JP2002017093A - 圧電装置を制御する方法および装置 - Google Patents

圧電装置を制御する方法および装置

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JP2002017093A JP2001146432A JP2001146432A JP2002017093A JP 2002017093 A JP2002017093 A JP 2002017093A JP 2001146432 A JP2001146432 A JP 2001146432A JP 2001146432 A JP2001146432 A JP 2001146432A JP 2002017093 A JP2002017093 A JP 2002017093A
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Christopher F Gallmeyer
エフ ガルメイヤー クリストファー
Larry G Waterfield
ジー ウォーターフィールド ラリー
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    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/802—Drive or control circuitry or methods for piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、圧電装置の作動を正確に制御する
装置及び方法に関する。 【解決手段】 圧電装置の作動を制御するシステムは、
圧電装置上の所望の電荷を表し圧電装置の所望の位置に
対応する第１の制御信号を発生するように作動可能な制
御システムを含む。制御システムは、第１の制御信号に
対応して装置制御回路に電荷制御信号を供給する電荷制
御回路をさらに含む。装置制御回路は、所望の位置に圧
電装置を移動させる指令信号を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に圧電装置
に関し、さらに詳しくは、圧電装置の作動を正確に制御
する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電装置は、加えられた電界に対応して
その形状を変える。分極方向に加えられる電界は同じ方
向に圧電材料を膨張させ、分極の反対方向に加えられる
電圧はそれと同じ方向に圧電材料を収縮させる。熱プレ
ストレス曲げ装置などの圧電曲げ装置において装置の
「曲げ」作用を用いて、電気エネルギーを機械エネルギ
ーに変換する用途がある。このような用途では、圧電曲
げ装置は、アクチュエータとして使用することができ
る。他の用途では、外力によって装置に曲げ作用を与
え、次いで装置が外力によりもたらされる機械エネルギ
ーを電気エネルギーに変換することができる。このよう
な用途では、圧電曲げ装置は、センサーとして使用する
ことができる。
【０００３】多くの用途において、所望の位置に装置を
移動させるために、電圧指令信号が、通常、圧電装置に
適用される。このような制御システムはよく機能する
が、圧電装置の作動には、制御システムに反映される非
直線性がある。例えば、非直線性が原因となって、アク
チュエータが電圧制御信号に対応した所望の位置に十分
に移動しない可能性がある。さらに、制御信号が原因と
なって、アクチュエータが、特定の用途についての所望
のアクチュエータ作動プロフィールに合わない急速また
は鈍速状態で移動または位置を変更する可能性がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、上
述の問題のうちの１つまたはそれ以上の問題を克服せん
とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明をある実施形態に
関連して説明するが、本発明がこれらの実施形態に限定
されないことが理解されよう。それとは逆に、本発明
は、本発明の技術思想と技術的範囲に含めることができ
るようなすべての変形形態、変更形態および同等物を含
む。
【０００６】本発明の原理に従って、制御システムは、
圧電装置に接続され、圧電装置の所望の位置を表す制御
信号に対応して作動する。制御システムは、圧電装置上
の電荷の関数としての指令信号を供給し、圧電装置を所
望の位置に移動させる。従って、本発明は、圧電装置上
の電荷の関数として圧電装置を駆動する。制御パラメー
タとして電荷を利用することによって、本発明の制御シ
ステムは、電圧指令信号で圧電装置を制御する従来の制
御システムの一部の非直線性とは無縁となっている。
【０００７】本発明の１つの態様によれば、制御システ
ムは、制御信号に対応して、圧電装置上の電荷の所望の
変化を表す出力信号を供給する電荷制御回路を含む。制
御システムは、電荷制御回路の出力信号に対応して、装
置上の電荷の所望の変化に対応する指令信号を供給する
装置制御回路をさらに含む。本発明の別の様態によれ
ば、電荷制御回路は、圧電装置で検出される電流に対応
する積分回路を備え、検出電流を時間に関して積分した
関数としての電荷フィードバック信号を供給する。電荷
制御回路は、第１の指令信号及び電荷フィードバック信
号に対応して、圧電装置制御回路に電荷制御信号を供給
する比較器をさらに含む。
【０００８】別の実施形態では、本発明は、先ず圧電装
置上の所望の電荷を決定することによって所望の位置に
圧電装置を移動させる方法を提供する。次に、電荷フィ
ードバックが求められ、所望のフィードバック電荷の関
数としての制御信号が圧電装置に適用される。制御信号
によって圧電装置が所望の位置に移動する。本発明のこ
の実施形態の１つの態様によれば、電荷フィードバック
信号は、圧電装置を流れる検出電流流量を積分すること
によって求められる。
【０００９】本発明の上記およびその他の目的と利点
は、添付図面およびその説明から明らかになろう。本明
細書に組み入れられて本明細書の一部を成す添付図面
は、本発明の実施形態を示し、上記の本発明の概説と以
下に示す実施形態の詳細な説明と共に、本発明の原理に
ついて説明する役目をする。
【００１０】
【発明の実施の形態】図には、１組のリード線１４ａ、
１４ｂを介して制御システム１０に結合される熱プレス
トレス曲げ装置などの圧電装置１２を制御する制御シス
テム１０を、本発明の原理に従って示す。以下で詳細に
説明するように、制御システム１０は、ライン１６で制
御信号源（図示せず）から装置１２の所望の位置に対応
する制御信号を受信する。ライン１６の制御信号に対応
して、制御システム１０は、圧電装置上の所望のまた実
測の電荷に従って駆動信号をリード線１４ａで装置１２
に適用する電荷制御回路１３を利用する。このようにし
て、制御システム１０は、ライン１６で制御信号源（図
示せず）から制御信号が受信されると、それに対応して
装置１２の変位を正確に制御する。上記では圧電装置１
２はアクチュエータとして使用されると説明している
が、当業者は、制御システム１０が、本発明の技術思想
と技術的範囲から逸脱せずに広範囲の圧電装置用途での
使用に容易に適合可能であることが解るであろう。
【００１１】電荷制御回路１３は、ライン１６で制御信
号源（図示せず）からマップ１８への入力として所望の
装置位置制御信号を受信する一次元経験マップまたはデ
ータ構造１８を備える。データ構造１８は、出力線２０
に、装置制御回路２２と電気的に適合性のある圧電装置
１２上の所望の電荷を表す値をもつ所望の電荷信号を発
生する。データ構造１８は、入力線１６の所望の装置位
置制御信号を所望の電荷値に変換する。データ構造１８
は、当業者であれば容易にわかるように、ＲＡＭまたは
ＲＯＭで保存されるルックアップ表、ソフトウェアアル
ゴリズム、または、ハードウェアに組み込まれる回路と
することができる。
【００１２】装置制御回路２２は、出力１４ａから装置
１２に流れる電流を制御または変更する指令信号を供給
するという点で、容易にわかる装置制御回路と異なる。
さらに、装置制御回路２２は、その後、指令信号に対応
して圧電装置１２を流れる電流によって発生される電圧
を測定する。測定電圧値は、装置制御回路２２から圧電
装置１２への電荷移動量、すなわち電流伝送量を和らげ
るのに使用されるフィードバック値となる。より通常の
装置制御回路は、圧電装置に適用される電圧を変更して
指令した電圧に対応して装置を流れる電流流量を測定す
る指令信号を供給する。その後、測定電流値は、適用さ
れる電圧を和らげるのに使用される。電流を変更してフ
ィードバック値として電圧を測定する指令信号を供給す
るように従来の装置制御回路を変更するのは、当業者に
とっては容易なことである。
【００１３】電荷制御回路１３は、信号ライン２０と共
通の第１の入力に加えて、積分回路２８に接続される第
２の入力を有する比較器または加算接合部２４をさらに
備える。積分回路２８は、装置制御回路２２から検出あ
るいは測定された装置電流信号を受信する入力３０を有
する。装置電流信号は、出力１４ａの電流指令信号を介
して装置１２に供給されている電流の大きさを表す。積
分回路２８は、装置電流信号を時間に関して積分し、装
置１２の電荷を表す電荷フィードバック信号を供給す
る。
【００１４】加算接合部２４は、ライン２０の電荷信号
によって表わされる装置１２の所望の電荷を、ライン２
６の電荷フィードバック信号によって表わされる装置１
２の検出電荷と比較する。加算接合部２４は、装置制御
回路の入力３２に電荷制御信号を供給する。電荷制御信
号は、所望の電荷値とその時点で測定された電荷値との
間の差異を表す誤差信号である。従って、電荷制御信号
は、圧電装置上のその時点で測定された電荷を、所望の
位置に装置１２を移動させる上で必要とされる所望の電
荷に相当または等しくするために必要な装置１２の電荷
の所望の変化を表す。電荷制御信号は、装置制御回路２
２によって使用され、ライン１６の所望の装置位置信号
によって表される所望の位置に装置が移動するように、
出力１４ａで装置１２に適切な電流指令信号を供給す
る。
【００１５】（産業上の利用可能性）本発明は、圧電装
置の作動における非直線性による影響を抑えて圧電装置
の制御を改善する。使用時には、制御システム１０が圧
電装置１２の改良型制御システムとなって、所望の位置
つまり移動位置に装置１２を駆動させるように作動可能
であることが理解されよう。本発明は、圧電装置上の電
荷を検出または監視する圧電装置用制御システムを提供
する。電荷を制御パラメータとして利用することによっ
て、本発明の制御システムは、電圧指令信号で圧電装置
を制御する従来の制御システムの非直線性の一部を解消
する。本発明の制御システム１０は、装置１２の動きを
正確に制御するのに有効である。
【００１６】本発明を様々な実施形態のよって示し、ま
た、これらの実施形態をかなり詳細に説明したが、いか
なる点においても、添付の特許請求の範囲をこのような
詳細として制限または限定することは、出願人の意図で
はない。さらなる利点と変更は、当業者には容易になさ
れるであろう。従って、そのより広い態様における本発
明は、特定の詳細、代表的な装置および方法、および、
図示し説明する図解による実施例に限定されるものでは
ない。従って、出願人の全体的な発明概念の技術思想ま
たは技術的範囲から逸脱しない限り、このような詳細か
ら離れることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理による圧電装置を制御する制御シ
ステムのブロック図である。
【符号の説明】
１０ 制御システム １２ 圧電装置 １３ 電荷制御回路 １４ａ、１４ｂ リード線 １８ データ構造 ２２ 装置制御回路 ２４ 比較器または加算接合部 ２８ 積分回路
フロントページの続き (72)発明者 ラリー ジー ウォーターフィールド アメリカ合衆国 イリノイ州 61615 ピ オーリア ノース クロス ストリート 9414 Ｆターム(参考） 5H303 AA01 BB01 BB06 BB11 CC01 CC04 DD14 EE03 FF04 GG06 HH05 KK03 LL03

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧電装置の作動を制御する装置であっ
    て、圧電装置に接続され、前記圧電装置の所望の位置を
    表す制御信号に対応して作動し、前記圧電装置を所望の
    位置に移動させるために前記圧電装置上の電荷の関数と
    しての指令信号を供給する制御システムを含むことを特
    徴とする装置。
  2. 【請求項２】 前記制御システムが、 前記制御信号に対応して、前記圧電装置上の電荷の所望
    の変化を表す出力信号を供給する電荷制御回路と、 前記出力信号に対応して、前記指令信号を供給する装置
    制御回路と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に
    記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記電荷制御回路が前記制御信号に対応
    した所望の電荷信号を発生するように作動可能なデータ
    構造を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記電荷制御回路が、前記圧電装置を流
    れる電流の時間に関する積分の関数としての検出電荷信
    号を供給するように作動可能な積分回路をさらに含むこ
    とを特徴とする請求項３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記電荷制御回路が、前記所望の電荷信
    号及び前記検出電荷信号に対応して、前記装置制御回路
    に前記圧電装置の電荷の所望の変化を表す電荷制御信号
    を供給する比較器をさらに含むことを特徴とする請求項
    ４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 圧電装置を所望の位置に移動させる方法
    であって、 前記圧電装置上の所望の電荷を決定する段階と、 前記圧電装置上の検出電荷を求める段階と、 前記圧電装置を前記所望の位置に移動させる、前記所望
    の電荷及び前記検出電荷の関数としての制御信号を前記
    圧電装置に適用する段階と、 を含むことを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】 前記圧電装置の前記所望の位置の関数と
    して前記圧電装置上の所望の電荷を決定する段階をさら
    に含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記制御信号の適用に対応して前記圧電
    装置の電流を検出する段階と、 前記圧電装置の前記電流の関数として前記検出電荷を求
    める段階と、を含むことを特徴とする請求項７に記載の
    方法。
  9. 【請求項９】 前記検出電荷を求めるために前記圧電装
    置の前記電流を時間に関して積分する段階をさらに含む
    ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 圧電装置を作動する方法であって、制
    御信号によって表される所望の位置に圧電装置を移動さ
    せるために、前記圧電装置上の電荷の関数として指令信
    号を発生する段階を含むことを特徴とする方法。
  11. 【請求項１１】 前記圧電装置上の電荷の変化を表す電
    荷信号を発生する段階と、 前記電荷信号の関数として指令信号を発生する段階と、
    をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方
    法。
  12. 【請求項１２】 前記圧電装置の前記所望の位置に対応
    する前記圧電装置上の所望の電荷を表す所望の電荷信号
    を発生する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１
    １に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記圧電装置上の電荷を表す電荷フィ
    ードバック信号を発生する段階をさらに含むことを特徴
    とする請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記圧電装置を流れる電流を表す検出
    電流信号を発生する段階と、 前記検出電流信号に対応して電荷フィードバック信号を
    発生する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項
    １３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記圧電装置の電荷の所望の変化を表
    す電荷制御信号を供給するために、前記所望の電荷信号
    を前記電荷フィードバック信号と比較する段階と、 前記電荷制御信号の関数として指令信号を発生する段階
    と、をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の
    方法。
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