(57)【要約】【課題】移動体を安定した速度で移動させ、しかも高い精度で移動体を目標位置に停止させる位置決め制御装置を提供する。【解決手段】位置決め装置１００においてスライダ５０の移動／位置決めを行う制御装置２０は、スライダ５０を超音波モータ１０による摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めするために、スライダ５０の位置偏差に基づく制御量と速度偏差に基づく制御量を用いて超音波モータ１０をＰＩＤフィードバック制御する。制御装置２０は、スライダ５０を目標位置へ移動させるための移動プロファイルを作成し、移動プロファイルの進行に応じて予めＰ値，Ｉ値，Ｄ値が定められた２組以上のＰＩＤパラメータの中から、１組のＰＩＤパラメータを選択し、超音波モータ１０を駆動するための制御量を決定する。【選択図】図２
2008220022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めするために、前記移動体を前記目標位置へ移動させるための位置指示量と前記移動体の実際の位置データとから求められる位置偏差に基づく制御量と、前記移動体を前記目標位置へ移動させるための速度指示量と前記移動体の実際の速度データとから求められる速度偏差に基づく制御量とを用いて、前記超音波モータをＰＩＤフィードバック制御する位置決め制御装置であって、
予めＰ値，Ｉ値，Ｄ値が定められた２組以上のＰＩＤパラメータの中から選択した１組のＰＩＤパラメータを用いて超音波モータを駆動する制御量を決定するＰＩＤ演算部を具備することを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
前記ＰＩＤ演算部は、２組のＰＩＤパラメータを、前記移動体を前記目標位置へ移動させるための移動プロファイルの終了前と終了後とで切り替えて用い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】
前記速度指示量のプロファイルはＳ形プロファイルであり、
前記ＰＩＤ演算部は、２組以上のＰＩＤパラメータを前記Ｓ形プロファイルの加速度増加域，定加速度域，加速度減少域，定速域，減速度増加域、定減速度域、減速度減少域、停止域の各域に割り当て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４】
前記移動体を前記目標位置へ移動させるための移動プロファイルの進行に応じて、前記ＰＩＤ演算部に入力する位置偏差に基づく制御量と速度偏差に基づく制御量の割合を変更する位置／速度偏差調整部をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の位置決め制御装置。
【請求項５】
移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めするために、前記移動体を前記目標位置へ移動させるための位置指示量と前記移動体の実際の位置データとから求められる位置偏差に基づく制御量と、前記移動体を前記目標位置へ移動させるための速度指示量と前記移動体の実際の速度データとから求められる速度偏差に基づく制御量とを用いて、前記超音波モータをＰＩＤフィードバック制御する位置決め制御装置であって、
超音波モータを駆動する制御量を決定するＰＩＤ演算部と、
前記ＰＩＤ演算部に入力する位置偏差に基づく制御量と速度制御量に基づく制御量の割合を変更する位置／速度偏差調整部と、を具備することを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項６】
前記位置／速度偏差調整部は、
予め定められた複数の係数の中から、前記移動体を前記目標位置へ移動させるための移動プロファイルの進行に応じて１つの係数を選択し、その係数を用いて前記位置偏差に基づく制御量を決定する位置フィードバック調整部と、
予め定められた複数の係数の中から、前記移動体を前記目標位置へ移動させるための移動プロファイルの進行に応じて１つの係数を選択し、その係数を用いて前記速度偏差に基づく制御量を決定する速度フィードバック調整部と、を具備することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の位置決め制御装置。
【請求項７】
前記位置／速度偏差調整部は、前記位置偏差による制御量と前記速度偏差による制御量の割合を、前記移動体を前記目標位置へ移動させるための移動プロファイルの終了前後で切り替えることを特徴とする請求項５に記載の位置決め制御装置。
【請求項８】
前記速度指示量のプロファイルはＳ形プロファイルであり、
前記位置／速度偏差調整部は、前記位置偏差に基づく制御量と前記速度偏差による制御量の割合として予め定められた２つ以上の値を、前記Ｓ形プロファイルの加速度増加域，定加速度域，加速度減少域，定速域，減速度増加域，定減速度域，減速度減少域，停止域の各域に割り当てることを特徴とする請求項５に記載の位置決め制御装置。
【請求項９】
移動体を摩擦駆動する超音波モータをＰＩＤフィードバック制御して、前記移動体を所定位置へ移動させて位置決めする位置決め制御方法であって、
移動体を目標位置へ移動させる指令信号にしたがって、前記移動体を前記目標位置まで移動させるための位置指示量を含む移動プロファイルを作成し、この位置指示量から速度指示量を求め、
前記移動体の実際の位置を測定して位置データを求め、この位置データから前記移動体の速度データを求め、
前記位置指示量と前記位置データとから位置偏差に基づく制御量を求め、前記速度指示量と前記速度データとから速度偏差に基づく制御量を求め、
前記位置偏差に基づく制御量と、前記速度偏差に基づく制御量と、予めＰ値，Ｉ値，Ｄ値が定められた２組以上のＰＩＤパラメータの中から選択した１組のＰＩＤパラメータと、を用いて前記超音波モータを駆動する制御量を決定することを特徴とする位置決め制御方法。
【請求項１０】
移動体を摩擦駆動する超音波モータをＰＩＤフィードバック制御して、前記移動体を所定位置へ移動させて位置決めする位置決め制御方法であって、
移動体を目標位置へ移動させる指令信号にしたがって、前記移動体を前記目標位置まで移動させるための位置指示量を含む移動プロファイルを作成し、この位置指示量から速度指示量を求め、
前記移動体の実際の位置を測定して位置データを求め、この位置データから前記移動体の速度データを求め、
前記位置指示量と前記位置データとから位置偏差に基づく制御量を求め、前記速度指示量と前記速度データとから速度偏差に基づく制御量を求め、
前記位置偏差に基づく制御量と前記速度偏差に基づく制御量と割合を変更して前記超音波モータを駆動する制御量を決定することを特徴とする位置決め制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータを用いて移動体を目標位置へ移動させる位置決め装置等に用いられる位置決め制御装置および位置決め制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ−Ｙステージ等の移動体を所定位置へ移動させて位置決めするシステムとして、移動体との間に生じる摩擦力を利用して移動体を移動させる超音波モータを備えたものが知られている。
【０００３】
超音波モータを駆動して移動体を所定位置へ移動させる位置決めシステムの従来の制御方法の一例を図６のブロック図に示す。
【０００４】
オペレータが位置決めシステムの操作盤を操作することによりまたは自動運転プログラムが実行されていること等により、移動体を目標位置に移動させるための移動指示値がプロファイルジェネレータ（ＰＧ）に入力される。
【０００５】
プロファイルジェネレータ（ＰＧ）は、移動指示値に基づいて移動体を目標位置へ移動させるための移動プロファイルを生成する。この移動プロファイルは、移動体の位置指示量ｓｐ（移動体を一定時間後にどの位置にまで移動させるのかを示す制御量）を含んでいる。この位置指示量ｓｐから移動体の実位置を測定するエンコーダ（位置センサ）の検出値が減算され、これにより位置誤差が求められる。この位置誤差に位置フィードバックのための係数Ｋｐを掛け合わせることにより、位置偏差に基づく制御量が求められる。
【０００６】
また、プロファイルジェネレータ（ＰＧ）で作成された位置指示量ｓｐを微分して速度指示値ｓｖを求め、この速度指示値ｓｖからエンコーダにより測定した移動体の実位置の微分により求めた実速度を減算して、これに係数Ｋｖを掛け合わせることにより、速度偏差に基づく制御量が求められる。
【０００７】
これらの位置偏差制御量と速度偏差制御量とが合算されてＰＩＤ演算部（Ｇ（ＰＩＤ））へ入力される。ＰＩＤ演算部（Ｇ（ＰＩＤ））での処理により得られる制御量と、不感帯を考慮して始動特性を高めるためのオフセット値とを合わせた制御量が、電圧に変換されて超音波モータに与えられる。移動体の位置はエンコーダによって検出されており、前述の通り、この検出値がフィードバック制御に用いられる。このような超音波モータの駆動制御において、係数Ｋｐ，係数ＫｖおよびＰＩＤ演算部（Ｇ（ＰＩＤ））のＰ項，Ｉ項，Ｄ項の値は一定値である（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
近時、移動体の移動中の位置偏差としては、移動体の静止時の位置偏差を１ｎｍ程度にまで小さくすることが必要になってきている。そのため、係数Ｋｐ等が一定である制御方法によってこのような精度を得るためには、位置偏差による制御に重点が置かれるように係数Ｋｐ等の値を設定する必要がある。
【０００９】
しかしながら、移動体の移動中における位置偏差制御を強調すると、移動体の速度が不安定になり、移動体の移動制御（つまり超音波モータの駆動制御）が安定しない。そのため、最終的な位置決めまでの時間が長くかかる等の問題が生じる。一方、移動体の移動中における速度偏差制御を強調すると、移動体の速度は安定するが、目標位置の極めて狭い範囲に移動体を静止させることは極めて困難になる。
【特許文献１】特開２００６−２７１１１０号公報（段落［０００４］，［０００５］，図６等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、移動体の移動時における位置偏差を小さく抑えつつ移動体を安定した速度で移動させ、しかも高い精度で移動体を目標位置に停止させることを可能とする位置決め制御装置および位置決め制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る位置決め制御装置は、移動体を超音波モータによる摩擦駆動によって所定位置へ移動させて位置決めするために、前記移動体を前記目標位置へ移動させるための位置指示量と前記移動体の実際の位置データとから求められる位置偏差に基づく制御量と、前記移動体を前記目標位置へ移動させるための速度指示量と前記移動体の実際の速度データとから求められる速度偏差に基づく制御量とを用いて、前記超音波モータをＰＩＤフィードバック制御するものであり、換言すれば、超音波モータの駆動制御装置とも言える。
【００１２】
第１発明の位置決め制御装置は、予めＰ値，Ｉ値，Ｄ値が定められた２組以上のＰＩＤパラメータの中から選択した１組のＰＩＤパラメータを用いて超音波モータを駆動する制御量を決定するＰＩＤ演算部を具備することを特徴としている。
【００１３】
第２発明の位置決め制御装置は、超音波モータを駆動する制御量を決定するＰＩＤ演算部と、前記ＰＩＤ演算部に入力する位置偏差に基づく制御量と速度制御量に基づく制御量の割合を変更する位置／速度偏差調整部と、を具備することを特徴としている。
【００１４】
本発明に係る位置決め制御方法は、上記位置決め制御装置により実現される制御方法であり、逆に、本発明に係る位置決め制御方法を実行するための制御装置が上記位置決め制御装置である。
【００１５】
本発明に係る第１、第２の位置決め制御方法は、移動体を摩擦駆動する超音波モータをＰＩＤフィードバック制御して、前記移動体を所定位置へ移動させて位置決めする位置決め制御方法であって、
移動体を目標位置へ移動させる指令信号にしたがって、前記移動体を前記目標位置まで移動させるための位置指示量を含む移動プロファイルを作成し、この位置指示量から速度指示量を求め、
前記移動体の実際の位置を測定して位置データを求め、この位置データから前記移動体の速度データを求め、
前記位置指示量と前記位置データとから位置偏差に基づく制御量を求め、前記速度指示量と前記速度データとから速度偏差に基づく制御量を求める、という以上のプロセスで共通する。
【００１６】
そして、第１の位置決め制御方法では、前記位置偏差に基づく制御量と、前記速度偏差に基づく制御量と、予めＰ値，Ｉ値，Ｄ値が定められた２組以上のＰＩＤパラメータの中から選択した１組のＰＩＤパラメータと、を用いて前記超音波モータを駆動する制御量を決定する。
【００１７】
第２の位置決め制御方法では、前記位置偏差に基づく制御量と前記速度偏差に基づく制御量と割合を変更して前記超音波モータを駆動する制御量を決定する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、移動体の移動時における位置偏差を小さく抑えつつ移動体を安定した速度で移動させることができ、しかも目標位置からの距離誤差が極めて小さい範囲に移動体を停止させることができるという、高精度な制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に位置決め装置１００の概略構成を示す。この位置決め装置１００は、移動体たるスライダ５０と、スライダ５０を移動させるための超音波モータ１０と、スライダ５０の移動／位置決めの制御のために超音波モータ１０の駆動制御を行う制御装置２０と、スライダ５０をＸ方向にスライド自在に保持するガイド３０ａと、スライダ５０の位置を算出するエンコーダ３０ｂと、スライダ５０の移動位置等を指令するための操作盤４０とを備えている。
【００２０】
ここでは、超音波モータ１０として、スライダ５０に当接するヘッド１１と、ヘッド１１を駆動するための圧電素子１２ａ，１２ｂと、圧電素子１２ａ，１２ｂを保持するための保持部材１３とを備えた構造のものを示している。なお、図１に示す符号１４ａはバネ等の付勢部材であり、この付勢部材１４ａは、ヘッド１１とスライダ５０との間にスライダ５０を移動させるために必要な摩擦力が生じるようにヘッド１１を一定の力でスライダ５０に押し付けている。また、図１に示す符号１４ｂもまたバネ等の付勢部材であり、２個の付勢部材１４ｂは保持部材１３のＸ方向でのぶれやずれを防止している。
【００２１】
ヘッド１１は、耐摩耗性に優れるエンジニアリングセラミックス（例えば、アルミナ、窒化珪素等）からなる。圧電素子１２ａ，１２ｂには、所謂、積層型圧電アクチュエータであり、電圧の印加によって生じる伸縮方向が一定角度（例えば、３０度〜９０度）で交差するように、伸縮方向端の一方がヘッド１１に取り付けられ、伸縮方向端の他方が保持部材１３の側壁部内面に取り付けられている。保持部材１３は、例えば、エンジニアプラスチックや金属からなる。
【００２２】
超音波モータ１０の駆動は、圧電素子１２ａ，１２ｂに位相が９０度ずれた共振周波数電圧を印加することにより行われ、これによりヘッド１１に楕円運動を生じさせて、スライダ５０を摩擦駆動する。
【００２３】
ガイド３０ａはスライダ５０のＸ方向位置（座標）を測定するためのセンサ（図示せず）を備えており、そのセンサによるスライダ５０の検出信号はエンコーダ３０ｂに入力される。エンコーダ３０ｂはその検出信号をスライダ５０の位置を示すデジタル信号に変換して制御装置２０へと出力する。操作盤４０から制御装置２０へは、オペレータがスライダ５０を移動させる目標位置を入力することによりあるいは所定の作業プログラムの進行にしたがって自動的に、スライダ５０を目標位置へ移動させる移動指示値が送信される。
【００２４】
制御装置２０は、スライダ５０を目標位置へ移動させるという操作盤４０からの移動指示値に基づいて、スライダ５０を移動させるために超音波モータ１０を駆動する電圧波形（電圧値、印加時間等）を計算し、それを圧電素子１２ａ，１２ｂに印加する。
【００２５】
制御装置２０は、１または複数の演算素子（プロセッサ；ＣＰＵ）と、制御プログラムや後述する係数Ｋｐ１，Ｋｖ１等の制御パラメータがデータテーブルとして記憶された不揮発性半導体メモリー（ＲＯＭ）と、スライダ５０の移動時の種々の情報を記憶するための揮発性半導体メモリー（ＲＡＭ）およびハードディスク（ＨＤ）等を備えている。演算素子は各記憶装置との間で情報の送受信を行う。また、制御装置２０は超音波モータ１０を駆動するための電源となるパワーアンプを備えている。
【００２６】
なお、制御プログラムは、後述するプロファイルジェネレータ２１，位置／速度偏差調整部２２（位置フィードバック調整部２３ａと速度フィードバック調整部２３ｂを含む）、ＰＩＤ演算部２４、微分処理部２５ａ，２５ｂとしてのそれぞれの機能を発現させるためのプログラムを含んでおり、また、各種制御量の加減計算を行うプログラム等を含んでいる。つまり、これら各部は制御装置２０内で行われる各種演算処理を、その機能ごとに分類したものである。
【００２７】
図２に、制御装置２０の制御ブロック図を示す。最初に、目標位置へのスライダ５０の移動を指示する移動指示値が操作盤４０から制御装置２０へ入力される。この移動指示値に基づいて、プロファイルジェネレータ（ＰＧ）２１がスライダ５０を目標位置へ移動させるための移動プロファイルを作成する。
【００２８】
移動プロファイルは、超音波モータ１０の動作能力に基づいて、スライダ５０を目標位置へ到達させるまでに必要な時間を定め、その時間内において、一定時間ごとにスライダ５０をどの位置にまで移動させるのかを示す制御量（以下「位置指示量ｓｐ」という）を含んでいる。
【００２９】
ここでは、プロファイルジェネレータ２１は、位置指示量ｓｐを微分（ラプラス変換）して導かれる速度指示量ｓｖ１のプロファイルがＳ形プロファイルとなる移動プロファイルを作成するものとする。移動プロファイルの微分処理は微分処理部２５ａで行われる。図３にプロファイルジェネレータ２１で作成される移動プロファイルと、微分処理部２５ａで得られるＳ形プロファイルを示す。
【００３０】
図３に示されるように、Ｓ形プロファイルはスライダ５０の速度の時間変化がＳ形を描くように変化するプロファイルであり、プロファイルジェネレータ２１で作成される移動プロファイルもまたＳ形を描くように変化する。
【００３１】
Ｓ形プロファイルの速度−時間曲線は、時間０（ゼロ）〜ｔ１の間が加速度が一次関数的に大きくなることで速度が経時的に大きくなる加速度増加域（Ａ１）、時間ｔ１〜ｔ２の間は加速度が一定となることで速度が大きくなる定加速度域（Ａ２）、時間ｔ２〜ｔ３は加速度が一次関数的に小さくなることで速度は大きくなるがその増加率が小さくなる加速度減少域（Ａ３）、時間ｔ３〜ｔ４の間は加速度が０（ゼロ）となって速度が一定ｖ０となる定速域（Ａ４）、時間ｔ４〜ｔ５の間は負の加速度（以下「減速度」という）の絶対値が一次関数的に大きくなることで速度が小さくなる減速度増加域（Ａ５）、時間ｔ５〜ｔ６の間は減速度が一定となることで速度が小さくなる定減速度域（Ａ６）、時間ｔ６〜ｔ７の間は減速度の絶対値が一次関数的に小さくなることで速度は小さくなるがその減少率が小さくなる減速度減少域（Ａ７）から構成される。
【００３２】
図３中の時間ｔ７は、スライダ５０が移動量Ｍ０だけ移動して、目標位置に到達する時間であり、時間ｔ７以降が停止域（Ａ８）となる。以下において、時間０（ゼロ）〜ｔ７の間を“移動プロファイル終了前”といい、時間ｔ７以降を“移動プロファイル終了後”ということとする。
【００３３】
なお、時間ｔ７において、スライダ５０が目標位置から許容誤差範囲内に入っているときには、時間ｔ７でプロファイルジェネレータ２１からの位置指示量ｓｐの出力は終了する。しかし、この許容誤差範囲が±１ｎｍという極めて狭い範囲に設定されているときには、通常、時間ｔ７ではスライダ５０がこの許容誤差範囲内に収まることはまれである。
【００３４】
そのため、プロファイル終了後（時間ｔ７以降）は、プロファイルジェネレータ２１から位置指示量ｓｐが出力されるが、位置指示量ｓｐは目標位置を示す値Ｍ０で一定である。そのため、速度指示量ｓｖ１は常に０（ゼロ）となる。
【００３５】
このようにして移動プロファイルが作成されるとともに、作成された移動プロファイルに適した制御パラメータ、すなわち位置偏差に基づく制御量を定める位置フィードバック調整部２３ａで用いられる係数Ｋｐ、速度偏差に基づく制御量を定める速度フィードバック調整部２３ｂで用いられる係数Ｋｖ、最終的な制御量（但し、オフセット値を除く）を定めるＰＩＤ演算部２４で用いられるＰＩＤ制御パラメータ（Ｐ値，Ｉ値，Ｄ値）の組み合わせがそれぞれ、ＲＯＭに記憶されたデータテーブルから読み出される。
【００３６】
なお、位置フィードバック調整部２３ａと速度フィードバック調整部２３ｂとは、後述するように、位置偏差に基づく制御量と速度偏差に基づく制御量との割合を変更する位置／速度偏差調整部２２として機能する。
【００３７】
ここでは、表１に示す係数およびパラメータが選択されたものとする。こうして、超音波モータ１０の駆動制御が実際に開始される。
【表１】
2008220022.tif 000003
【００３８】
エンコーダ３０ｂはスライダ５０の実位置を測定している。プロファイルジェネレータ２１で作成した位置指示量ｓｐからエンコーダ３０ｂの検出値が差し引かれ、これにより位置誤差が求められる。この位置誤差は位置フィードバック調整部２３ａに入力される。
【００３９】
スライダ５０が図３に示される移動プロファイルに基づいて移動している加速度増加域（Ａ１）〜減速度減少域（Ａ７）の間、つまり移動プロファイル終了前では、位置フィードバック調整部２３ａは、表１に示すように、この位置誤差に位置フィードバックのための係数Ｋｐ１を掛け合わせることによって、位置偏差に基づく制御量を求める。
【００４０】
エンコーダ３０ｂの検出値は微分処理部２５ｂに入力され、そこでスライダ５０の実速度量ｓｖ２が求められる。微分処理部２５ａで得られる速度指示量ｓｖ１からこの実速度量ｓｖ２が差し引かれて、速度誤差が求められる。この速度誤差は、速度フィードバック調整部２３ｂに入力される。表１に示されるように、移動プロファイル終了前では、速度フィードバック調整部２３ｂは、この速度誤差に速度フィードバック制御のための係数Ｋｖ１を掛け合わせることによって、速度偏差による制御量を求める。
【００４１】
こうして求められた位置偏差による制御量と速度偏差による制御量とが合算されて、ＰＩＤ演算部２４へ入力される。表１に示されるように、移動プロファイル終了前では、ＰＩＤ演算部２４では、Ｇ１（ＰＩＤ）（Ｐ値＝Ｐ１，Ｉ値＝Ｉ１，Ｄ値＝Ｄ１）が用いられて、超音波モータ１０に印加する電圧を決定する制御量が求められる。
【００４２】
ＰＩＤ演算部２４により得られる制御量と、超音波モータ１０の不感帯を考慮したオフセット制御量とが合算され、こうして得られた制御量がアンプ（図示せず）へ入力される。そして、アンプから駆動電圧Ｖが出力され、超音波モータ１０を構成する圧電素子１２ａ，１２ｂに印加される。このような一連の制御が、時間０（ゼロ）から時間ｔ７に至るまで行われる。
【００４３】
このような移動プロファイル終了前の制御においては、速度偏差に基づく制御に比重が置かれるように係数Ｋｐ１，Ｋｖ１およびＰＩＤパラメータを定めておくことで、スライダ５０を安定した速度で移動させることが可能になる。また、これらの値を適切に設定することにより、位置偏差を狭い範囲に抑えることができる。
【００４４】
移動プロファイルが終了する時間ｔ７に至ると、スライダ５０はほぼ目標位置Ｐへ移動しているが、許容される位置誤差範囲内には収まっていないとする。なお、時間ｔ７においてスライダ５０が目標位置Ｐの許容位置誤差範囲内に入っていれば、その時点で制御は終了することになる。
【００４５】
前述の通り、移動プロファイル終了後（つまり時間ｔ７以降）では、プロファイルジェネレータ２１からは、位置指示量ｓｐとして目標位置Ｐを示す一定値が出力され、その結果、速度指示量ｓｖ１は０（ゼロ）となる。
【００４６】
そして、移動プロファイル終了後には、移動プロファイル終了前と比較して、位置偏差に基づく制御の比重を大きくすることにより、スライダ５０を速やかに目標位置Ｐの許容位置誤差範囲内に収めることが容易となる。
【００４７】
そのために、位置／速度偏差調整部２２が位置偏差に基づく制御量と速度偏差に基づく制御量との割合を変更する。表１に示されるように、移動プロファイル終了後に位置フィードバック調整部２３ａでは係数がＫｐ１からＫｐ２へ、速度フィードバック調整部２３ｂでは係数がＫｖ１からＫｖ２へ切り替えられる。ここで、（Ｋｐ１／Ｋｖ１）＜（Ｋｐ２／Ｋｖ２）とされる。
【００４８】
また、ＰＩＤ演算部２４ではＰＩＤパラメータがＧｌ（ＰＩＤ）からＧ２（ＰＩＤ）（Ｐ値＝Ｐ２，Ｉ値＝Ｉ２，Ｄ値＝Ｄ２）へ切り替えられる。ここで、Ｐ１≦Ｐ２，Ｉ１≦Ｉ２，Ｄ１≦Ｄ２とすることができる。
【００４９】
表２に、係数Ｋｐ，ＫｖおよびＰＩＤパラメータの具体例を示す。また、図４Ａに、この表２に記載の係数およびパラメータを用いて、スライダ５０を２０ｍｍ移動させる指令を行った場合の移動プロファイルによる位置指示値と実位置（位置実測値）の変化を、図４Ｂにこのときの移動プロファイルによる速度指示値と実速度（速度実測値）の変化を、図４Ｃにこのときの位置誤差の変化をそれぞれ示す。
【表２】
2008220022.tif 000004
【００５０】
超音波モータ１０の動作特性から、移動プロファイルとして、２００ｍ秒でスライダ５０を２０ｍｍ移動させる移動プロファイルが作成されている。図４Ａでは位置指示値と実位置を示す２つの曲線は縦軸レンジが広いために重なって見えている。しかし、実際には図４Ｃに示すように、数μｍの位置誤差があって変動している。また図４Ｂでも、速度指示値と実速度を示す２つの曲線は縦軸レンジが広いために重なって見えている。
【００５１】
移動プロファイル終了時の２００ｍ秒においては、位置誤差が約１．５μｍあるために、移動プロファイル終了前と終了後とで係数等の切り替えが行われ、これにより、制御開始から約２２５ｍ秒後に、スライダ５０が目標位置について設定された許容誤差範囲内に入ったことがわかる。
【００５２】
その時点でプロファイルジェネレータ２１からの出力が終了して超音波モータ１０の駆動が停止するか、またはプロファイルジェネレータ２１からの出力は継続していても、ＰＩＤ演算部２４への入力が０になるために、実質的に超音波モータ１０へ電圧が印加されなくなって駆動が停止する。
【００５３】
上記表１では、移動プロファイルの終了前と終了後とで係数Ｋｐ，ＫｖおよびＰＩＤパラメータの全ての値を変更することができるとし、表２では移動プロファイルの終了前と終了後とで係数Ｋｖを一定として、係数ＫｐとＰＩＤパラメータを変更したが、このような形態に限られるものではなく、係数Ｋｐ，Ｋｖを一定としてＰＩＤパラメータを切り替えたり、ＰＩＤパラメータを一定として係数Ｋｐ，Ｋｖの値を切り替えたりすることによっても、スライダ５０をスムーズに目標位置Ｐへ移動させて、速やかに許容位置誤差範囲内に収めることができる。
【００５４】
また、係数Ｋｐ，ＫｖおよびＰＩＤパラメータの切り替えのタイミングは上記形態に限られるものではない。例えば、図３に示した加速度増加域（Ａ１），定加速度域（Ａ２），加速度減少域（Ａ３），定速域（Ａ４），減速度増加域（Ａ５），定減速度域（Ａ６），減速度減少域（Ａ７），停止域（Ａ８）の領域ごとに、係数Ｋｐ，ＫｖおよびＰＩＤパラメータの中から選ばれる１または複数の値を切り替えてもよく、これによってより高精度で安定した制御を行うことができる。このとき、係数Ｋｐ，ＫｖおよびＰＩＤパラメータは各域で異なる値であってもよいし、同じ値が用いられる領域があってもよい。
【００５５】
また、移動プロファイル終了前の減速度減少域（Ａ７）から移動プロファイル終了後の停止域（Ａ８）へと変わるタイミングで位置偏差制御の比重が大きくなるような最初の係数等の切り替えを行い、停止域（Ａ８）に入ってから所定時間が経過したときにさらに位置偏差制御の比重が大きくなるような２回目の係数等の切り替えを行ってもよい。特に、許容誤差範囲が狭い場合には、このような制御も効果的である。
【００５６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、プロファイルジェネレータ２１はＳ型プロファイルが得られる移動プロファイルを作成するとしたが、図５に示す台形プロファイルが得られる移動プロファイルを作成してもよい。
【００５７】
台形プロファイルは、加速域（Ｂ１），定速域（Ｂ２），減速域（Ｂ３）から構成され、減速域（Ｂ３）終了後に停止域（Ｂ４）に入る。係数Ｋｐ，ＫｖおよびＰＩＤパラメータの中から選ばれる１または複数の値を切り替えは、移動プロファイル終了のタイミングに合わせて行ってもよいし、台形プロファイルの領域ごとに行ってもよい。
【００５８】
また、プロファイルジェネレータ２１は、位置指示量ｓｐについての移動プロファイルを作成するとともに、速度指示量ｓｖ１についての移動プロファイルをも作成する形態としてもよい。つまり、微分処理部２５ａでの演算処理がプロファイルジェネレータ２１で行われるようにしてもよい。
【００５９】
超音波モータは、図１に示される構造のものに限定されるものはなく、スライダ等の移動体との接触部が楕円軌道を描くように運動することで移動体を所定方向へ移動させる超音波モータであれば、その構造は問わない。また、本発明は、円盤等の回転体の駆動に超音波モータを用いた位置決め装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】位置決め装置の一例に係る概略構造を示す平面図。
【図２】超音波モータの制御方法を示すブロック図。
【図３】Ｓ形プロファイルを示すグラフ。
【図４Ａ】移動プロファイルによるスライダの位置指示値とスライダの実位置の変化を示すグラフ。
【図４Ｂ】移動プロファイルによるスライダの速度指示値とスライダの実速度の変化を示すグラフ。
【図４Ｃ】スライダの位置誤差を示すグラフ。
【図５】台形プロファイルを示すグラフ。
【図６】従来の超音波モータの制御方法の一例に係る制御ブロック図
【符号の説明】
【００６１】
１０…超音波モータ、１１…ヘッド、１２ａ・１２ｂ…圧電素子、１３…保持部材、１４ａ・１４ｂ…付勢部材、２０…制御装置、２１…プロファイルジェネレータ（ＰＧ）、２２…位置／速度偏差調整部、２３ａ…位置フィードバック調整部、２３ｂ…速度フィードバック調整部、２４…ＰＩＤ演算部、２５ａ・２５ｂ…微分処理部、３０ａ…ガイド、３０ｂ…エンコーダ、４０…操作盤、５０…スライダ、１００…位置決め装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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