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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024010780
(43)【公開日】2024-01-25
(54)【発明の名称】電動機の制御装置、制御方法、及びプログラム
(51)【国際特許分類】
H02P 29/20 20160101AFI20240118BHJP
【ＦＩ】
H02P29/20
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022112273
(22)【出願日】2022-07-13
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】藍原 隆司
【テーマコード（参考）】
5H501
【Ｆターム（参考）】
5H501AA22
5H501CC04
5H501CC05
5H501DD03
5H501DD04
5H501GG01
5H501GG03
5H501GG05
5H501GG08
5H501GG20
5H501HA09
5H501HB07
5H501HB16
5H501JJ03
5H501JJ16
5H501JJ23
5H501JJ24
5H501LL07
5H501LL22
5H501LL35
5H501LL49
(57)【要約】
【課題】高タクトな機械の動作を実現する技術を提供する。
【解決手段】電動機の制御装置は、荷重指令値と荷重検出値との荷重偏差に基づき荷重調節用トルク指令値を生成する荷重調節器と、速度指令値と速度検出値との速度偏差に基づき速度調節用トルク指令値を生成する速度調節器と、前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算してトルク指令値を出力するトルク加算器と、を備える。
【選択図】図３
【解決手段】電動機の制御装置は、荷重指令値と荷重検出値との荷重偏差に基づき荷重調節用トルク指令値を生成する荷重調節器と、速度指令値と速度検出値との速度偏差に基づき速度調節用トルク指令値を生成する速度調節器と、前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算してトルク指令値を出力するトルク加算器と、を備える。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
荷重指令値と荷重検出値との荷重偏差に基づき荷重調節用トルク指令値を生成する荷重調節器と、
速度指令値と速度検出値との速度偏差に基づき速度調節用トルク指令値を生成する速度調節器と、
前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算してトルク指令値を出力するトルク加算器と、
を備える、電動機の制御装置。
速度指令値と速度検出値との速度偏差に基づき速度調節用トルク指令値を生成する速度調節器と、
前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算してトルク指令値を出力するトルク加算器と、
を備える、電動機の制御装置。
【請求項2】
前記荷重偏差に係数を乗算して前記速度指令値を出力する乗算器をさらに備える、請求項１に記載の制御装置。
【請求項3】
前記荷重調節器が前記荷重偏差に基づき比例積分制御を行い、前記速度調節器が前記速度偏差に基づき比例制御を行う、請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項4】
前記荷重調節用トルク指令値を荷重側制限値に制限して出力する荷重調節用トルクリミッタと、
前記速度調節用トルク指令値を速度側制限値に制限して出力する速度調節用トルクリミッタと、
をさらに備え、
前記荷重調節用トルクリミッタは、前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算した前記トルク指令値が減速トルク指令値になるように前記荷重側制限値を設定し、
前記速度調節用トルクリミッタは、前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算した前記トルク指令値が減速トルク指令値になるように前記速度側制限値を設定する、
請求項１又は２に記載の制御装置。
前記速度調節用トルク指令値を速度側制限値に制限して出力する速度調節用トルクリミッタと、
をさらに備え、
前記荷重調節用トルクリミッタは、前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算した前記トルク指令値が減速トルク指令値になるように前記荷重側制限値を設定し、
前記速度調節用トルクリミッタは、前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算した前記トルク指令値が減速トルク指令値になるように前記速度側制限値を設定する、
請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項5】
前記荷重調節用トルク指令値を荷重側制限値に制限して出力する荷重調節用トルクリミッタと、
前記速度調節用トルク指令値を速度側制限値に制限して出力する速度調節用トルクリミッタと、
をさらに備え、
前記荷重調節用トルクリミッタは、前記荷重側制限値の絶対値が前記速度側制限値の絶対値より小さくなるように前記荷重側制限値を設定し、
前記速度調節用トルクリミッタは、前記速度側制限値の絶対値が前記荷重側制限値の絶対値より大きくなるように前記速度側制限値を設定する、
請求項１又は２に記載の制御装置。
前記速度調節用トルク指令値を速度側制限値に制限して出力する速度調節用トルクリミッタと、
をさらに備え、
前記荷重調節用トルクリミッタは、前記荷重側制限値の絶対値が前記速度側制限値の絶対値より小さくなるように前記荷重側制限値を設定し、
前記速度調節用トルクリミッタは、前記速度側制限値の絶対値が前記荷重側制限値の絶対値より大きくなるように前記速度側制限値を設定する、
請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項6】
前記荷重検出値が所定の閾値を超えるまで前記荷重調節器における比例積分制御の積分をリセット又はホールドする積分リセット器をさらに備える、請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項7】
前記荷重検出値が所定の閾値を超えるまで前記荷重指令値又は前記速度指令値にバイアス値を加算するバイアス加算器をさらに備える、請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項8】
電動機の制御装置による制御方法であって、前記制御装置が、
荷重指令値と荷重検出値との荷重偏差に基づき荷重調節用トルク指令値を生成するステップと、
速度指令値と速度検出値との速度偏差に基づき速度調節用トルク指令値を生成するステップと、
前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算してトルク指令値を生成するステップと、
を実行する、制御方法。
荷重指令値と荷重検出値との荷重偏差に基づき荷重調節用トルク指令値を生成するステップと、
速度指令値と速度検出値との速度偏差に基づき速度調節用トルク指令値を生成するステップと、
前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算してトルク指令値を生成するステップと、
を実行する、制御方法。
【請求項9】
荷重指令値と荷重検出値との荷重偏差に基づき荷重調節用トルク指令値を生成するステップと、
速度指令値と速度検出値との速度偏差に基づき速度調節用トルク指令値を生成するステップと、
前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算してトルク指令値を生成するステップと、
を電動機を制御するコンピュータに実行させる、プログラム。
速度指令値と速度検出値との速度偏差に基づき速度調節用トルク指令値を生成するステップと、
前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算してトルク指令値を生成するステップと、
を電動機を制御するコンピュータに実行させる、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、電動機の制御装置、制御方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電動機の制御モードを位置指令に基づく位置制御から荷重指令に基づく荷重制御に切替える制御装置が知られている。
【0003】
また、電動機の制御装置には、荷重制御を行う荷重制御部から速度制御を行う速度制御部に対して速度指令を出力するものがある（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平０９－２５４２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来技術では、荷重制御の出力を速度指令とするため、荷重制御の応答を速度制御の応答より速くすることは原理的にできない。荷重制御の出力をトルク指令とする場合、高応答な制御を期待できるが、荷重制御が安定しない虜がある。
【0006】
本開示は、高タクトな機械の動作を実現する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一態様は、荷重指令値と荷重検出値との荷重偏差に基づき荷重調節用トルク指令値を生成する荷重調節器と、速度指令値と速度検出値との速度偏差に基づき速度調節用トルク指令値を生成する速度調節器と、前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算してトルク指令値を出力するトルク加算器と、を備える、電動機の制御装置である。
【発明の効果】
【0008】
本開示の一態様によれば、高タクトな機械の動作を実現する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態の制御システムのシステム構成例を示す図である。
【図2】第１実施形態の制御システムの機能構成例を示す図である。
【図3】第１実施形態の荷重制御部の機能構成例を示す図である。
【図4】第１実施形態の制御システムを適用した実施例１を示す図である。
【図5】比較例１と実施例１の制御装置の差異を示すタイミングチャートである。
【図6】比較例２と実施例１の制御装置の差異を示すタイミングチャートである。
【図7】比較例３と実施例１の制御装置の差異を示すタイミングチャートである。
【図8】第２実施形態の荷重制御部の機能構成例を示す図である。
【図9】比較例４と実施例２の制御装置の差異を示すタイミングチャートである。
【図10】第３実施形態の荷重制御部の機能構成例を示す図である。
【図11】比較例５と実施例３の制御装置の差異を示すタイミングチャートである。
【図12】第４実施形態の荷重制御部の機能構成例を示す図である。
【図13】比較例６と実施例４の制御装置の差異を示すタイミングチャートである。
【図14】比較例６と実施例５の制御装置の差異を示すタイミングチャートである。
【図15】第５実施形態の制御システムの機能構成例を示す図である。
【図16】第６実施形態の制御システムの機能構成例を示す図である。
【図17】第６実施形態の荷重制御部の機能構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
図面を参照して、本開示の実施形態について詳細に説明する。各図面において、同一構成要素には同一符号を付与し、重複した説明を適宜省略する。
【0011】
＜第１実施形態＞
以下、第１実施形態の制御システム１について説明する。
以下、第１実施形態の制御システム１について説明する。
【0012】
＜＜システム構成＞＞
図１は、本実施形態の制御システム１のシステム構成例を示す図である。制御システム１は、１つの電動機１００を駆動制御する１軸のサーボシステムであるが、複数の電動機１００を駆動制御する多軸のサーボシステムでもよい。
図１は、本実施形態の制御システム１のシステム構成例を示す図である。制御システム１は、１つの電動機１００を駆動制御する１軸のサーボシステムであるが、複数の電動機１００を駆動制御する多軸のサーボシステムでもよい。
【0013】
制御システム１は、電動機１００と、駆動制御装置２００と、を備えている。電動機１００は、検出センサ１０１を備えるサーボモータであり、駆動制御装置２００は、電動機１００を駆動制御するサーボアンプである。
【0014】
制御システム１は、上位制御装置４００をさらに備えていてもよい。上位制御装置４００は、１つ又は複数の駆動制御装置２００を制御する上位コントローラである。上位制御装置４００は、駆動制御装置２００に通信可能に接続する。
【0015】
電動機１００は、交流電動機であるが、直流電動機でもよい。電動機１００は、同期電動機であるが、誘導電動機でもよい。電動機１００は、回転式モータであるが、リニアモータでもよい。例えば、電動機１００は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の三相の巻線を設けたステータと、永久磁石を設けたロータと、を備えている。三相の巻線は、スター結線されるが、デルタ結線されてもよい。
【0016】
検出センサ１０１は、ロータの回転角度又は回転角速度等の電動機１００の位置又は速度を検知するエンコーダであるが、ホール素子、又はレゾルバ等でもよい。検出センサ１０１は、電動機１００の位置又は速度に応じた電気信号をパルス信号等により出力する。
【0017】
電動機１００は、ボールねじ及びテーブル等を備えた機械３００を駆動する。機械３００は、制御対象部位３１１にかかる荷重を検知するロードセル等の荷重センサ３０１を備えている。荷重センサ３０１は、制御対象部位３１１の荷重に応じた電気信号を制御装置２２０に出力する。
【0018】
駆動制御装置２００は、商用電源等の交流の電源ＰＳから、Ｒ相、Ｓ相、及びＴ相の三相交流又は単相交流の交流電力を入力して電動機１００の駆動電力に変換する。駆動制御装置２００は、二次電池等の直流の電源ＰＳから直流電力を入力して電動機１００の駆動電力に変換してもよい。
【0019】
駆動制御装置２００は、インバータ装置等の電力変換装置２１０（駆動装置）と、ＭＣＵ（Micro Control Unit：マイクロコントローラ）等の制御装置２２０と、を備えている。電力変換装置２１０は、電源ＰＳの電力を電動機１００の駆動電力に変換する。制御装置２２０は、上位制御装置４００に通信可能に接続する。制御装置２２０は、上位制御装置４００の制御指令に応じて電動機１００を制御する。
【0020】
電力変換装置２１０は、コンバータ回路２１１と、平滑コンデンサ２１２と、インバータ回路２１３と、駆動信号生成部２１４と、電流センサ２１５と、を備えている。電源ＰＳが直流電源である場合、電力変換装置２１０は、コンバータ回路２１１及び平滑コンデンサ２１２を備えていなくてよい。
【0021】
コンバータ回路２１１は、交流を直流に変換する。平滑コンデンサ２１２は、直流電圧を平滑化する。インバータ回路２１３は、例えば電圧形インバータである。インバータ回路２１３は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の６個のスイッチング素子を備え、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号等の駆動信号に応じて直流を交流に変換する。
【0022】
駆動信号生成部２１４は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の三相交流のそれぞれの電圧指令に応じてＰＷＭ信号等の駆動信号をそれぞれ生成する。駆動信号生成部２１４は、ＰＷＭ信号等の駆動信号をインバータ回路２１３の６個のスイッチング素子に出力する。
【0023】
インバータ回路２１３のスイッチング素子のそれぞれのゲート端子は、駆動信号生成部２１４に接続されている。６個のスイッチング素子は、駆動信号に応じてオンオフ間隔を変化させ、正弦波のＵ相、Ｖ相、及びＷ相の三相交流の駆動電力を生成する。駆動信号生成部２１４は、制御装置２２０の中にあってもよい。
【0024】
電流センサ２１５は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の三相の巻線に流れる電流をそれぞれ検知する。電流センサ２１５は、巻線に流れる電流に応じた電気信号を制御装置２２０に出力する。
【0025】
制御装置２２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備えている。制御装置２２０は、ＮＶＲＡＭ（Non Volatile Random Access Memory）、及び入出力回路等をさらに備えている。
【0026】
制御装置２２０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を備えていてもよい。
【0027】
ＣＰＵは、制御装置２２０の全体を制御すると共に、各種演算処理を実行する。ＲＯＭは、ＩＰＬ（Initial Program Loader）等のＣＰＵの駆動に用いるプログラムを記憶する。ＲＡＭは、プログラムをロードする記憶領域として又はロードしたプログラムのワークエリアとして使用する。
【0028】
ＮＶＲＡＭは、ＣＰＵにより実行される各種プログラムを記憶する。入出力回路は、センサ等の入力信号をＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換するＡ／Ｄ変換器と、出力信号をＤ／Ａ（Digital to Analog）変換するＤ／Ａ変換器等を備えている。
【0029】
制御装置２２０は、電動機１００の位置制御、速度制御、及び電流制御を行う。また、制御装置２２０は、制御対象部位３１１の荷重に基づいて電動機１００の荷重制御を行う。制御方式としては、Ｐ（Proportional：比例）制御、ＰＩ（Proportional-Integral：比例積分）制御、又はＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential：比例積分微分）制御が用いられる。
【0030】
制御装置２２０は、上位制御装置４００から電動機１００の制御指令をパルス信号等により入力してＡ／Ｄ変換する。制御指令は、位置指令、速度指令、トルク指令、又は荷重指令等を含む。
【0031】
上位制御装置４００は、モーションコントローラ等の上位コントローラである。上位制御装置４００は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等を備えている。上位制御装置４００は、ＰＴＰ（Point To Point）制御又はＣＰ（Continuous Path）制御等により、１つ又は複数の電動機１００の制御装置２２０を制御する。
【0032】
本実施形態の制御装置２２０は、電動機の制御モードを位置制御と荷重制御との間で切替える。
【0033】
制御装置２２０は、検出センサ１０１、電流センサ２１５、及び荷重センサ３０１の出力信号をそれぞれ入力してＡ／Ｄ変換する。制御装置２２０は、Ａ／Ｄ変換された位置検出値、電流検出値、及び荷重検出値に基づいてフィードバック制御を行う。
【0034】
制御装置２２０は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の三相交流のそれぞれの電圧指令を駆動信号生成部２１４に出力する。駆動信号生成部２１４は、電圧指令に応じてＰＷＭ信号等の駆動信号を生成し、インバータ回路２１３の６個のスイッチング素子のオンオフ間隔を変化させる。
【0035】
電動機１００のステータは、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の三相交流に応じて回転磁界を生成し、電動機１００のロータが回転する。電動機１００のロータは、ボールねじ及びテーブル等の機械３００に動力を伝達する。荷重センサ３０１は、機械３００の動作に応じた制御対象部位３１１の荷重を検知する。
【0036】
＜＜機能構成＞＞
以下、本実施形態の制御システム１の機能構成について説明する。図２は、本実施形態の制御システム１の機能構成例を示す図である。図２に示す各種機能は、１以上のプログラムがＣＰＵ等のプロセッサに実行させる処理により実現する。
以下、本実施形態の制御システム１の機能構成について説明する。図２は、本実施形態の制御システム１の機能構成例を示す図である。図２に示す各種機能は、１以上のプログラムがＣＰＵ等のプロセッサに実行させる処理により実現する。
【0037】
制御装置２２０は、位置制御部２２１と、速度制御部２２２と、電流制御部２２３と、位置検出部２２４と、速度検出部２２５と、電流検出部２２６と、を備えている。
【0038】
本実施形態の制御装置２２０は、荷重制御部２２７と、荷重検出部２２８と、切替器２２９と、をさらに備えている。
【0039】
上位制御装置４００は、指令部４０１を備えている。制御装置２２０の少なくとも一部の機能は、後述の実施形態で説明するように上位制御装置４００が担当してもよい。
【0040】
指令部４０１は、ＰＴＰ制御又はＣＰ制御等を行う移動制御器を備えている。指令部４０１は、ＰＴＰ制御又はＣＰ制御等に基づき、電動機１００の目標位置を含む位置指令値ｐ＊を生成する。指令部４０１は、位置指令値ｐ＊をパルス信号等により制御装置２２０に出力して、制御装置２２０の位置制御を活性化する。
【0041】
位置制御部２２１は、位置指令値ｐ＊と位置検出値ｐｄｅｔとの位置偏差に基づき、Ｐ制御、ＰＩ制御、又はＰＩＤ制御を行う位置調節器を備えている。位置制御部２２１は、位置偏差をゼロに近づけるための第１速度指令値ω１＊を出力する。
【0042】
速度制御部２２２は、第１速度指令値ω１＊と速度検出値ωｄｅｔとの速度偏差に基づき、Ｐ制御、ＰＩ制御、又はＰＩＤ制御を行う速度調節器を備えている。速度制御部２２２は、速度偏差をゼロに近づけるための第１トルク指令値τ１＊を出力する。
【0043】
電流制御部２２３は、トルク指令値τ＊を入力する。電流制御部２２３は、トルク指令値τ＊に係数を乗算した電流指令値Ｉ＊と電流検出値Ｉｄｅｔとの電流偏差に基づき、Ｐ制御、ＰＩ制御、又はＰＩＤ制御を行う電流調節器を備えている。電流制御部２２３は、電流偏差をゼロに近づけるための電圧指令値Ｖ＊を駆動信号生成部２１４に出力する。
【0044】
電流制御部２２３は、ベクトル制御を行ってもよい。つまり、電流制御部２２３は、ベクトル変換器と、ベクトル逆変換器と、を備えていてもよい。
【0045】
ベクトル変換器は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の三相交流の電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、及びＩｗを、α軸及びβ軸の電流検出値Ｉα及びＩβに相変換する。ベクトル変換器は、位置検出値ｐｄｅｔ（磁極位置）に基づいてｄ軸（磁束軸相当）及びｑ軸（トルク軸相当）の電流検出値Ｉｄ及びＩｑに座標変換する。
【0046】
α軸は、Ｕ相の巻線方向に規定され、β軸は、α軸より電気角で９０°（π／２）進んだ方向に規定される。ｄ軸は、ロータに設けられた永久磁石のＮ極の向き（磁極位置）に規定され、ｑ軸は、ｄ軸より電気角で９０°（π／２）進んだ方向に規定される。
【0047】
電流制御部２２３内の電流調節器は、ｄ軸の電流指令値Ｉｄ＊とｄ軸の電流検出値Ｉｄとの電流偏差、及びトルク指令値τ＊に係数を乗算したｑ軸の電流指令値Ｉｑ＊とｑ軸の電流検出値Ｉｑとの電流偏差に基づき、Ｐ制御、ＰＩ制御、又はＰＩＤ制御を行う。電流調節器は、電流偏差をゼロに近づけるための電圧指令値Ｖｄ＊及びＶｑ＊をベクトル逆変換器に出力する。
【0048】
ベクトル逆変換器は、電動機１００の電気位相角及び磁極位置等に基づき、電圧指令値Ｖｄ＊及びＶｑ＊を、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の三相交流の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊に相変換して駆動信号生成部２１４に出力する。
【0049】
電流指令値Ｉ＊は、ｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄ＊及びＩｑ＊の総称であり、電圧指令値Ｖ＊は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の三相交流の電圧指令値Ｖｕ＊、Ｖｖ＊、Ｖｗ＊の総称である。
【0050】
位置検出部２２４は、検出センサ１０１の出力信号に基づき、ロータの回転角度等の電動機１００の位置検出値ｐｄｅｔを検出する。
【0051】
速度検出部２２５は、検出センサ１０１の出力信号に基づき、ロータの回転角速度等の電動機１００の速度検出値ωｄｅｔを検出する。
【0052】
電流検出部２２６は、電流センサ２１５の出力信号に基づき、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の三相交流の電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、及びＩｗ等の電流検出値Ｉｄｅｔを検出する。電流検出値Ｉｄｅｔは、三相交流の電流検出値Ｉｕ、Ｉｖ、及びＩｗの総称である。
【0053】
指令部４０１は、制御対象部位３１１の目標荷重を含む荷重指令値ｆ＊を生成する。指令部４０１は、荷重指令値ｆ＊をパルス信号等により制御装置２２０に出力して、制御装置２２０の荷重制御を活性化する。
【0054】
荷重制御部２２７は、後述するように、荷重指令値ｆ＊と荷重検出値ｆｄｅｔとの荷重偏差に基づき、ＰＩ制御を行う荷重調節器を備えている。
【0055】
荷重制御部２２７は、後述するように、第２速度指令値ω２＊と速度検出値ωｄｅｔとの速度偏差に基づき、Ｐ制御を行う速度調節器をさらに備えている。
【0056】
また、荷重制御部２２７は、後述するように、荷重偏差ｆｅに係数Ｋを乗算して第２速度指令値ω２＊を生成する乗算器を備えている。
【0057】
荷重制御部２２７は、荷重偏差と速度偏差をゼロに近づけるための第２トルク指令値τ２＊を電流制御部２２３に出力する。なお、第２トルク指令値τ２＊は、本開示の「トルク指令値」の一例である。
【0058】
荷重検出部２２８は、荷重センサ３０１の出力信号に基づき、制御対象部位３１１にかかる荷重検出値ｆｄｅｔを検出する。
【0059】
切替器２２９は、電動機１００の制御モードを、位置指令値ｐ＊に基づく位置制御と、荷重指令値ｆ＊に基づく荷重制御との間で切替える。
【0060】
切替器２２９は、速度制御部２２２と電流制御部２２３との間に設けられる。切替器２２９は、位置制御に基づく第１トルク指令値τ１＊と、荷重制御に基づく第２トルク指令値τ２＊とを切替える。
【0061】
電動機１００の制御モードが位置制御である場合は、切替器２２９が第１トルク指令値τ１＊をトルク指令値τ＊として電流制御部２２３に出力する。一方、電動機１００の制御モードが荷重制御である場合は、切替器２２９が第２トルク指令値τ２＊をトルク指令値τ＊として電流制御部２２３に出力する。
【0062】
以下、本実施形態の荷重制御部２２７の機能構成について説明する。図３は、本実施形態の荷重制御部２２７の機能構成例を示す図である。図３に示す各種機能は、１以上のプログラムがＣＰＵ等のプロセッサに実行させる処理により実現する。
【0063】
荷重制御部２２７は、荷重調節用減算器２３０と、荷重調節器２３１と、乗算器２３２と、速度調節用減算器２３３と、速度調節器２３４と、トルク加算器２３５と、を備えている。
【0064】
荷重調節用減算器２３０は、荷重指令値ｆ＊と荷重検出値ｆｄｅｔとを減算して荷重偏差ｆｅを出力する。
【0065】
荷重調節器２３１は、荷重指令値ｆ＊と荷重検出値ｆｄｅｔとの荷重偏差ｆｅに基づき、ＰＩ制御を行う。荷重調節器２３１は、荷重偏差ｆｅをゼロに近づけるための荷重調節用トルク指令値ｆτ＊を出力する。
【0066】
乗算器２３２は、荷重偏差ｆｅに係数Ｋを乗算して第２速度指令値ω２＊を出力する。
【0067】
速度調節用減算器２３３は、第２速度指令値ω２＊と速度検出値ωｄｅｔとを減算して速度偏差ωｅを速度調節器２３４に出力する。
【0068】
速度調節器２３４は、第２速度指令値ω２＊と速度検出値ωｄｅｔとの速度偏差ωｅに基づき、Ｐ制御を行う。速度調節器２３４は、速度偏差ωｅをゼロに近づけるための速度調節用トルク指令値ωτ＊を出力する。
【0069】
トルク加算器２３５は、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と、速度調節用トルク指令値ωτ＊とを加算する。トルク加算器２３５は、荷重偏差と速度偏差をゼロに近づけるための第２トルク指令値τ２＊を出力する。
【0070】
＜＜実施例１＞＞
以下、本実施形態の制御システム１を適用した実施例１について説明する。図４は、本実施形態の制御システム１を適用した実施例１を示す図である。
以下、本実施形態の制御システム１を適用した実施例１について説明する。図４は、本実施形態の制御システム１を適用した実施例１を示す図である。
【0071】
機械３００は、ウエハＷ等の被検査体を検査する検査装置である。機械３００は、ウエハＷに形成されたＩＣ（Integrated Circuit）チップ等の複数のデバイスＤの電気的又は機械的な特性を検査するプローバである。
【0072】
機械３００は、プローブカード３０２と、複数のプローブ３０３と、ウエハチャック３０４と、アライメント装置３１０と、をさらに備えている。
【0073】
プローブカード３０２は、ウエハＷを載置するウエハチャック３０４の上方に配置される。プローブカード３０２は、ウエハＷに形成されたデバイスＤの各電極パッドに電気的に接触する複数のプローブ３０３を備えている。
【0074】
複数のプローブ３０３は、スプリングピン等のプローブピンであり、プローブカード３０２の下面から下方に向けて突出する。複数のプローブ３０３は、図示しないテストヘッドの各端子に接続されていて、テストヘッドから電力及び検査信号を供給される。テストヘッドは、ウエハＷ上のデバイスＤからの出力信号を測定して、各デバイスが正常に動作するかを電気的に又は機械的に検査する。
【0075】
プローブカード３０２は、複数のプローブ３０３の少なくとも一部の荷重を検知するロードセル等の荷重センサ３０１を備えている。
【0076】
ウエハチャック３０４は、真空吸着等によりウエハＷを吸着して固定する。ウエハチャック３０４の内部には、１５０℃等の高温状態又は－４０℃等の低温状態でデバイスＤの電気的又は機械的な特性検査を行うため、図示しない加熱冷却機構が設けられる。
【0077】
ウエハＷが加熱されると、プローブカード３０２が熱膨張して、プローブ３０３とデバイスＤの電極パッドとが目標荷重以上のコンタクト荷重で接触し、デバイスＤ又はプローブ３０３が損傷することがある。
【0078】
ウエハチャック３０４は、アライメント装置３１０に支持される。アライメント装置３１０は、ウエハチャック３０４をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動させ、Ｚ軸回りのθ方向に回転させることにより、複数のプローブ３０３を各デバイスＤの電極パッドに接触させる。
【0079】
アライメント装置３１０は、ラックギア３０５、ピニオンギア３０６、固定部材３０７、Ｘ軸テーブル３０８、及びＹ軸テーブル３０９等を備えている。
【0080】
ラックギア３０５は、ウエハチャック３０４に固定される。ピニオンギア３０６は、ラックギア３０５に螺合する。ピニオンギア３０６は、Ｚ軸用の電動機１００のロータシャフト１０２に固定される。電動機１００は、固定部材３０７に固定される。
【0081】
電動機１００のロータシャフト１０２は、ピニオンギア３０６を回転させる。ピニオンギア３０６は、ラックギア３０５をＺ軸方向に移動させる。ラックギア３０５は、ウエハチャック３０４をＺ軸方向に直動して、デバイスＤの各電極パッドを各プローブ３０３に接触させる。
【0082】
アライメント装置３１０は、図示しないが、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用、及びθ軸用の複数の電動機１００を備えている。
【0083】
Ｘ軸テーブル３０８は、Ｘ軸用の電動機１００によりＸ軸方向に移動し、Ｙ軸テーブル３０９は、Ｙ軸用の電動機１００によりＹ軸方向に移動する。ウエハチャック３０４は、θ軸用の電動機１００によりＺ軸回りのθ方向に回転する。
【0084】
本例の制御システム１は、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用、及びθ軸用の複数の電動機１００を駆動制御する多軸のサーボシステムである。
【0085】
プローブカード３０２の熱膨張等により、デバイスＤの各電極パッドと各プローブ３０３との接触位置が変化することがある。
【0086】
そこで、制御システム１は、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用、及びθ軸用の複数の電動機１００を位置制御して、デバイスＤの電極パッドがプローブ３０３に接触する直前の目標位置までウエハチャック３０４を高速に移動させる。
【0087】
次いで、制御システム１は、位置制御から荷重制御に切替え、Ｚ軸用の電動機１００を荷重制御して、プローブ３０３のコンタクト荷重が目標荷重になるまでウエハチャック３０４をＺ軸方向に移動させる。
【0088】
検査装置がデバイスＤの電気的又は機械的な特性検査を終了した後、制御システム１は、荷重制御から位置制御に切替え、次のデバイスＤの電極パッドがプローブ３０３に接触する直前の目標位置までウエハチャック３０４を高速に移動させる。
【0089】
以降、制御システム１は、ウエハＷ上の全てのデバイスＤの検査が終了するまで同じシステム制御を繰り返す。
【0090】
斯かる制御システム１において、指令部４０１は、デバイスＤの各電極パッドが各プローブ３０３に接触する０．１ｍｍ手前までウエハチャック３０４を移動させるＰＴＰ制御を行った。指令部４０１は、ＰＴＰ制御に基づき、位置指令値ｐ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて位置制御を活かした。
【0091】
次いで、指令部４０１は、２Ｎの荷重指令値ｆ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて荷重制御を活かした。
【0092】
＜＜比較例１＞＞
比較例１の制御装置２２０は、図２に示す第２速度指令値ω２＊を荷重制御部２２７から速度制御部２２２に出力する構成とした。切替器２２９は、位置制御部２２１と速度制御部２２２との間に設けられ、位置制御に基づく第１速度指令値ω１＊と、荷重制御に基づく第２速度指令値ω２とを切替えた。つまり比較例１では、速度指令ベースの荷重制御を行った。
比較例１の制御装置２２０は、図２に示す第２速度指令値ω２＊を荷重制御部２２７から速度制御部２２２に出力する構成とした。切替器２２９は、位置制御部２２１と速度制御部２２２との間に設けられ、位置制御に基づく第１速度指令値ω１＊と、荷重制御に基づく第２速度指令値ω２とを切替えた。つまり比較例１では、速度指令ベースの荷重制御を行った。
【0093】
【0094】
第１時刻ｔ１において、指令部４０１は、デバイスＤの電極パッドがプローブ３０３に接触する０．１ｍｍ手前までウエハチャック３０４を移動させるＰＴＰ制御を行った。指令部４０１は、位置指令値ｐ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて位置制御を活かした。
【0095】
第２時刻ｔ２において、指令部４０１は、２Ｎの荷重指令値ｆ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて荷重制御を活かした。切替器２２９は、電動機１００の制御モードを位置制御から荷重制御に切替えた。
【0096】
比較例１の制御装置２２０では、第２時刻ｔ２において、荷重制御部２２７が１２ｍｍ／ｓの第２速度指令値ω２＊を出力した。しかし、速度制御の応答の制限を受けるため、荷重制御の応答が遅かった。結果として、囲み線ＣＦで示すように、荷重指令値ｆ＊を与えた第２時刻ｔ２から荷重検出値ｆｄｅｔが目標荷重の２Ｎに到達する第３時刻までに２６ｍｓかかった。
【0097】
対照的に、実施例１の制御装置２２０では、荷重制御部２２７が速度偏差と荷重偏差をゼロに近づけるための第２トルク指令値τ２＊を出力した。荷重制御部２２７はトルク指令を直接操作するため、囲み線ＥＦに示すように、第２時刻から目標荷重の２Ｎに到達する第３時刻までに１０ｍｓしかかからなかった。
【0098】
＜＜比較例２＞＞
比較例２の制御装置２２０は、図３に示す速度調節器２３４を備えていない構成とした。つまり比較例２では、トルク指令ベースの荷重制御を行うが、速度を安定化する機能を備えていない構成とした。
比較例２の制御装置２２０は、図３に示す速度調節器２３４を備えていない構成とした。つまり比較例２では、トルク指令ベースの荷重制御を行うが、速度を安定化する機能を備えていない構成とした。
【0099】
【0100】
第１時刻ｔ１において、指令部４０１は、デバイスＤの電極パッドがプローブ３０３に接触する０．１ｍｍ手前までウエハチャック３０４を移動させるＰＴＰ制御を行った。指令部４０１は、位置指令値ｐ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて位置制御を活かした。
【0101】
第２時刻ｔ２において、指令部４０１は、２Ｎの荷重指令値ｆ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて荷重制御を活かした。切替器２２９は、電動機１００の制御モードを位置制御から荷重制御に切替えた。
【0102】
比較例２の制御装置２２０では、電動機１００が停止した０．１３秒後の第２時刻ｔ２に荷重制御を活かした。荷重制御部２２７が第２トルク指令値τ２＊を出力して、トルクが電動機１００に加わり、電動機１００が加速した。
【0103】
しかし、囲み線ＣＦで示すように勢いにより荷重が２Ｎの設定値を越え、トルクが負側に振り、囲み線ＣＷに示すように速度検出値ωｄｅｔが負になった。デバイスＤの電極パッドがプローブ３０３に接触する手前側に位置し、荷重がゼロになった。電動機１００は荷重制御により再加速したが、同じことの繰り返しで荷重制御が安定しなかった。
【0104】
つまり比較例２の制御装置２２０には、速度を安定化する機能がないため、荷重制御が安定化しないことが分かった。
【0105】
対照的に、実施例１の制御装置２２０では、荷重制御部２２７が速度偏差ωｅと荷重偏差ｆｅをゼロに近づけるための第２トルク指令値τ２＊を出力した。結果として、囲み線ＥＷに示すように速度が安定化し、荷重制御を安定化することができた。
【0106】
＜＜比較例３＞＞
比較例３の制御装置２２０は、図３に示す荷重調節器２３１が荷重偏差ｆｅに基づきＰＩ制御を行い、速度調節器２３４が速度偏差ωｅに基づきＰＩ制御を行う構成とした。
比較例３の制御装置２２０は、図３に示す荷重調節器２３１が荷重偏差ｆｅに基づきＰＩ制御を行い、速度調節器２３４が速度偏差ωｅに基づきＰＩ制御を行う構成とした。
【0107】
【0108】
第２時刻ｔ２において、ウエハチャック３０４がデバイスＤの電極パッドをプローブ３０３に接触させる０．１ｍｍ手前で停止している際に、指令部４０１は、２Ｎの荷重指令値ｆ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて荷重制御を活かした。
【0109】
比較例３の制御装置２２０では、荷重調節器２３１と速度調節器２３４がいずれもＰＩ制御を行ったため、正方向動作において、正値である荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と、負値である速度調節用トルク指令値ωτ＊とが互いに打ち消し合った。第２トルク指令値τ２＊はゼロになった。結果として、囲み線ＣＦで示すように、荷重検出値ｆｄｅｔがゼロになり、荷重制御を行うことができなかった。或いは、図示しないが、荷重制御の応答が極端に遅くなった。
【0110】
対照的に、実施例１の制御装置２２０では、荷重調節器２３１がＰＩ制御を行い、速度調節器２３４がＰ制御のみを行ったため、正方向動作において、正値である荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と、負値である速度調節用トルク指令値ωτ＊とのバランス点ができた。第２トルク指令値τ２＊はゼロにならなかった。結果として、囲み線ＥＦで示すように、荷重制御を行うことができた。或いは、荷重検出値ｆｄｅｔが２Ｎの目標荷重に速く収束した。
【0111】
＜＜第１実施形態の作用効果＞＞
第１実施形態の制御装置２２０では、図３に示すように、荷重制御部２２７が、荷重調節器２３１と、速度調節器２３４と、トルク加算器２３５と、を備えている。
第１実施形態の制御装置２２０では、図３に示すように、荷重制御部２２７が、荷重調節器２３１と、速度調節器２３４と、トルク加算器２３５と、を備えている。
【0112】
荷重調節器２３１は、荷重指令値ｆ＊と荷重検出値ｆｄｅｔとの荷重偏差ｆｅに基づき、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊を生成する。
【0113】
速度調節器２３４は、第２速度指令値ω２＊と速度検出値ωｄｅｔとの速度偏差ωｅに基づき、速度調節用トルク指令値ωτ＊を生成する。
【0114】
トルク加算器２３５は、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊とを加算して第２トルク指令値τ２＊を生成する。
【0115】
荷重制御部２２７には、速度調節器２３４により速度を安定化する機能があるため、荷重制御を安定化することができる。そして、荷重制御部２２７は、第２トルク指令値τ２＊を出力するため、高応答な制御を実現することができる。
【0116】
また、第１実施形態の制御装置２２０では、荷重制御部２２７が荷重偏差ｆｅに係数Ｋを乗算して第２速度指令値ω２を出力する乗算器２３２をさらに備えている。
【0117】
荷重偏差ｆｅに比例した値を第２速度指令値ω２とすることにより、電動機１００の速度を荷重偏差ｆｅに応じて調整することができる。例えば、荷重偏差ｆｅが大きい場合には、荷重を加える電動機１００の速度が速くなり、荷重偏差ｆｅがゼロになった場合には、電動機１００が停止することになる。
【0118】
さらに、第１実施形態の制御装置２２０では、荷重調節器２３１が荷重偏差ｆｅに基づきＰＩ制御を行い、速度調節器２３４が速度偏差ωｅに基づきＰ制御を行う。
【0119】
荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊は互いに打ち消し合うように作用するため、速度調節器２３４がＰ制御のみを行うことにより、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊との間にバランス点ができる。
【0120】
つまり、速度調節用トルク指令値ωτ＊の絶対値と荷重調節用トルク指令値ｆτ＊の絶対値が異なるようになり、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊との加算結果である第２トルク指令値τ２＊がゼロにならない。結果として、荷重制御を行うことができる。或いは、荷重制御の応答が比較的速くなる。
【0121】
以上から、第１実施形態によれば、高タクトな機械の動作を実現する技術を提供することができる。
【0122】
＜第２実施形態＞
以下、第２実施形態の制御システム１について説明する。なお、前述の実施形態と重複する記載については説明を適宜省略する。
以下、第２実施形態の制御システム１について説明する。なお、前述の実施形態と重複する記載については説明を適宜省略する。
【0123】
【0124】
荷重制御部２２７は、オーバーフローを防止するため、荷重調節用トルクリミッタ２３６と、速度調節用トルクリミッタ２３７と、をさらに備えている。
【0125】
荷重調節用トルクリミッタ２３６は、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊を、荷重側制限値ＦＴＬＩＭｐ、ＦＴＬＩＭｎに制限して出力する。
【0126】
第１の荷重側制限値ＦＴＬＩＭｐは、正方向動作用の荷重調節用トルク上限値である。第２の荷重側制限値ＦＴＬＩＭｎは、負方向動作用の荷重調節用トルク下限値である。
【0127】
速度調節用トルクリミッタ２３７は、速度調節用トルク指令値ωτ＊を、速度側制限値ＷＴＬＩＭｐ、ＷＴＬＩＭｎに制限して出力する。
【0128】
第１の速度側制限値ＷＴＬＩＭｐは、正方向動作用の速度調節用トルク下限値である。第２の速度側制限値ＷＴＬＩＭｎは、負方向動作用の速度調節用トルク上限値である。
【0129】
なお、正方向動作とは、電動機１００の正回転等の電動機１００の正方向動作を意味する。負方向動作とは、電動機１００の負回転等の電動機１００の負方向動作を意味する。
【0130】
正方向動作では、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊が正値になり、速度調節用トルク指令値ωτ＊が負値になるため、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊とが互いに打ち消し合うように作用する。
【0131】
従って、第１の荷重側制限値ＦＴＬＩＭｐの絶対値と第１の速度側制限値ＷＴＬＩＭｐの絶対値とを同じ値にした場合、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊との加算結果である第２トルク指令値τ２＊がゼロになる。ひいては、電動機１００が減速できず、荷重のオーバーシュートが発生してしまう。
【0132】
同様に、負方向動作では、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊が負値になり、速度調節用トルク指令値ωτ＊が正値になるため、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊とが互いに打ち消し合うように作用する。
【0133】
従って、第２の荷重側制限値ＦＴＬＩＭｎの絶対値と第２の速度側制限値ＷＴＬＩＭｎの絶対値とを同じ値にした場合、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊との加算結果である第２トルク指令値τ２＊がゼロになる。ひいては、電動機１００が減速できず、荷重のオーバーシュートが発生してしまう。
【0134】
そこで、荷重調節用トルクリミッタ２３６は、荷重側制限値ＦＴＬＩＭｐ、ＦＴＬＩＭｎの絶対値が速度側制限値ＷＴＬＩＭｐ、ＷＴＬＩＭｎの絶対値より小さくなるように荷重側制限値ＦＴＬＩＭｐ、ＦＴＬＩＭｎを設定する。
【0135】
また、速度調節用トルクリミッタ２３７は、速度側制限値ＷＴＬＩＭｐ、ＷＴＬＩＭｎの絶対値が荷重側制限値ＦＴＬＩＭｐ、ＦＴＬＩＭｎの絶対値より大きくなるように速度側制限値ＷＴＬＩＭｐ、ＷＴＬＩＭｎを設定する。
【0136】
以上によれば、正方向動作と負方向動作のいずれの場合においても、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊とを加算した第２トルク指令値τ２＊が減速トルク指令値になる。従って、荷重のオーバーシュートを抑制することができる。
【0137】
換言すれば、荷重調節用トルクリミッタ２３６は、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊とを加算した第２トルク指令値τ２＊が減速トルク指令値になるように、荷重側制限値ＦＴＬＩＭｐ、ＦＴＬＩＭｎを設定する。
【0138】
また、速度調節用トルクリミッタ２３７は、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊とを加算した第２トルク指令値τ２＊が減速トルク指令値になるように、速度側制限値ＷＴＬＩＭｐ、ＷＴＬＩＭｎを設定する。
【0139】
＜＜実施例２＞＞
以下、本実施形態の制御システム１を適用した実施例２について説明する。なお、実施例１と重複する記載については説明を適宜省略する。
以下、本実施形態の制御システム１を適用した実施例２について説明する。なお、実施例１と重複する記載については説明を適宜省略する。
【0140】
図４に示す機械３００において、指令部４０１は、ウエハＷのデバイスＤの各電極パッドが各プローブ３０３に接触する０．１ｍｍ手前までウエハチャック３０４を移動させるＰＴＰ制御を行った。指令部４０１は、位置指令値ｐ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて位置制御を行った。
【0141】
次いで、指令部４０１は、２Ｎの荷重指令値ｆ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて荷重制御を活かした。
【0142】
実施例２の制御装置２２０では、荷重調節用トルクリミッタ２３６が正方向動作用の荷重側制限値ＦＴＬＩＭｐを７５％に設定し、速度調節用トルクリミッタ２３７が正方向動作用の速度側制限値ＷＴＬＩＭｐを－１００％に設定した。
【0143】
これにより、荷重側制限値ＦＴＬＩＭｐの絶対値（７５％）を速度側制限値ＷＴＬＩＭｐの絶対値（１００％）より小さくした。つまり、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊とを加算した第２トルク指令値τ２＊を－２５％の減速トルク指令値とした。
【0144】
＜＜比較例４＞＞
比較例４の制御装置２２０では、荷重調節用トルクリミッタ２３６が正方向動作用の荷重側制限値ＦＴＬＩＭｐを１００％に設定し、速度調節用トルクリミッタ２３７が正方向動作用の速度側制限値ＷＴＬＩＭｐを－１００％に設定した。
比較例４の制御装置２２０では、荷重調節用トルクリミッタ２３６が正方向動作用の荷重側制限値ＦＴＬＩＭｐを１００％に設定し、速度調節用トルクリミッタ２３７が正方向動作用の速度側制限値ＷＴＬＩＭｐを－１００％に設定した。
【0145】
これにより、荷重側制限値ＦＴＬＩＭｐの絶対値（１００％）と速度側制限値ＷＴＬＩＭｐの絶対値（１００％）とを同じにした。つまり、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊とを加算した第２トルク指令値τ２＊を０％のトルク指令値とした。
【0146】
【0147】
第２時刻ｔ２において、指令部４０１は、２Ｎの荷重指令値ｆ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて荷重制御を活かした。
【0148】
比較例４の制御装置２２０では、破線で示す荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と、一点鎖線で示す速度調節用トルク指令値ωτ＊とが互いに打ち消しあって０％の第２トルク指令値τ２＊を出力した。従って、電動機１００が減速できなかった。結果として、囲み線ＣＦに示すように、荷重が大きくオーバーシュートした。
【0149】
対照的に、実施例２の制御装置２２０では、破線で示す荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と、一点鎖線で示す速度調節用トルク指令値ωτ＊とを加算した第２トルク指令値τ２＊が－２５％の減速トルク指令値として出力された。従って、電動機１００が減速できた。結果として、囲み線ＥＦで示すように、荷重のオーバーシュートが概ねなかった。
【0150】
＜＜第２実施形態の作用効果＞＞
第２実施形態の制御装置２２０では、荷重制御部２２７が、オーバーフローを防止するため、荷重調節用トルクリミッタ２３６と、速度調節用トルクリミッタ２３７と、をさらに備えている。
第２実施形態の制御装置２２０では、荷重制御部２２７が、オーバーフローを防止するため、荷重調節用トルクリミッタ２３６と、速度調節用トルクリミッタ２３７と、をさらに備えている。
【0151】
荷重調節用トルクリミッタ２３６は、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊とを加算した第２トルク指令値τ２＊が減速トルク指令値になるように、荷重側制限値ＦＴＬＩＭｐ、ＦＴＬＩＭｎを設定する。
【0152】
速度調節用トルクリミッタ２３７は、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊とを加算した第２トルク指令値τ２＊が減速トルク指令値になるように、速度側制限値ＷＴＬＩＭｐ、ＷＴＬＩＭｎを設定する。
【0153】
換言すれば、荷重調節用トルクリミッタ２３６は、荷重側制限値ＦＴＬＩＭｐ、ＦＴＬＩＭｎの絶対値が速度側制限値ＷＴＬＩＭｐ、ＷＴＬＩＭｎの絶対値より小さくなるように、荷重側制限値ＦＴＬＩＭｐ、ＦＴＬＩＭｎを設定する。
【0154】
速度調節用トルクリミッタ２３７は、速度側制限値ＷＴＬＩＭｐ、ＷＴＬＩＭｎの絶対値が荷重側制限値ＦＴＬＩＭｐ、ＦＴＬＩＭｎの絶対値より大きくなるように、速度側制限値ＷＴＬＩＭｐ、ＷＴＬＩＭｎを設定する。
【0155】
第２実施形態によれば、正方向動作と負方向動作のいずれの場合においても、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊とを加算した第２トルク指令値τ２＊が減速トルク指令値になる。従って、荷重のオーバーシュートを抑制することができる。
【0156】
＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態の制御システム１について説明する。なお、前述の実施形態と重複する記載については説明を適宜省略する。
以下、第３実施形態の制御システム１について説明する。なお、前述の実施形態と重複する記載については説明を適宜省略する。
【0157】
【0158】
本実施形態の制御装置２２０は、荷重検出値ｆｄｅｔが所定の閾値を超えるまで荷重調節器２３１におけるＰＩ制御の積分をリセット又はホールドする積分リセット器２３８を備えている。
【0159】
荷重制御を活かした後、電動機１００が空走した場合には、荷重調節器２３１におけるＰＩ制御の積分に偏差が蓄積され、荷重のオーバーシュートが発生する。
【0160】
積分リセット器２３８は、荷重検出値ｆｄｅｔが所定の閾値を超えるまで荷重調節器２３１におけるＰＩ制御の積分をリセット又はホールドするため、荷重のオーバーシュートを抑制できる。
【0161】
積分リセット器２３８は、０より大きくかつ目標荷重より小さい値を閾値として自動で設定する。或いは、ユーザがアプリケーションに応じて閾値を手動で設定してもよい。積分リセット器２３８は、閾値をＮＶＲＡＭ等の不揮発性メモリに記憶する。
【0162】
積分リセット器２３８は、予め定めた閾値を不揮発性メモリから読出し、荷重検出値ｆｄｅｔが閾値を超えるまで荷重調節器２３１におけるＰＩ制御の積分をリセット又はホールドする。
【0163】
＜＜実施例３＞＞
以下、本実施形態の制御システム１を適用した実施例３について説明する。なお、前述の実施例と重複する記載については説明を適宜省略する。
以下、本実施形態の制御システム１を適用した実施例３について説明する。なお、前述の実施例と重複する記載については説明を適宜省略する。
【0164】
図４に示す機械３００において、指令部４０１は、ウエハＷのデバイスＤの各電極パッドが各プローブ３０３に接触する位置の０．１ｍｍ手前でウエハチャック３０４を停止させるＰＴＰ制御を行った。指令部４０１は、位置指令値ｐ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて位置制御を行った。
【0165】
次いで、指令部４０１は、２Ｎの荷重指令値ｆ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて荷重制御を活かした。
【0166】
なお、積分リセット器２３８の効果を確認するため、荷重調節器２３１におけるＰＩ制御の積分時間を１０ｍｓと速く設定した。
【0167】
＜＜比較例５＞＞
比較例５の制御装置２２０では、図１０に示す積分リセット器２３８を備えていない構成とした。つまり比較例５では、荷重調節器２３１におけるＰＩ制御の積分をリセット又はホールドしなかった。
比較例５の制御装置２２０では、図１０に示す積分リセット器２３８を備えていない構成とした。つまり比較例５では、荷重調節器２３１におけるＰＩ制御の積分をリセット又はホールドしなかった。
【0168】
【0169】
第２時刻ｔ２において、指令部４０１は、２Ｎの荷重指令値ｆ＊を制御装置２２０に与えて荷重制御を活かした。
【0170】
第２時刻ｔ２から第３時刻ｔ３まで荷重制御の状態で電動機１００が空走した。
【0171】
比較例５の制御装置２２０では、囲み線ＣＴに示すように、第２時刻ｔ２から第３時刻ｔ３までの空走時間中に荷重制御部２２７にＰＩ制御の積分が溜まった。結果として、囲み線ＣＦに示すように、荷重がオーバーシュートした。
【0172】
対照的に、実施例３の制御装置２２０では、積分リセット器２３８が、囲み線ＥＴに示すように、０．２Ｎの閾値を超えるまでの荷重調節器２３１におけるＰＩ制御の積分をリセットした。結果として、囲み線ＥＦに示すように、荷重のオーバーシュートは概ね発生しなかった。
【0173】
＜＜第３実施形態の作用効果＞＞
第３実施形態の制御装置２２０では、荷重検出値ｆｄｅｔが所定の閾値を超えるまで積分リセット器２３８が荷重調節器２３１におけるＰＩ制御の積分をリセット又はホールドする。
第３実施形態の制御装置２２０では、荷重検出値ｆｄｅｔが所定の閾値を超えるまで積分リセット器２３８が荷重調節器２３１におけるＰＩ制御の積分をリセット又はホールドする。
【0174】
電動機１００の空走時間中に荷重調節器２３１におけるＰＩ制御の積分を蓄積しないため、第３実施形態によれば、荷重のオーバーシュートを抑制することができる。
【0175】
＜第４実施形態＞
以下、第４実施形態の制御システム１について説明する。なお、前述の実施形態と重複する記載については説明を適宜省略する。
以下、第４実施形態の制御システム１について説明する。なお、前述の実施形態と重複する記載については説明を適宜省略する。
【0176】
【0177】
荷重制御部２２７は、比較器２３９と、バイアス加算器２４０、２４１と、をさらに備えている。
【0178】
説明を容易にするため、図１２には、２個のバイアス加算器２４０、２４１が例示されているが、荷重制御部２２７は、荷重調節側のバイアス加算器２４０と、速度調節側のバイアス加算器２４１のいずれか一方を備えていればよい。
【0179】
比較器２３９は、荷重検出値ｆｄｅｔと所定の閾値（例えば０．２Ｎ）とを比較して、荷重検出値ｆｄｅｔが所定の閾値を超えるまでバイアス値ｂ＊をバイアス加算器２４０、２４１に出力する。
【0180】
バイアス加算器２４０、２４１は、荷重検出値ｆｄｅｔが所定の閾値を超えるまで、荷重指令値ｆ＊又は第２速度指令値ω２＊にバイアス値ｂ＊を加算する。
【0181】
第１のバイアス加算器２４０は、荷重指令値ｆ＊にバイアス値ｂ＊を加算する。第２のバイアス加算器２４１は、第２速度指令値ω２＊にバイアス値ｂ＊を加算する。
【0182】
荷重検出値ｆｄｅｔが所定の閾値を超えるまで荷重指令値ｆ＊又は第２速度指令値ω２＊にバイアス値ｂ＊を加算することにより、荷重制御部２２７が出力する第２トルク指令値τ２＊が大きくなる。
【0183】
従って、位置制御から荷重制御に切替えた際に、指令部４０１が比較的低い荷重指令値ｆ＊を荷重制御部２２７に与えた場合でも、電動機１００の空走時間が低減する。
【0184】
＜＜実施例４、５＞＞
以下、本実施形態の制御システム１を適用した実施例４、５について説明する。なお、前述の実施例と重複する記載については説明を適宜省略する。
以下、本実施形態の制御システム１を適用した実施例４、５について説明する。なお、前述の実施例と重複する記載については説明を適宜省略する。
【0185】
図４に示す機械３００において、指令部４０１は、ウエハＷのデバイスＤの各電極パッドが各プローブ３０３に接触する位置の０．１ｍｍ手前でウエハチャック３０４を停止させるＰＴＰ制御を行った。指令部４０１は、位置指令値ｐ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて位置制御を行った。
【0186】
次いで、指令部４０１は、比較的低い０．５Ｎの荷重指令値ｆ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて荷重制御を活かした。
【0187】
実施例４の制御装置２２０は、荷重指令値ｆ＊にバイアス値ｂ＊を加算する第１のバイアス加算器２４０を備える構成とした。第１のバイアス加算器２４０は、荷重検出値ｆｄｅｔが０．２Ｎの閾値を超えるまで、荷重指令値ｆ＊にバイアス値ｂ＊を加算した。
【0188】
実施例５の制御装置２２０は、第２速度指令値ω２＊にバイアス値ｂ＊を加算する第２のバイアス加算器２４１を備える構成とした。第２のバイアス加算器２４１は、荷重検出値ｆｄｅｔが０．２Ｎの閾値を超えるまで、第２速度指令値ｆ＊にバイアス値ｂ＊を加算した。
【0189】
＜＜比較例６＞＞
比較例６の制御装置２２０は、図１２に示す比較器２３９と、バイアス加算器２４０、２４１とを備えていない構成とした。つまり比較例６では、荷重指令値ｆ＊又は第２速度指令値ω２＊にバイアス値ｂ＊を加算しなかった。
比較例６の制御装置２２０は、図１２に示す比較器２３９と、バイアス加算器２４０、２４１とを備えていない構成とした。つまり比較例６では、荷重指令値ｆ＊又は第２速度指令値ω２＊にバイアス値ｂ＊を加算しなかった。
【0190】
【0191】
第１時刻ｔ１において、指令部４０１は、デバイスＤの電極パッドがプローブ３０３に接触する０．１ｍｍ手前までウエハチャック３０４を移動させるＰＴＰ制御を行った。指令部４０１は、位置指令値ｐ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて位置制御を活かした。
【0192】
第２時刻ｔ２において、指令部４０１は、比較的低い０．５Ｎの荷重指令値ｆ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて荷重制御を活かした。
【0193】
第２時刻ｔ２から第３時刻ｔ３まで荷重制御の状態で電動機１００が空走した。
【0194】
比較例６の制御装置２２０では、荷重指令値ｆ＊又は第２速度指令値ω２＊にバイアス値ｂ＊を加算しなかった。従って、指令部４０１が比較的低い０．５Ｎの荷重指令値ｆ＊を荷重制御部２２７に与えた場合に、電動機１００の空走時間が２８ｍｓと比較的長くなった。
【0195】
対照的に、実施例４の制御装置２２０では、荷重検出値ｆｄｅｔが０．２Ｎの閾値を超えるまで、荷重指令値ｆ＊にバイアス値ｂ＊を加算した。結果として、囲み線ＥＷに示すように、速度検出値ωｄｅｔが僅かに大きくなり、電動機１００の空走時間が１４ｍｓまで低減した。
【0196】
【0197】
第１時刻ｔ１において、指令部４０１は、デバイスＤの電極パッドがプローブ３０３に接触する０．１ｍｍ手前までウエハチャック３０４を移動させるＰＴＰ制御を行った。指令部４０１は、位置指令値ｐ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて位置制御を活かした。
【0198】
第２時刻ｔ２において、指令部４０１は、比較的低い０．５Ｎの荷重指令値ｆ＊をＺ軸用の電動機１００の制御装置２２０に与えて荷重制御を活かした。
【0199】
第２時刻ｔ２から第３時刻ｔ３まで荷重制御の状態で電動機１００が空走した。
【0200】
比較例６の制御装置２２０では、荷重指令値ｆ＊又は第２速度指令値ω２＊にバイアス値ｂ＊を加算しなかった。従って、指令部４０１が比較的低い０．５Ｎの荷重指令値ｆ＊を荷重制御部２２７に与えた場合に、電動機１００の空走時間が２８ｍｓと比較的長くなった。
【0201】
対照的に、実施例５の制御装置２２０では、荷重検出値ｆｄｅｔが０．２Ｎの閾値を超えるまで、第２速度指令値ω２＊にバイアス値ｂ＊を加算した。結果として、囲み線ＥＷに示すように、速度検出値ωｄｅｔが僅かに大きくなり、電動機１００の空走時間が１６ｍｓまで低減した。
【0202】
＜＜第４実施形態の作用効果＞＞
第４実施形態の制御装置２２０では、バイアス加算器２４０、２４１が、荷重検出値ｆｄｅｔが所定の閾値を超えるまで、荷重指令値ｆ＊又は第２速度指令値ω２＊にバイアス値ｂ＊を加算する。
第４実施形態の制御装置２２０では、バイアス加算器２４０、２４１が、荷重検出値ｆｄｅｔが所定の閾値を超えるまで、荷重指令値ｆ＊又は第２速度指令値ω２＊にバイアス値ｂ＊を加算する。
【0203】
荷重指令値ｆ＊又は第２速度指令値ω２＊にバイアス値ｂ＊を加算することにより、指令部４０１が比較的低い荷重指令値ｆ＊を制御装置２２０に与えた場合でも、電動機１００の空走時間が長くなってしまうのを抑制することができる。
【0204】
＜第５実施形態＞
以下、第５実施形態の制御システム１について説明する。なお、前述の実施形態と重複する記載については説明を適宜省略する。
以下、第５実施形態の制御システム１について説明する。なお、前述の実施形態と重複する記載については説明を適宜省略する。
【0205】
【0206】
本実施形態の制御システム１では、上位制御装置４００が電動機１００の位置制御と荷重制御を行う。
【0207】
制御システム１が複数の電動機１００を駆動制御する多軸のサーボシステムである場合には、上位制御装置４００が電動機１００ごとに位置制御と荷重制御を行う。或いは、上位制御装置４００は、複数の電動機１００を纏めて位置制御と荷重制御を行ってもよい。
【0208】
制御装置２２０は、速度制御部２２２と、電流制御部２２３と、位置検出部２２４と、速度検出部２２５と、電流検出部２２６と、を備えている。
【0209】
上位制御装置４００は、指令部４０１と、位置制御部２２１と、荷重制御部２２７と、荷重検出部２２８と、を備えている。
【0210】
指令部４０１は、ＰＴＰ制御又はＣＰ制御を行う。指令部４０１は、位置指令値ｐ＊を生成して位置制御部２２１を活性化させる。
【0211】
位置制御部２２１は、位置検出値ｐｄｅｔを制御装置２２０からパルス信号等により入力する。
【0212】
位置制御部２２１は、位置指令値ｐ＊と位置検出値ｐｄｅｔとの位置偏差に基づきＰ制御、ＰＩ制御、又はＰＩＤ制御を行う。位置制御部２２１は、第１速度指令値ω１＊を生成して制御装置２２０にパルス信号等により出力する。
【0213】
指令部４０１は、荷重指令値ｆ＊を生成して荷重制御部２２７を活性化させる。
【0214】
荷重検出部２２８は、荷重センサ３０１の出力信号を入力して荷重検出値ｆｄｅｔを検出する。
【0215】
荷重制御部２２７は、荷重検出部２２８から荷重検出値ｆｄｅｔを入力する。また、荷重制御部２２７は、速度検出値ωｄｅｔを制御装置２２０からパルス信号等により入力する。
【0216】
荷重制御部２２７は、荷重指令値ｆ＊と荷重検出値ｆｄｅｔとの荷重偏差に基づき、ＰＩ制御を行う。荷重制御部２２７は、荷重偏差をゼロに近づけるための荷重調節用トルク指令値を生成する。
【0217】
荷重制御部２２７は、第２速度指令値ω２＊と速度検出値ωｄｅｔとの速度偏差に基づき、Ｐ制御を行う。荷重制御部２２７は、速度偏差をゼロに近づけるための速度調節用トルク指令値を生成する。
【0218】
荷重制御部２２７は、荷重調節用トルク指令値ｆτ＊と速度調節用トルク指令値ωτ＊を加算した第２トルク指令値τ２＊を生成して制御装置２２０にパルス信号等により出力する。
【0219】
荷重制御部２２７には、速度を安定化する機能があるため、荷重制御を安定化することができる。そして、荷重制御部２２７は、荷重制御の出力を第２トルク指令値τ２＊として出力するため、高応答な制御を実現することができる。
【0220】
よって、上位制御装置４００は、高タクトな機械の動作を実現することができる。上位制御装置４００は、本開示の「制御装置」の一例である。
【0221】
＜＜第５実施形態の作用効果＞＞
第５実施形態によれば、制御システム１全体の制御と、各電動機１００の制御とを分散処理させることにより、コンピュータ自体の処理能力を向上することができる。
第５実施形態によれば、制御システム１全体の制御と、各電動機１００の制御とを分散処理させることにより、コンピュータ自体の処理能力を向上することができる。
【0222】
＜第６実施形態＞
以下、第６実施形態の制御システム１について説明する。なお、前述の実施形態と重複する記載については説明を適宜省略する。
以下、第６実施形態の制御システム１について説明する。なお、前述の実施形態と重複する記載については説明を適宜省略する。
【0223】
【0224】
本実施形態の制御システム１では、荷重制御部２２７の中に速度調節器がない。制御システム１は、速度制御部２２２の中の速度調節器を用いて荷重制御中の速度を安定化させる。
【0225】
荷重制御部２２７は、後述するように、荷重指令値ｆ＊と荷重検出値ｆｄｅｔとの荷重偏差に基づき、ＰＩ制御を行う荷重調節器を備えている。荷重制御部２２７は、荷重偏差をゼロに近づけるための第２トルク指令値τ２＊を出力する。
【0226】
荷重制御部２２７は、後述するように、荷重検出値ｆｄｅｔに係数Ｋを乗算して第２速度指令値ω２＊を出力する乗算器を備えている。
【0227】
切替器２２９は、電動機１００の制御モードを、位置指令値ｐ＊に基づく位置制御と、荷重指令値ｆ＊に基づく荷重制御との間で切替える。
【0228】
切替器２２９は、位置制御部２２１と速度制御部２２２との間に設けられる。切替器２２９は、位置制御に基づく第１速度指令値ω１＊と、荷重制御に基づく第２速度指令値ω２＊とを切替える。
【0229】
切替器２２９は、第１速度指令値ω１＊と第２速度指令値ω２＊のいずれか一方を速度指令値ω＊として出力する。
【0230】
速度制御部２２２は、速度指令値ω＊と速度検出値ωｄｅｔとの速度偏差に基づき、Ｐ制御、ＰＩ制御、又はＰＩＤ制御を行う速度調節器を備えている。速度制御部２２２は、速度偏差をゼロに近づけるための第１トルク指令値τ１＊を出力する。
【0231】
速度制御部２２２は、電動機１００の制御モードが荷重制御の場合は、Ｐ制御のみを行う。
【0232】
トルク加算器２３５は、速度調節用の第１トルク指令値τ１＊と、荷重調節用の第２トルク指令値τ２＊とを加算する。トルク加算器２３５は、荷重偏差と速度偏差をゼロに近づけるためのトルク指令値τ＊を出力する。荷重制御部２２７の中には、トルク加算器２３５がない。
【0233】
なお、第１トルク指令値τ１＊は、本開示の「速度調節用トルク指令値」の一例である。第２トルク指令値τ２＊は、本開示の「荷重調節用トルク指令値」の一例である。
【0234】
以下、本実施形態の荷重制御部２２７の機能構成について説明する。図１７は、本実施形態の荷重制御部２２７の機能構成例を示す図である。図１７に示す各種機能は、１以上のプログラムがＣＰＵ等のプロセッサに実行させる処理により実現する。
【0235】
荷重制御部２２７は、荷重調節用減算器２３０と、荷重調節器２３１と、乗算器２３２と、を備えている。
【0236】
荷重調節用減算器２３０は、荷重指令値ｆ＊と荷重検出値ｆｄｅｔとを減算して荷重偏差ｆｅを出力する。
【0237】
荷重調節器２３１は、荷重指令値ｆ＊と荷重検出値ｆｄｅｔとの荷重偏差ｆｅに基づき、ＰＩ制御を行う。荷重調節器２３１は、荷重偏差ｆｅをゼロに近づけるための荷重調節用の第２トルク指令値τ２＊を出力する。
【0238】
乗算器２３２は、荷重偏差ｆｅに係数Ｋを乗算して第２速度指令値ω２＊を出力する。
【0239】
図１６に示すように、切替器２２９は、電動機１００の制御モードが位置制御の場合には、第１速度指令値ω１＊を速度指令値ω＊として出力する。切替器２２９は、電動機１００の制御モードが荷重制御の場合には、第２速度指令値ω２＊を速度指令値ω＊として出力する。
【0240】
速度制御部２２２は、速度指令値ω＊と速度検出値ωｄｅｔとの速度偏差に基づき、Ｐ制御を行う。速度制御部２２２は、速度偏差をゼロに近づけるための速度調節用の第１トルク指令値τ１＊を出力する。
【0241】
トルク加算器２３５は、第１トルク指令値τ１＊と第２トルク指令値τ２＊とを加算してトルク指令値を出力する。
【0242】
＜＜第６実施形態の作用効果＞＞
第６実施形態の制御装置２２０では、速度制御部２２２を用いて速度を安定化するため、荷重制御を安定化することができる。そして、荷重制御部２２７は、第２トルク指令値τ２＊を出力するため、高応答な制御を実現することができる。
第６実施形態の制御装置２２０では、速度制御部２２２を用いて速度を安定化するため、荷重制御を安定化することができる。そして、荷重制御部２２７は、第２トルク指令値τ２＊を出力するため、高応答な制御を実現することができる。
【0243】
また、第６実施形態の制御装置２２０では、荷重制御部２２７が荷重偏差ｆｅに係数Ｋを乗算して第２速度指令値ω２を出力する乗算器２３２をさらに備えている。
【0244】
荷重偏差ｆｅに比例した値を第２速度指令値ω２とすることにより、電動機１００の速度を荷重偏差ｆｅに応じて調整することができる。例えば、荷重偏差ｆｅが大きい場合には、荷重を加える電動機１００の速度が速くなり、荷重偏差ｆｅがゼロになった場合には、電動機１００が停止することになる。
【0245】
さらに、第６実施形態の制御装置２２０では、荷重調節器２３１が荷重偏差ｆｅに基づきＰＩ制御を行い、速度制御部２２２が速度偏差ωｅに基づきＰ制御を行う。
【0246】
荷重調節用の第２トルク指令値τ２＊と速度調節用の第１トルク指令値τ１＊は互いに打ち消し合うように作用する。従って、速度制御部２２２がＰ制御のみを行うことにより、荷重調節用の第２トルク指令値τ２＊と速度調節用の第１トルク指令値τ１＊との間にバランス点ができる。
【0247】
つまり、速度調節用の第１トルク指令値τ１＊の絶対値と荷重調節用の第２トルク指令値τ２＊の絶対値が異なるようになり、荷重調節用の第２トルク指令値τ２＊と速度調節用の第１トルク指令値τ１＊との加算結果であるトルク指令値τ＊がゼロにならない。結果として、荷重制御ができるようになる。或いは、荷重制御の応答が速くなる。
【0248】
以上から、第６実施形態によれば、高タクトな機械の動作を実現する技術を提供することができる。
【0249】
上記で説明した実施形態の各種機能は、一又は複数の処理回路により実現することが可能である。ここで、本明細書における「処理回路」は、電子回路で実装するプロセッサのようにソフトウェアで各機能を実行するようにプログラミングしたプロセッサを含む。或いは、「処理回路」は、各機能を実行するように設計したＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のデバイスを含む。また、「処理回路」は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又は従来の回路モジュール等のデバイスを含む。
【0250】
本開示の態様は、例えば以下の通りである。
【0251】
＜１＞ 荷重指令値と荷重検出値との荷重偏差に基づき荷重調節用トルク指令値を生成する荷重調節器と、
速度指令値と速度検出値との速度偏差に基づき速度調節用トルク指令値を生成する速度調節器と、
前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算してトルク指令値を出力するトルク加算器と、
を備える、電動機の制御装置である。
速度指令値と速度検出値との速度偏差に基づき速度調節用トルク指令値を生成する速度調節器と、
前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算してトルク指令値を出力するトルク加算器と、
を備える、電動機の制御装置である。
【0252】
＜２＞ 前記荷重偏差に係数を乗算して前記速度指令値を生成する乗算器をさらに備える、前記＜１＞に記載の制御装置である。
【0253】
＜３＞前記荷重調節器が前記荷重偏差に基づき比例積分制御を行い、前記速度調節器が前記速度偏差に基づき比例制御を行う、前記＜１＞又は前記＜２＞に記載の制御装置である。
【0254】
＜４＞ 前記荷重調節用トルク指令値を荷重側制限値に制限して出力する荷重調節用トルクリミッタと、
前記速度調節用トルク指令値を速度側制限値に制限して出力する速度調節用トルクリミッタと、
をさらに備え、
前記荷重調節用トルクリミッタは、前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算した前記トルク指令値が減速トルク指令値になるように前記荷重側制限値を設定し、
前記速度調節用トルクリミッタは、前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算した前記トルク指令値が減速トルク指令値になるように前記速度側制限値を設定する、
前記＜１＞～前記＜３＞のいずれかに記載の制御装置である。
前記速度調節用トルク指令値を速度側制限値に制限して出力する速度調節用トルクリミッタと、
をさらに備え、
前記荷重調節用トルクリミッタは、前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算した前記トルク指令値が減速トルク指令値になるように前記荷重側制限値を設定し、
前記速度調節用トルクリミッタは、前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算した前記トルク指令値が減速トルク指令値になるように前記速度側制限値を設定する、
前記＜１＞～前記＜３＞のいずれかに記載の制御装置である。
【0255】
＜５＞ 前記荷重調節用トルク指令値を荷重側制限値に制限して出力する荷重調節用トルクリミッタと、
前記速度調節用トルク指令値を速度側制限値に制限して出力する速度調節用トルクリミッタと、
をさらに備え、
前記荷重調節用トルクリミッタは、前記荷重側制限値の絶対値が前記速度側制限値の絶対値より小さくなるように前記荷重側制限値を設定し、
前記速度調節用トルクリミッタは、前記速度側制限値の絶対値が前記荷重側制限値の絶対値より大きくなるように前記速度側制限値を設定する、
前記＜１＞～前記＜３＞のいずれかに記載の制御装置である。
前記速度調節用トルク指令値を速度側制限値に制限して出力する速度調節用トルクリミッタと、
をさらに備え、
前記荷重調節用トルクリミッタは、前記荷重側制限値の絶対値が前記速度側制限値の絶対値より小さくなるように前記荷重側制限値を設定し、
前記速度調節用トルクリミッタは、前記速度側制限値の絶対値が前記荷重側制限値の絶対値より大きくなるように前記速度側制限値を設定する、
前記＜１＞～前記＜３＞のいずれかに記載の制御装置である。
【0256】
＜６＞ 前記荷重検出値が所定の閾値を超えるまで前記荷重調節器における比例積分制御の積分をリセット又はホールドする積分リセット器をさらに備える、前記＜１＞～前記＜５＞のいずれかに記載の制御装置である。
【0257】
＜７＞ 前記荷重検出値が所定の閾値を超えるまで前記荷重指令値又は前記速度指令値にバイアス値を加算するバイアス加算器をさらに備える、前記＜１＞～前記＜６＞のいずれかに記載の制御装置である。
【0258】
＜８＞ 電動機の制御装置による制御方法であって、前記制御装置が、
荷重指令値と荷重検出値との荷重偏差に基づき荷重調節用トルク指令値を生成するステップと、
速度指令値と速度検出値との速度偏差に基づき速度調節用トルク指令値を生成するステップと、
前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算してトルク指令値を生成するステップと、
を実行する、制御方法である。
荷重指令値と荷重検出値との荷重偏差に基づき荷重調節用トルク指令値を生成するステップと、
速度指令値と速度検出値との速度偏差に基づき速度調節用トルク指令値を生成するステップと、
前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算してトルク指令値を生成するステップと、
を実行する、制御方法である。
【0259】
＜９＞ 荷重指令値と荷重検出値との荷重偏差に基づき荷重調節用トルク指令値を生成するステップと、
速度指令値と速度検出値との速度偏差に基づき速度調節用トルク指令値を生成するステップと、
前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算してトルク指令値を生成するステップと、
を電動機を制御するコンピュータに実行させる、プログラムである。
速度指令値と速度検出値との速度偏差に基づき速度調節用トルク指令値を生成するステップと、
前記荷重調節用トルク指令値と前記速度調節用トルク指令値とを加算してトルク指令値を生成するステップと、
を電動機を制御するコンピュータに実行させる、プログラムである。
【符号の説明】
【0260】
１ 制御システム
１００ 電動機
１０１ 検出センサ
１０２ ロータシャフト
２００ 駆動制御装置
２１０ 電力変換装置
２１１ コンバータ回路
２１２ 平滑コンデンサ
２１３ インバータ回路
２１４ 駆動信号生成部
２１５ 電流センサ
２２０ 制御装置
２２１ 位置制御部
２２２ 速度制御部
２２３ 電流制御部
２２４ 位置検出部
２２５ 速度検出部
２２６ 電流検出部
２２７ 荷重制御部
２２８ 荷重検出部
２２９ 切替器
２３０ 荷重調節用減算器
２３１ 荷重調節器
２３２ 乗算器
２３３ 速度調節用減算器
２３４ 速度調節器
２３５ トルク加算器
２３６ 荷重調節用トルクリミッタ
２３７ 速度調節用トルクリミッタ
２３８ 積分リセット器
２３９ 比較器
２４０ 第１のバイアス加算器
２４１ 第２のバイアス加算器
３００ 機械
３０１ 荷重センサ
３０２ プローブカード
３０３ プローブ
３０４ ウエハチャック
３０５ ラックギア
３０６ ピニオンギア
３０７ 固定部材
３０８ Ｘ軸テーブル
３０９ Ｙ軸テーブル
３１０ アライメント装置
３１１ 制御対象部位
４００ 上位制御装置
４０１ 指令部
ｐ＊ 位置指令値
ｐｄｅｔ 位置検出値
ω１＊ 第１速度指令値
ω２＊ 第２速度指令値
ωｄｅｔ 速度検出値
ωｅ 速度偏差
Ｉ＊ 電流指令値
Ｉｄｅｔ 電流検出値
Ｖ＊ 電圧指令値
ｆ＊ 荷重指令値
ｆｄｅｔ 荷重検出値
ｆｅ 荷重偏差
ｆτ＊ 荷重調節用トルク指令値
ωτ＊ 速度調節用トルク指令値
τ１＊ 第１トルク指令値
τ２＊ 第２トルク指令値
τ＊ トルク指令値
Ｄ デバイス
ＰＳ 電源
Ｗ ウエハ
１００ 電動機
１０１ 検出センサ
１０２ ロータシャフト
２００ 駆動制御装置
２１０ 電力変換装置
２１１ コンバータ回路
２１２ 平滑コンデンサ
２１３ インバータ回路
２１４ 駆動信号生成部
２１５ 電流センサ
２２０ 制御装置
２２１ 位置制御部
２２２ 速度制御部
２２３ 電流制御部
２２４ 位置検出部
２２５ 速度検出部
２２６ 電流検出部
２２７ 荷重制御部
２２８ 荷重検出部
２２９ 切替器
２３０ 荷重調節用減算器
２３１ 荷重調節器
２３２ 乗算器
２３３ 速度調節用減算器
２３４ 速度調節器
２３５ トルク加算器
２３６ 荷重調節用トルクリミッタ
２３７ 速度調節用トルクリミッタ
２３８ 積分リセット器
２３９ 比較器
２４０ 第１のバイアス加算器
２４１ 第２のバイアス加算器
３００ 機械
３０１ 荷重センサ
３０２ プローブカード
３０３ プローブ
３０４ ウエハチャック
３０５ ラックギア
３０６ ピニオンギア
３０７ 固定部材
３０８ Ｘ軸テーブル
３０９ Ｙ軸テーブル
３１０ アライメント装置
３１１ 制御対象部位
４００ 上位制御装置
４０１ 指令部
ｐ＊ 位置指令値
ｐｄｅｔ 位置検出値
ω１＊ 第１速度指令値
ω２＊ 第２速度指令値
ωｄｅｔ 速度検出値
ωｅ 速度偏差
Ｉ＊ 電流指令値
Ｉｄｅｔ 電流検出値
Ｖ＊ 電圧指令値
ｆ＊ 荷重指令値
ｆｄｅｔ 荷重検出値
ｆｅ 荷重偏差
ｆτ＊ 荷重調節用トルク指令値
ωτ＊ 速度調節用トルク指令値
τ１＊ 第１トルク指令値
τ２＊ 第２トルク指令値
τ＊ トルク指令値
Ｄ デバイス
ＰＳ 電源
Ｗ ウエハ
【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】