JP4182311B2 - リニアモータの制御方法とその装置 - Google Patents
リニアモータの制御方法とその装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4182311B2 JP4182311B2 JP32061999A JP32061999A JP4182311B2 JP 4182311 B2 JP4182311 B2 JP 4182311B2 JP 32061999 A JP32061999 A JP 32061999A JP 32061999 A JP32061999 A JP 32061999A JP 4182311 B2 JP4182311 B2 JP 4182311B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- speed
- movable part
- center
- gravity
- linear motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Control Of Linear Motors (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、リニアモータを駆動制御する方法とその装置に関し、特にリニアモータの高精度送りを実現する上で制御パラメータの高ゲイン化が必要であるときのキーとなる機械の固有振動対策を施す制御手段に係る。
【０００２】
【従来の技術】
これまでのリニアモータの構成例で、固有振動対策を施した従来例としては、例えば特開平９−１２１５８９号公報に掲載されているのがそれである。この従来例のリニアモータの駆動回路のブロック構成図を、図８に示す。これは図８に示すように、固定子側に配列された界磁マグネットと、この界磁マグネットと磁気空隙を介して移動可能に設けられた電機子コイル８１４Ａ，８１４Ｂ，８１４Ｃを有する移動体８０６とを具備する可動コイル型リニアモータ８０２であって、移動体８０６に設けた位置読出し部８２２からの信号に基づいて移動体８０６の位置を認識するエンコーダ部８２４と、界磁マグネットの磁極を検出するための磁極検出部８１６と、エンコーダ部８２４からの位置信号と位置指令信号とに基づいて制御信号を求める制御部８２６と、この制御部８２６の制御信号と磁極検出部８１６からの磁極検出信号に基づいて電機子コイル８１４Ａ，８１４Ｂ，８１４Ｃに供給する駆動電流を形成する駆動部８４４と、制御信号あるいは磁極検出信号から可動コイル型リニアモータ８０２の固有振動周波数と実質的に同一の周波数帯域の信号成分を減衰させる帯域減衰フィルタ部８４２とを備えるように構成することによって、帯域減衰フィルタ部８４２にて固有振動周波数と同一周波数成分の信号を減衰させ、移動体８０６の共振を抑制するものである。
【０００３】
ところで一般的にリニアモータおいては、可動部の質量と軸受の剛性により、ヨーイング(yawing・偏揺れ),ピッチング(pitching・縦揺れ),ローリング(rolling・横揺れ)の３つの固有振動モードを有する[図９参照]。そこで、特開平９−１２１５８９号公報以前の通常のリニアモータにおいては、位置(あるいは速度)センサでは目標指令値に対する動作量の他に、これらの振動成分を含んだ信号が検出される。よって、制御器にフィードバックされる信号に振動成分が含まれるため、機械的固有振動数で発振する現象が生じる。これを図１０に示し、制御に甚だしい障害となっていたことが分かる。
それで、先の特開平９−１２１５８９号公報では、予めリニアモータの機械的固有振動数に一致する周波数の帯域減衰フィルタ８４２を制御部８２６に設けて、機械の振動を除去し、ホスト・ホストコンピュータよりの位置指令信号(目標指令値)に対する追従性を向上させている[図１１参照]。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところがこの従来技術 [特開平9-121589号公報] では、1 つの機械的固有振動数にのみ対応しており、制御性能に影響を与える機械的固有振動数が２つ以上ある場合に、対応できないという問題がある。また、可動部の質量や経年変化により軸受の剛性が変化した場合、制御器に設定した周波数と機械的固有振動数との間にずれが生じるため、振動抑制ができなくなるという問題がある [図12参照] 。
ここにおいて本発明では、このような機械的固有振動数が変化する場合や、２つ以上の機械的固有振動数が存在する場合でも、これらの振動を抑制し、高速、かつ高精度な動作を可能とするリニアモータの制御方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の発明は、リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量を、センサによって計測された前記可動部の変位または速度と、前記可動部に作用させる推力の指令値と、から推定し、この推定された前記重心点における位置または速度の状態量をフィードバックして、前記可動部の位置および速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御方法である。
リニアモータの機械的固有振動モード（ピッチング，ヨーイング，ローリング）では、可動部の重心点が振動の節となる。よって重心点における位置または速度の情報には、これらの振動成分が含まれない。この現象を利用して、重心点における位置や速度を制御器にフィードバックすれば、機械的固有振動の影響を受けない制御を行うことが可能である。
また、振動成分のみを制御器にフィードバックすると、振動の周波数，減衰を制御することが可能となる。従って、このようなリニアモータの機械的な固有の振動メカニズムに着目し、リニアモータの力学モデルを定式化した。この式をオブザーバとして制御系に組み込むことで、機械的固有振動成分を含まない重心点の位置，速度情報や機械的固有振動成分のみの分離を可能とした。
つまり、本発明の請求項１の発明によれば、先の従来の制御手段の問題点を解決するために、位置もしくは速度センサの情報と速度制御器から出力された推力指令の信号より、リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の情報を推定し、この推定値を制御器にフィードバックするリニアモータの制御方法である。例えば可動部の質量が変化した場合でも、ノッチフィルタ[可変帯域フィルタ]を使用しなくても、その他制御系で予め予測設定した振動周波数が外乱でずれが生じた場合でも、機械的固有振動数の影響を全く受けることなく、被制御体（ワーク）の位置及び速度の制御が高精度送りを実現する上での制御パラメータのハイゲイン化の要求を完璧に充足できるという特段の効果を奏することが可能である。
【０００６】
本発明の請求項２の発明は、リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量を、センサによって計測された前記可動部の変位または速度と、前記可動部に作用させる推力の指令値と、から推定し、この推定された前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度または回転角速度の状態量をフィードバックして、前記可動部の位置および速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御方法である。
【０００７】
本発明の請求項３の発明は、リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量を、センサによって計測された前記可動部の変位または速度と、前記可動部に作用させる推力の指令値と、から推定し、この推定された前記重心点における位置または速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度または回転角速度の状態量とをフィードバックして、前記可動部の位置および速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御方法である。
【０００８】
本発明の請求項２および請求項３の発明によれば、さらに、推定された前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度または回転角速度の状態量を用いてフィードバック制御が行われることで、きめ細かい制振作用が働き、さらなる高速・高精度の制御が可能になり、斯界に裨益するところ大と言える。
【０００９】
本発明の請求項４の発明は、目標指令値と推定位置情報との偏差を受け入れる位置制御器と、この位置制御器からの出力と推定速度情報との偏差を受け入れる速度制御器と、この速度制御器から出力された推力指令値に従いリニアモータおよび可動部を駆動させるドライブ部と、そのドライブ部の出力で駆動されるリニアモータおよび可動部と、この可動部と機台との相対的な位置を計測して位置情報を出力するセンサと、リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量を、前記センサによって計測された前記位置情報と、前記速度制御器から出力された前記推力指令値と、から推定するオブザーバと、を備え、前記位置制御器には前記オブザーバで推定された前記重心点における位置の状態量を前記推定位置情報としてフィードバックさせ、前記速度制御器には前記オブザーバで推定された前記重心点における速度の状態量を前記推定速度情報としてフィードバックさせて、前記可動部の位置または速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御装置である。
【００１０】
本発明請求項５の発明は、目標指令値と位置情報との偏差を受け入れる位置制御器と、この位置制御器からの出力と速度情報との偏差を受け入れる速度制御器と、この速度制御器から出力された推力指令値に従いリニアモータおよび可動部を駆動させるドライブ部と、そのドライブ部の出力で駆動されるリニアモータおよび可動部と、この可動部と機台との相対的な位置を計測して位置情報を出力するセンサと、前記位置情報を微分演算して速度情報を出力する微分演算器と、リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量とを、前記センサによって計測された前記位置情報と、前記速度制御器から出力された前記推力指令値と、から推定するオブザーバと、を備え、前記ドライブ部には前記オブザーバで推定された前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度または回転角速度の状態量に所定のゲインを乗じて前記推力指令値と加算した値を入力させて、前記可動部の位置または速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御装置である。
【００１１】
本発明請求項６の発明は、目標指令値と推定位置情報との偏差を受け入れる位置制御器と、この位置制御器からの出力と推定速度情報との偏差を受け入れる速度制御器と、この速度制御器から出力された推力指令値に従いリニアモータおよび可動部を駆動させるドライブ部と、そのドライブ部の出力で駆動されるリニアモータおよび可動部と、この可動部と機台との相対的な位置を計測して位置情報を出力するセンサと、リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量とを、前記センサによって計測された前記位置情報と、前記速度制御器から出力された前記推力指令値と、から推定するオブザーバと、を備え、前記位置制御器には前記オブザーバで推定された前記重心点における位置の状態量を前記推定位置情報としてフィードバックさせ、前記速度制御器には前記オブザーバで推定された前記重心点における速度の状態量を前記推定速度情報としてフィードバックさせ、前記ドライブ部には前記オブザーバで推定された前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度または回転角速度の状態量に所定のゲインを乗じて前記推力指令値と加算した値を入力させて、前記可動部の位置または速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御装置である。
【００１２】
この本発明の請求項４乃至請求項６の発明によれば、請求項１乃至請求項３の発明と同様な優れた効果が発揮できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。全ての図面において、同一符号は同一もしくは相当部材を示す。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるリニアモータの制御を行う電気的回路の構成を示すブロック図である。図２は、その主としてリニアモータ及び可動部周辺の機構を表す斜視図である。可動部１は電機子コイル２と一体となっており、固定側となる機台３に取付けられたレール４に対して、軸受５を用いて一定方向にのみ可働する。推力を発生するマグネット６は機台３に固着されている。電機子コイル２は、マグネット６に対向している。スケール７は機台３に取付けられ、可動部１の動作位置を測定するものであり、位置検出センサ８は可動部１に取付けられていて、スケール７から可動部１の位置を検出するものである。まずこの制御手段は、目標指令値９と可動部１に取付けられたセンサ８で検出した位置および速度の情報１０を比較し、偏差をとり、この偏差より制御演算を行い、推力指令１１を算出する。ドライブ部１０５は推力指令１１に相当する電流１２をリニアモータへ出力する。制御器では多くの場合、比例・積分・微分制御という制御則が用いられている。
【００１５】
位置制御器１０２には目標指令値９とオブザーバ１０７で推定した可動部重心点の位置情報１６との偏差が取り込まれる。速度制御器１０４には位置制御器１０２の出力とオブザーバ１０７で推定した可動部重心点の速度情報１７との偏差が取り込まれる。オブザーバ１０７から出力される位置および速度情報は、リニアエンコーダ[以下、単に『センサ』という]８からの位置情報１０と速度制御器１０４から出力される推力指令値１１から推定される。ドライブ部１０５では推力指令値１１に相当する電流１２が出力され、その電流１２により、リニアモータ１０６が駆動される。可動部１の位置情報１０は、センサ８によって検出され、オブザーバ１０７に取り込まれる。
【００１６】
図８の従来例の制御装置との相違点は、センサ８によって検出された位置情報10を直接に制御器102,104 にフィードバックするのではなく、センサ８の位置情報10と推力指令値11よりオブザーバ107 で可動部１の重心点の位置情報16, 速度情報17を推定して制御器102,104 にフィードバックしていることである。
この実施の形態により、機械的固有振動の影響を受けずに制御が可能となり、高速かつ高精度な制御が実現できる。
【００１７】
初めに機械モデルについて言及しておく。オブザーバを構成するために、リニアモータ駆動の可動部１の振動メカニズムの定式化を行う。軸受５の横（Ｙ）方向、上下（Ｚ）方向の剛性および摺動面の粘性摩擦、クーロン摩擦をモデル化する必要がある。
Ｆ＝Ｍｄ２Ｘ／ｄｔ２＋ＣｄＸ／ｄｔ＋ＫＸ＋Ｆｃ…（１式）
ここで、Ｘは可動部１の重心点における状態量を表すベクトルであり、重心点における位置と重心点を中心とした可動部の回転角度の状態量を表す。Ｍ，Ｃ，Ｋはそれぞれリニアモータの質量、減衰、剛性を表す行列、Ｆはリニアモータの推力、Ｆｃはリニアモータのクーロン摩擦を表すベクトルである。物体が弾性支持されている振動絶縁装置の運動方程式より、（１式）に示した行列成分とベクトル成分を求めた。
【数１】
Ｘ＝（ｘ ｇ ｙ ｇ ｚ ｇ θ ｘ θ ｙ θ ｚ ） Ｔ …（２式）
【００１８】
ここで、ｘ、ｙ、ｚは、それぞれ、リニアモータの動作方向、可動部のピッチング動作をなす軸となる方向、可動部のヨーイング動作をなす軸となる方向、Ｆ ｘ は可動部に与えられるリニアモータの推力（Ｎ）、ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ はそれぞれ可動部重心点のｘ、ｙ、ｚ方向の変位（ｍ）、ｍは可動部質量（ｋｇ）、Ｉは可動部重心点周りの慣性テンソル（ｋｇ・ｍ２）［対角項が慣性モーメント、非対角項は慣性乗積］、Ｃｔは可動部摺動面の粘性摩擦（Ｎ・ｓ・ｍ）、Ｃｙ，Ｃｚ は重心点におけるヨーイング方向およびピッチング方向の減衰［Ｎ・ｍ・（ｓ／ｒａｄ）］、ｉは可動部の軸受の番号、ａｉｘ，ａｉｙ，ａｉｚはそれぞれ重心点から軸受ｉまでのｘ、ｙ、ｚ方向の距離、Δｙ，Δｚはそれぞれ重心点から推力作用点までのｙ、ｚ方向の距離（ｍ）、θｘ，θｙ，θｚ はそれぞれ可動部重心点のｘ軸まわり、ｙ軸まわり、ｚ軸まわりの回転角度（ｒａｄ）、Ｃｃｔは可動部摺動面のクーロン摩擦（Ｎ）、Ｋｉｙ，Ｋｉｚは軸受ｉの横方向と上下方向の剛性、Ｔは転置を意味する。
（２式）より、リニアモータ駆動可動部の振動は重心点位置を基準とした回転振動（ヨーイング、ピッチング、ローリング）と並進振動（translative vibration本発明の制御手段には余り関連がない）であることが分かる。
次に、（２式）より得られたθｙ，θｚ，ｘｇを用いて運動学計算し、センサ点の変位を算出する。ただし、ロール角θｘは制御性能には影響しないため、省略する。
センサ点の変位ｘ s は、
ｘ ｓ ＝（−Ｓｙsinθｚ＋Ｓｘcosθｚcosθｙ＋Ｓｚcosθｚsinθｙ＋ｘｇ）−Ｓ ｘ …（３式）
と表すことができる。ここでＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚは重心点からセンサまでのｘ、ｙ、ｚ方向の距離（ｍ）である。
【００１９】
そしてオブザーバ１０７の構成について説明する。先に示した機械モデルを基にオブザーバ１０７を構成する。慣性乗積の項は十分小さく、慣性乗積の項は十分小さいことから、演算を簡略化するため、Ｉ ｘｙ ，Ｉ ｙｚ ，Ｉ ｚｚ ≒０、 sin θ≒θ， cos θ≒１の近似を行った。
オブザーバ１０７における演算式は次の（４ａ式）、（４ｂ式）のように表せる。
【数２】
【００２０】
【数３】
【数４】
【数５】
【００２１】
（第２の実施の形態）
図３は、オブザーバによる可動部重心点の位置情報の推定の代わりにリニアモータの機構で構成した第２の実施の形態の斜視図である。この場合、可動部１の重心点１３上にレーザセンサ１５の反射板１４[図示する可動部表面上の開溝側面でレーザセンサに対向する表面を指す]を配置する。機台３にレーザセンサ１５を設置し、可動部重心点１３上の位置を検出する。検出した位置情報はピッチングやヨーイングの振動成分を含まない信号であり、この信号を制御器１０２，１０４にフィードバックすることで、図２に示すオブザーバ１０７による制振制御と同様に機械的固有振動数の影響をうけずに高速かつ高精度な動作が可能となる。
【００２２】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態における回路の構成を示すブロック図である。
位置制御器102 には、目標指令値９とセンサ８の位置情報10との偏差が取り込まれる。速度制御器104 にはセンサ８の位置情報10を差分演算 [ここではディジタル演算であるが、アナログ演算の場合は微分演算である] した速度情報20と位置制御器との偏差が取り込まれる。速度制御器104 では、推力指令値11を出力する。センサ８によって検出された位置情報10と推力指令値11よりオブザーバ107 で可動部１の重心点の回転角情報18と回転角速度情報19を推定し、回転角フィードバックゲインＫ1,角速度フィードバックゲインＫ2 を乗じて推力指令値11に加算する。ドライブ部105 では推力指令値11に相当する電流12が出力され、その電流12により、リニアモータ106 が駆動される。可動部１の位置情報10はセンサ８によって検出され、オブザーバ107 と制御器に取り込まれる。
【００２３】
この実施の形態により、機械的固有振動数を除去した制御が可能となり、高速かつ高精度な動作が実現できる。本実施の形態では、１つの機械的固有振動モードの回転角と回転角速度のみを推定し、フィードバックしているが、２つ以上の機械的固有振動モードに対しても可能である、つまり制振制御が常に連続して行われているので逐次変化する機械的固有振動モードに対応できることは自明である。オブザーバ１０７による推定の代わりに、リニアモータの機構で構成することも可能である。その場合、可動部１にジャイロセンサ[不図示]を配置する。これにより可動部の回転角情報，回転角速度情報のみを検出し、制御器にフィードバックすることで機械的固有振動数の影響を受けずに高速かつ高精度な動作が可能となる。
【００２４】
（第４の実施の態様）
図５は、本発明の第４の実施の形態における回路の構成を示すブロック図である。位置制御器１０２には目標指令値９とオブザーバ１０７で推定した可動部重心点の位置情報１６との偏差が取り込まれる。速度制御器１０４には、位置制御器１０２の出力とオブザーバ１０７で推定した可動部重心点の速度情報１７との偏差が取り込まれる。速度制御器１０４では、推力指令値１１を出力する。センサ８によって検出された位置情報１０と推力指令値１１によりオブザーバ１０７で可動部１の重心点における位置情報１６,速度情報１７と重心点の回転角情報１８,回転角速度情報１９を推定する。推定した回転角情報１８と回転角速度情報１９は、それぞれ回転角フィードバックゲインＫ１,角速度フィードバックゲインＫ２を乗じて推力指令値１１に加算する。ドライブ部では推力指令値１１に相当する電流１２が出力され、その電流１２により、リニアモータ１０６が駆動される。可動部１の位置情報１０はセンサ８によって検出され、オブザーバ１０７と制御器１０２，１０４に取り込まれる。この第４の実施の態様により、機械的固有振動数の影響を受けずに制御が可能となり、高速かつ高精度な動作が実現できる。また、この第４の実施の態様では、１つの固有振動モードの回転角と回転角速度のみを推定し、フィードバックしたが、２つ以上の固有振動モードに対して、推定し、フィードバックすることも可能である、すなわち、制御は連続してセンサからの検出された位置または速度情報により演算されるから、円滑に高速かつ高精度の制振制御ができる。
【００２５】
図６は、本発明を用いた場合の可動部の応答速度の時間の推移による変化曲線特性図である。
図11の従来技術( 帯域減衰フィルタを使った場合) と同等な効果が得られている。さらに、機械的固有振動数が変化した場合でも、図12の従来技術( 帯域減衰フィルタを使った場合) に比べ制振が可能である[ 図７参照] 。
さらに、本発明の全ての実施の態様において、図６，図７の結果が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のような、本発明の制御方法および制御装置を用いることで、機械的固有振動数の影響を受けずにリニアモータの制御が可能になるという特段の効果を奏する。
すなわち、リニアモータの機械的固有振動モード（ピッチング，ヨーイング，ローリング）では、可動部の重心点が振動の節となる。よって重心点における位置または速度の情報には、これらの振動成分が含まれない。この現象を利用して、重心点における位置や速度を制御器にフィードバックすれば、機械的固有振動の影響を受けない制御を行うことが可能である。また、振動成分のみを制御器にフィードバックすると、振動の周波数，減衰を制御することが可能となる。従って、このようなリニアモータの機械的な固有の振動メカニズムに着目し、リニアモータの力学モデルを定式化した。この式をオブザーバとして制御系に組み込むことで、機械的固有振動成分を含まない重心点の位置，速度情報や機械的固有振動成分のみの分離を可能とした。
【００２７】
つまり、本発明によれば、先の従来の制御手段の問題点を解決するために、位置もしくは速度センサの情報と速度制御器から出力された信号より、リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の情報を推定し、この推定値を制御器にフィードバックするリニアモータの制御方法である。
例えば可動部の質量が変化した場合でも、ノッチフィルタを使用しなくても、その他制御系で予め予測設定した振動周波数が外乱でずれが生じた場合でも、機械的固有振動数の影響を全く受けることなく、被制御体（ワーク）の位置及び速度の制御が高精度送りを実現する上での制御パラメータのハイゲイン化の要求を完璧に充足できるという顕著な効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態におけるリニアモータの制御を行う電気的回路の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施の形態の主としてリニアモータ及び可動部周辺の機構を表す斜視図
【図３】本発明の第２の実施の形態を表すオブザーバによる可動部重心点の位置情報の推定の代わりにリニアモータの機構で構成した斜視図
【図４】本発明の第３の実施の形態における回路の構成を示す制御ブロック図
【図５】本発明の第４の実施の形態における回路の構成を示す制御ブロック図
【図６】本発明を用いた場合の可動部の速度応答の時間経過図
【図７】本発明を用いた場合の固有振動が変化したときの可動部の速度応答の時間経過図
【図８】従来例〔例えば特開平９−１２１５８９号公報に掲載されている〕リニアモータの駆動回路の制御ブロック構成図
【図９】一般的なリニアモータにおける可動部の有する振動モードの説明図で、(a)はヨーイング・モード、(b)はピッチング・モード、(c)はローリング・モードを表す
【図１０】一般的なリニアモータの制御装置で駆動した場合の可動部の速度応答の時間経過からの振動状態図〔制御に甚だしい障害となっていた〕
【図１１】従来技術〔特開平９−１２１５８９号公報〕で帯域減衰フィルタを用いた場合の可動部の速度応答の時間経過からの振動状態図
【図１２】従来技術（帯域減衰フィルタ）で固有振動数が変化した場合の可動部の速度応答の時間経過からの振動状態図
【産業上の利用分野】
本発明は、リニアモータを駆動制御する方法とその装置に関し、特にリニアモータの高精度送りを実現する上で制御パラメータの高ゲイン化が必要であるときのキーとなる機械の固有振動対策を施す制御手段に係る。
【０００２】
【従来の技術】
これまでのリニアモータの構成例で、固有振動対策を施した従来例としては、例えば特開平９−１２１５８９号公報に掲載されているのがそれである。この従来例のリニアモータの駆動回路のブロック構成図を、図８に示す。これは図８に示すように、固定子側に配列された界磁マグネットと、この界磁マグネットと磁気空隙を介して移動可能に設けられた電機子コイル８１４Ａ，８１４Ｂ，８１４Ｃを有する移動体８０６とを具備する可動コイル型リニアモータ８０２であって、移動体８０６に設けた位置読出し部８２２からの信号に基づいて移動体８０６の位置を認識するエンコーダ部８２４と、界磁マグネットの磁極を検出するための磁極検出部８１６と、エンコーダ部８２４からの位置信号と位置指令信号とに基づいて制御信号を求める制御部８２６と、この制御部８２６の制御信号と磁極検出部８１６からの磁極検出信号に基づいて電機子コイル８１４Ａ，８１４Ｂ，８１４Ｃに供給する駆動電流を形成する駆動部８４４と、制御信号あるいは磁極検出信号から可動コイル型リニアモータ８０２の固有振動周波数と実質的に同一の周波数帯域の信号成分を減衰させる帯域減衰フィルタ部８４２とを備えるように構成することによって、帯域減衰フィルタ部８４２にて固有振動周波数と同一周波数成分の信号を減衰させ、移動体８０６の共振を抑制するものである。
【０００３】
ところで一般的にリニアモータおいては、可動部の質量と軸受の剛性により、ヨーイング(yawing・偏揺れ),ピッチング(pitching・縦揺れ),ローリング(rolling・横揺れ)の３つの固有振動モードを有する[図９参照]。そこで、特開平９−１２１５８９号公報以前の通常のリニアモータにおいては、位置(あるいは速度)センサでは目標指令値に対する動作量の他に、これらの振動成分を含んだ信号が検出される。よって、制御器にフィードバックされる信号に振動成分が含まれるため、機械的固有振動数で発振する現象が生じる。これを図１０に示し、制御に甚だしい障害となっていたことが分かる。
それで、先の特開平９−１２１５８９号公報では、予めリニアモータの機械的固有振動数に一致する周波数の帯域減衰フィルタ８４２を制御部８２６に設けて、機械の振動を除去し、ホスト・ホストコンピュータよりの位置指令信号(目標指令値)に対する追従性を向上させている[図１１参照]。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところがこの従来技術 [特開平9-121589号公報] では、1 つの機械的固有振動数にのみ対応しており、制御性能に影響を与える機械的固有振動数が２つ以上ある場合に、対応できないという問題がある。また、可動部の質量や経年変化により軸受の剛性が変化した場合、制御器に設定した周波数と機械的固有振動数との間にずれが生じるため、振動抑制ができなくなるという問題がある [図12参照] 。
ここにおいて本発明では、このような機械的固有振動数が変化する場合や、２つ以上の機械的固有振動数が存在する場合でも、これらの振動を抑制し、高速、かつ高精度な動作を可能とするリニアモータの制御方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の発明は、リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量を、センサによって計測された前記可動部の変位または速度と、前記可動部に作用させる推力の指令値と、から推定し、この推定された前記重心点における位置または速度の状態量をフィードバックして、前記可動部の位置および速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御方法である。
リニアモータの機械的固有振動モード（ピッチング，ヨーイング，ローリング）では、可動部の重心点が振動の節となる。よって重心点における位置または速度の情報には、これらの振動成分が含まれない。この現象を利用して、重心点における位置や速度を制御器にフィードバックすれば、機械的固有振動の影響を受けない制御を行うことが可能である。
また、振動成分のみを制御器にフィードバックすると、振動の周波数，減衰を制御することが可能となる。従って、このようなリニアモータの機械的な固有の振動メカニズムに着目し、リニアモータの力学モデルを定式化した。この式をオブザーバとして制御系に組み込むことで、機械的固有振動成分を含まない重心点の位置，速度情報や機械的固有振動成分のみの分離を可能とした。
つまり、本発明の請求項１の発明によれば、先の従来の制御手段の問題点を解決するために、位置もしくは速度センサの情報と速度制御器から出力された推力指令の信号より、リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の情報を推定し、この推定値を制御器にフィードバックするリニアモータの制御方法である。例えば可動部の質量が変化した場合でも、ノッチフィルタ[可変帯域フィルタ]を使用しなくても、その他制御系で予め予測設定した振動周波数が外乱でずれが生じた場合でも、機械的固有振動数の影響を全く受けることなく、被制御体（ワーク）の位置及び速度の制御が高精度送りを実現する上での制御パラメータのハイゲイン化の要求を完璧に充足できるという特段の効果を奏することが可能である。
【０００６】
本発明の請求項２の発明は、リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量を、センサによって計測された前記可動部の変位または速度と、前記可動部に作用させる推力の指令値と、から推定し、この推定された前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度または回転角速度の状態量をフィードバックして、前記可動部の位置および速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御方法である。
【０００７】
本発明の請求項３の発明は、リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量を、センサによって計測された前記可動部の変位または速度と、前記可動部に作用させる推力の指令値と、から推定し、この推定された前記重心点における位置または速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度または回転角速度の状態量とをフィードバックして、前記可動部の位置および速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御方法である。
【０００８】
本発明の請求項２および請求項３の発明によれば、さらに、推定された前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度または回転角速度の状態量を用いてフィードバック制御が行われることで、きめ細かい制振作用が働き、さらなる高速・高精度の制御が可能になり、斯界に裨益するところ大と言える。
【０００９】
本発明の請求項４の発明は、目標指令値と推定位置情報との偏差を受け入れる位置制御器と、この位置制御器からの出力と推定速度情報との偏差を受け入れる速度制御器と、この速度制御器から出力された推力指令値に従いリニアモータおよび可動部を駆動させるドライブ部と、そのドライブ部の出力で駆動されるリニアモータおよび可動部と、この可動部と機台との相対的な位置を計測して位置情報を出力するセンサと、リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量を、前記センサによって計測された前記位置情報と、前記速度制御器から出力された前記推力指令値と、から推定するオブザーバと、を備え、前記位置制御器には前記オブザーバで推定された前記重心点における位置の状態量を前記推定位置情報としてフィードバックさせ、前記速度制御器には前記オブザーバで推定された前記重心点における速度の状態量を前記推定速度情報としてフィードバックさせて、前記可動部の位置または速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御装置である。
【００１０】
本発明請求項５の発明は、目標指令値と位置情報との偏差を受け入れる位置制御器と、この位置制御器からの出力と速度情報との偏差を受け入れる速度制御器と、この速度制御器から出力された推力指令値に従いリニアモータおよび可動部を駆動させるドライブ部と、そのドライブ部の出力で駆動されるリニアモータおよび可動部と、この可動部と機台との相対的な位置を計測して位置情報を出力するセンサと、前記位置情報を微分演算して速度情報を出力する微分演算器と、リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量とを、前記センサによって計測された前記位置情報と、前記速度制御器から出力された前記推力指令値と、から推定するオブザーバと、を備え、前記ドライブ部には前記オブザーバで推定された前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度または回転角速度の状態量に所定のゲインを乗じて前記推力指令値と加算した値を入力させて、前記可動部の位置または速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御装置である。
【００１１】
本発明請求項６の発明は、目標指令値と推定位置情報との偏差を受け入れる位置制御器と、この位置制御器からの出力と推定速度情報との偏差を受け入れる速度制御器と、この速度制御器から出力された推力指令値に従いリニアモータおよび可動部を駆動させるドライブ部と、そのドライブ部の出力で駆動されるリニアモータおよび可動部と、この可動部と機台との相対的な位置を計測して位置情報を出力するセンサと、リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量とを、前記センサによって計測された前記位置情報と、前記速度制御器から出力された前記推力指令値と、から推定するオブザーバと、を備え、前記位置制御器には前記オブザーバで推定された前記重心点における位置の状態量を前記推定位置情報としてフィードバックさせ、前記速度制御器には前記オブザーバで推定された前記重心点における速度の状態量を前記推定速度情報としてフィードバックさせ、前記ドライブ部には前記オブザーバで推定された前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度または回転角速度の状態量に所定のゲインを乗じて前記推力指令値と加算した値を入力させて、前記可動部の位置または速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御装置である。
【００１２】
この本発明の請求項４乃至請求項６の発明によれば、請求項１乃至請求項３の発明と同様な優れた効果が発揮できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。全ての図面において、同一符号は同一もしくは相当部材を示す。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるリニアモータの制御を行う電気的回路の構成を示すブロック図である。図２は、その主としてリニアモータ及び可動部周辺の機構を表す斜視図である。可動部１は電機子コイル２と一体となっており、固定側となる機台３に取付けられたレール４に対して、軸受５を用いて一定方向にのみ可働する。推力を発生するマグネット６は機台３に固着されている。電機子コイル２は、マグネット６に対向している。スケール７は機台３に取付けられ、可動部１の動作位置を測定するものであり、位置検出センサ８は可動部１に取付けられていて、スケール７から可動部１の位置を検出するものである。まずこの制御手段は、目標指令値９と可動部１に取付けられたセンサ８で検出した位置および速度の情報１０を比較し、偏差をとり、この偏差より制御演算を行い、推力指令１１を算出する。ドライブ部１０５は推力指令１１に相当する電流１２をリニアモータへ出力する。制御器では多くの場合、比例・積分・微分制御という制御則が用いられている。
【００１５】
位置制御器１０２には目標指令値９とオブザーバ１０７で推定した可動部重心点の位置情報１６との偏差が取り込まれる。速度制御器１０４には位置制御器１０２の出力とオブザーバ１０７で推定した可動部重心点の速度情報１７との偏差が取り込まれる。オブザーバ１０７から出力される位置および速度情報は、リニアエンコーダ[以下、単に『センサ』という]８からの位置情報１０と速度制御器１０４から出力される推力指令値１１から推定される。ドライブ部１０５では推力指令値１１に相当する電流１２が出力され、その電流１２により、リニアモータ１０６が駆動される。可動部１の位置情報１０は、センサ８によって検出され、オブザーバ１０７に取り込まれる。
【００１６】
図８の従来例の制御装置との相違点は、センサ８によって検出された位置情報10を直接に制御器102,104 にフィードバックするのではなく、センサ８の位置情報10と推力指令値11よりオブザーバ107 で可動部１の重心点の位置情報16, 速度情報17を推定して制御器102,104 にフィードバックしていることである。
この実施の形態により、機械的固有振動の影響を受けずに制御が可能となり、高速かつ高精度な制御が実現できる。
【００１７】
初めに機械モデルについて言及しておく。オブザーバを構成するために、リニアモータ駆動の可動部１の振動メカニズムの定式化を行う。軸受５の横（Ｙ）方向、上下（Ｚ）方向の剛性および摺動面の粘性摩擦、クーロン摩擦をモデル化する必要がある。
Ｆ＝Ｍｄ２Ｘ／ｄｔ２＋ＣｄＸ／ｄｔ＋ＫＸ＋Ｆｃ…（１式）
ここで、Ｘは可動部１の重心点における状態量を表すベクトルであり、重心点における位置と重心点を中心とした可動部の回転角度の状態量を表す。Ｍ，Ｃ，Ｋはそれぞれリニアモータの質量、減衰、剛性を表す行列、Ｆはリニアモータの推力、Ｆｃはリニアモータのクーロン摩擦を表すベクトルである。物体が弾性支持されている振動絶縁装置の運動方程式より、（１式）に示した行列成分とベクトル成分を求めた。
【数１】
Ｘ＝（ｘ ｇ ｙ ｇ ｚ ｇ θ ｘ θ ｙ θ ｚ ） Ｔ …（２式）
【００１８】
ここで、ｘ、ｙ、ｚは、それぞれ、リニアモータの動作方向、可動部のピッチング動作をなす軸となる方向、可動部のヨーイング動作をなす軸となる方向、Ｆ ｘ は可動部に与えられるリニアモータの推力（Ｎ）、ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ はそれぞれ可動部重心点のｘ、ｙ、ｚ方向の変位（ｍ）、ｍは可動部質量（ｋｇ）、Ｉは可動部重心点周りの慣性テンソル（ｋｇ・ｍ２）［対角項が慣性モーメント、非対角項は慣性乗積］、Ｃｔは可動部摺動面の粘性摩擦（Ｎ・ｓ・ｍ）、Ｃｙ，Ｃｚ は重心点におけるヨーイング方向およびピッチング方向の減衰［Ｎ・ｍ・（ｓ／ｒａｄ）］、ｉは可動部の軸受の番号、ａｉｘ，ａｉｙ，ａｉｚはそれぞれ重心点から軸受ｉまでのｘ、ｙ、ｚ方向の距離、Δｙ，Δｚはそれぞれ重心点から推力作用点までのｙ、ｚ方向の距離（ｍ）、θｘ，θｙ，θｚ はそれぞれ可動部重心点のｘ軸まわり、ｙ軸まわり、ｚ軸まわりの回転角度（ｒａｄ）、Ｃｃｔは可動部摺動面のクーロン摩擦（Ｎ）、Ｋｉｙ，Ｋｉｚは軸受ｉの横方向と上下方向の剛性、Ｔは転置を意味する。
（２式）より、リニアモータ駆動可動部の振動は重心点位置を基準とした回転振動（ヨーイング、ピッチング、ローリング）と並進振動（translative vibration本発明の制御手段には余り関連がない）であることが分かる。
次に、（２式）より得られたθｙ，θｚ，ｘｇを用いて運動学計算し、センサ点の変位を算出する。ただし、ロール角θｘは制御性能には影響しないため、省略する。
センサ点の変位ｘ s は、
ｘ ｓ ＝（−Ｓｙsinθｚ＋Ｓｘcosθｚcosθｙ＋Ｓｚcosθｚsinθｙ＋ｘｇ）−Ｓ ｘ …（３式）
と表すことができる。ここでＳｘ，Ｓｙ，Ｓｚは重心点からセンサまでのｘ、ｙ、ｚ方向の距離（ｍ）である。
【００１９】
そしてオブザーバ１０７の構成について説明する。先に示した機械モデルを基にオブザーバ１０７を構成する。慣性乗積の項は十分小さく、慣性乗積の項は十分小さいことから、演算を簡略化するため、Ｉ ｘｙ ，Ｉ ｙｚ ，Ｉ ｚｚ ≒０、 sin θ≒θ， cos θ≒１の近似を行った。
オブザーバ１０７における演算式は次の（４ａ式）、（４ｂ式）のように表せる。
【数２】
【００２０】
【数３】
【数４】
【数５】
【００２１】
（第２の実施の形態）
図３は、オブザーバによる可動部重心点の位置情報の推定の代わりにリニアモータの機構で構成した第２の実施の形態の斜視図である。この場合、可動部１の重心点１３上にレーザセンサ１５の反射板１４[図示する可動部表面上の開溝側面でレーザセンサに対向する表面を指す]を配置する。機台３にレーザセンサ１５を設置し、可動部重心点１３上の位置を検出する。検出した位置情報はピッチングやヨーイングの振動成分を含まない信号であり、この信号を制御器１０２，１０４にフィードバックすることで、図２に示すオブザーバ１０７による制振制御と同様に機械的固有振動数の影響をうけずに高速かつ高精度な動作が可能となる。
【００２２】
（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態における回路の構成を示すブロック図である。
位置制御器102 には、目標指令値９とセンサ８の位置情報10との偏差が取り込まれる。速度制御器104 にはセンサ８の位置情報10を差分演算 [ここではディジタル演算であるが、アナログ演算の場合は微分演算である] した速度情報20と位置制御器との偏差が取り込まれる。速度制御器104 では、推力指令値11を出力する。センサ８によって検出された位置情報10と推力指令値11よりオブザーバ107 で可動部１の重心点の回転角情報18と回転角速度情報19を推定し、回転角フィードバックゲインＫ1,角速度フィードバックゲインＫ2 を乗じて推力指令値11に加算する。ドライブ部105 では推力指令値11に相当する電流12が出力され、その電流12により、リニアモータ106 が駆動される。可動部１の位置情報10はセンサ８によって検出され、オブザーバ107 と制御器に取り込まれる。
【００２３】
この実施の形態により、機械的固有振動数を除去した制御が可能となり、高速かつ高精度な動作が実現できる。本実施の形態では、１つの機械的固有振動モードの回転角と回転角速度のみを推定し、フィードバックしているが、２つ以上の機械的固有振動モードに対しても可能である、つまり制振制御が常に連続して行われているので逐次変化する機械的固有振動モードに対応できることは自明である。オブザーバ１０７による推定の代わりに、リニアモータの機構で構成することも可能である。その場合、可動部１にジャイロセンサ[不図示]を配置する。これにより可動部の回転角情報，回転角速度情報のみを検出し、制御器にフィードバックすることで機械的固有振動数の影響を受けずに高速かつ高精度な動作が可能となる。
【００２４】
（第４の実施の態様）
図５は、本発明の第４の実施の形態における回路の構成を示すブロック図である。位置制御器１０２には目標指令値９とオブザーバ１０７で推定した可動部重心点の位置情報１６との偏差が取り込まれる。速度制御器１０４には、位置制御器１０２の出力とオブザーバ１０７で推定した可動部重心点の速度情報１７との偏差が取り込まれる。速度制御器１０４では、推力指令値１１を出力する。センサ８によって検出された位置情報１０と推力指令値１１によりオブザーバ１０７で可動部１の重心点における位置情報１６,速度情報１７と重心点の回転角情報１８,回転角速度情報１９を推定する。推定した回転角情報１８と回転角速度情報１９は、それぞれ回転角フィードバックゲインＫ１,角速度フィードバックゲインＫ２を乗じて推力指令値１１に加算する。ドライブ部では推力指令値１１に相当する電流１２が出力され、その電流１２により、リニアモータ１０６が駆動される。可動部１の位置情報１０はセンサ８によって検出され、オブザーバ１０７と制御器１０２，１０４に取り込まれる。この第４の実施の態様により、機械的固有振動数の影響を受けずに制御が可能となり、高速かつ高精度な動作が実現できる。また、この第４の実施の態様では、１つの固有振動モードの回転角と回転角速度のみを推定し、フィードバックしたが、２つ以上の固有振動モードに対して、推定し、フィードバックすることも可能である、すなわち、制御は連続してセンサからの検出された位置または速度情報により演算されるから、円滑に高速かつ高精度の制振制御ができる。
【００２５】
図６は、本発明を用いた場合の可動部の応答速度の時間の推移による変化曲線特性図である。
図11の従来技術( 帯域減衰フィルタを使った場合) と同等な効果が得られている。さらに、機械的固有振動数が変化した場合でも、図12の従来技術( 帯域減衰フィルタを使った場合) に比べ制振が可能である[ 図７参照] 。
さらに、本発明の全ての実施の態様において、図６，図７の結果が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のような、本発明の制御方法および制御装置を用いることで、機械的固有振動数の影響を受けずにリニアモータの制御が可能になるという特段の効果を奏する。
すなわち、リニアモータの機械的固有振動モード（ピッチング，ヨーイング，ローリング）では、可動部の重心点が振動の節となる。よって重心点における位置または速度の情報には、これらの振動成分が含まれない。この現象を利用して、重心点における位置や速度を制御器にフィードバックすれば、機械的固有振動の影響を受けない制御を行うことが可能である。また、振動成分のみを制御器にフィードバックすると、振動の周波数，減衰を制御することが可能となる。従って、このようなリニアモータの機械的な固有の振動メカニズムに着目し、リニアモータの力学モデルを定式化した。この式をオブザーバとして制御系に組み込むことで、機械的固有振動成分を含まない重心点の位置，速度情報や機械的固有振動成分のみの分離を可能とした。
【００２７】
つまり、本発明によれば、先の従来の制御手段の問題点を解決するために、位置もしくは速度センサの情報と速度制御器から出力された信号より、リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の情報を推定し、この推定値を制御器にフィードバックするリニアモータの制御方法である。
例えば可動部の質量が変化した場合でも、ノッチフィルタを使用しなくても、その他制御系で予め予測設定した振動周波数が外乱でずれが生じた場合でも、機械的固有振動数の影響を全く受けることなく、被制御体（ワーク）の位置及び速度の制御が高精度送りを実現する上での制御パラメータのハイゲイン化の要求を完璧に充足できるという顕著な効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態におけるリニアモータの制御を行う電気的回路の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施の形態の主としてリニアモータ及び可動部周辺の機構を表す斜視図
【図３】本発明の第２の実施の形態を表すオブザーバによる可動部重心点の位置情報の推定の代わりにリニアモータの機構で構成した斜視図
【図４】本発明の第３の実施の形態における回路の構成を示す制御ブロック図
【図５】本発明の第４の実施の形態における回路の構成を示す制御ブロック図
【図６】本発明を用いた場合の可動部の速度応答の時間経過図
【図７】本発明を用いた場合の固有振動が変化したときの可動部の速度応答の時間経過図
【図８】従来例〔例えば特開平９−１２１５８９号公報に掲載されている〕リニアモータの駆動回路の制御ブロック構成図
【図９】一般的なリニアモータにおける可動部の有する振動モードの説明図で、(a)はヨーイング・モード、(b)はピッチング・モード、(c)はローリング・モードを表す
【図１０】一般的なリニアモータの制御装置で駆動した場合の可動部の速度応答の時間経過からの振動状態図〔制御に甚だしい障害となっていた〕
【図１１】従来技術〔特開平９−１２１５８９号公報〕で帯域減衰フィルタを用いた場合の可動部の速度応答の時間経過からの振動状態図
【図１２】従来技術（帯域減衰フィルタ）で固有振動数が変化した場合の可動部の速度応答の時間経過からの振動状態図
Claims (6)
- リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、
前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量を、センサによって計測された前記可動部の変位または速度と、
前記可動部に作用させる推力の指令値と、から推定し、
この推定された前記重心点における位置または速度の状態量をフィードバックして、前記可動部の位置および速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御方法。 - リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、
前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量を、センサによって計測された前記可動部の変位または速度と、
前記可動部に作用させる推力の指令値と、から推定し、
この推定された前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度または回転角速度の状態量をフィードバックして、前記可動部の位置および速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御方法。 - リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、
前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量を、センサによって計測された前記可動部の変位または速度と、
前記可動部に作用させる推力の指令値と、から推定し、
この推定された前記重心点における位置または速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度または回転角速度の状態量とをフィードバックして、前記可動部の位置および速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御方法。 - 目標指令値と推定位置情報との偏差を受け入れる位置制御器と、
この位置制御器からの出力と推定速度情報との偏差を受け入れる速度制御器と、
この速度制御器から出力された推力指令値に従いリニアモータおよび可動部を駆動させるドライブ部と、
そのドライブ部の出力で駆動されるリニアモータおよび可動部と、
この可動部と機台との相対的な位置を計測して位置情報を出力するセンサと、
リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量を、前記センサによって計測された前記位置情報と、前記速度制御器から出力された前記推力指令値と、から推定するオブザーバと、を備え、
前記位置制御器には前記オブザーバで推定された前記重心点における位置の状態量を前記推定位置情報としてフィードバックさせ、
前記速度制御器には前記オブザーバで推定された前記重心点における速度の状態量を前記推定速度情報としてフィードバックさせて、前記可動部の位置または速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御装置。 - 目標指令値と位置情報との偏差を受け入れる位置制御器と、
この位置制御器からの出力と速度情報との偏差を受け入れる速度制御器と、
この速度制御器から出力された推力指令値に従いリニアモータおよび可動部を駆動させるドライブ部と、
そのドライブ部の出力で駆動されるリニアモータおよび可動部と、
この可動部と機台との相対的な位置を計測して位置情報を出力するセンサと、
前記位置情報を微分演算して速度情報を出力する微分演算器と、
リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量とを、前記センサによって計測され た前記位置情報と、前記速度制御器から出力された前記推力指令値と、から推定するオブザーバと、を備え、
前記ドライブ部には前記オブザーバで推定された前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度または回転角速度の状態量に所定のゲインを乗じて前記推力指令値と加算した値を入力させて、前記可動部の位置または速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御装置。 - 目標指令値と推定位置情報との偏差を受け入れる位置制御器と、
この位置制御器からの出力と推定速度情報との偏差を受け入れる速度制御器と、
この速度制御器から出力された推力指令値に従いリニアモータおよび可動部を駆動させるドライブ部と、
そのドライブ部の出力で駆動されるリニアモータおよび可動部と、
この可動部と機台との相対的な位置を計測して位置情報を出力するセンサと、
リニアモータ可動部の重心点における位置および速度の状態量と、前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度および回転角速度の状態量とを、前記センサによって計測された前記位置情報と、前記速度制御器から出力された前記推力指令値と、から推定するオブザーバと、を備え、
前記位置制御器には前記オブザーバで推定された前記重心点における位置の状態量を前記推定位置情報としてフィードバックさせ、
前記速度制御器には前記オブザーバで推定された前記重心点における速度の状態量を前記推定速度情報としてフィードバックさせ、
前記ドライブ部には前記オブザーバで推定された前記重心点を中心とした前記可動部の回転角度または回転角速度の状態量に所定のゲインを乗じて前記推力指令値と加算した値を入力させて、前記可動部の位置または速度を制御することを特徴とするリニアモータの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32061999A JP4182311B2 (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | リニアモータの制御方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32061999A JP4182311B2 (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | リニアモータの制御方法とその装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008132983A Division JP4478898B2 (ja) | 2008-05-21 | 2008-05-21 | リニアモータの制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001136767A JP2001136767A (ja) | 2001-05-18 |
| JP4182311B2 true JP4182311B2 (ja) | 2008-11-19 |
Family
ID=18123440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32061999A Expired - Fee Related JP4182311B2 (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | リニアモータの制御方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4182311B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3656745B2 (ja) * | 2001-12-13 | 2005-06-08 | 株式会社安川電機 | 電動機位置制御装置 |
| KR100408705B1 (ko) * | 2002-03-06 | 2003-12-03 | 학교법인 인하학원 | 선형모터 성능평가용 다이나모미터 |
| JP2005301508A (ja) | 2004-04-08 | 2005-10-27 | Fanuc Ltd | 制御装置 |
| JP4501115B2 (ja) * | 2005-07-29 | 2010-07-14 | 株式会社安川電機 | 位置決め制御方法 |
| JP2008211872A (ja) * | 2007-02-23 | 2008-09-11 | Yokogawa Electric Corp | リニアモータ |
| JP5508684B2 (ja) * | 2007-03-13 | 2014-06-04 | 国立大学法人信州大学 | リニア振動アクチュエータとそれを用いたリニアコンプレッサーおよびリニア振動発電機 |
| NL1035987A1 (nl) * | 2007-10-02 | 2009-04-03 | Asml Netherlands Bv | Method for positioning an object by an electromagnetic motor, stage apparatus and lithographic apparatus. |
| JP5343235B2 (ja) * | 2009-07-30 | 2013-11-13 | 多摩川精機株式会社 | リニア駆動機構および位置検出構造 |
| JP6180688B1 (ja) | 2016-12-08 | 2017-08-16 | 三菱電機株式会社 | 数値制御装置 |
| CN111564995B (zh) * | 2020-05-25 | 2021-11-19 | 华中科技大学 | 一种基于自适应全阶位移观测器的直线振荡电机控制方法 |
-
1999
- 1999-11-11 JP JP32061999A patent/JP4182311B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001136767A (ja) | 2001-05-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3217522B2 (ja) | 精密位置決め装置 | |
| US7372231B2 (en) | Movable body position control device and stage device using the movable body position control device | |
| US6668202B2 (en) | Position control system and velocity control system for stage driving mechanism | |
| JP3762401B2 (ja) | 位置決め装置及び露光装置並びにデバイスの製造方法 | |
| Kim et al. | Positioning performance and straightness error compensation of the magnetic levitation stage supported by the linear magnetic bearing | |
| US8888083B2 (en) | Movement device having linear motor | |
| JP4182311B2 (ja) | リニアモータの制御方法とその装置 | |
| KR20010075266A (ko) | 위치 제어 장치 | |
| KR20020030033A (ko) | 자기 베어링 장치 | |
| JP2001022448A (ja) | ステージ位置制御方法及びステージ位置制御装置 | |
| JP2007025961A (ja) | 数値制御機械の位置制御装置 | |
| EP2714325B1 (en) | Actively compensated stage having 5-dof motion error compensation and motion error compensating method thereof | |
| JPH0373007A (ja) | 超精密位置決め装置 | |
| JP2008091856A (ja) | 電子部品搭載装置 | |
| JP2005513979A (ja) | 反作用を釣合わせた回転駆動機構 | |
| JP3298069B2 (ja) | ステージの位置制御装置及び速度制御装置 | |
| US6727666B2 (en) | XY table for a semiconductor manufacturing apparatus | |
| Shinno et al. | High speed nanometer positioning using a hybrid linear motor | |
| JP4478898B2 (ja) | リニアモータの制御装置 | |
| JP2011132990A (ja) | アクティブ除振装置 | |
| JP2003028973A (ja) | ステージ装置 | |
| JP2774327B2 (ja) | 位置決め装置 | |
| JP2007067162A (ja) | Ｘｙステージ | |
| JP2002355730A (ja) | テーブル位置決め装置 | |
| JP4636034B2 (ja) | 可動テーブルの制御装置およびそれを備えた可動テーブル装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050426 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080324 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080521 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080806 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080819 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110912 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110912 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120912 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120912 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130912 Year of fee payment: 5 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |