JP2006230039A - 制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 加速時や減速時において、駆動源の駆動速度を目標速度に追従させることのできる制御装置を提供する。
【解決手段】 被駆動部材（３）を駆動する駆動源（２）の駆動速度を検出する検出手段（２０４）と、検出手段による検出速度と目標速度との差に応じて、駆動源の速度制御に用いられる制御パラメータを変化させる制御手段（１０１）とを有する。制御手段は、検出速度が目標速度よりも所定量だけ高い場合には、制御パラメータを減速側に第１の変化量だけ変化させ、検出速度が目標速度よりも所定量だけ低い場合には、制御パラメータを加速側に第２の変化量だけ変化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被駆動部材を駆動する駆動源の制御装置および制御方法に関するものである。

従来、振動型モータの駆動を制御する場合には、振動型モータの回転速度を検出する検出器から得られる速度情報に基づいて、振動型モータに印加する周波信号の周波数を変化させている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、検出器での検出速度と目標速度との速度差に応じて、周波数の変化量を決定している（いわゆる比例制御）。例えば、速度差が大きくなるほど、周波数の変化量を大きくしている。そして、検出速度が目標速度に対してずれている場合には、この速度差に対応した量だけ周波数を変化させることで、検出速度を目標速度に到達させるようにしている。
特開平１１−１７８３６６号公報（段落番号００３６〜００４９、図１等）

上述した従来技術では、振動型モータを加速駆動又は減速駆動する場合において、検出速度が目標速度に対して高い場合や低い場合に拘わらず、検出速度および目標速度の差（絶対値）に応じて周波数の変化量を決定している。このように速度差に応じて周波数の変化量を一義的に決定すると、以下に説明する不具合が生じる。

例えば、加速駆動を行う場合において、検出速度が目標速度よりも高くなったときに、このときの検出速度および目標速度の差に対応した変化量で周波数を変化させて減速させると、必要以上に減速させてしまうおそれがある。

すなわち、加速時には、目標速度を時間の経過と共に増加させていくため、所定のタイミングにおける検出速度および目標速度の差に応じた変化量で周波数を変化させて減速を行っても、振動型モータの回転速度（検出速度）を変化させた後のタイミングでは目標速度が増加しており、検出速度が目標速度よりも低くなってしまうことがある。

一方、減速駆動を行う場合において、検出速度が目標速度よりも低くなったときに、このときの検出速度および目標速度の差に対応した変化量で周波数を変化させて加速させると、必要以上に加速させてしまうおそれがある。

すなわち、減速時には、目標速度を時間の経過と共に減少させていくため、所定のタイミングにおける検出速度および目標速度の差に応じた変化量で周波数を変化させて加速を行っても、振動型モータの回転速度（検出速度）を変化させた後のタイミングでは目標速度が減少しており、検出速度が目標速度よりも高くなってしまうことがある。

このように加速駆動や減速駆動を行う場合において、検出速度が目標速度よりも高い場合や低い場合に拘わらず、速度差に対応した変化量で周波数を変化させると、振動型モータの回転速度（検出速度）を目標速度に追従させるまでに時間がかかってしまう。

本願第１の発明である制御装置は、被駆動部材を駆動する駆動源の駆動速度を検出する検出手段と、該検出手段による検出速度と目標速度との差に応じて、前記駆動源の速度制御に用いられる制御パラメータを変化させる制御手段とを有する。前記制御手段は、前記検出速度が前記目標速度よりも所定量だけ高い場合には、前記制御パラメータを減速側に第１の変化量だけ変化させ、前記検出速度が前記目標速度よりも前記所定量だけ低い場合には、前記制御パラメータを加速側に第２の変化量だけ変化させることを特徴とする。

本願第２の発明である制御方法は、被駆動部材を駆動する駆動源の駆動速度を検出する第１ステップと、該第１ステップでの検出速度と目標速度との差に応じて、前記駆動源の速度制御に用いられる制御パラメータを変化させる第２ステップとを有する。前記第２ステップにおいて、前記検出速度が前記目標速度よりも所定量だけ高い場合には、前記制御パラメータを減速側に第１の変化量だけ変化させ、前記検出速度が前記目標速度よりも前記所定量だけ低い場合には、前記制御パラメータを加速側に第２の変化量だけ変化させることを特徴とする。

本発明によれば、検出速度が目標速度に対して所定量だけ高い場合と低い場合とで制御パラメータの変化量を異ならせることにより、駆動源の実際の駆動速度（検出速度）を短時間で目標速度に到達させることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例１である振動型モータの制御装置の構成を示すブロック図である。

振動型モータ２００は、振動が励起される振動体２０３と、不図示の加圧機構からの加圧力を受けて振動体２０３に接触する接触体２０２とを有している。振動体２０３は、電気−機械エネルギ変換素子としての圧電素子と、弾性部材とを有している。なお、振動体２０３を圧電素子だけで構成することもできる。

振動体２０３の圧電素子に対して位相の異なる周波信号（駆動信号）を印加すると、振動体２０３には進行性の振動波が発生し、振動体２０３および接触体２０２間の摩擦力によって接触体２０２が回転する。ここでは、振動体２０３に対して接触体２０２を回転させる構成であるが、接触体２０２に対して振動体２０３を回転させてもよい。

接触体２０２には出力軸２０１が固定されており、出力軸２０１は動力伝達機構を介して被駆動部材３００に連結されている。これにより、被駆動部材３００は振動型モータ２００からの駆動力を受けることによって動作する。

被駆動部材３００としては、例えば、搭載されたＴＶカメラ等を旋回させる電動雲台装置の駆動部、半導体製造装置において直線動作を行わせる電動ステージ、撮影光学系内の撮影レンズを光軸方向に移動させる駆動部、画像形成装置における感光ドラムがある。

一方、出力軸２０１にはロータリーエンコーダ（検出手段）２０４が取り付けられており、ロータリーエンコーダ２０４は、出力軸２０１の回転に応じてパルス信号を出力する。この出力信号は、パルス計数回路（検出手段）１０３に入力される。

パルス計数回路１０３は、ロータリーエンコーダ２０４の出力に基づいてパルス数をカウントし、この情報を駆動コントロール回路（制御手段）１０１に出力する。駆動コントロール回路１０１は、パルス計数回路１０３からの出力に基づいて、振動型モータ２００の回転速度を検知する。

そして、駆動コントロール回路１０１は、検出された振動型モータ２００の回転速度（検出速度）と、目標速度とを比較し、検出速度が目標速度に到達するように振動型モータ２００の駆動を制御する。すなわち、駆動コントロール回路１０１は、以下に説明するように、駆動電圧発生回路１０２を介して振動型モータ２００に印加する周波信号の周波数を変更することによって、振動型モータ２００の回転速度を制御する。

ここで、振動型モータ２００においては、周波信号の周波数が振動体２０３の共振周波数となったときに最大の回転速度が得られ、周波信号の周波数を共振周波数から遠ざけるほど回転速度が低下する特性を有している。そして、振動型モータ２００の駆動制御を行う場合には、共振周波数よりも高周波側の範囲内で周波数を変化させている。

駆動電圧発生回路１０２は、駆動コントロール回路１０１からの制御信号を受けることにより、振動型モータ２００の圧電素子に印加する周波信号の周波数を決定し、決定した周波数を持つ周波信号を出力する。

次に、本実施例の制御装置における制御動作について説明する。この制御動作は、駆動コントロール回路１０１によって行われる。

まず、振動型モータ２００の加速制御を行う場合について、図２から図４を用いて説明する。ここで、図２は、本実施例の加速制御の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１では、所定の速度パターンに基づいて、振動型モータ２００を加速駆動する。すなわち、振動型モータ２００の回転速度が図４中の点線で示す速度パターン（目標速度の変化を示す）に従って増加するように、振動型モータ２００の駆動を制御する。具体的には、振動型モータ２００に印加される周波信号の周波数を、高周波側から振動体２０３の共振周波数側に向けて変化させることによって、振動型モータ２００の回転速度を増加させる。

ステップＳ１０２では、ロータリーエンコーダ２０４の出力に基づいて、振動型モータ２００の回転速度を検出する。

ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２での検出速度が目標速度と略一致しているか否かを判別する。ここで、検出速度が目標速度と略一致している場合には、ステップＳ１０１に戻り、所定の速度パターンに基づいて振動型モータ２００の加速駆動を続ける。一方、検出速度が目標速度と略一致していない場合には、ステップＳ１０４に進む。

ここで、目標速度に対応した周波数を持つ周波信号を振動型モータ２００に印加すれば、振動型モータ２００を目標速度で駆動することができる。しかし、振動型モータ２００の出力軸２０１に対して外部からの負荷がかかった場合などでは、振動型モータ２００の実際の回転速度が目標速度と略一致しないことがある。

ステップＳ１０４では、検出速度が目標速度よりも高いか否かを判別し、高い場合にはステップＳ１０５に進み、低い場合にはステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０５では、検出速度が目標速度に到達するように、振動型モータ２００の回転速度を修正する。具体的には、図３の原点に対して右側に示す第１のパターンに基づいて、駆動電圧発生回路１０２に対する出力信号の制御ゲインを変化させる。これにより、振動型モータ２００に印加される周波信号の周波数が変化し、振動型モータ２００の回転速度が減少する。

図３に示すように、第１のパターンは、検出速度が目標速度よりも高い場合に用いられるものであり、検出速度および目標速度の差が大きくなるにしたがって制御ゲインが一定の変化率で大きくなる。第１のパターンでの変化率は、検出速度および目標速度の差に対応させた制御ゲインの変化率、すなわち、従来（図８）における制御ゲインの変化率よりも小さくなるように設定されている。

ステップＳ１０６では、検出速度が目標速度に到達するように、振動型モータ２００の回転速度を修正する。具体的には、図３の原点に対して左側に示す第２のパターンに基づいて、駆動電圧発生回路１０２に対する出力信号の制御ゲインを変化させる。これにより、振動型モータ２００に印加される周波信号の周波数が変化し、振動型モータ２００の回転速度が増加する。

図３に示すように、第２のパターンは、検出速度が目標速度よりも低い場合に用いられるものであり、検出速度および目標速度の差が大きくなるにしたがって制御ゲインが一定の変化率で大きくなる。第２のパターンでの変化率は、検出速度および目標速度の差に対応させた制御ゲインの変化率、すなわち、従来（図８）における制御ゲインの変化率と同じ値又は、従来の変化率よりも大きくなるように設定することができる。

ここで、第２のパターンにおける変化率は、第１のパターンにおける変化率よりも大きくなっている。すなわち、検出速度および目標速度の差が同じであっても、検出速度が目標速度よりも高い場合と低い場合とで制御ゲインの値が異なっている。そして、検出速度が目標速度よりも所定値だけ高い場合の制御ゲインの値は、検出速度が目標速度よりも所定値だけ低い場合の制御ゲインの値よりも小さくなっている。

図３に示す第１および第２のパターンに関する情報は、駆動コントロール回路１０１内のメモリ１０１ａに記憶されている。駆動コントロール回路１０１は、メモリ１０１ａから第１および第２のパターンに関する情報を読み出し、上述した回転速度の修正を行う。

なお、第１のパターンや第２のパターンは、加速駆動における速度パターンに応じて変更することができる。例えば、加速駆動での速度パターンの傾きが大きくなるほど、第１のパターンでの傾きを小さくすることができる。また、加速駆動での速度パターンの傾きが小さくなるほど、第１のパターンでの傾きを大きくすることができる。

このように第１のパターンを複数用いる場合には、これらの情報をメモリ１０１ａ内に記憶しておいてもよいし、加速駆動での速度パターンに基づいて演算によって求めるようにしてもよい。

ステップＳ１０５およびステップＳ１０６において、振動型モータ２００の回転速度を修正した後は、ステップＳ１０１に戻り、所定の速度パターンに基づいて加速駆動を続ける。

なお、加速駆動によって振動型モータ２００の回転速度（検出速度）が所定速度Ｖ１（図４参照）に到達した場合には、加速駆動を終了し、所定速度Ｖ１での定速駆動を行う。

従来、検出速度が目標速度に対してずれた場合には、図８に示すように、検出速度が目標速度より高くても低くても、制御ゲインの値は、検出速度および目標速度の差に応じた同じ値となっている。すなわち、検出速度が目標速度よりも高い場合における制御ゲインの変化率（図８の原点に対して右側の直線の傾き）と、検出速度が目標速度よりも低い場合における制御ゲインの変化率（図８の原点に対して左側の直線の傾き）が同じとなっている。

この場合には、振動型モータの加速駆動を行うときに、振動型モータの実際の回転速度が目標速度に対して速やかに追従しないことがある。

図９に示すように、振動型モータの加速駆動を開始した後に、検出速度が目標速度よりも高くなった場合において、図８に示す制御ゲインのパターンに基づいて速度修正を行うと、実際の回転速度が目標速度よりも低くなってしまうことがある。すなわち、所定のタイミングにおける検出速度および目標速度の差に対応した制御ゲインを与えても、次のタイミングでは目標速度が増加しているため、速度修正後の検出速度が目標速度よりも低くなってしまうことがある。

また、検出速度が目標速度よりも低くなった場合において、図８に示す制御ゲインのパターンに基づいて速度修正を行うと、検出速度が目標速度よりも高くなってしまう。

このような速度修正を行うと、検出速度が目標速度に追従するまでに時間がかかってしまう。

そこで、本実施例のように上述した振動型モータ２００の加速制御を行うことで、検出速度が目標速度からずれた場合でも、振動型モータ２００の実際の回転速度（検出速度）を速やかに目標速度に追従させることができる。

すなわち、加速駆動において、検出速度が目標速度よりも高い場合に出力される制御ゲインの値を、検出速度が目標速度よりも低い場合に出力される制御ゲインの値よりも小さくすることで、振動型モータ２００の回転速度を目標速度に対して低くしすぎてしまうのを抑制できる。これにより、振動型モータ２００の回転速度を短時間で目標速度に到達させることができる。

例えば、図４に示すように、検出速度が目標速度よりも高くなっても、ステップＳ１０５における回転速度の修正処理によって、実際の回転速度を目標速度に従って変化させることができる。なお、検出速度が目標速度よりも低くなった場合にも、ステップＳ１０６における回転速度の修正処理によって、実際の回転速度を目標速度に沿って変化させることができる。

次に、振動型モータ２００の減速制御を行う場合について、図５から図７を用いて説明する。ここで、図５は、本実施例の減速制御の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ２０１では、所定の速度パターンに基づいて、振動型モータ２００を減速駆動する。すなわち、振動型モータ２００の回転速度が図７中の点線で示す速度パターンに沿って減少するように、振動型モータ２００の駆動を制御する。具体的には、振動型モータ２００に印加される周波信号の周波数を、振動体２０３の共振周波数側から高周波側に向けて変化させることによって、振動型モータ２００の回転速度を減少させる。

なお、図５に示す動作は、所定速度Ｖ１での定速駆動を所定時間だけ行った後に行われる。

ステップＳ２０２では、ロータリーエンコーダ２０４の出力に基づいて、振動型モータ２００の回転速度を検出する。

ステップＳ２０３では、検出速度が目標速度と略一致しているか否かを判別する。ここで、検出速度が目標速度と略一致している場合には、ステップＳ２０１に戻り、所定の速度パターンに基づいて振動型モータ２００の減速駆動を続ける。一方、検出速度が目標速度と略一致していない場合には、ステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４では、検出速度が目標速度よりも高い否かを判別し、高い場合にはステップＳ２０５に進み、低い場合にはステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０５では、検出速度が目標速度に到達するように、振動型モータ２００の回転速度を修正する。具体的には、図６の原点に対して右側に示す第３のパターンに基づいて、駆動電圧発生回路１０２に対する出力信号の制御ゲインを変化させる。これにより、振動型モータ２００に印加される周波信号の周波数が変化し、振動型モータ２００の回転速度が減少する。

図６に示すように、第３のパターンは、検出速度が目標速度よりも高い場合に用いられるものであり、検出速度および目標速度の差が大きくなるにしたがって制御ゲインが一定の変化率で大きくなる。第３のパターンでの変化率は、検出速度および目標速度の差に対応させた制御ゲインの変化率、すなわち、従来（図８）における制御ゲインの変化率と同じ値又は、従来の変化率よりも大きくなるように設定することができる。

ステップＳ２０６では、検出速度が目標速度に到達するように、振動型モータ２００の回転速度を修正する。具体的には、図６の原点に対して左側に示す第４のパターンに基づいて、駆動電圧発生回路１０２に対する出力信号の制御ゲインを変化させる。これにより、振動型モータ２００に印加される周波信号の周波数が変化し、振動型モータ２００の回転速度が増加する。

図６に示すように、第４のパターンは、検出速度が目標速度よりも低い場合に用いられるものであり、検出速度および目標速度の差が大きくなるにしたがって制御ゲインが一定の変化率で大きくなる。第４のパターンでの変化率は、検出速度および目標速度の差に対応させた制御ゲインの変化率、すなわち、従来（図８）における制御ゲインの変化率よりも小さくなるように設定されている。

ここで、第４のパターンにおける変化率は、第３のパターンにおける変化率よりも小さくなっている。すなわち、検出速度および目標速度の差が同じであっても、検出速度が目標速度よりも高い場合と低い場合とで制御ゲインの値が異なっている。そして、検出速度が目標速度よりも低い場合の制御ゲインの値は、検出速度が目標速度よりも高い場合の制御ゲインの値よりも小さくなっている。

図６に示す第３および第４のパターンに関する情報は、駆動コントロール回路１０１内のメモリ１０１ａに記憶されている。駆動コントロール回路１０１は、メモリ１０１ａから第３および第４のパターンに関する情報を読み出し、上述した速度修正を行う。

なお、第３のパターンや第４のパターンは、減速駆動における速度パターンに応じて変更することができる。例えば、減速駆動での速度パターンの傾きが大きくなるほど、第４のパターンでの傾きを小さくすることができる。また、減速駆動での速度パターンの傾きが小さくなるほど、第４のパターンでの傾きを大きくすることができる。

このように第４のパターンを複数用いる場合には、これらの情報をメモリ１０１ａ内に記憶しておいてもよいし、減速駆動での速度パターンに基づいて演算によって求めるようにしてもよい。

ステップＳ２０５およびステップＳ２０６において、振動型モータ２００の回転速度を修正した後は、ステップＳ２０１に戻り、所定の速度パターンに基づいて減速駆動を続ける。

従来では、図８に示すように、検出速度が目標速度よりも高くても低くても、制御ゲインの値は、検出速度および目標速度の差に応じた同じ値となっている。この場合には、振動型モータの減速駆動を行うときに、振動型モータの実際の回転速度が目標速度に対して速やかに追従しないことがある。

図１０に示すように、振動型モータの減速駆動を開始した後に、検出速度が目標速度よりも低くなった場合において、図８に示す制御ゲインのパターンに基づいて速度修正を行うと、検出速度が目標速度よりも高くなってしまうことがある。すなわち、所定のタイミングにおける検出速度および目標速度の差に対応した制御ゲインを与えても、次のタイミングでは目標速度が減少しているため、速度修正後の検出速度が目標速度よりも高くなってしまうことがある。

また、検出速度が目標速度よりも高くなった場合において、図８に示す制御ゲインのパターンに基づいて速度修正を行うと、検出速度が目標速度よりも低くなってしまう。

このような速度修正を行うと、検出速度が目標速度に追従するまでに時間がかかってしまう。

そこで、本実施例のように上述した振動型モータ２００の減速制御を行うことで、検出速度が目標速度からずれた場合でも、振動型モータ２００の実際の回転速度（検出速度）を速やかに目標速度に追従させることができる。

すなわち、減速駆動において、検出速度が目標速度よりも所定値だけ高い場合での制御ゲインの値を、検出速度が目標速度よりも所定値だけ低い場合における制御ゲインの値よりも小さくすることで、振動型モータ２００の回転速度を目標速度に対して低くしすぎてしまうのを抑制できる。これにより、振動型モータ２００の回転速度を短時間で目標速度に到達させることができる。

例えば、図７に示すように、検出速度が目標速度よりも低くなっても、ステップＳ２０６における回転速度の修正処理によって、実際の回転速度を速やかに目標速度に沿って変化させることができる。なお、検出速度が目標速度よりも高くなった場合にも、ステップＳ２０５における回転速度の修正処理によって、実際の回転速度を速やかに目標速度に沿って変化させることができる。

本実施例では、駆動源として振動型モータを用いているが、直流モータなどを用いてもよい。

上述した実施例における動作は、プログラムに基づいて実行させることができる。そして、このプログラムは、コンピュータにより読取り可能な記録媒体に記憶させておくことができる。この記録媒体としては、ハードディスク、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、ＤＶＤディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＩＣカード、ＲＯＭ、ＲＡＭなどがある。

また、コンピュータが記憶媒体から読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した実施例の動作が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳなどによって実施例の動作の一部または全部を実行させることができる。

本発明の実施例１である、振動型モータの制御装置の構成を示すブロック図である。 実施例１において、加速時の制御動作を示すフローチャートである。 実施例１の加速制御における速度差および制御ゲインの関係を示す図。 実施例１の加速制御による振動型モータの実際の速度と、目標速度との関係を示す図。 実施例１において、減速時の制御動作を示すフローチャートである。 実施例１の減速制御における速度差および制御ゲインの関係を示す図。 実施例１の減速制御による振動型モータの実際の速度と、目標速度との関係を示す図。 従来の加速制御および減速制御における速度差および制御ゲインの関係を示す図。 従来の加速制御による振動型モータの実際の速度と、目標速度との関係を示す図。 従来の減速制御による振動型モータの実際の速度と、目標速度との関係を示す図。

符号の説明

１０１ 駆動コントロール回路
１０２ 駆動電圧発生回路
１０３ パルス計数回路
２ 振動型モータ
３ 被駆動部材

Claims (8)

1. 被駆動部材を駆動する駆動源の駆動速度を検出する検出手段と、
   該検出手段による検出速度と目標速度との差に応じて、前記駆動源の速度制御に用いられる制御パラメータを変化させる制御手段とを有し、
   前記制御手段は、前記検出速度が前記目標速度よりも所定量だけ高い場合には、前記制御パラメータを減速側に第１の変化量だけ変化させ、前記検出速度が前記目標速度よりも前記所定量だけ低い場合には、前記制御パラメータを加速側に第２の変化量だけ変化させることを特徴とする制御装置。
2. 前記駆動源の加速駆動を行う場合において、前記第１の変化量が前記第２の変化量よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記駆動源の減速駆動を行う場合において、前記第１の変化量が前記第２の変化量よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
4. 前記駆動源は、電気−機械エネルギ変換素子への駆動信号の印加によって振動を励起する振動体と、該振動体に接触する接触体とを相対的に駆動する振動型アクチュエータであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の制御装置。
5. 前記制御パラメータは、前記駆動信号における周波数であることを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
6. 被駆動部材を駆動する駆動源の駆動速度を検出する第１ステップと、
   該第１ステップでの検出速度と目標速度との差に応じて、前記駆動源の速度制御に用いられる制御パラメータを変化させる第２ステップとを有し、
   前記第２ステップにおいて、前記検出速度が前記目標速度よりも所定量だけ高い場合には、前記制御パラメータを減速側に第１の変化量だけ変化させ、前記検出速度が前記目標速度よりも前記所定量だけ低い場合には、前記制御パラメータを加速側に第２の変化量だけ変化させることを特徴とする制御方法。
7. 前記駆動源の加速駆動を行う場合において、前記第１の変化量が前記第２の変化量よりも小さいことを特徴とする請求項６に記載の制御方法。
8. 前記駆動源の減速駆動を行う場合において、前記第１の変化量が前記第２の変化量よりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の制御方法。
   
   
   

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