精密サーボシステムにおける共通基盤技術
精密サーボシステムのための共通基盤技術調査専門委員会編

目
1.

2.

はじめに

次

03

1.1

本技術報告の発刊にあたり

03

1.2

委員会の活動報告03

1.3

各章の構成と概要

03

1.4

今後の展開

3.3

規範モデルを用いない周波数応答を用いた制御器設計

44

3.4 PWM 型入力を有する二重積分系の出力完全追
従制御

50

05

3.5

多関節ロボットの制御

54

各種メカトロニクス機器における精密サーボ技術

3.6

形状可変鏡の波面制御

60

06
06

3.7

任意の振動モード検出のためのひずみセンサ

2.1

HDD に適用される精密サーボ技術

2.2

光ディスクドライブに適用される精密サーボ技術

2.3

位置探索システム
4.

11

4.1

大型超精密位置決めステージにおける精密サーボ技術

15

2.4

電子部品実装ロボットの精密サーボ技術

21

2.5

包装機械における精密サーボ技術

25

2.6

モーションコントロール市場におけるサーボドライブ開発の事例 ～Σ-7 シリーズ～

精密サーボシステムのための要素技術と制御応用

33
3.1

拡張型 AFC による HDD の外乱補償

3.2

カスケード型位置制御系の次数とパラメータの同時最適化

Sample : DO NOT PRINT

333869自己共振相殺制御をマイナーループに持つ
P-PI 制御系の周波数応答を用いた自動設計 75

4.3

加速度フィードバックによる位置決め装置の4.4

ダブルエンコーダシステムによる外乱補償に相対振動制御

293.

多入出力系に拡張した新しい精密サーボ技術 69
多入力多出力系に対するマルチレートフィー
ドフォワード制御

4.2

65

基づく二慣性共振系のねじれトルク制御
5.

あとがき

818691

精密サーボシステムのための共通基盤技術調査専門委員
会委員
委 員 長

関健 太( 名 古 屋 工 業 大 学 )

幹事

坂田幹事

藪井

幹事補佐
委員

鈴木孝 輔(ビアメカニクス（株）)

晃 一( （ 株 ） ニ コ ン )関口裕 幸( 三 菱 電 機 （ 株 ） )将 太( 名 古 屋 大 学 )高倉晋 司( （ 株 ） 東 芝 )李尭 希()竹 内

一 生(（株）東京自働機械製作所)熱海

武 憲( 千 葉 工 業 大 学 )田中淑 晴( 豊田工業高等専門学校)

伊藤

和 晃(祐 貴(D MG 森 精機 （ 株 ）)遠山

聡 一( サイバネットシステム（株）)

岩 崎誠( 名 古 屋 工 業 大 学 )永 田良( （ 株 ） F U J I )浦川

禎 之( 日 本 工 業 大 学 )中 邨

勉( フ ァ ナ ッ ク （ 株 ） )亘(東京大学

寺田

小川

阜大)

大 西岐

京大学

員

潤( 東 京 電 機 大 学 )石 川学)

博 紀( （ 株 ） 日 立 製 作 所 )奥 山

Sample : DO NOT PRINT

東委淳(東海大学

原武 生( 東芝デバイス＆ストレージ（株） )平田光 男（ 宇 都 宮 大 学 ）)藤本博 志（ 東 京 大 学 ）桂誠 一 郎（ 慶 應 義 塾 大 学 ）二 見茂（ T H K （ 株 ））川福基 裕（ 大 同 大 学 ）宮崎敏 昌（長岡技術科学大学）

北吉良 平（（ 株 ） 安 川 電 機 ）山口高 司（（ 株 ） リ コ ー ）齊藤英 一（ 三 菱 電 機 （ 株 ））山元

純 文（（株）ハーモニック・ドライブ・システムズ）

酒井健 史（ オ ー ク マ （ 株 ））弓場井一裕（ 三 重 大 学 ）白石貴 行（鹿児島工業高等専門学校）

前匡 鴻（ 東 京 大 学 ）執筆協力者

電気学会技術報告 第1485号 3

1.

はじめに



第 9 回：2019 年 9 月 18 日（ルーテル市ヶ谷会議室）



第 10 回：2019 年 12 月 17 日（自動車会館会議室）

一方，本委員会が主催・協賛した電気学会研究会(10) (11)で1.1 本技術報告の発刊にあたりナノメートルの精度で超高速かつ超高精度に位置決めをの発表件数，電気学会産業応用部門大会シンポジウム(12)開催状況，電気学会産業応用部門 International Workshop on

行う「ナノスケールサーボ」は，ハードディスク装置や光Sensing,ディスク装置，半導体製造装置や工作機械などの産業機器（SAMCON）での Session 開催状況を以下に纏める。

において，製品の最終性能を決定するコア技術である。電Actuation,

MotionControl,andOptimization

電気学会メカトロニクス制御研究会／精密サーボシ

気学会産業応用部門では，1999 年から 2005 にマスストレー

ステムと制御技術，2018 年 9 月 26 日（自動車会館

ジシステムを冠した調査専門委員会が 3 期設置され，主に会議室）：13 件

ハードディスク装置や光ディスク装置などのマスストレー

に関する議論と技術の体系化が行われた(1)~(3)。その後，マスストレージシステムのみならず，半導体や液晶パネル製造

電気学会メカトロニクス制御研究会／精密サーボシ
ステムと制御技術，2019 年 9 月 18 日（ルーテル市

ジシステムにおける実践的な高精度位置決め制御系の設計ヶ谷会議室）：16 件


電気学会産業応用部門大会シンポジウム／メカトロ

装置の精密位置決めステージ，ガルバノスキャナ，原子間ニクス機器における精密サーボ技術，2019 年 8 月 21

力顕微鏡などに対象を広げ，ナノスケールサーボを冠した

日：7 件

共同研究委員会として 4 期の委員会が，2006 年から 2014 年

開と基盤技術の深化を図った

Systems，2018 年 3 月 7 日：5 件(4)~(7)。そして，本調査専門委員会の前身である精密サーボシステムの多様性探求調査専門

IEEJ International Workshop SAMCON2018，Invited
Session／High Precision Motion Control in Mechatronicに亘りコア技術である高速・高精度位置決め技術の水平展


IEEJ International Workshop SAMCON2019，Special

委員会では，これまでに培った位置決め技術を速度，加速

Session ／ Modeling and Control for High Precision

度，力の次元へと垂直展開する可能性を探りながら，アクMotion Control Systems，2019 年 3 月 5 日：5 件

チュエータの駆動回路やセンサを含めた制御システム全体

IEEJ International Workshop SAMCON2020，Invitedへと範囲を拡大し，精密サーボ技術を核としたシステム全

Session／Design, Modeling, and Control Methodologies

体に関する調査を実施した(8)。

of High Precision Control Systems，2020 年 3 月 16 日：

本委員会では，上記のこれまで継続して実施してきた精6件

密サーボ技術を核として，メカトロニクスシステム製品群

この他にも，これまでの調査活動を通じて得られた知見の中で適用される高速・高精度位置決め，および力制御技を広く社会に還元すべく，サーボ系設計に関する電気学会術を含めた最新の技術動向と課題を整理しつつ，一段上の産業応用フォーラムを 2 回実施している。

精密サーボシステムを実現するための共通基盤技術を調査することを目的として委員会活動を実施した。さらに，サ

1.3 各章の構成と概要ーボシステムを構成し，その性能を左右する因子であるア

本技術報告は，1.2 節に示した委員会活動を通して得られクチュエータ，駆動回路，センサ，案内／伝達機構の各要た結果を基に，3 つの章に分けて纏めている。

素の技術動向，システムのモデリング方法，複数のセンサ

2 章では，各種メカトロニクス機器における精密サーボ技／アクチュエータを活用した新たな制御系設計方法も含め術として，これまで委員会で取り扱ってきた精密サーボをて調査検討を行った。本技術報告は，それら調査活動を纏必要とする代表的な製品と，そこで利用されている技術にめたものである。

ついて纏めている。次に 3 章では，精密サーボシステムのための要素技術と制御応用として，委員会で取り上げられ1.2 委員会の活動報告

た制御器設計の共通基盤技術と制御応用について纏めてい本調査専門委員会では，2 年間で 10 回の委員会を開催しる。そして 4 章では，1 入力 1 出力系の限界を打破するため，た。各委員会の開催履歴は以下のとおりである。具体的な本委員会でも精力的に検討されている多入力多出力系に拡内容については本調査専門委員会の HP(9)を参照されたい。

張した新しい精密サーボ技術について纏めている。最後に 5



第 1 回：2018 年 2 月 26 日（サニー貸会議室 501）



第 2 回：2018 年 3 月 7 日（東京電機大学）

2.1 節では，熱海武憲委員に HDD に適用されている精密

第 3 回：2018 年 5 月 29 日（慶應義塾大学）

サーボ技術について執筆いただいた。特に，将来の HDD 大

第 4 回：2018 年 9 月 26 日（自動車会館会議室）

容量化を支える磁気ヘッド位置決め制御方式の一つとして

第 5 回：2018 年 9 月 27 日（（株）仙台ニコン）

提案されている，VCM，ミリ／マイクロの PZT，熱アクチ

第 6 回：2019 年 2 月 28 日（東京大学 柏キャンパス）ュエータの 4 段アクチュエータ制御系設計法を紹介いただ

第 7 回：2019 年 3 月 5 日（千葉大学）いている。複数のアクチュエータを併用し適切な制御器を

第 8 回：2019 年 5 月 13 日（宇都宮大学）

設計することで，外乱抑圧特性を向上できることが示されSample : DO NOT PRINT

章では，次の活動の展望と課題について纏めている。