説明

モータ駆動装置

【課題】定常偏差を小さくしつつ、目標追従性を向上する。
【解決手段】入力される駆動信号に応じてモータ2に電流を供給するモータ駆動回路3と、モータ駆動回路3によりモータ2に供給される電流を検出して実電流信号S2として出力する電流検出回路R10,4と、指令値信号S1と実電流信号S2とに基づき駆動信号S3をモータ駆動回路3に対して出力する比例積分回路5と、指令値信号S1と実電流信号S2との偏差が予め設定された所定値より大きい場合に比例積分回路5の時定数を第1の値とし、該所定値以下となった場合に該時定数を該第1の値よりも長い第2の値に変更する時定数変更回路SW,C3,6とを備えている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【0002】
物体を移動するステージ装置等においては、複数のコイルと可動子(磁石)とを近接配置し、コイルの励磁磁界により可動子を動かすムービングマグネット方式のリニアモータが用いられている。このようなリニアモータを駆動するモータ駆動装置としては、例えば、下記特許文献1に記載されたものが知られている。
【0003】
このモータ駆動装置では、指令値信号とコイルに励磁電流を与えるPWMモータ駆動回路の出力に基づく帰還信号(実電流信号)とを比例積分回路に入力し、その出力信号に基づきPWMモータ駆動回路からコイルに励磁電流を供給するフィードバック制御回路が用いられている。
【0004】
このようなモータ駆動装置においては、安定にステージを制御できること、及びより高精度・高速にステージを動作させることが必要とされ、フィードバック制御回路内では、モータのインピーダンスに合わせて安定にかつ高速に応答ができるように比例積分回路の時定数を設定し、可能な限り高速に動作できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2005−304121号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、ステージをより高速に動作させる際には、駆動中に逆起電圧が発生するとともに、回路内及び周辺機器からの高周波ノイズ等が外乱ノイズ成分として弊害になってしまう。特に、磁界の時間変化にて発生する逆起電圧は、リエアモータでは理論上必ず発生するうえ、より高速に動作させると磁界の時間変化量がより多くなるため、さらに大きな逆起電圧が発生する。
【0007】
今後さらに製品性能を向上(高速化)させていくとなると、より大きな逆起電圧が発生する中で、動作させなければならず大きな弊害となってしまう。目標追従性能を向上させるためにはフィードバック回路内に組み込まれている比例積分回路の時定数を短く(小さく)することが有効であるが、時定数を短くしすぎると、定常時の偏差量(定常偏差)が大きくなってしまい、指令値に従った電流を正確に出力することができなくなってしまう。
【0008】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、定常偏差を小さくしつつ、目標追従性を向上できるモータ駆動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】
【0009】
本発明に係るモータ駆動装置は、モータを駆動するモータ駆動装置であって、入力される駆動信号に応じて前記モータに電流を供給するモータ駆動回路と、前記モータ駆動回路により前記モータに供給される電流を検出して実電流信号として出力する電流検出回路と、指令値信号と前記実電流信号とに基づき前記駆動信号を前記モータ駆動回路に対して出力する比例積分回路と、前記指令値信号と前記実電流信号との偏差が予め設定された所定値より大きい場合に前記比例積分回路の時定数を第1の値とし、前記閾値以下となった場合に前記時定数を前記第1の値よりも長い第2の値に変更する時定数変更回路とを備えて構成される。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、定常偏差を小さくしつつ、目標追従性を向上できるモータ駆動装置を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の実施形態のモータ駆動装置の構成を示す回路図である。
【図2】従来のモータ駆動装置の構成を示す回路図である。
【図3】従来のモータ駆動装置の電流出力特性を示す図である。
【図4】本発明の実施形態のモータ駆動装置の電流出力特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態のモータ駆動装置について、図面を参照して詳細に説明する。
【0013】
このモータ駆動装置は、物体を載置して移動するステージ装置等に用いられるリニアモータを駆動するものである。本実施形態においては、駆動対象としてのリニアモータは、複数のコイルと可動子(磁石)とを近接配置し、コイルの励磁磁界により可動子を動かすムービングマグネット方式のリニアモータである。なお、リニアモータのコイル群に3相(U相、V相、W相)の励磁電流をそれぞれ供給するため、図1に示したようなモータ駆動装置が3つ設けられるが、これらは基本的に同一の構成であるため、その1つについて説明する。
【0014】
図1に示すように、モータ駆動装置1は、入力される駆動信号に応じてリニアモータのコイル2に電流を供給するモータ駆動回路としてのPWMモータ駆動回路3と、PWMモータ駆動回路3によりコイル2に供給される電流を検出して実電流信号として出力する電流検出回路(電流検出用抵抗R10、論理・ゲイン設定回路4)と、指令値信号S1と実電流信号S2とに基づき駆動信号をPWMモータ駆動回路3に対して出力する比例積分回路5と、指令値信号S1と実電流信号S2との偏差が予め設定された所定値(所定の閾値)よりも大きい場合に比例積分回路5の時定数を第1の値とし、該所定値以下となった場合に比例積分回路5の時定数を該第1の値よりも長い(大きい)第2の値に変更する時定数変更回路(アナログスイッチSW、コンデンサC3、切替信号出力回路6)とを概略備えて構成されている。
【0015】
ステージ装置が備える制御装置(不図示)からの指令値信号S1、及び論理・ゲイン設定回路4からフィードバックされる実電流信号(帰還信号)S2は、比例積分回路5に入力され、指令値信号S1と実電流信号S2との差に比例する信号が駆動信号(偏差信号)S3として、PWMモータ駆動回路3に供給される。比例積分回路5においては、指令値信号S1は抵抗R1で、実電流信号S2は抵抗R2でレベルが調整され、これらを加算した信号がオペアンプU1の反転入力端(−)に入力される。
【0016】
オペアンプU1の反転入力端は、抵抗R3及びコンデンサC1の直列接続と、この直列接続に並列接続されたコンデンサC2とを介して、オペアンプU1の出力端に接続され、抵抗R3との比でPWMモータ駆動回路3に対する駆動信号S3が出力される。コンデンサC1には、コンデンサC3が並列接続されており、コンデンサC3に直列接続されたアナログスイッチSWの設定に応じて、コンデンサC3の回路への結合及び解除を選択的に変更できるようになっている。アナログスイッチSWは切替信号出力回路6から出力される切替信号に応じて動作する。
【0017】
切替信号出力回路6からの切替信号がオンの時にはアナログスイッチSWはオープンとなり、コンデンサC1と抵抗R3とによりこの比例積分回路5の時定数が第1の値に設定され、切替信号がオフの時にはアナログスイッチSWはクローズとなり、コンデンサC1及びC3と抵抗R3とにより時定数が第2の値(第1の値よりも長い)に設定される。コンデンサC2は帯域調整を行うためのローパスフィルタ用コンデンサである。
【0018】
PWMモータ駆動回路3は比例積分回路5からの駆動信号に応じた電流を、リニアモータのコイル2に供給する。PWMモータ駆動回路3からコイル2に供給されている電流は、電流検出用抵抗R10の両端電圧から検出され、差動増幅回路(オペアンプU4、抵抗R4〜R7)及び反転増幅回路(オペアンプU3、抵抗R8,R9)を有する論理・ゲイン調整回路4を介して実電流信号S2として、比例積分回路5にフィードバックされる。
【0019】
また、指令値信号S1及び実電流信号S2は、切替信号出力回路6に入力される。切替信号出力回路6では、指令値信号S1が抵抗R11を介して、実電流信号が抵抗R12を介してオペアンプU5の反転入力端(−)に入力され、指令値信号S1と実電流信号S2との差に比例する偏差信号がコンパレータU6,U7に入力される。コンパレータU6,U7はウインドウコンパレータであり、抵抗R14,R15,R16で設定される所定値(閾値)よりも大きい偏差信号が入力されたときに、Hレベル信号からLレベル信号に切り替わり、オペアンプU8をバッファとして、アナログスイッチSWにオープンを指示する切替信号(オン)を供給する。入力される偏差信号が当該所定値以下となった際には、LレベルからHレベルに戻され、オペアンプU8を介してアナログスイッチSWにクローズを指示する切替信号(オフ)が供給される。抵抗R14,R15,R16により設定される所定値(閾値)は、駆動対象としてのリニアモータの特性に応じて適宜に設定される。切替信号出力回路6によるこの切替信号(オン/オフ)により、アナログスイッチSWのスイッチング(オープン/クローズ)が制御される。
【0020】
ここで、比較として、従来のモータ駆動装置の構成を図2に示す。図2に示すように、従来構成のモータ駆動装置11は、図1に示したモータ駆動装置1から、コンデンサC1に並列接続されたアナログスイッチSW及びコンデンサC3に係る部分を削除するとともに、切替信号出力回路6を削除した構成である。なお、図2では、図1と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付している。目標追従性能を向上させるため、コンデンサC1の容量を小さく設定して比例積分回路5の時定数を比較的に短く設定している。
【0021】
図3は従来構成のモータ駆動装置の電流出力特性を示す図であり、比例積分回路5の時定数が比較的に短く設定されているため、過渡応答状態の時間が短くなっており応答性が向上しているが、時定数を短くしたために、定常状態において定常偏差が発生していることがわかる。
【0022】
図4は本実施形態のモータ駆動装置の電流出力特性を示す図である。図4に示すように、本実施形態のモータ駆動装置1では、指令値信号S1と実電流信号S2との偏差が所定値よりも大きいときには比例積分回路5の時定数は従来と同様にコンデンサC1に従った比較的に短い第1の値となっているため、過渡応答状態における応答性能が向上している。そして、該偏差が該所定値以下となった際に該時定数をコンデンサC1及びC3に従った比較的に長い第2の値に切り替えることにより、定常状態における定常偏差を小さく(ほぼゼロに)することができることがわかる。
【0023】
本実施形態によると、指令値信号S1と実電流信号S2との偏差が比較的に大きい段階においては、比例積分回路5の時定数が比較的に短い第1の値とされるため、応答性が向上し、目標追従性能を向上することができるとともに、該偏差が所定値以下となった際に該時定数が比較的に長い第2の値に変更されるため、定常偏差を小さくすることができる。従って、定常偏差を小さくしつつ、目標追従性を向上することができる。
【0024】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【0025】
1…モータ駆動装置、2…コイル(リニアモータ)、3…PWMモータ駆動回路、4…論理・ゲイン調整回路、5…比例積分回路、6…切替信号出力回路、C1,C3…コンデンサ、R10…電流検出用抵抗、S1…指令値信号、S2…実電流信号。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
モータを駆動するモータ駆動装置であって、
入力される駆動信号に応じて前記モータに電流を供給するモータ駆動回路と、
前記モータ駆動回路により前記モータに供給される電流を検出して実電流信号として出力する電流検出回路と、
指令値信号と前記実電流信号とに基づき前記駆動信号を前記モータ駆動回路に対して出力する比例積分回路と、
前記指令値信号と前記実電流信号との偏差が予め設定された所定値より大きい場合に前記比例積分回路の時定数を第1の値とし、前記閾値以下となった場合に前記時定数を前記第1の値よりも長い第2の値に変更する時定数変更回路と
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2010−273404(P2010−273404A)
【公開日】平成22年12月2日(2010.12.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−121082(P2009−121082)
【出願日】平成21年5月19日(2009.5.19)
【出願人】(000004112)株式会社ニコン (12,601)
【Fターム(参考)】