(57)【要約】【課題】  制御帯域を越えたコギング周波数又はリップル周波数において有効なリップル抑制効果を確保することができるＸＹステージを実現する。【解決手段】  Ｘ軸モータ及びＹ軸モータへ供給する交流信号によりスライダをＸ軸方向又はＹ軸方向に移動制御し、前記Ｘ軸及びＹ軸位置に対応した前記交流信号の転流位相角に基づいて算出される外乱推力補正信号により、前記スライダに発生する外乱推力によるリップルを抑制するＸＹステージにおいて、  前記スライダの制御帯域内周波数で前記外乱推力補正信号を算出する第１のパラメータ値に基づいて前記定常制御帯域以上の周波数における第２のパラメータ値を推定演算する演算手段と、  前記スライダのコギング周波数又はリップル周波数を算出し、その周波数が所定値以上のとき前記第１のパラメータ値を前記第２のパラメータ値に切り換える切り換え手段と、を備える。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸モータ及びＹ軸モータへ供給する交流信号によりスライダをＸ軸方向又はＹ軸方向に移動制御し、前記Ｘ軸及びＹ軸位置に対応した前記交流信号の転流位相角に基づいて算出される外乱推力補正信号により、前記スライダに発生する外乱推力によるリップルを抑制するＸＹステージにおいて、
前記スライダの制御帯域内周波数で前記外乱推力補正信号を算出する第１のパラメータ値に基づいて前記定常制御帯域以上の周波数における第２のパラメータ値を推定演算する演算手段と、
前記スライダのコギング周波数又はリップル周波数を算出し、その周波数が所定値以上のとき前記第１のパラメータ値を前記第２のパラメータ値に切り換える切り換え手段と、
を備えることを特徴とするＸＹステージ。
【請求項２】
前記演算手段は、前記第１のパラメータ値に基づき最小二乗法による線形外装演算により前記第２のパラメータ値を推定演算することを特徴とする請求項１に記載のＸＹステージ。
【請求項３】
前記切り換え手段は、前記スライダの速度信号に基づいて前記スライダのコギング周波数又はリップル周波数を算出することを特徴とする請求項１または２に記載のＸＹステージ。
【請求項４】
前記外乱推力によるリップルは、転流位相角制御に起因して前記スライダに発生するコギング推力によるコギングリップルであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＸＹステージ。
【請求項５】
前記外乱推力は、前記スライダに働く推力に比例して発生する推力リップルであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＸＹステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ軸モータ及びＹ軸モータへ供給する交流信号によりスライダをＸ軸方向又はＹ軸方向に移動制御し、前記Ｘ軸及びＹ軸位置に対応した前記交流信号の転流位相角に基づいて算出される外乱推力補正信号により、前記スライダに発生する外乱推力によるリップルを抑制するＸＹステージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
格子プラテンと、その上面をＸ軸方向及びＹ軸方向にスライドして位置制御されるスライダを有するＸＹステージの構造及びＺ軸まわりの回転を抑制する技術については、特許文献１に詳細に開示されている。コギング推力によるリップル抑制技術については特許文献２に、推力リップルの抑制技術については特許文献３に開示されている。
【０００３】
図５は、特許文献２に従来技術として開示されているＸＹステージの位置制御系をＸ軸について示した機能ブロック図である。Ｘ軸位置に対応した交流電流の転流位相角に基づいて算出されるコギング補正信号により、スライダに発生するコギング推力に起因するリップルを抑制するコギング抑制手段を備えている。
【０００４】
スライダ１は、対角に配置されたＸ軸モータ１１及び１２並びにＹ軸モータ１３及び１４を有する。Ｙ軸モータ１３及び１４は直列接続されてもっぱらＹ軸の移動制御が行われるが、Ｘ軸モータ１１及び１２は個別に操作され、Ｘ軸の移動制御とＺ軸まわりの回転（ヨーイング）を抑制する制御を行う。
【０００５】
位置センサ２は、格子プラテン上のスライダ１のＸ位置，Ｙ位置，Ｚ軸回転角度θを検出する。位置センサの具体的な構成については、光の干渉を用いたセンサの例が前記特許文献（１）に詳細が開示されているので内容説明を省略する。
【０００６】
速度変換器３は、Ｘ軸の位置検出値Ｐｆｘの信号成分よりスライダ１の速度を演算し、速度検出値Ｖｆｘを算出する。この速度変換器についても前記特許文献（１）に詳細が開示されており、内容説明を省略する。
【０００７】
位置制御部４は、位置指令値Ｐｓｘと位置検出値Ｐｆｘの偏差を演算処理して速度指令値Ｖｓｘを出力する。速度制御部５は、速度指令値Ｖｓｘと速度検出値Ｖｆｘの偏差ｅｖｘを演算処理して推力指令値Ｆｄｘを出力する。
【０００８】
推力発生部６は、推力指令値Ｆｄｘとこの指令値に加算手段７で加算される後述のリップル抑制手段８からのコギング補正信号Ｆｅｘを入力し、スライダ１のＸ軸モータに交流電流を供給し、Ｘ軸方向の推力Ｆｘを発生させる。この推力発生部についても前記特許文献１に詳細が開示されているので、内容説明を省略する。
【０００９】
スライダ１に設けられたＸ軸モータ及びＹ軸モータは、磁性体で形成される格子プラテンの溝に対向する複数のコアに交流信号を供給して格子プラテンとの間に推力を発生させる、いわゆるハイブリッド型面モータが応答性やコスト面で有利であり採用される場合が多い。
【００１０】
ハイブリッド型面モータの欠点として、モータに供給される交流電流の転流周期に同期して発生するコギング推力Ｆｒｘによりスライダ１の位置制御にリップルが重畳する問題があり、位置制御の精度を低下させる要因の一つとなっている。
【００１１】
点線のブロック８はコギング抑制手段であり、コギング推力と同一振幅で逆位相のコギング補正信号Ｆｅｘを算出し、加算手段７で推力指令値Ｆｄｘに加算することでコギング推力Ｆｒｘの発生を抑制する。
【００１２】
リップル抑制手段８において、８１は転流位相検出手段であり、Ｘ軸については、位置検出値Ｐｆｘより得られる位置Ｘ及びＸ軸モータのコアピッチＰより、転流位相角φは割り算の余りを演算するｍｏｄ関数により、
φ＝ｍｏｄ（Ｘ，Ｐ）
で算出される。
【００１３】
１次正弦波発生手段８２は、転流位相角φを入力してｓｉｎ（φ）を生成する。２次正弦波発生手段８３は、転流位相角φを入力してｓｉｎ（２φ）を生成する。必要に応じて３次，４次…ｎ次正弦波発生手段を設けることが可能である。
【００１４】
パラメータ保持手段８４は、１次正弦波演算のための転流位相角φに加算するパラメータ値Ａ１を保持する。同じくパラメータ保持手段８５は、２次正弦波演算のための転流位相角φに加算するパラメータＡ２を保持する。
るいる。
【００１５】
パラメータ保持手段８６は、１次正弦波発生手段８２の出力に乗算するパラメータ値Ｋ１を保持する。同じくパラメータ保持手段８７は、２次正弦波発生手段８３の出力に乗算するパラメータ値Ｋ２を保持する。
【００１６】
これらパラメータ値Ａ１，Ａ２、Ｋ１，Ｋ２は、コギング周波数に対応した最適値が予め解析されてテーブル手段や近似関数の形態で各パラメータ保持手段に保持されており、コギング周波数に応じて読み出される。
【００１７】
加算手段８８は、パラメータ値Ｋ１，Ｋ２が乗算された１次正弦波発生手段８２の出力及び２次正弦波発生手段８３の出力を加算し、コギングによるリップル抑制のためのコギング補正信号Ｆｅｘを生成して速度制御部５の推力指令値Ｆｄｘに加算する。コギング補正信号Ｆｅｘは、コギングにより発生するリップルと同一振幅で逆位相の信号である。
【００１８】
以上、Ｘ軸の位置制御系及びリップル抑制手段について説明したが、Ｙ軸及びＺ軸まわり（θ軸）の回転抑制制御も同様な位置制御系が構築され、各軸にコギング推力を補正するリップル抑制手段を備えている。
【００１９】
【特許文献１】特開２０００−６５９７０
【特許文献２】特開２００５−３２７１９５
【特許文献３】特開２００６−１８７１５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
図６は、コギング周波数に対応するコギング補正信号を算出するためのパラメータ値の推移を示す特性図である。パラメータ値Ａ１，Ａ２及びＫ１，Ｋ２を総称してパラメータ値Ｐで示す。コギング周波数が制御帯域ｆ０までは、プロットされるパラメータ値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３により所定精度のリップル抑制効果を得ることができる。
【００２１】
しかしながら、コギング周波数が制御帯域ｆ０を超える領域では、理想的なパラメータ値Ｐ４，Ｐ５を解析により得ることができず、Ｐ４´，Ｐ５´のように理想値から大きくずれ、所定精度のリップル抑制効果を得ることができなくなる。
【００２２】
この原因は、スライダの位置制御系の周波数応答ゲインの低下、位相遅れに起因する。所定精度のリップル抑制効果を得ることができなくなることから、スライダの高速動作時の追従特性が低下する問題が発生する。
【００２３】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、制御帯域を越えたコギング周波数又はリップル周波数において有効なリップル抑制効果を確保することができるＸＹステージの実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）Ｘ軸モータ及びＹ軸モータへ供給する交流信号によりスライダをＸ軸方向又はＹ軸方向に移動制御し、前記Ｘ軸及びＹ軸位置に対応した前記交流信号の転流位相角に基づいて算出される外乱推力補正信号により、前記スライダに発生する外乱推力によるリップルを抑制するＸＹステージにおいて、
前記スライダの制御帯域内周波数で前記外乱推力補正信号を算出する第１のパラメータ値に基づいて前記定常制御帯域以上の周波数における第２のパラメータ値を推定演算する演算手段と、
前記スライダのコギング周波数又はリップル周波数を算出し、その周波数が所定値以上のとき前記第１のパラメータ値を前記第２のパラメータ値に切り換える切り換え手段と、
を備えることを特徴とするＸＹステージ。
【００２５】
（２）前記演算手段は、前記第１のパラメータ値に基づき最小二乗法による線形外装演算により前記第２のパラメータ値を推定演算することを特徴とする（１）に記載のＸＹステージ。
【００２６】
（３）前記切り換え手段は、前記スライダの速度信号に基づいて前記スライダのコギング周波数又はリップル周波数を算出することを特徴とする（１）または（２）に記載のＸＹステージ。
【００２７】
（４）前記外乱推力によるリップルは、転流位相角制御に起因して前記スライダに発生するコギング推力によるコギングリップルであることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のＸＹステージ。
【００２８】
（５）前記外乱推力は、前記スライダに働く推力に比例して発生する推力リップルであることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のＸＹステージ。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）コギング周波数又はリップル周波数が制御帯域ｆ０を超える領域では、理想的なパラメータ値から線形外装演算等で推定演算されるパラメータ値を用いることで、所定精度のリップル抑制効果を確保することが可能となる。
【００３０】
（２）この結果、スライダの高速動作時にも、所定精度のリップル抑制効果を確保することが可能となり、追従特性が低下する問題を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用したＸＹステージにおける位置制御系の実施形態をＸ軸について示した機能ブロック図である。図５で説明した従来ステージと同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００３２】
破線のブロックで示すパラメータ切り換え手段１００が、本発明の構成上の特徴部を示す。このブロック１００において、パラメータＡ１１保持手段１０１及びパラメータＡ２１保持手段１０５は、図５で示したパラメータＡ１保持手段８４及びパラメータＡ２保持手段８５と同一機能を備え、コギング周波数が制御帯域内の第１のパラメータ値Ａ１１及びＡ２１を保持する。
【００３３】
パラメータＫ１１保持手段１０９及びパラメータＫ２１保持手段１１３は、図５で示したパラメータＫ１保持手段８６及びパラメータＫ２保持手段８７と同一機能を備え、コギング周波数が制御帯域内の第１のパラメータ値Ｋ１１及びＫ２１を保持する。
【００３４】
パラメータＡ１１保持手段１０１に保持されたパラメータ値Ａ１１は、最小二乗法による線形外装演算手段１０２により推定演算され、コギング周波数が制御帯域以上における第２のパラメータ値Ａ１２がＡ１２保持手段１０３に保持される。
【００３５】
パラメータＡ２１保持手段１０５に保持されたパラメータ値Ａ２１は、最小二乗法による線形外装演算手段１０６により推定演算され、コギング周波数が制御帯域以上における第２のパラメータ値Ａ２２がＡ２２保持手段１０７に保持される。
【００３６】
パラメータＫ１１保持手段１０９に保持されたパラメータ値Ｋ１１は、最小二乗法による線形外装演算手段１１０により推定演算され、コギング周波数が制御帯域以上における第２のパラメータ値Ｋ１２がＫ１２保持手段１１１に保持される。
【００３７】
パラメータＫ２１保持手段１１３に保持されたパラメータ値Ｋ２１は、最小二乗法による線形外装演算手段１１４により推定演算され、コギング周波数が制御帯域以上における第２のパラメータ値Ｋ２２がＫ２２保持手段１１５に保持される。            
【００３８】
コギング周波数算出手段１０４は、速度検出値Ｖｆｘに基づいてコギング周波数を算出し、切り換えスイッチＳＷ１を操作する。コギング周波数が制御帯域以内であるときには切り換えスイッチＳＷ１は、Ａ１１保持手段１０１の第１のパラメータ値Ａ１１を選択し、転流位相角φへの加算値としてリップル抑制手段８に出力する。
【００３９】
コギング周波数が制御帯域以上であるときには切り換えスイッチＳＷ１は、Ａ１２保持手段１０３の第２のパラメータ値Ａ１２を選択し、転流位相角φへの加算値としてリップル抑制手段８に出力する。
【００４０】
コギング周波数算出手段１０８は、速度検出値Ｖｆｘに基づいてコギング周波数を算出し、切り換えスイッチＳＷ２を操作する。コギング周波数が制御帯域以内であるときには切り換えスイッチＳＷ２は、Ａ２１保持手段１０５の第１のパラメータ値Ａ２１を選択し、転流位相角φへの加算値としてリップル抑制手段８に出力する。
【００４１】
コギング周波数が制御帯域以上であるときには切り換えスイッチＳＷ２は、Ａ２２保持手段１０７の第２のパラメータ値Ａ２２を選択し、転流位相角φへの加算値としてリップル抑制手段８に出力する。
【００４２】
コギング周波数算出手段１１２は、速度検出値Ｖｆｘに基づいてコギング周波数を算出し、切り換えスイッチＳＷ３を操作する。コギング周波数が制御帯域以内であるときには切り換えスイッチＳＷ３は、Ｋ１１保持手段１０９の第１のパラメータ値Ｋ１１を選択し、転流位相角φへの加算値としてリップル抑制手段８に出力する。
【００４３】
コギング周波数が制御帯域以上であるときには切り換えスイッチＳＷ３は、Ｋ１２保持手段１１１の第２のパラメータ値Ｋ１２を選択し、１次正弦波発生手段８２の乗算値としてリップル抑制手段８に出力する。
【００４４】
コギング周波数算出手段１１６は、速度検出値Ｖｆｘに基づいてコギング周波数を算出し、切り換えスイッチＳＷ４を操作する。コギング周波数が制御帯域以内であるときには切り換えスイッチＳＷ４は、Ｋ２１保持手段１１３の第１のパラメータ値Ｋ２１を選択し、転流位相角φへの加算値としてリップル抑制手段８に出力する。
【００４５】
コギング周波数が制御帯域以上であるときには切り換えスイッチＳＷ４は、Ｋ２２保持手段１１５の第２のパラメータ値Ｋ２２を選択し、２次正弦波発生手段８３の乗算値としてリップル抑制手段８に出力する。
【００４６】
切り換えスイッチＳＷ１乃至ＳＷ４によるパラメータ値の切り換えにより、加算手段８８の出力として第１のパラメータ補正信号Ｆｅｘ１及び第２のパラメータ補正信号Ｆｅｘ２を得ることができる。
【００４７】
図２は、本発明を適用したＸＹステージの、コギング補正の処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１で処理が開始されると、ステップＳ２でコギング周波数が制御帯域以上であるか否かがチェックされ、制御帯域以内であればステップＳ３で従来と同じ解析結果のパラメータ値を用いてコギング補正を実行し、ステップＳ４処理を終了する。
【００４８】
ステップＳ２のチェックでコギング周波数が制御帯域以上である場合には、ステップＳ５で本発明による線形外装演算に基づくパラメータ値を用いてコギング補正を実行し、ステップＳ４処理を終了する。
【００４９】
図３は、本発明を適用したＸＹステージのコギング周波数に対応するコギング補正用のパラメータ値の推移を示す特性図である。制御帯域ｆ０以上の領域では、制御帯域ｆ０以内の領域でのパラメータ値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３より線形外装演算で算出された推定値Ｐ４，Ｐ５を利用する。
【００５０】
この結果、従来手法でのパラメータ値Ｐ４´，Ｐ５´を正常値に修正することができ、第２のパラメータ補正信号Ｆｅｘ２により適正なコギング抑制制御を実現することが可能となる。
【００５１】
図４は、本発明を適用したＸＹステージの他の実施形態をＸ軸について示した機能ブロックであり、特許文献３で開示されている推力リップル抑制手段に本発明の手法を適用した要部構成を示している。
【００５２】
リップル周波数算出手段１１７乃至１２０は、速度検出値Ｖｆｘを入力してリップル周波数を算出し、その周波数が制御帯域ｆ０以下であるか以上であるかにより切り換えスイッチＳＷ１乃至ＳＷ４を切り換える。
【００５３】
パラメータ値Ｐ１１及び線形外装演算されたパラメータ値１２、パラメータ値Ｐ２１及び外装演算されたパラメータ値２２は、図１のパラメータ値Ａ１１，Ａ１２、Ａ２１，Ａ２２に対応するので、保持手段及び線形外装演算手段は図５と同一符号で示す。
【００５４】
同様に、パラメータ値Ｐ３１及び線形外装演算されたパラメータ値３２、パラメータ値Ｐ４１及び外装演算されたパラメータ値４２は、図１のパラメータ値Ｋ１１，Ｋ１２、Ｋ２１，Ｋ２２に対応するので、保持手段及び線形外装演算手段は同一符号で示す。
【００５５】
切り換えスイッチＳＷ１は、パラメータ値Ｐ１１，Ｐ１２を切り換えて乗算器９１ａに出力する。切り換えスイッチＳＷ２は、パラメータ値Ｐ２１，Ｐ２２を切り換えて乗算器９１ｂに出力する。
【００５６】
切り換えスイッチＳＷ３は、パラメータ値Ｐ３１，Ｐ３２を切り換えて乗算器９２ａに出力する。切り換えスイッチＳＷ４は、パラメータ値Ｐ４１，Ｐ４２を切り換えて乗算器９２ｂに出力する。
【００５７】
乗算器９１ａ乃至９２ｂの出力は、乗算器９５で集約された後、乗算器９６で推力指令値Ｆｄｘに乗算され、第１の推力リップル補正信号Ｖｃ１及び第２の推力リップル補正信号Ｖｃ２が計算され、加算手段７において推力指令値Ｆｄｘに加算される。
【００５８】
尚、線形外装演算手段１０２、１０６、１１０、１１４の演算手法としては、最小二乗法による線形外装演算が一般的であるが、他の手法を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明を適用したＸＹステージにおける位置制御系の実施形態をＸ軸について示した機能ブロック図である。
【図２】本発明を適用したＸＹステージにおけるコギング補正の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明を適用したＸＹステージのコギング周波数に対応するコギング補正用のパラメータ値の推移を示す特性図である。
【図４】本発明を適用したＸＹステージの他の実施形態をＸ軸について示した機能ブロック図である。
【図５】従来のＸＹステージの位置制御系をＸ軸について示した機能ブロック図である。
【図６】従来のコギング周波数に対応するコギング補正用のパラメータ値の推移を示す特性図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  スライダ
２  位置センサ
３  速度変換器
４  位置制御部
５  速度制御部
６  推力発生部
７  加算手段
８  リップル抑制手段
１００  パラメータ切り換え手段
１０１、１０５、１０９、１１３  パラメータ保持手段（解析値）
１０２、１０６、１１０、１１４  線形外装演算手段
１０３、１０７、１１１、１１５  パラメータ保持手段（演算値）
１０４、１０８、１１２、１１６  コギング周波数算出手段
【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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