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非共振形アクチュエータを用いた超精密ステージに対するシステム同定法と制御法の確立

Research Project

Project/Area Number 15760310
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Control engineering
Research InstitutionGunma University

Principal Investigator

橋本 誠司  群馬大学, 工学部, 助教授 (30331987)

Project Period (FY) 2003 – 2005
Project Status Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help
¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000)
Fiscal Year 2005: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2004: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2003: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Keywords超精密ステージ / 非共振型超音波モータ / 精密位置決め / 摩擦補償 / 適応オブザーバ / 周波数可変制御 / システム同定 / 連続軌跡追従
Research Abstract

本研究の目的は,次世代転写用光源として期待される電子線露光を用いた半導体製造装置のための超精密ステージシステムの制御系開発である。本精密ステージの駆動用アクチュエータには,高制御分解能で,かつ真空雰囲気で連続駆動が可能な,新開発の非共振型超音波アクチュエータ(NRUSM)を用いている。この目的に対し,これまで(1〜2年目)に特にアクチュエータの有する性能を最大限発揮するための連続軌跡追従制御系(CTP制御系)の構築,摩擦駆動時に問題となる非線形摩擦に対する簡便な摩擦補償法の提案,駆動周波数の可変制御による定常速度偏差性能の改善を行った。
今年度(三年目)は,以下の提案および検証を行った。
・CPT制御系に対する駆動周波数可変制御の導入
電圧制御に加えゲインスケジュールド制御による駆動周波数可変制御をCPT制御系に導入した。これにより,与えられた速度プロファイルに対して,最適駆動周波数(すなわち定常速度偏差が最小)でかつフィルタ帯域内で伝達ゲインが1となる制御系を構築し,その有効性を実験検証した。
・駆動周波数可変制御による連続走行耐久性の改善
摩擦駆動型のNRUSMでは摺動摩耗が避けられないということから連続走行耐久性能が重要となる。そこで,NRUSMの駆動とスリップのメカニズムを考慮することにより,駆動周波数へ制限(周波数変化率への制限)を設けることで連続走行耐久性を大幅に改善する制御法を提案した。
・逐次型適応同定法を応用した新しい摩擦補償法の提案
従来の摩擦補償では,ステージの静止条件を位置差分から導出していた。この手法では,位置センサの高分解能化に伴い,ステージ静止条件の導出が困難となる。そこで,逐次型適応同定法に可変忘却要素を導入し,このパラメータに着目することでステージの特性変化が検出できる。これ基づき静止条件判別ならびに摩擦補償を行う手法を提案し,その有効性を実験により検証した。

Report

(3 results)
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2006 2005 Other

All Journal Article (8 results) Publications (4 results)

  • [Journal Article] 非共振型超音波アクチュエータ駆動精密ステージの位置決め制御における摩擦補償法2006

    • Author(s)
      橋本 誠司
    • Journal Title

      電気学会論文誌D (掲載決定)

    • NAID

      10017582385

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] スティックスリップ補償と連続軌跡追従制御に基づく超音波アクチュエータ駆動精密ステージの一制御法2005

    • Author(s)
      橋本 誠司
    • Journal Title

      電気学会論文誌D 125・6

      Pages: 582-589

    • NAID

      10015671838

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Gain-Scheduled Control of a High-Precision Stage for Continuous-Path Tracking2005

    • Author(s)
      Seiji Hashimoto
    • Journal Title

      Proc.of International Power Electronics Conference (IPEC2005) S66-4

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Variable Frequency Control for SPIDER-Driven Ultra-Precision Stages2005

    • Author(s)
      Seiji Hashimoto
    • Journal Title

      Proc.of the 16th International Federation of Automatic Control World Congress (IFAC'05) Mo-E16 TO/5

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] アンチ・ワインドアップ補償による高速I-P位置制御系の一構成法2005

    • Author(s)
      小阪 光二
    • Journal Title

      電気学会論文誌D 125・1

      Pages: 117-118

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] スティックスリップ補償と連続軌跡追従制御に基づく超音波アクチュエータ駆動精密ステージの一制御法2005

    • Author(s)
      橋本 誠司
    • Journal Title

      電気学会論文誌D 125・6(印刷中)

    • NAID

      10015671838

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      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Gain-Scheduled Control of a High-Precision Stage for Continuous-Path Tracking2005

    • Author(s)
      Seiji Hashimoto
    • Journal Title

      Proc.of International Power Electronics Conference(IPEC2005) (印刷中)

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  • [Journal Article] Variable Frequency Control for SPIDER-Driven Ultra-Precision Stages2005

    • Author(s)
      Seiji Hashimoto
    • Journal Title

      Proc.of the 16th International Federation of Automatic Control World Congress(IFAC'05) (印刷中)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Publications] A.Forrai: "Robust active vibration suppression control with constraint on the control signal"An International Journal of Earthquake Engineering. 32巻. 1655-1676 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 橋本 誠司: "マルチデシメーション同定法を用いたロバスト制振制御のための柔軟構造物のモデリング手法"電気学会論文誌D. 123・5(掲載決定). (2004)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] S.Hashimoto: "Development of an Ultra-Precision Stage Control System Using Nonresonant Ultrasonic Motor"Proc.of the 29th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON'03). 1331-1336 (2003)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report
  • [Publications] S, Hashimoto: "Ultra-Precision Stage Control Based on Friction Model of Non-Resonant Ultrasonic Motor"Proc.of the 8th IEEE International Workshop on Advanced Motion Control (AMC'04). (accepted)(印刷中). (2004)

    • Related Report
      2003 Annual Research Report

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Published: 2003-04-01   Modified: 2016-04-21  

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