JPH0651840A

JPH0651840A - 位置決めテーブルの駆動制御方法

Info

Publication number: JPH0651840A
Application number: JP20659692A
Authority: JP
Inventors: Takashi Morimoto; 高史森本; Kiyoshi Nagasawa; 潔長澤; Takeshi Murayama; 健村山
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1992-08-03
Filing date: 1992-08-03
Publication date: 1994-02-25

Abstract

(57)【要約】【目的】位置決めテーブルの駆動制御における積分補
償制御において、位置決めテーブルを迅速に、かつ、安
定的に目標位置に整定させること。【構成】目標位置θ_rと位置決めテーブルの実際位置
θとの差Δθは積分ゲイン２５および比例ゲイン２６に
より増幅されて指令値ω_rとなり、ドライバー１６に入
力される。積分ゲイン２５および比例ゲイン２６は時間
ｔの関数で変化し、両ゲインは、所定条件のもとでは、
時間の経過に従って連続的に増加する。これにより、位
置決めテーブルの目標位置への整定が迅速に行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位置決めテーブルに物
体を載置してその位置決めを行なう場合の位置決めテー
ブルの駆動制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】位置決めテーブルに物体を載置し、当該
位置決めテーブルを移動させて物体の位置決めを行なう
装置は、例えば半導体製造装置、電子顕微鏡装置等の多
くの分野に使用されている。上記位置決めテーブルは、
駆動装置、例えばサーボモータと適当な連結機講を介し
て結合され、サーボモータに速度指令を与えてこれを駆
動することにより移動せしめられる。上記連結機構には
種々のものがあるが、一例として摩擦力を利用した連結
機構（摩擦駆動機構）を図により説明する。

【０００３】図３は位置決めテーブルの駆動機構の一部
破断斜視図である。図で、１はベース、１ａはベース１
に固定されたリニアガイド、２は位置決めテーブル、２
ａは位置決めテーブルのリニアガイド、２ｂは下方に突
出したスライダを示す。３はリニアガイド１ａ，２ａ間
に介在するクロスローラであり、位置決めテーブル２の
支持およびその円滑な移動に寄与する。４は駆動装置、
例えばサーボモータを示し、入力された速度指令信号に
応じた速度で駆動される。４ａはサーボモータ４の軸を
示す。５はベース１に軸４ａと対向して設けられるロー
ラである。位置決めテーブルのスライダ２ｂは、軸４ａ
とローラ５との間に予圧を与えられた状態で挟着されて
いる。これにより、サーボモータ４が駆動せしめられる
と、その軸４ａおよびローラ５とスライダ２ｂとの間の
摩擦力により位置決めテーブル２がサーボモータ４の回
転方向に応じて移動することとなる。

【０００４】次に、上記サーボモータ４に入力する速度
指令信号について説明する。図４は速度指令信号の特性
図である。図で、横軸には時間、縦軸には速度がとつて
ある。この図から明らかなように、速度指令は、時刻ｔ
₁₀から最大速度Ｖmax に達する時刻ｔ₁₁まで時間に比例
して増加し、最大速度Ｖmax に達した後は当該最大速度
Ｖmax 一定となり、時刻ｔ₁₂から時刻ｔ₁₃まで時間に比
例して減少し、時刻ｔ₁₃に至つて０となる。時刻ｔ₁₀〜
ｔ₁₁が加速領域、時刻ｔ₁₁〜ｔ₁₂が定速領域、時刻ｔ₁₂
〜ｔ₁₃が減速領域であり、かつ、この台形パターンに囲
まれた面積が位置決めテーブルの移動距離となる。位置
決めテーブルは、このような速度指令パターンにしたが
つて移動せしめられる。

【０００５】ところで、上記従来の速度指令パターンに
したがうと、時刻ｔ₁₀における移動開始時、時刻ｔ₁₁に
おける加速から定速への移行時、時刻ｔ₁₂における定速
から減速への移行時、および時刻ｔ₁₃における停止時に
急激な加速度変化（加速度が不連続になる変化）が生じ
ることになる。このような急激な加速度変化は、位置決
めテーブルや連結機構に振動を発生させ、駆動系が不安
定となり、安定した駆動制御を行うことができず、ひい
ては精度のよい位置決めを行うことができないという問
題がある。このような問題を解決するため、出願人は、
特願平２−５１８８８号により、位置決めテーブルの安
定した駆動を可能とする位置決めテーブルの駆動制御方
法を提案した。この方法を、図５〜図１５を用いて説明
する。

【０００６】図５は上記提案に係る位置決めテーブルの
駆動制御方法における速度指令パターンを示す特性図で
ある。図で、横軸には時間がとつてある。実線は速度指
令パターンを示す速度指令曲線、一点鎖線は位置偏差、
即ち現在位置と目標位置との偏差を示す位置偏差曲線で
ある。図示の速度指令曲線から明らかなように、この速
度指令パターンは図４に示す従来の台形速度パターンに
比較してなだらかな形状となつている。このような速度
指令曲線を得るため、位置決めテーブルの駆動制御は図
示の速度指令曲線上の３つの領域、即ち領域Ｉ，ＩＩ，
ＩＩＩに分けて実行する。即ち、領域Ｉは加速領域、領
域ＩＩは定速および減速領域、領域ＩＩＩは積分補償領
域である。まず、領域Ｉ，ＩＩの制御の概略を図６およ
び図７を参照して説明する。なお、積分補償領域ＩＩＩ
は、位置決めテーブルが目標位置に近付き、位置偏差が
小さくなり、速度指令値も小さくなり、その小さくなつ
た速度指令値では位置決めテーブル２とサーボモータ４
との間に介在する摩擦力に打ち勝つて移動テーブル２を
動かすことができなくなる事態となり定常的な位置偏差
が残るのを防止するためその補償を行なう領域である。
即ち、この領域ＩＩＩでは、位置偏差を順次加算してゆ
く（積分する）ことにより速度指令値を大きくして位置
決めテーブル２の移動を可能とする。積分補償領域ＩＩ
Ｉの説明は、領域Ｉ，ＩＩの制御の説明終了後に行な
う。

【０００７】図６および図７はそれぞれ当該駆動制御方
法における領域Ｉおよび領域ＩＩの制御の機能を説明す
るブロツク図である。まず、領域Ｉの制御の概略を説明
する。図６で、１０は速度指令値を発生する速度指令値
発生手段である。１１は加算手段、１２は増幅手段、１
３はモータを表す伝達関数発生手段、１４は積分手段、
１５は微分手段を示す。加算手段１１、増幅手段１２、
伝達関数発生手段１３、積分手段１４および微分手段１
５はサーボモータ４のドライバの内部機構１６を構成す
る。

【０００８】上記領域Ｉにおける制御は次のようになさ
れる。即ち、位置決めテーブル４の目標位置（又は目標
移動量、以下同じ）指令θr が速度指令値発生手段１０
に入力されると、速度指令値発生手段１０からは図５に
示す領域Ｉの速度指令パターンにしたがつた速度指令値
（角速度指令値）ωr が出力される。なお、速度指令値
発生手段１０の内容については後に詳述する。この速度
指令値ωr は加算手段１１により実際の角速度ωと比較
され両者の速度偏差Δωが算出される。この速度偏差Δ
ωは増幅手段１２によりこれに比例してサーボモータ４
に入力すべき電圧Ｖに変換される。この電圧Ｖはサーボ
モータ４を駆動し、この結果、伝達関数発生手段１３か
らはサーボモータ４の実際の駆動速度ωが出力される。
積分手段１４はこの駆動速度ωを入力して位置（又は移
動量、以下同じ）θを演算し、この位置θは微分手段１
５で再び駆動速度ωに変換されて加算器１１に入力され
る。上記ドライバーの内部機構１６内の動作は通常のフ
イードバツク制御である。

【０００９】次に、領域ＩＩの制御の概略について説明
する。図７で、２０は加算手段、２１は速度指令値発生
手段である。ドライバの内部機構１６の構成は図６に示
すものと同じである。この領域ＩＩの制御は、目標位置
指令θr と実際の位置θとの位置偏差Δθを加算手段２
０で演算し、これを速度指令値発生手段２１に入力し、
速度指令値発生手段２１から速度指令値ωr を出力する
ことにより行なわれる。速度指令値発生手段２１の内容
については後に詳述する。

【００１０】以上、領域Ｉ，ＩＩの駆動制御の概略につ
いて説明した。次に、図６に示す速度指令値発生手段１
０の内容、即ち、図５の領域Ｉにおける速度指令パター
ンの作成方法を図８および図９を参照しながら説明す
る。図８は加速度パターンの特性図で、横軸に時間、縦
軸に加速度がとつてある。又、図９は速度パターンおよ
び加速度パターンの特性図で、横軸に時間、縦軸に速度
および加速度がとつてある。前述の速度指令パターンを
作成するため、まず、加速度パターンが作成される。図
５の領域Ｉに示される速度パターンから、その速度パタ
ーンにおける加速度は最初急速に大きくなり、あるピー
クに達し、定速度開始点に近付くと急速に小さくなる態
様を有することが判る。このような態様は２次関数で表
わされる。この２次関数を図８に示すように定める。即
ち、時間軸を（ｔ₀／２）と（−ｔ₀／２）で横切る２
次関数である。今、時刻をｔ，加速度をαとすると、当
該２次関数は次式で表わされる。

【数１】領域Ｉの加速度の態様は（１）式の係数ａが正の場合で
ある。上記（１）式で表わされる加速度を積分すること
により、当該加速度にしたがう速度を得ることができ
る。今、速度をＶ、積分定数をＶ₀ とすると、

【数２】（２）式で、ｔ＝−ｔ₀／２のときＶ（ｔ）＝０である
から、

【数３】となる。したがつて、速度Ｖを表わす式は次式のように
なる。

【数４】上記（４）式が速度指令パターンの式となる。図９に
（４）式にしたがつた速度曲線が示されている。なお、
図９に一緒に示されている加速度曲線は図８に示す加速
度曲線と同じ曲線である。

【００１１】ところで、実際の制御では、位置決めテー
ブル２やサーボモータ４を含む機構全体の機械的特性に
基づいて位置決めテーブル２を駆動する場合の最大速度
と最大加速度が決定される。したがつて、上記（４）式
はその定数ａ，ｔ₀の代りに、最大速度および最大加速
度で表わされることが望ましい。今、最大速度をＶmax
、最大加速度をＡmax とすると、次の各式が成立（図
９参照）する。

【数５】

【数６】上記（５），（６）式から

【数７】

【数８】

【数９】（９）式から

【数１０】となる。したがつて、上記（８），（１０）式の値
ｔ₀，ａを上記（４）式に代入することにより速度指令
値Ｖ（ｔ）を最大加速度Ａmax 、最大速度Ｖmax で表わ
される時間ｔの関数とすることができる。即ち、図６に
示す速度指令値発生手段１０から出力される速度指令値
ωr は、最大加速度Ａmax および最大速度Ｖmax の具体
的数値が設定され、（９），（１０）式により値ｔ₀，
ａが定まつたときの上記（４）式の演算により得られる
値である。そして、（４）式は時間ｔの３次関数である
ので、位置決めテーブル２の移動開始時および加速から
定速への移行時、速度指令値は図５に示すようになだら
かな曲線を描くこととなり、加速度が不連続になること
がなくこれにより振動は発生せず、又、摩擦駆動機構が
用いられている場合には、これに加えて滑りが生じるこ
ともない。なお、速度指令値発生手段１０には、目標位
置指令θr が入力されるが、この目標位置指令θr は
（４）式で得られる速度指令値の適、不適を判断するた
めに用いられるものであり、現在位置との偏差を算出す
るために用いられるものではない。即ち、領域Ｉでは、
現在位置の如何にかかわらず、（４）式で演算された値
を速度指令値として出力することとなる。なお又、上記
適、不適の判断については最大速度Ｖmax の再設定の説
明として後述する。

【００１２】次に、図７に示す速度指令値発生手段２１
の内容、即ち図５の領域ＩＩにおける速度指令パターン
の作成方法を説明する。図５から明らかなように、領域
ＩＩは最初定速区間が存在し、この定速区間に連続して
減速区間が存在する。そこで、まず、定速区間の制御に
ついて説明する。図９に示すように、領域Ｉの制御は時
刻がｔ₀／２に達し、速度指令値が最大速度Ｖmax にな
つて終了する。定速区間はこれに引続く区間であり、時
刻ｔ₀／２以後最大速度Ｖmax を出力し続ける区間であ
る。したがつて、定速区間の制御は、最大速度Ｖmax の
出力時間を決定する制御となる。この制御を行なうた
め、本実施例では一応、減速区間の速度指令パターンが
加速時（領域Ｉ）の速度指令パターンを反転して得られ
るパターンと等しいと仮定し、かつ、領域ＩＩＩにおい
て制御すべき移動量を０と仮定する。なお、このように
仮定しても、位置決めテーブル２の目標位置への正確な
移動に対しては何等影響を及ぼさないことは、後述する
減速区間の制御の説明で明らかとなる。

【００１３】さて、上記のように仮定すると、位置決め
テーブル２の目標移動量は、領域Ｉにおける移動量、定
速区間の移動量、および減速区間の移動量（領域Ｉの移
動量と等しい移動量）を加算したものとなる。ここで、
上記目標移動量をＸ、定速区間の時間をｔ_cとすると次
式が成立する。

【数１１】（１１）式において、目標移動量Ｘは目標位置指令θr
から得ることができるので、（１１）式から時間ｔ_cを
求めることができる。そこで、定速区間の終了点、即ち
減速区間開始点を、位置決めテーブル２の移動開始から
所定移動量Ｘθだけ移動した位置に設定すると、この移
動量Ｘθ は次式で求めることができる。

【数１２】（１２）式で、時間ｔ_cは（１１）式から求められるの
で、Ｘθ は（１２）式を演算することにより求めるこ
とができる。したがつて、速度指令値発生手段２１は、
目標移動量Ｘが与えられたとき（１１）式および（１
２）式の演算を行なつて移動量Ｘθ を算出し、実際の
移動量をフイードバツクしてこれが移動量Ｘθ に達す
るまで最大速度Ｖmax の出力を継続し実際の移動量が値
Ｘθ に達したとき最大速度Ｖmax の出力を停止する。
これにより、領域ＩＩにおける定速区間の制御が行なわ
れる。

【００１４】次に、上記定速区間に引続く減速区間の制
御を図１０に示す特性図を参照しながら説明する。図１
０は図５と同一の特性図である。前述のように、領域
Ｉ、即ち加速時においては、（４）式に基づく速度指令
が出力され、この指令は位置決めテーブル２の現在位置
の如何に関係なく出力されていた。これに対して、減速
区間においては、目標位置と現在位置との間の位置偏差
に基き、領域Ｉにおいて当該位置偏差と等しい移動量を
示す移動時点での速度指令を減速区間の速度指令として
用いる方法が採られる。このように、領域Ｉの速度指令
を参照するため、減速区間の速度指令曲線も（４）式と
同様のなだらかな３次関数の曲線となり、加速時と同じ
く振動や滑りの発生を防止することができる。又、位置
偏差に基づく制御を行なうため、最終的に正確な位置決
めを達成することができる。

【００１５】以下、領域ＩＩの減速区間の速度指令作成
方法の原理およびこの原理を用いた実際の速度指令作成
方法（図７に示す速度指令値発生手段２１の内容）を順
を追つて説明する。まず、図１０により速度指令作成方
法の原理について説明する。減速区間の制御では図７に
示すように速度指令値発生手段２１に位置偏差Δθが入
力される。今、減速区間における時刻τ での位置偏差
がハツチングで示すように値ｅであつたとする。ここで
は、領域Ｉの速度指令曲線から、当該位置偏差ｅと等し
い移動距離（移動開始からの移動距離であり図１０では
ハツチングＥで示されている）における時刻τe を求め
る。この時刻τe は次式を解くことにより求めることが
できる。

【数１３】求めた時刻τe を（４）式に代入することにより、加速
区間における時刻τe の速度指令値Ｖ（τe ）を求める
ことができ、これを減速時の速度指令値として出力すれ
ばよい。この方法が減速区間の速度指令作成方法の原理
である。

【００１６】この原理を実行するには、図７に示す速度
指令値発生手段２１で所要の演算を行なえばよい。しか
しながら、（１３）式は４次関数であり、４次方程式の
演算を行なわねばならずその演算量は極めて多い。一
方、位置決めテーブル２の駆動制御にはマイクロコンピ
ユータが用いられるのが通常であり、この場合、速度指
令値は所定時間毎に出力される。ところが、演算量が多
いと、演算に要する時間が当該所定時間を超えてしま
い、所望の制御は不可能となる。このため、実際の制御
では（１３）式の演算を行なわず、位置偏差に対応する
速度指令値を上記手段により求め、予め両者の対応表を
作成しておき、この対応表を用いて制御を実行するよう
にする。以下、当該対応表の作成方法について説明す
る。

【００１７】上述のように、減速区間の速度指令値は、
減速区間の位置偏差を領域Ｉの移動量と考え、この移動
量に達する時刻を求め、この時刻を（４）式に代入して
得られる。そこで、まず位置偏差（移動量）と時刻との
式、及び速度指令値と時刻との式を求めておき、前者の
式から、位置偏差を等分化したときの各位置偏差に対応
する各時刻を求め、これら各時刻に対応する速度指令値
を後者の式から求めれば、位置偏差と速度指令値との対
応表を得ることができる。これを図１１および関係式を
用いて説明する。図１１は位置偏差Ｅ（τ）と速度指令
値Ｖ（τ）との関係を示す特性図であり、横軸に位置偏
差、縦軸に速度指令値がとつてある。

【００１８】このような特性を得るため、まず、時刻ｔ
と位置偏差ｅとの関係を求める。この関係は前述のよう
に（４）式を積分することにより求められ、次式のよう
になる。

【数１４】ｅ（−ｔ₀／２）＝０よりｅ₀＝ａｔ₀ ⁴／６４である
から（１４）式は次式となる。

【数１５】ところで（１５）式中、値ａ、ｔ₀は先に述べたように
設定値Ｖmax 、Ａmaxにより変化する値である。それ
故、（１５）式にしたがつて対応表を作成した場合、設
定値Ｖmax 、Ａmax が変更される毎に対応表を作り直さ
ねばならない。これを避けるため、（１５）式でｔ＝ｔ
₀τとおいて、（１５）式を設定値Ｖmax、Ａmax につ
いて正規化する。

【数１６】（１６）式の両辺を値ａｔ₀ ⁴で除算すると

【数１７】（１７）式をＥ（τ）とおくと

【数１８】であり、位置偏差ｅ（ｔ）は次式で表される。

【数１９】（１８）式において、Ｅ（τ）の全領域の値をｎ等分に
分割し、（１８）式によりこれら分割した各値に対応す
る時刻τを求める。

【００１９】次に、速度指令値と時刻との式について述
べる。この式は（４）式そのものであるが、上記と同様
に正規化するため、ｔ＝ｔ₀τとおく。そうすると
（４）式は次式のようになる。

【数２０】両辺を値ａｔ₀で除算して得られる式をＶ（τ）とする
と、Ｖ（τ）は

【数２１】となる。この（２１）式の値τに、上記ｎ等分された各
値Ｅ（τ）に対応する時刻τを代入すればその時刻にお
ける速度指令値Ｖ（τ）が得られる。この位置偏差と速
度指令値の対応状態が図１１に示されている。この関係
が、位置偏差に対応する速度指令値の対応表として作成
され記憶される。

【００２０】次に、減速区間における制御方法について
説明する。図７において、速度指令値発生手段２１は上
記対応表、およびその制御において設定されている値Ａ
max，Ｖmax により定まる値ａ，ｔ₀（又はこれらに基
づいて算出された値ａｔ₀ ⁴ａｔ₀ ³）を記憶してい
る。位置決めテーブル２の移動量が定速区間を終了すべ
き移動量に達すると、速度指令値発生手段２１は直ちに
位置偏差Δθを入力して減速制御に入る。即ち、入力さ
れた位置偏差を値ａｔ₀ ⁴で除算する演算を行ない、得
られた値（Ｅ（τ））に対し対応表を用いて対応する
（Ｖ（τ））を求める。次いで、求められた値に値ａｔ
₀ ³を乗算する演算を行なう。この乗算により得られた
値を速度指令値ωr として出力する。ドライバ１６はこ
の出力値にしたがつてフイードバツク制御を実行する。

【００２１】減速区間におけるこのような制御は、領域
Ｉに倣う制御であるので、減速曲線は時間に関する３次
関数の曲線となり、加速時同様に振動や滑りの発生を防
止する。又、制御要因として位置偏差が導入されるの
で、領域Ｉおよび定速区間において制御された位置決め
テーブル２の実際の位置（制御結果）の如何にかかわら
ず、又、外乱の有無の如何にかかわらず、正確な位置決
めを行なうことができる。さらに、対応表を用いたの
で、演算量を少なくして迅速に速度指令値を得ることが
でき、かつ、当該対応表は正規化した数式を用いて作成
したので、１つの対応表によりどのような速度指令パタ
ーンにも対処することができる。なお、上記対応表を用
いる場合、当然、対応表にない数値（中間の数値）Ｅ
（τ）が存在する。しかし、このような数値に対しては
補間手段により対処すればよい。この補間手段は周知の
手段であるので、説明は省略する。

【００２２】さて、以上、領域Ｉおよび領域ＩＩの制御
について説明した。この説明では、最大速度Ｖmax は機
構の特性により定められるものとして説明した。しかし
ながら、目標移動量Ｘが次式で表わされる場合には当該
最大速度Ｖmax の設定を変更する必要がある。

【数２２】即ち、目標移動量が、加速領域の移動量と減速区間の移
動量とを加算した値（定速区間は０）より小さい場合、
最大速度Ｖmax の再設定が必要となる。以下、この再設
定を図１２および図１３を参照しながら説明する。

【００２３】図１３は定速区間を０とした変更前の速度
および加速度の特性図である。いずれも横軸に時間、縦
軸に速度、加速度がとつてある。上記（２２）式で示さ
れる不等式は図１２の状態を示し、（２２）式の左辺は
図１２左図のハツチング部分の面積を意味し、右辺は速
度曲線で囲まれる部分の面積を意味する。両面積が一致
するように再設定を行なえば適切な駆動制御を行なうこ
とができる。両面積を一致させた状態が図１３左図に示
され、そのときの加速度が図１３右図に示されている。
このように両面積を一致させるには、最大速度Ｖmax を
変更しなければならず、この場合必然的に値ｔ₀，ａも
変化する。今、図１３に示すように、時間ｔ₀に代る新
しい時間をｔ₀₀で表わすと、図１３左図は次式で表わさ
れる。

【数２３】この（２３）式を満足するようなＶmax を求めればよ
い。（２３）式を解くと、

【数２４】となる。又、（６）式から

【数２５】であるから、これを（２４）式に代入すると、

【数２６】を得る。（２６）式より、

【数２７】となる。この（２７）式を（２５）式に代入すると、

【数２８】となる。（２７）式および（２８）式により得られた値
ｔ₀₀，ａを（５）式に代入することにより新な値Ｖmax
を得ることができ、この値Ｖmax を用いて再設定が行な
われる。

【００２４】以上で領域Ｉ，ＩＩにおける制御の説明を
終え、次に領域ＩＩＩの積分補償領域の制御について説
明する。図１４，図１５は領域ＩＩＩの制御の機能を説
明するブロツク図である。図で、図７に示す部分と同一
機能部分には同一符号が付してある。２２は積分ゲイン
手段、２３は比例ゲイン手段、２４は加算手段である。

【００２５】次に、上記積分補償領域ＩＩＩの制御につ
いて説明する。ここで、積分補償制御の開始時点を速度
が０となつたときとする。即ち、領域ＩＩの減速区間に
おいて前述のように減速制御が実施されるとサーボモー
タ４への速度指令値は減少してゆき、これとともに駆動
トルクも小さくなる。そして、機構内の摩擦力の存在に
より、ある時点からは位置偏差が存在して速度指令値が
出力されているにもかかわらずサーボモータ４は停止状
態となる。このように速度が０となつたことを検出して
積分補償制御に入る。積分補償制御は、図１４に示すよ
うに位置偏差Δθを積分ゲイン手段２２によりゲインＧ
を乗じて積分した値と実際の位置θに比例ゲイン手段
２３によりゲインＧp を乗じた値との差を速度指令ωr
とすることにより行われる。サーボモータ４が停止して
も、上記の理由により位置偏差が存在しているので、位
置偏差Δθは継続して出力される。この位置偏差Δθは
積分ゲイン手段２２により順次加算されてゆくので、速
度指令ωr も順次増大してゆく。この速度指令ωr によ
る駆動トルクが上記摩擦力を超えるとサーボモータ４が
回転し位置偏差Δθはさらに小さくなる。このような状
態の繰返しにより、遂には位置偏差０となり、位置決め
テーブル２は指令された位置に停止することとなる。上
記積分補償制御において、速度指令ωr ，位置（サーボ
モータ４の回転角）θ、位置偏差Δθの関係は次式のよ
うになる。

【数２９】この積分補償制御はいわゆるＩ−Ｐ制御であるが、積分
の初期値として（θr．Ｇp ）を与えたとすると、この
Ｉ−Ｐ制御は、図１５に示すようないわゆる通常のＰＩ
制御として考えることができる。即ち（２９）式に上記
初期値を与えると、

【数３０】したがつて、

【数３１】（３１）式はＰＩ制御の式である。このように、図１５
に示すＰＩ制御は、位置偏差の積分項と比例項の和を速
度指令とすることとなり、このため、制御の高速化を達
成することができる。このような制御では、偏差値を制
御の目安とするのが一般であるが、この手段を適用する
と、制御に入つた時点での速度が一定せずばらばらであ
る。したがつて、積分補償制御を所望の特性を得るよう
な制御とすることは困難である。しかしながら、上記積
分補償制御は、その制御開始時点を位置偏差を目安とせ
ず、速度が０となつた時点を開始時点としたので、（静
止状態から始めるので、）積分補償制御領域における応
答波形を容易に調整することができ、これにより任意に
適切な制御を行うことができる。なお、制御開始時点は
速度０ではなく０付近の定められた値とすることもでき
るのは明らかである。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】上記提案された位置決
めテーブルの駆動制御方法における、積分補償制御で
は、比例ゲイン、積分ゲインは設定値のままの一定値で
制御が行われる。ところで、これらゲインは、位置決め
時間を短縮するという観点からは大きな値に設定するの
が望ましいが、制御の安定性の観点から、余り大きな値
に設定することはできない。このような事情により、積
分ゲインおよび比例ゲインの最適値は、シュミレーショ
ンや実験を繰り返すことにより求められていた。ところ
が、このような手段では位置決め時間の短縮に限界が生
じるのを避けることはできない。このため、ゲインを複
数の段階に分けて変化させる方法が考えられる。例え
ば、積分補償を開始した後、偏差がある設定値以下にな
ったときゲインを大きな値に切り換えるという２段階切
り換え方法が考えられる。しかしながら、このようなゲ
インの複数段切り換え方法では、切り換え時の偏差の大
きさにばらつきが生じるのを避けることができず、最適
なゲインを設定するのは困難である。さらに、ゲインの
複数段切り換え方法では、各段のゲインを最適の値に設
定することや最適のタイミングによる切り換えは困難で
あり、かつ、ゲイン切り換え時に指令値が不連続になる
ため振動が発生するという問題も生じる。

【００２７】本発明の目的は、上記提案された技術にお
ける課題を解決し、積分補償時に、安定性を損なうこと
なく位置決め時間を短縮することができる位置決めテー
ブルの駆動制御方法を提供することにある。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、位置決めテーブルの駆動源に対して、目
標変位量に応じて定まる速度指令パターンに従った速度
指令値を与え、前記位置決めテーブルを目標位置に近接
移動させた後、前記位置決めテーブルの実際の移動量と
目標移動量との偏差を比例積分動作により補償する位置
決めテーブルの駆動制御方法において、前記偏差を補償
するときの比例・積分ゲインを、所定条件のもとで時間
の経過に従って連続的に増加させることを特徴とする。

【００２９】

【作用】位置決めテーブルの駆動制御が積分補償段階に
入ると、比例・積分ゲインは、所定条件、例えば、当該
ゲインが予め定められた最大ゲイン以下の状態、位置決
めテーブルの速度が所定値以下の状態のいずれか一方又
は両方の状態にあるとき、時間の経過とともに連続して
増加せしめられる。これにより、位置決めは安定して迅
速に行われる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図１は本発明の実施例に係る位置決めテーブルの
駆動制御方法における積分補償の機能を説明するブロッ
ク図である。図で、図１５に示す部分と同一又は等価な
部分には同一符号を付して説明を省略する。２５は積分
ゲイン手段、２６は比例ゲイン手段である。図１５に示
す積分ゲイン手段２２および比例ゲイン手段２３では積
分ゲインＧ_iおよび比例ゲインＧ_pが固定して設定され
ているが、本実施例の積分ゲイン手段２５および比例ゲ
イン手段２６では積分ゲインＧ_iおよび比例ゲインＧ_p
は時間の関数｛Ｇ_i（ｔ）、Ｇ_p（ｔ）｝とされてい
る。これら積分ゲインＧ_i（ｔ）および比例ゲインＧ_p
（ｔ）の時間的変化は、位置決めテーブルの駆動制御を
行うマイクロコンピュータにより与えられる。このマイ
クロコンピュータによる積分ゲインＧ_i（ｔ）および比
例ゲインＧ_p（ｔ）の制御を図２により説明する。

【００３１】図２は本実施例の動作を説明するフローチ
ャートである。前述のように、位置決めテーブルの移動
が開始され、領域Ｉおよび領域ＩＩの制御を経て、例え
ば位置決めテーブルの速度が０になると積分補償制御が
開始される。マイクロコンピュータは、まず、積分ゲイ
ンおよび比例ゲインをそれぞれ所定の初期値Ｇ_i0、Ｇ_p0
とする（図２に示す手順Ｓ₁）。次いで、各ゲインの時
間関数ｔを０に設定する（手順Ｓ₂）。次に位置決めテ
ーブルの位置を計測し、目標位置との偏差を演算する
（手順Ｓ₃）。

【００３２】次に、マイクロコンピュータは、現在の各
ゲインがそれぞれ予め設定されている極大値になってい
るか否かを判断し（手順Ｓ₄）、極大値以下であれば、
今度は位置決めテーブルの速度が予め設定された速度以
下であるか否かを判断する（手順Ｓ₅）。ゲインが極大
値以下であり、かつ、位置決めテーブルの速度が設定値
以下である場合、そのときの時間ｔをサンプリング時間
Δｔだけ増加させ（手順Ｓ₆）、この増加させた新たな
時間ｔを用いて、積分ゲインに対しては（Ｇ_i0×
ａ_i ^t）、比例ゲインに対しては（Ｇ_p0×ａ_p ^t）を演
算し（手順Ｓ₇）、これらの新たなゲインに基づいて積
分補償制御を行う。なお、ａ_i、ａ_pは１より大きい所
定の係数である。

【００３３】マイクロコンピュータは上記新たなゲイン
を用いて従来と同様の処理により位置決めテーブルへの
指令値の演算を行い、得られた指令値を出力する（手順
Ｓ₈）。手順Ｓ₄の処理で、そのときのゲインが極大値
を超えていると判断された場合には、そのゲインで位置
決めテーブルの指令値が演算される。又、手順Ｓ₅の処
理で、位置決めテーブルの速度が設定速度を超えている
と判断された場合には、手順Ｓ₇、手順Ｓ₈の処理が行
われる。以上の処理が積分補償制御の期間、順次繰り返
される。

【００３４】このように、本実施例では、積分補償制御
開始時点から積分ゲインおよび比例ゲインを指数関数に
従って急速に増加させるようにしたので、位置決めテー
ブルを目標位置に迅速に整定させることができる。又、
ゲインが極大値を超えているとき、および位置決めテー
ブルの速度が設定速度を超えているときには、ゲインの
増加を停止させるようにしたので、安定した制御を行う
ことができる。

【００３５】なお、上記実施例の説明では、ゲインを指
数関数に従って増加させる例について説明したが、これ
に限ることはなく、他の関数を用いることができる。
又、ゲインが極大値を超えているとき、および位置決め
テーブルの速度が設定速度を超えているときには、ゲイ
ンの増加を停止させるようにしたが、いずれか一方の条
件のみを設定しておくこともできる。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、積分補
償制御において、積分補償制御開始時点から積分ゲイン
および比例ゲインを、所定の条件のもとで、時間の経過
に従って連続的に増加させるようにしたので、位置決め
テーブルを目標位置に迅速に、かつ、安定して整定させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る位置決めテーブルの駆動
制御方法における積分補償の機能を説明するブロック図
である。

【図２】図１に示す機能を達成するための動作を説明す
るフローチャートである。

【図３】摩擦駆動機構の斜視図である。

【図４】速度指令パターンを示す特性図である。

【図５】速度指令パターンを示す特性図である。

【図６】図５に示す領域Ｉにおける制御機能を説明する
ブロツク図である。

【図７】図５に示す領域ＩＩにおける制御機能を説明す
るブロツク図である。

【図８】加速度曲線図である。

【図９】加速度および速度曲線図である。

【図１０】速度指令パターンを示す特性図である。

【図１１】位置偏差に対する速度指令値の特性図であ
る。

【図１２】最大速度の再設定を説明する速度および加速
度曲線を示す図である。

【図１３】最大速度の再設定を説明する速度および加速
度曲線を示す図である。

【図１４】積分補償制御の機能を説明するブロツク図で
ある。

【図１５】積分補償制御の機能を説明するブロツク図で
ある。

【符号の説明】

１６ドライバー２５積分ゲイン２６比例ゲイン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】位置決めテーブルの駆動源に対して、目
標変位量に応じて定まる速度指令パターンに従った速度
指令値を与え、前記位置決めテーブルを目標位置に近接
移動させた後、前記位置決めテーブルの実際の移動量と
目標移動量との偏差を比例積分動作により補償する位置
決めテーブルの駆動制御方法において、前記偏差を補償
するときの比例・積分ゲインを、所定条件のもとで時間
の経過に従って連続的に増加させることを特徴とする位
置決めテーブルの駆動制御方法。
【請求項２】請求項１において、前記所定条件は、ゲ
インが予め設定された極大値以下であること、および前
記位置決めテーブルの速度が予め設定された速度以下で
あることのうちの少なくとも１つであることを特徴とす
る位置決めテーブルの駆動制御方法。
【請求項３】請求項１において、前記ゲインの増加
は、時間に関する指数関数に従うことを特徴とする位置
決めテーブルの駆動制御方法。
【請求項４】請求項１において、前記速度指令パター
ンは、定められた最大速度と最大加速度とに基づいて作
成された時間に関する３次関数であることを特徴とする
位置決めテーブルの駆動制御方法。