リニアモータ駆動バルブのフィードフォワード制御による高速流量制御

カテゴリ：研究会(論文単位)

論文No：RM25078,LD25063,HCA25016

グループ名：【D】産業応用部門 回転機/【D】産業応用部門 リニアドライブ/【D】産業応用部門 家電・民生合同研究会

発行日：2025/7/25

タイトル(英語)：Fast flow rate control of pneumatic valve driven by linear motor using feedforward control

著者名：服部 光希(東京大学),大西 亘(東京大学),古関 隆章(東京大学)

著者名(英語)： Koki Hattori(The University of Tokyo),Wataru Ohnishi(The University of Tokyo),Takafumi Koseki(The University of Tokyo)

キーワード：空気圧バルブ,圧縮性流体,リニア直流モータ,弁体位置制御,カスケード制御,反復学習制御,Pneumatic valve,Compressible flow,Linear DC motor,Poppet position control,Cascaded control,Iterative learning control

要約(日本語)：次世代半導体製造装置の実現に向け，空気圧システムの高速かつ高精度な制御が求められており，その鍵となる空気圧バルブの制御性能向上が重要となっている。 本稿ではリニア直流モータを内蔵したバルブに対し，フィードフォワード制御を導入することによる高速流量制御系の構築を目的とする。 提案法では反復学習制御(ILC)を用いて，弁体のダイナミクスと配管共振を表すフィードフォワードパラメータを抽出する。 ILCによる高い追従性能を活用することで，提案FF制御法は空気圧バルブの応答速度を向上させる。 さらに，データ駆動のILCと比較して，パラメトリックモデルに基づく提案法は，目標軌道が変化した場合でも高い制御性能を維持できる。 実験の結果，提案法により流量ステップ応答の整定時間を50msから10msまで短縮することに成功した。

要約(英語)：The growing demand for fast and precise control of pneumatic systems, especially in semiconductor manufacturing, requires improved response speed and accuracy of pneumatic valves. This study develops a high-speed flow rate control system by introducing feedforward control for a valve driven by a linear DC motor. In the developed approach, feedforward parameters representing valve body dynamics and pipe resonance are extracted through iterative learning control (ILC). Leveraging the high tracking performance of ILC, the proposed feedforward control approach enhances the response speed of pneumatic valves. Furthermore, compared to data-driven ILC, it maintains superior control performance even when the target trajectory changes, owing to its parametric representation. Experimental results show that the proposed method reduces the flow rate settling time from 50 ms to 10 ms.

本誌：2025年7月28日-2025年7月29日回転機/リニアドライブ/家電・民生合同研究会

本誌掲載ページ：11-16p

原稿種別：日本語

PDFファイルサイズ：1,788Kバイト