JP7219115B2 - Disturbance suppression control device - Google Patents

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Description

本発明は、制御対象に加わる外乱力を抑止可能な外乱抑止制御装置に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a disturbance suppression control device capable of suppressing a disturbance force applied to a controlled object.

制御対象に加わる外乱力を抑止する方法として、外乱オブザーバが知られている(例えば特許文献1参照)。図13は、従来の外乱オブザーバを備える制御装置61のブロック線図である。62は力指令(推力指令又はトルク指令)を出力する制御部、fは外乱力、63は制御対象(モータと駆動機械)、64は外乱オブザーバ、65は制御対象のノミナルモデル(規範モデル)の逆システム、66はローパスフィルタである。 A disturbance observer is known as a method of suppressing a disturbance force acting on a controlled object (see, for example, Patent Document 1). FIG. 13 is a block diagram of a control device 61 with a conventional disturbance observer. 62 is a control unit that outputs a force command (thrust command or torque command), fd is a disturbance force, 63 is a controlled object (motor and driving machine), 64 is a disturbance observer, and 65 is a nominal model of the controlled object. , 66 is a low-pass filter.

制御部62は、例えば位置指令Xrefと制御対象63の位置帰還情報Xに基づいて、力指令frefを出力する。力指令frefには、外乱力fが加わる。制御部62がモータを最適に動作させる力指令frefを出力しても、制御対象63には設計どおりの力指令frefが加わらず、fref+fが加わる。外乱オブザーバ64は、この外乱力fを除去する役割を持つ。 The control unit 62 outputs the force command f ref based on the position command X ref and the position feedback information X of the controlled object 63, for example. A disturbance force f d is added to the force command f ref . Even if the control unit 62 outputs the force command f ref for optimally operating the motor, the force command f ref is not applied to the controlled object 63 as designed, and f ref +f d is applied. The disturbance observer 64 has a role of removing this disturbance force fd .

外乱オブザーバ64は、ノミナルモデルの逆システム65を備える。ノミナルモデルは、制御対象63を理想化したモデルP^(s)であり、伝達関数などの数式で定義される。ノミナルモデルP^(s)に対して、P^(s)・P^-1(s)=1を満たすP^-1(s)が逆システムである。 The disturbance observer 64 comprises a nominal model inverse system 65 . The nominal model is an idealized model P̂(s) of the controlled object 63, and is defined by a formula such as a transfer function. For the nominal model P̂(s), P̂- 1 (s) satisfying P̂(s)·P̂- 1 (s)=1 is the inverse system.

外乱オブザーバ64は、制御対象63の位置帰還情報Xを逆システムP^-1(s)に入力し、力f^(f^=fref)を算出する。次に、外乱オブザーバ64は、外乱オブザーバ64による補正後の力指令fref-f^を引出し点67から引き出し、力f^からfref-f^を引いて推定外乱力f^を算出する。そして、推定外乱力f^をローパスフィルタ66に入力し、ノイズを除去した後、減算器68にて推定外乱力f^を力指令frefから減算する。外乱力fは推定外乱力f^によって相殺される。このため、制御対象63に設計どおりの力指令frefを加えることができる。なお、引出し点67よりも前に、外乱オブザーバ64が力指令frefから推定外乱力f^を減算する減算点(減算器68)がある。外乱力fを推定外乱力f^によって相殺するためである。 The disturbance observer 64 inputs the position feedback information X of the controlled object 63 to the inverse system P̂ −1 (s) and calculates the force f̂(f̂=f ref ). Next, the disturbance observer 64 extracts the corrected force command f ref −f d ̂ from the extraction point 67, and subtracts f ref −f d ̂ from the force f ̂ to obtain the estimated disturbance force f d ̂. calculate. Then, the estimated disturbance force f d ^ is input to the low-pass filter 66 to remove noise, and then the subtractor 68 subtracts the estimated disturbance force f d ^ from the force command f ref . The disturbance force f d is canceled by the estimated disturbance force f d ^. Therefore, the force command f ref can be applied to the controlled object 63 as designed. Note that there is a subtraction point (subtractor 68) at which the disturbance observer 64 subtracts the estimated disturbance force f d ^ from the force command f ref before the extraction point 67 . This is because the disturbance force f d is offset by the estimated disturbance force f d ^.

特開2016-140967号公報JP 2016-140967 A

しかし、従来の外乱オブザーバにおいては、調整可能なパラメータがローパスフィルタの時定数τだけなので、外乱抑止能力に限界があるという課題がある。 However, in the conventional disturbance observer, since the only adjustable parameter is the time constant τ of the low-pass filter, there is a problem that there is a limit to the disturbance suppression capability.

また、従来の外乱オブザーバは、微分特性の周波数特性を有するので、外乱抑止後の位置偏差にも微分特性が現れるという課題がある。このため、外乱抑止後の位置偏差に逆応答が生ずることがあり、例えば切削加工等では削り過ぎが生ずる。 In addition, since the conventional disturbance observer has frequency characteristics of differential characteristics, there is a problem that the differential characteristics also appear in the positional deviation after disturbance suppression. For this reason, a reverse response may occur in the positional deviation after the suppression of the disturbance, and for example, excessive cutting may occur in cutting or the like.

そこで、本発明は、外乱抑止能力が高い外乱抑止制御装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a disturbance suppression control device having a high disturbance suppression capability.

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、力指令を出力する制御部と、制御対象の帰還情報を前記制御対象のノミナルモデルの逆システムに入力して力を算出し、前記力指令及び前記力に基づいて力偏差を算出し、前記力偏差及び比例ゲインに基づいて補正量を算出し、前記補正量を前記力指令に加算又は減算する外乱力抑止部と、を備え、前記外乱力抑止部が前記力指令を引き出す引出し点の後に、前記外乱力抑止部が前記補正量を前記力指令に加算又は減算する加算点又は減算点がある外乱抑止制御装置である。 In order to solve the above-described problems, one aspect of the present invention provides a control unit that outputs a force command, and inputs feedback information of a controlled object to an inverse system of a nominal model of the controlled object to calculate a force. a disturbance force suppression unit that calculates a force deviation based on the command and the force, calculates a correction amount based on the force deviation and the proportional gain, and adds or subtracts the correction amount to or from the force command; In the disturbance suppression control device, there is an addition point or a subtraction point at which the disturbance force suppression section adds or subtracts the correction amount to or from the force command after a draw point from which the disturbance force suppression section derives the force command.

本発明によれば、外乱力を抑止するように力制御のフィードバックループを形成することができる。このフィードバックループの比例ゲインで補正量を調整することで、外乱抑止能力を高くすることができる。また、外乱抑止後の位置偏差に逆応答を生じにくくすることもできる。 According to the present invention, a force control feedback loop can be formed so as to suppress the disturbance force. By adjusting the correction amount with the proportional gain of this feedback loop, the disturbance suppression capability can be enhanced. In addition, it is possible to make it difficult for a reverse response to occur in the positional deviation after disturbance suppression.

本発明の第1の実施形態の外乱抑止制御装置のブロック線図である。1 is a block diagram of a disturbance suppression control device according to a first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第2の実施形態の外乱抑止制御装置のブロック線図である。FIG. 5 is a block diagram of a disturbance suppression control device according to a second embodiment of the present invention; 本発明の第3の実施形態の外乱抑止制御装置のブロック線図である。FIG. 11 is a block diagram of a disturbance suppression control device according to a third embodiment of the present invention; 本実施形態の外乱抑止制御装置が適用される制御システムの駆動系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the drive system of the control system to which the disturbance suppression control apparatus of this embodiment is applied. 図5(a)は等価変換前の制御システムのブロック線図であり、図5(b)は等価変換後の制御システムのブロック線図である。FIG. 5(a) is a block diagram of the control system before equivalent conversion, and FIG. 5(b) is a block diagram of the control system after equivalent conversion. 図6(a)は本発明の第1の実施形態の外乱抑止制御装置を組み込んだ制御システムの等価変換前のブロック線図であり、図6(b)は等価変換後のブロック線図である。FIG. 6(a) is a block diagram before equivalent conversion of the control system incorporating the disturbance suppression control device of the first embodiment of the present invention, and FIG. 6(b) is a block diagram after equivalent conversion. . 図7(a)は本発明の第2の実施形態の外乱抑止制御装置を組み込んだ制御システムの等価変換前のブロック線図であり、図7(b)は等価変換後のブロック線図である。FIG. 7(a) is a block diagram of a control system incorporating a disturbance suppression control device according to a second embodiment of the present invention before equivalent conversion, and FIG. 7(b) is a block diagram after equivalent conversion. . 図8(a)は摩擦力のグラフ(シミュレーション)であり、図8(b)は外乱力の補正無しで発生する位置偏差のグラフ(シミュレーション)であり、図8(c)は本実施形態の外乱抑止制御装置で補正した後に発生する位置偏差のグラフ(シミュレーション)である。FIG. 8(a) is a graph (simulation) of the frictional force, FIG. 8(b) is a graph (simulation) of the positional deviation generated without correction of the disturbance force, and FIG. It is a graph (simulation) of the position deviation which occurs after correction|amendment by a disturbance suppression control apparatus. 外乱力の補正無しで発生する位置偏差のグラフ(実験)である。It is a graph (experimental) of the positional deviation that occurs without disturbance force correction. 本実施形態の外乱抑止制御装置で補正した後に発生する位置偏差のグラフ(実験)である。5 is a graph (experimental) of positional deviation generated after correction by the disturbance suppression control device of the present embodiment. τを変化させたときの位置偏差の変化を示すグラフである。4 is a graph showing changes in positional deviation when τ is changed. βとKを変化させたときの位置偏差の変化を示すグラフである(図12(a)はβ=1、K=1の場合、図12(b)はβ=1、K=60の場合、図12(c)はβ=0.4、K=150の場合)。Fig. 12(a) is a graph showing changes in positional deviation when β and K are changed (Fig. 12(a) is for β = 1 and K = 1; Fig. 12(b) is for β = 1 and K = 60); , FIG. 12(c) for β=0.4 and K=150). 従来の外乱オブザーバのブロック線図である。1 is a block diagram of a conventional disturbance observer; FIG.

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態の外乱抑止制御装置を詳細に説明する。ただし、本発明の外乱抑止制御装置は種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。
(第1の実施形態)
A disturbance suppression control device according to an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the disturbance suppression control apparatus of the present invention may be embodied in various forms and should not be limited to the embodiments set forth herein. The present embodiments are provided with the intention of allowing those skilled in the art to fully understand the scope of the invention through a thorough disclosure of the specification.
(First embodiment)

図1は、本発明の第1の実施形態の外乱抑止制御装置のブロック線図である。図1において、Xrefは位置指令、1は制御部、2は外乱力抑止部、3は制御対象で伝達関数はP(s)、Xは位置検出器によって検出された制御対象3の位置である。 FIG. 1 is a block diagram of a disturbance suppression control device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, X ref is a position command, 1 is a control unit, 2 is a disturbance force suppression unit, 3 is a controlled object whose transfer function is P(s), and X is the position of the controlled object 3 detected by a position detector. be.

本実施形態の外乱抑止制御装置4は、制御部1と、外乱力抑止部2と、を備える。制御部1の減算器6は、位置指令Xrefから制御対象3の位置帰還情報Xを引いて位置偏差を算出する。制御部1は、減算器6を介して入力された位置偏差に基づいて、位置偏差を少なくするように力指令fref(推力指令又はトルク指令)を出力する。 A disturbance suppression control device 4 of the present embodiment includes a control section 1 and a disturbance force suppression section 2 . A subtractor 6 of the control unit 1 subtracts the position feedback information X of the controlled object 3 from the position command X ref to calculate the position deviation. Based on the positional deviation input via the subtractor 6, the control unit 1 outputs a force command f ref (thrust force command or torque command) so as to reduce the positional deviation.

外乱力抑止部2は、制御対象3の位置帰還情報Xを制御対象3のノミナルモデルP^(s)の逆システム7(P^-1(s))に入力して力f^を算出する。ノミナルモデルP^(s)は、モータを含む駆動機構である制御対象P(s)を理想化したモデルである。ノミナルモデルP^(s)に対して、P^(s)・P^-1(s)=1を満たすP^-1(s)が逆システム7である。sはラプラス演算子である。 The disturbance force suppression unit 2 inputs the position feedback information X of the controlled object 3 to the inverse system 7 (P^ -1 (s)) of the nominal model P^(s) of the controlled object 3 to calculate the force f^. . The nominal model P̂(s) is an idealized model of the controlled object P(s), which is a driving mechanism including a motor. The inverse system 7 is P̂ −1 (s) that satisfies P̂(s)·P̂ −1 (s)=1 for the nominal model P̂(s). s is the Laplacian operator.

例えば、制御対象P(s)が剛体モデルの1/Msの場合、P^-1(s)はMsである。P^-1(s)は入力された位置帰還情報Xを2階微分して加速度を算出し、これに質量Mを乗じて慣性力を算出する。 For example, if the controlled object P(s) is 1/Ms 2 of the rigid body model, P̂ −1 (s) is Ms 2 . P̂ -1 (s) is obtained by second-order differentiating the input position feedback information X to calculate the acceleration, and multiplying this by the mass M to calculate the inertial force.

減算器8は、引出し点10から力指令fref力を引き出し、力指令frefからP^-1(s)が出力する力f^を引いて、力偏差eを算出する。 A subtractor 8 derives the force command f ref force from the extraction point 10 and subtracts the force f ̂ output by P̂ −1 (s) from the force command f ref to calculate the force deviation e.

外乱力抑止部2は、力偏差eをローパスフィルタに入力し、ローパスフィルタの出力に比例ゲインKを乗じて、補正量uを算出する。9はローパスフィルタと比例ゲインのブロックである。 The disturbance force suppression unit 2 inputs the force deviation e to a low-pass filter, multiplies the output of the low-pass filter by a proportional gain K, and calculates a correction amount u. 9 is a low-pass filter and proportional gain block.

ローパスフィルタと比例ゲインの伝達関数は、数1で表される。

Figure 0007219115000001
ここで、τはローパスフィルタの時定数、sはラプラス演算子である。 A transfer function of the low-pass filter and the proportional gain is represented by Equation (1).
Figure 0007219115000001
where τ is the time constant of the low-pass filter and s is the Laplace operator.

P^-1(s)が力f^を算出するにあたって、微分が必要であり、微分時にノイズが発生する。力偏差eをローパスフィルタに入力することで、微分時に発生するノイズを低減することができる。 Differentiation is required when P̂ -1 (s) calculates the force f̂, and noise is generated at the time of differentiation. By inputting the force deviation e to a low-pass filter, noise generated during differentiation can be reduced.

なお、数1の代わりに数2を使用することもできる。

Figure 0007219115000002
In addition, Formula 2 can also be used instead of Formula 1.
Figure 0007219115000002

ローパスフィルタを使用すると、位相が遅れる。数2を使用することで、位相を進めることができる。a=Kの場合、数2は定数Kになる。 Using a low pass filter will lag the phase. Using Equation 2, the phase can be advanced. Equation 2 becomes a constant K if a=K.

外乱力抑止部2の加算器11は、補正量uを力指令frefに加算する。加算点(加算器11)は、外乱力抑止部2が力指令frefを引き出す引出し点10よりも後にある。すなわち、外乱力抑止部2が力指令frefを引き出した後に、外乱力抑止部2が補正量uを力指令frefに加算する。なお、外乱力f等の符号によっては、減算器8が力指令frefから補正量uを減算する場合もある。 The adder 11 of the disturbance force suppression unit 2 adds the correction amount u to the force command f ref . The addition point (adder 11) is located after the extraction point 10 from which the disturbance force suppression unit 2 extracts the force command f ref . That is, after the disturbance force suppression unit 2 derives the force command f ref , the disturbance force suppression unit 2 adds the correction amount u to the force command f ref . Note that the subtractor 8 may subtract the correction amount u from the force command f ref depending on the sign of the disturbance force f d or the like.

制御部1が出力する力指令frefは、補正量uと外乱力fを受けてfref+u+fとなる。出力XはP(s)(fref+u+f)となる。 The force command f ref output by the control unit 1 becomes f ref +u+f d after receiving the correction amount u and the disturbance force f d . The output X becomes P(s)(f ref +u+f d ).

本実施形態の外乱抑止制御装置によれば、以下の効果を奏する。外乱力を抑止するように力制御のフィードバックループを形成することができる。このフィードバックループの比例ゲインで補正量を調整することで、外乱抑止能力を高くすることができる。 According to the disturbance suppression control device of this embodiment, the following effects are obtained. A force control feedback loop can be formed to suppress disturbance forces. By adjusting the correction amount with the proportional gain of this feedback loop, the disturbance suppression capability can be enhanced.

比例ゲインKとローパスフィルタの時定数τの2つのパラメータを調整できるので、多様な調整が可能になり、外乱抑止後の位置偏差に逆応答を生じにくくすることができる。例えば象限突起発生後の位置偏差に逆応答(負方向の位置偏差)を生じにくくすることができる。逆応答の低減効果は後述する。
(第2の実施形態)
Since two parameters, the proportional gain K and the time constant τ of the low-pass filter, can be adjusted, various adjustments can be made, and the reverse response to the positional deviation after disturbance suppression can be prevented. For example, it is possible to make the reverse response (positional deviation in the negative direction) less likely to occur in the positional deviation after the occurrence of the quadrant protrusion. The effect of reducing the reverse response will be described later.
(Second embodiment)

図2は、本発明の第2の実施形態の外乱抑止制御装置14のブロック線図である。第2の実施形態では、位置帰還情報Xをノミナルモデルの逆システム7(P^-1(s))に入力して算出した力f^にブロック21にて帰還ゲインβを乗じている点が第1の実施形態と異なる。減算器8は、力指令frefから力f^に帰還ゲインβを乗じたβf^を減算して力偏差eを算出する。その他の構成は、第1の実施形態と同一なので、同一の符号を附してその説明を省略する。 FIG. 2 is a block diagram of a disturbance suppression control device 14 according to a second embodiment of the invention. In the second embodiment, the force f^ calculated by inputting the position feedback information X to the inverse system 7 (P^ -1 (s)) of the nominal model is multiplied by the feedback gain β in the block 21. It differs from the first embodiment. A subtractor 8 calculates a force deviation e by subtracting βf̂ obtained by multiplying the force f̂ by the feedback gain β from the force command fref. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.

第2の実施形態の外乱抑止制御装置14によれば、第1の実施形態の外乱抑止制御装置4と同様な効果を奏する他、帰還ゲインβも調整できるので、外乱抑止能力をより高くすることができる。例えば象限突起の振幅を低減することができる。象限突起の振幅の低減効果については後述する。
(第3の実施形態)
According to the disturbance suppression control device 14 of the second embodiment, in addition to the same effect as the disturbance suppression control device 4 of the first embodiment, the feedback gain β can also be adjusted, so that the disturbance suppression capability can be further increased. can be done. For example, the quadrant projection amplitude can be reduced. The effect of reducing the amplitude of the quadrant protrusion will be described later.
(Third embodiment)

図3は、本発明の第3の実施形態の外乱抑止制御装置31のブロック線図である。第3の実施形態の外乱抑止制御装置31では、制御対象22を伝達関数P(s)=M/sで表される剛体モデルとしている。Mは制御対象の質量である。そして、ノミナルモデルの逆システム24(P^-1(s))に入力して力f^を算出し(すなわち、位置帰還情報Xを2階微分して加速度を算出し、この加速度に制御対象の質量Mを乗じて慣性力f^を算出し)、慣性力f^に帰還ゲインβを乗じている。 FIG. 3 is a block diagram of a disturbance suppression control device 31 according to a third embodiment of the invention. In the disturbance suppression control device 31 of the third embodiment, the controlled object 22 is a rigid body model represented by a transfer function P(s) = M/s2. M is the mass to be controlled. Then, input to the inverse system 24 (P^ -1 (s)) of the nominal model to calculate the force f^ (that is, calculate the acceleration by second-order differentiation of the position feedback information X, and use this acceleration as the control object is multiplied by the mass M to calculate the inertia force f^), and the inertia force f^ is multiplied by the feedback gain β.

また、ブロック23にて位置帰還情報Xを1階微分して速度を算出し、この速度に制御対象の質量Mを乗じて摩擦力g^を算出し、ブロック25にて摩擦力g^に帰還ゲインγを乗じている。 In block 23, the velocity is calculated by differentiating the position feedback information X to the first degree. This velocity is multiplied by the mass M of the object to be controlled to calculate the frictional force g^. It is multiplied by a gain γ.

加算器26は、βf^とγg^を加算する。減算器8は、力指令frefから加算した値βf^+γg^を引いて、力偏差eを算出する。その他の構成は、第1の実施形態と同一なので、同一の符号を附してその説明を省略する。 Adder 26 adds βf̂ and γĝ. A subtractor 8 subtracts the added value βf̂+γĝ from the force command f ref to calculate the force deviation e. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.

第3の実施形態の外乱抑止制御装置31によれば、第1の実施形態の外乱抑止制御装置4及び第2の実施形態の外乱抑止制御装置14と同様な効果を奏する他、摩擦力g^を算出するので、外乱抑止能力をより高くすることができる。
(本実施形態の外乱抑止制御装置を用いた制御システム)
According to the disturbance suppression control device 31 of the third embodiment, the same effects as those of the disturbance suppression control device 4 of the first embodiment and the disturbance suppression control device 14 of the second embodiment are obtained. is calculated, the disturbance suppression capability can be further enhanced.
(Control system using the disturbance suppression control device of the present embodiment)

以下に、制御対象がリニアモータとステージである制御システムの例を用いて、本実施形態の外乱抑止制御装置の象限突起の低減効果を説明する。 Using an example of a control system in which objects to be controlled are a linear motor and a stage, the effect of reducing quadrant projections of the disturbance suppression control device of this embodiment will be described below.

図4は、制御システム40の駆動系の構成を示す。4は外乱抑止制御装置、46はサーボアンプ、43はステージである。外乱抑止制御装置4は、パソコン、デジタルサーボ回路等のコンピュータから構成され、プロセッサ、ROM、RAM等を備える。 FIG. 4 shows the configuration of the drive system of the control system 40. As shown in FIG. 4 is a disturbance suppression control device, 46 is a servo amplifier, and 43 is a stage. The disturbance suppression control device 4 is composed of a computer such as a personal computer or a digital servo circuit, and includes a processor, a ROM, a RAM, and the like.

外乱抑止制御装置4は、制御部1(図1参照)を備え、上位装置から位置指令を受け取り、ステージ43の位置制御、速度制御を行い、推力指令(電流指令)を出力する。 The disturbance suppression control device 4 includes a control unit 1 (see FIG. 1), receives a position command from a host device, performs position control and speed control of the stage 43, and outputs a thrust command (current command).

サーボアンプ46は、トランジスタインバータ等から構成される。サーボアンプ46は、外乱抑止制御装置4が出力する推力指令(電流指令)を受け取り、電流指令に応じた電力をリニアモータ44に供給する。 The servo amplifier 46 is composed of a transistor inverter or the like. The servo amplifier 46 receives a thrust command (current command) output by the disturbance suppression control device 4 and supplies power to the linear motor 44 according to the current command.

リニアモータ44は、磁石を有する固定子44bと、コイルを有する可動子44aと、を備える。可動子44aのコイルに電力を供給すると、ステージ43のテーブル41に軸方向の推力が発生する。テーブル41の位置は、位置検出器47によって検出される。位置検出器47の信号は、外乱抑止制御装置4に位置帰還情報として取り込まれる。 The linear motor 44 includes a stator 44b having magnets and a mover 44a having coils. When electric power is supplied to the coil of the mover 44a, an axial thrust force is generated on the table 41 of the stage 43. As shown in FIG. The position of table 41 is detected by position detector 47 . A signal from the position detector 47 is taken into the disturbance suppression control device 4 as position feedback information.

ステージ43は、ベース48と、ベース48に対して移動可能なテーブル41と、テーブル41の移動を案内するリニアガイド42と、を備える。 The stage 43 includes a base 48 , a table 41 movable with respect to the base 48 , and a linear guide 42 that guides movement of the table 41 .

リニアガイド42は、レール42aとガイドブロック42bとの間に球又はころの転動体を介在させ、その転動体が循環するようにしたものである。 The linear guide 42 has rolling elements such as balls or rollers interposed between a rail 42a and a guide block 42b so that the rolling elements circulate.

リニアガイド42のガイドブロック42bに印加力を与えたとき、その印加力と生じた変位の関係はヒステリシスを生じ、非線形性を示すことが知られている。非線形ばね特性は、ガイドブロック42b内の転動体が転がり始まるときや転がり方向を反転するときに出現する。リニアガイド42の非線形ばね特性に起因する摩擦力は、ステージ43に外乱力として働く。ステージ43に働くこの外乱力は、象限突起を生じさせる。象限突起は、例えばXYステージを用いて円弧運動を行ったとき、各象限の切替え時に発生する突起状の位置偏差であり、Xステージを用いて往復運動を行ったとき、方向転換時に発生する突起状の位置偏差である。 It is known that when an applied force is applied to the guide block 42b of the linear guide 42, the relationship between the applied force and the resulting displacement produces hysteresis and exhibits nonlinearity. Non-linear spring characteristics appear when the rolling elements in the guide block 42b start rolling or reverse their rolling direction. A frictional force caused by the nonlinear spring characteristics of the linear guide 42 acts on the stage 43 as a disturbance force. This disturbance force acting on the stage 43 causes a quadrant projection. A quadrant protrusion is a protrusion-like positional deviation that occurs when switching between quadrants when circular motion is performed using the XY stage, for example, and a protrusion that occurs when changing direction when reciprocating motion is performed using the X stage. positional deviation.

図5(a)は、本発明の第1の実施形態の外乱抑止制御装置4を組み込んだ制御システム40のブロック線図を示す。制御部1は、P制御の位置制御器51と、PI制御の速度制御器52と、を備える。位置制御器51は、位置指令Xrefと位置帰還情報Xを入力して速度指令Vrefを出力する。Kpは位置ループ比例ゲインである。速度制御器52は、速度指令Vrefと位置帰還情報Xを1階微分した速度帰還情報Vを入力して、推力指令frefを出力する。Kは速度ループ比例ゲイン、Tiは積分時間、s、1/sがそれぞれラプラス変換における微分、積分である。 FIG. 5(a) shows a block diagram of a control system 40 incorporating the disturbance suppression control device 4 of the first embodiment of the present invention. The control unit 1 includes a P-controlled position controller 51 and a PI-controlled speed controller 52 . A position controller 51 inputs a position command X ref and position feedback information X and outputs a speed command V ref . Kp is the position loop proportional gain. A speed controller 52 inputs speed feedback information V obtained by differentiating the speed command V ref and the position feedback information X to the first order, and outputs a thrust force command f ref . Kv is the velocity loop proportional gain, Ti is the integration time, and s and 1/s are the differentiation and integration in the Laplace transform, respectively.

リニアモータ44とステージ43の伝達関数P(s)は、P(s)=1/Msである。Mは可動部の質量である。制御対象のノミナルモデルの逆システム7は、P^-1(s)=Msである。 The transfer function P(s) of linear motor 44 and stage 43 is P(s)=1/ Ms2 . M is the mass of the moving part. The inverse system 7 of the nominal model of the controlled object is P^ -1 (s)= Ms2 .

図5(a)に示すブロック線図において、図6(b)に示すような外乱力抑止部2の等価変換がなされている。図6(a)は、等価変換前の外乱力抑止部2のブロック線図を示し、図6(b)は等価変換後の外乱力抑止部2のブロック線図を示す。 In the block diagram shown in FIG. 5(a), the equivalent transformation of the disturbance force suppression unit 2 as shown in FIG. 6(b) is performed. FIG. 6(a) shows a block diagram of the disturbance force suppression unit 2 before equivalent conversion, and FIG. 6(b) shows a block diagram of the disturbance force suppression unit 2 after equivalent conversion.

図5(a)に示すブロック線図において、外乱力fの加算点は推力の次元にある。図5(b)に示すように、外乱力fの加算点を位置の次元に移動すると、外乱力fによる位置偏差dの伝達関数は数3で表すことができる。 In the block diagram shown in FIG. 5(a), the addition point of the disturbance force fd is in the thrust dimension. As shown in FIG. 5(b), when the addition point of the disturbance force fd is moved to the dimension of position, the transfer function of the position deviation d due to the disturbance force fd can be expressed by Equation (3).

Figure 0007219115000003
数3を変形すると、数4が得られる。
Figure 0007219115000003
Transformation of Equation 3 yields Equation 4.

Figure 0007219115000004
Figure 0007219115000004

他方、外乱力の補正無しでの位置偏差(象限突起)の発生式は、数5で表される。

Figure 0007219115000005
On the other hand, the equation for generating the positional deviation (quadrant projection) without correction of the disturbance force is expressed by Equation (5).
Figure 0007219115000005

数4の右辺の第1項をdとし、右辺の第2項をdとすると、dは数5の象限突起(補正無しで発生する象限突起)の微分値にτ/(K+1)を乗じたものに略等しい。一次遅れ系の影響を無視すると、すなわち1/(τs/(K+1)+1)=1とすると、dは数5の象限突起の微分値にτ/(K+1)を乗じたものに等しい。このdは外乱オブザーバで補正した後に発生する象限突起と同じ形をしている。微分値であるがゆえ、dにも外乱オブザーバで補正した後に発生する象限突起にも、象限突起発生後に逆応答(逆符号の位置偏差)が発生する。外乱オブザーバで補正した後に発生する象限突起dobsは、数5-1で与えられる。

Figure 0007219115000006
ここで、τobsは外乱オブザーバのローパスフィルタの時定数である。 Assuming that the first term on the right side of Equation 4 is d1 and the second term on the right side is d2, d1 is the differential value of the quadrant projection (quadrant projection generated without correction) in Equation 5, τ/(K+ 1 ) is approximately equal to the product multiplied by Ignoring the influence of the first-order lag system, i.e., 1/(τs/(K+1)+1)= 1 , d1 is equal to multiplying the differential value of the quadrant protrusion in Equation 5 by τ/(K+1). This d1 has the same shape as the quadrant protrusion generated after correction by the disturbance observer. Since it is a differential value, a reverse response (a positional deviation with a reverse sign) is generated after the quadrant projection occurs even in the quadrant projection generated after correction by the disturbance observer in d1. The quadrant protrusion d obs generated after correction by the disturbance observer is given by Equation 5-1.
Figure 0007219115000006
where τ obs is the time constant of the low-pass filter of the disturbance observer.

は数5の象限突起(補正無しで発生する象限突起)に1/(K+1)を乗じたものに略等しく、上記のように一次遅れ系の影響を無視すると等しい。このdをdに加算することで、逆応答(逆符号の位置偏差)を低減することができる。逆応答の低減効果については実施例1で説明する。なお、τ/(K+1)を一定に保ち、Kを大きくすると、dのみ小さくなり、dが支配的になり、外乱オブザーバと同じ応答に近づく。 d2 is approximately equal to the quadrant protrusion (quadrant protrusion generated without correction) of Equation 5 multiplied by 1/(K+1), and is equal if the influence of the first-order lag system is ignored as described above. By adding this d2 to d1, it is possible to reduce the inverse response (the positional deviation of the inverse sign). The effect of reducing the reverse response will be described in the first embodiment. If τ/(K+ 1 ) is kept constant and K is increased, only d2 becomes smaller and d1 becomes dominant, approaching the same response as the disturbance observer.

図7(a)は、本発明の第2の実施形態の外乱抑止制御装置14を組み込んだ制御システム40のブロック線図を示す。外乱抑止制御装置14は、制御部1と、外乱力抑止部2と、を備える。図5(a)に示す外乱抑止制御装置4と同様に、制御部1は、P制御の位置制御器51と、PI制御の速度制御器52と、を備える。Kpは位置ループ比例ゲイン、Kは速度ループ比例ゲイン、Tiは積分時間である。s、1/sがそれぞれラプラス変換における微分、積分である。 FIG. 7(a) shows a block diagram of a control system 40 incorporating the disturbance suppression control device 14 of the second embodiment of the present invention. The disturbance suppression control device 14 includes a control section 1 and a disturbance force suppression section 2 . Similar to the disturbance suppression control device 4 shown in FIG. 5A, the control unit 1 includes a P-controlled position controller 51 and a PI-controlled speed controller 52 . Kp is the position loop proportional gain, Kv is the velocity loop proportional gain, and Ti is the integration time. s and 1/s are differential and integral in Laplace transform, respectively.

外乱力抑止部2は、図5(a)に示す外乱抑止制御装置4と同様に、ノミナルモデルの逆システム7を備える。τは、ローパスフィルタの時定数、Kは比例ゲイン、βは帰還ゲインである。 The disturbance force suppression unit 2 includes an inverse system 7 of the nominal model, like the disturbance suppression control device 4 shown in FIG. 5(a). τ is the time constant of the low-pass filter, K is the proportional gain, and β is the feedback gain.

図7(a)に示すブロック線図において、外乱力fの加算点は推力の次元にある。図7(b)に示すように、外乱力fの加算点を位置の次元に移動すると、外乱力fによる位置偏差dの伝達関数は、上記の数3と同一の式で表すことができる。帰還ゲインβは、位置偏差dの伝達関数には含まれない。外乱力fによる位置偏差dは、上記の数4と同一の式で表すことができる。帰還ゲインβは、数4には含まれない。
(象限突起及び逆応答の低減効果)
In the block diagram shown in FIG. 7(a), the addition point of the disturbance force fd is in the thrust dimension. As shown in FIG. 7B, when the addition point of the disturbance force fd is moved to the position dimension, the transfer function of the position deviation d due to the disturbance force fd can be expressed by the same equation as Equation 3 above. can. The feedback gain β is not included in the transfer function of the positional deviation d. The positional deviation d due to the disturbance force fd can be expressed by the same equation as Equation 4 above. The feedback gain β is not included in Equation (4).
(Effect of reducing quadrant protrusion and reverse response)

数4の伝達関数を用い、位置偏差(象限突起)のシミュレーションを行った。リニアガイドの摩擦力(外乱力f)には、摩擦力モデルの数6を用いた。 A positional deviation (quadrant projection) was simulated using the transfer function of Equation 4. Equation 6 of the friction force model was used for the friction force (disturbance force f d ) of the linear guide.

Figure 0007219115000007
ここで、tは時間、tnsbは摩擦力モデルの時定数である。
Figure 0007219115000007
where t is time and t nsb is the time constant of the friction force model.

図8(a)は、摩擦力を示す。摩擦力は、ステージ43の方向が反転したとき(時間0のとき)から急激に大きくなり、時間の経過と共に一定値に近づく。 FIG. 8(a) shows the friction force. The frictional force suddenly increases when the direction of the stage 43 is reversed (at time 0), and approaches a constant value as time elapses.

図8(b)は、外乱力の補正無しで発生する象限突起を示す。ステージ43の方向が反転した直後に約4.8nmの象限突起が発生することがわかる。 FIG. 8(b) shows a quadrant projection that occurs without disturbance force correction. It can be seen that a quadrant protrusion of about 4.8 nm is generated immediately after the direction of the stage 43 is reversed.

図8(c)は、本実施形態の外乱抑止制御装置4で補正した後に発生する象限突起を示す。ここでは、象限突起発生後の逆応答が最も小さくなるように、τとKを調整している。補正することで象限突起の振幅を大幅に低減できることがわかる。また、dには象限突起発生後に逆応答irが発生したが、dを加えることでdの逆応答irを略無くすことができることがわかる。 FIG. 8(c) shows quadrant projections generated after correction by the disturbance suppression control device 4 of the present embodiment. Here, τ and K are adjusted so that the reverse response after the generation of the quadrant projection is minimized. It can be seen that the correction can significantly reduce the amplitude of the quadrant protrusion. In addition, although an inverse response ir occurred in d1 after the quadrant projection occurred, it can be seen that the inverse response ir of d1 can be substantially eliminated by adding d2.

図4に示す制御システム40を用い、ステージ43を正弦波指令の動作パターン(振幅1mm、周波数0.1Hz)で動作させ、位置偏差を測定した。図9は、外乱力の補正無しで発生する位置偏差(象限突起)を示す。図9の1点鎖線が正弦波指令を示し、図9の実線が位置偏差を示す。ステージ43の方向を反転させる毎に象限突起54が発生し、象限突起54の振幅は約150nmであった。 Using the control system 40 shown in FIG. 4, the stage 43 was operated with a sinusoidal command operation pattern (amplitude 1 mm, frequency 0.1 Hz), and the positional deviation was measured. FIG. 9 shows the position deviation (quadrant protrusion) that occurs without disturbance force correction. The dashed-dotted line in FIG. 9 indicates the sine wave command, and the solid line in FIG. 9 indicates the positional deviation. A quadrant protrusion 54 was generated each time the direction of the stage 43 was reversed, and the amplitude of the quadrant protrusion 54 was about 150 nm.

図10は、本実施形態の外乱抑止制御装置14で補正した後に発生する象限突起を示す。図10の破線は、従来の外乱オブザーバで補正した後に発生する象限突起を示し、図10の1点鎖線は、本実施形態の外乱抑止制御装置14で補正した後に発生する象限突起(β=1の場合)を示し、図10の実線は、本実施形態の外乱抑止制御装置14で補正した後に発生する象限突起(β=0.6の場合)を示す。 FIG. 10 shows quadrant projections generated after correction by the disturbance suppression control device 14 of this embodiment. The dashed line in FIG. 10 indicates the quadrant protrusion generated after correction by the conventional disturbance observer, and the dashed line in FIG. 10 indicates the quadrant protrusion (β=1 ), and the solid line in FIG. 10 indicates the quadrant protrusion (when β=0.6) generated after correction by the disturbance suppression control device 14 of the present embodiment.

外乱オブザーバでは、象限突起の振幅を約7nmに低減できた。しかし、象限突起発生後に逆応答irが発生した。 The disturbance observer was able to reduce the quadrant projection amplitude to about 7 nm. However, the inverse response ir occurred after the quadrant projection.

β=1の場合、応答が発振しない程度にτ/(K+1)を小さくした上で、τとKを調整した。この調整により、外乱オブザーバで補正した場合に比べて、象限突起発生後の逆応答irを約1/2に低減できた。象限突起の振幅自体は、約7nmであり、外乱オブザーバで補正した場合と大きな違いはなかった。 When β=1, τ and K were adjusted after reducing τ/(K+1) to the extent that the response did not oscillate. By this adjustment, the inverse response ir after the occurrence of the quadrant protrusion could be reduced to about 1/2 compared to the case of correcting with the disturbance observer. The amplitude of the quadrant protrusion itself was about 7 nm, and there was no significant difference from the correction with the disturbance observer.

β=0.6の場合、β=1の場合と同様にτとKを調整し、さらにβを0.6に調整した。βを0.6に調整することで、象限突起を5nm程度まで小さくできると共に、象限突起発生後の逆応答irを大幅に低減でき、略零にすることができた。
(パラメータτ、K、βの調整方法)
When β=0.6, τ and K were adjusted in the same way as when β=1, and β was further adjusted to 0.6. By adjusting β to 0.6, it was possible to reduce the quadrant projections to about 5 nm, and also to significantly reduce the reverse response ir after the generation of the quadrant projections, making it substantially zero.
(How to adjust parameters τ, K, β)

本実施形態の外乱抑止制御装置4,14,31の3つのパラメータτ、K、βを以下の手順で調整した。 The three parameters τ, K, β of the disturbance suppression control devices 4, 14, 31 of this embodiment are adjusted by the following procedure.

(1)ローパスフィルタの時定数τ
上記のように、数4の右辺の第1項であるdは、外乱力抑止部2が補正を行わない場合(すなわち補正無しの場合)に発生する位置偏差(象限突起)dの微分値にτ/(K+1)を乗じたものに等しい。また、数4の右辺の第2項であるdは、補正無しの場合に発生する象限突起dに1/(K+1)を乗じたものに等しい。象限突起dは、時間の関数で表される。
(1) Low-pass filter time constant τ
As described above, d1, which is the first term on the right side of Equation 4, is the differential value of the positional deviation (quadrant protrusion) d that occurs when the disturbance force suppression unit 2 does not perform correction (that is, when no correction is performed). multiplied by τ/(K+1). Also, d2, which is the second term on the right side of Equation 4, is equal to 1/(K+1) multiplied by the quadrant protrusion d that occurs without correction. The quadrant projection d is expressed as a function of time.

には、象限突起dの振幅が減少する時刻において、逆応答が発生する。逆応答が最大となる時刻Tおいて、d(T)>0の場合、数7が成り立てば、逆応答が発生しないようにすることができる。 In d1, an inverse response occurs at the time when the amplitude of quadrant projection d decreases. If d(T)>0 at the time T at which the reverse response reaches its maximum, the reverse response can be prevented from occurring if Equation 7 holds.

Figure 0007219115000008
Figure 0007219115000008

数7を変形すれば、τの目安値を表す数8が得られる。

Figure 0007219115000009
ここで、dは外乱力抑止部2が補正を行わない場合に生ずる位置偏差(象限突起)の時間関数であり、Tはdの微分値である逆応答が最大となる時刻である。 Transforming Equation 7 yields Equation 8, which represents a guideline value for τ.
Figure 0007219115000009
Here, d is the time function of the positional deviation (quadrant protrusion) that occurs when the disturbance force suppression unit 2 does not correct, and T is the time when the reverse response, which is the differential value of d, reaches its maximum.

本実施例においては、補正無しで発生する象限突起54(図9参照)の時間関数とその時間微分値からτの目安値を求めた。時間微分波形において、運動方向が反転する2.5s付近で生じる逆応答の最大値(数8の右辺の分母)は1152nm/s、逆応答が最大となる時刻Tでの位置偏差(数8の右辺の分子)は-115nmであったので、数8からτ≦115/1152≒0.1sが得られた。このため、τの目安値を0.09sに設定した。 In this embodiment, the reference value of τ was obtained from the time function of the quadrant protrusion 54 (see FIG. 9) generated without correction and its time differential value. In the time-differentiated waveform, the maximum value of the reverse response (the denominator on the right side of Equation 8) occurring around 2.5 s when the motion direction reverses is 1152 nm/s, and the position deviation at time T when the reverse response reaches its maximum ( The numerator on the right side) was −115 nm, so from Equation 8, τ≦115/1152≈0.1 s was obtained. Therefore, the standard value of τ is set to 0.09 s.

図11は、τを0.09sに設定した場合、0.09sの2倍の0.18sに設定した場合、0.09sの1/2の0.045sに設定した場合とで、補正後に発生した位置偏差(象限突起)を比較したグラフである。τを0.09sに設定した場合、逆応答は発生しなかった。τを0.18sに設定した場合、約0.2nm程度の逆応答が発生したが、τを0.09sに設定した場合と比較して、象限突起を2nm程度小さくできた。τを0.045sに設定した場合、逆応答の発生はないものの、τを0.09sに設定した場合と比較して、象限突起が3nm程度大きくなった。逆応答の有無及び補正後の象限突起の大きさに合わせて、τを変化させることもできる。 FIG. 11 shows the occurrence after correction when τ is set to 0.09 s, when it is set to 0.18 s which is twice 0.09 s, and when it is set to 0.045 s which is half of 0.09 s. 10 is a graph comparing positional deviations (quadrant protrusions) obtained by No reverse response occurred when τ was set to 0.09 s. When τ was set to 0.18 s, a reverse response of about 0.2 nm was generated, but compared with the case of setting τ to 0.09 s, the quadrant protrusion could be reduced by about 2 nm. When τ was set to 0.045 s, although no reverse response occurred, the quadrant projections were about 3 nm larger than when τ was set to 0.09 s. It is also possible to change τ according to the presence or absence of the reverse response and the size of the quadrant protrusion after correction.

(2)比例ゲインK、帰還ゲインβ
数4から比例ゲインKが1より大きければ大きいほど、位置偏差(象限突起)dを小さくすることができる。このため、K>1、望ましくはK>10に設定する。ただし、比例ゲインKが大きすぎると、応答が発振する。このため、応答が発振しないように比例ゲインKを調整する。
(2) Proportional gain K, feedback gain β
From Equation 4, the larger the proportional gain K is than 1, the smaller the positional deviation (quadrant projection) d can be made. Therefore, set K>1, preferably K>10. However, if the proportional gain K is too large, the response will oscillate. Therefore, the proportional gain K is adjusted so that the response does not oscillate.

実験により、数4の第1項であるdは、外乱オブザーバを用いた場合の象限突起dobsのβ倍になることが確認できた。このため、0<β<1に設定し、位置偏差(象限突起)dを小さくする。 Through experiments, it has been confirmed that d1, the first term of Equation 4, is β times the quadrant protrusion d obs when a disturbance observer is used. Therefore, 0<β<1 is set to reduce the positional deviation (quadrant protrusion) d.

以下に、数4の第1項であるdが、外乱オブザーバを用いた場合の象限突起dobsのβ倍になる理由を説明する。本実施形態の外乱抑止制御装置14の時定数τ/(1+βK)が、外乱オブザーバの時定数τobsに相当する。応答が発振する直前まで、時定数を調整したところ、外乱オブザーバの時定数τobsと外乱抑止制御装置14の時定数τ/(1+βK)とが略同じ値になった。このため、τobs=τ/(1+βK)とすることができる。 The reason why d1, which is the first term of Equation 4, is β times the quadrant projection d obs when using a disturbance observer will be described below. The time constant τ/(1+βK) of the disturbance suppression control device 14 of this embodiment corresponds to the time constant τ obs of the disturbance observer. When the time constant was adjusted until just before the oscillation of the response, the time constant τ obs of the disturbance observer and the time constant τ/(1+βK) of the disturbance suppression control device 14 became substantially the same value. Therefore, τ obs =τ/(1+βK).

τobs=τ/(1+βK)とする場合、βK>>1、かつ0<β<1の条件が成立するならば、数9が成立する。 When τ obs =τ/(1+βK), Equation 9 holds if the conditions βK>>1 and 0<β<1 hold.

Figure 0007219115000010
Figure 0007219115000010

数4の右辺の第1項であるd、数5-1、数9から、dが外乱オブザーバを用いた場合の象限突起dobsのβ倍だけ小さくなることがわかる。 From d 1 , Equation 5-1, and Equation 9, which are the first terms on the right side of Equation 4, it can be seen that d 1 is β times smaller than the quadrant projection d obs when the disturbance observer is used.

本実施例においては、K、βを以下のように設定した。まず、β=1と仮定し、応答が発振する直前までKを大きくし、安定限界となるKをKとした。Kは、60であった。 In this embodiment, K and β are set as follows. First, assuming that β = 1, K is increased until just before the response oscillates, and the stability limit K is set to K0. The K0 was 60.

図12(a)は、τ=0.09s、β=1、K=1に設定したときの位置偏差(象限突起55)を示す。逆応答は発生しないものの、100nm程度の象限突起55が発生した。図12(b)は、τ=0.09s、β=1、K=60に設定したときの位置偏差を示す。Kを大きくすることで、象限突起56を7nm程度まで低減できた。 FIG. 12(a) shows the position deviation (quadrant protrusion 55) when τ=0.09 s, β=1, and K=1. Although no reverse response occurred, quadrant projections 55 of about 100 nm were generated. FIG. 12(b) shows the position deviation when τ=0.09 s, β=1, and K=60. By increasing K, the quadrant protrusion 56 could be reduced to about 7 nm.

次に、βK=K、すなわちβK=60が成立するように、βを1より小さくし、Kをさらに大きくした。図12(c)は、τ=0.09s、β=0.4、K=150に設定したときの位置偏差を示す。象限突起57をさらに2.5nm程度まで低減できた。 Next, β was made smaller than 1 and K was made larger so that βK=K 0 , ie βK=60. FIG. 12(c) shows the position deviation when τ=0.09 s, β=0.4, and K=150. The quadrant projection 57 could be further reduced to about 2.5 nm.

なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲で他の実施形態に具現化できる。 In addition, the present invention is not limited to being embodied in the above-described embodiments, and can be embodied in other embodiments without changing the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態では、制御対象がリニアモータとステージである例を説明したが、制御対象は回転モータと駆動機械であってもよい。帰還情報として制御対象の位置情報を用いているが、制御対象の速度情報を用いることもできる。 For example, in the above embodiments, the controlled objects are the linear motor and the stage, but the controlled objects may be a rotating motor and a driving machine. Although the position information of the controlled object is used as the feedback information, the speed information of the controlled object can also be used.

上記実施形態では、電流制御部の伝達関数を「1」として外乱抑止制御装置を設計しているが、電流制御部の伝達関数を考慮して外乱抑止制御装置を設計することもできる。 In the above embodiment, the disturbance suppression control device is designed with the transfer function of the current control section set to "1", but the disturbance suppression control device can also be designed in consideration of the transfer function of the current control section.

上記実施形態では、制御対象を剛体モデルとしているが、制御対象を質量とばねを連結した共振モデルとすることもできる。 In the above embodiment, the object to be controlled is a rigid body model, but the object to be controlled can also be a resonance model in which a mass and a spring are coupled.

本発明の外乱抑止制御装置は、半導体製造装置、液晶製造装置、オプトエレクトロニクスの加工、工作機械、三次元造形装置(3Dプリンタ)等の高分解能の位置決め装置に適している。 The disturbance suppression control device of the present invention is suitable for high-resolution positioning devices such as semiconductor manufacturing equipment, liquid crystal manufacturing equipment, optoelectronic processing, machine tools, and three-dimensional modeling equipment (3D printers).

1…制御部、2…外乱力抑止部、3…制御対象、4…外乱抑止制御装置、7…制御対象のノミナルモデルの逆システム、9…ローパスフィルタとゲインのブロック、10…引出し点、11…加算器(加算点)、14…外乱抑止制御装置、21…帰還ゲインのブロック、31…外乱抑止制御装置、fref…力指令、f^…力、e…力偏差、τ…ローパスフィルタの時定数、K…比例ゲイン、β…帰還ゲイン、u…補正量、f…外乱力 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Control part 2... Disturbance force suppression part 3... Control object 4... Disturbance suppression control apparatus 7... Inverse system of nominal model of control object 9... Low-pass filter and gain block 10... Extraction point 11 Adder (addition point) 14 Disturbance suppression control device 21 Feedback gain block 31 Disturbance suppression control device f ref Force command f^ Force e Force deviation τ Low-pass filter time constant, K...proportional gain, β...feedback gain, u...correction amount, fd ...disturbance force

Claims (6)

力指令を出力する制御部と、
制御対象の帰還情報を前記制御対象のノミナルモデルの逆システムに入力して力を算出し、前記力指令及び前記力に基づいて力偏差を算出し、前記力偏差及び比例ゲインに基づいて補正量を算出し、前記補正量を前記力指令に加算又は減算する外乱力抑止部と、を備え、
前記外乱力抑止部が前記力指令を引き出す引出し点よりも後に、前記外乱力抑止部が前記補正量を前記力指令に加算又は減算する加算点又は減算点がある外乱抑止制御装置。
a control unit that outputs a force command;
The feedback information of the controlled object is inputted to the inverse system of the nominal model of the controlled object to calculate the force, the force deviation is calculated based on the force command and the force, and the correction amount is calculated based on the force deviation and the proportional gain. and a disturbance force suppression unit that adds or subtracts the correction amount to or from the force command,
A disturbance suppression control device having an addition point or a subtraction point at which the disturbance force suppression section adds or subtracts the correction amount from the force command after a point at which the disturbance force suppression section extracts the force command.
前記外乱力抑止部は、前記力偏差をローパスフィルタに入力し、前記ローパスフィルタの出力に前記比例ゲインを乗じることを特徴とする請求項1に記載の外乱抑止制御装置。 2. The disturbance suppression control device according to claim 1, wherein the disturbance force suppression unit inputs the force deviation to a low-pass filter and multiplies the output of the low-pass filter by the proportional gain. 前記外乱力抑止部は、前記ノミナルモデルの逆システムに入力して算出した前記力に帰還ゲインを乗じることを特徴とする請求項1又は2に記載の外乱抑止制御装置。 3. The disturbance suppression control device according to claim 1, wherein the disturbance force suppression unit multiplies the force calculated by inputting it to the inverse system of the nominal model by a feedback gain. 前記比例ゲイン(K)は、K>1に設定されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の外乱抑止制御装置。 4. The disturbance suppression control device according to claim 1, wherein the proportional gain (K) is set to K>1. 前記ローパスフィルタの時定数τは、以下の数10に設定されることを特徴とする請求項2に記載の外乱抑止制御装置。
Figure 0007219115000011
ここで、dは前記外乱力抑止部が補正を行わない場合に生ずる位置偏差の時間関数であり、Tはdの時間微分値である逆応答が最大となる時刻である。
3. The disturbance suppression control device according to claim 2, wherein the time constant τ of the low-pass filter is set to Equation 10 below.
Figure 0007219115000011
Here, d is the time function of the position deviation that occurs when the disturbance force suppressing section does not correct, and T is the time when the reverse response, which is the time differential value of d, reaches its maximum.
前記帰還ゲイン(β)は、0<β<1に設定されることを特徴とする請求項3に記載の外乱抑止制御装置。 4. The disturbance suppression control device according to claim 3, wherein the feedback gain ([beta]) is set to satisfy 0<[beta]<1.
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