JPS62171015A

JPS62171015A - 位置決め制御装置

Info

Publication number: JPS62171015A
Application number: JP61011143A
Authority: JP
Inventors: Makoto Higomura; 肥後村　誠
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-01-23
Filing date: 1986-01-23
Publication date: 1987-07-28

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ａ装置に関し、特
に、負荷の変動や溜動部の摩擦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ｍ＋￥Ａ＠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Ｍ（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
イツチ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。増幅器７
、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制御を行ない、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ｆｉｌｅにてより高精度に位
置決めする位置制御モードに切換わり、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
に良くなり、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、虐動部
のｒＩｌ擦力振力化、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
に撮動が起きたり、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き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１１Ｉ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ざらなる目的と
する。

［実施例の説明］以下、本発明の詳細な説明する。

第１実施例ここで、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１ｏの速度■（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はサーボ制御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ｘｏ、時刻ｔ。

加速終了点すを位置×１、時刻ｔ＋減速開始点Ｃを位置×２、時刻ｔ２減速終了点ｄを位置×３、時刻℃３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ｘ５、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ｐ、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。ざらに、こ
こでは、加速時間ｔ、−ｔ。

を一定、減速時間もｔ３−ｔ２　＝ｔ３　’　−ｔ２　
’＝　ｊ　３ＩＩ　−ｊ　２Ｌｌ　＝一定とする。

ところで、この種の位置決め制御Ｉ装置においては、負
荷変動や層動部のＩＩ擦角力変化のため、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ば基準目標曲線Ａ上をａ
、ｂ、Ｃ，ｄ、ｅ、ｆ（７）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＠×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（ｔ３−ｔ２　＝ｔ３　’　
−ｔ２　’　）であるため、減速終了時間はｔ３′とな
る。減速区間における移動距離は、基準の最高速度をｖ
ｂ、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　＋ｖｄ　）　ｘ　（ｔ＋　−ｔ２　）／２曲
曲線では（Ｘ３’　−Ｘ２　’　）＝　（ｖｂ’　　＋ｖｄ’　　）ｘ　（ｔ３　’　−ｔ
２　’　　）／２である。

ここで、ｖｂ　＞ｖｂ’　、ｖｄ　＞ｖｄ’　、（ｔ３
−ｔ２　）−（ｔ３　’−ｔ２’　）より、減速終了位
置Ｘ３／の減速終了目標位置×３からのずれ聞は、Ｊ＝
Ｘ３　−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
準の減速終了目標位置く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（ｊ＋’）で速度
／位置の切換が行なわれることになる。位＠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＜ｒ′点、ｔ５’）。

このようなプロセスにより、実際の位置決め時間し５′
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Ｉ／ｖｄ’＞Ｊ／ｖｂ’　となり
、より短時間へ補正できることがわかる。

すなわら、新しい減速開始目標位置偏差をｒ″とし、ｒ
”＝ｒ−４とすれば良い。１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、すなわちノー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″２′はｔ２″となって従来曲線Ｂにおける
減速開始時間ｔ２′よりも遅くなるが、減速終了位置は
Ｍ準目標曲線Ａと同じｘ３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、ｔ４
″−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″とで５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＄！ｉｌＢと比較しでみると、ｔ５　″−
ｔ５　’　−Ｊ／Ｖｄ　’　−Ｊ／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
ある位置幅差値を格納する位置偏差カウンタ、５はカウ
ンタ４から構成される装置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ａ、１ｌｔｌｌ
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ｆａ　Ｘ　３としてではなく偏差値
ｑで格納するレジスタ、１５は曲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
終了位置ｍを記憶するラッチ、１７は減速開始位置の補
正値ノ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ρ（０点
）を格納するレジスタ、１９は現在位置と切換位置ｒ”
＝ｒ−１とを比較する比較器である。また、Ａ＋　、Ａ
２　、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人
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には減速終了偏差位置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から出力
される位置偏差値が切換位置偏差レジスタ１８から出力
されるの換位置データｐより大きければアナログスイッ
チ６を速度１１ｉ１１　ｔｉｌｌ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１ｒ（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、速度制御を開始する。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、後述の位置制御を行なう。

速度制御時、速度関数発生器１ｒ：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Ｊ５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、ｌ、７Ｊ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内の定常位置偏差
け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
との差分値ノを差分器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ノ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回目と同様な値Ｘ５　、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Ａ、およびＡ３により各々補正値εおよ
びｊ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。このずれ聞ノだけ減速開始位置
を補正してやればよい。

従って、新しい減速開始位置ｒ　Ｎは減速開始位置ｒか
らずれωノを引いた１ｌｌＩｒ　−Ｊとなる。

新しい停止目標位置ｘ　５１　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に格納されたずれ吊εを卯のした値×５＋εと
なる。

これにより、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ＣＪＪに補正されることにより停止点はｒ
′からｆ　ｎ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。

第２実施例第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装置（ＣＰＵ）、２
１はＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ装置、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ＳＡ１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Ｊ３いては、先ずステップＳＡ３にて目
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ａ、１１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ｍ
、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Ｓ　Ａ　１５の補正値の計算は、補正回数ｉ回
目の、減速開始補正値をΔＸ：＋（ｉ）、位置決め補正
値をＡｌ５（ｉ）、重み定数をＫｉとして、ΔＸ：＋（
ｉ）＝ΔＸ３　　（ｉ−１＞＋（ｑ−ｍ−Ｃｏｎｓｔ）
　／ＫｉＡｌ１　　（ｉ）＝ΔＸ５　　（ｉ−１＞＋ε／Ｋｉと
なる。この制御回路による補正値の計算は、上記式を見
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。

第３実施例本発明の第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
ｌ　　［Ｎ−ｍｌ、モータ８が定格回転数のときの送り
速度をＦｒ　　［ｍ／ＳＪ、モータ軸換算負荷トルクを
Ｔｄ　　［Ｎ−ｍｌとすると、負荷トルクや層初部のＦ
Ｊ′ｇＡ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［ｍｌはε＞　（Ｆｒ　／Ｋｏ　）　・（
Ｔｄ　／Ｔｐ　）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制御系
での発振限界の例を第４図にゲインＫ。

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Ｈｆ１ｍ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後
は一定ゲインであり、粘性摩擦を持つ系ぐの減衰波形は
、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６゛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
安定領域でゲインＫＯが出来るだけ大きく設定されるよ
うに、第５図の曲線Ｃ〜ｅの如く時間とともにゲインＫ
Ｏを上げて行くようにすると発振することなく第６図の
曲線Ｃに示すような応答特性を得ることができる。

さらに、この種のサーボ回路で位置決め制御を行なった
場合、囲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
ＦＪ擦振力打ら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−で、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、ＦＪ擦振力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
と位置決め時間が良くなる。

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（（０を−Ｆ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、第３〜８の実施例では、上記欠点を解消するこ
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、１１擦の種類、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
よび可動体の移動り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、■
速度制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、その侵は時間ととも
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ｒＩｌ擦力振力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め実施例）。

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。同図においで、
３〜５および７〜１１は第１図に同一の符号で小した各
ブ１」ツクと共通または対応しでおり、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
置偏差データのどら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に格納されでい
るデータ０（ｎ）との関係を例えばＤ　（ｎ）　＝　（
２”　−１）　−Ｋ　（ｎ）−２０４７−Ｋ　（ｎ　＞（但し、０≦Ｋ　（ｎ）≦１）トシテある。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　　（ｎ
π（３）　サイクロイド曲線Ｋ　（ｎ）　−（ｎ／２５６　）　−（１／２π）・ｓ
ｉｎ　　（２ｎπ／２５６　）（４）　５次曲線Ｋ　（ｎ）　−６−（ｎ／２５Ｂ　）　−１５−（ｎ／
２５６　）　＋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ｌ！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６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
置く第２１図の×０）と移動距離との和である停止目標
位置ｘ５が定まると、移動距離に応じて最大速度Ｖ　ｗ
ａｘ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、ざらに、停止目標位置×５
を目標（ｆｆＨレジスタ３に設定するとと６に、目標位
置の場所（絶対座標）に応じて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Ｃは、可変ゲインデータを停＋
を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Ｃ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、上記目標位置×５および最
大速度Ｖ　ｍａｘ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３３およびセレクタ３７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１としてＴａＣ＝ｎＸｊＴ［秒］より求まる値に周波
数を可変ケ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。

ブ■４４０を動作させた１す、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の力ウン］
〜値ｎに対応して速度曲線テーブル３８から正現化速度
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
ぐアナログ化され、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１ａＶｌａＸ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　ｒＡａｘをＫ　（ｎ）倍し、可動体の基準
速度■として出力する。カウンタ４１の値ｎが２５６に
なるとＫ　（２５６＞　−１、Ｖ＝ＶＩｌａｘ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を減筒カウンタとす
ることにより、減速速度曲線を得ることができる。なお
、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ｆｆ
１ｌｌ達りると、次にセレクタ３３．３７を位置制御側
に切換え、発条器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゛ミン
グクロツ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ｉ′ａ３４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３３５１’アナログ変換した電圧とを乗篩す
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、４１１　ＩＩＩ系のループゲインをゲインデ
ータに応じてｒｉｌ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σ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。

第４実施例第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、発条器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、速度制御系を第１図と同様の速
度関数発生器１等で構成し、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３
４およびＤ／Ａ変換器３５の代りに乗算型Ｄ／Ａ変換鼎
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咋型Ｄ／Ａ変換器３
４′Ｃゲインテーブル３９がら出力されるゲインデータ
に応じてＤ／Ａ変換器５の出力を制御して増幅器７に供
給するようにしている。

第５実施例第１２図は、８１０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
符号ぐ示した各ブロックと共通または対応しており、２
０はＣＰＵ、２１はメ［す、２２は計口礪のバスである
。また、２３′　は速度指令データラッチ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
七り２１内には、速度曲線テーブル、１３よびゲイン設
定チーゾ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ＣＰＵ２０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、負側トルクおよ
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ＳＢＩ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Ｃ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ＳＢ３　）。

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８８４）、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５Ｂ５）
、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、乗篩型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Ｓ８１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Ｓ８８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ＳＢ９
　）後、ステップＳ８６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
変化さけて行く。

また、上記ステップＳＢ７で可変ゲインの終了が判定さ
れた時すなわち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Ｓ８６
〜５Ｂ９）を央は出し、次の位置決め終了判定ルーチン
（ステップＳ　Ｂ　１０）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ａ３けるセレクタ６、切換指令フラ
グ２３′、レジスタ３６および３１！ｑ型１〕／Ａ変換
器３４′　廃止し、速度１ｈ令ラツチ３２′　をＤ／Ａ
変換器５に直置接続するとともに、位置制御時、ＣＰＵ
２０は位置検出３１１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粋して１！￥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、館記し
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。すなわち、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らセレクタ３１で選択
されたｈのデータを記憶するレジスタ、３８は速度曲線
チーゾルであるメ［す、３９はゲインテーブルぐあるメ
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ａ３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υ１６１１系において、上記目標位＠および
最大速度等が設定され、さらに発振器４０の発掘周波数
の設定が完了すると、カウンタ４１を初期化し、セレク
タ３３およびセレクタ３７を速度制御側に選択しＣ第２
０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ｔす達すると
、次にセレクタ３３．３７を位置２＋１１　ｔ１０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、位置偏差すなわら可動体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
切換ねった後の可ＶＪ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やや撮動的に定常位置に
収束する。すなわら、位置決め時間が短縮される。

第７実施例第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ａ、１１　ｔ！０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
１ｉｌ］換えるようにしたものである。

第８実施例第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
したちので、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１０の現在位置を現在位置カウンタ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υ１１１１回路の作用を説明する。

この制御回路において、動作開始侵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制御モードを位
置制御に切換えるまでの動作（ステップＳＣ１〜ＳＣ４
）は、第５実施例の動作（第１３図のステップＳＢＩ〜
ＳＢ４　）と同じであるから説明は省略する。

ステラｌ５ＣＡ　ｒ位置制御に切換えた侵は、メ［す２
１内の２次７Ｃ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ＳＣ６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ＳＣ８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＆＋１ｔｌｌ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
制皿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、上記の位置偏差計の、ゲイ
ンデータ読み出し、および位置決め終了判定等の１７１
作を繰り返す。一方、ステップＳＣ８で、ムし、位′ａ
偏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
ｊｆ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、ｌＩ３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口原理を
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、従来の制御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Ｃある。１：速ＩＪｊ　ｉ数発生器、２．２’　　：Ｄ／Ａ変換
器、３：停止目標位置レジスタ、４．４′　二位置偏差
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、１
３：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、１６二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（Ｃ
ＰＵ）、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
度指令データラッチ、３３゜３７：ｌ？レクタ、３４：
乗ｎ器、３４′：乗口型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：カウンタ特訂出願人　キセノン株式会社

Claims

【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
移動する第１のサーボ制御系を形成し、次いで、上記現
在位置の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
位置決め後の上記可動体の現在位置と停止目標位置との
誤差である定常位置偏差を検出する手段と、前回までの移動時における定常位置偏差を基に上記停止
目標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値に応じて該目標速度の加減速度を
可変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２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。