JPH04183207A - 磁気浮上型リニアモータの位置制御装置 - 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 本発明は、主として産業機器に利用される磁気浮上型リ
ニアモータの位置制御装置に関し、詳しくは自身に有す
る電磁石の駆動制御によって案内レールから所定ギャッ
プ量浮上される浮上側本体を、浮上側本体に設けられる
移動子と案内レールに設けられる固定子との間の電磁推
進作用によって移動させるのに、切換線に沿ってゲイン
を切換えるスライディングモード制御方式によって目標
位置に到達させる磁気浮上型リニアモータの位置制御装
置に関するものである。

従来の技術 上記のスライディングモード制御方式は、第５図に示す
ように、位相平面において切換線１５に沿うようにゲイ
ンを切換え、浮上側本体を目標位置０に制御線１８で示
すように到達させる。

また磁気浮上型直流リニアモータの固有ベクトルは、慣
性系であって第５図に示すように固有ベクトルａ（線１
６）、またはｂ　（線１７）のようになる。ここで、負
荷変動があると磁気浮上型直流リニアモータの固有ベク
トルは、ａ　（線１６）からｂ　（線１７）へ、または
ｂ　（線１７）からａ（線１６）へと変化する。この負
荷変動を見越してスライディングモードの切換え線１５
を第５図に示すように固有ベクトルａ　（線１６）　、
ｂ　　（線１７）の双方に対して傾きを小さく採ってお
けば、負荷変動の影響を受けにくいシステムを構成でき
る。

発明が解決しようとする課題 しかしそれだけでは、負荷変動の影響を受けない反面、
切換線の傾きが小さいために、磁気浮上型直流リニアモ
ータの本質的な即応性を引き出せないと云う問題がある
。そこで、スライディングモード制御方式では、切換線
１５の傾きが大きくなるほど、即応性は上がることに着
目すると、負荷変動が減少する方向へと変化した場合に
は、第５図に示すように固有ベクトルがａ　（線１６）
からｂ　（線１７）に変化するので、切換線１５もこれ
に応じて傾きを大きくすれば、磁気浮上型直流リニアモ
ータの本質的な即応性を引き出せることが分かる。とこ
ろが従来のスライディングモード制御方式では、負荷変
動を知ることができないために、切換線１５を変化させ
ることができないし、行われていない。したがって即応
性を上げることはできていない。

さらに従来のスライディングモード制御方式をディジタ
ル化する場合には、第６図に切換線１５の微小範囲を拡
大して示しであるように、切換線１５が階段状、不連続
となる。また切換線１５の傾きは大きくなれば１デイジ
ツト当たりの傾きの分解能は粗くなる。傾きの分解能が
粗くなれば従来の切換線１５と異なり、目標値近くにな
ると、収束しなくなり、チャタリングを起こし易くなる
。しかがって高精度な位置決めができなくなる。

本発明者等が前記問題を解消すべく種々研究した結果、
チャツプセンサの出力を所定ギャップ量に対応する一定
値に保つように電磁石の駆動電流が制御されるが、この
ときの電流の変がは浮上側本体の負荷変動に起因したも
ので、この電流が浮上側本体の負荷に対応していること
を知見した。

そこで本発明は、このような知見に基づきスライディン
グモードでの位置制御装置の簡単な改良によって、浮上
側本体の負荷変動に充分対応しながら磁気浮上型直流リ
ニアモータの本質的な即応性を充分に引き出せるような
磁気浮上型リニアモータの位置制御装置を提供すること
を第１の課題とするものであり、さらに目標位置あたり
でのチャタリングを抑止して高精度な位置決めが可能な
磁気浮上型リニアモータの位置制御装置を提供すること
を第２の課題とするものである。

課題を解決するための手段 本願第１の発明は上記第１の課題を達成するために、自
身に有する電磁石の駆動制御によって案内レールから所
定ギャップ量浮上される浮上側本体を、浮上側本体に設
けられる移動子と案内レールに設けられる固定子との間
の電磁推進作用によって移動させるのに、切換線に沿っ
てゲインを切換えるスライディングモード制御方式によ
り目標位置に到達させる磁気浮上型リニアモータの位置
制御装置において、前記浮上側本体を所定ギャップ量浮
上させるのに、電磁石に流れる電流から浮上側本体の負
荷変動を判定し、この負荷変動に応じて前記スライディ
ングモード制御におけるゲインの切換線を変化させるこ
とを特徴とするものである。

本願第２の発明は上記第２の課題をもさらに　−達成す
るために、第１の発明においてさらに、ゲインの切換線
をディジタル化して制御するのに、目標位置あたりの所
定の微小範囲で比例制御に切換え、かつ切換線の傾きに
応じて前記微小範囲を変化させることを特徴とするもの
である。

作　　　　　用 本願筒１の発明の上記構成によれば、浮上側本体の負荷
が変動すれば、磁気浮上型リニアモータの固有ベラトル
も変動するが、前記負荷の変動を浮上側本体を所定ギャ
ップ量浮上させるのに電磁石に流れる電流から判定し、
この判定した負荷に応じて位置制御のためのゲインの切
換制御を規定する切換線の傾きを変化させるので、前記
負荷の変動によって変化する磁気浮上型リニアモータの
固有ベクトルの傾きに対し、切換線の傾きを最大限に近
い傾き位置に設定することができ、負荷変動に対応しな
がら磁気浮上型リニアモータの本質的な即応性を最大限
に満足することができる。

本願筒２の発明の上記構成によれば、第１の発明におい
てさらに、スライディングモード制御方式を切換線のデ
ィジタル化にて実行するのに、目標位置あたりでの微小
範囲では比例制御に切換えるので、切換線の傾きが大き
くなって目標位置あたりでの傾きの分解能が低下するよ
うなことを回避することができるし、前記負荷変動に応
じて前記比例制御範囲を変かさせるので、負荷変動に応
じて切換線の傾きが大きくなることにより切換線の傾き
の分解能が低下することも回避することができる。

実施例 第１図、第２図は本発明の第１の実施例としての磁気浮
上型直流リニアモータの位置制御装置の一例を示してい
る。

磁気浮上型直流リニアモータは第１図に示すように、案
内レール１と浮上側本体２とからなり、浮上側本体２に
取りつけられた電磁石３とギャップセンサ４を用いて案
内レール１と浮上側本体２とのギャップを制御すること
により、案内レール１に対し非接触なように浮上側本体
２を所定ギャップ量浮上させる。そしてこの浮上状態に
おいて、浮上側本体２に取り付けられた異なる極を持つ
交互に配列された数個の永久磁石５と、これに対向する
ように案内レール１上に並べられたモータ捲線６とによ
り、案内レール１の長手方向に浮上側本体２が移動され
るように構成されている。そしてこのような磁気浮上型
直流リニアモータに対し位置制御を行う。この制御方式
として、スライディングモード制御方式を用いる。

この制御について説明する。第１図の電磁石３は、ギャ
ップセンサ４が検出する案内レール１と浮上側本体２と
の間のギャップが所定値となるように駆動電流を制御さ
れる。この駆動電流ｉは電磁石３によって浮上側本体２
を所定量のギャップを持つように浮上させるものである
から、電磁石３に流れる電流ｉは、浮上側本体２を所定
位置まで浮上させる最の負荷に比例している。

つまり負荷ｍと、浮上側本体２の重量Ｍと、ギャップセ
ンサ４の出力Ｚ、および電磁石３に流れる電流ｉの関係
は、重力の加速度をｇとすればＭ＋ｍ−ｇ＝ｆ　（Ｚ、
ｉ）となる。ギヤツブセンサ４の出力Ｚは一定値に保つ
ように制御されるので、実際には電磁石３に流れる電流
ｉは負荷ｍの変動のみに影響される。すなわち負荷変動
は電流ｉの変動として検出できる。したがってこの電流
ｉを検出することにより、スライディングモード制御方
式におけるゲイン切換制御用の切換線の傾きを変化させ
る。

具体的には第３図に示すように、負荷変動と浮上側本体
２の固有ベクトルの傾きとは反比例するので、電流ｉが
増加して負荷の増加が判別されるとき切換線の傾きを切
換線１１から切換線１２へと大きくし、電流が減少して
負荷の減少が判別されるとき切換線の傾きを切換線１２
から切換線１１へと小さくするように装置を構成する。

本実施例では第１図に示すように磁気浮上型制御をギャ
ップセンサ４の出力値をインタフェイス８を介してＣＰ
［Ｉ　９に取り込み、電流値を計算しＤ／Ａ変換器１０
を通して電磁石３に出力する方式を採っている。この場
合、電流センサ等を用いることなく前記ＣＰＵ　９での
計算電流値をそのまま負荷変動判別のための電流値とし
て得ることができる。

ところで負荷が減少すれば、第３図のように磁気浮上型
直流リニアモータの固有ベクトルはａ（線１３）からｂ
（線１４）へと変化するのであるから、本質的な即応性
が上がる。また前述したように切換線も系の本質的な即
応性に応じた変化を示すので、磁気浮上型直流リニアモ
ータの本質的な即応性を引き出すことができる。

本発明の第２の実施例は、第４図に切換線１１．１２の
目標位置あたりを拡大して示しであるように、目標位置
あたりに設定する微小範囲例えば３１．３２内で比例制
御方式に切換えるとともに、第１の実施例の制御方式の
切換線の例えば１１．１２の傾きに応じて目標位置あた
りの微小範囲を前記３１と３２との間で変化させるよう
にする。

具体的には、切換線の傾きが大きくなれば（切換線１１
から１２へと変化すれば、）微小範囲を３１から３２へ
と広くし、また切換線の傾きが小さくなれば（切換線１
２から１１へと変化すれば）微小範囲を３２から３１へ
と狭くするように装置を構成する。

このような方式によれば、ディジタル化によるスライデ
ィングモード制御方式の切換線の分解能の影響を目標位
置あたりの微小範囲で別の比例制御方式に切換えること
で除去することができる。このため目標位置周りでのチ
ャタリングを抑えることができる。加えて、本願第１の
実施例に対応すべく、切換線の傾きが変化することによ
る分解能の変化に応じて、目標位置あたりでの微小範囲
を切換えることができ、これによって切換線の傾きが変
化して傾きの分解能が低下する範囲が変動してもこれに
充分対応し、目標位置あたりでのチャタリングを抑え、
高精度な位置決めを実現することができる。

発明の効果 本願第１の発明によれば、浮上側本体の負荷が変動すれ
ば、磁気浮上型リニアモータの固有ベクトルも変動する
が、前記負荷の変動を浮上側本体を所定ギャップ量浮上
させるのに電磁石に流れる電流から判定し、この判定し
た負荷に応じて位置制御のためのゲインの切換制御を規
定する切換線の傾きを変化させ、前記負荷の変動によっ
て変化する磁気浮上型リニアモータの固有ベクトルの傾
きに対し、切換線の傾きを最大尿に近い傾き位置に設定
することができ、負荷変動に対応しながら磁気浮上型リ
ニアモータの本質的な即応性を最大限に満足することが
できるで、浮上側本体を迅速かつ正確に位置決めするこ
とができる。

本願第２の発明によれば、第１の発明においてさらに、
スライディングモード制御方式を切換線のディジタル化
にて実行するのに、目標位置あたりでの微小範囲では比
例制御に切換え、切換線の傾きが大きくなって目標位置
あたりでの傾きの分解能が低下するようなことを回避す
ることができるし、前記負荷変動に応じて前記比例制御
範囲を変かさせ、負荷変動に応じて切換線の傾きが大き
くなることにより切換線の傾きの分解能が低下すること
も回避することができるで、浮上側本体をさらに構成度
に安定して位置決めすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す磁気浮上型直流リ
ニアモータの一例を示す横断面図、第２図は制御回路図
、第３図は位相平面上の切換線を示すグラフ、第４図は
本発明の第２の実施例を示す切換線のディジタル化状態
での制御を示すグラフ、第５図は従来の位置制御方式を
示すグラフ、第６図は第５図の目標位置あたりの拡大図
である。 １・・−・−・−・−・−・・・−・浮上側本体２−・
・−・−−−−−−−−−−−・・−・・−・−案内レ
ール３−・−−−−−−−−−−−−−−−・−−−−
・・・−・−電磁石４−・−ｍ−−−−−−・−−−−
−・−・−・・・−ギャップセンサ５−・−−一−−−
−−−−−−−−−−−−・−・−・永久磁石６・−・
・・−−−−−−−・・−〜−−−・−・・−・・モー
タ巻線７−・−・・・−・・−−−−−−−−−−−−
−一負荷８・・・−・−＝−・−−−−−・・−・−・
−・・インクフェイス９−・・−−−−−・−−−−−
−−−−−−−−−−−ＣＰＵ１０−・−・−−−−ｍ
−−・・・−・−−−−−−−１／Ｄ変換器１１．１２
−−−−−−−−・−・−−−−−−−一切換線３１．
３２−−−−−−−一・・−・−−−−−−一微小範囲
０・−・−・−・・・−一−−−−−−・−・目標位置
代理人　弁理士　石　原　　　勝 第３図　１１．１２−１ニア７襖媒 ３１．３２−−イ顛１１転１ く　　Ｃつ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）自身に有する電磁石の駆動制御によって案内レー
   ルから所定ギャップ量浮上される浮上側本体を、浮上側
   本体に設けられる移動子と案内レールに設けられる固定
   子との間の電磁推進作用によって移動させるのに、切換
   線に沿ってゲインを切換えるスライディングモード制御
   方式によって目標位置に到達させる磁気浮上型リニアモ
   ータの位置制御装置において、 前記浮上側本体を所定ギャップ量浮上させるのに電磁石
   に流れる電流から浮上側本体の負荷変動を判定し、この
   負荷変動に応じて前記スライディングモード制御におけ
   るゲインの切換線を変化させることを特徴とする磁気浮
   上型リニアモータの位置制御装置。
2. （２）ゲインの切換線をディジタル化して制御するのに
   、目標位置周りの所定の微小範囲で比例制御に切換え、
   かつ切換線の傾きに応じて前記微小範囲を変化させるこ
   とを特徴とする請求項１記載の磁気浮上型リニアモータ
   の位置制御装置。