JPS6132120A - 位置決め制御方式 - Google Patents
位置決め制御方式Info
- Publication number
- JPS6132120A JPS6132120A JP15306184A JP15306184A JPS6132120A JP S6132120 A JPS6132120 A JP S6132120A JP 15306184 A JP15306184 A JP 15306184A JP 15306184 A JP15306184 A JP 15306184A JP S6132120 A JPS6132120 A JP S6132120A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- motor
- stage
- positioning
- state
- control system
- 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.)
- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D3/00—Control of position or direction
- G05D3/12—Control of position or direction using feedback
- G05D3/14—Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device
- G05D3/1445—Control of position or direction using feedback using an analogue comparing device with a plurality of loops
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は振動系を含む移動体を高速で高精度に位置決め
する位置決め制御方式に関する。
する位置決め制御方式に関する。
投影露光装置におけるＸＹステージのように、高速に位
置決めする必要がある移動体では、その制御系に含まれ
ている振動成分が制御特性に及ぼす影響が大きい。そこ
で、この振動を抑制する位置決め制御方式として、例え
ば、特開昭５７−７１２８１号公報に示されるように、
移動体の速度。
置決めする必要がある移動体では、その制御系に含まれ
ている振動成分が制御特性に及ぼす影響が大きい。そこ
で、この振動を抑制する位置決め制御方式として、例え
ば、特開昭５７−７１２８１号公報に示されるように、
移動体の速度。
位置等の複数個の状態量を検出し、これら状態量をフィ
ードバックすることにより最適に制御する方法が知られ
ている。この方法によれば、複数個の状態を用いて決め
られた評価関数を最小にするように制御するため、その
評価関数の下で最適な制御を行うことができる。しかし
、位置決めの際に問題となる応答速度、オーバーシュー
ト等の特性と評価関数との関係が把握しにくいため、試
行錯誤的に評価関数を決める必要があった。
ードバックすることにより最適に制御する方法が知られ
ている。この方法によれば、複数個の状態を用いて決め
られた評価関数を最小にするように制御するため、その
評価関数の下で最適な制御を行うことができる。しかし
、位置決めの際に問題となる応答速度、オーバーシュー
ト等の特性と評価関数との関係が把握しにくいため、試
行錯誤的に評価関数を決める必要があった。
本発明の目的は、複数個の状態量のフィードバックゲイ
ンを最適に選ぶことにより、移動体の振動を伴うことな
く高速に位置決めすることができる位置決め制御方式を
提供することにある。
ンを最適に選ぶことにより、移動体の振動を伴うことな
く高速に位置決めすることができる位置決め制御方式を
提供することにある。
本発明は、制御系の位置決め特性においてオーバーシュ
ート量や応答時間等の特性が制御系の伝達関数から明ら
かになることに着目し、制御系の伝達関数が１次遅れの
積で表されるように、フィードバックゲインを決定する
ことにより、振動を伴うことなく位置決めを行うもので
ある。
ート量や応答時間等の特性が制御系の伝達関数から明ら
かになることに着目し、制御系の伝達関数が１次遅れの
積で表されるように、フィードバックゲインを決定する
ことにより、振動を伴うことなく位置決めを行うもので
ある。
本発明の最も好適な実施例によれば、モータ速度、モー
タ位置、移動体の速度並びに移動体の位置を状態量とし
てフィードバックし、これらのフィードバックゲインを
用いて制御系の伝達関数が４重根になるように制御する
ことにより、モータと移動体の間に存在する振動系の振
動を抑制するように構成されている。
タ位置、移動体の速度並びに移動体の位置を状態量とし
てフィードバックし、これらのフィードバックゲインを
用いて制御系の伝達関数が４重根になるように制御する
ことにより、モータと移動体の間に存在する振動系の振
動を抑制するように構成されている。
〔発明の実施例〕
以ド、本発明の一実施例を図面により説明する。
第１図は移動体としてＸＹステージを用いた場合の位置
決め装置の一実施例であり、モータ１を駆動し、駆動軸
２を回転させることにより、ＸＹステージ３を位置決め
するようになっている。このＸＹステージ３のステージ
位置θＢおよびステージ速度ωＢはステージ検出器４に
より検出される。また、モータ位置θＭおよびモータ速
度ωにはモータ検出器５で検出される。これらの検出さ
れた４つの状態量Ｘは位置決め制御回路６にフィードバ
ックされる。この位置決め制御回路６では、位置指令回
路７から与えられる位置指令θｓＯとフィードバックさ
れた状態Ｘとを用いて位置決め制御演算を行い、モータ
１に入力するモータ電流ｉｎを決定している。
決め装置の一実施例であり、モータ１を駆動し、駆動軸
２を回転させることにより、ＸＹステージ３を位置決め
するようになっている。このＸＹステージ３のステージ
位置θＢおよびステージ速度ωＢはステージ検出器４に
より検出される。また、モータ位置θＭおよびモータ速
度ωにはモータ検出器５で検出される。これらの検出さ
れた４つの状態量Ｘは位置決め制御回路６にフィードバ
ックされる。この位置決め制御回路６では、位置指令回
路７から与えられる位置指令θｓＯとフィードバックさ
れた状態Ｘとを用いて位置決め制御演算を行い、モータ
１に入力するモータ電流ｉｎを決定している。
モータ１．駆動軸２およびＸＹステージ３の等価ブロッ
ク図を第２図に示す。
ク図を第２図に示す。
第２図ではモータ１は電流駆動として記述しているが、
電圧駆動でも電流制御を高速にすることによりほぼ電流
駆動とみなすことができる。また、ＸＹステージ３の伝
達関数は振動系を含む２次遅れ系としている。さらに、
第３図に位置決め制御回路６の具体的な実施例を示して
いる。この位置決め制御回路６ば、特開昭５７−７１２
８１号公報に示されているように、従来の状態フィート
ノくツクによる制御方式と同様に構成されている。しか
し、フィードバックゲインの決定方法が異なる。
電圧駆動でも電流制御を高速にすることによりほぼ電流
駆動とみなすことができる。また、ＸＹステージ３の伝
達関数は振動系を含む２次遅れ系としている。さらに、
第３図に位置決め制御回路６の具体的な実施例を示して
いる。この位置決め制御回路６ば、特開昭５７−７１２
８１号公報に示されているように、従来の状態フィート
ノくツクによる制御方式と同様に構成されている。しか
し、フィードバックゲインの決定方法が異なる。
従来のフィードバックゲインは決められた評価関数Ｊを
最小にするように決定していた。例えば、特開昭５７−
７１２８１号公報の例では、指令と出力との偏差ｒ （
Ｋ） −ｙ （Ｋ）および入力の変化量ｕ （Ｋ）−ｕ
（Ｋ−１）を用いて ・・・・・・・・・・・・（１） という評価関数を定めていた。この次（１）式では、重
み係数Ｗによって入力の変化量ｕ （Ｋ）−ｕ （Ｋ−
１）を小さくしながら、指令と出力との偏差ｒ （Ｋ）
−ｙ（Ｋ）を短時間で小さくすることを目的としてい
る。
最小にするように決定していた。例えば、特開昭５７−
７１２８１号公報の例では、指令と出力との偏差ｒ （
Ｋ） −ｙ （Ｋ）および入力の変化量ｕ （Ｋ）−ｕ
（Ｋ−１）を用いて ・・・・・・・・・・・・（１） という評価関数を定めていた。この次（１）式では、重
み係数Ｗによって入力の変化量ｕ （Ｋ）−ｕ （Ｋ−
１）を小さくしながら、指令と出力との偏差ｒ （Ｋ）
−ｙ（Ｋ）を短時間で小さくすることを目的としてい
る。
そのため、第（１）式の結果を最小にするようにフィー
ドバックゲインを決定すれば、この目的に対して最適な
制御ができる。このように、従来の状態フィードバック
による制御は現代制御理論におけル評価関数からフィー
トノくツクゲインを決定するのが一般的であった。しか
し、高精度の位置決め制御においては最も重要になるオ
ーバーシュート量の評価関数の関係が把握できにくい。
ドバックゲインを決定すれば、この目的に対して最適な
制御ができる。このように、従来の状態フィードバック
による制御は現代制御理論におけル評価関数からフィー
トノくツクゲインを決定するのが一般的であった。しか
し、高精度の位置決め制御においては最も重要になるオ
ーバーシュート量の評価関数の関係が把握できにくい。
そこで本発明では、まず、現代制御理論における状態変
数の概念を導入すれば、第２図においてモータ速度ωＭ
、モータ位置θＭ、ステージ速度ω８並びにステージ位
置θＢを状態変数とすることができる。このとき、モー
タ電流１．を入力Ｕに対しステージ位置θＢを出力ｙに
すると、第２図における状態方程式は次式で表される。
数の概念を導入すれば、第２図においてモータ速度ωＭ
、モータ位置θＭ、ステージ速度ω８並びにステージ位
置θＢを状態変数とすることができる。このとき、モー
タ電流１．を入力Ｕに対しステージ位置θＢを出力ｙに
すると、第２図における状態方程式は次式で表される。
パ
ただし、入力ｕ＝ｉ、、出力ｙ−θ日
θＳからステージ位置θ８への伝達関数ＨＰＧ（Ｓ’）
を とするためには、極配置問題から公知のように、フィー
ドバックゲイン行列Ｆおよびフィードフォワードゲイン
ｇを次式のように選べばよい。
を とするためには、極配置問題から公知のように、フィー
ドバックゲイン行列Ｆおよびフィードフォワードゲイン
ｇを次式のように選べばよい。
ｇ−βｏ［ｃＡ”Ｂ］’ ・・・・・・
・・・・・・・・・（４）Ｆ＝ｇ（ＣＡ’＋αＩＣＡ３
＋α２ Ｃ，４−２＋α３ＣＡ＋α４Ｃ）・・・・・・
・・・・・・・・・（５）ただし、Ｆ−ＣＫＩＫｘ Ｋ
３に４ ］そこで、（３）式において、伝達関数Ｈｒｏ
（８）が１次遅れの積 で示されるように、α１．α２．α３Ｉα４Ｉβ０を決
定し、フィードフォワードゲインｇおよびフィードバッ
クゲイン行列Ｆをそれぞれ（４）、 （５）式で与える
。このことが本発明の特徴である。これにより、振動系
を含むＸＹテーブルを振動することなく位置決めするこ
とができる。従って、従来の状態フィードバックによる
制御では注目されていなかった伝達関数ＨＦＧ（Ｓ）を
用いて振動なく制御する点が従来と異なる。
・・・・・・・・・（４）Ｆ＝ｇ（ＣＡ’＋αＩＣＡ３
＋α２ Ｃ，４−２＋α３ＣＡ＋α４Ｃ）・・・・・・
・・・・・・・・・（５）ただし、Ｆ−ＣＫＩＫｘ Ｋ
３に４ ］そこで、（３）式において、伝達関数Ｈｒｏ
（８）が１次遅れの積 で示されるように、α１．α２．α３Ｉα４Ｉβ０を決
定し、フィードフォワードゲインｇおよびフィードバッ
クゲイン行列Ｆをそれぞれ（４）、 （５）式で与える
。このことが本発明の特徴である。これにより、振動系
を含むＸＹテーブルを振動することなく位置決めするこ
とができる。従って、従来の状態フィードバックによる
制御では注目されていなかった伝達関数ＨＦＧ（Ｓ）を
用いて振動なく制御する点が従来と異なる。
具体的には、例えば第（６）式を
とするためには、第（４）、第（５）式よりフィードフ
ォワードゲインｇおよびフィードバックゲイン行列Ｆを ・・・・・・・・・・・・（９） （ただし、ＦＴ はＦの転置行列を示す）。
ォワードゲインｇおよびフィードバックゲイン行列Ｆを ・・・・・・・・・・・・（９） （ただし、ＦＴ はＦの転置行列を示す）。
で与えればよい。
このように実施例によれば、振動することなく安定にＸ
Ｙステージ３を制御できるので、静止摩票−′ なお、この例では１つの振動系を有するＸＹステージに
適用したが、複数の振動系を有する制御系にも利用でき
る。
Ｙステージ３を制御できるので、静止摩票−′ なお、この例では１つの振動系を有するＸＹステージに
適用したが、複数の振動系を有する制御系にも利用でき
る。
本発明によれば、振動系を含む被制御対象を振動なく制
御できるので、高速にしかも高精度に位置決めできる効
果がある。
御できるので、高速にしかも高精度に位置決めできる効
果がある。
第１図は本発明による位置決め装置の一実施例を示すブ
ロック図、第２図はモータおよび被制御対象の一例を示
すブロック図、第３図は位置決め制御回路の一実施例を
示す構成図である。
ロック図、第２図はモータおよび被制御対象の一例を示
すブロック図、第３図は位置決め制御回路の一実施例を
示す構成図である。
Claims (1)
- １、位置指令回路から与えられる目標位置に位置決めす
る移動体と、この移動体を駆動するモータと、前記移動
体および前記モータの速度、位置の状態を検出する検出
回路と、この検出回路から得られた前記状態のフィード
バック量と前記目標位置のフィードフォワード量とによ
り、前記モータの入力を決定する位置決め制御回路とを
備え、前記モータと前記移動体との間に振動系を含むも
のにおいて、前記目標位置から前記移動体の位置への伝
達関数が１次遅れの積で表されるように前記フィードバ
ック量のゲインおよび前記フィードフォワード量のゲイ
ンを選択することを特徴とする位置決め制御方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15306184A JPS6132120A (ja) | 1984-07-25 | 1984-07-25 | 位置決め制御方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15306184A JPS6132120A (ja) | 1984-07-25 | 1984-07-25 | 位置決め制御方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6132120A true JPS6132120A (ja) | 1986-02-14 |
Family
ID=15554124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15306184A Pending JPS6132120A (ja) | 1984-07-25 | 1984-07-25 | 位置決め制御方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6132120A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6454504A (en) * | 1987-08-25 | 1989-03-02 | Japan Res Dev Corp | Control circuit for position control system |
| JPH03110607A (ja) * | 1989-09-26 | 1991-05-10 | Fanuc Ltd | サーボモータの制御方式 |
| WO2000052543A1 (en) * | 1999-03-03 | 2000-09-08 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Positioning control method |
| JP2014164498A (ja) * | 2013-02-25 | 2014-09-08 | Univ Of Tokyo | 制御システム、外乱推定システム、制御方法、制御プログラム及び設計方法 |
-
1984
- 1984-07-25 JP JP15306184A patent/JPS6132120A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6454504A (en) * | 1987-08-25 | 1989-03-02 | Japan Res Dev Corp | Control circuit for position control system |
| JPH03110607A (ja) * | 1989-09-26 | 1991-05-10 | Fanuc Ltd | サーボモータの制御方式 |
| WO2000052543A1 (en) * | 1999-03-03 | 2000-09-08 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Positioning control method |
| US6975086B1 (en) | 1999-03-03 | 2005-12-13 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Positioning control method |
| JP2014164498A (ja) * | 2013-02-25 | 2014-09-08 | Univ Of Tokyo | 制御システム、外乱推定システム、制御方法、制御プログラム及び設計方法 |
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