多入力多出力の精密位置決め装置に対するモデルとデータを融合した制御器自動設計

多输入、多输出精密定位设备的模型与数据相结合的自动控制器设计

• 批准号: 21J13196
• 负责人: 前 匡鴻
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J13196/
• 关键词: 制御工学; モーションコントロール; 精密位置決め制御; 多入力多出力系; 外乱抑圧; ロバスト制御器設計; データ駆動型自動設計; 凸最適化

半導体や液晶パネルの製造に用いられる露光装置に代表される精密位置決めステージは、ナノメートルオーダの誤差精度という厳しい性能要求から、複数のアクチュエータとセンサを用いた複雑な多入力多出力系のシステムとなっている。複数アクチュエータとセンサを用いた制御器はその分調整パラメータも多く、近年の日本の労働人口の減少という社会背景の中、それらの複雑な製造装置の制御器のパラメータ調整の負担が課題とされてきた。2021年度は、複数アクチュエータとセンサを用いた多入力多出力系の超精密位置決め制御対象に対して、外乱を抑圧し誤差を低減するフィードバック制御器の自動調整の研究に取り組んだ。多入力多出力系の制御対象は、各軸の干渉の存在からモデル化を行うことが難しいことが課題とされてきた。本研究では、制御対象の周波数応答データとスキャン動作時の誤差データから、モデル化を行わず直接データ駆動で制御器を自動調整する手法を提案した。外乱周波数に合わせたピークフィルタを複数設計するロバスト制御器設計問題を、制御性能を評価関数、安定性を制約条件として立式し、ピークフィルタの構造を保ったまま凸最適化できる定式化を行った。それにより、従来はエンジニアが手動で数日かかっていた調整過程が、提案した繰り返し凸最適化計算によりたった数分で実現されるようになった。また、従来の制御器自動設計と異なり構造化したまま制御器を最適化していることから、最適化後の制御器の物理的解釈も容易であり、工場など実際の現場でそこからさらにマニュアルでパラメータを調整することも可能であるという実用的な利点も持つ。提案した最適化手法で設計された制御器は、実際に共同研究先企業の露光装置に実装され、従来手動で設計されてきたフィードバック制御器と比較して制御性能の改善が確認された。今後、実際の製品への実用化も期待される。

Semiconductor や LCD パ ネ ル の make に use い ら れ る exposure device に representative さ れ る precision position definitely め ス テ ー ジ は, ナ ノ メ ー ト ル オ ー ダ の error precision と い う 厳 し い performance requirements か ら, plural の ア ク チ ュ エ ー タ と セ ン サ を with い た complex 雑 な more into the power output is の シ ス テ ム と な っ て い る. Plural ア ク チ ュ エ ー タ と セ ン サ を with い た system royal editor は そ の points adjust パ ラ メ ー タ も く, more recent の Japan の 労 働 の reduce population と い う, in social background の そ れ ら の complex 雑 な royal apparatus manufacturing device の system の パ ラ メ ー タ adjustment の burden が subject と さ れ て き た. 2021 annual は, plural ア ク チ ュ エ ー タ と セ ン サ を with い た more into the power output is の ultra-precision position definitely め suppression like に seaborne seaborne し て, outside disorderly を 圧 suppression し を low error reduction す る フ ィ ー ド バ ッ の ク system royal device automatically adjust の research group take り に ん だ. In the multi-input and multi-output system <s:1> control of the object <e:1> and the <s:1> interference of each axis, there are らモデ らモデ を industrialization を う <s:1> とが とが とが difficult <s:1> <s:1> とが とが とされて た た た issues. This study で は, royal elephant の cycle for seaborne 応 answer デ ー タ と ス キ ャ ン gesture の error デ ー タ か ら, モ デ ル change line を わ ず directly デ ー タ 駆 system of dynamic で imperial unit を automatically adjust す る technique proposed を し た. Outside disorderly cycle for に close わ せ た ピ ー ク フ ィ ル タ を plural design す る ロ バ ス royal ト system design problem を, suppression performance を 価 masato, stability を restriction conditions と し て vertical し, ピ ー ク フ ィ ル タ の tectonic を bartender っ た ま ま convex optimization で き る demean を line っ た. そ れ に よ り, 従 は エ ン ジ ニ ア が manual で days か か っ て い た が adjustment process, the proposal し た Qiao り return し convex optimization calculation に よ り た っ た several points で be presently さ れ る よ う に な っ た. ま た, 従 to の royal automatic design と different な り structured し た ま ま system royal editor を optimization し て い る こ と か ら, optimization の is made after the royal の physical solution 釈 も easy で あ り, workshop な ど be interstate の field で そ こ か ら さ ら に マ ニ ュ ア ル で パ ラ メ ー タ を adjustment す る こ と も may で あ る と い う be used な tartness も つ. Proposal し た optimization design gimmick で さ れ た system royal は, be interstate に joint research enterprise の dew first light device に be loaded さ れ, 従 manually で design さ れ て き た フ ィ ー ド バ ッ ク system royal editor と compare し て suppression performance の improve が confirm さ れ た. In the future, practical products へ and practical application <e:1> are expected to be される.

项目成果

Frequency response data-based peak filter design applied to MIMO large-scale high-precision scan stage

基于频率响应数据的峰值滤波器设计应用于MIMO大规模高精度扫描阶段

• DOI: 10.1016/j.mechatronics.2021.102733
• 发表时间: 2022
• 期刊: Mechatronics
• 影响因子: 3.3
• 作者: Mae Masahiro;Ohnishi Wataru;Fujimoto Hiroshi;Sakata Koichi;Hara Atsushi
• 通讯作者: Hara Atsushi

高次共振系に対する積と和の分解を用いたマルチレートフィードフォワード制御の比較検討

高阶谐振系统使用乘积和和分解的多速率前馈控制的比较研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 前 匡鴻;大西 亘;藤本 博志
• 通讯作者: 藤本 博志

Eindhoven University of Technology(オランダ)

埃因霍温科技大学（荷兰）

Effect of Harmonic Current Suppression on Iron Loss of IPMSM Using Repetitive Perfect Tracking Control

采用重复完美跟踪控制的谐波电流抑制对 IPMSM 铁损的影响

• DOI: 10.1541/ieejjia.21005712
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEJ Journal of Industry Applications
• 影响因子: 1.7
• 作者: Inagaki Yuhiro;Mae Masahiro;Shimizu Osamu;Nagai Sakahisa;Fujimoto Hiroshi;Miyajima Takayuki;Yasuda Yoshiki;Yamagiwa Akio
• 通讯作者: Yamagiwa Akio

Quasi Multirate Feedforward Current Control toward Nyquist Frequency of PWM for SPMSM

针对 SPMSM 的 PWM 奈奎斯特频率的准多速率前馈电流控制

• DOI: 10.1541/ieejjia.20004635
• 发表时间: 2021
• 期刊: IEEJ Journal of Industry Applications
• 影响因子: 1.7
• 作者: Noguchi Shona;Mae Masahiro;Fujimoto Hiroshi
• 通讯作者: Fujimoto Hiroshi