JP3387715B2 - 多相リニアモータ制御装置 - Google Patents
多相リニアモータ制御装置Info
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Description
の制御装置に関するものであり、特に高精度な速度制御
あるいは位置制御が必要とされる分野において利用され
るものである。
モータの構成の一例を示したものである。図5において
12はリニアモータコイル(固定子)であり、便宜上N
o.1〜No.4までの番号を付けてある。また13は
可動磁石(可動子)であり、隣り合う、また向かい合う
磁石の極性が異なるように配置されている。
ホール素子などで検出され、可動磁石13の極性(N,
S極)を検出することによって所定のコイルへの通電が
行なわれる。この通電コイルの選択方法を図5に併せて
示す。ここで、印
したような構成の多相リニアモータを駆動する回路構成
については、特開平1−298410号公報に示されて
いる。
相リニアモータでは、それぞれのコイル部分で発生する
推力は必ずしも同一ではない。またコイルとコイルとの
間はある程度間隔を設けて配置するのが一般的である。
このコイル間ギャップのため可動子の場所によっても推
力が変動し、結局図6に示すような推力分布になるのが
通常である。従って、例えば可動子の一定速度制御を行
なう場合、こうした推力変動の影響により制御偏差を十
分低減することは不可能となる。
6に示す推力変動の周波数も高くなるため、より推力変
動の影響が出やすくなる。このことは、モータを積分器
で近似した図7のブロック線図を使って説明できる。図
7は速度のフィードバックループを構成したモータの速
度制御系であり、簡単のためPI(比例+積分)補償器
を設けている。またKt はトルク定数、Mは可動部の質
量を表している。
達関数(外乱抑圧特性)は数1式となり、低域では微分
特性を示す。
出やすくなることになる。同様に、可動部(負荷)の質
量が小さいほど数1式のゲインが大きくなるから、結果
として外乱抑圧能力が劣化する。逆に言えば質量が大き
いほど推力変動に起因する外乱の影響を受けにくいわけ
であり、このことはいわゆる「はずみ車効果」として良
く知られている。
乱の抑圧能力を高めるためには、PI補償器のゲインを
大きくするなどして制御帯域を拡げれば良い。しかしこ
の場合、負荷の接続状態等により生ずる機械系の持つ共
振点を励起してしまう可能性があるため、必ずしも期待
する制御帯域が得られないことが多い。
れたものであり、共振点の存在等のため補償器のゲイン
を十分高くとれない場合においても、モータの推力変動
等に起因する制御偏差を十分抑圧できるような、多相リ
ニアモータの制御装置を提供するものである。
多相リニアモータの制御装置は、可動子の位置に応じて
通電すべきコイルを選択的に切り替える多相リニアモー
タに位置あるいは速度を負帰還するサーボループを備
え、前記可動子の移動方向各地点における前記可動子の
目標位置と現在位置の差となる制御偏差の補正情報を保
持する参照テーブルを有し、前記リニアモータの制御時
には、前記参照テーブルの補正情報を逐次参照して得ら
れる値を前記制御偏差に加算しながら制御することを特
徴とする。これにより、推力変動等に起因する制御偏差
部分をあらかじめ補償し、推力変動等に起因する制御偏
差の発生が十分抑圧された、制御が行われる。
装置は、テーブル参照に先んじて行なわれる多相リニア
モータ駆動時に得られる系の状態量すなわち可動子の位
置および制御偏差の時系列に基づき参照テーブルを作成
することを特徴とする。
装置においては、テーブル参照に先んじて行なわれる多
相リニアモータ駆動時に得られる系の状態量の時系列
を、線形位相ディジタルファルタで前処理した結果を基
に参照テーブル作成を行なうことを特徴とし、該フィル
タの遮断周波数は、サーボループ帯域より低く設定され
ることを特徴とする。これにより、外来ノイズ等に起因
する高周波成分を排除したテーブルが作成され、これに
基づく安定した制御が行われる。
装置においては、上記方法にて作成した参照テーブルを
用いてさらにリニアモータの駆動を行なった結果より、
参照テーブルを補正する係数列を生成して参照テーブル
を逐次補正することを特徴とする。これにより、さらに
制御偏差の抑圧効果が高められる。
御装置の構成を示す。図1において、1は参照テーブル
作成手段、2はテーブル参照手段、3は参照テーブル保
存手段であるメモリ、4は制御演算手段、5は目標位置
発生手段である。参照テーブル作成手段1、テーブル参
照手段2、制御演算手段4、および目標位置発生手段5
はCPUあるいはDSPなどのマイクロプロセッサ6で
実現されている。D/Aコンバータ7はマイクロプロッ
サ6から指令値を受け、アナログ信号に変換して増幅器
8に与える。増幅器8においては電流制御ループが構成
されており、従って増幅器8は電流モード増幅器として
動作する。増幅器8により多相リニアモータ9が駆動さ
れ、その位置を位置検出器10で検出する。多相リニア
モータ9は、従来技術の説明に用いた図5と同じ構成の
ものを用いている。本実施例では位置検出器10として
レーザ干渉計を用いているが、リニアエンコーダなどそ
れに替るものであっても良い。
の位置情報を用いて例えばPIDなどの制御補償演算を
行なった後、この結果をD/Aコンバータ7に電流指令
値として与えており、従って位置制御を行なうフィード
バックループが構成されている。
いて図2のフローチャートを用いて説明する。
値に従って、多相リニアモータ可動子を第1の位置まで
一定速度で移動させる(ステップS1)。次に可動子
を、実際に多相リニアモータを駆動するのと同一の目標
値パターンを与えて、第2の位置まで駆動する(ステッ
プS2、S3)。この時、マイクロプロセッサ6は可動
子の位置Pn と、目標位置と可動子の位置との差即ち制
御偏差En を、1msec.毎の一定周期でメモリ3に
保存していく(ステップS2)。第2の位置への移動が
完了した時点でこのメモリへの保存動作を終了する。
には、外来ノイズなどに代表される高周波成分が含まれ
るのが一般的である。こうした高周波成分をテーブルに
含むことは、制御系に無意味な動作を強いることになり
好ましくない。場合によっては、制御系が不安定化する
こともあり得る。本実施例では、高域遮断型の線形位相
フィルタを用いて高周波成分を除去する(ステップS4
〜S6)。ここでフィルタの遮断周波数は、制御演算手
段4に含まれる制御補償器のパラメータから推定可能な
制御帯域より低く設定する。本実施例では数2式で表現
される50次のFIRフィルタを用い、その遮断周波数
を20Hzに設定している。
列、fはフイルタの係数、nは時刻をそれぞれ表してい
る。このようにして、メモリ3に保存された位置Pn お
よび制御偏差En に対して、フィルタ処理を施した位置
時系列PFn と制御偏差時系列EFn がそれぞれ得られ
る。
御偏差との関係をテーブルとして作成する。フィルタ処
理の施された位置時系列PFn を順番に1つずつチェッ
クし、それが1単位増加するごとにフィルタ処理の施さ
れた制御偏差時系列EFn の値を抜き出して参照テーブ
ル値とする(ステップS7〜S9)。ここで言う1単位
δとは、参照テーブルの細かさ(ピッチ)を表すもので
あり、本実施例では0.1mmとしているが、メモリ容
量の許容する範囲で十分小さくとれば良い。
m はメモリ3に保存され、テーブル参照手段2により逐
次参照される。次に、テーブル参照手段2について説明
する。実際に多相リニアモータを駆動して速度制御や位
置決めなどの動作を行なうのに際し、位置検出器10よ
り得られる位置情報pを基に数3式で表されるルールに
従ってテーブルを参照して、その場所での補正値kを得
る。
テーブルのピッチδの整数倍に変換し、これをメモリ内
参照テーブル先頭からのオフセット(インデックスL)
として用いることで、現在位置に対する補正値kが得ら
れることになる。
制御偏差を計算した結果に加算する形で用いられ、その
後PIDなどの補償計算を行なった結果が操作量すなわ
ち制御入力としてD/A変換器7に入力されて多相リニ
アモータを駆動する。
示す系において一定速度駆動をした場合の定常状態の位
置偏差、従来技術の場合との比較を図3に示す。本発明
によって位置偏差が抑圧されていることが確認できる。
ついて説明したが、速度制御を行なう場合でも全く同じ
手段で実現できることは明らかであるので、この場合の
詳細な説明は省略する。 第2の実施例 第1の実施例で示したように、参照テーブルは図2のフ
ローチャートに従って作成されるが、この手続きを繰り
返すことでさらに位置偏差抑圧能力を高めることができ
る。この手順を図4のフローチャートに示す。
ローチャートに従って第1の参照テーブルKm を作成す
る(ステップS41)。そして、第1実施例で説明した
ように、第1の参照テーブルKm から得られた値を制御
偏差に加算して駆動する。この時、同時に図2のフロー
チャートに従って第2の参照テーブルK'mを作成し(ス
テップS42)、第1の参照テーブルKm に要素ごとに
加算することで新しい参照テーブルとする(ステップS
44〜S46)。これを繰り返すことにより(ステップ
S43)、N回目に作成したテーブルに反映しきれなか
った情報を、N+1回目に作成したテーブルに反映させ
ることができ、位置偏差抑圧能力をいっそう高めること
ができる。
ため、テーブルの補正を3回行なった場合の位置偏差波
形を図3にあわせて示す。テーブルの補正を行なわない
場合に比べ、位置偏差がさらに2分の1に抑圧されてい
ることが確認できる。 第3の実施例 第1および第2の実施例では、参照テーブル保存手段3
としてメモリを用いたが、例えば磁気ディスクなどの媒
体に記憶しておくことも可能である。この場合、1度参
照テーブルを作成してしまえば、機械系の特性が変化し
ない限り再度参照テーブル作成を繰り返す必要はなくな
るため、機器立ち上げ時に参照テーブルを記憶してある
媒体から1度だけ読み込んでおけば良い。また、一定の
長期間にわたって多相リニアモータを駆動した後には参
照テーブルを自動的に再作成するようにしておくこと
で、機械系の経年変化を補正することも可能となる。
多相リニアモータを用いた系において、多相リニアモー
タの推力変動を十分に除去する、多相リニアモータの制
御装置を提供することができる。
タ制御装置の構成を示す図である。
る。
すフローチャートである。
である。
3:メモリ、4:制御演算手段、5:目標位置発生手
段、6:マイクロプロセッサ、7:D/Aコンバータ、
8:増幅器、9:多相リニアモータ、10:位置検出
器。
Claims (5)
- 【請求項1】 可動子の位置に応じて通電すべきコイル
を選択的に切り替える多相リニアモータに位置あるいは
速度を負帰還するサーボループを有する制御装置におい
て、前記可動子の移動方向各地点における前記可動子の
目標位置と現在位置の差となる制御偏差の補正情報を保
持する参照テーブルを有し、前記リニアモータの制御時
には、前記参照テーブルの補正情報を逐次参照して得ら
れる値を制御偏差に加算しながら制御することを特徴と
する多相リニアモータ制御装置。 - 【請求項2】 前記参照テーブルを、テーブル参照に先
んじて行われる前記リニアモータの駆動時に得られるそ
の可動子の位置および制御偏差の時系列データに基づき
作成する参照テーブル作成手段を有することを特徴とす
る請求項1記載の多相リニアモータ制御装置。 - 【請求項3】 前記参照テーブル作成手段は、前記参照
テーブルを、前記時系列データを高域遮断型の線形位相
フィルタで前処理した結果に基づいて作成するものであ
り、該フィルタの遮断周波数は、前記サーボループによ
る制御帯域より低く設定されることを特徴とする請求項
2記載の多相リニアモータ制御装置。 - 【請求項4】 可動子の位置に応じて通電すべきコイル
を選択的に切り替える多相リニアモータに対し、位置あ
るいは速度を負帰還するサーボループを構成した制御装
置において、該リニアモータの駆動方向各地点における
制御偏差の補正情報を保持した第1の参照テーブルと、
この第1の参照テーブルを逐次参照して得られる値を前
記制御偏差に加算しながら請求項2または3の参照テー
ブル作成手段で作成した第2の参照テーブルと、この第
2の参照テーブルを用いて第1の参照テーブルを補正す
る手段とを具備し、該リニアモータの制御時には、この
補正された第1の参照テーブルを逐次参照して得られる
値を前記制御偏差に加算しながら制御することを特徴と
する多相リニアモータ制御装置。 - 【請求項5】 前記第1の参照テーブルの補正を複数回
数繰り返し行うことを特徴とする請求項4記載の多相リ
ニアモータ制御装置。
Priority Applications (5)
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---|---|---|---|
JP32787295A JP3387715B2 (ja) | 1995-11-24 | 1995-11-24 | 多相リニアモータ制御装置 |
EP96306378A EP0762255B1 (en) | 1995-09-04 | 1996-09-03 | Drive control apparatus |
KR1019960037952A KR100226599B1 (ko) | 1995-09-04 | 1996-09-03 | 구동제어장치 및 방법 |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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---|---|---|---|---|
KR20030020781A (ko) * | 2001-09-04 | 2003-03-10 | 주식회사 져스텍 | 리니어 모터의 통합 pid 위치 제어기 및 이를 이용한이득 설정방법 |
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NL2006981A (en) * | 2010-07-26 | 2012-01-30 | Asml Netherlands Bv | Position control system, lithographic apparatus, and method to control a position of a movable object. |
-
1995
- 1995-11-24 JP JP32787295A patent/JP3387715B2/ja not_active Expired - Fee Related
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