2013 Fiscal Year Research-status Report
遅延を考慮した６軸空圧式アクティブ除振システムの構築
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25420178
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
中村 幸紀 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90574012)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
涌井 伸二 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70334472)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 空圧式除振装置 / むだ時間 / 姿勢制御 / 運動モード / Smith法 / モード制御 / 空気ばね |
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| Research Abstract |
半導体の露光処理に使用される空圧式アクティブ除振装置では，メンテナンス性を考慮してバルブを空気ばねの遠方に配置する．このため，圧縮空気が空気ばねに送られるまでの遅れ時間が増加し，制御系が不安定化する．本研究では，まず除振装置の遅れ時間補償について検討した．具体的には，Smith法で設定する予測むだ時間の調整方法を提案した．その際，予測むだ時間と除振装置の遅れ時間が一致するとき，制御系の共振周波数と偏差の時間積分が最小になることを示した．さらに，予測むだ時間の設定に誤差を含む場合について安定解析を行った．本手法の有効性をシミュレーションおよび実機実験により検証した．同結果は，電気学会産業応用部門大会および国際会議IEEE IECON2013で発表され，また論文誌に掲載された．
つぎに，除振台の姿勢制御法を検討した．産業現場では，周辺機器の設置位置により各配管の長さが一致しないため，配管ごとに遅れ時間が異なる．その結果，除振台の変形が生じる．また，露光処理に用いる除振装置では，モード制御が標準で実装されており，実応用の場面では同制御法を考慮する必要がある．本研究では，モード制御が施された多軸除振装置に対しても，Smith法による遅れ時間補償が有効であり，それにより姿勢制御が改善されることを示した．具体的には，まず二軸除振装置のシミュレータ開発，同装置のパラメータ同定，およびモード制御を施した実験環境の構築を行った．そして，Smith法により除振台の回転運動が抑制されることをシミュレーションと実機検証により確認した．同結果を第56回自動制御連合講演会で発表した．また，国際会議に投稿し，現在査読中である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
空気ばねが四つの除振装置(6軸除振装置)では安定化が困難なため，平成25年度では運動モード数の少ない二軸除振装置を対象とした．まず，同装置のシミュレータ開発し，遅れ時間による除振装置の不安定化や除振台の変形をシミュレーションにより再現することができた．つぎに，実験装置の整備を行い，実機検証の環境を構築した．実機実験では，除振台の浮上・定位実験を行い，制御系を安定化することができた．そして，実験とシミュレーション結果を踏まえて，除振装置のパラメータを同定した．最後に，同定で得られたパラメータを用いてSmith法を実装し，実機検証を行った．同制御法により，遅れ時間が補償され，また姿勢制御は改善されることを示した．平成25年度では，研究成果が論文誌に掲載され，また国際会議・国内会議等で発表された．以上の理由により本研究は進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度では，モード制御を施した除振装置に対して，Smith法を実装し，姿勢制御(回転運動の抑制)の改善を行った．その一方で，Smith法を用いても，除振台の回転・振動が残存する．その原因として，モード制御では，センサ・アクチュエータの幾何学的配置に関する静的な情報のみで運動モード(除振台の並進・回転運動等)を求め，制御入力を決定するからである．つまり，除振装置の動的な特性は加味されていないため，応答の過渡状態では回転運動が残る．このため，除振装置を停止して除振台を着座させるとき，回転運動により精密機器に損傷を与えるため，その対策が必要である．今後は，多軸除振装置に対する姿勢制御の応用として，装置停止時の回転運動の抑制を検討する．回転を抑制するため，提案手法では除振台の着座時に与える目標値信号の波形を整形する．目標値信号の整形とSmith法を併用し，姿勢制御の更なる改善を図る．本手法の性能を平成25年度で開発したシミュレータや実験装置により評価する．また，近年，遅れ時間の一補償法として，通信外乱オブザーバが注目されている．同手法では，Smith法と異なり，遅れ時間の情報を用いないため，制御器の調整コストを削減できる可能性がある．本研究では，通信外乱オブザーバを用いた除振装置の遅れ時間補償についても検討する．同オブザーバの実装上の課題を明らかにし，その対策を示す．
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Research Products
(4 results)
