びＹ軸フィードフォワード制御器である。また、Ｇ_ｒｘ及びＧ_ｒｙのそれぞれは、Ｘ軸フィードバック系の目標値を生成するためのモデル及びＹ軸フィードバック系の目標値を生成するためのモデルである。

本実施形態におけるＸ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４の制御の効果を示すため、従来の制御系と比較しながらＸ軸モータ制御部１０２０及びＹ軸モータ制御部１０２４を説明する。

Ｘ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４のフィードフォワード制御の設計において、従来の制御系では、ローパスフィルタに関しては、Ｔを０．２ｅ−３、Ｎを６とし、ノッチフィルタに関しては、２つの共振周波数に対して深さ４０ｄＢ、Ｑ値を１とした。フィードフォワード制御器Ｇ_ｆｆ（図３参照）を設計する際のモータモデルには、制御対象モータ（の出力軸）の剛体モードの成分のみを表すｋ_ｘ０／ｓ^２及びｋ_ｙ０／ｓ^２を用いた。従って、Ｘ軸モータ１００２をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御器Ｇ_ｆｆは、ローパスフィルタの伝達特性と、ノッチフィルタの伝達特性と、Ｘ軸モータ１００２の剛体モードの逆モデル（ｋ_ｘ０／ｓ^２）^−１との積を含む。また、Ｘ軸モータ１００２のフィードバック系の目標値を生成するためのモデルＧ_ｒは、フィードフォワード制御器Ｇ_ｆｆと、Ｘ軸モータ１００２のモータ特性Ｐ_ｘと、電流アンプのモデルｅ^−ｓＴｄとの積である。同様に、Ｙ軸モータ１００４をフィードフォワード制御するフィードフォワード制御器Ｇ_ｆｆは、ローパスフィルタの伝達特性と、ノッチフィルタの伝達特性と、Ｙ軸モータ１００４の剛体モードの逆モデル（ｋ_ｙ０／ｓ^２）^−１との積を含む。また、Ｙ軸モータ１００４のフィードバック系の目標値を生成するためのモデルＧ_ｒは、フィードフォワード制御器Ｇ_ｆｆと、Ｙ軸モータ１００４のモータ特性Ｐ_ｙと、電流アンプのモデルｅ^−ｓＴｄとの積である。

一方、Ｘ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４のフィードフォワード制御の設計において、本実施形態（Ｘ軸モータ制御部１０２０及びＹ軸モータ制御部１０２４）では、ローパスフィルタ及びノッチフィルタを以下のようにした。ローパスフィルタに関しては、Ｔを０．０２ｅ−３、Ｎを６とし、ノッチフィルタに関しては、Ｘ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４のそれぞれの２つの共振周波数に対して深さ４０ｄＢ、Ｑ値を１とした（４つのノッチフィルタを適用した）。Ｘ軸フィードフォワード制御器Ｇ_ｆｆｘ（図４参照）を設計する際のモータモデルには、制御対象モータであるＸ軸モータ１００２（の出力軸）の剛体モードの成分のみを用いた。同様に、Ｙ軸フィードフォワード制御器Ｇ_ｆｆｙ（図４参照）を設計する際のモータモデルには、制御対象モータであるＹ軸モータ１００４（の出力軸）の剛体モードの成分のみを用いた。

図４に示すように、Ｘ軸フィードフォワード制御器Ｇ_ｆｆｘは、Ｙ軸モータ１００４のモータ特性Ｐ_ｙを含んだモデルＰ^・ _ｙを含む。ここで、モデルＰ^・ _ｙは、Ｙ軸モータ１００４のモータ特性とＹ軸モータ１００４のモータ特性の剛体モードの逆モデル（ｋ_ｙ０／ｓ^２）^−１との積である。また、Ｘ軸フィードフォワード制御器Ｇ_ｆｆｘは、ローパスフィルタの伝達特性と、４つの共振周波数を含む周波数帯域の周波数成分を低減するノッチフィルタの伝達特性と、Ｘ軸モータ１００２のモータ特性の剛体モードの逆モデルとの積Ｇ_ｆｆｘ’を含む。従って、Ｘ軸フィードフォワード制御器Ｇ_ｆｆｘは、本実施形態では、Ｇ_ｆｆｘ’とＰ^・ _ｙとの積で表される。また、モデルＧ_ｒｘは、Ｇ_ｆｆｘ’と、Ｘ軸モータ１００２のモータ特性Ｐ_ｘと、電流アンプのモデルｅ^−ｓＴｄとの積Ｇ_ｒｘ’と、モデルＰ^・ _ｙとを含み、Ｇ_ｒｘ’とＰ^・ _ｙとの積で表される。

同様に、Ｙ軸フィードフォワード制御器Ｇ_ｆｆｙは、Ｘ軸モータ１００２のモータ特性Ｐ_ｘを含んだモデルＰ^・ _ｘを含む。ここで、モデルＰ^・ _ｘは、Ｘ軸モータ１００２のモータ特性とＸ軸モータ１００２のモータ特性の剛体モードの逆モデル（ｋ_ｘ０／ｓ^２）^−１との積である。また、Ｙ軸フィードフォワード制御器Ｇ_ｆｆｙは、ローパスフィルタの伝達特性と、４つの共振周波数を含む周波数帯域の周波数成分を低減するノッチフィルタの伝達特性と、Ｙ軸モータ１００４のモータ特性の剛体モードの逆モデルとの積Ｇ_ｆｆｙ’を含む。従って、Ｙ軸フィードフォワード制御器Ｇ_ｆｆｙは、本実施形態では、Ｇ_ｆｆｙ’とＰ^・ _ｘとの積で表される。また、モデルＧ_ｒｙは、Ｇ_ｆｆｙ’と、Ｙ軸モータ１００４のモータ特性Ｐ_ｙと、電流アンプのモデルｅ^−ｓＴｄとの積Ｇ_ｒｙ’と、モデルＰ^・ _ｘとを含み、Ｇ_ｒｙ’とＰ^・ _ｘとの積で表される。

フィードバック制御器Ｃ_ｘ及びＣ_ｙのそれぞれには、ＰＩＤ制御系を適用した。かかるＰＩＤ制御系の制御ゲインＫ_ｘ及びＫ_ｙの具体的な数値を以下に示す。

Ｋ_ｘｐ＝２１４．３６７１、 Ｋ_ｘｉ＝１１５７７．６２２７、 Ｋ_ｘｄ＝０．４８８４２、 Ｔ_ｘｆ＝２．５４２９ｅ−５、 Ｋ_ｘ＝Ｋ_ｘｐ＋Ｋ_ｘｉ／ｓ＋ｓ×Ｋ_ｘｄ／（Ｔ_ｘｆ＋１）
Ｋ_ｙｐ＝４７．３９８、 Ｋ_ｙｉ＝１０７２．６４８２、 Ｋ_ｙｄ＝０．１９６１３、 Ｔ_ｙｆ＝９．４９０６ｅ−５、 Ｋ_ｙ＝Ｋ_ｙｐ＋Ｋ_ｙｉ／ｓ＋ｓ×Ｋ_ｙｄ／（Ｔ_ｙｆ＋１）

また、フィードバック制御器Ｃ_ｘ及びＣ_ｙのそれぞれは、共振周波数での発振を回避するために、ノッチフィルタを含んでいる。かかるノッチフィルタに関しては、Ｘ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４のそれぞれにおける２つの共振周波数に対して深さ４０ｄＢ、Ｑ値を１とした。本実施形態におけるフィードバック制御のクローズドループ特性を図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す。図５（ａ）では、横軸に周波数［ｒａｄ／ｓ］、縦軸に振幅（ゲイン）［ｄＢ］を採用し、図５（ｂ）では、横軸に周波数［Ｈｚ］、縦軸に位相［ｄｅｇ］を採用している。

Ｘ軸モータ１００２（の出力軸）及びＹ軸モータ１００４（の出力軸）の応答を確認する。ここでは、被加工物である物体ＯＢに対して、レーザ光ＬＬを直線状に照射する（即ち、レーザ光ＬＬで直線を描画する）場合を考える。具体的には、Ｘ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４に対して、０から１へ移動（回転）する、及び、１から０へと移動（回転）する位置指令を入力し、ステップ応答の往復動作を行った。

本実施形態のＸ軸モータ制御部１０２０及びＹ軸モータ制御部１０２４の制御によるＸ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４の応答を図６（ａ）に示し、従来の制御系の制御によるＸ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４の応答を図６（ｂ）に示す。図６（ａ）及び図６（ｂ）では、横軸にＸ軸モータ１００２（の出力軸）の位置を採用し、縦軸にＹ軸モータ１００４（の出力軸）の位置を採用している。

また、本実施形態のＸ軸モータ制御部１０２０の制御によるＸ軸モータ１００２のステップ応答を図７（ａ）に示し、従来の制御系の制御によるＸ軸モータ１００２のステップ応答を図７（ｂ）に示す。図７（ａ）及び図７（ｂ）では、横軸に時間を採用し、縦軸にＸ軸モータ１００２（の出力軸）の位置を採用している。

図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照するに、Ｘ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４の応答の非直線性に関しては、本実施形態と従来とでほぼ同等であることがわかる。一方、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照するに、Ｘ軸モータ１００２のステップ応答に関しては、移動量の５％以内に位置決めできる時間が従来では２．１ｍｓであるが、本実施形態では０．３ｍｓであることがわかる。従って、本実施形態では、各モータの位置決めに要する時間を従来の１／７にすることができ、物体ＯＢの加工に要する時間を大幅に削減することができる。

本実施形態のフィードフォワード制御器は、制御対象モータの出力軸の入出力特性である周波数応答特性を表す第１関数の逆関数（例えば、Ｘ軸モータ１００２のモータ特性の剛体モードの逆モデル）を含んでいる。更に、かかるフィードフォワード制御器は、制御対象モータとは異なる少なくとも１つのモータの出力軸の入出力特性である周波数応答特性を表す第２関数と、第２関数のうちの剛体モードに対応する関数の逆関数との積（例えば、モデルＰ^・ _ｙ）を含んでいる。これにより、本実施形態では、Ｘ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４の制御において、同期の高精度化及び制御の高速化を両立させることができる。

なお、一般的に、モータの特性は安定なシステムであり、モータ特性の逆モデルは、不安定なシステムとなることが知られている。従って、制御対象モータの特性の逆モデルをフィードフォワード制御器に含むことは難しい。そのため、本実施形態では、モータの特性における剛体モードの逆モデルを利用している。また、モータの特性は、一般的に、各モータ単体のフィードフォワード制御器を設計する際に求められている。従って、モータの特性は、複数のモータのそれぞれの出力軸の同期のための調整を行うときに再度求める必要はないため、フィードフォワード制御器に簡単に含めることができる。

また、本実施形態では、Ｘ軸モータ１００２及びＹ軸モータ１００４のそれぞれを２つの共振モードまでモデル化し、一方の軸の制御器に他方の軸のモータの特性のモデルを含ませることで、見掛け上互いの応答特性が一致しているかのように構成している。なお、モータ特性のモデルのモデル化誤差等により、各軸の応答特性が厳密に一致するわけではないことに留意されたい。また、モータの出力軸の制御では、一般的に、モータを駆動するにあたって電流の低周波成分の寄与が大きい。そこで、より低い周波数帯域に共振周波数（機械共振の周波数）を有するモータから順にモデル化を行うことが、互いの応答特性を近づける上で有効であると考えられる。従って、複数のモータのうち最も低い周波数帯域に共振周波数（共振特性）を有する軸のモータをモデル化し、そのモデルを他軸の制御器に上述のように含めることは、互いの応答特性を近づける上で効果がある。このことから、各軸の制御器は、必ずしも他軸全てのモータのモデルを適用されなくてもよい。

また、制御対象モータによってはモータ特性の変動が大きい場合も考えられる。このような場合には、フィードフォワード制御器におけるノッチフィルタによって、共振周波数の変動幅を含む周波数帯域の入力信号成分を低減すればよい。また、ローパスフィルタの時定数を大きくすることによって、共振周波数の変動に対する感度を低減させてもよい。これにより、複数のモータ（の出力軸）の制御において、高精度な同期を維持しながら制御の高速化を実現することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、以下の変形又は変更が可能である。これまでの実施形態では、２つの対象物にそれぞれ対応する２つのモータの制御について説明した。但し、本発明は、それに限らず、３つ以上の対象物にそれぞれ対応する３つ以上のモータを制御する場合にも適用可能である。１つの対象物に対応する制御器に、その他の対象物に対応するモータの特性を含ませればよいからである。また、本発明は、複数の自由度において可動の可動体を当該複数の自由度において移動させる複数のモータ（例えば、Ｘ−Ｙ−θ_ｚステージに対するＸ軸方向移動用モータ・Ｙ軸方向移動用モータ・Ｚ軸周り回転用モータ）の制御にも適用可能である。そのような駆動装置においては、１つの自由度（軸）に対応する制御器に、その他の自由度に対応するモータの特性を含ませればよいからである。また、本発明は、対象物の位置の制御に限らず、対象物の速度、加速度、加加速度等の制御にも適用可能である。また、モータの特性を表す関数を制御器に含ませる旨の記載をしたが、当該関数とフィルタ等に相当する関数との合成関数を求め、当該合成関数を制御器に含ませてもよい。そのような構成も、モータの特性を表す関数が当該合成関数の中に内在しているため、本発明の範囲内のものである。

Claims (6)

1. 複数のモータをそれぞれ制御するための複数のフィードフォワード制御器を備え、前記複数のモータを制御する制御装置であって、
   前記複数のフィードフォワード制御器のうちのそれぞれは、当該フィードフォワード制御器が制御対象とするモータとは異なる、当該モータとは同期を要する、前記複数のモータのうちの少なくとも１つのモータの入出力特性を表す関数を含み、前記関数は、前記少なくとも１つのモータの剛体モードの特性及び共振モードの特性を表す関数と、前記剛体モードの特性を表す関数の逆関数との積を含む、ことを特徴とする制御装置。
2. 前記少なくとも１つのモータは、前記フィードフォワード制御器が制御対象とするモータとは異なる前記複数のモータのうち最も低い周波数帯域に共振周波数を有するモータである、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記複数のフィードフォワード制御器のうちのそれぞれは、前記制御対象とするモータ及び前記少なくとも１つのモータの共振周波数を含む周波数帯域において入力信号を低減するフィルタを更に含む、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 互いに同期を要する前記複数のモータを制御することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の制御装置。
5. 対象に光を照射する照射装置であって、
   光を順次反射する複数のミラーと、
   前記複数のミラーをそれぞれ回転させる複数のモータと、
   前記複数のモータを制御する請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の制御装置と、
   を有することを特徴とする照射装置。
6. 複数の自由度において可動の可動体と、
   前記複数の自由度において前記可動体を移動させる複数のモータと、
   前記複数のモータを制御する請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の制御装置と、
   を有することを特徴とする駆動装置。

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