WO2006011203A1 - 位置制御装置及びその制御方法 - Google Patents

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speed
model
friction coefficient
feedforward
gain
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PCT/JP2004/010801
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Kei Terada
Masahiko Yoshida
Tetsuaki Nagano
Hidetoshi Ikeda
Original Assignee
Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B5/00—Anti-hunting arrangements
    • G05B5/01—Anti-hunting arrangements electric

Definitions

  • the present invention relates to a position control device that performs position control of a machine system such as a machine tool or a semiconductor manufacturing apparatus, and a control method therefor.
  • the product of the actual speed of the plant and the viscous friction coefficient identification value is added to the torque command as a viscous friction compensation torque.
  • this viscous friction compensation torque compensates the friction torque, thereby suppressing the overshoot due to friction.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3463355
  • the actual speed is used and the torque is adjusted to increase so as to compensate for the friction torque. Therefore, there is a risk that the friction compensation will induce resonance. is there.
  • the control may diverge and oscillate in the vicinity of zero speed where the sign of the compensation torque is inverted according to the sign of the speed.
  • the friction torque is compensated explicitly, there is a problem that the overall control is not robust, such as overshoot or undershoot if there is an error in the friction coefficient estimation result.
  • the present invention is for solving the above-described problems.
  • the friction coefficient estimated value setting means for setting an estimated value of an arbitrary friction coefficient;
  • An overshoot suppression gain calculating means for determining a speed integral term feedforward gain based on the friction coefficient estimated value set by the friction coefficient estimating means, and a speed command based on the speed integral term feedforward gain and the position command.
  • Speed feedforward multiplication means for calculating a multiplication value, and the feedforward term is reduced using the multiplication value of the speed feedforward multiplication means.
  • the friction coefficient estimation means for estimating the friction coefficient from the estimated disturbance torque when controlling the controlled object
  • the friction coefficient estimation means Overshoot suppression gain calculating means for determining a speed integral term feedforward gain based on the estimated friction coefficient, and a speed value for calculating a product of the speed integral term feedforward gain and a speed command based on the position command.
  • Feed-forward multiplication means, and the feed-forward term is reduced using the multiplication value of the speed feed-forward multiplication means.
  • the effective position control device and the control method therefor when automatically adjusting the control gain for suppressing overshoot, the gain based on the estimated disturbance torque is reduced in the feedforward direction. Since the overshoot is suppressed by acting on the compensation torque, the compensation torque does not reverse according to the speed at which the possibility of exciting mechanical resonance is small. Since it is fluttering in the vicinity, it is highly robust! It is possible to obtain a position control device and its control method.
  • FIG. 1 is a block diagram of a position control apparatus showing Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a detailed view of speed feedforward multiplication means 2 in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a waveform diagram showing an operation in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of overshoot suppression gain calculation means 10 in Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5 shows an overall block diagram of Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 6 is a detailed block diagram of friction coefficient estimating means 9 based on the least square method of the position control device in Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 7 shows an overall block diagram of Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 8 shows an overall block diagram of Embodiment 6 of the present invention.
  • 1 model calculation means 2 speed feedforward multiplication means, 3 position proportional compensation means, 4 integral compensation means, 5 speed proportional compensation means, 6 plant, 7 differentiation means, 8 disturbance obza bar means, 9 friction coefficient estimation Means, 10 Overshoot suppression gain calculation means, 1 1, 12 Position feed forward coefficient means, 13 Speed feed forward multiplication means, 1 4 Torque feed forward coefficient means, 101 filter, 102 Absolute value detection means, 103 filter, 104 Absolute value Detection means, 105 least squares gain means, 106 integration means, 107 multiplication means, 108 subtraction means.
  • FIG. 1 shows an overall block diagram of Embodiment 1 of the present invention.
  • feedback control is based on position P (proportional) speed PI (proportional + integral) control.
  • the model calculation means 1 receives the command position xr and outputs a model torque Ta, model speed va, and model position xa that are ideal for position control. [0015] Since the model torque Ta, model speed va, and model position xa are output as a model with the appropriate acceleration, speed, and position with respect to the command position, the model calculation means 1 is configured as a model. Various things can be considered depending on the situation. There are cases where the model position is simply the command position, the model speed is the first derivative of the command position, the model torque output is 0, or the model torque is the second derivative of the command position multiplied by the model inertia. Can be mentioned. Further, the model calculation means 1 can be configured so that the output of the model calculation means 1 becomes equal acceleration, constant speed, and constant deceleration with respect to the position command xr.
  • the position proportional compensation means 3 multiplies the position deviation xd between the output model position xa and the actual position xm detected from the controlled plant 6 by a position proportional gain wpc2.
  • the deviation of the sum of the output value of the position proportional compensation means 3 and the model speed va and the actual speed vm detected via the differentiating means 7 from the actual position xm of the plant 6 to be controlled is obtained as the speed deviation vd
  • the integral compensation means 4 inputs the deviation between the speed deviation vd and the value obtained by multiplying the model speed va by the speed integral term feed forward gain vff of the speed feed forward multiplication means 2 and integrates the deviation. Output after multiplying by coefficient wpi.
  • the speed proportional compensation means 5 multiplies the sum of the speed deviation vd and the output of the integral compensation means 4 by the speed proportional gain Ksp and outputs a feedback torque command. Add the feedback torque command and the model torque Ta to obtain the torque command.
  • the torque control system is omitted, and it is assumed that the actual torque is equal to the torque command, and this torque command is the actual torque Tm input to the plant 6 to be controlled.
  • the plant 6 operates based on the input actual torque, and the position xm varies.
  • the friction coefficient estimating means 9 derives a friction coefficient estimated value De from the disturbance torque estimated value Td and the actual speed vm.
  • the estimated friction coefficient De can be theoretically expressed by the following equation from the relationship between the actual speed vm and the estimated friction torque Td.
  • the overshoot suppression gain calculation means 10 derives a speed integral term feed-forward gain vff for suppressing overshoot with respect to the friction coefficient estimated value De output from the friction coefficient estimation means 9.
  • FIG. 2 is a detailed view of the speed feedforward multiplying means 2 in Embodiment 1 of the present invention. Theoretically, the optimum feedforward gain that suppresses friction overshoot is given by equation (2).
  • Equation (4) the transfer function from the position command xr to h is calculated as shown in Equation (4).
  • Ga (s) is the model transfer function.
  • the value of h in the unit acceleration / deceleration state is considered, the value will be constant in equation (5). However, the load torque is ignored.
  • Equation (2) is derived, which derives the theoretical optimum value of the velocity integral term feedforward gain vff from the estimated friction coefficient De.
  • the overshoot suppression gain calculation means 10 uses the friction coefficient estimation value De as an input to suppress overshoot.
  • the speed feedforward multiplication means 2 multiplies the model speed va by the speed integral term feedforward gain vff.
  • Overshoot suppression is performed by subtracting the speed deviation force, which is the input of the integral compensator 4, from the multiplication value of the velocity integral term feedforward coefficient unit 2 obtained.
  • FIG. 3 is a waveform diagram showing the operation in the first embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 (b) shows the case where the speed integral term feed forward gain vff is set using the estimated friction coefficient De. belongs to.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents position and velocity
  • the dotted vertical axis in the waveform diagram corresponds to velocity
  • the solid line corresponds to position.
  • the model calculation means 1 outputs a model torque Ta, model speed va, and model position xa ideal for servo control, and the plant 6 operates so as to follow the model.
  • the model of model calculation means 1 is exactly the same as the actual plant 6, the actual speed is the actual speed.
  • the model speed is the same as the model position. Due to the existence, speed deviation vd and position deviation xd occur.
  • Position deviation X When d is present, the position deviation xd is compensated by multiplying the position proportional gain wpc2 of the position proportional means 3 and performing proportional feedback control on the position deviation xd.
  • the speed deviation vd exists, the speed deviation is compensated by feedback speed PI (proportional + integral) control, but an overshoot occurs in the position deviation as shown in Fig. 3 (a).
  • the velocity integral term feedforward gain vff is a value larger than 0, it has the effect of reducing the velocity feedforward term consisting of proportionality and integral, which is equivalent to reducing the feedforward component with respect to the position.
  • the output of the speed proportional compensation means 5 is estimated as the disturbance torque estimated value Td
  • the friction coefficient estimated value De derived by the friction coefficient estimating means 9 from the disturbance torque estimated Td and the actual speed V m is obtained.
  • the overshoot suppression gain calculation means 10 derives the speed integral term feedforward gain vff, and the speed feedforward multiplication means 2 uses the product of the model speed and the speed integral term feedforward gain vff as the speed feedforward.
  • the portion corresponding to the disturbance torque proportional to the viscosity that is, the speed existing in the plant 6 is suppressed, so that the gain amount corresponding to the disturbance torque is excluded from being integrated, Overshoot can be suppressed.
  • the gain corresponding to the disturbance torque is integrated for the time required for the position settling, and there is an effect of suppressing oscillation when the speed becomes near zero.
  • the method compensates in the direction of decreasing the gain with respect to the friction torque, even if there is an error in the friction coefficient estimation result, overshoot and undershoot are unlikely to occur.
  • the estimated friction coefficient De is sequentially estimated, the positioning control response is adjusted, and overshoot due to friction can be suppressed. Therefore, it is possible to obtain a highly robust position control device from these.
  • the friction coefficient estimating means 9 for estimating the friction coefficient from the estimated disturbance torque when controlling the controlled object through the feedforward type position control
  • the overshoot suppression gain calculation means 10 for determining the speed integral term feedforward gain vff based on the friction coefficient estimated value estimated by the friction coefficient estimation means 9, and the speed based on the speed integral term feedforward gain vff and the position command xr
  • Speed feedforward multiplication means for calculating the product multiplication value with the command, and the feedforward term is reduced using the multiplication value of speed feedforward multiplication means 2, so that the control gain to suppress overshoot Is automatically adjusted, the gain based on the estimated disturbance torque is applied in a direction that reduces feedforward to suppress overshoot, and the compensation torque is reduced according to the speed at which the possibility of exciting mechanical resonance is small. Since it does not reverse, it fluctuates near zero speed, highly robust, and position control It can be obtained location and a control method thereof.
  • the force obtained by multiplying the model speed va of the output of the model calculation means 1 by the speed integral term feed forward gain vff is subtracted from the speed deviation vd. Therefore, even if the speed feedforward term multiplied by the speed integral term feedforward gain vff is reduced, such as the gain for the position, the same effect as the present invention can be obtained.
  • a configuration using model calculation means 1 is not necessarily required.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that the output of the overshoot suppression gain calculating means 10 is performed by a table map according to the actual condition of the plant 6.
  • FIG. 4 is a block diagram of the overshoot suppression gain calculating means 10 in Embodiment 2 of the present invention.
  • the position control in the case where the estimated friction coefficient De is substantially proportional to the speed has been described.
  • the friction coefficient estimation value De changes irregularly without being proportional to the actual speed V m of the plant 6.
  • the friction coefficient estimated value De corresponding to this speed integral term feed-forward gain vff is stored in advance in the table. It is appropriate to set the speed integral term feedforward gain vff based on the estimated friction coefficient estimated value De.
  • Example 1 friction Estimating the coefficient De itself, based on the force table proportional to the actual speed vm from equation (2), for example, it is complicated to calculate such that the friction coefficient estimated value De is proportional to the square of the actual speed vm It is possible to set the velocity integral term feed-forward gain vff according to the case where it becomes or an irregular change that is difficult to express in the calculation formula.
  • the disturbance torque estimated value Td in the first embodiment is estimated using a disturbance observer means.
  • FIG. 5 shows an overall block diagram of Embodiment 3 of the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
  • the torque command force is also estimated as the disturbance torque by reducing the model torque Ta. It ’s a problem. This is not the case in Example 3, as shown in Fig. 5, in order to estimate the disturbance torque Td, the disturbance observer means 8 calculates the estimated disturbance torque from the actual torque Tm and the actual speed vm input to the plant. Is output to the friction coefficient estimation means 9.
  • the disturbance observer means 8 estimates the disturbance torque using a calculation such as equation (6).
  • the means estimates the disturbance torque using the torque input to the plant 6 and the actual speed vm, so the disturbance torque Td can be estimated more stably. can do.
  • Example 4 the friction coefficient estimation value De by the friction coefficient estimation means 9 in Example 1 is estimated. Is estimated using the method of least squares.
  • Equation (7) shows the equation for estimating the friction coefficient by the method of least squares.
  • FIG. 6 is a detailed block diagram of the friction coefficient estimating means 9 based on the least square method of the position control device in Embodiment 4 of the present invention.
  • Disturbance torque estimated value Td force To remove unnecessary components other than the friction torque, only the friction torque component is extracted by passing through the filter 101.
  • the filter 101 normally uses a band-pass filter or the like that simultaneously removes high-frequency noise components and steady disturbances such as gravity loads.
  • the absolute value of the friction torque is also derived by the absolute value detecting means 102 for the obtained friction torque force.
  • the actual speed vm is passed through the filter 103 and the absolute value detecting means 104 to derive the absolute value of the actual speed.
  • the friction coefficient is estimated from the absolute value of the actual speed and the absolute value of the friction torque using the least square method.
  • the multiplication means 107 multiplies the absolute value of the actual speed by the previous friction coefficient estimated value De that has already been output.
  • the subtraction means 108 subtracts the absolute value force of the disturbance torque from the output, and outputs the deviation.
  • the least square gain means 105 multiplies the deviation by the estimated gain P and outputs the result, and the integration means 106 integrates and outputs the result.
  • the result is the current friction coefficient estimation value De.
  • the friction coefficient estimated value De estimated by the friction coefficient estimating means 9 in addition to the case of the first embodiment is estimated by using the least square method, so that it is highly accurate and stable. It is possible to estimate the friction coefficient.
  • Example 5 Although not shown in the figure, when the actual speed vm is low, the estimation accuracy is lowered. Therefore, processing such as estimation execution 'stop' is performed according to the speed. In addition, the estimated gain P is fixed at this time, but it can be changed according to the input value. With such a method, it is also possible to use another statistical processing method such as a sequential least square method or a fixed trace method. [0043] Example 5
  • the fifth embodiment includes a friction coefficient setting means 11 for outputting the estimated friction coefficient value De output from the friction coefficient estimating means 9 in the first embodiment to the overshoot suppression gain calculating means 10 when desired.
  • FIG. 7 shows an overall block diagram of Embodiment 5 of the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 or 5 denote the same or corresponding parts. Only the differences from the first embodiment will be described below.
  • Example 5 The configuration of Example 5 will be described.
  • the difference from the first embodiment is that the friction coefficient setting means 11 outputs the friction coefficient estimated value De output from the friction coefficient estimation means 9 to the overshoot suppression gain calculation means 10 when desired, or is necessary. If there is, the friction coefficient estimated value De is changed to a desired value. Changes over time such as the loss torque of plant 6 take a long time, and it is not necessary to estimate the friction coefficient estimation value De in real time and change the speed integral term feedforward gain vff. In some cases, it is sufficient to estimate the friction coefficient estimated value De and output it to the overshoot suppression gain calculation means 10 and update the velocity integral term feedforward gain vff. In addition, if there is an operation pattern in which the actual speed vm of plant 6 is large, it is easy to estimate the friction coefficient.
  • the friction coefficient setting means 11 may be configured to display the estimated friction coefficient De according to the user's request.
  • Embodiments 1 and 4 basically, the friction coefficient estimation result obtained by the friction coefficient estimation means 9 is used to set the speed integral term feedforward gain vff for the overshoot suppression.
  • the friction coefficient setting means 11 when the friction coefficient setting means 11 performs ONZOFF of the switch in the friction coefficient setting means 11 according to a desired time, the estimation of the friction coefficient estimated value De can be stopped. Also, friction coefficient setting means 11 according to the user's request. Changes the friction coefficient estimated value De and outputs it.
  • the speed integral term feed forward gain vff is set by the overshoot suppression gain computing means 10 and the coefficient of the speed integral term feed forward gain coefficient means 2 is rewritten with the value.
  • the other operations are the same as those in the first embodiment.
  • the friction coefficient estimation value De is output to the overshoot suppression gain calculation means 10 when desired, the friction coefficient setting means 11 is provided, so that only when the user desires in addition to the case of the first embodiment. Friction coefficient estimation can be executed.
  • the friction coefficient setting means 11 changes the value of the friction coefficient estimated value De and outputs it according to the user's request, so that the friction coefficient estimating means 9 does not necessarily exist. If the estimated value of friction coefficient De requested by the user is appropriate, the same effect as in Example 1 can be obtained.
  • FIG. 8 shows an overall block diagram of Embodiment 6 of the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 or 5 denote the same or corresponding parts. Only the differences from the first embodiment will be described below.
  • Embodiment 6 The configuration of Embodiment 6 will be described.
  • position feedforward coefficient means 12, speed feedforward multiplication means 13, and torque feedforward coefficient means 14 are configured instead of speed feedforward multiplication means 2 in the first embodiment.
  • Position feedforward coefficient means 12, speed feedforward multiplication means 13, and torque feedforward coefficient means 14 receive model position xa, model speed va, and model torque Ta as input, and gains ax, av, and aT, respectively. Multiply to derive feedforward position xf, feedforward speed vf, and feedforward torque Tf.
  • the input to position proportional compensation means 3 is the position deviation between feedforward position xf and actual position xm.
  • the input of stage 4 is the position deviation between model position xa and actual position xm.
  • the input of the speed proportional compensator 5 is the speed deviation of both position deviation, feedforward speed vf and actual speed vm.
  • the overshoot suppression gain calculation means 10 outputs the optimum gain for overshoot suppression with respect to the friction coefficient estimated value De obtained by the friction coefficient estimation means 9, and so on.
  • the position feedforward gain ax, the speed feedforward gain av, and the torque feedforward gain are output in order to output the gain equivalent to the case of the first embodiment corresponding to the position PI speed P control in the sixth embodiment. Calculate aT and output.
  • the position feedforward gain ax for suppressing the overshoot is modified from the speed integral term feedforward gain vff gain described in the first embodiment, and the optimum value is given by equation (8).
  • the overshoot suppression gain calculation means 10 derives the position feedforward gain ax that is optimal for overshoot suppression, and the gain ax of the position feedforward coefficient means 12 can be set optimally using that value. For example, overshoot is optimally suppressed.
  • Other operations are the same as those in the first embodiment.
  • the high-frequency characteristics are improved by a method in which only the position feedforward gain ax is changed and the speed feedforward gain av and torque feedforward gain aT are appropriately changed in accordance with the position position feedforward gain ax. can do.
  • a head for bonding a chip cut from a wafer to a substrate is driven by a servo motor as a drive source and a ball screw that converts the rotation motion into a linear motion, and simultaneously by position control.
  • Vertical position control is performed.
  • there is loss torque of the servo motor and sliding friction of the ball screw in the movable part and this friction is generally a friction component proportional to the speed, and changes with temperature and aging. It varies greatly depending on.
  • the friction coefficient estimate De is automatically estimated and the speed integral term feed-forward gain vff is automatically adjusted, so overshoot suppression can be automatically adjusted.
  • the position control device or control method thereof according to the present invention is suitable for position control such as a machine tool or a semiconductor manufacturing device.

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Abstract

　摩擦に起因するオーバーシュートを抑制するための制御ゲインを最適調整する技術についてロバスト性の高い位置制御装置及びその制御方法を得ることを目的とする。 　フィードフォワードを有する位置制御において、任意の摩擦係数を推定した値を設定する摩擦係数推定値設定手段と、 前記摩擦係数推定値設定手段によって推定された前記摩擦係数推定値に基づいて速度積分項フィードフォワードゲインを決定するオーバーシュート抑制ゲイン演算手段と、前記速度積分項フィードフォワードゲインと位置指令に基づくフィードフォワードの指令との乗算値を算出する速度フィードフォワード乗算手段とを備え、前記速度フィードフォワード乗算手段の乗算値を用いてフィードフォワード項を減少させる。

Description

明 細 書
位置制御装置及びその制御方法
技術分野
[0001] この発明は、工作機械や半導体製造装置などの機械系の位置制御を行う位置制 御装置およびその制御方法に関するものである。
背景技術
[0002] 位置制御装置にお!/、て、機械系における制御対象が有する摩擦特性は温度や経 年変化によって大きく変化するため、摩擦特性を予め考慮にいれてオーバーシユー トが発生しな 、ようにその制御対象に対して最適なゲインを設定したとしても、摩擦特 性の変動により、あるときは摩擦が大きくなつてオーバーシュートが発生し、あるいは 摩擦が逆に小さくなつて、オーバーシュートは発生しないものの、位置決めするまで の時間が遅くなつてしまうことがある。従って、摩擦変動が起こる機械では、このような 変化する摩擦特性に対してオーバーシュートを抑制するため、制御ゲインを自動的 に調整する技術が必要であった。
[0003] 従来の技術の例として日本国特許 3463355号に記載の技術がある。この従来の 技術によれば、粘性摩擦同定用速度指令信号を印加して制御対象を駆動させ、サ ーボアンプでは速度 PI制御系を^ aむことにより、その出力である「PI速度制御系指令 トルク」と、その出力に一次遅れフィルタをかけた「等価 IP速度制御系指令トルク」とを 観測する。「PI速度制御系指令トルク」と「等価 IP速度制御系指令トルク」の差信号の 定常値は、粘性摩擦係数に依存した値に収束するので、その値力 既知パラメータ を用いて粘性摩擦係数が同定される。
[0004] 次に、速度制御系にお 、て、プラントの実速度に粘性摩擦係数同定値を掛けたも のを粘性摩擦補償トルクとして、トルク指令に加算する。その結果、この粘性摩擦補 償トルクが摩擦トルクを補償することによって、摩擦によるオーバーシュートを抑制し ようとする方法である。
[0005] 特許文献 1：日本国特許 3463355号
発明の開示 発明が解決しょうとする課題
[0006] しかし、従来の技術における粘性摩擦トルク補償方法によれば、実速度を用い、摩 擦トルクを補償するようにトルクを増やす方向に調整するので、摩擦補償が共振を励 起する恐れがある。また、速度の符号に応じて補償トルクの符号が反転する速度零 近傍で制御は発散して発振する場合がある。さらに摩擦トルクを陽に補償する方式 の為、摩擦係数推定結果に誤差がある場合はオーバーシュートやアンダーシュート が発生する等、全体として制御のロバスト性が悪いという問題点があった。
課題を解決するための手段
[0007] この発明は、以上のような問題点を解決するためのものであり、フィードフォワードを 有する位置制御において、任意の摩擦係数を推定した値を設定する摩擦係数推定 値設定手段と、前記摩擦係数推定手段によって設定された摩擦係数推定値に基づ いて速度積分項フィードフォワードゲインを決定するオーバーシュート抑制ゲイン演 算手段と、前記速度積分項フィードフォワードゲインと位置指令に基づく速度指令と の乗算値を算出する速度フィードフォワード乗算手段とを備え、前記速度フィードフ ォワード乗算手段の乗算値を用いてフィードフォワード項を減少させることを特徴とす るものである。
[0008] また、フィードフォワードを有する位置制御にぉ 、て、被制御対象を制御する際の 推定された外乱トルクから摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段と、 前記摩擦係 数推定手段によって推定された摩擦係数推定値に基づいて速度積分項フィードフォ ワードゲインを決定するオーバーシュート抑制ゲイン演算手段と、前記速度積分項フ イードフォワードゲインと位置指令に基づく速度指令との乗算値を算出する速度フィ ードフォワード乗算手段とを備え、前記速度フィードフォワード乗算手段の乗算値を 用いてフィードフォワード項を減少させることを特徴とするものである。
発明の効果
[0009] 力かる位置制御装置及びその制御方法によれば、オーバーシュートを抑制するた めの制御ゲインを自動的に調整する際に、推定された外乱トルクに基づくゲインをフ イードフォワードを減らす方向に作用させてオーバーシュート抑制を行うので、機械 共振を励起する可能性が小さぐ速度に応じて補償トルクが反転しないので速度零 近傍でばたつかな 、のでロバスト性の高!、位置制御装置及びその制御方法を得るこ とがでさる。
図面の簡単な説明
[0010] [図 1]本発明の実施例 1を示す位置制御装置のブロック図である。
[図 2]本発明の実施例 1における速度フィードフォワード乗算手段 2の詳細図である。
[図 3]本発明の実施例 1における動作示す波形図である。
[図 4]本発明の実施例 2におけるオーバーシュート抑制ゲイン演算手段 10のブロック 図である。
[図 5]本発明の実施例 3の全体ブロック図を示す。
[図 6]本発明の実施例 4における位置制御装置の最小自乗法に基づく摩擦係数推定 手段 9の詳細ブロック図である。
[図 7]本発明の実施例 5の全体ブロック図を示す。
[図 8]本発明の実施例 6の全体ブロック図を示す。
符号の説明
[0011] 1 モデル演算手段、 2 速度フィードフォワード乗算手段、 3 位置比例補償手段、 4 積分補償手段、 5 速度比例補償手段、 6 プラント、 7 微分手段、 8 外乱ォブザ 一バー手段、 9 摩擦係数推定手段、 10 オーバーシュート抑制ゲイン演算手段、 1 1 、 12 位置フィードフォワード係数手段、 13 速度フィードフォワード乗算手段、 1 4 トルクフィードフォワード係数手段、 101 フィルタ、 102 絶対値検出手段、 103 フィルタ、 104 絶対値検出手段、 105最小自乗ゲイン手段、 106 積分手段、 107 乗算手段、 108 減算手段。
発明を実施するための最良の形態
[0012] 実施例 1
図 1は、本発明の実施例 1の全体ブロック図を示す。本ブロック図においてフィード バック制御は位置 P (比例）速度 PI (比例 +積分)制御を基本として 、る。
[0013] 実施例 1の構成を説明する。
[0014] モデル演算手段 1は指令位置 xrを入力として、位置制御に理想的なモデルトルク T a、モデル速度 va、モデル位置 xaを出力する。 [0015] モデルトルク Ta、モデル速度 va、モデル位置 xaは指令位置に対して適切な加速 度、速度、位置をモデルとして出力するものであるため、モデル演算手段 1の構成と してはそのモデルに応じて様々なものが考えられる。単純にモデル位置 =指令位置 、モデル速度を指令位置の一階微分、モデルトルクの出力を 0とした場合や、モデル トルクを指令位置の二階微分にモデルイナ一シャをかけたものとする場合などが挙げ られる。またモデル演算手段 1の出力が位置指令 xrに対して、等加速、等速、等減 速となるようモデル演算手段 1の中を構成させることもできる。
[0016] 位置比例補償手段 3は、出力されたモデル位置 xaと被制御対象であるプラント 6か ら検出された実位置 xmとの位置偏差 xdに対し、位置比例ゲイン wpc2を乗じて出力 する。位置比例補償手段 3の出力値とモデル速度 vaとの和と、被制御対象であるプ ラント 6の実位置 xmから微分手段 7を経て検出された実速度 vmとの偏差をとり、速度 偏差 vdとした後、積分補償手段 4は、速度偏差 vdと、モデル速度 vaに速度フィードフ ォワード乗算手段 2の速度積分項フィードフォワードゲイン vffを乗じた値との偏差を 入力し、その偏差を積分して係数 wpiを乗じた後に出力する。速度比例補償手段 5 は、速度偏差 vdと積分補償手段 4の出力との和に対し、速度比例ゲイン Kspを乗じ てフィードバックトルク指令を出力する。フィードバックトルク指令とモデルトルク Taを 加算してこれをトルク指令とする。ここではトルク制御系は省略し、実トルク =トルク指 令と考えており、このトルク指令が被制御対象であるプラント 6へ入力される実トルク T mとしている。プラント 6は入力された実トルクを元に動作し、位置 xmが変動する。
[0017] 速度フィードフォワード乗算手段 2の速度積分項フィードフォワードゲイン vffの導出 につ 、て説明する。実施例 1の制御ではモデル演算手段 1にお 、て正 、イナーシ ャ値が設定され、且つフィードバック系の制御ゲインが十分に高い場合には、トルク 指令力 モデルトルク Taを減じたトルクが外乱トルクと推定しても問題はな 、。この場 合、フィードバックトルク指令である速度比例補償手段 5の出力を外乱トルク推定値 T dとして推定され、摩擦係数推定手段 9へ入力される。
[0018] 摩擦係数推定手段 9は、外乱トルク推定値 Tdと実速度 vmより摩擦係数推定値 De を導出する。摩擦係数推定値 Deは理論的には実速度 vmと摩擦トルク推定値 Tdの 関係より下式で表現することができる。
Figure imgf000007_0001
オーバーシュート抑制ゲイン演算手段 10では、摩擦係数推定手段 9から出力され た摩擦係数推定値 Deに対しオーバーシュート抑制の為の速度積分項フィードフォヮ ードゲイン vffを導出する。
[0019] 第 2図は本発明の実施例 1における速度フィードフォワード乗算手段 2の詳細図で ある。理論上、摩擦によるオーバーシュートを抑制するフィードフォワードゲイン最適 値は（2)式で与えられる。
Figure imgf000007_0002
上式について説明する。
[0020] まず摩擦が在る場合にオーバーシュートが発生する理由につ!/、ては、摩擦が存在 した場合にモデル速度 vaと実速度 vmとに差異が生じるため、速度積分項がその摩 擦トルク分を補償するトルクを時間積分することで蓄積し、一定の時間が経過した位 置決め整定時に、その時間積分された摩擦トルク補償を積分補償手段 4が行うため に、速度零近傍で制御が一時的に発散しやすぐオーバーシュートが発生して収束 する時間が大きくなるものと考えられる。そこで積分補償手段 4の出力に対し、摩擦ト ルク分について積分項力 減少するような速度積分項フィードフォワードゲイン vffを 与えれば最適にオーバーシュートが抑制される。すなわち、速度積分項フィードフォ ワードゲイン vffの最適値としては、加減速時の積分項入力 hの一定値力 になるよう な値を与えればよい。
[0021] 今、プラント 6の伝達関数を（3)式とする。ここで Jはトータルイナ一シャ、 Dは摩擦係 数である。
Gp s) = ( 3 )
J - s +D - s
積分補償器 4への入力を hと置 、た時、位置指令 xrから hまでの伝達関数を計算する と式 (4)となる。ここで Ga (s)はモデルの伝達関数である。
Figure imgf000007_0003
上式において、単位加減速状態での hの値を考えると定常的に（5)式の一定値とな る。但し負荷トルクは無視している。
h = D - vff - Κ ψ ( 5 ) 上式において h=0と置くことで積分項入力の一定値 =0となる vffが得られる。以上 により、摩擦係数推定値 Deより速度積分項フィードフォワードゲイン vffの理論最適 値を導出する（2)式が得られる。
[0022] 摩擦係数推定手段 9は、外乱トルク推定値 Tdと実速度 vmより摩擦係数推定値 De を導出した後、オーバーシュート抑制ゲイン演算手段 10は、摩擦係数推定値 Deを 入力としてオーバーシュート抑制用の速度積分項フィードフォワードゲイン vffを演算 して出力する。得られた速度積分項フィードフォワードゲイン vffゲインを用いて速度 フィードフォワード乗算手段 2のゲインを書き換える。速度フィードフォワード乗算手段 2はモデル速度 vaに速度積分項フィードフォワードゲイン vffを掛ける。得られた速度 積分項フィードフォワード係数器 2の乗算値を、積分補償器 4の入力である速度偏差 力 減じることによりオーバーシュート抑制が行われる。
[0023] 次に実施例 1の動作を説明する。
[0024] まずオーバーシュート抑制を行わない場合の動作を説明する。オーバーシュート抑 制を行わな 、場合の動作は図にぉ 、て速度積分項フィードフォワードゲイン vffを仮 に 0とした場合として説明できる。
[0025] 第 3図は本発明の実施例 1における動作示す波形図である。第 3図（a)は速度積分 項フィードフォワードゲイン vff =0とした場合のものであり、第 3図（b)は速度積分項 フィードフォワードゲイン vffを摩擦係数推定値 Deを用いて設定した場合のものであ る。双方の波形図とも、横軸は時間、縦軸は位置と速度で、波形図中の点線の縦軸 が速度に対応し、実線が位置に対応する。
[0026] この時、モデル演算手段 1は、サーボ制御に理想的なモデルトルク Ta、モデル速 度 va、モデル位置 xaを出力し、プラント 6はそのモデルに追従するように動作する。 モデル演算手段 1のモデルが実際のプラント 6と完全に一致している場合は、実速度 •実位置はモデル速度 'モデル位置と全く同一の動作をする力 実際には摩擦等の モデル化誤差が存在する為、速度偏差 vd及び位置偏差 xdが発生する。位置偏差 X dがある場合には位置比例手段 3の位置比例ゲイン wpc2を乗じて位置偏差 xdに対 し比例的にフィードバック制御することにより位置偏差 xdに対する補償が行われる。 また速度偏差 vdが存在した場合にはフィードバックの速度 PI (比例 +積分)制御によ り速度偏差が補償されるが、第 3図（a)に示すように位置偏差にオーバーシュートは 発生する。
[0027] 次にオーバーシュート抑制を行う場合の説明をする。第 3図 (b)では、外乱トルク推 定値 Tdと実速度を用いて摩擦係数推定値 Deが推定された後、速度積分項フィード フォワードゲイン vffが最適に設定される。
[0028] 速度積分項フィードフォワードゲイン vffは 0より大きい値であるので、比例と積分か らなる速度フィードフォワード項を減らす効果をもたらし、結果として位置に対するフィ ードフォワード成分を減らすことと等価となる。つまり、摩擦が生じた場合、速度比例 補償手段 5の出力を外乱トルク推定値 Tdとして推定し、外乱トルク推定 Tdと実速度 V mとから摩擦係数推定手段 9が導出した摩擦係数推定値 Deを用いて、オーバーシュ ート抑制ゲイン演算手段 10が速度積分項フィードフォワードゲイン vffを導出し、速度 フィードフォワード乗算手段 2がモデル速度と速度積分項フィードフォワードゲイン vff との乗算値を、速度フィードフォワード項を減算させることに用いることにより、プラント 6に存在する粘性すなわち速度に比例する外乱トルクに相当する部分を抑制するの で、その外乱トルクに相当するゲイン量が積分されるのを除外し、オーバーシュートを 抑制することができる。特に、指令位置近傍では外乱トルクに相当するゲインが位置 の整定に要する時間分積分されてしまい、速度が零近傍となったときに発振してしま うのを抑える効果がある。さらに摩擦トルクに対しゲインを減少させる方向に補償する 方式の為、摩擦係数推定結果に誤差がある場合でもオーバーシュートやアンダーシ ユートが発生しにくい。
また、摩擦係数推定値 Deは逐次推定されているので、位置決め制御応答が調節さ れ、摩擦によるオーバーシュートを抑制することができる。よってこれらからロバスト性 の高 、位置制御装置を得ることが可能となる。
[0029] 従って、実施例 1によれば、フィードフォワード型位置制御にぉ 、て、被制御対象を 制御する際の推定された外乱トルクから摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段 9と 、 摩擦係数推定手段 9によって推定された摩擦係数推定値に基づいて速度積分項 フィードフォワードゲイン vffを決定するオーバーシュート抑制ゲイン演算手段 10と、 速度積分項フィードフォワードゲイン vffと位置指令 xrに基づく速度指令との乗算値 を算出する速度フィードフォワード乗算手段とを備え、速度フィードフォワード乗算手 段 2の乗算値を用いてフィードフォワード項を減少させるようにしたので、オーバーシ ユートを抑制するための制御ゲインを自動的に調整する際に、推定された外乱トルク に基づくゲインをフィードフォワードを減らす方向に作用させてオーバーシュート抑制 を行い、機械共振を励起する可能性が小さぐ速度に応じて補償トルクが反転しない ので速度零近傍でばたつかな 、ロバスト性の高 、位置制御装置及びその制御方法 を得ることができる。
[0030] 尚、実施例 1はモデル演算手段 1の出力のモデル速度 vaに対して速度積分項フィ ードフォワードゲイン vffを乗じたものを速度偏差 vdから引いている力 本発明の効果 を得るだけであれば速度フィードフォワード項に対して速度積分項フィードフォワード ゲイン vffを乗じたものを位置に対するゲイン等カゝら減少させても本発明と同様の効 果を奏することは可能であるため、モデル演算手段 1を用いた構成は必ずしも必要と いうわけではない。
[0031] 実施例 2
実施例 2は、実施例 1に対し、オーバーシュート抑制ゲイン演算手段 10の出力をプ ラント 6の実態に合わせてテーブルによるマップによって行うものである。
[0032] 第 4図は本発明の実施例 2におけるオーバーシュート抑制ゲイン演算手段 10のブ ロック図である。実施例 1においては、摩擦係数推定値 Deが速度に対してほぼ比例 するような場合における位置制御について説明した。
[0033] しかし、プラント 6の構造等によっては、摩擦係数推定値 Deがプラント 6の実速度 V mに対して比例することなぐ不規則に変化する場合も存在する。その場合は実施例 1に記載された (4)式にて速度積分項フィードフォワードゲイン vffを与えるのではなく 、この速度積分項フィードフォワードゲイン vffに対応する摩擦係数推定値 Deの値を あらかじめテーブルとして備えておき、推定された摩擦係数推定値 Deに基づ 、て速 度積分項フィードフォワードゲイン vffを設定する方が適切である。実施例 1では摩擦 係数推定値 De自体、（2)式より実速度 vmに比例している力 テーブルに基づいて 設定することにより、例えば摩擦係数推定値 Deが実速度 vmの 2乗に比例するような 計算が複雑になる場合や計算式に表現しにくい不規則な変化等に応じた速度積分 項フィードフォワードゲイン vffを設定することが可能となる。
[0034] 従って、実施例 1にカ卩えて、摩擦係数推定値 Deに基づ 、てあら力じめテーブルィ匕 しておいた速度積分項フィードフォワードゲイン vffに設定することにより、プラント 6の 摩擦が実速度 vmに応じて不規則に変化する場合においても、オーバーシュートを 効果的になくすことができる。
[0035] 実施例 3
実施例 3は、実施例 1における、外乱トルク推定値 Tdを外乱オブザーバー手段を 用いて推定したものである。
[0036] 第 5図は、本発明の実施例 3の全体ブロック図を示す。第 5図中、第 1図と同符号は 同一または相当部分を示す。
[0037] 実施例 1においては、モデル演算手段 1において正しいイナーシャ値が設定され、 且つフィードバック系の制御ゲインが十分に高い場合には、トルク指令力もモデルト ルク Taを減じたトルクを外乱トルクと推定しても問題な 、。実施例 3ではそうではな ヽ 場合であり、図 5に示すように外乱トルク Tdを推定するのに、プラントに入力される実 トルク Tmと実速度 vmとから外乱オブザーバー手段 8が外乱トルク推定値を推定して 摩擦係数推定手段 9に出力して 、る。
[0038] 外乱オブザーバー手段 8は、（6)式のような計算を用いて外乱トルクを推定する。
Td (Tm— J - s - vm) ( 6 )
s +H
(s :微分演算子、 H :オブザーバゲイン、 J：イナーシャ設定値）
従って、実施例 3によれば、実施例 1の場合に加えて、プラント 6に入力するトルクと 実速度 vmを用いて手段が前記外乱トルクを推定するので、より安定的に外乱トルク Tdを推定することができる。
[0039] 実施例 4
実施例 4は、実施例 1における摩擦係数推定手段 9による摩擦係数推定値 Deの推 定を最小自乗法を用いて推定したものである。
[0040] 実施例 1に示す（1)式を用いて摩擦係数を推定を行うことは可能だが外乱トルク推 定値 Tdの絶対値が小さいと SZN比が悪くなり正確な値を推定することは難しい場合 力 Sある。実施例 4では最小自乗法を用いて統計的計算を行 ヽ摩擦係数を推定して!/、 る。最小自乗法による摩擦係数推定の式を (7)式に示す。
De = -P x (\ Td \ -De- \ vm \) ( 7 )
s
(P:推定ゲイン）
第 6図は、本発明の実施例 4における位置制御装置の最小自乗法に基づく摩擦係 数推定手段 9の詳細ブロック図である。外乱トルク推定値 Td力 摩擦トルク以外の不 要成分を除去するためにフィルタ 101を通過させて摩擦トルク成分のみを抽出する。 フィルタ 101は通常、高周波ノイズ成分と重力負荷等の定常外乱とを同時に除去す るバンドパスフィルタ等を用 、る。得られた摩擦トルク力も絶対値検出手段 102により 摩擦トルクの絶対値を導出する。また実速度 vmも同様にフィルタ 103と絶対値検出 手段 104を通過させて実速度の絶対値を導出する。この実速度絶対値と摩擦トルク 絶対値とから最小自乗法を用いて摩擦係数を推定する。
[0041] まず乗算手段 107が実速度の絶対値とすでに出力した前回の摩擦係数推定値 De とを乗算する。次に、その出力を外乱トルクの絶対値力も減算手段 108が減算し、偏 差を出力する。そしてその偏差に最小自乗ゲイン手段 105が推定ゲイン Pを乗じて出 力し、積分手段 106が積算し、結果を出力する。その結果が今回の摩擦係数推定値 Deとなる。
[0042] 従って、実施例 4によれば、実施例 1の場合に加えて摩擦係数推定手段 9が推定 する摩擦係数推定値 Deは、最小自乗法を用いて推定されるので精度の高 、安定し た摩擦係数の推定が可能となる。
尚、図示しないが実速度 vmが低い場合には推定精度が落ちる為、速度に応じて推 定実行'停止などの処理を行う。また今回は推定ゲイン Pは固定値としているが、入 力の値に応じて変更するなどの方法も取られる。そのような手法により、逐次最小自 乗法や固定トレース法などの別の統計処理方法を用いることも可能である。 [0043] 実施例 5
実施例 5は、実施例 1における摩擦係数推定手段 9が出力する摩擦係数推定値 De を所望の時にオーバーシュート抑制ゲイン演算手段 10に出力する摩擦係数設定手 段 11を備えている。
[0044] 第 7図は、本発明の実施例 5の全体ブロック図を示す。第 7図中、第 1図又は第 5図 と同符号は同一または相当部分を示す。以下では実施例 1との相違点のみを説明す る。
[0045] 実施例 5の構成を説明する。
[0046] 実施例 1との相違点は、摩擦係数設定手段 11は、摩擦係数推定手段 9が出力する 摩擦係数推定値 Deを所望の時にオーバーシュート抑制ゲイン演算手段 10に出力し たり、必要であれば摩擦係数推定値 Deを所望の値に変更することにある。プラント 6 のロストルク等の経時変化は長い月日を要するものであり、かならずしもリアルタイム に摩擦係数推定値 Deを推定して速度積分項フィードフォワードゲイン vffを変化させ る必要はなぐ所定の時間が経過した際に摩擦係数推定値 Deを推定してオーバー シュート抑制ゲイン演算手段 10に出力し、速度積分項フィードフォワードゲイン vffを 更新するだけで十分な場合がある。また、プラント 6の実速度 vmが大きい動作パター ンが存在する場合は摩擦係数推定が容易となるので、その時のみ摩擦係数推定値 Deを出力すれば、精度よく摩擦係数推定値 Deを出力することができる。さらに、摩 擦係数推定値 Deがあら力じめ分力つている場合にその値をマニュアルで入力して出 力することで、最適かつユーザーの好みにあわせた摩擦係数推定値 Deを出力する ことができる。尚、摩擦係数設定手段 11は、ユーザーの所望により摩擦係数推定値 Deを表示させたりするように構成することも可能である。
[0047] 実施例 5の動作を説明する。
[0048] 実施例 1一 4では基本的には摩擦係数推定手段 9による摩擦係数推定結果を用 Vヽ て逐次オーバーシュート抑制用の速度積分項フィードフォワードゲイン vffを設定す るものであつたが、実施例 5では、摩擦係数設定手段 11が所望の時に応じて摩擦係 数設定手段 11内のスィッチの ONZOFFを行うことにより、摩擦係数推定値 Deの推 定の実行'停止が可能である。また、ユーザーの要望に応じて摩擦係数設定手段 11 が摩擦係数推定値 Deの値を変更して出力する。この方法で推定された摩擦係数を 用いて、オーバーシュート抑制ゲイン演算手段 10により速度積分項フィードフォヮ一 ドゲイン vffを設定し、その値で速度積分項フィードフォワードゲイン係数手段 2の係 数を書き換える。それ以外の動作は実施例 1に同じである。
[0049] 従って、摩擦係数推定値 Deを所望のときにオーバーシュート抑制ゲイン演算手段 10に出力する摩擦係数設定手段 11を備えたので、実施例 1の場合に加えてユーザ が所望するときにだけ摩擦係数推定の実行が出来る。
[0050] すなわち、本実施例においては、ユーザーの要望に応じて摩擦係数設定手段 11 が摩擦係数推定値 Deの値を変更して出力するので、必ずしも摩擦係数推定手段 9 が存在しなくてもユーザーが要望する摩擦係数推定値 Deの値が適正であれば実施 例の 1と同様の効果を奏することは可能である。
[0051] 実施例 6
実施例 1一 5にお 、ては位置 P (比例)速度 PI (比例積分)制御を適用して説明した 場合について説明したが、他の制御に利用した場合も本発明の効果を有することは 可能である。実施例 6は、位置 PI (比例積分)速度 P (比例）制御に適用したものであ る。
[0052] 第 8図は、本発明の実施例 6の全体ブロック図を示す。第 8図中、第 1図又は第 5図 と同符号は同一または相当部分を示す。以下では実施例 1との相違点のみを説明す る。
[0053] 実施例 6の構成を説明する。
[0054] 全体ブロック図における相違点は、実施例 1における速度フィードフォワード乗算手 段 2の代わりに位置フィードフォワード係数手段 12、速度フィードフォワード乗算手段 13、トルクフィードフォワード係数手段 14が構成されている。位置フィードフォワード 係数手段 12、速度フィードフォワード乗算手段 13、トルクフィードフォワード係数手段 14はそれぞれモデル位置 xa、モデル速度 va、モデルトルク Taを入力として、それぞ れに対してゲイン ax、 av、 aTを乗じてフィードフォワード位置 xf、フィードフォワード速 度 vf、フィードフォワードトルク Tfを導出する。また、実施例 6では、位置比例補償手 段 3の入力はフィードフォワード位置 xfと実位置 xmとの位置偏差となり、積分補償手 段 4の入力は、モデル位置 xaと実位置 xmの位置偏差となる。速度比例補償器 5の入 カは両位置偏差とフィードフォワード速度 vfと実速度 vmの速度偏差となる。
[0055] また、オーバーシュート抑制ゲイン演算手段 10は、摩擦係数推定手段 9で得られた 摩擦係数推定値 Deに対してオーバーシュート抑制に最適なゲインを出力する点に おいては実施例 1等と同じであるが、実施例 6における位置 PI速度 P制御に対応し実 施例 1の場合と等価となるゲインを出力するため、位置フィードフォワードゲイン ax、 速度フィードフォワードゲイン av、トルクフィードフォワードゲイン aTを演算して出力す る。オーバーシュート抑制の為の位置フィードフォワードゲイン axは、実施例 1で説明 した速度積分項フィードフォワードゲイン vffゲインを変形して最適値は（8)式となる。
Figure imgf000015_0001
それ以外のブロック図の構成は実施例 1と同様である。
[0056] 次に実施例 6の動作を説明する。
[0057] 実施例 6ではオーバーシュート抑制ゲイン演算手段 10においてオーバーシュート 抑制に最適な位置フィードフォワードゲイン axを導出し、その値を用いて位置フィー ドフォワード係数手段 12のゲイン axを最適に設定してやれば、オーバーシュートが 最適に抑制される。その他の動作は実施例 1と同様である。
[0058] 従って、位置 PI (比例積分)速度 P (比例)制御に適用した場合でも実施例 1と同様 の効果を得ることができる。
[0059] なお、ここでは位置フィードフォワードゲイン axのみを変更するとした力 位置フィー ドフォワードゲイン axに合わせて速度フィードフォワードゲイン av及びトルクフィードフ ォワードゲイン aTを適切に変更するという方法によって高周波特性が良くすることが できる。
[0060] 実施例 7
周知の半導体製造装置においては、例えばウエノ、から切り取ったチップを基板上 に接着するヘッドをサーボモータを駆動源に、その回転動作を直線方向動作に変換 するボールネジを介して駆動すると同時に位置制御により上下方向の位置制御を行 つている。この場合、可動部分にはサーボモータのロストルクやボールネジの摺動摩 擦が存在し、この摩擦は一般的に速度に比例した摩擦成分であり、温度や経年変化 によって大きく変化する。このような半導体製造装置に実施例 1一 6の位置制御装置 を用いることにより、オーバーシュート抑制を最適に設定にすることができ、ヘッドとヮ ークとが接触して破損するなどの問題を回避することができる。また経年的に変化す る摩擦に対しても自動的に摩擦係数推定値 Deを推定して速度積分項フィードフォヮ ードゲイン vffを自動的に調節するのでオーバーシュート抑制を自動調整することが できる。
産業上の利用可能性
この発明に係る位置制御装置またはその制御方法は、工作機械や半導体製造装 置など位置制御に適して!/ヽる。

Claims

請求の範囲
[1] フィードフォワードを有する位置制御において、任意の摩擦係数を推定した値を設定 する摩擦係数推定値設定手段と、前記摩擦係数推定値設定手段によって設定され た前記摩擦係数推定値に基づいて速度積分項フィードフォワードゲインを決定する オーバーシュート抑制ゲイン演算手段と、前記速度積分項フィードフォワードゲインと 位置指令に基づくフィードフォワードの指令との乗算値を算出する速度フィードフォヮ ード乗算手段とを備え、前記速度フィードフォワード乗算手段の乗算値を用いてフィ ードフォワード項を減少させることを特徴とする位置制御装置。
[2] フィードフォワードを有する位置制御において、被制御対象を制御する際の推定され た外乱トルクから摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段と、 前記摩擦係数推定手 段によって推定された摩擦係数推定値に基づいて速度積分項フィードフォワードゲ インを決定するオーバーシュート抑制ゲイン演算手段と、前記速度積分項フィードフ ォワードゲインと位置指令に基づくフィードフォワードの指令との乗算値を算出する速 度フィードフォワード乗算手段とを備え、前記速度フィードフォワード乗算手段の乗算 値を用いてフィードフォワード項を減少させることを特徴とする位置制御装置。
[3] 前記摩擦係数推定手段は、前記速度積分項フィードフォワードゲインに対応した前 記摩擦係数推定値を示すテーブルを備え、前記テーブルに基づ ヽて前記摩擦係数 推定値力 前記速度積分項フィードフォワードゲインを決定することを特徴とする請 求の範囲 2に記載の位置制御装置。
[4] 被制御対象に入力するトルクと実速度を用いてが前記外乱トルクを推定する外乱ォ ブザーバー手段を備えたことを特徴とする請求の範囲 2に記載の位置制御装置。
[5] 前記摩擦係数推定手段が推定する前記摩擦係数推定値は、最小自乗法を用いて 推定されることを特徴とする請求の範囲 2に記載の位置制御装置。
[6] 前記摩擦係数推定値を所望時に任意の値に変更してオーバーシュート抑制ゲイン 演算手段に出力する上記摩擦係数推定値設定手段を備えたことを特徴とする請求 の範囲 2に記載の位置制御装置。
[7] 前記被制御対象に対する位置指令に基づ!/、てモデル位置及びモデル速度及びモ デルトルクを演算して出力するモデル演算手段を備え、前記モデル位置及び前記モ デル速度及び前記モデルトルクをフィードフォワード項として用い、モデル位置に対 して比例的に、モデル速度に対して比例積分的に制御することを特徴とする請求の 範囲 1乃至 6のいずれかに記載の位置制御装置。
[8] 前記被制御対象に対する位置指令に基づ!/、てモデル位置及びモデル速度及びモ デルトルクを演算して出力するモデル演算手段を備え、前記モデル位置及び前記モ デル速度及び前記モデルトルクをフィードフォワード項として用い、モデル位置に対 して比例積分的に、モデル速度に対して比例的に制御することを特徴とする請求の 範囲 1乃至 6のいずれかに記載の位置制御装置。
[9] フィードフォワードを有する位置制御において、任意の摩擦係数を推定した値を設定 するステップと、 設定された前記摩擦係数推定値に基づ！ヽて速度積分項フィードフ ォワードゲインを決定するステップと、前記速度積分項フィードフォワードゲインと位 置指令に基づくフィードフォワードの指令との乗算値を算出するステップと、前記速 度フィードフォワード乗算手段の乗算値を用いてフィードフォワード項を減少させるス テツプとを備えたことを特徴とする位置制御方法。
[10] フィードフォワードを有する位置制御において、被制御対象を制御する際の推定され た外乱トルクから摩擦係数を推定するステップと、推定された摩擦係数推定値に基づ V、て速度積分項フィードフォワードゲインを決定するステップと、前記速度積分項フィ ードフォワードゲインと位置指令に基づくフィードフォワードの指令との乗算値を算出 するステップと、前記乗算値を用いて速度フィードフォワード項を減少させるステップ とを備えたことを特徴とする位置制御方法。
[11] 前記被制御対象に対する位置指令に基づ!、てモデル位置及びモデル速度及びモ デルトルクを演算して出力するステップと、前記モデル位置及び前記モデル速度及 び前記モデルトルクをフィードフォワード項として用い、モデル位置に対して比例的 に、モデル速度に対して比例積分的に制御するステップとを備えたことを特徴とする 請求の範囲 9又は 10に記載の位置制御方法。
[12] 前記被制御対象に対する位置指令に基づ!/、てモデル位置及びモデル速度及びモ デルトルクを演算して出力するステップと、前記モデル位置及び前記モデル速度及 び前記モデルトルクをフィードフォワード項として用い、モデル位置に対して比例積 分的に、モデル速度に対して比例的に制御することを特徴とする請求の範囲 9又は 1 0に記載の位置制御方法。
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