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JP2009032008A - Linear actuator - Google Patents

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JP2009032008A
JP2009032008A JP2007194884A JP2007194884A JP2009032008A JP 2009032008 A JP2009032008 A JP 2009032008A JP 2007194884 A JP2007194884 A JP 2007194884A JP 2007194884 A JP2007194884 A JP 2007194884A JP 2009032008 A JP2009032008 A JP 2009032008A
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JP
Japan
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speed
value
command
linear actuator
control means
Prior art date
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Pending
Application number
JP2007194884A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuzuru Hoshi
譲 星
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Yokogawa Electric Corp filed Critical Yokogawa Electric Corp
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Abstract

【課題】位置情報の差分値とサンプル時間に依存することなく速度情報を生成して制御帯域を上げることを可能とするリニアアクチュエータを実現する。
【解決手段】面モータを有するスライダの位置検出値と位置指令値との偏差を演算して速度指令値を出力する位置制御手段と、前記スライダの速度検出値と前記速度指令値との偏差を演算して前記面モータに推力指令を出力する速度制御手段とを具備するリニアアクチュエータにおいて、
前記位置検出値及び前記推力指令に基づいて、前記速度検出値を推定演算する状態推定器を備える。
【選択図】図1
A linear actuator capable of generating speed information and increasing a control band without depending on a difference value of position information and a sampling time is realized.
A position control means for calculating a deviation between a position detection value of a slider having a surface motor and a position command value and outputting a speed command value; and a deviation between the speed detection value of the slider and the speed command value. In a linear actuator comprising a speed control means for calculating and outputting a thrust command to the surface motor,
A state estimator for estimating and calculating the speed detection value based on the position detection value and the thrust command is provided.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、面モータを有するスライダの位置検出値と位置指令値との偏差を演算して速度指令値を出力する位置制御手段と、前記スライダの速度検出値と前記速度指令値との偏差を演算して前記面モータに推力指令を出力する速度制御手段とを具備するリニアアクチュエータに関するものである。   The present invention provides position control means for calculating a deviation between a position detection value of a slider having a surface motor and a position command value and outputting a speed command value; and a deviation between the speed detection value of the slider and the speed command value. The present invention relates to a linear actuator comprising speed control means for calculating and outputting a thrust command to the surface motor.

一対のリニアモータのステータを、所定距離を隔てて平行に配置すると共に、これらリニアモータのスライダ間をアーム部材で結合したリニアアクチュエータにおいて、アーム部材の中点位置を指令位置に制御すると共に、アーム部材のヨーイングを抑制する姿勢制御部を備えたリニアアクチュエータが特許文献1に開示されている。   In a linear actuator in which the stators of a pair of linear motors are arranged in parallel at a predetermined distance and the sliders of these linear motors are coupled by arm members, the midpoint position of the arm members is controlled to the command position, and the arm Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-133867 discloses a linear actuator including a posture control unit that suppresses yawing of a member.

図5は、特許文献1に開示されている従来のリニアアクチュエータの構成を示す機能ブロック図である。第1リニアモータ10と第2リニアモータ20が所定距離を隔てて平行に配置されている。   FIG. 5 is a functional block diagram showing a configuration of a conventional linear actuator disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. The first linear motor 10 and the second linear motor 20 are arranged in parallel at a predetermined distance.

第1リニアモータ10上に配置されたステータ11に沿って面モータを内蔵するスライダ12が移動して位置制御される。スライダ12には、ステータ11に沿って配置されたスケール(図示せず)を読んで位置検出信号Xを出力する位置検出手段13が搭載されている。 A slider 12 incorporating a surface motor is moved along a stator 11 disposed on the first linear motor 10 to be position-controlled. The slider 12, the position detecting means 13 for outputting a position detection signal X M read the scale which is disposed along the stator 11 (not shown) is mounted.

同様に、第2リニアモータ20上に配置されたステータ21に沿って面モータを内蔵するスライダ22が移動して位置制御される。スライダ22には、ステータ21に沿って配置されたスケール(図示せず)を読んで位置検出信号Xsを出力する位置検出手段23が搭載されている。   Similarly, a slider 22 incorporating a surface motor moves along a stator 21 disposed on the second linear motor 20 to control the position. Position detecting means 23 for reading a scale (not shown) arranged along the stator 21 and outputting a position detection signal Xs is mounted on the slider 22.

第1リニアモータ10のスライダ12と第2リニアモータ20のスライダ22間は、アーム部材30でブリッジ状に結合されており、スライダ12,スライダ22,アーム部材30は一体で移動し、アーム部材30の中点31が仮想的な中点位置Xcとして位置制御される。   The slider 12 of the first linear motor 10 and the slider 22 of the second linear motor 20 are coupled in a bridge shape by an arm member 30, and the slider 12, the slider 22, and the arm member 30 move together, and the arm member 30. Is controlled as a virtual midpoint position Xc.

上位装置40からの位置指令Psは、中点位置制御部50の中点位置制御手段51に入力される。位置検出信号Xおよび位置検出信号Xsは、中点位置検出手段52に入力され、これらの和に基づき中点位置信号Xcが算出される。 The position command Ps from the host device 40 is input to the midpoint position control means 51 of the midpoint position control unit 50. Position detection signal X M and the position detection signal Xs is inputted into the middle point position detecting means 52, the middle point position signal Xc Based on these sums is calculated.

中点位置制御手段51は、位置指令Psと中点位置信号Xcとの偏差を演算した速度指令Vsを中点速度制御手段53に出力する。中点速度制御手段53は、中点位置信号Xcの変化率に基づいて速度を算出する速度検出手段54の速度信号Vcと速度指令Vsとの偏差を演算した推力指令Fcを出力する。   The midpoint position control means 51 outputs a speed command Vs obtained by calculating a deviation between the position command Ps and the midpoint position signal Xc to the midpoint speed control means 53. The midpoint speed control means 53 outputs a thrust command Fc obtained by calculating the deviation between the speed signal Vc of the speed detection means 54 that calculates the speed based on the rate of change of the midpoint position signal Xc and the speed command Vs.

推力指令Fcは、加算器61を介して後述の姿勢制御部90からの補正推力指令Feと加算されて第1ドライバ70に入力される。同様に、推力指令Fcは、減算器62を介して姿勢制御部90からの補正推力指令Feと減算されて第2ドライバ80に入力される。   The thrust command Fc is added to a corrected thrust command Fe from an attitude control unit 90 described later via an adder 61 and input to the first driver 70. Similarly, the thrust command Fc is subtracted from the corrected thrust command Fe from the attitude control unit 90 via the subtractor 62 and input to the second driver 80.

第1ドライバ70は、補正された推力指令(Fc+Fe)に基づく駆動電流Imを、第1リニアモータ10のスライダ12が備える面モータ(図示せず)に出力する。同様に、第2ドライバ80は、補正された推力指令(Fc−Fe)に基づく駆動電流Isを、第2リニアモータ20のスライダ22が備える面モータ(図示せず)に出力する。   The first driver 70 outputs a drive current Im based on the corrected thrust command (Fc + Fe) to a surface motor (not shown) included in the slider 12 of the first linear motor 10. Similarly, the second driver 80 outputs a drive current Is based on the corrected thrust command (Fc-Fe) to a surface motor (not shown) included in the slider 22 of the second linear motor 20.

アーム部材30が位置決めされた時、第1リニアアクチュエータのスライダ12と第2リニアアクチュエータのスライダ22は、進行方向に対して位置偏差(ヨーイング角度誤差、直角度誤差)を発生する。その発生要因は、以下の機械的特性である。
・ステージのレベル
・リニアモータの平行度
・アーム部材の捩れ
・制御対象の動的な遅れ(姿勢制御の対象は2次遅れ系のため)
・摩擦
・外乱等
When the arm member 30 is positioned, the slider 12 of the first linear actuator and the slider 22 of the second linear actuator generate a positional deviation (yaw angle error, squareness error) with respect to the traveling direction. The generation factor is the following mechanical characteristics.
-Stage level-Parallelism of linear motor-Torsion of arm member-Dynamic delay of control target (because the target of attitude control is a secondary delay system)
・ Friction, disturbance, etc.

姿勢制御部90は、XとXsの位置偏差によるアーム部材30のヨーイング角度を抑制する機能を持つ。姿勢制御部90より出力される補正推力指令Feにより、第1ドライバ70および第2ドライバ80への推力指令Fcを差動的に操作し、第1リニアアクチュエータのスライダ12の位置を矢印P方向に、第2リニアアクチュエータのスライダ22の位置を反対の矢印P´方向に操作してヨーイング角度を抑制する。 Posture control unit 90 has a function of suppressing the yawing angle of the arm member 30 by the position deviation of X M and Xs. The thrust command Fc to the first driver 70 and the second driver 80 is differentially manipulated by the corrected thrust command Fe output from the attitude control unit 90, and the position of the slider 12 of the first linear actuator is moved in the direction of arrow P. Then, the yaw angle is suppressed by operating the position of the slider 22 of the second linear actuator in the opposite arrow P ′ direction.

姿勢目標値θsは、ヨーイング角度を理想的な0度とするために、例えばθs=0に設定され、姿勢制御部90の姿勢制御手段91に入力される。位置検出信号Xおよび位置検出信号Xsは、姿勢検出手段92に入力され、これらの差に基づき出力角を表す姿勢信号θを算出する。 The posture target value θs is set to, for example, θs = 0 in order to set the yawing angle to an ideal 0 degree, and is input to the posture control means 91 of the posture control unit 90. Position detection signal X M and the position detection signal Xs is inputted to the posture detecting means 92 calculates the attitude signal θ representing the output angle based on these differences.

姿勢制御手段91は、姿勢目標値θs(=0または定数)と姿勢信号θとの偏差を演算した速度指令Vs´を速度制御手段93に出力する。速度制御手段93は、出力角θの変化率に基づいて角速度を算出する角速度検出手段94の出力θ´と速度指令Vs´との偏差を演算した補正推力指令Feを出力する。   The attitude control means 91 outputs a speed command Vs ′ obtained by calculating the deviation between the attitude target value θs (= 0 or a constant) and the attitude signal θ to the speed control means 93. The speed control means 93 outputs a corrected thrust command Fe obtained by calculating the deviation between the output θ ′ of the angular speed detection means 94 that calculates the angular speed based on the rate of change of the output angle θ and the speed command Vs ′.

図6は、中点位置制御部50及び姿勢制御部90においてディジタル処理で実行している従来の速度制御系を示す機能ブロック図である。速度指令Vcmdと速度フィードバック値Vfbの偏差Verrは、速度制御比例ゲインKvを経て推力指令fを制御対象(質量m)に与える。フィードバック回路では、制御対象の速度Voをディジタル処理して速度フィードバック値Vfbを生成している。   FIG. 6 is a functional block diagram showing a conventional speed control system that is executed by digital processing in the midpoint position control unit 50 and the attitude control unit 90. The deviation Verr between the speed command Vcmd and the speed feedback value Vfb gives the thrust command f to the controlled object (mass m) via the speed control proportional gain Kv. In the feedback circuit, the speed Vo to be controlled is digitally processed to generate a speed feedback value Vfb.

特開2006−101570号公報JP 2006-101570 A 「入門現代制御理論」白石昌武著 日刊工業新聞社 1997年6月10日初版4刷発行"Introduction to Modern Control Theory" by Masatake Shiraishi, Nikkan Kogyo Shimbun, June 10, 1997, first edition, 4th edition issued

従来の速度制御系では、リアルタイムエンコーダで構成される位置検出手段13,23の位置情報の差分値(現在位置と1サンプル前の位置の差)とサンプル時間から制御対象の速度Voを算出している。   In the conventional speed control system, the speed Vo to be controlled is calculated from the difference value (difference between the current position and the position one sample before) of the position information of the position detectors 13 and 23 constituted by a real-time encoder and the sample time. Yes.

位置分解能(差分値)ΔXとサンプル時間ΔTから速度分解能ΔVを算出すると、次式となる。
ΔV=ΔX/ΔT
When the velocity resolution ΔV is calculated from the position resolution (difference value) ΔX and the sample time ΔT, the following equation is obtained.
ΔV = ΔX / ΔT

速度制御の制御帯域を上げるために、速度分解能ΔVを上げるには、上式より、
(a)位置分解能ΔXを小さくする
(b)サンプル時間ΔTを長くする
ことで実現される。
In order to increase the speed resolution ΔV in order to increase the control band of speed control,
(A) The position resolution ΔX is reduced (b) The sampling time ΔT is increased.

位置分解能ΔXは、エンコーダの構造上制約がある。従って、サンプル時間ΔTを長く設定した場合には、制御対象の早い速度変化に対応することができなくなり、速度制御の信頼性が低下するので、制約がある。   The position resolution ΔX is limited due to the structure of the encoder. Therefore, when the sample time ΔT is set to be long, it becomes impossible to cope with the rapid speed change of the controlled object, and the reliability of the speed control is lowered, so there is a limitation.

従って、位置情報の差分値とサンプル時間による従来の速度算出手法では、速度制御の信頼性を低下させることなく速度分解能を上げることができないので、制御帯域を上げることが困難であるという問題がある。   Accordingly, the conventional speed calculation method based on the difference value of the position information and the sample time has a problem that it is difficult to increase the control bandwidth because the speed resolution cannot be increased without reducing the reliability of the speed control. .

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、位置情報の差分値とサンプル時間に依存することなく速度情報を生成して制御帯域を上げることを可能とするリニアアクチュエータの実現を目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and realizes a linear actuator that can generate velocity information and increase a control band without depending on a difference value of position information and a sampling time. It is an object.

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)面モータを有するスライダの位置検出値と位置指令値との偏差を演算して速度指令値を出力する位置制御手段と、前記スライダの速度検出値と前記速度指令値との偏差を演算して前記面モータに推力指令を出力する速度制御手段とを具備するリニアアクチュエータにおいて、
前記位置検出値及び前記推力指令に基づいて、前記速度検出値を推定演算する状態推定器を備えることを特徴とするリニアアクチュエータ。
In order to achieve such a subject, the present invention has the following configuration.
(1) Position control means for calculating a deviation between a position detection value of a slider having a surface motor and a position command value and outputting a speed command value; and calculating a deviation between the speed detection value of the slider and the speed command value In a linear actuator comprising speed control means for outputting a thrust command to the surface motor,
A linear actuator comprising: a state estimator for estimating and calculating the speed detection value based on the position detection value and the thrust command.

(2)前記状態推定器は、位置検出値をx(t)、前記推力指令をf(t)、前記スライダの質量をm、粘性係数をd、復元係数をk、定数をAとするとき、前記スライダの運動方程式、
m・dx(t)/dt+d・dx(t)/dt+k・x(t)=A・f(t)
に基づいて、前記速度検出値dx(t)/dtを推定演算することを特徴とする(1)に記載のリニアアクチュエータ。
(2) When the position estimator is x (t), the thrust command is f (t), the mass of the slider is m, the viscosity coefficient is d, the restoration coefficient is k, and the constant is A , Equation of motion of the slider,
m · d 2 x (t) / dt 2 + d · dx (t) / dt + k · x (t) = A · f (t)
The linear actuator according to (1), wherein the speed detection value dx (t) / dt is estimated based on

(3)所定距離を隔てて平行に配置された一対のリニアモータの夫々のスライダをアーム部材で結合し、前記位置制御手段及び前記推力指令を出力する速度制御手段により前記アーム部材の中点の位置制御及び速度制御を実行することを特徴とする(1)または(2)に記載のリニアアクチュエータ。 (3) The sliders of a pair of linear motors arranged in parallel at a predetermined distance are coupled by an arm member, and the position control means and the speed control means for outputting the thrust command are used to determine the midpoint of the arm member. The linear actuator according to (1) or (2), wherein position control and speed control are executed.

(4)前記アーム部材のヨーイング角の検出値とヨーイング角目標値との偏差を演算して角速度指令値を出力する姿勢制御手段と、前記アーム部材の角速度検出値と前記角速度指令値との偏差を演算して前記推力指令を出力する速度制御手段とを備えることを特徴とする(3)に記載のリニアアクチュエータ。 (4) Attitude control means for calculating a deviation between a detected value of the yawing angle of the arm member and a target value of the yawing angle and outputting an angular velocity command value; and a deviation between the detected angular velocity value of the arm member and the angular velocity command value The linear actuator according to (3), further comprising a speed control unit that calculates the thrust command and outputs the thrust command.

(5)前記アーム部材のヨーイング角の検出値及び前記推力指令に基づいて、前記ヨーイング角の角速度の検出値を推定演算する状態推定器を備えることを特徴とする(4)に記載のリニアアクチュエータ。 (5) The linear actuator according to (4), further comprising a state estimator that estimates and calculates a detected value of an angular velocity of the yawing angle based on a detected value of the yawing angle of the arm member and the thrust command. .

(6)前記状態推定器は、ヨーイング角の検出値をθ(t)、前記推力指令をf(t)、前記アーム部材の慣性モーメントをJ、粘性係数をD、復元係数をK、定数をAとするとき、
J・dθ(t)/dt+D・θ(t)/dt+K・θ(t)=A・f(t)
に基づいて、前記角速度検出値dθ(t)/dtを推定演算することを特徴とする(5)に記載のリニアアクチュエータ。
(6) The state estimator uses the detected value of the yawing angle as θ (t), the thrust command as f (t), the inertia moment of the arm member as J, the viscosity coefficient as D, the restoration coefficient as K, and the constant as When A
J · d 2 θ (t) / dt 2 + D · θ (t) / dt + K · θ (t) = A · f (t)
The linear actuator according to (5), wherein the detected angular velocity value dθ (t) / dt is calculated based on

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)状態推定器による速度推定演算により、従来手法による離散的な速度情報に対してより連続・滑らかな波形の速度情報をリアルタイムに得ることができ、速度制御の制御性を向上させることができる。
According to the present invention, the following effects can be expected.
(1) By speed estimation calculation by the state estimator, speed information of a continuous and smooth waveform can be obtained in real time with respect to discrete speed information by the conventional method, and controllability of speed control can be improved. it can.

(2)状態推定器による速度推定演算により、位置情報の差分値とサンプル時間に依存することなく速度情報をリアルタイムに生成できるので、制御帯域を上げて高速時のオーバーシュートを抑制した速度制御を実現することができる。 (2) Since speed information can be generated in real time without depending on the difference value of the position information and the sampling time by speed estimation calculation by the state estimator, speed control that increases the control band and suppresses overshoot at high speed is possible. Can be realized.

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図1は、本発明を適用した速度制御系を示す機能ブロック図であり、シングル構成のリニアモータのスライダの速度制御系を示したものである。図6で説明した従来の速度制御系と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing a speed control system to which the present invention is applied, and shows a speed control system for a slider of a linear motor having a single configuration. The same elements as those in the conventional speed control system described with reference to FIG.

フィードバック回路に設けた状態推定器100は、制御対象への推力指令fと現在位置x1を入力し、リアルタイムの推定速度x2(ハット付)を出力する。状態推定器は制御分野では周知の技術であり、非特許文献1に理論の開示がある。   A state estimator 100 provided in the feedback circuit receives a thrust command f to be controlled and a current position x1, and outputs a real-time estimated speed x2 (with a hat). The state estimator is a well-known technique in the control field, and Non-Patent Document 1 discloses the theory.

以下式(1)〜式(3)により状態推定器の基本機能を説明する。制御対象(リニアモータ、ブリッジ構成のリニアアクチュエータの中点、アーム部材の姿勢制御系)の運動方程式は、x(t):位置、f(t):推力、m:質量、d:粘性係数、k:復元係数とするとき、式(1)で表記される。   The basic function of the state estimator will be described below using Equations (1) to (3). The equation of motion of the control target (linear motor, midpoint of bridge-structured linear actuator, arm member attitude control system) is x (t): position, f (t): thrust, m: mass, d: viscosity coefficient, k: When used as a restoration coefficient, it is expressed by equation (1).

Figure 2009032008
Figure 2009032008

なお、式(1)は次の式のようにも表現できる。
m・dx(t)/dt+d・dx(t)/dt+k・x(t)=A・f(t)
Equation (1) can also be expressed as the following equation.
m · d 2 x (t) / dt 2 + d · dx (t) / dt + k · x (t) = A · f (t)

ここで、位置、速度、加速度を式(2)のように定義することで式(1)の運動方程式は、式(3)で表記される。   Here, by defining the position, velocity, and acceleration as in Expression (2), the equation of motion of Expression (1) is expressed by Expression (3).

Figure 2009032008
Figure 2009032008

Figure 2009032008
Figure 2009032008

この一般式に基づいて実測した位置情報及び推力から速度情報を推定するプロセスを式(4)〜式(14)により説明する。式(2)で定義した速度を、式(4)に示す推定速度x2(ハット付)で表記する。   A process for estimating speed information from position information and thrust measured based on this general formula will be described with reference to formulas (4) to (14). The speed defined by Expression (2) is represented by the estimated speed x2 (with hat) shown in Expression (4).

Figure 2009032008
Figure 2009032008

同様に、式(2)で定義した加速度を、式(5)に示す推定加速度x2(ハット付)で表記する。   Similarly, the acceleration defined by Expression (2) is expressed as estimated acceleration x2 (with a hat) shown in Expression (5).

Figure 2009032008
Figure 2009032008

式(4)の両辺に定数cを乗算して式(6)を得る。   Expression (6) is obtained by multiplying both sides of Expression (4) by a constant c.

Figure 2009032008
Figure 2009032008

式(5)と式(6)の差を演算して式(7)を得る。   The difference between Expression (5) and Expression (6) is calculated to obtain Expression (7).

Figure 2009032008
Figure 2009032008

ここで、式(7)の左辺をzと定義して推定速度x2(ハット付)を求めると式(8)を得る。   Here, when the estimated speed x2 (with a hat) is obtained by defining the left side of the equation (7) as z, the equation (8) is obtained.

Figure 2009032008
Figure 2009032008

式(8)を微分して式(7)を代入することで、式(9)を得る。   Expression (9) is obtained by differentiating Expression (8) and substituting Expression (7).

Figure 2009032008
Figure 2009032008

式(9)の右辺の−(c+d/m)zを左辺に移動した値をゼロとし、これをzについて解くことで式(10)を得る。   The value obtained by moving-(c + d / m) z on the right side of Equation (9) to the left side is set to zero, and this is solved for z to obtain Equation (10).

Figure 2009032008
Figure 2009032008

式(10)の特性根λ及び定数cは、式(11)で求められる。特性根λが負のとき速度制御系は安定する。   The characteristic root λ and the constant c in Expression (10) are obtained by Expression (11). When the characteristic root λ is negative, the speed control system is stable.

Figure 2009032008
Figure 2009032008

式(10)を式(9)に代入することで、式(12)を得る。   By substituting equation (10) into equation (9), equation (12) is obtained.

Figure 2009032008
Figure 2009032008

以上をまとめると、zの微分値並びに推定速度x2(ハット付)は、式(13)及び式(14)で表記される。   To summarize the above, the differential value of z and the estimated speed x2 (with a hat) are expressed by Expression (13) and Expression (14).

Figure 2009032008
Figure 2009032008

Figure 2009032008
Figure 2009032008

図1に示す状態推定器100を構成する機能ブロックは、式(13)及び式(14)を機能ブロックで表現したものである。このような機能ブロック構成により、数学的に微分方程式を解く煩雑な計算をしないで、推定速度x2(ハット付)を求めることができる。   The functional blocks constituting the state estimator 100 shown in FIG. 1 are expressions (13) and (14) expressed as functional blocks. With such a functional block configuration, the estimated speed x2 (with a hat) can be obtained without complicated calculations for mathematically solving the differential equation.

図1に示す状態推定器100を構成する機能ブロックは、汎用的な状態推定器を表している。図2は、本発明の状態推定器を、ブリッジ構成のリニアモータの中点制御系に適用した場合の機能ブロック図である。この状態推定器200は、汎用的な状態推定器100におけるk=0、A=1として得られる。   The functional blocks constituting the state estimator 100 shown in FIG. 1 represent a general-purpose state estimator. FIG. 2 is a functional block diagram when the state estimator of the present invention is applied to a midpoint control system of a linear motor having a bridge configuration. This state estimator 200 is obtained as k = 0 and A = 1 in the general-purpose state estimator 100.

図3は、本発明の状態推定器を、ブリッジ構成のリニアモータにおけるアーム部材の姿勢制御系に適用した場合の機能ブロック図である。この状態推定器300は、汎用的な状態推定器100におけるm=J(慣性モーメント)、d=D、k=K、A=L/2(L:アーム部材の長さ)として得られる。   FIG. 3 is a functional block diagram when the state estimator of the present invention is applied to an attitude control system of an arm member in a bridge-structured linear motor. This state estimator 300 is obtained as m = J (moment of inertia), d = D, k = K, and A = L / 2 (L: length of arm member) in the general state estimator 100.

姿勢制御の入力は角度θであるため、状態推定器300で扱う運動式は、ヨーイング角の検出値をθ(t)、推力指令をf(t)、アーム部材の慣性モーメントをJ、粘性係数をD、復元係数をK、定数をAとするとき、
J・dθ(t)/dt+D・θ(t)/dt+K・θ(t)=A・f(t)
で表記され、速度検出値dθ(t)/dtを推定演算する。
Since the input of the attitude control is the angle θ, the motion equation handled by the state estimator 300 is that the detected value of the yawing angle is θ (t), the thrust command is f (t), the inertia moment of the arm member is J, the viscosity coefficient Is D, the restoration coefficient is K, and the constant is A,
J · d 2 θ (t) / dt 2 + D · θ (t) / dt + K · θ (t) = A · f (t)
The speed detection value dθ (t) / dt is estimated and calculated.

図4は、本発明を適用した状態推定器を備える速度制御系を、中点位置制御部50及び姿勢制御部90内に備えるリニアアクチュエータの一実施形態を示す機能ブロック図である。図5で説明した従来構成と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。   FIG. 4 is a functional block diagram showing an embodiment of a linear actuator provided with a speed control system including a state estimator to which the present invention is applied, in the midpoint position control unit 50 and the attitude control unit 90. The same elements as those of the conventional configuration described with reference to FIG.

中点位置制御部50における状態推定器200及び姿勢制御部90における状態推定器300が、従来構成に対して速度制御系の制御特性を改善した本発明実施形態の特徴部である。   The state estimator 200 in the midpoint position control unit 50 and the state estimator 300 in the attitude control unit 90 are characteristic portions of the embodiment of the present invention in which the control characteristics of the speed control system are improved compared to the conventional configuration.

本発明を適用した速度制御系を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the speed control system to which this invention is applied. 本発明の状態推定器を、ブリッジ構成のリニアモータの中点制御系に適用した場合の機能ブロック図である。It is a functional block diagram at the time of applying the state estimator of this invention to the midpoint control system of the linear motor of a bridge | bridging structure. 本発明の状態推定器を、ブリッジ構成のリニアモータにおけるアーム部材の姿勢制御系に適用した場合の機能ブロック図である。It is a functional block diagram at the time of applying the state estimator of this invention to the attitude | position control system of the arm member in the linear motor of bridge | bridging structure. 本発明を適用した速度制御系を備えるリニアアクチュエータの一実施形態を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing one embodiment of a linear actuator provided with a speed control system to which the present invention is applied. 特許文献1に開示されている従来のリニアアクチュエータの構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the conventional linear actuator currently disclosed by patent document 1. FIG. 中点位置制御部及び姿勢制御部においてディジタル処理で実行している従来の速度制御系を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the conventional speed control system currently performed by the digital process in a midpoint position control part and an attitude | position control part.

符号の説明Explanation of symbols

10 第1リニアモータ
20 第2リニアモータ
11,21 ステータ
12,22 スライダ
13,23 位置検出手段
30 アーム部材
40 上位装置
50 中点位置制御部
51 中点位置制御手段
52 中点位置検出手段
53 中点速度制御手段
200 状態推定器
61 加算器
62 減算器
70 第1ドライバ
80 第2ドライバ
90 姿勢制御部
91 姿勢制御手段
92 姿勢検出手段
93 速度制御手段
300 状態推定器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 1st linear motor 20 2nd linear motor 11,21 Stator 12,22 Slider 13,23 Position detection means 30 Arm member 40 High-order apparatus 50 Midpoint position control part 51 Midpoint position control means 52 Midpoint position detection means 53 Middle Point speed control means 200 State estimator 61 Adder 62 Subtractor 70 First driver 80 Second driver 90 Attitude control section 91 Attitude control means 92 Attitude detection means 93 Speed control means 300 State estimator

Claims (6)

面モータを有するスライダの位置検出値と位置指令値との偏差を演算して速度指令値を出力する位置制御手段と、前記スライダの速度検出値と前記速度指令値との偏差を演算して前記面モータに推力指令を出力する速度制御手段とを具備するリニアアクチュエータにおいて、
前記位置検出値及び前記推力指令に基づいて、前記速度検出値を推定演算する状態推定器を備えることを特徴とするリニアアクチュエータ。
Position control means for calculating a deviation between a position detection value of a slider having a surface motor and a position command value and outputting a speed command value; and calculating a deviation between the speed detection value of the slider and the speed command value In a linear actuator comprising a speed control means for outputting a thrust command to a surface motor,
A linear actuator comprising: a state estimator for estimating and calculating the speed detection value based on the position detection value and the thrust command.
前記状態推定器は、位置検出値をx(t)、前記推力指令をf(t)、前記スライダの質量をm、粘性係数をd、復元係数をk、定数をAとするとき、前記スライダの運動方程式、
m・dx(t)/dt+d・dx(t)/dt+k・x(t)=A・f(t)
に基づいて、前記速度検出値dx(t)/dtを推定演算することを特徴とする請求項1に記載のリニアアクチュエータ。
When the position estimator is x (t), the thrust command is f (t), the mass of the slider is m, the viscosity coefficient is d, the restoration coefficient is k, and the constant is A, the slider Equation of motion,
m · d 2 x (t) / dt 2 + d · dx (t) / dt + k · x (t) = A · f (t)
The linear actuator according to claim 1, wherein the speed detection value dx (t) / dt is estimated based on the calculation.
所定距離を隔てて平行に配置された一対のリニアモータの夫々のスライダをアーム部材で結合し、前記位置制御手段及び前記推力指令を出力する速度制御手段により前記アーム部材の中点の位置制御及び速度制御を実行することを特徴とする請求項1または2に記載のリニアアクチュエータ。   The sliders of a pair of linear motors arranged in parallel at a predetermined distance are coupled by arm members, and the position control means and the speed control means for outputting the thrust command are used to control the position of the middle point of the arm members. The linear actuator according to claim 1, wherein speed control is executed. 前記アーム部材のヨーイング角の検出値とヨーイング角目標値との偏差を演算して角速度指令値を出力する姿勢制御手段と、前記アーム部材の角速度検出値と前記角速度指令値との偏差を演算して前記推力指令を出力する速度制御手段とを備えることを特徴とする請求項3に記載のリニアアクチュエータ。   Attitude control means for calculating a deviation between a detected value of the yawing angle of the arm member and a target yawing angle value and outputting an angular velocity command value; and calculating a deviation between the detected angular velocity value of the arm member and the angular velocity command value. The linear actuator according to claim 3, further comprising speed control means for outputting the thrust command. 前記アーム部材のヨーイング角の検出値及び前記推力指令に基づいて、前記ヨーイング角の角速度の検出値を推定演算する状態推定器を備えることを特徴とする請求項4に記載のリニアアクチュエータ。   The linear actuator according to claim 4, further comprising a state estimator that estimates and calculates an angular velocity detection value of the yawing angle based on a detection value of the yawing angle of the arm member and the thrust command. 前記状態推定器は、ヨーイング角の検出値をθ(t)、前記推力指令をf(t)、前記アーム部材の慣性モーメントをJ、粘性係数をD、復元係数をK、定数をAとするとき、
J・dθ(t)/dt+D・θ(t)/dt+K・θ(t)=A・f(t)
に基づいて、前記角速度検出値dθ(t)/dtを推定演算することを特徴とする請求項5に記載のリニアアクチュエータ。
The state estimator sets the detected value of the yawing angle as θ (t), the thrust command as f (t), the inertia moment of the arm member as J, the viscosity coefficient as D, the restoration coefficient as K, and the constant as A. When
J · d 2 θ (t) / dt 2 + D · θ (t) / dt + K · θ (t) = A · f (t)
The linear actuator according to claim 5, wherein the angular velocity detection value dθ (t) / dt is estimated based on the calculation.
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