JP2001336504A - 気体圧アクチュエータの制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静圧軸受により浮上したスライダを、複動形
の２台のサーボ弁を用いて差圧により駆動する気体圧ア
クチュエータにおいて、スライダを高精度で位置制御で
きるような制御装置を提供する。 【解決手段】 スライダ１３の位置を検出する位置セン
サ１５からの位置検出信号に対してサンプリングを行っ
て演算を行い、サーボ弁２２Ａ、２２Ｂに指令値を出力
する演算装置２０を含む。演算装置は、１サンプリング
周期前の指令値と１サンプリング周期前のスライダ位置
とを用いて現在のスライダの推定位置、推定速度、推定
加速度を算出するステップと、スライダ目標位置、算出
されたスライダの推定位置、算出された推定速度、算出
された推定加速度より２つのサーボ弁に対する指令値を
算出するステップと、１サンプリング周期前の指令値、
１サンプリング周期前の算出された推定速度、１サンプ
リング周期前の算出された推定加速度、算出された現在
の推定加速度からサーボ弁中立点の機差に対する補正値
を算出するステップと、前記指令値を前記補正値で補正
して２つのサーボ弁に与えるステップとを実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体圧アクチュエ
ータ、特に空気圧アクチュエータの制御方法及び制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気圧アクチュエータとして、図６に示
すような例が本発明者らにより提案されている。図６に
おいて、この空気圧アクチュエータ３０は、両端部を支
持体により固定されて一軸方向に延びるガイド軸３１
と、これに沿って移動可能なスライダ３２とを含む。ス
ライダ３２は、ガイド軸３１の一定長さに対応する部分
の周囲を囲むことができるような筒状体であり、ガイド
軸３１の外周との間に空間ができるようにされている。
この空間は、圧力室として使用されるものであり、この
圧力室を軸方向に関して２つのシリンダ室３６ａ、３６
ｂに区画する隔壁３３をガイド軸３１に固定している。
スライダ３２は、隔壁３３の外周に沿ってスライド可能
である。スライダ３２の両端部にはまた、２つに区画さ
れたシリンダ室３６ａ、３６ｂにそれぞれ、圧縮空気を
出入り可能にするためのシリンダ給気系３７ａ、３７ｂ
を接続している。シリンダ給気系３７ａ、３７ｂはそれ
ぞれ、サーボ系を構成するためのサーボ弁３８ａ、３８
ｂを備え、これらのサーボ弁３８ａ、３８ｂは圧縮空気
供給源に接続されている。

【０００３】このような構成により、例えばサーボ弁３
８ａを圧縮空気供給側、サーボ弁３８ｂを大気開放側に
すると、隔壁３３は受圧板として作用してスライダ３２
は、図４中、左方向に移動する。このようにして、サー
ボ弁３８ａ、３８ｂの開度を制御することにより、スラ
イダ３２をガイド軸３１に対して任意の位置に移動させ
ることができる。

【０００４】この空気圧アクチュエータに、位置検出器
を設置して、位置フィードバック制御系が構成される。

【０００５】上記のような空気圧アクチュエータは、構
成が比較的容易で、コンパクトな装置で大きな出力を制
御できるため様々な分野で利用されている。また、クリ
ーンで防爆性を有するという特徴を有しているため、半
導体製造装置の高精度位置決め機構などへの応用が期待
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、ピストン形
の空気圧駆動システムは、圧力室、ピストンあるいは受
圧板、サーボ弁、制御部から構成され、圧力室を１つ有
する単動型と、ピストンをはさんで圧力室を２つ有する
複動形に分けられる。

【０００７】２台のサーボ弁を用いた複動形の空気圧ア
クチュエータの場合、２台のサーボ弁の中立点（指令値
０でスプールが停止する位置）に僅かな機差があると、
位置制御系に定常位置偏差を生じ、高精度位置決めが困
難となる。

【０００８】従来は、この２台のサーボ弁中立点の機差
をなくすために、実際に使用する圧力の圧縮空気をサー
ボ弁に供給し、サーボ弁を中立点に停止させて、圧力室
の差圧が零になりピストンが停止するようにサーボ弁の
中立点のオフセットを調整していた。

【０００９】しかし、圧縮空気の供給圧力の変化や、サ
ーボ弁の経年変化により使用中にサーボ弁の中立点にず
れが生じ、位置制御において定常位置偏差を発生させる
原因となっていた。なお、定常位置偏差の発生要因は、
上記のサーボ弁の中立点機差のみならず、スライダ可動
部に取り付けられた配線、配管による張力、スライダの
傾きによる重力、ガイドが取り付けられた定盤の振動等
がある。しかし、発明の実施の形態を含む以下では、便
宜上、定常位置偏差の発生要因としてサーボ弁の中立点
機差のみを挙げて説明を行う。従って、以降で明らかに
なる本発明は、上記のすべての発生要因で生じる定常位
置偏差を補正して制御を行うものである。

【００１０】本発明の課題は、静圧軸受により浮上した
スライダを、複動形の２台のサーボ弁を用いて差圧によ
り駆動する空気圧アクチュエータにおいて、スライダの
動作中に２台のサーボ弁の中立点の機差を補正し、スラ
イダを高精度で位置制御できるような制御方法及び制御
装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による制御方法
は、固定部とこれに対して静圧軸受を介してスライド可
能に設けられたスライダとを含み、該スライダを可動と
するための２つの圧力室を形成し、これら２つの圧力室
に供給される圧縮気体の流量をそれぞれサーボ弁により
制御することにより、前記２つの圧力室の差圧で前記ス
ライダを非接触で駆動するように構成された気体圧アク
チュエータの制御方法であり、前記スライダの位置を検
出するための位置検出器からの位置検出信号に対してサ
ンプリングを行ってあらかじめ定められた演算を行い、
前記２つのサーボ弁に指令値を出力する演算装置を備
え、該演算装置は、１サンプリング周期前の指令値と１
サンプリング周期前のスライダ位置とを用いて現在のス
ライダの推定位置、推定速度、推定加速度を算出する第
１のステップと、スライダ目標位置、算出されたスライ
ダの推定位置、算出された推定速度、算出された推定加
速度より前記２つのサーボ弁に対する指令値を算出する
第２のステップと、１サンプリング周期前の指令値、１
サンプリング周期前の算出された推定速度、１サンプリ
ング周期前の算出された推定加速度、算出された現在の
推定加速度から定常位置偏差に対する補正値を算出する
第３のステップと、前記第２のステップで算出された指
令値を前記第３のステップで算出された補正値で補正し
て前記２つのサーボ弁に与える第４のステップとを実行
することを特徴とする。

【００１２】本発明による制御装置は、固定部とこれに
対して静圧軸受を介してスライド可能に設けられたスラ
イダとを含み、該スライダを可動とするための２つの圧
力室を形成し、これら２つの圧力室に供給される圧縮気
体の流量をそれぞれサーボ弁により制御することによ
り、前記２つの圧力室の差圧で前記スライダを非接触で
駆動するように構成された気体圧アクチュエータにおい
て、前記スライダの位置を検出するための位置検出器
と、該位置検出器からの位置検出信号に対してサンプリ
ングを行ってあらかじめ定められた演算を行い、前記２
つのサーボ弁に指令値を出力する演算装置とを含み、該
演算装置は、１サンプリング周期前の指令値と１サンプ
リング周期前のスライダ位置とを用いて現在のスライダ
の推定位置、推定速度、推定加速度を算出する第１のス
テップと、スライダ目標位置、算出されたスライダの推
定位置、算出された推定速度、算出された推定加速度よ
り前記２つのサーボ弁に対する指令値を算出する第２の
ステップと、１サンプリング周期前の指令値、１サンプ
リング周期前の算出された推定速度、１サンプリング周
期前の算出された推定加速度、算出された現在の推定加
速度から定常位置偏差に対する補正値を算出する第３の
ステップと、前記第２のステップで算出された指令値を
前記第３のステップで算出された補正値で補正して前記
２つのサーボ弁に与える第４のステップとを実行するこ
とを特徴とする。

【００１３】なお、前記気体圧アクチュエータは、一軸
方向に延びるガイド軸を前記固定部として有し、前記ス
ライダは前記静圧軸受を介して前記ガイド軸に沿って移
動可能にされており、前記ガイド軸の周囲と前記スライ
ダとの間に空間を形成すると共に、該空間を軸方向に関
して前記２つの圧力室に区画する隔壁を前記スライダ、
前記ガイド軸の一方に設け、前記２つの圧力室にそれぞ
れ前記圧縮気体を供給するための給気系が備えられ、該
給気系にはそれぞれ３位置３ポート直動型サーボ弁が設
けられて前記２つの圧力室にそれぞれ、圧縮気体を出入
り可能に構成されていることを特徴とする。

【００１４】また、前記スライダ目標値が与えられてか
らサーボ弁に対する指令値が出力されるまでの制御系が
あらかじめ定められた伝達関数Ｇ_c （ｓ）で規定される
場合、前記演算装置は更に、前記スライダ目標値に前記
伝達関数の逆モデルＧ_c （ｓ）^-1を乗算するステップを
実行することにより定常速度偏差を低減することができ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１、図２を参照して、本発明に
おいて使用される空気圧アクチュエータについて説明す
る。図１において、空気圧源１０からレギュレータ１１
Ａで適当な圧力に調節された空気が静圧空気軸受１２に
供給される。この静圧空気軸受１２の空気によりスライ
ダ１３がロッド（ガイド軸）１４から浮上し、ロッド１
４と非接触で移動が可能となる。したがって、移動に際
しての摺動抵抗をもたない。また、リニアスケール等に
よる位置センサ１５によりスライダ１３の位置を検出し
その位置情報を電気信号により出力する。位置センサ１
５により出力された信号は演算装置２０に入力される。

【００１６】演算装置２０では入力された位置情報をも
とに制御演算を行い、サーボアンプ２１Ａ、サーボアン
プ２１Ｂにスプール位置指令信号（電気信号）を出力す
る。この際、サーボアンプ２１Ａ、サーボアンプ２１Ｂ
への指令値は、絶対値が同じで符号を反転させた値を用
いる。

【００１７】サーボアンプ２１Ａ、サーボアンプ２１Ｂ
は、この指令値に従いサーボ弁２２Ａ、サーボ弁２２Ｂ
のスプール位置をそれそれ制御する。なお、サーボ弁２
２Ａ、サーボ弁２２Ｂの２台のサーボ弁は、３位置３ポ
ート直動型サーボ弁である。

【００１８】サーボ弁２２Ａ、サーボ弁２２Ｂはレギュ
レータ１１Ｂにより適当な圧力に調節された圧縮空気が
供給されており、サーボ弁２２Ａ、サーボ弁２２Ｂ内の
スプール位置により通過する流量が変動する。サーボ弁
２２Ａ、サーボ弁２２Ｂを通過した空気はスライダ１３
内に設けられた２つの圧力室１６Ａ、圧力室１６Ｂに供
給される。圧力室１６Ａ、圧力室１６Ｂの差圧がスライ
ダ１３の内壁に取り付けられた受圧板（隔壁）１７に作
用し、スライダ１３を移動させる。

【００１９】次に、図２をも参照して、図１に示された
空気圧アクチュエータにおけるスライダ１３とロッド１
４の間の構造について説明する。

【００２０】この例では、ロッド１４として断面四角形
状の軸体を用い、スライダ１３もロッド１４を挿通可能
な断面四角形状の内部空間を持つ断面四角形状にされて
いる。特に、スライダ１３の内壁とロッド１４の外周面
との間の隙間はわずかである。また、ロッド１４の中央
部に近い領域において圧力室を形成することができるよ
うに、ここではロッド１４を細くしてその上側と下側と
に空間ができるようにしている。そして、上側の空間、
下側の空間をそれぞれ２つの圧力室１６Ａ、１６Ｂに区
画するために、スライダ１３の上側内壁、下側内壁にそ
れぞれ、ロッド１４に沿ってスライド可能な受圧板１７
を固定している。なお、受圧板１７は、図６の例のよう
にロッド１４側に固定されていても良い。また、圧力室
１６Ａ、１６Ｂは、ロッド１４の上下のみならず、ロッ
ド１４の全周にわたるように形成されても良い。

【００２１】以下では、２つに区画された圧力室１６
Ａ、１６Ｂのうち、圧力室１６Ａ側の構造について説明
する。圧力室１６Ｂ側もまったく同じ構造である。

【００２２】圧力室１６Ａに圧縮空気を出入り可能にす
るために、ロッド１４内の中心にその端部から中央部に
向けて空気通路１４−１を設けている。この空気通路１
４−１は、圧力室１６Ａに近い部分で上下に分岐されて
それぞれ上側、下側の圧力室１６Ａに連通している。ロ
ッド１４の端部における空気通路１４−１には、空気配
管が接続され、更に、図１で説明したサーボ弁２２Ａが
備えられる。スライダ１３の最大ストロークは、圧力室
１６Ａ、１６Ｂの軸方向寸法により決まる。

【００２３】圧力室１６Ａに近いロッド１４の周囲には
また、静圧空気軸受１２が設けられ、静圧空気軸受１２
の両側に排気部１９−１、１９−２が設けられる。静圧
空気軸受１２は、ロッド１４の断面形状が矩形状である
ので、その４つの面に設けられる。静圧空気軸受は良く
知られているので、詳しい説明は省略する。排気部１９
−１、１９−２は、圧力室１６Ａからの漏れ空気、静圧
空気軸受１２からの空気を排気するためのものであり、
排気を容易にするためにロッド１４の外周に溝を形成
し、この溝を通して排気を行うようにしている。ロッド
１４には更に、その軸方向に関して静圧空気軸受１２よ
りも外側の位置に真空排気部１９−３が設けられる。

【００２４】真空排気部１９−３を備えるのは、本空気
圧アクチュエータが、真空チャンバ内で使用される場合
を考慮してのことであり、この真空排気部１９−３も排
気を容易にするために、ロッド１４の周囲に溝を形成
し、この溝を通して真空引きを行うようにしている。

【００２５】静圧空気軸受１２に圧縮空気を供給するた
めに、ロッド１４内にその端部から静圧空気軸受１２に
至る複数の空気通路１４−２を設けている。ロッド１４
内にはまた、その端部から排気部１９−１、１９−２の
溝に至る複数の排気通路１４−３を設けている。ロッド
１４内には更に、その端部から真空排気部１９−３の溝
に至る排気通路１４−４を設けている。この排気通路１
４−４は、真空排気部１９−３の溝に、ロッド１４の４
つの面毎に穴を設け、それぞれの穴に連通するようにさ
れるのが望ましい。なお、図２では、便宜上、ロッド１
４に設けられた複数種類の通路をすべて実線で示してい
るが、これらの通路は、ロッド１４内の周方向に関して
異なった位置に設けられることは言うまでもない。

【００２６】ロッド１４の端部における複数の空気通路
１４−２には空気配管が接続され、更に圧縮空気供給源
が備えられる。同様に、ロッド１４の端部における複数
の排気通路１４−３には空気配管が接続され、更に排気
用のポンプが備えられる。ロッド１４の端部における排
気通路１４−４には空気配管が接続され、更に真空引き
用のポンプが備えられる。

【００２７】なお、本空気圧アクチュエータが真空チャ
ンバ内に設けられる場合、ロッド１４の両端部は、真空
チャンバの側壁において支持されるように側壁を貫通す
る。したがって、ロッド１４の両端部における空気配管
の接続は、真空チャンバの外で行われる。

【００２８】図３に演算装置２０で行われる制御演算の
ブロック線図を示す。図３のプラント（スライダ系）Ｐ
のノミナルモデルＰ_n を次のように表わす。

【００２９】 Ｐ_n （ｓ）＝Ｋ_n ・ω_n ² ／ｓ（ｓ² ＋ω_n ² ） （１） Ｋ_n 、ω_n はプラントの特性から決まる定数、ｓは微分
器でありその乗数は微分の階数を表わす。図３のＫ_s は
サーボ弁の特性から決まる定数である。

【００３０】以下に演算装置２０の動作を説明する。以
下で、添え字ｋ＝０，１，・・・は、位置センサ１５の
検出信号に対して行われるサンプリングの各サンプリン
グ周期のその変数のサンプル値を表わす。

【００３１】（１）空気圧源１０からの空気をレギュレ
ータ１１Ａで適当な圧力に調節し静圧空気軸受１２に供
給する。この静圧空気軸受１２の空気によりスライダ１
３をロッド１４から浮上させ、スライダ１３がロッド１
４と非接触で移動可能な状態にする。

【００３２】（２）位置センサ１５によりスライダ１３
の位置を検出しその位置情報を電気信号により出力す
る。位置センサ１５により出力された信号は演算装置２
０に入力される。

【００３３】（３）演算装置２０は位置センサ１５から
の検出信号に対してサンプリングを行い、以下で述べる
ような演算を行う。指令値ｕ（ｋ−１）と（２）で検出
したスライダ位置ｘ（ｋ−１）からカルマンフィルタ２
１による演算を行い、次式からスライダの推定位置ｘ_ep
（ｋ）、推定速度ｘ_ev（ｋ）、推定加速度ｘ_ea（ｋ）を
得る。なお、ｋは現在のサンプル値、（ｋ−１）は１サ
ンプリング周期前のサンプル値を表わす。また、ｅを付
す場合には、推定値を表すものとする。

【００３４】ｘ_ep（ｋ）＝ΔＴ［ｘ_ev（ｋ−１）＋ｌ₁
｛ｘ（ｋ−１）−ｘ_ep（ｋ−１）｝］＋ｘ_ep（ｋ−１） ｘ_ev（ｋ）＝ΔＴ［ｘ_ea（ｋ−１）＋ｌ₂ ｛ｘ（ｋ−
１）−ｘ_ep（ｋ−１）｝］＋ｘ_ev（ｋ−１） ｘ_ea（ｋ）＝ΔＴ［ａｘ_ev（ｋ−１）＋ｂｕ（ｋ−１）
＋ｌ₃ ｛ｘ（ｋ−１）−ｘ_ep（ｋ−１）｝］＋ｘ_ea（ｋ
−１） 但し、ａ＝−ω_n ² 、ｂ＝Ｋ_s Ｋ_n ω_n ² 、ΔＴはサン
プリング周期である。

【００３５】（４）スライダ目標位置Ｘ_ref （ｋ）と算
出されたスライダ位置推定値ｘ_ep（ｋ）、算出された速
度推定値ｘ_ev（ｋ）、算出された加速度推定値ｘ
_ea（ｋ）の各フィードバック値より指令値ｕ（ｋ）を計
算する。

【００３６】ｕ（ｋ）＝Ｋ_p ｛ｘ_ref （ｋ）−ｘ
_ep（ｋ）｝−Ｋ_v ｘ_ev（ｋ）−Ｋ_a ｘ_ea（ｋ） 但し、Ｋ_p は比例ゲイン、Ｋ_v は速度ゲイン、Ｋ_a は加
速度ゲインである。

【００３７】（５）１サンプリング周期前の指令値ｕ
（ｋ−１）、スライダ推定速度ｘ_ev（ｋ−１）、推定加
速度ｘ_ea（ｋ−１）と算出された現在の推定加速度ｘ_ea
（ｋ）から次式のようにサーボ弁中立点の機差の補正値
ｄ_e （ｋ）を計算する。

【００３８】ｄ_e （ｋ）＝ｕ_e ´（ｋ）−ｕ´（ｋ） 但し、ｕ_e ´（ｋ）、ｕ´（ｋ）はそれぞれ、以下の数
１、数２で与えられる。

【００３９】

【数１】

【数２】 Ｔ_f は図３中の外乱オブザーバ２２において次式で表わ
されるフィルタの時定数である。

【００４０】Ｆ（ｓ）＝１／（Ｔ_f ｓ＋１） （６）（４）で計算した指令値ｕ（ｋ）と（５）で計算
したｄ_e （ｋ）によりサーボアンプ２１Ａ、２１Ｂへの
指令値ｕ（ｋ）−ｄ_e （ｋ）を計算し、これをサーボア
ンプ２１Ａ、サーボアンプ２１Ｂに電気信号として出力
する。この際、サーボアンプ２１Ａ、サーボアンプ２１
Ｂへの指令値は、絶対値が同じで符号を反転させた値を
用いる。

【００４１】（７）サーボアンプ２１Ａ、サーボアンプ
２１Ｂは、指令値ｕ（ｋ）−ｄ_e （ｋ）に従い、サーボ
弁２２Ａ、サーボ弁２２Ｂのスプール位置をそれぞれ制
御する。サーボ弁２２Ａ、サーボ弁２２Ｂはレギュレー
タ１１Ｂにより適当な圧力に調節された圧縮空気が供給
されており、サーボ弁２２Ａ、サーボ弁２２Ｂ内のスプ
ール位置により通過する流量が変動する。

【００４２】（８）サーボ弁２２Ａ、サーボ弁２２Ｂを
通過した空気はスライダ１３内に設けられた２つの圧力
室１６Ａ、圧力室１６Ｂに供給される。圧力室１６Ａ、
圧力室１６Ｂの差圧がスライダ１３に取り付けられた受
圧板１７に作用しスライダ１３を移動させる。

【００４３】（９）上記の（２）から（８）を繰り返
し、スライダ１３を目標位置Ｘ_ref に制御する。

【００４４】なお、ｕ（０）、ｘ_ep（０）、ｘ
_ev（０）、ｘ_ea（０）、ｄ_e （０）の初期値はすべて零
とする。

【００４５】上記のように、スライダ１３の位置、速
度、加速度を推定するために、本形態ではカルマンフィ
ルタ２１を適用している。また、２台のサーボ弁を使用
した空気圧位置制御系では、各サーボ弁の中立点の違い
が外乱となり定常位置偏差が生じる。この外乱を外乱オ
ブザーバ２２で推定し、打ち消すことで、これらの定常
位置偏差を補償している。そして、外乱オブザーバ２２
を適用することにより、フィルタＦ（ｓ）の帯域での外
乱やプラントのパラメータ変動に対するロバスト性を補
償できる。

【００４６】いずれにしても、カルマンフィルタ、外乱
オブザーバを用いることにより、対象とする空気圧サー
ボ系の特性を（１）式のノミナルモデルに近付けること
ができる。

【００４７】上記のような制御によれば、カルマンフィ
ルタ２１、外乱オブザーバ２２によりスライダ１３の停
止位置精度が改善される。このような制御は、スライダ
をステップ状に動かし、停止位置精度だけを問題にする
場合には十分である。しかし、スライダの等速移動時の
ように目標値が連続的に変化する場合には定常速度偏差
が生じるため、スライダの駆動中の精度を問題にする場
合には、上記の制御では不十分である。

【００４８】そこで、定常速度偏差を改善するための手
法を以下に説明する。

【００４９】外乱オブザーバ２２によって外乱（サーボ
弁中立点機差等）が補正され、カルマンフィルタ２１に
よって位置、速度、加速度が正確に推定されると、図３
のブロック線図は図４のように書き替えられる。図４で
は、実際のサーボ弁の特性から決まる定数Ｋ_s （サーボ
弁ゲイン）は、演算装置２０内で想定しているサーボ弁
ゲインＫ_snと等しいものとし、プラント（スライダ系）
の特性Ｐ（ｓ）もノミナルモデルＰ_n （ｓ）と等しいも
のとしている。

【００５０】この場合、目標値ｘ_ref から制御量ｘまで
の閉ループ伝達関数は、 Ｇ_c （ｓ）＝ｘ／ｘ_ref ＝Ａ₃ ／（ｓ³ ＋Ａ₁ ｓ² ＋Ａ₂ ｓ＋Ａ₃ ） となる。但し、 Ａ₁ ＝Ｋ_snＫ_n ω_n ² Ｋ_a Ａ₂ ＝（１＋Ｋ_snＫ_n Ｋ_v ）ω_n ² Ａ₃ ＝Ｋ_snＫ_n ω_n ² Ｋ_p である。

【００５１】定常速度偏差を低減するためには、図５に
示すように、図３のブロック線図における目標値ｘ_ref
の入力部に上記の閉ループ伝達関数の逆モデルＧ
_c （ｓ）^-1を挿入すれば良い。このような逆モデルを挿
入することによって、全体の伝達関数は理想的な１とな
り、定常速度偏差が改善される。

【００５２】なお、目標値ｘ_ref に逆モデルＧ_c （ｓ）
^-1を乗算したものは次式で計算できる。

【００５３】 ｘ_ref Ｇ_c （ｓ）^-1＝ｘ_ref （ｓ³ ＋Ａ₁ ｓ² ＋Ａ₂ ｓ＋Ａ₃ ）／Ａ₃ ＝（ｊ_ref ＋Ａ₁ ａ_ref ＋Ａ₂ ｖ_ref ＋Ａ₃ ｘ_ref ）／Ａ₃ 但し、ｖ_ref は目標値ｘ_ref を１階微分した目標速度で
あり、ａ_ref は目標値ｘ _ref を２階微分した目標加速度
であり、ｊ_ref は目標値ｘ_ref を３階微分した目標ジャ
ークである。

【００５４】したがって、離散化した指令値ｕ（ｋ）
は、以下の数３で計算される。

【００５５】

【数３】

【００５６】なお、本発明が適用される空気圧アクチュ
エータは、図１、図２に示された構造のものに限られる
ものではない。すなわち、固定部とこれに対して静圧軸
受を介してスライド可能に設けられたスライダとの間に
２つの圧力室が形成され、これら２つの圧力室に供給さ
れる圧縮空気の流量をそれぞれ３位置３ポート直動型サ
ーボ弁により制御することにより、２つの圧力室の差圧
でスライダを非接触で駆動するように構成された空気圧
アクチュエータ、更には空気圧に限らず気体圧アクチュ
エータ全般に適用可能である。

【００５７】

【発明の効果】以上のように、複動形の気体圧アクチュ
エータにおいて２台の３位置３ポート直動型サーボ弁を
用いてスライダの位置制御を行う場合、２台のサーボ弁
で中立点が異なるとスライダ位置に定常位置偏差を生じ
る。これに対し、本発明では上記の演算方法によりサー
ボ弁の中立点の機差等に起因する定常位置偏差を推定
し、これを補償しているので上記のような定常位置偏差
が大幅に減少し、スライダを高精度で位置決め制御でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される空気圧アクチュエータの構
成を示した図である。

【図２】図１に示された空気圧アクチュエータにおける
スライダとロッドの間の構造を示した図である。

【図３】図１に示された演算装置で行われる定常位置偏
差低減のための制御演算のブロック線図を示した図であ
る。

【図４】図３のブロック線図を簡略化した図である。

【図５】図１に示された演算装置で行われる定常速度偏
差低減のための制御演算のブロック線図を示した図であ
る。

【図６】空気圧アクチュエータの一般的の構成を示した
図である。

【符号の説明】

１１Ａ、１１Ｂ レギュレータ １２ 静圧空気軸受 １３ スライダ １４ ロッド １５ 位置センサ １６Ａ、１６Ｂ 圧力室 １７ 受圧板 ２０ 演算装置 ２１Ａ、２１Ｂ サーボアンプ ２２Ａ、２２Ｂ サーボ弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H001 AA01 AB06 AB10 AC03 AD04 AE12 AE14 AE24 5H303 AA06 BB01 BB06 BB11 CC02 DD09 EE01 EE03 EE07 FF03 GG12 HH02 JJ01 JJ04 KK11 KK24

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定部とこれに対して静圧軸受を介して
   スライド可能に設けられたスライダとを含み、該スライ
   ダを可動とするための２つの圧力室を形成し、これら２
   つの圧力室に供給される圧縮気体の流量をそれぞれサー
   ボ弁により制御することにより、前記２つの圧力室の差
   圧で前記スライダを非接触で駆動するように構成された
   気体圧アクチュエータの制御方法において、 前記スライダの位置を検出するための位置検出器からの
   位置検出信号に対してサンプリングを行ってあらかじめ
   定められた演算を行い、前記２つのサーボ弁に指令値を
   出力する演算装置を備え、 該演算装置は、 １サンプリング周期前の指令値と１サンプリング周期前
   のスライダ位置とを用いて現在のスライダの推定位置、
   推定速度、推定加速度を算出する第１のステップと、 スライダ目標位置、算出されたスライダの推定位置、算
   出された推定速度、算出された推定加速度より前記２つ
   のサーボ弁に対する指令値を算出する第２のステップ
   と、 １サンプリング周期前の指令値、１サンプリング周期前
   の算出された推定速度、１サンプリング周期前の算出さ
   れた推定加速度、算出された現在の推定加速度から定常
   位置偏差に対する補正値を算出する第３のステップと、 前記第２のステップで算出された指令値を前記第３のス
   テップで算出された補正値で補正して前記２つのサーボ
   弁に与える第４のステップとを実行することを特徴とす
   る気体圧アクチュエータの制御方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の制御方法において、前記
   スライダ目標値が与えられてからサーボ弁に対する指令
   値が出力されるまでの制御系は、あらかじめ定められた
   伝達関数Ｇ_c （ｓ）で規定され、前記演算装置は更に、
   前記スライダ目標値に前記伝達関数の逆モデルＧ
   _c （ｓ）^-1を乗算するステップを実行することにより定
   常速度偏差を低減できるようにしたことを特徴とする気
   体圧アクチュエータの制御方法。
3. 【請求項３】 固定部とこれに対して静圧軸受を介して
   スライド可能に設けられたスライダとを含み、該スライ
   ダを可動とするための２つの圧力室を形成し、これら２
   つの圧力室に供給される圧縮気体の流量をそれぞれサー
   ボ弁により制御することにより、前記２つの圧力室の差
   圧で前記スライダを非接触で駆動するように構成された
   気体圧アクチュエータにおいて、 前記スライダの位置を検出するための位置検出器と、該
   位置検出器からの位置検出信号に対してサンプリングを
   行ってあらかじめ定められた演算を行い、前記２つのサ
   ーボ弁に指令値を出力する演算装置とを含み、 該演算装置は、 １サンプリング周期前の指令値と１サンプリング周期前
   のスライダ位置とを用いて現在のスライダの推定位置、
   推定速度、推定加速度を算出する第１のステップと、 スライダ目標位置、算出されたスライダの推定位置、算
   出された推定速度、算出された推定加速度より前記２つ
   のサーボ弁に対する指令値を算出する第２のステップ
   と、 １サンプリング周期前の指令値、１サンプリング周期前
   の算出された推定速度、１サンプリング周期前の算出さ
   れた推定加速度、算出された現在の推定加速度から定常
   位置偏差に対する補正値を算出する第３のステップと、 前記第２のステップで算出された指令値を前記第３のス
   テップで算出された補正値で補正して前記２つのサーボ
   弁に与える第４のステップとを実行することを特徴とす
   る気体圧アクチュエータの制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の制御装置において、前記
   気体圧アクチュエータは、一軸方向に延びるガイド軸を
   前記固定部として有し、前記スライダは前記静圧軸受を
   介して前記ガイド軸に沿って移動可能にされており、前
   記ガイド軸の周囲と前記スライダとの間に空間を形成す
   ると共に、該空間を軸方向に関して前記２つの圧力室に
   区画する隔壁を前記スライダ、前記ガイド軸の一方に設
   け、前記２つの圧力室にそれぞれ前記圧縮気体を供給す
   るための給気系が備えられ、該給気系にはそれぞれ３位
   置３ポート直動型サーボ弁が設けられて前記２つの圧力
   室にそれぞれ、圧縮気体を出入り可能に構成されている
   ことを特徴とする気体圧アクチュエータの制御装置。
5. 【請求項５】 請求項３あるいは４記載の制御装置にお
   いて、前記スライダ目標値が与えられてからサーボ弁に
   対する指令値が出力されるまでの制御系は、あらかじめ
   定められた伝達関数Ｇ_c （ｓ）で規定され、前記演算装
   置は更に、前記スライダ目標値に前記伝達関数の逆モデ
   ルＧ_c （ｓ）^-1を乗算するステップを実行することによ
   り定常速度偏差を低減できるようにしたことを特徴とす
   る気体圧アクチュエータの制御装置。