JPS62171014A - 位置決め制御装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の属する分野］ 本発明は、ステップアンドリピート型露光装置やＩｃホ
ンダ等の半導体製造装置、産業用ロボットおよびＮＧ工
作機械等における可動体の位置決め制御装置に関し、特
に、負荷の変動や摺動部の８ｍ力変化等の外乱の影響を
補正し、短時間に定常位置偏差なく位置決めでき、かつ
位置決め方向による定常位置偏差の差をなくすることを
可能とした位置決め制御装置に関する。

［従来技術の説明］ 従来、この種の可動体の位置決め制御装置の制御回路は
、第２０図のように構成されている。また、一般に、可
動体の位置決めは、第２１図の実線Ａのような基準目標
曲線に従って行なわれる。

第２１図において、ａ−ｅまでが速度制御区間であり、
可動体が位置決め目標位置（停止目標位置）近傍に達す
る点ｅで位置制御に切換えて最終的な位置決めを行なっ
ている。同図において、ａは加速開始点、ｂは最高速度
に達して定速駆動に移行する加速終了点、Ｃは減速開始
点、ｄは終速度に達する点すなわち減速終了点、ｅは速
度制御から位置制御への制御モード切換点、ｆは位置決
め完了点である。

第２０図において、速度制御モード時、アナログ１、ス
イッチ６は速度指令用Ｄ／Ａ変換器２を選択し、速度関
数発生器１で、第２１図ａ〜ｅのような基準速度曲線を
作り、Ｄ／Ａ変換器２で速度指令電圧を得る。増幅１７
、モータ８および速度検出器９の閉ループは速度フィー
ドバック制御による速度開部を行ない、Ｄ／Ａ変換器２
からの速度指令電圧に従った速度で可動体１０を移動す
る。次に制御モード切換位置ｅにてより高精度に位置決
めする位５制御モードに切換ねり、アナログスイッチ６
は位置偏差出力用Ｄ／Ａ変換器５を選択する。位置偏差
カウンタ４に始まるＤ／Ａ変換器５、増幅器７、モータ
８、可動体１０、位置検出器１１の閉ループは位置決め
フィードバック制御系を形成する。

このような構成では、増幅器７のゲインの調整誤差やド
リフト、または摺動部の摩擦力の変化等の外乱等により
、減速終了位置ｄ（第２１図）から位置制御への切換位
置ｅまでの終速度の区間が第２１図の点線Ｂに示すよう
に長くなり、位置決めの時間を最短に安定良く維持する
のは困難であった。

また、このような装置の速度および位置の各制御系のル
ープゲインはそれぞれ一定であり、負荷の変動、摺動部
の摩擦力の変化、または系の剛性の変化等の要因により
、あるいは制御系を不安定にしないためにはループゲイ
ンを高く出来ない等の理由により、位置制御切換時に振
動が起きたり、定常位置偏差（停止目標位置と実際の停
止位置との偏差）が大きい、位置および移動方向により
定常位置偏差の大ぎさが変化するという欠点があった。

［発明の目的］ 本発明の目的は、上述の従来形における問題点に鑑み、
位置決め制御装置において、位置決め時間の短縮を図る
ことにある。さらに、本発明は、定常位置偏差および目
標位置や移動方向による定常位置偏差の変化を減少して
位置決め精度の向上を図ることをさらなる目的とする。

［実施例の説明］ 以下、本発明の詳細な説明する。

策ユ」ｕｌ」 ここで、第２１図を参照して本発明の第１実施例の原理
を説明する。第２１図は、横軸を時間（１）軸として、
各時点における可動体１０の速度Ｖ（以下、速度曲線と
いう）および位置×（以下、動作曲線という）を表わし
たもので、Ａは設計時、製造時またはプログラムロード
時等、装置の位置決め動作前に予め設定されている基準
目標曲線、Ｂはサーボ制ｍ誤差等により可動体の実速度
が曲線Ａとして設定された速度（基準速度）に一致しな
かった場合の実際の曲線例、Ｃは本発明に従って曲線Ｂ
における減速開始点Ｃ′をＣ″に補正した場合の曲線で
ある。

基準目標曲線Ａ上の各点ａ−ｆの座標は、それぞれ 加速開始点ａを位置ｘＯ１時刻ｔ。

加速終了点すを位置×１、時刻ｔ１ 減速開始点Ｃを位置ｘ２、時刻ｔ２ 減速終了点ｄを位置ｘ３、時刻ｔ３ 制御モード切換点ｅを位置×４、時刻ｔ４位置決め完了
点ｆを位置Ｘ５Ｎ時刻ｔ５とし、基準目標曲線Ａ上の各
点およびその座標に対応する曲線Ｂ（従来例）および曲
線Ｃ（本発明）上の各点およびその座標にはそれぞれ　
′および″を付して表わすものとする。また、 制御モード切換時の位置偏差をｐ１ 減速開始の目標とする位置偏差をｒ、 減速終了となるべき理論的な位置偏差をｑとする。これ
らの偏差ｐ、ｒ、　ｑは各々一定の値である。さらに、
ここでは、加速時間ｔｌ　−ｔ。

を一定、減速時間もｉ３−ｔ２−ｔ３　’−ｔ２１＝ｔ
３“−ｉ　２ｎ　＝一定とする。

ところで、この種の位置決め制御装置においては、負荷
変動や摺動部の摩擦力変化等のため、上記基準速度と可
動体１０の実速度とに差が生じる。

例として、第２１図の曲線Ｂで示すように実速度が遅く
なった場合について説明する。すなわち、可動体１０は
、実速度が基準速度に等しけれぼり準目標曲線Ａ上をａ
、ｂ、Ｃ，ｄ、ｅ、ｆのように推移して行くのであるが
、実際は最高速度が下がるため、減速開始位置×２に達
する時間がｔ２′となりｔ２’−ｔ２だけ遅くなる。ま
た、減速時間は一定値（ｔ＋　−ｔ２　＝１：３　’　
−１：２　’　）であるため、減速終了時間は１３′と
なる。減速区間における移動距離は、基準の最高速度を
ｖｂ、実際の最高速度をｖｂ’基準の終速度をＶｄ、実
際の終速度をｖｄ’　とすると、 曲線Ａでは （Ｘ３−Ｘ２　） ＝　（ｖｂ　十Ｖｄ　）Ｘ　（ｊ３−ｔ２）／２曲曲線
では （Ｘ３　’　−Ｘ２　’　） ＝（ｖｂ’　＋ｖｄ’　　）Ｘ（ｔ３’−ｔ２’　）／
２である。

ここで、ｖｂ　＞ｖｂ’　、ｖｄ　＞ｖｄ’　、（ｔ３
−ｔ２）＝　（ｊ３’−ｔ２’　）より、減速終了位置
×３′の減速終了目標位置×３からのずれ門は、ｊ＝Ｘ
３−Ｘ３　　’　　＝　　（（ｖｂ　　−ｖｂ　　’　
　）＋　　（ｖｄ−ｖｄ’））Ｘ（ｔ３　　ｔ２　）／
２　　　＞Ｑとなり、曲線Ｂに示すように、可動体は基
準の減速終了位置位！（ｄ点）より手前のｄ′点で減速
を終了することがわかる。

次に、終速度ｖｄ’で速度／位置制御モード切換位置ま
で低速移動する訳であるが、移動距離はＪだけ増えてい
るため、移動時間は長くなり、ｅ′点（ｔｑ’）で速度
／位置の切換が行なわれることになる。位置制御モード
に切換後、可動体は目標位置×５の極く近傍で停止し、
位置決めが完了するＢ’点、ｉ５’）。

このようなプロセスにより、実際の位置決め時間ｔ５′
は基準目標値ｔ５より長くなる。

位置決め時間を短縮するには誤差Ｊをｂ−ｃ間の高速区
間で補正すれば、ｖｄ’＜ｖｂ’であり、移動時間は速
度に反比例するためＪ／Ｖｄ’＞ｊ／ｖｂ　’　となり
、より短時間へ補正できることがわかる。

すなわち、新しい減速開始目標位置偏差をｒ″とし、ｒ
”＝ｒ−ｊとすれば良い。ノは減速終了時の可動体の位
置を停止目標位置からの位置偏差ｍとして測定し、この
測定値ｍと基準目標値ｑとの差、すなわちｔ＝ｍ−ｑと
して求めることができる。

新しい減速開始目標位置偏差ｒ″に基づいて減速を開始
した場合、第２１図に曲線Ｃで示すように、減速開始の
位置は×２“時間はｔ２″となって従来曲線Ｂに４３け
る減速開始時間ｔ２′よりも遅くなるが、減速終了位置
は基準目標曲線Ａと同じ×３となり、終速度区間での移
動距離は基準目標曲線Ａと同じになる。この区間での処
理時間は実速度ｖｄ’が基準速度ｖｄより低いため、ｔ
４″−ｔ３　″＞ｔ４−ｔ３となるが、実際上は、実速
度と基準速度とは差が比較的小さく、かつこの区間の移
動距離が微小なため位置決めの全所要時間ｔ５″とｔ５
とはほぼ同時間となる。一方、この減速開始の時点を補
正しない場合の曲線Ｂと比較してみると、ｔ５”−ｔ５
′＝ノ／Ｖｄ’−＃／ｖｂ’＞Ｑとなり、位置決め時間
は短縮される。

第１図は本発明の第１実施例のブロック図で、１は速度
関数発生器、２は速度指令値を速度指令電圧に変換する
Ｄ／Ａ変換器、３は可動体の停止目標位置ｘ５（ｆ点）
を格納する停止目標位置レジスタ、４は可動体の現在位
置とレジスタ３に格納されている停止目標位置との差で
ある位置偏差値を格納する位置−差カウンタ、５はカウ
ンタ４から出力される位お偏差値を位置偏差電圧に変換
するＤ／Ａ変換器、６は速度制御と位置制御との切換を
行なうアナログスイッチ、７はサーボアンプである増幅
器、８は可動体１０を駆動するモータ、９はタコジェネ
レータ等のモータ速度検出器、１０はスライドテーブル
またはロボットの腕等の可動体である。１１はロータリ
イエンコーダ、リニアスケールまたはレーザ測長器等の
位置検出器で、現在位置格納レジスタを含む。１３は位
置決め終了後の位置誤差（エラー）つまり定常位置誤差
εを格納するレジスタ、１４は減速終了目標位置（ｄ点
）を絶対値×３としてではなく偏差値ｑで格納するレジ
スタ、１５は前回位置決め時の実際の減速終了位置ｍの
減速終了目標位置ｑに対する誤差Ｊ＝ｍ−ｑを算出する
差分器、１６は前回位置決め時の減速終了位＠ｍを記憶
するラッチ、１７は減速開始位置の補正値１を格納する
レジスタ、１８は減速開始位置ｒ（ｃ点〉および速度／
位置制御モード切換′）位置ｐ（ｅ点）を格納するレジ
スタ、１９は現在位置と切換位置ｒ”＝ｒ−４とを比較
する比較器である。また、Ａ＋　、Ａ２　、Ａ３は加減
算器である。

次に第１図の制御回路の作用を説明する。

電源投入後初めて位置決め動作をするとき、および最高
速度または速度関数等の条件を変えたとき、カウンタお
よびレジスタはクリアされる。減速終了目標位置偏差レ
ジスタ１４は、オペレータの入力操作またはこの制御回
路が適用される主装置からの指令により適宜設定または
変更することができる。

第１図の回路においては、オペレータの動作開始指令入
力操作または上記主装置からの動作開始指令により停止
目標位置レジスタ３に可動体の停止目標位置ｘ５（ｆ点
）が、切換位置レジスタ１８には切換位置データｐが、
レジスタ１４には減速終了位置位＠ｑがセットされる。

比較器１９においては位置偏差カウンタ４から構成され
る装置偏差値が切換位置偏差レジスタ１８から出力され
る切換位置データｐより大きければアナログスイッチ６
を速度制御側に切換え、切換位置偏差レジスタ１８の内
容を減速開始の偏差位置ｒ（絶対値Ｘ２　）にセットし
直すとともに速度関数発生器１をトリガし、これにより
、速度制御をＷＩ始する。一方、現在位置偏差値が切換
位置データｐより小さければ速度制御をやめて、侵述の
位置制御を行なう。

速度制御時、速度関数発生器１で発生した速度曲線に基
づいてＤ／Ａ変換器２より速度指令電圧が出力され、ア
ナログスイッチ６を介して速度サーボ系（増幅器７、モ
ータ８および速度検出器９の閉ループ）に与えられる。

これにより、可動体１０の速度ａ３よび位置は、第２１
図の曲線Ｂのａ′〜ｅ′のように変化する。この際、カ
ウンタ４の内容がレジスタ１８の内容ｒに一致すると、
比較器１９がこれを検出し、速度関数発生器１が応答し
て減速を開始する。そして、モータ８が点Ｃ′で減速を
開始した後、切換位置偏差レジスタ１８に切換位置ｐを
設定し、可動体１０の速度が終速度に達した点ｄ′の位
置偏差値ｍをレジスタ１６に記憶させる。

続いて、切換位置偏差レジスタ１８に設定された切換位
置ｐと現在位置カウンタで計測される現在位置とが一致
すると（第５図ｅ）、比較器１９はアナログスイッチ６
を位置制御側に切換える。

位置制御においては、位置偏差カウンタ４、Ｄ／Ａ変換
器５、増幅器７、モータ８、可動体１０、位置検出器１
１の閉ループにより、可動体１０の位置が高精度に位置
決めされる。

位置決め終了後、位置偏差カウンタ４内の定常位置誤差
猷εを補正値レジスタ１３に格納する。同様に、減速終
了目標位置偏差レジスタ１４の減速終了目標位置偏差ｑ
と減速終了位置偏差レジスタ１６の減速終了位置偏差ｍ
との差分値Ｊを差分器１５にて求め、減速開始位置補正
値レジスタ１７に格納する。この１回目の動作により、
減速終了位置の補正値Ｊと停止目標位置の補正値εが記
憶されたことになる。

２回目の動作時、停止目標位置レジスタ３、減速終了目
標位置偏差レジスタ１４および切換位置偏差レジスタ１
８には１回目と同様なＷｉ×５、ｑおよびｐ、ｒが設定
される。しかし、これらの値のうち×５およびｒは、今
度は、加減算器Ａ１およびＡ３により各々補正値εおよ
びノが加算または減算され補正される。

この場合、新しい（補正後の）減速開始位置偏差ｒ″は
次のようにして求められる。すなわち、減速終了目標位
置ｑと１回目の実際の減速終了位置ｍとの差Ｊ＝ｍ−ｑ
を差分器１５で求める。このずれｆｆ１Ｊだけ減速開始
位置を補正してやればよい。

従って、新しい減速開始位置ｒ／Ｊは減速開始位置ｒか
らずれ１Ｂ−Ｊを引いたＩＩＩＩ　ｒ’　−Ｊとなる。

新しい停止目標位置×５′は基準の停止目標位置×５に
現在位置偏差カウンタ４により求められ補正値レジスタ
１３に格納されたずれωεを加惇した値×５＋εとなる
。

これにＪ二り、１回目に学習した結果が２回目の動作に
反映され、その動作曲線は第２１図の２点鎖線Ｃのよう
になる。同図から明らかなように、学習の結果、減速開
始点がＣ′からＣ″に補正されることにより停止点はｆ
′からｆ　ＬＪのように短縮され、また、停止位置も×
５′＋εの位置からεだけ手前の位置すなわち停止目標
位置×５に近付く。

また、この制御回路においては、アナログ回路のドリフ
トやオフセット等も含めて補正することができるため、
これらのドリフトやオフセットの補正等の対策に、従来
必要であった高価な回路や高級な演算増幅器等が不要と
なり、装置のコスト・　ダウンを図ることができる。

なお、少なくとも２回目以降の動作時においては、位置
制御時、補正値レジスタ１７をクリアしておく。

肛λｌＬｆ九 第２図は、計算機を使用した本発明の第２の実施例を示
す。同図において、２０はマイクロコンピュータまたは
ミニコンピユータ等の中央演算処理１ｉｉ！　（ＣＰＵ
　）　、２１はＲＯＭ、ＲＡＭ等ツメモリ装置、２２は
計算機のバス、２３はアナログスイッチ６を切換えるた
めの切換指令装置である。

ここでは、第１図に１および１２〜１９で示されるブロ
ックの機能が、計算機のソフト処理に置き換えられてい
る。

次に第３図のフローチャートを参照しながら第２図の制
御回路の作用を説明する。

電源投入後の初期駆動または設定条件の変更時にはステ
ップＳＡＩからＳＡ２に進み、ステップＳＡ２にて各補
正値の初期化を行なう。すなわち、減速開始位置補正値
、位置決め補正値および補正回数を零とする。

位置決め動作においては、先ずステップＳＡ３にで目標
位置と位置決め補正値の差である目標値の計算を行なう
。目標位置は現在位置と移動距離との和で、最終的には
可動体１０を位置決めしたい位置である。

次に、計算機は、Ｄ／Ａ変換器２′およびアナログスイ
ッチ６を介して速度制御系に第２１図のような速度曲線
に基づく速度指令信号を出力し、可動体１０を移動させ
る。また、これと併行して、減速終了位置偏差ｍ１制御
切換位置偏差ｑおよび位置決め終了位置偏差εを、その
時々のタイミングで位置偏差カウンタ４′の計数値によ
り、読みとる（ステップＳＡ４〜Ｓ　Ａ　１４）。

ステップ５Ａ１５の補正値の計算は、補正回数１回目の
、減速開始補正値をΔＸ３　（ｉ）、位置決め補正値を
ΔＸ５（ｉ）、重み定数をＫｉとして、ΔＸ３　（ｉ）
＝ΔＸ３　　（ｉ　−１）　＋　（Ｑ−ｍ−Ｃｏｎｓｔ
）　／Ｋｉ ΔＸ５（ｉ）＝ΔＸ５　（ｉ−１）＋ε／Ｋｉとなる。

この制御回路による補正値の胴締は１．Ｆ２式を見て分
るように、ある一定の補正回数を過ぎると、補正値が収
束して安定する。

ｌ工１１１　　　。

本発明の第３〜８の実施例の説明に先立ってこれらの実
施例の原理について説明する。

第２０図の制御回路において、位置決め制御系のループ
ゲインをＫｏ　［１／Ｓ］、モータ８の定格トルクをＴ
ｐ［Ｎ−ｍ］、モータ８が定格回転数のときの送り速度
をＦｒ　　［ｍ／Ｓ］、モータ軸換篩負荷トルクをＴｄ
　　［Ｎ−ｍ］とすると、負荷トルクや摺動部の＊振力
の変化を考慮した場合の位置決め偏差（定常位置偏差）
ε［ｍ］はε＞　（Ｆｒ　／Ｋｏ　）　・（Ｔｄ　／Ｔ
ｐ　）となる。また、ループゲインＫＯはサーボ系のシ
ステム構成により一定の値以上に上げると発振状態とな
り不安定となるために上げられない。このため従来の方
法では定常位置偏差εは一定の値以下に下げることが出
来なかった。

ここで、ボールネジを使ったステージの位置決めｖ制御
系での発振限界の例を第４図にゲインＫＯと定常位置偏
差εとの関係で示す。実線は反モータ側、点線はモータ
側の発振限界を示す。これによるとゲインＫＯと位置偏
差εの関係はＫｏ＝Ｋ・ε−？ で表わされる。ただし、Ｋ、Ｐは比例定数であり位置に
より変化する場合がある。

従来の方法の場合、速度制御から位置制御に切換えた接
は一定ゲインであり、粘性１？擦を持つ系での減衰波形
は、ゲインが低い場合（例えば第５図のゲイン特性ａ）
は第６図にａで示すように指数関数的に収束するととも
に、ゲインが高い場合（第５図のｂ）は第６図にｂで示
すように振動的に収束し、一方、乾燥摩擦の場合は直線
的に一定偏差値に収束する。従って、位置偏差に応じた
安−窓領域でゲインＫＯが出来るだけ大きく設定される
ように、第５図の曲ＰｉＣ〜ｅの如く時間とともにゲイ
ンＫＯを上げて行くようにすると発振することなく第６
図の曲Ｉ！ｉＩＣに示すような応答特性を得ることがで
きる。

ざらに、この種のサーボ回路で位置決め制御を行なった
場合、摺動部や軸受等の摩擦力により、位置決めにヒス
テリシスが生じる。すなわち、位置偏差出力（サーボ増
幅器７への指令値）は位置偏差とリニアな関係にあるた
め、微小位置偏差におけるモータ８の発生トルクは上記
ｌＩ！擦力振力ち勝つことができずに不感帯として可動
体１０が移動することのできない領域が存在する。この
問題の解消策として、一般的には、サーボ回路に積分回
路を付加し、この微小位置偏差による指令電圧を時間と
ともに積分し、ｍｔｗ力に打ち勝つだけのモータトルク
を発生するよ′うにして定常位置偏差を零にしている。

すなわち、可動体の停止位置を停止目標位置に近付ける
ようにしている。しかし、このように積分回路を使用す
ると位置決め時間が長くなる。

また、前述したように、サーボ系のループゲインＫＯを
上げれば定常位置偏差εが零に近付き位置決め精度が上
がるが、ループゲインＫＯを上げていくとサーボ系とし
て不安定となり発振することがある。

そこで７、第３〜８の実施例では、上記欠点を解消する
口と、すなわち位置決め精度を上げる（定常位置偏差ε
を零とする）ことと位置決め時間を短縮することを目的
とし、摩擦の極類、大きざおよび系の剛性の大きさに応
じてゲイン曲線を選択することにより、定常位置偏差お
よび可動体の移動方向による定常位置偏差の差を極めて
小さくし、位置決め精度の向上を図っている。ゲイン曲
線は、次の思想に基づいて定めればよい。つまり、■速
度１ＩＩＪ御から位置制御へ切換えた時には位置偏差が
大きいため全体のループゲインを下げ、その後は時間と
ともに位置偏差が小さくなるのでループゲインを上げて
いく（第３〜５の実施例）。または、 ■定常位置偏差を零に極く近付けるためにはどの偏差位
置においても摩擦力に打ち勝つだけのモータトルクを発
生する位置偏差電圧が出力されるように位置偏差が小さ
いほどループゲインを高くするように可変ゲインとする
（第６〜８の実施例）。

第５図においてｃ−ｅは第３〜８の実施例で選択される
ゲイン特性例で、Ｃは直線変化、ｄは対数曲線変化、そ
してｅはｎ次曲線変化させる場合を示す。

第７図は本発明の第３の実施例を示す。同図において、
３〜５および７〜１１は第１図に同一の符号で示した各
７１コツクと共通または対応しており、３は停止目標位
置レジスタ、４は位置偏差カウンタ、５はＤ／Ａ変換器
、７はサーボアンプ、８はモータ、９はモータ速度検出
器、１０は可動体、１１は位置検出器である。

また、３２は最大速度レジスタ、３３は速度データと位
置偏差データのどちらかを選択するセレクタ、３４は乗
算器、３５はＤ／Ａ変換器、３６はＤ／Ａ変換器３５に
入力するデータを記憶するレジスタ、３１は速度データ
とゲインデータのどちらかを選択するセレクタである。

３８は速度曲線作成用の速度データを記憶している速度
曲線テーブルで、上述の台形波状の曲線だけでなく、バ
ーサイン波、サイクロイド波、ｎ次曲線等、種々の曲線
を正規化して記憶している。

つまり、この速度曲線テーブル３８としてのＲＯＭの内
容は、Ｄ／Ａ変換器３５として１２ビツトのものを使用
した場合、アドレスｎとそのアドレスｎに格納されてい
るデータＤ　（ｎ）との関係を例えばＤ　（ｎ＞　＝　
（２”　−１）　−Ｋ　（ｎ）＝２０４７−　Ｋ　（ｎ
　＞ （但し、０≦Ｋ（ｎ）≦１） としである。ここで、Ｋ　（ｎ）は、０＜ｎ≦２５６の
場合、例えば （１）　台形波　　　Ｋ　（ｎ　）　＝　ｎ／２５６（
２）　バーサイン曲線 Ｋ　（ｎ）　＝　（１／２　）　・＜　　１−ｃｏｓ　
　（ｎπ（３）　サイクロイド曲線 Ｋ　（ｎ＞　＝　（ｎ／２５６　）　−（１／２　π）
−ｓｉｎ　　（２ｎπ／２５６　＞ く４）　５次曲線 Ｋ　（ｎ）　＝　６−　（ｎ／２５６　）　−１５−（
ｎ／２５６送＋１０・（ｎ／２５６）’（５）　指数関
数曲線 Ｋ　（ｎ　＞　＝ｅｘｐ　　（（ｎ／２５６　）　−１
）とする。第８図は、台形波の場合の加減速時のデータ
Ｄ（ｎ）を１６進表示で示す。

第７図に戻って、３９はゲインを設定するテーブルであ
るゲイン設定テーブル（メモリ）、４０は可動体１０の
加減速時間およびゲイン設定を行なうタイミングを作る
ための基準クロックを発生する発振器である。この発振
器４０は図示しない可変抵抗器等によって外部より周波
数を変えることができる。４１は時間を計数するアップ
ダウンカウンタである。

次に、第７図の制御系の作用を説明する。

この制御系は、例えばマイクロプロセッサ等で構成され
る不図示の制御装置によりその動作を制御される。該制
御系においては、演算処理により、あるいはオペレータ
による入力操作により、可動体の移動距離および現在位
置（第２１図のＸＯ）と移動距離との和である停止目標
位１ｉｆＸｓが定まると、移動距離に応じて最大速度ｖ
　ｌｌ１ａｘを最大″Ｓ度レジスタ３２に設定し、速度
曲線テーブル３８の速度曲線を選択し、さらに、停止目
標位置×５を目標位置レジスタ３に設定するとともに、
目標位置の場所（絶対座標）に応じＣゲイン設定テーブ
ル３９のゲイン曲線を選択する。

ゲインテーブル３９としでは、可変ゲインデータを停止
目標位置の絶対座標にかかわらず同じ値を使う１次元テ
ーブルと、目標位置の存在する場所によっても変わる２
次元的なテーブルの２つが考えられるが、ここでは２次
元配列のものを用いる。

第７図の制御系においては、上記目標位＠×５および最
大速度Ｖ　ｗａｘ等が設定されると、発振器４０の発振
周波数を、可動体１０の加減速時間に見合った基準クロ
ック（周期２１秒）を得るように、設定し、カウンタ４
１を初期化し、セレクタ３３ｊ５よびセレクタ３１を速
度制御側に選択して第２１図におけるａ−ｄ区間の速度
制御を行なう。

ここで発振器４０の周期２１秒は、可動体１０の加速時
または減速時のサンプルカウント数、すなわちカウンタ
４１の出力する最大計数値をｎ、加減速時間をＴａＣ［
秒］としてＴａｃ＝ｎｘΔＴ［秒］より求まる値に周波
数を可変することによって設定する。また、基準速度Ｖ
はＶ＝Ｋ　（ｎ）　・Ｖｍａｘとなる。

発振器４０を動作させた侵、カウンタ４１は一定時間ご
とにカウントアツプし、このカウンタ４１のカウント値
ｎに対応して速度曲線テーブル３８から正層化速度デー
タＫ（ｎ＞が読み出される。この速度データＫ（ｎ）は
レジスタ３６に一時記憶され、Ｄ／Ａ変換器３５でアナ
ログ化され、速度指令電圧として乗算器３４の第１の入
力端子に入力される。

一方、最大速度レジスタ３２に設定されたディジタルデ
ータとしての最大速度値ＶＩｌａｘは、Ｄ／Ａ変換器５
でアナログ電圧値に変換された後、乗算器３４の第２の
入力端子に供給される。乗算器３４は、上記式の演算を
行ない、ｖ　ｗａｘをＫ　（ｎ）倍し、可動体の基準速
度Ｖとして出力する。カウンタ４１の（ｉｉｎが２５６
ニナルト Ｋ　（２５Ｇ　）　＝　１　、　　Ｖ−Ｖ＠ａＸとなり
、可動体の速度は最大速度で定速状態となる。第２１図
Ｃ点の減速開始位置にきたら、カウンタ４１を減算カウ
ンタとすることにより、減速速度曲線を得ることができ
る。な貴、この減速時、発振器４０の設定値を変えるよ
うにすれば、加速時間と減速時間を異ならせることがで
きる。

この速度制御の結果、可動体１０が目標位置近傍に到達
すると、次にセレクタ３３．３７を位置制御側に切換え
、発振器４０に可変ゲイン時間の設定を行ない、かつカ
ウンタ４１を初期化して本実施例の特徴とする可変ゲイ
ンモードによる位置制御を行なう。

この位置制御においては、発振器４０からのタイ０、ミ
ングクロックを計数するカウンタ４１の計数値に応じて
第９図に例示するようなゲイン設定テーブル３９のゲイ
ンデータが一定時間おきに読み出され、レジスタ３６に
格納される。第９図のテーブル３９ｘおよび３９Ｖはウ
ェハＷＦの位置決め用で、目標位置の場所（Ｘ、Ｖ）に
応じた２次元配列テーブルである。

第７図に戻って、乗算器３４では、第１０図に示すよう
に、Ｄ／Ａ変換器５から出力されるアナログの位置偏差
電圧とレジスタ３６に格納されているゲインデータをＤ
／Ａ変換器３５でアナログ変換した電圧とを乗算する。

これにより、位置偏差電圧はゲインデータ倍される。つ
まり、制御系のループゲインをゲインデータに応じて可
変することができる。なお、カウンタ４１は、ゲインテ
ーブルの最終データが読み出された後は、カウントアツ
プを行なわず、レジスタ３６は最終のゲインデータを保
持する。

このようにすることで、速度制御から位置制御へ切換え
る際の振動の発生を防止することができるとともに、位
置決め時間の短縮、定常位置偏差の減少、および移動方
向による定常位置偏差の差の減少を図ることができる。

また、最大速度の設定と速度曲線とを分離して発生する
ことにより速度曲線データを正規化、すなわちデータと
して相似の波形を一本化し、情報量を少なくすることが
できる。従って速度曲線をＲＯＭにテーブル化すること
ができ、任意の曲線とすることができる。また、速度関
数発生器が、それぞれ加減速時間、正規化された速度曲
線データおよび最大速度を発生する部分に分離でき、装
置全体の構成としては簡略化することができる。

１４え［１ 第１１図は、本発明の第４の実施例に係る制御回路を示
す。前述した第７図の回路においては、最大速度レジス
タ３２、速度曲線テーブル３８、発振器４０およびカウ
ンタ４１で第１図に示す回路の速度関数発生器１と同様
の機能を実現するようにしている。第１１図の実施例に
おいては、これに対し、速度ｆｌ、１３１１１系を第１
図と同様の速度関数発生器１′＃で構成し、ゲインテー
ブル３９、発振器４０およびカウンタ４１は位置制御系
としてのみ用いるとともに、第７図のレジスタ３６を除
去し、乗算器３４およびＤ／Ａａ’換器３５の代りに乗
算型Ｄ／Ａ変換器３４′をＤ／Ａ変換器５とアナログス
イッチ６の位置制御側接点との間に接続してこの乗算型
Ｄ／Ａ変換器３４′テゲインテーブル３９から出力され
るゲインデータに応じてＤ／Ａ変換器５の出力をυ制御
して増幅器７に供給するようにしている。

ｆｆ１５　　Ｊ［ 第１２図は、計算機を使用した制御回路の実施例を示す
。同図において、２０〜２２およびは第２図に同一の符
号で示した各ブロックと共通または対応しており、２０
はＣＰＵ１２１はメモリ、２２は計算機のバスである。

また、２３′　は速度指令データラツヂ３２′　と位置
偏差データカウンタ４′の切換指令フラグである。メモ
リ２１内には、速度曲線テーブルおよびゲイン設定テー
ブルが設けられている。

ここでは第７図に３７〜４１で示されるブロックの機能
が、計算機を使うことにより、プログラムで実行されて
いる。

次に第１３図のフローチャートを参照しながら第１２図
の制御回路の作用を説明する。

この制御回路においてＣＰ　Ｕ　２０に移動距離情報が
与えられると、最大加速度はモータトルク、負荷トルク
および慣性力等により決まっているため、最大速度が決
まる。ＣＰ　Ｕ　２０は、ステップＳＢ１でこの最大速
度に応じた減速時間、減速区間移動距離および初期補正
値をメモリ２１から読み出し、これらのデータより減速
開始位置および位置制御モードへの切換位置を決める。

次に、これらのデータをメモリ２１の所定のエリアに設
定しくステップ５Ｂ２）、切換指令フラグ２３′指令し
て速度指令ラッチ３２′がＤ／Ａ変換器５に接続される
ようにセレクタ６を切換える。これにより、速度制御モ
ードとなり、加速、定速および減速という第２１図ａ−
ｄ区間の速度制御を行なう（ステップ８８３　）。この
速度制御の結果、終速度による定速区間ｄ〜ｅになると
、ＣＰ　Ｕ　２０は、位置偏差カウンタ４′の位置偏差
データに基づいて制御モード切換位置の検出を行ない（
ステップ５Ｂ４）、位置制御モードへの切換位置に達し
た時に、切換指令フラグ２３′　に指令を与えて位置制
御モードに切換える。

位置制御モードに切換えた後、停止目標位置に応じたゲ
インテーブル（第１４図）を選択しくステップ５８５）
、メモリ２１内に設けられているゲインテーブル読み出
し用のポインタを初期化し、最初のゲインデータを読み
出してレジスタ１６に設定する（ステップ５Ｂ６）。こ
れにより、制御回路のループゲインは、第１１図の制御
系について説明したように、乗算型Ｄ／Ａ変換器３４′
　においてゲインデータに応じて可変される。続くステ
ップＳ８７では可変ゲインの終了チェックを行ない、終
了していなければステップＳＢ８でポインタを歩進して
ゲインテーブルの次のアドレスを指示させる。次に、サ
ンプルタイムのチェックを行ない、次のゲインデータ出
力タイミングが到来するまで待機した（ステップ８８９
　）後、ステップＳＢ６に戻って上記ステップＳＢ６以
下ステップＳＢ９までの可変ゲインルーチンを繰返す。

このようにして、第５図のゲイン曲線のようにゲインを
変化させて行く。

また、上記ステップＳＢ７で可変ゲインの終了が判定さ
れた時すなわらポインタがゲインテーブルの最後のデー
タを指した時は、可変ゲインルーチン（ステップＳＢ６
〜Ｓ［１９）を扱は出し、次の位置決め終了判定ルーチ
ン（ステップ５Ｂ１０）に移り、位置偏差が所定値以下
となったとき、位置決め制御動作を終了する。

なお、本実施例は適宜変形することができる。

例えば、第１２図におけるセレクタ６、切換指令フラグ
２３′、レジスタ３６および乗算型Ｄ／Ａ変換器３４′
廃止し、速度指令ラッチ３２′　をＤ／Ａ変換器５に直
接接続するとともに、位置制御時、ＣＰＵ２０は位置検
出器１１内の現在位置レジスタの内容すなわち現在位置
を読み、位置偏差に応じた指令電圧と時間変化するゲイ
ンデータとを乗算して得られた指令値を速度指令ラッチ
３２′　へ出力するように構成すれば、ハード構成部品
を大幅に省略することができる。

第６実施例 第１５図は本発明の第６の実施例を示す。なお、前記し
た各実施例と共通または対応するブロックは同一の符号
で表わす。ずなわら、３は停止目標位置レジスタ、４は
位置偏差カウンタ、５はＤ／Ａ変換器、７はサーボアン
プ、８は七−夕、９はモータ速度検出器、１０は可動体
、１１は位置検出器、３２は最大速度レジスタ、３３．
３７はセレクタ、３４′は乗算型Ｄ／Ａ変換器、３６は
速度データとゲインデータのうちセレクタ３１で選択さ
れた方のデータを記憶するレジスタ、３８は速度曲線テ
ーブルであるメモリ、３９はゲインテーブルであるメモ
リ、４０は発振器、４１はカウンタである。

次に第１５図の制御系の作用を説明する。

この系においても、前記第３の実施例（第７図）と同様
に可動体１０の移動距離および現在位置と移動距離との
和である停止目標位置が定まると、移動距離に応じて最
大速度を最大速度レジスタ３２に設定し、速度曲線テー
ブル３８の速度曲線を選択し、さらに、停止目標位置を
目標位置レジスタ３に設定するとともに、停止目標位置
に応じてゲインテーブル３９のゲイン曲線を選択する。

ゲインテーブル３９としては、前述のように、可変ゲイ
ンデータを全ての位置で同じ値を使う１次元テーブルと
、目標位置の絶対座標によっても変わる２次元的なテー
ブルの２つが考えられる。第１６図は、２次元配列のも
のを示す。

第１５図のｉ制御系において、上記目標位置および最大
速度等が設定され、さらに発振器４０の発振周波数の設
定が完了すると、カウンタ４１を初期化し、セレクタ３
３およびセレクタ３７を速度制御側に選択して第２０図
におけるａ−ｄ区間の速度制御を行なう。この速度制御
の結果、可動体１０が目標位置近傍に到達すると、次に
セレクタ３３．３７を位置制御側に切換え、本実施例の
特徴とする可変ゲインモードによる位置制御を行なう。

この位置制御においては、位置偏差すなわち可動体１０
の停止目標位置と現在位置との差によりゲインテーブル
３９のゲインデータを選択してレジスタ３６に格納する
。乗算型Ｄ／Ａ変換器３４′では、Ｄ／Ａ変換器５から
構成される装置偏差アナログ電圧をレジスタ３６の出力
値に応じて分圧し、制御系のゲインを変化させる。この
ようにすることで、制御系のループゲインＫＯを常に位
置偏差に応じた最適値とすることが可能となり、定常位
置偏差は少なくなり、かつ、移動方向による定常位置偏
差の差も少なくすることが出来る。また、位置制御に切
換わった後の可動体の位置変化は、第６図に曲線Ｃで示
すように臨界制動的またはヤや撮動的に定常位置に収束
する。すなわち、位置決め時間が短縮される。

７１］ＨＭ 第１７図は、本発明の第７の実施例を示す。同図の回路
は、第１５図のものに対し、速度制御と位置制御のディ
ジタル部を別々にしてアナログ部において切換えるよう
にしたものである。

１Ｌ友１九 第１８図は、本発明の第８の実施例を示す。同図の回路
は、第１２図（第５実施例）に対し、ＣＰＵ２０の制御
プログラムすなわちメモリ２１に格納するデータを変更
したもので、ハードウェア構成上は位置偏差カウンタ４
′の代りに可動体１ｏの現在位置を現在位置７Ｊウンタ
４”を用いたことを除き全く同様である。

次に第１９図のフローチャートを参照しながら第１８図
のυ制御回路の作用を説明する。

この制御回路において、動作開始後速度制御を行ない可
動体１０が制御モード切換位置に達してＩＩＩ御モード
を位置制御に切換えるまでの動作（ステップＳＣ１〜５
Ｃ４）は、第５実施例の動作（第１３図のステップＳＢ
１〜ＳＢ４　）と同じであるから説明は省略する。

ステップＳＣ４で位置制御に切換えた後は、メモリ２１
内の２次元的なゲインテーブル（第１６図参照）から停
止目標位置に応じた１次元のゲインテーブルを選択する
。そして、ステップＳＣ５で現在位置カウンタ４″から
現在位置を読み、この現在位置と停止目標位置との差す
なわち位置偏差を計算し、ステップ８０６で位置偏差値
の絶対値でゲインテーブルからゲインデータを読み出し
、レジスタ３６に設定する（ステップＳＣ７）。

次に、ステップＳ０８で位置決めが終了したか否かを判
定する。この位置決め終了判定は、位置Ｉ制御開始後一
定時間内であるか否か、および位置偏差値が規格値以内
に入ったかどうかを検査して行なう。もし、位置制御開
始後一定時間内であり、位置偏差値が規格値以内に入っ
ていない場合は、ステップＳＣ９で位置決めは終了して
いないものと判断し、上記の位置偏差計算、ゲインデー
タ読み出し、および位置決め終了判定等の動作を繰り返
す。一方、ステップＳＣ８で、もし、位＠ｖａ差値が規
格値以内に入っていれば、ステップＳＣ９で位置決めは
終了しものと判定し位置決め制御動作を終了する。これ
により定常位置偏差は極めて小さくなり、かつ位置また
は移動方向による定常位置偏差の差は小さくなり、位置
決め精度は向上する。なお、位置偏差値が規格値以内に
入ることなく上記一定時間が経過したときは、位置決め
は不可能であるものと判断し、その旨を表示する等のエ
ラー処理を行なう。

この実施例の場合、特に位置制御時における各時点での
ループゲインを、常に、安定領域内での最大値またはそ
れに近い値に設定することが可能であるため、定常位置
偏差、および可動体の移動方向による定常位置偏差の差
が減少する。すなわち位置決め精度が向上する。また、
位置決め時間が短くなり、さらに、信頼性も向上する。

［発明の効果］ 以上のように本発明によると、位置決め精度の向上およ
び位置決め時間の短縮を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示すブロック回路図
、 第２図は、本発明の第２の実施例を示すブロック回路図
、 第３図は、上記第２の実施例の動作説明のためのフロー
チャート、 第４図は、位置決め制御装置における位置偏差とゲイン
の安定限界を示すグラフ、 第５図は、第７図の回路における時間対ゲインの関係を
示すグラフ、 第６図は、位置制御に切換えた後の応答（位置変化）波
形図、 第７図は、本発明の第３の実施例を示すブロック回路図
、 第８図は、第７図の回路における速度曲線テーブルの説
明図、 第９図は、第７図の回路にＪ３けるウェハ位置決め用ゲ
インテーブルの説明図、 第１０図は、第７図の回路における乗算器の乗算原理を
示す図、 第１１図は、本発明の第４の実施例を示すブロック回路
図、 第１２図は、本発明の第５の実施例を示すブロック回路
図、 第１３図は、上記第５の実施例の動作説明のためのフロ
ーチャート、 第１４図は、第１２図におけるメモリ内に設定されたゲ
インテーブルの説明図、 第１５図は、本発明の第６の実施例を示すブロック回路
図、 第１６図は、第１５図の回路におけるウェハ位置決め用
ゲインテーブルの説明図、 第１７図は、本発明の第７の実施例を示すブロック回路
図、 第１８図は、本発明の第８の実施例を示すブロック回路
図、 第１９図は、上記第８の実施例の動作説明のためのフロ
ーチャート、 第２０図は、従来の制（財）回路を示すブロック図、第
２１図は、速度指令曲線の一例を示す線図である。 １：速度関数発生器、２．２’　　：Ｄ／Ａ変換器、３
：停止目標位置レジスタ、４．４′　：位置偏差カウン
タ、４″：現在位置カウンタ、５　：　Ｄ／Ａ変換器、
６：アナログスイッチ、７：増幅器、８：モータ、９：
速度検出器、１０：可動体、１１：位置検出器、１３：
補正値レジスタ、１４：減速終了目標位置偏差レジスタ
、１５：差分器、１６：減速終了位置偏差ラッチ、１７
：補正値レジスタ、１８：制御モード切換位置偏差レジ
スタ、１９：比較器、２０：中央演算処理装置（ＣＰＵ
）、２１：メモリ、２３：切換指令装置、２３′：切換
指令フラグ、３２：最大速度レジスタ、３２′：速度指
令データラッヂ、３３゜３７＝じレクタ、３４：乗算器
、３４′：乗算型Ｄ／Ａ変換器、３５：Ｄ／Ａ変換器、
３６：レジスタ、３８：速度曲線テーブル、３９ニゲイ
ンテーブル、４０：発振器、４１：カウンタ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可動体と、 該可動体を移動する際の目標速度を表わす関数を発生す
   る手段と、 該可動体の実速度を検出する手段と、 該可動体の現在位置を検出する手段と、 所定の停止目標位置に対する上記現在位置の偏差を検出
   する手段と、 上記可動体を停止目標位置に移動するに際し、先ず、上
   記実速度を上記目標速度と一致させるべく制御すること
   により該可動体を停止目標位置へ向けて相対的に高速で
   移動するとともに所定の減速開始位置から停止目標位置
   近傍までの間で所定の終速度まで減速する第１のサーボ
   制御系を形成し、次いで、上記現在位置の位置偏差を零
   とすべく該可動体を駆動することにより相対的に高い位
   置決め精度で停止目標位置に位置決めする第２のサーボ
   制御系を形成する制御モード切換手段と、上記可動体が
   上記終速度に達した時の現在位置と所定の減速終了目標
   位置との誤差である減速終了位置誤差を検出する手段と
   、 前回までの移動時における減速終了位置誤差を基に上記
   減速開始位置を補正する手段と を具備することを特徴とする位置決め制御装置。 ２、前記目標速度を表わす関数を発生する手段は、前記
   現在位置の位置偏差が所定の値となったことを検出して
   前記目標速度の減速を開始するものである特許請求の範
   囲第１項記載の位置決め制御装置。 ３、前記停止目標位置を補正する手段が、前記可動体の
   移動および前記補正の回数に応じて補正量に重み付けす
   るものである特許請求の範囲第１または３項記載の位置
   決め制御装置。 ４、前記停止目標位置を補正する手段が、前記停止目標
   位置に応じて補正量を変化するものである特許請求の範
   囲第１、２または３項記載の位置決め制御装置。