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JP5684035B2 - System design support device for electric equipment - Google Patents
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JP5684035B2 - System design support device for electric equipment - Google Patents

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Description

本発明は、移動体を含む機器本体と、移動体を移動させる電動アクチュエータと、電動アクチュエータを制御する制御装置との複数の装置が組み合わされてなる電動機器のシステムを設計するために、システム設計モデルによるシミュレーションを行なうシステム設計支援装置に関する。   The present invention provides a system design for designing a system of an electric device in which a plurality of devices including a device body including a moving body, an electric actuator that moves the moving body, and a control device that controls the electric actuator are combined. The present invention relates to a system design support apparatus that performs simulation using a model.

本発明でいう電動機器は、少なくとも、直線移動体または回転体である移動体を含む機器本体と、移動体を移動させる電動アクチュエータと、電動アクチュエータを制御する制御装置とが組み合わされてなる複合装置を示す。このような電動機器は、最終製品としての体裁であるかどうかに関わらず、例えば、リニアステージ、ポンプ、攪拌機、ディスクドライブのように、電動アクチュエータを駆動制御することで移動体を移動制御して所与の目的を達成する装置である。   The electric device referred to in the present invention is a composite device in which at least an apparatus main body including a moving body that is a linear moving body or a rotating body, an electric actuator that moves the moving body, and a control device that controls the electric actuator are combined. Indicates. Regardless of the appearance of such an electric device as a final product, for example, a linear body, a pump, a stirrer, a disk drive, and the like are used to control the movement of a moving body by controlling the driving of an electric actuator. A device that achieves a given purpose.

特に、位置決め制御系を有する電動機器は、基本的に、移動体と動力伝達手段とを含む機器本体と、移動体を移動させる電動アクチュエータと、移動体を所定の速度で目的の位置に移動させる移動指令を与える指令制御装置と、移動体の位置を検出する検出装置と、移動指令に対する移動体の位置と速度の偏差を補償して制御量を出力する移動制御装置と、制御量に対応する駆動電流を電動アクチュエータに供給する駆動制御装置と、を含んでなる。ただし、指令制御装置と移動制御装置と駆動制御装置とは、明確に区別されないことがある。   In particular, an electric apparatus having a positioning control system basically moves an apparatus main body including a moving body and power transmission means, an electric actuator that moves the moving body, and the moving body to a target position at a predetermined speed. A command control device that gives a movement command, a detection device that detects the position of the moving body, a movement control device that compensates for the deviation of the position and speed of the moving body relative to the movement command and outputs a control amount, and a control amount A drive control device for supplying a drive current to the electric actuator. However, the command control device, the movement control device, and the drive control device may not be clearly distinguished.

電動アクチュエータは、主にモータである。移動体は、モータによって直接移動される物体を示す。ただし、電動機器のシステムの設計を行なう場合、移動体の移動によって移動体と共に移動する物体を含んで移動体ということがある。例えば、リニアステージでは、モータによって直接移動するテーブルだけではなく、テーブルに載置される積載物を含んで移動体という。また、攪拌機では、モータによって直接回転するシャフトだけではなく、シャフトに取り付けられるインペラを含んで移動体という。   The electric actuator is mainly a motor. A moving body indicates an object that is directly moved by a motor. However, when designing a system for an electric device, an object that moves together with the moving object by the movement of the moving object may be referred to as a moving object. For example, a linear stage is not only a table that is directly moved by a motor, but also includes a load placed on the table. In addition, the stirrer is referred to as a moving body including not only a shaft that is directly rotated by a motor but also an impeller attached to the shaft.

電動機器の主要部位を構成する機器本体、モータ、検出装置、指令制御装置、移動制御装置、駆動制御装置の各装置の設計には、各装置毎に高度な専門知識が要求される。したがって、各装置の基本設計は、一般的に各装置毎に専門知識を有する設計者によって別々に行なわれる。   In order to design each of the device main body, the motor, the detection device, the command control device, the movement control device, and the drive control device that constitute the main part of the electric device, advanced expertise is required for each device. Therefore, the basic design of each device is generally performed separately by a designer who has specialized knowledge for each device.

以下の説明では、形がある物理的な構成要素と演算アルゴリズムおよび制御変数のような概念上の構成要素とを含む電動機器の性能に影響を与えるシステムの設計に欠くことができない構成要素を設計要素と総称する。また、設計上の装置をシステム設計モデルという。   In the following discussion, we design components that are essential to the design of systems that affect the performance of electrical equipment, including physical components that have shapes and conceptual components such as arithmetic algorithms and control variables. Collectively called elements. A design device is called a system design model.

システム設計モデルを用いて装置の動作を再現し、動作結果のデータを収集して解析するシミュレーション装置が提供されている。例えば、モータ制御装置のシミュレーション装置が特許文献1または特許文献2に代表的に開示されている。モータ制御装置のシミュレーション装置では、システム設計モデルを模擬動作させて、システム設計モデルで実物のモータと機器本体を実際に動作させることができる。そのため、設計者は、実物の制御装置を製作する前に実物のモータと機器本体の動作をモニタリングして解析し、設計要素のいくつかをチューニングすることができる。   There is provided a simulation apparatus that reproduces the operation of the apparatus using a system design model and collects and analyzes data of the operation result. For example, Patent Literature 1 or Patent Literature 2 typically discloses a simulation device for a motor control device. In the simulation device of the motor control device, the system design model can be simulated and the actual motor and the device main body can be actually operated using the system design model. Therefore, the designer can monitor and analyze the operation of the real motor and the device main body and tune some of the design elements before manufacturing the real control device.

また、特許文献3に開示されるようなモータの解析装置が知られている。典型的なモータの解析装置では、モータのシステム設計モデルを模擬動作させて、供給電力に対応する可動子の相対位置の変化に対する磁界または磁束密度のようなモータの物理的な現象のデータを得ることができる。収集したデータから変動推力などを演算することができるので、設計者は、実物のモータがなくても、理論的にモータの動作結果を知ることができる。そのため、モータの設計が容易になり、設計者の負担が軽減される。   Also, a motor analysis device as disclosed in Patent Document 3 is known. In a typical motor analysis device, a system design model of a motor is simulated to obtain data on a physical phenomenon of the motor such as a magnetic field or a magnetic flux density with respect to a change in the relative position of the mover corresponding to the supplied power. be able to. Since the fluctuation thrust and the like can be calculated from the collected data, the designer can theoretically know the operation result of the motor without the actual motor. This facilitates motor design and reduces the burden on the designer.

特開2010−51061号公報JP 2010-51061 A 特開2006−236035号公報JP 2006-236035 A 特開2009−176061号公報JP 2009-176061 A

電動機器の各装置の基本設計が各装置毎に専門知識を有する設計者によって別々に行なわれることが一般的であることから、新規に電動機器のシステムを設計して製造するときは、各装置の設計者どうしが互いに情報を提供し合いながら、各設計者が電動機器が要求される仕様に対応するように、それぞれ装置の仕様を決定して基本設計し、設計要素を調整ないし変更する必要がある。   Since the basic design of each device of an electric device is generally performed separately by a designer who has specialized knowledge for each device, when designing and manufacturing a system of an electric device newly, each device It is necessary for each designer to provide information to each other while each designer decides the specifications of the equipment and makes a basic design and adjusts or changes the design elements so that it meets the specifications required for electric equipment. There is.

したがって、各設計者は、電動機器の主要部位を構成する各装置が全て組み合わされて電動機器が出来上がった状態を想定して各装置を設計することができない。そのため、各装置において、それぞれ決定された仕様に見合うように基本設計されていても、実際に各装置を組み合わせて電動機器を製造して動作させたときに、電動機器が要求される仕様どおりの性能を発揮するかどうかは不確実である。   Therefore, each designer cannot design each device on the assumption that the electric devices are completed by combining all the devices constituting the main part of the electric device. Therefore, even if each device is basically designed to meet the determined specifications, when the electric devices are actually manufactured and operated by combining the devices, the electric devices are in accordance with the required specifications. It is uncertain whether it will perform.

このようなことから、電動機器が要求される仕様どおりの性能を発揮するように各装置を製作するためには、各設計者がそれぞれ予め要求される仕様に従って基本設計をし、実物のモータと機械本体を動作させ、試運転を繰り返しながら動作結果のデータを収集して解析して設計要素を調整ないし変更する必要がある。   For this reason, in order to produce each device so that the performance of the electrical equipment is as required, each designer must make a basic design according to the specifications required in advance, It is necessary to adjust or change design elements by operating the machine body and collecting and analyzing data of operation results while repeating the trial run.

各装置の基本設計と設計要素の調整ないし変更は、各装置の設計者の経験的な理論と感覚に頼るところが少なくない。そのため、設計された各装置を組み合わせて直ちに電動機器が期待どおりに動作するというケースは、それほど多くはない。大抵の場合は、実物を用いた試験運転で動作結果のデータを収集した後で動作結果のデータを分析して電動機器が期待どおりに動作しない原因を調査する必要がある。   Adjustment or change of the basic design and design elements of each device often depends on the empirical theory and sense of the designer of each device. For this reason, there are not many cases where the electric devices immediately operate as expected by combining the designed devices. In most cases, it is necessary to collect the data of the operation result in the test operation using the actual product and then analyze the data of the operation result to investigate the cause of the electric device not operating as expected.

しかしながら、各装置においてそれぞれ電動機器が要求される仕様どおりの性能を得ることができない原因の究明は、精通した設計者にとってさえも簡単なことではない。しかも、不良の原因が解明された結果、単に設計要素を調整し直すだけではなく、基本設計から見直す必要が出てくるおそれがある。そして、時には、すでに試作されている実物のモータ、機器本体、または制御装置の装置全体を丸ごと交換しなければならないほどに電動機器の全体にわたって設計変更を余儀なくされることがある。   However, it is not easy even for a savvy designer to investigate the cause of the inability of each device to obtain the performance required by the electric equipment. Moreover, as a result of the elucidation of the cause of the failure, it may be necessary to review the basic design rather than simply adjusting the design elements. In some cases, the design of the electric motor as a whole must be changed to the extent that the entire prototype motor, equipment body, or control device as a whole must be replaced.

特に、すでに広く普及し多くの運転実績がある電動機器であって、例えば、特定の使用者向けに電動機器のシステムを設計し直すのに当たって、電動機器の設置環境または使用者の要求する仕様あるいは価格のように使用者毎の事情の相違で常に多くの設計者が関わって試作と試験運転が繰返し行われているのが実情であり、相当の手間と時間を要している。   In particular, electric devices that are already widely used and have a lot of operation results.For example, when redesigning an electric device system for a specific user, the installation environment of the electric device or the specifications required by the user or The actual situation is that many designers are always involved due to the difference in circumstances for each user such as the price, and the trial production and the test operation are repeatedly performed, which requires considerable labor and time.

本発明は、上記課題に鑑みて、電動機器のシステムを設計する場合に、電動機器の主要部位を構成する全ての装置において実物を使用することなく、各装置のシステム設計モデルによって各装置が連動している状態で各装置を模擬動作させることで電動機器の動作を高い正確性をもって再現し、システム設計上有効な動作結果のデータを得ることができるシステム設計支援装置を提供することを主たる目的とする。また、設計要素をより容易に調整ないし変更できるシステム設計支援装置を提供することを目的とする。   In the present invention, in view of the above problems, when designing a system for an electric device, each device is linked by the system design model of each device without using the actual product in all the devices constituting the main part of the electric device. The main object is to provide a system design support device that can reproduce the operation of electric equipment with high accuracy by simulating each device while it is in operation, and obtain data of operation results effective in system design And It is another object of the present invention to provide a system design support apparatus that can easily adjust or change design elements.

本発明のシステム設計支援装置は、上記課題を解決するために、移動体を含む電動機器本体と移動体を移動させる電動アクチュエータと電動アクチュエータを制御する制御装置との複数の装置が組み合わされてなる電動機器のシステム設計支援装置であって、前記電動機器の各装置のそれぞれにおいて前記電動機器が要求される仕様どおりの性能を発揮する上で看過することができない重大な変動要因を与えるシステム設計上欠くことができない構成要素として少なくとも制御量のデータを求めるために必要な複数の電圧利得を含む移動制御装置の設計要素と駆動電流と印加電圧のデータを求めるために必要な増幅率、印加電圧、周波数とを含む駆動制御装置の設計要素と実質的な推力のデータを求めるために必要な電磁力を計算するためのコイル抵抗、コイルインダクタンスおよび変動推力を計算するためのコイル位置、磁極ピッチ、永久磁石位置、ギャップ、鉄心と永久磁石の材質とを含む電動アクチュエータの設計要素と検出位置と検出速度のデータを求めるために必要な反力と変位を計算するための移動体の設計要素との複数の設計要素を含んでなる各装置のシステム設計モデルどうし前記複数の設計要素のうちの所定の設計要素を予め決定されている適正な配置構成に従って組み合わせて前記各装置のうちの所定の装置に与えて前記システム設計モデル間において各入出力で制御量、駆動電流および印加電圧、実質的な推力、検出位置および検出速度との各装置の動作結果のデータを一致させるようにしながら順次入出力線で接続することによって有機的に結合された閉回路を形成させるモデル結合手段と、移動指令値を演算する指令値演算手段;駆動電流に対応する電動アクチュエータの変動推力を減じた連続する実質的な推力を演算する推力演算手段;実質的な推力に基づいて移動体の位置と速度とを演算する移動量演算手段;移動指令値に基づいて指令位置と移動体の位置との偏差および指令速度と移動体の速度との偏差を補正した位置指令と速度指令に従う制御量を演算する制御量演算手段;制御量に対応する駆動回路による駆動電流を演算する駆動電流演算手段;とを含む解析手段と、システム設計モデルを有機的に結合された状態で表示するとともに解析手段によって演算された動作結果のデータと設計要素のデータを選択的に一覧表示する表示手段と、設計要素を調整または変更する変更手段と、を備えてなるようにする。 In order to solve the above problems, the system design support device of the present invention is a combination of a plurality of devices including an electric device main body including a moving body, an electric actuator that moves the moving body, and a control device that controls the electric actuator. A system design support device for an electric device, which is a system design device that gives a significant variation factor that cannot be overlooked in each of the devices of the electric device when the electric device exhibits performance as required. As an indispensable component , a design element of a mobile control device including a plurality of voltage gains necessary to obtain at least control amount data, an amplification factor necessary to obtain drive current and applied voltage data, an applied voltage, To calculate the electromagnetic force required to determine the drive thruster design elements including frequency and substantial thrust data To obtain the design elements, detection position and detection speed data of the electric actuator including coil position, magnetic pole pitch, permanent magnet position, gap, iron core and permanent magnet material for calculating coil resistance, coil inductance and fluctuation thrust predetermine a given design element of the plurality of design elements were what system design model comprising at each device a plurality of design elements and design element of the body for calculating the reaction force and displacement required The control amount, drive current and applied voltage, substantial thrust, detection position, and detection at each input / output between the system design models by combining according to an appropriate arrangement configuration and giving it to a predetermined device among the devices organically bound by connecting sequentially output line while so as to match the operation result of the data of each device in the speed Thrust calculation means for calculating a substantial thrust successive subtracting the variation thrust of the electric actuator corresponding to the driving current; and model coupling means for forming a circuit, the command value calculating means for calculating a movement command value substantial thrust A moving amount calculating means for calculating the position and speed of the moving body based on the position command; a position command that corrects the deviation between the command position and the position of the moving body and the deviation between the command speed and the speed of the moving body based on the movement command value And a control amount calculation means for calculating a control amount according to the speed command; a drive current calculation means for calculating a drive current by a drive circuit corresponding to the control amount; and an organically coupled system design model Display means for selectively displaying operation result data and design element data calculated by the analysis means, and changing means for adjusting or changing the design elements; , Be prepared.

本発明のシステム設計支援装置では、モデル結合手段によって電動機器の主要部位を構成する複数の装置のシステム設計モデルを有機的に結合させることができるので、電動機器の主要部位を構成する全ての装置が連動している状態で各装置の動作を再現させることができる。したがって、シミュレーションによる各装置の動作結果のデータは、連続的か離散的であるかに関わらず、各装置との間で時間の変化とともに相互に密接に関連付けられる。そのため、各装置が別々に設計されていても、各装置の動作結果のデータは、電動機器のシステムの状態を的確に反映し、信頼性が高い。   In the system design support device of the present invention, the system design model of a plurality of devices constituting the main part of the electric device can be organically combined by the model combining means, so all the devices constituting the main part of the electric device It is possible to reproduce the operation of each device in a state in which are linked. Therefore, the data of the operation result of each device by simulation is closely related to each device with time change regardless of whether it is continuous or discrete. Therefore, even if each device is designed separately, the data of the operation result of each device accurately reflects the state of the system of the electric device and has high reliability.

特に、解析手段は、電動機器が要求される仕様どおりの性能を発揮する上で看過することができない重大な影響を与える設計要素に基づいてより実物に近い状態で各装置の動作を連動させて再現させることができる。そのため、各装置においてシステム設計上重要な変動要因が除かれた動作結果のデータを得ることができる。したがって、システム設計上許容できる必要十分に高い正確性をもって電動機器全体のシミュレーションを行なうことができる。   In particular, the analysis means synchronizes the operation of each device in a state closer to the real thing based on design elements that have a serious influence that cannot be overlooked when the electric equipment performs as required. Can be reproduced. Therefore, it is possible to obtain operation result data from which variation factors important in system design are removed in each apparatus. Therefore, the simulation of the entire electric device can be performed with a sufficiently high accuracy necessary for system design.

そして、表示手段は、解析手段で得られた各装置の動作結果のデータと設計要素のデータを選択的に一覧表示することができるので、各装置の基本設計と設計要素の適否をより容易に総合的に判別することができる。また、変更手段によってシステム設計支援装置において各装置の設計要素を調整または変更することができるとともに、モデル結合手段によってシステム設計モデルを結合し直して再度設計変更された電動機器のシミュレーションを行なうことができる。そのため、実物がなくても各装置の基本設計を見直すことができるとともに、一層的確に設計要素を調整ないし変更することができる。   Since the display means can selectively display the operation result data and design element data of each device obtained by the analysis means, the basic design of each device and the suitability of the design elements can be more easily displayed. Comprehensive discrimination is possible. In addition, the design element of each device can be adjusted or changed in the system design support device by the changing means, and the system design model can be recombined by the model combining means to simulate the electric equipment whose design has been changed again. it can. Therefore, it is possible to review the basic design of each device without an actual product, and to adjust or change design elements more accurately.

したがって、本発明のシステム設計支援装置によると、基本設計と設計要素の適否の判断がより容易になるとともに不良の原因を解明するまでに要する時間がより短縮されることが期待される。また、各装置の設計者に依らずに電動機器のシステム全体で総合的に設計要素の調整ないし変更を行なうことができる。そのため、各装置の設計者に対する依存度を低減して各装置の設計者の負担を軽減するとともに、全体的に作業効率を向上させることができる。その結果、電動機器の設計から製造までに要する時間と費用を大幅に削減することができる。   Therefore, according to the system design support apparatus of the present invention, it is expected that the determination of the suitability of the basic design and the design elements becomes easier and the time required to elucidate the cause of the failure is further shortened. In addition, the design elements can be adjusted or changed comprehensively in the entire system of the electric device without depending on the designer of each device. Therefore, the degree of dependence on the designer of each device can be reduced to reduce the burden on the designer of each device, and overall work efficiency can be improved. As a result, the time and cost required from the design to the manufacture of the electric device can be greatly reduced.

システム設計支援装置の設計対象である電動機器のシステム設計モデルの一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the system design model of the electric equipment which is a design object of a system design support apparatus. 実施の形態のシステム設計支援装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the system design support apparatus of embodiment.

図1は、位置決め制御系を有する電動機器の一例として、リニアステージの概容を示す。図1は、リニアステージの主要部位を構成する各装置のシステム設計モデルが有機的に結合されている状態を示す。システム設計モデルとは、電動機器の主要部位を構成する各装置の動作を再現するために欠くことができない設計要素を装置の実物と同等に組み合わせて装置を抽象化して簡素に表わした模型図である。   FIG. 1 shows an outline of a linear stage as an example of an electric device having a positioning control system. FIG. 1 shows a state in which the system design model of each apparatus constituting the main part of the linear stage is organically coupled. The system design model is a model diagram that simply represents an abstraction of the device by combining the design elements indispensable to reproduce the operation of each device that constitutes the main part of the electric equipment in the same way as the actual device. is there.

システム設計モデルの単位構成要素は、設計要素である。設計要素は、各装置のシステム設計モデルを用いて各装置が連動する状態で各装置を模擬動作させるときに、電動機器が要求される仕様どおりの性能を発揮する上で看過することができない重大な変動要因を与える電動機器の各装置の構成要素である。設計要素は、設計者が任意に与えることができる。   The unit component of the system design model is a design element. Design elements are critical that cannot be overlooked in order to demonstrate the performance of the electrical equipment as required when each device is operated in a simulated manner using the system design model of each device. It is a component of each device of the electric equipment that gives various fluctuation factors. The design element can be arbitrarily given by the designer.

したがって、各装置の構成要素が設計要素に相当するかどうかは、電動機器に要求される仕様に対応して決定される。例えば、図1に示されるシステム設計モデルでは、検出回路のフィルタまたはアナログデジタル変換器は、要求される位置決め精度に対してその電動機器のシステムを設計する場合に限って考慮しなくても差し支えのない構成要素として、図示省略されている。しかしながら、電動機器によっては、検出回路のフィルタあるいはアナログデジタル変換器が要求される位置決め精度に対して見過ごすことができない変動要因を与えるときは、設計要素としてシステム設計モデルに与えることができる。   Therefore, whether or not the constituent elements of each device correspond to the design elements is determined in accordance with the specifications required for the electric equipment. For example, in the system design model shown in FIG. 1, the filter or analog-digital converter of the detection circuit may not be considered only when designing the electric device system for the required positioning accuracy. It is not shown as a missing component. However, depending on the electric device, when a variation factor that cannot be overlooked with respect to the positioning accuracy required by the filter of the detection circuit or the analog-digital converter can be given as a design element to the system design model.

図1に示されるリニアステージは、主要部位を構成する、ステージ1と、指令制御装置2と、検出装置3と、移動制御装置(モーションコントローラ)4と、駆動制御装置(モータドライバ)5と、リニアモータ6と、の複数の装置が組み合わされてなる。各装置の中で、指令制御装置2と、移動制御装置4と、駆動制御装置5とを一括して制御装置ということがある。   The linear stage shown in FIG. 1 includes a stage 1, a command control device 2, a detection device 3, a movement control device (motion controller) 4, a drive control device (motor driver) 5, which constitute main parts. The linear motor 6 and a plurality of devices are combined. Among the devices, the command control device 2, the movement control device 4, and the drive control device 5 may be collectively referred to as a control device.

ステージ1は、電動機器であるリニアステージの機器本体である。テーブル1Aは、水平1軸方向に往復移動することができる直線移動体である。シミュレーションでは、テーブル1Aに積載物があるときは、積載物を含めてテーブル1Aとする。テーブル1Aは、床面に水平に据え置かれたベース1Bの上に載置される。テーブル1Aは、図示しない案内装置で直線移動するように案内される。実施の形態のステージ1Aでは、空気静圧ガイドを想定している。   The stage 1 is a device body of a linear stage that is an electric device. The table 1A is a linear moving body that can reciprocate in one horizontal axis direction. In the simulation, when there is a load on the table 1A, the load is included in the table 1A. The table 1A is placed on a base 1B that is placed horizontally on the floor. The table 1A is guided so as to move linearly by a guide device (not shown). In the stage 1A of the embodiment, an air static pressure guide is assumed.

検出装置3は、ステージ1側に設けられる検出器(センサ)と制御装置側に設けられる検出回路とを含んでなる。検出装置3は、リニアステージを構成する主要部位に含まれる。ただし、実施の形態のリニアステージにおいては、検出装置3は、特に断りがない限り、ステージ1に含んで説明される。検出装置3の検出器は、光学式の位置検出器である。具体的に、検出装置3の検出器は、リニアエンコーダ3Aである。   The detection device 3 includes a detector (sensor) provided on the stage 1 side and a detection circuit provided on the control device side. The detection device 3 is included in a main part constituting the linear stage. However, in the linear stage of the embodiment, the detection device 3 is described as being included in the stage 1 unless otherwise specified. The detector of the detection device 3 is an optical position detector. Specifically, the detector of the detection device 3 is a linear encoder 3A.

図1に示されるテーブル1Aを移動させる電動アクチュエータは、リニアモータ6である。図1に示されるリニアステージにおけるリニアモータ6は、一次側が可動子で二次側が固定子であるコア付片側式三相交流同期モータである。リニアモータ6の励磁コイル6Aは、水平1軸方向に沿って櫛歯状に所定間隔ごとに設けられる鉄心にそれぞれ巻き回される。一方、図示しない永久磁石が配列された磁石板が所定のギャップをもって励磁コイル6Aに対向するようにベース1Bの上面に取り付けられる。   The electric actuator that moves the table 1 </ b> A shown in FIG. 1 is a linear motor 6. A linear motor 6 in the linear stage shown in FIG. 1 is a single-sided three-phase AC synchronous motor with a core whose primary side is a mover and whose secondary side is a stator. The exciting coil 6A of the linear motor 6 is wound around an iron core provided at predetermined intervals in a comb shape along one horizontal axis direction. On the other hand, a magnet plate on which permanent magnets (not shown) are arranged is attached to the upper surface of the base 1B so as to face the exciting coil 6A with a predetermined gap.

制御装置は、指令制御装置2と、移動制御装置4と、駆動制御装置5と、でなる。指令制御装置2と移動制御装置4と駆動制御装置5に対してそれぞれ専門的な知識が要求される。そのため、図1では、点線で示される境界によって制御装置が指令制御装置2と移動制御装置4と駆動制御装置5とに分けて示される。ただし、各制御装置の領域を明確に区別することが要求されるものではない。   The control device includes a command control device 2, a movement control device 4, and a drive control device 5. Specialized knowledge is required for each of the command control device 2, the movement control device 4, and the drive control device 5. Therefore, in FIG. 1, the control device is divided into the command control device 2, the movement control device 4, and the drive control device 5 by the boundary indicated by the dotted line. However, it is not required to clearly distinguish the areas of the control devices.

制御装置は、電動機器を操作する操作者によって与えられる移動指令に従ってリニアモータ6を駆動制御し、その結果として、テーブル1Aを移動制御する。図1に示される実施の形態における制御装置は、リニアモータ6をサーボモータとしてフルクローズドループ方式のサーボシステムを形成する。実施の形態の制御装置におけるリニアモータ6に駆動電流を供給する方式は、PWM方式である。   The control device drives and controls the linear motor 6 according to a movement command given by an operator who operates the electric device, and as a result, controls the movement of the table 1A. The control apparatus in the embodiment shown in FIG. 1 forms a fully closed loop servo system using the linear motor 6 as a servo motor. A method of supplying a drive current to the linear motor 6 in the control device of the embodiment is a PWM method.

図2は、本発明のシステム設計支援装置の典型的な構成を示すブロック図である。図2に示されるシステム設計支援装置は、汎用のコンピュータを利用する。入力装置は、キーボードのような操作装置と、ディスクドライブのような読取装置と、ユニバーサルシリアルバスメモリのような外部記憶装置と、ネットワークアダプタのような通信装置と、入力インターフェースとを含んでいう。また、コンピュータ本機には、グラフィックアダプタと液晶ディスプレイを備えるモニタとを含んでなる表示装置が並設される。   FIG. 2 is a block diagram showing a typical configuration of the system design support apparatus of the present invention. The system design support apparatus shown in FIG. 2 uses a general-purpose computer. The input device includes an operation device such as a keyboard, a reading device such as a disk drive, an external storage device such as a universal serial bus memory, a communication device such as a network adapter, and an input interface. In addition, a display device including a graphic adapter and a monitor having a liquid crystal display is juxtaposed with the computer.

システム設計支援装置は、解析手段10と、プログラム実行手段20と、記憶手段30と、入力手段40と、表示手段50と、モデル結合手段60と、変更手段70と、でなる。解析手段10は、推力演算手段11と、移動量演算手段12と、制御量演算手段13と、駆動電流演算手段14と、指令値演算手段15と、を含んでなる。   The system design support apparatus includes analysis means 10, program execution means 20, storage means 30, input means 40, display means 50, model combination means 60, and change means 70. The analysis unit 10 includes a thrust calculation unit 11, a movement amount calculation unit 12, a control amount calculation unit 13, a drive current calculation unit 14, and a command value calculation unit 15.

解析手段10と、プログラム実行手段20と、モデル結合手段60と、変更手段70は、例えば、パーソナルコンピュータの演算処理装置に設けられる。記憶手段30は、具体的に書き換えることができるメモリあるいはハードディスクのような記憶装置である。入力手段40は、キーボードのように直接文字と数字を入力できる入力装置だけではなく、ディスクドライブのような読取装置を含む。表示手段50は、一般にパーソナルコンピュータのモニタである。   The analyzing means 10, the program executing means 20, the model combining means 60, and the changing means 70 are provided, for example, in an arithmetic processing unit of a personal computer. The storage means 30 is a storage device such as a memory or a hard disk that can be specifically rewritten. The input means 40 includes not only an input device that can directly input characters and numbers such as a keyboard, but also a reading device such as a disk drive. The display means 50 is generally a monitor of a personal computer.

システム設計モデルのデータは、入力手段40からシステム設計支援装置に入力され、記憶手段30に保存される。システム設計モデルは複数の設計要素からなるので、基本的には、システム設計モデルのデータから設計要素のデータが取得できる。   Data of the system design model is input from the input unit 40 to the system design support apparatus and stored in the storage unit 30. Since the system design model is composed of a plurality of design elements, basically, design element data can be acquired from the system design model data.

電動機器の主要部位を構成する複数の装置のシステム設計モデルを有機的に結合して電動機器のシミュレーションを行なう演算プログラム(シミュレーションプログラム)を含んでなるアプリケーションソフトウェア(システム設計支援ソフトウェア)は、予め汎用のコンピュータにインストールされる。   Application software (system design support software) that includes a calculation program (simulation program) for simulating electric equipment by organically combining system design models of a plurality of devices constituting the main part of the electric equipment Installed on other computers.

特に、実施の形態のシステム設計支援装置では、各装置の動作を解析する演算プログラム(解析プログラム)を含んでなる解析ソフトウェアが予めコンピュータにインストールされている。解析プログラムは、シミュレーションプログラムに関連付けられて記憶手段30に記憶される。解析プログラムは、シミュレーションプログラムの実行中に読み出されて実行される。   In particular, in the system design support apparatus according to the embodiment, analysis software including an arithmetic program (analysis program) for analyzing the operation of each apparatus is installed in the computer in advance. The analysis program is stored in the storage means 30 in association with the simulation program. The analysis program is read and executed during the execution of the simulation program.

また、実施の形態のシステム設計支援装置では、主要部位を構成する特定の装置を独立して制御する固有の制御プログラムがあるときは、その制御プログラムが予め記憶手段30に記憶される。実施の形態のシステム設計支援装置において、具体的に特定の装置を独立して制御する固有の制御プログラムは、指令制御装置2を制御する制御プログラムと、移動制御装置4を制御する制御プログラムである。   Further, in the system design support apparatus according to the embodiment, when there is a specific control program for independently controlling a specific apparatus constituting the main part, the control program is stored in the storage unit 30 in advance. In the system design support apparatus according to the embodiment, specific control programs for independently controlling specific devices are a control program for controlling the command control device 2 and a control program for controlling the movement control device 4. .

解析手段10の推力演算手段11は、電動アクチュエータの設計要素に基づいて制御装置から供給される駆動電流に対応する電動アクチュエータの変動要因として変動推力(トルクリップル)を減じた連続する実質的な推力を演算する。以下、推力演算手段11が電動アクチュエータの動作結果のデータとして出力する実質的な推力を単に推力データという。   The thrust calculation means 11 of the analysis means 10 is a continuous substantial thrust obtained by reducing the fluctuation thrust (torque ripple) as a fluctuation factor of the electric actuator corresponding to the drive current supplied from the control device based on the design element of the electric actuator. Is calculated. Hereinafter, the substantial thrust output by the thrust calculation means 11 as data of the operation result of the electric actuator is simply referred to as thrust data.

電動機器が図1に示されるリニアステージであるとき、推力演算手段11は、リニアモータ6の設計要素に基づいて駆動電流Iiに対応するリニアモータ6の変動推力Frを減じた連続する実質的な推力Fmを演算する。推力演算手段11で求められる推力Fmは、リニアモータ6が発生するモータ単体の推力であり、実質的に無負荷の推力である。   When the electric device is the linear stage shown in FIG. 1, the thrust calculation means 11 is a continuous substantial subtracting the fluctuation thrust Fr of the linear motor 6 corresponding to the drive current Ii based on the design element of the linear motor 6. The thrust Fm is calculated. The thrust Fm obtained by the thrust calculation means 11 is a thrust of a single motor generated by the linear motor 6, and is a substantially no-load thrust.

具体的に、推力演算手段11は、まず所定時間毎の駆動電流Iiに直接対応するリニアモータ6の電磁力Foを計算する。ここでは、電磁力Foは、変動要因を含まない原推力を意味する。所定時間は、制御装置における繰返し演算時間に基づいて決定される。次に、所定時間毎の変動推力Frを求める。そして、電磁力Foから変動推力Frを減算して、所定時間毎のリニアモータ6が実質的に出力する推力Fmを求める。   Specifically, the thrust calculation means 11 first calculates the electromagnetic force Fo of the linear motor 6 that directly corresponds to the drive current Ii every predetermined time. Here, the electromagnetic force Fo means an original thrust that does not include a variation factor. The predetermined time is determined based on the repeated calculation time in the control device. Next, the fluctuation thrust Fr for every predetermined time is obtained. Then, the fluctuation thrust Fr is subtracted from the electromagnetic force Fo to obtain a thrust Fm that is substantially output by the linear motor 6 every predetermined time.

移動量演算手段12は、機器本体の設計要素に基づいて推力演算手段11で求められた電動アクチュエータの推力に対応する機器本体の振動系に因る変位を減じた移動体の位置と速度とを演算する。以下、移動量演算手段12が動作結果のデータとして出力する移動体の位置、速度、または速度に変換することができるパラメータを含めて単に検出データと総称する。   The movement amount calculation means 12 determines the position and speed of the moving body with reduced displacement due to the vibration system of the device main body corresponding to the thrust of the electric actuator obtained by the thrust calculation means 11 based on the design element of the device main body. Calculate. Hereinafter, the movement amount calculation means 12 will be simply referred to as detection data including the position, speed, or parameter that can be converted into speed, which is output as operation result data.

電動機器が図1に示されるリニアステージであるとき、移動量演算手段12は、ステージ1の設計要素に基づいて推力演算手段11で求められたリニアモータ6のモータ単体の実質的な推力Fmに対応するステージ1の振動系に因る変位δを減じたテーブル1Aの検出位置Xiと検出速度Viを演算する。   When the electric device is the linear stage shown in FIG. 1, the movement amount calculation means 12 is set to a substantial thrust Fm of the single motor of the linear motor 6 obtained by the thrust calculation means 11 based on the design element of the stage 1. The detection position Xi and the detection speed Vi of the table 1A in which the displacement δ due to the vibration system of the corresponding stage 1 is reduced are calculated.

具体的に、移動量演算手段12は、まずリニアモータ6の動作結果データである推力演算手段11で演算された推力Fmを取得して、可動子を含むテーブル1Aを移動させる正味推力Fxを求める。正味推力Fxは、リニアモータ6の無負荷の推力Fmから推力Fmが作用する方向に対して反対方向に推力Fmに対抗する反力Fkを減算したリニアモータ6の加負荷時の推力である。   Specifically, the movement amount calculation means 12 first obtains the thrust Fm calculated by the thrust calculation means 11 which is the operation result data of the linear motor 6, and obtains the net thrust Fx for moving the table 1A including the mover. . The net thrust Fx is a thrust when the linear motor 6 is loaded by subtracting a reaction force Fk that opposes the thrust Fm in a direction opposite to the direction in which the thrust Fm acts from the no-load thrust Fm of the linear motor 6.

図1に示されるリニアステージでは、ステージ1の軸受が空気静圧軸受であるので、設計上は摩擦抵抗を無視できる。また、直線移動体がテーブル1Aであるので、空気抵抗を無視できる。したがって、推力Fmに対抗する主たる反力Fkは、可動子と積載物を含むテーブル1Aの慣性による反力Fsと、固定子がテーブル1Aを戻そうとする反力Fbである。   In the linear stage shown in FIG. 1, since the bearing of the stage 1 is an aerostatic bearing, the frictional resistance can be ignored in design. Further, since the linear moving body is the table 1A, the air resistance can be ignored. Therefore, the main reaction force Fk that opposes the thrust Fm is a reaction force Fs due to the inertia of the table 1A including the mover and the load, and a reaction force Fb that the stator tries to return the table 1A.

次に、正味推力Fxの変化からテーブル1Aの速度の変化を求めて所定時間毎の位置を求める。このとき、ステージ1は、構造上の固有の振動系を有している。そのため、ステージ1の固有の振動に因る変位δによって位置誤差が発生する。そこで、ステージ1Aの設計要素に基づいてステージ1の振動系に因る変位δを求める。そして、速度変化に対応する位置から変位δを減算することによって検出位置Xiを演算する。また、検出位置Xiを微分して検出位置Xiのときの検出速度Viを演算する。   Next, the change in the speed of the table 1A is obtained from the change in the net thrust Fx, and the position every predetermined time is obtained. At this time, the stage 1 has a structurally unique vibration system. Therefore, a position error occurs due to the displacement δ due to the inherent vibration of the stage 1. Therefore, the displacement δ due to the vibration system of the stage 1 is obtained based on the design element of the stage 1A. Then, the detected position Xi is calculated by subtracting the displacement δ from the position corresponding to the speed change. Further, the detection position Xi is differentiated to calculate the detection speed Vi at the detection position Xi.

ステージ1は、ベース1Bがばね要素とダッシュポットを介在させて接地し、テーブル1Aがベッド1Bの上に空気静圧軸受を介在させて搭載されている。したがって、推力Fxのときの変位δは、各振動モードを等価質量、剛性、減衰に置き換えて、運動方程式で求めることができる。   In the stage 1, the base 1B is grounded via a spring element and a dashpot, and the table 1A is mounted on the bed 1B via an aerostatic bearing. Therefore, the displacement δ when the thrust is Fx can be obtained by an equation of motion by replacing each vibration mode with an equivalent mass, rigidity, and damping.

制御量演算手段13は、制御装置の設計要素に基づいて指令位置と移動体の位置との偏差および指令速度と移動体の速度との偏差を補正した位置指令と速度指令に従う制御量を演算する。以下、制御量演算手段13が動作結果のデータとして出力する補正された位置指令と速度指令を含む制御量のデータを制御量データと総称する。   The control amount calculation means 13 calculates a control amount according to a position command and a speed command in which a deviation between the command position and the moving body and a deviation between the command speed and the moving body are corrected based on a design element of the control device. . Hereinafter, control amount data including the corrected position command and speed command output by the control amount calculation means 13 as operation result data will be collectively referred to as control amount data.

電動機器が図1に示されるリニアステージであるとき、制御量演算手段13は、予め記憶手段30に記憶されている移動制御装置4の固有の制御プログラムに従って移動制御装置4の設計要素に基づいて指令位置Piとテーブル1Aの検出位置Xiの偏差および指令速度Fiとテーブル1Aの検出速度Viの偏差を補正した位置指令と速度指令を含む移動指令に従う制御量Hcを演算する。   When the electric device is the linear stage shown in FIG. 1, the control amount calculation means 13 is based on the design element of the movement control device 4 according to the control program specific to the movement control device 4 stored in advance in the storage means 30. A control amount Hc is calculated in accordance with a movement command including a position command and a speed command in which a deviation between the command position Pi and the detected position Xi of the table 1A and a deviation of the command speed Fi and the detected speed Vi of the table 1A are corrected.

図1に示される実施の形態のリニアステージにおける移動制御装置4は、リニアモータ6に供給される駆動電流を検出して、電流指令と検出電流との偏差を求めて電流誤差を補正する電流補償系を含んでいる。そこで、制御量演算手段13は、補正された位置指令と速度指令を含む移動指令(電流指令)と駆動電流演算手段14で求められる駆動電流との偏差を求め、偏差に所定のゲインを付与して補正した移動指令を求める。そして、制御量演算手段13は、補正された移動指令に基づいて制御信号である制御量Hcを演算する。   The movement control device 4 in the linear stage of the embodiment shown in FIG. 1 detects a drive current supplied to the linear motor 6 and obtains a deviation between the current command and the detected current to correct a current error. Includes the system. Therefore, the control amount calculation means 13 obtains a deviation between the movement command (current command) including the corrected position command and speed command and the drive current obtained by the drive current calculation means 14, and gives a predetermined gain to the deviation. Find the corrected movement command. Then, the control amount calculation means 13 calculates a control amount Hc that is a control signal based on the corrected movement command.

したがって、図1に示されるリニアステージの移動制御装置4の設計要素は、制御量Hcを求めるために必要な主に演算アルゴリズムと制御変数値である。移動制御装置4における制御変数値は、設計者によってシステム設計モデルの設計要素が与えられるときに予め設定として同時に与えられる。   Therefore, the design elements of the linear stage movement control device 4 shown in FIG. 1 are mainly an arithmetic algorithm and a control variable value necessary for obtaining the control amount Hc. The control variable value in the movement control device 4 is given as a preset at the same time when the design element of the system design model is given by the designer.

駆動電流演算手段14は、制御装置の設計要素に基づいて制御量演算手段13で求められた制御量に対応する駆動回路に因る電流振動(電流リップル)を減じた駆動電流を演算する。また、駆動電流演算手段14は、制御装置の設計要素に基づいて制御量演算手段13で求められた制御量に対応する駆動回路に因る電圧振動(電圧リップル)を減じた印加電圧を演算する。駆動電流演算手段14は、動作結果のデータとして印加電流データと印加電圧データを出力する。   The drive current calculation unit 14 calculates a drive current obtained by reducing current oscillation (current ripple) due to the drive circuit corresponding to the control amount obtained by the control amount calculation unit 13 based on the design element of the control device. The drive current calculation unit 14 calculates an applied voltage obtained by reducing voltage oscillation (voltage ripple) due to the drive circuit corresponding to the control amount obtained by the control amount calculation unit 13 based on the design element of the control device. . The drive current calculation means 14 outputs applied current data and applied voltage data as operation result data.

電動機器が図1に示されるリニアステージであるとき、駆動電流演算手段14は、駆動制御装置5の設計要素に基づいて制御量演算手段13で求められた制御量Hcに対応する駆動回路に因る電流リップルIrを減じた駆動電流Iiを演算する。また、駆動電流演算手段14は、駆動制御装置5の設計要素に基づいて制御量演算手段13で求められた制御量Hcに対応する駆動回路に因る電圧リップルErを減じた印加電圧Eiを演算する。   When the electric device is the linear stage shown in FIG. 1, the drive current calculation unit 14 is caused by a drive circuit corresponding to the control amount Hc obtained by the control amount calculation unit 13 based on the design element of the drive control device 5. The drive current Ii is calculated by subtracting the current ripple Ir. Further, the drive current calculation means 14 calculates the applied voltage Ei obtained by reducing the voltage ripple Er caused by the drive circuit corresponding to the control amount Hc obtained by the control amount calculation means 13 based on the design element of the drive control device 5. To do.

駆動制御装置5のシステム設計モデルには、設計要素が組み合わされてなる駆動回路の構成によって駆動制御装置5における駆動電流の出力方式の情報が含まれる。特に、インバータ回路が設けられている場合は、システム設計モデルにインバータ回路の制御方式の情報が含まれる。図1に示されるリニアステージの駆動制御装置5のシステム設計モデルでは、設計要素の配置がPWM方式で駆動電流Iiを供給する制御方式の情報を与えている。   The system design model of the drive control device 5 includes information on the output method of the drive current in the drive control device 5 depending on the configuration of the drive circuit formed by combining the design elements. In particular, when an inverter circuit is provided, information on the control method of the inverter circuit is included in the system design model. In the system design model of the drive control device 5 for the linear stage shown in FIG. 1, information on a control method for supplying the drive current Ii in the PWM method is provided.

図1に示されるPWM方式の駆動制御装置5の動作結果のデータである駆動電流Iiと駆動電圧(印加電圧)Eiを求めるために主要な設計要素は、電源電圧Eiと、PWMのスイッチング周波数Qcと、デッドタイムDcと、電流リップルIrと、電圧リップルErである。ただし、実施の形態の駆動電流演算手段14は、駆動電流Iiと印加電圧Eiを演算するときに、推力演算手段11から与えられるフィードバックデータを駆動電流Iiと印加電圧Eiを求めるときのパラメータとして使っている。 The main design elements for obtaining the drive current Ii and drive voltage (applied voltage) Ei, which are data of the operation result of the PWM drive control device 5 shown in FIG. 1, are the power supply voltage Ei and the PWM switching frequency Qc. And dead time Dc, current ripple Ir, and voltage ripple Er. However, when the drive current calculation unit 14 according to the embodiment calculates the drive current Ii and the applied voltage Ei, the feedback data provided from the thrust calculation unit 11 is used as a parameter for obtaining the drive current Ii and the applied voltage Ei. ing.

指令値演算手段15は、指令位置と指令速度を演算する。指令位置と指令速度を演算する方法は、指令制御装置2の固有の制御プログラムに依存する。例えば、指令値演算手段15は、操作者がシステム設計支援装置の入力手段40を通して与える目標位置と設定速度に相当する指令位置Piと指令速度Fiを演算する。   The command value calculation means 15 calculates a command position and a command speed. The method for calculating the command position and the command speed depends on the control program unique to the command control device 2. For example, the command value calculation means 15 calculates the command position Pi and the command speed Fi corresponding to the target position and set speed given by the operator through the input means 40 of the system design support apparatus.

位置と速度が所定の移動プログラムで与えられるとき、指令値演算手段15は、指令制御装置2の制御プログラムに従って記憶手段30に記憶されている移動プログラムを解読して、指令位置Piと指令速度Fiを演算する。移動プログラムは、指令制御装置2が解読できる固有のフォーマットで記述されている移動体を移動する命令を示す。例えば、指令制御装置2が工作機械の数値制御装置である場合、移動プログラムは、数値制御プログラム(加工プログラム)である。指令制御装置2が演算して出力する指令位置Piと指令速度Viのような移動指令を移動指令データと総称する。   When the position and speed are given by a predetermined movement program, the command value calculation means 15 decodes the movement program stored in the storage means 30 in accordance with the control program of the command control device 2, and the command position Pi and the command speed Fi. Is calculated. The movement program indicates an instruction to move the moving object described in a unique format that can be decoded by the command control device 2. For example, when the command control device 2 is a numerical control device of a machine tool, the movement program is a numerical control program (machining program). Movement commands such as the command position Pi and the command speed Vi that are calculated and output by the command control device 2 are collectively referred to as movement command data.

プログラム実行手段20は、システム設計支援装置の操作者がシミュレーションを開始する命令を与えたときに、シミュレーションプログラムを起動して実行させる。プログラム実行手段20は、シミュレーションプログラムに従って解析手段10に対して電動機器の主要部位を構成する複数の装置のシステム設計モデルのデータに基づいて電動機器のシミュレーションを実行させる。プログラム実行手段20は、解析手段10に各装置の動作を再現させるときに、必要に応じて解析プログラムを実行させることがある。   The program execution means 20 activates and executes a simulation program when an operator of the system design support apparatus gives an instruction to start simulation. The program execution means 20 causes the analysis means 10 to execute a simulation of the electric device based on the system design model data of a plurality of devices that constitute the main part of the electric device according to the simulation program. The program execution unit 20 may cause the analysis unit to execute an analysis program as necessary when the analysis unit 10 reproduces the operation of each device.

記憶手段30は、システム設計支援装置に必要なデータを記憶する。具体的に、記憶手段30は、システム設計支援装置を動作させるシミュレーションプログラムおよび解析プログラムと、特定の装置に固有の制御プログラムと、移動プログラムと、設計要素のデータと、解析手段10の演算で得られる各装置の動作結果のデータと、を記憶する。   The storage means 30 stores data necessary for the system design support apparatus. Specifically, the storage means 30 is obtained by a simulation program and an analysis program for operating the system design support apparatus, a control program specific to a specific apparatus, a movement program, design element data, and an operation of the analysis means 10. And data of the operation results of each device to be stored.

図1に示されるリニアステージの場合、記憶手段30が記憶する動作結果のデータは、具体的に、リニアモータ6の推力データと、ステージ1の検出データと、指令制御装置2の移動指令データと、移動制御装置4の制御量データと、駆動制御装置5の駆動電流データおよび印加電圧データと、である。   In the case of the linear stage shown in FIG. 1, the operation result data stored by the storage means 30 is specifically the thrust data of the linear motor 6, the detection data of the stage 1, and the movement command data of the command control device 2. The control amount data of the movement control device 4, the drive current data and the applied voltage data of the drive control device 5.

入力手段40は、必要なデータをシステム設計支援装置に与える。具体的に、入力手段40は、設計要素を含むシステム設計モデルのデータとシステム設計モデルの各装置を動作させる固有の制御プログラム、および移動プログラムをシステム設計支援装置に与える手段である。なお、システム設計支援装置を動作させるシミュレーションプログラムと解析プログラムは、入力手段40を通して予め演算装置にインストールされている。   The input means 40 gives necessary data to the system design support apparatus. Specifically, the input unit 40 is a unit that provides the system design support device with a system control model data including a design element, a unique control program for operating each system design model device, and a movement program. Note that a simulation program and an analysis program for operating the system design support apparatus are installed in the arithmetic device in advance through the input means 40.

表示手段50は、少なくとも、機器本体と、移動体を移動させる電動アクチュエータと、電動アクチュエータを制御する制御装置との複数の装置のシステム設計モデルを有機的に結合された状態で表示する。表示手段50は、例えば、図1に示されるように、リニアステージの主要部位を構成するテーブル1Aを含むステージ1と、リニアモータ6と、指令制御装置2と移動制御装置4と駆動制御装置5とを含む制御装置との複数の装置のシステム設計モデルを有機的に結合された状態でモニタのディスプレイに表示させる。   The display means 50 displays a system design model of at least a plurality of devices including an apparatus main body, an electric actuator that moves the moving body, and a control device that controls the electric actuator in an organically coupled state. For example, as shown in FIG. 1, the display means 50 includes a stage 1 including a table 1 </ b> A constituting a main part of the linear stage, a linear motor 6, a command control device 2, a movement control device 4, and a drive control device 5. A system design model of a plurality of devices with a control device including the control device is displayed on a monitor display in an organically coupled state.

また、表示手段50は、解析手段10によって演算で得られた各装置の動作結果のデータと設計要素のデータを総合的に選択的に一覧表示する。表示手段50は、例えば、時間とともに変化する動作結果のデータまたは設計要素のデータをすでに有機的に結合された状態で表示されているシステム設計モデルに重ね合わせてグラフ表示する。   In addition, the display unit 50 comprehensively and selectively displays operation result data and design element data of each device obtained by the calculation by the analysis unit 10 in a comprehensive manner. For example, the display unit 50 displays the graph of the operation result data or the data of the design element that changes with time on the system design model that is already displayed in an organically coupled state.

モデル結合手段60は、電動機器の主要部位を構成する各装置のシステム設計モデルを有機的に結合させる。モデル結合手段60は、入力手段40から入力されて記憶手段30に記憶されている各装置のシステム設計モデルのデータを別々に取得する。または、モデル結合手段60は、システム設計支援装置上で生成されて記憶手段30に記憶されているシステム設計モデルのデータを取得する。そして、複数の装置の各システム設計モデルどうしを入出力線で接続して結合する。   The model coupling means 60 organically couples the system design models of the devices that constitute the main part of the electric device. The model combining unit 60 separately acquires system design model data of each device input from the input unit 40 and stored in the storage unit 30. Alternatively, the model combining unit 60 acquires system design model data generated on the system design support apparatus and stored in the storage unit 30. The system design models of a plurality of devices are connected by input / output lines.

モデル結合手段60は、入力された各装置の設計モデルどうしの間で入出力する動作結果のデータの種類が一致しないときは、表示手段50を通して、各装置のシステム設計モデルの入出力線がなく隣接している状態で各装置のシステム設計モデルをディスプレイに表示させる。モデル結合手段60は、変更手段70によって新しいシステム設計モデルが生成されたり、設計要素が変更されたときは、各装置のシステム設計モデルを再度結合し直す。   When the data types of the operation results input / output between the design models of the input devices do not match, the model combining means 60 has no input / output lines of the system design model of each device through the display means 50. The system design model of each device is displayed on the display in the state of being adjacent. When a new system design model is generated by the changing unit 70 or a design element is changed, the model combining unit 60 combines the system design models of the respective devices again.

変更手段70は、システム設計支援装置上でシステム設計モデルを作成することを助ける。システム支援設計装置の操作者によって入力手段40を通して設計要素のデータが与えられると、変更手段70は、与えられた設計要素を予め決定されている配置構成に従って組み合わせてシステム設計モデルを生成する。   The changing means 70 helps to create a system design model on the system design support apparatus. When design element data is given through the input means 40 by the operator of the system support design apparatus, the changing means 70 generates a system design model by combining the given design elements according to a predetermined arrangement configuration.

また、変更手段70は、システム設計支援装置に外部から与えられる設計図面または設計モデルのデータをシステム設計支援装置が解析できるフォーマットに変換して記憶手段30に記録する。変更手段70は、与えられる設計図面または設計モデルのデータからシステム設計に必要な複数の設計データを抽出してシステム設計支援装置のデータに変換し、変換された各設計要素を予め決定されている配置構成に従って組み合わせてシステム設計モデルを生成する。また、操作者が所定の設計要素を所定の装置に与えることによって設計モデル間で動作結果のデータを一致させるようにすると、設計モデル間に入出力線が出現して設計モデルどうしを結合させることができる。   Further, the changing means 70 converts the design drawing or design model data given from the outside to the system design support apparatus into a format that can be analyzed by the system design support apparatus and records it in the storage means 30. The changing means 70 extracts a plurality of design data necessary for system design from the given design drawing or design model data, converts it into data of the system design support device, and each converted design element is determined in advance. A system design model is generated by combining according to the arrangement configuration. In addition, when the operator gives a predetermined design element to a predetermined device so that the operation result data matches between the design models, an input / output line appears between the design models and the design models are coupled to each other. Can do.

変更手段70は、システム設計支援装置の操作者の命令によって電動機器の主要部位を構成する各装置のシステム設計モデルの設計要素を操作者の要求どおりに変更する。変更手段70は、変更される設計要素を表示手段50に色替え表示させる。同時に、変更手段70は、変更される設計要素をモデル結合手段60に出力する。表示手段50は、変更手段70によって設計要素が変更されて、モデル結合手段60がシステム設計モデルを生成し直したときは、結合し直されたシステム設計モデルを表示する。   The changing means 70 changes the design elements of the system design model of each device constituting the main part of the electric device according to the operator's request according to the command of the operator of the system design support device. The changing unit 70 causes the display unit 50 to change the color of the design element to be changed. At the same time, the changing unit 70 outputs the changed design element to the model combining unit 60. When the design element is changed by the changing unit 70 and the model combining unit 60 regenerates the system design model, the display unit 50 displays the combined system design model.

変更手段70は、システム設計支援装置の操作者の命令によって電動機器の主要部位を構成する各装置のシステム設計モデルの設計要素の変数値を操作者の要求どおりに調整する。変更手段70は、調整される設計要素を表示手段50に色替え表示させる。表示手段50は、変更手段70によって設計要素が調整されたときは、調整された変数値を表示する。   The changing means 70 adjusts the variable value of the design element of the system design model of each device constituting the main part of the electric device according to the operator's request according to the command of the operator of the system design support device. The changing means 70 causes the display means 50 to change the color of the design element to be adjusted. The display means 50 displays the adjusted variable value when the design element is adjusted by the changing means 70.

次に、図1および図2を用いて本発明のシステム設計支援装置の動作を説明する。リニアステージの主要部位を構成する複数の装置の設計要素を含んでなるシステム設計モデルのデータが予め記憶段30に記憶されている。また、特定の装置の固有の制御プログラムが特定の装置のシステム設計モデルのデータに関連付けられて記憶手段30に記憶される。また、移動プログラムが記憶手段30に記憶される。   Next, the operation of the system design support apparatus of the present invention will be described using FIG. 1 and FIG. Data of a system design model including design elements of a plurality of apparatuses constituting the main part of the linear stage is stored in the storage stage 30 in advance. In addition, a control program specific to a specific device is stored in the storage unit 30 in association with the data of the system design model of the specific device. Further, the moving program is stored in the storage unit 30.

変更手段70は、コンピュータ支援設計システムの設計図面または設計モデルが外部から与えられるとき、設計図面または設計モデルのデータを解析してシステム設計支援装置のためのシステム設計モデルを生成する。または、変更手段70は、操作者がシステム設計モデルを生成することを助ける。生成されたシステム設計モデルは、記憶手段30に記憶されるとともに表示手段50によってモニタのディスプレイに表示される。   When the design drawing or design model of the computer-aided design system is given from the outside, the changing unit 70 analyzes the data of the design drawing or the design model and generates a system design model for the system design support device. Alternatively, the changing means 70 assists the operator in generating a system design model. The generated system design model is stored in the storage unit 30 and displayed on the display of the monitor by the display unit 50.

モデル結合手段60は、複数の装置のシステム設計モデルの出力と入力とを線で接続して各装置のシステム設計モデルを有機的に結合する。システム設計支援装置の操作者は、ディスプレイを見てシステム設計モデルの結合状態を確認する。システム設計モデルが有機的に結合されない場合は、操作者は、変更手段70によって設計要素を追加したり変更したりして設計モデルどうしが結合できるようにする。   The model combining means 60 organically combines the system design models of the respective devices by connecting the outputs and inputs of the system design models of the plurality of devices with lines. The operator of the system design support apparatus checks the connection state of the system design model by looking at the display. When the system design models are not organically combined, the operator adds or changes design elements by the changing means 70 so that the design models can be combined.

操作者が入力手段40を通して電動機器のシミュレーションを開始させる命令をシステム設計支援装置に与えると、プログラム実行手段20が記憶手段30からシミュレーションプログラムを読み込んで起動させる。システム設計支援装置は、シミュレーションプログラムに従うプロセスで解析手段10を動作させる。   When the operator gives an instruction for starting the simulation of the electric device to the system design support apparatus through the input means 40, the program execution means 20 reads the simulation program from the storage means 30 and starts it. The system design support apparatus operates the analysis unit 10 in a process according to the simulation program.

シミュレーションプログラムに従って、解析手段10は、指令値演算手段15を動作させる。指令値演算手段15は、記憶手段30に予め記憶されている指令制御装置2の固有の制御プログラムを起動する。そして、固有の制御プログラムに従って指令制御装置2の動作を再現させる。   According to the simulation program, the analysis means 10 operates the command value calculation means 15. The command value calculation means 15 starts a unique control program of the command control device 2 stored in advance in the storage means 30. Then, the operation of the command control device 2 is reproduced according to a specific control program.

始めに、指令演算手段15は、記憶手段30に記憶されている移動指令プログラムを読み出して解読する。次に、移動指令プログラムの解読データからテーブル1Aの移動方向と移動量を算出する。そして、目標位置から各指令位置Piと対応する指令速度Fiを順次演算する。このときの指令速度Fiは、位置と単位時間と設定加速度から計算される単位時間当たりの実速度である。   First, the command calculation means 15 reads and decodes the movement command program stored in the storage means 30. Next, the movement direction and movement amount of the table 1A are calculated from the decoded data of the movement command program. Then, the command speed Fi corresponding to each command position Pi is sequentially calculated from the target position. The command speed Fi at this time is an actual speed per unit time calculated from the position, the unit time, and the set acceleration.

指令位置Piと指令速度Fiが演算されたら、解析手段10は、制御量演算手段13を動作させる。制御量演算手段13は、予め記憶手段30に記憶されている移動制御装置4の固有の制御プログラムを起動して移動制御装置4の動作を再現させる。制御量演算手段13は、固有の制御プログラムに従いシステム設計モデルで表わされる演算アルゴリズムと変数値に基づく演算を実行する。   When the command position Pi and the command speed Fi are calculated, the analysis unit 10 operates the control amount calculation unit 13. The control amount calculation unit 13 activates a unique control program of the movement control device 4 stored in advance in the storage unit 30 to reproduce the operation of the movement control device 4. The controlled variable calculating means 13 executes a calculation based on a calculation algorithm represented by a system design model and a variable value according to a specific control program.

制御量演算手段13は、指令値演算手段15から与えられる指令位置Piを移動量演算装置12から与えられる検出位置Xiで減算して指令位置Piと検出位置Xiとの偏差を求める。そして、偏差に予め設計要素として与えられている位置ゲインを与えて補正した位置指令を得る。テーブル1Aが動き出す前に指令位置Piが最初に与えられるときは、検出位置Xiは変動していない。したがって、偏差が最大であって理論的に指令位置Piを補正する必要がない状態である。   The control amount calculation means 13 subtracts the command position Pi given from the command value calculation means 15 by the detection position Xi given from the movement amount calculation device 12, and obtains a deviation between the command position Pi and the detection position Xi. A position command corrected by giving a position gain previously given as a design element to the deviation is obtained. When the command position Pi is first given before the table 1A starts moving, the detection position Xi is not changed. Therefore, the deviation is the maximum and it is not necessary to theoretically correct the command position Pi.

次に、制御量演算手段13は、指令値演算手段15から与えられる指令速度Fiを移動量演算装置12から与えられる検出速度Viで減算して指令速度Fiと検出速度Viとの偏差を求める。そして、偏差に予め設計要素として与えられている速度ゲインを与えて補正した速度指令を得る。テーブル1Aが動き出す前に指令速度Fiが最初に与えられるときは、検出速度Viは0である。したがって、偏差が最大であって理論的に指令速度Viを補正する必要がない状態である。   Next, the control amount calculation means 13 subtracts the command speed Fi given from the command value calculation means 15 by the detection speed Vi given from the movement amount calculation device 12, and obtains the deviation between the command speed Fi and the detection speed Vi. A speed command corrected by giving a speed gain previously given as a design element to the deviation is obtained. When the command speed Fi is first given before the table 1A starts moving, the detected speed Vi is zero. Therefore, the deviation is the maximum, and it is not necessary to theoretically correct the command speed Vi.

そして、制御量演算手段13は、位置指令と速度指令を含む電流指令(移動指令)と駆動電流Iiとを比較して偏差を求める。そして、偏差に所定のゲインを付与して補正された電流指令を得て制御信号である制御量Hcを演算する。テーブル1Aが動き出す前に電流指令が最初に与えられるときは、まだ駆動電流Iiが出力されていない。したがって、偏差が最大であって理論的に電流指令を補正する必要がない状態である。   Then, the control amount calculation means 13 compares the current command (movement command) including the position command and the speed command with the drive current Ii to obtain the deviation. Then, a corrected current command is obtained by applying a predetermined gain to the deviation, and a control amount Hc that is a control signal is calculated. When the current command is first given before the table 1A starts moving, the drive current Ii has not been output yet. Therefore, the deviation is the maximum and there is no need to theoretically correct the current command.

以上のことから、図1に示されるリニアステージの移動制御装置4の動作結果のデータである制御量Hcを求めるために必要な移動制御装置4の設計要素は、具体的に、少なくとも位置ゲインと速度ゲインおよびフィードバックゲインまたはフィードフォワードゲインを含む複数の電圧利得である。また、移動制御装置4における設計要素の変数値は、設計者によって予め設定値として与えられ、設計モデルのデータに含まれている。   From the above, the design elements of the movement control device 4 necessary for obtaining the control amount Hc that is the data of the operation result of the linear stage movement control device 4 shown in FIG. A plurality of voltage gains including speed gain and feedback gain or feed forward gain. Moreover, the variable value of the design element in the movement control device 4 is given as a set value in advance by the designer and is included in the design model data.

制御量Hcが演算されたら、解析手段10は、駆動電流演算手段14を動作させる。駆動電流演算手段14は、駆動制御装置5の設計要素に関するデータに基づいて駆動制御装置5を模擬動作させる。駆動電流演算手段14は、設計要素に従う回路要素をパラメータとして設計要素に従う演算アルゴリズムで制御量演算手段13から与えられる制御量Hcに対応する駆動電流Iiと印加電圧EiをPWM信号として求める。このとき、駆動電流演算手段14は、推力演算手段11から与えられるコイル抵抗RiとコイルインダクタンスLiとノイズNiとのフィードバックデータで駆動電流Iiと印加電圧Eiを補正する。   When the control amount Hc is calculated, the analysis unit 10 operates the drive current calculation unit 14. The drive current calculation unit 14 causes the drive control device 5 to perform a simulated operation based on data regarding design elements of the drive control device 5. The drive current calculation means 14 obtains, as a PWM signal, the drive current Ii and the applied voltage Ei corresponding to the control amount Hc given from the control amount calculation means 13 by a calculation algorithm according to the design element using the circuit element according to the design element as a parameter. At this time, the drive current calculation unit 14 corrects the drive current Ii and the applied voltage Ei with feedback data of the coil resistance Ri, the coil inductance Li, and the noise Ni given from the thrust calculation unit 11.

その結果、電圧リップルErで変動する周波数Qcで決まるパルス幅の印加電圧Eiと電流リップルIrで変動する連続する駆動電流Iiが求められる。したがって、駆動電流演算手段14で演算された駆動電流Iiは、変動要因である駆動回路に因る電流リップルIrが減じられている。また、印加電圧Eiは、変動要因である駆動回路に因る電圧リップルErが減じられている。   As a result, an applied voltage Ei having a pulse width determined by the frequency Qc that varies with the voltage ripple Er and a continuous drive current Ii that varies with the current ripple Ir are obtained. Accordingly, the drive current Ii calculated by the drive current calculation means 14 is reduced in the current ripple Ir caused by the drive circuit which is a fluctuation factor. Further, the applied voltage Ei is reduced by the voltage ripple Er caused by the drive circuit which is a fluctuation factor.

以上のことから、図1に示されるリニアスケールの駆動制御装置5の動作結果のデータである駆動電流Iiと印加電圧Eiを求めるために必要な駆動制御装置5の設計要素は、少なくとも信号スケール(増幅率)、印加電圧(電源電圧)Ei、周波数Pc、デッドタイムDc、電圧リップルEr、電流リップルIrである。   From the above, the design elements of the drive control device 5 necessary for obtaining the drive current Ii and the applied voltage Ei, which are data of the operation results of the linear scale drive control device 5 shown in FIG. Amplification factor), applied voltage (power supply voltage) Ei, frequency Pc, dead time Dc, voltage ripple Er, and current ripple Ir.

駆動電流Iiが演算されたら、解析手段10は、推力演算手段11を動作させる。最初に、推力演算手段11は、駆動電流Iiに直接対応するリニアモータ6の電磁力Foを求める。リニアモータ6は、コア付片側式三相交流同期モータであるので、リニアモータ6の電磁力Foは、スター結線された三相の各励磁コイル6Aを含むモータの電気回路に駆動制御装置5から印加電圧Eiが入力されて駆動電流Iiが供給されるときに、コイル抵抗をRi、コイルインダクタンスをLiとして計算される。   When the drive current Ii is calculated, the analysis unit 10 operates the thrust calculation unit 11. Initially, the thrust calculation means 11 calculates | requires the electromagnetic force Fo of the linear motor 6 directly corresponding to the drive current Ii. Since the linear motor 6 is a one-sided three-phase AC synchronous motor with a core, the electromagnetic force Fo of the linear motor 6 is transferred from the drive control device 5 to an electric circuit of the motor including each star-connected three-phase exciting coil 6A. When the applied voltage Ei is input and the drive current Ii is supplied, the coil resistance is calculated as Ri and the coil inductance is calculated as Li.

次に、推力演算手段11は、駆動電流Iiに直接対応する電磁力Foからリニアモータ6の変動推力Frを減算して、リニアモータ6のモータ単体の推力Fmを演算する。コア付片側式三相交流同期モータであるリニアモータ6の変動推力Frは、主にコギングに因る変動推力(コギングトルク)Fcと渦電流に因る変動推力(渦電流リップル)Feである。したがって、推力演算手段11は、電磁力FoからコギングトルクFcと渦電流リップルFeを減算する。   Next, the thrust calculating means 11 calculates the thrust Fm of the linear motor 6 by subtracting the fluctuation thrust Fr of the linear motor 6 from the electromagnetic force Fo that directly corresponds to the drive current Ii. The fluctuation thrust Fr of the linear motor 6 that is a one-sided three-phase AC synchronous motor with a core is mainly a fluctuation thrust (cogging torque) Fc caused by cogging and a fluctuation thrust (eddy current ripple) Fe caused by eddy current. Therefore, the thrust calculation means 11 subtracts the cogging torque Fc and the eddy current ripple Fe from the electromagnetic force Fo.

実施の形態のシステム設計支援装置では、コギングトルクFcと渦電流リップルFeのデータは、リニアモータ6のシステム設計モデルのデータから直接取得できる設計要素である。変動推力Frがシステム設計モデルから直接得ることができない場合、推力演算手段11は、記憶手段30に記憶されている解析プログラムを実行させて、システム設計モデルを用いてリニアモータ6を模擬動作させる。そして、リニアモータ6の動作を再現して得られる物理的な現象のデータを解析して変動推力Frを求める。   In the system design support apparatus of the embodiment, the data of the cogging torque Fc and the eddy current ripple Fe are design elements that can be directly acquired from the data of the system design model of the linear motor 6. When the fluctuation thrust Fr cannot be obtained directly from the system design model, the thrust calculation means 11 executes the analysis program stored in the storage means 30 to simulate the linear motor 6 using the system design model. Then, the fluctuation thrust Fr is obtained by analyzing data of a physical phenomenon obtained by reproducing the operation of the linear motor 6.

以上のことから、図1に示されるリニアステージのリニアモータ6の動作結果のデータである実質的な推力Fmを求めるために必要なリニアモータ6の直接の設計要素は、電磁力Foと変動推力Frでである。また、間接の設計要素は、電磁力Foを求めるためのコイル抵抗RiとコイルインダクタンスLi、および変動推力Frを求めるためのコイル位置、磁極ピッチ、永久磁石位置、ギャップ、鉄心と永久磁石の材質である。   From the above, the direct design elements of the linear motor 6 necessary for obtaining the substantial thrust Fm that is the data of the operation result of the linear motor 6 of the linear stage shown in FIG. 1 are the electromagnetic force Fo and the fluctuation thrust. Fr. Indirect design elements include coil resistance Ri and coil inductance Li for obtaining electromagnetic force Fo, and coil position, magnetic pole pitch, permanent magnet position, gap, iron core and permanent magnet material for obtaining variable thrust Fr. is there.

推力演算手段11は、解析手段10の他の演算手段における演算で必要なパラメータとして、設計要素であるコイル抵抗RiとコイルインダクタンスLiとノイズNiを選択的に表示手段40に出力するとともに、記憶手段30に累積記憶する。   The thrust calculation means 11 selectively outputs the coil resistance Ri, the coil inductance Li, and the noise Ni, which are design elements, to the display means 40 as parameters necessary for the calculation in the other calculation means of the analysis means 10 and the storage means. 30 is stored cumulatively.

リニアモータ6の推力Fmが演算されたら、解析手段10は、移動量演算手段12を動作させる。移動量演算手段12は、最初に無負荷のときのリニアモータ6の単体の推力Fmの変化から負荷が与えられたときの正味推力Fxの変化を演算する。図1に示されるリニアステージの場合、移動量演算手段12は、リニアモータ6のモータ単体の推力Fmから反力Fkを減算するこによって正味推力Fxを求める。   When the thrust Fm of the linear motor 6 is calculated, the analysis unit 10 operates the movement amount calculation unit 12. The movement amount calculation means 12 calculates the change in the net thrust Fx when a load is applied from the change in the single thrust Fm of the linear motor 6 when there is no load first. In the case of the linear stage shown in FIG. 1, the movement amount calculation means 12 obtains the net thrust Fx by subtracting the reaction force Fk from the thrust Fm of the motor alone of the linear motor 6.

図1に示されるリニアステージでは、空気静圧軸受における摩擦抵抗とテーブル1Aに加わる空気抵抗を無視することができるので、リニアモータ6の推力Fmに対して反対方向に対抗する主たる力は、可動子と積載物を含むテーブル1Aの慣性による反力Fsと、固定子がテーブル1Aを戻そうとする反力Fbである。したがって、正味推力Fxは、リニアモータ6のモータ単体の推力Fmから反力Fsと反力Fbとを減算して求められる。   In the linear stage shown in FIG. 1, since the frictional resistance in the aerostatic bearing and the air resistance applied to the table 1A can be ignored, the main force that opposes the thrust Fm of the linear motor 6 in the opposite direction is movable. The reaction force Fs due to the inertia of the table 1A including the child and the load and the reaction force Fb that the stator tries to return the table 1A. Therefore, the net thrust Fx is obtained by subtracting the reaction force Fs and the reaction force Fb from the thrust Fm of the single motor of the linear motor 6.

反力Fsは、テーブル1Aの重心Gsから鉛直方向に質量Msが重力加速度で作用する力から求めることができる。また、反力Fbは、ベース1Bの重心Gbから鉛直方向に質量Mbが重力加速度で作用する力から求めることができる。   The reaction force Fs can be obtained from the force with which the mass Ms acts in the vertical direction from the center of gravity Gs of the table 1A with gravitational acceleration. Further, the reaction force Fb can be obtained from the force with which the mass Mb acts by the gravitational acceleration in the vertical direction from the center of gravity Gb of the base 1B.

次に、移動量演算手段12は、正味推力Fxのときの所定時間毎のテーブル1Aの速度を求めてテーブル1Aの位置を求める。制御装置は、推力と質量で決まる加速度と速度でテーブル1Aを移動するように制御するから、所定時間毎のテーブル1Aの速度は、設定加速度が与えられると、正味推力Fxと質量Msと設定加速度とによって求めることができる。速度と時間とから所定時間中の移動量が求められ、移動量から所定時間ごとの位置が得られる。   Next, the movement amount calculation means 12 obtains the position of the table 1A by obtaining the speed of the table 1A every predetermined time at the time of the net thrust Fx. Since the control device controls the table 1A to move with the acceleration and speed determined by the thrust and mass, the speed of the table 1A for each predetermined time is given the net thrust Fx, mass Ms, and set acceleration when the set acceleration is given. And can be determined by A movement amount during a predetermined time is obtained from the speed and time, and a position for every predetermined time is obtained from the movement amount.

続いて、移動量演算手段12は、正味推力Fxのときの変位δを求める。図1におけるリニアステージのステージ1は、構造上固有の振動系を有している。そのため、振動に因る変位δによって位置誤差が発生する。ステージ1は、ベース1Bがばね要素とダッシュポットを介在させて接地し、テーブル1Aがベッド1Bの上に空気静圧軸受を介在させて搭載されている。したがって、推力Fxのときの変位δは、各振動モードを等価質量、剛性、減衰に置き換えて、運動方程式で求めることができる。   Subsequently, the movement amount calculation means 12 obtains the displacement δ when the net thrust Fx is present. The stage 1 of the linear stage in FIG. 1 has a vibration system unique to the structure. Therefore, a position error occurs due to the displacement δ due to vibration. In the stage 1, the base 1B is grounded via a spring element and a dashpot, and the table 1A is mounted on the bed 1B via an aerostatic bearing. Therefore, the displacement δ when the thrust is Fx can be obtained by an equation of motion by replacing each vibration mode with an equivalent mass, rigidity, and damping.

そして、移動量演算手段12は、移動量から計算される位置に変位δを減算して、リニアモータの実質的な推力Fm、正味推力Fxのときのテーブル1Aの検出位置Xiを求める。また、検出位置Xiを微分してテーブル1Aの検出位置Viを求める。   Then, the movement amount calculation means 12 subtracts the displacement δ from the position calculated from the movement amount to obtain the detection position Xi of the table 1A when the substantial thrust Fm and the net thrust Fx of the linear motor are obtained. Further, the detection position Xi is differentiated to obtain the detection position Vi of the table 1A.

以上のことから、図1に示されるリニアステージのステージ1の動作結果のデータである検出位置Xiと検出速度Viを求めるために必要なステージ1の直接の設計要素は、リニアモータ6の正味推力Fxと振動による変位δである。また、間接の設計要素は、正味推力Fxを求めるための反力Fkの計算に必要なテーブル1Aの質量Msと重心Gsおよびベース1Bの質量Mbと重心Gbと、変位δを求めるために加えて必要なテーブル1Aの剛性Ksとベース1Bの質量Mbと減衰定数Cbおよび剛性Kbである。   From the above, the direct design elements of the stage 1 necessary for obtaining the detection position Xi and the detection speed Vi, which are data of the operation result of the stage 1 of the linear stage shown in FIG. Fx and displacement δ due to vibration. In addition, indirect design elements are added to obtain the mass Ms and the center of gravity Gs of the table 1A and the mass Mb and the center of gravity Gb of the base 1B and the displacement δ necessary for calculating the reaction force Fk for obtaining the net thrust Fx. These are the required rigidity Ks of the table 1A, the mass Mb of the base 1B, the damping constant Cb, and the rigidity Kb.

以上のようにして、解析手段10は、指令値演算手段15が演算する新しい移動指令データがなくなるまで、指令値演算手段15から移動量演算手段12に至るまでの一連の動作を繰り返してリニアステージのシミュレーションを行なって、理論的な各装置の動作結果のデータと必要な設計要素のデータを収集して記憶手段30に記録する。各装置のシステム設計モデルは、有機的に結合された閉回路の中でそれぞれ模擬動作されているので、リニアステージ全体の動作が高い正確性をもって再現される。   As described above, the analysis unit 10 repeats a series of operations from the command value calculation unit 15 to the movement amount calculation unit 12 until there is no new movement command data calculated by the command value calculation unit 15, and the linear stage The theoretical operation result data of each apparatus and necessary design element data are collected and recorded in the storage means 30. Since the system design model of each device is simulated in an organically coupled closed circuit, the operation of the entire linear stage is reproduced with high accuracy.

以上に説明される実施の形態の設計支援装置と全く同じ構成である必要はなく、本発明の技術思想を逸脱せず、本発明の作用効果を得ることができる範囲で、実施の形態のシステム設計支援装置を変形して実施することが可能である。   The system of the embodiment is not necessarily the same configuration as the design support apparatus of the embodiment described above, as long as the effects of the present invention can be obtained without departing from the technical idea of the present invention. The design support apparatus can be modified and implemented.

本発明のシステム設計支援装置は、図1に代表的に示されるリニアステージに限らず、少なくとも、移動体を含む機器本体と、移動体を移動させる電動アクチュエータと、電動アクチュエータを制御する制御装置とが組み合わされてなる複数の装置の複合装置である電動機器のシステムの設計に有益である。特に、総合的なシステムの設計が難しい位置決め制御系を有する電動機器のシステムの設計に役立つ。   The system design support apparatus of the present invention is not limited to the linear stage typically shown in FIG. 1, but at least an apparatus main body including a moving body, an electric actuator that moves the moving body, and a control device that controls the electric actuator; It is useful for the design of a system of an electric device which is a composite device of a plurality of devices formed by combining. In particular, it is useful for designing a system of an electric device having a positioning control system in which it is difficult to design a comprehensive system.

本発明のシステム設計支援装置は、移動体を含む機器本体と、移動体を移動させる電動アクチュエータと、電動アクチュエータを制御する制御装置とが組み合わせてなる電動機器の設計に適用される。本発明のシステム設計支援装置は、リニアステージ、ポンプ、攪拌機、ディスクドライブのように、幅広い電動機器のシステム設計を助け、種々の電動機器の発展に寄与する。   The system design support device of the present invention is applied to the design of an electric device that is a combination of a device main body including a moving body, an electric actuator that moves the moving body, and a control device that controls the electric actuator. The system design support apparatus of the present invention helps system design of a wide range of electric devices such as linear stages, pumps, agitators, and disk drives, and contributes to the development of various electric devices.

1 ステージ(機器本体)
1A テーブル(移動体)
1B ベース
2 指令制御装置
3 検出装置
3A リニアエンコーダ(検出器)
4 移動制御装置(モーションコントローラ)
5 駆動制御装置(モータドライバ)
6 リニアモータ(電動アクチュエータ)
10 解析手段
20 プログラム実行手段
30 記憶手段
40 入力手段
50 表示手段
60 モデル結合手段
70 変更手段
1 Stage (equipment main unit)
1A Table (moving body)
1B Base 2 Command control device 3 Detection device 3A Linear encoder (detector)
4 Movement control device (motion controller)
5 Drive control device (motor driver)
6 Linear motor (electric actuator)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Analysis means 20 Program execution means 30 Storage means 40 Input means 50 Display means 60 Model coupling means 70 Change means

Claims (1)

移動体を含む電動機器本体と前記移動体を移動させる電動アクチュエータと前記電動アクチュエータを制御する制御装置との複数の装置が組み合わされてなる電動機器のシステム設計支援装置であって、前記電動機器の各装置のそれぞれにおいて前記電動機器が要求される仕様どおりの性能を発揮する上で看過することができない重大な変動要因を与えるシステム設計上欠くことができない構成要素として少なくとも制御量のデータを求めるために必要な複数の電圧利得を含む移動制御装置の設計要素と駆動電流と印加電圧のデータを求めるために必要な増幅率、印加電圧、周波数とを含む駆動制御装置の設計要素と実質的な推力のデータを求めるために必要な電磁力を計算するためのコイル抵抗、コイルインダクタンスおよび変動推力を計算するためのコイル位置、磁極ピッチ、永久磁石位置、ギャップ、鉄心と永久磁石の材質とを含む電動アクチュエータの設計要素と検出位置と検出速度のデータを求めるために必要な反力と変位を計算するための移動体の設計要素との複数の設計要素を含んでなる各装置のシステム設計モデルどうし前記複数の設計要素のうちの所定の設計要素を予め決定されている適正な配置構成に従って組み合わせて前記各装置のうちの所定の装置に与えて前記システム設計モデル間において各入出力で制御量、駆動電流および印加電圧、実質的な推力、検出位置および検出速度との各装置の動作結果のデータを一致させるようにしながら順次入出力線で接続することによって有機的に結合された閉回路を形成させるモデル結合手段と、移動指令値を演算する指令値演算手段;駆動電流に対応する前記電動アクチュエータの変動推力を減じた連続する実質的な推力を演算する推力演算手段;前記実質的な推力に基づいて前記移動体の位置と速度とを演算する移動量演算手段;前記移動指令値に基づいて指令位置と前記移動体の位置との偏差および指令速度と前記移動体の速度との偏差を補正した位置指令と速度指令に従う制御量を演算する制御量演算手段;前記制御量に対応する駆動回路による駆動電流を演算する駆動電流演算手段;とを含む解析手段と、前記システム設計モデルを有機的に結合された状態で表示するとともに解析手段によって演算された動作結果のデータと前記設計要素のデータを選択的に一覧表示する表示手段と、前記設計要素を調整または変更する変更手段と、を備えてなる電動機器のシステム設計支援装置。 A system design support device for an electric device in which a plurality of devices including an electric device main body including a moving body, an electric actuator that moves the moving body, and a control device that controls the electric actuator are combined . In order to obtain at least control amount data as a component that is indispensable in system design that gives a significant variation factor that cannot be overlooked when the electric equipment performs in accordance with the required specifications in each device. Design element of mobile control device including multiple voltage gains necessary for driving, design factor of drive control device including amplification factor, applied voltage and frequency necessary to obtain drive current and applied voltage data and substantial thrust Coil resistance, coil inductance, and fluctuation thrust to calculate the electromagnetic force required to obtain the data of To calculate the reaction force and displacement necessary to obtain the design element, detection position and detection speed data of the electric actuator including coil position, magnetic pole pitch, permanent magnet position, gap, iron core and permanent magnet material combination according to appropriate arrangements are previously determined predetermined design elements of the system design model if the plurality of design elements of the plurality of comprising design elements each device and design element of the body for Data of operation results of each device such as control amount, drive current and applied voltage, substantial thrust, detection position and detection speed at each input / output between the system design models given to a predetermined device among the devices and model coupling means for forming a closed circuit that is organically bound by connecting sequentially output line while allowing match, Starring a movement command value Command value calculating means for calculating; thrust calculating means for calculating a continuous substantial thrust obtained by subtracting the fluctuation thrust of the electric actuator corresponding to the drive current; the position and speed of the moving body based on the substantial thrust A movement amount calculation means for calculating; a position command obtained by correcting a deviation between a command position and the position of the moving body and a deviation between a command speed and a speed of the moving body based on the movement command value; Control means calculating means; driving means calculating means for calculating a drive current by a drive circuit corresponding to the control quantity; and displaying and analyzing the system design model in an organically coupled state. Display means for selectively displaying the data of the operation result calculated by the above and the data of the design element, and changing means for adjusting or changing the design element System design support device for electric equipment.
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