特開 2024-171156 制御装置及び制御方法

(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】P2024171156

(43)【公開日】2024-12-11

(54)【発明の名称】制御装置及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 7/025 20160101AFI20241204BHJP

   H02P 31/00 20060101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

H02P7/025

H02P31/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023088076

(22)【出願日】2023-05-29

(71)【出願人】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】株式会社プロテリアル

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】赤松 薫

(72)【発明者】

【氏名】久松 稜平

【テーマコード（参考）】

5H501

5H540

【Ｆターム（参考）】

5H501AA22

5H501BB05

5H501DD10

5H501GG01

5H501JJ03

5H501JJ04

5H501JJ25

5H501LL36

5H540AA01

5H540BA03

5H540BB06

5H540EE05

5H540EE20

5H540FA12

(57)【要約】

【課題】発生するコギングに対して十分な補償を行うことができ、コギングの影響を大幅に低減して所望の動作特性を実現できるモータの制御装置及び制御方法を提供する。
【解決手段】リニアモータ１を制御する制御装置１００であって、リニアモータ１の実動時に測定された測定値に基づく非線形補償モデル５１を用いてリニアモータ１の作動時におけるコギングを補正する非線形補償器５０を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータを制御する制御装置であって、
前記モータの実動時に測定された測定値に基づく非線形補償モデルを用いて前記モータの作動時におけるコギングを補正する非線形補償器を備える
制御装置。

【請求項2】

前記測定値は前記モータがステージに組み込まれた状態で測定されている請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記モータは可動子及び固定子を含むリニアモータである請求項１に記載の制御装置。

【請求項4】

目標とする前記可動子の目標位置と検出された前記可動子の検出位置との差分に基づいて前記可動子の制御量を算出して、前記モータに電力を供給する電力制御部へ出力する位置制御部を備えており、
前記測定値は前記位置制御部からの出力値である請求項３に記載の制御装置。

【請求項5】

前記非線形補償モデルは、
前記可動子の移動路の往路に係る出力値に基づく往路モデルと、復路に係る出力値に基づく復路モデルとを含む請求項４に記載の制御装置。

【請求項6】

前記位置制御部及び前記電力制御部の間に減算器が介在しており、
前記非線形補償器は、前記非線形補償モデルを用いて前記検出位置に対して補正を行い、補正結果を前記減算器に出力する請求項４に記載の制御装置。

【請求項7】

前記目標位置を前記位置制御部に出力する位置指令部と、
前記位置制御部及び前記電力制御部の間に介在する減算器とを備え、
前記非線形補償器は、前記非線形補償モデルを用いて前記目標位置に対して補正を行い、補正結果を前記減算器に出力する請求項４に記載の制御装置。

【請求項8】

前記モータの作動時の外乱を補正する外乱オブザーバを備える請求項１から７の何れか一項に記載の制御装置。

【請求項9】

モータを制御する制御方法であって、
前記モータの実動時に測定された測定値に基づく非線形補償モデルを用いて前記モータの作動時におけるコギングを補正して前記モータを制御する
制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータを制御する制御装置及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

モータは、固定子と可動子とを備えており、固定子と可動子との間で磁気的に推力を発生させることによって、固定子に対して可動子を移動させる構成である。モータの代表的な例として、磁性が交互に変わるように複数の永久磁石を配列させた可動子と、複数の磁極歯それぞれにコイルを巻回させた固定子とを、所定の距離だけ離隔して対応配置させた構成をなし、固定子のコイルに交流電流を流すことにより、永久磁石との吸引反発力によって推力を発生させて、固定子に対して可動子を直線移動させるリニアモータがある。

【0003】

このようなリニアモータを含めたモータにあっては、一般的にコギングが生じることが知られている。コギングとは、固定子に対する可動子の位置に依存した磁気的吸引力の周期的な変動に伴う推力の周期的な変動である。コギングの発生はモータの動作に悪影響を及ぼして、所望の動作特性が得られないことがあり、例えばリニアモータにあっては、安定した等速度制御を行えなくなる。このようなコギングはモータにとって不可避な事象であるため、所望の動作特性が得られるように、発生するコギングを補正するための種々の方法が提案されている（特許文献１、２など）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４－１２０８６１号公報

【特許文献2】特開２０１９－２２１０３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述したコギングを補正する方法は、コギングが周期的に発生するとの前提のうえで、行われている。しかし、コギングは、可動子の位置が固定子の端にある場合、モータ製作時の部材寸法のばらつきが発生する場合、モータ組み立て誤差が存在する場合等にも発生する。してみれば、コギングは、必ずしも周期的ではなく、振幅が一定でもない。よって、従来技術では、発生するコギングの十分な補償が実現されていない。

【0006】

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、発生するコギングに対して十分な補償を行うことができ、コギングの影響を大幅に低減して所望の動作特性を実現できるモータの制御装置及び制御方法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】

本発明に係る制御装置は、モータを制御する制御装置であって、前記モータの実動時に測定された測定値に基づく非線形補償モデルを用いて前記モータの作動時におけるコギングを補正する非線形補償器を備える。

【0008】

本発明にあっては、前記非線形補償器が前記モータの作動時におけるコギングを補正する際、斯かるモータの実動時に測定された測定値に基づいて生成された非線形補償モデルを用いるので、より有効かつ適切な補正が可能である。

【0009】

本発明に係る制御装置は、前記測定値は前記モータがステージに組み込まれた状態で測定されている。

【0010】

本発明にあっては、前記非線形補償器が前記モータの作動時におけるコギングを補正する際に用いられる非線形補償モデルが、前記モータがステージに組み込まれた状態で測定された測定値に基づいて生成されるので、斯かる測定値に実際の動作環境が反映されており、より有効かつ適切な補正が可能である。

【0011】

本発明に係る制御装置は、前記モータは可動子及び固定子を含むリニアモータである。

【0012】

本発明にあっては、前記非線形補償器がリニアモータの実動時に測定された測定値に基づいて生成された非線形補償モデルを用いてリニアモータの作動時におけるコギングを補正するので、より有効かつ適切な補正が可能である。

【0013】

本発明に係る制御装置は、目標とする前記可動子の目標位置と検出された前記可動子の検出位置との差分に基づいて前記可動子の制御量を算出して、前記モータに電力を供給する電力制御部へ出力する位置制御部を備えており、前記測定値は前記位置制御部からの出力値である。

【0014】

本発明にあっては、前記位置制御部は、前記可動子の目標位置と前記可動子の検出位置との差分に基づいて、前記可動子の制御量を算出して前記電力制御部へ出力し、前記非線形補償モデルは前記位置制御部から前記電力制御部に出力される出力値に基づいて生成される。

【0015】

本発明に係る制御装置は、前記非線形補償モデルは、前記可動子の移動路の往路に係る出力値に基づく往路モデルと、復路に係る出力値に基づく復路モデルとを含む。

【0016】

本発明にあっては、前記非線形補償器が、前記往路モデルを用いて前記可動子の往路におけるコギングを補正し、前記復路モデルを用いて前記可動子の復路におけるコギングを補正する。よって、より有効かつ適切な補正が可能である。

【0017】

本発明に係る制御装置は、前記位置制御部及び前記電力制御部の間に減算器が介在しており、前記非線形補償器は、前記非線形補償モデルを用いて前記検出位置に対して補正を行い、補正結果を前記減算器に出力する。

【0018】

本発明にあっては、前記非線形補償器が前記非線形補償モデルを用いて前記検出位置に対して補正を行った結果を前記減算器に出力し、前記減算器にて前記位置制御部からの出力値に印加される。

【0019】

本発明に係る制御装置は、前記目標位置を前記位置制御部に出力する位置指令部と、前記位置制御部及び前記電力制御部の間に介在する減算器とを備え、前記非線形補償器は、前記非線形補償モデルを用いて前記目標位置に対して補正を行い、補正結果を前記減算器に出力する。

【0020】

本発明にあっては、前記非線形補償器が前記非線形補償モデルを用いて前記目標位置に対して補正を行った結果を前記減算器に出力し、前記減算器にて前記位置制御部からの出力値に印加される。

【0021】

本発明に係る制御装置は、前記モータの作動時の外乱を補正する外乱オブザーバを備える。

【0022】

本発明にあっては、前記非線形補償器がコギングに対して行う補正と、前記外乱オブザーバが外乱に対して行う補正とを組み合わせるので、モータにおいて所望の動作特性を実現できる。

【0023】

本発明に係る制御方法は、モータを制御する制御方法であって、前記モータの実動時に測定された測定値に基づく非線形補償モデルを用いて前記モータの作動時におけるコギングを補正して前記モータを制御する。

【0024】

本発明にあっては、前記モータの作動時におけるコギングを補正する際、斯かるモータの実動時に測定された測定値に基づいて生成された非線形補償モデルが用いられるので、より有効かつ適切な補正が可能である。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、発生するコギングに対して十分な補償を行うことができ、コギングの影響を大幅に低減して所望の動作特性を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】実施の形態１に係るリニアモータの構成を示す斜視図である。

【図2】実施の形態１に係るリニアモータの構成を示す側面図である。

【図3】実施の形態１に係るリニアモータの制御装置の一実施形態の構成を示すブロック線図である。

【図4】リニアモータの駆動において目標として設定された可動子の位置（指令位置）及び速度（指令速度）を計時的に表したグラフである。

【図5】図４の指令位置及び指令速度にてリニアモータを駆動させる場合に測定された非線形補償モデルのグラフである。

【図6】図５の非線形補償モデルの値を、フィルタを用いて平均化したグラフである。

【図7】リニアモータの制御に非線形補償器を使用しない場合と使用する場合とにおける可動子の位置偏差を示すグラフである。

【図8】リニアモータの制御に非線形補償器を使用しない場合と使用する場合とにおける可動子の速度変動率を示すグラフである。

【図9】リニアモータの制御に非線形補償モデルを用いる非線形補償器を使用する場合と、周期非線形補償モデルを用いる非線形補償器を使用する場合とにおけるオープンループでのステップ応答時（電流０．７Ａ）の速度変動を示すグラフである。

【図10】実施の形態２に係るリニアモータの制御装置の一実施形態の構成を示すブロック線図である。

【図11】リニアモータの制御に非線形補償器及び外乱オブザーバを用いる場合における可動子の位置偏差を示すグラフである。

【図12】リニアモータの制御に非線形補償器及び外乱オブザーバを用いる場合における可動子の速度変動率を示すグラフである。

【図13】リニアモータの制御に、非線形補償器及び外乱オブザーバを使用する場合と、非線形補償器及び外乱オブザーバの何れかを使用しない場合とにおける可動子の位置偏差を対比表示するグラフである。

【図14】リニアモータの制御に、非線形補償器及び外乱オブザーバを使用する場合と、非線形補償器及び外乱オブザーバの何れかを使用しない場合とにおける可動子の速度変動率を対比表示するグラフである。

【図15】実施の形態３に係るリニアモータの制御装置の一実施形態の構成を示すブロック線図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。なお、以下では、モータの一例としてのリニアモータに本発明を適用する場合について説明する。

【0028】

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るリニアモータ１の構成を示す斜視図であり、図２は、実施の形態１に係るリニアモータ１の構成を示す側面図である。リニアモータ１は、所定距離だけ隔てて対向させた可動子２と固定子３とを有している。

【0029】

可動子２は、例えば１４個の矩形状の永久磁石２１を、等ピッチで薄板状のバックヨーク２２に支持固定して可動方向（図２の左右方向）に並置させて構成される。各永久磁石２１は厚さ方向（図２の上下方向）に磁化されており、隣り合う永久磁石２１，２１同士でその磁化方向は逆向きである。即ち、可動子２側から固定子３側に向かう方向（図２の上から下に向かう方向）に磁化された永久磁石２１と、固定子３側から可動子２側に向か
う方向（図２の下から上に向かう方向）に磁化された永久磁石２１とが交互に配置されている。

【0030】

一方、固定子３は、薄板状のコア３１に可動方向に等ピッチにて例えば３０個の矩形状の磁極歯３２を一体的に設け、各磁極歯３２にコイル３３を巻いて構成される。図２におけるＵ、Ｖ、Ｗは夫々３相交流電源のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を示し、３相平行通電を行うために、正逆２スロット３対を１セットとしている。そして、リニアモータ１は、７個の永久磁石２１と６個の磁極歯３２及びコイル３３とを有する７極６スロット構成を基本ユニットとしている。

【0031】

固定子３のコイル３３に３相交流を通電して磁極歯３２に磁界を発生させると、この磁界に可動子２の永久磁石２１が順次磁気吸引反発することによって可動子２に推力が発生して、可動子２は固定子３に対して直線運動を行う。

【0032】

以下、このような構成をなすリニアモータ１に不可避的に発生するコギングの影響を低減するための方法及び装置について詳述する。

【0033】

図３は、実施の形態１に係るリニアモータ１の制御装置１００の一実施形態の構成を示すブロック線図である。制御装置１００は、リニアモータ１に接続されており、位置指令部１０と、減算器１２２と、制御コントローラ２０（位置制御部）と、減算器７１と、電流アンプ３０（電力制御部）と、非線形補償器５０とを備えている。そして、リニアモータ１は、ステージ４０に組み込まれている。

【0034】

リニアモータ１は、可動子２の位置を検出するエンコーダ（図示せず）を備えており、前記エンコーダによって検出された可動子２の位置（以下、検出位置）ｘが出力される。位置指令部１０は、可動子２の目標位置ｒ_ｐを設定して出力する。制御コントローラ２０は、可動子２の目標位置ｒ_p と検出位置ｘとの差分に基づいて、可動子２の位置の制御量である入力指令ｕ′を算出して、出力する。電流アンプ３０は、減算器７１から出力される後述する電流指令ｕに基づいてリニアモータ１を駆動するための電力をリニアモータ１に供給する。非線形補償器５０は、可動子２の検出位置を補正した補正出力^ｉ_cog（コギングの推定値）を減算器７１に出力する。

【0035】

位置指令部１０の出力端は減算器１２２の加算入力端子に接続されており、減算器１２２の減算入力端子にはリニアモータ１の出力端が接続されている。また、制御コントローラ２０の入力端は減算器１２２の出力端子と接続されており、制御コントローラ２０の出力端は減算器７１の加算入力端子に接続されている。制御コントローラ２０は減算器７１を介して後述の如く電流アンプ３０に接続されている。

【0036】

減算器１２２には、可動子２の目標位置ｒ_p が位置指令部１０から入力されるとともに、リニアモータ１からの検出位置ｘが入力され、減算器１２２は、両者の差分である位置指令ｅ_p を制御コントローラ２０へ出力する。制御コントローラ２０は、減算器１２２から入力された位置指令ｅ_p に基づいて入力指令ｕ′を出力する。入力指令ｕ′は、制御コントローラ２０での演算結果（電流値に相当）であり、減算器７１に入力される。

【0037】

制御対象となるリニアモータ１の入力端は、電流アンプ３０の出力端に接続されており、電流アンプ３０の入力端は減算器７１の出力端子に接続されている。また、リニアモータ１の出力端は非線形補償器５０の入力端に接続されており、非線形補償器５０の出力端は、減算器７１の減算入力端子に接続されている。

【0038】

減算器７１の加算入力端子には、上述の如く、制御コントローラ２０から入力指令ｕ′が入力され、また、減算器７１の減算入力端子には非線形補償器５０から補正出力^ｉ_cogが入力される。なお、「^」の記号は推定値を表している。

【0039】

減算器７１の出力端子から、電流アンプ３０へ、電流指令ｕが出力される。電流アンプ３０は電流指令ｕに応じてリニアモータ１に電力を供給する。電流指令ｕは、時間に対する電流の関数である。リニアモータ１から出力された検出位置ｘは、非線形補償器５０、減算器１２２及び外部へ出力される。

【0040】

非線形補償器５０は、非線形補償モデル５１を有しており、コギング要素Ｃに対して非線形補償モデル５１を用いて補正を行う。非線形補償器５０は、非線形補償モデル５１に基づいてコギングの状態（コギング要素Ｃ）に逆補正（Ｃ^-1）を加えて補償して、コギング補正の推定値^ｉcog を減算器７１へ出力し、入力指令ｕ′に印加される。

【0041】

非線形補償モデル５１は、リニアモータ１の実動時に測定された測定値に基づいて生成されている。斯かる測定値は、リニアモータ１がステージ４０に組み込まれている状態で測定された結果である。
より詳しくは、前記測定値は、図３に示す制御装置１００の構成から、非線形補償器５０を除いた状態でリニアモータ１を作動させた時に、制御コントローラ２０から出力される出力値（入力指令ｕ′）を予め測定した測定値である。換言すれば、非線形補償モデル５１は、検出位置Ｘと、可動子２の位置偏差に対する制御量との関数である。

【0042】

また、非線形補償モデル５１は、可動子２の移動路（固定子３）の往路に係る制御コントローラ２０の出力値に基づく往路非線形補償モデルと、復路に係る制御コントローラ２０の出力値とに基づく復路非線形補償モデルとを夫々含む。即ち、非線形補償器５０は、可動子２が移動路の往路を移動する場合は、非線形補償モデル５１の前記往路非線形補償モデルを用いてコギングに対する補正を行い、可動子２が移動路の復路を移動する場合は、非線形補償モデル５１の前記復路非線形補償モデルを用いてコギングに対する補正を行う。

【0043】

以下、具体例を挙げて説明する。
図４は、リニアモータ１の駆動において目標として設定された可動子２の位置（指令位置）及び速度（指令速度）を計時的に表したグラフである。図４において、左縦軸は位置（ｍｍ）であり、右縦軸は速度（ｍｍ／ｓ）であり、横軸は時間（ｓ）である。また、図４において、実線は指令位置を示し、破線は指令速度を示す。そして、図４Ａは往路における指令位置及び指令速度を示し、図４Ｂは復路における指令位置及び指令速度を示す。

【0044】

図４から分かるように、指令速度はゼロから５ｍｍ／ｓ（－５ｍｍ／ｓ）になって一定時間等速を維持した後再びゼロになる。この際、指令位置は直線的に増加（又は減少）する。

【0045】

また、図５は、図４の指令位置及び指令速度にてリニアモータ１を駆動させる場合に測定された非線形補償モデル５１のグラフである。図５において、縦軸は可動子２の位置に対する制御量であり、横軸は検出位置（ｍｍ）である。即ち、非線形補償モデル５１は、検出位置と制御量との関数であり、縦軸の各制御量は非線形補償モデル値に相当する。そして、図５Ａは非線形補償モデル５１の往路非線形補償モデルを示し、図５Ｂは非線形補償モデル５１の復路非線形補償モデルを示す。

【0046】

図５Ａ及び図５Ｂから分かるように、非線形補償モデル５１の波形は、検出位置の変動と共に振動しており、振幅の幅は一定でなく、振動周期は非周期的である。更に、図５Ａの往路非線形補償モデルと、図５Ｂの復路非線形補償モデルとが異なる。

【0047】

そして、図６は、図５の非線形補償モデル５１の値を、フィルタを用いて平均化したグラフである。図６中、破線は往路非線形補償モデルを示し、一点鎖線は復路非線形補償モデルを示す。また、図６には、比較のため、コギングが周期的に発生すると仮定したうえで生成された非線形補償モデル（以下、周期非線形補償モデル）を実線にて示している。

【0048】

図６から分かるように、往路非線形補償モデル及び復路非線形補償モデルが、互いに、振幅、位相及び周期において異なることが明らかであり、周期非線形補償モデルとも、振幅、位相及び周期において異なることが明確である。

【0049】

非線形補償器５０が、上述の如く、リニアモータ１の実動時に測定された測定値に基づく非線形補償モデル５１を用いてコギングに対する補正を行う場合の効果について説明する。

【0050】

図７は、リニアモータ１の制御に非線形補償器５０を使用しない場合と使用する場合とにおける可動子２の位置偏差を示すグラフであり、図８は、リニアモータ１の制御に非線形補償器５０を使用しない場合と使用する場合とにおける可動子２の速度変動率を示すグラフである。
図７において、縦軸は位置偏差（μｍ）、即ち位置偏差であり、横軸は検出位置（ｍｍ）である。また、図８において、縦軸は速度変動率（％）であり、横軸は検出位置（ｍｍ）である。

【0051】

図７Ａ及び図８Ａは、非線形補償器５０を使用しない場合を示しており、図７Ｂ及び図８Ｂは非線形補償器５０を使用する場合を示す。また、図７Ｂ及び図８Ｂは、便宜上、往路非線形補償モデルを用いる場合のみを示す。

【0052】

図７及び図８から分かるように、リニアモータ１の制御に、非線形補償器５０を使用する場合（図７Ｂ及び図８Ｂ）は、非線形補償器５０を使用しない場合（図７Ａ及び図８Ａ）に比べて、位置偏差及び速度変動率に係るグラフの振幅が大きく縮小されている。即ち、非線形補償器５０を使用する場合（図７Ｂ及び図８Ｂ）は、非線形補償器５０を使用しない場合（図７Ａ及び図８Ａ）に比べて、可動子２の位置偏差が少なく、速度の等速性が向上していることが明らかである。

【0053】

図９は、リニアモータ１の制御に非線形補償モデル５１を用いる非線形補償器５０を使用する場合と、前記周期非線形補償モデルを用いる非線形補償器を使用する場合とにおけるオープンループでのステップ応答時（電流０．７Ａ）の速度変動を示すグラフである。図９において、縦軸は速度（ｍｍ／ｓ）であり、横軸は時間（ｓ）である。また、図９において、破線は前記周期非線形補償モデルを用いる非線形補償器を使用する場合であり、実線は、実施の形態１の制御装置１００のように、非線形補償モデル５１を用いる非線形補償器５０を使用する場合である。

【0054】

図９から分かるように、リニアモータ１の制御に、非線形補償器５０を使用する場合は、前記周期非線形補償モデルを用いる非線形補償器を使用する場合に比べて、時間経過に対して可動子２の速度が直線的に増加している。即ち、リニアモータ１の制御に非線形補償モデル５１を用いる非線形補償器５０を使用する場合、可動子２の加速度が一定である。

【0055】

以上の如く、実施の形態１の制御装置１００では、非線形補償器５０が、リニアモータ１の実動時に測定された測定値に基づく非線形補償モデル５１を用いてリニアモータ１の可動子２の検出位置に対してコギング状態に対する逆補正を加えて補正することによって、発生するコギングに対して十分な補償を行うことができ、コギングの影響を大幅に低減し得る。

【0056】

（実施の形態２）
図１０は、実施の形態２に係るリニアモータ１の制御装置１００の一実施形態の構成を示すブロック線図である。

【0057】

実施の形態２に係るリニアモータ１の制御装置１００では、コギング状態に対して逆補正を加える制御と、外乱に対する外乱オブサーバ制御とを組み合わせる。即ち、コギング状態に対する逆補正を加えてコギングの影響を大まかに除去するとともに、この逆補正では低減しきれない外乱による影響を外乱オブサーバ制御にて低減する。よって、発生する不可避なコギングに対して十分な補償を行うことができ、コギングの影響を大幅に低減し得る。

【0058】

外乱オブサーバ制御は、フィードバックシステムに外乱が加わるような作動機構に対して、比較的簡単に外乱を除去して動作の安定化を図れる制御である。リニアモータ１を例にした場合、外乱としては、通電ケーブルの張力の影響（張力によってリニアモータ１の前進方向と後退方向とで推力に差が生じる現象）、リニアガイドの影響（リニアガイドを組み付けたことによってリニアモータ１に位置偏差に脈動が生じる現象）などが存在する。本発明では、このようなリニアモータ１における外乱の影響を、外乱オブサーバ制御にて補償する。

【0059】

実施の形態１と同様、実施の形態２に係るリニアモータ１の制御装置１００は、リニアモータ１に接続されており、位置指令部１０と、減算器１２２と、制御コントローラ２０と、減算器７１と、電流アンプ３０と、非線形補償器５０とを備えており、更に外乱オブザーバ６０、減算器７２及び微分器６１を備えている。

【0060】

位置指令部１０の出力端は減算器１２２の加算入力端子に接続されており、減算器１２２の減算入力端子にはリニアモータ１の出力端が接続されている。また、制御コントローラ２０と減算器７１の間には減算器７２が介在しており、制御コントローラ２０の入力端は減算器１２２の出力端子と接続され、制御コントローラ２０の出力端は減算器７２の加算入力端子及び外乱オブザーバ６０に接続されている。そして、減算器７２の出力端子は減算器７１の加算入力端子に接続されており、制御コントローラ２０は減算器７２及び減算器７１を介して電流アンプ３０に接続されている。

【0061】

制御対象となるリニアモータ１の入力端は、電流アンプ３０の出力端に接続されており、電流アンプ３０の入力端は減算器７１の出力端子に接続されている。また、リニアモータ１の出力端は非線形補償器５０の入力端及び微分器６１の入力端に接続されている。非線形補償器５０の出力端は、減算器７１の減算入力端子に接続されており、微分器６１の出力端と外乱オブザーバ６０の入力端とが接続されている。また、外乱オブザーバ６０の出力端は減算器７２の減算入力端子に接続されている。

【0062】

減算器７２の加算入力端子及び外乱オブザーバ６０には、制御コントローラ２０から入力指令ｕ′が入力され、減算器７１には、減算器７２から入力指令ｕ′′が入力される。また、減算器７１の減算入力端子には非線形補償器５０から補正出力^ｉcogが入力され、減算器７２の減算入力端子には外乱オブザーバ６０から制御出力^ｄ（外乱の推定値）が入力される。

【0063】

減算器７１の出力端子から、電流アンプ３０へ、電流指令ｕが出力される。電流アンプ３０は電流指令ｕに応じてリニアモータ１に電力を供給する。リニアモータ１から出力された検出位置ｘは、非線形補償器５０、減算器１２２、微分器６１及び外部へ出力される。

【0064】

外乱オブザーバ６０は、外乱に対する外乱オブザーバ制御を行って、外乱の推定値^ｄを減算器７２へ出力する。
外乱オブザーバ制御では、制御対象のモデリングと入力とから目標となる動作（推定モデル）を作成し、この推定モデルと実機の応答とを比較する。そして、比較した際に生じる差分を外乱として、誤差を入力に印加する。

【0065】

具体的には、微分器６１にてリニアモータ１からの検出位置ｘを時間微分して速度値が得られ、微分器６１から外乱オブザーバ６０へ入力される。外乱オブザーバ６０では、制御対象のモデリングと外部から入力される入力指令ｕ′とから目標となる推定モデルが作成され、斯かる推定モデルから速度の推定値が計算される。該推定モデルは外乱の影響を受けない場合の制御モデルである。微分器６１からの速度値と前記速度の推定値との差分に基づいて補正値が決定され、決定された補正値に応じて外乱の推定値^ｄが生成される。生成された外乱の推定値^ｄは、減算器７２に出力されて、入力指令ｕ′に印加される。

【0066】

非線形補償器５０は、非線形補償モデル５１を有しており、コギング要素Ｃに対して非線形補償モデル５１を用いて補正を行う。非線形補償器５０は、非線形補償モデル５１に基づいてコギングの状態（コギング要素Ｃ）に逆補正（Ｃ^-1）を加えて、コギング補正の推定値^ｉcog を減算器７１へ出力し、入力指令ｕ′′に印加される。

【0067】

実施の形態１の如く、非線形補償モデル５１は、リニアモータ１の実動時に測定された測定値に基づいて生成されている。非線形補償モデル５１は、検出位置Ｘと、可動子２の位置偏差に対する制御量との関数である。また、非線形補償モデル５１は、往路非線形補償モデルと、復路非線形補償モデルとを夫々含む（図５及び図６参照）。

【0068】

図１１は、リニアモータ１の制御に非線形補償器５０及び外乱オブザーバ６０を用いる場合における可動子２の位置偏差を示すグラフであり、図１２は、リニアモータ１の制御に非線形補償器５０及び外乱オブザーバ６０を用いる場合における可動子２の速度変動率を示すグラフである。
図１１において、縦軸は位置偏差（μｍ）、即ち位置偏差であり、横軸は検出位置（ｍｍ）である。また、図１２において、縦軸は速度変動率（％）であり、横軸は検出位置（ｍｍ）である。なお、図１１及び図１２は、便宜上、往路非線形補償モデルを用いる場合のみを示す。

【0069】

図１１及び図１２から分かるように、リニアモータ１の制御に、非線形補償器５０及び外乱オブザーバ６０を使用する場合は、非線形補償器５０及び外乱オブザーバ６０を使用しない場合（図７Ａ及び図８Ａ）よりも位置偏差及び速度変動率に係るグラフの振幅が大きく縮小されており、外乱オブザーバ６０を使用せず非線形補償器５０のみを使用する場合（図７Ｂ及び図８Ｂ）に比べても、位置偏差及び速度変動率に係るグラフの振幅が大きく縮小されている。即ち、非線形補償器５０及び外乱オブザーバ６０を使用する場合は、非線形補償器５０のみを使用する場合（図７Ｂ及び図８Ｂ）、及び、非線形補償器５０及び外乱オブザーバ６０を使用しない場合（図７Ａ及び図８Ａ）に比べて、可動子２の位置偏差が少なく、速度の等速性が向上していることが明らかである。

【0070】

図１３は、リニアモータ１の制御に、非線形補償器５０及び外乱オブザーバ６０を使用する場合と、非線形補償器５０及び外乱オブザーバ６０の何れかを使用しない場合とにおける可動子２の位置偏差を対比表示するグラフであり、図１４は、リニアモータ１の制御に、非線形補償器５０及び外乱オブザーバ６０を使用する場合と、非線形補償器５０及び外乱オブザーバ６０の何れかを使用しない場合とにおける可動子２の速度変動率を対比表示するグラフである。
図１３において、縦軸は位置偏差（μｍ）、即ち位置偏差であり、横軸は検出位置（ｍｍ）である。また、図１４において、縦軸は速度変動率（％）であり、横軸は検出位置（ｍｍ）である。なお、図１３及び図１４は、便宜上、往路非線形補償モデルを用いる場合のみを示す。

【0071】

図１３及び図１４にて、点線ｂは、前記周期非線形補償モデルを用いる非線形補償器のみを使用する場合を示し、破線ｃは非線形補償モデル５１を用いる非線形補償器５０のみを使用する場合を示し、細い実線ｄは前記周期非線形補償モデルを用いる非線形補償器及び外乱オブザーバ６０を使用する場合を示し、太い実線ａは非線形補償モデル５１を用いる非線形補償器５０及び外乱オブザーバ６０を使用する場合を示す。即ち、図１３及び図１４において、実線のグラフが実施の形態２の制御装置１００による測定結果である。

【0072】

図１３及び図１４から分かるように、非線形補償器５０及び外乱オブザーバ６０を使用する場合（太い実線ａ）は、非線形補償器５０及び外乱オブザーバ６０の何れかを使用しない場合（点線ｂ、破線ｃ及び細い実線ｄのグラフ参照）よりも位置偏差及び速度変動率に係るグラフの振幅が大きく縮小されている。特に、非線形補償器５０及び外乱オブザーバ６０を使用する場合は、従来の周期非線形補償モデルを用いる非線形補償器を使用する場合（点線ｂ及び細い実線ｄのグラフ参照）に比べて、位置偏差及び速度変動率に係るグラフの振幅が大きく縮小されている。即ち、非線形補償器５０及び外乱オブザーバ６０を使用する場合は、非線形補償器５０及び外乱オブザーバ６０の何れかを使用しない場合、及び、従来の周期非線形補償モデルを用いる非線形補償器を使用する場合に比べて、可動子２の位置偏差が少なく、速度の等速性が向上していることが明らかである。

【0073】

以上の如く、実施の形態２の制御装置１００では、コギングの状態に対して逆補正を加える非線形補償器５０による逆補正制御と、外乱に対する外乱オブザーバ６０によるオブサーバ制御とを組み合わせる。即ち、非線形補償器５０が、リニアモータ１の実動時に測定された測定値に基づく非線形補償モデル５１を用いてリニアモータ１の可動子２の検出位置に対してコギング状態に対する逆補正を加えて補正し、コギングの影響を大まかに除去するとともに、この逆補正では低減できない外乱に起因する影響を、外乱オブザーバ６０を用いて低減する。これによって、リニアモータ１の作動時に発生するコギングに対してより適切な補償を行うことができ、コギングの影響を大幅に低減し得る。

【0074】

実施の形態１と同様の部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

【0075】

（実施の形態３）
以上では、非線形補償器５０が検出位置ｘに対して補正を行い、減算器７１に出力する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。

【0076】

図１５は、実施の形態３に係るリニアモータ１の制御装置１００の一実施形態の構成を示すブロック線図である。実施の形態２と同様、制御装置１００は、リニアモータ１に接続されており、位置指令部１０と、減算器１２２と、制御コントローラ２０と、減算器７１，７２と、電流アンプ３０と、非線形補償器５０と、外乱オブザーバ６０と、微分器６１とを備えている。

【0077】

位置指令部１０の出力端は減算器１２２の加算入力端子及び非線形補償器５０の入力端に接続されており、減算器１２２の減算入力端子にはリニアモータ１の出力端が接続されている。また、制御コントローラ２０と減算器７１との間には減算器７２が介在しており、制御コントローラ２０の入力端は減算器１２２の出力端子と接続され、制御コントローラ２０の出力端は減算器７２の加算入力端子及び外乱オブザーバ６０に接続されている。更に、非線形補償器５０の出力端は、減算器７１の減算入力端子に接続されている。そして、減算器７２の出力端子は減算器７１の加算入力端子に接続されており、制御コントローラ２０は減算器７２及び減算器７１を介して電流アンプ３０に接続されている。

【0078】

制御対象となるリニアモータ１の入力端は、電流アンプ３０の出力端に接続されており、電流アンプ３０の入力端は減算器７１の出力端子に接続されている。また、リニアモータ１の出力端は微分器６１の入力端及び減算器１２２に接続されており、微分器６１の出力端と外乱オブザーバ６０の入力端とが接続されている。また、外乱オブザーバ６０の出力端は減算器７２の減算入力端子に接続されている。

【0079】

減算器７２の加算入力端子及び外乱オブザーバ６０には、制御コントローラ２０から入力指令ｕ′が入力され、減算器７１には、減算器７２から入力指令ｕ′′が入力される。また、減算器７１の減算入力端子には非線形補償器５０から補正出力^ｉcogが入力され、減算器７２の減算入力端子には外乱オブザーバ６０から制御出力^ｄ（外乱の推定値）が入力される。

【0080】

減算器７１の出力端子から、電流アンプ３０へ、電流指令ｕが出力される。電流アンプ３０は電流指令ｕに応じてリニアモータ１に電力を供給する。リニアモータ１から出力された検出位置ｘは、減算器１２２、微分器６１及び外部へ出力される。

【0081】

非線形補償器５０は、非線形補償モデル５１を有しており、位置指令部１０から出力される目標位置ｒ_p に対して補正を行う。即ち、非線形補償器５０は、非線形補償モデル５１を用いてコギング要素Ｃに対する補正を行う。非線形補償器５０は、非線形補償モデル５１に基づいてコギングの状態（コギング要素Ｃ）に逆補正（Ｃ^-1）を加えて、コギング補正の推定値^ｉcog を減算器７１へ出力し、入力指令ｕ′′に印加される。

【0082】

このような構成を有する、実施の形態３の制御装置１００においても、実施の形態２と同様、コギングの状態に対して逆補正を加える非線形補償器５０による逆補正制御と、外乱に対する外乱オブザーバ６０によるオブサーバ制御とを組み合わせる。即ち、非線形補償器５０が、リニアモータ１の実動時に測定された測定値に基づく非線形補償モデル５１を用いてリニアモータ１の可動子２の検出位置に対してコギング状態に対する逆補正を加えて補正し、コギングの影響を大まかに除去するとともに、この逆補正では低減できない外乱に起因する影響を、外乱オブザーバ６０を用いて低減する。これによって、リニアモータ１の作動時に発生するコギングに対してより適切な補償を行うことができ、コギングの影響を大幅に低減し得る。

【0083】

実施の形態１、２と同様の部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

【0084】

実施の形態２、３においては、制御装置１００が外乱オブザーバ６０及び微分器６１を備え、外乱オブザーバ制御を行う場合を例に挙げて説明したが、本発明において、外乱オブザーバ６０及び微分器６１は必須ではなく、省略可能である。

【0085】

以上においては、リニアモータ１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。他のモータにも適用可能であることは言うまでもない。

【0086】

開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【0087】

各実施形態に記載した事項は相互に組み合わせることが可能である。また、特許請求の範囲に記載した独立請求項及び従属請求項は、引用形式に関わらず全てのあらゆる組み合わせにおいて、相互に組み合わせることが可能である。さらに、特許請求の範囲には他の２以上のクレームを引用するクレームを記載する形式（マルチクレーム形式）を用いているが、これに限るものではない。マルチクレームを少なくとも一つ引用するマルチクレーム（マルチマルチクレーム）を記載する形式を用いて記載しても良い。

【符号の説明】

【0088】

１ リニアモータ
２ 可動子
３ 固定子
１０ 位置指令部
２０ 制御コントローラ（位置制御部）
３０ 電流アンプ（電力制御部）
４０ ステージ
５０ 非線形補償器
５１ 非線形補償モデル
６０ 外乱オブザーバ
６１ 微分器
７１，７２，１２２ 減算器
１００ 制御装置

【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】