JPH01251210A

JPH01251210A - 位置決め制御装置

Info

Publication number: JPH01251210A
Application number: JP7886188A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Takahashi; 高橋　良彦; Noboru Kobayashi; 登小林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1989-10-06
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: JP2798928B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、被位置決め体の位置決めをモータの駆動力を
使って行なう位置決め制御装置に係り。

特に、モータと被位置決め体との間に介在する動力伝達
機構の振動減衰特性を制御的な手段で高めることができ
るようにした位置決め制御装置に関する。

（従来の技術）従来、テーブルやアーム等の被位置決め体を所望の位１
に位置決めする手段として、！気的なサーボ機構が広く
使用されている。第４図はソフトサーボ方式を採用した
サーボ機構の代表的な機構部分を示す図である。すなわ
ち２図中１は被位置決め体としてのステージ、２は駆動
源としてのＤＣモータ、３はＤＣモータ２の回転速度を
検出する回転速度検出器としてのタコジェネレータ。

４はボールネジ、５はカップリング、６はアンギュラ軸
受、７ａ、７ｂはガイド、８はステージ１の静止座標系
に対する位置を測定するためのレーザ干渉計、９はレー
ザビーム、１０はレーザ干渉計８と対をなすミラーであ
る。このｍ構では。

ＤＣモータ２の回転によりボールネジ４を回転させ、こ
れによってステージ１をガイド７ａ、７ｂに沿わせて直
線動させるようにしている。このとき、ステージ１の移
動路ＭＸＳは、レーザ干渉計８とミラー１０とによって
測定される。

このような機構を使ってステージ１を所望位置に位置決
めしようとするときには１通常、第５図に示すような位
置決め制御装置が用いられている。

すなわち１図中２０は外部から与えられる位置指令信号
、２１はレーザ干渉計８によって測定されたステージ１
の現在位置信号、２２は位置指令信号と現在位置信号と
の差を演算する演算回路。

２３はＤ／Ａコンバータ、２４は速度制御アンプ。

２５はパワーアンプ、２６はタコジェネレータ３によっ
て検出された回転速度信号である。この位置決め制御装
置では、レーザ干渉計８の出力である現在位置信号２１
をフィードバックして位置決め制御を行なう、このとき
１回転速度信号２６のフィードバックループは１位置決
め制御においてダンピングループとして作用し、制御の
安定性を向上させている。

しかしながら、上記のように構成された従来の位置決め
制御装置にあっては次のような問題があった。上記構成
のものにおいて高速で、かつ高精度な位置決め制御を行
なおうとすると１通常は応答が振動的になり、制御特性
が悪化する。この振動は、ＤＣモータ２とステージ１と
の間に存在しているボールネジ４．カップリング５．ア
ンギュラ軸受６等の動力伝達機構の振動特性に起因して
いる。ＤＣモータ２の回転が剛にステージ１に伝達され
れば上記の問題は生じない、しかし、動力伝達機構を構
成する上記部品は１通常、剛性が無限大ではないので、
必然的に動力伝達機構が低剛性になり、しかも振動の減
衰特性も悪ｔ）。

第６図に上記した駆動機構の振動モデルを示す。

ＤＣモータ２やタコジェネレータ３は１つの自由度系を
構成していると見なすことができ、またステージ１も他
の１つの自由度系を構成していると見なすことができる
。そして、この２つの自由度系をボールネジ４．カップ
リング５．アンギュラ軸受６からなるバネＳが連結して
いると見なすことができる。なお１図中Ｘｓはステージ
１の移動距離、ＴはＤＣモータ２の出力トルク、θはＤ
Ｃモータ２の回転角、ＣＩはガイド７ａ、７ｂの摩擦、
Ｃ２はボールネジ４等の摩擦トルク、にはノくネ定数を
示している。この振動モデルから判かるように、ＤＣモ
ータ２の減衰特性は摩擦トルクＣ２とタコジェネレータ
３とによって得られる。

しかし、一番重要であるステージ１の減衰特性は。

摩擦Ｃ１でしか得られない、摩擦Ｃ１を増せば大きな減
衰特性が得られるが１反面、高精度な位置決めが困誼と
なる。

（発明が解決しようとする課題）上述の如く、従来の装置にあっては、高速で。

かつ高精度な位置決め制御を行なうことが困龍であった
。

そこで本発明は、駆動用のモータと被位置決め木との間
に低剛性で低減衰性の動力伝達機構が存在していても、
この動力伝達機構の減衰特性を制御的な手段によって向
上させることができ、もって高速で高精度な位置決め制
御が可能な位置決め制御装置を提供することを目的とし
ている６［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために２本発明に係る位置決め制御
装置では、被位置決め体の静止座標系に対する速度を検
出する速度検出装置を設け、この速度検出装置で検出さ
れた速度信号と回転速度検出器で検出されたモータ回転
速度信号との和を位置制御ループ内の速度制御ループに
フィードバックするようにしている。

なお、被位置決め体の位置を検出する位置検出装置とし
てレーザ干渉計を用い、被位置決め体の速度を検出する
速度検出装置として上記レーザ干渉計で得られた位置信
号を一定時間間隔でサンプリングして得たサンプリング
値の前後の差を速度信号として出力するものを用いると
構成の単純化を図れるので一層好ましい。

（作　用）被位置決め体の速度信号も位置制御ループ内の速度制御
ループに同時にフィードバックすると。

動力伝達機構の振動的な応答特性を実質的に非振動的な
応答特性に変えることが可能となる。したがって、モー
タと被位置決め体とをあたかも剛に連結した状態とほぼ
等しい状態を形成できる。　゛（実施例）以下１図面を参照しながら実施例を説明する。

第１図は一実施例に係る位置決め＊Ｊａｌ装置を示すも
ので、第５図と同一部分は同一符号で示しである。した
がって１重複する部分の詳しい説明は省略する。

この実施例に係る位置決め制御装置が従来のものと異な
る点は、ステージ１の移動位置を検出しているレーザ干
渉計８の出力２１を速度検出装置４１を用いて速度信号
４２に変換し、この速度信号４２とタコジェネレータ３
で得られた回転速度信号２６との和を速度制御アンプ２
４へとフィードバックさせていることにある。

速度検出装置４１は、具体的には第２図に示すように構
成されている。すなわち、レーザ干渉計８の出力２１で
ある（符号十絶対値）をデータ変換回路５１で２の補数
形式のデータ５２に変換する。この変換されたデータを
ラッチパルス発生器５３から出力されたパルスを使って
タイミング（ｔ２）でラッチ回路５４でラッチし、また
タイミング（１１）でラッチ回路５５でラッチする。

なお、ラッチパルスの周期をΔｔとすると。

ｔ１＋△ｔ＝ｔ２に設定されている。ラッチ回路５５の
データはインバータ５６を介して反転される。そして、
この反転されたデータとラッチ回路５４のデータとが加
算器５７で加算される。したがって、タイミング（ｔ２
）で得られたデータとタイミング（七１）で得られたデ
ータとの差が計算される。この実施例では上記差を速度
信号としている。そして、この速度信号はＤ／Ａ　′ｇ
、ｆｉ器５８によってアナログ信号に変換された後、速
度信号４２として速度制御アンプ２４に与えられる４こ
のような構成であると、ボールネジ４．カンプリング５
．アンギュラ軸受６等の低剛性で低減衰特性の動力伝達
機構の存在によってステージ１に現われようとする振動
成分が位置制御ループ内の速度制御ループにフィードバ
ックされる。このため、結果的に動力伝達機構の振動的
な応答特性が非振動的な応答特性に改善されることにな
る。

そして、ＤＣモータ２の減衰定数はタコジェネレータ３
の出力で、またステージ１の減衰定数は速度検出装置４
１の出力で高めることができる。したがって、高速で１
かつ高精度な位置決め制御が可能となる。

第３図はその効果を確認するために行なった実験結果を
示すものである。すなわち、同図（ａ）は速度制御アン
プにタコジェネレータの出力だけをフィードバックさせ
た場合（従来例）の位置決め応答特性を示し、同図（ｂ
）は速度制御アンプにタコジェネレータの出力と速度検
出装置４１の出力とをフィードバックさせた場合（本発
明）の位置決め応答特性を示している。この図からも判
かるように速度検出装置４１の出力もフィードバックさ
せることによって位置決め応答特性を大幅に向上させる
ことができる。

なお、上記実施例では被位置決め体がステージの場合で
あるが、各種の被位置決め体に適用できることは勿論で
ある。

［発明の効果］以上のように構成された本発明に係る位置決め制御装置
によれば、モータと被位置決め体との間に低剛性で、低
減衰特性の動力伝達機−が介在している場合でも、この
動力伝達機構の影響を受けることなく高速で高精度な位
置決め制御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一実施例に係る位置決め制御装置の構成説明図
、第２図は同装置における速度検出装置の構成図、第３
図は実験によって得られた同装置の位置決め応答特性を
従来例のそれと比較して示す図、第４図は位置決め機構
部分の一例を示す斜視図、第５図は従来の位置決め制御
装置の構成図。第６図は位置決め機構部分の振動モデル図である。１・・・被位置決め体となるステージ、２・・・ＤＣモ
ータ、３・・・回転速度検出器としてのタコジェネレー
タ、４・・・動力伝達機構の一部をなすボールネジ。５・・・動力伝達機構の一部をなすカップリング、６・
・・動力伝達機構の一部をなすアンギュラ軸受。７ａ、７ｂ・・・ガイド１９・・・レーザ干渉計、２２
・・・演算回路、２４・・・速度制御アン、プ、２５・
・・パワーアンプ、４１・・・速度検出装置。出顔人代理人　弁理士　鈴江武彦２゜型−督♀訊墨

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被位置決め体に対して動力伝達機構を介して移動
力を与えるモータと、前記被位置決め体の位置を検出す
る位置検出装置と、前記モータの回転速度を検出する回
転速度検出器と、前記位置検出装置で検出された位置信
号をフィードバックする第１の制御ループと前記回転速
度検出器で検出された回転速度信号をフィードバックす
る第２の制御ループとを用いて前記モータを駆動するモ
ータ駆動系とを備えた位置決め制御装置において、前記
被位置決め体の静止座標系に対する速度を検出する速度
検出装置を設け、この速度検出装置で検出された速度信
号と前記回転速度検出器で検出された回転速度信号との
和を前記第２の制御ループのフィードバック信号として
いることを特徴とする位置決め制御装置。
（２）前記位置検出装置はレーザ干渉計で構成され、前
記速度検出装置は上記レーザ干渉計で得られた位置信号
を一定時間間隔でサンプリングして得たサンプリング値
の前後の差を速度信号として出力するものであることを
特徴とする請求項１に記載の位置決め制御装置。