特許 6059891 位置決め装置の制御装置及び電子部品の実装装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6059891

(24)【登録日】2016年12月16日

(45)【発行日】2017年1月11日

(54)【発明の名称】位置決め装置の制御装置及び電子部品の実装装置

(51)【国際特許分類】

   G05D 3/12 20060101AFI20161226BHJP

   G05B 13/02 20060101ALI20161226BHJP

【ＦＩ】

   G05D3/12 305V

   G05B13/02 C

【請求項の数】9

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2012-128111(P2012-128111)

(22)【出願日】2012年6月5日

(65)【公開番号】特開2013-254257(P2013-254257A)

(43)【公開日】2013年12月19日

【審査請求日】2015年5月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003399

【氏名又は名称】ＪＵＫＩ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100132067

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 喜雅

(74)【代理人】

【識別番号】100150304

【弁理士】

【氏名又は名称】溝口 勉

(72)【発明者】

【氏名】中村 明彦

(72)【発明者】

【氏名】伊久美 啓

【審査官】 後藤 健志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−０１０４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２３１２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平９−５０１１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１６９５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０００４６８９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｄ ３／００− ３／２０

Ｇ０５Ｂ １３／００−１３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータによって負荷を所定位置に位置決めする位置決め装置の制御装置であって、
前記モータに対する電流指令値に基づいて前記モータを制御する制御系と、
前記モータに対する電流指令値とモータ速度から外乱を推定して、前記モータに対する電流指令値にフィードバックする外乱オブザーバとを備え、
前記外乱オブザーバは、前記外乱の一部に含まれる摩擦パラメータをモータ速度の増加に伴って摩擦が小さくなる関数とし、当該関数を含む外乱モデルに基づくことを特徴とする位置決め装置の制御装置。

【請求項2】

前記外乱オブザーバは、Ｂを摩擦係数、ｕをモータ速度、ａを定数としたとき、前記摩擦パラメータとして式（１）の関数を含む外乱モデルに基づくことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置の制御装置。

【数1】

【請求項3】

前記外乱オブザーバは、Ｂを摩擦係数、ｕをモータ速度としたとき、前記摩擦パラメータとして式（２）の関数を含む外乱モデルに基づくことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置の制御装置。

【数2】

【請求項4】

前記外乱オブザーバは、Ｂを摩擦係数、ｕをモータ速度、ａを定数としたとき、前記摩擦パラメータとして式（３）の関数を含む外乱モデルに基づくことを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置の制御装置。

【数3】

【請求項5】

前記外乱オブザーバは、前記モータの起動時には前記摩擦係数を最小値にすることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の位置決め装置の制御装置。

【請求項6】

前記外乱オブザーバは、所定速度以下のモータ速度で駆動される場合には前記摩擦係数を最小値にすることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の位置決め装置の制御装置。

【請求項7】

前記外乱オブザーバは、前記摩擦パラメータとしての関数に対して複数の摩擦係数を有しており、位置決め位置に応じて摩擦係数を動的に切り替えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の位置決め装置の制御装置。

【請求項8】

前記外乱オブザーバは、位置偏差の量を一定値以下にするように、摩擦係数を動的に調整することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の位置決め装置の制御装置。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれかに記載の位置決め装置の制御装置を備えたことを特徴とする電子部品の実装装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、チップマウンタ等の電子部品の実装装置で用いられる位置決め装置の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、チップマウンタ等で用いられる位置決め装置は、回転型モータの駆動軸にボールねじを連結した構成、又は回転型モータの駆動軸に固定されたプーリにタイミングベルトを掛け渡した構成となっている。この位置決め装置では、回転型モータからの出力がボールねじやタイミングベルトを介して可動子である負荷に伝達されることで、負荷が所定の位置に位置付けられる。この場合、モータと負荷がボールねじやタイミングベルト等の弾性体で連結されているため、２慣性以上の共振系とみなすことができる。このような、２慣性以上の共振系では、例えば、複数の外乱オブザーバを設けた共振比制御を行うことが提案されている（特許文献１参照、非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−０４３８８４号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】結城他、「共振比制御による２慣性共振系の振動抑制制御」、電気学会論文誌Ｄ、平成５年、１１３巻、１０号、１１６２頁−１１６９頁

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

チップマウンタ等において位置決めを行う際には、搭載部品の生産性を上げるために、モータの駆動軸の高速かつ高加減速な制御が要求される。モータの駆動軸の速度及び加減速度を高くすると、位置決め性能を上限まで高めようとして制御ゲインを大きく上げた場合に、位置決め整定時にオーバーシュートが発生し易い。オーバーシュートは整定時間や位置決め精度に悪影響を与えるため、オーバーシュートを無くすことが望ましい。しかしながら、オーバーシュートを無くすためには、速度や加減速度を低くするか、制御ゲインを下げなければならなかった。

【0006】

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、オーバーシュートを抑制することができ、高速かつ高精度の位置決めを行うことができる位置決め装置の制御装置及び電子部品の実装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】

【0007】

本発明の位置決め装置の制御装置は、モータによって負荷を所定位置に位置決めする位置決め装置の制御装置であって、前記モータに対する電流指令値に基づいて前記モータを制御する制御系と、前記モータに対する電流指令値とモータ速度から外乱を推定して、前記モータに対する電流指令値にフィードバックする外乱オブザーバとを備え、前記外乱オブザーバは、前記外乱の一部に含まれる摩擦パラメータをモータ速度の増加に伴って摩擦が小さくなる関数とし、当該関数を含む外乱モデルに基づくことを特徴とする。

【0008】

この構成によれば、外乱オブザーバの摩擦パラメータによってオーバーシュートを抑制することができ、高速の整定や高精度の位置決めを行うことができる。外乱オブザーバの外乱として摩擦パラメータを設けるだけでよいので、状態フィードバック制御やＨ∞制御に比べて簡易な構成で演算量が少なく、高価なＣＰＵ等が不要である。また、現場での調整実施も可能である。また、装置剛性を高めることなくオーバーシュートが抑制されるため、装置全体の重量を抑えて省エネルギーとコスト低減を実現できる。

【0010】

また本発明の上記位置決め装置の制御装置において、前記外乱オブザーバは、Ｂを摩擦係数、ｕをモータ速度、ａを定数としたとき、前記摩擦パラメータとして式（１）の関数を含む外乱モデルに基づいている。

【数1】

【0011】

また本発明の上記位置決め装置の制御装置において、前記外乱オブザーバは、Ｂを摩擦係数、ｕをモータ速度としたとき、前記摩擦パラメータとして式（２）の関数を含む外乱モデルに基づいている。

【数2】

【0012】

また本発明の上記位置決め装置の制御装置において、前記外乱オブザーバは、Ｂを摩擦係数、ｕをモータ速度、ａを定数としたとき、前記摩擦パラメータとして式（３）の関数を含む外乱モデルに基づいている。

【数3】

【0013】

これらの構成によれば、モータ速度の増加時には摩擦の影響が小さくなるので、摩擦パラメータによるモータ出力の損失を防ぐことができる。また、モータ速度の減速時には摩擦の影響が大きくなるので、オーバーシュートを抑制して整定時間を短くできる。よって、高速かつ高精度に位置決めすることができる。

【0014】

また本発明の上記位置決め装置の制御装置において、前記外乱オブザーバは、前記モータの起動時には前記摩擦係数を最小値にする。この構成によれば、モータ起動時に摩擦係数によるモータ出力の損失を防ぐことができる。

【0015】

また本発明の上記位置決め装置の制御装置において、前記外乱オブザーバは、所定速度以下のモータ速度で駆動される場合には前記摩擦係数を最小値にする。この構成によれば、オーバーシュートが生じない程度のモータ速度では、摩擦係数によるモータ出力の損失を防ぐことができる。

【0016】

また本発明の上記位置決め装置の制御装置において、前記外乱オブザーバは、前記摩擦パラメータとしての関数に対して複数の摩擦係数を有しており、位置決め位置に応じて摩擦係数を動的に切り替える。この構成によれば、位置決め位置によって変化するオーバーシュートの挙動に合わせた摩擦係数に切り替えることで、最適な位置決めが可能となる。

【0017】

また本発明の上記位置決め装置の制御装置において、前記外乱オブザーバは、位置偏差の量を一定値以下にするように、前記摩擦係数を動的に調整する。この構成によれば、位置偏差の量に応じて摩擦係数を変更することで、最適な位置決めが可能となる。

【0018】

また本発明の電子部品の実装装置は、上記位置決め装置の制御装置を備えたことを特徴とする。この構成によれば、高速かつ高精度に電子部品を基材に実装することができる。

【0019】

本発明の他の位置決め装置の制御装置は、モータによって負荷を所定位置に位置決めする位置決め装置の制御装置であって、前記モータに対する電流指令値に基づいて前記モータを制御する制御系と、前記モータの出力軸の角度位置を検出する角度位置検出器と、前記出力軸の角度位置に応じた軸ねじれ反力と前記モータに対する電流指令値とモータ速度とから外乱を推定して、前記モータに対する電流指令値にフィードバックする外乱オブザーバとを備えたことを特徴とする。

【0020】

この構成によれば、軸ねじれ反力による外乱を推定してモータに対する電流指令値にフィードバックされるため、モータと負荷との間の剛性が小さい場合であっても振動を早めに収束させることができる。また、位置決め時のオーバーシュートが抑制されるため、整定時間を短くして、高速かつ高精度に位置決めすることができる。また、負荷側の動作を軸ねじれ反力を通して制御に反映できるので、負荷イナーシャのノミナル値の変動の影響を受けることがない。また、状態フィードバック制御、Ｈ∞制御、共振比制御に比べて簡易な構成で演算量が少なく、高価なＣＰＵ等が不要である。さらに、装置剛性を高めることなくオーバーシュートが抑制されるため、装置全体の重量を抑えて省エネルギーとコスト低減を実現できる。

【0021】

また本発明の上記他の位置決め装置の制御装置において、前記外乱オブザーバは、モータの出力軸に負荷がバネ性を持って接続される系において、前記出力軸の角度位置を入力とし、軸ねじれ反力を出力とする伝達関数とに基づいて軸ねじれ反力を算出する。

【0022】

また本発明の上記他の位置決め装置の制御装置において、前記外乱オブザーバは、Ｋ_ｆをバネ定数、Ｊ_ｌを負荷イナーシャ、ｓをラプラス演算子、θ_ｍを前記出力軸の角度位置としたとき、前記伝達関数として式（４）を用いて軸ねじれ反力を算出する。

【数4】

【0023】

これらの構成によれば、負荷の移動位置を直接検出することなく、軸ねじれ反力を算出することができる。よって、リニアエンコーダ等の移動位置検出器を持たないセミクローズド制御系においても、外乱オブザーバに対して軸ねじれ反力を考慮した外乱を推定させることができる。

【0024】

また本発明の上記他の位置決め装置の制御装置において、前記外乱オブザーバは、前記伝達関数に用いられるバネ定数を、前記負荷の移動位置に応じて補正する。この構成によれば、負荷の移動位置に応じて変化するモータと負荷との間の剛性に合わせて、バネ定数を補正することで、より高いロバスト性を保ち、効果的に振動抑制できる。

【0025】

また本発明の上記他の位置決め装置の制御装置において、前記負荷の移動位置を検出する移動位置検出器を備え、前記外乱オブザーバは、前記出力軸の角度位置と前記移動位置検出器で検出された前記負荷の移動位置とに基づいて軸ねじれ反力を算出する。この構成によれば、負荷の移動位置を直接検出して、軸ねじれ反力を算出することができる。よって、リニアエンコーダで負荷の位置を直接検出するフルクローズド制御系においても、外乱オブザーバに対して軸ねじれ反力を考慮した外乱を推定させることができる。

【0026】

また本発明の上記他の位置決め装置の制御装置において、前記外乱オブザーバは、前記出力軸の角度位置と前記負荷の移動位置との差分にバネ定数を乗算して前記軸ねじれ反力を算出しており、当該バネ定数を、前記負荷の移動位置に応じて補正する。この構成によれば、負荷の移動位置に応じて変化するモータと負荷との間の剛性に合わせて、バネ定数を補正することで、より高いロバスト性を保ち、効果的に振動抑制できる。

【0027】

また本発明の電子部品の他の実装装置は、上記他の位置決め装置の制御装置を備えたことを特徴とする。この構成によれば、高速かつ高精度に電子部品を基材に実装することができる。

【発明の効果】

【0028】

本発明によれば、外乱オブザーバを外乱の一部に摩擦パラメータを含む外乱モデルに基づいて設計することで、オーバーシュートを抑制することができ、高速かつ高精度の位置決めを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】電子部品の実装装置の全体図である。

【図2】通常の外乱オブザーバのブロック線図である。

【図3】摩擦パラメータを含む外乱オブザーバのブロック線図である。

【図4】摩擦パラメータを含む外乱オブザーバのブロック線図である。

【図5】摩擦パラメータを含む外乱オブザーバを適用した位置決め装置の制御装置のブロック線図である。

【図6】式（１）に示す関数の特性の説明図である。

【図7】式（１）の関数を用いた場合の位置決め整定のシミュレーション結果である。

【図8】式（２）に示す関数の特性の説明図である。

【図9】式（３）に示す関数の特性の説明図である。

【図10】２慣性共振系のモデルの説明図である。

【図11】通常の外乱オブザーバを適用した位置決め装置の制御装置のブロック線図である。

【図12】フルクローズド制御において軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを適用した位置決め装置の制御装置のブロック線図である。

【図13】セミクローズド制御において軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを適用した位置決め装置の制御装置のブロック線図である。

【図14】バネ定数が１２５０である場合の位置決め整定のシミュレーション結果である。

【図15】バネ定数が１２０である場合の位置決め整定のシミュレーション結果である。

【図16】バネ定数が１０である場合の位置決め整定のシミュレーション結果である。

【図17】オブザーバゲインを調整した場合の位置決め整定のシミュレーション結果である。

【図18】負荷イナーシャのノミナル値が変動した場合の位置決め整定のシミュレーション結果である。

【図19】負荷イナーシャのノミナル値が変動した場合の位置決め整定のシミュレーション結果である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、図１から図７を参照して、本発明の第１の実施の形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る電子部品の実装装置の全体図である。なお、以下においては、モジュラー型の実装装置に本発明の位置決め装置の制御装置を適用した構成を例示して説明するが、これに限定されるものではない。例えば、本発明の位置決め装置の制御装置をロータリー型の実装装置で使用される位置決め装置にも適用可能である。

【0031】

実装装置１は、フィーダ３から供給された電子部品を、実装ヘッド４によって基台２上の基板Ｗ（基材）に実装するように構成されている。基台２上には、実装ヘッド４をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる実装ヘッド移動機構５が設けられている。実装ヘッド移動機構５は、基台２の四隅に立設された支柱部６により支持されており、基台２上面から所定の高さで実装ヘッド４をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる。

【0032】

実装ヘッド移動機構５は、不図示のモータによってＸ軸テーブル１１（負荷）に沿って実装ヘッド４（負荷）をＸ軸方向に移動させる。また、実装ヘッド移動機構５は、不図示のモータによってＸ軸テーブル１１と共に実装ヘッド４をＹ軸テーブル１２及びスライドガイド１３に沿ってＹ軸方向に移動させる。このような構成により、実装ヘッド４は、基板Ｗの上方を水平移動され、フィーダ３から供給された電子部品を基板Ｗの所望の位置に搬送することが可能となっている。

【0033】

基台２上には、実装ヘッド４の下方に基板Ｗ（負荷）を位置付ける基板搬送部７が設けられている。基板搬送部７は、Ｘ軸方向に延在する搬送ベルト等により、一端側から部品実装前の基板Ｗを取り込み、他端側から部品実装後の基板Ｗを搬出する。本実施の形態に係る位置決め装置の制御装置は、実装装置１においてモータ駆動される実装ヘッド移動機構５や基板搬送部７等に適用される。そして、モールねじやタイミングベルト等の弾性体でモータと負荷とを連結した構成において、高速かつ高精度の位置決めを実現している。

【0034】

図２を参照して、通常の外乱オブザーバについて説明する。図２は、通常の外乱オブザーバのブロック線図である。なお、図２において、Ｉ_refが電流指令値、Ｉ_cmpが電流補償値、Ｋ_tがトルク定数、Ｋ_tnがトルク定数のノミナル値、Ｊ_mがモータイナーシャ、Ｊ_mnがモータイナーシャのノミナル値、ｓがラプラス演算子、Ｔ_dismが外乱トルク、Ｔ^＾_dismが外乱トルクの推定値、θ^・_mがモータ速度、Ｇ_disがオブザーバゲインをそれぞれ示す。なお、モータ速度θ^・_mは、例えば、モータの出力軸に設けられたエンコーダの情報を元に測定される。なお、以下の説明では、記号θに付される「・」は微分を示し、記号Ｔに付される「＾」は推定値を示す。

【0035】

図２に示すように、モータ制御系では外乱オブザーバ１０によってモータへの外乱トルクＴ_dismを補償するように構成されている。電流指令値Ｉ_refは、演算要素ｅ１０２にてトルク定数Ｋ_tが乗算され、トルク指令値として減算要素ｅ１０３に出力される。トルク指令値は、減算要素ｅ１０３にて外乱トルクＴ_dismとの偏差が算出される。このトルク偏差が演算要素ｅ１０４にてモータイナーシャＪ_mで除算され、さらに積分されたものがモータ速度θ^・_mとなる。ここで、電流指令値Ｉ_refからモータ速度θ^・_mまでの伝達関数は次式（５）で示される。

【数5】

【0036】

式（５）を外乱トルクＴ_dismについて整理すると次式（６）となり、

【数6】

電流指令値Ｉ_refとモータ速度θ^・_mから外乱トルクを推定演算できることが分かる。外乱オブザーバ１０は、この原理を用いて外乱トルクを推定してモータ制御系にフィードバックすることで外乱を除去している。

【0037】

この場合、外乱オブザーバ１０には、電流指令値Ｉ_refとモータ速度θ^・_mとが入力され、これら各値からモータへの外乱を除去するための指令値として外乱トルクの推定値Ｔ^＾_dismが算出される。外乱オブザーバ１０では、演算要素ｅ１０５にて電流指令値Ｉ_refにトルク定数のノミナル値Ｋ_tnが乗算され、演算要素ｅ１０６にてモータ速度θ^・_mを微分したものにモータイナーシャのノミナル値Ｊ_mnが乗算されて単位が合わせられる。

【0038】

そして、減算要素ｅ１０７にて演算要素ｅ１０５からの出力と演算要素ｅ１０６からの出力とが比較され、低域フィルタｅ１０８によって低周波帯域の成分が取り出されて、これが外乱トルクの推定値Ｔ^＾_dismとして出力される。外乱トルクの推定値Ｔ^＾_dismは、演算要素ｅ１０９にてトルク定数のノミナル値Ｋ_tnで除算され、外乱を補償するための補償電流値Ｉ_cmpに変換される。補償電流値Ｉ_cmpは、加算要素ｅ１０１にてモータに入力される電流指令値Ｉ_refに加算される。このようにして、外乱トルクの推定値Ｔ^＾_dismがモータ制御系にフィードバックされる。

【0039】

本実施の形態においては、外乱オブザーバ内に摩擦パラメータ（摩擦項）を追加することにより、高速かつ高加減速時の位置決めにおいてもオーバーシュートを抑制可能にしている。以下、図３から図５を参照して、本実施の形態の外乱オブザーバを適用したモータ制御系について説明する。

【0040】

図３及び図４は、摩擦パラメータを含む外乱オブザーバのブロック線図である。図５は、摩擦パラメータを含む外乱オブザーバを適用した位置決め装置の制御装置のブロック線図である。なお、図３から図５のＩ_ref、Ｉ_cmp、Ｋ_t、Ｋ_tn、Ｊ_m、Ｊ_mn、ｓ、Ｔ_dism、Ｔ^＾_dism、θ^・_m、Ｇ_disは図２と同様である。また、Ｋ_pが位置ゲイン、Ｋ_vが速度ゲイン、Ｋ_fがバネ定数（軸剛性）、Ｊ_lが負荷イナーシャ、Ｔ_dislが負荷側の外乱トルク、Ｔ_reacが軸ねじれ反力、θ_cmdが目標位置、θ_mがモータ位置、θ_lが負荷位置、θ_tが軸ねじれ量、θ^・_cmdが速度指令値、Ｂが摩擦をそれぞれ示す。

【0041】

図３に示すように、本実施の形態に係るモータ制御系では、外乱の一部として摩擦Ｂを含めて、電流指令値Ｉ_refからモータ速度θ^・_mが算出される。この場合、電流指令値Ｉ_refからモータ速度θ^・_mまでの伝達関数は次式（７）で示される。

【数7】

【0042】

式（７）を外乱トルクＴ_dismについて整理すると次式（８）となり、

【数8】

図３に示すような外乱オブザーバ２０を構成することができる。図３に示す外乱オブザーバ２０を実用的に変形すると図４のような構成にすることができる。

【0043】

次に、この外乱オブザーバを適用した位置決め装置の制御装置について説明する。図５に示すように、減算要素ｅ２０１では目標の位置指令値θ_cmdとモータからフィードバックされたモータ位置θ_mとが減算され、位置偏差が算出される。位置偏差は、演算要素ｅ２０２にて位置ゲインＫ_pが乗算され、速度指令値θ^・_cmdとして減算要素ｅ２０３に出力される。減算要素ｅ２０３では速度指令値θ^・_cmdとモータからフィードバックされたモータ速度θ^・_mとが減算され、速度偏差が算出される。速度偏差は、演算要素ｅ２０４にて速度ゲインＫ_vが乗算され、演算要素ｅ２０５にて単位が変換されて電流指令値Ｉ_refとして加算要素ｅ２０６に出力される。

【0044】

電流指令値Ｉ_refは、加算要素ｅ２０６にて電流補償値Ｉ_cmpが加算され、演算要素ｅ２０７及び外乱オブザーバ２０に出力される。電流指令値Ｉ_refは、演算要素ｅ２０７にてトルク定数Ｋｔが乗算され、トルク指令値として減算要素ｅ２０８に出力される。トルク指令値は、減算要素ｅ２０８にて外乱トルクＴ_dismとの偏差が算出され、さらに減算要素ｅ２０９にて軸ねじれ反力Ｔ_reacとの偏差が算出される。このトルク偏差が演算要素ｅ２１１にてモータイナーシャＪ_mで除算され、さらに積分されたものがモータ速度θ^・_mとなる。モータ速度θ^・_mは、演算要素ｅ２１２、外乱オブザーバ２０に出力されると共に、速度偏差を求めるために減算要素ｅ２０３にフィードバックされる。

【0045】

モータ速度θ^・_mは、演算要素ｅ２１２にて積分されてモータ位置θ_mに変換される。モータ位置θ_mは、モータの出力軸の角度位置であり、例えば出力軸に設けられた角度位置検出器としてのロータリーエンコーダの情報を元に測定される。なお、角度位置検出器は、出力軸の角度位置を検出可能であればどのような構成でもよい。モータ位置θ_mは、減算要素ｅ２１３に出力されると共に、位置偏差を求めるために減算要素ｅ２０１にフィードバックされる。モータ位置θ_mは、減算要素ｅ２１３にて負荷側からフィードバックされた負荷位置θ_lが減算され、軸ねじれ量θ_tが算出される。負荷位置θ_lは、モータ駆動によって移動された負荷の移動位置（角度位置）である。

【0046】

軸ねじれ量θ_tは、演算要素ｅ２１４にてバネ定数Ｋ_fが乗算され、軸ねじれ反力Ｔ_reacとして減算要素ｅ２１５に出力されると共に減算要素ｅ２０９にフィードバックされる。軸ねじれ反力Ｔ_reacは、減算要素ｅ２１５にて負荷側の外乱トルクＴ_dislが減算され、演算要素ｅ２１６に出力される。軸ねじれ反力Ｔ_reacが演算要素ｅ２１６にて負荷イナーシャＪ_lで除算され、演算要素ｅ２１７にて積分されることで負荷位置θ_lが算出される。負荷位置θ_lは、軸ねじれ量θ_tを求めるために減算要素ｅ２１３にフィードバックされている。

【0047】

外乱オブザーバ２０には、電流指令値Ｉ_refとモータ速度θ^・_mとが入力される。電流指令値Ｉ_refは、演算要素ｅ２１８にてトルク定数のノミナル値Ｋ_tnが乗算され、低域フィルタｅ２２２の前段側の加算要素ｅ２２１に出力される。モータ速度θ^・_mは、演算要素ｅ２１９、ｅ２２３にて外乱の一部に摩擦Ｂを考慮して変換され、低域フィルタｅ２２２の前段側の加算要素ｅ２２１及び後段側の減算要素ｅ２２４に出力される。低域フィルタｅ２２２にて加算要素ｅ２２１からの出力信号から低周波帯域の成分が取り出され、減算要素ｅ２２４にて演算要素ｅ２２３からの出力信号が減算されることで外乱トルクの推定値Ｔ^＾_dismが算出される。

【0048】

外乱トルクの推定値Ｔ^＾_dismは、演算要素ｅ２２５にてトルク定数のノミナル値Ｋ_tnで除算され、外乱を補償するための補償電流値Ｉ_cmpに変換される。補償電流値Ｉ_cmpは、加算要素ｅ２０６にフィードバックされ、指令電流値Ｉ_refに加算される。このように、本実施の形態に係る外乱オブザーバ２０は、摩擦を考慮した補償電流値Ｉ_cmpが指令電流値Ｉ_refにフィードバックされる。よって、摩擦のパラメータＢの値を調整することによって、モータ制御系に任意の摩擦を与えた場合のモータの挙動を得ることが可能となっている。

【0049】

ところで、外乱オブザーバ２０に摩擦を加えることによりオーバーシュートを小さくすることが可能になるが、高速駆動時にも摩擦が作用してモータ出力が損失する。このため、高速駆動している間には摩擦の影響を与えず、位置決め整定時にのみ摩擦が作用することが望ましい。そこで、摩擦Ｂを定数のパラメータではなく、関数として用いることも可能である。例えば、摩擦として次式（１）で示される関数を用いることができる。式（１）において、Ｂは摩擦係数、ｕは入力、ｆ（ｕ）は出力を示している。

【数9】

【0050】

以下、摩擦として式（１）に示す関数の特性について説明する。図６は、式（１）に示す関数の特性の説明図である。なお、図６は、摩擦係数Ｂを０．３に設定した場合を示す。

【0051】

図６に示すように、式（１）は、入力ｕが０で出力ｆ（ｕ）が最大値（Ｂ＝０．３）となり、入力ｕが増加するのに伴って出力ｆ（ｕ）が０に近付くという特性を有している。この関数を利用することにより、高速駆動している間、すなわち入力ｕが大きい場合には、摩擦の影響を無くすことができる。よって、モータ出力の損失を防ぐことができる。一方で、位置決め整定時、すなわち入力ｕが０に近付く場合には、速度の低下に応じて摩擦が増加され、オーバーシュートを小さくして整定時間を短くできる。

【0052】

式（１）の関数を用いて位置決め整定を実施したところ、図７に示すようなシミュレーション結果が得られた。ここでは、図７Ａに示すように、モータ制御系のパラメータを設定し、摩擦を掛けない場合（Ｂ＝０）と摩擦を掛けた場合（Ｂ＝５．０×１０^-4）についてそれぞれシミュレーションを実施した。なお、整定時間とは、位置指令終了から目標の位置決め位置の±０．０１％以内に応答信号が収束するまでの時間とする。また、図７Ｂ及び図７Ｃの図示右側のシミュレーション結果は、図示左側のシミュレーション結果の部分拡大図である。

【0053】

図７Ｂに示すように、摩擦が掛らない場合には、ステップ状の位置指令が入力されると、位置決め整定時の応答信号のオーバーシュートが大きい。このため、応答信号が位置指令終了から収束するまでの整定時間が１０４ｍｓとなって長くなる。一方、図７Ｃに示すように、摩擦が掛る場合には、ステップ状の位置指令が入力されると、位置決め整定時の応答信号のオーバーシュートが小さい。このため、応答信号が位置指令終了から収束するまでの整定時間が５７ｍｓとなり、摩擦が掛らない場合と比較して大幅に短縮されている。

【0054】

なお、関数は、式（１）の関数に限定されるものではない。モータ速度の増加に伴って摩擦が小さくなる関数であればよく、例えば、式（１）の関数の代わりに、次式（２）及び次式（３）に示す関数を用いることもできる。式（２）、式（３）において、Ｂは摩擦係数、ｕは入力、ｆ（ｕ）は出力を示している。

【数10】

【数11】

【0055】

摩擦として式（２）及び式（３）に示す関数の特性について説明する。図８は、式（２）に示す関数の特性の説明図である。図９は、式（３）に示す関数の特性の説明図である。なお、図８は、式（２）の摩擦係数Ｂを０．３に設定した場合を示す。また、図９は、式（３）の摩擦係数Ｂを０．３に設定し、ａを１に設定した場合を示す。

【0056】

図８に示すように、式（２）は、入力ｕ（速度）が０で出力ｆ（ｕ）が最大値（Ｂ＝０．３）となり、入力ｕが増加するのに伴って出力ｆ（ｕ）が０に近付くという特性を有している。この関数を利用することにより、式（１）を関数とした場合と同様に、速度駆動している間には摩擦の影響を無くすことができ、位置決め整定時にはオーバーシュートを小さくして整定時間を短くできる。

【0057】

図９に示すように、式（３）は、入力ｕ（速度）が０で出力ｆ（ｕ）が最大値（Ｂ＝０．３）となり、入力ｕが所定値ａまでは出力ｆ（ｕ）が０に近付き、入力ｕがａ以上になると、出力ｆ（ｕ）が０になるという特性を有している。この関数を利用することにより、式（１）を関数とした場合と同様に、速度駆動している間には摩擦の影響を無くすことができ、位置決め整定時にはオーバーシュートを小さくして整定時間を短くできる。なお、これら式（１）から式（３）に示す関数は、目的に応じて任意の関数を適用することができる。

【0058】

以上のように、本実施の形態に係る位置決め装置の制御装置によれば、外乱オブザーバ２０の摩擦パラメータによってオーバーシュートを抑制することができ、高速の整定や高精度の位置決めを行うことができる。外乱オブザーバ２０の外乱として摩擦パラメータを設けるだけでよいので、状態フィードバック制御やＨ∞制御に比べて簡易な構成で演算量が少なく、高価なＣＰＵ等が不要である。また、現場での調整実施も容易である。また、装置剛性を高めることなくオーバーシュートが抑制されるため、装置全体の重量を抑えて省エネルギーとコスト低減を実現できる。

【0059】

なお、本発明は上記第１の実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状等については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

【0060】

例えば、上記した第１の実施の形態に係る制御装置のブロック線図では、速度演算にＰ制御を用いているが、速度偏差や速応性等に応じてＰＩ制御、ＰＤ制御、ＰＩＤ制御を用いてもよい。また、本実施の形態に係る位置決め装置の制御装置を、回転型モータだけでなくリニアモータに適用することも可能である。

【0061】

例えば、上記した式（１）から式（３）において、モータ起動時には摩擦係数Ｂを最小値にして、位置決め整定時にのみに強い摩擦が掛るように構成してもよい。これにより、モータ起動時の低速状態と位置決め整定時の低速状態とを区別して、モータ起動時の摩擦によるモータ出力の損失を防ぐことができる。なお、摩擦係数Ｂの最小値は０でもよいし、０付近の非常に小さな値でもよい。

【0062】

また、上記した式（１）から式（３）において、所定速度以下で低速駆動される場合には、摩擦係数Ｂを最小値にして、位置決め整定時にのみに強い摩擦が掛るように構成してもよい。これにより、オーバーシュートが生じない程度の速度で駆動し続けられる場合には、摩擦によるモータ出力の損失を防ぐことができる。なお、摩擦係数Ｂの最小値は０でもよいし、０付近の非常に小さな値でもよい。

【0063】

また、上記した式（１）から式（３）において、複数の摩擦係数Ｂを設けて、位置決め位置に応じて摩擦係数Ｂを動的に切り替える構成としてもよい。これにより、負荷の位置決め位置によって変化するオーバーシュートの挙動に合わせて摩擦係数Ｂを切り替えることができ、最適な位置決めが可能となる。この場合、位置決め位置と摩擦係数Ｂとの対応関係を事前に求めるようにする。

【0064】

また、上記した式（１）から式（３）において、負荷側の位置偏差の量、又はモータ側の位置偏差の量を一定値以下にするように摩擦係数Ｂを動的に調整してもよい。これにより、位置偏差に応じて摩擦係数を変更することで、最適な位置決めが可能となる。この場合、位置偏差と摩擦係数Ｂとの対応関係を事前に求めるようにする。

【0065】

次に、図１０から図１９を参照して、本発明の第２の実施の形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、第２の実施の形態に係る電子部品の実装装置は、第１の実施の形態に係る電子部品の実装装置と同様であるため、ここでは説明を省略する。電子部品の実装装置で用いられる実装ヘッド移動機構５等の位置決め装置では、モータと負荷（実装ヘッド４等）とがバネ性を持つ軸で結合された２慣性共振系と見なすことができる（図１０参照）。

【0066】

モータと負荷との間の機械剛性が低い場合、位置決め時に振動が発生して位置決め精度と位置決め時間を悪化させる。位置決め剛性を高くすることで振動を抑制することができるが、重量及びコストの増加等が生じるため剛性による振動抑制には限界がある。このような共振系の振動抑制と外乱抑圧制御に対して、状態フィードバック制御、Ｈ∞制御、外乱オブザーバ制御、共振比制御等の手法が提案されている。

【0067】

状態フィードバック制御及びＨ∞制御は、制御系が複雑であり、演算量が膨大になることから実機への適用することが難しい。これに対して、外乱オブザーバ制御及び共振比制御は比較的簡易な制御系であり、調整も容易で実用性が高い。しかしながら、外乱オブザーバは、１慣性系での外乱トルクやパラメータ変動を補償することを目的としており、剛性の低い２慣性系に適用すると負荷慣性とバネ性とによる大きな振動を誘発する可能性がある。また、共振比制御は、通常の外乱オブザーバに加えて軸ねじれ反力推定用のオブザーバが必要となり、単独のオブザーバを設ける構成と比較して演算量が増加する。

【0068】

そこで、第２の実施の形態においては、出力軸の角度位置と負荷の角度位置（移動位置）とから軸ねじれ反力を算出して、モータに対する電流指令値とモータ速度と軸ねじれ反力とから外乱を推定する軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを用いている。軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを用いることで、モータと負荷とを低剛性の弾性軸で結合した２慣性共振負荷の振動抑制制御を容易に実現できる。

【0069】

ここで図１１を参照して、通常の外乱オブザーバを適用した位置決め装置の制御装置について説明する。図１１は、通常の外乱オブザーバを適用した位置決め装置の制御装置のブロック線図である。なお、図１１のＩ_ref、Ｉ_cmp、Ｋ_p、Ｋ_v、Ｋ_t、Ｋ_tn、Ｋ_f、Ｊ_m、Ｊ_mn、Ｊ_l、ｓ、Ｔ_dism、Ｔ^＾_dism、Ｔ_disl、Ｔ_reac、θ_cmd、θ_m、θ_l、θ_t、θ^・_cmd、θ^・_m、Ｇ_disは図５と同様である。

【0070】

図１１に示すように、モータ制御系では演算要素ｅ３０７からｅ３１１の間で、トルク指令値から外乱トルク_dismと共に軸ねじれ反力Ｔ_reacが減算されて、モータに入力されるように構成されている。電流指令値Ｉ_refは、トルク定数Ｋ_tが乗算されてトルク指令値に変換される。このトルク指令値と外乱トルクＴ_dism及び軸ねじれ反力Ｔ_reacとのトルク偏差からモータ速度θ^・_mが算出される。ここで、電流指令値Ｉ_refからモータ速度θ^・_mまで（演算要素ｅ３０７から演算要素ｅ３１１まで）の伝達関数は次式（９）で示される。

【数12】

【0071】

通常の外乱オブザーバでは軸ねじれ反力Ｔ_reacは、外乱トルクＴ_dismに含めて扱うが、ここではそれぞれを分けて使う場合について考える。軸ねじれ反力Ｔ_reacは、モータの出力軸の角度位置であるモータ位置θ_mと、負荷の角度位置である負荷位置θ_lの差分である軸ねじれ量にバネ定数Ｋ_fを乗算して、次式（１０）で示される。

【数13】

【0072】

式（９）を外乱Ｔ_dismについて整理し、式（１０）を代入すると、

【数14】

になり、電流指令値Ｉ_refとモータ速度θ^・_mと軸ねじれ量（θ_m−θ_l）から外乱トルクを推定演算できることが分かる。フルクローズド制御系の軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバ３０は、軸ねじれ量（θ_m−θ_l）とバネ定数のノミナル値Ｋ_fnとに基づいて算出される軸ねじれ反力の推定値Ｔ＾_reacがフィードバックされる構成となっている。

【0073】

軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを適用した位置決め装置の制御装置について説明する。最初に、負荷位置を直接検出可能なフルクローズド制御について説明する。図１２は、フルクローズド制御において、軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを適用した位置決め装置の制御装置のブロック線図である。なお、図１２のＩ_ref、Ｉ_cmp、Ｋ_p、Ｋ_v、Ｋ_t、Ｋ_tn、Ｋ_f、Ｊ_m、Ｊ_mn、Ｊ_l、ｓ、Ｔ_dism、Ｔ^＾_dism、Ｔ_disl、Ｔ_reac、θ_cmd、θ_m、θ_l、θ_t、θ^・_cmd、θ^・_m、Ｇ_disは図５と同様である。また、Ｋ_fnは、バネ定数のノミナル値を示す。

【0074】

図１２に示すように、減算要素ｅ４０１では目標の位置指令値θ_cmdとモータからフィードバックされたモータ位置θ_mとが減算され、位置偏差が算出される。位置偏差は、演算要素ｅ４０２にて位置ゲインＫ_pが乗算され、速度指令値θ^・_cmdとして減算要素ｅ４０３に出力される。減算要素ｅ４０３では速度指令値θ^・_cmdとモータからフィードバックされたモータ速度θ^・_mとが減算され、速度偏差が算出される。速度偏差は、演算要素ｅ４０４にて速度ゲインＫ_vが乗算され、演算要素ｅ４０５にて単位が変換されて電流指令値Ｉ_refとして加算要素ｅ４０６に出力される。

【0075】

電流指令値Ｉ_refは、加算要素ｅ４０６にて電流補償値Ｉ_cmpが加算され、演算要素ｅ４０７及び外乱オブザーバ４０に出力する。電流指令値Ｉ_refは、演算要素ｅ４０７にてトルク定数Ｋｔが乗算され、トルク指令値として減算要素ｅ４０８に出力される。トルク指令値は、減算要素ｅ４０８にて外乱トルクＴ_dismとの偏差が算出され、さらに減算要素ｅ４０９にて軸ねじれ反力Ｔ_reacとの偏差が算出される。このトルク偏差が演算要素ｅ４１１にてモータイナーシャＪ_mで除算され、さらに積分されたものがモータ速度θ^・_mとなる。モータ速度θ^・_mは、演算要素ｅ４１２、外乱オブザーバ４０に出力されると共に、速度偏差を求めるために減算要素ｅ４０３にフィードバックされる。

【0076】

モータ速度θ^・_mは、演算要素ｅ４１２にて積分されてモータ位置θ_mに変換される。モータ位置θ_mは、モータの出力軸の角度位置であり、例えば出力軸に設けられた角度位置検出器としてのロータリーエンコーダの情報を元に測定される。モータ位置θ_mは、減算要素ｅ４１３に出力されると共に、位置偏差を求めるために減算要素ｅ４０１にフィードバックされる。モータ位置θ_mは、減算要素ｅ４１３にて負荷側からフィードバックされた負荷位置θ_lが減算され、軸ねじれ量θ_tが算出される。負荷位置θ_lは、モータ駆動によって移動された負荷の移動位置（角度位置）であり、例えば負荷側に設けられた移動位置検出器としてのリニアエンコーダによって測定される。

【0077】

軸ねじれ量θ_tは、演算要素ｅ４１４にてバネ定数Ｋ_fが乗算され、軸ねじれ反力Ｔ_reacとして減算要素ｅ４１５に出力されると共に減算要素ｅ４０９にフィードバックされる。軸ねじれ反力Ｔ_reacは、減算要素ｅ４１５にて負荷側の外乱トルクＴ_dislが減算され、演算要素ｅ４１６に出力される。軸ねじれ反力Ｔ_reacが演算要素ｅ４１６にて負荷イナーシャＪ_lで除算され、演算要素ｅ４１７にて積分されることで負荷位置θ_lが算出される。負荷位置θ_lは、軸ねじれ量θ_tを求めるために減算要素ｅ４１３にフィードバックされている。

【0078】

外乱オブザーバ４０には、電流指令値Ｉ_ref、モータ速度θ^・_m、軸ねじれ量θ_tが入力される。電流指令値Ｉ_refは、演算要素ｅ４１８にてトルク定数のノミナル値Ｋ_tnが乗算され減算要素ｅ４２２に出力される。モータ速度θ^・_mは、演算要素ｅ４１９にて微分されると共にモータイナーシャのノミナル値Ｊ_mnが乗算され、減算要素ｅ４２２に出力される。また、軸ねじれ量θ_tは、演算要素ｅ４２１にてバネ定数のノミナル値Ｋ_fnが乗算され、軸ねじれ反力の推定値Ｔ＾_reacとして減算要素ｅ４２２に出力される。

【0079】

減算要素ｅ４２２にて演算要素ｅ４１８の出力から演算要素ｅ４１９、ｅ４２１の出力が減算され、低域フィルタｅ４２３によって低周波帯域の成分が取り出されて、これが外乱トルクの推定値Ｔ^＾_dismとして出力される。外乱トルクの推定値Ｔ^＾_dismは、演算要素ｅ４２４にてトルク定数のノミナル値Ｋ_tnで除算され、外乱を補償するための補償電流値Ｉ_cmpに変換される。補償電流値Ｉ_cmpは、加算要素ｅ４０６にフィードバックされ、指令電流値Ｉ_refに加算される。このように、本実施の形態に係る外乱オブザーバ４０では、軸ねじれ反力Ｔ_reacを考慮した補償電流値Ｉ_cmpが指令電流値Ｉ_refにフィードバックされる。

【0080】

よって、リニアエンコーダ等で負荷位置θ_lを直接検出するフルクローズド制御において、外乱オブザーバ４０によって軸ねじれ反力Ｔ_reacによる振動を補償して、位置決め時のオーバーシュートを小さくすることが可能となっている。また、モータと負荷との間のバネ定数（剛性）が低い場合にも、オブザーバゲインＧ_disを高くすることが可能である。さらに、負荷側の動作を軸ねじれ反力Ｔ_reacを通して制御に反映できるので、負荷イナーシャのノミナル値の変動の影響を受けることがない。

【0081】

上記したフルクローズド制御では、モータに設けた角度位置検出器でモータ位置θ_mを直接検出し、負荷側に設けた移動位置検出器で負荷位置θ_lを直接検出して、軸ねじれ量θ_tを求めている。しかしながら、リニアエンコーダ等の移動位置検出器を持たないセミクローズド制御では、一般にモータの出力軸に設けた角度位置検出器を元に位置決め制御するため、負荷位置θ_lを直接検出することはできない。

【0082】

以下、負荷位置を直接検出不能なセミクローズド制御において、軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを適用した位置決め装置の制御装置について説明する。図１１において、軸ねじれ反力Ｔ_reacはモータ位置θ_mと負荷位置θ_lの差分である軸ねじれ量（θ_m−θ_l）にバネ定数Ｋ_fを乗算して式（１０）で示される。また、軸ねじれ反力Ｔ_reacから負荷位置θ_lまで（減算要素ｅ３１５から演算要素ｅ３１７まで）の伝達関数は次式（１２）で示される。

【数15】

【0083】

ここで、負荷側の外乱トルクＴ_dislに軸ねじれ反力Ｔ_reacを含めて考えると、Ｔ_disl＝０として式（１２）は、

【数16】

になり、この式（１３）と式（１０）とによって、

【数17】

を得ることができ、モータ位置θ_mから軸ねじれ反力Ｔ_reacを推定演算できることがわかる。セミクローズド制御系の軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバは、モータ位置θ_mから推定される軸ねじれ反力Ｔ_reacの推定値Ｔ＾_reacがフィードバックされる構成となっている。

【0084】

図１３は、セミクローズド制御において、軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを適用した位置決め装置の制御装置のブロック線図である。なお、図１３のＩ_ref、Ｉ_cmp、Ｋ_p、Ｋ_v、Ｋ_t、Ｋ_tn、Ｋ_f、Ｊ_m、Ｊ_mn、Ｊ_l、ｓ、Ｔ_dism、Ｔ^＾_dism、Ｔ_disl、Ｔ_reac、θ_cmd、θ_m、θ_l、θ_t、θ^・_cmd、θ^・_m、ｇは図５と同様である。また、Ｋ_fnは、バネ定数のノミナル値を示す。また、図１３に示すセミクローズド制御のブロック線図は、図１２に示すフルクローズド制御のブロック線図と同様な構成については説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

【0085】

外乱オブザーバ５０には、電流指令値Ｉ_ref、モータ速度θ^・_m、モータ位置θ_mが入力される。電流指令値Ｉ_refは、演算要素ｅ５１８にてトルク定数のノミナル値Ｋ_tnが乗算され減算要素ｅ５２２に出力される。モータ速度θ^・_mは、演算要素ｅ５１９にて微分されると共にモータイナーシャのノミナル値Ｊ_mnが乗算され、減算要素ｅ５２２に出力される。また、モータ位置θ_mは、演算要素ｅ５２１にて式（４）に示す伝達関数によって軸ねじれ反力の推定値Ｔ＾_reacに変換され、減算要素ｅ５２２に出力される。

【0086】

減算要素ｅ５２２にて演算要素ｅ５１８の出力から演算要素ｅ５１９、ｅ５２１の出力が減算され、低域フィルタｅ５２３によって低周波帯域の成分が取り出されて、これが外乱トルクの推定値Ｔ^＾_dismとして出力される。外乱トルクの推定値Ｔ^＾_dismは、演算要素ｅ５２４にてトルク定数のノミナル値Ｋ_tnで除算され、外乱を補償するための補償電流値Ｉ_cmpに変換される。補償電流値Ｉ_cmpは、加算要素ｅ５０６にフィードバックされ、指令電流値Ｉ_refに加算される。このように、本実施の形態に係る外乱オブザーバ５０では、軸ねじれ反力Ｔ_reacを考慮した補償電流値Ｉ_cmpが指令電流値Ｉ_refにフィードバックされる。

【0087】

よって、リニアエンコーダ等で負荷位置θ_lを直接検出しないセミクローズド制御においても、外乱オブザーバ５０によって軸ねじれ反力Ｔ_reacによる振動を補償して、位置決め時のオーバーシュートを小さくすることが可能となっている。また、モータと負荷との間のバネ定数（剛性）が低い場合にも、オブザーバゲインＧ_disを高くすることが可能である。さらに、負荷側の動作を軸ねじれ反力Ｔ_reacを通して制御に反映できるので、負荷イナーシャのノミナル値の変動の影響を受けることがない。

【0088】

フルクローズド制御において、軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを適用して位置決め整定を実施したところ、図１４から図１９に示すシミュレーション結果が得られた。ここでは、図１４Ａから図１９Ａに示すようにモータ制御系のパラメータを設定し、通常の外乱オブザーバを用いた場合と軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを用いた場合についてそれぞれシミュレーションを実施した。図１４から図１９において図示右側のシミュレーション結果は、図示左側のシミュレーション結果の部分拡大図である。

【0089】

図１４から図１６は、バネ定数Ｋ_fを調整した場合の位置決め整定のシミュレーション結果である。図１４はバネ定数Ｋ_fを１２５０（共振周波数２３６Ｈｚに相当）に設定した場合のシミュレーション結果である。図１５はバネ定数Ｋ_fを１２０（共振周波数７３Ｈｚに相当）に設定した場合のシミュレーション結果である。図１６はバネ定数Ｋ_fを１０（共振周波数２１Ｈｚに相当）に設定した場合のシミュレーション結果である。

【0090】

図１４Ｂ及び図１４Ｃに示すように、バネ定数Ｋ_fを１２５０に設定して剛性を高くすると、通常の外乱オブザーバを用いた場合も軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを用いた場合もオーバーシュートの大きさや整定時間に大きな差はない。この状態からバネ定数Ｋ_fを小さく設定するのにつれて、通常の外乱オブザーバを用いた場合と軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを用いた場合とでオーバーシュートの大きさや整定時間の差が大きくなる。

【0091】

すなわち、図１５Ｂ及び図１５Ｃに示すように、バネ定数Ｋ_fを１２０に設定すると、通常の外乱オブザーバを用いた場合と比較して、軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを用いた場合には出力波形の振動の収束が速くなる。さらに図１６Ｂ及び図１６Ｃに示すように、バネ定数Ｋ_fを１０に設定すると、通常の外乱オブザーバを用いた場合には出力波形の振動が収束しないが、軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを用いた場合には出力波形の振動が収束する。

【0092】

図１７は、オブザーバゲインを調整した場合の位置決め整定のシミュレーション結果である。図１７Ｂに示すように通常の外乱オブザーバを用いた場合には、バネ定数Ｋ_fが１０に設定されると、オブザーバゲインＧ_disを２０ｒａｄ／ｓ程度に下げなければ出力波形の振動を収束できない。一方、図１７Ｃに示すように軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを用いた場合には、バネ定数Ｋ_fが１０に設定されていれも、オブザーバゲインＧ_disを６００ｒａｄ／ｓに上げることができる。このため、軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを用いた場合には、通常の外乱オブザーバを用いた場合と比較して整定時間を短くできる。また、オブザーバゲインＧ_disを上げることで、軸ねじれ反力以外の外乱（摩擦、トルクリップル、パラメータ変動）に対する抑圧効果やロバスト性を向上させることもできる。

【0093】

図１８及び図１９は、負荷イナーシャのノミナル値が変動した場合の位置決め整定のシミュレーション結果である。図１８は負荷イナーシャのノミナル値Ｊ_lnを負荷イナーシャＪ_lの１．５倍に設定した場合のシミュレーション結果である。図１９は負荷イナーシャのノミナル値Ｊ_lnを負荷イナーシャＪ_lの０．５倍に設定した場合のシミュレーション結果である。

【0094】

通常の外乱オブザーバは１慣性系のモデルであるため、モータイナーシャのノミナル値がＪ_mn＝Ｊ_m＋Ｊ_lに設定される。一方、軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバは負荷側の動作を軸ねじれ反力を通して制御に反映できるので、Ｊ_mn＝Ｊ_mに設定される。したがって、通常の外乱オブザーバは、負荷イナーシャのノミナル値Ｊ_lnの変動に影響を受けるが、軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバは負荷イナーシャのノミナル値Ｊ_lnの変動に影響を受けることがない。

【0095】

図１８Ｂ及び図１９Ｂに示すように、通常の外乱オブザーバを用いた場合には、負荷イナーシャのノミナル値Ｊ_lnを負荷イナーシャＪ_lの１．５倍から０．５倍に変動させると、出力波形が大きく変化する。一方、図１８Ｃ及び図１９Ｃに示すように、軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバを用いた場合には、負荷イナーシャのノミナル値Ｊ_lnを負荷イナーシャＪ_lの１．５倍から０．５倍に変動させても出力波形が変化しない。

【0096】

なお、モータイナーシャのノミナル値Ｊ_mnは、モータの仕様書等から正しい値を得ることができるが、負荷イナーシャのノミナル値Ｊ_lnは、計算から求めることが多く実際の値と異なることも多い。よって、負荷イナーシャのノミナル値Ｊ_lnの影響を受けないことで、高精度な位置決め制御を行うことが可能となっている。また、本実施の形態では、フルクローズド制御における位置決め整定のシミュレーションを実施したが、セミクローズド制御においても同様な傾向が得られることが想定される。

【0097】

以上のように、本実施の形態に係る位置決め装置の制御装置によれば、軸ねじれ反力Ｔ_reacによる外乱を推定してモータに対する指令値にフィードバックされるため、モータと負荷との間の剛性が小さい場合であっても振動を早めに収束させることができる。また、位置決め時のオーバーシュートが抑制されるため、整定時間を短くして、高速かつ高精度に位置決めすることができる。また、負荷側の動作を軸ねじれ反力を通して制御に反映できるので、負荷イナーシャのノミナル値の変動の影響を受けることがない。また、状態フィードバック制御、Ｈ∞制御、共振比制御に比べて簡易な構成で演算量が少なく、高価なＣＰＵ等が不要である。さらに、装置剛性を高めることなくオーバーシュートが抑制されるため、装置全体の重量を抑えて省エネルギーとコスト低減を実現できる。

【0098】

なお、本発明は上記第２の実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状等については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

【0099】

例えば、上記した第２の実施の形態に係る制御装置のブロック線図では、速度演算にＰ制御を用いているが、速度偏差や速応性等に応じてＰＩ制御、ＰＤ制御、ＰＩＤ制御を用いてもよい。また、本実施の形態に係る位置決め装置の制御装置を、回転型モータだけでなくリニアモータに適用することも可能である。

【0100】

また、上記した第２の実施の形態においては、角度位置検出器がロータリーエンコーダである構成としたが、出力軸の角度位置を検出可能であればどのような構成でもよい。また、角度位置検出器は、出力軸に固定される必要はなく、ベルトやギアを介して角度位置を検出する構成でもよい。また、移動位置検出器がリニアエンコーダである構成としたが、負荷の移動位置（角度位置）を検出可能であればどのような構成でもよい。移動位置検出器は、例えばロータリーエンコーダや加速度センサで構成されてもよい。

【0101】

また、上記した第２の実施の形態においては、式（４）に示すような連続系の伝達関数を例示して説明したが、この構成に限定されない。デジタル制御の場合には離散系の伝達関数を用いてもよい。

【0102】

また、上記した第２の実施の形態においては、モータと負荷との間の剛性が負荷の移動位置に応じて変化する。そこで、軸ねじれフィードバック型の外乱オブザーバ４０、５０はバネ定数Ｋ_fを負荷の移動位置に応じて補正する構成としてもよい。この構成により、より高いロバスト性を保ち、効果的な振動抑制制御を行うことができる。また、軸ねじれフィードバック型の外乱オブザーバ４０、５０がバネ定数Ｋ_fを時間の経過に応じて補正する構成としてもよい。

【0103】

なお、上記した第１、第２の実施の形態を組み合わせて位置決め装置の制御を行ってもよい。すなわち、軸ねじれ反力フィードバック型の外乱オブザーバは、外乱の一部に摩擦パラメータを含む外乱モデルに基づいて設計されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0104】

以上説明したように、本発明は、オーバーシュートを抑制することができ、高速かつ高精度の位置決めを行うことができるという効果を有し、特に、チップマウンタ等の電子部品の実装装置で用いられる位置決め装置の制御装置に有用である。

【符号の説明】

【0105】

１ 実装装置
２ 基台
４ 実装ヘッド（負荷）
５ 実装ヘッド移動機構（位置決め装置）
７ 基板搬送部（位置決め装置）
１１ Ｘ軸テーブル（負荷）
２０、４０、５０ 外乱オブザーバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】