(57)【要約】【課題】外乱抑圧特性及びのゲイン特性が0[dB]以上となるゲイン交差周波数より高い周波数帯で、感度関数のゲイン特性を0[dB]以下とする共振フィルタを備えている移動体の位置決め装置を提供することを目的とする。【解決手段】ナイキスト線図上にて、ナイキスト点より離れた領域でナイキスト軌跡が通過する共振フィルタを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の位置決め制御装置において、通常の位置制御系では外乱抑圧特性、及び目標値追従特性（以下、「感度関数」という。）のゲイン特性が0[dB]以上となるゲイン交差周波数より高い周波数帯で、一巡伝達関数の位相が-180°付近の周波数帯であっても感度関数のゲイン特性を0[dB]以下とする、制御対象に直列に結合される分子及び分母が二次の伝達関数である共振フィルタであって、前記分子多項式に不安定零点を有する前記共振フィルタを備えていることを特徴とする移動体の位置決め制御装置。
【請求項２】
移動体の位置決め制御装置において、通常の位置制御系では感度関数のゲイン特性が0[dB]以上となるゲイン交差周波数より高い周波数帯で、一巡伝達関数の位相が-180°付近の周波数帯であっても感度関数のゲイン特性を0[dB]以下とする、制御対象に直列に結合される分子及び分母が二次の伝達関数である共振フィルタであって、前記分子多項式に不安定零点及び前記分母多項式に不安定極を有する前記共振フィルタを備えていることを特徴とする移動体の位置決め制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の共振フィルタと請求項２記載の共振フィルタを位置制御系に加えても、ゲイン交差周波数未満での感度関数の圧縮特性を維持することを特徴とする移動体の位置決め制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は移動体の位置決め制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１、２開示の位置決め制御装置が開示されている。これら従来の位置決め制御装置に開示された特定周波数での感度関数のゲイン特性を改善する制御技術では、一巡伝達関数の位相特性が-180°付近の周波数帯で感度特性を改善しようとすると位置制御系の安定余有が低下し、更に前記特定周波数付近での感度特性が悪化する場合がある。
【特許文献１】特開２００２−３５２５３４
【特許文献２】特開２００３−３３１５４３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来技術では、ゲイン交差周波数より高い周波数帯で、一巡伝達関数の位相が-180°付近の周波数帯では感度特性を0[dB]以下にできないという問題点を有していた。かかる問題点を解決できれば、前記特定周波数に外乱が存在する制御対象の場合、その外乱を抑制し高精度な位置決めを実現できる。また、位置指令が、前記特定周波数の正弦波指令である場合、指令に対する応答の追従性向上を実現できる。
【０００４】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、移動体の位置決め装置において、通常の位置制御系では外乱抑圧特性、及び目標値追従特性（以下、「感度関数」という。）のゲイン特性が0[dB]以上となるゲイン交差周波数より高い周波数帯で、感度関数のゲイン特性を0[dB]以下とする共振フィルタを備えている移動体の位置決め装置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】
【０００５】
第１発明の移動体の位置決め装置は、移動体の位置決め制御装置において、通常の位置制御系では感度関数のゲイン特性が0[dB]以上となるゲイン交差周波数より高い周波数帯で、一巡伝達関数の位相が-180°付近の周波数帯であっても感度関数のゲイン特性を0[dB]以下とする、制御対象に直列に結合される分子及び分母が二次の伝達関数である共振フィルタであって、前記分子多項式に不安定零点を有する前記共振フィルタを備えていることを特徴とする。
【０００６】
第２発明の移動体の位置決め装置は、移動体の位置決め制御装置において、通常の位置制御系では感度関数のゲイン特性が0[dB]以上となるゲイン交差周波数より高い周波数帯で、一巡伝達関数の位相が-180°付近の周波数帯であっても感度関数のゲイン特性を0[dB]以下とする、制御対象に直列に結合される分子及び分母が二次の伝達関数である共振フィルタであって、前記分子多項式に不安定零点及び前記分母多項式に不安定極を有する前記共振フィルタを備えていることを特徴とする。
第3発明の移動体の位置決め装置は、第１発明の共振フィルタと第２発明の共振フィルタを位置制御系に加えても、ゲイン交差周波数未満での感度関数の圧縮特性を維持することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
移動体位置決め装置の位置制御系ブロック線図を図１に示す。図１に示すように、フィードバック補償器Ｃ（S）と、共振フィルタＣbp（S）と、制御対象Ｐ（S）とからなる。Ｃbp（S）は、特定周波数での感度関数のゲイン特性を0[dB]以下とするための共振フィルタである。
図２、３は、Ｃbp（S）が図1に含まれない場合のナイキスト線図、感度関数のゲイン特性である。
ナイキスト線図は、一巡伝達関数Ｇop（S）＝Ｐ（S）Ｃ（S）のベクトル軌跡である。
また、感度関数は１／1＋Ｇop（S）である。
図２、３より、点線で示される、ゲイン交差周波数(400[Hz])以上で、かつナイキスト線図上で位相が-180°付近の周波数帯では感度関数のゲイン特性は0[dB]以上であることが確認される。この様な周波数領域で感度関数のゲイン特性を0[dB]以下とするには、制御系が安定で、ナイキスト点より離れた領域をナイキスト軌跡が通過する補償器（共振フィルタ）を追加すればよい。
【０００８】
そこで、以下、第１、２発明を具体化した実施例１、２に説明するように共振フィルタを追加した移動体位置決め装置を発明するに至った。
【実施例１】
【０００９】
本実施例では、安定極、不安定零点からなる共振フィルタを追加し、前記安定極、不安定零点からなる共振フィルタは2100[Hz]での感度特性改善を考慮して、下記の数式１の通りに設計した。周波数特性は図4に示すとおりである。
【００１０】
【数１】
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【００１１】
図4より、発明した共振フィルタは、位相-180°でゲインがピークを有する共振フィルタとなっており、図５は、本共振フィルタを図1中のＣbp（S）に加えた時のナイキスト線図であり、図６は、図５の一部を拡大した図である。図7は、感度関数のゲイン特性であり図8は、図7の一部を拡大した図である。（ここで、ナイキスト線図は、一巡伝達関数Ｇopx（S）＝Ｐ（S）Ｃ（S）Ｃｂｐ(S)のベクトル軌跡である。また、感度関数は１／1＋Ｇopx（S）である。
図5及び図６より、共振フィルタのベクトル軌跡はナイキスト線図上で右半平面を通過しており、ナイキスト点より離れた領域でベクトル軌跡が通過する。また、図7及び図8より、感度関数のゲイン特性は、共振フィルタの極である2100[Hz]にて約-22[dB]であり、特定周波数での感度特性改善を確認できる。
【実施例２】
【００１２】
本実施例では、不安定極、不安定零点からなる共振フィルタを追加し、前記不安定極、不安定零点からなる共振フィルタは2100[Hz]での感度特性改善を考慮して、下記の数式２の通りに設計した。周波数特性は図９に示すとおりである。
【００１３】
【数２】
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【００１４】
図９より、発明した共振フィルタは、位相0°でゲインがピークを有する共振フィルタとなっており、図１０は、当該共振フィルタを図1中のＣbp（S）に加えた時のナイキスト線図であり図１１は、図１０の一部を拡大した図である。
図１２は、感度関数のゲイン特性であり、図１３は、図１２の一部を拡大した図である。図１０及び図１1より、共振フィルタのベクトル軌跡はナイキスト線図上で左半平面を通過するが、ナイキスト点より離れた領域でベクトル軌跡が通過する。また、共振フィルタのベクトル軌跡はナイキスト点を反時計回りに回転するが、ナイキストの安定判別によれば本位置制御系は安定である。また、図１2及び図１3より、感度関数のゲイン特性は、共振フィルタの極である2100[Hz]にて約-21[dB]であり、特定周波数での感度特性改善を確認できる。
また、共振フィルタを適用していない場合の感度関数のゲイン特性（図３）と共振フィルタを適用した場合の感度関数のゲイン特性（図７、１０）のゲイン交差周波数（400[Hz]）未満を比較すると一致しており、共振フィルタを適用してもゲイン交差周波数未満での感度関数の圧縮性能維持を確認できる。
なお、複数の特定周波数の感度特性を改善したい場合は、実施例１、２で説明した共振フィルタを複数設計して直列に結合し、Ｃbp（S）とすることで対処可能である。また、実施例１、２で説明した共振フィルタＣbp（S）及びフィードバック補償器Ｃ（S）は、連続値系にて記載したが、実装上は共振フィルタＣbp（S）及びフィードバック補償器Ｃ（S）を適宜離散値化し、離散値系にて実装しても同等の性能を有する。
【００１５】
以上において、本発明を実施例１、２に即して説明したが、本発明は上記実施例１、２に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明の移動体の位置決め装置は種々の位置決め装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】移動体位置決め装置の位置制御系ブロック線図である。
【図２】Ｃbp（S）が図1に含まれない場合、すなわち、本発明を実施しない場合のナイキスト線図である。
【図３】Ｃbp（S）が図1に含まれない場合、すなわち、本発明を実施しない場合の感度関数のゲイン特性である。
【図４】実施例１の共振フィルタＣbp（S）の周波数特性である。
【図５】実施例１の共振フィルタを加えたときのナイキスト線図である。
【図６】図５の一部を拡大した図である。
【図７】実施例１の共振フィルタを加えたときの感度関数のゲイン特性である。
【図８】図７の一部を拡大した図である。
【図９】実施例２の共振フィルタＣbp（S）の周波数特性である。
【図１０】実施例２の共振フィルタを加えたときのナイキスト線図である。
【図１１】図１０の一部を拡大した図である。
【図１２】実施例２の共振フィルタを加えたときの感度関数のゲイン特性である。
【図１３】図１２の一部を拡大した図である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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