JPH1153032A - 高精度位置決め装置 - Google Patents
高精度位置決め装置Info
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- JPH1153032A JPH1153032A JP21313897A JP21313897A JPH1153032A JP H1153032 A JPH1153032 A JP H1153032A JP 21313897 A JP21313897 A JP 21313897A JP 21313897 A JP21313897 A JP 21313897A JP H1153032 A JPH1153032 A JP H1153032A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ロバスト性に優れた位置決め制御を実現し、
高精度位置決め制御が可能な位置決め制御器を提供す
る。 【解決手段】 被駆動部１１の対峙時する２つの側面に
４つのフレクシャルピボット３、５、８、９が装着され
ている。さらに固定部１０には４つのフレクシャルピボ
ット２、４、６、７が装着され、被駆動部１１に装着さ
れた４つのフレクシャルピボット３、５、８、９との間
で、フレクシャルピボット４、６、５、８に対し結合リ
ンク１５、フレクシャルピボット２、７、３、９に対し
結合リンク１４を装着することで、固定部１０に対し対
向する被駆動部１１がその姿勢を変えずに並進運動する
ことが可能となる。そこで、被駆動部１１が固定部１０
に対し並進運動するようその方向に駆動力を発生できる
直動型のＶＣＭ１を被駆動部１１と固定部１０の間に装
着することで、固定部１０に対し被駆動部１１の並進方
向に関する位置決め制御が可能となる。
高精度位置決め制御が可能な位置決め制御器を提供す
る。 【解決手段】 被駆動部１１の対峙時する２つの側面に
４つのフレクシャルピボット３、５、８、９が装着され
ている。さらに固定部１０には４つのフレクシャルピボ
ット２、４、６、７が装着され、被駆動部１１に装着さ
れた４つのフレクシャルピボット３、５、８、９との間
で、フレクシャルピボット４、６、５、８に対し結合リ
ンク１５、フレクシャルピボット２、７、３、９に対し
結合リンク１４を装着することで、固定部１０に対し対
向する被駆動部１１がその姿勢を変えずに並進運動する
ことが可能となる。そこで、被駆動部１１が固定部１０
に対し並進運動するようその方向に駆動力を発生できる
直動型のＶＣＭ１を被駆動部１１と固定部１０の間に装
着することで、固定部１０に対し被駆動部１１の並進方
向に関する位置決め制御が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人工衛星搭載機器
等の高精度位置決め装置に関する。
等の高精度位置決め装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の人工衛星搭載機器は、衛星本体に
対して加わる外乱や、衛星本体に付加された太陽電池パ
ドルなど柔軟構造物の振動による影響を受けるため、そ
の指向方向を高精度に制御するためには、衛星の姿勢制
御とは独立な制御機構として、圧電素子を用いたアクテ
ィブな位置決め機構が利用されてきた。
対して加わる外乱や、衛星本体に付加された太陽電池パ
ドルなど柔軟構造物の振動による影響を受けるため、そ
の指向方向を高精度に制御するためには、衛星の姿勢制
御とは独立な制御機構として、圧電素子を用いたアクテ
ィブな位置決め機構が利用されてきた。
【０００３】このような人工衛星搭載機器の位置決め装
置としては、例えば１９９２年発行のオプティカル・エ
ンジニアリング誌の第３１巻第８号の１６６７頁〜１６
７０頁に記載された論文「N.Ken Reay,et al.、"Liquid-
nitrogen-cooled servo-stabilized Fabry-Perot inter
ferometer for the infrared"」などに提案されたもの
が従来より知られている。
置としては、例えば１９９２年発行のオプティカル・エ
ンジニアリング誌の第３１巻第８号の１６６７頁〜１６
７０頁に記載された論文「N.Ken Reay,et al.、"Liquid-
nitrogen-cooled servo-stabilized Fabry-Perot inter
ferometer for the infrared"」などに提案されたもの
が従来より知られている。
【０００４】図３は上記の文献に記載された従来の位置
決め装置の一例の構成図で、同図（Ａ）は平面図、同図
（Ｂ）は同図（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図を示す。こ
の従来の人工衛星搭載機器の位置決め装置は、ピエゾア
クチュエータ１０１と、ギャップセンサ１０３と、固定
部１０４と、エタロン板１０５と、エタロン板１０６
と、ピエゾアクチュエータ１１０と、ギャップセンサ１
１１と、ギャップセンサ１１２と、ギャップセンサ１１
３と、ギャップセンサ１１４と、ピエゾアクチュエータ
１２０から構成されている。
決め装置の一例の構成図で、同図（Ａ）は平面図、同図
（Ｂ）は同図（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図を示す。こ
の従来の人工衛星搭載機器の位置決め装置は、ピエゾア
クチュエータ１０１と、ギャップセンサ１０３と、固定
部１０４と、エタロン板１０５と、エタロン板１０６
と、ピエゾアクチュエータ１１０と、ギャップセンサ１
１１と、ギャップセンサ１１２と、ギャップセンサ１１
３と、ギャップセンサ１１４と、ピエゾアクチュエータ
１２０から構成されている。
【０００５】この従来の位置決め装置では、その指向方
向を高精度に制御するための制御装置として、３つのピ
エゾアクチュエータ１０１、１１０、１２０と５つのギ
ャップセンサ１０３，１１１、１１２、１１３、１１４
による複雑な機構が採用されている。この位置決め装置
はピエゾアクチュエータ１０１、１１０、１２０のヒス
テリシス特性を補償しながらも、被駆動部１０２のＺ方
向並進位置とＸ軸、Ｙ軸回り回転姿勢の全３自由度を実
現するため、図３のようなアクチュエータ・センサの配
置を採っている。
向を高精度に制御するための制御装置として、３つのピ
エゾアクチュエータ１０１、１１０、１２０と５つのギ
ャップセンサ１０３，１１１、１１２、１１３、１１４
による複雑な機構が採用されている。この位置決め装置
はピエゾアクチュエータ１０１、１１０、１２０のヒス
テリシス特性を補償しながらも、被駆動部１０２のＺ方
向並進位置とＸ軸、Ｙ軸回り回転姿勢の全３自由度を実
現するため、図３のようなアクチュエータ・センサの配
置を採っている。
【０００６】各ギャップセンサ１０３、１１１、１１
２、１１３、１１４は、それぞれ向かい合う２枚のエタ
ロン板（たとえばエタロン板１０５とエタロン板１０
６）の間隔と平行度を常時計測することで被駆動部１０
２の重心位置の変位を畿何学的な関係から導出し、その
情報をもとにある制御則にしたがってピエゾアクチュエ
ータ１０１、１１０、１２０による被駆動部１０２の位
置決め制御を行っている。
２、１１３、１１４は、それぞれ向かい合う２枚のエタ
ロン板（たとえばエタロン板１０５とエタロン板１０
６）の間隔と平行度を常時計測することで被駆動部１０
２の重心位置の変位を畿何学的な関係から導出し、その
情報をもとにある制御則にしたがってピエゾアクチュエ
ータ１０１、１１０、１２０による被駆動部１０２の位
置決め制御を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】また、ＶＣＭ（駆動用
コイル）とフレクシャルピボット（弾性ピボット）を用
いた従来の駆動機構としては、Ｘ軸回り回転、Ｙ軸回り
回転の各々に対し弾性ピボットと駆動用コイルを組み合
わせることで無摩擦軸受・駆動部を構成し、Ｘ−Ｙの２
軸方向にその指向を制御することを可能とした光ビーム
制御機構に関するものが特開平３−２６４９１１号公報
に開示されている。この光ビーム制御機構では、弾性ピ
ボットとジンバル駆動用コイルとを光ビーム制御用ミラ
ーのＸ−Ｙ２軸指向角制御に適用することで、圧電素子
より制御範囲が広く取れ、分解能は圧電素子に匹敵する
とともに、１）無摩擦軸受により、可動部分の潤滑が不
要となり、長寿命化が図られ、宇宙通信機械用として適
している、２）軸受と駆動部を同一平面上に配列したこ
とにより、ジンバルの積層の省スペース化が図られ、小
型化・軽量化が図られる、という特微が得られるが、反
面この機構では、光ビーム駆動用ミラーのＸ軸、Ｙ軸回
りに関する姿勢（回転角）のみしか制御することができ
ず、ミラー並進位置に関しては自由に制御することはで
きない。
コイル）とフレクシャルピボット（弾性ピボット）を用
いた従来の駆動機構としては、Ｘ軸回り回転、Ｙ軸回り
回転の各々に対し弾性ピボットと駆動用コイルを組み合
わせることで無摩擦軸受・駆動部を構成し、Ｘ−Ｙの２
軸方向にその指向を制御することを可能とした光ビーム
制御機構に関するものが特開平３−２６４９１１号公報
に開示されている。この光ビーム制御機構では、弾性ピ
ボットとジンバル駆動用コイルとを光ビーム制御用ミラ
ーのＸ−Ｙ２軸指向角制御に適用することで、圧電素子
より制御範囲が広く取れ、分解能は圧電素子に匹敵する
とともに、１）無摩擦軸受により、可動部分の潤滑が不
要となり、長寿命化が図られ、宇宙通信機械用として適
している、２）軸受と駆動部を同一平面上に配列したこ
とにより、ジンバルの積層の省スペース化が図られ、小
型化・軽量化が図られる、という特微が得られるが、反
面この機構では、光ビーム駆動用ミラーのＸ軸、Ｙ軸回
りに関する姿勢（回転角）のみしか制御することができ
ず、ミラー並進位置に関しては自由に制御することはで
きない。
【０００８】また、特開平６−１７５０５０号公報に開
示されている光制御素子では、フレクシャルピボット
（フレキシブルピボット）を軸受として採用し、それに
正負２つの電極を組み合わせたアクチュエータを適用す
ることで、直交する２軸回りに関し高精度な回転角度制
御を可能としているが、この機構もやはり特開平３−２
６４９１１号公報に開示されている装置と同様に姿勢角
のみしか制御できず、位置に関しては機構的に制御する
ことは不可能である。
示されている光制御素子では、フレクシャルピボット
（フレキシブルピボット）を軸受として採用し、それに
正負２つの電極を組み合わせたアクチュエータを適用す
ることで、直交する２軸回りに関し高精度な回転角度制
御を可能としているが、この機構もやはり特開平３−２
６４９１１号公報に開示されている装置と同様に姿勢角
のみしか制御できず、位置に関しては機構的に制御する
ことは不可能である。
【０００９】本発明の目的は、高精度な位置決め制御が
可能な高精度位置決め制御装置を提供することである。
可能な高精度位置決め制御装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明では、アクチュエ
ータとして線形性に優れたボイスコイルモータ（ＶＣ
Ｍ）を用い、それを無摩擦無潤滑軸受であるフレクシャ
ルピボットと組み合わせた位置決め装置に対し、その装
置ダイナミクスを単純な線形２次振動系としてモデル化
した上で、線形制御理論として一般に広く知られるロバ
スト制御理論の中でも制御器を自動的に設計・導出でき
るＨ∞制御またはＬＭＩ制御系設計手法をこの位置決め
装置モデルに適用し、その結果得られる制御アルゴリズ
ムを位置決め制御器として実際に使用することで、高精
度位置決め制御が実現可能となる。
ータとして線形性に優れたボイスコイルモータ（ＶＣ
Ｍ）を用い、それを無摩擦無潤滑軸受であるフレクシャ
ルピボットと組み合わせた位置決め装置に対し、その装
置ダイナミクスを単純な線形２次振動系としてモデル化
した上で、線形制御理論として一般に広く知られるロバ
スト制御理論の中でも制御器を自動的に設計・導出でき
るＨ∞制御またはＬＭＩ制御系設計手法をこの位置決め
装置モデルに適用し、その結果得られる制御アルゴリズ
ムを位置決め制御器として実際に使用することで、高精
度位置決め制御が実現可能となる。
【００１１】本発明の高精度位置決め装置は、並進方向
に駆動トルクを発生するよう配置された直動型のボイス
コイルモータと、搭載機器を搭載する被駆動部と、位置
決め装置全体を固定するための固定部と、被駆動部と固
定部をつなぐための２つの結合リンクと、２つの結合リ
ンクと被駆動部および２つの結合リンクと固定部を結合
するために被駆動部と結合リンクの間ならび固定部と結
合リンク間にそれぞれ装着された８つのフレクシャルピ
ボットと、搭載機器の並進方向変位を検出するための変
位センサと、ボイスコイルモータを駆動制御するために
変位センサもしくは搭搭機器で検出される被駆動部の並
進方向変位をもとにボイスコイルモータの駆動指令信号
を発生する位置決め制御器を有する。
に駆動トルクを発生するよう配置された直動型のボイス
コイルモータと、搭載機器を搭載する被駆動部と、位置
決め装置全体を固定するための固定部と、被駆動部と固
定部をつなぐための２つの結合リンクと、２つの結合リ
ンクと被駆動部および２つの結合リンクと固定部を結合
するために被駆動部と結合リンクの間ならび固定部と結
合リンク間にそれぞれ装着された８つのフレクシャルピ
ボットと、搭載機器の並進方向変位を検出するための変
位センサと、ボイスコイルモータを駆動制御するために
変位センサもしくは搭搭機器で検出される被駆動部の並
進方向変位をもとにボイスコイルモータの駆動指令信号
を発生する位置決め制御器を有する。
【００１２】この場合、変位センサは、非接触型の光学
変位計などにより容易に構成することができる。
変位計などにより容易に構成することができる。
【００１３】本発明の実施態様によれば、位置決め制御
器に８つのフレクシャルピボットと被駆動部から構成さ
れる位置決め機構を２次振動系ω2／（Ｓ2＋２ζωＳ＋
ω2）｛Ｓ：ラプラス演算子、ζ：被駆動部の動作に関
する減衰係数、ω：被駆動部の動作に関する共振周波
数｝によりモデル化可能な機構としたことで、位置決め
機構に対しＨ∞制御系設計手法を適用し、位置決め制御
器に位置決め制御アルゴリズムを実現するものである。
器に８つのフレクシャルピボットと被駆動部から構成さ
れる位置決め機構を２次振動系ω2／（Ｓ2＋２ζωＳ＋
ω2）｛Ｓ：ラプラス演算子、ζ：被駆動部の動作に関
する減衰係数、ω：被駆動部の動作に関する共振周波
数｝によりモデル化可能な機構としたことで、位置決め
機構に対しＨ∞制御系設計手法を適用し、位置決め制御
器に位置決め制御アルゴリズムを実現するものである。
【００１４】本発明の他の実施態様によれば、位置決め
制御器に、８つのフレクシャルピボットと被駆動部から
構成される位置決め機構を２次振動系ω2／（Ｓ2＋２ζ
ωＳ＋ω2）｛Ｓ：ラプラス演算子、ζ：被駆動部の動
作に関する減衰係数、ω：被駆動部の動作に関する共振
周波数｝によりモデル化可能な機構としたことで、位置
決め機構に対しＬＭＩ制御系設計手法を適用し、位置決
め制御器に位置決め制御アルゴリズムを実現するもので
ある。
制御器に、８つのフレクシャルピボットと被駆動部から
構成される位置決め機構を２次振動系ω2／（Ｓ2＋２ζ
ωＳ＋ω2）｛Ｓ：ラプラス演算子、ζ：被駆動部の動
作に関する減衰係数、ω：被駆動部の動作に関する共振
周波数｝によりモデル化可能な機構としたことで、位置
決め機構に対しＬＭＩ制御系設計手法を適用し、位置決
め制御器に位置決め制御アルゴリズムを実現するもので
ある。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。
を参照しながら説明する。
【００１６】図１は本発明の一実施形態の、人工衛星搭
載機器の高精度位置決め装置を示す構成図で、同図
（Ａ）は正面図、同図（Ｂ）は右側面図である。同図
（Ａ）、（Ｂ）に示すように、この位置決め装置は、直
動並進型のボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１と、８つの
フレクシャルピボット２、３、４、５、６、７、８、９
と、固定部１０と、被駆動部１１と、搭載機器１２と、
変位センサ１３と、２つの結合リンク１４、１５と、位
置決め制御器１６から構成されている。この場合、変位
センサ１３は付加的な役割を担うもので、最終的に被駆
動部１１の動きは、被駆動部１１に搭載される搭載機器
１２として、観測機器（ＣＣＤカメラなど）などのミッ
ション機器を搭載することで直接被駆動部１１の並進方
向変位を検出する。その結果、被駆動部１１は搭載機器
ｌ２により直接計測された変位信号をもとに、位置決め
制御器１６で発生した駆動信号によりＶＣＭ１を介し駆
動される構成となる。
載機器の高精度位置決め装置を示す構成図で、同図
（Ａ）は正面図、同図（Ｂ）は右側面図である。同図
（Ａ）、（Ｂ）に示すように、この位置決め装置は、直
動並進型のボイスコイルモータ（ＶＣＭ）１と、８つの
フレクシャルピボット２、３、４、５、６、７、８、９
と、固定部１０と、被駆動部１１と、搭載機器１２と、
変位センサ１３と、２つの結合リンク１４、１５と、位
置決め制御器１６から構成されている。この場合、変位
センサ１３は付加的な役割を担うもので、最終的に被駆
動部１１の動きは、被駆動部１１に搭載される搭載機器
１２として、観測機器（ＣＣＤカメラなど）などのミッ
ション機器を搭載することで直接被駆動部１１の並進方
向変位を検出する。その結果、被駆動部１１は搭載機器
ｌ２により直接計測された変位信号をもとに、位置決め
制御器１６で発生した駆動信号によりＶＣＭ１を介し駆
動される構成となる。
【００１７】この人工衛星搭載機器の高精度位置決め装
置では、図１に示すように、被駆動部１１の対峙する２
つの側面に４つのフレクシャルピボット３、５、８、９
が装着されている。さらに、固定部１０には４つのフレ
クシャルピボット２、４、６、７が装着され、被駆動部
１１に装着された４つのフレクシャルピボット３、５、
８、９との間で、フレクシャルピボット４、６、５、８
に対し結合リンク１５、フレクシャルピボット２、７、
３、９に対し結合リンク１４を装着することで、固定部
１０に対向する被駆動部１１が姿勢を変えず並進運動す
ることが可能となる。そこで、被駆動部１１が固定部１
０に対し並進運動するようその方向に駆動力を発生でき
る直動型ＶＣＭ１を被駆動部１１と固定部１０の間に装
着することで、固定部１０に対し被駆動部１１の並進方
向位置決め制御が可能となる。
置では、図１に示すように、被駆動部１１の対峙する２
つの側面に４つのフレクシャルピボット３、５、８、９
が装着されている。さらに、固定部１０には４つのフレ
クシャルピボット２、４、６、７が装着され、被駆動部
１１に装着された４つのフレクシャルピボット３、５、
８、９との間で、フレクシャルピボット４、６、５、８
に対し結合リンク１５、フレクシャルピボット２、７、
３、９に対し結合リンク１４を装着することで、固定部
１０に対向する被駆動部１１が姿勢を変えず並進運動す
ることが可能となる。そこで、被駆動部１１が固定部１
０に対し並進運動するようその方向に駆動力を発生でき
る直動型ＶＣＭ１を被駆動部１１と固定部１０の間に装
着することで、固定部１０に対し被駆動部１１の並進方
向位置決め制御が可能となる。
【００１８】この実施の形態によれば、ＶＣＭ１を適宜
駆動し、被駆動部１１に搭載された搭載機器１２もしく
は変位センサ１３により検出されたその変位量を位置決
め制御器１６にフィードバックすることで、位置決め制
御器１６が生成する駆動信号でＶＣＭ１を駆動制御し、
被駆動部１１の位置を高精度に制御することができる。
このとき、被駆動部１１と固定部１０は２つの結合リン
ク１４、１５と８つのフレクシャルピボット２、３、
４、５、６、７、８、９によって互いに結合しているこ
とから、被駆動部１１には各フレクシャルピボット２、
３、４、５、６、７、８、９で発生する弾性力が作用す
ることとなるが、一方、通常の固転型軸受を適用した場
合必ず発生する摩擦力がフレクシャルピボット２、３、
４、５、６、７、８、９では全く発生しないことから、
ＶＣＭ１ではフレクシャルピボット２、３、４、５、
６、７、８、９が発生する弾性力のみを打ち消し、搭載
機器１２を装着した被駆動部１１の並進方向位置を制御
する力を発生するだけでよいことになる。一般にフレク
シャルピボット２、３、４、５、６、７、８、９の弾性
特性は比較的正確に同定することが可能であり、したが
ってそのモデル化は容易であるという特微がある。一
方、汎用的な回転型軸受では、駆動部に潤滑が必要とな
ると同時に必ず摩擦力が発生するが、その特性を正確に
同定することは困難であり、モデル化がしにくいという
欠点がある。
駆動し、被駆動部１１に搭載された搭載機器１２もしく
は変位センサ１３により検出されたその変位量を位置決
め制御器１６にフィードバックすることで、位置決め制
御器１６が生成する駆動信号でＶＣＭ１を駆動制御し、
被駆動部１１の位置を高精度に制御することができる。
このとき、被駆動部１１と固定部１０は２つの結合リン
ク１４、１５と８つのフレクシャルピボット２、３、
４、５、６、７、８、９によって互いに結合しているこ
とから、被駆動部１１には各フレクシャルピボット２、
３、４、５、６、７、８、９で発生する弾性力が作用す
ることとなるが、一方、通常の固転型軸受を適用した場
合必ず発生する摩擦力がフレクシャルピボット２、３、
４、５、６、７、８、９では全く発生しないことから、
ＶＣＭ１ではフレクシャルピボット２、３、４、５、
６、７、８、９が発生する弾性力のみを打ち消し、搭載
機器１２を装着した被駆動部１１の並進方向位置を制御
する力を発生するだけでよいことになる。一般にフレク
シャルピボット２、３、４、５、６、７、８、９の弾性
特性は比較的正確に同定することが可能であり、したが
ってそのモデル化は容易であるという特微がある。一
方、汎用的な回転型軸受では、駆動部に潤滑が必要とな
ると同時に必ず摩擦力が発生するが、その特性を正確に
同定することは困難であり、モデル化がしにくいという
欠点がある。
【００１９】そのため、被駆動部１１と固定部１０とを
結合する軸受部に潤滑が不要で無摩擦特性を持つフレク
シャルピボット２、３、４、５、６、７、８、９を適用
することで、ＶＣＭ１を含むこの位置決め機構の駆動ダ
イナミクスを容易にモデル化可能で、その結果、従来に
ない高精度な位置決め制御を達成できる。
結合する軸受部に潤滑が不要で無摩擦特性を持つフレク
シャルピボット２、３、４、５、６、７、８、９を適用
することで、ＶＣＭ１を含むこの位置決め機構の駆動ダ
イナミクスを容易にモデル化可能で、その結果、従来に
ない高精度な位置決め制御を達成できる。
【００２０】次に、本発明の第２の実施の形態では、フ
レクシャルピボット２〜９と被駆動部１１から構成され
る位置決め機構を単純な２次振動系ω2／（Ｓ2＋２ζω
Ｓ＋ω2）｛Ｓ：ラプラス演算子、ζ：減衰係数、ω：
共振周波数｝によりモデル化することで、該モデルにロ
バスト制御器設計手法の一つであるＨ∞制御系設計手法
を適用可能とし、その手法を用いて設計した位置決め制
御アルゴリズムを位置決め制御器１６として実現するこ
とで、被駆動部１１の位置決め制御を行う。このとき被
駆動部１１の位置は、搭載機器１２もしくは変位センサ
１３によって検出する。
レクシャルピボット２〜９と被駆動部１１から構成され
る位置決め機構を単純な２次振動系ω2／（Ｓ2＋２ζω
Ｓ＋ω2）｛Ｓ：ラプラス演算子、ζ：減衰係数、ω：
共振周波数｝によりモデル化することで、該モデルにロ
バスト制御器設計手法の一つであるＨ∞制御系設計手法
を適用可能とし、その手法を用いて設計した位置決め制
御アルゴリズムを位置決め制御器１６として実現するこ
とで、被駆動部１１の位置決め制御を行う。このとき被
駆動部１１の位置は、搭載機器１２もしくは変位センサ
１３によって検出する。
【００２１】さらに、本発明の第３の実施の形態では、
位置決め機構を単純な２次振動系ω 2／（Ｓ2＋２ζωＳ
＋ω2）｛Ｓ：ラプラス演算子、ζ：減衰係数、ω：共
振周波数｝によりモデル化することで、該モデルにロバ
スト制御器設計手法の一つであるＬＭＩ制御系設計手法
を適用可能とし、その手法を用いて設計した位置決め制
御アルゴリズムを位置決め制御器１６として実現するこ
とで、被駆動部１１の位置決め制御を行う。このとき被
駆動部１１の位置は、搭載機器１２もしくは変位センサ
１３によって検出する。
位置決め機構を単純な２次振動系ω 2／（Ｓ2＋２ζωＳ
＋ω2）｛Ｓ：ラプラス演算子、ζ：減衰係数、ω：共
振周波数｝によりモデル化することで、該モデルにロバ
スト制御器設計手法の一つであるＬＭＩ制御系設計手法
を適用可能とし、その手法を用いて設計した位置決め制
御アルゴリズムを位置決め制御器１６として実現するこ
とで、被駆動部１１の位置決め制御を行う。このとき被
駆動部１１の位置は、搭載機器１２もしくは変位センサ
１３によって検出する。
【００２２】本位置決め装置の作用を明確にするため第
１の実施の形態の位置決め装置において、第２、第３の
実施の形態であるＨ∞制御系設計手法ならびにＬＭＩ制
御系設計手法により設計した制御アルゴリズムを位置決
め制御器１６として実現し、被駆動部１１のステップ応
答実験を実施した。このとき、Ｈ∞制御系設計手法なら
びにＬＭＩ制御系設計手法を適用し位置決め制御器１６
を設計するため用いた２次振動系モデルω2／（Ｓ2＋２
ζωＳ＋ω2）のパラメータは、第１の実施の形態であ
る位置決め装置に対しその特性を同定し得られたζ＝
０．００７７、ω＝７．１１７５を用いた。
１の実施の形態の位置決め装置において、第２、第３の
実施の形態であるＨ∞制御系設計手法ならびにＬＭＩ制
御系設計手法により設計した制御アルゴリズムを位置決
め制御器１６として実現し、被駆動部１１のステップ応
答実験を実施した。このとき、Ｈ∞制御系設計手法なら
びにＬＭＩ制御系設計手法を適用し位置決め制御器１６
を設計するため用いた２次振動系モデルω2／（Ｓ2＋２
ζωＳ＋ω2）のパラメータは、第１の実施の形態であ
る位置決め装置に対しその特性を同定し得られたζ＝
０．００７７、ω＝７．１１７５を用いた。
【００２３】図２は、位置決め制御器１６としてＨ∞制
御系設計手法により実現した制御器とＬＭＩ制御系設計
手法により実現した制御器を適用した場合のステップ応
答結果を、従来のＰＩ制御器により実現した制御器を位
置決め制御器１６として適用した場合と比較して示した
結果である。
御系設計手法により実現した制御器とＬＭＩ制御系設計
手法により実現した制御器を適用した場合のステップ応
答結果を、従来のＰＩ制御器により実現した制御器を位
置決め制御器１６として適用した場合と比較して示した
結果である。
【００２４】図２の点線で示すように、位置決め装置を
２次振動系としてモデル化せず、単純にＰＩ制御器によ
って位置決め制御器１６を実現した場合では、被駆動部
１１の変位が振動的に変化してしまい、かつ目標値（１
０ｍｍ）への整定時間も長時間（１０秒以上）かかって
しまっていることが確認できる。それに対して図２の実
線で示すように、位置決め装置を２次振動系としてモデ
ル化した上で、Ｈ∞制御系設計手法を適用して位置決め
制御器１６を実現した場合には、目標値に対しオーバー
シュートもほとんどなく、短時間に（４秒以内）整定し
ていることが確認できる。また、図２の破線で示すよう
に、Ｈ∞制御系設計手法のかわりにＬＭＩ制御系設計手
法を適用し位置決め制御器１６を実現した場合には、実
線で示すＨ∞制御系設計手法による位置決め制御器１６
と比較すると若干のオーバーシュートが発生してしまっ
ているものの、点線で示すＰＩ制御器による応答と比べ
るとその量は抑えられており、さらに整定時間もＨ∞制
御系設計手法による結果と同様に短時間化（４秒以内）
を達成していることがわかる。
２次振動系としてモデル化せず、単純にＰＩ制御器によ
って位置決め制御器１６を実現した場合では、被駆動部
１１の変位が振動的に変化してしまい、かつ目標値（１
０ｍｍ）への整定時間も長時間（１０秒以上）かかって
しまっていることが確認できる。それに対して図２の実
線で示すように、位置決め装置を２次振動系としてモデ
ル化した上で、Ｈ∞制御系設計手法を適用して位置決め
制御器１６を実現した場合には、目標値に対しオーバー
シュートもほとんどなく、短時間に（４秒以内）整定し
ていることが確認できる。また、図２の破線で示すよう
に、Ｈ∞制御系設計手法のかわりにＬＭＩ制御系設計手
法を適用し位置決め制御器１６を実現した場合には、実
線で示すＨ∞制御系設計手法による位置決め制御器１６
と比較すると若干のオーバーシュートが発生してしまっ
ているものの、点線で示すＰＩ制御器による応答と比べ
るとその量は抑えられており、さらに整定時間もＨ∞制
御系設計手法による結果と同様に短時間化（４秒以内）
を達成していることがわかる。
【００２５】なお、以上の実施の形態においては、人工
衛星搭載機器の位置決め装置として述べたが、本発明の
位置決め装置は地上でも利用可能であり、人工衛星搭載
機器用に限るものではない。
衛星搭載機器の位置決め装置として述べたが、本発明の
位置決め装置は地上でも利用可能であり、人工衛星搭載
機器用に限るものではない。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被駆動部に対し並進方向に関し高精度位置決めができる
ため、被駆動部に搭載可能な人工衛星搭載機器の高精度
位置決め制御が可能である。
被駆動部に対し並進方向に関し高精度位置決めができる
ため、被駆動部に搭載可能な人工衛星搭載機器の高精度
位置決め制御が可能である。
【００２７】また、本発明によれば、この位置決め装置
に関する正確なダイナミクスモデルの導出が容易である
ため、一般に広く知られるロバスト制御理論を、本位置
決め制御手法として実際に適用可能とするとともに、そ
の制御手法の実現により、被駆動部の応答性を向上さ
せ、高精度位置決め制御が達成可能となる。
に関する正確なダイナミクスモデルの導出が容易である
ため、一般に広く知られるロバスト制御理論を、本位置
決め制御手法として実際に適用可能とするとともに、そ
の制御手法の実現により、被駆動部の応答性を向上さ
せ、高精度位置決め制御が達成可能となる。
【図１】本発明の一実施形態の高精度位置決め装置を示
す構成図である。
す構成図である。
【図２】ステップ応答実験の結果を示す図である。
【図３】従来の人工衛星搭載機器の高精度位置決め装置
の一例を示すブロック図である。
の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】 １ ボイスコイルモータ（ＶＣＭ） ２〜９ フレクシャルピボット １０ 固定部 １１ 被駆動部 １２ 搭載機器 １３ 変位センサ １４、１５ 結合リンク ｌ６ 位置決め制御器 １０１ ピエゾアクチュエータ １０２ 被駆動部 １０３ ギャップセンサ １０４ 固定部 １０５ エタロン板 １０６ エタロン板 １１０ ピエゾアクチュエータ １１１ ギャップセンサ １１２ ギャップセンサ １１４ ギャップセンサ １２０ ピエゾアクチュエータ
Claims (3)
- 【請求項１】 搭載機器の高精度位置決めを可能とする
位置決め装置であって、並進方向に駆動トルクを発生す
るよう配置された直動型のボイスコイルモータと、前記
搭載機器を搭載する被駆動部と、前記位置決め装置全体
を固定するための固定部と、前記被駆動部と前記固定部
をつなぐための２つの結合リンクと、前記２つの結合リ
ンクと前記被駆動部および前記２つの結合リンクと前記
固定部を結合するために前記被駆動部と前記結合リンク
の間ならび前記固定部と前記結合リンク間にそれぞれ装
着された８つのフレクシャルピボットと、前記搭載機器
の並進方向変位を検出する変位センサと、前記ボイスコ
イルモータを駆動制御するために前記変位センサもしく
は前記搭載機器で検出される前記被駆動部の並進方向変
位をもとに前記ボイスコイルモータの駆動指令信号を発
生する位置決め制御器を有する高精度位置決め装置。 - 【請求項２】 前記８つのフレクシャルピボットと前記
被駆動部から構成される位置決め構構を２次振動系ω2
／（Ｓ2＋２ζωＳ＋ω2）｛Ｓ：ラプラス演算子、ζ：
被駆動部の動作に関する減衰係数、ω：被駆動部の動作
に関する共振周波数｝によりモデル化可能な機構とした
ことで、前記位置決め機構に対しＨ∞制御系設計手法を
適用し、前記位置決め制御器に位置決め制御アルゴリズ
ムを実現した請求項１記載の高精度位置決め装置。 - 【請求項３】 前記位置決め制御器は、前記８つのフレ
クシャルピボットと前記被駆動部から構成され位置決め
機構を２次振動系ω2／（Ｓ2＋２ζωＳ＋ω 2）｛Ｓ：
ラプラス演算子、ζ：被駆動部の動作に関する減衰係
数、ω：被駆動部の動作に関する共振周波数｝によりモ
デル化可能な様構としたことで、前記位置決め機構に対
しＬＭＩ制御系設計手法を適用し、前記位置決め制御器
に位置決め制御アルゴリズムを実現した請求項１記載の
高精度位置決め装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21313897A JPH1153032A (ja) | 1997-08-07 | 1997-08-07 | 高精度位置決め装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21313897A JPH1153032A (ja) | 1997-08-07 | 1997-08-07 | 高精度位置決め装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1153032A true JPH1153032A (ja) | 1999-02-26 |
Family
ID=16634212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21313897A Pending JPH1153032A (ja) | 1997-08-07 | 1997-08-07 | 高精度位置決め装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1153032A (ja) |
-
1997
- 1997-08-07 JP JP21313897A patent/JPH1153032A/ja active Pending
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