JPS5847043B2 - 位置制御方式 - Google Patents

位置制御方式

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JPS5847043B2
JPS5847043B2 JP54012273A JP1227379A JPS5847043B2 JP S5847043 B2 JPS5847043 B2 JP S5847043B2 JP 54012273 A JP54012273 A JP 54012273A JP 1227379 A JP1227379 A JP 1227379A JP S5847043 B2 JPS5847043 B2 JP S5847043B2
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    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、制御対象例えば移動台の位置決めを閉ループ
制御で行う場合の位置制御方式に関するものである。
半導体集積回路の製造工程で用いられるホトマスクを作
製するためのステップ・アンド・リピータやさらにこの
原寸ホトマスクを使用せずレティクルから直接回路パタ
ーンをウエノ・上に投影露光する縮小投影露光装置等に
おいては、高速・高精度でガラス基板またはウェハの位
置決めを行うXY移動台が用いられ、150X150m
i程度の移動範囲に対し1μm程度の位置決め精度が要
求される。
従来この種の精密位置決めを行う移動台では、レーザ干
渉測長による位置検出系、目標位置からの偏差を演算す
る回路およびサーボモータと送りねじによる駆動系から
構成される閉ループ線形位置制御が多く用いられている
この種の閉ループ線形位置制御においては、第1図のよ
うに移動台の目標位置に対する位置偏差Axが小さくな
るほどサーボモータの出力トルクTmは小さくなる。
そのため移動台の案内部や送りネジ等に摩擦が存在する
場合には制御不可能な領域が存在する。
すなわち第1図において前記摩擦力をサーボモータ軸の
トルクTdに換算すれば、位置フィードバックゲインに
1の場合には目標値の±δd以内は制御不可能であり、
位置決め誤差として残る。
この位置決め誤差を小さくするため位置フィードバック
ゲインをに2のように大きくすると制御系は不安定とな
り、ハンチングや発振をおこすため限界以上に大きくす
ることはできない。
他の方法は前記摩擦力の等価トルクTdを小さくする、
すなわちモータ軸と送りネジの間に減速機構等を入れる
ことであるが、これは高速性を損なう結果となる。
以上説明したように、位置決め誤差は移動台案内部や送
りねじ等の摩擦力の大きさに比例する。
一般にこれらの摩擦力の大きさは摩擦速度に依存し、静
摩擦係数は動摩擦係数の2〜5倍にも達する。
第1図においてサーボモータ軸に等価換算した静摩擦力
をTsとすると位置フィードバックゲインに1では±δ
8以内ではサーボモータは回転することができない。
すなわち、位置偏差Jx(δ の状態からはサーボモー
タは起動しない。
これは移動台の送り量が大きい場合には動摩擦状態で線
形位置制御されるため目標値の±δd以内に位置決め可
能であるのに対し、送り量がδ8以下の場合には、位置
制御を開始しないためそのまま位置決め誤差となること
を示す。
本発明はこの欠点を解消するためになされたものであり
、制御対象例えば移動台の位置決めを閉ループ制御で行
う場合において、特に移動台の現在位置が目標値に近い
状態から位置決め制御を開始する場合における位置決め
精度向上を可能にした位置制御方式を提供するものであ
る。
上記目的を達成するために、本発明では送り量が±δ8
以内の場合には、サーボモータが起動するに十分な信号
すなわち第1図におけるTs以上のトルクをサーボモー
タが発生する信号をサーボモータ駆動回路に送り、サー
ボモータを起動させて前記摩擦を動摩擦状態とした後に
該信号を取り除き線形位置制御を行うようにしたもので
ある。
以下、本発明を実施例を参照してさらに詳細に説明する
第2図は本発明の一実施例を示すブロック図である。
一例として、移動台1は直流サーボモータ2とボールネ
ジ3により駆動される。
制御回路4は例えばレーザトランスデユーサ・システム
で、レーザ干渉測長器5により検出される移動台1の位
置と電子計算機6より指令される目標位置との差をデジ
タル演算する。
その演算結果はD/A変換器7、演算増幅器8、サーボ
アンプ9を介してその演算結果が小となる方向に直流サ
ーボモータ2を回転する。
タコジェネレータ10はこれらの線形位置制御系を安定
化するために用いられる。
11は電子計算機6からのデジタル信号で動作するスイ
ッチ開閉(切換え)回路であり、単安定マルチバイブレ
ータ等で構成されている。
このスイッチ開閉回路11は、電子計算機6からの信号
Sが1″から”0”になると、コンデンサと抵抗により
決定される時間tmだげ信号局が°°O”′の状態とな
り、アナログスイッチ12を開き、演算増幅器8の電圧
利得を無限大近くまで大きくする。
入力信号Sが“1′の時には出力信号局は1゛のままで
あり、アナログスイッチ12を閉じて演算増幅器8に抵
抗13,14から決定される利得に3 を持たせる。
電子計算機6はこれから移動台1を移動すべき目標位置
と現在の移動台1の位置の差すなわち位置偏差JXを算
出し、 1Jxlと前記理由からサーボモータ2が起動
できない位置偏差の大きさ1δ81の大小を比較する。
もしl 、4 x i > lδ81であるなら、電子
計算機6はスイッチ開閉回路11に“°1″の信号Sを
送り、アナログスイッチ12を開じて演算増幅器8の利
得をに3 とする。
その後電子計算機6は制御回路4に移動台1が移動すべ
き目標位置を転送し、線形位置制御を動作させろ。
この演算増幅器8の利得に3は、線形位置制御が安定で
ある範囲内の最大値に設定され、第1図におけるに1
の傾きを最大限度大きくして位置決め誤差δdの極小化
をはかる。
もし1Jxl≦1δ81であるなら電子計算機6はスイ
ッチ開閉回路11に0”の信号Sを送り、演算増幅器8
の利得を無限大とした後、前記と同様に制御動作を開始
させる。
これにより、サーボモータ2には移動台1が目標値に近
づく回転方向に最大許容電流が送られ、静摩擦トルクに
打ち勝って起動する。
その後時間tm後にはスイッチ開閉回路11の出力4が
°°1″となり演算増幅器8のゲインをに3 とし、安
定な線形制御に移行する。
この時間tmは制御系の動特性により決定され、次のよ
うにして決定する。
第3図に示すごとく、タコジェネレータ10から速度フ
ィードバックをかげた線形位置制御系においては、移動
台1の速度Vは位置偏差Axに比例するように制御され
ながら目標値に近づく。
その関係を直線VJXとする。
一方、前記したように1Jxl≦1δ81の条件から起
動する場合すなわち、図におけるP点から起動する場合
には、サーボモータ2は最大の加速力でVrのように目
標値に近づき、そのままでは直線VJXを越えて図示の
破線の軌道上を進み、目標値を行き過ぎ、ついには発振
してしまう。
そこで軌道Vrが直線VAxと交叉したならば制御系を
線形制御に切り換え、直線Vlxに沿わせれば最適な制
御が得られる。
すなわち、tmをサーボモータ2を起動させてから移動
台1の速度が直線VJxに達するまでの時間とすること
により、最短時間でなめらかな制御が可能となる。
しかしながらこのtmO値は起動する前の位置偏差Ax
の大きさにより変動するため、固定のままでは常に最適
にはできない。
実施例ではJx−(δ8+δd)/2の場合に最適とな
るように設定し、この場合tmは約2msであった。
上記実施例では回路構成の簡略化のために、起動した後
線形制御に切換える条件として起動後時間tmを経過し
た後としたが、前述したように必らずしも常に最適では
ない。
この点を改良した実施例を第4図により説明する。
この実施例では前例のスイッチ切換え回路110代わり
に、アナログスイッチ12が閉じた場合に持つ演算増幅
器8の利得に3と同一利得の増幅器15、SRフリップ
フロップ16、コンパレータ回路17、絶対値回路18
が新らたに設げられている。
なお、図において、引用番号1乃至14は、第2図と同
様のものを示す。
電子計算機6から0″の信号SがSRフリップフロップ
16に送られると出力QはIT 091となりアナログ
スイッチ12を開く。
するとサーボモータ2は軌道Vr上の速度で回転する。
増幅器15はに3の利得を持っているため、その出力は
第4図における直線■Jxで示される信号と同一である
他方タコジェネレータ10の出力信号は移動台1の速度
■を表わすから、コンパレータ17によって両者を比較
することにより、移動台速度Vが直線VJxより大きく
なった瞬間を見い出すことができる。
すなわち、位置偏差Axが負から起動する場合にはコン
パレータ17の出力は−1の状態から、上記瞬間に0と
なり、さらに+1へ移行する。
Axが正から起動する場合には−1からOを通過して+
1へ移行する。
そこで絶対値回路18を通すことにより、Axの符号に
かかわらず上記瞬間を”0″の出力として捕えることが
できる。
この′0”信号はフリップフロップ16をリセットして
アナログスイッチ12を閉じ、制御を線形制御に切換え
る。
以上の動作により、位置偏差Axの大きさにかかわらず
、常に最適条件で線形制御への切換えができ、前例の欠
点を解消できる。
また前記2つの実施例では等何曲に位置フィードバック
ゲインを増大させることにより目的を達成しているが、
制御時間の短縮を要求しないならばより簡単には位置偏
差aXの符号を考慮して一定の制御信号上Tで起動する
ことも可能である。
さらにこの符号も無視して常に一定の制御信号+Tで起
動させることもできる。
このように、本発明においては、サーボ系を用いて制御
対象を目標位置に位置ぎめ制御する位置制御方式におい
て、制御前の目標位置からの位置偏差に応じ、該位置偏
差の大きさがあらかじめ決められた値よりも小さい場合
には、該サーボ系において安定であり得る位置フィード
バックゲインにより与えられる制御信号よりも大きな制
御信号で該サーボ系を起動させ、その後に前記位置フィ
ードバックゲインで動作するサーボ系に切換えることに
より、位置決め精度向上をはかることができた。
なお、本発明は、前述した実施例の説明に用いた閉ルー
プ線形位置決め制御の例に限定されるものではなく、広
く、サーボ系を用いて制御対象を目標位置に位置決め制
御する型の位置制御方式に適用可能なものである。
また、本発明におけ\ る制御対象は、前記実施例に用いた移動台に限定される
ものでなく、また実施例の説明に用いた具体的数値、回
路等に限定されるものではなく、設定条件等により適宜
、選択適用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、閉ループ線形位置制御における一般的な特性
を説明する図、第2図は、本発明の一実施例を示すブロ
ック図、第3図は、本発明による特性を示す図、および
第4図は、本発明の他の実施例を示すブロック図である
。 1・・・・・・移動台、2・・・・・・サーボモータ、
3・・・・・・ボールネジ、4・・・・・・制御回路、
5・・・・・・レーザ干渉測長器、6・・・・・・電子
計算機、7・・・・・・D/A変換器、8・・・・・・
演算増幅器、9・・・・・・サーボアンプ、10・・・
・・・タコジェネレータ、11・・・・・・スイッチ開
閉回路、12・・・・・・アナログスイッチ、13,1
4・・・・・・抵抗、15・・・・・・増幅器、16・
・・・・・SRフリップフロップ、17・・・・・・コ
ンパレータ回路、18・・・・・・絶対値回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 サーボ系を用いて制御対象を目標位置に位置決め制
    御する位置制御方式において、制御前の上記目標位置か
    らの位置偏差に応じ、該位置偏差の大きさがあらかじめ
    決められた値よりも小さい場合には、上記サーボ系にお
    いて安定であり得る位置フィードバックゲインにより与
    えられる制御信号よりも大きな制御信号で上記サーボ系
    を起動させ、その後に上記位置フィードバックゲインで
    動作するサーボ系に切換える如(構成したことを特徴と
    する位置制御方式。 2 上記サーボ系が、上記制御対象を駆動せしめるサー
    ボモータへの制御信号が上記目標位置に対する誤差に比
    例する型のサーボ系で構成されたことを特徴とする特許 位置制御方式。
JP54012273A 1979-02-07 1979-02-07 位置制御方式 Expired JPS5847043B2 (ja)

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