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JP2000330642A - Position controller for stage and speed controller - Google Patents

Position controller for stage and speed controller

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Publication number
JP2000330642A
JP2000330642A JP11140002A JP14000299A JP2000330642A JP 2000330642 A JP2000330642 A JP 2000330642A JP 11140002 A JP11140002 A JP 11140002A JP 14000299 A JP14000299 A JP 14000299A JP 2000330642 A JP2000330642 A JP 2000330642A
Authority
JP
Japan
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torque
speed
motor
stage
value
Prior art date
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Granted
Application number
JP11140002A
Other languages
Japanese (ja)
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JP3298069B2 (en
Inventor
Kenichi Makino
健一 牧野
Masayuki Yamamoto
正之 山本
Yoshiyuki Tomita
良幸 冨田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=15258658&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP2000330642(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a position controller improved in a constancy of speed and in positioning time performance by estimating and compensating the disturbance of a device without changing the hardware constitution of a device. SOLUTION: A position controller includes a PID controller 33 which generates a current target value ic for a motor M from a difference between a position detection value x and a position command value xc and a disturbance observer 10. The disturbance observer is provided with a signal processing means which executes high speed arithmetic operation by a program. A signal processing means is provided with a low pass filter 11 which filters a torque command value to a motor driver 34, an input torque estimating filter 12 which estimates an estimated load input torque from a position detection value, and a function which calculates an estimated load disturbance torque from a difference between the filtered torque command value and the estimated load input torque, and which generates a compensation value for the current target value so that the disturbance torque can be offset based on the calculated estimated load disturbance torque.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、モータ及び負荷で
構成される機構の移動及び位置決めを制御する位置制御
装置及び速度制御装置に関し、特に、少なくとも1軸方
向に駆動されるステージの駆動制御に適した位置制御装
置及び速度制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position control device and a speed control device for controlling the movement and positioning of a mechanism constituted by a motor and a load, and more particularly to a drive control of a stage driven in at least one axis. It relates to a suitable position control device and speed control device.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のステージの位置制御装置として
は、例えば図7に示すようなPID制御方式によるも
の、あるいは図8に示すようなPID制御及びFF制御
方式によるものが知られている。
2. Description of the Related Art As a position control device for a stage of this type, for example, a device using a PID control method as shown in FIG. 7 or a device using a PID control and FF control method as shown in FIG. 8 is known.

【0003】図7において、PID制御方式において
は、負荷Lであるステージを駆動するモータMに位置検
出器31を設けてステージの位置を検出する。位置検出
値xは減算器32において位置指令値xc との差がとら
れ、この差信号がPID制御器33に入力される。PI
D制御器33は、差信号によりモータドライバ34に電
流目標値ic を与える。モータドライバ34はトルク指
令値τc を出力する。
In FIG. 7, in the PID control system, a position detector 31 is provided on a motor M for driving a stage which is a load L to detect the position of the stage. Position detection value x is the difference between the position command value x c in the subtracter 32 is taken, the difference signal is input to the PID controller 33. PI
The D controller 33 gives the motor driver 34 a current target value ic based on the difference signal. The motor driver 34 outputs a torque command value tau c.

【0004】図8において、PID制御及びFF制御方
式においては、PID制御器33に並列にFF制御器3
5が接続され、加算器36によりPID制御器33の出
力にFF制御器35の出力が加算される。FF制御器3
5は、位置指令値xc と位置検出値xとを一致させるよ
うに位置指令値xc にあらかじめ定められた制御ゲイン
を乗じるものである。
[0004] In FIG. 8, in the PID control and the FF control system, the FF controller 3 is connected in parallel with the PID controller 33.
5 is connected, and the output of the FF controller 35 is added to the output of the PID controller 33 by the adder 36. FF controller 3
5 is a multiplying the control gain predetermined for the position command value x c so as to match the detected position value x and the position command value x c.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のようなPID制
御方式あるいは、PID制御及びFF制御方式によるス
テージでは、外部からの不要な振動の混入、モータのコ
ギングやケーブル系テンションの影響による外乱によっ
て定速性、位置決め時間等の性能を劣化させていた。
In the stage using the PID control method or the PID control and the FF control method as described above, the stage is determined by external vibrations, external cogging of the motor and disturbance due to the influence of cable tension. Performance such as speed and positioning time was deteriorated.

【0006】このような外乱を抑えるためにはサーボ系
のゲインを高め、相対的に外乱のレベルを減少させる方
法がとられる。しかし、サーボ系のゲインを高めると、
制御系の安定性の面での問題を生じる。
In order to suppress such a disturbance, a method of increasing the gain of the servo system and relatively reducing the level of the disturbance is employed. However, if you increase the gain of the servo system,
This causes a problem in the stability of the control system.

【0007】このような事情から、実際の外乱抑制のポ
イントは、高度な外部振動防止対策、外乱の少ない高性
能モータやケーブル実装の工夫、機械系の高精度化等の
対策での対応であり、コスト的に問題であった。
Under these circumstances, the points of actual disturbance suppression are advanced measures for preventing external vibration, measures for mounting high-performance motors and cables with little disturbance, measures for improving the precision of mechanical systems, and the like. , Was a problem in terms of cost.

【0008】そこで、本発明の課題は、装置のハードウ
ェア構成を変更することなく、装置の外乱を推定し補償
することで、定速性、位置決め時間の性能向上を図るこ
とのできるステージの位置制御装置を提供することにあ
る。
[0008] Therefore, an object of the present invention is to estimate and compensate for the disturbance of the apparatus without changing the hardware configuration of the apparatus, thereby improving the performance of the constant speed and the positioning time. It is to provide a control device.

【0009】本発明の他の課題は、上記の性能を持つス
テージの速度制御装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a stage speed control device having the above performance.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも1
軸方向に駆動されるステージの位置制御装置であって、
前記ステージの位置を検出するための位置検出器から得
られる位置検出値と位置指令値とに基づいて前記ステー
ジの駆動源であるモータを制御するフィードバック制御
系による位置制御装置において、前記位置検出値と前記
位置指令値との差により前記モータの電流目標値を生成
するPID制御器と外乱オブザーバとを含み、前記外乱
オブザーバは、プログラムにより高速演算を実行する信
号処理手段を有し、該信号処理手段は、前記モータへの
トルク指令値をフィルタリングするフィルタ機能と、前
記位置検出値から推定負荷入力トルクを推定する入力ト
ルク推定フィルタ機能と、前記フィルタリングされた前
記トルク指令値と前記推定された推定負荷入力トルクと
の差分により推定負荷外乱トルクを算出すると共に、算
出された推定負荷外乱トルクに基づいて外乱トルクを打
ち消すように前記電流目標値に対する補正値を生成する
機能とを有することを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides at least one
A stage position control device driven in the axial direction,
In a position control device by a feedback control system that controls a motor that is a drive source of the stage based on a position detection value and a position command value obtained from a position detector for detecting the position of the stage, the position detection value And a disturbance observer for generating a current target value for the motor based on a difference between the position command value and the position command value. The disturbance observer has signal processing means for executing high-speed computation by a program. Means for filtering a torque command value to the motor; an input torque estimation filter function for estimating an estimated load input torque from the position detection value; and the filtered torque command value and the estimated estimation. The estimated load disturbance torque is calculated from the difference with the load input torque, and the calculated estimated load is calculated. And having a function of generating a correction value for the current target value so as to cancel the disturbance torque based on a turbulent torque.

【0011】本発明はまた、少なくとも1軸方向に駆動
されるステージの速度制御装置であって、前記ステージ
の速度を検出するための速度検出器から得られる速度検
出値と速度指令値とに基づいて前記ステージの駆動源で
あるモータを制御するフィードバック制御系による速度
制御装置にも適用され得る。
The present invention is also a speed controller for a stage driven in at least one axis direction, based on a speed detection value and a speed command value obtained from a speed detector for detecting the speed of the stage. Thus, the present invention can also be applied to a speed control device using a feedback control system that controls a motor that is a drive source of the stage.

【0012】この場合、前記速度検出値と前記速度指令
値との差により前記モータの電流目標値を生成するPI
D制御器と外乱オブザーバとを含む。前記外乱オブザー
バは、プログラムにより高速演算を実行する信号処理手
段を有し、該信号処理手段は、前記モータへのトルク指
令値をフィルタリングするフィルタ機能と、前記速度検
出値から推定負荷入力トルクを推定する入力トルク推定
フィルタ機能と、前記フィルタリングされた前記トルク
指令値と前記推定された推定負荷入力トルクとの差分に
より推定負荷外乱トルクを算出すると共に、算出された
推定負荷外乱トルクに基づいて外乱トルクを打ち消すよ
うに前記電流目標値に対する補正値を生成する機能とを
有することを特徴とする。
In this case, a PI for generating a current target value for the motor based on a difference between the speed detection value and the speed command value.
It includes a D controller and a disturbance observer. The disturbance observer has signal processing means for executing a high-speed operation by a program. The signal processing means estimates a load input torque from the speed detection value and a filter function for filtering a torque command value to the motor. An input torque estimating filter function to calculate an estimated load disturbance torque by a difference between the filtered torque command value and the estimated estimated load input torque, and a disturbance torque based on the calculated estimated load disturbance torque. And a function of generating a correction value for the current target value so as to cancel out.

【0013】なお、前記PID制御器に並列に、前記位
置あるいは速度指令値にあらかじめ定められた制御ゲイ
ンを乗じるFF制御器が接続されていても良い。
In addition, an FF controller for multiplying the position or speed command value by a predetermined control gain may be connected in parallel with the PID controller.

【0014】また、前記モータはリニアモータであるこ
とが好ましい。
Preferably, the motor is a linear motor.

【0015】[0015]

【作用】本発明では、外乱オブザーバ制御プログラムを
追加することで外乱そのものを加速度のレベルで推定
し、これを指令値から差し引くことで本質的に外乱をキ
ャンセルすることが可能となる。よって、汎用部品や一
般の実装方法でも同様の効果が期待でき、定速性等にお
いて高い性能を実現することが可能となる。しかも、外
乱オブザーバ自体はコンピュータ制御プログラムであ
り、コスト面でも有利である。このような外乱オブザー
バ制御方式を用いた位置あるいは速度制御装置は、特に
高性能精密ステージに適している。
According to the present invention, the disturbance itself can be estimated at the acceleration level by adding a disturbance observer control program, and the disturbance can be essentially canceled by subtracting this from the command value. Therefore, the same effect can be expected even with a general-purpose component or a general mounting method, and high performance in constant speed and the like can be realized. Moreover, the disturbance observer itself is a computer control program, which is advantageous in terms of cost. A position or velocity control device using such a disturbance observer control method is particularly suitable for a high-performance precision stage.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図6を参照して、本発明が適用さ
れる高性能精密ステージ機構を1軸について説明する。
精密ステージには種々の形態が考えられ、通常は、X軸
用ステージとY軸用ステージとを直交するように積み上
げてX−Yステージが構成されるが、ここでは説明の便
宜上、1軸について図示、説明する。勿論、本発明は1
軸あるいは2軸、更には3軸以上のステージ機構にも適
用可能である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A high performance precision stage mechanism to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.
Various types of precision stages are conceivable. Normally, an X-Y stage is formed by stacking an X-axis stage and a Y-axis stage so as to be orthogonal to each other. It is illustrated and described. Of course, the present invention
The present invention is also applicable to a stage mechanism having three axes or two axes, or three or more axes.

【0017】精密ステージ機構は、アルミ、鋳鉄、グラ
ナイト等のベース上にリニアモータ21による駆動系と
スライドガイド22によるガイド系を取り付け、スライ
ドガイド22に可動ステージ23を組み付け、可動ステ
ージ23上にワークを載せる構成となる。駆動系には、
直接直線運動を実現するリニアモータの代わりに、回転
型モータとボールねじにより回転運動を直線運動に変換
する方式が採用されることもある。ガイド系について
は、一般に使用される接触式のボール/ローラベアリン
グ方式と空気静圧軸受け(エアースライダ)方式に大別
されるが、高精度品では空気静圧軸受けが有利である。
The precision stage mechanism has a drive system by a linear motor 21 and a guide system by a slide guide 22 mounted on a base made of aluminum, cast iron, granite, or the like. Is placed. In the drive train,
Instead of a linear motor that directly achieves linear motion, a method of converting rotary motion into linear motion using a rotary motor and a ball screw may be adopted. The guide system is roughly classified into a contact ball / roller bearing system and an air static pressure bearing (air slider) system, which are generally used. In a high-precision product, an air static pressure bearing is advantageous.

【0018】後で述べる本発明の外乱オブザーバを考え
た場合は、各部の機械剛性が高い必要があり、静圧軸受
け方式を用いたリニアモータによるダイレクトドライブ
構成の精密ステージ機構が最もその効果が期待できる。
When considering the disturbance observer of the present invention to be described later, it is necessary for each part to have high mechanical rigidity, and a precision stage mechanism of a direct drive configuration using a linear motor using a hydrostatic bearing system is expected to have the highest effect. it can.

【0019】可動ステージ23の位置の検出はリニアエ
ンコーダ24によって行われる。この種のリニアモータ
では、可動部に検出器を持たせ、ガイド部(固定部)に
リニアスケールを固定して、移動距離に対応したパルス
数をカウントすることで相対的な位置を計算する。勿
論、リニアエンコーダ以外、例えばレーザ干渉計でも同
じ機能を実現することができる。
The detection of the position of the movable stage 23 is performed by a linear encoder 24. In this type of linear motor, a relative position is calculated by attaching a detector to a movable portion, fixing a linear scale to a guide portion (fixed portion), and counting the number of pulses corresponding to a moving distance. Of course, the same function can be realized with a laser interferometer other than the linear encoder, for example.

【0020】制御部20にはDSP(ディジタル信号処
理プロセッサ)などの高速プロセッサを用いる。制御部
20は、図7、図8で説明したようなPID制御器ある
いは、PID制御器およびFF制御器を持ち、演算結果
をモータドライバに与えるためのアナログ出力ポート、
リニアエンコーダ21からの検出信号を受ける入力ポー
トを備えた汎用のサーボ制御ボードで実現される。
As the control unit 20, a high-speed processor such as a DSP (digital signal processor) is used. The control unit 20 has a PID controller as described with reference to FIGS. 7 and 8, or a PID controller and an FF controller, and an analog output port for providing a calculation result to a motor driver.
This is realized by a general-purpose servo control board having an input port for receiving a detection signal from the linear encoder 21.

【0021】本発明では、このような汎用のサーボ制御
ボードに対し、更に外乱オブザーバ制御プログラムを付
加することで実現される。
The present invention is realized by adding a disturbance observer control program to such a general-purpose servo control board.

【0022】図1を参照して、PID制御方式による位
置制御装置に本発明を適用した第1の実施の形態につい
て説明する。図6の制御部20はPID制御器33と外
乱オブザーバ10とで構成される。PID制御器33
は、位置指令値xc と位置検出値xとを一致させるよう
にその偏差(xc −x)に対し、比例(P)、積分
(I)、微分(D)処理を加え、モータドライバ34へ
の電流目標値ic を演算する。
Referring to FIG. 1, a first embodiment in which the present invention is applied to a position control device based on the PID control method will be described. The control unit 20 shown in FIG. 6 includes a PID controller 33 and a disturbance observer 10. PID controller 33
Applies proportional (P), integral (I), and derivative (D) processing to the deviation (x c −x) so that the position command value x c and the position detection value x coincide with each other. Is calculated.

【0023】外乱オブザーバ10は、ローパスフィルタ
11によりフィルタリングされたモータドライバ34へ
のトルク指令値τc と、入力トルク推定フィルタ12に
より位置検出値xから推定された推定負荷入力トルクと
の差を減算器13で演算し、得られた差分によりモータ
トルク定数逆モデル14において推定負荷外乱トルクに
相当する電流値を算出する。そして、減算器15により
推定負荷外乱トルクに相当する電流値を電流目標値ic
から減算することで、外乱トルクを打ち消すように電流
目標値ic を補正し、モータドライバ34への電流指令
値ir を算出する。なお、モータドライバ34に与えら
れるのは電流指令値ic であるが、ローパスフィルタ1
1ではこの電流指令値ic に定数Kt を乗じることでト
ルク指令値τc を得る。
The disturbance observer 10 subtracts the difference between the torque command value τ c to the motor driver 34 filtered by the low-pass filter 11 and the estimated load input torque estimated from the position detection value x by the input torque estimation filter 12. The current value corresponding to the estimated load disturbance torque is calculated in the motor torque constant inverse model 14 based on the difference calculated by the calculator 13 and the obtained difference. Then, the current value corresponding to the estimated load disturbance torque is calculated by the subtractor 15 as the current target value ic.
By subtracting from, corrects the current target value i c so as to cancel the disturbance torque, it calculates a current command value i r to the motor driver 34. Although the current command value ic is given to the motor driver 34, the low-pass filter 1
Obtaining a torque command value tau c by multiplying the constant K t to 1, the current command value i c.

【0024】図1に示す制御装置のブロック線図を図2
に示す。図2を用いて外乱オブザーバ10の作用を説明
する。図2中の箱の中に記入されている符号のうち、1
1、12、33に記入されているのは、図1に示されて
いる対応する構成要素の伝達関数を示し、16はモータ
Mのトルク定数、17はモータMと負荷Lを含んだ機構
の伝達関数、18はモータMのトルク定数の逆数であ
る。
FIG. 2 is a block diagram of the control device shown in FIG.
Shown in The operation of the disturbance observer 10 will be described with reference to FIG. Of the codes written in the box in FIG.
1, 12, and 33 indicate the transfer functions of the corresponding components shown in FIG. 1, 16 is the torque constant of the motor M, and 17 is the mechanism of the mechanism including the motor M and the load L. The transfer function 18 is the reciprocal of the torque constant of the motor M.

【0025】ローパスフィルタ11は、モータドライバ
34へのトルク指令値τc を外乱抑制周波数帯域でフィ
ルタリングし、トルク指令推定値eτc を算出する。入
力トルク推定フィルタ12はモータMと負荷Lを含んだ
機構の入力トルクから位置への伝達関数16の逆モデル
に基づいて位置検出値xより入力トルク(τc +τd
の推定値(eτc +eτd )を求める。この入力トルク
推定フィルタ12もローパスフィルタ11と同様のフィ
ルタ特性を持たせ、外乱抑制周波数帯域のみの入力トル
ク推定値(eτc +eτd )を算出する。
The low-pass filter 11 filters the torque command value τ c to the motor driver 34 in a disturbance suppression frequency band to calculate an estimated torque command value eτ c . The input torque estimating filter 12 calculates the input torque (τ c + τ d ) from the position detection value x based on the inverse model of the transfer function 16 from the input torque to the position of the mechanism including the motor M and the load L.
Is obtained (eτ c + eτ d ). The input torque estimation filter 12 also has the same filter characteristics as the low-pass filter 11, and calculates an input torque estimation value (eτ c + eτ d ) only in the disturbance suppression frequency band.

【0026】更に、モータトルク定数逆モデル14にお
いてトルク指令推定値eτc と、入力トルク推定値(e
τc +eτd )との差分eτd により外乱トルク推定値
eτd を算出する。演算された外乱トルク推定値eτd
にモータMのトルク定数の逆数18を乗じ、電流補正値
eid を算出する。減算器15において、電流目標値i
c から電流補正値eid を減じ、モータドライバ34へ
の電流指令値ir とする。
Further, in the motor torque constant inverse model 14, the torque command estimated value eτ c and the input torque estimated value (e
calculating a disturbance torque estimated value Itau d by τ c + eτ d) the difference between the eτ d. Calculated disturbance torque estimated value eτ d
Multiplied by the reciprocal 18 of the torque constant of the motor M, the calculated current correction value ei d. In the subtractor 15, the current target value i
subtracting the current correction value ei d from c, the current command value i r to the motor driver 34.

【0027】図3は、本発明をPID制御及びFF制御
方式による位置制御装置に適用した第2の実施の形態を
示した図であり、図1の構成にFF制御器35が付加さ
れている。FF制御器35は、位置指令値xc と位置検
出値xとを一致させるように位置指令値xc に対し制御
ゲインを乗じ、加算器36によりPID制御器33から
の出力に加え、モータドライバ34への電流目標値ic
を演算する。その他の構成要素の作用は、図1、図2で
説明した第1の実施の形態と同様である。
FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment in which the present invention is applied to a position control device based on the PID control and the FF control system. An FF controller 35 is added to the configuration of FIG. . FF controller 35 multiplies the control gain with respect to the position command value x c so as to match the detected position value x and the position command value x c, added to the output from the PID controller 33 by the adder 36, a motor driver Current target value ic to 34
Is calculated. The operation of the other components is the same as in the first embodiment described with reference to FIGS.

【0028】具体的には、本発明を静圧軸受け(エアー
スライダ)方式+リニアモータの精密ステージ機構に適
用し、定速性に対する効果を計測した例を図4に示す。
図4は、一定速度時の追従誤差変動を示している。外乱
オブザーバ10を加えることで誤差変動を減少させるこ
とが可能となる。外乱要因は、主にリニアモータ(一般
の回転モータでも同様)の磁気回路の不均一さから生じ
る推力リップルとケーブル系のテンションの変動による
ものと思われる。これらは通常の商品を考えた場合、一
般的に必ず存在するものであり、最近の装置の高精度化
に伴い問題となるケースが増加している。本発明は、こ
のような問題に対し有効である。
Specifically, FIG. 4 shows an example in which the present invention is applied to a static pressure bearing (air slider) type + precision stage mechanism of a linear motor, and the effect on constant speed is measured.
FIG. 4 shows a tracking error fluctuation at a constant speed. By adding the disturbance observer 10, it is possible to reduce error fluctuation. It is considered that the disturbance factors are mainly caused by fluctuations in the thrust ripple and the tension of the cable system caused by the non-uniformity of the magnetic circuit of the linear motor (the same applies to a general rotary motor). These are generally always present when considering ordinary products, and the number of cases in which problems have occurred with the recent increase in the precision of devices has increased. The present invention is effective for such a problem.

【0029】本発明を静圧軸受け(エアースライダ)方
式+リニアモータの精密ステージ機構に適用し、位置決
め特性に対する効果を計測した例を図5に示す。図5は
150mmのステップ移動時の位置偏差を示している。
外乱オブザーバ10を含まない制御では位置決め時に定
盤(ベース)振動に起因する残留振動が存在するが、外
乱オブザーバ10を加えることで残留振動を効果的に抑
制させることが可能となる。通常、X−Yステージ機構
は、床振動の除去のため除振された定盤上に固定されて
おり、位置決め時の残留振動は一般的に必ず存在するも
のであり、装置の高スループット化の際に問題となる。
本発明は、この問題に対しても有効である。
FIG. 5 shows an example in which the present invention is applied to a precision stage mechanism of a static pressure bearing (air slider) type + linear motor and the effect on the positioning characteristics is measured. FIG. 5 shows the position deviation at the time of the step movement of 150 mm.
In the control that does not include the disturbance observer 10, there is residual vibration caused by the surface plate (base) vibration at the time of positioning. However, the addition of the disturbance observer 10 makes it possible to effectively suppress the residual vibration. Usually, the XY stage mechanism is fixed on a surface plate which has been vibrated to remove floor vibrations, and residual vibrations during positioning generally always exist. This is a problem.
The present invention is also effective for this problem.

【0030】以上、本発明を精密ステージ機構に適用し
て説明したが、本発明は対象物を移動及び位置決めする
装置の速度制御方式及び位置制御方式にも広く応用可能
である。すなわち、本発明を速度制御方式に適用する場
合には、位置指令値は速度指令値となり、位置検出器3
1に代えて、速度検出器が用いられる。そして、入力ト
ルク推定フィルタ12は、モータMと負荷Lを含んだ機
構の入力トルクから速度への伝達関数の逆モデルに基づ
いて速度検出器で検出される速度より負荷入力トルクを
推定する。
Although the present invention has been described as applied to a precision stage mechanism, the present invention can be widely applied to a speed control system and a position control system of a device for moving and positioning an object. That is, when the present invention is applied to the speed control method, the position command value becomes a speed command value and the position detector 3
Instead of 1, a speed detector is used. Then, the input torque estimation filter 12 estimates the load input torque from the speed detected by the speed detector based on an inverse model of a transfer function from the input torque to the speed of the mechanism including the motor M and the load L.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、装置のハードウェア構
成を変更することなく、装置の外乱を推定し補償するこ
とで、定速性、位置決め時間の性能向上を図ることので
きる位置制御装置及び速度制御装置を提供することがで
きる。
According to the present invention, a position control device capable of improving the performance of constant speed and positioning time by estimating and compensating for the disturbance of the device without changing the hardware configuration of the device. And a speed control device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明をPID制御方式に適用した場合の位置
制御系の構成を示したブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a position control system when the present invention is applied to a PID control method.

【図2】図1のブロック線図である。FIG. 2 is a block diagram of FIG. 1;

【図3】本発明をPID制御及びFF制御方式に適用し
た場合の位置制御系の構成を示したブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a position control system when the present invention is applied to PID control and FF control.

【図4】本発明を静圧軸受け方式+リニアモータの精密
ステージ機構に適用し、定速性に対する効果を計測した
例を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example in which the present invention is applied to a precision stage mechanism of a static pressure bearing system and a linear motor, and an effect on constant speed is measured.

【図5】本発明を静圧軸受け方式+リニアモータの精密
ステージ機構に適用し、位置決め特性に対する効果を計
測した例を示した図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which the present invention is applied to a precision stage mechanism of a hydrostatic bearing type and a linear motor, and an effect on positioning characteristics is measured.

【図6】本発明が適用されるステージ機構を1軸につい
て示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing a stage mechanism to which the present invention is applied with respect to one axis.

【図7】従来のPID制御方式による位置制御系の構成
を示したブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a position control system according to a conventional PID control method.

【図8】従来のPID制御及びFF制御方式による位置
制御系の構成を示したブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a position control system based on a conventional PID control and FF control system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 外乱オブザーバ 11 ローパスフィルタ 12 入力トルク推定フィルタ 13、15、32 減算器 14 モータトルク定数逆モデル Reference Signs List 10 disturbance observer 11 low-pass filter 12 input torque estimation filter 13, 15, 32 subtractor 14 motor torque constant inverse model

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨田 良幸 神奈川県平塚市夕陽ヶ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社平塚事業所内 Fターム(参考) 5H004 GA07 GB15 HA07 HA08 HA09 HB07 HB14 JB02 JB22 KB02 KB04 KB06 KB32 KB38 LA12 MA12 5H303 AA01 AA04 AA20 BB01 BB06 BB11 CC07 CC08 DD04 EE03 EE07 FF06 GG13 HH01 HH07 JJ02 JJ04 KK02 KK03 KK04 KK11 KK17 KK19 KK28 LL03 MM05  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Yoshiyuki Tomita 63-30 Yuyogaoka, Hiratsuka-shi, Kanagawa F-term in Hiratsuka Works of Sumitomo Heavy Industries, Ltd. 5H004 GA07 GB15 HA07 HA08 HA09 HB07 HB14 JB02 JB22 KB02 KB04 KB06 KB32 KB38 LA12 MA12 5H303 AA01 AA04 AA20 BB01 BB06 BB11 CC07 CC08 DD04 EE03 EE07 FF06 GG13 HH01 HH07 JJ02 JJ04 KK02 KK03 KK04 KK11 KK17 KK19 KK28 LL03 MM05

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも1軸方向に駆動されるステー
ジの位置制御装置であって、前記ステージの位置を検出
するための位置検出器から得られる位置検出値と位置指
令値とに基づいて前記ステージの駆動源であるモータを
制御するフィードバック制御系による位置制御装置にお
いて、 前記位置検出値と前記位置指令値との差により前記モー
タの電流目標値を生成するPID制御器と外乱オブザー
バとを含み、 前記外乱オブザーバは、プログラムにより高速演算を実
行する信号処理手段を有し、 該信号処理手段は、前記モータへのトルク指令値をフィ
ルタリングするフィルタ機能と、前記位置検出値から推
定負荷入力トルクを推定する入力トルク推定フィルタ機
能と、前記フィルタリングされた前記トルク指令値と前
記推定された推定負荷入力トルクとの差分により推定負
荷外乱トルクを算出すると共に、算出された推定負荷外
乱トルクに基づいて外乱トルクを打ち消すように前記電
流目標値に対する補正値を生成する機能とを有すること
を特徴とするステージの位置制御装置。
1. A position control device for a stage driven in at least one axis direction, wherein the stage is controlled based on a position detection value and a position command value obtained from a position detector for detecting a position of the stage. A position control device by a feedback control system that controls a motor that is a driving source of the motor, including a PID controller and a disturbance observer that generates a current target value of the motor based on a difference between the position detection value and the position command value, The disturbance observer has signal processing means for executing a high-speed operation by a program, and the signal processing means estimates a load input torque based on the position detection value and a filter function for filtering a torque command value to the motor. Input torque estimating filter function to perform the filtering, the filtered torque command value and the estimated estimated load input. A function of calculating an estimated load disturbance torque based on a difference from the force torque and generating a correction value for the current target value so as to cancel the disturbance torque based on the calculated estimated load disturbance torque. Stage position control device.
【請求項2】 請求項1記載の位置制御装置において、
前記PID制御器に並列に、前記位置指令値にあらかじ
め定められた制御ゲインを乗じるFF制御器が接続され
ていることを特徴とするステージの位置制御装置。
2. The position control device according to claim 1, wherein
A stage position control device, wherein an FF controller for multiplying the position command value by a predetermined control gain is connected in parallel with the PID controller.
【請求項3】 請求項1あるいは2記載の位置制御装置
において、前記モータはリニアモータであることを特徴
とするステージの位置制御装置。
3. The position control device for a stage according to claim 1, wherein the motor is a linear motor.
【請求項4】 少なくとも1軸方向に駆動されるステー
ジの速度制御装置であって、前記ステージの速度を検出
するための速度検出器から得られる速度検出値と速度指
令値とに基づいて前記ステージの駆動源であるモータを
制御するフィードバック制御系による速度制御装置にお
いて、 前記速度検出値と前記速度指令値との差により前記モー
タの電流目標値を生成するPID制御器と外乱オブザー
バとを含み、 前記外乱オブザーバは、プログラムにより高速演算を実
行する信号処理手段を有し、 該信号処理手段は、前記モータへのトルク指令値をフィ
ルタリングするフィルタ機能と、前記速度検出値から推
定負荷入力トルクを推定する入力トルク推定フィルタ機
能と、前記フィルタリングされた前記トルク指令値と前
記推定された推定負荷入力トルクとの差分により推定負
荷外乱トルクを算出すると共に、算出された推定負荷外
乱トルクに基づいて外乱トルクを打ち消すように前記電
流目標値に対する補正値を生成する機能とを有すること
を特徴とするステージの速度制御装置。
4. A speed controller for a stage driven in at least one axis direction, wherein the stage is controlled based on a speed detection value and a speed command value obtained from a speed detector for detecting a speed of the stage. A speed control device based on a feedback control system that controls a motor that is a driving source of the motor, including a PID controller and a disturbance observer that generate a current target value of the motor based on a difference between the speed detection value and the speed command value, The disturbance observer has signal processing means for executing a high-speed operation by a program. The signal processing means estimates a load input torque from the speed detection value and a filter function for filtering a torque command value to the motor. Input torque estimating filter function to perform the filtering, the filtered torque command value and the estimated estimated load input. A function of calculating an estimated load disturbance torque based on a difference from the force torque and generating a correction value for the current target value so as to cancel the disturbance torque based on the calculated estimated load disturbance torque. Stage speed controller.
【請求項5】 請求項4記載の速度制御装置において、
前記PID制御器に並列に、前記速度指令値にあらかじ
め定められた制御ゲインを乗じるFF制御器が接続され
ていることを特徴とするステージの速度制御装置。
5. The speed control device according to claim 4, wherein
A speed controller for a stage, wherein an FF controller for multiplying the speed command value by a predetermined control gain is connected in parallel with the PID controller.
【請求項6】 請求項4あるいは5記載の速度制御装置
において、前記モータはリニアモータであることを特徴
とするステージの速度制御装置。
6. The speed control device according to claim 4, wherein the motor is a linear motor.
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