KR20220121893A - 면진 제어 장치 및 면진 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

면진 제어 장치(4)는 가대(2)에 고정된 제1 모터(302)로 제1 가동부(301)를 구동시키고 가대(2)에 고정된 제2 모터(312)로 제2 가동부(311)를 구동시키는 구동 장치(3)를 제어 대상으로 하고, 시계열의 추종 지령(10)에 제1 가동부(301)가 추종하도록 제1 모터(302)의 위치 또는 속도를 제어하는 제1 제어부(40)와, 추종 지령(10)에 포함되는 가대(2)의 진동 주파수 성분에 상당하는 위치 또는 속도 차원의 지령인 진동 억제 지령(11)의 비례 배로 제2 모터(312)의 위치 또는 속도를 추종시키는 제2 제어부(41)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

면진 제어 장치 및 면진 제어 방법
본 개시는 가대(架台)에 고정된 모터로 가동부를 구동시키는 구동 장치의 운전 중에 발생하는 가대의 진동을 억제하는 면진 제어 장치 및 면진 제어 방법에 관한 것이다.
가대에 고정된 모터로 가동부를 구동시켜 지정 위치로 물건을 옮기는 위치 결정 장치와 같은 구동 장치에 있어서, 고속화 및 고정밀화가 요구되고 있다. 그렇지만, 구동 장치를 고속화하면 모터의 회전수를 올릴 필요가 있기 때문에 가대에 진동이 발생하여, 구동 장치의 동작 정밀도가 저하되어 버린다. 가대에 발생하는 진동을 억제하는 기술로서는, 가대에 발생하는 진동 주파수에 기초한 필터를 이용하여, 모터를 제어하는 추종 지령을 수정하는 방법이 알려져 있다. 그렇지만, 추종 지령을 수정하는 경우, 구동 장치의 동작 완료까지의 시간이 증가되어 버린다.
특허문헌 1에는, 구동 장치의 모터와는 다른 면진 제어용의 모터를 구비하고, 면진 제어용의 모터를 구동 장치의 모터와 역방향으로 구동시켜, 구동 장치의 동작에 수반하여 발생하는 가대의 진동을 억제하는 면진 제어 장치가 개시되어 있다. 면진 제어용의 모터는, 구동 장치의 모터가 구동시키는 제1 가동부와 다른 제2 가동부를 구동시킨다. 면진 제어용의 모터를 구비함으로써, 구동 장치의 모터에 주는 추종 지령을 수정할 필요가 없기 때문에, 구동 장치의 동작 완료까지의 시간을 유지하는 것이 가능하다. 또한, 특허문헌 1에 개시된 기술에서는, 위치 속도 제어에 의한 추력 지령으로부터 가대의 진동 성분을 제거한 추력 지령을 생성하여, 면진 제어용의 카운터 추력 지령에 추가하고 있다. 이것에 의해, 면진 제어용의 모터가 구동시키는 제2 가동부는, 구동 장치를 동작시킨 후에 초기 위치로 되돌아오기 때문에, 연속으로 동일 방향으로의 구동을 반복하는 경우라도 제2 가동부의 가동 범위를 억제할 수 있다.
일본 특허공개 제2012-52666호 공보
그렇지만, 상기 종래 기술에 의하면 1회의 위치 결정에 의한 제2 가동부의 가동 범위는, 제1 가동부와 동일한 정도가 필요하며, 추가로 가동 범위를 억제하는 것이 요구되고 있었다.
본 개시는 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 구동 장치의 동작에 의해 발생하는 진동을 억제함과 아울러, 면진 제어용의 모터가 구동시키는 가동부의 가동 범위를 억제하는 것이 가능한 면진 제어 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해서, 본 개시에 따른 면진 제어 장치는, 가대에 고정된 제1 모터로 제1 가동부를 구동시키고 가대에 고정된 제2 모터로 제2 가동부를 구동시키는 구동 장치를 제어 대상으로 하고, 시계열의 추종 지령에 제1 가동부가 추종하도록 제1 모터의 위치 또는 속도를 제어하는 제1 제어부와, 추종 지령에 포함되는 가대의 진동 주파수 성분에 상당하는 위치 또는 속도 차원의 지령인 진동 억제 지령의 비례 배(倍)로 제2 모터의 위치 또는 속도를 추종시키는 제2 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 면진 제어 장치는, 구동 장치의 동작에 의해 발생하는 진동을 억제함과 아울러, 면진 제어용의 모터가 구동시키는 가동부의 가동 범위를 억제하는 것이 가능하다고 하는 효과를 달성한다.
도 1은 실시 형태 1에 따른 위치 결정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 추종 지령으로부터 생성되는 구동 장치의 각 지령 파형의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 나타내는 진동 억제 연산부의 제1 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 나타내는 제1 예에 있어서의 추종 지령 및 진동 억제 지령의 합을 주파수 해석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 나타내는 진동 억제 연산부의 제2 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5에 나타내는 제2 예에 있어서의 추종 지령 및 진동 억제 지령의 합을 주파수 해석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1에 나타내는 진동 억제 연산부의 제3 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7에 나타내는 제3 예에 있어서의 추종 지령 및 진동 억제 지령의 합을 주파수 해석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 1에 나타내는 진동 억제 연산부의 제4 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9에 나타내는 제4 예에 있어서의 추종 지령 및 진동 억제 지령의 합을 주파수 해석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 1에 나타내는 진동 억제 연산부의 제5 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 제1 비교예에서 사용하는 추종 지령을 나타내는 도면이다.
도 13은 제1 비교예에 있어서 가대에 발생하는 가속도를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 14는 제2 비교예에서 사용하는 추종 지령과, 추종 지령 및 진동 억제 지령의 합을 나타내는 도면이다.
도 15는 제2 비교예에 있어서 가대에 발생하는 가속도를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 1에 나타내는 위치 결정 장치가 사용하는 추종 지령을 나타내는 도면이다.
도 17은 도 1에 나타내는 위치 결정 장치가 사용하는 진동 억제 지령을 나타내는 도면이다.
도 18은 실시 형태 1에 있어서 가대에 발생하는 가속도를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 19는 실시 형태 2에 따른 위치 결정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 20은 실시 형태 3에 따른 위치 결정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 21은 실시 형태 4에 따른 위치 결정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 22는 도 21에 나타내는 위치 결정 장치가 이용하는 추종 지령 및 진동 억제 지령을 생성하는 엔지니어링 툴의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 23은 실시 형태 5에 따른 위치 결정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 24는 실시 형태 6에 따른 위치 결정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
이하에, 본 개시의 실시 형태에 따른 면진 제어 장치 및 면진 제어 방법을 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
실시 형태 1.
도 1은 실시 형태 1에 따른 위치 결정 장치(1)의 구성을 나타내는 도면이다. 위치 결정 장치(1)는 구동 장치(3)와 면진 제어 장치(4)를 가진다.
구동 장치(3)는 위치 결정용의 제1 모터(302) 및 제1 가동부(301)를 구비하는 위치 결정 구동부(30)와, 면진 제어용의 제2 모터(312) 및 제2 가동부(311)를 구비하는 면진 구동부(31)를 가진다. 제1 모터(302) 및 제2 모터(312)는, 가대(2)에 고정되어 있다. 제1 가동부(301)는 제1 모터(302)에 기계적으로 접속되어 있다. 제1 모터(302)는 제1 가동부(301)를 구동시킨다. 제2 가동부(311)는 제2 모터(312)에 기계적으로 접속되어 있다. 제2 모터(312)는 제2 가동부(311)를 구동시키고, 그 반력(反力)을 가지고, 제1 모터(302)가 제1 가동부(301)를 구동시켰을 때에 발생하는 가대(2)의 진동을 억제한다. 제1 모터(302)는 면진 제어 장치(4)가 출력하는 지령에 기초하여 제1 가동부(301)를 구동시키고, 제2 모터(312)는 면진 제어 장치(4)가 출력하는 지령에 기초하여 제2 가동부(311)를 구동시킨다.
면진 제어 장치(4)는 위치 결정 구동부(30)를 제어하는 제1 제어부(40)와, 면진 구동부(31)를 제어하는 제2 제어부(41)와, 진동 억제 연산부(42)와, 진동 특성 설정부(43)를 가진다. 제1 제어부(40)는, 외부로부터 입력되는 시계열의 추종 지령(10)에 기초하여, 제1 모터(302)에 전류를 공급하여 제1 가동부(301)의 움직임을 제어한다. 구체적으로는, 제1 제어부(40)는 제1 가동부(301)가 추종 지령(10)에 추종하도록 제1 모터(302)의 위치 또는 속도를 제어한다. 추종 지령(10)은 위치 또는 속도 차원의 지령이다. 제2 제어부(41)는, 후술하는 진동 억제 연산부(42)가 연산하는 진동 억제 지령(11)에 기초하여, 제2 모터(312)에 전류를 공급하여 제2 가동부(311)의 움직임을 제어한다. 진동 억제 지령(11)은 추종 지령(10)에 포함되는 가대(2)의 진동 주파수 성분에 상당하는 지령이다. 구체적으로는, 제2 제어부(41)는 진동 억제 지령(11)의 비례 배로 제2 모터(312)의 위치 또는 속도를 추종시키도록 제2 모터(312)를 제어한다.
진동 억제 연산부(42)는, 추종 지령(10)에 기초하여, 제2 제어부(41)가 면진 구동부(31)를 제어하기 위한 진동 억제 지령(11)을 연산한다. 진동 억제 연산부(42)는 추종 지령(10)에 포함되는 가대(2)의 진동 주파수 성분에 상당하는 진동 억제 지령(11)을 위치 또는 속도 차원에서 연산한다. 진동 특성 설정부(43)는 가대(2)에 따른 진동 주파수를 미리 유지한다.
도 1에 있어서, 구동 장치(3) 및 면진 제어 장치(4)는 가대(2) 상에 설치되어 있지만, 면진 제어 장치(4)의 일부 또는 전부를 가대(2)와는 별개의 기기에 설치해도 된다. 이 경우, 제1 제어부(40)와 제1 모터(302)의 사이 및 제2 제어부(41)와 제2 모터(312)의 사이는, 케이블 등을 이용하여 접속된다.
추종 지령(10)은 외부로부터 면진 제어 장치(4)로 보내지는 시계열의 위치 지령 또는 속도 지령이다. 도 2는 추종 지령(10)으로부터 생성되는 구동 장치(3)의 각 지령 파형의 일례를 나타내는 도면이다. 도 2는 위치 지령, 속도 지령, 및 추력 지령 각각의 파형을 포함한다. 또한, 추종 지령(10)의 취득 방법 및 생성 방법은, 특별히 제한되지 않는다. 추종 지령(10)은 구동 장치(3) 및 면진 제어 장치(4)가 실행 가능한 임의의 형상의 지령이어도 된다. 예를 들면, 추종 지령(10)은, PLC(Programmable Logic Controller), IPC(Industrial Personal Computer) 등으로 생성한 위치 지령 또는 속도 지령으로서, 산업용 네트워크 또는 아날로그 신호 등을 통해서 취득된 것이다. 또한, 추종 지령(10)은 구동 장치(3)의 구동 거리 등에 기초하여 생성한 지령을 통신로를 통해서 면진 제어 장치(4)로 송신한 것이어도 된다. 다만, 위치 결정 정밀도의 관점에서 추종 지령(10) 및 진동 억제 지령(11)은 동기되어 있는 것이 바람직하다.
제1 제어부(40)는, 위치 지령 또는 속도 지령인 추종 지령(10)에 따라서, 제1 모터(302)의 위치 또는 속도를 추종 지령(10)의 비례 배로 추종시키도록 구동한다. 제2 제어부(41)는, 위치 지령 또는 속도 지령인 진동 억제 지령(11)에 따라서, 제2 모터(312)의 위치 또는 속도를 진동 억제 지령(11)의 비례 배로 추종시키도록 구동한다. 이때, 제2 제어부(41)의 응답 속도를 제1 제어부(40)의 응답 속도와 동일하게 설정함으로써, 제1 모터(302) 및 제2 모터(312)에서 발생시키는 힘의 응답을 동일하게 할 수 있어, 가대(2)에 발생하는 진동을 정밀도 좋게 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 제1 제어부(40)의 응답 속도와 제2 제어부(41)의 응답 속도의 차가 임계값 이하인 경우, 제1 제어부(40)의 응답 속도와 제2 제어부(41)의 응답 속도는 동일하다고 간주할 수 있다. 이 임계값은, 제1 모터(302) 및 제2 모터(312)에서 발생시키는 힘의 응답이 동일하다고 간주할 수 있는 정도의 값으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 제어부(40)의 응답 속도와 제2 제어부(41)의 응답 속도를 동일하게 했을 경우, 위치 결정 장치(1)의 사용자는, 제1 제어부(40)의 설정값을 그대로 유용(流用)하여, 제2 제어부(41)의 게인 등의 설정값을 결정할 수 있어, 설정값의 결정을 용이하게 행하는 것이 가능하게 된다.
진동 억제 연산부(42)는, 진동 억제 지령(11)과 추종 지령(10)의 합이, 가대(2)에 따라서 미리 진동 특성 설정부(43)에 설정된 가대 진동 주파수에 있어서 극소가 되는 주파수 응답을 가지도록, 진동 억제 지령(11)을 연산한다.
또한, 면진 제어 장치(4)는, 예를 들면 CPU(Central Processing Unit)(92) 및 메모리(93)를 이용한 제어 회로를 구비하는 컴퓨터에 의해서 구성된다. CPU(92)는 처리 회로, 연산 장치, 프로세서, 마이크로 컴퓨터, DSP(Digital Signal Processor) 등으로도 불린다. 메모리(93)는, 예를 들면, RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(등록상표)(Electrically EPROM) 등의 불휘발성 또는 휘발성의 반도체 메모리, 자기 디스크, 플렉서블 디스크, 광 디스크, 콤팩트 디스크, 미니 디스크, DVD(Digital Versatile Disk) 등이다.
CPU(92)는 메모리(93)에 기억된, 각 처리에 대응하는 컴퓨터 프로그램을 읽어내어 실행함으로써, 제1 제어부(40), 제2 제어부(41), 진동 억제 연산부(42), 및 진동 특성 설정부(43)의 기능을 실현한다. 메모리(93)는 CPU(92)가 실행하는 각 처리에 있어서의 일시 메모리로서도 사용된다. CPU(92)가 실행하는 프로그램은, 통신로를 통해서 제공되어도 되고, 기억 매체에 기록된 상태로 제공되어도 된다.
또한, 상기에서는 CPU(92) 및 메모리(93)를 이용한 예에 대해 나타냈지만, 면진 제어 장치(4)의 적어도 일부의 기능은, 전용의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. 전용의 하드웨어는, 예를 들면, 단일 회로, 복합 회로, 프로그램화한 프로세서, 병렬 프로그램화한 프로세서, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array), 또는 이것들을 조합한 것이다. 이하의 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
도 3은 도 1에 나타내는 진동 억제 연산부(42)의 제1 예를 설명하기 위한 도면이다. 제1 예에서는, 진동 억제 연산부(42)는, IIR(Infinite Impulse Response: 무한 임펄스 응답) 필터를 이용하여, 진동 억제 지령(11)을 연산한다. 제1 예에서 이용되는 IIR 필터의 필터 함수는, 이하의 수식 (1)로 나타내진다.
Figure pct00001
여기서 수식 (1)에 포함되는 3개의 상수 a1, a2, b 각각의 값은, 진동 특성 설정부(43)에 설정된 진동 특성의 정보에 기초하여 설정된다. 예를 들면, 가대(2)의 진동 주파수가 ω[Hz]일 때, 상수 a1=2/2πω이고, 상수 a2=1/(2πω)2이며, 상수 b=0.3/(2πω)2인 경우, 가대(2)의 진동을 억제할 수 있다. 상수 a1은, 가대(2)의 진동 주파수 ω의 마이너스 1승에 비례하고, 상수 a2 및 상수 b는, 가대(2)의 진동 주파수 ω의 마이너스 2승에 비례한다.
진동 억제 연산부(42)가 제1 예의 IIR 필터를 이용함으로써, 적은 메모리로 효율적으로 가대(2)에 발생하는 진동을 억제할 수 있다. 또한, 필터를 연속 표현으로 함으로써, 정밀도 좋게 진동을 억제하는 것이 가능하게 된다.
도 4는 도 3에 나타내는 제1 예에 있어서의 추종 지령(10) 및 진동 억제 지령(11)의 합을 주파수 해석한 결과를 나타내는 도면이다. 도 4의 가로축은 주파수이고, 세로축은 추종 지령(10) 및 진동 억제 지령(11)의 합이다. 가대(2)의 진동 주파수 ω에 있어서, 주파수 응답은 극소값을 취하고 있다.
도 5는 도 1에 나타내는 진동 억제 연산부(42)의 제2 예를 설명하기 위한 도면이다. 제2 예는 제1 예에 있어서의 IIR 필터를 이산(離散)으로 실장하고, 또한 a2=b로 한 예이다. IIR 필터를 이산으로 실장함으로써, 더 적은 연산으로 가대(2)의 진동을 억제할 수 있다. 또한, a2=b으로 함으로써, 전달 함수의 분자의 2차의 계수가 0이 된다. 이 때문에, 연산량을 보다 적게 할 수 있다.
도 6은 도 5에 나타내는 제2 예에 있어서의 추종 지령(10) 및 진동 억제 지령(11)의 합을 주파수 해석한 결과를 나타내는 도면이다. 도 6의 가로축은 주파수이고, 세로축은 추종 지령(10) 및 진동 억제 지령(11)의 합이다. 가대(2)의 진동 주파수 ω에 있어서, 주파수 응답은 극소값을 취하고 있다.
도 7은 도 1에 나타내는 진동 억제 연산부(42)의 제3 예를 설명하기 위한 도면이다. 제3 예에서는, 진동 억제 연산부(42)는, FIR(Finite Impulse Response: 유한 임펄스 응답) 필터를 이용하여, 진동 억제 지령(11)을 연산한다. 제3 예에서 이용되는 FIR 필터의 제1 이산계 전달 함수 F1(z)는, 이하의 수식 (2)로 나타내진다.
Figure pct00002
상수 N1의 값은, 진동 특성 설정부(43)에 설정된 진동 특성의 정보에 따라서 설정된다. 예를 들면, 가대(2)의 진동 주파수 ω, 진동 억제 연산부(42)의 처리 주기 t로 했을 경우, N1=1/ωt로 함으로써, 가대(2)의 진동을 억제할 수 있다.
진동 억제 연산부(42)가 제3 예에 나타내는 FIR 필터를 이용함으로써, 필터의 연산을 행할 때의 연산 오차의 영향을 억제하여, 진동을 억제할 수 있다. 또한, FIR 필터를 이용함으로써, 진동 억제 지령(11)을 안정시키는 것이 가능하게 된다.
도 8은 도 7에 나타내는 제3 예에 있어서의 추종 지령(10) 및 진동 억제 지령(11)의 합을 주파수 해석한 결과를 나타내는 도면이다. 도 8의 가로축은 주파수이고, 세로축은 추종 지령(10) 및 진동 억제 지령(11)의 합이다. 가대(2)의 진동 주파수 ω에 있어서, 주파수 응답은 극소값을 취하고 있다.
도 9는 도 1에 나타내는 진동 억제 연산부(42)의 제4 예를 설명하기 위한 도면이다. 제4 예에서는, 진동 억제 연산부(42)는, 이동 평균 필터를 이용하여, 진동 억제 지령(11)을 연산한다. 도 9에 나타내는 이동 평균 필터의 단수는 N2이다. 단수를 나타내는 상수 N2의 값은, 제3 예에 있어서의 상수 N1과 마찬가지로, 진동 특성 설정부(43)에 설정된 진동 특성의 정보에 따라서 설정된다. 제4 예에서 이용되는 이동 평균 필터의 제2 이산계 전달 함수 F2(z)는, 이하의 수식 (3)으로 나타내진다.
Figure pct00003
진동 억제 연산부(42)가 도 9에 나타내는 이동 평균 필터를 이용함으로써, 진동 억제 연산부(42)의 입력에 노이즈가 있는 경우라도, 안정된 진동 억제 지령(11)을 연산할 수 있다.
도 10은 도 9에 나타내는 제4 예에 있어서의 추종 지령(10) 및 진동 억제 지령(11)의 합을 주파수 해석한 결과를 나타내는 도면이다. 도 10의 가로축은 주파수이고, 세로축은 추종 지령(10) 및 진동 억제 지령(11)의 합이다. 가대(2)의 진동 주파수 ω에 있어서, 주파수 응답은 극소값을 취하고 있다.
이상, 진동 억제 연산부(42)의 제1~제4 예에 대해 설명했지만, 진동 억제 연산부(42)는, 추종 지령(10)과 진동 억제 지령(11)의 합이, 가대(2)의 진동 주파수 ω에 있어서 극소가 되는 주파수 응답을 가지도록 진동 억제 지령(11)을 연산할 수 있으면 된다. 상기는 일례이며, 진동 억제 연산부(42)의 구성은, 설명한 예로 한정되지 않는다.
예를 들면, 요망되는 특성에 따라서, 필터의 차수가 변경되어도 된다. 또한, 진동 억제 연산부(42)는 복수의 필터를 조합하여 구성할 수도 있다. 또한, 진동 억제 연산부(42)가 이용하는 각 필터의 상수를, 주파수 응답에 따라서 변경할 수도 있다. 위치 결정 장치(1)의 사용자 또는 설계자는, 장치 구성, 사용 상황 등에 따라서, 적합한 수법을 선택할 수 있다. 또한, 상황에 따라서, 필터의 적절한 사용이 가능하도록 진동 억제 연산부(42)를 구성해도 된다.
도 11은 도 1에 나타내는 진동 억제 연산부(42)의 제5 예를 설명하기 위한 도면이다. 진동 억제 연산부(42)는, 복수의 진동 주파수 ω에 기초하여, 진동 억제 지령(11)을 연산해도 된다. 제5 예에 있어서, 진동 억제 연산부(42)는, 2개의 진동 주파수 ω1, ω2에 기초하여, 진동 억제 지령(11)을 연산한다. 예를 들면, 진동 억제 연산부(42)는 2개의 IIR 필터를 이용하여, 진동 억제 지령(11)을 연산한다. 한쪽의 IIR 필터의 필터 함수는, 상기의 수식 (1)로 나타내지고, 다른 쪽의 IIR 필터의 필터 함수는, 이하의 수식 (4)로 나타내진다.
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제5 예에서는, 수식 (1)에 포함되는 상수 a1=2/2πω1이고, 상수 a2=1/(2πω1)2이며, 상수 b=0.3/(2πω1)2이고, 수식 (4)에 포함되는 a3=2/2πω2이며, 상수 a2=1/(2πω2)2이고, 상수 b=0.3/(2πω2)2인 경우, 가대(2)의 진동을 억제할 수 있다.
제5 예에서는, 추종 지령(10)과 진동 억제 지령(11)의 합이, 각각의 진동 주파수 ω1, ω2에서 극소가 되는 주파수 응답을 가지기 때문에, 보다 정밀도 좋게 가대(2)의 진동을 억제할 수 있다.
이어서, 도 1에 나타내는 위치 결정 장치(1)가 달성하는 효과에 대해 설명한다. 도 12 및 도 13은, 본 실시 형태의 제1 비교예를 설명하기 위한 도면이다. 도 12는 제1 비교예에서 사용하는 추종 지령(10)을 나타내는 도면이다. 도 13은 제1 비교예에 있어서 가대(2)에 발생하는 가속도를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다. 또한, 도 13은 도 12에 나타내는 추종 지령(10)을 이용하여 위치 결정 구동부(30)를 단독으로 구동시키고, 면진 구동부(31)를 구동시키지 않은 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다.
도 13에 나타내는 바와 같이, 면진 구동부(31)를 구동시키지 않고, 위치 결정 구동부(30)를 구동시켰을 경우, 제1 가동부(301)가 추종 지령(10)에 따라서 구동하면, 가대(2)가 진동하여 위치에 오차가 발생하기 때문에, 위치 결정 정밀도가 저하되어 버리는 경우가 있다.
도 14 및 도 15는, 본 실시 형태의 제2 비교예를 설명하기 위한 도면이다. 도 14는 제2 비교예에서 사용하는 추종 지령(10)과, 추종 지령(10) 및 진동 억제 지령(11)의 합을 나타내는 도면이다. 도 15는 제2 비교예에 있어서 가대(2)에 발생하는 가속도를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다. 도 14의 실선은, 추종 지령(10) 및 진동 억제 지령(11)의 합을 나타내고 있고, 도 14의 파선은, 추종 지령(10) 단체(單體)를 나타내고 있다. 도 15의 실선은, 도 14의 실선으로 나타내지는 추종 지령(10) 및 진동 억제 지령(11)의 합을 사용하여, 위치 결정 구동부(30)를 구동시켰을 경우에 가대(2)에 발생하는 가속도의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있고, 도 15의 파선은, 도 14의 파선으로 나타내지는 추종 지령(10) 단체를 사용하여, 위치 결정 구동부(30)를 구동시켰을 경우에 가대(2)에 발생하는 가속도의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다.
도 15의 실선과 파선을 비교하면, 추종 지령(10)에 진동 억제 지령(11)을 추가함으로써, 가대(2)에 발생하는 가속도는, 추종 지령(10) 단체로 위치 결정 구동부(30)를 구동시켰을 경우보다도 큰 폭으로 억제되어 있다. 그렇지만, 추종 지령(10)에 진동 억제 지령(11)을 추가했을 경우, 위치 결정이 완료될 때까지의 시간이 증가하고 있다.
도 16은 도 1에 나타내는 위치 결정 장치(1)가 사용하는 추종 지령(10)을 나타내는 도면이다. 도 17은 도 1에 나타내는 위치 결정 장치(1)가 사용하는 진동 억제 지령(11)을 나타내는 도면이다. 도 18은 실시 형태 1에 있어서 가대(2)에 발생하는 가속도를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다. 도 18은 도 16에 나타내는 추종 지령(10)을 이용하여 위치 결정 구동부(30)를 구동시키고, 도 17에 나타내는 진동 억제 지령(11)을 이용하여 면진 구동부(31)를 구동시켰을 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다.
본 실시 형태에 따른 위치 결정 장치(1)에서는, 위치 결정 구동부(30)는, 추종 지령(10)에 기초하여 제어되기 때문에, 제2 비교예에서 발생한 것과 같은 위치 결정 시간의 증가를 억제하면서, 면진 구동부(31)를 진동 억제 지령(11)에 기초하여 제어함으로써, 가대(2)의 진동을 억제할 수 있다. 이때 진동 억제 연산부(42)는, 위치 결정 구동부(30)의 추력 지령, 가속도 지령이 아니라, 위치 지령 및 속도 지령에 대해서, 그 구동시의 가대(2)의 진동의 반력(反力)을 연산하기 때문에, 제1 가동부(301)에 걸리는 마찰의 영향을 억제하면서, 진동을 억제할 수 있다.
여기서, 제2 가동부(311)의 가동 범위는, 위치 지령에 도 3, 도 5, 도 7, 도 9, 도 11에 나타낸 바와 같은 필터를 적용한 것이기 때문에, 마찰 등의 영향을 고려할 필요없이, 용이하게 계산할 수 있다.
또한, 진동 억제 연산부(42)가 사용하는 필터의 성질에 의해서, 제2 가동부(311)는, 위치 결정 종료시에 자연스럽게 시동 위치로 되돌아온다. 이것에 의해, 추종 지령(10)이 동일 방향으로 연속으로 동작하도록 하는 경우라도, 제2 가동부(311)의 가동 범위는, 추종 지령 1회분과 동등하게 된다. 또한, 제2 모터(312)는 추종 지령(10)에 포함되는 진동 주파수 성분에 상당하는 진동 억제 지령(11)의 비례 배에 추종하도록 제어된다. 진동 주파수 성분은, 원(元) 추종 지령과 비교하여 작기 때문에, 제2 가동부(311)의 1회분의 가동 범위는, 원 추종 지령에 대해서 단축된다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 1에 따른 면진 제어 장치(4)에 의하면, 제1 가동부(301)는 시계열의 추종 지령에 추종하도록 제1 모터(302)의 위치 또는 속도가 제어되고, 제2 모터(312)의 위치 또는 속도는, 가대(2)의 진동 주파수 성분에 상당하는 진동 억제 지령(11)의 비례 배에 추종하도록 제어된다. 이 때문에, 제어 대상인 구동 장치(3)의 동작에 의해 발생하는 진동을 억제함과 아울러, 제2 가동부(311)의 가동 범위를 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 제1 제어부(40)의 응답 속도와 제2 제어부(41)의 응답 속도의 차는 임계값 이하로 설정된다. 이것에 의해, 제1 모터(302) 및 제2 모터(312)로 발생시키는 힘의 응답을 동일하게 할 수 있어, 가대(2)에 발생하는 진동을 정밀도 좋게 억제하는 것이 가능하게 된다. 또한, 제1 제어부(40)의 응답 속도와 제2 제어부(41)의 응답 속도를 동일하게 했을 경우, 위치 결정 장치(1)의 사용자는, 제1 제어부(40)의 설정값을 그대로 유용하여, 제2 제어부(41)의 게인 등의 설정값을 결정할 수 있어, 설정값의 결정을 용이하게 행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 진동 억제 연산부(42)는 추종 지령(10)과의 합이, 가대(2)의 진동 주파수에 기초한 주파수에서 극소가 되는 주파수 응답을 가지도록 진동 억제 지령(11)을 연산함으로써, 진동 억제 지령(11)을, 추종 지령(10)에 포함되는 가대(2)의 진동 주파수 성분에 상당하는 지령으로 할 수 있다. 즉, 진동 억제 지령(11)은 가대(2)의 진동이 작아지는 주파수 응답을 가지는 지령과, 추종 지령(10)의 차를 취함으로써 계산된다. 이 때문에, 간단하고 쉬운 연산으로 가대(2)의 진동을 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 진동 억제 연산부(42)는, 상기의 제1~제5 예에 나타내는 방법으로, 진동 억제 지령(11)을 연산할 수 있다. 필터를 이용함으로써, 용이하게 진동 억제 지령(11)을 생성하는 것이 가능하게 된다.
실시 형태 2.
도 19는 실시 형태 2에 따른 위치 결정 장치(1-1)의 구성을 나타내는 도면이다. 위치 결정 장치(1-1)의 구성의 일부는, 위치 결정 장치(1)와 공통된다. 이하, 위치 결정 장치(1)와 공통되는 부분에 대해서는, 동일한 부호를 이용함으로써, 상세한 설명을 생략하고, 위치 결정 장치(1)와 다른 부분에 대해 주로 설명한다. 위치 결정 장치(1-1)는 구동 장치(3-1)와, 면진 제어 장치(4-1)를 가진다.
구동 장치(3-1)는 위치 결정 구동부(30-1)와, 면진 구동부(31-1)를 가진다. 위치 결정 구동부(30-1)는 제1 가동부(301)와, 제1 모터(302)와, 제1 위치 검출기(303)를 가진다. 면진 구동부(31-1)는 제2 가동부(311)와, 제2 모터(312)와, 제2 위치 검출기(313)를 가진다.
면진 제어 장치(4-1)는 제1 제어부(40-1)와, 제2 제어부(41-1)와, 진동 억제 연산부(42)와, 진동 특성 설정부(43)와, 관성비 보상부(44)와, 관성 특성 설정부(45)를 가진다.
제1 위치 검출기(303)는 제1 가동부(301)의 위치를 측정하고, 측정한 위치를 나타내는 제1 위치 정보(12)를 제1 제어부(40-1)에 출력한다. 제1 위치 검출기(303)는 제1 가동부(301)에 설치, 또는 제1 가동부(301)에 근접하여 설치된다. 제1 위치 검출기(303)는, 예를 들면, 리니어 스케일, 근접 센서, 레이저 변위계, 비전 센서 등이다. 또한, 도 19에서는, 제1 위치 검출기(303)는 제1 가동부(301)에 장착되어 있지만, 제1 위치 검출기(303)는 제1 모터(302)에 장착된 인코더, 리졸버 등이어도 되고, 제1 위치 검출기(303)는 제1 가동부(301) 및 제1 모터(302) 양방에 장착되어도 된다.
제2 위치 검출기(313)는 제2 가동부(311)의 위치를 측정하고, 측정한 위치를 나타내는 제2 위치 정보(13)를 제2 제어부(41-1)에 출력한다. 제2 위치 검출기(313)는 제2 가동부(311)에 설치, 또는 제2 가동부(311)에 근접하여 설치된다. 제2 위치 검출기(313)는, 예를 들면, 리니어 스케일, 근접 센서, 레이저 변위계, 비전 센서 등이다. 또한, 도 19에서는, 제2 위치 검출기(313)는 제2 가동부(311)에 장착되어 있지만, 제2 위치 검출기(313)는 제2 모터(312)에 장착된 인코더, 리졸버 등이어도 되고, 제2 위치 검출기(313)는 제2 가동부(311) 및 제2 모터(312) 양방에 장착되어도 된다.
제1 제어부(40-1)는 제1 위치 검출기(303)가 측정한 제1 가동부(301)의 위치를 나타내는 제1 위치 정보(12)를 수신하고, 수신한 제1 위치 정보(12)와 추종 지령(10)에 기초하여 제1 모터(302)를 피드백 제어하는 서보 시스템이다. 마찬가지로, 제2 제어부(41-1)는 제2 위치 검출기(313)가 측정한 제2 가동부(311)의 위치를 나타내는 제2 위치 정보(13)를 수신하고, 수신한 제2 위치 정보(13)와 진동 억제 지령(11)에 기초하여 제2 모터(312)를 피드백 제어하는 서보 시스템이다.
관성비 보상부(44)는, 미리 관성 특성 설정부(45)에 설정된 관성비에 따라서, 추종 지령(10)에 대해서, 관성비에 의한 진동에 대한 영향을 보상한다. 여기서, 관성비는 제1 가동부(301) 및 제1 모터(302)와, 제2 가동부(311) 및 제2 모터(312)의 관성비에 따라서 미리 설정된다. 예를 들면, 제1 가동부(301)의 질량이 M, 제2 가동부(311)의 질량이 m인 경우, 관성비 보상부(44)는, 추종 지령(10)에 M/m을 곱함으로써, 제1 가동부(301)와 제2 가동부(311)의 질량차에 의한 가대(2)의 진동의 영향을 보상할 수 있다.
또한, 제1 가동부(301)의 가동 방향과 제2 가동부(311)의 가동 방향이 나란히 가지 않는 경우, 관성비 보상부(44)는 제1 가동부(301)의 가동 방향과, 제2 가동부(311)의 가동 방향의 차에 의한 가대(2)의 진동에 대한 영향을 보간할 수 있다. 예를 들어, 제1 가동부(301)의 가동 방향과, 제2 가동부(311)의 가동 방향이 각도 θ[rad]로 교차하는 경우, 관성비 보상부(44)는 추종 지령(10)에 M/mcosθ를 곱함으로써, 가대(2)에 발생하는 진동을 억제할 수 있다.
관성 특성 설정부(45)에 설정되는 관성비는, 위치 결정 장치(1-1)의 설계자가 미리 설정해도 되고, 장치 구성에 따라서, 사용자가 설정해도 된다. 특히, 제1 가동부(301)의 구성과 제2 가동부(311)의 구성이 동일하고, 그 구동 방향이 동일한 경우, 관성 특성 설정부(45)에 설정되는 관성비는 「1」이 되기 때문에, 면진 제어 장치(4-1)는 관성비 보상부(44) 및 관성 특성 설정부(45)를 생략한 구성으로 할 수 있다. 또한, 도 19에서는, 관성비 보상부(44)는 진동 억제 연산부(42)의 후단에 마련되어 있지만, 진동 억제 연산부(42) 및 관성비 보상부(44)의 처리 순서는 반대여도 된다.
제1 제어부(40-1)는, 추종 지령(10) 및 제1 위치 정보(12)에 기초하여, 제1 가동부(301)를 구동시키는 추력 지령을 생성하여, 제1 가동부(301)에 가해지는 외력을 제어할 수 있다. 제2 제어부(41-1)는, 진동 억제 지령(11) 및 제2 위치 정보(13)에 기초하여, 제2 가동부(311)를 구동시키는 추력 지령을 생성하여, 제2 가동부(311)에 가해지는 외력을 제어할 수 있다. 이와 같은 구성을 가짐으로써, 제1 가동부(301)와 그 접지면의 사이에 발생하는 마찰과, 제2 가동부(311)와 그 접지면의 사이에 발생하는 마찰이 다른 경우라도, 추력이 조정되어, 제1 가동부(301)에 가해지는 외력과 제2 가동부(311)에 가해지는 외력을 동일하게 할 수 있다. 따라서, 구동 장치(3-1)의 구동시에 발생하는 가대(2)의 진동을 정밀도 좋게 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 면진 제어 장치(4-1)는 예를 들면 CPU(92) 및 메모리(93)를 이용한 제어 회로를 구비하는 컴퓨터에 의해서 구성된다. CPU(92)는 메모리(93)에 기억된, 각 처리에 대응하는 컴퓨터 프로그램을 읽어내어 실행함으로써, 제1 제어부(40-1), 제2 제어부(41-1), 진동 억제 연산부(42), 진동 특성 설정부(43), 관성비 보상부(44), 및 관성 특성 설정부(45)의 기능을 실현할 수 있다.
실시 형태 3.
도 20은 실시 형태 3에 따른 위치 결정 장치(1-2)의 구성을 나타내는 도면이다. 위치 결정 장치(1-2)의 구성의 일부는, 위치 결정 장치(1)와 공통된다. 이하, 위치 결정 장치(1)와 공통되는 부분에 대해서는, 동일한 부호를 이용함으로써, 상세한 설명을 생략하고, 위치 결정 장치(1)와 다른 부분에 대해 주로 설명한다. 위치 결정 장치(1-2)는 구동 장치(3-2)와, 면진 제어 장치(4-2)를 가진다.
구동 장치(3-2)는 복수의 위치 결정 구동부(30A, 30B)와, 면진 구동부(31)를 가진다. 위치 결정 구동부(30A)는 제1 가동부(301A)와, 제1 모터(302A)를 가진다. 위치 결정 구동부(30B)는 제1 가동부(301B)와, 제1 모터(302B)를 가진다. 또한, 제1 가동부(301A, 301B)는 제1 가동부(301)와 마찬가지의 기능을 가지고, 제1 모터(302A, 302B)는 제1 모터(302)와 마찬가지의 기능을 가진다.
면진 제어 장치(4-2)는 복수의 제1 제어부(40A, 40B)와, 제2 제어부(41)와, 진동 억제 연산부(42)와, 진동 특성 설정부(43)와, 복수의 관성비 보상부(44A, 44B)와, 복수의 관성 특성 설정부(45A, 45B)를 가진다.
제1 제어부(40A)는, 제1 추종 지령(10A)에 기초하여 동작하는 것 이외에는, 제1 제어부(40)와 마찬가지의 기능을 가진다. 제1 제어부(40B)는, 제2 추종 지령(10B)에 기초하여 동작하는 것 이외에는, 제1 제어부(40)와 마찬가지의 기능을 가진다. 제1 제어부(40A)는 제1 추종 지령(10A)에 기초하여 제1 모터(302A)에 전류를 공급하고, 제1 모터(302A)에 기계적으로 접속된 제1 가동부(301A)의 위치 또는 속도를 제1 추종 지령(10A)에 추종시킨다. 제1 제어부(40B)는 제2 추종 지령(10B)에 기초하여 제1 모터(302B)에 전류를 공급하고, 제1 모터(302B)에 기계적으로 접속된 제1 가동부(301B)의 위치 또는 속도를 제2 추종 지령(10B)에 추종시킨다.
위치 결정 장치(1-2)는 2개의 위치 결정 구동부(30A, 30B)가 각각 발생시키는 가대(2)의 진동을, 면진 구동부(31)를 구동시키는 것에 의한 반력을 가지고 상쇄시킨다. 이 때문에, 제2 제어부(41)는, 제1 추종 지령(10A) 및 제2 추종 지령(10B)에 기초하여, 면진 구동부(31)를 제어하게 된다. 제1 추종 지령(10A) 및 제2 추종 지령(10B) 각각은, 관성비 보상부(44A, 44B)로 관성에 의한 영향이 보상된 후, 보상 후의 제1 추종 지령(10A) 및 제2 추종 지령(10B)의 합이 진동 억제 연산부(42)에 출력된다. 진동 억제 연산부(42)는, 보상 후의 제1 추종 지령(10A) 및 제2 추종 지령(10B)의 합에 기초하여, 진동 억제 지령(11)을 연산한다.
관성비 보상부(44A)는, 제1 추종 지령(10A)에 대해서, 제1 가동부(301A) 및 제1 모터(302A)와 제2 가동부(311) 및 제2 모터(312)의 관성비에 따라서 미리 관성 특성 설정부(45A)에 설정된 관성비를 이용하여, 관성비에 의한 가대(2)의 진동에 대한 영향을 보상한다. 관성비 보상부(44B)는, 제2 추종 지령(10B)에 대해서, 제1 가동부(301B) 및 제1 모터(302B)와 제2 가동부(311) 및 제2 모터(312)의 관성비에 따라서 미리 관성 특성 설정부(45B)에 설정된 관성비를 이용하여, 관성비에 의한 가대(2)의 진동에 대한 영향을 보상한다. 구체적인 보상 방법은, 실시 형태 1과 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
일반적으로, 면진 구동부(31)의 제2 모터(312)로 발생시키는 최대 추력은, 제1 모터(302A, 302B)가 발생시키는 최대 추력의 합에 가까운 값이 된다. 이 때문에, 위치 결정 장치(1-2)에서는, 제2 모터(312)는, 제1 모터(302A, 302B) 각각보다도 출력이 큰 모터인 것이 바람직하다.
또한, 도 20에서는, 2개의 위치 결정 구동부(30A, 30B)를 가지는 위치 결정 장치(1-2)에 대해 설명했지만, 위치 결정 장치(1-2)는 3개 이상의 위치 결정 구동부(30)를 구비해도 된다. 이 경우, 진동 억제 연산부(42)는, 위치 결정 구동부(30)와 동수의 추종 지령(10)의 합에 기초하여, 진동 억제 지령(11)을 연산한다.
실시 형태 3에 따른 위치 결정 장치(1-2)는, 복수의 위치 결정 구동부(30A, 30B)에 의해 발생하는 가대(2)의 진동을 하나의 면진 구동부(31)를 이용하여 효율적으로 억제할 수 있다. 이 때문에, 위치 결정 구동부(30A, 30B)의 수와 동수의 면진 구동부(31)를 마련하는 것보다도, 위치 결정 장치(1-2) 전체의 크기를 저감시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 면진 제어 장치(4-2)는 예를 들면 CPU(92) 및 메모리(93)를 이용한 제어 회로를 구비하는 컴퓨터에 의해서 구성된다. CPU(92)는 메모리(93)에 기억된, 각 처리에 대응하는 컴퓨터 프로그램을 읽어내어 실행함으로써, 제1 제어부(40A, 40B), 제2 제어부(41), 진동 억제 연산부(42), 진동 특성 설정부(43), 관성비 보상부(44A, 44B), 및 관성 특성 설정부(45A, 45B)의 기능을 실현할 수 있다.
실시 형태 4.
도 21은 실시 형태 4에 따른 위치 결정 장치(1-3)의 구성을 나타내는 도면이다. 위치 결정 장치(1-3)의 구성의 일부는, 위치 결정 장치(1)와 공통된다. 이하, 위치 결정 장치(1)와 공통되는 부분에 대해서는, 동일한 부호를 이용함으로써, 상세한 설명을 생략하고, 위치 결정 장치(1)와 다른 부분에 대해 주로 설명한다. 위치 결정 장치(1-3)는 구동 장치(3)와, 면진 제어 장치(4-3)를 가진다.
면진 제어 장치(4-3)는 제1 제어부(40-3)와, 제2 제어부(41-3)와, 제1 지령 테이블(46)과, 제2 지령 테이블(47)을 가진다. 제1 지령 테이블(46)은 미리 사용자가 입력한 추종 지령(10)을 기억한다. 제2 지령 테이블(47)은 미리 사용자가 입력한 진동 억제 지령(11)을 기억한다.
제1 제어부(40-3)는, 외부로부터 공급되는 추종 지령(10) 대신에, 제1 지령 테이블(46)로부터 공급되는 추종 지령(10)에 기초하여, 위치 결정 구동부(30)를 제어한다. 제2 제어부(41-3)는, 진동 억제 연산부(42)가 연산한 진동 억제 지령(11) 대신에, 제2 지령 테이블(47)로부터 공급되는 진동 억제 지령(11)에 기초하여, 면진 구동부(31)를 제어한다.
가대(2)의 진동을 억제하기 위해서, 위치 결정 구동부(30)와 면진 구동부(31)는, 동기하여 구동되는 것이 바람직하다. 이 때문에, 제1 제어부(40-3) 및 제2 제어부(41-3)는, 동기 신호(14)에 기초하여, 제1 모터(302)의 구동 타이밍과 제2 모터(312)의 구동 타이밍을 동기시킨다.
또한, 면진 제어 장치(4-3)는 예를 들면 CPU(92) 및 메모리(93)를 이용한 제어 회로를 구비하는 컴퓨터에 의해서 구성된다. CPU(92)는 메모리(93)에 기억된, 각 처리에 대응하는 컴퓨터 프로그램을 읽어내어 실행함으로써, 제1 제어부(40-3) 및 제2 제어부(41-3)의 기능을 실현할 수 있다. 메모리(93)에는, 제1 지령 테이블(46) 및 제2 지령 테이블(47)이 기억되어 있다.
도 22는 도 21에 나타내는 위치 결정 장치(1-3)가 이용하는 추종 지령(10) 및 진동 억제 지령(11)을 생성하는 엔지니어링 툴(51)의 구성예를 나타내는 도면이다. 엔지니어링 툴(51)은 지령 입력부(52)와, 통신부(53)와, 진동 억제 연산부(42)와, 진동 특성 설정부(43)를 가진다.
지령 입력부(52)는, 사용자로부터, 위치 결정 구동부(30)의 움직임을 지정하는 추종 지령(10)의 입력을 접수한다. 지령 입력부(52)는 접수한 추종 지령(10)을 통신부(53) 및 진동 억제 연산부(42) 각각에 출력한다. 통신부(53)는 위치 결정 장치(1-3)와 통신로를 통해서 접속되어 있다. 통신부(53)는 추종 지령(10)을 제1 지령 테이블(46)에 기억시킨다. 진동 억제 연산부(42) 및 진동 특성 설정부(43) 각각은, 실시 형태 1과 마찬가지의 기능을 가진다. 진동 억제 연산부(42)는, 추종 지령(10)에 기초하여, 진동 억제 지령(11)을 생성하고, 생성한 진동 억제 지령(11)을 통신부(53)에 출력한다. 통신부(53)는 진동 억제 지령(11)을 제2 지령 테이블(47)에 기억시킨다.
또한, 도 22에 나타내는 엔지니어링 툴(51)은, 실시 형태 1과 마찬가지의 동작에 의해 진동 억제 연산부(42)가 연산한 진동 억제 지령(11)을 제2 지령 테이블(47)에 기억시키지만, 사용자가 진동 억제 지령(11)을 미리 산출하여, 제2 지령 테이블(47)에 기억시켜도 된다. 또한, 도 21에 나타내는 면진 제어 장치(4-3)는, 진동 억제 연산부(42)를 생략한 구성으로 되어 있지만, 면진 제어 장치(4-3)는 진동 억제 연산부(42) 및 진동 특성 설정부(43)를 가지고, 제1 지령 테이블(46)에 기억된 추종 지령(10)에 기초하여, 진동 억제 지령(11)을 생성해도 된다.
실시 형태 4에 따른 면진 제어 장치(4-3)는, 추종 지령(10)을 미리 제1 지령 테이블(46)에 기억하고 있기 때문에, 외부 장치와의 사이의 통신량을 저감시킬 수 있다. 또한, 면진 제어 장치(4-3)는 진동 억제 지령(11)을 미리 제2 지령 테이블(47)에 기억하고 있고, 실행시에는 제2 지령 테이블(47)을 참조하기 때문에, 구동시에 행하는 연산량을 삭감할 수 있다.
실시 형태 5.
도 23은 실시 형태 5에 따른 위치 결정 장치(1-4)의 구성을 나타내는 도면이다. 위치 결정 장치(1-4)의 구성의 일부는, 위치 결정 장치(1)와 공통된다. 이하, 위치 결정 장치(1)와 공통되는 부분에 대해서는, 동일한 부호를 이용함으로써, 상세한 설명을 생략하고, 위치 결정 장치(1)와 다른 부분에 대해 주로 설명한다. 위치 결정 장치(1-4)는 구동 장치(3)와, 면진 제어 장치(4-4)를 가진다.
면진 제어 장치(4-4)는 제1 제어부(40-4)와, 제2 제어부(41-4)와, 진동 억제 연산부(42-4)를 가진다. 면진 제어 장치(4-4)는 아날로그의 전압 또는 전류를 구동 지령으로서 사용한다. 제1 제어부(40-4)는 아날로그 신호인 추종 지령(10-4)을 접수하고, 추종 지령(10-4)을 디지털 변환하여 구동 지령으로서 이용한다. 또한, 제1 제어부(40-4)는 아날로그 신호인 추종 지령(10-4)을 진동 억제 연산부(42-4)에 공급한다. 이때, 제1 제어부(40-4)는 아날로그 신호인 추종 지령(10-4)을 그대로 진동 억제 연산부(42-4)에 공급해도 되고, 추종 지령(10-4)에 오프셋, 지령 제한 등의 보정을 가한 것을 진동 억제 연산부(42-4)에 공급해도 된다.
진동 억제 연산부(42-4)는 아날로그 필터를 이용하여 아날로그 신호인 진동 억제 지령(11-4)을 연산한다. 진동 억제 연산부(42-4)가 이용하는 아날로그 필터는, 가대(2)의 진동 주파수 ω에 기초하여, 입력 지령과 출력 지령의 합이, 극소가 되는 주파수 응답을 가지도록 미리 설계되어 있다. 진동 억제 연산부(42-4)는 연산한 진동 억제 지령(11-4)을 제2 제어부(41-4)에 출력한다.
제2 제어부(41-4)는 진동 억제 연산부(42-4)가 출력하는 아날로그 신호인 진동 억제 지령(11-4)을 디지털 신호로 변환하여, 구동 지령으로서 이용한다.
또한, 면진 제어 장치(4-4)는 예를 들면 CPU(92) 및 메모리(93)를 이용한 제어 회로를 구비하는 컴퓨터에 의해서 구성된다. CPU(92)는 메모리(93)에 기억된, 각 처리에 대응하는 컴퓨터 프로그램을 읽어내어 실행함으로써, 제1 제어부(40-4), 제2 제어부(41-4), 및 진동 억제 연산부(42-4)의 기능을 실현할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 5에 따른 면진 제어 장치(4-4)는, 아날로그 신호인 추종 지령(10) 및 진동 억제 지령(11)을 이용하여, 구동 장치(3)를 제어한다. 진동 억제 연산부(42-4)는, 아날로그 필터를 이용하여, 진동 억제 지령(11-4)을 연산한다. 이와 같은 구성을 가짐으로써, 제2 제어부(41-4)는, 연산량이 많은 필터 처리를 행할 필요가 없기 때문에, 제2 제어부(41-4)의 처리량을 삭감할 수 있다.
실시 형태 6.
도 24는 실시 형태 6에 따른 위치 결정 장치(1-5)의 구성을 나타내는 도면이다. 위치 결정 장치(1-5)의 구성의 일부는, 위치 결정 장치(1)와 공통된다. 이하, 위치 결정 장치(1)와 공통되는 부분에 대해서는, 동일한 부호를 이용함으로써, 상세한 설명을 생략하고, 위치 결정 장치(1)와 다른 부분에 대해 주로 설명한다. 위치 결정 장치(1-5)는 구동 장치(3-5)와, 면진 제어 장치(4-5)를 가진다.
구동 장치(3-5)는 위치 결정 구동부(30-5)와, 면진 구동부(31-1)를 가진다. 위치 결정 구동부(30-5)는 제1 가동부(301)와, 제1 모터(302)와, 제1 위치 검출기(303-5)를 가진다. 제1 위치 검출기(303-5)는, 검출한 제1 위치 정보(12)를 제1 제어부(40-1) 및 진동 억제 연산부(42-5) 각각에 출력하는 것 이외에는, 실시 형태 2에서 설명한 제1 위치 검출기(303)와 마찬가지의 기능을 가진다. 면진 구동부(31-1)는 제2 가동부(311)와, 제2 모터(312)와, 제2 위치 검출기(313)를 가진다.
면진 제어 장치(4-5)는 제1 제어부(40-1)와, 제2 제어부(41-1)와, 진동 억제 연산부(42-5)와, 진동 특성 설정부(43)를 가진다. 진동 억제 연산부(42-5)는 제1 위치 검출기(303-5)가 출력하는 제1 위치 정보(12)와, 진동 억제 지령(11)의 합이 가대(2)의 진동 주파수 ω에 있어서 극소가 되는 주파수 응답을 가지도록, 진동 억제 지령(11)을 연산한다. 진동 억제 연산부(42-5)는 연산한 진동 억제 지령(11)을 제2 제어부(41-1)에 출력한다.
또한, 면진 제어 장치(4-5)는 예를 들면 CPU(92) 및 메모리(93)를 이용한 제어 회로를 구비하는 컴퓨터에 의해서 구성된다. CPU(92)는 메모리(93)에 기억된, 각 처리에 대응하는 컴퓨터 프로그램을 읽어내어 실행함으로써, 제1 제어부(40-1), 제2 제어부(41-1), 진동 억제 연산부(42-5), 및 진동 특성 설정부(43)의 기능을 실현할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시 형태 6에 따른 위치 결정 장치(1-5)는, 제1 가동부(301)의 위치를 나타내는 제1 위치 정보(12)에 기초하여, 진동 억제 지령(11)이 연산된다. 이와 같은 구성을 가짐으로써, 가대(2)의 진동을 간편한 방법으로 효율적으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
이상의 실시 형태에 나타낸 구성은, 일례를 나타내는 것이며, 다른 공지된 기술과 조합하는 것도 가능하고, 실시 형태끼리를 조합하는 것도 가능하며, 요지를 벗어나지 않는 범위에서, 구성의 일부를 생략, 변경하는 것도 가능하다.
1, 1-1, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5 : 위치 결정 장치
2 : 가대 3, 3-1, 3-2, 3-5 : 구동 장치
4, 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5 : 면진 제어 장치
10, 10-4 : 추종 지령 10A : 제1 추종 지령
10B : 제2 추종 지령 11, 11-4 : 진동 억제 지령
12 : 제1 위치 정보 13 : 제2 위치 정보
14 : 동기 신호
30, 30A, 30B, 30-1, 30-5 : 위치 결정 구동부
31, 31-1 : 면진 구동부
40, 40A, 40B, 40-1, 40-3, 40-4 : 제1 제어부
41, 41-1, 41-3, 41-4 : 제2 제어부 42, 42-4, 42-5 : 진동 억제 연산부
43 : 진동 특성 설정부 44, 44A, 44B : 관성비 보상부
45, 45A, 45B : 관성 특성 설정부 46 : 제1 지령 테이블
47 : 제2 지령 테이블 51 : 엔지니어링 툴
52 : 지령 입력부 53 : 통신부
92 : CPU 93 : 메모리
301, 301A, 301B : 제1 가동부 302, 302A, 302B : 제1 모터
303, 303-5 : 제1 위치 검출기 311 : 제2 가동부
312 : 제2 모터 313 : 제2 위치 검출기

Claims (14)

  1. 가대에 고정된 제1 모터로 제1 가동부를 구동시키고 상기 가대에 고정된 제2 모터로 제2 가동부를 구동시키는 구동 장치를 제어 대상으로 하는 면진 제어 장치 로서,
    시계열의 추종 지령에 상기 제1 가동부가 추종하도록 상기 제1 모터의 위치 또는 속도를 제어하는 제1 제어부와,
    상기 추종 지령에 포함되는 상기 가대의 진동 주파수 성분에 상당하는 위치 또는 속도 차원의 지령인 진동 억제 지령의 비례 배로 상기 제2 모터의 위치 또는 속도를 추종시키는 제2 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 면진 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 제어부는 상기 제1 가동부의 위치 정보를 취득하고, 상기 제1 가동부의 위치 정보와 상기 추종 지령에 기초하여 상기 제1 모터를 제어하는 서보 시스템이며,
    상기 제2 제어부는 상기 제2 가동부의 위치 정보를 취득하고, 상기 제2 가동부의 위치 정보와 상기 진동 억제 지령에 기초하여 상기 제2 모터를 제어하는 서보 시스템인 것을 특징으로 하는 면진 제어 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 제어부의 응답 속도와 상기 제2 제어부의 응답 속도의 차가 임계값 이하인 것을 특징으로 하는 면진 제어 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추종 지령 및 상기 진동 억제 지령의 합은, 상기 가대의 진동 주파수에 기초한 주파수에서 극소가 되는 주파수 응답을 가지는 것을 특징으로 하는 면진 제어 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 가동부의 위치 정보 및 상기 진동 억제 지령의 합은, 상기 가대의 진동 주파수에 기초한 주파수에서 극소가 되는 주파수 응답을 가지는 것을 특징으로 하는 면진 제어 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 억제 지령을 연산하는 진동 억제 연산부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 면진 제어 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 진동 억제 연산부는, 상기 추종 지령의 2차 미분과 상기 가대의 진동 주파수의 마이너스 2승에 기초하는 계수를 곱한 값에 기초하여, 상기 진동 억제 지령을 연산하는 것을 특징으로 하는 면진 제어 장치.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 진동 억제 연산부는, 무한 임펄스 응답 필터를 이용하여, 상기 진동 억제 지령을 연산하고, 상기 무한 임펄스 응답 필터의 전달 함수는, 상기 가대의 진동 주파수의 마이너스 2승에 기초하는 상수 b와, 미리 정해진 상수 a1, a2를 이용하여, 이하의 수식 (1)로 나타내지는 연산을 포함하는 것을 특징으로 하는 면진 제어 장치.
    [수학식 1]
    Figure pct00005
    …(1)
  9. 청구항 8에 있어서,
    상수 a2는 상수 b와 동일한 것을 특징으로 하는 면진 제어 장치.
  10. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    진동 억제 연산부는, 유한 임펄스 응답 필터를 이용하여, 상기 진동 억제 지령을 연산하고, 상기 유한 임펄스 응답 필터의 전달 함수는, 상기 가대의 진동 주파수에 기초하여 정해진 정수인 상수 N1을 이용하여 이하의 수식 (2)로 나타내지는 제1 이산계 전달 함수 F1(z), 또는 상기 가대의 진동 주파수에 기초하여 정해진 정수인 상수 N2를 이용하여 이하의 수식 (3)으로 나타내지는 제2 이산계 전달 함수 F2(z)를 포함하는 것을 특징으로 하는 면진 제어 장치.
    [수학식 2]
    Figure pct00006
    …(2)
    [수학식 3]
    Figure pct00007
    …(3)
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 제어부는 상기 제1 가동부의 병진(竝進) 관성과 상기 제1 가동부의 가동 방향으로 환산한 상기 제2 가동부의 병진 관성의 비를 포함하는 관성비를 상기 진동 억제 지령에 곱한 신호를 상기 제2 가동부가 추종하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 면진 제어 장치.
  12. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 제어부에 상기 추종 지령을 공급하는 제1 지령 테이블과,
    상기 제2 제어부에 상기 진동 억제 지령을 공급하는 제2 지령 테이블을 더 구비하고,
    상기 제1 제어부 및 상기 제2 제어부는, 동기 신호에 기초하여, 상기 제1 모터의 구동 타이밍과 상기 제2 모터의 구동 타이밍을 동기시키는 것을 특징으로 하는 면진 제어 장치.
  13. 청구항 6에 있어서,
    상기 추종 지령 및 상기 진동 억제 지령은, 아날로그 신호이며,
    상기 진동 억제 연산부는, 아날로그 필터를 이용하여, 상기 진동 억제 지령을 연산하는 것을 특징으로 하는 면진 제어 장치.
  14. 가대에 고정된 제1 모터로 제1 가동부를 구동시키고 상기 가대에 고정된 제2 모터로 제2 가동부를 구동시키는 구동 장치를 제어 대상으로 하는 면진 제어 방법으로서,
    면진 제어 장치가, 시계열의 추종 지령에 상기 제1 가동부가 추종하도록 상기 제1 모터의 위치 또는 속도를 제어하는 스텝과,
    상기 면진 제어 장치가, 상기 추종 지령에 포함되는 상기 가대의 진동 주파수 성분에 상당하는 위치 또는 속도 차원의 지령인 진동 억제 지령의 비례 배로 상기 제2 모터의 위치 또는 속도를 추종시키는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 면진 제어 방법.
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