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JP7737110B2 - Motor control device and motor control method - Google Patents
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JP7737110B2 - Motor control device and motor control method - Google Patents

Motor control device and motor control method

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JP7737110B2 JP2021169671A JP2021169671A JP7737110B2 JP 7737110 B2 JP7737110 B2 JP 7737110B2 JP 2021169671 A JP2021169671 A JP 2021169671A JP 2021169671 A JP2021169671 A JP 2021169671A JP 7737110 B2 JP7737110 B2 JP 7737110B2
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Description

本発明は、モータの制御装置及びモータの制御方法に関する。 The present invention relates to a motor control device and a motor control method.

モータは、固定子と可動子とを備えており、固定子と可動子との間で磁気的に推力を発生させることによって、固定子に対して可動子を移動させる構成である。モータの代表的な例として、磁性が交互に変わるように複数の永久磁石を配列させた可動子と、複数の磁極歯それぞれにコイルを巻回させた固定子とを、所定の距離だけ離隔して対応配置させた構成をなし、固定子のコイルに交流電流を流すことにより、永久磁石との吸引反発力によって推力を発生させて、固定子に対して可動子を直線移動させるリニアモータがある。 A motor has a stator and a mover, and is configured to move the mover relative to the stator by generating a magnetic thrust between the two. A typical example of a motor is a linear motor, which has a mover with multiple permanent magnets arranged so that their magnetic properties alternate, and a stator with multiple magnetic pole teeth each wound with a coil, arranged a predetermined distance apart. When an alternating current is passed through the stator coil, thrust is generated by the attractive/repulsive force between the permanent magnets, causing the mover to move linearly relative to the stator.

例えば、特許文献1には、ステージの位置検出装置による検出速度と位置信号とを用いてPIDサーボアルゴリズム部がリニアモータをフィードバック制御することについて開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses that a PID servo algorithm unit performs feedback control of a linear motor using the velocity and position signal detected by a stage position detection device.

特開2000-167717号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-167717

半導体搬送装置に採用される位置決め用のステージの多くはリニアモータを用いる。このようなステージは、停止時に露光等の処理が行われるステッパ型と、等速移動時に処理が行われるスキャナー型とに大別される。処理の精度向上のために、ステッパ型は指令に応じて早く停止する性能、即ち高い応答性が要求され、スキャナー型は等速時の速度変動率の低減が要求される。 Many of the positioning stages used in semiconductor transport equipment use linear motors. These stages can be broadly divided into stepper types, in which exposure and other processes are performed while the stage is stationary, and scanner types, in which processing is performed while the stage moves at a constant speed. To improve processing precision, stepper types require the ability to stop quickly on command, i.e., high responsiveness, while scanner types require reduced speed fluctuations when moving at a constant speed.

特許文献1のようにフィードバック制御が行われるステージでは、このような要求を満足させるために、ステージの剛性を高めるか、又はステージの早期停止用の付加設備が必要である。しかしながら、何れの場合も高価な部材を使用することになるので、ステージの製造コストアップを招く。 To satisfy these requirements, a stage that uses feedback control, such as that described in Patent Document 1, requires either increasing the rigidity of the stage or adding additional equipment for early stopping of the stage. However, in either case, expensive components are used, which increases the manufacturing costs of the stage.

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、低コストにて、等速時の速度変動率の低減と、早期停止とを共に実現できるモータの制御装置及びモータの制御方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a motor control device and motor control method that can reduce speed fluctuation rate during constant speed operation and achieve early stopping at low cost.

本発明に係るモータの制御装置は、外乱補正が行われるモータの制御装置において、前記モータが等速の際に速度変動率を低減するための第1制御系と、前記モータが停止する際に整定時間を短縮するための第2制御系とを備える。 The motor control device of the present invention is a motor control device that performs disturbance compensation and includes a first control system for reducing the speed fluctuation rate when the motor is moving at a constant speed, and a second control system for shortening the settling time when the motor stops.

本発明にあっては、前記第1制御系によって、前記モータが等速の際に速度変動率が低減され、前記第2制御系によって、前記モータが停止する際に整定時間が短縮されるので、等速時の速度変動率の低減と、早期停止とを共に実現できる。 In this invention, the first control system reduces the speed fluctuation rate when the motor is moving at a constant speed, and the second control system shortens the settling time when the motor is stopped, thereby achieving both a reduction in speed fluctuation rate when the motor is moving at a constant speed and early stopping.

本発明に係るモータの制御装置は、前記第2制御系は、前記モータに入力される前記外乱補正済の入力値を用いて、前記モータのフィードフォワード制御を行う。 In the motor control device of the present invention, the second control system performs feedforward control of the motor using the disturbance-corrected input value input to the motor.

本発明にあっては、前記第2制御系が、前記モータに入力される前記外乱補正済の入力値を用いて、前記フィードフォワード制御を行うので、既に外乱補正が施された入力値をフィードフォワード制御に用いることから、モータの外乱抑制効果を高めることができる。 In the present invention, the second control system performs the feedforward control using the disturbance-corrected input value input to the motor. Since the input value that has already undergone disturbance correction is used for feedforward control, the motor disturbance suppression effect can be improved.

本発明に係るモータの制御装置は、前記入力値の実測値を予め記憶する記憶部を備え、前記第2制御系は、前記入力値の実測値を用いて前記フィードフォワード制御を行う。 The motor control device according to the present invention includes a storage unit that stores the actual measured values of the input values in advance, and the second control system performs the feedforward control using the actual measured values of the input values.

本発明にあっては、前記第2制御系が、前記モータに入力される前記外乱補正済の入力値の実測値を用いて、前記フィードフォワード制御を行う。よって、既に外乱補正が施された入力値がフィードフォワード制御に用いられるので、モータの外乱抑制効果を高めることができる。 In this invention, the second control system performs the feedforward control using the actual measured value of the disturbance-corrected input value input to the motor. Therefore, since the input value that has already been disturbance-corrected is used for feedforward control, the motor disturbance suppression effect can be improved.

本発明に係るモータの制御装置は、前記第1制御系は、周期的な外乱の抑制に用いられる第1外乱推定値を定める非線形補償器と、非周期的な外乱の抑制に用いられる第2外乱推定値を定める外乱オブザーバとを備える。 In the motor control device according to the present invention, the first control system includes a nonlinear compensator that determines a first disturbance estimate used to suppress periodic disturbances, and a disturbance observer that determines a second disturbance estimate used to suppress non-periodic disturbances.

本発明にあっては、前記第1制御系が、前記非線形補償器によって定められた第1外乱推定値を用いて周期的な外乱を抑制し、前記外乱オブザーバによって定められた第2外乱推定値を用いて非周期的な外乱を抑制する外乱制御を行う。よって、前記モータが等速である際に発生する外乱が大幅に抑制され、速度変動率が低減される。 In this invention, the first control system performs disturbance control by suppressing periodic disturbances using a first disturbance estimate determined by the nonlinear compensator, and suppressing non-periodic disturbances using a second disturbance estimate determined by the disturbance observer. Therefore, disturbances that occur when the motor is at a constant speed are significantly suppressed, and the speed fluctuation rate is reduced.

本発明に係るモータの制御装置は、前記モータによって駆動される対象物の位置と、前記モータ用の位置指令値との差に基づいて前記モータのフィードバック制御を行う制御器と、前記制御器の出力値と前記第2外乱推定値との差を求める第1減算器と、前記第1減算器の出力値及び前記第2制御系の出力値の加算値と、前記第1外乱推定値との差を求める第2減算器とを備え、前記第2減算器は前記差を前記モータに出力する。 The motor control device of the present invention includes a controller that performs feedback control of the motor based on the difference between the position of an object driven by the motor and a position command value for the motor; a first subtractor that calculates the difference between the output value of the controller and the second disturbance estimated value; and a second subtractor that calculates the difference between the first disturbance estimated value and the sum of the output value of the first subtractor and the output value of the second control system, and outputs the difference to the motor.

本発明にあっては、前記制御器によるフィードバック制御の結果に、前記第2制御系によるフィードフォワード制御が加わり、以降、前記第1制御系による外乱制御が行われる。よって、前記モータが等速時の速度変動率を低減させると共に、前記モータを早く停止させることができる。 In this invention, the feedforward control by the second control system is added to the results of the feedback control by the controller, and then disturbance control is performed by the first control system. This reduces the speed fluctuation rate when the motor is running at a constant speed, and enables the motor to be stopped quickly.

本発明に係るモータの制御方法は、外乱補正を行ってモータを制御するモータの制御方法において、前記モータが等速の際に速度変動率を低減する第1制御を行い、前記モータが停止する際に整定時間を短縮する第2制御を行う。 The motor control method of the present invention controls a motor by performing disturbance correction, and performs a first control to reduce the speed fluctuation rate when the motor is moving at a constant speed, and a second control to shorten the settling time when the motor stops.

本発明にあっては、前記第1制御によって、前記モータが等速の際に速度変動率が低減され、前記第2制御によって、前記モータが停止する際に整定時間が短縮されるので、等速時の速度変動率の低減と、早期停止とを共に実現できる。 In this invention, the first control reduces the speed fluctuation rate when the motor is moving at a constant speed, and the second control shortens the settling time when the motor is stopped, thereby achieving both a reduction in the speed fluctuation rate when the motor is moving at a constant speed and early stopping.

本発明に係るモータの制御方法は、前記第2制御では、前記モータに入力される前記外乱補正済の入力値を用いて、前記モータのフィードフォワード制御を行う。 In the motor control method according to the present invention, the second control involves performing feedforward control of the motor using the disturbance-corrected input value input to the motor.

本発明にあっては、前記第2制御で、前記モータに入力される前記外乱補正済の入力値を用いて、前記フィードフォワード制御が行われるので、既に外乱補正が施された入力値をフィードフォワード制御に用いることから、モータの外乱抑制効果を高めることができる。 In the present invention, the feedforward control is performed using the disturbance-corrected input value input to the motor in the second control. Therefore, since the input value that has already been subjected to disturbance correction is used for the feedforward control, the motor disturbance suppression effect can be enhanced.

本発明に係るモータの制御方法は、前記入力値の実測値を予め記憶し、前記第2制御は、前記入力値の実測値を用いて前記フィードフォワード制御を行う。 The motor control method of the present invention stores the actual measured value of the input value in advance, and the second control performs the feedforward control using the actual measured value of the input value.

本発明にあっては、前記第2制御にて、前記モータに入力される前記外乱補正済の入力値の実測値を用いて、前記フィードフォワード制御を行う。よって、既に外乱補正が施された入力値がフィードフォワード制御に用いられるので、モータの外乱抑制効果を高めることができる。 In the present invention, the feedforward control is performed using the actual measured value of the disturbance-corrected input value input to the motor in the second control. Therefore, since the input value that has already been subjected to disturbance correction is used in the feedforward control, the motor disturbance suppression effect can be improved.

本発明に係るモータの制御方法は、前記第1制御は、周期的な外乱の抑制に用いられる第1外乱推定値を定め、非周期的な外乱の抑制に用いられる第2外乱推定値を定める。 In the motor control method according to the present invention, the first control determines a first disturbance estimate used to suppress periodic disturbances and a second disturbance estimate used to suppress non-periodic disturbances.

本発明にあっては、前記第1制御系では、前記第1外乱推定値を定めて周期的な外乱を抑制し、かつ前記第2外乱推定値を定めて非周期的な外乱を抑制する外乱制御が行われる。よって、前記モータが等速である際に発生する外乱が大幅に抑制され、速度変動率が低減される。 In the present invention, the first control system performs disturbance control by determining the first disturbance estimated value to suppress periodic disturbances and by determining the second disturbance estimated value to suppress non-periodic disturbances. Therefore, disturbances that occur when the motor is at a constant speed are significantly suppressed, and the speed fluctuation rate is reduced.

本発明に係るモータの制御方法は、前記モータによって駆動される対象物の位置と、前記モータ用の位置指令値との差に基づいて前記モータのフィードバック制御を行い、前記フィードバック制御によって得られた値と前記第2外乱推定値との差を求め、求められた差及び前記フィードフォワード制御によって得られた値の加算値と、前記第1外乱推定値との差を求め、前記差を前記モータに出力する。 A motor control method according to the present invention performs feedback control of the motor based on the difference between the position of an object driven by the motor and a position command value for the motor, calculates the difference between the value obtained by the feedback control and the second disturbance estimated value, calculates the difference between the sum of the calculated difference and the value obtained by the feedforward control and the first disturbance estimated value, and outputs the difference to the motor.

本発明にあっては、前記フィードバック制御の結果に、前記フィードフォワード制御が加わり、以降、前記外乱制御が行われる。よって、前記モータが等速時の速度変動率を低減させると共に、前記モータを早く停止させることができる。 In this invention, the feedforward control is added to the results of the feedback control, and then the disturbance control is performed. This reduces the speed fluctuation rate when the motor is moving at a constant speed, and enables the motor to be stopped quickly.

本発明によれば、低コストにて、等速時の速度変動率の低減と、早期停止とを共に実現できる。 This invention makes it possible to reduce speed fluctuations during constant speed operation and achieve early stopping at low cost.

リニアモータの構成を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of a linear motor. リニアモータの構成を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing the configuration of a linear motor. 本実施形態に係る制御装置の一実施形態の構成を示すブロック線図である。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a control device according to the present embodiment. リニアモータに入力される電流指令の一例を示す例示図である。FIG. 4 is an illustrative diagram showing an example of a current command input to a linear motor. フィードフォワード制御に用いられるフィードフォワード値の一例を示す例示図である。FIG. 4 is an illustrative diagram showing an example of a feedforward value used in feedforward control. 制御装置の外乱制御系の内部構成を示すブロック線図である。FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of a disturbance control system of the control device. 本発明に係る制御装置にて外乱オブザーバ制御を行った場合の動作波形である。4 shows operational waveforms when disturbance observer control is performed by the control device according to the present invention. 図5に示すフィードフォワード値を用いてフィードフォワード制御を行った場合の動作波形である。6 shows operational waveforms when feedforward control is performed using the feedforward values shown in FIG. 5.

本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。なお、以下では、モータの一例としてのリニアモータが採用された、位置決め用のステージに本発明を適用する場合について説明する。 The present invention will be described in detail with reference to drawings showing embodiments thereof. The following describes the application of the present invention to a positioning stage that uses a linear motor as an example of a motor.

図1及び図2は、リニアモータ1の構成を示す斜視図及び側面図である。リニアモータ1は、所定距離だけ隔てて対向させた可動子2と固定子3とを有している。 Figures 1 and 2 are a perspective view and a side view showing the configuration of a linear motor 1. The linear motor 1 has a mover 2 and a stator 3 that face each other and are spaced a predetermined distance apart.

可動子2は、例えば14個の矩形状の永久磁石21を、等ピッチで薄板状のバックヨーク22に支持固定して可動方向(図2の左右方向)に並置させて構成される。各永久磁石21は厚さ方向(図2の上下方向)に磁化されており、隣り合う永久磁石21,21同士でその磁化方向は逆向きである。即ち、可動子2側から固定子3側に向かう方向(図2の上から下に向かう方向)に磁化された永久磁石21と、固定子3側から可動子2側に向かう方向(図2の下から上に向かう方向)に磁化された永久磁石21とが交互に配置されている。 The mover 2 is composed of, for example, 14 rectangular permanent magnets 21, supported and fixed at equal intervals on a thin plate-shaped back yoke 22, and arranged side by side in the direction of movement (left and right in Figure 2). Each permanent magnet 21 is magnetized in the thickness direction (up and down in Figure 2), with adjacent permanent magnets 21, 21 having opposite magnetization directions. In other words, permanent magnets 21 magnetized in the direction from the mover 2 side toward the stator 3 side (top to bottom in Figure 2) and permanent magnets 21 magnetized in the direction from the stator 3 side toward the mover 2 side (bottom to top in Figure 2) are arranged alternately.

一方、固定子3は、薄板状のコア31に可動方向に等ピッチにて例えば30個の矩形状の磁極歯32を一体的に設け、各磁極歯32にコイル33を巻いて構成される。図2におけるU、V、Wは夫々3相交流電源のU相、V相、W相を示し、3相平行通電を行うために、正逆2スロット3対を1セットとしている。そして、リニアモータ1は、7個の永久磁石21と6個の磁極歯32及びコイル33とを有する7極6スロット構成を基本ユニットとしている。 Meanwhile, the stator 3 is constructed by integrally forming, for example, 30 rectangular magnetic pole teeth 32 at equal intervals in the direction of movement on a thin plate-shaped core 31, with coils 33 wound around each magnetic pole tooth 32. U, V, and W in Figure 2 respectively represent the U, V, and W phases of a three-phase AC power supply, and three pairs of forward and reverse slots form one set to allow for three-phase parallel current flow. The linear motor 1 has a basic unit with a seven-pole, six-slot configuration, including seven permanent magnets 21, six magnetic pole teeth 32, and coils 33.

固定子3のコイル33に3相交流を通電して磁極歯32に磁界を発生させると、この磁界に可動子2の永久磁石21が順次磁気吸引反発することによって可動子2に推力が発生して、可動子2は固定子3に対して直線運動を行う。 When a three-phase alternating current is applied to the coils 33 of the stator 3 to generate a magnetic field in the magnetic pole teeth 32, the permanent magnets 21 of the mover 2 are sequentially magnetically attracted and repelled by this magnetic field, generating a thrust in the mover 2, causing the mover 2 to move linearly relative to the stator 3.

以下、このような構成をなすリニアモータ1に不可避的に発生する外乱の影響を低減するための方法及び装置について詳述する。 The following describes in detail a method and device for reducing the effects of disturbances that inevitably occur in a linear motor 1 configured as described above.

本発明にあっては、周期的な外乱抑制のための非線形補償制御と、その他周期的でない外乱抑制のための外乱オブザーバ制御と、整定時間を短縮するためのフィードフォワード制御とを基本制御(フィードバック制御)に追加した制御が行われる。非線形補償制御は、等速域の主にコギング等の周期的な外乱を抑制する。外乱オブザーバ制御は、定常カルマンフィルタを利用して等速域の非線形補償制御で抑制しきれなった外乱を抑制する。以下、非線形補償制御及び外乱オブザーバ制御をあわせて外乱制御とも言う。 In this invention, control is performed by adding nonlinear compensation control to basic control (feedback control) to suppress periodic disturbances, disturbance observer control to suppress other non-periodic disturbances, and feedforward control to shorten settling time. Nonlinear compensation control suppresses periodic disturbances, mainly cogging, in the constant velocity range. Disturbance observer control uses a steady-state Kalman filter to suppress disturbances that cannot be fully suppressed by nonlinear compensation control in the constant velocity range. Hereinafter, nonlinear compensation control and disturbance observer control will be collectively referred to as disturbance control.

リニアモータ1を例にした場合、外乱としては、通電ケーブルの張力の影響(張力によってリニアモータ1の前進方向と後退方向とで推力に差が生じる現象)、摩擦、リニアモータ1が保持される架台の振動などが存在する。本発明では、このようなリニアモータ1における外乱の影響を、フィードフォワード制御及び外乱制御によって抑制する。 Taking the linear motor 1 as an example, disturbances include the effect of tension in the current-carrying cable (a phenomenon in which tension causes a difference in thrust between the forward and backward directions of the linear motor 1), friction, and vibration of the base on which the linear motor 1 is held. In the present invention, the effect of such disturbances on the linear motor 1 is suppressed by feedforward control and disturbance control.

図3は、本実施形態に係る制御装置10の一実施形態の構成を示すブロック線図である。制御装置10は、ステージ11(対象物)に装着され、ステージ11を駆動するリニアモータ1を適宜制御する。 Figure 3 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the control device 10 according to this embodiment. The control device 10 is attached to the stage 11 (object) and appropriately controls the linear motor 1 that drives the stage 11.

制御装置10は、位置指令部80と、制御コントローラ50(制御器)と、FF補正器(フィードフォワード補正器)40(第2制御系)と、記憶部41と、非線形補償器51と、外乱オブザーバ61と、微分器62と、第3減算器81と、第1減算器71と、第2減算器72とを備えている。そして、非線形補償器51、外乱オブザーバ61及び微分器62にて外乱制御系60が構成されている。 The control device 10 includes a position command unit 80, a control controller 50 (controller), an FF corrector (feedforward corrector) 40 (second control system), a memory unit 41, a nonlinear compensator 51, a disturbance observer 61, a differentiator 62, a third subtractor 81, a first subtractor 71, and a second subtractor 72. The nonlinear compensator 51, the disturbance observer 61, and the differentiator 62 form a disturbance control system 60.

制御対象となるリニアモータ1の入力端は、第2減算器72の出力端子に接続されている。リニアモータ1の出力端は非線形補償器51の入力端、微分器62の入力端及び第3減算器81の減算入力端子に接続されている。非線形補償器51の出力端は第2減算器72の減算入力端子に接続されており、第2減算器72の一方の加算入力端子にはFF補正器40の出力端が接続されており、第2減算器72の他方の加算入力端子には第1減算器71の出力端子が接続されている。微分器62の出力端と外乱オブザーバ61の入力端とが接続されており、外乱オブザーバ61の出力端は第1減算器71の減算入力端子に接続されている。第1減算器71の加算入力端子には制御コントローラ50の出力端が接続されている。制御コントローラ50の入力端は第3減算器81の出力端子に接続されている。第3減算器81の加算入力端子及びFF補正器40の入力端は位置指令部80の出力端に接続されている。なお、FF補正器40には記憶部41が接続されている。 The input terminal of the linear motor 1 to be controlled is connected to the output terminal of the second subtractor 72. The output terminal of the linear motor 1 is connected to the input terminal of the nonlinear compensator 51, the input terminal of the differentiator 62, and the subtraction input terminal of the third subtractor 81. The output terminal of the nonlinear compensator 51 is connected to the subtraction input terminal of the second subtractor 72, one of the addition input terminals of the second subtractor 72 is connected to the output terminal of the FF corrector 40, and the other addition input terminal of the second subtractor 72 is connected to the output terminal of the first subtractor 71. The output terminal of the differentiator 62 is connected to the input terminal of the disturbance observer 61, and the output terminal of the disturbance observer 61 is connected to the subtraction input terminal of the first subtractor 71. The addition input terminal of the first subtractor 71 is connected to the output terminal of the control controller 50. The input terminal of the control controller 50 is connected to the output terminal of the third subtractor 81. The addition input terminal of the third subtractor 81 and the input terminal of the FF corrector 40 are connected to the output terminal of the position command unit 80. The FF corrector 40 is also connected to a memory unit 41.

第3減算器81の加算入力端子には位置指令部80から入力指令u1(位置指令値)が入力され、第1減算器71の加算入力端子には制御コントローラ50から電流指令u3が入力され、第1減算器71の減算入力端子には外乱オブザーバ61から第2外乱推定値^d(非周期的な外乱の推定値)が入力される。第2減算器72の一方の加算入力端子にはFF補正器40から電流指令u2が入力され、第2減算器72の他方の加算入力端子には第1減算器71から電流指令u4が入力され、第2減算器72の減算入力端子には非線形補償器51から第1外乱推定値^i(周期的な外乱の推定値)が入力される。なお、「^」の記号は推定値を表している。 The input command u1 (position command value) is input to the addition input terminal of the third subtractor 81 from the position command unit 80, the current command u3 is input to the addition input terminal of the first subtractor 71 from the control controller 50, and the second disturbance estimate value ^d (estimated value of a non-periodic disturbance) is input to the subtraction input terminal of the first subtractor 71 from the disturbance observer 61. The current command u2 is input to one addition input terminal of the second subtractor 72 from the FF corrector 40, the current command u4 is input to the other addition input terminal of the second subtractor 72 from the first subtractor 71, and the first disturbance estimate value ^i (estimated value of a periodic disturbance) is input to the subtraction input terminal of the second subtractor 72 from the nonlinear compensator 51. The symbol "^" represents an estimate.

リニアモータ1には電流指令u(入力値)が入力される。電流指令uは、第2減算器72からリニアモータ1側に出力される電流指令であり、例えばドライバ、サーボアンプ(図示せず)等に入力され、そのドライバ、又はサーボアンプからリニアモータ1に出力される電流値である。 A current command u (input value) is input to the linear motor 1. The current command u is a current command output from the second subtractor 72 to the linear motor 1 side, and is a current value input to, for example, a driver or servo amplifier (not shown), and output from the driver or servo amplifier to the linear motor 1.

図4は、リニアモータ1に入力される電流指令uの一例を示す例示図である。図4中、指令速度は、入力指令u1に対応する速度である。図4から分かるように、電流指令uは、時間の経過と共に、また速度に応じて変化している。 Figure 4 is an illustrative diagram showing an example of a current command u input to the linear motor 1. In Figure 4, the command speed is the speed corresponding to the input command u1. As can be seen from Figure 4, the current command u changes over time and in accordance with the speed.

また、ステージ11に設けられた位置検出部(図示せず)によってステージ11の位置が検出され、ステージ11の位置を表す位置情報xが第3減算器81の減算入力端子、微分器62、非線形補償器51及び外部へ出力される。 In addition, the position of the stage 11 is detected by a position detection unit (not shown) provided on the stage 11, and position information x representing the position of the stage 11 is output to the subtraction input terminal of the third subtractor 81, the differentiator 62, the nonlinear compensator 51, and to the outside.

位置指令部80は、所定のプログラムによって、ステージ11の位置を制御するために入力指令u1をリニアモータ1側に出力する。入力指令u1は、FF補正器40に入力され、また、第3減算器81を介して制御コントローラ50に入力される。 The position command unit 80 outputs an input command u1 to the linear motor 1 in order to control the position of the stage 11 according to a predetermined program. The input command u1 is input to the FF corrector 40 and also input to the controller 50 via the third subtractor 81.

制御コントローラ50は入力指令u1に対してフィードバック制御を行う。
即ち、第3減算器81は、加算入力端子に入力される入力指令u1と、減算入力端子に入力される位置情報xの差分を求め、斯かる差分を表す差分信号が制御コントローラ50に入力される。制御コントローラ50は、入力指令u1と位置情報xとを一致させるように斯かる差分に対し、比例(P)、積分(I)、微分(D)処理を加え、電流指令u3を演算して第1減算器71に出力する。
The controller 50 performs feedback control on the input command u1.
That is, the third subtractor 81 calculates the difference between the input command u1 input to the addition input terminal and the position information x input to the subtraction input terminal, and a difference signal representing this difference is input to the control controller 50. The control controller 50 applies proportional (P), integral (I), and differential (D) processing to this difference so as to match the input command u1 with the position information x, calculates a current command u3, and outputs it to the first subtractor 71.

また、FF補正器40は、リニアモータ1が停止する際、入力指令u1に対してフィードフォワード制御を行う。以下、詳しく説明する。
FF補正器40には、記憶部41が接続されている。記憶部41には、複数パターンのフィードフォワード値が記憶されている。即ち、記憶部41には、入力指令u1ごとにフィードフォワード値が関連付けられたルックアップテーブルが記憶されている。
記憶部41に記憶されているフィードフォワード値は、実測された電流指令uであって、リニアモータ1が停止する際の整定時間に係る時間範囲(以下、整定区間と称する)の電流指令uである(図4中、破線の楕円部分参照)。
Furthermore, the FF corrector 40 performs feedforward control on the input command u1 when the linear motor 1 stops, as will be explained in detail below.
The FF corrector 40 is connected to a storage unit 41. A plurality of patterns of feedforward values are stored in the storage unit 41. That is, the storage unit 41 stores a lookup table in which a feedforward value is associated with each input command u1.
The feedforward value stored in the memory unit 41 is the actually measured current command u, which is the current command u for the time range (hereinafter referred to as the settling interval) related to the settling time when the linear motor 1 stops (see the dashed ellipse in Figure 4).

ここで、整定時間は、応答が振動的である場合、指令速度が0になってから、応答が、目標値の所定範囲内に収まるまでにかかる時間であり、本実施形態では、例えば、リニアモータ1(ステージ11)にて、指令速度が0になってから、振動が±150nm内に収まるまでの時間である。また、前記整定区間は、時系列において、前記整定時間を含み、前記整定時間の直前及び前記整定時間後の所定時間を更に含む時間範囲である。 Here, the settling time is the time it takes for the response to settle within a specified range of the target value after the commanded speed becomes 0 when the response is oscillatory. In this embodiment, for example, in the case of linear motor 1 (stage 11), it is the time it takes for the vibration to settle within ±150 nm after the commanded speed becomes 0. Furthermore, the settling interval is a time range in a time series that includes the settling time and also includes a specified time immediately before and after the settling time.

本発明では、事前にステージ11を動作させて、この際にリニアモータ1に入力される、外乱が抑制された電流指令uを測定し、測定された電流指令uのうち、前記整定区間に対応する電流指令uがフィードフォワード値として記憶部41に記憶されている。 In the present invention, the stage 11 is operated in advance, and the current command u input to the linear motor 1 at this time, with disturbances suppressed, is measured. Of the measured current commands u, the current command u corresponding to the settling interval is stored in the memory unit 41 as a feedforward value.

即ち、斯かるフィードフォワード値は、制御コントローラ50によるフィードバック制御と、外乱制御系60による外乱制御とが施された状態の電流指令であり、既に外乱に対する補正が行われ、外乱が抑制された状態の補正済みの電流指令である。 In other words, this feedforward value is a current command that has undergone feedback control by the controller 50 and disturbance control by the disturbance control system 60, and is a corrected current command that has already undergone correction for the disturbance and is in a state where the disturbance has been suppressed.

図5は、フィードフォワード制御に用いられるフィードフォワード値の一例を示す例示図である。図5中、指令速度は、入力指令u1に対応する速度である。フィードフォワード値は、指令速度がゼロになる前はゼロであるが、指令速度がゼロになってから所定の値を示している。図4及び図5から分かるように、フィードフォワード値は、前記整定区間に対応する電流指令uと略同じである。 Figure 5 is an illustrative diagram showing an example of a feedforward value used in feedforward control. In Figure 5, the command speed is the speed corresponding to the input command u1. The feedforward value is zero before the command speed becomes zero, but indicates a predetermined value after the command speed becomes zero. As can be seen from Figures 4 and 5, the feedforward value is approximately the same as the current command u corresponding to the settling interval.

FF補正器40は、記憶部41に記憶されているフィードフォワード値を用いて、リニアモータ1が停止する際に、フィードフォワード制御を行う。即ち、リニアモータ1の停止に対応する入力指令u1が入力された場合、FF補正器40は、記憶部41からフィードフォワード値を取得してフィードフォワード制御を行う。
例えば、FF補正器40は、指令速度がゼロになる前は、フィードフォワード制御を行わないか、又は、フィードフォワード値としてゼロを用いてフィードフォワード制御を行い、指令速度がゼロになった時、即ち、リニアモータ1の停止間際に、図5に示すようなフィードフォワード値を用いてフィードフォワード制御を行う。
詳しくは、FF補正器40は、位置指令部80からの入力指令u1に所定の処理を施し、入力指令u1に応じて記憶部41に記憶された何れかのフィードフォワード値を適宜選択し、入力指令u1に乗じて電流指令u2を第2減算器72に出力する。
The FF corrector 40 performs feedforward control when the linear motor 1 stops, using the feedforward value stored in the storage unit 41. That is, when an input command u1 corresponding to stopping the linear motor 1 is input, the FF corrector 40 obtains the feedforward value from the storage unit 41 and performs feedforward control.
For example, the FF corrector 40 does not perform feedforward control before the command speed becomes zero, or performs feedforward control using zero as the feedforward value, and when the command speed becomes zero, that is, just before the linear motor 1 stops, performs feedforward control using the feedforward value shown in Figure 5.
In detail, the FF corrector 40 performs a predetermined processing on the input command u1 from the position command unit 80, appropriately selects one of the feedforward values stored in the memory unit 41 in accordance with the input command u1, multiplies it by the input command u1, and outputs the current command u2 to the second subtractor 72.

このように、FF補正器40が、フィードフォワード制御に、既に外乱補正が行われた状態の補正済みの電流指令uをフィードフォワード値として用いるので、効果的に外乱を抑制することが出来る。これによって、リニアモータ1の停止に係る外乱が除去され、リニアモータ1の整定時間の短縮、即ち、リニアモータ1を早く停止させることができる。 In this way, the FF corrector 40 uses the corrected current command u, which has already undergone disturbance correction, as the feedforward value for feedforward control, thereby effectively suppressing disturbances. This removes disturbances related to stopping the linear motor 1 and shortens the settling time of the linear motor 1, meaning that the linear motor 1 can be stopped more quickly.

外乱制御系60は、リニアモータ1が等速である際に速度変動率を低減するために外乱に対する外乱制御を行う。外乱制御系60は、リニアモータ1が等速時に生じる外乱のうち、周期的な外乱を抑制する際に用いられる第1外乱推定値^iを定める非線形補償器51と、周期的な外乱以外の非周期的な外乱を抑制する際に用いられる第2外乱推定値^dを定める外乱オブザーバ61とを有している。換言すれば、前記外乱制御は、非線形補償器51が定めた第1外乱推定値^iが用いられる、周期的な外乱を抑制する非線形補償制御と、外乱オブザーバ61が定めた第2外乱推定値^dが用いられる、非周期的な外乱を抑制する外乱オブザーバ制御とを含む。 The disturbance control system 60 performs disturbance control to reduce the speed fluctuation rate when the linear motor 1 is moving at a constant speed. The disturbance control system 60 includes a nonlinear compensator 51 that determines a first disturbance estimate ^i used to suppress periodic disturbances that occur when the linear motor 1 is moving at a constant speed, and a disturbance observer 61 that determines a second disturbance estimate ^d used to suppress non-periodic disturbances other than periodic disturbances. In other words, the disturbance control includes nonlinear compensation control that suppresses periodic disturbances, using the first disturbance estimate ^i determined by the nonlinear compensator 51, and disturbance observer control that suppresses non-periodic disturbances, using the second disturbance estimate ^d determined by the disturbance observer 61.

図6は、制御装置10の外乱制御系60の内部構成を示すブロック線図である。なお、図6において、図3と同一部分には同一の番号及び符号を付している。上述の如く、非線形補償器51は、ステージ11からの位置情報xに基づいて第1外乱推定値^iを定めて出力し、外乱オブザーバ61は、ステージ11からの位置情報xに基づいて第2外乱推定値^dを定めて出力する。 Figure 6 is a block diagram showing the internal configuration of the disturbance control system 60 of the control device 10. Note that in Figure 6, the same parts as in Figure 3 are assigned the same numbers and symbols. As described above, the nonlinear compensator 51 determines and outputs the first disturbance estimate value ^i based on the position information x from the stage 11, and the disturbance observer 61 determines and outputs the second disturbance estimate value ^d based on the position information x from the stage 11.

外乱オブザーバ61は、定常カルマンフィルタ100を有している。定常カルマンフィルタ100は、誤差が含まれる実測値を用いて、ある動的システムの状態を推定または制御するために用いる無限インパルス応答フィルタの一種である。定常カルマンフィルタ100は、離散的な誤差が存在する実測結果から、経時的に変化する量(例えばある物体の位置と速度)を推定するために広く用いられる。 The disturbance observer 61 has a steady-state Kalman filter 100. The steady-state Kalman filter 100 is a type of infinite impulse response filter used to estimate or control the state of a dynamic system using actual measurements that contain errors. The steady-state Kalman filter 100 is widely used to estimate quantities that change over time (for example, the position and velocity of an object) from actual measurements that contain discrete errors.

外乱オブザーバ61は、第1パラメータ部86と、第2パラメータ部87と、第3パラメータ部88と、第4パラメータ部89と、第5パラメータ部90と、第1加算器91と、第2加算器92と、減算器93と、第1積分器94と、第2積分器95とを有している。これらの構成要素にあって、第1パラメータ部86、第2パラメータ部87、第3パラメータ部88、第4パラメータ部89、第1加算器91、第2加算器92、減算器93、及び第1積分器94にて、定常カルマンフィルタ100が構成されている。 The disturbance observer 61 has a first parameter section 86, a second parameter section 87, a third parameter section 88, a fourth parameter section 89, a fifth parameter section 90, a first adder 91, a second adder 92, a subtractor 93, a first integrator 94, and a second integrator 95. Of these components, the first parameter section 86, the second parameter section 87, the third parameter section 88, the fourth parameter section 89, the first adder 91, the second adder 92, the subtractor 93, and the first integrator 94 constitute a steady-state Kalman filter 100.

第2パラメータ部87の入力端は、制御コントローラ50の出力端に接続され、第2パラメータ部87の出力端は、第1加算器91の一方の加算入力端子に接続されている。第1加算器91の出力端子に第1積分器94の入力端が接続され、第1積分器94の出力端は第1パラメータ部86の入力端及び第3パラメータ部88の入力端に接続されている。第3パラメータ部88の出力端は、減算器93の減算入力端子に接続されている。減算器93の加算入力端子は、微分器62の出力端に接続されている。減算器93の出力端子は、第4パラメータ部89の入力端及び第5パラメータ部90の入力端に接続されている。第1パラメータ部86の出力端は第2加算器92の一方の加算入力端子に接続され、第4パラメータ部89の出力端は第2加算器92の他方の加算入力端子に接続されている。第2加算器92の出力端子は、第1加算器91の他方の加算入力端子に接続されている。第5パラメータ部90の出力端と第2積分器95の入力端とが接続され、第2積分器95の出力端は、第1減算器71の減算入力端子に接続されている。 The input terminal of the second parameter unit 87 is connected to the output terminal of the control controller 50, and the output terminal of the second parameter unit 87 is connected to one of the addition input terminals of the first adder 91. The input terminal of the first integrator 94 is connected to the output terminal of the first adder 91, and the output terminal of the first integrator 94 is connected to the input terminal of the first parameter unit 86 and the input terminal of the third parameter unit 88. The output terminal of the third parameter unit 88 is connected to the subtraction input terminal of the subtractor 93. The addition input terminal of the subtractor 93 is connected to the output terminal of the differentiator 62. The output terminal of the subtractor 93 is connected to the input terminal of the fourth parameter unit 89 and the input terminal of the fifth parameter unit 90. The output terminal of the first parameter unit 86 is connected to one of the addition input terminals of the second adder 92, and the output terminal of the fourth parameter unit 89 is connected to the other addition input terminal of the second adder 92. The output terminal of the second adder 92 is connected to the other addition input terminal of the first adder 91. The output terminal of the fifth parameter unit 90 is connected to the input terminal of the second integrator 95, and the output terminal of the second integrator 95 is connected to the subtraction input terminal of the first subtractor 71.

第1パラメータ部86、第2パラメータ部87、第3パラメータ部88はそれぞれ、モデル(入力:電流、出力:速度)の状態変数パラメータA、B、Cを格納している。これらのパラメータA、B、Cの導出は、MATLAB(登録商標)(マットラブ)のプログラムに従って行われる。 The first parameter section 86, second parameter section 87, and third parameter section 88 store the state variable parameters A, B, and C of the model (input: current, output: speed), respectively. These parameters A, B, and C are derived according to a MATLAB (registered trademark) program.

また、第4パラメータ部89は、モデルの状態推定パラメータLx を格納しており、第5パラメータ部90は、リニアモータ1の外乱推定パラメータLd を格納している。パラメータLx は、モデルゲインであって、比較したモデルの波形と実機の波形との間に生じる誤差に対する感度を規定するものであり、小さな誤差であっても補正を行いたい場合には、このパラメータLx を大きく設定する。また、パラメータLd もパラメータLx と同様に、補正における感度を規定するためのモデルゲインである。 Furthermore, the fourth parameter section 89 stores a model state estimation parameter Lx , and the fifth parameter section 90 stores a disturbance estimation parameter Ld of the linear motor 1. The parameter Lx is a model gain that defines the sensitivity to an error that occurs between the waveform of the compared model and the waveform of the actual machine, and if correction is desired even for a small error, this parameter Lx is set to a large value. Similarly to the parameter Lx , the parameter Ld is also a model gain that defines the sensitivity in correction.

なお、実際の実装時にあっては、これらの各パラメータとして、離散化したものを使用することが好ましい。 In actual implementation, it is preferable to use discretized values for each of these parameters.

制御コントローラ50からモデルに電流指令u3が入力された際の速度波形の推定値(外乱の影響がない場合の速度波形)を算出する。この算出したモデルの速度波形と、微分器62によって位置情報xを微分して得られる実際のリニアモータ1の速度波形とを比較し、その差分を減算器93にて求める。このように、モデルからの推定値を用いて、動的システム(制御対象)の動きを推定しており、パラメータLx をモデルゲインとして決まった値を用いるため、定常カルマンフィルタとしての形態をとっている。 An estimated value of the velocity waveform when a current command u3 is input from the controller 50 to the model (a velocity waveform when there is no influence of disturbance) is calculated. This calculated velocity waveform of the model is compared with the actual velocity waveform of the linear motor 1 obtained by differentiating the position information x by a differentiator 62, and the difference is calculated by a subtractor 93. In this way, the estimated value from the model is used to estimate the movement of the dynamic system (controlled object), and a fixed value is used for the parameter Lx as a model gain, so the system takes the form of a steady-state Kalman filter.

減算器93で得られた差分(誤差)を用いて非周期的な外乱の推定値である第2外乱推定値^dを決定し、決定した第2外乱推定値^dを第1減算器71にて電流指令u3から減算して、非周期的な外乱の低減を図る。このようにして、リニアモータ1が等速時に生じる外乱のうち、非周期的な外乱の抑制(外乱オブザーバ制御)が行われる。 The difference (error) obtained by the subtractor 93 is used to determine a second disturbance estimate ^d, which is an estimate of the non-periodic disturbance, and the determined second disturbance estimate ^d is subtracted from the current command u3 by the first subtractor 71 to reduce the non-periodic disturbance. In this way, of the disturbances that occur when the linear motor 1 is moving at a constant speed, non-periodic disturbances are suppressed (disturbance observer control).

第1減算器71は、加算入力端子に入力される電流指令u3と、減算入力端子に入力される第2外乱推定値^dとの差を求めて電流指令u4を第2減算器72に出力する。 The first subtractor 71 calculates the difference between the current command u3 input to the addition input terminal and the second disturbance estimate value ^d input to the subtraction input terminal, and outputs the current command u4 to the second subtractor 72.

非線形補償器51は、リニアモータ1が等速時に生じる外乱のうち、例えばコギングのように周期的な外乱に対して補正を行う。非線形補償器51は、位置情報xに基づいて、周期的な外乱の状態に逆補正を加えて、外乱補正の推定値である第1外乱推定値^iを第2減算器72へ出力する。この第1外乱推定値^iは、外乱要素のモデルより導出する。第2減算器72は、一方の加算入力端子に入力される電流指令u2及び他方の加算入力端子に入力される電流指令u4の加算値から、減算入力端子に入力される第1外乱推定値^iを減算して、周期的な外乱の低減を図る。このようにして、リニアモータ1が等速時に生じる外乱のうち、周期的な外乱の抑制(非線形補償制御)が行われる。 The nonlinear compensator 51 compensates for periodic disturbances, such as cogging, that occur when the linear motor 1 is moving at a constant speed. The nonlinear compensator 51 applies inverse correction to the state of the periodic disturbance based on the position information x, and outputs a first disturbance estimate ^i, which is an estimate of the disturbance correction, to the second subtractor 72. This first disturbance estimate ^i is derived from a model of the disturbance element. The second subtractor 72 subtracts the first disturbance estimate ^i input to its subtraction input terminal from the sum of the current command u2 input to one addition input terminal and the current command u4 input to the other addition input terminal, thereby reducing the periodic disturbance. In this way, the periodic disturbance that occurs when the linear motor 1 is moving at a constant speed is suppressed (nonlinear compensation control).

このように、本発明にあっては、リニアモータ1が等速である際の外乱に対して、非線形補償器51が定めた第1外乱推定値^iを用いて周期的な外乱の逆補整制御を行い、外乱オブザーバ61が定めた第2外乱推定値^dを用いて非周期的な外乱を抑制する。即ち、非線形補償器51を用いて周期的な外乱の影響を大まかに除去するとともに、非周期的な外乱に起因する影響を、外乱オブザーバ61を用いて低減する。 In this way, in the present invention, when the linear motor 1 is moving at a constant speed, inverse compensation control of periodic disturbances is performed using the first disturbance estimate value ^i determined by the nonlinear compensator 51, and non-periodic disturbances are suppressed using the second disturbance estimate value ^d determined by the disturbance observer 61. In other words, the effects of periodic disturbances are roughly removed using the nonlinear compensator 51, and the effects caused by non-periodic disturbances are reduced using the disturbance observer 61.

第2減算器72は、一方の加算入力端子にフィードフォワード制御が施された電流指令u2が入力され、他方の加算入力端子に、フィードバック制御が施された電流指令u3から第2外乱推定値^dが減算された電流指令u4が入力され、減算入力端子に、非線形補償器51から第1外乱推定値^iが入力される。第2減算器72は、電流指令u2及び電流指令u4の加算値と、第1外乱推定値^iとの差分を求めて、リニアモータ1に電流指令uを出力する。 The second subtractor 72 receives the feedforward controlled current command u2 at one addition input terminal, receives the current command u4 obtained by subtracting the second disturbance estimate value ^d from the feedback controlled current command u3 at the other addition input terminal, and receives the first disturbance estimate value ^i from the nonlinear compensator 51 at its subtraction input terminal. The second subtractor 72 calculates the difference between the sum of the current command u2 and the current command u4 and the first disturbance estimate value ^i, and outputs the current command u to the linear motor 1.

上述の如く、本発明に係る制御装置10においては、制御コントローラ50によるフィードバック制御と、FF補正器40によるフィードフォワード制御と、外乱制御系60による外乱制御(非線形補償制御及び外乱オブザーバ制御)を組み合わせる。 As described above, the control device 10 according to the present invention combines feedback control by the control controller 50, feedforward control by the FF corrector 40, and disturbance control (nonlinear compensation control and disturbance observer control) by the disturbance control system 60.

即ち、リニアモータ1が等速である際には、周期的な外乱及び非周期的な外乱を抑制する外乱制御が行われ、リニアモータ1が停止する際には、斯かる外乱制御に加えてフィードフォワード制御が行われる。
このように制御の組み合わせを用いるので、本発明に係る制御装置10は、低コストにて、リニアモータ1が等速時の速度変動率の低減と、リニアモータ1の早期停止とを共に実現できる。
That is, when the linear motor 1 is moving at a constant speed, disturbance control is performed to suppress periodic disturbances and non-periodic disturbances, and when the linear motor 1 stops, feedforward control is performed in addition to the disturbance control.
By using a combination of controls in this way, the control device 10 according to the present invention can reduce the speed fluctuation rate when the linear motor 1 is moving at a constant speed and stop the linear motor 1 early at low cost.

次に、本発明による制御を行った場合の結果について述べる。
図7は、本発明に係る制御装置10にて外乱オブザーバ制御を行った場合の動作波形である。図7において、「A-1」、「A-2」、「A-3」は、制御コントローラ50によるフィードバック制御のみが行われた場合(比較例1)を示しており、「B-1」、「B-2」、「B-3」は、制御コントローラ50によるフィードバック制御及び外乱制御系60による外乱制御が行われた場合(本発明例)を示している。
Next, the results when the control according to the present invention is carried out will be described.
Fig. 7 shows operational waveforms when disturbance observer control is performed by the control device 10 according to the present invention. In Fig. 7, "A-1", "A-2", and "A-3" indicate a case where only feedback control by the control controller 50 is performed (Comparative Example 1), and "B-1", "B-2", and "B-3" indicate a case where feedback control by the control controller 50 and disturbance control by the disturbance control system 60 are performed (Example of the present invention).

また、「A-1」及び「B-1」は、リニアモータ1(ステージ11)の動作開始から停止までの速度の全体動作波形を示しており、横軸は時間[sec]、縦軸は速度[mm/s]を表している。また、破線は指令速度を示し、実線は実際の速度である。
更に、「A-2」及び「B-2」は、前記全体動作波形のうち、リニアモータ1が等速であって「+」値である区間の速度変動率(%)を表示しており、「A-3」及び「B-3」はリニアモータ1が等速であって「-」値である区間の速度変動率(%)を表示している。「A-2」、「A-3」、「B-2」、「B-3」において、横軸は時間[sec]、左縦軸は速度[mm/s]、右縦軸は速度変動率(%)を表している。また、破線は指令速度を示し、実線は速度変動率(%)である。
Also, "A-1" and "B-1" show the overall operating waveform of the speed from the start of operation to the stop of the linear motor 1 (stage 11), with the horizontal axis representing time [sec] and the vertical axis representing speed [mm/s]. Also, the dashed line represents the command speed, and the solid line represents the actual speed.
Furthermore, "A-2" and "B-2" indicate the speed fluctuation rate (%) in the section of the overall operating waveform where the linear motor 1 moves at a constant speed and is a "+" value, and "A-3" and "B-3" indicate the speed fluctuation rate (%) in the section where the linear motor 1 moves at a constant speed and is a "-" value. In "A-2", "A-3", "B-2", and "B-3", the horizontal axis represents time [sec], the left vertical axis represents speed [mm/s], and the right vertical axis represents speed fluctuation rate (%). Also, the dashed line indicates the command speed, and the solid line represents the speed fluctuation rate (%).

本発明例と、比較例1とを比較してみると、本発明例では、周期的な外乱及び非周期的な外乱の影響が低減されているので、リニアモータ1が等速時の速度変動率(%)が、比較例1の1.0%から0.1%に大幅に減少している。 When comparing the present invention example with comparative example 1, the effects of periodic and non-periodic disturbances are reduced in the present invention example, and the speed fluctuation rate (%) when the linear motor 1 is moving at a constant speed is significantly reduced from 1.0% in comparative example 1 to 0.1%.

図8は、図5に示すフィードフォワード値を用いてフィードフォワード制御を行った場合の動作波形である。図8において、「A-1」、「A-2」は、外乱制御系60による外乱制御のみが行われた場合(比較例2)を示しており、「B-1」、「B-2」は、外乱制御系60による外乱制御及びFF補正器40によるフィードフォワード制御が共に行われた場合(本発明例)を示している。 Figure 8 shows the operating waveforms when feedforward control is performed using the feedforward values shown in Figure 5. In Figure 8, "A-1" and "A-2" indicate the case where only disturbance control by the disturbance control system 60 is performed (Comparative Example 2), while "B-1" and "B-2" indicate the case where both disturbance control by the disturbance control system 60 and feedforward control by the FF corrector 40 are performed (Example of the present invention).

また、「A-1」及び「B-1」は、リニアモータ1(ステージ11)の動作開始から停止までの速度の全体動作波形を示しており、横軸は時間[sec]、左縦軸は速度[mm/s]、右縦軸は位置偏差[μm]を表している。
更に、「A-2」及び「B-2」は、前記全体動作波形のうち、整定区間に係る部分を拡大して示しており、横軸は時間[sec]、左縦軸は速度[mm/s]、右縦軸は位置偏差[μm]を表している。
ここで、位置偏差は、目標とする停止位置に対する偏差を示す。
Furthermore, "A-1" and "B-1" show the overall operating waveform of the speed from the start of operation to the stop of the linear motor 1 (stage 11), with the horizontal axis representing time [sec], the left vertical axis representing speed [mm/s], and the right vertical axis representing position deviation [μm].
Furthermore, "A-2" and "B-2" show enlarged views of the settling section of the overall operating waveform, with the horizontal axis representing time [sec], the left vertical axis representing speed [mm/s], and the right vertical axis representing position deviation [μm].
Here, the position deviation indicates the deviation from the target stop position.

本発明例と、比較例2とを比較してみると、図8に示すように、本発明例では、フィードフォワード制御によって、整定時間が、比較例2の230msecから140msecに大幅に短縮されている。 Comparing the present invention example with comparative example 2, as shown in Figure 8, the settling time in the present invention example is significantly reduced from 230 msec in comparative example 2 to 140 msec through feedforward control.

開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 The disclosed embodiments should be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims, not by the above description, and all modifications within the meaning and scope of the claims are intended to be embraced.

1 リニアモータ
10 制御装置
11 ステージ(対象物)
40 FF補正器(第2制御系)
41 記憶部
50 制御コントローラ(制御器)
51 非線形補償器
60 外乱制御系(第1制御系)
61 外乱オブザーバ
71 第1減算器
72 第2減算器
100 定常カルマンフィルタ
u 電流指令(入力値)
1 Linear motor 10 Control device 11 Stage (object)
40 FF corrector (second control system)
41 Memory unit 50 Controller (controller)
51 Nonlinear compensator 60 Disturbance control system (first control system)
61 Disturbance observer 71 First subtractor 72 Second subtractor 100 Steady-state Kalman filter u Current command (input value)

Claims (8)

外乱補正が行われるモータの制御装置において、
前記モータが等速の際に速度変動率を低減するための第1制御系と、
前記モータが停止する際に整定時間を短縮するための第2制御系とを備え
前記第2制御系は、前記モータに入力される前記外乱補正済の入力値を用いて、前記モータのフィードフォワード制御を行うモータの制御装置。
In a motor control device that performs disturbance correction,
a first control system for reducing a speed fluctuation rate when the motor is moving at a constant speed;
a second control system for shortening a settling time when the motor is stopped ;
The second control system is a motor control device that performs feedforward control of the motor using the disturbance-corrected input value input to the motor .
前記入力値の実測値を予め記憶する記憶部を備え、
前記第2制御系は、前記入力値の実測値を用いて前記フィードフォワード制御を行う請求項に記載のモータの制御装置。
a storage unit that stores in advance the actual measured values of the input values,
The motor control device according to claim 1 , wherein the second control system performs the feedforward control using an actual measurement value of the input value.
前記第1制御系は、
周期的な外乱の抑制に用いられる第1外乱推定値を定める非線形補償器と、
非周期的な外乱の抑制に用いられる第2外乱推定値を定める外乱オブザーバとを備える請求項又はに記載のモータの制御装置。
The first control system
a nonlinear compensator that determines a first disturbance estimate used to suppress the periodic disturbance;
3. The motor control device according to claim 1 , further comprising a disturbance observer that determines a second disturbance estimate used to suppress a non-periodic disturbance.
前記モータによって駆動される対象物の位置と、前記モータ用の位置指令値との差に基づいて前記モータのフィードバック制御を行う制御器と、
前記制御器の出力値と前記第2外乱推定値との差を求める第1減算器と、
前記第1減算器の出力値及び前記第2制御系の出力値の加算値と、前記第1外乱推定値との差を求める第2減算器とを備え、
前記第2減算器は前記差を前記モータに出力する請求項に記載のモータの制御装置。
a controller that performs feedback control of the motor based on a difference between a position of an object driven by the motor and a position command value for the motor;
a first subtractor that calculates a difference between the output value of the controller and the second disturbance estimate value;
a second subtractor that calculates a difference between an added value of an output value of the first subtractor and an output value of the second control system and the first disturbance estimated value,
4. The motor control device according to claim 3 , wherein the second subtractor outputs the difference to the motor.
外乱補正を行ってモータを制御するモータの制御方法において、
前記モータが等速の際に速度変動率を低減する第1制御を行い、
前記モータが停止する際に整定時間を短縮する第2制御を行い、
前記第2制御では、前記モータに入力される前記外乱補正済の入力値を用いて、前記モータのフィードフォワード制御を行うモータの制御方法。
A motor control method for controlling a motor by performing disturbance correction, comprising:
performing a first control for reducing a speed fluctuation rate when the motor is rotating at a constant speed;
performing a second control for shortening a settling time when the motor is stopped;
In the second control, the disturbance-corrected input value input to the motor is used to perform feedforward control of the motor.
前記入力値の実測値を予め記憶し、
前記第2制御は、前記入力値の実測値を用いて前記フィードフォワード制御を行う請求項に記載のモータの制御方法。
The actual measured values of the input values are stored in advance;
The motor control method according to claim 5 , wherein the second control performs the feedforward control using an actual measurement value of the input value.
前記第1制御は、
周期的な外乱の抑制に用いられる第1外乱推定値を定め、
非周期的な外乱の抑制に用いられる第2外乱推定値を定める請求項又はに記載のモータの制御方法。
The first control is
determining a first disturbance estimate used for suppressing the periodic disturbance;
7. The motor control method according to claim 5 , further comprising determining a second disturbance estimate value used for suppressing non-periodic disturbances.
前記モータによって駆動される対象物の位置と、前記モータ用の位置指令値との差に基づいて前記モータのフィードバック制御を行い、
前記フィードバック制御によって得られた値と前記第2外乱推定値との差を求め、
求められた差及び前記フィードフォワード制御によって得られた値の加算値と、前記第1外乱推定値との差を求め、
前記差を前記モータに出力する請求項に記載のモータの制御方法。
feedback control of the motor based on a difference between a position of an object driven by the motor and a position command value for the motor;
determining a difference between the value obtained by the feedback control and the second disturbance estimated value;
calculating a difference between the sum of the calculated difference and the value obtained by the feedforward control and the first disturbance estimated value;
The motor control method according to claim 7 , wherein the difference is output to the motor.
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