JPS586963B2 - サ−ボ方式 - Google Patents
サ−ボ方式Info
- Publication number
- JPS586963B2 JPS586963B2 JP1830177A JP1830177A JPS586963B2 JP S586963 B2 JPS586963 B2 JP S586963B2 JP 1830177 A JP1830177 A JP 1830177A JP 1830177 A JP1830177 A JP 1830177A JP S586963 B2 JPS586963 B2 JP S586963B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- force
- spring
- positioning
- actuator
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、バネにより支持された機構に対して高精度の
位置決めを行うサーボ方式に関するものである。
位置決めを行うサーボ方式に関するものである。
ますます微細化された半導体集積回路の作製においては
、フォト・マスクとパターンのマスク合わせに０．１μ
ｍ程度の精度が要求される。
、フォト・マスクとパターンのマスク合わせに０．１μ
ｍ程度の精度が要求される。
このような高精度の位置決めに対しては、その支持、案
内機構が大きな問題であり、例えばベアリングを用いた
従来の案内機構では、非線形要素である摩擦やガタによ
るサーボ系のオフ・セットが問題となる。
内機構が大きな問題であり、例えばベアリングを用いた
従来の案内機構では、非線形要素である摩擦やガタによ
るサーボ系のオフ・セットが問題となる。
このため、本質的に線形であるバネを用いて支持、案内
機構を構成することが考えられるが、バネにより支持さ
れた機構に対し、通常のサーボ制御系によって位置決め
を行う場合には、バネのたわみ力によるオフ・セットが
生じ、高精度位置決めに対して大きな障害となる。
機構を構成することが考えられるが、バネにより支持さ
れた機構に対し、通常のサーボ制御系によって位置決め
を行う場合には、バネのたわみ力によるオフ・セットが
生じ、高精度位置決めに対して大きな障害となる。
本発明の目的は、上記のような問題を解決するため、バ
ネにより支持された機構に対する位置決め制御系におい
て、バネのたわみ力によるオフ・セットをなくすことに
ある。
ネにより支持された機構に対する位置決め制御系におい
て、バネのたわみ力によるオフ・セットをなくすことに
ある。
上記の目的は、バネにより支持される機構と該機構に力
を加えるアクチュエータとにより位置決め機構を構成す
るとともに、該位置決め機構に対し所定の時定数に従い
位置決め誤差を連続的に減少させる信号を該位置決め誤
差から作成して前記アクチュエータに加える系と、該系
に並列に設けられ前記バネのたわみ力に起因する位置決
め誤差を前記時定数より十分長い一定時間おきにサンプ
ルしてデイジタル信号に変換して逐次積算し該積算値を
アナログ信号に変換して前記アクチュエータに加える系
とを設けることによって達成される。
を加えるアクチュエータとにより位置決め機構を構成す
るとともに、該位置決め機構に対し所定の時定数に従い
位置決め誤差を連続的に減少させる信号を該位置決め誤
差から作成して前記アクチュエータに加える系と、該系
に並列に設けられ前記バネのたわみ力に起因する位置決
め誤差を前記時定数より十分長い一定時間おきにサンプ
ルしてデイジタル信号に変換して逐次積算し該積算値を
アナログ信号に変換して前記アクチュエータに加える系
とを設けることによって達成される。
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
第１図は、バネによる支持機構およびそれに対し力を及
ぼすアクチュエータからなる位置決め機構の概念図であ
る。
ぼすアクチュエータからなる位置決め機構の概念図であ
る。
位置決めされるべき制御対象１はバネ２，３によりベー
ス４上に支持されており、この制御対象１に対してアク
チュエータ５は矢印で示す方向に力を加える。
ス４上に支持されており、この制御対象１に対してアク
チュエータ５は矢印で示す方向に力を加える。
第２図は、第１図の位置決め機構に対する一軸位置決め
制御系のブロック図である。
制御系のブロック図である。
第２図において、ｘｔは目標位置、ｘは制御対象の位置
、ｅは位置決め誤差、ＡＸは位置信号増幅器の利得、Ｃ
ＯＮＴはサーボ制御回路、ＫＭはアクチュエータ５（例
えばモータ）の力定数、ＡＰはアクチュエータ５を駆動
するための増幅器の利得、ＳＰは支持機構、Ｆは支持機
構に加えられる力、ＣＰＳは補償回路、Ｋはバネのたわ
み力である。
、ｅは位置決め誤差、ＡＸは位置信号増幅器の利得、Ｃ
ＯＮＴはサーボ制御回路、ＫＭはアクチュエータ５（例
えばモータ）の力定数、ＡＰはアクチュエータ５を駆動
するための増幅器の利得、ＳＰは支持機構、Ｆは支持機
構に加えられる力、ＣＰＳは補償回路、Ｋはバネのたわ
み力である。
目標位置ｘｔと実際の位置ｘの誤差信号ｅを増幅して制
御回路ＣＯＮＴに与え、制御信号を得る３制御回路ＣＯ
ＮＴは通常のサーボ制御回路であって、制御系が望まし
い応答を得るように設計されている。
御回路ＣＯＮＴに与え、制御信号を得る３制御回路ＣＯ
ＮＴは通常のサーボ制御回路であって、制御系が望まし
い応答を得るように設計されている。
制御信号をパワー・アンプで増幅してモータ等を駆動さ
せることにより、支持機構ＳＰに力Ｆを加える。
せることにより、支持機構ＳＰに力Ｆを加える。
第１図に示すように、支持機構ＳＰはバネ２，３で支え
られており、もしバネ２，３の均衡した位置よりずれた
ところに位置決めしようとするならば、バネ２，３にた
わみ力が生ずる。
られており、もしバネ２，３の均衡した位置よりずれた
ところに位置決めしようとするならば、バネ２，３にた
わみ力が生ずる。
すなわちバネ２，３の戻る力Ｋが働くため、モータ５の
力Ｆとバネ２，３の力Ｋが均合った位置で停止する。
力Ｆとバネ２，３の力Ｋが均合った位置で停止する。
したがって、この場合には、誤差信号ｅは０にならない
。
。
そこで、本発明においては、一般的位置決め制御系に対
し、第２図の点線内に示す補償回路ＣＰＳを付加するこ
とにより、バネのたわみ力Ｋによる位置決め誤差を除去
する。
し、第２図の点線内に示す補償回路ＣＰＳを付加するこ
とにより、バネのたわみ力Ｋによる位置決め誤差を除去
する。
第３図は、第２図における補償回路のブロック図である
。
。
第３図中、ＳＰＬはサンプラ、ＡＣＴは作動回路、Ａ／
Ｄはアナログ・デイジタル変換器、Ｄ／Ａはディジタル
・アナログ変換器、ＡＣＭは積算回路、ＡＣは補償回路
全体の利得である。
Ｄはアナログ・デイジタル変換器、Ｄ／Ａはディジタル
・アナログ変換器、ＡＣＭは積算回路、ＡＣは補償回路
全体の利得である。
サンプラＳＰＬは、作動回路ＡＣＴにより目標値設定の
Ｔ秒後によりサンプリングを開始し、以後一定周期Ｔ秒
で誤差信号がサンプルされ、Ａ／Ｄ変換器によりデイジ
タル信号に変換される。
Ｔ秒後によりサンプリングを開始し、以後一定周期Ｔ秒
で誤差信号がサンプルされ、Ａ／Ｄ変換器によりデイジ
タル信号に変換される。
これがさらに積算回路ＡＣＭにより順次積算され、Ｄ／
Ａ変換器によりアナログ量に変換される。
Ａ変換器によりアナログ量に変換される。
このような手順は、積分補償と同じである。
積分補償の場合と同じように、一定時間ごとの加算（積
算）をアナログ的に行うことは難しいので、一旦デイジ
タル量に変換して積算した後に再びアナログ量に変換す
る。
算）をアナログ的に行うことは難しいので、一旦デイジ
タル量に変換して積算した後に再びアナログ量に変換す
る。
補償回路ＣＰＳの全体の利得は、ＡＣにより制御回路Ｃ
ＯＮＴの直流利得に合わせてある。
ＯＮＴの直流利得に合わせてある。
説明を簡単にするため、この補償回路ＣＰＳを除いた制
御系の応答を、１つの時定数τで代表させる。
御系の応答を、１つの時定数τで代表させる。
また、補償回路ＣＰＳのサンプル周期Ｔは、時定数τに
対して十分大きな値をとる。
対して十分大きな値をとる。
第４図ａは、第３図のサーボ方式において、ステップ状
の目標値設定を行った場合の応答曲線図、第４図ｂは補
償回路を除いた一般の制御系に対する応答曲線図である
。
の目標値設定を行った場合の応答曲線図、第４図ｂは補
償回路を除いた一般の制御系に対する応答曲線図である
。
目標位置ｘｔの設定があってから、Ｔ秒後に補償回路Ｃ
ＰＳが動作して、以後一定周期Ｔごとに誤差信号ｅが積
算され、積算値がアクチュエータの入力に加えられるこ
とにより、支持機構ＳＰのバネ力Ｋが順次打消されてい
く。
ＰＳが動作して、以後一定周期Ｔごとに誤差信号ｅが積
算され、積算値がアクチュエータの入力に加えられるこ
とにより、支持機構ＳＰのバネ力Ｋが順次打消されてい
く。
ｉ番目のサンプル時における位置決め誤差をｅ（ｉＴ）
とすると、次式が成立する。
とすると、次式が成立する。
ここで、ｋはバネ系のバネ定数、ｘｔは目標設定値（均
合いの位置からの距離）であり、またＡＦ＝ＡＸ・ＡＣ
・ＡＦ・ＫＭである。
合いの位置からの距離）であり、またＡＦ＝ＡＸ・ＡＣ
・ＡＦ・ＫＭである。
したがって、第４図ａにおいて、０からＴまでの期間で
はまだ補償回路ＣＰＳは動作せず、支持機構ＳＰは目標
位置ｘｔに対してある時定数τで近づき、Ｔにはｘ（Ｔ
）の位置に達する。
はまだ補償回路ＣＰＳは動作せず、支持機構ＳＰは目標
位置ｘｔに対してある時定数τで近づき、Ｔにはｘ（Ｔ
）の位置に達する。
このときの位置決め誤差ｅ（Ｔ）は、前記（ｉ）式から
、 となる。
、 となる。
もし、補償回路ＣＰＳを設けない場合には、第４図ｂに
示すように、アクチュエータの力Ｆとバネのたわみ力と
の均合ったｘ（Ｔ）の位置で停止し、ｘｔとｘ（Ｔ）の
誤差ｅ１は時間が経過してもそのままの値を示し、０に
はならない。
示すように、アクチュエータの力Ｆとバネのたわみ力と
の均合ったｘ（Ｔ）の位置で停止し、ｘｔとｘ（Ｔ）の
誤差ｅ１は時間が経過してもそのままの値を示し、０に
はならない。
これに対して第４図ａでは、Ｔ秒後に前記（ｉｉ）式に
示す誤差信号ｅ（Ｔ）をサンプルして積算し、とのｅ（
Ｔ）に比例した力Ｆでバネのたわみ力Ｋを打消す。
示す誤差信号ｅ（Ｔ）をサンプルして積算し、とのｅ（
Ｔ）に比例した力Ｆでバネのたわみ力Ｋを打消す。
２Ｔ秒後には、ｘ（２Ｔ）の位置まで近づくが、ここで
ｘｔとｘ（２Ｔ）との誤差信号ｅ２をサンプルして積算
し、積算値に比例した力Ｆで再びバネの力Ｋを打消す。
ｘｔとｘ（２Ｔ）との誤差信号ｅ２をサンプルして積算
し、積算値に比例した力Ｆで再びバネの力Ｋを打消す。
さらに３Ｔ秒後においても、サンプリングを繰返すこと
により、補償回路ＣＰＳはバネのたわみ力Ｋによる位置
決め誤差ｅを完全に補正し、支持機構ＳＰを目標位置ｘ
ｔに到達させる。
により、補償回路ＣＰＳはバネのたわみ力Ｋによる位置
決め誤差ｅを完全に補正し、支持機構ＳＰを目標位置ｘ
ｔに到達させる。
また、この補償回路ＣＰＳを含めた制御系は、フイード
・バック・ループを形成しており、補償回路ＣＰＳは制
御系のパラメータ変動（例えば各種ゲイン変動や、アク
チュエータの力定数、バネ定数等の熱的変動）等の比較
的時定数の長いものに対して正確に補正を行い、制御回
路ＣＯＮＴは外部振動等の時定数の短い外乱に対し補正
を行う。
・バック・ループを形成しており、補償回路ＣＰＳは制
御系のパラメータ変動（例えば各種ゲイン変動や、アク
チュエータの力定数、バネ定数等の熱的変動）等の比較
的時定数の長いものに対して正確に補正を行い、制御回
路ＣＯＮＴは外部振動等の時定数の短い外乱に対し補正
を行う。
なお、実施例においては、一軸位置決め制御に対する補
償について説明したが、角度やその他の制御に対しても
同じように説明することができる。
償について説明したが、角度やその他の制御に対しても
同じように説明することができる。
以上のように、本発明によれば、バネを用いたサーボ機
構におけるオフ・セットを正確に補正することができる
ので、例えば０．１μｍ程度の高精度な位置決めを可能
にする。
構におけるオフ・セットを正確に補正することができる
ので、例えば０．１μｍ程度の高精度な位置決めを可能
にする。
第１図は本発明のサーボ方式を用いる位置決め機構の概
念図、第２図は本発明の一実施例を示す一軸位置決め制
御系のブロック図、第３図は第２図における補償回路の
ブロック図、第４図ａ，ｂは本発明による補償回路を付
加した場合の応答曲線図、および補償回路を除いた場合
の応答曲線図である。 １：制御対象、２，３：バネ、４：ベース、５：アクチ
ュエータ、ｘｔ：目標位置、ｘ：制御対象の実際の位置
、ｅ：位置決め誤差、ＡＸ：位置信号に対する増幅利得
、ＣＯＮＴ：サーボ制御回路、ＫＭ：アクチュエータの
力定数、ＡＰ：アクチュ工ータを駆動する信号の増幅利
得、ＳＰ：支持機構、Ｆ：アクチュエータの力、Ｋ：バ
ネ力、ＣＰＳ：補償回路、ＡＣＴ：作動回路、ＡＣＭ：
積算回路、ＡＣ：補償回路全体の利得、ＳＰＬ：サンプ
ラ、Ａ／Ｄ：アナログ・デイジタル変換器、Ｄ／Ａ：デ
イジタル・アナログ変換器。
念図、第２図は本発明の一実施例を示す一軸位置決め制
御系のブロック図、第３図は第２図における補償回路の
ブロック図、第４図ａ，ｂは本発明による補償回路を付
加した場合の応答曲線図、および補償回路を除いた場合
の応答曲線図である。 １：制御対象、２，３：バネ、４：ベース、５：アクチ
ュエータ、ｘｔ：目標位置、ｘ：制御対象の実際の位置
、ｅ：位置決め誤差、ＡＸ：位置信号に対する増幅利得
、ＣＯＮＴ：サーボ制御回路、ＫＭ：アクチュエータの
力定数、ＡＰ：アクチュ工ータを駆動する信号の増幅利
得、ＳＰ：支持機構、Ｆ：アクチュエータの力、Ｋ：バ
ネ力、ＣＰＳ：補償回路、ＡＣＴ：作動回路、ＡＣＭ：
積算回路、ＡＣ：補償回路全体の利得、ＳＰＬ：サンプ
ラ、Ａ／Ｄ：アナログ・デイジタル変換器、Ｄ／Ａ：デ
イジタル・アナログ変換器。
Claims (1)
- １ バネにより支持される機構と該機構に力を加えるア
クチュエータとにより位置決め機構を構成するとともに
、該位置決め機構に対し所定の時定数に従い位置決め誤
差を連続的に減少させる信号を該位置決め誤差から作成
して前記アクチュエータに加える系と、該系に並列に設
けられ前記バネのたわみ力に起因する位置決め誤差を前
記時定数より十分長い一定時間おきにサンプルしてデイ
ジタル信号に変換して逐次積算し該積算値をアナログ信
号に変換して前記アクチュエータに加える系とを設けた
ことを特徴とするサーボ方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1830177A JPS586963B2 (ja) | 1977-02-21 | 1977-02-21 | サ−ボ方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1830177A JPS586963B2 (ja) | 1977-02-21 | 1977-02-21 | サ−ボ方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53104086A JPS53104086A (en) | 1978-09-09 |
| JPS586963B2 true JPS586963B2 (ja) | 1983-02-07 |
Family
ID=11967778
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1830177A Expired JPS586963B2 (ja) | 1977-02-21 | 1977-02-21 | サ−ボ方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS586963B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6245959A (ja) * | 1985-08-24 | 1987-02-27 | Honda Motor Co Ltd | エンジンの運転状態検出回路 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62144208A (ja) * | 1985-12-19 | 1987-06-27 | Fuji Electric Co Ltd | 位置決め制御装置 |
| JPS63158404A (ja) * | 1987-08-10 | 1988-07-01 | Nikon Corp | 転写装置の位置合わせ装置 |
-
1977
- 1977-02-21 JP JP1830177A patent/JPS586963B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6245959A (ja) * | 1985-08-24 | 1987-02-27 | Honda Motor Co Ltd | エンジンの運転状態検出回路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53104086A (en) | 1978-09-09 |
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