JPH0981243A - Fine positioning controller - Google Patents

Fine positioning controller

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JPH0981243A
JPH0981243A JP7255831A JP25583195A JPH0981243A JP H0981243 A JPH0981243 A JP H0981243A JP 7255831 A JP7255831 A JP 7255831A JP 25583195 A JP25583195 A JP 25583195A JP H0981243 A JPH0981243 A JP H0981243A
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motion mode
signals
positioning
deviation
power amplifier
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Toshihiro Yamazaki
俊洋 山崎
Takao Ukaji
隆夫 宇梶
Shinji Wakui
伸二 涌井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To finely adjust the control performance of respective motion modes of a fine positioning mechanism without increasing cost. SOLUTION: This fine positioning controller is provided with a positioning object 1 with one degree of freedom for translation and two degrees of freedom for rotation, actuators 2 (M, R, L) for driving the object 1, position sensors 3 (M, R, L) for measuring the displacement of the object 1, a motion mode extracting circuit 9 for applying prescribed operation to output signals obtained by amplifying deviation signals between feedback signals from the sensors 3 and command voltage values 5 (M, R, L) and extracting plural operation mode-sorted deviation signals for the positioning object 1, compensators 7 (M, R, L) for independently compensating respective output, a motion mode distributing circuit 10 for generating driving signals for respective actuators 2 by applying prescribed operation to output signals from the compensators 7, and power amplifiers 8 (m, R, L) for driving the actuators 2 in accordance with the driving signals.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、位置決め対象物を
所定の位置に所定の姿勢で位置決めする微動位置決め制
御装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fine movement positioning control device for positioning an object to be positioned at a predetermined position in a predetermined posture.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の鉛直方向1自由度と水平面内の傾
きの2自由度を位置決め制御する微動位置決め制御装置
の構成を図3に示す。同図において、1は位置決めされ
る平板状の基板、2M,2Rおよび2Lは鉛直方向に基
板1の変位を発生するアクチュエータであり、各アクチ
ュエータは圧電素子を駆動素子としており、変位拡大機
構も含む。3M,3Rおよび3Lはアクチュエータ2
M,2Rおよび2Lの近傍にあり、基板1の鉛直方向の
変位を計測する位置センサである。これらの基板、アク
チュエータおよび位置センサによる機構を微動位置決め
機構と呼ぶことにする。
2. Description of the Related Art FIG. 3 shows the configuration of a conventional fine movement positioning control device for positioning and controlling one degree of freedom in the vertical direction and two degrees of freedom of inclination in a horizontal plane. In the figure, 1 is a flat plate substrate to be positioned, 2M, 2R and 2L are actuators that generate displacement of the substrate 1 in the vertical direction. Each actuator uses a piezoelectric element as a drive element, and also includes a displacement magnifying mechanism. . 3M, 3R and 3L are actuators 2
A position sensor that is located near M, 2R, and 2L and that measures the displacement of the substrate 1 in the vertical direction. The mechanism including the substrate, the actuator and the position sensor will be referred to as a fine movement positioning mechanism.

【0003】4M,4Rおよび4Lは位置センサ3M,
3Rおよび3Lによって計測される基板1の鉛直方向の
変位を電気信号に変換する変位増幅器、5M,5Rおよ
び5Lは指令入力、eM ,eR およびeL は変位増幅器
4M,4Rおよび4Lの出力と指令入力5M,5Rおよ
び5Lとを比較して出力される位置偏差信号、6M,6
Rおよび6Lは位置偏差信号eM ,eR およびeL を増
幅する偏差増幅器、7M,7Rおよび7Lは制御ループ
の安定化と位置偏差信号をゼロにするために偏差増幅器
6M,6Rおよび6Lの出力を入力とする補償器、8
M,8Rおよび8Lは補償器7M,7Rおよび7Lの出
力を入力とし、アクチュエータ2M,2Rおよび2Lを
上下動させることにより、基板1を上下方向に並進移動
させたり、鉛直方向に対して傾かせる駆動を行なう電力
増幅器である。これら変位増幅器4M,4R,4L〜電
力増幅器8M,8R,8Lで構成される閉ループをフィ
ードバック装置と呼ぶことにする。
4M, 4R and 4L are position sensors 3M,
Displacement amplifiers 5M, 5R and 5L for converting the vertical displacement of the substrate 1 measured by 3R and 3L into electric signals are command inputs, and e M , e R and e L are outputs of the displacement amplifiers 4M, 4R and 4L. Of the position deviation signals output by comparing the command inputs 5M, 5R and 5L with 6M, 6
R and 6L are deviation amplifiers for amplifying the position deviation signals e M , e R and e L , and 7M, 7R and 7L are for the deviation amplifiers 6M, 6R and 6L in order to stabilize the control loop and zero the position deviation signal. Compensator with output as input, 8
The outputs of the compensators 7M, 7R, and 7L are input to M, 8R, and 8L, and the actuators 2M, 2R, and 2L are moved up and down to translate the substrate 1 in the vertical direction and incline it to the vertical direction. It is a power amplifier that drives. A closed loop composed of these displacement amplifiers 4M, 4R and 4L to power amplifiers 8M, 8R and 8L will be referred to as a feedback device.

【0004】上述の微動位置決め機構とフィードバック
装置を含めて微動位置決め制御装置と呼ぶことにする。
The above-described fine movement positioning mechanism and feedback device will be referred to as a fine movement positioning control device.

【0005】図3の微動位置決め制御装置の制御特性を
改善した装置の構成を図4に示す。この装置は、特願平
6−132405号をもって出願されたものである。
FIG. 4 shows the configuration of an apparatus in which the control characteristics of the fine movement positioning control apparatus of FIG. 3 are improved. This device was applied for in Japanese Patent Application No. 6-132405.

【0006】この装置は、図3の微動位置決め制御装置
の構成に対し、新たに運動モード抽出回路9と運動モー
ド分配回路10を追加したものである。位置センサ3
M,3Rおよび3Lによって計測される基板1の鉛直Z
軸方向の変位は、変位増幅器4M,4Rおよび4Lによ
って変位信号zM ,zR およびzL に変換される。この
信号は運動モード抽出回路9に入力され、運動モード別
変位信号zg ,zθx およびzθy となる。ここで、運
動モード抽出回路9の演算は数1式に従う。
This device is obtained by newly adding a motion mode extraction circuit 9 and a motion mode distribution circuit 10 to the configuration of the fine movement positioning control device of FIG. Position sensor 3
Vertical Z of substrate 1 measured by M, 3R and 3L
The axial displacement is converted into displacement signals z M , z R and z L by displacement amplifiers 4M, 4R and 4L. This signal is input to the motion mode extraction circuit 9 and becomes motion mode displacement signals z g , zθ x, and zθ y . Here, the calculation of the motion mode extraction circuit 9 follows the equation (1).

【0007】[0007]

【数1】 一般的な位置決め制御装置において、位置決め対象物の
運動モードを抽出する場合、フィードバックループ内に
運動モード抽出回路を配置するのが一般的になってい
る。
[Equation 1] In a general positioning control device, when extracting a motion mode of a positioning object, a motion mode extraction circuit is generally arranged in a feedback loop.

【0008】運動モード別変位信号zg ,zθx および
zθy は運動モード別指令入力5M´,5R´および5
L´と比較され、これにより、運動モード別偏差信号e
g ,eθx およびeθy が得られる。この運動モード別
偏差信号eg ,eθx およびeθy は、所定の感度を得
るために偏差増幅器6M,6Rおよび6Lに入力され
る。さらに偏差増幅器6M,6Rおよび6Lの出力は、
運動モード別に制御ループの調整を行なう補償器7M,
7Rおよび7Lに入力され、これにより、位置に関する
運動モード別補償信号cg ,cθx およびcθy を得
る。運動モード別補償信号cg ,cθx およびcθy
は、運動モード分配回路10に入力される。運動モード
分配回路10は各軸の駆動信号dM ,dR およびdL
出力し、これにより電力増幅器8M,8Rおよび8Lを
駆動する。ここで、運動モード分配回路10の演算は数
2式に従う。
The motion mode displacement signals z g , zθ x and zθ y are motion mode command inputs 5M ', 5R' and 5 respectively.
It is compared with L ′, and as a result, the motion mode deviation signal e
g , eθ x and eθ y are obtained. This motion mode-specific error signal e g, E.theta x and E.theta y are input to obtain a predetermined sensitivity deviation amplifier 6M, the 6R and 6L. Further, the outputs of the deviation amplifiers 6M, 6R and 6L are
Compensator 7M for adjusting the control loop for each motion mode,
It is input to 7R and 7L, and thereby, the motion mode compensation signals c g , cθ x, and cθ y regarding the position are obtained. Motion mode compensation signals c g , c θ x and c θ y
Are input to the motion mode distribution circuit 10. The motion mode distribution circuit 10 outputs drive signals d M , d R and d L for the respective axes, which drive the power amplifiers 8M, 8R and 8L. Here, the calculation of the motion mode distribution circuit 10 follows Formula 2.

【0009】[0009]

【数2】 上述のように、図3の微動位置決め制御装置のフィード
バック装置の中に運動モード抽出回路9と運動モード分
配回路10を新たに挿入したものを非干渉化フィードバ
ック装置と呼び、微動位置決め機構とこの非干渉化フィ
ードバック装置を含めて微動位置決め非干渉化装置と呼
ぶことにする。
[Equation 2] As described above, the one in which the motion mode extraction circuit 9 and the motion mode distribution circuit 10 are newly inserted in the feedback device of the fine movement positioning control device of FIG. A fine movement positioning decoupling device including an interfering feedback device will be called.

【0010】数1および2式は、アクチュエータ2M,
2Rおよび2Lと位置センサ3M,3Rおよび3Lの配
置を示す座標系において、この座標の原点に対して基板
1の並進運動と平面内の回転運動を定義したものであ
る。よって、アクチュエータ2M,2Rおよび2Lと位
置センサ3M,3Rおよび3Lの配置が変わると、運動
モード抽出回路9と運動モード分配回路10の演算は変
わる。図5は、アクチュエータ2M,2Rおよび2Lと
位置センサ3M,3Rおよび3Lの配置を示す座標系を
示す。数1および2式は、この座標系での運動モード抽
出回路9と運動モード分配回路10の演算式を表してい
る。
Equations 1 and 2 are for the actuator 2M,
In the coordinate system showing the arrangement of 2R and 2L and the position sensors 3M, 3R and 3L, translational movement of the substrate 1 and rotational movement in the plane are defined with respect to the origin of this coordinate. Therefore, when the arrangements of the actuators 2M, 2R and 2L and the position sensors 3M, 3R and 3L change, the calculations of the motion mode extraction circuit 9 and the motion mode distribution circuit 10 change. FIG. 5 shows a coordinate system showing the arrangement of the actuators 2M, 2R and 2L and the position sensors 3M, 3R and 3L. Expressions 1 and 2 represent the arithmetic expressions of the motion mode extraction circuit 9 and the motion mode distribution circuit 10 in this coordinate system.

【0011】この微動位置決め非干渉化装置によれば、
基板1の運動モードごとのループゲインの調整が可能に
なる。図3の微動位置決め制御装置は、Z軸方向の並進
運動に対するループゲインの調整しかできなかったが、
図4の微動位置決め非干渉化装置は、調整の自由度が増
えた分だけ制御特性を極限に近いところまで追求でき、
指令入力に対する応答性が改善できるのみならず、外乱
抑圧性能も向上するという特徴がある。
According to this fine movement positioning decoupling device,
It is possible to adjust the loop gain for each motion mode of the substrate 1. The fine movement positioning control device in FIG. 3 can only adjust the loop gain for translational movement in the Z-axis direction,
The fine movement positioning decoupling device of FIG. 4 can pursue control characteristics to the limit as much as the degree of freedom in adjustment increases.
Not only the response to the command input can be improved, but also the disturbance suppression performance is improved.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の微動位置決め制御装置によれば、位置決め時間や外
乱抑圧性能を極限まで追求しようとして、制御ループゲ
インを順次増加すると、機構の機械共振を刺激すること
になり、性能向上に限界がある。また、ゲイン調整時
に、並進1自由度と2つの回転運動の内、並進運動モー
ドは意識的に操作していることになるが、2つの回転運
動モードについては、並進運動モードの特性調整に対し
て従属的な決め方となる。すなわち、3軸微動機構が有
する運動モードのそれぞれの制御性能をきめ細かく調整
できないという問題がある。
However, according to the above-mentioned conventional fine movement positioning control device, mechanical resonance of the mechanism is stimulated when the control loop gain is sequentially increased in order to maximize the positioning time and the disturbance suppression performance. Therefore, there is a limit to the performance improvement. Further, when the gain is adjusted, the translational motion mode out of the translational 1 degree of freedom and the two rotary motions is consciously operated. It becomes a subordinate decision method. That is, there is a problem that the control performance of each motion mode of the triaxial fine movement mechanism cannot be finely adjusted.

【0013】また、従来の微動位置決め非干渉化装置に
よれば、変位増幅器4M,4Rおよび4Lの出力信号を
運動モード抽出回路9に入力しているので、運動モード
抽出回路9をハードウエアで構成した場合、その抵抗器
の温度変化によるドリフトや抵抗値誤差によるゲインエ
ラーの影響により、微動位置決め機構の位置を正確に検
出できなくなる。そこで、精度の高い抵抗器や部品を使
用して温度ドリフトや抵抗値誤差の影響を小さくする必
要があり、その結果、装置のコストアップになってしま
うという問題がある。
Further, according to the conventional fine movement positioning decoupling device, since the output signals of the displacement amplifiers 4M, 4R and 4L are inputted to the motion mode extraction circuit 9, the motion mode extraction circuit 9 is constructed by hardware. In that case, the position of the fine movement positioning mechanism cannot be accurately detected due to the influence of the gain error due to the drift due to the temperature change of the resistor and the error in the resistance value. Therefore, it is necessary to use a highly accurate resistor or component to reduce the influence of temperature drift and resistance value error, resulting in a problem that the cost of the device increases.

【0014】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、微動位置決め装置において、コストを増大
させることなく、微動位置決め機構が有する各運動モー
ドの制御性能をきめ細かく調整できるようにすることに
ある。
In view of the above problems of the prior art, an object of the present invention is to enable the fine movement positioning device to finely adjust the control performance of each movement mode of the fine movement positioning mechanism without increasing the cost. Especially.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、並進1自由度と回転2自由度において位置
決めされる位置決め対象物と、対象物を位置決めのため
に駆動する3個のアクチュエータと、位置決め対象物の
各アクチュエータ近傍における変位を計測する3個の位
置センサと、各位置センサの出力によるフィードバック
信号と指令電圧との偏差信号を得、これに基づき偏差増
幅器と補償器を介して電力増幅器によりアクチュエータ
を駆動するフィードバック装置とを備えた微動位置決め
装置において、偏差増幅器の出力信号に所定の演算を施
して位置決め対象物に関する複数個の運動モードの運動
モード別偏差信号を抽出する運動モード抽出回路と、運
動モード抽出回路の複数個の各出力に対してそれぞれ独
立に補償を行なう補償器と、これらの補償器の出力信号
に所定の演算を施して各アクチュエータに対する駆動信
号を生成する運動モード分配回路と、駆動信号に応じて
アクチュエータを駆動する電力増幅器とを備えることを
特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a positioning object positioned in one translational degree of freedom and two rotational degrees of freedom, and three actuators for driving the positioning object. And three position sensors that measure the displacement of the positioning object in the vicinity of each actuator, and the deviation signal between the feedback signal and the command voltage by the output of each position sensor, and based on this, through the deviation amplifier and the compensator. In a fine movement positioning device including a feedback device for driving an actuator by a power amplifier, a motion mode in which a deviation signal for each motion mode of a plurality of motion modes regarding a positioning object is extracted by performing a predetermined calculation on an output signal of the deviation amplifier. Compensates independently for each output of the extraction circuit and the motion mode extraction circuit. A compensator, a motion mode distribution circuit that performs a predetermined calculation on the output signals of these compensators to generate drive signals for each actuator, and a power amplifier that drives the actuators according to the drive signals. To do.

【0016】また、補償器がゲイン調整を行なう回路で
あり、電力増幅器が電流出力型の電力増幅器であること
を特徴とする。
The compensator is a circuit for adjusting the gain, and the power amplifier is a current output type power amplifier.

【0017】さらに、運動モード分配回路の出力に対し
て比例積分補償を行なうPI補償器を備え、電力増幅器
が電圧出力型の電力増幅器であることを特徴とする。
Further, a PI compensator for performing proportional-plus-integral compensation on the output of the motion mode distribution circuit is provided, and the power amplifier is a voltage output type power amplifier.

【0018】[0018]

【作用】この構成において、各位置センサからの信号と
指令電圧との偏差信号は偏差増幅器により増幅され、そ
の信号から、運動モード抽出回路において各運動モード
別の偏差信号が抽出される。そして、抽出された各運動
モード別の偏差信号は、独立して補償が行われ、その
後、運動モード分配回路により分配されて各アクチュエ
ータに対する駆動信号となる。その際、運動モード抽出
回路に入力される偏差信号は、位置決め完了間近では0
ボルトに近づくため、運動モード抽出回路をハードウエ
アで構成している場合であっても、その抵抗器の温度変
化によるドリフトや抵抗値の誤差によるゲインエラーの
影響は無視し得るほど小さい。したがって、かかるゲイ
ンエラーに対処するための精度の高い抵抗器や部品を使
用する必要がなく、各アクチュエータによる3軸微動機
構が有する運動モードそれぞれの制御性能に対し、きめ
細かな補償が行われる。
In this structure, the deviation signal between the signal from each position sensor and the command voltage is amplified by the deviation amplifier, and the deviation signal for each movement mode is extracted from the signal in the movement mode extraction circuit. Then, the extracted deviation signal for each motion mode is independently compensated, and thereafter distributed by the motion mode distribution circuit to be a drive signal for each actuator. At that time, the deviation signal input to the motion mode extraction circuit is 0 near the completion of positioning.
Since it approaches the voltage, even if the motion mode extraction circuit is configured by hardware, the influence of the gain error due to the drift due to the temperature change of the resistor and the error of the resistance value is negligible. Therefore, it is not necessary to use a highly accurate resistor or component for coping with such a gain error, and fine compensation is performed for the control performance of each motion mode of the three-axis fine movement mechanism by each actuator.

【0019】[0019]

【実施例】【Example】

[実施例1]図1は、本発明の第1の実施例に係る微動
位置決め制御装置の構成を示す図であり、本発明の特徴
を最もよく表している。同図において、bM ,bR およ
びbL は偏差増幅信号であり、bg ,bθx およびbθ
y は、運動モード別偏差増幅信号である。その他の図3
および図4と同一の符号は、それらの図のものと同一の
要素を示す。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a fine movement positioning control apparatus according to a first embodiment of the present invention, and best shows the features of the present invention. In the figure, b M , b R and b L are deviation amplification signals, and b g , bθ x and bθ
y is the deviation amplification signal for each motion mode. Other Figure 3
And the same reference numerals as in FIG. 4 indicate the same elements as those in those figures.

【0020】以下、図1の装置の動作を説明する。The operation of the apparatus shown in FIG. 1 will be described below.

【0021】位置センサ3M,3Rおよび3Lによって
計測される基板1の鉛直Z軸方向の変位は、変位増幅器
4M,4Rおよび4Lによって変位信号zM ,zR およ
びzL に変換される。変位信号zM ,zR およびzL
指令入力信号5M,5Rおよび5Lとを比較して位置偏
差信号eM ,eR およびeL を得る。この位置偏差信号
は所定の感度を得るために、偏差増幅器6M,6Rおよ
び6Lに入力され、偏差増幅信号bM ,bR およびbL
となる。この偏差増幅信号bM ,bR およびbL は運動
モード抽出回路9に入力され、運動モード別偏差増幅信
号bg ,bθxおよびbθy が抽出され。ここで、運動
モード抽出回路9の演算は数3式で表すことができる。
The displacements of the substrate 1 in the vertical Z-axis direction measured by the position sensors 3M, 3R and 3L are converted into displacement signals z M , z R and z L by the displacement amplifiers 4M, 4R and 4L. The displacement signals z M , z R and z L are compared with the command input signals 5M, 5R and 5L to obtain position deviation signals e M , e R and e L. This position deviation signal is input to the deviation amplifiers 6M, 6R and 6L in order to obtain a predetermined sensitivity, and the deviation amplification signals b M , b R and b L are inputted.
Becomes The deviation amplification signals b M , b R, and b L are input to the motion mode extraction circuit 9, and the motion mode deviation amplification signals b g , bθ x, and bθ y are extracted. Here, the calculation of the motion mode extraction circuit 9 can be expressed by Equation 3.

【0022】[0022]

【数3】 次に、運動モード別偏差信号bg ,bθx およびbθy
は、制御ループの調整を運動モード別に行なう補償器7
M,7Rおよび7Lに入力されて、位置に関する運動モ
ード別補償信号cg ,cθx およびcθy となる。この
運動モード別補償信号cg ,cθx およびcθy は、運
動モード分配回路10に入力され、各軸への駆動信号d
M ,dR およびdL となり、アクチュエータ2M,2R
および2Lを駆動する電流出力型の電力増幅器8M,8
Rおよび8Lを駆動する。運動モード分配回路10の演
算式は数2式と同じである。
(Equation 3) Next, the motion mode deviation signals b g , bθ x, and bθ y
Is a compensator 7 that adjusts the control loop for each motion mode.
It is input to M, 7R and 7L and becomes the motion mode-based compensation signals c g , cθ x and cθ y regarding the position. The motion mode compensating signals c g , cθ x, and cθ y are input to the motion mode distribution circuit 10 to drive signals d to the respective axes.
M , d R and d L , and actuators 2M and 2R
Current output type power amplifiers 8M, 8
Drive R and 8L. The arithmetic expression of the motion mode distribution circuit 10 is the same as the mathematical expression 2.

【0023】これにより、従来の微動位置決め制御装置
と比較すると、基板1の運動モードごとのループゲイン
の調整が可能となり、装置の制御特性を極限に近いとこ
ろまで追求でき、指令入力に対する応答性が改善できる
のみならず、外乱抑圧性能も向上する。
As a result, compared with the conventional fine movement positioning control device, the loop gain can be adjusted for each motion mode of the substrate 1, the control characteristics of the device can be pursued to the limit, and the response to the command input can be improved. Not only can it be improved, but the disturbance suppression performance is also improved.

【0024】また、従来の微動位置決め非干渉化装置と
比較すると、運動モード抽出回路9や運動モード分配回
路10をハードウエアによって実現する場合、位置決め
開始時は位置偏差信号eM ,eR およびeL が大きい
が、位置決め完了近くになると位置偏差信号eM ,eR
およびeL の電圧が0[V]付近になり、その結果運動
モード抽出回路9への入力信号電圧も0[V]付近にな
り、運動モード抽出回路9内の抵抗器の温度変化による
ドリフトや抵抗値の誤差によるゲインエラーの影響を無
視することができる。
Further, as compared with the conventional fine movement positioning decoupling device, when the motion mode extraction circuit 9 and the motion mode distribution circuit 10 are realized by hardware, the position deviation signals e M , e R and e at the start of positioning. L is large, but position deviation signals e M , e R
And the voltage of e L are near 0 [V], and as a result, the input signal voltage to the motion mode extracting circuit 9 is also near 0 [V], and drift due to temperature change of the resistor in the motion mode extracting circuit 9 and The effect of gain error due to resistance error can be ignored.

【0025】本実施例では、電流出力型の電力増幅器8
M,8R,8Lを使用しており、制御系全体の目標値に
対する応答が1次遅れになるので、ループゲインの調整
によって、オーバーシュートが発生しないような応答に
調整することが可能となり、微動位置決め機構に負担を
かけないという特徴がある。
In this embodiment, a current output type power amplifier 8 is used.
Since M, 8R, and 8L are used and the response to the target value of the entire control system is a first-order lag, it is possible to adjust the response so that overshoot does not occur by adjusting the loop gain. It has the feature that it does not burden the positioning mechanism.

【0026】[実施例2]第1の実施例では、電力増幅
器として電流出力型を使用している。しかし、圧電素子
などのアクチュエータ2M,2Rおよび2Lに対して電
流出力型の電力増幅器を使用することは稀であり、一般
には電圧出力型の電力増幅器を使用することが多い。こ
れは、制御系のループを開いて電流出力型の電力増幅器
に一定の入力電圧を印加すると、圧電素子の両端電圧が
時間の経過に伴って増大するからである。
[Second Embodiment] In the first embodiment, a current output type is used as a power amplifier. However, current output type power amplifiers are rarely used for the actuators 2M, 2R and 2L such as piezoelectric elements, and in general, voltage output type power amplifiers are often used. This is because when the control system loop is opened and a constant input voltage is applied to the current output type power amplifier, the voltage across the piezoelectric element increases with time.

【0027】そこで、電力増幅器を電圧出力型にした第
2の実施例を図2に示す。同図において、17M,17
Rおよび17LはPI補償器であり、18M,18Rお
よび18Lは電圧出力型の電力増幅器である。ここで、
Pは比例動作、Iは積分動作を意味する。その他の符号
が示す要素は、図1と同様である。
Therefore, a second embodiment in which the power amplifier is of the voltage output type is shown in FIG. In the figure, 17M, 17
R and 17L are PI compensators, and 18M, 18R and 18L are voltage output type power amplifiers. here,
P means proportional operation and I means integral operation. Elements indicated by other reference numerals are the same as those in FIG.

【0028】これにより、従来の微動位置決め制御装置
と比較すると、基板1の運動モードごとのループゲイン
の調整が可能となり、装置の制御特性を極限に近いとこ
ろまで追求でき、指令入力に対する応答性が改善できる
のみならず、外乱抑圧性能も向上できる。
As a result, as compared with the conventional fine movement positioning control device, the loop gain can be adjusted for each motion mode of the substrate 1, the control characteristics of the device can be pursued to the limit, and the response to the command input can be improved. Not only can it be improved, but the disturbance suppression performance can also be improved.

【0029】また、従来の微動位置決め非干渉化装置と
比較すると、運動モード抽出回路9や運動モード分配回
路10をハードウエアによって実現する場合、位置決め
開始時は位置偏差信号eM ,eR およびeL が大きい
が、位置決め完了近くになると位置偏差信号eM ,eR
およびeL の電圧が0[V]付近になり、その結果運動
モード抽出回路9への入力信号電圧も0[V]付近にな
り、運動モード抽出回路9内の抵抗器の温度変化による
ドリフトや抵抗値の誤差によるゲインエラーの影響が無
視できる。
Further, as compared with the conventional fine movement positioning decoupling device, when the motion mode extraction circuit 9 and the motion mode distribution circuit 10 are realized by hardware, the position deviation signals e M , e R and e at the start of positioning. L is large, but position deviation signals e M , e R
And the voltage of e L are near 0 [V], and as a result, the input signal voltage to the motion mode extracting circuit 9 is also near 0 [V], and drift due to temperature change of the resistor in the motion mode extracting circuit 9 and The effect of gain error due to resistance error can be ignored.

【0030】本実施例では、電圧出力型の電力増幅器を
使用しており、PI補償器17M,17Rおよび17L
のゼロ点と電圧出力型の電力増幅器18M,18Rおよ
び18Lの極がキャンセルするように調整することによ
り、PI補償器17M,17Rおよび17Lからアクチ
ュエータ2M,2Rおよび2Lまでの伝達関数が1次遅
れ特性になるように調整することができるので、制御系
のループを開いて、圧電素子自身の特性を測定すること
が可能になる。
In this embodiment, a voltage output type power amplifier is used, and PI compensators 17M, 17R and 17L are used.
Of the voltage output type power amplifiers 18M, 18R and 18L are canceled so that the transfer function from the PI compensators 17M, 17R and 17L to the actuators 2M, 2R and 2L is delayed by the first order. Since the characteristics can be adjusted so that the characteristics of the piezoelectric element itself can be measured by opening the loop of the control system.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、偏
差信号に対して運動モードの抽出を行い、補償を行うよ
うにしたため、3軸微動機構が有する運動モードのそれ
ぞれの制御性能をきめ細かく調整して位置決め制御特性
を改善できるとともに、精度の高い抵抗器や部品を使用
する必要がなく、コストアップを回避することができ
る。また、図4の微動位置決め非干渉化装置への指令入
力は運動モード別変位信号に対する指令であるため、そ
のためのソフトウエアを新たに開発する必要があるが、
本発明の微動位置決め制御装置への指令入力は従来の図
3装置と同様に変位信号に対する指令であるので、本発
明の微動位置決め制御装置を駆動するソフトウエアは、
従来の図3の装置を駆動するソフトウエアを流用するこ
とができ、ソフトウエア開発の時間を省くことができ
る。
As described above, according to the present invention, since the motion mode is extracted and compensated for the deviation signal, the control performance of each motion mode of the three-axis fine movement mechanism is finely adjusted. The positioning control characteristics can be improved by adjustment, and it is not necessary to use a highly accurate resistor or component, and cost increase can be avoided. Further, since the command input to the fine movement positioning decoupling device in FIG. 4 is a command for the displacement signal for each motion mode, it is necessary to newly develop software for that.
Since the command input to the fine movement positioning control device of the present invention is a command for the displacement signal as in the conventional FIG. 3 device, the software for driving the fine movement positioning control device of the present invention is
The conventional software for driving the apparatus of FIG. 3 can be used, and the time for software development can be saved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の第1の実施例に係る微動位置決め制
御装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fine movement positioning control device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第2の実施例に係る微動位置決め制
御装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a fine movement positioning control device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 従来の微動位置決め制御装置の構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a conventional fine movement positioning control device.

【図4】 従来の微動位置決め非干渉化装置の構成を示
すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional fine movement positioning decoupling device.

【図5】 微動位置決め装置におけるアクチュエータと
位置センサの配置を示す座標系を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a coordinate system showing an arrangement of actuators and position sensors in a fine movement positioning device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:基板、2M,2R,2L:圧電素子などのアクチュ
エータ、3M,3R,3L:位置センサ、4M,4R,
4L:変位増幅器、5M,5R,5L:指令入力、5M
´,5R´,5L´:運動モード別指令入力、6M,6
R,6L:偏差増幅器、7M,7R,7L:補償器、8
M,8R,8L:電流出力型の電力増幅器、9:運動モ
ード抽出回路、10:運動モード分配回路、17M,1
7R,17L:PI補償器、18M,18R,18L:
電圧出力型の電力増幅器、eM ,eR ,eL :位置偏差
信号、eg ,eθx ,eθy :運動モード別偏差信号、
M ,zR ,zL :変位信号、zg ,zθx ,zθy
運動モード別変位信号、bM ,bR ,bL :偏差増幅信
号、bg ,bθx ,bθy :運動モード別偏差増幅信
号、cg ,cθx ,cθy :運動モード別補償信号、d
M,dR ,dL :各軸への駆動信号。
1: substrate, 2M, 2R, 2L: actuator such as piezoelectric element, 3M, 3R, 3L: position sensor, 4M, 4R,
4L: displacement amplifier, 5M, 5R, 5L: command input, 5M
', 5R', 5L ': Command input for each motion mode, 6M, 6
R, 6L: deviation amplifier, 7M, 7R, 7L: compensator, 8
M, 8R, 8L: current output type power amplifier, 9: motion mode extraction circuit, 10: motion mode distribution circuit, 17M, 1
7R, 17L: PI compensator, 18M, 18R, 18L:
Voltage output type power amplifier, e M , e R , e L : position deviation signal, e g , e θ x , e θ y : motion mode deviation signal,
z M , z R , z L : displacement signal, z g , z θ x , z θ y :
Displacement signal for each motion mode, b M , b R , b L : Deviation amplification signal, b g , bθ x , bθ y : Deviation amplification signal for each motion mode, c g , cθ x , cθ y : Compensation signal for each motion mode, d
M , d R , d L : Drive signal to each axis.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 並進1自由度と回転2自由度において位
置決めされる位置決め対象物と、 前記対象物を前記位置決めのために駆動する3個のアク
チュエータと、 前記位置決め対象物の前記各アクチュエータ近傍におけ
る変位を計測する3個の位置センサと、 前記各位置センサの出力によるフィードバック信号と指
令電圧との偏差信号を得、これに基づき偏差増幅器と補
償器を介して電力増幅器により前記アクチュエータを駆
動するフィードバック装置とを備えた微動位置決め装置
において、 前記偏差増幅器の出力信号に所定の演算を施して前記位
置決め対象物に関する複数個の運動モードの運動モード
別偏差信号を抽出する運動モード抽出回路と、 前記運動モード抽出回路の複数個の各出力に対してそれ
ぞれ独立に補償を行なう前記補償器と、 これらの補償器の出力信号に所定の演算を施して前記各
アクチュエータに対する駆動信号を生成する運動モード
分配回路と、 前記駆動信号に応じて前記アクチュエータを駆動する前
記電力増幅器とを備えることを特徴とする微動位置決め
制御装置。
1. A positioning object positioned in translational 1 degree of freedom and rotation 2 degrees of freedom, three actuators for driving the object for the positioning, and in the vicinity of each actuator of the positioning object. Three position sensors that measure displacement, and a feedback signal based on the output of each of the position sensors and a deviation signal between the command voltage, and based on this, feedback that drives the actuator by a power amplifier via a deviation amplifier and a compensator. A fine motion positioning device including a device, a motion mode extraction circuit that performs a predetermined calculation on the output signal of the deviation amplifier to extract motion mode deviation signals of a plurality of motion modes related to the positioning object; Compensator for independently compensating each of a plurality of outputs of a mode extraction circuit A motion mode distribution circuit that performs a predetermined calculation on the output signals of these compensators to generate drive signals for the respective actuators, and the power amplifier that drives the actuators according to the drive signals. Fine movement positioning control device.
【請求項2】 前記補償器がゲイン調整を行なう回路で
あり、前記電力増幅器が電流出力型の電力増幅器である
ことを特徴とする請求項1記載の微動位置決め制御装
置。
2. The fine movement positioning control device according to claim 1, wherein the compensator is a circuit for performing gain adjustment, and the power amplifier is a current output type power amplifier.
【請求項3】 前記運動モード分配回路の出力に対して
比例積分補償を行なうPI補償器を備え、前記電力増幅
器が電圧出力型の電力増幅器であることを特徴とする請
求項1記載の微動位置決め制御装置。
3. The fine movement positioning according to claim 1, further comprising a PI compensator for performing proportional-plus-integral compensation on the output of the motion mode distribution circuit, and the power amplifier is a voltage output type power amplifier. Control device.
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