【手続補正書】
【提出日】平成16年10月8日(2004.10.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】位置決め制御方法および位置決め制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーブルの複数の力点にそれぞれ実駆動力を出力して前記テーブルを駆動する複数の駆動手段（２、３）と、
その複数の駆動手段（２、３）の状態量を計測して負荷フィードバック状態量を出力する計測手段と、
前記テーブルの位置指令と前記負荷フィードバック状態量を受けて複数の推力指令f1ref、f2refを生成する機械制御装置と、
前記複数の推力指令f1ref、f2refを受けて前記複数の駆動手段（２、３）にそれぞれ電力V1、V2を出力する複数の電力変換装置（７、８）からなる電動機制御装置と、を備えた位置決め制御装置において、
前記機械制御装置は、前記複数の駆動手段(２、３)が発生する実駆動力F1、F2にそれぞれ対応する複数の模擬推力f1、f2を演算する模擬コントローラと、
前記複数の模擬推力f1、f2を受けて前記複数の駆動手段（２、３）の推定位置と推定速度を求めるテーブル振動モデルと、
前記複数の模擬推力f1、f2と前記推定位置と前記推定速度と前記負荷フィードバック状態量を入力して前記複数の推力指令f1ref、f2refを求める実コントローラと
から構成されることを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
前記テーブル振動モデルは、
前記模擬推力を直進方向の模擬力と回転方向の模擬トルクに変換する入力変換部と、
直進方向の前記模擬力から直進方向の推定状態量を求める直進方向伝達部と、
回転方向の前記模擬トルクから回転方向の推定状態量を求める回転方向伝達部と、
直進方向の前記推定状態量と回転方向の前記推定状態量から推定負荷フィードバック状態量を求める出力変換部、
からなることを特徴とする請求項１に記載の位置決め制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の位置決め制御装置において、前記テーブル振動モデルは、前記模擬推力を直進方向の模擬力と回転方向の模擬トルクに変換し、直進方向の前記模擬力から直進方向の推定状態量を求め、回転方向の前記模擬トルクから回転方向の推定状態量を求め、直進方向の前記推定状態量と回転方向の前記推定状態量から推定負荷フィードバック状態量を求める演算をすることを特徴とする位置決め制御方法。
【請求項４】
前記テーブル振動モデルは、前記テーブルに一定の実駆動力を加えることにより発生する負荷フィードバック状態量を測定し，該一定の実駆動力と該負荷フィードバック状態量の関係から，遺伝的アルゴリズムにより，自動的に決定されることを特徴とする請求項２に記載の位置決め制御装置。
【請求項５】
複数の駆動軸（２、３）により複数の力点に駆動力を与えてテーブルを駆動する駆動部と、前記駆動部の状態量を計測して負荷フィードバック状態量を出力する計測部と、前記負荷フィードバック状態量を用いて前記テーブルが位置指令に一致するように制御する電動機制御装置と、からなる位置決め制御装置において、
前記電動機制御装置は、
前記位置指令と前記負荷フィードバック状態量とに基づいて、前記複数の駆動軸（２、３）の数と同数の推力指令を生成する機械制御装置と、
前記推力指令に従って前記複数の駆動軸に電力を供給し、前記複数の駆動軸（２、３）の数と同数の電力変換装置（７、８）と、
を有することを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項６】
複数の駆動軸（２、３）により複数の力点に駆動力を与えてテーブルを駆動する駆動部と、前記駆動部の状態量を計測して負荷フィードバック状態量を出力する計測部と、前記負荷フィードバック状態量を用いて前記テーブルが位置指令に一致するように制御する電動機制御装置と、からなる位置決め制御装置において、
前記電動機制御装置は、前記位置指令と前記負荷フィードバック状態量とに基づいて、前記複数の駆動軸（２、３）のそれぞれに電力を供給する複数の軸ドライブ装置（１６、１７）を有することを特徴とする位置決め制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路基板の組立工程で使われるマシニングセンタなどの工作機械や製造装置で使用され、テーブルの位置決め制御をする位置決め制御装置とその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子回路基板の組立工程で使われるマシニングセンタなどの工作機械や製造装置で使用され、テーブルの位置決め制御をする従来の位置決め制御装置について図に基づいて説明する。図１１は一駆動方向のみの位置決めをする位置決め制御装置の構成例を示している。図において、１はテーブルであり、２はリニアモータからなる第２駆動軸、３はリニアモータからなる第１駆動軸、４はリニアスケールからなる計測部、５は電動機制御装置、６は指令発生器である。指令発生器６が位置指令rを生成して電動機制御装置５に出力すると、電動機制御装置５はその位置指令に応じた電力を第２駆動軸２と第１駆動軸３に供給する。第２駆動軸２と第１駆動軸３はその電力をテーブル１を駆動する力に変換する。計測部４は第２駆動軸２と第１駆動軸３の位置などを測定し、負荷フィードバック状態量X（X＝［xm1,vm1,xm2,vm2］）として電動機制御装置５に出力する。ただし、xm1は第１駆動軸３の位置、vm1は第１駆動軸３の速度、xm2は第２駆動軸２の位置、vm2は第２駆動軸２の速度である。テーブル１にはリニアモータの２次側（または可動子）も含んでおり、加工対象となっているワークなどを支える。電動機制御装置５は第２駆動軸２と第１駆動軸３の位置が指令rに一致するように働き、電力V1とV2を生成して第２駆動軸２と第１駆動軸３に出力する。
次に電動機制御装置５の構成を図１２のブロック図に示す。図において、７は第１電力変換装置であり、８は第２電力変換装置、９は第１駆動制御装置、１０は第２駆動制御装置である。第１電力変換装置７と第２電力変換装置８はPWMインバータのような電圧または電流制御装置で構成されており、第２駆動軸２と第１駆動軸３によって発生する力またはトルクが、与えられた力指令またはトルク指令f1ref、f2refと一致するような電力V1、V2を生成して第２駆動軸２と第１駆動軸３に出力する。第１駆動制御装置９は、計測部４から得られた負荷フィードバック状態量Xの内、第１駆動軸３の情報xm1、vm1を利用し、第１駆動軸３の位置が位置指令rに一致するように働いて力指令またはトルク指令f1refを生成し、第１電力変換装置７に出力する。第２駆動制御装置１０は、計測部４から得られた負荷フィードバッ状態量Xの内、第２駆動軸２の情報xm2、vm2を利用し、第２駆動軸２の位置が指令rに一致するように働いて力指令またはトルク指令f2refを生成し、第２電力変換装置８に出力する。通常、第１駆動制御装置９と第２駆動制御装置１０は、PID制御則に従って構成されている。
なお、上記の例では第２駆動軸２と３第１駆動軸３がリニアモータであるとしたが、回転モータとボールネジで構成されたものでもよい。また、駆動軸が２台である場合を示したが、駆動軸が３台であっても構わない。
以上のようにして、各駆動軸の位置を指令rに一致させてテーブルの位置決め制御がされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年はテーブルの移動時間を短縮するためにテーブル移動速度がますます急峻になりつつある。このため、各駆動軸に対するテーブルの僅かのアンバランスや、テーブルを支えるガイドの僅かの柔軟性などが原因となって、テーブルが移動する際、ヨーイング方向に振動現象が発生している。一般に、このヨーイング方向の振動現象は、テーブルの駆動動作が終了しても残るので、テーブルを駆動し始めてから停止するまでの時間を短縮することができないという問題があった。
そこで本発明は、新たに機械構成の改善をすることなく、テーブル振動を良好に抑制して、位置決め性能を向上させる位置決め制御方法や位置決め制御装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の位置決め制御装置は、テーブルの複数の力点にそれぞれ実駆動力を出力して前記テーブルを駆動する複数の駆動手段（２、３）と、その複数の駆動手段（２、３）の状態量を計測して負荷フィードバック状態量を出力する計測手段と、前記テーブルの位置指令と前記負荷フィードバック状態量を受けて複数の推力指令f1ref、f2refを生成する機械制御装置と、前記複数の推力指令f1ref、f2refを受けて前記複数の駆動手段（２、３）にそれぞれ電力V1、V2を出力する複数の電力変換装置（７、８）からなる電動機制御装置と、を備えた位置決め制御装置において、前記機械制御装置は、前記複数の駆動手段(２、３)が発生する実駆動力F1、F2にそれぞれ対応する複数の模擬推力f1、f2を演算する模擬コントローラと、前記複数の模擬推力f1、f2を受けて前記複数の駆動手段（２、３）の推定位置と推定速度を求めるテーブル振動モデルと、前記複数の模擬推力f1、f2と前記推定位置と前記推定速度と前記負荷フィードバック状態量を入力して前記複数の推力指令f1ref、f2refを求める実コントローラとから構成されることを特徴とするものである。
また本発明の位置決め制御装置の前記テーブル振動モデルは、前記模擬推力を直進方向の模擬力と回転方向の模擬トルクに変換する入力変換部と、直進方向の前記模擬力から直進方向の推定状態量を求める直進方向伝達部と、回転方向の前記模擬トルクから回転方向の推定状態量を求める回転方向伝達部と、直進方向の前記推定状態量と回転方向の前記推定状態量から推定負荷フィードバック状態量を求める出力変換部、からなることを特徴としている。
請求項３記載の位置決め制御方法は、前記テーブル振動モデルが、前記模擬推力を直進方向の模擬力と回転方向の模擬トルクに変換し、直進方向の前記模擬力から直進方向の推定状態量を求め、回転方向の前記模擬トルクから回転方向の推定状態量を求め、直進方向の前記推定状態量と回転方向の前記推定状態量から推定負荷フィードバック状態量を求める演算をすることを特徴としている。
請求項４記載の位置決め制御装置は、前記テーブル振動モデルは、前記テーブルに一定の実駆動力を加えることにより発生する負荷フィードバック状態量を測定し，該一定の実駆動力と該負荷フィードバック状態量の関係から，遺伝的アルゴリズムにより，自動的に決定されることを特徴としている。
請求項１〜４記載の発明によれば、新たに機械構成の改善をすることなく、テーブル振動を良好に抑制して、位置決め性能を向上させることができる。また、制御系の解析や制御ゲインおよび制御モデルの設定がより簡単に実現できるので、より簡単により良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。
請求項５記載の発明は、複数の駆動軸（２、３）により複数の力点に駆動力を与えてテーブルを駆動する駆動部と、前記駆動部の状態量を計測して負荷フィードバック状態量を出力する計測部と、前記負荷フィードバック状態量を用いて前記テーブルが位置指令に一致するように制御する電動機制御装置と、からなる位置決め制御装置において、前記電動機制御装置は、前記位置指令と前記負荷フィードバック状態量とに基づいて、前記複数の駆動軸（２、３）の数と同数の推力指令を生成する機械制御装置と、前記推力指令に従って前記複数の駆動軸に電力を供給し、前記複数の駆動軸（２、３）の数と同数の電力変換装置（７、８）と、を有することを特徴としている。
請求項６記載の発明は、複数の駆動軸（２、３）により複数の力点に駆動力を与えてテーブルを駆動する駆動部と、前記駆動部の状態量を計測して負荷フィードバック状態量を出力する計測部と、前記負荷フィードバック状態量を用いて前記テーブルが位置指令に一致するように制御する電動機制御装置と、からなる位置決め制御装置において、前記電動機制御装置は、前記位置指令と前記負荷フィードバック状態量とに基づいて、前記複数の駆動軸（２、３）のそれぞれに電力を供給する複数の軸ドライブ装置（１６、１７）を有することを特徴としている。
請求項５、６記載の発明によれば、より良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。また、制御系の解析を行う際に、電気回路で実現されたテーブル振動モデルを利用すれば、より効率的に解析することが出来る。さらに、テーブルに外乱などが存在しても、テーブルのヨーイング方向の振動を常に０付近に抑制することができる。また、ローコストでより簡単により良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例について図を用いて説明する。図１〜図７は本発明の位置決め制御装置の要部の構成を示すブロック図であり、位置決め制御装置の全体構成は図１１のようになっている。図１１の電動機制御装置５は図７のブロック図のように構成されており、図７の機械制御装置１５は図１のブロック図のように構成されており、図１のテーブル振動モデル１９は図２のブロック図のように構成されている。図１において、模擬コントローラ１８は、位置指令rと、テーブル振動モデル１９の出力である第１駆動軸３の力点の推定移動距離x1と、第２駆動軸２の力点の推定移動距離x2と、第１駆動軸３の力点の推定移動速度v1と、第２駆動軸２の力点の推定移動速度v2とに基づいて、次式のようにして、第１模擬推力f1と第２模擬推力f2を出力する。ただし、K1〜K4は模擬制御ゲインである。
f1＝（K1*（r−x1）−v1）*K2                         （１）
f2＝（K3*（r−x2）−v2）*K4                         （２）
実コントローラ２０は、第１模擬推力f1と第２模擬推力f2と、計測部４より得られた負荷フィードバック状態量Ｘと、第１駆動軸３の力点の推定移動距離x1と、第２駆動軸２の力点の推定移動距離x2と、第１駆動軸３の力点の推定移動速度v1と、第２駆動軸２の力点の推定移動速度v2とに基づいて、次式のようにして、第２駆動軸２と第１駆動軸３への推力指令f1ref、f2refを生成する。ただし、K5〜K8は実制御ゲイン、xm1、vm1、xm2、vm2は第１駆動軸３と第２駆動軸２との実位置と実速度、X＝［xm1、vm1、xm2、vm2］である。なお、第１駆動軸３と第２駆動軸２にリニアモータが使われているときはf1refとf2refは推力指令として出力されるが、第１駆動軸３と第２駆動軸２に回転型のモータが使われているときはf1refとf2refはトルク指令として出力される。
f1ref＝K5*（x1−xm1）+K6*（v1−vm1）+f1                    （３）
f2ref＝K7*（x2−xm2）+K8*（v2−vm2）+f2                    （４）
【０００６】
次にテーブル振動モデル１９は、入力変換部１１と直進方向伝達部１３、回転方向伝達部１２、出力変換部１４から構成されている。入力変換部１１は、第２駆動軸２と第１駆動軸３により、テーブルに作用する模擬推力f1、f2を、次式のようにして直進方向の模擬力fと回転方向の模擬トルクτに変換する。
ｆ=f1+f2                                                 （５）
τ=f1*r1―f2*r2                                           （６）
ただし、r1は第１駆動軸３の力軸とテーブルのヨーイング方向の回転重心軸との距離、r2は第２駆動軸２の力軸とテーブルのヨーイング方向の回転重心軸との距離である。
【０００７】
次に直進方向伝達部１３は、直進方向の模擬力fを用いて次式のような直進方向伝達関数の演算を行い、直進方向の推定状態量を発生する。
x*s＝v                                              （７）
v*s＝f／m                                           （８）
ただし、sは微分演算子、xは直進方向の推定位置、vは直進方向の推定速度、mはテーブルの質量である。また、直進方向の推定状態量は直進方向の推定位置xと直進方向の推定速度vを示す。
次に回転方向伝達部１２は、回転方向の模擬トルクτを用いて次式のような回転方向伝達関数の演算を行い、回転方向の推定状態量を発生する。
θ*s＝ω                                            （９）
ω*s＝（τ―K*θ）／Jm                             （１０）
ただし、θはテーブルのヨーイング方向の推定回転角度、ωはテーブルのヨーイング方向の推定回転角速度、Kはテーブルのヨーイング方向のばね定数、Jmはテーブルのヨーイング方向の慣性モーメントである。また、回転方向の推定状態量はテーブルのヨーイング方向の推定回転角度θとテーブルのヨーイング方向の推定回転角速度ωを示す。
【０００８】
次に出力変換部１４は、前記回転方向の推定状態量と前記直進方向の推定状態量を用いて、次式のような変換演算を行い、推定負荷フィードバック状態量を発生させる。ただし、x1は第１駆動軸３の力点の推定移動距離、x2は第２駆動軸２の力点の推定移動距離、v1は第１駆動軸３の力点の推定移動速度、v2は第２駆動軸２の力点の推定移動速度である。
x1＝x＋r1*tan(θ)                                         （１１）
x2＝x―r2*tan(θ)                                         （１２）
v1＝v＋ω*r1*（1―tan(θ)*tan(θ)）                （１３）
v2＝v―ω*r2*（1―tan(θ)*tan(θ)）                （１４）
この実施の形態の位置決め制御方法によれば、テーブル振動モデルのテーブルの各駆動軸の力点に作用している力を直進方向模擬力と回転方向の模擬トルクとに変換し、各駆動軸の力点の状態量を直進方向の状態量と回転方向の状態量とで表現することによって、テーブルのモデルを（７）〜（１０）式のような独立されたモデルで表現し、テーブルを直進方向と回転方向で独立に制御することができる。よって、新たに機械構成の改善をすることなく、テーブル振動を良好に抑制して、位置決め性能を向上させることができる。
また、場合によって、（１１）〜（１４）式の演算の替わりに、次のように演算してもよい。
x1＝x＋r1*θ                                       （１５）
x2＝x―r2*θ                                       （１６）
v1＝v＋ω*r1                                       （１７）
v2＝v―ω*r2                                       （１８）
【０００９】
また、場合によっては（８）式の替わりに、次式のようにして演算してもよい。ただし、k1は摩擦係数である。
v*s＝（―k1*v+f）／m                               （１９）
また、場合によっては（８）式の替わりに次式のようにして演算してもよい。ただし、k2は摩擦係数に比例した係数である。
v*s＝―k2*v+f／m                                   （２０）
また、場合によっては（１０）式の替わりに次式のようにして演算してもよい。ただし、k3は摩擦係数である。
ω*s＝（f―K*θ―k3*ω）／Jm                       （２１）
また、場合によっては（１０）式の替わりに次式のようにして演算してもよい。ただし、k4は摩擦係数に比例した係数である。
ω*s＝―k4*ω+（f―K*θ）／Jm                      （２２）
また、場合によっては（１０）式の替わりに次式のようにして演算してもよい。ただし、K1はばね係数に比例した係数である。
ω*s＝―k4*ω―K1*θ+f／Jm                                （２３）
また、駆動軸を更に増やせば、回転方向としてはヨーイング方向以外にピッチング方向もある。その場合も、上述した方法を簡単に拡張すればヨーイング方向の運動方程式も容易に導かれるので同様な効果が容易に得られる。
【００１０】
次に、図２のテーブル振動モデル１９は、入力変換部１１と直進方向伝達部１３、回転方向伝達部１２、出力変換部１４から構成されている。入力変換部１１は、第１駆動軸３の第１の模擬推力f1と第２駆動軸２の第２の模擬推力f2とを直進方向の模擬力fと回転方向の模擬トルクτに変換する。直進方向伝達部１３は、直進方向の模擬力fに基づいて、直進方向の推定状態量を発生する。回転方向伝達部１２は、回転方向の模擬トルクτに基づいて回転方向の推定状態量を発生する。出力変換部１４は、直進方向の推定状態量と回転方向の推定状態量とを、第１駆動軸３と第２駆動軸２の運動軸上の状態量に変換し、推定負荷フィードバック状態量を発生させる。図３は入力変換部１１の構成を示すブロック図である。
図３に示すように、入力変換部１１は、加算器１１ａと、減算器１１ｂと、係数器１１ｃと、係数器１１ｄとから構成されている。
【００１１】
係数器１１ｃは、第２駆動軸２の第２の模擬推力f2を次式のようにして内部信号S2に変換する。
S2＝r2*f2                                          （２４）
係数器１１ｄは、第１駆動軸３の第１の模擬推力f1を次式のようにして内部信号S1に変換する。
S1＝r1*f1                                          （２５）
加算器１１ａは、第１駆動軸３の第１の模擬推力f1と第２駆動軸２の第２の模擬推力f2を用いて直進方向の模擬力fを次式のようにして生成する。
f＝f1＋f2                                          （２６）
減算器１１ｂは、内部信号S1と内部信号S2を用いて、回転方向の模擬トルクτを次式のようにして生成する。
τ＝S1―S2                                                （２７）
図４は直進方向伝達部１３の構成を示すブロック図である。図４に示すように、直進方向伝達部１３は、係数器１３ａと積分器１３ｂ、積分器１３ｃから構成されている。係数器１３ａは、直進方向の模擬力fを用いて次式のようにして内部信号S3を生成する。
S3＝f／m                                           （２８）
積分器１３ｂは、内部信号S3を用いて、次式のようにして直進方向の推定速度vを生成する。
v＝S3／s                                           （２９）
積分器１３ｃは、直進方向の推定速度vを用いて、次のように直進方向の推定位置xを生成する。
x＝v／s                                            （３０）
【００１２】
図５は回転方向伝達部１２の構成を示すブロック図である。図５に示すように、回転方向伝達部１２は、係数器１２ａと積分器１２ｂ、積分器１２ｃ、減算器１２ｄ、係数器１２ｅから構成されている。係数器１２ａは、内部信号S5を用いて次式のようにして内部信号S6を生成する。
S6＝S5／Jm                                                （３１）
積分器１２ｂは、内部信号S6を用いて、次のようにテーブルのヨーイング方向の推定回転角速度ωを生成する。
ω＝S6／s                                          （３２）
積分器１２ｃは、テーブルのヨーイング方向の推定回転角速度ωを用いて次式のようにしてテーブルのヨーイング方向の推定回転角度θを生成する。
θ＝ω／s                                          （３３）
減算器１２ｄは、回転方向の模擬トルクτと内部信号S4を用いて次式のようにして内部信号S5を生成する。
S5＝τ―S4                                                （３４）
係数器１２ｅは、ヨーイング方向の推定回転角度θを用いて次式のようにして内部信号S4を生成する。
S4=K*θ （３４ａ）
【００１３】
図６は出力変換部１４の構成を示すブロック図である。図６に示すように、出力変換部１４は、加算器１４ａと減算器１４ｂ、係数器１４ｃ、係数器１４ｄ、加算器１４ｅ、減算器１４ｆ、係数器１４ｇ、係数器１４ｈから構成されている。加算器１４ａは、直進方向の推定位置xと内部信号S8とを用いて、次式のようにして第１駆動軸３の力点の推定移動距離x1を生成する。
x1＝x+S8                                           （３５）
減算器１４ｂは、直進方向の推定位置xと内部信号S7とを用いて、次式のようにして第２駆動軸２の力点の推定移動距離x2を生成する。
x2＝x―S7                                          （３６）
係数器１４ｃは、テーブルのヨーイング方向の推定回転角度θを用いて、次式のようにして内部信号S7を生成する。
S7＝r2*θ                                          （３７）
係数器１４ｄは、テーブルのヨーイング方向の推定回転角度θを用いて、次式のようにして内部信号S8を生成する。
S8＝r1*θ                                          （３８）
加算器１４ｅは、直進方向の推定速度vと内部信号S10とを用いて、次式のようにして第１駆動軸３の力点の推定移動速度v1を生成する。
v1＝v+S10                                          （３９）
減算器１４ｆは、直進方向の推定速度vと内部信号S9とを用いて次式のようにして第２駆動軸２の力点の推定移動速度v2を生成する。
v2＝v―S9                                          （４０）
係数器１４ｇは、テーブルのヨーイング方向の推定回転角速度ωを用いて、次式のようにして内部信号S9を生成する。
S9＝r2*ω                                          （４１）
係数器１４ｈは、テーブルのヨーイング方向の推定回転角速度ωを用いて、次式のようにして内部信号S10を生成する。
S10＝r1*ω                                                （４２）
この実施の形態の位置決め制御装置によれば、テーブル振動モデルを電気回路で容易に実現することが出来るので、テーブル振動モデルを利用したモデル追従制御のような制御則で、テーブルを制御する際に、より良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。また、制御系の解析を行う際に、電気回路で実現されたテーブル振動モデルを利用すれば、より効率的に解析することが出来る。
【００１４】
次に、本発明の第２実施例について説明する。第１駆動軸３の力軸とテーブルのヨーイング方向の回転重心軸との距離r1及び第２駆動軸２の力軸とテーブルのヨーイング方向の回転重心軸との距離r2が既知である場合、テーブル振動モデルのパラメータを次のように同定する。
まず、時間tの間に第１駆動軸３がF0の力を発生し、第２駆動軸２がF0の力を発生するように、第１駆動軸電動機制御装置５から適切な電力V1、V2を出力し、その間の第１駆動軸３の力点の移動距離x10および第２駆動軸２の力点の移動距離x20を測定し、次のようにテーブルの直進方向の位置x0とヨーイング方向の回転角度θ0を演算する。
x0＝x10*r2+x20*r1                                         （４３）
θ0＝（x10+x20）／（r1+r2）                        （４４）
次に、テーブルのヨーイング方向の慣性モーメントJmとテーブルの質量を次のように同定する。
m＝（t*t*F0）／x                                   （４５）
Jm＝（0.5*t*t*（r1―r2）*F0）／θ0                 （４６）
【００１５】
また、第１駆動軸３の力点の移動距離x10および第２駆動軸２の力点の移動距離x20を測定し、メモリに保存した後に、（４３）〜（４６）式の操作をしてもよい。
また、例えば本出願人が特開2000-092881号公報（特願平-10-264336）、特開2001-008476号公報（特願平11-173183）、特開2002-351503号公報（特願2001-152500）で提案しているように、遺伝的アルゴリズムを利用し、テーブル振動モデルのパラメータを自動的に同定することも容易にできる。
この実施の形態の位置決め制御方法によれば、テーブル振動モデルのパラメータを自動的に決められるので、制御系の解析や制御ゲインの設定がより簡単に実現できるので、より簡単により良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。
【００１６】
次に、本発明の第３の実施例について図に基づいて説明する。図７に示すように、電動機制御装置５は、第１電力変換装置７と、第２電力変換装置８と、機械制御装置１５とから構成されている。第１電力変換装置７と、第２電力変換装置８とは従来例と同一なものであり、機械制御装置１５は次のような操作を行う。
まず、第１駆動軸３の力点の移動距離x1および第２駆動軸２の力点の移動距離x2を用いて、（４３）、（４４）式のように、テーブルの直進方向の位置xとヨーイング方向の回転角度θを算出する。次に、実施例１に示されているテーブルの直進方向のモデル（例えば、（７）、（８）式で表すもの）とテーブルの回転方向のモデル（例えば、（９）、（１０）式で表すもの）で示されているそれぞれの制御対象系に対して、それぞれの制御系を構成し、直進方向の模擬力ｆと回転方向の模擬トルクτを提供する。例えば、次のような操作で、直進方向の模擬力ｆと回転方向の模擬トルクτを生成すればよい。
ｆ＝m*Kvf*（Kpf*（r−x）−s*x）                           （４７）
τ＝Jm*Kvt*（Kpt*（−θ）−s*θ）                         （４８）
ただし、Kvf、Kpfは直進方向の制御系のゲイン、Kvt、Kptは回転方向の制御系のゲインである。
【００１７】
次に、次のように、（５）、（６）式の変換の逆変換を行い、第2駆動軸２及び第１駆動軸３への推力指令f1ref、f2refを生成する。
f1ref＝（ｆ*r2+τ）／（r1+r2）                     （４９）
f2ref＝ｆ−f1ref                                   （５０）
また、直進方向の模擬力ｆと回転方向の模擬トルクτを生成する際に、（４７）、（４８）式で示す制御則の代わりに、直進方向と回転方向に対して、その他の制御則を利用してもよい。例えば、PID制御、P-PI制御、P-IP制御などを利用してもよい。また、直進方向をPID制御で、回転方向をP-PI制御で行うこともよい。また、その他の現代制御理論の方法を利用してもよい。
この実施の形態の位置決め制御装置によれば、直進方向と回転方向でテーブルを独立で制御するので、テーブルに外乱などが存在しても、テーブルのヨーイング方向の振動を常に０付近に抑制することができる。また、機械制御装置で各駆動軸の力指令を生成しているので、同一の制御対象に対して、最も少ない配線や部品でシステムを構築することができる。よって、ローコストでより簡単により良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。
【００１８】
次に、本発明の第４の実施例について図８を用いて説明する。図において、電動機制御装置５Ｂは、第１軸ドライブ装置１６と第２軸ドライブ制御装置１７とから構成されている。第１軸ドライブ装置１６は、位置指令rと負荷フィードバック状態量Ｘとに基づいて、第１駆動軸に適切な電力V1を提供する。第２軸ドライブ装置１７は、位置指令rと負荷フィードバック状態量Ｘとに基づいて、第２駆動軸に適切な第２電力V2を出力する。
図９は、第１軸ドライブ装置１６の構成例を示すブロック図である。第１軸ドライブ装置１６は、第１電力変換装置７と、第１軸機械制御装置１６ａとから構成されており、第１電力変換装置７は従来例と同一なものでよい。第１軸機械制御装置１６ａは次のような操作を行い、第１駆動軸３への第１推力指令f1refを生成し、第１電力変換装置７に提供する。まず、（実施例３）と同様な操作を行い、f1refとf2refを生成する。次に、f1refのみを出力し、第１電力変換装置７に提供する。
【００１９】
図１０は、第２軸ドライブ装置１７の構成例を示すブロック図である。第２軸ドライブ装置１７は、図１０に示すように、第２電力変換装置８と、第２軸機械制御装置１７ａとから構成されている。第２電力変換装置８は従来例と同一なものでよい。第２軸機械制御装置１７ａは次のような操作を行い、第２駆動軸２への第２推力指令f2refを生成し、第２電力変換装置８に提供する。まず、（実施例３）と同様な操作を行い、f1refとf2refを生成する。次に、f2refのみを出力し、第２電力変換装置８に提供する。
この実施の形態の位置決め制御装置によれば、同様な制御処理をそれぞれの軸ドライブ装置で行うことにより、各軸のシステム構成を独立で構築することができる。従って、より少ないシステム構成（例えば、電圧、電流の容量など）でより幅広いの制御対象（各駆動軸の容量など）に対応できる。よって、大量生産でシステム部品などを生産する際に、よりローコストで生産できるので、よりローコストでより良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１〜３記載の位置決め制御装置及び制御方法によれば、テーブルの各駆動軸の力点に作用されている力を直進方向力と回転方向のトルクとに変換し、各駆動軸の力点の状態量を直進方向の状態量と回転方向の状態量とで表現することによって、テーブルのモデルを（７）〜（１０）式のような独立されたモデルで表現することができるので、テーブルを直進方向と回転方向に独立で制御することができる。よって、新たに機械構成の改善をすることなく、テーブル振動を良好に抑制して、位置決め性能を向上させることができる。
請求項３記載の形態の位置決め制御方法によれば、テーブル振動モデルを電気回路で容易に実現することが出来るので、テーブル振動モデルを利用したモデル追従制御のような制御則で、テーブルを制御する際に、より良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。また、制御系の解析を行う際に、電気回路で実現されたテーブル振動モデルを利用すれば、より効率的に解析することが出来る。
請求項４記載の形態の位置決め制御方法によれば、テーブル振動モデルのパラメータを自動的に決められるので、制御系の解析や制御ゲインの設定がより簡単に実現できるので、より簡単により良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。
請求項５記載の位置決め制御装置によれば、直進方向と回転方向でテーブルを独立で制御するので、テーブルに外乱などが存在しても、テーブルのヨーイング方向の振動を常に０付近に抑制することができる。また、機械制御装置で各駆動軸の力またはトルク指令を生成しているので、同一の制御対象に対して、最も少ない配線や部品でシステムを構築することができる。よって、ローコストでより簡単により良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。
請求項６記載の位置決め制御装置によれば、同様な制御処理をそれぞれの軸ドライブ装置で行うことにより、各軸のシステム構成を独立で構築することができる。従って、より少ないシステム構成（例えば、電圧、電流の容量など）でより幅広いの制御対象（各駆動軸の容量など）に対応できる。よって、大量生産でシステム部品などを生産する際に、よりローコストで生産できるので、よりローコストでより良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置決め制御装置の要部構成を示すブロック図
【図２】本発明の位置決め制御装置の要部構成を示すブロック図
【図３】入力変換部１１の構成を示すブロック図
【図４】直進方向伝達部１３の構成を示すブロック図
【図５】回転方向伝達部１２の構成を示すブロック図
【図６】出力変換部１４の構成を示すブロック図
【図７】電動機制御装置５の構成を示すブロック図
【図８】第２の電動機制御装置５Ｂの構成を示すブロック図
【図９】第１ドライブ装置１６の構成を示すブロック図
【図１０】第２ドライブ装置１７の構成を示すブロック図
【図１１】従来の位置決め制御装置の概要を説明する図
【図１２】従来の電動機制御装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１  テーブル
２  第２駆動軸
３  第１駆動軸
４  計測部
５、５Ｂ  電動機制御装置
６  指令発生器
７  第１電力変換装置
８  第２電力変換装置
９  第１駆動制御装置
１０  第１駆動制御装置
１１  入力変換部
１１ａ、１４ａ、１４ｅ  加算器
１１ｂ、１２ｄ、１４ｂ、１４ｆ  減算器
１１ｃ、１１ｄ、１２ａ、１２ｅ、１３ａ、１４ｃ、１４ｄ  係数器
１２  回転方向伝達部
１２ｂ、１２ｃ、１３ｂ、１３ｃ  積分器
１３  直進方向伝達部
１４  出力変換部
１４ｇ、１４ｈ  係数器
１５  機械制御装置
１６  第１軸ドライブ装置
１６ａ  第１軸機械制御装置
１７  第２軸ドライブ装置
１７ａ  第２軸機械制御装置
１８  模擬コントローラ
１９  テーブル振動モデル
２０  実コントローラ