JPH02249009A - 位置制御装置 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、フィードフォワードループを含む位置制御
装置に関連し、殊にこの発明は、周期関数を目標値とし
て連続的な位置制御を行うのに好適な位置制御装置に関
する。

〈従来の技術〉 第５図は、従来のこの種位置制御装置の制御系を示すも
ので、フィードバックループ１とフィードフォワードル
ー１２とを含んでいる。

このフィードバックループ１の加算点３では周期関数の
目標値Ｘｓと現在値Ｘ、との偏差ΔＸが求められ、この
偏差ΔＸが調節器４に出力されてＰＩＤ制御などによる
補償が与えられる。この調節器４の出力は加算点５を経
てアクチュエータ６に与えられ、このアクチュエータ６
により制御対象７の駆動が制御される。

またフィードフォワードループ 値Ｘｒ．に対し移相器８で所定量の位相差が、またゲイ
ン可変増幅器９で適当なゲインが、それぞれ与えられて
フィードフォワード信号ｘＦが生成される。このフィー
ドフォワード信号ｘＦは加算点５で前記調節器４の出力
と加算され、その加算信号がアクチュエータ６へ出力さ
れる。

第６図は、この種の位置制御装置の原理を説明するため
の波形説明図であり、前記フィードフォワードループ２
が有効に機能していない状態を示している。

同図（２）　（４）に示す、Ａ．、Ａ，はそれぞれ目標
値Ｘ．．および現在値Ｘ８の基本波（第６図（１）（３
）に示す）の位相を表すための矩形波信号であり、目標
値ｘ．．および現在値Ｘ．の基本波を所定のしきい値Ｔ
Ｉで２値化することにより得ている。

第６図（５）に示ずＡ　ｓ−　、はこれら矩形波信号Ａ
ｓ。

Ａ．の排他的論理和をとって得た位相差信号であり、そ
のパルス幅すが位相差を示す。またＣは位相差信号Ａ．
．−、のレヘルの平均値であり、この平均値Ｃもパルス
幅すと同様に位相差と比例する。この例の場合、一般の
フィードバックループの特性として、周期関数である目
標値Ｘｓに対して現在値ｘ１は位相遅れの状態にある。

このときの偏差ΔＸは第６図（６）に示すような波形と
なり、この偏差ΔＸを抑制するには目標値Ｘ．．および
現在値Ｘ８の位相および大きさを一致させる必要がある
。

〈発明が解決しようとする問題点〉 このような位置制御装置では、フィードフォワードルー
プ２の位相およびゲインを調節して、前記偏差ΔＸをで
きるだけ小さな値に近づけているが、目標値の波形や周
波数が変われば、その都度、その波形や周波数に応じて
最適な位相とゲインとを調節する必要があり、甚だ煩雑
である。

この発明は、上記問題に着目してなされたもので、フィ
ードフォワードループの位相およびゲインを自動調節可
能となすことにより、目標値の波形や周波数の変更にも
容易に対応し得る新規な位置制御装置を提供することを
目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 フィードフォワードループの位相を自動調節するのに、
請求項１にかかる発明の位置制御装置では、周期関数の
目標値が読出し可能に格納された目標値記憶部と、目標
値と現在値との位相差を検出するための位相差検出部と
、目標値記憶部より目標値を読み出すためのアドレス信
号を発生させるアドレス信号発生部と、前記アドレス信
号と前記位相差に相当する信号との加算信号をアドレス
信号として前記目標値記憶部より目標値を読み出してフ
ィードフォワードループへ与える加算処理部とを具備さ
せている。

またフィードフォワードループ 動調節するのに、請求項２にかかる発明の位置制御装置
では、周期関数の目標値と現在値との位相同期をとるた
めの同期処理部と、前記フィードフォワードループのゲ
インを可変設定するためのゲイン設定部と、目標値と現
在値との差に応じてフィードフォワードループのゲイン
を調整するゲイン調整部と、同期処理部による位相同期
の状態に応じてゲイン調整部による調整動作を制御する
作動制御部とを具備させている。

〈作用〉 位相差検出部で目標値と現在値との位相差が検出される
と、加算処理部は、アドレス信号発生部で発生させたア
ドレス信号と位相差検出部で検出された位相差に相当す
る信号との加算信号を生成し、この加算信号をアドレス
信号として目標値記憶部より目標値を読み出す。ここで
読み出された値は本来の目標値に対して前記の位相差分
だけ進み位相であり、これをフィードフォワード信号と
してフィードフォワードループに与えることにより、前
記位相差を最小となすフィードフォワードループの位相
を自動調節するものである。

こうして目標値と現在値との位相が一致して位相同期が
とられると、つぎに作動制御部はゲイン調整部を起動さ
せる。その結果、ゲイン調整部は目標値と現在値との差
に応じてフィードフォワードループのゲンイを調節して
ゲイン設定部に与えるもので、これにより目標値と現在
値との差を最小となすフィードフォワードループのゲイ
ンを自動設定するものである。

〈実施例〉 第１図は、この発明が適用されたＸＹステージの位置制
御装置の制御系を示すもので、フィードバックループ１
１とフィードフォワードループ１２とを含んでいる。

このフィードバックループ１１の加算点１３では目標値
Ｘｓと現在値Ｘ、との偏差ΔＸが求められ、この偏差Δ
Ｘが調節器１４に出力されてＰＩＤ制御などによる補償
が与えられる。この調節器１４の出力とフィードフォワ
ード信号ＸＦとは加算器１５で加算され、その加算信号
が増幅器１６を経てアクチュエータ１７に与えられ、こ
のアクチュエータ１７によりχＹステージ１８の駆動が
制御される。このｘＹステージ１８の変位は測長器１９
で計測され、その計測値をＤ／Ａ変換器２０でアナログ
量に変換して現在値Ｘ直を得る。

図示例の装置は、周期関数である目標値Ｘｓの位相とフ
ィードバックループ１１より与えられる現在値Ｘ、の位
相との同期をとる同期処理部２１を含むもので、この同
期処理部２１を目標値記憶部２２．アドレス信号発生部
２３２位相差検出部２４．加算処理部２５などで構成し
である。

目標値記憶部２２は、ＲＯＭ２６に周期関数である目標
値ｘＳを入力アドレスに対応させて読出し可能に格納し
て成る。

アドレス信号発生部２３はクロック信号ＣＫを計数する
ためのバイナリ−カウンタ２７より成り、その計数出力
は前記ＲＯＭ２６より目標値Ｘｓを読み出すためのアド
レス信号として加算処理部２５に与えられる。

位相差検出部２４は目標値Ｘ、、とフィードバックルー
プ１１からの現在値Ｘ、との位相差を検出するためのも
ので、目標値Ｘｓおよび現在値Ｘ、をしきい値ＴＩ（で
２値化して矩形波信号Ａ、、Ａ、を生成する一対のコン
パレータ２８２９と、これら矩形波信号Ａ−、Ａｒ間の
位相差をパルス幅すとして表わした位相差信号Ａ６−８
を生成するための排他的論理和回路３０と、この位相差
信号Ａ３−１を平滑化するローパスフィルタ回路３１と
を含んでいる。なおこの位相差検出部２４としてＰＬＬ
シンセサイザ用の位相検波器を用いることも可能である
。

加算処理部２５は位相差検出部２４の出力を積分する積
分調節器３２と、この積分調節器３２の出力をディジタ
ル量に変換するＡ／Ｄ変換器３３と、この変換出力と前
記カウンタ２７の計数出力とを加算するための加算器２
４とを含み、前記カウンタ２７の計数出力と加算器２４
による加算出力とを高速で切り換えてこれらをＲＯＭ２
６のアドレス信号として与えることにより、ＲＯＭ２６
から読み出したデータ出力を２個のラッチ回路２５．３
６に振り分けている。

なお図中、論理演算回路３７はクロック信号ＣＫを入力
して加算器２４の加算指令信号およびラッチ回路３５．
３６のランチ信号を生成している。

一方のラッチ回路３５にはＤ／Ａ変換器３８が接続され
、このＤ／Ａ変換器３８の出力を目標値Ｘ８となす。ま
た他方のラッチ回路３６はＤ／Ａ変換器３９とともにフ
ィードフォワードループ１２における移相器４０を構成
し、この移相器４０の出力をゲイン可変増幅器４１を経
て加算点１５に与える。

なお上記実施例では、複数のＤ／Ａ変換器やラッチ回路
を用いて構成しであるが、これらはディジタル制御とす
ることでその省略が可能である。

第２図は、上記実施例の動作を説明するためのタイムチ
ャートである。

同図（１）に示す位相差信号Ａ　、　−、は目標値Ｘｓ
および現在値Ｘ＋の基本波成分（第２図（６）（７）に
示す）の位相差をパルス幅すで表したもので、位相差検
出部２４において、コンパレータ２８゜２９の各出力Ａ
−、Ａ！　　（第２図（３）（４）に示す）の排他的論
理和をとることにより得ている。この位相差信号Ａ　、
−１はローパスフィルタ３１で平滑化され、第２図（１
）中でＣで示す信号を得る。

いまフィードフォワードルー１１２が機能していない時
点、すなわち加算点１５にフィードフォワード信号ＸＦ
が加えられていない時点を考えると、フィードバックル
ープ１１では目標値ＸＦ、に対して現在値Ｘｉの位相遅
れが生じ、第２図（６）（７）に示す如く、現在値Ｘ！
の基本波成分は目標値Ｘ、の基本波成分に対し位相がφ
。

たけ遅れたものとなる。

ここでフィードフォワードルー１１２が機能すると、位
相差検出部２４は前記の初期位相差φ。に相当する電圧
の信号Ｃを出力してこれを積分調節器３２に与える。こ
の積分調節器３２が積分動作を開始すると、その積分出
力ｄは第２図（２）中、φ８．φ２．・・・・、φ、で
示す如く、徐々に増加してゆく。なお積分調節器３２は
初期状態ではゼロホールドされているものとする。

積分調節器３２による積分出力ｄはＡ／Ｄ変換器３３で
ディジタル量に変換され、加算器３４にてカウンタ２７
の計、散出力と加算される。この加算信号とカウンタ２
７の計数出力とは高速で切り換えられ、これらはＲＯＭ
２６に対しアドレス信号として与えられる。その結果、
ＲＯＭ２６からは目標値Ｘｓと、前記積分出力ｄに相当
する位相φ（φ＝φ５．φ２．・・・・。

φ、）だけ進んだ目標値Ｘ、（θ十φ）とが出力される
。この加算器３４に対する加算指令信号とフィードフォ
ワードループ１２のラッチ回路３６に対するラッチ信号
とは同期制御され、その結果、目標値Ｘ、（θ＋φ）は
ラッチ回路３６に、また目標イ直ｘ８はラッチ回路３５
に、それぞれ保持されてＤ／Ａ変換器３８．３９により
アナログ量に変換される。

かくしてフィードフォワードルー１１２が有効に機能し
て目標値Ｘよと現在値Ｘ！との位相差が小さくなると、
位相差信号Ａ、−１のパルス幅すは次第に小さくなると
ともに、積分調節器３２による積分動作が次第に緩慢と
なってその積分出力ｄは飽和し始める（第２図（２）参
照）。

そして位相差信号Ａ６−１が消失したとき、積分調節器
３２の積分動作が停止し、そのときの積分出力ｄが保持
される。この時点では目標値Ｘ。

と現在値Ｘｉとの基本波成分の位相差は初期値φ。から
次第に小さくなってゼロとなっている。

このようにして位相同期がとられると、その後は偏差Δ
Ｘの値を小さくするためにフィードフォワードループ１
２のゲイン可変増幅器４１のゲインを調節して最適値へ
もってゆくことは容易である。

第３図は、この位相同期完了後にフィードフォワードル
ープ１２のゲインを自動調節するようにした第２実施例
を示している。

この第２実施例は、周期関数の目標値Ｘ、、と現在値Ｘ
五との位相同期をとるための同期処理部２１を備えると
ともに、第１実施例のゲイン可変増幅器４１に代えて、
フィードフォワードルー１１２のゲインを自動調節する
ためのゲイン設定部４２．ゲイン調整部４３２作動制御
部４４などの各構成を付加したものである。なお同期処
理部２１は、第１実施例と同じ構成のものであって、こ
こでは対応する構成に同一の符号を付することでその説
明を省略する。

ゲイン調整部４３は、一対の波形処理回路４５．４６の
他、演算回路４７．積分調節器４８、電圧設定器４９な
どを含んでいる。、各波形処理回路４５．４６は目標値
Ｘ、、および現在値Ｘｉの各交流成分を全波整流してそ
の整流出力Ｂ、、Ｂｉを演算回路４７に与える。演算回
路４７は整流出力Ｂ、、ＢｉＯ差を求めて平滑化し、そ
の平滑出力Ｅを積分調節器４８に与える。積分調節器４
８は平滑出力Ｅを積分するためのもので、位相同期後に
この積分出力β２が、また位相同期前は電圧設定器４９
による電圧設定値β、が、それぞれフィードフォワード
ループ１２のゲインとして選択されてゲイン設定部４２
に与えられる。なお電圧設定器４９による電圧設定値β
１は積分調節器４８のプリセット入力としても与えられ
、これにより位相同期前はこの電圧を出力すべく積分調
節器４８がホールドされる。

ゲイン設定部４２は乗算器５０より成るもので、電圧設
定器４９による電圧設定値β１と積分調節器４８の積分
出力β２とにより前記フィードフォワードルー１１２の
ゲインが設定される。

作動制御部４４は、位相同期の状態か否かによって前記
電圧設定値β１と積分出力β２とを選択するためのもの
で、この実施例の場合、前記位相差検出部２４における
排他的論理和回路３０の出力に基づき位相同期検出回路
５１が位相同期の状態か否かを検出し、その検出信号Ｚ
をゲイン選択信号として乗算器５１に与えるとともに、
プリセット指令として積分調整器４８に与えている。

第４図はこの第２実施例の動作を説明するだめのタイム
チャートである。

いま位相同期前を考えると、第４図（１）に示す目標値
Ｘｓと第４図（２）に示す現在値Ｘ８とは位相が一致せ
ず、位相同期検出回路５１による検出信号（第４図（３
）に示す）はオフである。この場合はフィードフォワー
ドループ１２のゲインとして電圧設定器４９による電圧
設定値β、が与えられ、乗算器５０の出力γは、Ｄ／Ａ
変換器３９の出力をαとすると、ｒ＝にαβ１　（ただ
しＫは定数）となる。

つぎに同期処理部２１により位相同期がとられると、前
記検出信号Ｚが立ち上がり、積分調節器４８のホールド
が解除されるとともに、フィードフォワードループ１２
のゲインは前記電圧設定値β１から積分調節器４８によ
る積分比カβ２へと切り換えられる。

この位相同期の状態では、目標値ＸＳと現在値Ｘ、とは
位相が一致しており、これらを波形処理回路４５．４６
で全波整流したときの整流出力Ｂ、、Ｂ、は第４図（４
）　（５）に示すような波形となる。これら整流出力Ｂ
、、Ｂ、の大きさが不一致であると、両出力Ｂ、、Ｂ、
の差Ｂ。

Ｂ、は第４図（６）のようになり、これを演算回路４７
で平滑化すると、第４図（７）に示すような平滑出力Ｅ
が得られる。

この平滑出力Ｅが積分調節器４８に与えられると、積分
調節器４８はその時点りで積分動作を開始し、その積分
出力β２が乗算器５０に与えられる。この場合の乗算器
５０の出力Ｔは、γ−にαβ２　（ただしＫは定数）で
ある。

第４図（８）は、積分調節器４８による積分出力β２を
示すもので、この積分出力β２の増加により乗算器５０
の出力γが大きくとなると、フィードフォワード量が大
きくなって、偏差ΔＸが小さくなる方向へ機能する。

こうして偏差ΔＸが小さくなると、積分調節器４８の積
分動作は緩やかなものとなり、ついに偏差ΔＸが最小と
なる時点で積分動作が完了し、積分出力β２は一定とな
る。このときの偏差ΔＸは理論上ゼロである。

なおこれらの動作は積分調節器４８の時定数によりフィ
ードフォワード信号ＸＦがオバーシュートしたり、発振
したりすることがあるが、このオーバシュートなどの発
生が制御対象にとって不都合であれば、その特性に応じ
て積分調節器４８にリミット機能を持たせることも可能
である。

つぎに位相およびゲインが自動調節された後に、目標値
Ｘ５の波形や周波数が変って位相同期が外れた場合を考
えると、この場合は、同期処理部２１による位相調節動
作が優先して実行されることになり、再び位相同期がと
られるまでは、ゲイン調節動作はインターロックされる
。

そして位相同期がとられて前記同期検出回路５１による
検出信号Ｚが立ち上がったとき、前記と同様、ゲイン調
整部４３が起動され、ゲイン調節機能が働くことになる
。

〈発明の効果〉 この発明は上記の如く、目標値の波形や周波数の変更に
対してフィードフォワードループの位相やゲインを自動
調節するよう構成したから、従来例のような煩雑な調節
作業を省略できる。

しかも位相調節後にゲイン調節を行うから、ゲインの自
動調節が容易であるなど、発明目的を達成した顕著な効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる位置制御装置のブ
ロック図、第２図は第１図に示す実施例のタイムチャー
ト、第３図はこの発明の他の実施例にかかる位置制御装
置のブロック図、第４図は第３図に示す実施例のタイム
チャート、第５図は従来例のブロック図、第６図は第５
図に示す従来例のタイムチャートである。 １１・・・・フィードフォワードループ２１・・・・同
期処理部 ２３・・・・アドレス信号発生部 ２４・・・・位相差検出部　　２５・・・・加算処理部
４２・・・・ゲイン設定部　　４３・・・・ゲイン調整
部４４・・・・作動制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）フィードフォワードループを含む位置制御装置に
   おいて、 周期関数の目標値が読出し可能に格納され た目標値記憶部と、 目標値と現在値との位相差を検出するため の位相差検出部と、 目標値記憶部より目標値を読み出すための アドレス信号を発生させるアドレス信号発生部と、 前記アドレス信号と前記位相差に相当する 信号との加算信号をアドレス信号として前記目標値記憶
   部より目標値を読み出してフィードフォワードループへ
   与える加算処理部とを具備して成る位置制御装置。
2. （２）フィードフォワードループを含む位置制御装置に
   おいて、 周期関数の目標値と現在値との位相同期を とるための同期処理部と、 前記フィードフォワードループのゲインを 可変設定するためのゲイン設定部と、 目標値と現在値との差に応じてフィードフ ォワードループのゲインを調整するゲイン調整部と、 同期処理部による位相同期の状態に応じて ゲイン調整部による調整動作を制御する作動制御部とを
   具備して成る位置制御装置。