CN107924138A - 驱动装置、定位装置、平版印刷装置和物品制造方法 - Google Patents

驱动装置、定位装置、平版印刷装置和物品制造方法 Download PDF

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Abstract

一种用于驱动具有线圈和磁体的马达的驱动装置，包括：向线圈供应电流的电流驱动器，以及产生要供应给电流驱动器的电流命令值的控制器。控制器包括：第一换向计算机(8)，其基于命令值和通过计算命令值获得的计算值中的一个产生第一电流命令值；第二换向计算机(15)，其基于命令值产生第二电流命令值；校正值确定器(16)，其基于第二电流命令值确定校正值；以及校正器(10)，其基于第一电流命令值和校正值产生电流命令值。当电流驱动器具有传递函数F(s)时，校正值确定器具有传递函数(F(s)‑1‑1)。

Description

驱动装置、定位装置、平版印刷装置和物品制造方法
技术领域
本发明涉及驱动装置、定位装置、平版印刷装置和物品制造方法。
背景技术
日本专利公开号2010-286927涉及线性马达驱动台架。日本专利公开号2010-286927描述了流过线性马达的线圈的电流与命令值不匹配，并且由于电流驱动器的特性而产生电流误差。日本专利公开号2010-286927描述了使用通过将命令电流的微分值乘以增益而获得的校正项作为校正电流误差的方法的技术。日本专利号3339195涉及伺服控制装置。日本专利号3339195描述了基于马达的电阻值和马达的电感值来计算电流反馈的延迟量作为校正量的技术。
在日本专利公开号2010-286927和日本专利号3339195中描述的技术中，计算校正项和校正量，以便校正由于电流回路中的延迟而产生的误差。但是，在该校正项和校正量中也会产生误差，并且这可能产生驱动误差。
发明内容
本发明提供了一种有利于更精确地驱动马达的技术。
本发明的一个方面提供了一种驱动包括线圈和磁体的马达的驱动装置，所述装置包括：电流驱动器，电流驱动器被配置为向线圈供应电流；以及控制器，控制器被配置为产生要供应给电流驱动器的电流命令值，其中控制器包括：第一换向计算机，第一换向计算机被配置为基于命令值和通过计算命令值获得的计算值中的一个来产生第一电流命令值，第二换向计算机，第二换向计算机被配置为基于命令值产生第二电流命令值，校正值确定器，校正值确定器被配置为基于第二电流命令值确定校正值，以及校正器，校正器被配置为基于第一电流命令值和校正值来产生电流命令值，并且当电流驱动器具有传递函数F(s)时，校正值确定器具有传递函数(F(s)-1-1)。
从以下参考附图对示例性实施例的描述中，本发明的其它特征将变得清晰。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施例的驱动装置的布置的示意图；
图2是示出根据本发明的第一实施例的驱动装置的布置的框图；
图3示出了时序图，每个时序图示出了马达的驱动形态；
图4是示出根据本发明的第二实施例的驱动装置的布置的示意图；
图5是示出根据本发明的第二实施例的驱动装置的布置的框图；
图6是示出F(s)的详细示例的框图；
图7是示出根据本发明的第三实施例的定位装置的布置的图；
图8是示出校正值确定器的详细示例的框图；
图9是示出了时序图，每个时序图示出了在模拟中使用的台架的驱动形态(profile)；
图10A示出了示出模拟结果的时序图；
图10B示出了示出模拟结果的时序图；
图10C示出了示出模拟结果的时序图；
图10D示出了示出模拟结果的时序图；
图11是示出模拟结果的时序图；
图12A示出了示出模拟结果的时序图；
图12B示出了示出模拟结果的时序图；
图13是示出根据本发明的第四实施例的平版印刷装置的布置的图；
图14是示出根据本发明的第四实施例的可以对平版印刷装置执行的处理的流程图；
图15是用于说明比较例的示意图；以及
图16是用于说明比较例的框图。
具体实施方式
下面将描述本发明的示例性实施例。在下面的公式中，符号“·”表示能够改变顺序的乘法，并且符号“*”表示不能改变顺序的乘法。
首先，将参考图15和图16描述比较例的驱动装置300。比较例的驱动装置300被配置为驱动马达1。马达1被配置为例如同步马达。马达1包括多个(例如，三个)线圈4和磁体(例如，永磁体)5。下面将描述其中马达1包括三个线圈4的示例，即，其中马达1是三相马达的示例。但是，线圈4的数量不限于特定的数量。磁体5可以被提供在马达1的转子中。多个线圈4可以被提供在马达1的定子中。通过根据磁体5的磁极的方向流过多个线圈4的电流来产生使转子旋转的力F。马达1包括感测磁体5的磁极的磁极传感器6。
驱动装置300包括控制器2'。控制器2'包括换向(commutation)计算机8和相位计算器7。控制器2'可以由诸如DSP(数字信号处理器)的数字计算设备形成。控制器2'具有基于来自命令值产生器27的前馈命令值Iff产生三相电流命令值并将其供应给电流驱动器3的作用。前馈命令值Iff是用于对由马达1驱动的驱动目标执行前馈控制的命令值。在这个示例中，电流驱动器3是三相电流驱动器，并且根据从控制器2'供应的三相电流命令值向马达1的三个线圈4供应电流。电流驱动器3包括电流控制器，并且操作使得流过每个线圈4的电流遵循电流命令值。
命令值产生器27是控制器2'的主机控制器并且保持或产生马达1的驱动形态。命令值产生器27产生与驱动形态对应的前馈命令值Iff，并将其供应给控制器2'。图3示出了驱动形态的示例。图3例示的驱动形态将马达1的转子从角度0驱动到θm，最大角加速度为αm并且最大角速度为ωm。命令值产生器27在最大角加速度αm和最大角速度ωm的约束条件下产生用于将转子驱动达到目标角度θm的驱动形态。由于角加速度、由马达1产生的力F和供应给马达1的电流成比例关系，因此可以通过将角加速度模式(pattern)乘以增益来计算前馈命令值Iff。
在三相马达1中，通过向U相、V相和W相的三相线圈4供应具有120°相位差的正弦波电流来产生力F。电角度θ用于计算具有120°相位差的正弦电流。由于电角度θ由每个线圈4与磁体5之间的位置关系确定，因此相位计算器7基于从对应的磁极传感器6输出的信号计算电角度θ。基于由相位计算器7获得的电角度θ，第一换向计算机8根据以下公式计算U相、V相和W相的相应电流命令值Iff_u、Iff_v和Iff_w：
[数学公式1]
Iff_u＝Iff·sinθ
由换向计算机8计算的电流命令值Iff_u、Iff_v和Iff_w通过D/A转换器(未示出)被转换成模拟值，并且被供应给电流驱动器3。电流驱动器3包括电流控制器，接收电流命令值Iff_u、Iff_v和Iff_w，并且将相应电流I_u、I_v和I_w供应给马达1的U相线圈4、V相线圈4和W相线圈4。以电流命令值Iff_u作为输入并且以流过U相线圈4的电流I_u作为输出的传递函数(与U相有关的电流驱动器3的传递函数)F(s)由电流驱动器3的电流控制器和U相线圈4的电特性确定。类似地，以电流命令值Iff_v作为输入并且以流过V相线圈4的电流I_v作为输出的传递函数(与V相有关的电流驱动器3的传递函数)F(s)由电流驱动器3的电流控制器和V相线圈4的电特性确定。类似地，以电流命令值Iff_w作为输入并且以流过W相线圈4的电流I_w作为输出的传递函数(与W相有关的电流驱动器3的传递函数)F(s)由电流驱动器3的电流控制器和W相线圈4的电特性确定。在这个示例中，U相、V相和W相的传递函数F(s)彼此相等。但是，它们可以具有不同的传递函数。注意，s表示拉普拉斯(Laplace)算子。
流过U相线圈4、V相线圈4和W相线圈4的相应电流I_u、I_v和I_w可以由下式给出：
[数学公式2]
I_u＝F(s)*Iff_u
I_v＝F(s)*Iff_v
I_w＝F(s)*Iff_w
...(2)
当相应电流I_u、I_v和I_w流过马达1的U相线圈4、V相线圈4和W相线圈4时，马达1产生力F。当电流流过马达1的U相线圈4、V相线圈4和W相线圈4时产生的相应力F_u、F_v和F_w使用比例常数K由下式给出：
[数学公式3]
F_u＝(K·sinθ)*I_u
由马达1产生的力F是当电流流过U相线圈4、V相线圈4和W相线圈4时产生的相应力的总和，因此由下式给出：
[数学公式4]
如果公式(4)中的F(s)＝1，则右侧括号的内部由下式给出：
[数学公式5]
并且因此力F由下式给出：
[数学公式6]
F＝1.5·K·Iff
...(6)
但是，如果F(s)≠1，则在流过U相线圈4、V相线圈4和W相线圈4的电流I_u、I_v和I_w之间产生相位差δ。公式(4)的右侧括号的内部由下式给出：
[数学公式7]
因此，在由马达1产生的力F中产生误差。相位差δ是由于传递函数F(s)的频率特性而引起的延迟，并且因此根据各自用作对应传递函数F(s)的输入的电流命令值Iff_u、Iff_v和Iff_w的频率而不同。如公式(1)中所示，电流命令值Iff_u、Iff_v和Iff_w根据命令值Iff和电角度θ而变化。该命令值Iff和电角度θ根据马达的驱动形态和速度而变化。由于这些变化，相位差δ永远不会是恒定值。
下面将描述本发明的一些实施例。本发明的实施例提供了有利于抑制由传递函数F(s)(即，电流的输入/输出特性)中的延迟产生的非线性误差的技术。首先，将参考图1和图2描述本发明的第一实施例。注意，与上述比较例共同的事项遵照比较例。第一实施例的驱动装置150具有其中比较例中的驱动装置300的控制器2'被控制器2代替的布置。控制器2具有其中校正值计算机9和校正器10被添加到控制器2'的布置。校正值计算机9包括第二换向计算机15和多个(在这个示例中，三个)校正值确定器16。与比较例中的驱动装置300的控制器2'相似，第一实施例中的驱动装置150的控制器2包括第一换向计算机8和相位计算器7。第一换向计算机8和相位计算器7具有与比较例中的驱动装置300的控制器2'中的换向计算机8和相位计算器7相同的布置。
通过使用由相位计算器7获得的电角度θ，第二换向计算机15根据以下公式计算U相、V相和W相的相应电流命令值Iff_u、Iff_v和Iff_w作为第二电流命令值：
[数学公式8]
Iff_u＝Iff·sinθ
如上所述，通过使用由相位计算器7获得的电角度θ，第一换向计算机8如公式(1)中那样计算U相、V相和W相的相应电流命令值Iff_u、Iff_v和Iff_w作为第一电流命令值。在第一实施例中，对第一换向计算机8和第二换向计算机15两者的输入是前馈命令值Iff，并且第一电流命令值和第二电流命令值是相同的。
公式(1)和(8)可以是相同的计算公式。即，第一换向计算机8和第二换向计算机15可以根据相同的计算公式执行换向计算。由第二换向计算机15产生的命令值Iff_u、Iff_v和Iff_w被供应给三个校正值确定器16。三个校正值确定器16中的每一个具有传递函数F(s)-1-1。三个校正值确定器16根据以下公式计算U相、V相和W相的校正值Icv_u、Icv_v和Icv_w：
[数学公式9]
Icv_u＝{F(s)-1-1}*Iff_u
Icv_v＝{F(s)-1-1}*Iff_v
Icv_w＝{F(s)-1-1}*Iff_w
...(9)
基于由第一换向计算机8产生的命令值Iff_u、Iff_v和Iff_w以及由校正值确定器16产生的校正值Icv_u、Icv_v和Icv_w，校正器10产生要供应给电流驱动器3的电流命令值。校正器10可以包括例如三个加法器，所述三个加法器将由第一换向计算机8产生的命令值Iff_u、Iff_v和Iff_w与由三个校正值确定器16产生的校正值Icv_u、Icv_v和Icv_w相加。通过相加，三个加法器产生U相、V相和W相的电流命令值Iff_u+Icv_u、Iff_v+Icv_v和Iff_w+Icv_w。流过U相线圈4、V相线圈4和W相线圈4的相应电流I_u、I_v和I_w由下式给出：
[数学公式10]
I_u＝F(s)*(Iff_u+Icv_u)
I_v＝F(s)*(Iff_v+Icv_v)
I_w＝F(s)*(Iff_w+Icv_w)
(10)
将公式(8)和(9)代入公式(10)得到：
[数学公式11]
I_u＝F(s)*(Iff·sinθ)+F(s)*{F(s)-1-1}*Iff·sinθ
由于F(s)＊F(s)-1＝1，因此公式(11)被简化为：
[数学公式12]
I_u＝Iff_u
I_v＝Iff_v
I_w＝Iff_w
...(12)
在比较例中，如公式(2)所示，流过U相线圈4、V相线圈4和W相线圈4的电流I_u、I_v和I_w中的每一个都受到传递函数F(s)的影响。另一方面，在第一实施例中，通过提供各自具有传递函数(F(s)-1-1)的校正值确定器16、以及基于第一电流命令值和由校正值确定器16确定的校正值产生电流命令值的校正器10，F(s)被消除。由于F(s)被消除，因此根据命令值Iff的电流可以流过马达1的线圈4。这可以使期望从马达1产生的目标力和实际由马达1产生的力F中包含的误差为零或减小。
下面将参考图4和图5描述本发明的第二实施例。在第二实施例的驱动装置100中，由马达1驱动的驱动目标(例如，马达1的转子或由转子驱动的元件)的控制值被反馈。更具体而言，驱动装置100具有其中检测马达1的转子的旋转角度的检测器11、计算由马达1驱动的驱动目标的控制误差的误差计算机12、反馈控制器13和加法器40被添加到第一实施例的驱动装置150的布置。检测器11可以是例如编码器。
如在第一实施例中那样，第一相位计算器7基于从每个磁极传感器6输出的信号来计算电角度θ。在第二实施例中，基于作为由检测器11检测到的驱动目标的旋转角度的检测结果的检测到的旋转角度RPOS，第一相位计算器7还根据以下公式获得角度偏移θo：
[数学公式13]
θo＝θ-RPOS
…(13)
角度偏移θo是马达1的电角度θ和马达1的驱动目标的检测到的旋转角度(RPOS)之间的差值。
角度偏移θo从相位计算器7供应给校正值计算机9。误差计算机12计算从命令值产生器27供应的位置命令值(目标旋转角度)RPOSref与由检测器11检测到的马达1的检测到的旋转角度RPOS之间的差值，并将该差值供应给反馈控制器13。反馈控制器13计算用于驱动马达1的反馈命令值Ifb，以便使位置命令值(目标旋转角度)RPOSref与马达1的转子的检测到的旋转角度RPOS之间的差值变小。加法器40按以下给出的公式执行将反馈命令值Ifb与前馈命令值Iff相加的计算：
[数学公式14]
Iref＝Iff+Ifb
…(14)
加法器40向第一换向计算机8供应通过计算获得的计算值作为命令值Iref。如上所述，在第二实施例中，通过计算前馈命令值Iff获得的计算值被供应给第一换向计算机8。除了校正值计算机9之外，前馈命令值Iff还被供应给校正值计算机9的第二换向计算机15。
第一换向计算机8根据由相位计算器7计算的电角度θ计算马达1的U相线圈4、V相线圈4和W相线圈4的电流命令值Iref_u、Iref_v和Iref_w。基于前馈命令值Iff和位置命令值(目标旋转角度)RPOSref，校正值计算机9计算校正值Icv_u、Icv_v和Icv_w中的每一个，以便使由于对应的传递函数F(s)而产生的力F中包含的误差为零或减小。基于由第一换向计算机8产生的命令值Iref_u、Iref_v和Iref_w以及由校正值确定器16产生的校正值Icv_u、Icv_v和Icv_w，校正器10产生要供应给电流驱动器3的电流命令值。校正器10可以包括例如将由第一换向计算机8产生的命令值Iref_u、Iref_v和Iref_w与由三个校正值确定器16产生的校正值Icv_u、Icv_v和Icv_w相加的相应加法器。通过相加，加法器产生U相、V相和W相的电流命令值Iref_u+Icv_u、Iref_v+Icv_v和Iref_w+Icv_w。
下面将参考图5描述这个实施例中的效果。基于从相位计算器7供应的电角度θ，第一换向计算机8根据以下公式计算U相、V相和W相的相应电流命令值Iref_u、Iref_v和Iref_w：
[数学公式15]
Iref_u＝Iref·sinθ
校正值计算机9包括第二相位计算器14、第二换向计算机15和三个校正值确定器16。基于位置命令值(目标旋转角度)RPOSref和角度偏移θo，校正值计算机9根据以下公式计算校正后的电角度θref：
[数学公式16]
θref＝RPOSref+θo
…(16)
基于由第二相位计算器7获得的校正后的电角度θref，第二换向计算机8根据以下公式计算U相、V相和W相的相应电流命令值Iff_u、Iff_v和Iff_w。
[数学公式17]
Iff_u＝Iff·sinθref
由第二换向计算机15产生的命令值Iff_u、Iff_v和Iff_w被供应给对应的校正值确定器16。校正值确定器16中的每一个具有传递函数F(s)-1-1。校正值确定器16根据以下公式计算U相、V相和W相的校正值Icv_u、Icv_v和Icv_w：
[数学公式18]
Icv_u＝{F(s)-1-1}*Iff_u
Icv_v＝{F(s)-1-1}*Iff_v
Icv_w＝{F(s)-1-1}*Iff_w
…(18)
校正器10将由第一换向计算机8产生的命令值Iref_u、Iref_v和Iref_w与由三个校正值确定器16产生的校正值Icv_u、Icv_v和Icv_w相加。因此，校正器10产生U相、V相和W相的校正后的命令值Iff_u+Icv_u、Iff_v+Icv_v和Iff_w+Icv_w。流过U相线圈4、V相线圈4和W相线圈4的相应电流I_u、I_v和I_w由下式给出：
[数学公式19]
I_u＝F(s)*(Iref_u+Icv_u)
I_v＝F(s)*(Iref_c+Icv_v)
I_w＝F(s)*(Iref_w+Icv_w)
...(19)
将公式(14)、(15)、(17)和(18)代入公式(19)得到：
[数学公式20]
I_u＝F(s)*Ifbsinθref+Iff·Sinθref
在第二实施例中，由于旋转角度RPOS经受反馈控制，因此执行控制以获得θ＝θref。因此，公式(20)可以近似为：
[数学公式21]
I_u＝F(s)*Ifb·sinθ+Iff·sinθ
如图4所示，第二实施例的驱动装置100形成被称为2自由度控制***的控制***，其具有根据前馈命令值Iff的前馈控制和根据反馈命令值Ifb的反馈控制。前馈命令值Iff的作用是向马达1供应用于使马达1的转子操作的电流，以便遵循命令值产生器27的目标模式。反馈命令值Ifb的作用是使马达1产生消除妨碍马达1的旋转控制的外部干扰的力。如果没有这种外部干扰发生，则认为ifb＝0，下式近似地成立：
[数学公式22]
I_u＝Iff·sinθ
如公式(22)中所示，通过提供各自具有传递函数(F(s)-1-1)的校正值确定器16，F(s)被消除。即，在其中由马达1驱动的驱动目标(例如，马达1的转子或由转子驱动的元件)经受反馈控制的第二实施例中，根据前馈命令值Iff的电流也能够流过马达1的线圈4。这可以使由马达1产生的力F中包含的误差为零或减小。
在从公式(21)到(22)的近似中，通过假定不存在外部干扰设置了Ifb＝0。但是，实际上可能存在阻碍马达1的旋转控制的摩擦或振动。也可能存在可以由编码器等形成的相对于检测器11的电噪声。但是，通常，在马达的旋转控制中，Iff>Ifb成立，并且由反馈命令值Ifb产生的推力误差(由马达1产生的力的误差)足够小。Iff和Ifb之间的关系将在后面通过模拟来考虑。
第一换向计算机8接收前馈命令值和反馈命令值两者。但是，优选地，第二换向计算机15仅接收前馈命令值并且不接收反馈命令值。这是因为包括微分器的传递函数F(s)-1的***是可能放大高频噪声分量的不稳定***，而传递函数F(s)的***是不太可能放大输入值的噪声分量的稳定***。由于第二换向计算机15不接收比前馈命令值更可能具有高频噪声分量的反馈命令值，因此能够抑制具有来自第二换向计算机15的许多噪声分量的校正值的输出。
接下来，将例示性地描述导出以输入到电流驱动器3的电流命令值作为输入并且以流过线圈4的电流作为输出的传递函数(输入输出特性)F(s)的方法和确定特定校正值的方法。图6是示出传递函数F(s)的详细示例的框图。例如，传递函数F(s)可以被实施为包括减法器31、电流反馈控制器32和马达1的电路特性(characteristics)33的电流反馈控制***。设K(s)为电流反馈控制器32的传递函数，并且G(s)为指示马达1的电路特性33的传递函数。注意，这里的传递函数F(s)的详细示例仅仅是示例，并且传递函数F(s)可以通过各种其它布置来实施。
将每个线圈4的电阻值设为R，将每个线圈4的电感设为L，则马达1的电路特性33可以被视为相当于R和L的串联电路。在这种情况下，指示马达1的电路特性33的传递函数G(s)可以由以下给出的公式近似：
[数学公式23]
电流反馈控制器32的传递函数K(s)可以例如是由下式给出的PI控制的传递函数：
[数学公式24]
如上所述，作为示例，形成如图6例示的电流反馈控制***的传递函数F(s)可以由下式给出：
[数学公式25]
将公式(25)代入公式(18)得到：
[数学公式26]
由于拉普拉斯算子表示微分运算，因此公式(26)相当于：
[数学公式27]
校正值Icv_u、Icv_v和Icv_w可以根据公式(27)来计算。公式(27)中的微分运算可以通过由校正值确定器16对Iff_u、Iff_v和Iff_w的各个数列进行微分的方法来执行。可替代地，公式(27)中的微分运算可以通过由校正值确定器16根据通过对Iff_u、Iff_v和Iff_w的公式进行微分所获得的计算公式执行计算的方法来进行。
设计值或测量值可以用于马达1的电阻值R和电感L的值。电流反馈控制器32的K(s)可以基于马达1的电阻值R的设计值或测量值和电感L的值来确定。可替代地，提供测量设备，其测量从电流驱动器3的电流命令值Iref_u到流过线圈4的电流I_u的频率响应，并且传递函数F(s)可以基于测量设备的测量来确定。更具体而言，考虑像FFT分析仪那样能够测量频率响应的测量设备测量图6中从输入单元到输出单元的信号传递速率，并且基于该频率响应，频率传递函数F(s)的公式通过使用数值分析软件进行识别。数值分析软件的示例可以包括MATLAB。当利用MATLAB时，可以通过使用invfreqs命令获得像F(s)这样的公式的系数。如上所述，传递函数优选地由频率响应确定，因为它包括马达1的电阻值R和电感L的测量值两者。此外，由于马达1的每个线圈4的电阻值R根据温度而变化，因此传感器30测量马达1的线圈4的温度，并且计算(F(s)-1-1)的公式中的R的值可以根据由传感器30测量的温度而变化。
在第一和第二实施例中，为了简单起见，相同的传递函数F(s)用于多个相。但是，该多个相可以具有彼此不同的传递函数F(s)。
现在将描述其中本发明被应用到诸如台架装置的定位装置的第三实施例。图7示出了根据本发明的第三实施例的定位装置50。定位装置50可以包括例如马达1、控制器2、电流驱动器3、检测器11、滚珠螺杆(ball screw)18和台架19。台架19或由台架19保持的物品是定位对象。滚珠螺杆18是将旋转运动转换成线性运动的运动转换器，并且包括螺旋轴181和螺母182。台架19连接到滚珠螺杆18的螺母182，并且通过利用马达1使滚珠螺杆18的螺旋轴181旋转来在螺旋轴181的轴向方向上驱动台架19。检测器11检测比如编码器或激光干涉仪的位移，并且检测作为台架19的位置的检测结果的所检测到的位置POS。台架19的检测到的位置POS被传送到控制器2并且被驱动，使得台架19遵循命令位置值(目标位置)POSref。
如在第二实施例中那样，控制器2具有其中相位计算器7、校正值计算机9、校正器10、误差计算机12、反馈控制器13和加法器40被添加到第一实施例的驱动装置150的布置。在第三实施例中，检测器11检测在滚珠螺杆18的螺旋轴181的轴向方向上的台架19的位置POS。除了计算马达1的电角度θ之外，相位计算器7还计算作为电角度θ与从由检测器11检测到的台架19的位置转换而来的马达1的转子的旋转角度(2π·POS/T)之间的差值的角度偏移θo。相位计算器7基于从每个磁极传感器6输出的信号计算电角度θ。相位计算器7还根据以下公式计算角度偏移θo：
[数学公式28]
θo＝θ-2π·POS/T
…(28)
其中T是当马达1旋转时通过移动螺母182使得电角度θ从0变为2πrad而获得的距离。
第三实施例的校正值计算机9具有与第二实施例的校正值计算机9相同的布置。基于从相位计算器7供应的角度偏移θo，第三实施例的校正值计算器9根据以下公式计算校正后的电角度θref作为用于校正的电角度：
[数学公式29]
θref＝2π·POSref/T+θo
…(29)
第二换向计算机15和校正值确定器16与第二实施例中的相同。如在第二实施例中那样，校正值确定器16可以计算U相、V相和W相的校正值Icv_u、Icv_v和Icv_w。但是，为了呈现另一种布置的示例，下面将描述其中电流反馈控制器32的传递函数K(s)具有如以下公式给出的传递函数的示例：
[数学公式30]
指示马达1的电路特性33的传递函数G(s)可以遵照公式(23)。在第三实施例中，形成如图6例示的电流反馈控制***的传递函数F(s)由下式给出：
[数学公式31]
将公式(23)和(30)代入公式(31)获得：
[数学公式32]
其中a0、a1、a2、a3和a4是基于an、ad、bd、cd、L和R计算出的系数。根据公式(32)计算每个校正值确定器16的F(s)-1-1得到：
[数学公式33]
其中k0、k1、k2和k3是从a0、a1、a2、a3和a4计算出的系数。根据公式(33)，第三实施例中的每个校正值确定器16被表示为如图8的框图。图8中的校正值确定器16包括一阶延迟滤波器k0/(s+a0)、二阶微分器k1s2、一阶微分器k2s、增益k3和加法器。通过使输入Iff_u分别通过一阶延迟滤波器k0/(s+a0)、二阶微分器k1s2、一阶微分器k2s和增益k3并由加法器将那些输出相加来计算校正值Icv_u。图8仅示出了U相的校正值Icv_u。但是，也能够以相同的方式计算V相和W相的校正值Icv_v和Icv_w。通过将这些校正值Icv_u、Icv_v和Icv_w相加到命令值Iref_u、Iref_v和Iref_w，可以抑制由马达1产生的力中的误差。因此有可能改善遵循台架19的特性的命令值。这里已经描述了其中K(s)是二阶传递函数的情况作为示例。但是，即使K(s)的阶数增加，也有可能以相同的方式通过扩展公式来获得每个校正值确定器16的传递函数。注意，应当产生前馈命令值Iff，以使得能够执行在校正值确定器16中形成的每个微分器的阶数次的微分，因为如果K(s)的阶增加，每个微分器的阶也增加。
下面将通过模拟来验证第一实施例和第三实施例的效果。图9示出了在模拟中使用的台架19的驱动形态。这里考虑以最大速度1000(a.u.)将台架19从位置0移动到位置1000(a.u.)的驱动。台架19在时间0和t1之间的区间中加速、在时间t1和t2之间的区间中以恒定速度移动、并且在时间t2和t3之间的区间中减速。
图10A-10D示出了当由其中误差计算机12和反馈控制器13从第三实施例中的定位装置50的控制器2被去除的布置来驱动台架19时获得的模拟结果。图10A示出了在通过校正值计算机9和校正器10校正的情况下的台架19的位置以及在没有通过校正值计算机9和校正器10校正的情况下的台架19的位置。在任一情况下，台架19都根据位置命令值(目标位置)POSref移动。图10B示出了位置命令值(目标位置)POSref与台架19的实际位置之间的差值(即，台架19的位置误差)。在图10B中，虚线表示在未被校正值计算机9和校正器10校正的情况下的台架19的位置误差，并且实线表示在被校正值计算机9和校正器10校正的情况下的台架19的位置误差。图10C示出了用于驱动台架19的前馈命令值Iff。图10D示出了校正值Icv_u、Icv_v和Icv_w。当如图10C所示前馈命令值Iff的最大值是10时，如图10D所示，校正值Icv_u、Icv_v和Icv_w中的每个值都具有大约稍小于0.4的最大幅值。
图11示出了当第三实施例的定位装置50驱动台架19时获得的模拟结果。注意，通过添加周期性外部干扰来执行模拟，使得位置反馈控制的效果更可理解。在图11中，虚线表示在未被校正值计算机9和校正器10校正的情况下的台架19的位置误差，并且实线表示在被校正值计算器9和校正器10校正的情况下的台架19的位置误差。可以看出，通过利用校正值计算机9和校正器10执行校正，不仅在恒定速度区间中而且在加速/减速区间(特别地，具有大的加加速度(jerk)的区间)中位置误差被抑制。
图12A示出了当第三实施例的定位装置50驱动台架19时获得的前馈命令值Iff和反馈命令值Ifb的模拟结果。注意，图12A示出了在被校正值计算机9和校正器10校正的情况下的前馈命令值Iff和反馈命令值Ifb的模拟结果。前馈命令值Iff具有比反馈命令值Ifb大的值，以便执行台架19的加速操作或减速操作。反馈命令值Ifb被产生以便在产生误差时减小由外部干扰产生的位置误差，因此通常具有比前馈命令值Iff小的值。图12B是通过相对于坐标放大图12A获得的时序图。可以看出，反馈命令值Ifb相对于前馈命令值Iff足够小。因此有可能忽略由反馈命令值Ifb产生的推力误差(由马达1产生的力中的误差)。
在第一至第三实施例中，马达1是旋转马达。但是，马达1可以是线性马达。当马达1是线性马达时，转子由可移动元件代替。而且，转子的旋转角度由可移动元件的位置代替。
现在将描述其中本发明被应用到平版印刷装置的定位装置的第四实施例。图13示出了根据本发明的第四实施例的平版印刷装置200。为了提供平版印刷装置200的详细示例，这里将描述其中平版印刷装置200被实施为曝光装置的示例。但是，平版印刷装置200可以被配置为例如压印装置或带电粒子束绘制装置。
被配置为曝光装置的平版印刷装置200通过将图案投影在其表面上包括光敏材料的基板24上，将原件(掩模)22的图案转印到光敏材料上。平版印刷装置200可以包括照明光学***20、原件台架25、马达1a、投影光学***23、基板台架26和马达1b。马达1a被配置为驱动原件台架25。马达1b被配置为驱动基板台架26。马达1a和1b中的每一个对应于马达1。马达1a和1b可以是线性马达。
从照明光学***20发射的曝光光21照射由原件台架25保持的原件22。投影光学***23将由照明光学***20照明的原件22的图案投影在由基板台架26保持的基板24上。检测器11a和11b(诸如干涉仪)分别检测原件台架25和基板台架26的位置。关于检测到的位置的信息被供应给控制器2。控制器2基于从检测器11a和11b供应的信息经由电流驱动器3a和3b控制马达1a和1b，并使原件台架25和基板台架26的位置遵循从命令值产生器27供应的前馈命令值Iff。电流驱动器3a和3b中的每一个对应于电流驱动器3。前馈命令值Iff包括用于控制原件台架25的位置的前馈命令值以及用于控制基板台架26的位置的前馈命令值。
命令值产生器27是控制控制器2的主机控制器。命令值产生器27将目标位置(位置命令值)POSref供应给控制器2。目标位置(位置命令值)POSref包含用于控制原件台架25的位置的目标位置(位置命令值)和用于控制基板台架26的位置的目标位置(位置命令值)。
图14是示出可以在平版印刷装置200上执行的处理的流程图。在步骤S201中，执行用于确定传递函数F(s)的测量。注意，为了指定马达的线圈的电路特性，可以如上所述提供测量每个线圈4的温度的传感器。在步骤S202中，基于在步骤S201中获得的结果来确定F(s)-1-1。更具体而言，例如，确定公式(33)中诸如k0、k1、k2和k3的系数。当在步骤S201中测量每个线圈4的温度时，线圈4的电阻值R随着线圈4的温度而变化。因此，有可能根据该变化的量计算诸如k0、k1、k2和k3的系数。在步骤S203中，命令值产生器27在经由控制器2驱动原件台架25和基板台架26的同时执行曝光操作。此时，通过由校正值计算机9和校正器10校正命令值，可以抑制由马达1a和1b产生的力中的误差。这使得有可能改善例如图案的重叠精度。
在以上描述中，每个校正值确定器16的传递函数可以不必是传递函数F(s)-1-1。例如，作为每个校正值确定器16的传递函数，传递函数可以被设置，与其中电流驱动器3接收第一电流命令值的情况相比，无论频率如何，所述传递函数都确定使得电流驱动器3的输入与电流驱动器3的输出之间的相位差被减小的校正值。即，传递函数可以被设置为使得：与在其中电流驱动器3接收第一电流命令值的情况下相比，在其中电流驱动器3接收由校正器10产生的电流命令值的情况下，从马达1产生的力F变得更接近期望从马达1产生的目标力。例如，这适用于相对于传递函数F(s)的逆函数F(s)-1具有预先确定的差值的传递函数。
下面将描述通过使用上述平版印刷装置制造物品(例如，半导体设备、显示设备或MEMS设备)的物品制造方法。该物品制造方法包括通过使用平版印刷装置在基板上形成图案的图案形成步骤，以及处理(例如，蚀刻或离子注入)其上已形成图案的基板的处理步骤。当平版印刷装置是曝光装置或带电粒子束绘制装置时，图案形成步骤可以包括将光敏材料施加到基板上的步骤、通过使用曝光装置或带电粒子束绘制装置在光敏材料上形成潜像的步骤、以及显影潜像的步骤。当平版印刷装置是压印装置时，图案形成步骤可以包括将压印材料供应到基板上的步骤以及使压模(也被称为模具或模板)与压印材料接触并在那个状态下固化压印材料的步骤。
本发明的(一个或多个)实施例还可以由***或装置的计算机来实现，所述***或装置读出并执行记录在存储介质(其也可以被更完整地称为“非瞬态计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)以执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个的功能和/或包括用于执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))，以及可以通过由***或装置的计算机通过例如从存储介质读出并执行计算机可执行指令以执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个的功能和/或控制一个或多个电路以执行上述(一个或多个)实施例中的一个或多个的功能执行的方法来实现。计算机可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可以包括分离的计算机或单独的处理器的网络以读出并执行计算机可执行指令。计算机可执行指令可以例如从网络或存储介质提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算***的存储装置、光盘(诸如紧凑型盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或蓝光盘(BD)TM)、闪存设备、存储卡等中的一个或多个。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释以便涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。
本申请要求于2015年8月31日提交的日本专利申请号2015-171183以及于2016年8月30日提交的日本专利申请号2016-168529的优先权，其全部内容通过引用在此被并入。

Claims (16)

1.一种驱动包括线圈和磁体的马达的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括：
电流驱动器，电流驱动器被配置为向线圈供应电流；以及
控制器，控制器被配置为产生要供应给电流驱动器的电流命令值，
其中控制器包括：
第一换向计算机，第一换向计算机被配置为基于命令值和通过计算命令值获得的计算值中的一个来产生第一电流命令值，
第二换向计算机，第二换向计算机被配置为基于命令值产生第二电流命令值，
校正值确定器，校正值确定器被配置为基于第二电流命令值确定校正值，以及
校正器，校正器被配置为基于第一电流命令值和校正值来产生电流命令值，并且
当电流驱动器具有传递函数F(s)时，校正值确定器具有传递函数(F(s)-1-1)。
2.如权利要求1所述的驱动装置，其中命令值是用于对由马达驱动的驱动目标执行前馈控制的前馈命令值，以及
所述计算值是前馈命令值与基于由马达驱动的驱动目标的控制误差确定的反馈命令值之和。
3.如权利要求2所述的驱动装置，其中所述控制单元包括：
第一相位计算器，第一相位计算器被配置为获得角度偏移，该角度偏移为马达的电角度与检测到的旋转角度之间的差值，所述检测到的旋转角度为驱动目标的旋转角度的检测结果，以及
第二相位计算器，第二相位计算器被配置为基于所述角度偏移和驱动目标的目标旋转角度来获得校正后的电角度，并且
第二换向计算机基于前馈命令值和校正后的电角度来产生第二电流命令值。
4.如权利要求2所述的驱动装置，其中控制器包括：
第一相位计算器，第一相位计算器被配置为获得角度偏移，该角度偏移为马达的电角度与从检测到的位置转换的旋转角度之间的差值，所述检测到的位置为驱动目标的位置的检测结果，以及
第二相位计算器，第二相位计算器被配置为基于所述角度偏移和驱动目标的目标位置来获得校正后的电角度，并且
第二换向计算机基于前馈命令值和校正后的电角度来产生第二电流命令值。
5.如权利要求1至4中任一项所述的驱动装置，其中第一换向计算机和第二换向计算机根据相同的计算公式执行换向计算。
6.如权利要求1至5中任一项所述的驱动装置，还包括被配置为测量线圈的温度的传感器，其中(F(s)-1-1)基于由所述传感器测得的温度而变化。
7.一种驱动包括线圈和磁体的马达的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置包括：
电流驱动器，电流驱动器被配置为向线圈供应电流；以及
控制器，控制器被配置为产生要供应给电流驱动器的电流命令值，
其中控制器包括：
第一换向计算机，第一换向计算机被配置为基于命令值和通过计算命令值获得的计算值中的一个来产生第一电流命令值，
第二换向计算机，第二换向计算机被配置为基于命令值产生第二电流命令值，
校正值确定器，校正值确定器被配置为基于第二电流命令值确定校正值，以及
校正器，校正器被配置为基于第一电流命令值和校正值来产生电流命令值，并且
与在其中电流驱动器接收第一电流命令值的情况下相比，在其中电流驱动器接收基于第一电流命令值和校正值产生的电流命令值的情况下，不管频率如何，校正值确定器都将使得至电流驱动器的输入与从电流驱动器的输出之间的相位差被减小的校正值确定为校正值。
8.如权利要求7所述的驱动装置，其中当所述电流驱动器具有传递函数F(s)时，校正值确定器具有传递函数F(s)-1。
9.如权利要求7或8所述的驱动装置，其中所述校正值确定器的传递函数相对于F(s)-1具有预先确定的差值。
10.如权利要求7至9中任一项所述的驱动装置，其中命令值是用于对由马达驱动的驱动目标执行前馈控制的前馈命令值，以及
所述计算值是前馈命令值与基于由马达驱动的驱动目标的控制误差确定的反馈命令值之和。
11.如权利要求10所述的驱动装置，其中所述控制单元包括：
第一相位计算器，第一相位计算器被配置为获得角度偏移，该角度偏移为马达的电角度与检测到的旋转角度之间的差值，所述检测到的旋转角度为驱动目标的旋转角度的检测结果，以及
第二相位计算器，第二相位计算器被配置为基于所述角度偏移和驱动目标的目标旋转角度来获得校正后的电角度，并且
第二换向计算机基于前馈命令值和校正后的电角度来产生第二电流命令值。
12.如权利要求10所述的驱动装置，其中控制器包括：
第一相位计算器，第一相位计算器被配置为获得角度偏移，该角度偏移为马达的电角度与从检测到的位置转换的旋转角度之间的差值，所述检测到的位置为驱动目标的位置的检测结果，以及
第二相位计算器，第二相位计算器被配置为基于所述角度偏移和驱动目标的目标位置来获得校正后的电角度，并且
第二换向计算机基于前馈命令值和校正后的电角度来产生第二电流命令值。
13.如权利要求7至12中任一项所述的驱动装置，其中第一换向计算机和第二换向计算机根据相同的计算公式执行换向计算。
14.一种定位物品的定位装置，所述装置包括：
台架，被配置为保持物品；以及
在权利要求1至13的任一项中限定的驱动装置，被配置为驱动台架。
15.一种用于在基板上形成图案的平版印刷装置，
其中所述平版印刷装置在权利要求14中限定的定位装置所定位的基板上形成图案。
16.一种物品制造方法，其特征在于，包括：
通过如权利要求15中限定的平版印刷装置在基板上形成图案；以及
在所述形成步骤之后处理基板。
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