JPH11161338A - 位置決め制御装置 - Google Patents
位置決め制御装置Info
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- JPH11161338A JPH11161338A JP32910497A JP32910497A JPH11161338A JP H11161338 A JPH11161338 A JP H11161338A JP 32910497 A JP32910497 A JP 32910497A JP 32910497 A JP32910497 A JP 32910497A JP H11161338 A JPH11161338 A JP H11161338A
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- moving
- movement control
- unit
- feed mechanism
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、最終目標位置までを粗動制御区間
と微動制御区間とに分離して制御することでコストを低
くでき、高速の位置制御が可能な位置決め制御装置を提
供することを目的とする。 【解決手段】 コンプライアンスを有する送り機構で移
動部を移動させ、前記移動部の位置決めを行う位置決め
制御装置において、前記送り機構をフィードバック制御
して前記移動部を高速で移動させる粗動制御手段と、前
記送り機構をフィードバック制御して前記移動部を低速
で移動させる微動制御手段とを有する。このように、粗
動制御手段と微動制御手段とで送り機構のフィードバッ
ク制御を行うため、移動部の位置に応じて最適なフィー
ドバック制御を行うことができる。
と微動制御区間とに分離して制御することでコストを低
くでき、高速の位置制御が可能な位置決め制御装置を提
供することを目的とする。 【解決手段】 コンプライアンスを有する送り機構で移
動部を移動させ、前記移動部の位置決めを行う位置決め
制御装置において、前記送り機構をフィードバック制御
して前記移動部を高速で移動させる粗動制御手段と、前
記送り機構をフィードバック制御して前記移動部を低速
で移動させる微動制御手段とを有する。このように、粗
動制御手段と微動制御手段とで送り機構のフィードバッ
ク制御を行うため、移動部の位置に応じて最適なフィー
ドバック制御を行うことができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は位置決め制御装置に
関し、低剛性機構の高精度の位置決めを制御する位置決
め制御装置に関する。精密機械の組み立てや検査装置の
駆動機構では、高精度の位置決めと高速移動とを同時に
満足することが要求されている。
関し、低剛性機構の高精度の位置決めを制御する位置決
め制御装置に関する。精密機械の組み立てや検査装置の
駆動機構では、高精度の位置決めと高速移動とを同時に
満足することが要求されている。
【0002】
【従来の技術】1軸のステージに関して、高速化による
タクトタイムの短縮を図ると同時に、高精度位置決め制
御を可能とすることで、従来の粗動及び微動のステージ
を組み合わせるよりも、低コストかつコンパクトな装置
を構成することができ、このような装置として、従来か
ら図10に示すような位置決め制御装置がある。
タクトタイムの短縮を図ると同時に、高精度位置決め制
御を可能とすることで、従来の粗動及び微動のステージ
を組み合わせるよりも、低コストかつコンパクトな装置
を構成することができ、このような装置として、従来か
ら図10に示すような位置決め制御装置がある。
【0003】図10は従来の位置決め制御装置の一例の
構成図を示す。同図中、ボールネジ10は基台部12に
回転自在に枢支されている。モータ14によりボールネ
ジ10を回転駆動することにより、ボールネジ10に螺
合されたステージ16がボールネジ10の長手方向に移
動する。モータ14には回転速度検出用のタコジェネレ
ータ18が設けられている。また、基台部12にはリニ
アスケール20がボールネジ10と平行に固定されてお
り、ステージ16に取り付けた位置センサ(図示せず)
によってリニアスケール20を読み取って、ステージ2
0の正確な位置を知ることができる。
構成図を示す。同図中、ボールネジ10は基台部12に
回転自在に枢支されている。モータ14によりボールネ
ジ10を回転駆動することにより、ボールネジ10に螺
合されたステージ16がボールネジ10の長手方向に移
動する。モータ14には回転速度検出用のタコジェネレ
ータ18が設けられている。また、基台部12にはリニ
アスケール20がボールネジ10と平行に固定されてお
り、ステージ16に取り付けた位置センサ(図示せず)
によってリニアスケール20を読み取って、ステージ2
0の正確な位置を知ることができる。
【0004】この装置は、図11の制御ブロック図に示
すように、モータ14の回転をタコジェネレータ18で
検出した角速度Vを減算部22にフィードバックして、
モータ14の回転を安定に制御する。これと共に、上記
の回転速度フィードバックループLV の外側に位置セン
サで読み取った信号Pを減算部24にフィードバックし
て目標位置PR との演算から位置偏差PE を得て、これ
を乗算部26に供給して目標速度VR を得て、回転速度
フィードバックループLV に加えることで、ステージ1
6の位置制御を行っている。
すように、モータ14の回転をタコジェネレータ18で
検出した角速度Vを減算部22にフィードバックして、
モータ14の回転を安定に制御する。これと共に、上記
の回転速度フィードバックループLV の外側に位置セン
サで読み取った信号Pを減算部24にフィードバックし
て目標位置PR との演算から位置偏差PE を得て、これ
を乗算部26に供給して目標速度VR を得て、回転速度
フィードバックループLV に加えることで、ステージ1
6の位置制御を行っている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来装置では、タコジ
ェネレータ18とリニアスケール20の位置センサとの
2つのセンサを使用するため、コストが高くなるという
問題がある。また、ボールネジ10とステージ16との
螺合による送り機構のガタを考慮しておらず、バックラ
ッシュ量が大きい場合には乗算部26の位置フィードバ
ックゲインKP をある程度小さくする必要があり、その
結果、位置の追従速度が遅くなるという問題がある。
ェネレータ18とリニアスケール20の位置センサとの
2つのセンサを使用するため、コストが高くなるという
問題がある。また、ボールネジ10とステージ16との
螺合による送り機構のガタを考慮しておらず、バックラ
ッシュ量が大きい場合には乗算部26の位置フィードバ
ックゲインKP をある程度小さくする必要があり、その
結果、位置の追従速度が遅くなるという問題がある。
【0006】また、モータ制御の精度を上げるため、回
転速度フィードバックループLV のタコジェネレータ1
8の代わりに高分解能のものを使用するケースもある
が、この場合、一般にエンコーダの応答速度が遅いため
モータの回転速度が制約を受け、モータ14を高速回転
できないために高速の位置制御が実現できなくなるとい
う問題があった。
転速度フィードバックループLV のタコジェネレータ1
8の代わりに高分解能のものを使用するケースもある
が、この場合、一般にエンコーダの応答速度が遅いため
モータの回転速度が制約を受け、モータ14を高速回転
できないために高速の位置制御が実現できなくなるとい
う問題があった。
【0007】本発明は、上記の点に鑑みなされたもの
で、最終目標位置までを粗動制御区間と微動制御区間と
に分離して制御することでコストを低くでき、高速の位
置制御が可能な位置決め制御装置を提供することを目的
とする。
で、最終目標位置までを粗動制御区間と微動制御区間と
に分離して制御することでコストを低くでき、高速の位
置制御が可能な位置決め制御装置を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、コンプライアンスを有する送り機構で移動部を移動
させ、前記移動部の位置決めを行う位置決め制御装置に
おいて、前記送り機構をフィードバック制御して前記移
動部を高速で移動させる粗動制御手段と、前記送り機構
をフィードバック制御して前記移動部を低速で移動させ
る微動制御手段とを有する。
は、コンプライアンスを有する送り機構で移動部を移動
させ、前記移動部の位置決めを行う位置決め制御装置に
おいて、前記送り機構をフィードバック制御して前記移
動部を高速で移動させる粗動制御手段と、前記送り機構
をフィードバック制御して前記移動部を低速で移動させ
る微動制御手段とを有する。
【0009】このように、粗動制御手段と微動制御手段
とで送り機構のフィードバック制御を行うため、移動部
の位置に応じて最適なフィードバック制御を行うことが
できる。請求項2に記載の発明は、請求項1記載の位置
決め制御装置において、移動開始位置から最終目標位置
までを粗動制御区間と微動制御区間とに分離し、前記粗
動制御区間及び微動制御区間それぞれの目標軌跡を生成
する目標軌跡生成手段を有する。
とで送り機構のフィードバック制御を行うため、移動部
の位置に応じて最適なフィードバック制御を行うことが
できる。請求項2に記載の発明は、請求項1記載の位置
決め制御装置において、移動開始位置から最終目標位置
までを粗動制御区間と微動制御区間とに分離し、前記粗
動制御区間及び微動制御区間それぞれの目標軌跡を生成
する目標軌跡生成手段を有する。
【0010】このように、目標軌跡生成手段で粗動制御
区間及び微動制御区間それぞれの目標軌跡を生成するた
め、粗動制御区間及び微動制御区間それぞれに応じた最
適な目標軌跡を生成することができる。請求項3に記載
の発明は、請求項2記載の位置決め制御装置において、
前記目標軌跡生成手段は、前記粗動制御手段が前記送り
機構の駆動部と移動部とが接触状態で前記移動部を移動
させる目標軌跡を生成し、その結果前記移動部が移動し
た位置を粗動制御区間と微動制御区間との切り替え位置
とし、前記微動制御手段に前記最終目標位置を目標軌跡
として与える。
区間及び微動制御区間それぞれの目標軌跡を生成するた
め、粗動制御区間及び微動制御区間それぞれに応じた最
適な目標軌跡を生成することができる。請求項3に記載
の発明は、請求項2記載の位置決め制御装置において、
前記目標軌跡生成手段は、前記粗動制御手段が前記送り
機構の駆動部と移動部とが接触状態で前記移動部を移動
させる目標軌跡を生成し、その結果前記移動部が移動し
た位置を粗動制御区間と微動制御区間との切り替え位置
とし、前記微動制御手段に前記最終目標位置を目標軌跡
として与える。
【0011】このように、目標軌跡に従った粗動制御手
段による制御の結果、移動部が移動した位置を切り替え
位置とするため、送り機構の駆動部と移動部とを接触状
態で移動部を移動させることができる。請求項4に記載
の発明は、請求項3記載の位置決め制御装置において、
前記粗動制御区間におけるフィードバック信号の位置分
解能を前記送り機構の駆動部と移動部との間のバックラ
ッシュ量より大きく設定し、前記微動制御区間における
フィードバック信号の位置分解能を前記バックラッシュ
量より小さく設定し、前記切り替え位置での状態変数を
初期化する。
段による制御の結果、移動部が移動した位置を切り替え
位置とするため、送り機構の駆動部と移動部とを接触状
態で移動部を移動させることができる。請求項4に記載
の発明は、請求項3記載の位置決め制御装置において、
前記粗動制御区間におけるフィードバック信号の位置分
解能を前記送り機構の駆動部と移動部との間のバックラ
ッシュ量より大きく設定し、前記微動制御区間における
フィードバック信号の位置分解能を前記バックラッシュ
量より小さく設定し、前記切り替え位置での状態変数を
初期化する。
【0012】このように、粗動制御区間におけるフィー
ドバック信号の位置分解能をバックラッシュ量より大き
く設定しているため、バックラッシュが見かけ上現れず
高速移動が可能となり、微動制御区間におけるフィード
バック信号の位置分解能をバックラッシュ量より小さく
設定するため、正確な位置決めが可能となる。請求項5
に記載の発明は、請求項1記載の位置決め制御装置にお
いて、前記微動制御手段は、前記送り機構の駆動部と移
動部とが接触状態か非接触状態かを判別する判別手段
と、前記非接触状態では制御出力の上限を規制する規制
手段とを有する。
ドバック信号の位置分解能をバックラッシュ量より大き
く設定しているため、バックラッシュが見かけ上現れず
高速移動が可能となり、微動制御区間におけるフィード
バック信号の位置分解能をバックラッシュ量より小さく
設定するため、正確な位置決めが可能となる。請求項5
に記載の発明は、請求項1記載の位置決め制御装置にお
いて、前記微動制御手段は、前記送り機構の駆動部と移
動部とが接触状態か非接触状態かを判別する判別手段
と、前記非接触状態では制御出力の上限を規制する規制
手段とを有する。
【0013】このように、送り機構の駆動部と移動部と
が接触状態か非接触状態かを判別して非接触状態では制
御出力の上限を規制するため、非接触状態で制御出力が
過大となって制御が不安定になることを防止でき、常時
安定した制御を行うことができる。請求項6に記載の発
明は、請求項5記載の位置決め制御装置において、前記
判別手段は、前記フィードバック信号と前記微動制御手
段の出力とから外乱を推定する外乱推定オブザーバと、
推定された外乱を所定の閾値と比較して前記送り機構の
駆動部と移動部とが接触状態か非接触状態かを判定する
比較手段とを有する。
が接触状態か非接触状態かを判別して非接触状態では制
御出力の上限を規制するため、非接触状態で制御出力が
過大となって制御が不安定になることを防止でき、常時
安定した制御を行うことができる。請求項6に記載の発
明は、請求項5記載の位置決め制御装置において、前記
判別手段は、前記フィードバック信号と前記微動制御手
段の出力とから外乱を推定する外乱推定オブザーバと、
推定された外乱を所定の閾値と比較して前記送り機構の
駆動部と移動部とが接触状態か非接触状態かを判定する
比較手段とを有する。
【0014】このように、外乱推定オブザーバで外乱を
推定して所定の閾値と比較するため、接触状態か非接触
状態かを正確に判定することができる。
推定して所定の閾値と比較するため、接触状態か非接触
状態かを正確に判定することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は本発明の位置決め制御装置
の一実施例の構成図を示す。同図中、ボールネジ(駆動
部)30は基台部32に回転自在に枢支されている。モ
ータ34によりボールネジ30を回転駆動することによ
り、ボールネジ30に螺合されたステージ(移動部)3
6がボールネジ30の長手方向に移動する。また、基台
部32にはリニアスケール40がボールネジ30と平行
に固定されており、ステージ36に取り付けた位置セン
サ(図示せず)によってリニアスケール40を読み取っ
て、ステージ40の正確な位置を知ることができる。
の一実施例の構成図を示す。同図中、ボールネジ(駆動
部)30は基台部32に回転自在に枢支されている。モ
ータ34によりボールネジ30を回転駆動することによ
り、ボールネジ30に螺合されたステージ(移動部)3
6がボールネジ30の長手方向に移動する。また、基台
部32にはリニアスケール40がボールネジ30と平行
に固定されており、ステージ36に取り付けた位置セン
サ(図示せず)によってリニアスケール40を読み取っ
て、ステージ40の正確な位置を知ることができる。
【0016】図1に示す構成ではボールネジ30とステ
ージ36とのガタが大きい場合、ボールネジ30の位置
PM とステージ36の位置Pとのずれが問題となる。本
発明では、駆動側のボールネジ30の歯30A と、負荷
側のステージ36の歯36Aとの歯合関係を、図2
(A)に示すように駆動側のボールネジ30が矢印方向
に移動して歯30A と歯36A とが接触している片当て
状態と、図2(A)に示すように歯30A と歯36A と
が離間している非接触状態とに分類し、この2つの状態
を位置制御中に検出して制御を切り替えることで安定し
た位置決めを行う。
ージ36とのガタが大きい場合、ボールネジ30の位置
PM とステージ36の位置Pとのずれが問題となる。本
発明では、駆動側のボールネジ30の歯30A と、負荷
側のステージ36の歯36Aとの歯合関係を、図2
(A)に示すように駆動側のボールネジ30が矢印方向
に移動して歯30A と歯36A とが接触している片当て
状態と、図2(A)に示すように歯30A と歯36A と
が離間している非接触状態とに分類し、この2つの状態
を位置制御中に検出して制御を切り替えることで安定し
た位置決めを行う。
【0017】一般に、ステージ36の移動における目標
軌跡は多様であるため、移動中は図2(A),(B)の
状態が不確定に繰り返されるため、移動開始時は位置分
解能を下げて粗動動作を行わせ、最終目標位置に近付い
たら図2(A)の片当て状態を維持しながら位置分解能
を上げて微動動作に切り替える。縦軸を位置、横軸を時
間とする図3に示すようにステージ30を最終目標位置
PFFまで移動させる場合、移動開始位置0から最終目標
位置PFFの手前の切り替え位置PC までを粗動区間lc
とし、切り替え位置PC から最終目標位置PFFまでを微
動区間lfとする。
軌跡は多様であるため、移動中は図2(A),(B)の
状態が不確定に繰り返されるため、移動開始時は位置分
解能を下げて粗動動作を行わせ、最終目標位置に近付い
たら図2(A)の片当て状態を維持しながら位置分解能
を上げて微動動作に切り替える。縦軸を位置、横軸を時
間とする図3に示すようにステージ30を最終目標位置
PFFまで移動させる場合、移動開始位置0から最終目標
位置PFFの手前の切り替え位置PC までを粗動区間lc
とし、切り替え位置PC から最終目標位置PFFまでを微
動区間lfとする。
【0018】そして、粗動区間lcではフィードバック
に使用する位置分解能ldcをバックラッシュ量lbよ
り大きく取る(ldc>lb)。但し、量子化誤差の影
響が無視できない場合には位置分解能ldcをバックラ
ッシュ量lbにできるだけ近い値とする。一方、微動区
間lfでは位置分解能ldfをリニアスケール40及び
位置センサの最小分解能とする(ldf<lb)。
に使用する位置分解能ldcをバックラッシュ量lbよ
り大きく取る(ldc>lb)。但し、量子化誤差の影
響が無視できない場合には位置分解能ldcをバックラ
ッシュ量lbにできるだけ近い値とする。一方、微動区
間lfでは位置分解能ldfをリニアスケール40及び
位置センサの最小分解能とする(ldf<lb)。
【0019】ここで、切り替え位置PC の選択について
説明する。まず、縦軸を位置、横軸を時間とする図4に
示すように、粗動区間lcの最終目標位置PFC、微動区
間lfの最終目標位置PFF、粗動区間lcの最終目標位
置PFCに対する一点鎖線IIで示す実際の軌跡IIの最大オ
ーバーシュートOV (実験的に分かっている値)から、
次式を満足するPFCを決定する。
説明する。まず、縦軸を位置、横軸を時間とする図4に
示すように、粗動区間lcの最終目標位置PFC、微動区
間lfの最終目標位置PFF、粗動区間lcの最終目標位
置PFCに対する一点鎖線IIで示す実際の軌跡IIの最大オ
ーバーシュートOV (実験的に分かっている値)から、
次式を満足するPFCを決定する。
【0020】 PFC<PFC+OV <PFF ……(1) 上記の粗動区間lcの最終目標位置PFCが位置分解能l
dcを用いて設定するのに対し、最大オーバーシュート
OV 及び微動区間lfの最終目標位置PFFは位置分解能
ldfを用いて設定する。粗動区間lcにおける制御は
位置分解能ldcでフィードバックされるが、時々刻々
の位置Pを位置分解能ldfで観測し、粗動区間lcの
最終目標位置PFCをオーバーシュート後、ステージ36
の速度が0となった点を切り替え位置PCと決める。切
り替え位置PC は位置分解能ldfを用いて設定する。
切り替え位置PC となった時点tcを過ぎると、ボール
ネジ30の位置PM が粗動区間lcの最終目標位置PFC
に向かって逆転するため図2(B)に示す非接触状態が
発生するのを防止するためである。
dcを用いて設定するのに対し、最大オーバーシュート
OV 及び微動区間lfの最終目標位置PFFは位置分解能
ldfを用いて設定する。粗動区間lcにおける制御は
位置分解能ldcでフィードバックされるが、時々刻々
の位置Pを位置分解能ldfで観測し、粗動区間lcの
最終目標位置PFCをオーバーシュート後、ステージ36
の速度が0となった点を切り替え位置PCと決める。切
り替え位置PC は位置分解能ldfを用いて設定する。
切り替え位置PC となった時点tcを過ぎると、ボール
ネジ30の位置PM が粗動区間lcの最終目標位置PFC
に向かって逆転するため図2(B)に示す非接触状態が
発生するのを防止するためである。
【0021】なお、切り替え位置Pでは制御系を切り替
えるが、状態変数を初期化する。例えば、位置P=PC
とし、ステージの移動速度V=0とし、コントローラ内
の積分器出力をゼロクリアする。次に、フィードバック
制御について説明する。図5は粗動区間lcで使用する
粗動制御手段に対応する制御ブロック図を示す。同図
中、目標軌跡生成器(目標軌跡生成手段)50は図4の
実線Iで示す目標軌跡PR を粗動区間lcの最終目標位
置PFCまで生成して減算部52に供給する。ステージ3
6の位置Pを量子化部54で位置分解能ldcで量子化
しているため、見かけ上ボールネジ30とステージ36
とよりなる送り機構のガタ(バックラッシュ量)lbが
現れず、フィードバック信号PY は次のように近似でき
る。
えるが、状態変数を初期化する。例えば、位置P=PC
とし、ステージの移動速度V=0とし、コントローラ内
の積分器出力をゼロクリアする。次に、フィードバック
制御について説明する。図5は粗動区間lcで使用する
粗動制御手段に対応する制御ブロック図を示す。同図
中、目標軌跡生成器(目標軌跡生成手段)50は図4の
実線Iで示す目標軌跡PR を粗動区間lcの最終目標位
置PFCまで生成して減算部52に供給する。ステージ3
6の位置Pを量子化部54で位置分解能ldcで量子化
しているため、見かけ上ボールネジ30とステージ36
とよりなる送り機構のガタ(バックラッシュ量)lbが
現れず、フィードバック信号PY は次のように近似でき
る。
【0022】 PY =P=PM ……(2) 従って、粗動制御用コントローラ(CC )56A は通常
のフィードバック系と同様の特性のものを使用する。検
出位置PY は減算部52で目標軌跡PR から減算され、
位置偏差PE が粗動制御用コントローラ56A に供給さ
れる。図6は微動区間lf使用する微動制御手段に対応
する制御ブロック図を示す。同図中、目標軌跡生成器5
0は図4の実線Iで示す目標軌跡PR を微動区間lfの
最終目標位置PFFとして減算部52に供給する。ステー
ジ36の位置Pを量子化部54で位置分解能ldfで量
子化しているため、ボールネジ30とステージ36との
関係が図2(A),(B)のどちらの状態かを判別し、
それぞれに合わせて微動制御用コントローラ(CF )5
6B を調整する。図2(B)の非接触状態ではモータ3
4は回転する(ボールネジ30の位置PM は変化)にも
拘わらず、ステージ36の位置Pが変化しないため、位
置偏差PE が一定となり、微動制御用コントローラ56
B 内の積分部出力が増大し不安定状態となるため、図2
(A)の片当て状態では微動制御用コントローラ56B
をデフォルトで動作させ、例えば微動制御用コントロー
ラ56B 内の積分部出力Uiをそのまま使用する。一
方、図2(B)の非接触状態では微動制御用コントロー
ラ56B を出力制約して例えば微動制御用コントローラ
56B 内の積分部出力Uiをボールネジ30とステージ
36との間の摩擦力を考慮した閾値UTHで飽和させて使
用する。
のフィードバック系と同様の特性のものを使用する。検
出位置PY は減算部52で目標軌跡PR から減算され、
位置偏差PE が粗動制御用コントローラ56A に供給さ
れる。図6は微動区間lf使用する微動制御手段に対応
する制御ブロック図を示す。同図中、目標軌跡生成器5
0は図4の実線Iで示す目標軌跡PR を微動区間lfの
最終目標位置PFFとして減算部52に供給する。ステー
ジ36の位置Pを量子化部54で位置分解能ldfで量
子化しているため、ボールネジ30とステージ36との
関係が図2(A),(B)のどちらの状態かを判別し、
それぞれに合わせて微動制御用コントローラ(CF )5
6B を調整する。図2(B)の非接触状態ではモータ3
4は回転する(ボールネジ30の位置PM は変化)にも
拘わらず、ステージ36の位置Pが変化しないため、位
置偏差PE が一定となり、微動制御用コントローラ56
B 内の積分部出力が増大し不安定状態となるため、図2
(A)の片当て状態では微動制御用コントローラ56B
をデフォルトで動作させ、例えば微動制御用コントロー
ラ56B 内の積分部出力Uiをそのまま使用する。一
方、図2(B)の非接触状態では微動制御用コントロー
ラ56B を出力制約して例えば微動制御用コントローラ
56B 内の積分部出力Uiをボールネジ30とステージ
36との間の摩擦力を考慮した閾値UTHで飽和させて使
用する。
【0023】図2(B)の非接触状態では微動制御用コ
ントローラ56B の出力Uが変化しても送り機構に内在
するバックラッシュによりステージ36の位置Pまたは
フィードバック信号PY が変化しない。この様子を図7
に示すように制御系に減算部58を設け、この減算部5
8にボールネジ30の移動方向と逆向きに作用する仮想
的な外乱NV を入力することにより、ステージ36の位
置Pが変化しなくなったと捉えると、図2(A)の片当
て状態と比べて明らかに外乱NV のトルクが大きい。こ
れを利用して図2(A),(B)の状態判別を行う。
ントローラ56B の出力Uが変化しても送り機構に内在
するバックラッシュによりステージ36の位置Pまたは
フィードバック信号PY が変化しない。この様子を図7
に示すように制御系に減算部58を設け、この減算部5
8にボールネジ30の移動方向と逆向きに作用する仮想
的な外乱NV を入力することにより、ステージ36の位
置Pが変化しなくなったと捉えると、図2(A)の片当
て状態と比べて明らかに外乱NV のトルクが大きい。こ
れを利用して図2(A),(B)の状態判別を行う。
【0024】図6の状態判別部(判別手段)60の外乱
推定オブザーバ62ではフィードバック信号PY と微動
制御用コントローラ56B の出力Uとから逐次外乱NV
を推定し、外乱推定値NH をコンパレータ64に供給す
る。コンパレータ(比較手段)64は外乱推定値NH を
閾値NTHと比較して、比較結果を微動制御用コントロー
ラ56B に供給する。
推定オブザーバ62ではフィードバック信号PY と微動
制御用コントローラ56B の出力Uとから逐次外乱NV
を推定し、外乱推定値NH をコンパレータ64に供給す
る。コンパレータ(比較手段)64は外乱推定値NH を
閾値NTHと比較して、比較結果を微動制御用コントロー
ラ56B に供給する。
【0025】図8は微動制御用コントローラ56B の一
例のブロック図を示す。減算部52から供給される位置
偏差PE は積分部70で時間積分され係数Kiを乗算さ
れて出力される。この出力Uiはリミッタ76に供給さ
れる。リミッタ76は状態判別部60のコンパレータ6
4出力を供給されており、外乱推定値NH <閾値NTHの
場合は積分部70出力Uiを制限することなく加算部7
8に供給する。また、乗算部72は位置偏差PE に係数
Kpを乗算して加算部78に供給する。微分部74は位
置偏差PE を微分して係数Kdを乗算し加算部78に供
給する。加算部78は出力Uを得て出力する。なお、粗
動制御用コントローラ56A は図7の構成から、リミッ
タ76を除いた構成である。
例のブロック図を示す。減算部52から供給される位置
偏差PE は積分部70で時間積分され係数Kiを乗算さ
れて出力される。この出力Uiはリミッタ76に供給さ
れる。リミッタ76は状態判別部60のコンパレータ6
4出力を供給されており、外乱推定値NH <閾値NTHの
場合は積分部70出力Uiを制限することなく加算部7
8に供給する。また、乗算部72は位置偏差PE に係数
Kpを乗算して加算部78に供給する。微分部74は位
置偏差PE を微分して係数Kdを乗算し加算部78に供
給する。加算部78は出力Uを得て出力する。なお、粗
動制御用コントローラ56A は図7の構成から、リミッ
タ76を除いた構成である。
【0026】ところで、図6の減算部80には実際の外
乱Nが供給され、減算部82には高周波ノイズWが供給
される。送り機構の位置分解能が高くなると、上記の高
周波ノイズWが無視できないケースがあるが、このよう
な高周波成分に対しては外乱推定オブザーバ62のロー
パスフィルタ特性を利用し、オブザーバ帯域を小さく設
定することで高周波成分の影響を軽減できる。この場
合、外乱推定オブザーバ62で生成されるフィードバッ
ク信号PY の推定値PH ,ステージ30の移動速度の推
定値VH を微動制御用コントローラ56B に供給する。
乱Nが供給され、減算部82には高周波ノイズWが供給
される。送り機構の位置分解能が高くなると、上記の高
周波ノイズWが無視できないケースがあるが、このよう
な高周波成分に対しては外乱推定オブザーバ62のロー
パスフィルタ特性を利用し、オブザーバ帯域を小さく設
定することで高周波成分の影響を軽減できる。この場
合、外乱推定オブザーバ62で生成されるフィードバッ
ク信号PY の推定値PH ,ステージ30の移動速度の推
定値VH を微動制御用コントローラ56B に供給する。
【0027】なお、上記実施例では図3(B)に示すよ
うな完全なバックラッシュのイメージで説明したが、図
9に示すように、歯30A と歯36A との間に非線形バ
ネ84,86が介在するコンプライアンス系と考えても
良い。このように、従来必要としたタコジェネレータを
持たないため、コストを下げることができる。また、粗
動制御用コントローラ56A と微動制御用コントローラ
56B とで送り機構のフィードバック制御を行うため、
移動部の位置に応じて最適なフィードバック制御を行う
ことができる。また、目標軌跡生成器50で粗動制御区
間及び微動制御区間それぞれの目標軌跡を生成するた
め、粗動制御区間及び微動制御区間それぞれに応じた最
適な目標軌跡を生成することができる。また、目標軌跡
に従った粗動制御用コントローラ56A による制御の結
果、ステージ36が移動した位置を切り替え位置とする
ため、送り機構のボールネジ30とステージ36とを接
触状態で移動させることができる。
うな完全なバックラッシュのイメージで説明したが、図
9に示すように、歯30A と歯36A との間に非線形バ
ネ84,86が介在するコンプライアンス系と考えても
良い。このように、従来必要としたタコジェネレータを
持たないため、コストを下げることができる。また、粗
動制御用コントローラ56A と微動制御用コントローラ
56B とで送り機構のフィードバック制御を行うため、
移動部の位置に応じて最適なフィードバック制御を行う
ことができる。また、目標軌跡生成器50で粗動制御区
間及び微動制御区間それぞれの目標軌跡を生成するた
め、粗動制御区間及び微動制御区間それぞれに応じた最
適な目標軌跡を生成することができる。また、目標軌跡
に従った粗動制御用コントローラ56A による制御の結
果、ステージ36が移動した位置を切り替え位置とする
ため、送り機構のボールネジ30とステージ36とを接
触状態で移動させることができる。
【0028】また、粗動制御区間におけるフィードバッ
ク信号の位置分解能をバックラッシュ量より大きく設定
しているため、バックラッシュが見かけ上現れず高速移
動が可能となり、微動制御区間におけるフィードバック
信号の位置分解能をバックラッシュ量より小さく設定す
るため、正確な位置決めが可能となる。送り機構の駆動
部と移動部とが接触状態か非接触状態かを判別して非接
触状態では制御出力の上限を規制するため、非接触状態
で制御出力が過大となって制御が不安定になることを防
止でき、常時安定した制御を行うことができる。
ク信号の位置分解能をバックラッシュ量より大きく設定
しているため、バックラッシュが見かけ上現れず高速移
動が可能となり、微動制御区間におけるフィードバック
信号の位置分解能をバックラッシュ量より小さく設定す
るため、正確な位置決めが可能となる。送り機構の駆動
部と移動部とが接触状態か非接触状態かを判別して非接
触状態では制御出力の上限を規制するため、非接触状態
で制御出力が過大となって制御が不安定になることを防
止でき、常時安定した制御を行うことができる。
【0029】
【発明の効果】上述の如く、請求項1に記載の発明は、
コンプライアンスを有する送り機構で移動部を移動さ
せ、前記移動部の位置決めを行う位置決め制御装置にお
いて、前記送り機構をフィードバック制御して前記移動
部を高速で移動させる粗動制御手段と、前記送り機構を
フィードバック制御して前記移動部を低速で移動させる
微動制御手段とを有する。
コンプライアンスを有する送り機構で移動部を移動さ
せ、前記移動部の位置決めを行う位置決め制御装置にお
いて、前記送り機構をフィードバック制御して前記移動
部を高速で移動させる粗動制御手段と、前記送り機構を
フィードバック制御して前記移動部を低速で移動させる
微動制御手段とを有する。
【0030】このように、粗動制御手段と微動制御手段
とで送り機構のフィードバック制御を行うため、移動部
の位置に応じて最適なフィードバック制御を行うことが
できる。請求項2に記載の発明は、請求項1記載の位置
決め制御装置において、移動開始位置から最終目標位置
までを粗動制御区間と微動制御区間とに分離し、前記粗
動制御区間及び微動制御区間それぞれの目標軌跡を生成
する目標軌跡生成手段を有する。
とで送り機構のフィードバック制御を行うため、移動部
の位置に応じて最適なフィードバック制御を行うことが
できる。請求項2に記載の発明は、請求項1記載の位置
決め制御装置において、移動開始位置から最終目標位置
までを粗動制御区間と微動制御区間とに分離し、前記粗
動制御区間及び微動制御区間それぞれの目標軌跡を生成
する目標軌跡生成手段を有する。
【0031】このように、目標軌跡生成手段で粗動制御
区間及び微動制御区間それぞれの目標軌跡を生成するた
め、粗動制御区間及び微動制御区間それぞれに応じた最
適な目標軌跡を生成することができる。請求項3に記載
の発明は、請求項2記載の位置決め制御装置において、
前記目標軌跡生成手段は、前記粗動制御手段が前記送り
機構の駆動部と移動部とが接触状態で前記移動部を移動
させる目標軌跡を生成し、その結果前記移動部が移動し
た位置を粗動制御区間と微動制御区間との切り替え位置
とし、前記微動制御手段に前記最終目標位置を目標軌跡
として与える。
区間及び微動制御区間それぞれの目標軌跡を生成するた
め、粗動制御区間及び微動制御区間それぞれに応じた最
適な目標軌跡を生成することができる。請求項3に記載
の発明は、請求項2記載の位置決め制御装置において、
前記目標軌跡生成手段は、前記粗動制御手段が前記送り
機構の駆動部と移動部とが接触状態で前記移動部を移動
させる目標軌跡を生成し、その結果前記移動部が移動し
た位置を粗動制御区間と微動制御区間との切り替え位置
とし、前記微動制御手段に前記最終目標位置を目標軌跡
として与える。
【0032】このように、目標軌跡に従った粗動制御手
段による制御の結果、移動部が移動した位置を切り替え
位置とするため、送り機構の駆動部と移動部とを接触状
態で移動部を移動させることができる。請求項4に記載
の発明は、請求項3記載の位置決め制御装置において、
前記粗動制御区間におけるフィードバック信号の位置分
解能を前記送り機構の駆動部と移動部との間のバックラ
ッシュ量より大きく設定し、前記微動制御区間における
フィードバック信号の位置分解能を前記バックラッシュ
量より小さく設定し、前記切り替え位置での状態変数を
初期化する。
段による制御の結果、移動部が移動した位置を切り替え
位置とするため、送り機構の駆動部と移動部とを接触状
態で移動部を移動させることができる。請求項4に記載
の発明は、請求項3記載の位置決め制御装置において、
前記粗動制御区間におけるフィードバック信号の位置分
解能を前記送り機構の駆動部と移動部との間のバックラ
ッシュ量より大きく設定し、前記微動制御区間における
フィードバック信号の位置分解能を前記バックラッシュ
量より小さく設定し、前記切り替え位置での状態変数を
初期化する。
【0033】このように、粗動制御区間におけるフィー
ドバック信号の位置分解能をバックラッシュ量より大き
く設定しているため、バックラッシュが見かけ上現れず
高速移動が可能となり、微動制御区間におけるフィード
バック信号の位置分解能をバックラッシュ量より小さく
設定するため、正確な位置決めが可能となる。請求項5
に記載の発明は、請求項1記載の位置決め制御装置にお
いて、前記微動制御手段は、前記送り機構の駆動部と移
動部とが接触状態か非接触状態かを判別する判別手段
と、前記非接触状態では制御出力の上限を規制する規制
手段とを有する。
ドバック信号の位置分解能をバックラッシュ量より大き
く設定しているため、バックラッシュが見かけ上現れず
高速移動が可能となり、微動制御区間におけるフィード
バック信号の位置分解能をバックラッシュ量より小さく
設定するため、正確な位置決めが可能となる。請求項5
に記載の発明は、請求項1記載の位置決め制御装置にお
いて、前記微動制御手段は、前記送り機構の駆動部と移
動部とが接触状態か非接触状態かを判別する判別手段
と、前記非接触状態では制御出力の上限を規制する規制
手段とを有する。
【0034】このように、送り機構の駆動部と移動部と
が接触状態か非接触状態かを判別して非接触状態では制
御出力の上限を規制するため、非接触状態で制御出力が
過大となって制御が不安定になることを防止でき、常時
安定した制御を行うことができる。請求項6に記載の発
明は、請求項5記載の位置決め制御装置において、前記
判別手段は、前記フィードバック信号と前記微動制御手
段の出力とから外乱を推定する外乱推定オブザーバと、
推定された外乱を所定の閾値と比較して前記送り機構の
駆動部と移動部とが接触状態か非接触状態かを判定する
比較手段とを有する。
が接触状態か非接触状態かを判別して非接触状態では制
御出力の上限を規制するため、非接触状態で制御出力が
過大となって制御が不安定になることを防止でき、常時
安定した制御を行うことができる。請求項6に記載の発
明は、請求項5記載の位置決め制御装置において、前記
判別手段は、前記フィードバック信号と前記微動制御手
段の出力とから外乱を推定する外乱推定オブザーバと、
推定された外乱を所定の閾値と比較して前記送り機構の
駆動部と移動部とが接触状態か非接触状態かを判定する
比較手段とを有する。
【0035】このように、外乱推定オブザーバで外乱を
推定して所定の閾値と比較するため、接触状態か非接触
状態かを正確に判定することができる。
推定して所定の閾値と比較するため、接触状態か非接触
状態かを正確に判定することができる。
【図1】本発明の位置決め制御装置の一実施例の構成図
である。
である。
【図2】片当て状態と非接触状態とを示す図である。
【図3】粗動動作と微動動作との切り替えを説明するた
めの図である。
めの図である。
【図4】本発明の制御動作を説明するための図である。
【図5】本発明の粗動区間で使用する制御ブロック図で
ある。
ある。
【図6】本発明の微動区間で使用する制御ブロック図で
ある。
ある。
【図7】非接触状態の等価回路の制御ブロック図であ
る。
る。
【図8】微動制御用コントローラの一例のブロック図で
ある。
ある。
【図9】ボールネジ30とステージ36との間の関係を
示す図である。
示す図である。
【図10】従来の位置決め制御装置の一例の構成図であ
る。
る。
【図11】従来装置の一例の制御ブロック図である。
30 ボールネジ 32 基台部 34 モータ 36 ステージ 40 リニアスケール 50 目標軌跡生成器 52,58,80,82 減算部 54 量子化部 60 状態判別部 62 外乱推定オブザーバ 64 コンパレータ 70 積分部 72 乗算部 74 微分部 76 リミッタ 78 加算部
Claims (6)
- 【請求項1】 コンプライアンスを有する送り機構で移
動部を移動させ、前記移動部の位置決めを行う位置決め
制御装置において、 前記送り機構をフィードバック制御して前記移動部を高
速で移動させる粗動制御手段と、 前記送り機構をフィードバック制御して前記移動部を低
速で移動させる微動制御手段とを有することを特徴とす
る位置決め制御装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の位置決め制御装置におい
て、 移動開始位置から最終目標位置までを粗動制御区間と微
動制御区間とに分離し、前記粗動制御区間及び微動制御
区間それぞれの目標軌跡を生成する目標軌跡生成手段を
有することを特徴とする位置決め制御装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の位置決め制御装置におい
て、 前記目標軌跡生成手段は、前記粗動制御手段が前記送り
機構の駆動部と移動部とが接触状態で前記移動部を移動
させる目標軌跡を生成し、その結果前記移動部が移動し
た位置を粗動制御区間と微動制御区間との切り替え位置
とし、前記微動制御手段に前記最終目標位置を目標軌跡
として与えることを特徴とする位置決め制御装置。 - 【請求項4】 請求項3記載の位置決め制御装置におい
て、 前記粗動制御区間におけるフィードバック信号の位置分
解能を前記送り機構の駆動部と移動部との間のバックラ
ッシュ量より大きく設定し、前記微動制御区間における
フィードバック信号の位置分解能を前記バックラッシュ
量より小さく設定し、前記切り替え位置での状態変数を
初期化することを特徴とする位置決め制御装置。 - 【請求項5】 請求項1記載の位置決め制御装置におい
て、 前記微動制御手段は、前記送り機構の駆動部と移動部と
が接触状態か非接触状態かを判別する判別手段と、 前記非接触状態では制御出力の上限を規制する規制手段
とを有することを特徴とする位置決め制御装置。 - 【請求項6】 請求項5記載の位置決め制御装置におい
て、 前記判別手段は、前記フィードバック信号と前記微動制
御手段の出力とから外乱を推定する外乱推定オブザーバ
と、 推定された外乱を所定の閾値と比較して前記送り機構の
駆動部と移動部とが接触状態か非接触状態かを判定する
比較手段とを有することを特徴とする位置決め制御装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32910497A JPH11161338A (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 位置決め制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32910497A JPH11161338A (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 位置決め制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11161338A true JPH11161338A (ja) | 1999-06-18 |
Family
ID=18217665
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32910497A Withdrawn JPH11161338A (ja) | 1997-11-28 | 1997-11-28 | 位置決め制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11161338A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007109810A (ja) * | 2005-10-12 | 2007-04-26 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | ステージ装置及びその制御方法 |
CN107283828A (zh) * | 2016-03-31 | 2017-10-24 | 上海微电子装备(集团)股份有限公司 | 3d打印装置、打印方法及其运动控制方法 |
-
1997
- 1997-11-28 JP JP32910497A patent/JPH11161338A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007109810A (ja) * | 2005-10-12 | 2007-04-26 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | ステージ装置及びその制御方法 |
JP4594841B2 (ja) * | 2005-10-12 | 2010-12-08 | 住友重機械工業株式会社 | ステージ装置及びその制御方法 |
CN107283828A (zh) * | 2016-03-31 | 2017-10-24 | 上海微电子装备(集团)股份有限公司 | 3d打印装置、打印方法及其运动控制方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050201 |