JPH07117855B2 - 移動体の位置決め制御方法 - Google Patents
移動体の位置決め制御方法Info
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- JPH07117855B2 JPH07117855B2 JP62110269A JP11026987A JPH07117855B2 JP H07117855 B2 JPH07117855 B2 JP H07117855B2 JP 62110269 A JP62110269 A JP 62110269A JP 11026987 A JP11026987 A JP 11026987A JP H07117855 B2 JPH07117855 B2 JP H07117855B2
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- positioning
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、摩擦接触を伴なって高速移動する移動体の位
置決め制御方法に係り、特に微少な動きが要求されるXY
ステージの各XYテーブル等の位置決め制御に好適な制御
方法に関する。
置決め制御方法に係り、特に微少な動きが要求されるXY
ステージの各XYテーブル等の位置決め制御に好適な制御
方法に関する。
各種移動体を現在の位置（又は設定位置）から目標位置
に移動させる場合の当該移動体の位置決め制御方法とし
て種々の方法が考えられている。その制御に当ってとら
れる一般的な手法は、制御ループの制御モードを移動体
の位置または速度量に応じて切換えるというものであ
る。具体的には次のものが公知である。公知例１として
速度制御モードと位置制御モードとでそれぞれ独立のフ
ィードバックループを有する制御ループを構成し、これ
らを適宜切換える方式のものがある（特開昭50-42284号
公報参照）。公知例２としてコアース制御モード（速度
制御モード）とファイン制御モード（位置制御モード）
とでそれぞれ独立したフィードバックループを有する制
御ループを構成し、コアース制御からファイン制御に切
換る際に速度帰還量を変化させる方式のものがある（特
開昭51-126486号公報参照）。公知例３として、移動モ
ードと保持モードにそれぞれ独立した積分要素を設け、
上記モード切換えとともに積分要素を切換える方式のも
のが知られている（特開昭55-95104号公報参照）。
に移動させる場合の当該移動体の位置決め制御方法とし
て種々の方法が考えられている。その制御に当ってとら
れる一般的な手法は、制御ループの制御モードを移動体
の位置または速度量に応じて切換えるというものであ
る。具体的には次のものが公知である。公知例１として
速度制御モードと位置制御モードとでそれぞれ独立のフ
ィードバックループを有する制御ループを構成し、これ
らを適宜切換える方式のものがある（特開昭50-42284号
公報参照）。公知例２としてコアース制御モード（速度
制御モード）とファイン制御モード（位置制御モード）
とでそれぞれ独立したフィードバックループを有する制
御ループを構成し、コアース制御からファイン制御に切
換る際に速度帰還量を変化させる方式のものがある（特
開昭51-126486号公報参照）。公知例３として、移動モ
ードと保持モードにそれぞれ独立した積分要素を設け、
上記モード切換えとともに積分要素を切換える方式のも
のが知られている（特開昭55-95104号公報参照）。
上記従来技術の特徴は、移動体の位置または移動速度に
従って速度検出信号のフィードバック量を最適値に設定
して位置決め時間の短縮化を図ったり、定常特性を改善
するための積分要素のゲインを最適値に設定することに
より位置決め時間の短縮化を図った点にある。
従って速度検出信号のフィードバック量を最適値に設定
して位置決め時間の短縮化を図ったり、定常特性を改善
するための積分要素のゲインを最適値に設定することに
より位置決め時間の短縮化を図った点にある。
上記従来技術は、移動体の移動量が比較的大きい場合を
対象としたものであり、移動体の移動開始時や停止時に
おいて当該移動体に高次の振動特性による微少残留振動
が生じる場合や、移動体の物理的特性（弾性）が移動量
によって変化することにより振動が生じる場合について
は考慮されておらず、したがってこのような現象が生じ
た場合に安定化させることは困難である。このような振
動は、特に移動体を極めて微少距離だけ移動する際に問
題となる。
対象としたものであり、移動体の移動開始時や停止時に
おいて当該移動体に高次の振動特性による微少残留振動
が生じる場合や、移動体の物理的特性（弾性）が移動量
によって変化することにより振動が生じる場合について
は考慮されておらず、したがってこのような現象が生じ
た場合に安定化させることは困難である。このような振
動は、特に移動体を極めて微少距離だけ移動する際に問
題となる。
すなわち、ここで移動体としてXYステージのＸテーブル
を考える（Ｙテーブルも同様に考えればよい。）。制御
対象であるＸテーブルは現在位置から目標位置近傍まで
の長い距離については高速移動するが、この場合のロー
ラ24は第８図に示すように正常に転動しており、Ｘテー
ブル21はマクロ的にみて慣性体としてモデル化すること
ができ、Ｘテーブル21とローラ24との間には微少なころ
がり案内面の摩擦力が作用している程度である。したが
って、制御回路は慣性質量を位置決めする制御系であれ
ばよく、比較的簡単な構成となっている。しかしなが
ら、Ｘテーブル21が目標位置のごく近傍（１μｍオー
ダ）に接近したとき第９図に示すようにころがり案内の
ローラは転動せず、ローラとＸテーブルとの接触面にお
いて弾性挙動が生じる。この様子を第11図に示す。
を考える（Ｙテーブルも同様に考えればよい。）。制御
対象であるＸテーブルは現在位置から目標位置近傍まで
の長い距離については高速移動するが、この場合のロー
ラ24は第８図に示すように正常に転動しており、Ｘテー
ブル21はマクロ的にみて慣性体としてモデル化すること
ができ、Ｘテーブル21とローラ24との間には微少なころ
がり案内面の摩擦力が作用している程度である。したが
って、制御回路は慣性質量を位置決めする制御系であれ
ばよく、比較的簡単な構成となっている。しかしなが
ら、Ｘテーブル21が目標位置のごく近傍（１μｍオー
ダ）に接近したとき第９図に示すようにころがり案内の
ローラは転動せず、ローラとＸテーブルとの接触面にお
いて弾性挙動が生じる。この様子を第11図に示す。
第11図はＸテーブルを入力電圧を変えて正弦波掃引をお
こなったときの入力電圧とＸテーブル21の変化との周波
数特性を示したものである。第11図中の〜の番号は
図の右側に示してある振動値（10Hz）に対応し、また、
図の横軸は周波数、縦軸は出力変化／入力電圧の振幅比
をデジベルで表わしている。
こなったときの入力電圧とＸテーブル21の変化との周波
数特性を示したものである。第11図中の〜の番号は
図の右側に示してある振動値（10Hz）に対応し、また、
図の横軸は周波数、縦軸は出力変化／入力電圧の振幅比
をデジベルで表わしている。
第11図において、Ｘテーブルの振動振幅が大きい場合
（の65.5μｍ）100Hzまではほぼ二重積分特性を示し
ており、慣性質量の周波数特性と見なせる。ところが、
振幅を小さくするにつれて周波数特性中に共振点と思わ
れるピークが存在し、しかも、このピークは振幅が小さ
くなるにつれて高い周波数領域に現われ、減衰係数が小
さくなっている。このように周波数特性に共振がみられ
るのは弾性体のふるまい固有の現象であり、制御対象で
あるＸテーブル21の特性を単なる慣性質量モデルとして
考えるのではなく、質量と弾性体（バネ）の組合せモデ
ルで考えなければならないことを示している。そして、
この弾性特性は、第10図に示すように、振幅に依存する
非線形ばねにモデル化しうる。このようにＸテーブル21
が目標値近傍に接近すると、制御対象であるＸテーブル
21は慣性質量体と非線形ばねとの組合せでモデル化でき
るため、従来の制御方式では、系の固有振動数が高くな
り、減衰率が小さくなる。このため、制御系の安定性が
損なわれ、振動を生じたり、減衰の悪い振動になったり
して正確な位置決めが困難となる。
（の65.5μｍ）100Hzまではほぼ二重積分特性を示し
ており、慣性質量の周波数特性と見なせる。ところが、
振幅を小さくするにつれて周波数特性中に共振点と思わ
れるピークが存在し、しかも、このピークは振幅が小さ
くなるにつれて高い周波数領域に現われ、減衰係数が小
さくなっている。このように周波数特性に共振がみられ
るのは弾性体のふるまい固有の現象であり、制御対象で
あるＸテーブル21の特性を単なる慣性質量モデルとして
考えるのではなく、質量と弾性体（バネ）の組合せモデ
ルで考えなければならないことを示している。そして、
この弾性特性は、第10図に示すように、振幅に依存する
非線形ばねにモデル化しうる。このようにＸテーブル21
が目標値近傍に接近すると、制御対象であるＸテーブル
21は慣性質量体と非線形ばねとの組合せでモデル化でき
るため、従来の制御方式では、系の固有振動数が高くな
り、減衰率が小さくなる。このため、制御系の安定性が
損なわれ、振動を生じたり、減衰の悪い振動になったり
して正確な位置決めが困難となる。
そこで、本発明は上記慣性質量に基づく挙動と弾性に基
づく挙動の両面を考慮して微小距離移動時の位置決めを
正確に行いうる制御方法を提供することを目的とする。
づく挙動の両面を考慮して微小距離移動時の位置決めを
正確に行いうる制御方法を提供することを目的とする。
上記目的は、移動距離に応じて摩擦を伴う慣性体挙動状
態と弾性体挙動状態とを有する移動体の現在位置と目標
位置との相対距離に基づいて移動体の位置制御を行う移
動体の位置決め制御方法において、前記移動体の摩擦を
伴う慣性体挙動状態と弾性体挙動状態とで、前記移動体
の特性を含む当該位置決め制御ループの伝達特性を、前
記移動体の移動距離に応じた前記移動体の挙動状態に基
づいて異ならせ、前記慣性体挙動状態と弾性体挙動状態
における伝達特性の切り換えを、前記相対距離に応じて
前記位置決め制御ループの切り換えにより行うことによ
り達成される。
態と弾性体挙動状態とを有する移動体の現在位置と目標
位置との相対距離に基づいて移動体の位置制御を行う移
動体の位置決め制御方法において、前記移動体の摩擦を
伴う慣性体挙動状態と弾性体挙動状態とで、前記移動体
の特性を含む当該位置決め制御ループの伝達特性を、前
記移動体の移動距離に応じた前記移動体の挙動状態に基
づいて異ならせ、前記慣性体挙動状態と弾性体挙動状態
における伝達特性の切り換えを、前記相対距離に応じて
前記位置決め制御ループの切り換えにより行うことによ
り達成される。
上記本発明の構成によれば、移動体の現在位置と目標位
置との相対距離が微少距離である場合に、当該移動体の
弾性特性に応じた伝達関数となるように位置決め制御ル
ープの構成を切換え、相対距離が長距離である場合には
当該移動体が通常の慣性質量の挙動であるとして定めた
伝達関数となるように位置決め制御ループの構成を切換
える。このように、移動距離の違いによって、単に移動
速度を切換えるのではなく、移動体の微動時の物理的特
性を考慮することにより、共振を効果的に抑制し、迅速
かつ正確に目標位置に位置決めすることができる。
置との相対距離が微少距離である場合に、当該移動体の
弾性特性に応じた伝達関数となるように位置決め制御ル
ープの構成を切換え、相対距離が長距離である場合には
当該移動体が通常の慣性質量の挙動であるとして定めた
伝達関数となるように位置決め制御ループの構成を切換
える。このように、移動距離の違いによって、単に移動
速度を切換えるのではなく、移動体の微動時の物理的特
性を考慮することにより、共振を効果的に抑制し、迅速
かつ正確に目標位置に位置決めすることができる。
次に、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。
制御対象 まず、本発明に係る制御の制御対象としてXYステージの
概要を説明する。
概要を説明する。
第２図はXYステージの構成例を示す部分破断斜視図であ
る。第２図において、21はＸテーブル、22はＹテーブ
ル、23はＸ軸リニア直流モータ、24はＸ軸ころがり案内
機構、25はＹ軸リニア直流モータ、26はＹ軸ころがり案
内機構、27はミラーである。Ｘテーブル21はＸ軸リニア
直流モータ23により力を受けてＸ軸ころがり案内機構24
の案内面に沿って移動する。Ｙ軸についても同様であ
る。Ｘテーブル21の位置検出は、レーザ測長器（図示せ
ず）によって行い、Ｘテーブル21上のミラー27との距離
を測長することにより行われる。
る。第２図において、21はＸテーブル、22はＹテーブ
ル、23はＸ軸リニア直流モータ、24はＸ軸ころがり案内
機構、25はＹ軸リニア直流モータ、26はＹ軸ころがり案
内機構、27はミラーである。Ｘテーブル21はＸ軸リニア
直流モータ23により力を受けてＸ軸ころがり案内機構24
の案内面に沿って移動する。Ｙ軸についても同様であ
る。Ｘテーブル21の位置検出は、レーザ測長器（図示せ
ず）によって行い、Ｘテーブル21上のミラー27との距離
を測長することにより行われる。
制御原理 まず、本発明に係る位置決め制御の制御原理を第１図に
示す。
示す。
先に述べたように（第８図〜第10図）、Ｘテーブル21の
移動に際しては、微少距離移動時におけるミクロ的なＸ
テーブル21の弾性挙動と長距離移動時におけるマクロ的
なＸテーブル21の挙動とを組合わせた制御が必要であ
る。そこで、制御ループは大別して微少位置決め制御系
103と粗位置決め制御系104との二つのループからなる。
これらの各制御系103と104の切換えはＸテーブル21の現
在位置と目標位置との相対距離の大きさに依存しておこ
なう。
移動に際しては、微少距離移動時におけるミクロ的なＸ
テーブル21の弾性挙動と長距離移動時におけるマクロ的
なＸテーブル21の挙動とを組合わせた制御が必要であ
る。そこで、制御ループは大別して微少位置決め制御系
103と粗位置決め制御系104との二つのループからなる。
これらの各制御系103と104の切換えはＸテーブル21の現
在位置と目標位置との相対距離の大きさに依存しておこ
なう。
すなわち、第１図に示すように、目標位置に対応する目
標値が発生すると（ステップ100）、その目標値と現在
位置との相対距離を予め設定された第１基準値LMBG（例
えば、0.5mm）と比較する（ステップ101）。
標値が発生すると（ステップ100）、その目標値と現在
位置との相対距離を予め設定された第１基準値LMBG（例
えば、0.5mm）と比較する（ステップ101）。
相対距離が第１基準値LMBGより大きい場合（NO）はBang
-Bang制御系105により通常の位置決め制御を行う（ステ
ップ105）。なお、ここにいう通常の位置決め制御と
は、Ｘテーブル21を単なる慣性質量体として取扱う制御
であり、ミクロ的特性の変化を考慮しない場合である。
-Bang制御系105により通常の位置決め制御を行う（ステ
ップ105）。なお、ここにいう通常の位置決め制御と
は、Ｘテーブル21を単なる慣性質量体として取扱う制御
であり、ミクロ的特性の変化を考慮しない場合である。
ステップ105において相対距離が第１基準値LMBGより小
さい場合（YES）には次のステップ102に進み、制御モー
ドの切換判断を行う。ステップ102では相対距離と第２
基準値LMLN（例えば0.5μｍ）とを比較することにより
制御モードの切換判断を行う。
さい場合（YES）には次のステップ102に進み、制御モー
ドの切換判断を行う。ステップ102では相対距離と第２
基準値LMLN（例えば0.5μｍ）とを比較することにより
制御モードの切換判断を行う。
その比較の結果、相対距離が第２基準値LMLNより大きい
場合（NO）はステップ104に進む。ステップ104では粗位
置決め制御系により通常の制御を行う。但し、ここでい
う通常の制御は、ステップ105の場合がフィードバック
補償のみで位置決め制御を行うのに対し、後述する直列
補償要素を含む点で異なる。その理由は移動距離がステ
ップ101での判断時点よりさらに微少距離に接近しつつ
あることから、より精密な制御を行う必要があるからで
ある。
場合（NO）はステップ104に進む。ステップ104では粗位
置決め制御系により通常の制御を行う。但し、ここでい
う通常の制御は、ステップ105の場合がフィードバック
補償のみで位置決め制御を行うのに対し、後述する直列
補償要素を含む点で異なる。その理由は移動距離がステ
ップ101での判断時点よりさらに微少距離に接近しつつ
あることから、より精密な制御を行う必要があるからで
ある。
一方、ステップ102における比較の結果、相対距離が第
２基準値LMLNより小さい場合（YES）はステップ103に進
む。
２基準値LMLNより小さい場合（YES）はステップ103に進
む。
ステップ103では微少位置決めの制御系により微少制御
を行う。ここにいう微少制御とは、Ｘテーブル21を単な
る慣性質量体としてみなすのではなく、動き出し時点お
よび停止直前時点でのＸテーブル21とローラとの接触面
において相互に弾性体としての挙動が存在することを前
提として、その弾性に基づく振動の抑制のための直列補
償要素ならびに安定化補償要素を含む制御ループに切換
えて行う制御である。すなわち、ステップ102は粗位置
決め制御モードと微少位置決め制御モードの切換判断要
素として機能する。
を行う。ここにいう微少制御とは、Ｘテーブル21を単な
る慣性質量体としてみなすのではなく、動き出し時点お
よび停止直前時点でのＸテーブル21とローラとの接触面
において相互に弾性体としての挙動が存在することを前
提として、その弾性に基づく振動の抑制のための直列補
償要素ならびに安定化補償要素を含む制御ループに切換
えて行う制御である。すなわち、ステップ102は粗位置
決め制御モードと微少位置決め制御モードの切換判断要
素として機能する。
以上の処理はＸテーブル21の各移動時（すなわち、目標
値発生のたびに）繰返して行われる。
値発生のたびに）繰返して行われる。
第１実施例 次に、上記制御原理に基づく具体的な実施例（第１実施
例）を説明する。
例）を説明する。
第３図に第１実施例における制御ブロックを示す。第３
図において、目標値発生回路１から目標位置信号が発生
すると、その目標位置信号は比較回路２においてレーザ
測長器12からの現在位置検出信号と比較される。比較の
結果得られた偏差信号ｅは目標位置と現在位置との相対
距離に対応する。
図において、目標値発生回路１から目標位置信号が発生
すると、その目標位置信号は比較回路２においてレーザ
測長器12からの現在位置検出信号と比較される。比較の
結果得られた偏差信号ｅは目標位置と現在位置との相対
距離に対応する。
偏差信号ｅは粗位置決め制御系Ａか、または微少位置決
め制御系Ｂのいずれかを経てアンプ６により増幅され、
操作手段としてのモータ７に与えられる。モータ７はＸ
テーブル21を偏差信号ｅに応じた相対距離だけ移動させ
て目標位置に位置決めする。
め制御系Ｂのいずれかを経てアンプ６により増幅され、
操作手段としてのモータ７に与えられる。モータ７はＸ
テーブル21を偏差信号ｅに応じた相対距離だけ移動させ
て目標位置に位置決めする。
粗位置決め制御系Ａと微少位置決め制御系Ｂの区別は補
償要素の内容により異なりしたがって伝達関数が相互に
異なり、この各制御系ＡとＢの切換えは制御モード判定
回路13からの切換信号により切換回路４を介して行われ
る。
償要素の内容により異なりしたがって伝達関数が相互に
異なり、この各制御系ＡとＢの切換えは制御モード判定
回路13からの切換信号により切換回路４を介して行われ
る。
粗位置決め制御系Ａは比較回路２と切換回路４との間に
直列補償要素３を介在させることで構成される。この直
列補償要素３は制御ループの定常特性を改善するため
（すなわち、安定度の改善）の比例＋積分（PI）回路で
ある。
直列補償要素３を介在させることで構成される。この直
列補償要素３は制御ループの定常特性を改善するため
（すなわち、安定度の改善）の比例＋積分（PI）回路で
ある。
微少位置決め制御系Ｂは比較回路２と切換回路４との間
に直列補償要素９および安定化補償要素10を介在させる
ことで構成される。直列補償要素９は制御ループの定常
特性改善のための比例＋積分（PI）回路である。安定化
補償要素10は、例えば、２次の位相進み補償要素で構成
され、安定度と速応性の改善に供される。その伝達特性
は次の式で表わされる。
に直列補償要素９および安定化補償要素10を介在させる
ことで構成される。直列補償要素９は制御ループの定常
特性改善のための比例＋積分（PI）回路である。安定化
補償要素10は、例えば、２次の位相進み補償要素で構成
され、安定度と速応性の改善に供される。その伝達特性
は次の式で表わされる。
ただし、ωn,ωｎ′，ξ，ξ′は係数、Ｓはラプラス演
算子である。
算子である。
また、安定化補償要素10の特性は、目標値との偏差ｅに
応じその特性を変化させる構造としてもよく、例えば位
相進み回路の係数を変化させるようにしてもよい。
応じその特性を変化させる構造としてもよく、例えば位
相進み回路の係数を変化させるようにしてもよい。
一方、レーザ測長器12からはフィードバック補償要素11
を介して比較回路５に帰還するフィードバックループが
形成されている。これは制御系全体の特性改善のため、
Ｘテーブル21の速度又は速度と加速度にそれぞれ所定の
係数をかけ合せて補償するものである。
を介して比較回路５に帰還するフィードバックループが
形成されている。これは制御系全体の特性改善のため、
Ｘテーブル21の速度又は速度と加速度にそれぞれ所定の
係数をかけ合せて補償するものである。
次に、第４図に第１図に示した制御方法を実現するため
の制御系ハード構成図を示す。第４図において、30はシ
ステムプロセッサ、31はシステム用バス、32はサーボプ
ロセッサ、33はサーボ用バス、34はD/A変換器、35は通
信バッファ、36は位置カウンタ、12は位置検出器（レー
ザ測長器）、38はＸ軸制御装置、39はＹ軸制御装置であ
る。システムプロセッサ30は制御装置の起動、位置表示
や係数変更、目標値設定を司る。サーボプロセッサ32は
サーボループに含まれる全ての補償演算を行う。したが
って、第３図に示した直列補償要素３、直列補償要素
９、安定化補償要素10及びフィードバック補償要素11の
機能がこのサーボプロセッサ32内で行われる。本実施例
では、このように第１図で示された制御方法は第４図の
ハード構成で実現される。なお、Ｙ軸制御装置39も上記
同様の構成でよいので説明を省略する。
の制御系ハード構成図を示す。第４図において、30はシ
ステムプロセッサ、31はシステム用バス、32はサーボプ
ロセッサ、33はサーボ用バス、34はD/A変換器、35は通
信バッファ、36は位置カウンタ、12は位置検出器（レー
ザ測長器）、38はＸ軸制御装置、39はＹ軸制御装置であ
る。システムプロセッサ30は制御装置の起動、位置表示
や係数変更、目標値設定を司る。サーボプロセッサ32は
サーボループに含まれる全ての補償演算を行う。したが
って、第３図に示した直列補償要素３、直列補償要素
９、安定化補償要素10及びフィードバック補償要素11の
機能がこのサーボプロセッサ32内で行われる。本実施例
では、このように第１図で示された制御方法は第４図の
ハード構成で実現される。なお、Ｙ軸制御装置39も上記
同様の構成でよいので説明を省略する。
ところで、ころを用いたころがり案内機構の微少挙動時
に生じる弾性挙動特性は、一般に、円筒ころの特性とし
て第５図に示したようにヒステリシス特性が知られてい
る。第５図において、横軸はころのころがり変位、縦軸
はころがり力である。この第５図からわかるように、こ
のようなヒステリシス特性でもころがり変位が小さくな
ると、ころがり変位に対するころがり力（すなわち弾性
係数）が変化し、変化が小さくなるにつれて弾性係数が
大きくなる傾向を示す。このことは第11図に示したＸテ
ーブル21の特性と安定的に一致している。しかし、本実
施例のＸテーブル21は、円筒ころが第２図に示したよう
に長手方向に多数配列されており、しかも、水平方向と
鉛直方向の２方向にころが配列されているといった構造
になっており、第11図で示された特性はころの特性から
は直ちに類推されるものではない。
に生じる弾性挙動特性は、一般に、円筒ころの特性とし
て第５図に示したようにヒステリシス特性が知られてい
る。第５図において、横軸はころのころがり変位、縦軸
はころがり力である。この第５図からわかるように、こ
のようなヒステリシス特性でもころがり変位が小さくな
ると、ころがり変位に対するころがり力（すなわち弾性
係数）が変化し、変化が小さくなるにつれて弾性係数が
大きくなる傾向を示す。このことは第11図に示したＸテ
ーブル21の特性と安定的に一致している。しかし、本実
施例のＸテーブル21は、円筒ころが第２図に示したよう
に長手方向に多数配列されており、しかも、水平方向と
鉛直方向の２方向にころが配列されているといった構造
になっており、第11図で示された特性はころの特性から
は直ちに類推されるものではない。
以上、本実施例では、第１図において、微少位置決め制
御系Ｂにおいて、一巡伝達特性を予め測定して安定余裕
を求めたのち、余裕度を確保するように安定化補償要素
10を構成することができ、Ｘテーブル21の特性変化にも
安定した位置決め制御が行えるという効果がある。
御系Ｂにおいて、一巡伝達特性を予め測定して安定余裕
を求めたのち、余裕度を確保するように安定化補償要素
10を構成することができ、Ｘテーブル21の特性変化にも
安定した位置決め制御が行えるという効果がある。
第２実施例 第６図に本発明の第２の実施例を示す。第６図におい
て、第１図と同一番号は同一内容を示す。本実施例は安
定化補償要素10をアンプ６の直前に挿入している。この
ことにより、アンプ６の入力信号からＸテーブル21の変
位までの機構系の伝達特性が微少位置決め領域において
共振点を有する場合に、このピークを安定化補償要素10
により相殺することができる。そして、補償後の特性に
対して直列補償要素３とフィードバック補償要素11によ
り定常特性の改善、速応性の改善を行う。このように本
実施例では、機構系の伝達特性をみかけ上大きく変動し
ないように安定化補償要素10を付加するので、他の補償
回路の設計が容易になるという効果を有する。
て、第１図と同一番号は同一内容を示す。本実施例は安
定化補償要素10をアンプ６の直前に挿入している。この
ことにより、アンプ６の入力信号からＸテーブル21の変
位までの機構系の伝達特性が微少位置決め領域において
共振点を有する場合に、このピークを安定化補償要素10
により相殺することができる。そして、補償後の特性に
対して直列補償要素３とフィードバック補償要素11によ
り定常特性の改善、速応性の改善を行う。このように本
実施例では、機構系の伝達特性をみかけ上大きく変動し
ないように安定化補償要素10を付加するので、他の補償
回路の設計が容易になるという効果を有する。
第３実施例 第７図に本発明の第３の実施例を示す。第７図におい
て、第１図又は第６図と同一番号のものは同一内容を示
す。14は最短時間制御回路である。本実施例では、Ｘテ
ーブル21の移動距離が長い場合に、目標位置との偏差が
長いときはよく知られた最短時間制御則にのっとった最
短時間制御回路14を通る制御ループＣが構成され短時間
で目標位置近傍まで接近する。その後は、第１の実施例
で述べた手順に従って制御ループが切換わる。ここで本
実施例では、最終的に目標位置に位置決めする微少位置
決め制御ループＢと、最短時間制御ループＣと微少位置
決め制御ループＢとをつなぐ位置決め制御ループＡと
は、各々独立したフィードバック補償要素11a,11bを有
し、調整しやすいようにしている。このように本実施例
では、比較的長い距離の位置決めにおいて、三つのそれ
ぞれの偏差量に適した制御ループを切換えて制御するた
め応答時間が短くなるという効果がある。
て、第１図又は第６図と同一番号のものは同一内容を示
す。14は最短時間制御回路である。本実施例では、Ｘテ
ーブル21の移動距離が長い場合に、目標位置との偏差が
長いときはよく知られた最短時間制御則にのっとった最
短時間制御回路14を通る制御ループＣが構成され短時間
で目標位置近傍まで接近する。その後は、第１の実施例
で述べた手順に従って制御ループが切換わる。ここで本
実施例では、最終的に目標位置に位置決めする微少位置
決め制御ループＢと、最短時間制御ループＣと微少位置
決め制御ループＢとをつなぐ位置決め制御ループＡと
は、各々独立したフィードバック補償要素11a,11bを有
し、調整しやすいようにしている。このように本実施例
では、比較的長い距離の位置決めにおいて、三つのそれ
ぞれの偏差量に適した制御ループを切換えて制御するた
め応答時間が短くなるという効果がある。
以上のように、移動体を位置決めする位置決め制御回路
において目標位置と移動体の現在位置との偏差に従っ
て、位置制御ループを切換えることができるため、応答
性の高い位置決め制御が実現できるという効果がある。
特に、ころがり案内やすべり案内のような動き出し時や
位置決め停止時において弾性特性の変化する機構を有す
る移動体に対して、移動体の弾性特性の変化に対応し
て、制御特性が最適になるように制御ループの伝達関数
を決める安定化補償要素を切り換え、しかも補償要素の
特性を移動体の特性に対応して変化させることができる
ので、安定性の高く、かつ高速高精度な位置決めができ
るという効果がある。
において目標位置と移動体の現在位置との偏差に従っ
て、位置制御ループを切換えることができるため、応答
性の高い位置決め制御が実現できるという効果がある。
特に、ころがり案内やすべり案内のような動き出し時や
位置決め停止時において弾性特性の変化する機構を有す
る移動体に対して、移動体の弾性特性の変化に対応し
て、制御特性が最適になるように制御ループの伝達関数
を決める安定化補償要素を切り換え、しかも補償要素の
特性を移動体の特性に対応して変化させることができる
ので、安定性の高く、かつ高速高精度な位置決めができ
るという効果がある。
第１図は本発明に係る位置決め制御の制御原理を示すフ
ローチャート、第２図はXYステージの概要を示す部分破
断斜視図、第３図は本発明の制御方法の第１実施例を示
す制御ブロック図、第４図は本発明の実施に使用するハ
ードウェア構成を示すブロック図、第５図はころの一般
的ヒステリシス特性を示す説明図、第６図は本発明の第
２実施例を示す制御ブロック図、第７図は本発明の第３
実施例を示す制御ブロック図、第８図は移動体を慣性質
量体とした場合のモデルを示す説明図、第９図は移動体
を弾性体とした場合のモデルを示す説明図、第10図は第
９図の等価モデルを示す説明図、第11図はＸテーブルの
駆動時における入力電圧と出力変位の周波数特性図であ
る。 １……目標値発生回路、２……比較回路、３……直列補
償要素、４……切換え回路、５……比較回路、６……ア
ンプ、７……モータ、９……直列補償要素、10……安定
化補償要素、11……フィードバック補償要素、14……最
短時間制御回路、21……Ｘテーブル、22……Ｙテーブ
ル、23……Ｘ軸リニア直流モータ、24……Ｘ軸ころがり
案内機構、25……Ｙ軸リニア直流モータ、26……Ｙ軸こ
ろがり案内機構、27……ミラー。
ローチャート、第２図はXYステージの概要を示す部分破
断斜視図、第３図は本発明の制御方法の第１実施例を示
す制御ブロック図、第４図は本発明の実施に使用するハ
ードウェア構成を示すブロック図、第５図はころの一般
的ヒステリシス特性を示す説明図、第６図は本発明の第
２実施例を示す制御ブロック図、第７図は本発明の第３
実施例を示す制御ブロック図、第８図は移動体を慣性質
量体とした場合のモデルを示す説明図、第９図は移動体
を弾性体とした場合のモデルを示す説明図、第10図は第
９図の等価モデルを示す説明図、第11図はＸテーブルの
駆動時における入力電圧と出力変位の周波数特性図であ
る。 １……目標値発生回路、２……比較回路、３……直列補
償要素、４……切換え回路、５……比較回路、６……ア
ンプ、７……モータ、９……直列補償要素、10……安定
化補償要素、11……フィードバック補償要素、14……最
短時間制御回路、21……Ｘテーブル、22……Ｙテーブ
ル、23……Ｘ軸リニア直流モータ、24……Ｘ軸ころがり
案内機構、25……Ｙ軸リニア直流モータ、26……Ｙ軸こ
ろがり案内機構、27……ミラー。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−109115（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−58013（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−208814（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】移動距離に応じて摩擦を伴う慣性体挙動状
態と弾性体挙動状態とを有する移動体の現在位置と目標
位置との相対距離に基づいて移動体の位置制御を行う移
動体の位置決め制御方法において、前記移動体の摩擦を
伴う慣性体挙動状態と弾性体挙動状態とで、前記移動体
の特性を含む当該位置決め制御ループの伝達特性を、前
記移動体の移動距離に応じた前記移動体の挙動状態に基
づいて異ならせ、前記慣性体挙動状態と弾性体挙動状態
における伝達特性の切り換えは、前記相対距離に応じて
前記位置決め制御ループの切り換えにより行うことを特
徴とする移動体の位置決め制御方法。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の移動体の位
置決め制御方法において、前記切り換えは、前記移動体
の摩擦を伴う慣性体挙動状態での当該位置決め制御ルー
プの安定化補償要素と、弾性体挙動状態での当該位置決
め制御ループの安定化補償要素とを切り替えることによ
り行うことを特徴とする移動体の位置決め制御方法。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項に記載の移動体の位
置決め制御方法において、前記弾性体挙動状態における
位置決め制御ループは、移動体の弾性体挙動状態に対応
した安定化補償要素を含むものであり、前記切り換えは
前記摩擦を伴う慣性体挙動状態における位置決め制御ル
ープから弾性体挙動状態における位置決め制御ループへ
の切り換えであることを特徴とする移動体の位置決め制
御方法。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項に記載の移動体の位
置決め制御方法において、前記位置決め制御ループは安
定化補償要素を含むものであり、前記切り換えは、前記
安定化補償要素を入り切りすることにより行うことを特
徴とする移動体の位置決め制御方法。 - 【請求項５】特許請求の範囲第２項、第３項、及び第４
項のいずれかに記載の移動体の位置決め制御方法におい
て、前記安定化補償要素は、前記移動体の弾性体挙動状
態の共振周波数によって生じる振動を安定化させる補償
要素であることを特徴とする移動体の位置決め制御方
法。 - 【請求項６】特許請求の範囲第５項に記載の移動体の位
置決め制御方法において、 前記安定化補償要素は、予め測定された前記移動体の弾
性体挙動状態の共振周波数に応じて伝達関数の係数を異
ならせた安定化補償要素であることを特徴とする移動体
の位置決め制御方法。 - 【請求項７】特許請求の範囲第２項または第３項に記載
の移動体の位置決め制御方法において、前記位置決め制
御ループの特性は、前記安定化補償要素の有無に応じ
て、前記位置決め制御ループに含まれる直列補償要素、
またはフィードバック補償要素、またはその両方の伝達
特性を異ならせることを特徴とする移動体の位置決め制
御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62110269A JPH07117855B2 (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 移動体の位置決め制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62110269A JPH07117855B2 (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 移動体の位置決め制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63273902A JPS63273902A (ja) | 1988-11-11 |
| JPH07117855B2 true JPH07117855B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=14531401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62110269A Expired - Fee Related JPH07117855B2 (ja) | 1987-05-06 | 1987-05-06 | 移動体の位置決め制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07117855B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007069444A (ja) * | 2005-09-06 | 2007-03-22 | Ricoh Co Ltd | 位置決め制御装置及びそれを備えた画像形成装置 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100491679B1 (ko) * | 2002-11-11 | 2005-05-27 | 김성권 | 상대적인 동작 제어 시스템 및 그 방법 |
| JP2006333594A (ja) * | 2005-05-25 | 2006-12-07 | Yaskawa Electric Corp | 機械特性モデル化装置、電動機制御装置、機械制御システムおよび機械特性モデル化方法 |
| JP4840987B2 (ja) * | 2006-08-25 | 2011-12-21 | 富士機械製造株式会社 | 電子部品実装関連装置の位置決め制御装置 |
| US8638058B2 (en) | 2009-09-30 | 2014-01-28 | Mitsubishi Electric Corporation | Positioning control device |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4051423A (en) * | 1976-02-10 | 1977-09-27 | Sperry Rand Corporation | Servo system with feedback signal compensation |
| JPH0233166B2 (ja) * | 1982-05-29 | 1990-07-25 | Yaskawa Denki Seisakusho Kk | Ichigimesochinoseigyohoshiki |
| JPS61109115A (ja) * | 1984-10-31 | 1986-05-27 | Omron Tateisi Electronics Co | 位置制御装置 |
| JPH0664481B2 (ja) * | 1985-11-27 | 1994-08-22 | オムロン株式会社 | Ｘｙステ−ジ制御装置 |
-
1987
- 1987-05-06 JP JP62110269A patent/JPH07117855B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007069444A (ja) * | 2005-09-06 | 2007-03-22 | Ricoh Co Ltd | 位置決め制御装置及びそれを備えた画像形成装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63273902A (ja) | 1988-11-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |