JP2000330642A - ステージの位置制御装置及び速度制御装置 - Google Patents
ステージの位置制御装置及び速度制御装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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を
提供すること。 【解決手段】 位置制御装置は、位置検出値ｘと位置指
令値ｘc との差によりモータＭの電流目標値ｉc を生成
するＰＩＤ制御器３３と外乱オブザーバ１０とを含む。
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する。信号処理手段は、モータドラ
イバ３４へのトルク指令値をフィルタリングするローパ
スフィルタ１１と、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１２と、フィルタリ
ングされたトルク指令値と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電流目標値に対する補正値を生成す
る機能とを有する。
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を
提供すること。 【解決手段】 位置制御装置は、位置検出値ｘと位置指
令値ｘc との差によりモータＭの電流目標値ｉc を生成
するＰＩＤ制御器３３と外乱オブザーバ１０とを含む。
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する。信号処理手段は、モータドラ
イバ３４へのトルク指令値をフィルタリングするローパ
スフィルタ１１と、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１２と、フィルタリ
ングされたトルク指令値と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電流目標値に対する補正値を生成す
る機能とを有する。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
テージの速度制御装置を提供することにある。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
とが好ましい。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
制御系の構成を示したブロック図である。
【図２】図１のブロック線図である。
【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。
た場合の位置制御系の構成を示したブロック図である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
て示した図である。
【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。
を示したブロック図である。
【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。
制御系の構成を示したブロック図である。
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
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (6)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14000299A JP3298069B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | ステージの位置制御装置及び速度制御装置 |
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|---|---|---|---|
| JP14000299A JP3298069B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | ステージの位置制御装置及び速度制御装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000330642A true JP2000330642A (ja) | 2000-11-30 |
| JP3298069B2 JP3298069B2 (ja) | 2002-07-02 |
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ID=15258658
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| JP14000299A Expired - Fee Related JP3298069B2 (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | ステージの位置制御装置及び速度制御装置 |
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| JP (1) | JP3298069B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005011036A (ja) * | 2003-06-18 | 2005-01-13 | Honda Motor Co Ltd | プラントの制御装置 |
| JP2008028392A (ja) * | 2006-07-24 | 2008-02-07 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 |
| US7372231B2 (en) | 2004-05-19 | 2008-05-13 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Movable body position control device and stage device using the movable body position control device |
| JP2009061519A (ja) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | Panasonic Corp | 多関節型ロボットの制御方法 |
| KR100930198B1 (ko) * | 2007-09-14 | 2009-12-07 | 엘에스산전 주식회사 | 속도 제어신호 발생장치 |
| JP2010009103A (ja) * | 2008-06-24 | 2010-01-14 | Nsk Ltd | 外乱抑制装置、外乱抑制装置制御方法及び外乱抑制型制御装置 |
| KR101433712B1 (ko) * | 2013-03-07 | 2014-08-27 | 순환엔지니어링 주식회사 | 리니어 모션 스테이지의 제어 장치 |
| JP2015197714A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-09 | キヤノン株式会社 | 位置制御装置および位置制御方法、光学機器、撮像装置 |
| JP2016045667A (ja) * | 2014-08-22 | 2016-04-04 | 株式会社ニコン | 制御システム及び制御方法、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 |
| WO2016185600A1 (ja) * | 2015-05-21 | 2016-11-24 | 三菱電機株式会社 | ロボット制御装置 |
| JP2019159733A (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | 富士電機株式会社 | 速度・位置制御システム |
| CN113541561A (zh) * | 2020-04-17 | 2021-10-22 | 国立大学法人电气通信大学 | 马达的控制方法和马达的控制装置 |
| CN113767565A (zh) * | 2019-05-09 | 2021-12-07 | 松下知识产权经营株式会社 | 马达控制系统、马达控制方法以及程序 |
-
1999
- 1999-05-20 JP JP14000299A patent/JP3298069B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005011036A (ja) * | 2003-06-18 | 2005-01-13 | Honda Motor Co Ltd | プラントの制御装置 |
| US7372231B2 (en) | 2004-05-19 | 2008-05-13 | Sumitomo Heavy Industries, Ltd. | Movable body position control device and stage device using the movable body position control device |
| JP2008028392A (ja) * | 2006-07-24 | 2008-02-07 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 |
| JP4734298B2 (ja) * | 2006-07-24 | 2011-07-27 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 |
| JP2009061519A (ja) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | Panasonic Corp | 多関節型ロボットの制御方法 |
| KR100930198B1 (ko) * | 2007-09-14 | 2009-12-07 | 엘에스산전 주식회사 | 속도 제어신호 발생장치 |
| JP2010009103A (ja) * | 2008-06-24 | 2010-01-14 | Nsk Ltd | 外乱抑制装置、外乱抑制装置制御方法及び外乱抑制型制御装置 |
| US9429959B2 (en) | 2013-03-07 | 2016-08-30 | Soonhan Engineering Corp. | Control apparatus for a linear motion stage, and linear motion system |
| KR101433712B1 (ko) * | 2013-03-07 | 2014-08-27 | 순환엔지니어링 주식회사 | 리니어 모션 스테이지의 제어 장치 |
| JP2015197714A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-09 | キヤノン株式会社 | 位置制御装置および位置制御方法、光学機器、撮像装置 |
| JP2016045667A (ja) * | 2014-08-22 | 2016-04-04 | 株式会社ニコン | 制御システム及び制御方法、露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法 |
| WO2016185600A1 (ja) * | 2015-05-21 | 2016-11-24 | 三菱電機株式会社 | ロボット制御装置 |
| JPWO2016185600A1 (ja) * | 2015-05-21 | 2017-08-31 | 三菱電機株式会社 | ロボット制御装置 |
| JP2019159733A (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | 富士電機株式会社 | 速度・位置制御システム |
| JP7020200B2 (ja) | 2018-03-13 | 2022-02-16 | 富士電機株式会社 | 速度・位置制御システム |
| CN113767565A (zh) * | 2019-05-09 | 2021-12-07 | 松下知识产权经营株式会社 | 马达控制系统、马达控制方法以及程序 |
| CN113767565B (zh) * | 2019-05-09 | 2023-09-29 | 松下知识产权经营株式会社 | 马达控制系统、马达控制方法以及程序 |
| CN113541561A (zh) * | 2020-04-17 | 2021-10-22 | 国立大学法人电气通信大学 | 马达的控制方法和马达的控制装置 |
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