JP3279880B2 - Fine movement positioning control device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、変位発生型アクチュエ
ータの代表であるピエゾ素子を使ったサブミクロンオー
ダの位置決め装置に関し、特に、位置のメインフィード
バックループに対して設ける加速度のマイナーループの
補償手段の構成に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a positioning device of the order of submicron using a piezo element, which is a typical example of a displacement generating type actuator, and more particularly to a means for compensating for a minor acceleration loop provided for a position main feedback loop. Related to the configuration.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、精密加工、組立、調整などの分野
における微小位置決めにおいては、サブミクロンオーダ
の位置決め精度が要求されている。特に、微細パターン
の露光を目的とした超精密位置決めステージにおいて
は、高い分解能と周波数応答の高帯域化を実現するべ
く、変位発生型アクチュエータとして圧電素子や電歪素
子が多用されている。一例として、鉛直Z軸方向の並進
1自由度と水平面内の傾きの2自由度を位置決め制御す
る3自由度の微動位置決め装置を図3に示す。この装置
は、特願平6−132405号に開示されたものであ
り、位置決め対象物である平板状の基板1を印加電圧に
応じて鉛直Z軸方向に変位させるアクチュエータ2M,
2R,2Lによって位置決め制御するものである。アク
チュエータ2M,2R,2Lには駆動素子としてのピエ
ゾ素子とその変位を拡大する変位拡大機構が含まれる。
アクチュエータ2M,2R,2Lの近傍には、基板1の
鉛直Z軸方向の変位を計測する位置センサ3M,3R,
3Lが配置されている。また、アクチュエータ2M,2
R,2Lの近傍には、基板1の鉛直Z軸方向の加速度を
計測する加速度センサ12M,12R,12Lも配置さ
れる。これらの構成要素からなる機構を微動位置決め機
構と呼ぶ。2. Description of the Related Art In recent years, positioning precision on the order of submicrons has been required for fine positioning in fields such as precision processing, assembly, and adjustment. Particularly, in an ultra-precision positioning stage for exposing a fine pattern, a piezoelectric element or an electrostrictive element is frequently used as a displacement generating actuator in order to realize a high resolution and a high frequency response band. As an example, FIG. 3 shows a three-degree-of-freedom fine movement positioning device that controls the positioning of one degree of freedom in translation in the vertical Z-axis direction and two degrees of freedom in inclination in a horizontal plane. This device is disclosed in Japanese Patent Application No. 6-132405, and includes an actuator 2M that displaces a flat substrate 1 as a positioning target in a vertical Z-axis direction in accordance with an applied voltage.
Positioning control is performed by 2R and 2L. The actuators 2M, 2R, and 2L include a piezo element as a driving element and a displacement magnifying mechanism for enlarging the displacement.
Near the actuators 2M, 2R, 2L, there are position sensors 3M, 3R, which measure displacement of the substrate 1 in the vertical Z-axis direction.
3L are arranged. The actuators 2M, 2
Near the R and 2L, acceleration sensors 12M, 12R and 12L for measuring the acceleration of the substrate 1 in the vertical Z-axis direction are also arranged. A mechanism including these components is called a fine movement positioning mechanism.
【0003】同図において、位置センサ3M,3R,3
Lによって計測される基板1の鉛直Z軸方向の変位は、
変位増幅器4M,4R,4Lによって各軸変位の電気信
号zM ,zR ,zL に変換される。同電気信号は運動モ
ード抽出回路9に導かれ、運動モード変位信号zg ,z
θx ,zθy となる。運動モード抽出回路9の演算は、
例えば数1式に示される。In FIG. 1, position sensors 3M, 3R, 3
The displacement in the vertical Z-axis direction of the substrate 1 measured by L is
Displacement amplifier 4M, 4R, electrical signal z M of each axis displaced by 4L, z R, is converted to z L. The electric signal is guided to the motion mode extraction circuit 9 and the motion mode displacement signals z g , z
θ x, the zθ y. The operation of the exercise mode extraction circuit 9 is as follows.
For example, it is shown in Equation 1.
【0004】[0004]
【数1】 次に、運動モード変位信号zg ,zθx ,zθy は、指
令電圧入力端子5M,5R,5Lに加えられる目標電圧
zg0,zθx0,zθy0と比較されて運動モード偏差信号
eg ,eθx ,eθy になる。この偏差信号は所定の感
度を得るために偏差増幅器6M,6R,6Lに導かれ
る。さらに、偏差増幅器6M,6R,6Lの出力は制御
ループの調整を運動モード別に行うゲイン補償器7M,
7R,7Lに導かれて位置に関する運動モード別補償信
号cg ,cθx ,cθy となる。(Equation 1) Next, the motion mode displacement signals z g , zθ x , zθ y are compared with target voltages z g0 , zθ x0 , zθ y0 applied to the command voltage input terminals 5M, 5R, 5L, and the motion mode deviation signals e g , eθ x and eθ y . This deviation signal is guided to deviation amplifiers 6M, 6R, 6L to obtain a predetermined sensitivity. Further, the outputs of the deviation amplifiers 6M, 6R, 6L are used as gain compensators 7M, 7M, which adjust the control loop for each motion mode.
It is guided to 7R and 7L and becomes motion mode-specific compensation signals c g , cθ x , and cθ y relating to positions.
【0005】一方、加速度センサ12M,12R,12
Lの出力は、加速度増幅器13M,13R,13Lによ
って電気信号aM ,aR ,aL に変換され、加速度信号
に対する運動モード抽出回路(第2の運動モード抽出回
路)11に導かれ、運動モード別加速度信号ag ,aθ
x ,aθy となる。加速度信号に対する運動モード抽出
回路の演算も数1式に従う。すなわち、数2式のように
なる。On the other hand, the acceleration sensors 12M, 12R, 12
The output of L is converted into electric signals a M , a R , and a L by acceleration amplifiers 13M, 13R, and 13L, and is led to a motion mode extraction circuit (second motion mode extraction circuit) 11 for the acceleration signal, and the motion mode is extracted. Separate acceleration signals a g , a θ
x, the aθ y. The operation of the motion mode extraction circuit for the acceleration signal also follows Equation 1. That is, Equation 2 is obtained.
【0006】[0006]
【数2】 この運動モード別加速度信号ag ,aθx ,aθy は、
フィルタ回路14M,14R,14Lによって適切なフ
ィルタリングを施され、ゲイン回路15M,15R,1
5Lによってゲイン調整されて運動モード別加速度負帰
還信号ag ´,aθx ´,aθy ´となる(適切なフィ
ルタリングの意味は後述する)。この負帰還信号は加算
器16M,16R,16Lの減算端子に入力されて、ゲ
イン補償器7M,7R,7Lから出力される位置信号に
関する運動モード別補償信号cg ,cθx ,cθy と演
算され、運動モード別駆動信号dg ,dθx ,dθy と
なる。最終的にこれらの運動モード別駆動信号dg ,d
θx ,dθy は、例えば数3式で示されるような運動モ
ード分配回路10に入力されて各軸への駆動信号dM,
dR ,dL となり、電流出力型の電力増幅器8M,8
R,8Lを駆動する。(Equation 2) The acceleration signals a g , aθ x and aθ y for each motion mode are
Appropriate filtering is performed by the filter circuits 14M, 14R, 14L, and the gain circuits 15M, 15R, 1
5L by gain-adjusted motion mode by the acceleration negative feedback signal a g a ', aθ x', aθ y '( meaning the appropriate filtering will be described later). The negative feedback signal is input to the subtraction terminals of the adders 16M, 16R, 16L, and is calculated as motion mode compensation signals c g , cθ x , cθ y for the position signals output from the gain compensators 7M, 7R, 7L. Then, the drive signals d g , dθ x , dθ y for each motion mode are obtained. Finally, these drive signals d g , d
θ x and dθ y are input to the motion mode distribution circuit 10 as shown in Equation 3, for example, and drive signals d M ,
d R, d L, and the current output type power amplifier 8M, 8
R and 8L are driven.
【0007】[0007]
【数3】 上述の如き加速度信号に関するマイナーループと位置信
号に関するメインループとを含めて非干渉化フィードバ
ック装置と呼び、微動位置決め機構と非干渉化フィード
バック装置とを含めて微動位置決め装置と称することに
する。(Equation 3) The non-interacting feedback device including the minor loop relating to the acceleration signal and the main loop relating to the position signal as described above is referred to as a non-interacting feedback device, and the fine moving positioning device including the fine motion positioning mechanism and the non-interacting feedback device.
【0008】なお。ここでは、運動モード抽出回路9、
第2の運動モード抽出回路11および運動モード分配回
路10の具体的な演算内容を各々数1式、数2式および
数3式のように定めた。図4にアクチュエータ2M,2
R,2L、位置センサ3M,3R,3Lおよび加速度セ
ンサ12M,12R,12Lを配置した座標系を示す
が、座標の原点に対して並進運動と面内の回転運動を定
義すると、数1式から数3式までの関係が導出される。
もちろん、図4に示す座標系の原点からずれた場所など
を中心に並進運動と回転運動を定義して非干渉化フィー
ドバック装置を構成することも可能である。この場合、
数1式から数3式の演算数値は当然異なるが、図3の制
御装置の構造そのものは不変なことは言うまでもない。
また、上述の説明において、電力増幅器8M,8R,8
Lは入力電圧に対して電流を出力するタイプのものであ
る。このようなフィードバック装置の構成によれば、定
常偏差「零」への収束性が保証される。何故ならば、ア
クチュエータ2M,2R,2Lの構成要素であるピエゾ
素子は電気的にみるとコンデンサであり、電流出力型の
電力増幅器8M,8R,8Lと、それが駆動する各ピエ
ゾ素子とを含めた伝達関数には積分器が自ずと含まれ、
いわゆる位置の閉ループは1形になり制御理論の教える
ところによれば定常偏差「零」が補償されるのである。[0008] Incidentally. Here, the exercise mode extraction circuit 9,
The specific operation contents of the second exercise mode extraction circuit 11 and the exercise mode distribution circuit 10 are defined as Equations 1, 2 and 3, respectively. FIG. 4 shows actuators 2M and 2
A coordinate system in which R, 2L, position sensors 3M, 3R, 3L and acceleration sensors 12M, 12R, 12L are arranged is shown. When the translational motion and the in-plane rotational motion are defined with respect to the origin of the coordinates, The relationship up to Equation 3 is derived.
Of course, the decoupling feedback device can be configured by defining the translational motion and the rotational motion centered on a position shifted from the origin of the coordinate system shown in FIG. in this case,
Although the calculated values of Equations 1 to 3 are naturally different, it goes without saying that the structure of the control device in FIG. 3 is unchanged.
In the above description, the power amplifiers 8M, 8R, 8
L is of a type that outputs a current with respect to an input voltage. According to the configuration of such a feedback device, convergence to the steady-state error “zero” is guaranteed. This is because the piezo elements, which are components of the actuators 2M, 2R, 2L, are electrically capacitors, and include the current output type power amplifiers 8M, 8R, 8L and the piezo elements driven by them. The transfer function includes an integrator by itself,
The so-called closed loop of the position is of the form 1, and according to the teaching of control theory, the steady-state error "zero" is compensated.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】さて、上述の如き微動
位置決め制御装置は、ダンピング調整手段であるところ
のゲイン回路15M,15R,15Lを各々操作するこ
とによって、運動モード別にダンピングを調整すること
ができた。その上で、位置決め特性調整手段であるとこ
ろの運動モード別のゲイン補償器7M,7R,7Lのゲ
インを順次大きくすることによって位置決め時間の短縮
がはかれた。しかし、位置決めの応答性向上には、やは
り限界があった。すなわち、従来技術では、安定性を確
保したうえで位置決めの応答性を上げたい、すなわち固
有値を増加させたい、という要請には応えられなかっ
た。The fine positioning control apparatus as described above can adjust the damping for each motion mode by operating the gain circuits 15M, 15R and 15L, which are the damping adjusting means. did it. In addition, the positioning time was shortened by sequentially increasing the gains of the gain compensators 7M, 7R, and 7L for each motion mode, which is the positioning characteristic adjusting means. However, there is still a limit in improving the positioning response. In other words, the prior art could not respond to a request to increase positioning responsiveness while ensuring stability, that is, to increase the eigenvalue.
【0010】そこで、本発明の目的は、微動位置決め装
置において、安定性を確保しつつ位置決め応答性をさら
に向上させることにある。An object of the present invention is to further improve the positioning response while ensuring stability in a fine movement positioning device.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段および作用】上述したよう
に、微動位置決め機構における位置のフィードバックル
ープのゲインを上げると、順次応答性は引き上げられ
る。しかし、やがては機構自身のダイナミクスを刺激す
るに至り、速応性の向上は頭打ちになってしまう。そこ
で、速応性を更に引き上げるために、加速度センサを使
用してダンピングを付与することが既に案出されてい
た。As described above, when the gain of the position feedback loop in the fine movement positioning mechanism is increased, the responsiveness is sequentially increased. However, eventually, the dynamics of the mechanism itself are stimulated, and the improvement of the responsiveness is leveled off. Therefore, in order to further increase the responsiveness, it has been already proposed to provide damping using an acceleration sensor.
【0012】本発明では、加速度フィードバックによっ
てダンピングのみ電気的に付与するだけではなく、ダン
ピングとともに剛性も同時に付与する。このような加速
度フィードバックによれば、微動位置決め機構は安定性
が良好でしかも固有振動数の高いものへと同機構を電気
的に成形し直せる。それに対して、位置の閉ループを構
成したときには、整定性が良好でかつ位置決め時間を短
縮することが期待できる。In the present invention, not only damping is electrically provided by acceleration feedback, but also rigidity is provided simultaneously with damping. According to such an acceleration feedback, the fine movement positioning mechanism can be electrically re-formed to have good stability and a high natural frequency. On the other hand, when a closed loop of the position is configured, it can be expected that the settling property is good and the positioning time is shortened.
【0013】本発明の第1の態様に係る微動位置決め制
御装置は、位置決め対象物を駆動する複数個の変位発生
型アクチュエータと、位置決め対象物の移動距離を計測
する複数個の位置センサと、各位置センサの出力を電気
信号に変換する変位増幅器と、変位増幅器の出力信号を
入力とする演算によって位置決め対象物に関する複数個
の位置に関する運動モードを抽出する第1の運動モード
抽出回路と、第1の運動モード抽出回路の出力信号と与
えられる目標位置指令信号との運動モード別偏差信号を
取得し各偏差信号を所定の感度となす偏差増幅器と、偏
差増幅器の出力に対してゲイン調整を行うゲイン補償器
と、位置決め対象物の加速度を検出する複数個の加速度
センサと、加速度センサの出力を電気信号に変換する加
速度増幅器と、加速度増幅器の出力信号を入力とする演
算によって位置決め対象物に関する複数個の加速度に関
する運動モードを抽出する第2の運動モード抽出回路
と、第2の運動モード抽出回路の出力に対して補償を行
い、かつ、少なくとも一つ以上の運動モードの信号に対
して積分特性の補償要素が備えられている加速度フィー
ドバック補償回路と、ゲイン補償器の出力と加速度フィ
ードバック補償回路の出力とを比較して運動モード別駆
動信号となし、この信号に基づいて各軸への駆動信号を
生成するための運動モード分配回路と、運動モード分配
回路の出力信号に応動して変位発生型アクチュエータを
駆動する電流出力型の電力増幅器とを備えたことを特徴
とする。A fine movement positioning control device according to a first aspect of the present invention comprises a plurality of displacement generating actuators for driving a positioning object, a plurality of position sensors for measuring a moving distance of the positioning object, and A displacement amplifier that converts an output of the position sensor into an electric signal, a first motion mode extraction circuit that extracts motion modes related to a plurality of positions with respect to the positioning target by an operation that receives an output signal of the displacement amplifier, A deviation amplifier for acquiring a deviation signal for each exercise mode between the output signal of the exercise mode extraction circuit and a given target position command signal and making each deviation signal a predetermined sensitivity, and a gain for adjusting the gain of the output of the deviation amplifier A compensator, a plurality of acceleration sensors for detecting the acceleration of the positioning object, an acceleration amplifier for converting an output of the acceleration sensor into an electric signal, A second motion mode extracting circuit for extracting a motion mode regarding a plurality of acceleration in the object to be positioned by calculation to an output signal in degrees amplifier, line compensates for the output of the second motion mode extraction circuit
And at least one or more motion mode signals
Then , the output of the gain feedback compensator and the output of the acceleration feedback compensation circuit are compared with the acceleration feedback compensation circuit provided with the compensation element of the integral characteristic, and the driving signal for each motion mode is obtained. And a current output type power amplifier that drives a displacement generating actuator in response to an output signal of the motion mode distribution circuit.
【0014】また、本発明の第2の態様に係る微動位置
決め制御装置は、第1の態様における電流出力型の電力
増幅器を、PI補償器が前段に接続された電圧出力型の
電力増幅器で置き換えたものであることを特徴とする。
ここで、PI補償器の零点は電圧出力型の電力増幅器の
1次遅れ特性としての極をキャンセルするように設計さ
れていることを特徴とする。なお、本発明においては、
前記積分特性の補償要素に代えて積分要素と1次遅れ要
素のカスケード接続の形の補償要素が備えられていても
よい。Further, in the fine movement positioning control device according to the second aspect of the present invention, the current output type power amplifier in the first aspect is replaced with a voltage output type power amplifier in which a PI compensator is connected in a preceding stage. It is characterized in that it is.
Here, the zero point of the PI compensator is characterized in that it is designed to cancel the pole as a first-order lag characteristic of the voltage output type power amplifier. In the present invention,
It is provided with a integral element and first-order lag form of compensation element of the cascade connection element instead of the compensation element of the integral characteristic
Good .
【0015】位置決め対象物である基板上の加速度セン
サの速度センサへの置換も可能であり、この場合には加
速度増幅器に代えて速度増幅器を備え、かつ図1および
図2に示す加速度フィードバック補償回路26の部位に
は少なくとも一つ以上の運動モードの信号に対して前記
積分特性の補償要素に代えてゲイン補償要素が備えられ
ている。It is also possible to replace the acceleration sensor on the substrate as the positioning object with a speed sensor. In this case, a speed amplifier is provided instead of the acceleration amplifier, and the acceleration feedback compensation circuit shown in FIGS. wherein for at least one or more modes of motion of the signal at the site of 26
Gain compensation element instead of the compensation element of the integrating characteristics that feature.
【0016】位置決め用のアクチュエータが変位発生型
であり(例えば、ピエゾ素子)、それを電流出力型の電
力増幅器で駆動するという条件下では、その電力増幅器
への入力電圧から微動位置決め機構の変位までの伝達関
数に積分器が含まれる。対して、電圧出力型の電力増幅
器で駆動するという条件下では、積分器が含まれない。Under the condition that the positioning actuator is of a displacement generating type (for example, a piezo element) and driven by a current output type power amplifier, from the input voltage to the power amplifier to the displacement of the fine movement positioning mechanism. Includes an integrator in the transfer function. On the other hand, under the condition of being driven by the voltage output type power amplifier, the integrator is not included.
【0017】電流出力型の電力増幅器で変位発生型のア
クチュエータを駆動するという条件下で、積分器が含ま
れるという特殊性を利用して、加速度信号に対して積分
を施した信号を電流出力型の電力増幅器の前段に負帰還
すると、その帰還量は微動位置決め機構に対して粘性項
とともに剛性項も増加させるように作用する。したがっ
て、上述のような加速度フィードバックによって粘性項
とともに剛性項を微動位置決め機構に付与し、さらにこ
の外側に位置のフィードバックを構成すると整定性が良
好で高速位置決めが行える。Under the condition that the displacement generating type actuator is driven by the current output type power amplifier, a signal obtained by integrating the acceleration signal with the current output type is utilized by utilizing the special feature that an integrator is included. Negative feedback to the previous stage of the power amplifier described above, the amount of feedback acts on the fine movement positioning mechanism so as to increase both the viscosity term and the rigidity term. Therefore, when the rigidity term is added to the fine movement positioning mechanism together with the viscous term by the acceleration feedback as described above, and the position feedback is formed outside this, the stabilization is good and high-speed positioning can be performed.
【0018】[0018]
【実施例】図1は、本発明の一実施例に係る微動位置決
め装置の構成を示す。同図において、図3と共通または
対応する部分には同一符号を付しており、その部分の詳
細な説明は省略する。FIG. 1 shows the configuration of a fine movement positioning apparatus according to one embodiment of the present invention. In the same drawing, the same reference numerals are given to parts common or corresponding to FIG. 3, and detailed description of the parts is omitted.
【0019】さて、図1に示した本発明の微動位置決め
装置の構成を採ったとき、加速度フィードバックループ
の働きによって微動位置決め機構に対して粘性項と剛性
項を電気的にかつ同時に付与可能なことを示す。ただ
し、図1では、鉛直Z軸並進運動に対してのみ粘性項と
剛性項を同時に増加させ、Z軸およびY軸回りの回転運
動に対しては粘性項のみ増加させるような加速度フィー
ドバックの構成になっている。Now, the fine positioning of the present invention shown in FIG.
This shows that the viscous term and the rigidity term can be electrically and simultaneously applied to the fine positioning mechanism by the function of the acceleration feedback loop when the configuration of the device is adopted. However, in FIG. 1, the acceleration feedback configuration is such that the viscous term and the rigidity term are simultaneously increased only for the vertical Z-axis translational motion, and only the viscous term is increased for the rotational motion around the Z-axis and the Y-axis. Has become.
【0020】まず、簡便のために、1軸の微動位置決め
機構を対象にして粘性項と剛性項が同時に増加させ得る
ことを示す。図5に1軸の微動位置決め機構17が電流
出力型の電力増幅器8によって駆動されるときのブロッ
ク図を示す。駆動変位xd から負荷の変位xまでの伝達
関数Gp (s)は数4式によって与えられる。ただし、
Mは質量、Kはバネ定数、Dは粘性摩擦係数、sはラプ
ラス演算子である。First, for the sake of simplicity, it will be shown that the viscosity term and the rigidity term can be simultaneously increased for a one-axis fine movement positioning mechanism. FIG. 5 is a block diagram when the one-axis fine positioning mechanism 17 is driven by the power amplifier 8 of the current output type. The transfer function G p (s) from the drive displacement x d to the load displacement x is given by equation (4). However,
M is the mass, K is the spring constant, D is the viscous friction coefficient, and s is the Laplace operator.
【0021】[0021]
【数4】 従来技術では、図6に示すような加速度検出器18によ
る検出信号をフィルタ回路14に通し、その出力信号を
電流出力型の電力増幅器8の前段に負帰還していた。こ
のとき、vからxまでの伝達関数は数5式のようにな
る。(Equation 4) In the prior art, through the detection signal of the acceleration detector 18 as shown in FIG. 6 to the filter circuit 14, it had negative feedback the output signal to the front stage of the current output type power amplifier 8. At this time, the transfer function from v to x is as shown in Equation 5.
【0022】[0022]
【数5】 ここで、T=2ζT0 となるようにTを設計すると数6
式を得る。(Equation 5) Here, when T is designed so that T = 2ζT 0 , Equation 6
Get the expression.
【0023】[0023]
【数6】 数6式は、加速度フィードバックによって電気的な粘性
項を付与できることを意味する。一方、本発明では、図
7のように、加速度検出器18の出力を適切なゲインを
有する積分器19に通し、その出力を電流出力型の電力
増幅器8の前段に負帰還する。このとき、vからxまで
の伝達関数は数7式となる。(Equation 6) Equation 6 means that an electric viscosity term can be given by acceleration feedback. On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 7, the output of the acceleration detector 18 is passed through an integrator 19 having an appropriate gain, and the output is negatively fed back to a stage preceding the current output type power amplifier 8. At this time, the transfer function from v to x is given by equation (7).
【0024】[0024]
【数7】 数7式は、加速度検出器18の出力を積分器19に通し
て得られる信号を電流出力型の電力増幅器8の前段に負
帰還することにより粘性項のみならず剛性項も増大でき
ることを意味する。つまり、数7式に対して位置の閉ル
ープを構成したときには、数6式に示すような加速度フ
ィードバックの場合に比べて、勿論、加速度フィードバ
ックのない場合であり、微動位置決め機構そのものを表
現する数4式に比べても、整定性が良好でかつ高速の応
答をさせることができる。(Equation 7) Equation 7 means that not only the viscous term but also the rigidity term can be increased by negatively feeding back the signal obtained by passing the output of the acceleration detector 18 through the integrator 19 to the previous stage of the current output type power amplifier 8. . That is, when the closed loop of the position is formed with respect to Expression 7, compared to the case of acceleration feedback as shown in Expression 6, there is, of course, no acceleration feedback, and Expression 4 expressing the fine movement positioning mechanism itself is used. Compared with the equation, the settling property is good and a high-speed response can be achieved.
【0025】再び図1における加速度信号のマイナール
ープを参照すると、信号aθx はフィルタ回路14Rと
ゲイン回路15Rを、aθy はフィルタ回路14Lとゲ
イン回路15Lを通って運動モード分配回路10の前段
に負帰還されている。つまり、X軸回りおよびY軸回り
の回転運動の両者については、図3と同様のフィードバ
ックループ構成であり、したがってこれらの運動モード
に対しては粘性項のみ電気的に付与されている。しか
し、信号ag はオフセット電圧除去と高周波雑音除去な
どの信号処理を行う前処理回路24Mを通して積分回路
25Mに入力され、その出力信号を運動モード分配回路
10の前段に負帰還している。つまり、Z軸並進運動に
対しては粘性と剛性の両者を増加させる作用を持たせて
いる。勿論、ag のみならず、aθx とaθy に対して
も25Mのような積分回路を通した信号を運動モード分
配回路10の前段に負帰還するように加速度フィードバ
ック補償回路26を構成しても構わない。つまり、位置
決め仕様に基づいて、一つ以上の運動モード別加速度信
号に対して25Mの如き積分器を備えればよい。Referring again to the minor loop of the acceleration signal in FIG. 1, the signal aθ x passes through the filter circuit 14R and the gain circuit 15R, and aθ y passes through the filter circuit 14L and the gain circuit 15L before the motion mode distribution circuit 10. Negative feedback has been received. In other words, a feedback loop configuration similar to that of FIG. 3 is used for both the rotation about the X axis and the rotation about the Y axis. Therefore, only the viscous term is electrically applied to these motion modes. However, the signal a g is inputted to the integration circuit 25M through preprocessing circuit 24M for performing signal processing such as offset voltage removal and high frequency noise removed, and negative feedback the output signal in front of the motion mode distributing circuit 10. That is, the Z-axis translational movement has an effect of increasing both viscosity and rigidity. Of course, not a g only, constitute an acceleration feedback compensation circuit 26 to also negatively fed back to the preceding stage of the signal through the integrating circuit motion mode distributing circuit 10, such as a 25M respect A.theta. X and A.theta. Y No problem. That is, based on the positioning specification, an integrator such as 25M may be provided for one or more acceleration signals for each motion mode.
【0026】最後に、図1に示した本発明の微動位置決
め装置の有効性を数値実験によって示す。図9は、加速
度フィードバック補償回路26の中でZ軸並進運動モー
ドに対してのみ積分回路を挿入したときの運動モード別
のステップ応答を示す。つまり、3つの運動モードの中
からZ軸並進運動だけを選択して、この運動モードの粘
性項と剛性項を高めて位置決めさせたときの位置決め偏
差波形である。Finally, the effectiveness of the fine movement positioning apparatus of the present invention shown in FIG. 1 will be shown by numerical experiments. FIG. 9 shows a step response for each motion mode when an integration circuit is inserted only into the Z-axis translation motion mode in the acceleration feedback compensation circuit 26. That is, it is a positioning deviation waveform when only the Z-axis translational motion is selected from the three motion modes, and the positioning is performed by increasing the viscosity term and the rigidity term of the motion mode.
【0027】図9中、実線は積分回路を挿入しない場合
(図3の場合)であり、破線は積分回路を挿入した場合
(図1の場合)の応答を各々示す。まず、図9左側のデ
ータは、Z軸方向にZ軸並進ステップを指令したときの
応答である。上述の解析に従い、積分回路を挿入するこ
とにより、位置決め機構の粘性項と剛性項を共に電気的
に増加させることができた。したがって、Z軸方向への
並進ステップ指令に対する位置決め波形では、ダンピン
グが効いた応答で、かつ固有振動数の上昇がみられる筈
である。並進運動偏差信号eg を観察すると、応答波形
に重畳する脈動の周期は実線のそれに比較して短くなっ
ており、かつ粘性項の増加によって緩慢な応答を呈して
いることが了解できる。In FIG. 9, the solid line indicates the case where the integrating circuit is not inserted (case of FIG. 3), and the broken line indicates the response when the integrating circuit is inserted (case of FIG. 1). First, the data on the left side of FIG. 9 is a response when a Z-axis translation step is commanded in the Z-axis direction. According to the above-mentioned analysis, both the viscosity term and the rigidity term of the positioning mechanism could be electrically increased by inserting an integrating circuit. Therefore, in the positioning waveform in response to the translation step command in the Z-axis direction, a response in which damping is effective and the natural frequency should increase. Observation of the translation error signal e g, can understand that the period of the pulsation to be superposed on the response waveform exhibits a slow response by the increase in comparison to is shorter, and viscosity term to that of the solid line.
【0028】一方、Z軸並進運動を指令しているので、
X軸回りの回転運動偏差eθx とY軸回りの回転運動偏
差信号eθy への影響は勿論僅少である。On the other hand, since the Z-axis translation is commanded,
The influence on the rotational motion deviation eθ x about the X axis and the rotational motion deviation signal eθ y about the Y axis is, of course, small.
【0029】次に、図9中央のX軸回りの回転ステップ
応答をみる。加速度フィードバックループの中で積分回
路の挿入はZ軸返信運動に対してのみであるから、X軸
回りの回転運動に対する影響は無い筈であり、数値実験
結果のそれを裏付けている。すなわち、eθx の応答は
実線と破線が重なっており、応答性は不変である。同様
に、図9右側のY軸回りの回転ステップでも応答性は変
化していないことが了解できる。Next, the rotation step response around the X axis in the center of FIG. 9 will be examined. Since the insertion of the integration circuit in the acceleration feedback loop is only for the Z-axis return motion, there should be no influence on the rotational motion about the X-axis, which supports that of the numerical experiment results. That is, the solid line and the broken line overlap in the response of eθ x , and the response is unchanged. Similarly, it can be understood that the response does not change even in the rotation step about the Y axis on the right side of FIG.
【0030】[0030]
【他の実施例】実施例1では、ピエゾ素子(アクチュエ
ータ)2M,2R,2Lの駆動に際して電流出力型の電
力増幅器8M,8R,8Lを用いている。このタイプの
電力増幅器でピエゾ素子を駆動するという条件のもと
で、加速度フィードバックループに積分回路を挿入する
ことによって微動位置決め機構の粘性と剛性項の両者を
増加させることができ、この効果を使用することによっ
て位置の閉ループを構成したときにおける位置決め特性
は、安定性が良好な高速位置決め特性となった。Other Embodiments In the first embodiment, the current output type power amplifiers 8M, 8R, 8L are used for driving the piezo elements (actuators) 2M, 2R, 2L. Under the condition that the piezo element is driven by this type of power amplifier, both the viscosity and rigidity terms of the fine positioning mechanism can be increased by inserting an integrating circuit into the acceleration feedback loop, and this effect is used. As a result, the positioning characteristic when a closed loop of the position is formed is a high-speed positioning characteristic with good stability.
【0031】しかし、一般的に、ピエゾ素子は電圧出力
型の電力増幅器によって駆動される。そこで、この第2
実施例では、電圧出力型の電力増幅器の仕様を前提にし
た微動位置決め装置の構成を与える。図2は、本第2実
施例に係る微動位置決め装置の構成を示すブロック図で
ある。同図において、20M,20R,20Lは電圧出
力型の電力増幅器であり、その前にカスケード接続した
21M,21R,21LはPI補償器である。これらP
I補償器は、電圧出力型の電力増幅器20M,20R,
20Lの1次遅れ特性としての極をPI補償器の零点で
キャンセルするように設計される。このように設計した
とき、PI補償器と電圧出力型の電力増幅器とをカスケ
ード接続した総合の伝達関数は積分特性となり、図1に
おいてアクチュエータを電流出力型の電力増幅器で駆動
した場合と等価な特性を得るのである。ここで、Pは比
例を、Iは積分動作をそれぞれ意味する。さて、加速度
フィードバックの構成は、図1と同様であり、Z軸並進
運動に対してのみ粘性と剛性の両者を同時にかつ電気的
に付与できる。もちろん、X軸回りの回転運動とY軸回
りの回転運動のそれぞれの運動モードに対して、粘性と
剛性項を電気的に付与するように構成できることは言う
までもない。However, in general, the piezo element is driven by a voltage output type power amplifier. Therefore, this second
In the embodiment, the configuration of the fine movement positioning device is given based on the specifications of the voltage output type power amplifier. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the fine movement positioning device according to the second embodiment. In the figure, 20M, 20R and 20L are voltage output type power amplifiers, and 21M, 21R and 21L cascade-connected before them are PI compensators. These P
The I compensator is a voltage output type power amplifier 20M, 20R,
It is designed to cancel the pole as a first-order lag characteristic of 20L at the zero point of the PI compensator. When designed in this way, the total transfer function of the cascade connection of the PI compensator and the voltage output type power amplifier becomes an integral characteristic, and the characteristic equivalent to the case where the actuator is driven by the current output type power amplifier in FIG. You get Here, P means proportional and I means integral operation. The configuration of the acceleration feedback is the same as that of FIG. 1, and both the viscosity and the rigidity can be simultaneously and electrically applied only to the Z-axis translational motion. Of course, it is needless to say that the viscosity and the rigidity terms can be electrically applied to the respective motion modes of the rotation about the X axis and the rotation about the Y axis.
【0032】なお、図1と図2の微動位置決め装置は、
3軸の微動位置決め機構に対する適用例である。もちろ
ん、3自由度方向の微動位置決め機構のみならず、1自
由度方向から多自由度方向の微動位置決め機構に対して
も、本発明の主旨を逸脱しない範囲内においてその適用
は妨げられない。また、図1と図2の実施例において
は、アナログ演算回路で制御系を実現しているが、この
うちの一部もしくは全部を電子計算機のようなデジタル
演算装置で置き換えても構わない。The fine movement positioning device shown in FIGS. 1 and 2
This is an example of application to a three-axis fine movement positioning mechanism. Of course, the application of the present invention not only to the fine movement positioning mechanism in the three-degree-of-freedom direction but also to the fine movement positioning mechanism in the multi-degree-of-freedom direction from the one-degree-of-freedom direction is not hindered without departing from the scope of the present invention. In the embodiments shown in FIGS. 1 and 2, the control system is realized by an analog arithmetic circuit, but a part or all of the control system may be replaced by a digital arithmetic device such as an electronic computer.
【0033】再び、図7を参照して、加速度検出器18
の出力を積分器19を通してフィードバックすることに
より、数7式の伝達関数を得る。同様の伝達関数は、加
速度センサを速度センサに置換しても実現し得る。図8
を参照して、22は速度検出器、23は速度検出器22
の出力に対してゲイン補償するためのゲイン回路であ
り、vからxまでの伝達関数は数8式となる。Referring again to FIG. 7, the acceleration detector 18
Is fed back through the integrator 19 to obtain the transfer function of the equation (7). A similar transfer function can be realized by replacing the acceleration sensor with a speed sensor. FIG.
, 22 is a speed detector, 23 is a speed detector 22
This is a gain circuit for compensating the gain for the output of (1), and the transfer function from v to x is represented by Expression 8.
【0034】[0034]
【数8】 明らかに数8式は、数7式と同じである。よって、上述
の原理を図1と図2の実施例へ適用する場合は、加速度
センサ12M,12R,12Lと加速度増幅器13M,
13R,13Lに代えて速度センサとその出力を電気信
号に変換する速度増幅器とを備え、かつ図1およびず2
に示す加速度フィードバック補償回路26の部位には少
なくとも一つ以上の運動モードの信号に対してゲイン補
償要素が備えられている。なお、速度センサとしては、
例えばジオフォンセンサなどが好適に使用できる。(Equation 8) Clearly, equation (8) is the same as equation (7). Therefore, when the above principle is applied to the embodiment of FIGS. 1 and 2, the acceleration sensors 12M, 12R, 12L and the acceleration amplifiers 13M,
13R and 13L, a speed sensor and a speed amplifier for converting the output of the speed sensor into an electric signal are provided.
Is provided with a gain compensation element for at least one or more motion mode signals. In addition, as a speed sensor,
For example, a geophone sensor can be suitably used.
【0035】図7によれば、加速度検出器18の出力を
積分器19に通した信号をフィードバックすることによ
り、1軸の微動位置決め機構17には粘性項と剛性項と
が同時に付与される。一方、粘性項のみを付与する場合
には、図6のような加速度フィードバックを施せばよ
い。そこで、本実施例では、1軸の微動位置決め機構1
7に剛性項のみを電気的に付与する補償手段を与える。
図7に基づくと粘性項と剛性項の両者が電気的に付与さ
れるが、このうちの電気的に増えた粘性項を図6のフィ
ードバック構成によって差し引くことで、結果として剛
性項のみ電気的に付与できる。ゆえに、剛性項のみ付与
する加速度フィードバックの構成は図10となる。図示
の記号を使って、vからxまでの伝達関数は数9式とな
る。According to FIG. 7, by feeding back the signal of the output of the acceleration detector 18 to the integrator 19, the viscous term and the rigid term are simultaneously given to the one-axis fine positioning mechanism 17. On the other hand, when only the viscosity term is given, acceleration feedback as shown in FIG. 6 may be performed. Thus, in the present embodiment, the one-axis fine movement positioning mechanism 1
7 is provided with a compensating means for electrically applying only the rigidity term.
According to FIG. 7, both the viscous term and the rigidity term are electrically provided. By subtracting the electrically increased viscous term by the feedback configuration of FIG. 6, only the rigidity term is electrically obtained as a result. Can be granted. Therefore, the configuration of the acceleration feedback that gives only the rigidity term is shown in FIG. Using the symbols shown, the transfer function from v to x is given by equation (9).
【0036】[0036]
【数9】 数9式の導出においては、もちろんT=2ζT0 と選
択する。ここで、B=ATとなるように設計する。結局
のところ、積分器19と1次遅れ特性のフィルタ回路1
4とを図10のように並列接続したときの総合の伝達関
数が数10式のように積分要素と1次遅れ要素のカスケ
ード接続の形であるとき、vからxまでの伝達関数は数
11式となる。(Equation 9) In the derivation of equation (9), of course, T = 2 も ち ろ ん T0 is selected. Here, the design is made so that B = AT. After all, the integrator 19 and the first-order lag characteristic filter circuit 1
10 are connected in parallel as shown in FIG. 10, and the transfer function from v to x is expressed by Equation 11 when the total transfer function is in the form of a cascade connection of an integral element and a first-order lag element as shown in Equation 10. It becomes an expression.
【0037】[0037]
【数10】 (Equation 10)
【0038】[0038]
【数11】 明らかに、電気的に剛性項のみ増加させる作用がある。
よって、上述の原理を図1あるいは図2の装置に適用す
る場合には、加速度フィードバック補償回路26に数1
0式の形の補償要素を備えることになる。[Equation 11] Obviously, there is an effect of electrically increasing only the rigidity term.
Therefore, when the above-described principle is applied to the apparatus shown in FIG. 1 or FIG.
It will have a compensating element in the form of equation 0.
【0039】[0039]
【発明の効果】従来、位置のループゲインを順次大とな
していったときには位置決め時間の短縮がはかれるが、
次第に微動位置決め機構のダイナミクスを刺激するに至
りループゲインの上限が抑えられてしまう、という問題
があった。しかし、本発明によれば、加速度フィードバ
ックによって微動位置決め機構のダイナミクスを安定側
にシフトさせることができるので、位置のループゲイン
を従前に比してさらに高く設定できる。つまり、位置決
め時間を従来に比して短縮できる、という効果がある。
特に、運動モード別の加速度フィードバックにおいて、
特定の運動モードに積分回路を挿入することにより、そ
の運動モードのみ粘性項のみならず剛性項も同時に増加
させることができる。したがって、位置の閉ループを構
成したときには、整定性の良好な高速位置決めが行え
る、という効果がある。本発明の微動位置決め機構に加
わる外乱の種類は、同機構が搭載される装置の運転パタ
ーンによって一意である。したがって、この外乱が印加
される特定の運動モードにのみ、粘性および剛性を電気
的に高めるという応用が期待できる。以って、最小のコ
ストで位置決め特性を向上させることができる、という
効果がある。Conventionally, when the position loop gain is sequentially increased, the positioning time can be reduced.
There has been a problem that the dynamics of the fine movement positioning mechanism are gradually stimulated and the upper limit of the loop gain is suppressed. However, by the present invention lever, since the dynamics of fine positioning mechanism by acceleration feedback can be shifted to the stable side, the loop gain of the position can be further set higher than before. That is, there is an effect that the positioning time can be shortened as compared with the related art.
In particular, in acceleration feedback for each exercise mode,
By inserting an integration circuit into a specific motion mode, it is possible to simultaneously increase not only the viscosity term but also the rigidity term in only that motion mode. Therefore, when a closed loop of positions is configured, there is an effect that high-speed positioning with good settling properties can be performed. The type of disturbance applied to the fine movement positioning mechanism of the present invention is unique depending on the operation pattern of the device on which the mechanism is mounted. Therefore, an application of electrically increasing viscosity and rigidity can be expected only in a specific motion mode to which the disturbance is applied . Thus, there is an effect that the positioning characteristics can be improved at a minimum cost.
【図1】 本発明の一実施例に係る微動位置決め制御装
置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a fine movement positioning control device according to one embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の他の実施例に係る微動位置決め制御
装置のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a fine movement positioning control device according to another embodiment of the present invention.
【図3】 従来技術に係る微動位置決め制御装置のブロ
ック図である。FIG. 3 is a block diagram of a fine-movement positioning control device according to the related art.
【図4】 図3のアクチュエータ、位置センサ、および
加速度センサの配置を示す座標系である。FIG. 4 is a coordinate system showing an arrangement of the actuator, the position sensor, and the acceleration sensor of FIG. 3;
【図5】 1軸の微動位置決め機構を電流出力型の電力
増幅器で駆動したときのブロック図である。FIG. 5 is a block diagram when a one-axis fine movement positioning mechanism is driven by a current output type power amplifier.
【図6】 1軸の微動位置決め機構を電流出力型の電力
増幅器で駆動する場合であって、加速度フィードバック
を施したときのブロック図である。FIG. 6 is a block diagram in a case where a one-axis fine movement positioning mechanism is driven by a current output type power amplifier and acceleration feedback is performed.
【図7】 1軸の微動位置決め機構を電流出力型の電力
増幅器で駆動する場合であって、加速度出力を積分器を
通してフィードバックしたときのブロック図である。FIG. 7 is a block diagram in a case where a one-axis fine movement positioning mechanism is driven by a current output type power amplifier, and when an acceleration output is fed back through an integrator.
【図8】 1軸の微動位置決め機構を電流出力型の電力
増幅器で駆動する場合であって、速度フィードバックを
施したときのブロック図である。FIG. 8 is a block diagram in a case where a one-axis fine movement positioning mechanism is driven by a current output type power amplifier, and when speed feedback is performed;
【図9】 発明の効果を示す数値実験結果である。FIG. 9 is a numerical experiment result showing the effect of the present invention.
【図10】 1軸の微動位置決め機構を電流出力型の電
力増幅器で駆動する場合であって、剛性項のみ電気的に
付与するためのブロック図である。FIG. 10 is a block diagram for electrically applying only a rigidity term when a one-axis fine movement positioning mechanism is driven by a current output type power amplifier.
1:基板、2M,2R,2L:圧電素子などのアクチュ
エータ、3M,3R,3L:位置センサ、4M,4R,
4L:変位増幅器、5M,5R,5L:指令電圧入力端
子、6M,6R,6L:偏差増幅器、7M,7R,7
L:ゲイン補償器、8M,8R,8L,8:電流出力型
の電力増幅器、9:第1の運動モード抽出回路、10:
運動モード分配回路、11:第2の運動モード抽出回
路、12M,12R,12L:加速度センサ、13M,
13R,13L:加速度増幅器、14M,14R,14
L:フィルタ回路、15M,15R,15L:ゲイン回
路、16M,16R,16L:加算器、17:1軸の微
動位置決め機構、18:加速度検出器、19:積分器、
20M,20R,20L:電圧出力型の電力増幅器、2
1M,21R,21L:PI補償器、22:速度検出
器、23:ゲイン回路、24M:前処理回路、25M:
積分回路、26:加速度フィードバック補償回路、e
g ,eθx ,eθy :運動モード別偏差信号、zM ,z
R,zL :変位増幅器4M,4R,4Lの出力、zg ,
zθx ,zθy :運動モード別変位信号、cg ,cθ
x ,cθy :運動モード別補償信号、dg ,dθx ,d
θy :運動モード別駆動信号、dM ,dR ,dL :各軸
への駆動信号、aM ,aR ,aL :加速度信号、ag ,
aθx ,aθy :運動モード別加速度信号、ag ´,a
θx ´,aθy ´:運動モード別加速度負帰還信号、z
g0,zθx0,zθy0:指令電圧入力端子5M´,5R
´,5L´に加えられる目標電圧。1: substrate, 2M, 2R, 2L: actuator such as piezoelectric element, 3M, 3R, 3L: position sensor, 4M, 4R,
4L: displacement amplifier, 5M, 5R, 5L: command voltage input terminal, 6M, 6R, 6L: deviation amplifier, 7M, 7R, 7
L: gain compensator, 8M, 8R, 8L, 8: current output type power amplifier, 9: first motion mode extraction circuit, 10:
Exercise mode distribution circuit, 11: second exercise mode extraction circuit, 12M, 12R, 12L: acceleration sensor, 13M,
13R, 13L: acceleration amplifier, 14M, 14R, 14
L: Filter circuit, 15M, 15R, 15L: Gain circuit, 16M, 16R, 16L: Adder, 17: 1-axis fine movement positioning mechanism, 18: Acceleration detector, 19: Integrator,
20M, 20R, 20L: voltage output type power amplifier, 2
1M, 21R, 21L: PI compensator, 22: speed detector, 23: gain circuit, 24M: pre-processing circuit, 25M:
Integration circuit, 26: acceleration feedback compensation circuit, e
g , eθ x , eθ y : deviation signal for each motion mode, z M , z
R, z L: displacement amplifier 4M, 4R, output of 4L, z g,
zθ x , zθ y : displacement signals for each motion mode, c g , cθ
x , cθ y : Compensation signals for each motion mode, d g , dθ x , d
θ y : drive signal for each motion mode, d M , d R , d L : drive signal for each axis, a M , a R , a L : acceleration signal, a g ,
aθ x , aθ y : acceleration signal for each motion mode, a g ′, a
θ x ′, aθ y ′: acceleration negative feedback signal for each motion mode, z
g0, zθ x0, zθ y0: command voltage input terminal 5M', 5R
', Target voltage applied to 5L'.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/68 H01L 21/68 K (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05D 3/00 - 3/20 G05B 11/00 - 13/04 H01L 21/68 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 identification symbol FI H01L 21/68 H01L 21/68 K (58) Investigated field (Int.Cl. 7 , DB name) G05D 3/00-3 / 20 G05B 11/00-13/04 H01L 21/68
Claims (6)
発生型アクチュエータと、 前記位置決め対象物の移動距離を計測する複数個の位置
センサと、 前記各位置センサの出力信号を電気信号に変換する変位
増幅器と、 前記変位増幅器の出力信号を入力とする演算によって前
記位置決め対象物に関する複数個の位置に関する運動モ
ードを抽出する第1の運動モード抽出回路と、 前記第1の運動モード抽出回路の出力信号と与えられる
目標位置指令信号との運動モード別偏差信号を取得し各
偏差信号を所定の感度となす偏差増幅器と、 前記偏差増幅器の出力に対してゲイン調整を行うゲイン
補償器と、 前記位置決め対象物の加速度を検出する複数個の加速度
センサと、 前記加速度センサの出力を電気信号に変換する加速度増
幅器と、 前記加速度増幅器の出力信号を入力とする演算によって
前記位置決め対象物に関する複数個の加速度に関する運
動モードを抽出する第2の運動モード抽出回路と、 前記第2の運動モード抽出回路の出力に対して補償を行
い、かつ、少なくとも一つ以上の運動モードの信号に対
して積分特性の補償要素が備えられている加速度フィー
ドバック補償回路と、 前記ゲイン補償器の出力と前記加速度フィードバック補
償回路の出力とを比較して運動モード別駆動信号とな
し、この信号に基づいて各軸への駆動信号を生成するた
めの運動モード分配回路と、 前記運動モード分配回路の出力信号に応動して前記変位
発生型アクチュエータを駆動する電流出力型の電力増幅
器とを、 備えたことを特徴とする微動位置決め制御装置。1. A plurality of displacement generating actuators for driving a positioning target, a plurality of position sensors for measuring a moving distance of the positioning target, and converting an output signal of each of the position sensors into an electric signal. A displacement amplifier; a first motion mode extraction circuit for extracting motion modes related to a plurality of positions with respect to the positioning object by an operation which receives an output signal of the displacement amplifier; and an output of the first motion mode extraction circuit A deviation amplifier that obtains a deviation signal for each motion mode between a signal and a given target position command signal and makes each deviation signal have a predetermined sensitivity; a gain compensator that performs gain adjustment on an output of the deviation amplifier; A plurality of acceleration sensors for detecting an acceleration of an object; an acceleration amplifier for converting an output of the acceleration sensor into an electric signal; Row and second motion mode extraction circuit, the compensation for the output of the second motion mode extracting circuit for extracting a motion mode regarding a plurality of acceleration in the object to be positioned by a calculation as an input the output signal of the amplifier
And at least one or more motion mode signals
And an acceleration feedback compensation circuit provided with a compensation element having an integral characteristic, and comparing the output of the gain compensator with the output of the acceleration feedback compensation circuit to obtain a drive signal for each motion mode, based on this signal. A motion mode distribution circuit for generating a drive signal to each axis; and a current output type power amplifier for driving the displacement generating actuator in response to an output signal of the motion mode distribution circuit. Characteristic fine movement positioning control device.
発生型アクチュエータと、 前記位置決め対象物の移動距離を計測する複数個の位置
センサと、 前記各位置センサの出力を電気信号に変換する変位増幅
器と、 前記変位増幅器の出力信号を入力とする演算によって前
記位置決め対象物に関する複数個の位置に関する運動モ
ードを抽出する第1の運動モード抽出回路と、 前記第1の運動モード抽出回路の出力信号と指令電圧入
力端子に加える目標電圧とを比較して運動モード別偏差
信号を取得し各偏差信号を所定の感度となす偏差増幅器
と、 前記偏差増幅器の出力に対してゲイン調整を行うゲイン
補償器と、 前記位置決め対象物の加速度を検出する複数個の加速度
センサと、 前記加速度センサの出力を電気信号に変換する加速度増
幅器と、 前記加速度増幅器の出力信号を入力とする演算によって
前記位置決め対象物に関する複数個の加速度に関する運
動モードを抽出する第2の運動モード抽出回路と、 前記第2の運動モード抽出回路の出力信号に対する補償
を行い、かつ、少なくとも一つ以上の運動モードの信号
に対して積分特性の補償要素が備えられている加速度フ
ィードバック補償回路と、 前記ゲイン補償器の出力と前記加速度フィードバック補
償回路の出力を比較して運動モード別駆動信号となし、
この信号に基づいて各軸への駆動信号を生成する運動モ
ード分配回路と、 前記運動モード分配回路の出力に対するPI補償器と、 前記PI補償器の出力信号に応動して前記変位発生型ア
クチュエータを駆動する電圧出力型の電力増幅器とを、 備えたことを特徴とする微動位置決め制御装置。2. A plurality of displacement generating actuators for driving a positioning target, a plurality of position sensors for measuring a moving distance of the positioning target, and a displacement for converting an output of each of the position sensors into an electric signal. An amplifier; a first motion mode extraction circuit for extracting motion modes relating to a plurality of positions with respect to the positioning object by an operation which receives an output signal of the displacement amplifier; and an output signal of the first motion mode extraction circuit And a target voltage to be applied to the command voltage input terminal, to obtain a deviation signal for each motion mode, and to make each deviation signal a predetermined sensitivity; and a gain compensator for performing gain adjustment to the output of the deviation amplifier. A plurality of acceleration sensors for detecting the acceleration of the positioning object; and an acceleration amplifier for converting an output of the acceleration sensor into an electric signal. A second motion mode extraction circuit for extracting a plurality of motion modes related to the acceleration of the positioning object by an operation using an output signal of the acceleration amplifier as an input; and compensating for an output signal of the second motion mode extraction circuit. row have, and at least one motion mode signal
An acceleration feedback compensation circuit provided with a compensation element having an integral characteristic, and comparing the output of the gain compensator and the output of the acceleration feedback compensation circuit with a drive signal for each motion mode,
A motion mode distribution circuit that generates a drive signal to each axis based on the signal; a PI compensator for an output of the motion mode distribution circuit; and a displacement generating actuator in response to an output signal of the PI compensator. A fine movement positioning control device, comprising: a voltage output type power amplifier to be driven.
の電力増幅器の1次遅れ特性としての極をキャンセルす
るように設計されていることを特徴とする請求項2記載
の微動位置決め制御装置。3. The fine movement positioning control device according to claim 2, wherein the zero point of the PI compensator is designed to cancel a pole as a first-order lag characteristic of the voltage output type power amplifier. .
代えて前記位置決め対象物の速度を検出する速度センサ
と、その出力を電気信号に変換する速度増幅器とを備
え、かつ前記加速度フィードバック補償回路には少なく
とも一つ以上の運動モードの信号に対して前記積分特性
の補償要素に代えてゲイン補償要素が備えられているこ
とを特徴とする請求項1または2記載の微動位置決め制
御装置。4. A speed sensor for detecting a speed of the positioning object in place of the acceleration sensor and the acceleration amplifier, and a speed amplifier for converting an output of the positioning object into an electric signal, and the acceleration feedback compensation circuit includes The integration characteristic for at least one or more motion mode signals
3. The fine movement positioning control device according to claim 1, further comprising a gain compensation element in place of the compensation element.
素と1次遅れ要素のカスケード接続の形の補償要素が備
えられていることを特徴とする請求項1または2記載の
微動位置決め制御装置。5. The fine movement positioning control device according to claim 1, wherein a compensation element in the form of a cascade connection of an integral element and a first-order lag element is provided in place of the compensation element for the integral characteristic. .
タと、前記位置決め対象物の位置を検出する第1のセン
サと、この検出位置を負帰還して所定の目標位置との偏
差を得る第1のフィードバック手段と、前記位置決め対
象物の加速度または速度を検出する第2のセンサと、こ
の第2センサの出力を負帰還させる第2のフィードバッ
ク手段と、前記偏差および第2フィードバック手段の負
帰還値に基づいて前記アクチュエータを駆動する駆動手
段とを備えた位置決め装置において、前記駆動手段への
入力から前記位置決め対象物の位置に至る伝達関数は積
分特性を有するものであり、かつ、第2フィードバック
手段は前記加速度に積分作用を加えて負帰還させあるい
は前記速度を負帰還させるものであり、これにより前記
偏差から前記位置決め対象物の位置に至る伝達関数が第
2フィードバック手段の負帰還に応じた値をとる剛性項
を有することを特徴とする微動位置決め制御装置。6. An actuator for driving a positioning target, a first sensor for detecting the position of the positioning target, and a first feedback for negatively feeding back the detected position to obtain a deviation from a predetermined target position. Means, a second sensor for detecting the acceleration or speed of the positioning object, second feedback means for negatively feeding back the output of the second sensor, and a negative feedback value of the deviation and the second feedback means. And a driving unit for driving the actuator by a driving means, wherein a transfer function from an input to the driving unit to a position of the positioning target has an integral characteristic, and the second feedback unit is in addition the integration effect in the acceleration is intended to negative feedback negative feedback is allowed, or the speed, thereby the positioning of the deviation A fine movement positioning control device, characterized in that a transfer function reaching the position of the object has a rigidity term whose value depends on the negative feedback of the second feedback means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20511095A JP3279880B2 (en) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | Fine movement positioning control device |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP20511095A JP3279880B2 (en) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | Fine movement positioning control device |
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|---|---|
| JPH0934550A JPH0934550A (en) | 1997-02-07 |
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