(57)【要約】【課題】従来の磁気支持装置では、被支持体である軸に対向する２つの電磁石の中間位置である中心位置以外に軸を移動させると、軸のバランスが崩れ、過渡応答特性が劣化するなど制御性能が悪化した。【解決手段】この発明に係る磁気支持装置では、被支持体の外部に相対向して配置され、被支持体の位置を磁気力により変位させる１対の電磁石と、被支持体の外部に設置され、被支持体の位置を検出する変位センサと、この変位センサからのフィードバック信号と制御目標指令信号とが入力され、制御電流指令信号を出力する位置制御器と、前記制御目標指令信号あるいはフィードバック信号に応じて変化するバイアス電流指令信号と前記制御電流指令信号とがそれぞれ入力され、前記各電磁石のコイルに流れる電流を制御する電流制御器を備えるようにした。【選択図】          図１
2005036839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被支持体の外部に相対向して配置され、前記被支持体の位置を磁気力により変位させる１対の電磁石と、前記被支持体の外部に設置され、被支持体の位置を検出する変位センサと、この変位センサからのフィードバック信号と制御目標指令信号とが入力され、制御電流指令信号を出力する位置制御器と、前記制御目標指令信号あるいはフィードバック信号に応じて変化するバイアス電流指令信号と前記制御電流指令信号とがそれぞれ入力され、前記各電磁石に配設されたコイルに流れる電流を制御する電流制御器とを備えた磁気支持装置。
【請求項２】
各々の電磁石のコイルに流れる電流を計測する電流センサを備え、該電流センサからの信号を各電流制御器にフィードバックすることを特徴とする請求項１記載の磁気支持装置。
【請求項３】
制御電流指令信号が、位置制御器の出力と、制御目標指令信号から求まるフィードフォワード関数との和で設定されることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の磁気支持装置。
【請求項４】
被支持体の外部に相対向して配置され、前記被支持体の位置を磁力により変位させる１対の電磁石と、前記被支持体の外部に設置され、被支持体の位置を検出する変位センサと、この変位センサからのフィードバック信号と制御目標指令信号とが入力され、制御電流指令信号を出力する位置制御器と、バイアス電流基準値と前記制御目標指令信号から算出される関数及び前記制御電流指令信号とがそれぞれ入力され、前記各電磁石に配設されたコイルに流れる電流を制御する電流制御器とを備えた磁気支持装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁石を用いて放電加工機の電極などの被支持体を支持あるいは移動する磁気支持装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の磁気支持装置では、被支持体である１つの軸に対して２つの電磁石を対向させて設置している。また、電磁石と軸の距離を計測するギャップセンサを電磁石ごとにそれぞれ設置し、これらのギャップセンサで測定したフィードバック位置や、位置指令信号とフィードバック信号の偏差を用いて、フィードバック信号と位置指令信号が一致するように位置制御器が設計されていた。さらに、その出力を制御電流とし、片方の電流制御器にはバイアス電流から制御電流を差し引いた指令信号、もう片方の電流制御器にはバイアス電流に制御電流を加えた指令信号を供給し、それぞれの電流が指令信号と一致するように制御され、これらの電流がコイルを流れることにより、発生した磁気吸引力により軸を制御するように設定されていた。なお、バイアス電流は、装置（電磁石）の設置方向によって値が異なるよう定められていた。（例えば特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０４−３０２７１１号公報（第１−３頁、第１図）
【非特許文献１】
電気学会磁気浮上応用技術調査専門委員会編「磁気浮上と磁気軸受」コロナ社、１９９３年６月３０日、ｐ．３２−３４
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような磁気支持装置にあっては、電磁石の中間位置に被支持体である軸を制御する場合に制御電流が０（ゼロ）に近くなるように、バイアス電流があらかじめ決められている。このとき、重力がかかる軸には重力を打ち消すために異なるバイアス電流を設定して、バランスを取っている。しかしながら、２つの対向する電磁石の中間位置である中心位置以外の位置に軸を移動させると、バランスが崩れ、制御性能が悪化する。位置制御器の積分器が働いてバイアス電流の差を補うと再び安定状態に保てるものの、移動後の位置に収束するまでの時間が、例えば、５μｍの小振幅における制御帯域から予想される時間の８０倍程度まで長くなるなど、過渡応答の性能は良くなかった。また、過渡応答時間を早くするために位置制御器の比例ゲインを上げる方法があるが、軸が共振するなど、定常時の振れ幅が大きくなるという欠点があった。
【０００５】
本発明は、以上の問題点に着目してなされたもので、制御目標指令信号の変化量に対して、過渡応答特性の優れた磁気支持装置を得ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる磁気支持装置は、被支持体の外部に相対向して配置され、前記被支持体の位置を磁気力により変位させる１対の電磁石と、前記被支持体の外部に設置され、被支持体の位置を検出する変位センサと、この変位センサからのフィードバック信号と制御目標指令信号とが入力され、制御電流指令信号を出力する位置制御器と、前記制御目標指令信号あるいはフィードバック信号に応じて変化するバイアス電流指令信号と前記制御電流指令信号とがそれぞれ入力され、前記各電磁石に配設されたコイルに流れる電流を制御する電流制御器とを備えた構成としたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に図１〜図５を参照して、本発明に関わる磁気支持装置についての好適な実施の形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による磁気支持装置を示す図である。図において、被支持体１に対して２個の電磁石２、３が被支持体に対して非接触に、かつ互いに対向するように配置されている。また、この被支持体１の外周には変位センサ４が設置され、この被支持体１と電磁石３の間のすきまを測定するよう構成されている（図示しないが、例えば被支持体１と電磁石３の間のすきまを測定するべく、電磁石３と一体に構成されている）。電磁石２、３には電流印加により磁界を発生させるためのコイル５、６、及び、電源７、８が各々備えられている。電流制御器９あるいは１０では、被支持体１と電磁石２あるいは３との距離が各々所望の値になるよう電流の値が制御される。
【０００８】
一方、上記変位センサ４で計測された被支持体１の位置の検出出力は、ノッチフィルタ１１によりノイズ除去処理され、位置信号として求められる。当該信号をフィードバックし、このフィードバック信号、および制御目標指令信号がＰＩＤ制御機能（ＰＩＤ演算を行う制御機能。Ｐ：比例動作、Ｉ：積分動作、Ｄ：微分動作）を備えた位置制御器１２に供給される。ここでのＰＩＤ制御とは、より詳しくは、大別して２種類のＰＩＤ制御を想定している。１つは、制御目標指令信号とフィードバック信号との差信号がＰＩＤ制御される場合である。もう１つは、制御目標指令信号とフィードバック信号との差信号がＰＩ制御されるとともにフィードバック信号がＤ制御（微分動作機能）される場合である。図１では、これら２通りを想定している。制御目標指令信号の変化が大きい場合には、後者が有利である。以下では、これら２通りの場合を併せてＰＩＤ制御と呼ぶ。
【０００９】
さらに、位置制御器１２からの出力である制御電流指令信号と、上述の制御目標指令信号をもとに第１バイアス電流算出関数ｆ（・）によって設定されるバイアス電流指令信号Ｂｉ１あるいは第２バイアス電流算出関数ｇ（・）によって設定されるバイアス電流指令信号Ｂｉ２（すなわち、バイアス電流指令信号は、位置の制御目標指令信号によって、その値を変更することが可能なように構成されている。）とから、電流指令ｉ１あるいは電流指令ｉ２が生成され、各々、上記の電流制御器９あるいは１０へ入力される。通常この制御目標指令信号は位置の信号であり、位置の制御目標指令信号と呼べる。なお、この指令信号が速度の信号または加速度の信号であってもよい（以下の実施の形態でも同様）。
【００１０】
次に動作について説明する。まず、被支持体に重力が作用しない場合について述べる。制御目標指令信号により、被支持体の中心位置（図１の電磁石間隙の上下方向の位置。被支持体の軸位置に相当。以下の説明では被支持体位置と呼ぶ。）の位置指令が、２つの電磁石間隙の中心位置に設定された場合、この位置指令信号に応じて、バイアス電流指令信号が設定されるとともに、この位置指令信号とフィードバック信号とが位置制御器に入力される。位置指令信号とフィードバック信号は、ＰＩＤ制御された後、制御電流指令信号として位置制御器から出力される。バイアス電流指令信号は、ＤＣ的な電流を電磁石に与える機能を持たせるものであり、具体的には以下のように設定される。すなわち、２つの電磁石間隙のセンター位置に被支持体位置があるとき、バイアス電流指令信号が電磁石のコイルに流せる最大電流値の１／２となるように設定する。そして、被支持体位置が２つの電磁石間隙のセンター位置からずれている場合、制御電流指令信号の値が増加し、被支持体位置を２つの電磁石間隙のセンター位置に移動させる。例えば被支持体位置が電磁石２により近い位置にずれている場合、電流指令ｉ１の値は電流指令ｉ２の値より小さくなり、電磁石３の吸引力が電磁石２の吸引力より大きくなるため、被支持体位置は電磁石３の方向へ移動し、逆に、被支持体位置が電磁石３により近い位置にずれている場合、被支持体位置は電磁石２の方向へ移動し、一定時間経過後には２つの電磁石間隙のセンター位置方向に落ち着く。このとき、電流指令ｉ１の値と電流指令ｉ２の値は、電磁石に流せる最大電流値が４アンペア（以下ではアンペアはＡと記す）であれば、各々２Ａとなる。
【００１１】
なお、一般に電磁石から発生する吸引力は電流（図１では電流指令ｉ１および電流指令ｉ２に相当）の２乗に比例し、被支持体との距離の２乗に反比例するが、バイアス電流指令信号の役割の１つは、この電流指令の値と吸引力の関係を２乗に比例する関係から（１乗に比例する形すなわち）単に比例する関係に近づけて制御しやすくすることにある。
【００１２】
一方、位置制御器では、上記バイアス電流指令信号により、ほぼ目標の位置に移動された被支持体の位置信号と制御目標指令との偏差（オフセット的あるいは振動的な偏差）が解消されるべく動作する。すなわち、位置制御器には、上述の制御目標指令信号と変位センサによって測定された信号をもとに（必要に応じて、被支持体の中心位置が、２つの電磁石の間隙位置に対応する位置として図示しない計算器により換算されて）求められたフィードバック信号とが入力される。これらの信号は、ＰＩＤ制御された後、制御電流指令信号として出力される。この制御電流指令信号が例えばｓｉｎ波で代表される変動成分である場合、図１に示すように、第１のバイアス電流指令信号に対しては差信号とし、第２のバイアス電流指令信号に対しては和信号として、電流制御器９，１０を通じて、各々電磁石２、３に電流を流すと、被支持体に対して、結果的に変動成分がキャンセルされることになる。さらに詳しくは、前記位置制御器１２により計算された制御電流指令信号を用いて、一方の電磁石用（ここでは例えば電磁石２用）の指令信号、すなわち電流指令ｉ１では、この電磁石用のバイアス電流指令信号Ｂｉ１と当該制御電流指令信号の差を演算し、他方の電磁石用（ここでは例えば電磁石３用）の指令電流、すなわち電流指令ｉ２では、この電磁石用のバイアス電流指令信号Ｂｉ２と制御電流指令信号の和をそれぞれの指令電流としている。なお、位置制御器１２では、時間経過によって、フィードバック信号が制御目標指令信号の値とバランスする（偏差がなくなる）ように制御されるので、位置制御器の出力の微小なオフセット成分は結果的にゼロになる。
【００１３】
次に被支持体位置の位置指令、即ち、制御目標指令信号が、２つの電磁石間隙の中心位置以外に設定された場合、例えば、該中心位置から上側ｘの距離に設定された場合について述べる。この場合は、該中心位置から上側ｘの距離で２つの電磁石の吸引力がバランスすることと等価である。電磁石から発生する吸引力は電流（図１では電流指令ｉ１および電流指令ｉ２に相当）の２乗に比例し、被支持体との距離の２乗に反比例する（上述）ことを利用すると、ｉ２とｉ１の比の２乗が、被支持体と電磁石３との距離Ｌ３と被支持体と電磁石２との距離Ｌ２との比（Ｌ３／Ｌ２）の２乗（これは、ｉ２とｉ１の比が、被支持体と電磁石３との距離Ｌ３と被支持体と電磁石２との距離Ｌ２との比（Ｌ３／Ｌ２）に等しいことと同じ。）になるように、電流指令ｉ１および電流指令ｉ２を設定してやればよい。このとき、ｉ１＜ｉ２。また、ｘ＝（Ｌ３−Ｌ２）／２である。なお、制御電流指令信号が変動成分のみの場合は、以上の関係は、バイアス電流指令信号Ｂｉ１をバイアス電流指令信号Ｂｉ２に対して、Ｂｉ２／Ｂｉ１＝Ｌ３／Ｌ２となるように各バイアス電流指令信号を設定することに他ならない。
【００１４】
次に被支持体に重力が作用する場合について述べる。図１において下方が重力方向として説明する。このような場合に、被支持体位置が２つの電磁石間隙の中心位置に設定された場合、すなわち、制御目標指令信号が２つの電磁石間隙の中心位置に設定された場合、信号被支持体に重力が作用しない場合と同様な電流指令値を電磁石２，３に与えると、重力が下方に働く分、被支持体位置が下方の電磁石側にずれるため、これをキャンセルする必要がある。すなわち、この重力に見合う電磁石の吸引力の差を２つの電磁石間に発生させる必要があり、制御電流指令信号として、重力に見合う電流値を考慮し、電磁石２の電流指令ｉ１の値を電磁石３の電流指令の値より大きく設定する。この結果、電磁石２の吸引力と電磁石３の吸引力の差が重力と等しくなり、被支持体位置が２つの電磁石間隙の中心位置に設定される。なお、上述のバイアス電流指令信号はディジタル信号でもアナログ信号でもよいが、前者の場合には図示しないＤＡ変換器が電流制御器９あるいは１０の各出力側でかつ対応する各電源の直前位置に配置され、このバイアス電流指令信号がアナログ信号に変換される。
【００１５】
一方、位置制御器側では、被支持体に重力が作用しない場合と同様に、上記バイアス電流指令信号により、ほぼ目標の位置に移動された被支持体の制御目標指令との偏差（オフセット的あるいは振動的な偏差）が解消されるべく動作し、各々電磁石２、３に電流を流すと、被支持体に対して、結果的に変動成分がキャンセルされるべく制御される。以下実測値により、本発明によって得られた効果を詳しく説明する。なお、被支持体位置が２つの電磁石間隙の中心位置以外に設定される場合も、重力が作用しない場合の議論と同様である。
【００１６】
図２は、以上の構成によって得た位置の制御目標指令信号に対応する軸位置の測定結果の一例を示す。本測定はステップ状の位置の制御目標指令信号を与えた場合の測定位置の時間変化を示す。０．２秒経過後に２つの電磁石の中心位置から５０μｍ位置の制御目標指令信号（指令位置）を変化させている。従来の装置では、指令位置が変化すると、ＰＩＤ制御の積分動作機能により補償されるまで、かなりの時間、指令位置と測定位置の差が大きくなっており、指令位置と測定位置の差が短時間でなくなっている、すなわち、応答の遅れが大幅に改善されていることがわかる。以上により、図１に示す構成によれば、制御目標指令信号に応じてバイアス電流指令信号を変更することができるため、被支持体の制御系の応答特性を向上させることができることがわかる。
【００１７】
なお、上記における、第１バイアス電流算出関数ｆ（・）、あるいは第２バイアス電流算出関数ｇ（・）の具体的な決定法の一例を以下に述べる。
まず、目標指令位置信号が２つの電磁石のセンター位置である場合、被支持体に重力が作用しないとすると、バイアス電流指令信号が電磁石のコイルに流せる最大電流値の１／２（例えば最大電流値が４Ａの場合は２Ａ）となるようにし、被支持体の中心位置が電磁石から最も離れた位置で最大電流近い値（例えば３．９Ａ）、最も近い位置で０（ゼロ）に近い値（例えば０．１Ａ）となるようにｆ（・）、ｇ（・）を被支持体の位置の１次関数として決める。次に、目標指令位置信号が２つの電磁石のセンター位置である場合で、被支持体に重力が作用する場合においては、例えば重力方向が図１で下方向である場合を例に説明すると、２つの電磁石のセンター位置に被支持体位置があるとき、２つの電磁石の吸引力は電磁石２の方を電磁石３より大に設定する必要があったから、電流指令ｉ２が小さい側の電磁石３に被支持体位置を最も近づけた場合に、バイアス電流指令信号Ｂｉ１の側の電磁石２の電流値がコイルに流せる最大電流に近い値、バイアス電流指令信号Ｂｉ２の側の電磁石３の電流値が０（ゼロ）に近い値となるようにバイアス電流指令値の傾きを決定するとともに、その傾きに応じて、反対方向に被支持体が動いた場合にもバイアス電流指令信号を変更してｆ（・）、ｇ（・）を設定する。例えば中心位置でＢｉ１＝２．７Ａ、Ｂｉ２＝１．３Ａのとき、被支持体位置が最も下側にある場合には、Ｂｉ１＝３．９Ａ、Ｂｉ２＝０．１Ａ、逆に最も上にある場合には、Ｂｉ１＝１．５Ａ、Ｂｉ２＝２．５Ａとなるように設定する。
【００１８】
さらに、第１バイアス電流算出関数ｆ（・）、あるいは第２バイアス電流算出関数ｇ（・）を最適に設定するためには、実測したデータをもとに決定する方法がある。以下、図３、図４を用いてこの方法について説明する。図３は、任意の被支持体の位置で制御目標指令信号を与えた場合の電流指令の時間変化を示している。図において、両方のバイアス電流指令信号を２Ａの一定値に設定して、制御電流指令信号を積分機能を含む位置制御器であるＰＩＤ制御器により制御し、バイアス電流指令信号と制御電流指令信号を加えた場合の電流指令ｉ１および電流指令ｉ２の変化を示している。また、直線は電流の変化が小さくなった定常状態での電流指令ｉ１あるいは電流指令ｉ２の平均値を示している。ここで、小さいとは、ある一定の定常的な値を中心に図に示す程度の小さな振幅で振動している状態のことである。また、ある一定の定常的な値とは、図３において、電流指令ｉ１では２．７Ａのことであり、電流指令ｉ２では１．３Ａのことである。
【００１９】
図４は、図３のようにして求めたデータを、定常状態での電流指令の平均値を縦軸に、そのときの位置の制御目標指令信号（被支持体の中心位置からのずれ位置を基準）を横軸にして整理したものである。この図において、求められたデータは、電流指令ｉ１と電流指令ｉ２に対応するデータ毎に、各々直線近似して整理され、グラフ化されている。なお、直線近似のためには各電流指令に対応して少なくとも異なる２点での値を求める必要がある。
【００２０】
この図４より、第１バイアス電流算出関数ｆ（・）は電流指令ｉ１の近似直線として求められ、第２バイアス電流算出関数ｇ（・）は電流指令ｉ２の近似直線として設定される。
【００２１】
上述の方法によれば、近似関数を求める時間は要するものの、位置制御器の積分動作機能がバイアス電流指令信号のずれを補償するため、当該指令の位置において、制御電流が０（ゼロ）を中心として振動するようなバイアス電流指令信号を推定することができる。即ち、定常状態になってからのバイアス電流指令信号と制御電流指令信号を両者とも作用させた結果としての電流値の平均を求めることができる。
【００２２】
なお、定常状態における電流の振動要因としては、センサの分解能、データのディジタル化に伴う量子化誤差、ノイズなどがある。この事前計測結果を用いるようにすると、位置の制御目標指令信号が変化した場合でも、当該信号に応じたバイアス電流指令信号を設定できるようになるため、積分項の遅れに影響されずに応答することができるため、素早く追従できる。これにより、制御系の設計において、容易に最適なバイアス電流指令信号を求める関数を導出することができる。
【００２３】
また、上記において、バイアス電流指令信号は、上述のノッチフィルタ１１を通してノイズ除去処理することによって求められたフィードバック信号により変更されるよう構成してもよい（図５）。また、ここでは、変位センサ信号をもとにして得られたフィードバック信号によりバイアス電流を変更する方法を示したが、フィードバック信号だけではなく、変位センサ信号を基に計算された他の測定信号である速度や加速度信号、あるいは直接的に測定された速度信号や加速度信号などを含めた中から少なくとも１つ以上の信号を用いてバイアス電流を変更するようにしても良い。
【００２４】
このように構成すれば、フィードバック信号に応じた最適な設定ができる、すなわち典型的な例で言い換えると、位置の制御目標指令信号に応じて常に電流指令信号が０（ゼロ）を挟んで振幅が小さくかつ振動するように（例えば、過渡状態では±１Ａ程度であるが、定常状態では±０．１Ａ程度になるように）、バイアス電流指令信号を設定することができるため、被支持体が電磁石の中間位置から離れた位置にある場合でも、制御目標指令信号に対して過渡応答時間が短時間（例えば、指令の振幅が小さいときの制御帯域が２００Ｈｚであれば収束時間が５ｍｓｅｃ（ミリ秒）程度）で追従する制御系を設計することができる。
【００２５】
また、指令の振幅が大きい場合、例えば、２つの電磁石の距離の１％以上の振幅が設定された場合でも、振幅が小さい場合と同等の過渡応答特性を得ることができる。すなわち、図５に示すフィードバック信号に応じてバイアス電流指令信号を変化させた場合でも、被支持体の制御系の応答特性を向上させることができることがわかる。
【００２６】
また、位置の制御目標指令信号がステップ状に変化する場合でも、当該信号に応じて素早く対応する形で重力補償をすることができるため、過渡応答をさらに向上させることができる。
【００２７】
さらに、ノッチフィルタを用いた場合には、特に位置センサによって計測された周波数のみを遮断することで、機械振動による制御性能の劣化を防止できる効果がある。なお、ノッチフィルタではなく、（図示しない）ローパスフィルタを用いた場合には、ノイズや軸の表面粗さによる計測値のばらつき、機械振動による制御性能の劣化を抑制できることはいうまでもない。
【００２８】
なお、上記の実施の形態においては、被支持体の移動方向が１つの場合について説明したが、移動方向が２あるいは３（それぞれ、２次元加工、３次元加工の場合の被支持体の支持形態に対応する）であるような移動方向が複数の場合についても、各移動方向ごとに同様な構成とすることができる。また、被支持体は回転しないものでも回転するものでもどちらでもよい。
【００２９】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２による磁気支持装置を示す図である。図において、電流センサ１３によりコイル５に流れる電流が計測され、電流センサ１４によりコイル６に流れる電流が計測される。ここで、電流センサ１３あるいは１４の信号は、コイルに流れる電流を制御する２つの電流制御器９あるいは１０にそれぞれフィードバックされ、被支持体１と電磁石２あるいは３との距離が、各々、所望の値になるよう、電流制御器９あるいは１０の出力側の電流が制御される。
【００３０】
図において、電流制御器９については、電磁石２に関わる電流センサ１３で計測された電流値が電流指令ｉ１の値と一致し、電流制御器１０については、電磁石３に関わる電流センサ１４で計測された電流値が電流指令ｉ２の値と一致するように構成されている。その結果、被支持体１はそれぞれの電磁石で発生した力で吸引される。
【００３１】
図７は、実施の形態２に示した電流センサや電流制御器を含む電流フィードバック系がある場合のステップ状の電流指令値に対する測定電流値の変化を示す結果の一例を示す。電流フィードバック系がない場合に対して、図６に示したような電流フィードバック系がある本実施の形態２の構成においては、図７に示すように、ステップ状の電流指令値に対する測定電流値の時間変化は、立ち上がり特性に顕著な改善があることが判る。すなわち、電流フィードバック系がない場合は、電流指令値である３Ａに収束するまで１０ｍｓｅｃ程度要してしたものが、本発明の電流フィードバック系を設けた場合には、２ｍｓｅｃ未満（およそ１．３ｍｓｅｃ）で収束しており、良好な過渡応答特性が得られていることが判る。さらに、この電流フィードバック系を設けた場合の効果として経年変化による電流値の変化を抑制する効果もある。
【００３２】
以上において、フィードバック信号として、変位センサの出力からノイズ除去したものを用いたが、図１あるいは図６において、フィルターを取り除いた場合、すなわち、ノイズ除去しない値を用いてもよい。また、位置を推定する観測器の推定値を用いてもよい。
【００３３】
また、実施の形態２では、制御目標指令信号は位置信号を用いてバイアス電流指令信号を設定することを想定しているが、速度や加速度など他の制御目標指令信号の中から少なくとも１つ以上の制御目標指令信号を用いて、バイアス電流指令信号を設定しても良い。制御目標指令信号が、位置ではなくて速度の場合には、一定速度で指令が変化する場合にも、過渡応答性能を向上させることができる。さらに、制御目標指令信号が、位置ではなくて加速度の場合には、一定加速度で指令が変化する場合にも、過渡応答性能を向上させることができる。なお、最終的な電流指令は、バイアス電流指令信号Ｂｉ１と制御電流指令信号の差、および、バイアス電流指令信号Ｂｉ２と制御電流指令信号との和であるため、バイアス電流指令信号Ｂｉ１あるいはバイアス電流指令信号Ｂｉ２で実施しても、制御電流指令信号で実施しても制御性能は基本的に変わらない。
【００３４】
以上のような構成によれば、バイアス電流指令信号を位置の制御目標指令信号の関数としたため、この信号の値が大きく変化した場合でも、測定ノイズに影響されることなく過渡応答時間が十分な時間内、例えば、指令の振幅が小さいときの制御帯域が２００Ｈｚであれば収束時間が５ｍｓｅｃ程度、で追従する制御系を設計することができる。これは、位置の制御目標指令信号に応じて常に最適なバイアス電流を設定できるため、バイアス電流を固定とする場合と比べて応答時間が短くできるためである。
【００３５】
また、実施の形態２では、制御目標指令信号を用いてバイアス電流指令信号を設定する場合を例に説明したが、図８に示すようにフィードバック信号を用いても良い。フィードバック信号を用いた場合には、実際の位置に応じた重力などの補償ができるので、制御目標指令信号を用いた場合と同様の過渡応答時間であっても、振動をより効果的に抑制することができる。さらに、ｆ（・）＝ｇ（・）としても同様の効果が得られる。
【００３６】
以上において、フィードバック信号として、変位センサの出力からノイズ除去したものを用いたが、図１あるいは図６において、フィルターを取り除いた場合、すなわち、ノイズ除去しない値を用いてもよい。また、位置を推定する観測器の推定値を用いてもよい。
【００３７】
さらに、図６では、それぞれのバイアス電流指令信号が制御目標指令信号の任意の関数になる場合を説明したが、任意の関数ではなく、各々定数となるように構成してもよい。例えば、図６中、ｆ（・）＝ｋＢ１、ｇ（・）＝ｋＢ２としてもよい。
【００３８】
このような構成によれば、バイアス電流を制御目標指令信号の定数倍としたため、指令位置が変化した場合でもそれに素早く追従する制御系を設計しつつ、指令位置を求めるための計算量を軽減することができる。この理由は、第１バイアス電流算出関数ｆ（・）あるいは第２バイアス電流算出関数ｇ（・）には、三角関数や指数関数などの直線状ではなく、振動的に変化したり、非線形的に変化する複雑な関数が含まれるが、定数倍ではゲイン要素のみのためである。
【００３９】
バイアス電流が制御目標指令信号の定数倍となるようにしても、実施の形態２と同様な効果が得られる。また、計算量が減少するため、制御周期を短くすることができ、制御系の応答時間が短縮されるため、実施の形態２のように複雑な関数を用いている場合よりも、さらに高速に応答できる効果がある。
なお、ここでは、制御目標指令信号の定数倍をバイアス電流指令信号として用いたが、フィードバック信号の定数倍をバイアス電流指令信号として用いてもよい。また、ｋＢ１＝ｋＢ２としても同様の効果が得られる。
【００４０】
実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３による磁気支持装置を示す図である。制御目標指令信号の変化が、バイアス電流指令信号のＤＣ的な成分よりも、その変化量により大きな影響を及ぼす場合には、バイアス電流変化量算出関数ｈ（・）を第１のバイアス電流基準値Ｂｈ２に加え、さらに第２のバイアス電流基準値Ｂｈ１から引くように構成するのがより望ましい。
【００４１】
このような構成によれば、バイアス電流指令信号のうちの変化量分を制御目標指令信号の関数としたため、位置の制御目標指令信号が変化した場合でも素早く追従する制御系を設計しつつ、制御系の計算量を軽減することができる。
【００４２】
このような構成でも、実施の形態２と同様な効果が得られる。また、計算量が減少するため制御周期を短くすることができ、制御系の応答時間が短縮されるため、実施の形態２の場合よりも、さらに高速に応答できる。
【００４３】
また、ここでの説明では、制御目標指令信号を用いたが、フィードバック信号を用いても良い。フィードバック信号を用いた場合には、実際の位置に応じた補償ができるので、制御目標指令信号を用いた場合と同様の過渡応答時間であっても、振動をより効果的に抑制することができる。
【００４４】
実施の形態４．
図１０は、この発明の実施の形態４による磁気支持装置を示す図である。この図において、制御目標指令信号の変動分であるフィードフォワード関数ｊ（・）を位置制御器と並列に設け、制御電流に加えるように構成した。さらにバイアス電流指令信号として、Ｂｊ１およびＢｊ２を新たに定めた。Ｂｊ１およびＢｊ２は、図１０中には詳細に示していないが、実施の形態１で述べたＢｉ１およびＢｉ２と同様に、バイアス電流指令信号のＤＣ的成分であり、制御目標指令信号に応じて変化するもの
である。
【００４５】
このような構成によれば、位置の制御目標指令信号が変化した場合でもその影響が被支持体の制御に影響を及ぼす前に、素早く追従する制御系を設計しつつ、計算量を軽減することができる。
【００４６】
また、このような構成でも、実施の形態２と同様な効果が得られる。また、計算量が減少するため制御周期を短くすることができ、制御系の応答時間が短縮されるため、実施の形態２の場合よりも、さらに高速に応答できる。
【００４７】
図１０においては、制御目標指令信号のフィードフォワード関数を任意関数ｊ（・）としたが、これを比例定数ｋとしてこれを位置制御器と並列に設け、制御電流に加えるように構成してもよい。
【００４８】
このような構成によれば、指令位置が変化した場合でも素早く追従する制御系を設計しつつ、計算量を軽減することができる。
【００４９】
このような構成でも、実施の形態２と同様な効果が得られる。また、計算量が減少するため制御周期を短くすることができ、制御系の応答時間が短縮されるため、任意関数ｊ（・）の場合よりも、さらに高速に応答できる。
【００５０】
この発明は、磁気支持装置において、被支持体の外部に相対向して配置され、前記被支持体の位置を磁気力により変位させる１対の電磁石と、前記被支持体の外部に設置され、被支持体の位置を検出する変位センサと、この変位センサからのフィードバック信号と制御目標指令信号とが入力され、制御電流指令信号を出力する位置制御器と、前記制御目標指令信号あるいはフィードバック信号に応じて変化するバイアス電流指令信号と前記制御電流指令信号とがそれぞれ入力され、前記各電磁石に配設されたコイルに流れる電流を制御する電流制御器とを備えた構成にしたので、被支持体の制御系の応答特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１を示す磁気支持装置のブロック図である。
【図２】本発明におけるステップ応答の測定結果の一例を示す図である。
【図３】本発明の一実施例における一定指令位置における２つの指令電流値の変化の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施例における指令位置と定常状態の指令電流値の関係の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１を示す他の実施例による磁気支持装置のブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２による磁気支持装置のブロック図である。。
【図７】本発明の実施の形態２によるステップ応答の測定結果の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２を示す他の実施例による磁気支持装置のブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態３を示す磁気支持装置のブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態４を示す磁気支持装置のブロック図である。
【符号の説明】
１  被支持体、２、３  電磁石、４  変位センサ、５、６  コイル、９、１０  電流制御器、１１  ノッチフィルタ、１２  位置制御器、１３，１４  電流センサ
【図１】
2005036839.tif 000003
【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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