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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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 |