(57)【要約】【課題】サーボ制御をより安定させる。【解決手段】位置制御ループ２は、位置指令および位置フィードバックの差分である位置誤差に、位置制御器２１で位置誤差の連続関数であって、任意の位置誤差の点における微分係数が定めた範囲内にある関数であるサーボゲインを乗算して生成した速度指令を出力する。サーボゲインとして、任意の正の定数である第１のサーボゲインに、第１のサーボゲインより大きい任意の正の定数である第２のサーボゲインから第１のサーボゲインを減算した値を、絶対値が正である任意の定数および位置誤差の乗算結果の二乗に１を加算した値で除算した演算結果を、加算した値を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指令信号およびフィードバック信号の差分である誤差にサーボゲインを乗算して生成した出力信号を出力する制御ループを備え、
前記サーボゲインとして、前記誤差の連続関数であって、任意の前記誤差の点における微分係数が定めた範囲内にある関数を用いる、
サーボ制御装置。
【請求項２】
前記制御ループは、前記指令信号として位置指令信号を用い、前記フィードバック信号として位置フィードバック信号を用い、
前記サーボゲインとして、任意の正の定数である第１のサーボゲインに、前記第１のサーボゲインより大きい任意の正の定数である第２のサーボゲインから前記第１のサーボゲインを減算した値を、絶対値が正である任意の定数および前記誤差の乗算結果の二乗に１を加算した値で除算した演算結果を、加算した値を用いる、
請求項１に記載のサーボ制御装置。
【請求項３】
指令信号およびフィードバック信号の差分である誤差にサーボゲインを乗算して生成した出力信号を出力する制御ステップを備え、
前記サーボゲインとして、前記誤差の連続関数であって、任意の前記誤差の点における微分係数が定めた範囲内にある関数を用いる、
サーボ制御方法。
【請求項４】
前記制御ステップにおいて、前記指令信号として位置指令信号を用い、前記フィードバック信号として位置フィードバック信号を用い、
前記サーボゲインとして、任意の正の定数である第１のサーボゲインに、前記第１のサーボゲインより大きい任意の正の定数である第２のサーボゲインから前記第１のサーボゲインを減算した値を、絶対値が正である任意の定数および前記誤差の乗算結果の二乗に１を加算した値で除算した演算結果を、加算した値を用いる、
請求項３に記載のサーボ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、サーボゲインが可変であるサーボ制御装置およびサーボ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばアンテナのように一定方向を指向する装置は、風、重力などの外乱トルクの影響を打ち消すトルクをモータから出力する。モータが出力するトルクは、指令とフィードバックに基づき、制御装置内の制御ループにおいて演算される。制御ループでの演算に用いるサーボゲインをより大きくすると、外乱トルクを打ち消す効果がより大きくなるが、オーバーシュートが発生する場合がある。そのため、指令とフィードバックの差である誤差が大きい場合にはサーボゲインを小さくしてオーバーシュートを防ぎ、誤差が小さい場合にはサーボゲインを大きくして外乱トルクの抑圧性能を向上させるように、誤差に応じてサーボゲインを切り替えることが行われている。
【０００３】
サーボゲインの切り替えに関する技術が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示される走査型露光装置では、ウエハの支点の駆動部のサーボゲインをウエハの走査速度に応じて切り替える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−００３８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示される走査型露光装置のようにサーボゲインを切り替える場合、サーボゲインの切替点において、サーボゲインが不連続または急激に変化するため、制御が不安定になるという課題があった。
【０００６】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、サーボ制御をより安定させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のサーボ制御装置は、指令信号およびフィードバック信号の差分である誤差にサーボゲインを乗算して生成した出力信号を出力する制御ループを備え、サーボゲインとして、誤差の連続関数であって、任意の誤差の点における微分係数が定めた範囲内にある関数を用いる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、サーボ制御をより安定させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係るサーボ制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】位置誤差とサーボゲインの定積分との関係の例を示す図である。
【図３】実施の形態における位置誤差とサーボゲインの定積分との関係の例を示す図である。
【図４】実施の形態における誤差とサーボゲインとの関係の例を示す図である。
【図５】実施の形態に係るサーボ制御装置が行うサーボ制御の動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態に係るサーボ制御装置の異なる構成例を示すブロック図である。
【図７】実施の形態に係るサーボ制御装置の異なる構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係るサーボ制御装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態１に係るサーボ制御装置１は、位置制御ループ２を備える。位置制御ループ２は、位置指令および位置フィードバックの差分である位置誤差に、位置制御器２１でサーボゲインを乗算して生成した速度指令を出力する。
【００１２】
例えば位置誤差の絶対値｜Ｅ｜＞Ｅ０（Ｅ０は任意の定数）である場合のサーボゲインＷｐをＷｐ１とし、｜Ｅ｜≦Ｅ０である場合のサーボゲインＷｐをＷｐ２とするように、位置誤差に応じてサーボゲインを切り替える場合を例にして説明する。なおＷｐ１、Ｗｐ２はＷｐ１＜Ｗｐ２の関係を満たす任意の正の定数である。
【００１３】
図２は、位置誤差とサーボゲインの定積分との関係の例を示す図である。横軸は位置誤差、縦軸は位置誤差が０からＥまでのサーボゲインの定積分である。上述の例のようにサーボゲインを定義すると、サーボゲインの定積分Ｙ（Ｅ）は、図２の実線で示すグラフのようになる。なおＹ（０）＝０である。図２の実線で示すグラフの微分係数がサーボゲインＷｐである。図２において、一点鎖線で示すグラフの傾きはそれぞれＷｐ１であり、二点鎖線で示すグラフの傾きはＷｐ２である。図２において黒丸で示す、｜Ｅ｜＝Ｅ０の点において、サーボゲインＷｐが急激に変化することがわかる。サーボゲインＷｐが急激に変化すると、速度指令が急激に変化し、その結果としてトルク指令が急激に変化するためサーボ制御が不安定になってしまう。すなわち、上述の例のように、位置誤差に応じてサーボゲインの値をＷｐ１、Ｗｐ２のいずれかとする場合には、サーボ制御が不安定になってしまう。
【００１４】
実施の形態に係るサーボ制御装置１においては、位置誤差の連続関数であって、任意の位置誤差の点における微分係数が定めた範囲内にある関数をサーボゲインとして用いる。定めた範囲とは、サーボゲインの変化が滑らかになるように任意に定めた範囲である。サーボゲインとして、例えば下記（１）式で表される関数を用いる。なお上述の例と同様に、Ｗｐ１、Ｗｐ２はＷｐ１＜Ｗｐ２の関係を満たす任意の正の定数である。下記（１）式中のＡは、絶対値が正である任意の定数である。また下記（１）式で表されるサーボゲインの定積分Ｙ（Ｅ）は、下記（２）式で表される。ただしＹ（０）＝０とした。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
【数２】
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【００１７】
上記（２）式の右辺第１項は、Ｅが∞に近づくにつれて、π／２・（Ｗｐ２−Ｗｐ１）／Ａに漸近的に近づき、Ｅが−∞に近づくにつれて、−π／２・（Ｗｐ２−Ｗｐ１）／Ａに漸近的に近づく関数である。図３は、実施の形態における位置誤差とサーボゲインの定積分との関係の例を示す図である。横軸は位置誤差、縦軸は位置誤差が０からＥまでのサーボゲインの定積分である。上記（２）式で表されるサーボゲインの定積分Ｙ（Ｅ）は、図３において実線で示すグラフのようになる。なおＹ（０）＝０である。図３において、一点鎖線で示すグラフの傾きはそれぞれＷｐ１であり、二点鎖線で示すグラフの傾きはＷｐ２である。図３において実線で示すグラフの微分係数がサーボゲインＷｐであり、Ｗｐが連続的に変化していることがわかる。上記（１）式で表されるサーボゲインＷｐは、｜Ｅ｜＞Ｅ０の領域でＷｐ１に漸近的に近づき、｜Ｅ｜≦Ｅ０の領域でＷｐ２に徐々に近づき、Ｅ＝０においてＷｐ２となる。
【００１８】
図４は、実施の形態における位置誤差とサーボゲインとの関係の例を示す図である。横軸は位置誤差、縦軸はサーボゲインである。サーボゲインＷｐは、位置誤差Ｅが±∞に近づくにつれてＷｐ１に漸近的に近づき、位置誤差Ｅが０に近づくにつれてＷｐ２に徐々に近づき、Ｅ＝０においてＷｐ２となることがわかる。位置制御ループ２は、Ｗｐ（Ｅ）・Ｅを速度指令として出力する。上記（１）式で表されるサーボゲインＷｐは、位置誤差Ｅの全値域において、連続かつ滑らかな関数であるため、サーボ制御をより安定させることができる。
【００１９】
上記（１）式に示すようなサーボゲインＷｐ（Ｅ）を用いることで、｜Ｅ｜が大きいときには、より値の小さいサーボゲインを用い、｜Ｅ｜が小さいときには、より値の大きいサーボゲインを用いることができる。そのためオーバーシュートの抑制と外乱の抑制とを実現することができる。
【００２０】
図５は、実施の形態に係るサーボ制御装置が行うサーボ制御の動作の一例を示すフローチャートである。位置制御ループ２は、位置指令を取得したか否かを確認する（ステップＳ１１０）。位置指令を取得していない場合には（ステップＳ１１０；Ｎ）、ステップＳ１１０の処理を繰り返す。位置指令を取得した場合には（ステップＳ１１０；Ｙ）、位置指令と位置フィードバックとの差である位置誤差にサーボゲインを乗算した値を速度指令として出力し、位置制御を行う（ステップＳ１２０）。サーボゲインは、位置誤差の連続関数であって、任意の位置誤差の点における微分係数が定めた範囲内にある関数である。サーボ制御装置１は、上述の処理を繰り返し行う。
【００２１】
図６は、実施の形態に係るサーボ制御装置の異なる構成例を示すブロック図である。図６に示すサーボ制御装置１は、図１に示す構成に加えて、さらに速度制御ループ３を備える。速度制御ループ３は、位置制御ループ２が出力する速度指令Ｗｐ（Ｅ）・Ｅおよび速度フィードバックの差分である速度誤差に、速度制御器３１で速度サーボゲインＷｖを乗算して生成したトルク指令を出力する。
【００２２】
上記（１）式に示すようなサーボゲインＷｐ（Ｅ）を用いた場合に、速度制御ループ３が出力するトルク指令は下記（３）式で表される。下記（３）式におけるＶｃは速度指令であり、Ｖｒは速度フィードバックである。Ｗｐ（Ｅ）は滑らかな関数であるから、トルク指令Ｔｃも滑らかな関数となり、サーボ制御を安定化することが可能となる。
【００２３】
【数３】
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【００２４】
制御対象４のアクチュエータ４１は、トルク指令に基づき動作する。位置・速度検出器４２は、位置フィードバックを位置制御ループ２に送り、速度フィードバックを速度制御ループ３に送る。
【００２５】
図７は、実施の形態に係るサーボ制御装置の異なる構成例を示すブロック図である。図７に示すサーボ制御装置１は、図６に示す構成に加えて、さらに電流制御ループ５を備える。電流制御ループ５は、速度制御ループ３が出力するトルク指令および電流フィードバックの差分である電流誤差に、電流制御器５１で電流サーボゲインを乗算して生成した電流指令を出力する。電流検出器４３は、電流フィードバックを電流制御ループ５に送る。制御対象４のアクチュエータ４１は、電流指令に基づき動作する。
【００２６】
なお速度サーボゲインおよび電流サーボゲインとして、位置制御器２１で用いるサーボゲインと同様に、誤差の連続関数であって、任意の誤差の点における微分係数が定めた範囲内にある関数をそれぞれ用いることができる。
【００２７】
以上説明したとおり、実施の形態に係るサーボ制御装置１によれば、サーボ制御をより安定させることが可能となる。
【００２８】
本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られず、サーボゲインとして、誤差の連続関数であって、任意の誤差の点における微分係数が定めた範囲内にある任意の関数を用いることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  サーボ制御装置、２  位置制御ループ、３  速度制御ループ、４  制御対象、５  電流制御ループ、２１  位置制御器、３１  速度制御器、４１  アクチュエータ、４２  位置・速度検出器、４３  電流検出器、５１  電流制御器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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