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JP3452305B2 - Magnetic levitation body positioning device - Google Patents
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JP3452305B2 - Magnetic levitation body positioning device - Google Patents

Magnetic levitation body positioning device

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JP3452305B2
JP3452305B2 JP13867498A JP13867498A JP3452305B2 JP 3452305 B2 JP3452305 B2 JP 3452305B2 JP 13867498 A JP13867498 A JP 13867498A JP 13867498 A JP13867498 A JP 13867498A JP 3452305 B2 JP3452305 B2 JP 3452305B2
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magnetic levitation
electromagnet
levitation body
parameter
equation
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隆志 安東
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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、磁気浮上体を目標
とする位置へ精度よく位置決めできる磁気浮上体の位置
決め装置であって、特に、磁気浮上体を移動させつつ位
置決めできるものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic levitation body positioning apparatus capable of accurately positioning a magnetic levitation body at a target position, and more particularly to a magnetic levitation body positioning apparatus that can be positioned while moving the magnetic levitation body.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気浮上体の位置決め装置は、空中に浮
上された磁気浮上体を、所定の電力の供給による電磁石
の電磁力によって非接触支持し、目標とする特定の位置
に位置決めするものである。
2. Description of the Related Art A magnetic levitation body positioning device is a device for positioning a magnetic levitation body levitated in the air at a specific target position by supporting it in a non-contact manner by the electromagnetic force of an electromagnet generated by supplying a predetermined electric power. is there.

【0003】この磁気浮上体の位置決め装置により、磁
気浮上体を目標とする位置へ位置決めする概略は以下の
とおりである。
An outline of positioning the magnetic levitation body at a target position by this magnetic levitation body positioning device is as follows.

【0004】位置決め装置に備わる変位センサ等により
磁気浮上体の現在位置が検出されると、電磁石を制御す
る制御装置が、その内部の演算手段によって、磁気浮上
体を現在位置から目標位置へ位置決めする上で作用させ
るべき電磁力、および該電磁力に対応して電磁石に供給
するべき電力を求める。そして、磁気浮上体は、求めら
れた所定の電磁力の作用によって、目標位置に位置決め
られるようになっている。
When the current position of the magnetic levitation body is detected by a displacement sensor or the like provided in the positioning device, the control device for controlling the electromagnet positions the magnetic levitation body from the current position to the target position by the arithmetic means inside the electromagnet. The electromagnetic force to be applied above and the electric power to be supplied to the electromagnet corresponding to the electromagnetic force are obtained. Then, the magnetic levitation body is positioned at the target position by the action of the determined predetermined electromagnetic force.

【0005】かかる磁気浮上体の位置決め装置は、位置
決めを非接触で行える機構であることから、以下の利点
がある。即ち、機械的な位置決め機構であれば、機械的
な摺動部材を介して位置決めされるので、該摺動部材の
機械的な歪みや摩擦等に起因して位置決め精度に限界が
あった。従って、例えば微細加工であれば、要請される
加工精度の高さに対応して加工器具の位置決めも高精度
に行う必要があるが、該加工器具の位置決め精度には限
界があり、従って、加工精度の向上にも限界があった。
The magnetic levitation apparatus positioning device has the following advantages because it is a mechanism that can perform positioning without contact. That is, in the case of a mechanical positioning mechanism, positioning is performed through a mechanical sliding member, so there is a limit to the positioning accuracy due to mechanical distortion, friction, etc. of the sliding member. Therefore, for example, in the case of fine processing, it is necessary to position the processing tool with high accuracy in accordance with the required high processing accuracy, but there is a limit to the positioning accuracy of the processing tool. There was a limit to the improvement in accuracy.

【0006】そして、磁気浮上体の位置決め装置によれ
ば、機械的な摺動部材を介さず、非接触な機構により位
置決めできるので、上記加工器具等を高精度に位置決め
することが可能である。また、前記微細加工の例であれ
ば、加工される対象によっては、機械的な摺動機構が生
ずる微粉塵を嫌うものもあるが、磁気浮上体の位置決め
装置であれば、非接触に位置決めできることから、かか
る微粉塵の問題を解決することもできる。
According to the positioning device for the magnetic levitation body, since the positioning can be performed by a non-contact mechanism without using a mechanical sliding member, it is possible to position the above-mentioned processing tool and the like with high accuracy. Further, in the case of the example of the fine processing, depending on the object to be processed, there is a thing which dislikes the fine dust generated by the mechanical sliding mechanism, but a magnetic levitation body positioning device can perform non-contact positioning. Therefore, the problem of such fine dust can be solved.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ここで、従来の磁気浮
上体の位置決め装置にあっては、例えば、磁気軸受けの
位置決めに見られるように、特定の目標位置に位置決め
して静止させるように制御することを目的としていた。
従って、磁気浮上体を、時間とともに変化する目標位置
へ順次に位置決めすること、即ち、位置決めしようとす
る複数の目標位置からなる目標軌道に沿って移動させつ
つ位置決めすることはできなかった。
In a conventional magnetic levitation body positioning device, for example, as is seen in the positioning of a magnetic bearing, control is performed so that the magnetic levitation body is positioned at a specific target position and made stationary. Was intended to do.
Therefore, it has been impossible to position the magnetic levitation body sequentially to the target position that changes with time, that is, to position the magnetic levitation body while moving it along the target trajectory composed of a plurality of target positions to be positioned.

【0008】従って、微細加工を行う場合であれば、加
工器具を目標軌道に沿って移動させ、高精度に位置決め
して加工したい場合があるが、従来の磁気浮上体の位置
決め装置によれば、移動させつつ高精度に位置決めする
ことはできなかった。
Therefore, in the case of performing fine processing, there is a case where it is desired to move the processing tool along the target trajectory to perform positioning with high accuracy for processing, but according to the conventional magnetic levitation body positioning device, It was not possible to position it with high precision while moving it.

【0009】そこで、本発明は、磁気浮上体を目標軌道
に沿って移動させつつ高精度に位置決めすることができ
る磁気浮上体の位置決め装置を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetic levitation body positioning apparatus capable of highly accurately positioning a magnetic levitation body while moving it along a target trajectory.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の磁気浮上体の位置決め装置は、磁気浮上体
の外側に対向して配設される一対のコイルを一組として
磁気浮上体に所定の電磁力を作用させる電磁石であっ
て、磁気浮上体に対する非線形な力学特性が複数の基本
関数の組み合わせにより近似され得る電磁石と、前記電
磁石に所定の電磁力を発生させるための電力に対応する
制御信号を出力する制御手段と、磁気浮上体の位置を検
出する位置検出手段と、磁気浮上体の位置決め目標位置
であって時間とともに変化する目標位置からなる目標軌
道を入力する目標軌道入力手段とを備え、前記制御手段
は、磁気浮上体に対する指令位置を前記目標軌道に基づ
いて演算する指令位置演算手段と、前記指令位置と磁気
浮上体の位置とから制御信号を演算する制御信号演算手
段であって、比例ゲインと微分ゲインとからなるゲイン
パラメーターと外力消去項とを含む前記電磁石の力学特
性に基づく非線形パラメーターを含んだ演算を行う制御
信号演算手段と、前記非線形パラメーターを修正するパ
ラメータ修正手段とを含み、該パラメータ修正手段は、
磁気浮上体の位置と目標位置との誤差に基づく第一修正
因子と前記基本関数と修正信号因子とに基づいて前記ゲ
インパラメーターを修正し、前記第一修正因子と前記基
本関数とに基づいて外力消去項を修正し、磁気浮上体を
前記目標軌道に沿って移動させるように構成される(請
求項1)。
In order to solve the above problems, a magnetic levitation body positioning apparatus according to the present invention comprises a magnetic levitation body in which a pair of coils arranged facing each other on the outside of the magnetic levitation body constitutes one set. An electromagnet that exerts a predetermined electromagnetic force on a magnetic levitation body, the non-linear dynamic characteristics of which can be approximated by a combination of a plurality of basic functions, and an electric magnet for generating a predetermined electromagnetic force on the electromagnet. Control means for outputting a control signal for controlling the magnetic levitation body, position detection means for detecting the position of the magnetic levitation body, and target trajectory input means for inputting a target trajectory which is a positioning target position of the magnetic levitation body and which changes with time. And a command position calculation means for calculating a command position for the magnetic levitation body based on the target trajectory, and a control from the command position and the position of the magnetic levitation body. Control signal calculation means for calculating a signal, the control signal calculation means for performing a calculation including a nonlinear parameter based on the mechanical characteristics of the electromagnet including a gain parameter consisting of a proportional gain and a differential gain and an external force elimination term, A parameter modifying means for modifying the non-linear parameter, the parameter modifying means comprising:
The gain parameter is corrected based on the first correction factor based on the error between the position of the magnetic levitation body and the target position, the basic function and the correction signal factor, and the external force is corrected based on the first correction factor and the basic function. The erase term is modified to move the magnetic levitation body along the target trajectory (claim 1).

【0011】本来、磁気浮上体を電磁石によって特定の
目標位置に位置決めしようとする場合、磁気浮上体に作
用させるべき電磁力は、浮上体と電磁石との間の力学特
性に基づいて決められるべきものである。この浮上体と
電磁石との間の力学特性は、電磁石と浮上体との間の距
離であるギャップと電磁力とが比例する関係にない非線
形性を示す。
Originally, when attempting to position a magnetic levitation body at a specific target position by an electromagnet, the electromagnetic force to be applied to the magnetic levitation body should be determined based on the mechanical characteristics between the levitation body and the electromagnet. Is. The dynamic characteristics between the levitation body and the electromagnet show non-linearity in which the gap, which is the distance between the electromagnet and the levitation body, is not proportional to the electromagnetic force.

【0012】ところで、従来の磁気浮上体の位置決め装
置にあっては、かかる電磁石の非線形な特性を考慮して
前記電磁石を制御する必要は必ずしもなかった。即ち、
従来の磁気浮上体の位置決めにあっては、例えば、磁気
軸受けの位置決めに見られるように、目標位置に位置決
めして静止させることを目的としていた。そのため、電
磁石の制御は、電磁石の力学特性を前記ギャップが小さ
い領域における線形近似によって容易に行うことができ
た。
Incidentally, in the conventional magnetic levitation body positioning device, it is not always necessary to control the electromagnet in consideration of the non-linear characteristics of the electromagnet. That is,
In the conventional positioning of the magnetic levitation body, for example, as seen in the positioning of the magnetic bearing, the purpose is to position and stand still at a target position. Therefore, the control of the electromagnet could be easily performed by the linear approximation of the mechanical characteristics of the electromagnet in the region where the gap is small.

【0013】しかし、磁気浮上体を時間とともに変化す
る目標位置へ順次に位置決めしたい場合、即ち、磁気浮
上体を目標軌道に沿って移動させたい場合にあっては、
前記ギャップが大きい領域において電磁石を制御できる
必要があり、かかる場合には、電磁石に作用させるべき
電磁力は、浮上体と電磁石との間の非線形な力学特性に
基づいて求められる必要がある。即ち、浮上体と電磁石
との間の関係について、その非線形な力学特性を反映さ
せた制御を行えることが必要となる。
However, when it is desired to position the magnetic levitation body in order to the target position which changes with time, that is, to move the magnetic levitation body along the target trajectory,
It is necessary to be able to control the electromagnet in the region where the gap is large, and in such a case, the electromagnetic force to be applied to the electromagnet needs to be obtained based on the non-linear mechanical characteristics between the levitation body and the electromagnet. That is, it is necessary to control the relationship between the levitation body and the electromagnet while reflecting the nonlinear mechanical characteristics.

【0014】本発明の位置決め装置によると、以下のよ
うに、電磁石の非線形な力学特性を反映させた制御が可
能であるので、磁気浮上体を目標軌道に沿って移動させ
つつ位置決めすることができる。
According to the positioning apparatus of the present invention, the control that reflects the nonlinear mechanical characteristics of the electromagnet is possible as described below, and therefore the magnetic levitation body can be positioned while moving along the target trajectory. .

【0015】本発明の位置決め装置は、前記制御信号演
算手段が、前記指令位置演算手段によって演算された指
令位置と、電磁石の非線形な力学特性に対応付けられる
前記非線形パラメーターとを含んだ演算によって、電磁
石に対する制御信号の演算を行う。
In the positioning device of the present invention, the control signal calculation means performs calculation including the command position calculated by the command position calculation means and the nonlinear parameter associated with the nonlinear mechanical characteristic of the electromagnet. The control signal for the electromagnet is calculated.

【0016】ここで、前記指令位置演算手段による目標
軌道に基づく指令位置の演算は、目標軌道を構成する目
標位置、該目標位置に対する時間による一階の微分係
数、および該目標位置に対する時間による二階の微分係
数を含んでいる。
Here, the calculation of the command position based on the target trajectory by the command position calculating means is performed by the target position forming the target trajectory, the first-order differential coefficient with respect to the target position and the second floor with respect to the target position. It contains the derivative of.

【0017】そして、前記電磁石の力学特性に対応付け
られる非線形パラメーターは、前記位置検出手段により
検出される浮上テーブルの位置を前記目標軌道の目標位
置と一致させることができるまで、前記パラメーター修
正手段により、繰り返し修正される。これにより、本発
明の位置決め装置によると、前記非線形パラメーター
が、浮上体と電磁石との間の非線形な力学特性を反映す
るまで修正を加えられる。これにより、前記制御手段よ
り電磁石に対して出力される制御信号は電磁石の非線形
な力学特性を反映したものとされるので、浮上テーブル
の位置決めを行うにあたり、電磁石の力学特性に基づい
て行うことができる。
The non-linear parameter associated with the mechanical characteristic of the electromagnet is adjusted by the parameter correction means until the position of the levitation table detected by the position detection means can be matched with the target position of the target trajectory. , Will be fixed repeatedly. Thereby, according to the positioning device of the present invention, the non-linear parameter is corrected until it reflects the non-linear dynamic characteristic between the levitating body and the electromagnet. As a result, the control signal output from the control means to the electromagnet reflects the non-linear dynamic characteristics of the electromagnet, and therefore the positioning of the levitation table can be performed based on the dynamic characteristics of the electromagnet. it can.

【0018】従って、本発明の位置決め装置によると、
前記ギャップが大きい領域における電磁石の制御が可能
であり、浮上テーブルを目標軌道に沿って移動させつつ
位置決めすることができる。
Therefore, according to the positioning device of the present invention,
The electromagnet can be controlled in the region where the gap is large, and the floating table can be positioned while moving along the target trajectory.

【0019】また、前記基本関数が基底関数である場合
には(請求項2)、前記パラメータ修正手段により非線
形パラメーターを修正するにあたり、前記浮上体と電磁
石との間の非線形な力学特性をより効率的に反映させる
ことができるので、非線形パラメーターの修正が容易で
ある。
When the basic function is a basis function (claim 2), the nonlinear parameter between the levitation body and the electromagnet is made more efficient in correcting the nonlinear parameter by the parameter correcting means. Since it can be reflected as desired, it is easy to modify the nonlinear parameter.

【0020】また、前記電磁石が、直交する二軸の一軸
に沿って配設されるコイルの二組と、他の一軸に沿って
配設されるコイルの一組とを備え、前記指令位置演算手
段が、非線形パラメーターである磁気浮上体の慣性パラ
メータを含んだ演算を行い、前記パラメータ修正手段
が、磁気浮上体の位置と目標位置との誤差に基づく第二
修正因子と、前記目標軌道にかかる加速度因子とに基づ
いて前記慣性パラメータを修正するように構成される場
合には(請求項3)、磁気浮上体の回転を抑制すること
ができるので、磁気浮上体の位置決めをより高精度に行
うことができる。即ち、磁気浮上体の回転の制御に関係
する前記慣性パラメータについても、位置検出手段によ
り検出される浮上テーブルの位置を前記目標軌道を構成
する目標位置と一致させることができるまで、前記パラ
メーター修正手段により繰り返し修正される。これによ
り、前記制御手段より電磁石に対して出力される制御信
号は、電磁石の力学特性に基づく回転を抑制できるもの
となる。
The electromagnet includes two sets of coils arranged along one axis of two orthogonal axes and one set of coils arranged along another axis, and the command position calculation is performed. The means performs a calculation including an inertial parameter of the magnetic levitation body which is a non-linear parameter, and the parameter correction means applies a second correction factor based on an error between the position of the magnetic levitation body and a target position and the target trajectory. When the inertial parameter is modified based on the acceleration factor (claim 3), rotation of the magnetic levitation body can be suppressed, so that the positioning of the magnetic levitation body can be performed with higher accuracy. be able to. That is, also with respect to the inertial parameter related to the control of the rotation of the magnetic levitation body, the parameter correction means until the position of the levitation table detected by the position detection means can be matched with the target position forming the target trajectory. It is repeatedly corrected by. As a result, the control signal output from the control means to the electromagnet can suppress the rotation based on the mechanical characteristics of the electromagnet.

【0021】ここで、慣性パラメータには、磁気浮上体
の慣性モーメントと重心位置とがある。
Here, the inertial parameters include the moment of inertia of the magnetic levitation body and the position of the center of gravity.

【0022】また、前記目標軌道にかかる加速度因子に
は、磁気浮上体の直線運動にかかる加速度と、回転運動
にかかる角加速度がある。
The acceleration factors applied to the target trajectory include the acceleration applied to the linear movement of the magnetic levitation body and the angular acceleration applied to the rotational movement.

【0023】また、前記制御手段が、磁気浮上体の位置
の検出と、該磁気浮上体の位置に基づく前記制御信号の
演算が分散処理されるように構成され、該分散処理が、
前記パラメータ修正手段によるパラメータの修正が一回
行われる間に、制御信号の演算が複数回行われるように
構成され、該複数回演算された制御信号のフィルタリン
グ処理がなされるように構成される場合には(請求項
4)、制御信号よりノイズ成分を除去することができ、
電磁石に対して出力される制御信号の精度を高めること
により、電磁石に対する制御をより高精度に行うことが
でき、位置決めの精度をより高めることができる。ま
た、制御手段による演算処理の分散を図ることにより、
各演算処理装置単体の演算負荷を軽減することができ
る。これにより、装置の製造コストを軽減することもで
きる。
Further, the control means is constructed so that the position of the magnetic levitation body is detected and the calculation of the control signal based on the position of the magnetic levitation body is distributed.
A case where the control signal is configured to be calculated a plurality of times while the parameter is modified by the parameter modifying means once, and the control signal calculated a plurality of times is filtered. In (Claim 4), noise components can be removed from the control signal,
By increasing the precision of the control signal output to the electromagnet, the electromagnet can be controlled with higher precision and the positioning precision can be further enhanced. In addition, by distributing the arithmetic processing by the control means,
It is possible to reduce the arithmetic load of each arithmetic processing unit. As a result, the manufacturing cost of the device can be reduced.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
1乃至図6に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0025】図1は本発明にかかる磁気浮上体の位置決
め装置の一例についての全体構成を示す斜視図であり、
図2は本装置により位置決められる浮上テーブル1の周
辺を上方から眺めた平面図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the overall construction of an example of a magnetic levitation body positioning apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the periphery of the floating table 1 positioned by the present device as viewed from above.

【0026】磁気浮上体である浮上テーブル1は、本装
置により目標軌道に沿って移動しつつ位置決められる対
象であり、鉄等の磁気的性質を有する材料を含んで形成
されており、後に説明する電磁石が発生する電磁力の作
用を受ける。
The levitation table 1, which is a magnetic levitation body, is an object to be positioned while moving along a target orbit by this device, and is formed by including a material having magnetic properties such as iron, which will be described later. It is affected by the electromagnetic force generated by the electromagnet.

【0027】浮上テーブル1は、図1、図2に示される
ように、正方形をなす板状に形成されており、二次元の
XY直交座標系で表される空間内において後に説明する
ように目標軌道に沿った位置決めが行われる。また、浮
上テーブル1は、かかる位置決めが開始される前におい
ては、図1、図2に示されるように、その正方形の中心
(X0,Y0)が前記XY直交座標系の原点と一致するよ
うに、また、その正方形の各辺がX軸方向、Y軸方向に
沿うように配置されている。また、この実施の形態にお
いては、浮上テーブル1の前記中心(X0,Y0)は、浮
上テーブル1の重心位置(XG,YG)とは必ずしも一致
しないものとし、後に説明するように浮上テーブル1の
重心位置(XG,YG)を求め得る構成とされている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the levitation table 1 is formed in the shape of a square plate, and is set in a space represented by a two-dimensional XY Cartesian coordinate system, as described later. Positioning along the orbit is performed. Before the positioning is started, the levitation table 1 has the center (X 0 , Y 0 ) of its square coincident with the origin of the XY orthogonal coordinate system, as shown in FIGS. 1 and 2. Moreover, each side of the square is arranged along the X-axis direction and the Y-axis direction. Further, in this embodiment, the center (X 0 , Y 0 ) of the levitation table 1 does not necessarily coincide with the center of gravity position (X G , Y G ) of the levitation table 1, as will be described later. The configuration is such that the center of gravity position (X G , Y G ) of the floating table 1 can be obtained.

【0028】浮上テーブル1には、該テーブル1本体と
同一の材質からなる第一位置検出片2と第二位置検出片
3と第三位置検出片4とが付設されている。これらの位
置検出片は浮上テーブル1の位置を検出するためのもの
であり、後に説明する変位センサにより検出される位置
検出片の位置が浮上テーブル1の位置とされる。
The floating table 1 is provided with a first position detecting piece 2, a second position detecting piece 3 and a third position detecting piece 4 which are made of the same material as the main body of the table 1. These position detecting pieces are for detecting the position of the floating table 1, and the position of the position detecting piece detected by a displacement sensor described later is the position of the floating table 1.

【0029】第一位置検出片2は後に説明する第一電磁
石11による電磁力に伴うテーブル1のX軸方向への移
動を検出できるように付設されており、第二位置検出片
3は第二電磁石12による電磁力に伴うテーブル1のX
軸方向への移動を検出できるように付設されており、第
三位置検出片4は第三電磁石13による電磁力に伴うテ
ーブル1のY軸方向への移動を検出できるように付設さ
れている。
The first position detecting piece 2 is attached so as to detect the movement of the table 1 in the X-axis direction due to the electromagnetic force by the first electromagnet 11 which will be described later, and the second position detecting piece 3 is the second. X of the table 1 due to the electromagnetic force of the electromagnet 12
The third position detecting piece 4 is attached so as to detect the movement in the axial direction, and the third position detecting piece 4 is attached so as to detect the movement of the table 1 in the Y-axis direction due to the electromagnetic force of the third electromagnet 13.

【0030】そして、変位センサとして、第一位置検出
センサ6と第二位置検出センサ7と第三位置検出センサ
8とが配設されている。これらの変位センサは、図2に
示されるように、各変位センサの座標軸からの距離がl
sとなる位置に配設されている。第一位置検出センサ6
は第一位置検出片2の位置y1を検出し、第二位置検出
センサ7は第二位置検出片3の位置y2を検出し、第三
位置検出センサ8は第三位置検出片4の位置y3を検出
する。かかる変位センサとして、渦電流式非接触変位セ
ンサを用いることができる。
A first position detecting sensor 6, a second position detecting sensor 7, and a third position detecting sensor 8 are provided as displacement sensors. These displacement sensors have a distance l from the coordinate axis of each displacement sensor as shown in FIG.
It is arranged at a position s. First position detection sensor 6
Detects the position y 1 of the first position detection piece 2, the second position detection sensor 7 detects the position y 2 of the second position detection piece 3, and the third position detection sensor 8 detects the position y 1 of the third position detection piece 4. Detect position y 3 . As such a displacement sensor, an eddy current type non-contact displacement sensor can be used.

【0031】そして、前記変位センサの各々より出力さ
れる浮上テーブル1の位置y1、y2、y3を表す各信号
は後に説明するコントローラ16に入力される。
Then, the respective signals representing the positions y 1 , y 2 , y 3 of the floating table 1 output from each of the displacement sensors are input to the controller 16 described later.

【0032】なお、この位置決め装置には、テーブル1
の上方に配設される図1に二点鎖線によって示される三
つのコイル10と、テーブル1の下側に配設される特に
図示していないコイル10に対向する三つの変位センサ
とを備えてなるテーブル浮上機構が備わっている。即
ち、テーブル浮上機構により、コイル10が生ずる磁力
によってテーブル1を空中に浮上させ、テーブル1を水
平に支持できるようになっている。かかるテーブル浮上
機構は、後に説明する浮上プログラムが実行されること
により、テーブル1を浮上させるようになっている。
The positioning device includes a table 1
1 is provided with three coils 10 shown by a chain double-dashed line in FIG. 1, and three displacement sensors facing the coil 10 (not shown) provided below the table 1 are provided. It has a table floating mechanism. That is, the table levitation mechanism allows the table 1 to be levitated in the air by the magnetic force generated by the coil 10 to support the table 1 horizontally. The table levitating mechanism levitates the table 1 by executing a levitating program described later.

【0033】第一電磁石11等の電磁石は、浮上テーブ
ル1に対して所定の電磁力を作用させる。各電磁石は、
例えば第一電磁石11により説明すると、コイルP1と
コイルN1とを一組とし、該コイルP1とコイルN1と
は、浮上テーブル1の外側に、二つのコイルの中心線が
中心線C1に一致するように対向して配設されている。
そして、コイルP1とコイルN1は、浮上テーブル1に
対して、ともに吸引力として作用する電磁力を作用させ
る。このコイルP1、N1等が浮上テーブル1に作用さ
せる電磁力は後に説明するようにコイルに供給される電
力に応じて決まる。また、一組のコイルに対していずれ
の方向にテーブル1を移動させ得るかはP1による吸引
力とN1による吸引力の相対的な差によって決まるよう
になっている。
An electromagnet such as the first electromagnet 11 causes a predetermined electromagnetic force to act on the floating table 1. Each electromagnet is
For example, the first electromagnet 11 will be described. A pair of a coil P1 and a coil N1 is provided, and the coils P1 and N1 are located outside the levitation table 1 so that the center lines of the two coils coincide with the center line C1. Are disposed so as to face each other.
Then, the coil P1 and the coil N1 act on the floating table 1 together with an electromagnetic force acting as an attractive force. The electromagnetic force applied to the floating table 1 by the coils P1, N1 and the like is determined according to the electric power supplied to the coil as described later. Further, in which direction the table 1 can be moved with respect to one set of coils is determined by the relative difference between the attraction force by P1 and the attraction force by N1.

【0034】また、この実施の形態にあっては、上記第
一電磁石11と、コイルP2とN2とからなる第二電磁
石12と、コイルP3とN3とからなる第三電磁石13
の三組の電磁石が配設されている。第一電磁石11と第
二電磁石12とは、図1、図2に示されるように、それ
らの一組のコイルの中心線C1、C2がX軸方向に沿う
ように配設されており、浮上テーブル1に対してX軸方
向に沿って電磁力を作用させる。また、第一電磁石11
と第二電磁石12は、前記中心線C1とC2とがX軸に
対して対称をなし、X軸から中心線C1までの距離がl
M となるように、また、X軸から中心線C2までの距離
がlM となるように配設されている。
Further, in this embodiment, the first electromagnet 11, the second electromagnet 12 composed of the coils P2 and N2, and the third electromagnet 13 composed of the coils P3 and N3.
The three sets of electromagnets are arranged. As shown in FIGS. 1 and 2, the first electromagnet 11 and the second electromagnet 12 are arranged such that the center lines C1 and C2 of the pair of coils are along the X-axis direction, and An electromagnetic force is applied to the table 1 along the X-axis direction. Also, the first electromagnet 11
And the second electromagnet 12, the center lines C1 and C2 are symmetrical with respect to the X axis, and the distance from the X axis to the center line C1 is l.
As the M, The distance from the X axis to the center line C2 is disposed so as to l M.

【0035】第三電磁石13は、その一組のコイルの中
心線C3がY軸方向に沿うように配設されており、浮上
テーブル1に対してY軸方向に沿って電磁力を作用させ
る。また、第三電磁石13は、中心線C3のY軸に対す
る距離がlM となるように配設されている。
The third electromagnet 13 is arranged so that the center line C3 of the pair of coils extends along the Y-axis direction, and applies an electromagnetic force to the floating table 1 along the Y-axis direction. Further, the third electromagnet 13 is arranged such that the distance of the center line C3 from the Y axis is 1 M.

【0036】本発明の位置決め装置によると、このよう
に三組の電磁石を備えるので、X軸方向とY軸方向とに
沿って浮上テーブル1を位置決めできることに加え、浮
上テーブル1の回転を抑制することもできる。即ち、X
軸方向に沿って二組の電磁石が配設されるので、テーブ
ル1の重心の位置に対する各電磁石の位置にかかわら
ず、浮上テーブル1の回転の発生を抑えて高精度の位置
決めを行うことができる。
According to the positioning device of the present invention, since the three sets of electromagnets are provided in this way, in addition to being able to position the levitation table 1 along the X-axis direction and the Y-axis direction, rotation of the levitation table 1 is suppressed. You can also That is, X
Since two sets of electromagnets are arranged along the axial direction, regardless of the position of each electromagnet with respect to the position of the center of gravity of the table 1, it is possible to suppress the rotation of the levitation table 1 and perform highly accurate positioning. .

【0037】そして、各電磁石は、電磁力を作用させる
ための必要な電力を増幅器15より供給される。増幅器
15は、入力された信号を線形増幅することができるリ
ニアアンプにより構成できる。そして、増幅器15は、
後に説明するコントローラ16より各電磁石に対する制
御信号vi(i=1、2、3)が出力されると、各電磁
石に備わる二つのコイル対して式(1)、(2)により
表される端子電圧VPi、VNiを供給する。
Then, each electromagnet is supplied with necessary power for applying an electromagnetic force from the amplifier 15. The amplifier 15 can be configured by a linear amplifier that can linearly amplify the input signal. And the amplifier 15 is
When a control signal v i (i = 1, 2, 3) for each electromagnet is output from the controller 16 described later, the terminals represented by the formulas (1) and (2) for the two coils provided in each electromagnet. The voltages V Pi and V Ni are supplied.

【0038】[0038]

【数1】 [Equation 1]

【0039】[0039]

【数2】 [Equation 2]

【0040】(1)式、(2)式において、iは三つの
電磁石に対応しており、i=1が第一電磁石11に対応
することを表し、i=2が第二電磁石12に対応するこ
とを表し、i=3が第三電磁石13に対応することを表
す。そして、例えば、VP1は第一電磁石11の一方のコ
イルP1に印加される電圧を表し、VN1は第一電磁石1
1の他方のコイルN1に印加される電圧を表す。また、
(1)式、(2)式において、gi は増幅器15の増幅
率を表し、VB はコントローラ15より出力される一定
のバイアス電圧に対応する信号を表す。
In the expressions (1) and (2), i corresponds to three electromagnets, i = 1 corresponds to the first electromagnet 11, and i = 2 corresponds to the second electromagnet 12. It means that i = 3 corresponds to the third electromagnet 13. Then, for example, V P1 represents the voltage applied to one coil P1 of the first electromagnet 11, and V N1 is the first electromagnet 1
1 represents the voltage applied to the other coil N1. Also,
In the equations (1) and (2), g i represents the amplification factor of the amplifier 15, and V B represents the signal output from the controller 15 corresponding to the constant bias voltage.

【0041】各電磁石に前記電圧VPi、VNiが印加され
ると、(3)式、(4)式により表される電流IPi、I
Niが、各電磁石の駆動電流として導通する。
When the voltages V Pi and V Ni are applied to the electromagnets, the currents I Pi and I represented by the equations (3) and (4) are obtained.
Ni conducts as a drive current for each electromagnet.

【0042】[0042]

【数3】 [Equation 3]

【0043】[0043]

【数4】 [Equation 4]

【0044】(3)式、(4)式において、iが三つの
電磁石に対応すること、また、Piが各電磁石の一方の
コイルを表し、Niが各電磁石の他方のコイルを表すこ
とについては、上記(1)式、(2)式と同様である。
そして、(3)式、(4)式において、RPiは各電磁石
の一方のコイルの抵抗を表し、RNiは各電磁石の他方の
コイルの抵抗を表す。
In equations (3) and (4), i corresponds to three electromagnets, and Pi represents one coil of each electromagnet and Ni represents the other coil of each electromagnet. The same as the above equations (1) and (2).
In the expressions (3) and (4), R Pi represents the resistance of one coil of each electromagnet, and R Ni represents the resistance of the other coil of each electromagnet.

【0045】次に、前記駆動電流IPi、INiにより各電
磁石が浮上テーブル1に作用させる電磁力の力学特性に
ついて説明する。
Next, the mechanical characteristics of the electromagnetic force applied by the electromagnets to the levitation table 1 by the drive currents I Pi and I Ni will be described.

【0046】前記駆動電流IPi、INiにより各電磁石が
浮上テーブル1に作用させる電磁力は、(5)式により
表される。
The electromagnetic force applied by each electromagnet to the levitation table 1 by the drive currents I Pi and I Ni is expressed by the equation (5).

【0047】[0047]

【数5】 [Equation 5]

【0048】この(5)式において、kPi(yi)、k
Ni(yi)は、浮上テーブル1と電磁石との間隙である
ギャップに依存する浮上体と電磁石との間の非線形な力
学特性を表す関数である。そして、前記(1)式乃至
(5)式より、(6)式乃至(8)式が得られる。
In this equation (5), k Pi (y i ), k
Ni (y i ) is a function that represents a non-linear mechanical characteristic between the levitation body and the electromagnet, which depends on the gap that is the gap between the levitation table 1 and the electromagnet. Then, equations (6) to (8) are obtained from the equations (1) to (5).

【0049】[0049]

【数6】 [Equation 6]

【0050】[0050]

【数7】 [Equation 7]

【0051】[0051]

【数8】 [Equation 8]

【0052】上記(6)式におけるki(yi)が(7)
式により表され、上記(6)式におけるfDi(yi) が
(8)式により表される。また、(6)式におけるfDi
(yi)は、浮上テーブル1の位置決め制御を行うにあ
たり、外力として作用する項を表す。
K i (y i ) in the above equation (6) is (7)
This is represented by the equation, and f Di (y i ) in the above equation (6) is represented by the equation (8). Also, f Di in equation (6)
(Y i ) represents a term that acts as an external force when performing the positioning control of the floating table 1.

【0053】ここで、浮上テーブル1に上記電磁石の電
磁力と同様の方向に作用する力f1、f2、f3を作用さ
せた場合、即ち、X軸方向に沿ったf1、f2 とY軸方
向に沿ったf3を作用させた場合における、XY座標系
により表される一般的な運動方程式は(9)式により表
される。
Here, when forces f 1 , f 2 , f 3 acting in the same direction as the electromagnetic force of the electromagnet are applied to the levitation table 1, that is, f 1 , f 2 along the X-axis direction. A general equation of motion represented by the XY coordinate system when f 3 is applied along the Y axis direction is represented by the equation (9).

【0054】[0054]

【数9】 [Equation 9]

【0055】(9)式において、mは浮上テーブル1の
質量を表し、X”は浮上テーブル1に生ずる加速度のX
軸方向の成分を表し、Y”は浮上テーブル1に生ずる加
速度のY軸方向の成分を表す。また、(9)式におい
て、Izは浮上テーブル1の慣性モーメントを表し、
θ”は浮上テーブル1の回転角θで表される回転に伴う
角加速度を表す。なお、上記「”」は付される変数につ
いての時間による二回の微分係数を表す。また、「’」
は時間による一回の微分係数を表す。以下、本実施の形
態において同様に表す。
In the equation (9), m represents the mass of the levitation table 1, and X ″ represents the acceleration X generated in the levitation table 1.
Represents a component in the axial direction, Y ″ represents a component in the Y-axis direction of acceleration generated in the levitation table 1. Further, in the equation (9), Iz represents a moment of inertia of the levitation table 1,
θ ″ represents the angular acceleration associated with the rotation represented by the rotation angle θ of the levitation table 1. The above “″” represents the two-time differential coefficient of the attached variable. Also,"'"
Represents one-time differential coefficient. Hereinafter, the same applies to the present embodiment.

【0056】そして、(9)式を、座標変換式(10)
式を用いることにより、前記変位センサにより検出され
る浮上テーブル1の位置yi(i=1,2,3)に対す
る運動方程式(11)乃至(17)式に変換する。
Then, the equation (9) is converted into the coordinate conversion equation (10).
By using the equations, the equations of motion (11) to (17) for the position y i (i = 1, 2, 3) of the levitation table 1 detected by the displacement sensor are converted.

【0057】[0057]

【数10】 [Equation 10]

【0058】[0058]

【数11】 [Equation 11]

【0059】[0059]

【数12】 [Equation 12]

【0060】[0060]

【数13】 [Equation 13]

【0061】[0061]

【数14】 [Equation 14]

【0062】[0062]

【数15】 [Equation 15]

【0063】[0063]

【数16】 [Equation 16]

【0064】[0064]

【数17】 [Equation 17]

【0065】(10)式において、θは浮上テーブル1
の回転角を表す。
In the equation (10), θ is the floating table 1
Represents the rotation angle of.

【0066】(11)式は行列による表現であり、行列
Mは(12)式により表され、行列y”は(13)式に
より表され、行列Lは(14)式により表され、行列K
は(15)式により表され、行列fDの各要素は(1
6)式により表される。
The expression (11) is a matrix expression. The matrix M is expressed by the expression (12), the matrix y ″ is expressed by the expression (13), the matrix L is expressed by the expression (14), and the matrix K is expressed.
Is expressed by equation (15), and each element of the matrix f D is (1
It is expressed by the equation 6).

【0067】また、上記(13)式、(16)式、(1
7)式における「T」は転置行列であることを表し、
(15)式における「diag」は対角行列であること
を表している。
Further, the above equations (13), (16), (1
“T” in the expression (7) represents a transposed matrix,
“Diag” in Expression (15) represents that it is a diagonal matrix.

【0068】ここで、運動方程式(11)式に含まれる
行列Kの各要素ki(yi)(i=1,2,3)、および
行列fD の各要素fDi(yi)(i=1,2,3)は、
前記電磁石の非線形な力学特性に基づき定まるものであ
る。そして、(11)式に示されるように、浮上テーブ
ル1の位置を制御するために出力するべき制御信号v
i は、上記ki(yi)、fDi(yi)との関係で決ま
る。そして、このki(yi)、fDi(yi)は、基本関
数の線形結合によって表現することができる。
Here, each element k i (y i ) (i = 1, 2, 3) of the matrix K included in the equation of motion (11) and each element f Di (y i ) (of the matrix f D i = 1,2,3) is
It is determined based on the nonlinear mechanical characteristics of the electromagnet. Then, as shown in the equation (11), the control signal v to be output for controlling the position of the floating table 1
i is determined by the relationship with the above k i (y i ) and f Di (y i ). Then, k i (y i ) and f Di (y i ) can be expressed by a linear combination of basic functions.

【0069】図3に、基本関数の例を示す。図3は、基
本関数の一例であり、前記電磁石の非線形な特性の表現
に用いることができる基底関数φj(yi)のセットを示
している。この図3において、横軸は電磁石のギャップ
に対応するテーブルの位置yi(i=1,2,3) に対
応し、縦軸は関数φj(yi)(j=1,2,3,4,
5,6)の関数値に対応している。
FIG. 3 shows an example of the basic function. FIG. 3 is an example of the basic functions, and shows a set of basis functions φ j (y i ) that can be used to express the nonlinear characteristics of the electromagnet. In FIG. 3, the horizontal axis corresponds to the table position y i (i = 1, 2, 3) corresponding to the electromagnet gap, and the vertical axis corresponds to the function φ j (y i ) (j = 1, 2, 3). , 4,
It corresponds to the function values of 5, 6).

【0070】図3に示されるφj(yi)は、(18)式
により表される。
Φ j (y i ) shown in FIG. 3 is expressed by equation (18).

【0071】[0071]

【数18】 [Equation 18]

【0072】図3に示されるように、また、(18)式
により、φj(yi)は、各θjを中心とした分布をなす
関数であり、φj(yi)の広がりは(18)式における
σによって決まる。
As shown in FIG. 3, according to the equation (18), φ j (y i ) is a function having a distribution centered on each θ j , and the spread of φ j (y i ) is It is determined by σ in the equation (18).

【0073】そして、本発明の位置決め装置にあって
は、上記ki(yi)、fDi(yi)が、(19)式、
(20)式により表され得るとの推定に基づき、後に詳
しく説明するように、(19)式の係数wij Kの推定値
ij K* の修正を繰り返すことによるki(yi)の推定
値ki *(yi)の修正によって、また、(20)式の係
数wij Dの推定値wij D*の修正を繰り返ことによるfDi
(yi)の推定値fDi *(yi)の修正によって、電磁石
の力学特性を正確に反映するki(yi)、fDi(yi
の推定値ki *(yi)、fDi *(yi)を最終的に得るこ
とができるように構成されている。
In the positioning device of the present invention, the above k i (y i ) and f Di (y i ) are expressed by the equation (19),
Based on the estimation that it can be expressed by equation (20), as will be described in detail later, k i (y i ) of k i (y i ) can be obtained by repeating correction of the estimated value w ij K * of coefficient w ij K of equation (19). F Di by revising the estimated value k i * (y i ) and by revising the estimated value w ij D * of the coefficient w ij D in equation (20).
The estimated value f Di * (y i) modification of (y i), k i ( y i) accurately reflect the mechanical properties of the electromagnet, f Di (y i)
The estimated values of k i * (y i ) and f Di * (y i ) can be finally obtained.

【0074】[0074]

【数19】 [Formula 19]

【0075】[0075]

【数20】 [Equation 20]

【0076】なお、上記wij K* 等に付される「*」
は、これが付されるパラメーターが推定値であることを
意味する。
[ * ] Attached to the above w ij K * etc.
Means that the parameter to which it is attached is an estimate.

【0077】また、本発明の位置決め装置は、前記(1
1)式の要素として含まれる慣性モーメントIzおよび
重心位置(XG,YG)についても、後に詳しく説明する
ように、Izおよび重心位置(XG,YG)の推定値Iz
*、(XG *,YG *) の修正を繰り返すことにより、電磁
石の浮上テーブル1に対する正確な力学特性に基づいて
定まるIzおよび重心位置(XG,YG)の推定値I
*、(XG *,YG *)を最終的に得ることができるよう
に構成されている。
Further, the positioning device of the present invention has the above-mentioned (1
1) the moment of inertia Iz and the barycentric position is included as an element of (X G, the even Y G), as described in detail later, the estimate of Iz and the gravity center position (X G, Y G) Iz
By repeating the corrections of * , (X G * , Y G * ), Iz and the estimated value I of the center of gravity position (X G , Y G ) are determined based on the accurate mechanical characteristics of the electromagnet with respect to the levitation table 1.
z * , (X G * , Y G * ) is finally obtained.

【0078】次に、上記電磁石を制御するコントローラ
16について、全体のブロック図を示す図4に基づいて
説明する。このコントローラ16として、パーソナルコ
ンピュータを用いることができる。
Next, the controller 16 for controlling the electromagnet will be described with reference to FIG. 4 showing an overall block diagram. A personal computer can be used as the controller 16.

【0079】コントローラ16は第一I/O部17を備
えており、前記変位センサにより検出された浮上テーブ
ル1の位置が、第一I/O部17を介してコントローラ
16に入力され、後に説明する第二記憶部21に位置デ
ータyi(i=1,2,3)として格納されるようにな
っている。また、コントローラ16は第二I/O部18
を備えており、後に説明する位置決め制御ルーチンによ
り演算される制御信号vi(i=1,2,3)が第二I
/O部18を介して前記増幅器15に出力されるように
なっている。
The controller 16 has a first I / O section 17, and the position of the floating table 1 detected by the displacement sensor is input to the controller 16 via the first I / O section 17, which will be described later. The position data y i (i = 1, 2, 3) is stored in the second storage unit 21. In addition, the controller 16 uses the second I / O unit 18
And the control signal v i (i = 1, 2, 3) calculated by the positioning control routine described later is the second I
The signal is output to the amplifier 15 via the / O section 18.

【0080】そして、コントローラ16は、演算部19
と第一記憶部20と第二記憶部21とを備えている。
Then, the controller 16 has the arithmetic unit 19
And a first storage unit 20 and a second storage unit 21.

【0081】演算部19は位置決め制御ルーチンの実行
に伴う各種の演算を行う。第一記憶部20には、後に説
明する図5、図6に処理手順が示される位置決め制御ル
ーチン、および浮上テーブル1を空中に浮上させるため
の浮上プログラムが格納されている。第二記憶部21に
は、位置決め制御ルーチンの実行に伴う各種のパラメー
タ等を格納するための領域が形成されている。即ち、図
4に示されるように、位置データ領域21aと、非線形
パラメータ領域21bと、目標軌道データ領域21cと
が形成されている。
The calculation unit 19 performs various calculations associated with the execution of the positioning control routine. The first storage unit 20 stores a positioning control routine whose processing procedure is shown in FIGS. 5 and 6, which will be described later, and a floating program for floating the floating table 1 in the air. The second storage unit 21 has an area for storing various parameters associated with the execution of the positioning control routine. That is, as shown in FIG. 4, a position data area 21a, a non-linear parameter area 21b, and a target trajectory data area 21c are formed.

【0082】位置データ領域21aには、変位センサに
より検出された浮上テーブル1の位置yi(i=1,
2,3)が格納される。非線形パラメータ領域21bに
は、前記力学特性に対応するパラメータであるki *(y
i)、wij K*が格納される。
In the position data area 21a, the position y i of the levitation table 1 detected by the displacement sensor (i = 1, i = 1,
2, 3) are stored. In the non-linear parameter area 21b, there are k i * (y
i ) and w ij K * are stored.

【0083】また、非線形パラメータ領域21bには、
前記力学特性に対応するパラメータであるf
Di *(yi)、wij D*が格納される。また、非線形パラメ
ータ領域21bには、微分ゲインkdi(yi)や比例ゲ
インkpi(yi)、前記fDi *(yi)に基づいて求めら
れる外力消去項uBi(yi)も格納される。また、非線
形パラメータ領域21bには、前記基底関数φj(yi
を表す定数データであるσやθj(j=1,2,3,
4,5,6)も格納される。
Further, in the nonlinear parameter area 21b,
F which is a parameter corresponding to the mechanical characteristics
Di * (y i ) and w ij D * are stored. In the nonlinear parameter region 21b, the differential gain k di (y i ) and the proportional gain k pi (y i ) and the external force elimination term u Bi (y i ) obtained based on the f Di * (y i ) are also included. Is stored. In the nonlinear parameter area 21b, the basis function φ j (y i )
Σ and θ j (j = 1, 2, 3, 3, which are constant data representing
4, 5, 6) are also stored.

【0084】また、非線形パラメータ領域21bには、
慣性パラメータである慣性モーメントの推定値I* Zやテ
ーブル1の重心位置の推定値(X* G,Y* G)、また、こ
れらのパラメータを求めるための係数wO I*、wO X*、w
O Y*も格納される。また、非線形パラメータ領域21b
には、定数データである係数a、b、c、αK、αD、α
I、αX、αY 、および初期データWK0、WD0、W
I0、WX0、WY0、JI0、JX0、JY0が格納
されている。また、浮上テーブルの初期位置データYD
i(i=1,2,3)や、該YDiに基づいて求められる
初期データVDi(i=1,2,3)も非線形パラメー
タ領域21bに格納される。
Further, in the non-linear parameter area 21b,
I estimate I * Z and the estimated value of the center-of-gravity position of the table 1 the moment of inertia is the inertia parameter (X * G, Y * G ), The coefficient for determining these parameters w O I *, w O X * , W
O Y * is also stored. In addition, the nonlinear parameter region 21b
Are coefficients a, b, c, α K , α D , and α that are constant data.
I , α X , α Y , and initial data WK0, WD0, W
I0, WX0, WY0, JI0, JX0, and JY0 are stored. Also, the initial position data YD of the floating table
i (i = 1, 2, 3) and initial data VD i (i = 1, 2, 3) obtained based on the YD i are also stored in the non-linear parameter area 21b.

【0085】また、非線形パラメータ領域21bには、
浮上テーブル1の位置yiと目標位置yMiとの誤差
i 、および該誤差ei に基づいて求められる拡張誤
差εiが格納されている(i=1,2,3)。
Further, in the non-linear parameter area 21b,
Error e i, and extended error epsilon i obtained based on said error e i between the position y i and the target position y Mi of floating table 1 is stored (i = 1,2,3).

【0086】目標軌道データ領域21cには、浮上テー
ブル1の位置決めの目標位置に基づく目標軌道のデータ
が格納されている。この目標軌道のデータは、以下のよ
うに格納されている。即ち、変位センサにより検出され
る浮上テーブル1の三つの位置に対応させた位置yM1
M2,yM3が、一回移動することによる位置決めの目標
位置の1セットとして格納されている。また、目標軌道
にかかるデータとして、その時間による一階の微分係数
M1’,yM2’,yM3’、および二回の微分係数
M1”,yM2”,yM3”についても1セットとして格納
されている。また、浮上テーブル1のX軸方向に沿った
加速度のデータXM”、Y軸方向に沿った加速度のデー
タYM”、および浮上テーブル1の角加速度θM”のデー
タについても1セットとして格納されている。
The target trajectory data area 21c stores data of the target trajectory based on the target position for positioning the levitation table 1. The data of this target trajectory is stored as follows. That is, the position y M1 corresponding to the three positions of the floating table 1 detected by the displacement sensor,
y M2 and y M3 are stored as one set of target positions for positioning by moving once. Also, as the data on the target trajectory, one set of the first-order differential coefficients y M1 ', y M2 ', y M3 'and the second-time differential coefficients y M1 ", y M2 ", y M3 "is set. Further, the acceleration data X M ″ along the X-axis direction of the levitation table 1, the acceleration data Y M ″ along the Y-axis direction, and the angular acceleration θ M ″ of the levitation table 1 are stored. Is also stored as one set.

【0087】即ち、目標軌道のデータとして、[yM1
M2,yM3,yM1’,yM2’,yM3’,yM1”,
M2”,yM3”,XM”,YM”,θM”]を1セットと
している。そして、目標軌道上の全ての目標位置につい
ての上記1セットが、浮上テーブル1を順次に位置決め
しようとする目標位置の順序に従って格納されている。
そして、後に説明する位置決め制御ルーチンの実行にお
いては、位置決め変数imに設定される数値に応じて、
位置決めしようとする目標位置の順序に従って上記1セ
ットずつ順次に読み込まれるようになっている。また、
この目標軌道データ領域21cには、前記位置決めの目
標位置の数CM も格納されている。
That is, as the data of the target trajectory, [y M1 ,
y M2 , y M3 , y M1 ', y M2 ', y M3 ', y M1 ",
y M2 ″, y M3 ″, X M ″, Y M ″, θ M ″] is set as one set, and the above one set for all target positions on the target trajectory sequentially positions the levitation table 1. It is stored according to the order of target positions to be tried.
Then, in the execution of the positioning control routine described later, according to the numerical value set in the positioning variable im,
The sets are sequentially read one by one according to the order of the target position to be positioned. Also,
The target trajectory data area 21c also stores the number C M of the positioning target positions.

【0088】なお、前記目標軌道の1セットについて、
後に説明する入力装置22により目標位置yM1,yM2
M3のみを入力し、微分係数として表される他のデータ
については、入力された目標位置に基づく数値演算によ
り求めることもできる。かかる数値演算により微分係数
を求める場合には、コントローラ16が位置決め制御ル
ーチンを実行するサンプリングレートの一周期に対応す
る時間幅Δtによる近似計算を用いることができる。
For one set of the target trajectories,
By using the input device 22 described later, target positions y M1 , y M2 ,
It is also possible to input only y M3 and obtain other data expressed as a differential coefficient by a numerical operation based on the input target position. When obtaining the differential coefficient by such a numerical operation, an approximate calculation by the time width Δt corresponding to one cycle of the sampling rate at which the controller 16 executes the positioning control routine can be used.

【0089】また、コントローラ16には前記目標軌道
データを入力するための入力装置22が備わっている。
即ち、入力装置22の操作を介して目標軌道データが前
記第二記憶部21に格納されるようになっている。入力
装置22として、キーボードの操作を介して目標軌道デ
ータを入力する構成とすることもできる。また、入力装
置としてフロッピィディスクドライブを備えることによ
り、フロッピィディスクに記憶された目標軌道データを
入力する構成とするのであってもよい。また、その他に
もハードディスク等の外部の記憶媒体より、コントロー
ラ16に目標軌道データを入力できるようにするのであ
ってもよい。
The controller 16 is also provided with an input device 22 for inputting the target trajectory data.
That is, the target trajectory data is stored in the second storage unit 21 through the operation of the input device 22. The input device 22 may be configured to input the target trajectory data via a keyboard operation. Alternatively, a floppy disk drive may be provided as an input device to input the target trajectory data stored in the floppy disk. Alternatively, the target trajectory data may be input to the controller 16 from an external storage medium such as a hard disk.

【0090】上記構成において、磁気浮上体の位置決め
装置の動作について説明する。コントローラ16により
浮上プログラムを実行し浮上テーブル1を空中に浮上さ
せる。そして、テーブル1が浮上して静止している位置
i が検出され、浮上テーブル1の初期位置データY
i(i=1,2,3)として格納される。
The operation of the positioning device for the magnetic levitation in the above structure will be described. The controller 16 executes the levitation program to levitate the levitation table 1 in the air. Then, the position y i at which the table 1 floats and stands still is detected, and the initial position data Y of the floating table 1 is detected.
It is stored as D i (i = 1, 2, 3).

【0091】そして、この後に、図5、図6に示される
位置決め制御ルーチンが実行される。
After this, the positioning control routine shown in FIGS. 5 and 6 is executed.

【0092】まず、位置決め変数imが1に設定され
(S1)、浮上テーブル1の最初の位置決めにかかる目
標軌道のデータの1セットが読み込まれる(S2)。次
に、行列J* の要素が設定される(S3)。
First, the positioning variable im is set to 1 (S1), and one set of data of the target trajectory for the first positioning of the levitation table 1 is read (S2). Next, the elements of the matrix J * are set (S3).

【0093】この行列J* は、(21)式、(22)式
により求められる。
This matrix J * is obtained by the equations (21) and (22).

【0094】[0094]

【数21】 [Equation 21]

【0095】[0095]

【数22】 [Equation 22]

【0096】ここで、位置決め変数imが1である場合
には、J* に含まれる要素のうち、前記IZ *について
は初期データJI0が設定され、前記XG *については初
期データJX0が設定され、前記YG * についてはJY
0が設定される。
Here, when the positioning variable im is 1, among the elements included in J * , the initial data JI0 is set for the I Z * and the initial data JX0 is set for the X G *. JY for the above Y G *
0 is set.

【0097】次に、指令位置uiが求められる(S
4)。指令位置ui は(23)式に基づいて求められ
る。
Next, the commanded position u i is obtained (S
4). The command position u i is obtained based on the equation (23).

【0098】[0098]

【数23】 [Equation 23]

【0099】(23)式におけるuは指令位置ui(i
=1,2,3)を要素とする三行一列の行列を表してお
り、即ち、ui は行列uの要素として求められる。ま
た、(23)式におけるyM”、yM’、yMは、各々に
Mi”、yMi’、yMi(i=1,2,3)を要素とする
三行一列の行列を表している。また、(23)式におけ
るa、b、cは定数データである。
U in the equation (23) is the command position u i (i
= 1, 2, 3) as an element, a matrix with three rows and one column is represented, that is, u i is obtained as an element of the matrix u. Further, y M ″, y M ′, and y M in the equation (23) are three-row, one-column matrices each having y Mi ″, y Mi ′, y Mi (i = 1, 2, 3) as elements It represents. Moreover, a, b, and c in the equation (23) are constant data.

【0100】また、電磁石が一組である場合には、指令
位置u1 は(24)式により求められる。
When the electromagnet is a set, the commanded position u 1 is calculated by the equation (24).

【0101】[0101]

【数24】 [Equation 24]

【0102】次に、電磁石の力学特性に対応するパラメ
ータであるki *(yi)、fDi *(yi)が求められる
(S5)。ki *(yi)は(25)式により表され、f
Di *(yi)は(26)式により表される。
Next, parameters k i * (y i ) and f Di * (y i ) corresponding to the mechanical characteristics of the electromagnet are obtained (S5). k i * (y i ) is represented by the equation (25), and f
Di * (y i ) is represented by the equation (26).

【0103】[0103]

【数25】 [Equation 25]

【0104】[0104]

【数26】 [Equation 26]

【0105】ここで、位置決め変数imが1である場合
には、wij K*の各要素には初期データWK0が設定さ
れ、また、wij D の各要素には初期データWD0が設定
される。
Here, when the positioning variable im is 1, initial data WK0 is set in each element of w ij K * , and initial data WD0 is set in each element of w ij D. .

【0106】次に、ゲインパラメータである微分ゲイン
di(yi)、比例ゲインkpi(yi)が求められ、ま
た、外力消去項uBi が求められる(S6)。微分ゲイ
ンkdi(yi)は(27)式により表され、比例ゲイン
pi(yi)は(28)式により表され、外力消去項u
Biは(29)式により表される。
Then, the differential gain k di (y i ) and the proportional gain k pi (y i ) which are gain parameters are obtained, and the external force elimination term u Bi is obtained (S6). The differential gain k di (y i ) is expressed by the equation (27), the proportional gain k pi (y i ) is expressed by the equation (28), and the external force elimination term u
Bi is expressed by equation (29).

【0107】[0107]

【数27】 [Equation 27]

【0108】[0108]

【数28】 [Equation 28]

【0109】[0109]

【数29】 [Equation 29]

【0110】次に、制御信号vi が求められる(S
7)。制御信号vi は(30)式により表される。
Next, the control signal v i is obtained (S
7). The control signal v i is represented by the equation (30).

【0111】[0111]

【数30】 [Equation 30]

【0112】(30)式において、制御信号viは、フ
ィードバック制御則に従って求められる。かかる制御信
号viが前記増幅器15に出力されると、該信号viに対
応する電圧が電磁石に出力され、電磁石の電磁力によっ
て浮上テーブル1が移動する。
In the equation (30), the control signal v i is obtained according to the feedback control law. When the control signal v i is output to the amplifier 15, a voltage corresponding to the signal v i is output to the electromagnet, and the levitation table 1 moves by the electromagnetic force of the electromagnet.

【0113】次に、浮上テーブル1の位置yiが検出さ
れ(S8)、S2で読み込まれた目標軌道のデータのう
ちの目標位置との差が誤差eiとして求められる(S
9)。誤差eiは(31)式で表される。
Next, the position y i of the floating table 1 is detected (S8), and the difference from the target position in the data of the target trajectory read in S2 is obtained as an error e i (S8).
9). The error e i is expressed by equation (31).

【0114】[0114]

【数31】 [Equation 31]

【0115】次に、拡張誤差εiが求められる(S1
0)。拡張誤差εiは(32)式により求められる。
Next, the expansion error ε i is obtained (S1
0). The expansion error ε i is obtained by the equation (32).

【0116】[0116]

【数32】 [Equation 32]

【0117】次に、ゲインパラメータである微分ゲイン
di(yi)と比例ゲインkpi(yi)を修正するための
ゲイン修正因子と外力消去項を修正するための外力消去
項修正因子が求められる(S11)。
Next, there are a gain correction factor for correcting the differential gain k di (y i ) and a proportional gain k pi (y i ) which are gain parameters, and an external force elimination term correction factor for correcting the external force elimination term. Required (S11).

【0118】ゲイン修正因子は(33)式により表され
る。
The gain correction factor is expressed by equation (33).

【0119】[0119]

【数33】 [Expression 33]

【0120】(33)式に示されるように、ゲイン修正
因子は、係数wij K*の時間による一階の微分係数
ij K*’が、第一修正因子である前記拡張誤差εiと基
底関数φj(yi)と修正信号因子vFBiとによって与え
られる。S11において、位置決め変数がim>1であ
る場合における(33)式の修正信号因子vFBiとし
て、先に得られた位置決め変数(im−1)における信
号viが設定される。S11において、位置決め変数i
mが1である場合には、修正信号因子vFBi は、初期デ
ータWK0、WD0を用いて(34)式により求められ
る。
[0120] (33) As shown in equation gain correction factor, coefficient w ij K * first floor with time of the derivative w ij K * 'are the the extended error epsilon i is the first modification factor It is given by the basis function φ j (y i ) and the modified signal factor v FBi . In S11, the signal v i in the previously obtained positioning variable (im-1) is set as the correction signal factor v FBi in the equation (33) when the positioning variable is im> 1. In S11, the positioning variable i
When m is 1, the modified signal factor v FBi is obtained by the equation (34) using the initial data WK0 and WD0.

【0121】[0121]

【数34】 [Equation 34]

【0122】(34)式におけるyi(i=1,2,
3)には初期位置データYDi(i=1,2,3)が設
定される。また、(34)式におけるyi’(i=1,
2,3)には0が設定される。そして、かかる(34)
式のvFBiは、初期データVDi(i=1,2,3)とさ
れる。
Y i (i = 1, 2,
Initial position data YD i (i = 1, 2, 3) is set in 3). In addition, y i '(i = 1, 1 in the equation (34)
0 is set in 2, 3). And it takes (34)
The expression v FBi is the initial data VD i (i = 1, 2, 3).

【0123】外力消去項修正因子は(35)式により表
される。
The external force elimination term correction factor is expressed by equation (35).

【0124】[0124]

【数35】 [Equation 35]

【0125】(35)式に示されるように、外力消去項
修正因子は、係数wij D*の時間による一階の微分係数w
ij D*’が、第一修正因子である前記拡張誤差εiと基底
関数φj(yi)とによって与えられる。
As shown in the equation (35), the external force elimination term correction factor is the first-order derivative w of the coefficient w ij D * with respect to time.
ij D * 'is given by the expansion error ε i which is the first correction factor and the basis function φ j (y i ).

【0126】次に、S5における係数wij K*、wij D*
修正される(S12)。S12における修正は(36)
式、(37)式により表される。
Next, the coefficients w ij K * and w ij D * in S5 are modified (S12). The correction in S12 is (36)
Expression 37 is expressed by Expression (37).

【0127】[0127]

【数36】 [Equation 36]

【0128】[0128]

【数37】 [Equation 37]

【0129】なお、(36)式、(37)式におけるΔ
tについて、コントローラ16のサンプリングレートの
一周期に対応する時間幅を用いることができる。
In the equations (36) and (37), Δ
For t, a time width corresponding to one cycle of the sampling rate of the controller 16 can be used.

【0130】次に、慣性パラメータである慣性モーメン
トIZ *を修正するための慣性モーメント修正因子と、慣
性パラメーターである重心位置(XG *,YG *)を修正す
るための重心位置修正因子とが求められる(S13)。
慣性モーメント修正因子は(38)式により表され、重
心位置修正因子は(39)式、(40)式により表され
る。
Next, an inertia moment correction factor for correcting the inertia moment I Z * which is an inertia parameter and a center of gravity position correction factor for correcting the center of gravity position (X G * , Y G * ) which is an inertia parameter. Are required (S13).
The inertia moment correction factor is expressed by the equation (38), and the center-of-gravity position correction factor is expressed by the equations (39) and (40).

【0131】[0131]

【数38】 [Equation 38]

【0132】[0132]

【数39】 [Formula 39]

【0133】[0133]

【数40】 [Formula 40]

【0134】(38)式に示されるように、慣性モーメ
ント修正因子は、係数wO I*の時間による一階の微分係
数wO I*’が、前記拡張誤差より求まる第二修正因子
(ε1−ε2)と目標軌道にかかる角加速度θM”とによ
って与えられる。また、(39)式、(40)式に示さ
れるように、重心位置修正因子は、係数wO X*の時間に
よる一階の微分係数wO X*’が前記拡張誤差より求まる
第二修正因子(ε1−ε2)と目標軌道にかかる加速度Y
M”とによって与えられ、係数wO Y*の時間による一階の
微分係数wO Y*’が前記拡張誤差より求まる第二修正因
子(ε1−ε2)と目標軌道にかかる加速度XM”とによ
って与えられる。
As shown in the equation (38), the moment of inertia correction factor is the second correction factor (ε) where the first-order differential coefficient w O I * 'of the coefficient w O I * with time is obtained from the expansion error. 1 −ε 2 ) and the angular acceleration θ M ″ applied to the target trajectory. Further, as shown in the equations (39) and (40), the center-of-gravity position correction factor is the time of the coefficient w OX * . The second correction factor (ε 1 −ε 2 ) obtained from the expansion error and the first-order differential coefficient w OX * 'according to
M ″ and the second-order correction factor (ε 1 −ε 2 ) obtained by the first-order differential coefficient w O Y * 'of the coefficient w O Y * with time and the acceleration X M applied to the target trajectory. Given by.

【0135】次に、係数wO I* 、wO X* 、wO Y* が、
(41)式、(42)式、(43)式により求められ、
修正される(S14)。
Next, the coefficients w O I * , w O X * , and w O Y * are
Equation (41), Equation (42), Equation (43)
It is corrected (S14).

【0136】[0136]

【数41】 [Formula 41]

【0137】[0137]

【数42】 [Equation 42]

【0138】[0138]

【数43】 [Equation 43]

【0139】S14において、位置決め変数imが1で
ある場合には、修正前のwO I* には初期データWI0が
設定され、修正前のwO X* には初期データWX0が設定
され、修正前のwO Y* には初期データWY0が設定され
る。
In S14, when the positioning variable im is 1, the initial data WI0 is set to the uncorrected w O I * and the initial data WX0 is set to the uncorrected w O X *. Initial data WY0 is set in the previous w O Y * .

【0140】次に、慣性モーメントIZ *、重心位置(X
G *,YG *)が、(44)式、(45)式、(46)式に
より求められ、修正される(S15)。
Next, the moment of inertia I Z * and the position of the center of gravity (X
G *, Y G *) is, equation (44), (45) formula, obtained by the expression (46), is modified (S15).

【0141】[0141]

【数44】 [Equation 44]

【0142】[0142]

【数45】 [Equation 45]

【0143】[0143]

【数46】 [Equation 46]

【0144】なお、S15において求められたIZ *
(XG *,YG *)は、後に説明するようにS2以降が再実
行される場合に、S3において行列J*の要素として設
定される。
I Z * obtained in S15,
(X G * , Y G * ) is set as an element of the matrix J * in S3 when S2 and subsequent steps are re-executed as described later.

【0145】次に、位置決め変数imがCMに等しくない
場合には(S16、N)、imに1が追加され(S1
7)、上記S2から再実行される。
Next, when the positioning variable im is not equal to C M (S16, N), 1 is added to im (S1).
7) The process is re-executed from S2.

【0146】また、上記S17において、位置決め変数
imがCMに等しい場合には(S16、Y)、目標軌道に
かかる全ての目標位置の移動を終了したことが判断さ
れ、位置決め制御ルーチンは終了する(S18)。
Further, in S17, the positioning variable
im is the equal to C M is determined that (S16, Y), and ends the transfer of all of the target position according to the target trajectory, position control routine ends (S18).

【0147】以上に説明したように、本発明の磁気浮上
体の位置決め装置によると、浮上テーブル1を、二次元
の平面内において、目標軌道に沿って順次に移動させつ
つ位置決めすることができる。また、X軸方向に沿って
配設される二組の電磁石と、Y軸方向に沿って配設され
る一組の電磁石とを備え、浮上テーブル1の重心と慣性
モーメントとを求めることによって、かかる三組の電磁
石を制御するので、浮上テーブル1の回転を抑制するこ
とができ、浮上テーブル1を高精度に位置決めすること
ができる。
As described above, according to the positioning device for a magnetic levitation body of the present invention, the levitation table 1 can be positioned in a two-dimensional plane while sequentially moving along a target trajectory. Further, by including two sets of electromagnets arranged along the X-axis direction and one set of electromagnets arranged along the Y-axis direction, the center of gravity and the moment of inertia of the levitation table 1 are obtained. Since the three sets of electromagnets are controlled, rotation of the levitation table 1 can be suppressed, and the levitation table 1 can be positioned with high accuracy.

【0148】また、上記位置決め制御ルーチンのうち、
制御信号viを求める演算処理(S7)とテーブルの位
置を検出する処理(S8)とが分散処理される構成とす
ることもできる。即ち、上記コントローラ16につい
て、前記演算部19を第一演算部とし、第一演算部より
高速処理が可能な特に図示しない分散処理用の第二演算
部を備える構成とする。そして、上記位置決め制御ルー
チンについて、S7とS8の手順と、該手順以外の各パ
ラメータの修正にかかる処理手順の部分とを並行して処
理できるようにする。そして、S8により検出されたテ
ーブルの位置をS7に直接にフィードバックする処理手
順を構成し、かかる処理手順の部分が前記第二演算部に
より処理されるようにする。そして、各パラメータの修
正にかかる演算処理を第一演算部により1回行う間に、
前記S8よりS7にフィードバックされる処理手順を第
二演算部により複数回実行させる。そして、該複数回に
わたって検出されたテーブルの位置の信号yiに対する
フィルタリング処理を行うようにする。これにより、信
号yiよりノイズ成分を除去することができるので、電
磁石に対して出力される信号vi の精度を高めること
ができ、電磁石に対する制御をより高精度に行うことが
でき、位置決めの精度をより高めることができる。この
フィルタリング処理の例として、複数回にわたって得ら
れた信号の平均値を求める平均値処理がある。
Of the above positioning control routine,
The arithmetic processing (S7) for obtaining the control signal v i and the processing (S8) for detecting the position of the table may be distributed. That is, in the controller 16, the arithmetic unit 19 is used as a first arithmetic unit, and a second arithmetic unit for distributed processing (not shown) that can perform higher-speed processing than the first arithmetic unit is provided. Then, with respect to the positioning control routine, the steps S7 and S8 and the part of the processing procedure related to the modification of each parameter other than the procedure can be processed in parallel. Then, a processing procedure for directly feeding back the position of the table detected in S8 to S7 is configured, and the portion of this processing procedure is processed by the second computing unit. Then, while the calculation processing for correcting each parameter is performed once by the first calculation unit,
The processing procedure fed back from S8 to S7 is executed a plurality of times by the second arithmetic unit. Then, the filtering processing is performed on the signal y i at the position of the table detected a plurality of times. As a result, the noise component can be removed from the signal y i, so that the accuracy of the signal v i output to the electromagnet can be increased, the control on the electromagnet can be performed with higher accuracy, and the positioning can be performed. The accuracy can be further increased. As an example of this filtering process, there is an average value process for obtaining an average value of signals obtained a plurality of times.

【0149】また、このように分散処理する構成とする
と、演算処理の分散を図ることにより、コントローラ1
6が一つの演算部を備える場合に比べ、各演算処理装置
単体の演算負荷を軽減することができる。これにより、
位置決め装置を構成するにあたり、製造コストを軽減す
ることもできる。
Further, if the distributed processing is configured as described above, the controller 1 can be realized by distributing the arithmetic processing.
As compared with the case where 6 has one arithmetic unit, the arithmetic load of each arithmetic processing unit can be reduced. This allows
Manufacturing cost can also be reduced when configuring the positioning device.

【0150】[0150]

【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。実
施例として、実施の形態で説明したのと同様に磁気浮上
体の位置置決め装置を構成した。即ち、実施の形態で説
明したように、電磁石を三組備える構成とし、コントロ
ーラ16により浮上テーブル1について三自由度の制御
を行える構成とした。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. As an example, a magnetic levitation device positioning device was constructed in the same manner as described in the embodiment. That is, as described in the embodiment, the configuration is such that three sets of electromagnets are provided and the controller 16 can control the levitation table 1 in three degrees of freedom.

【0151】実施例に用いた定数データを表1に示す。Table 1 shows the constant data used in the examples.

【0152】[0152]

【表1】 [Table 1]

【0153】表1に示される以外の定数について、初期
データについては、WI0を0.45に設定し、WX0
とWY0を0に設定し、WD0の全ての要素を0に設定
し、WK0の全ての要素を400に設定した。また、J
I0、JX0、JY0については、WI0とWX0とW
Y0と後に説明するテーブル1の質量mや寸法等の条件
より求めた数値を設定した。
For constants other than those shown in Table 1, WI0 is set to 0.45 and WX0 is set for initial data.
And WY0 were set to 0, all elements of WD0 were set to 0, and all elements of WK0 were set to 400. Also, J
For I0, JX0, and JY0, WI0, WX0, and W
Numerical values obtained from Y0 and conditions such as the mass m and dimensions of the table 1 described later were set.

【0154】基底関数については、6つの基底関数を用
い(n=6)、全ての基底関数について、その広がりを
決める定数σを6.0に設定した。そして、基底関数の
中心θjについて、テーブル1の最大移動距離より大き
い2mmの距離を6等分することに基づく位置とする設
定とした。
Six basis functions were used as the basis functions (n = 6), and a constant σ that determines the spread of all basis functions was set to 6.0. Then, the center θ j of the basis function is set to a position based on dividing a distance of 2 mm, which is larger than the maximum movement distance of the table 1, into six equal parts.

【0155】浮上テーブル1として、1辺の寸法が80
mmの正方形の形状からなり、厚さが2mmの板状に形
成される質量0.15kgの鉄板を用いた。コントロー
ラ16として、パーソナルコンピュータ(i486,c
lock20MHz)を用い、100Hzでサンプリン
グを行った。また、この実施例にあっては、前記分散処
理を行う構成とした。そして、分散処理用の演算装置と
してディジタルシグナルプロセッサー(DSP;TMS
320C30、clock33MHz)を用い、該DS
Pボードをパーソナルコンピュータに搭載して用いた。
このDSPは、そのサンプリングを5kHzとし、パー
ソナルコンピュータのCPUが1回サンプリングする間
に、DSPにより50回サンプリングできるようにし
た。そして、前記制御信号vi(i=1,2,3)を求
めるにあたり、フィルタリング処理を行ったが、フィル
タリング処理としてyi(i=1,2,3)に対する5
0回の平均値処理を行った。
As the floating table 1, the size of one side is 80
An iron plate having a mass of 0.15 kg and having a square shape of 2 mm and a thickness of 2 mm was used. As the controller 16, a personal computer (i486, c
lock 20 MHz) and sampling was performed at 100 Hz. In addition, in this embodiment, the distributed processing is performed. A digital signal processor (DSP; TMS) is used as an arithmetic unit for distributed processing.
320C30, clock33MHz)
The P board was used by mounting it on a personal computer.
This DSP has a sampling frequency of 5 kHz, and the CPU of the personal computer can perform sampling 50 times by the DSP while sampling once. Then, in obtaining the control signal v i (i = 1, 2, 3), a filtering process was performed. As a filtering process, 5 for y i (i = 1, 2, 3) was used.
The average value treatment was performed 0 times.

【0156】そして、目標軌道として図7の点線に示さ
れる軌道30を与えた。即ち、図7に示されるように、
XY平面内において、1辺が1mmの正方形の周回に沿
う軌道を目標軌道として与えた。また、図7に示される
目標軌道において、400点からなる位置決めの目標位
置を設定した。なお、図7に示されるXY座標系で表さ
れる目標軌道の各位置は、前記(10)式により、前記
変位センサにより検出される位置に対応する目標軌道の
位置に変換することができる。
Then, the trajectory 30 shown by the dotted line in FIG. 7 was given as the target trajectory. That is, as shown in FIG.
In the XY plane, a trajectory along a circle of a square having one side of 1 mm was given as a target trajectory. Further, on the target trajectory shown in FIG. 7, a positioning target position consisting of 400 points was set. It should be noted that each position of the target trajectory represented by the XY coordinate system shown in FIG. 7 can be converted into the position of the target trajectory corresponding to the position detected by the displacement sensor by the equation (10).

【0157】浮上テーブル1の位置決めを行った結果を
図8に示す。図8に示される軌道31は実施例にかかる
軌道である。即ち、本発明の位置決め装置により、上記
電磁石の力学特性に基づく各パラメータの修正が行われ
た後の浮上テーブル1の軌道を示している。一方、図8
に示される軌道32は、比較例であり、前記各パラメー
タの修正を行わずに位置決めした場合における浮上テー
ブル1の軌道の一例である。
The result of positioning the floating table 1 is shown in FIG. The track 31 shown in FIG. 8 is a track according to the embodiment. That is, it shows the trajectory of the levitation table 1 after the parameters of the electromagnet have been corrected by the positioning apparatus of the present invention. On the other hand, FIG.
Is a comparative example, and is an example of the trajectory of the levitation table 1 when positioning is performed without modifying the above parameters.

【0158】図8から判るように、本発明の位置決め装
置によれば、前記パラメータの修正を行うことにより、
浮上テーブル1を目標軌道に略一致させ得ることが確認
される。
As can be seen from FIG. 8, according to the positioning device of the present invention, by correcting the parameters,
It is confirmed that the levitation table 1 can be made to substantially coincide with the target trajectory.

【0159】[0159]

【発明の効果】以上に説明したように、請求項1記載の
発明は、電磁石の非線形な力学特性に基づいて磁気浮上
体を広範囲にわたって位置決めすることができ、磁気浮
上体を目標軌道に沿って移動させつつ順次に位置決めす
ることができるという効果を奏する。
As described above, according to the first aspect of the invention, the magnetic levitation body can be positioned over a wide range based on the non-linear dynamic characteristics of the electromagnet, and the magnetic levitation body can be positioned along the target trajectory. The present invention has an effect of being able to sequentially position while moving.

【0160】請求項2記載の発明は、基本関数を基底関
数とするので、電磁石の非線形な力学特性をより効率的
に反映させることができ、非線形パラメーターの修正が
容易であるという効果を奏する。
According to the second aspect of the present invention, since the basic function is used as the basis function, the nonlinear mechanical characteristics of the electromagnet can be reflected more efficiently, and the nonlinear parameter can be easily corrected.

【0161】請求項3記載の発明は、磁気浮上体の回転
を抑制することができ、磁気浮上体の位置決めをより高
精度に行うことができるという効果を奏する。
The invention according to claim 3 has an effect that the rotation of the magnetic levitation body can be suppressed, and the positioning of the magnetic levitation body can be performed with higher accuracy.

【0162】請求項4記載の発明は、電磁石に対する制
御をより高精度に行うことができ、位置決めの精度をよ
り高めることができるという効果を奏する。また、各演
算処理装置単体の演算負荷を軽減することができ、装置
の製造コストを軽減することもできるという効果も奏す
る。
The invention according to claim 4 has an effect that the control of the electromagnet can be performed with higher accuracy and the positioning accuracy can be further improved. In addition, it is possible to reduce the calculation load of each arithmetic processing device alone, and to reduce the manufacturing cost of the device.

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

【図1】磁気浮上体の位置決め装置の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a positioning device for a magnetic levitation body.

【図2】浮上テーブル周辺を上部から眺めた平面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view of the periphery of a floating table as viewed from above.

【図3】基底関数の特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing characteristics of basis functions.

【図4】位置決め装置のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of a positioning device.

【図5】位置決め制御ルーチンを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a positioning control routine.

【図6】位置決め制御ルーチンを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a positioning control routine.

【図7】浮上テーブルに対する目標軌道を示す図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a target trajectory for a floating table.

【図8】浮上テーブルが移動した軌道を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a trajectory along which a floating table moves.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 浮上テーブル 2 第一位置検出片 3 第二位置検出片 4 第三位置検出片 6 第一位置検出センサ 7 第二位置検出センサ 8 第三位置検出センサ 10 (テーブル浮上用)コイル 11 第一電磁石 12 第二電磁石 13 第三電磁石 15 増幅器 16 コントローラ 17 第一I/O部 18 第二I/O部 19 演算部 20 第一記憶部 21 第二記憶部 21a 位置データ領域 21b 非線形パラメータ領域 21c 目標軌道データ領域 30 目標軌道 31 実施例にかかる浮上テーブルの軌道 32 比較例の軌道 1 floating table 2 First position detection piece 3 Second position detection piece 4 Third position detection piece 6 First position detection sensor 7 Second position detection sensor 8 Third position detection sensor 10 (for table levitation) coil 11 First Electromagnet 12 Second electromagnet 13 Third Electromagnet 15 Amplifier 16 controller 17 First I / O Section 18 Second I / O section 19 Operation part 20 First memory 21 second memory 21a Position data area 21b Non-linear parameter area 21c Target trajectory data area 30 Target trajectory 31 Trajectory of levitating table according to example 32 Orbit of Comparative Example

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05D 3/00 - 3/20 G05B 13/02 Front page continuation (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G05D 3/00-3/20 G05B 13/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 磁気浮上体の外側に対向して配設される
一対のコイルを一組として磁気浮上体に所定の電磁力を
作用させる電磁石であって、線形結合することにより非
線形性を表現可能な関数である複数の基本関数の組み合
わせによって磁気浮上体に対する非線形な力学特性が近
似され得る電磁石と、 前記電磁石に所定の電磁力を発生させるための電力に対
応する制御信号を出力する制御手段と、 磁気浮上体の位置を検出する位置検出手段と、 磁気浮上体の位置決め目標位置であって時間とともに変
化する目標位置からなる目標軌道を入力する目標軌道入
力手段とを備え、 前記制御手段は、 磁気浮上体に対する指令位置を前記目標軌道に基づいて
演算する指令位置演算手段と、 前記指令位置と磁気浮上体の位置とから制御信号を演算
する制御信号演算手段であって、比例ゲインと微分ゲイ
ンとからなるゲインパラメーターと外力消去項とを含む
前記電磁石の力学特性に対応付けられる非線形パラメー
ターを含んだ演算を行う制御信号演算手段と、 前記非線形パラメーターを修正するパラメータ修正手段
とを含み、 該パラメータ修正手段は、磁気浮上体の位置と目標位置との誤差に基づいて得られ
る拡張誤差である第一修正因子と、既に出力した制御信
号に基づいて得られる修正信号因子と、前記基本関数と
によって定められるゲイン修正因子により、前記非線形
パラメーターのうちの比例ゲイン及び微分ゲインを修正
し、 前記第一修正因子と前記基本関数とによって定められる
外力消去項修正因子により、前記非線形パラメーターの
うちの外力消去項を修正すべく成してあり、 前記非線形パラメーターに、磁気浮上体と電磁石との間
の非線形な力学特性が反映されることにより、磁気浮上
体の移動距離が大きい場合であっても該電磁石 の制御を
行って、 磁気浮上体を前記目標軌道に沿って移動させる
ように構成される磁気浮上体の位置決め装置。
1. An electromagnet for applying a predetermined electromagnetic force to a magnetic levitation body, which comprises a pair of coils arranged on the outside of the magnetic levitation body so as to face each other.
Combination of multiple basic functions that can express linearity
The non-linear dynamic characteristics of the magnetic levitation body are
An electromagnet that can be resembled, a control unit that outputs a control signal corresponding to electric power for generating a predetermined electromagnetic force in the electromagnet, a position detection unit that detects the position of the magnetic levitation body, and a positioning target of the magnetic levitation body A target trajectory input means for inputting a target trajectory that is a position and that changes with time, and the control means calculates a command position for the magnetic levitation body based on the target trajectory; A control signal calculating means for calculating a control signal from the commanded position and the position of the magnetic levitation body, which is associated with a mechanical characteristic of the electromagnet including a gain parameter including a proportional gain and a differential gain and an external force elimination term. A control signal calculation means for performing a calculation including a nonlinear parameter, and a parameter correction means for correcting the nonlinear parameter, Parameter correcting means, obtained on the basis of the error between the position and the target position of the magnetic levitation member
The first correction factor, which is the expansion error, and the control signal already output.
Modified signal factor obtained based on the
The gain correction factor defined by
Corrected proportional gain and derivative gain among parameters
And it is defined by said primary function and the first modification factor
Due to the external force elimination term correction factor, the nonlinear parameter
It is designed to correct the external force elimination term of the above, and the nonlinear parameter between the magnetic levitation body and the electromagnet is
Magnetic levitation by reflecting the nonlinear mechanical characteristics of
Control of the electromagnet even when the body travels a long distance
A magnetic levitation body positioning apparatus configured to perform and move the magnetic levitation body along the target trajectory.
【請求項2】 前記基本関数が基底関数であることを特
徴とする請求項1記載の磁気浮上体の位置決め装置。
2. The positioning device for a magnetic levitation body according to claim 1, wherein the basic function is a basis function.
【請求項3】 前記電磁石が、直交する二軸の一軸に沿
って配設されるコイルの二組と、他の一軸に沿って配設
されるコイルの一組とを備え、 前記指令位置演算手段が、非線形パラメーターである磁
気浮上体の慣性パラメータを含んだ演算を行い、 前記パラメータ修正手段は、磁気浮上体の位置と目標位
置との誤差に基づく第二修正因子と、前記目標軌道にか
かる加速度因子とに基づいて前記慣性パラメータを修正
することを特徴とする請求項1または請求項2記載の磁
気浮上体の位置決め装置。
3. The command position calculation, wherein the electromagnet includes two sets of coils arranged along one axis of two orthogonal axes and one set of coils arranged along another axis. The means performs a calculation including an inertial parameter of the magnetic levitation body which is a non-linear parameter, and the parameter correcting means applies a second correction factor based on an error between the position of the magnetic levitation body and the target position and the target trajectory. The magnetic levitation body positioning device according to claim 1 or 2, wherein the inertial parameter is modified based on an acceleration factor.
【請求項4】 前記制御手段は、磁気浮上体の位置の検
出と、該磁気浮上体の位置に基づく前記制御信号の演算
が分散処理されるように構成され、 該分散処理は、前記パラメータ修正手段によるパラメー
タの修正が一回行われる間に、制御信号の演算が複数回
行われるように構成され、 該複数回演算された制御信号のフィルタリング処理がな
されるように構成される請求項1乃至請求項3のいずれ
かに記載の磁気浮上体の位置決め装置。
4. The control means is configured such that the position of the magnetic levitation body is detected and the calculation of the control signal based on the position of the magnetic levitation body is distributed-processed. The control signal calculation is performed a plurality of times while the parameter is corrected once by the means, and the control signal calculated a plurality of times is filtered. The magnetic levitation body positioning device according to claim 3.
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