JPS62126401A - 位置制御装置 - Google Patents
位置制御装置Info
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- JPS62126401A JPS62126401A JP26773685A JP26773685A JPS62126401A JP S62126401 A JPS62126401 A JP S62126401A JP 26773685 A JP26773685 A JP 26773685A JP 26773685 A JP26773685 A JP 26773685A JP S62126401 A JPS62126401 A JP S62126401A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈発明の技術分野〉
この発明は、例えば半導体製造装置等に用いられる超精
密用ＸＹステージの他、プリンタヘッドやＸＹプロッタ
等における移動体を目標値てへ移動させ且つ位置決めす
るのに使用する位置制御装置に関する。
密用ＸＹステージの他、プリンタヘッドやＸＹプロッタ
等における移動体を目標値てへ移動させ且つ位置決めす
るのに使用する位置制御装置に関する。
〈発明の概要〉
この発明は、Ｔ Ｐ Ｄ ｉｌｉ制御系を移動体の位
置制御装置として構成すると共に、フィードバソり補償
制御系におけるゲイン操作をもって移動体の動特性を改
善するよう構成してあり、これにより装置の汎用性や生
産性を向上させている。
置制御装置として構成すると共に、フィードバソり補償
制御系におけるゲイン操作をもって移動体の動特性を改
善するよう構成してあり、これにより装置の汎用性や生
産性を向上させている。
またこの発明は、位置制御装置における処理をディジタ
ル処理で行う構成としており、これにより経年変化がな
く、装置の安全性や信頼性を高めている。
ル処理で行う構成としており、これにより経年変化がな
く、装置の安全性や信頼性を高めている。
〈発明の背景〉
従来のこの種位置制御装置は、第３図に示す如く、移動
体２１の現在位置データＸＲをフィードバンクする位置
フィードバックループ２２と、移動体２１の現在速度デ
ータ■８をフィードバックする速度フィードバックルー
プ２３とを含んだものである。前記位置フィードバック
ループ２２においては、目標位置データＸ０と現在位置
データＸＩとの偏差ΔＸ（以下、これを「位置偏差デー
タ」という）が求められ、この位置偏差データΔＸがゼ
ロになるよう、移動体２１の目標位置への位置決め制御
が行われる。
体２１の現在位置データＸＲをフィードバンクする位置
フィードバックループ２２と、移動体２１の現在速度デ
ータ■８をフィードバックする速度フィードバックルー
プ２３とを含んだものである。前記位置フィードバック
ループ２２においては、目標位置データＸ０と現在位置
データＸＩとの偏差ΔＸ（以下、これを「位置偏差デー
タ」という）が求められ、この位置偏差データΔＸがゼ
ロになるよう、移動体２１の目標位置への位置決め制御
が行われる。
前記位置偏差データΔＸは、定常位置偏差をゼロにする
ため、積分器２４で積分された後、つぎのブロック２５
で位置フィードバックループ２２の制御特性向上のため
の補償を与え、さらにつぎのブロック２６でゲインＫＡ
を与えている。
ため、積分器２４で積分された後、つぎのブロック２５
で位置フィードバックループ２２の制御特性向上のため
の補償を与え、さらにつぎのブロック２６でゲインＫＡ
を与えている。
前記速度フィードバックループ２３は、移動体２１の制
御系にダンピング要素を与えるためのもので、ブロック
２７で速度フィードバックルー１２３の制御特性改善の
ための補償を与え、ざらにつぎのブロック２８でゲイン
に８を与えている。
御系にダンピング要素を与えるためのもので、ブロック
２７で速度フィードバックルー１２３の制御特性改善の
ための補償を与え、ざらにつぎのブロック２８でゲイン
に８を与えている。
前記ブロック２７の補償要素は、移動体２１および移動
体駆動用モータ２９の組み合わせが制御対象であり、ま
たブロック２５の補償要素は、速度フィードバックルー
プ２３自体が制御対象であるが、それぞれ補償要素は各
ループ２２゜２３中、制御対象に対し直列接続されてい
るため、制御対象を完全補償することができない。
体駆動用モータ２９の組み合わせが制御対象であり、ま
たブロック２５の補償要素は、速度フィードバックルー
プ２３自体が制御対象であるが、それぞれ補償要素は各
ループ２２゜２３中、制御対象に対し直列接続されてい
るため、制御対象を完全補償することができない。
これは、補償要素が制御対象に直列接続されると、制御
系全体では、制御対象自身の次数よりさらに高次の形式
をとることになるため、制御入力ｘ０に対する制御系の
動的な応答を、簡単に求められなくなるからである。こ
のため上記ブロック２５．２７の補償要素は、制御対象
の動特性を部分的にしか補償できず、ニコルズ線図、ボ
ード線図、ナイキスト線図等のチャートを用いなければ
制御特性の改善をはかることができないばかりでなく、
制御特性を自由に改善することが困難であり、これでは
位置制御装置の汎用性や生産性が悪くなる等の問題があ
る。
系全体では、制御対象自身の次数よりさらに高次の形式
をとることになるため、制御入力ｘ０に対する制御系の
動的な応答を、簡単に求められなくなるからである。こ
のため上記ブロック２５．２７の補償要素は、制御対象
の動特性を部分的にしか補償できず、ニコルズ線図、ボ
ード線図、ナイキスト線図等のチャートを用いなければ
制御特性の改善をはかることができないばかりでなく、
制御特性を自由に改善することが困難であり、これでは
位置制御装置の汎用性や生産性が悪くなる等の問題があ
る。
〈発明の目的〉
この発明は、上記問題を解消するためのものであって、
前記部分的な補償を完全補償となし、汎用性および生産
性を向上すると共に、制御特性の改善を自由に行うこと
のできる新規な位置制？ＩＩＩ装置を提供することを目
的とする。
前記部分的な補償を完全補償となし、汎用性および生産
性を向上すると共に、制御特性の改善を自由に行うこと
のできる新規な位置制？ＩＩＩ装置を提供することを目
的とする。
〈発明の構成および効果〉
上記目的を達成するため、この発明では、移動体の現在
位置をディジタル量で計数して現在位置データを求める
計数器と、現在位置データをサンプリングして現在速度
データを求める速度演算器と、目標位置データと現在位
置データとの差を演算して位置偏差データを求める位置
偏差演算器と、前記現在速度データおよび位置偏差デー
タを入力してディジタル操作量を算出しこれを移動体の
駆動機構へ出力する操作量演算部とで位置制御装置を形
成し、 前記操作量演算部は、位置偏差データを積分′／′Ａ算
してゲイン設定する第１のゲイン設定手段と、現在速度
データにゲイン設定する第２のゲイン設定手段と、位置
偏差データを正負反転してゲイン設定する第３のゲイン
設定手段と、第１のゲイン設定手段によるゲイン設定結
果に対し第２および第３の各ゲイン設定手段によるゲイ
ン設定結果をフィードバンクしてディジタル操作量を算
出するディジタル操作量算出手段とを含ませることとし
た。
位置をディジタル量で計数して現在位置データを求める
計数器と、現在位置データをサンプリングして現在速度
データを求める速度演算器と、目標位置データと現在位
置データとの差を演算して位置偏差データを求める位置
偏差演算器と、前記現在速度データおよび位置偏差デー
タを入力してディジタル操作量を算出しこれを移動体の
駆動機構へ出力する操作量演算部とで位置制御装置を形
成し、 前記操作量演算部は、位置偏差データを積分′／′Ａ算
してゲイン設定する第１のゲイン設定手段と、現在速度
データにゲイン設定する第２のゲイン設定手段と、位置
偏差データを正負反転してゲイン設定する第３のゲイン
設定手段と、第１のゲイン設定手段によるゲイン設定結
果に対し第２および第３の各ゲイン設定手段によるゲイ
ン設定結果をフィードバンクしてディジタル操作量を算
出するディジタル操作量算出手段とを含ませることとし
た。
この発明の位置制御装置は、Ｉ−ＰＤ制御系を完全に構
成するものであって、制御対象の動特性を直接同定でき
るため、制御特性の改善が数値化でき、装置の汎用性お
よび生産性を改善することができる。また位置制御装置
の処理をディジタル処理で行うから、経年変化がなく、
装置の安定性や信頼性を向上でき、しかもデータ処理を
マイクロコンピュータをもって行えるから、自己診断機
能を持つことができるようになり、装置の保守性も向上
し得る等、発明口約を達成した顕著な効果を奏する。
成するものであって、制御対象の動特性を直接同定でき
るため、制御特性の改善が数値化でき、装置の汎用性お
よび生産性を改善することができる。また位置制御装置
の処理をディジタル処理で行うから、経年変化がなく、
装置の安定性や信頼性を向上でき、しかもデータ処理を
マイクロコンピュータをもって行えるから、自己診断機
能を持つことができるようになり、装置の保守性も向上
し得る等、発明口約を達成した顕著な効果を奏する。
〈実施例の説明〉
第１図はこの発明にかかる位置制御装置の一構成例を示
す。
す。
図示例において、移動体１は例えばＸＹステージ等であ
って、リニアモータ等のモータ２で駆動される。移動体
１の位置計測は測長系３で実施され、その出力を計数器
４で計数することによって、現在位置データＸ、がディ
ジタル量として求められる。この現在位置データｘＲは
、位置フィードバックループ５でフィードバックされ、
ランチ回路６で保持された目標位置データＸ０との差（
ＸＯＸＲ）を演算器７で演算して、位置偏差データΔＸ
が算出される。この位置偏差データΔＸは、マイクロコ
ンピュータより成る操作量演算部８へ入力され、ブロッ
ク９で制御系の定常位置偏差をゼロにするための積分演
算が実行され、つぎのブロック１０でゲインに、をフィ
ードバック補償制御系１１の直流ゲインが１になるよう
な値に設定して、これをフィードバック補償制御系１１
へその入力として与える。なお操作量演算部８の演算タ
イミングは、インターバルタイマを用いた割り込み処理
によって行う。
って、リニアモータ等のモータ２で駆動される。移動体
１の位置計測は測長系３で実施され、その出力を計数器
４で計数することによって、現在位置データＸ、がディ
ジタル量として求められる。この現在位置データｘＲは
、位置フィードバックループ５でフィードバックされ、
ランチ回路６で保持された目標位置データＸ０との差（
ＸＯＸＲ）を演算器７で演算して、位置偏差データΔＸ
が算出される。この位置偏差データΔＸは、マイクロコ
ンピュータより成る操作量演算部８へ入力され、ブロッ
ク９で制御系の定常位置偏差をゼロにするための積分演
算が実行され、つぎのブロック１０でゲインに、をフィ
ードバック補償制御系１１の直流ゲインが１になるよう
な値に設定して、これをフィードバック補償制御系１１
へその入力として与える。なお操作量演算部８の演算タ
イミングは、インターバルタイマを用いた割り込み処理
によって行う。
前記フィードハック補償制御系１１は、制御対象である
移動体１の動特性を完全補償するためのものであって、
現在位置データＸＲをサンプリングすることにより現在
速度データ■８を算出する速度演算器１２を含んでいる
。この速度演算器１２のサンプリングレートは、前記操
作量演算部８の演算出力（ディジタル操作量Ｄｏ）の送
出タイミングと同期させてあり、この速度演算器１２で
算出された現在速度データ■Ｒは前記操作演算部８へ人
力される。
移動体１の動特性を完全補償するためのものであって、
現在位置データＸＲをサンプリングすることにより現在
速度データ■８を算出する速度演算器１２を含んでいる
。この速度演算器１２のサンプリングレートは、前記操
作量演算部８の演算出力（ディジタル操作量Ｄｏ）の送
出タイミングと同期させてあり、この速度演算器１２で
算出された現在速度データ■Ｒは前記操作演算部８へ人
力される。
前記現在速度データ■、は、操作演算部８のブロック１
３においてゲインに２が与えられてつぎの演算ブロック
１４へ送られる。また現在速度データ■８は、演算ブロ
ック１５において目標位置データＸ、との差（ＸＲＸｏ
）が演算されて、負の位置偏差データ〜ΔＸを求められ
、さらにつぎのブロック１５でゲインに３が与えられて
前記演算ブロック１４へ送られる。
３においてゲインに２が与えられてつぎの演算ブロック
１４へ送られる。また現在速度データ■８は、演算ブロ
ック１５において目標位置データＸ、との差（ＸＲＸｏ
）が演算されて、負の位置偏差データ〜ΔＸを求められ
、さらにつぎのブロック１５でゲインに３が与えられて
前記演算ブロック１４へ送られる。
この演算ブロック１４は、ゲインに２が与えられたデー
タとゲインに３が与えられたデータとを加算してフィー
ドバックするためのもので、さらに演算ブロック１７に
おいて、先にゲインに、が与えられたデータよりこのフ
ィードバックされたデータを減算して、ディジタル操作
量Ｄ０が算出される。
タとゲインに３が与えられたデータとを加算してフィー
ドバックするためのもので、さらに演算ブロック１７に
おいて、先にゲインに、が与えられたデータよりこのフ
ィードバックされたデータを減算して、ディジタル操作
量Ｄ０が算出される。
なお前記モータ２にはコイルインピーダンスと誘起電圧
の発生が考えられるので、移動体１を制御対象として直
接同定するために、モータ２は電流制御とし、またこの
電流制御用の構成としてモータ電源１８が挿入されてい
る。そしてモータ２は入力電流ｉを得てリニアな駆動力
Ｆを発生し、これにより移動体１を目標位置まで移動さ
せるものである。この場合、モータ電源１８への入力信
号はアナログ信号を用いるので、操作量演算部８より出
力されるディジタル操作ＩＤＯはＤ／Ａ変換器１９によ
りアナログ信号に変換される。
の発生が考えられるので、移動体１を制御対象として直
接同定するために、モータ２は電流制御とし、またこの
電流制御用の構成としてモータ電源１８が挿入されてい
る。そしてモータ２は入力電流ｉを得てリニアな駆動力
Ｆを発生し、これにより移動体１を目標位置まで移動さ
せるものである。この場合、モータ電源１８への入力信
号はアナログ信号を用いるので、操作量演算部８より出
力されるディジタル操作ＩＤＯはＤ／Ａ変換器１９によ
りアナログ信号に変換される。
しかして図示例の装置では、フィードバンク補償制御系
１１を構成する操作量演算部８においてゲインに２．に
、を操作することにより、制御対象である移動体ｌの完
全補償を行うものである。すなわち移動体１の時間ｔに
おける位置をＸ（ｔ）、その１階微分をｘ（ｔ）、２階
微分をＸ（ｔ）、移動体ｌの質量をＭ、粘性係数をａ１
４剛性値をａｏ＋モータ２の発生駆動力をＦ（ｔ）とし
、移動体ｌの動特性がつぎの０式で示す微分方程式で表
されるとすると、１階微分の項についてはゲインに２が
与えられた現在速度データ■８をフィードバックするこ
とにより完全補償し、またＯ階微分の項についてはゲイ
ンに３が与えられた負の位置偏差データーΔＸをフィー
ドバックすることにより完全補償するものである。
１１を構成する操作量演算部８においてゲインに２．に
、を操作することにより、制御対象である移動体ｌの完
全補償を行うものである。すなわち移動体１の時間ｔに
おける位置をＸ（ｔ）、その１階微分をｘ（ｔ）、２階
微分をＸ（ｔ）、移動体ｌの質量をＭ、粘性係数をａ１
４剛性値をａｏ＋モータ２の発生駆動力をＦ（ｔ）とし
、移動体ｌの動特性がつぎの０式で示す微分方程式で表
されるとすると、１階微分の項についてはゲインに２が
与えられた現在速度データ■８をフィードバックするこ
とにより完全補償し、またＯ階微分の項についてはゲイ
ンに３が与えられた負の位置偏差データーΔＸをフィー
ドバックすることにより完全補償するものである。
ＭＸ（ｔ）＋ａｔ Ｘ（ｔ）＋ａｏ Ｘ（ｔ）＝Ｆ（ｔ
）・・・・・・・・■ ところで目標位置データＸ０と現在位置データＸＲとは
、第２図＋１）に示す如く、絶対座標原点Ｏに対する位
置データとして与えられるので、前記Ｘ（ｔ）に相当す
るのは、目標位置データＸ０に対する現在位置データＸ
、の相対値（Ｘ ｔｔ−Ｘ。−−ΔＸ）ということにな
る。第２図（２）はこの関係を示しており、この場合目
標位置データＸ０が制御系の板厚点座標となる。そこで
０式のＯ階微分の項を補償するフィードバック量として
負の位置偏差データーΔＸが与えられるもので、このフ
ィードバック量は現在位置データＸ、が目標位置データ
Ｘ０に等しくなったときゼロになる。
）・・・・・・・・■ ところで目標位置データＸ０と現在位置データＸＲとは
、第２図＋１）に示す如く、絶対座標原点Ｏに対する位
置データとして与えられるので、前記Ｘ（ｔ）に相当す
るのは、目標位置データＸ０に対する現在位置データＸ
、の相対値（Ｘ ｔｔ−Ｘ。−−ΔＸ）ということにな
る。第２図（２）はこの関係を示しており、この場合目
標位置データＸ０が制御系の板厚点座標となる。そこで
０式のＯ階微分の項を補償するフィードバック量として
負の位置偏差データーΔＸが与えられるもので、このフ
ィードバック量は現在位置データＸ、が目標位置データ
Ｘ０に等しくなったときゼロになる。
かくして上式中、１階微分の項の粘性係数ａ１にはゲイ
ンに２が作用し、Ｏ階微分の項の剛性力ａ０にはゲイン
に３が作用するもので、制御対象の動特性を表す微分方
程式の係数を自由に変えることによって、移動体１の動
特性を改善でき、しかもゲインに２．に３の値の設定は
マイクロコンピュータのプログラム変数を操作するとい
う簡単な作業で行えるため、装置の汎用性や生産性を向
上することができる。また位置制御装置の処理をディジ
タル処理する構成であるから、経年変化がなくなり、装
置の安定性や信頼性を向上でき、さらにマイクロコンピ
ュータでデータ処理するよう構成すれば、自己診断機能
を持つことが可能となり、装置の保守性も向上させるこ
とができる。
ンに２が作用し、Ｏ階微分の項の剛性力ａ０にはゲイン
に３が作用するもので、制御対象の動特性を表す微分方
程式の係数を自由に変えることによって、移動体１の動
特性を改善でき、しかもゲインに２．に３の値の設定は
マイクロコンピュータのプログラム変数を操作するとい
う簡単な作業で行えるため、装置の汎用性や生産性を向
上することができる。また位置制御装置の処理をディジ
タル処理する構成であるから、経年変化がなくなり、装
置の安定性や信頼性を向上でき、さらにマイクロコンピ
ュータでデータ処理するよう構成すれば、自己診断機能
を持つことが可能となり、装置の保守性も向上させるこ
とができる。
なお上記実施例では、操作量演算部８からのディジタル
操作量出力をＤ／Ａ変換してモータ制御しているが、例
えばＰＷＭ方式でモータ制御を行えば、位置制御装置の
全ディジタル化をはかることができる。
操作量出力をＤ／Ａ変換してモータ制御しているが、例
えばＰＷＭ方式でモータ制御を行えば、位置制御装置の
全ディジタル化をはかることができる。
第１図はこの発明の位置制御装置の構成例を示すブロッ
ク図、第２図は絶対座標原点と現在位置および目標位置
との関係を示す図、第３図は従来例を示すブロック図で
ある。 ｌ・・・・移動体 ４・・・・計数器７・・・
・演算器 ８・・・・操作量演算部 １１・・・・フィードバンク補償制御系１２・・・・速
度演算器
ク図、第２図は絶対座標原点と現在位置および目標位置
との関係を示す図、第３図は従来例を示すブロック図で
ある。 ｌ・・・・移動体 ４・・・・計数器７・・・
・演算器 ８・・・・操作量演算部 １１・・・・フィードバンク補償制御系１２・・・・速
度演算器
Claims (2)
- （１）フィードバック補償制御系を有する移動体を目標
位置へ送るための位置制御装置であって、移動体の現在
位置をディジタル量で計数して現在位置データを求める
計数器と、 現在位置データをサンプリングして現在速度データを求
める速度演算器と、 目標位置データと現在位置データとの差を演算して位置
偏差データを求める位置偏差演算器と、 前記現在速度データおよび位置偏差データを入力してデ
ィジタル操作量を算出しこれを移動体の駆動機構へ出力
する操作量演算部とから成り、 この操作量演算部は、位置偏差データを積分演算してゲ
イン設定する第１のゲイン設定手段と、現在速度データ
にゲイン設定する第２のゲイン設定手段と、位置偏差デ
ータを正負反転してゲイン設定する第３のゲイン設定手
段と、第１のゲイン設定手段によるゲイン設定結果に対
し第２および第３の各ゲイン設定手段によるゲイン設定
結果をフィードバックしてディジタル操作量を算出する
ディジタル操作量算出手段とを含んで成る位置制御装置
。 - （２）前記操作量演算部は、マイクロコンピュータであ
る特許請求の範囲第１項記載の位置制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26773685A JPS62126401A (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 位置制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26773685A JPS62126401A (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 位置制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62126401A true JPS62126401A (ja) | 1987-06-08 |
Family
ID=17448859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26773685A Pending JPS62126401A (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 位置制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62126401A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH086603A (ja) * | 1994-04-18 | 1996-01-12 | Canon Inc | サーボ系の調整方法及びそのサーボ制御装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59195714A (ja) * | 1983-04-22 | 1984-11-06 | Nippon Seiko Kk | 可動体の位置決め制御装置 |
| JPS60515A (ja) * | 1984-05-30 | 1985-01-05 | Hitachi Ltd | 位置決め装置 |
-
1985
- 1985-11-27 JP JP26773685A patent/JPS62126401A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59195714A (ja) * | 1983-04-22 | 1984-11-06 | Nippon Seiko Kk | 可動体の位置決め制御装置 |
| JPS60515A (ja) * | 1984-05-30 | 1985-01-05 | Hitachi Ltd | 位置決め装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH086603A (ja) * | 1994-04-18 | 1996-01-12 | Canon Inc | サーボ系の調整方法及びそのサーボ制御装置 |
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