JP2006246551A - Control device for ultrasonic motor, and control method of ultrasonic motor - Google Patents

Control device for ultrasonic motor, and control method of ultrasonic motor Download PDF

Info

Publication number
JP2006246551A
JP2006246551A JP2005054384A JP2005054384A JP2006246551A JP 2006246551 A JP2006246551 A JP 2006246551A JP 2005054384 A JP2005054384 A JP 2005054384A JP 2005054384 A JP2005054384 A JP 2005054384A JP 2006246551 A JP2006246551 A JP 2006246551A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
deviation
value
ultrasonic motor
integration
constant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2005054384A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuaki Tanaka
伸明 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
Priority to JP2005054384A priority Critical patent/JP2006246551A/en
Publication of JP2006246551A publication Critical patent/JP2006246551A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device for ultrasonic motor that can improve the accuracy of the stop position. <P>SOLUTION: A controller 10 for driving the ultrasonic motor 3, that controls the movement of a moving body comprises: a displacement sensor 5 that detects the moving state of the moving body; a deviation calculation means (a step S4) that operates deviation ΔLd between a detected position Ld detected by the displacement sensor 5 and a target position L<SP>*</SP>; an integration operation means (a step S12) that integrates and calculates the deviation operated by the deviation calculation means; and an amplifier 4 that drives the ultrasonic motor 3, on the basis of an integration output outputted from at least the integration calculation means. The integration calculation means, comprises integration constant setting means (steps S5 to S9) each of which varies an integration constant ki into at least three stages, according to the degree of reduction, when the deviation ΔLd calculated by the deviation calculation means is in a downward trend. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、超音波モータ制御装置、および超音波モータ制御方法に関する。   The present invention relates to an ultrasonic motor control device and an ultrasonic motor control method.

超音波モータは、圧電モータともよばれ、電圧を加えると形が変わる圧電素子に振動を起こし、その振動で移動体を動かすようになっている。近年、小型でかつ停止時において移動体に対し、大きな保持力が得られる超音波モータの使用が試みられている。
ところで、通常のモータ制御としては、フィードバック制御が知られている。そして、例えばP動作、I動作の2つの動作からなるPI制御、つまり、比例項(P)と積分項(I)とを有するPI演算手段を備え、該PI演算手段からの制御出力に基づいてモータを移動制御する制御装置が知られている。PI制御は、簡単でしかも精度の良い制御が期待できることから一般的に広く使用されている(例えば非特許文献1参照)。
高精度位置決め制御技術,(株)総合技術センター発行
Ultrasonic motors, also called piezoelectric motors, cause vibrations in piezoelectric elements that change shape when a voltage is applied, and move the moving body by the vibrations. In recent years, attempts have been made to use an ultrasonic motor that is small and can provide a large holding force to a moving body when stopped.
Incidentally, feedback control is known as normal motor control. And, for example, PI control comprising two operations of P operation and I operation, that is, PI calculation means having a proportional term (P) and an integral term (I), and based on a control output from the PI calculation means A control device that controls movement of a motor is known. The PI control is generally used widely because it can be expected to be simple and highly accurate (for example, see Non-Patent Document 1).
High-precision positioning control technology, issued by General Technology Center Co., Ltd.

ここで、図6に通常のモータで使用されているPI制御を、超音波モータに適用した際の移動体の駆動軌跡例を示す。
同図から判るように、超音波モータでは、静摩擦係数が大きいため、移動体が動きだすまでの不感帯領域T1がある。さらに、移動体が動きだしてから目標位置の近傍に達するまでの、瞬時に長距離を駆動させるための駆動力が必要な領域T2と、目標位置の近傍から目標位置に位置決めを完了するまでの、微少領域を細かく制御する必要がある領域T3とがある。
Here, FIG. 6 shows an example of the driving locus of the moving body when the PI control used in a normal motor is applied to an ultrasonic motor.
As can be seen from the figure, in the ultrasonic motor, since the coefficient of static friction is large, there is a dead zone T1 until the moving body starts to move. Furthermore, from the time when the moving body starts to move to the vicinity of the target position, a region T2 that requires a driving force for instantaneously driving a long distance, and from the vicinity of the target position to the completion of positioning to the target position, There is a region T3 in which a minute region needs to be finely controlled.

通常のモータの移動制御において、一般に行われている位置決め時間を最短にすると思われる積分定数を設定したPI制御を行なっても、超音波モータに固有の比較的大きな静摩擦力が影響して、停止位置の精度が不十分になるといった課題があった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、停止位置の精度を向上させ得る超音波モータ制御装置、および超音波モータ制御方法を提供することを目的としている。
In normal motor movement control, even if PI control with an integral constant that is considered to minimize the positioning time that is generally performed is performed, the motor is stopped due to the relatively large static friction force inherent to the ultrasonic motor. There was a problem that the accuracy of the position was insufficient.
The present invention has been made paying attention to such problems, and an object thereof is to provide an ultrasonic motor control device and an ultrasonic motor control method capable of improving the accuracy of the stop position.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、移動体を移動制御する超音波モータを駆動する超音波モータ制御装置において、前記移動体の移動状態を検出する移動状態検出手段と、該移動状態検出手段で検出した移動状態検出値と目標位置との偏差を演算する偏差演算手段と、該偏差演算手段で演算した偏差を積分演算する積分演算手段と、少なくとも前記積分演算手段から出力される積分出力に基づいて前記超音波モータを駆動するモータ駆動手段とを備え、前記積分演算手段は、前記偏差演算手段で演算した偏差が減少傾向にあるときに、減少度合いに応じて積分定数を少なくとも3段階に変化させる積分定数設定手段を有することを特徴としている。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is an ultrasonic motor control device for driving an ultrasonic motor for controlling the movement of a moving body, and a moving state detecting means for detecting a moving state of the moving body; Deviation calculation means for calculating a deviation between the movement state detection value detected by the movement state detection means and the target position, integration calculation means for integrating the deviation calculated by the deviation calculation means, and at least the integration calculation means Motor driving means for driving the ultrasonic motor based on the output integral output, and the integration calculating means integrates according to the degree of decrease when the deviation calculated by the deviation calculating means tends to decrease. It has an integral constant setting means for changing the constant in at least three stages.

また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の超音波モータ制御装置であって、前記積分定数設定手段は、前記偏差演算手段で演算した偏差が所定範囲内に収束するか否かを判定する収束判定手段を有し、前記収束判定手段は、その判定結果が、偏差が所定範囲内に収束していないときに、前記積分定数を第1の値に設定し、偏差が所定範囲内に収束し且つ偏差が第1の閾値以下となったことを検出したときに、前記積分定数を前記第1の値と異なる第2の値に設定し、偏差が所定範囲内に収束し且つ偏差が第2の閾値以下であることを検出したときに前記積分定数を前記第2の値と異なる第3の値に設定するように構成されていることを特徴としている。   The invention according to claim 2 is the ultrasonic motor control device according to claim 1, wherein the integral constant setting means determines whether or not the deviation calculated by the deviation calculating means converges within a predetermined range. Convergence determination means for determining whether or not the convergence determination means sets the integral constant to a first value when the deviation does not converge within a predetermined range, and the deviation is predetermined. When it is detected that the deviation has converged within the range and the deviation is less than or equal to the first threshold, the integration constant is set to a second value different from the first value, and the deviation converges within the predetermined range. In addition, when the deviation is detected to be equal to or smaller than the second threshold value, the integral constant is set to a third value different from the second value.

また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の超音波モータ制御装置であって、前記モータ駆動手段は、前記超音波モータを共振駆動モード及び非共振駆動モードの何れかを選択して駆動するように構成され、前記積分定数が第1の値及び第2の値に設定されるときには共振駆動モードを選択し、前記積分定数が第3の値に設定されるときには非共振駆動モードを選択することを特徴としている。   The invention according to claim 3 is the ultrasonic motor control device according to claim 2, wherein the motor driving means selects either the resonance drive mode or the non-resonance drive mode for the ultrasonic motor. The resonant drive mode is selected when the integral constant is set to the first value and the second value, and the non-resonant drive is selected when the integral constant is set to the third value. It is characterized by selecting a mode.

また、請求項4に記載の発明は、移動体を移動制御する超音波モータを駆動する超音波モータ制御方法において、前記移動体の移動状態を検出する移動状態検出ステップと、該移動状態検出ステップで検出した移動状態検出値と目標位置との偏差を演算する偏差演算ステップと、該偏差演算ステップで演算した偏差が減少傾向にあるときに、減少度合いに応じて積分定数を少なくとも値の第1の値、第2の値及び第3の値に変化させる積分定数設定ステップと、該偏差演算ステップで演算した偏差を前記積分定数を用いて積分演算する積分演算ステップと、少なくとも前記積分演算ステップから出力される積分出力に基づいて、前記積分定数が第1の値及び第2の値に設定されるときに前記超音波モータを共振駆動し、前記積分定数が第3の値に設定されるときに前記超音波モータを非共振駆動するモータ駆動ステップとを備えたことを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, in an ultrasonic motor control method for driving an ultrasonic motor that controls movement of a moving body, a moving state detecting step for detecting a moving state of the moving body, and the moving state detecting step A deviation calculating step for calculating the deviation between the movement state detection value detected in step 1 and the target position, and when the deviation calculated in the deviation calculating step tends to decrease, the integration constant is set to at least a first value corresponding to the degree of decrease. An integration constant setting step for changing the value to the second value and the third value, an integration calculation step for integrating the deviation calculated in the deviation calculation step using the integration constant, and at least the integration calculation step Based on the output integral output, when the integral constant is set to the first value and the second value, the ultrasonic motor is driven to resonate, and the integral constant is the third value. It is characterized in the that it comprises a motor drive steps in a non-resonant drive the ultrasonic motor when set to.

本発明によれば、停止位置の精度を向上させ得る超音波モータ制御装置、および超音波モータ制御方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ultrasonic motor control apparatus and ultrasonic motor control method which can improve the precision of a stop position can be provided.

以下、本発明に係る超音波モータ制御装置の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図1は、本発明に係る超音波モータ制御装置を適用した位置決め装置の構成の一例を示す説明図である。
同図に示すように、この位置決め装置1は、位置決めテーブル2、超音波モータ3、アンプ4、変位センサ5、および、コントローラ10を備えて構成されている。
Hereinafter, an embodiment of an ultrasonic motor control device according to the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a configuration of a positioning device to which an ultrasonic motor control device according to the present invention is applied.
As shown in FIG. 1, the positioning device 1 includes a positioning table 2, an ultrasonic motor 3, an amplifier 4, a displacement sensor 5, and a controller 10.

位置決めテーブル2は、移動体であるステージ2aが、直動案内装置2b上に載置されて固定されており、直動案内装置2bがもつ直線軌道2cに沿って一軸上で移動可能になっている。この位置決めテーブル2のステージ2aには、摩擦板6が取り付けられており、その摩擦板6に向けて超音波モータ3全体が予圧を付加されて、超音波モータ3の可動子3aが摩擦板6に押圧されている。   In the positioning table 2, a stage 2a, which is a moving body, is mounted and fixed on a linear motion guide device 2b, and can move on one axis along a linear track 2c of the linear motion guide device 2b. Yes. A friction plate 6 is attached to the stage 2 a of the positioning table 2, the entire ultrasonic motor 3 is preloaded toward the friction plate 6, and the mover 3 a of the ultrasonic motor 3 is moved to the friction plate 6. Is pressed.

超音波モータ3は、アンプ4を介してコントローラ10に接続されている。そして、超音波モータ3には、コントローラ10から出力される信号がアンプ4で増幅されて超音波モータ3内の圧電素子に印加されるようになっている。このとき、コントローラ10による制御出力の正負によって超音波モータ3内の圧電素子に印加される電圧が調整可能になっているため、超音波モータ3内の圧電素子が所望の振動を起こし、その振動で移動体を所望の移動方向に移動可能になっている。   The ultrasonic motor 3 is connected to the controller 10 via the amplifier 4. In the ultrasonic motor 3, the signal output from the controller 10 is amplified by the amplifier 4 and applied to the piezoelectric element in the ultrasonic motor 3. At this time, since the voltage applied to the piezoelectric element in the ultrasonic motor 3 can be adjusted by the positive / negative of the control output by the controller 10, the piezoelectric element in the ultrasonic motor 3 causes a desired vibration and the vibration. Thus, the moving body can be moved in a desired moving direction.

アンプ4は、コントローラ10から出力される信号を増幅するとともに、コントローラ10からの制御出力に基づいて、超音波モータ3の共振周波数fまたは、超音波モータ3の非共振周波数fを切り替えて出力可能になっている。
変位センサ5は、位置決めテーブル2のステージの変位量を計測可能な位置に、位置決めテーブル2の架台部分の側部に取り付けられている。この変位センサ5は、リニアスケールであり、用途に応じた分解能を有するものを使用しており、例えば本実施形態では最小分解能がナノメートルレベルのものを使用している。そして、位置決めテーブル2のステージの変位量を移動状態検出値(後述する検出位置Ld)としてコントローラ10へ出力可能になっている。ここで、上記移動状態検出手段には、この変位センサ5が対応している。
Amplifier 4 amplifies a signal outputted from the controller 10, based on the control output from the controller 10, the resonance frequency f u or the ultrasonic motor 3, switches the non-resonant frequency f L of the ultrasonic motor 3 Output is enabled.
The displacement sensor 5 is attached to the side of the gantry portion of the positioning table 2 at a position where the displacement amount of the stage of the positioning table 2 can be measured. The displacement sensor 5 is a linear scale, and a sensor having a resolution corresponding to the application is used. For example, in the present embodiment, a sensor having a minimum resolution of a nanometer level is used. The displacement amount of the stage of the positioning table 2 can be output to the controller 10 as a movement state detection value (a detection position Ld described later). Here, the displacement sensor 5 corresponds to the moving state detecting means.

次に、コントローラ10についてより詳しく説明する。
図2は、コントローラ10の構成を示すブロック図である。
この超音波モータのコントローラ10は、例えばマイクロコンピュータMCで構成され、超音波モータ位置決め処理を実行する。
詳しくは、同図に示すように、マイクロコンピュータMCは、所定の制御プログラムに基づいて演算およびシステム全体を制御するCPU30と、所定領域にあらかじめCPU30の制御プログラム等を格納しているROM32と、ROM32等から読み出したデータやCPU30の演算過程で必要な演算結果を格納するためのRAM34と、外部装置に対してデータの入出力を媒介するI/F38とで構成されており、これらは、データを転送するための信号線であるバス39で相互にかつデータ授受可能に接続されている。
Next, the controller 10 will be described in more detail.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the controller 10.
The controller 10 of the ultrasonic motor is composed of, for example, a microcomputer MC, and executes an ultrasonic motor positioning process.
Specifically, as shown in the figure, the microcomputer MC includes a CPU 30 that controls operations and the entire system based on a predetermined control program, a ROM 32 that stores a control program of the CPU 30 in a predetermined area, and a ROM 32. The RAM 34 for storing data read from the CPU and the calculation result necessary for the calculation process of the CPU 30 and an I / F 38 for mediating input / output of data to / from an external device are included. The buses 39, which are signal lines for transfer, are connected to each other so as to be able to exchange data.

そして、I/F38には、外部装置として、位置決め装置1の全体を制御するパーソナルコンピュータ等で構成されるシステム制御装置42と、上記変位センサ5と、アンプ4とが接続されている。
CPU30は、ROM32の所定領域に格納されている所定のプログラムを起動させ、そのプログラムに従って、図3のフローチャートに示す超音波モータ位置決め処理を実行するようになっている。
The I / F 38 is connected with a system control device 42 constituted by a personal computer or the like that controls the entire positioning device 1, the displacement sensor 5, and the amplifier 4 as external devices.
The CPU 30 starts a predetermined program stored in a predetermined area of the ROM 32, and executes the ultrasonic motor positioning process shown in the flowchart of FIG. 3 according to the program.

図3は、コントローラ10による超音波モータ位置決め処理を説明するフローチャートである。
この超音波モータ位置決め処理は、位置決めテーブル2のステージ2a(移動体)を目標位置Lに位置決めする際に、比例項(P)と積分項(I)とを有するPI演算手段を備え、該PI演算手段からの制御出力Vに基づいて超音波モータを移動制御する処理であって、CPU30において処理が実行されると、同図に示すように、まず、ステップS1に移行するようになっている。
FIG. 3 is a flowchart for explaining the ultrasonic motor positioning process by the controller 10.
The ultrasonic motor positioning process includes PI calculating means having a proportional term (P) and an integral term (I) when positioning the stage 2a (moving body) of the positioning table 2 to the target position L * , This is a process for controlling the movement of the ultrasonic motor based on the control output V from the PI calculation means. When the process is executed in the CPU 30, first, as shown in FIG. Yes.

ステップS1では、システム制御装置42から目標位置Lが入力されているか否かを判定し、目標位置Lが入力されていれば(Yes)ステップS2に移行するが、目標位置Lが入力されていなければ(No)ステップS1で待機する。続くステップS2は、ステージ2a(移動体)の移動状態を検出する移動状態検出ステップであり、変位センサ5で検出した移動状態検出値である検出位置Ldを読み込んでステップS3に移行する。 In step S1, it is determined whether or not the system control device 42 a target position from the L * is input, if the target position L * is inputted (Yes) the process moves to step S2, the target position L * is input If not (No), the process waits in step S1. The subsequent step S2 is a movement state detection step for detecting the movement state of the stage 2a (moving body). The detection position Ld, which is the movement state detection value detected by the displacement sensor 5, is read, and the process proceeds to step S3.

ステップS3では、目標位置Lと検出位置Ldを比較し、目標位置L=Ld±Xであれば、位置決めを終了し、目標位置Lと検出位置Ldが異なる値であればステップS4へ移行する。なお、「±X」は、最終的な目標値に対する収束範囲(最終偏差)である。
ステップS4は、移動状態検出値(検出位置Ld)と目標位置Lとの偏差ΔLdを演算する偏差演算ステップである。すなわち、ステップS4では、目標位置Lと検出位置Ldとの偏差ΔLd(=L−Ld)を演算する。
In step S3, the target position L * and the detection position Ld are compared. If the target position L * = Ld ± X, the positioning is terminated. If the target position L * and the detection position Ld are different values, the process proceeds to step S4. Transition. “± X” is a convergence range (final deviation) with respect to the final target value.
Step S4 is a deviation calculation step for calculating a deviation ΔLd between the movement state detection value (detection position Ld) and the target position L * . That is, in step S4, a deviation ΔLd (= L * −Ld) between the target position L * and the detection position Ld is calculated.

ステップS5では、偏差|ΔLd|が第一の閾値ΔLSH以下か否かを判定する。すなわち、偏差|ΔLd|が所定範囲ΔLSH以下であれば(Yes)ステップS7に移行するが、偏差|ΔLd|が所定範囲ΔLSHを超えていれば(No)ステップS6に移行する。
ステップS6では、比例項(P)の比例定数kpを始めの比例定数kp(kp=kp)に設定するとともに、積分項(I)の積分定数kiを第一の値ki(ki=ki)に設定して、ステップS10に移行する。
In step S5, it is determined whether or not the deviation | ΔLd | is equal to or less than a first threshold value ΔL SH . That is, if the deviation | ΔLd | is equal to or smaller than the predetermined range ΔL SH (Yes), the process proceeds to step S7. If the deviation | ΔLd | exceeds the predetermined range ΔL SH (No), the process proceeds to step S6.
In step S6, the proportional constant kp of the proportional term (P) is set to the initial proportional constant kp L (kp = kp L ), and the integral constant ki of the integral term (I) is set to the first value ki L (ki = ki L ), and the process proceeds to step S10.

ステップS7では、偏差ΔLdの絶対値が第二の閾値ΔLSL以下か否かを判定する。すなわち、偏差|ΔLd|が所定範囲ΔLSL以下であれば(Yes)ステップS9に移行するが、偏差|ΔLd|が所定範囲ΔLSLを超えていれば(No)ステップS8に移行する。なお、第二の閾値ΔLSLは、第一の閾値ΔLSHより小さい値である。
ステップS8では、比例項(P)の比例定数kpを第二の比例定数kp(kp=kp)に設定するとともに、積分項(I)の積分定数kiを第二の値ki(ki=ki)に設定して、ステップS10に移行する。
At step S7, the absolute value of the deviation ΔLd determines whether the following second threshold [Delta] L SL. That is, if the deviation | ΔLd | is equal to or smaller than the predetermined range ΔL SL (Yes), the process proceeds to step S9. If the deviation | ΔLd | exceeds the predetermined range ΔL SL (No), the process proceeds to step S8. Note that the second threshold value ΔL SL is a value smaller than the first threshold value ΔL SH .
In step S8, the proportional constant kp of the proportional term (P) is set to the second proportional constant kp M (kp = kp M ), and the integral constant ki of the integral term (I) is set to the second value ki M (ki = Ki M ), and the process proceeds to step S10.

ステップS9では、比例項(P)の比例定数kpを第三の比例定数kp(kp=kp)に設定するとともに、積分項(I)の積分定数kiを第三の値ki(ki=ki)に設定して、ステップS11に移行する。
ここで、上記超音波モータ位置決め処理では、積分項(I)の積分定数kiの変更は、偏差ΔLdが小さくなるごとに積分動作の影響が大きくなるように設定する。すなわち、位置決めテーブル2のステージ(移動体)を目標位置Lに位置決めする際に、積分項(I)の積分定数kiを、偏差ΔLdに応じて、3段階に変化させるようにする。詳しくは、その積分項(I)の3段階の積分定数kiは、偏差ΔLdがΔLSHより小さい所定範囲(設定値ΔLSH)内になった際には、第一の値ki(設定値ki)と異なる第二の値(設定値ki)に変え、偏差ΔLdが所定範囲(設定値ΔLSL)より小さい第二の閾値(設定値ΔLSL)内になった際には、第一の値(設定値ki)と異なる第二の値(設定値ki)に変えるようになっている。
In step S9, the proportional constant kp of the proportional term (P) is set to the third proportional constant kp H (kp = kp H ), and the integral constant ki of the integral term (I) is set to the third value ki H (ki = set to ki H), the process proceeds to step S11.
Here, in the ultrasonic motor positioning process, the change of the integral constant ki of the integral term (I) is set so that the influence of the integral operation becomes larger as the deviation ΔLd becomes smaller. That is, when the stage (moving body) of the positioning table 2 is positioned at the target position L * , the integration constant ki of the integral term (I) is changed in three steps according to the deviation ΔLd. Specifically, three stages of integration constant ki of the integral term (I), when the deviation ΔLd becomes [Delta] L SH within less than a predetermined range (set value [Delta] L SH), the first value ki (set value ki When the deviation ΔLd is within a second threshold (set value ΔL SL ) smaller than a predetermined range (set value ΔL SL ), the first value is changed to a second value (set value ki M ) different from L 1. Is changed to a second value (set value ki H ) different from the value (set value ki M ).

そして、ステップS10では、圧電素子の駆動周波数fを共振周波数fに設定してステップS12に移行する。ステップS11では、圧電素子の駆動周波数fを非共振周波数fに設定し、超音波モータの移動制御を非共振周波数fによる駆動にしてステップS12に移行する。なお、駆動方法を共振周波数fから非共振周波数fへと切り替えるときは、超音波モータ3に接続されているアンプ4の出力周波数を共振周波数fから非共振周波数fへと切り替える切り替え指令が出力される。 In step S10, the process proceeds to step S12 to set the driving frequency f of the piezoelectric element to the resonant frequency f u. In step S11, sets the driving frequency f of the piezoelectric element to the non-resonance frequency f L, the process proceeds to step S12 and the movement control of the ultrasonic motor driving by non-resonant frequency f L. Incidentally, when switching the driving method from the resonance frequency f u to a non-resonant frequency f L, switching for switching the output frequency of the amplifier 4 connected to the ultrasonic motor 3 from the resonance frequency f u to a non-resonant frequency f L A command is output.

ステップS12では、下記式(1)の演算を行なって制御出力Vを算出し、次いでステップS13に移行して、制御出力Vに基づいて設定された信号がアンプ4に出力されて元の処理に復帰する。
V=kp・ΔL+ki・∫ΔL ・・・(1)
以上の構成によって、コントローラ10は、偏差ΔLdを常時監視して、偏差ΔLdの値に応じて積分項(I)の積分定数kiを3段階に増加させるように切り替えて、比例項(P)の比例定数kp、積分項(I)の積分定数kiを所定の値に設定しつつ、制御出力Vをコントロール可能になっている。
In step S12, calculation of the following equation (1) is performed to calculate the control output V, and then the process proceeds to step S13, where a signal set based on the control output V is output to the amplifier 4 and the original processing is performed. Return.
V = kp · ΔL + ki · ∫ΔL (1)
With the above configuration, the controller 10 constantly monitors the deviation ΔLd and switches the integral constant ki of the integral term (I) to increase in three stages according to the value of the deviation ΔLd. The control output V can be controlled while setting the proportionality constant kp and the integral constant ki of the integral term (I) to predetermined values.

ここで、上記説明したフローチャート中、上記偏差演算手段には、ステップS4が対応しており、上記積分演算ステップには、ステップS12が対応している。そして、積分定数設定手段はステップS5、ステップS7、および積分定数設定ステップには、ステップS6、ステップS8、ステップS9が対応している。さらに、収束判定手段には、ステップS3が対応しており、目標位置Lに対し検出位置Ldが、±Xの精度で収束したとき、位置決めを終了する。
なお、上記モータ駆動手段、およびモータ駆動ステップには、アンプ4および、ステップS10、ステップS11並びにステップS13が対応しており、アンプ4での周波数の設定は、ステップS10およびステップS11によって、超音波モータを駆動する圧電素子の周波数fを所望の周波数に設定するようになっている。
Here, in the flowchart described above, step S4 corresponds to the deviation calculation means, and step S12 corresponds to the integration calculation step. The integral constant setting means corresponds to step S5, step S7, and the integral constant setting step, step S6, step S8, and step S9. Further, step S3 corresponds to the convergence determination means, and positioning ends when the detection position Ld converges with an accuracy of ± X with respect to the target position L * .
Note that the motor drive means and the motor drive step correspond to the amplifier 4 and steps S10, S11, and S13, and the frequency setting in the amplifier 4 is performed by ultrasonic waves in steps S10 and S11. The frequency f of the piezoelectric element that drives the motor is set to a desired frequency.

次に、このコントローラを用いた超音波モータの位置決め動作について図4および図5を適宜参照して説明する。なお、図4は、本発明のコントローラを用いた超音波モータの位置決め動作を模式化した説明図である。また、図5は本発明のコントローラ10による上記超音波モータ位置決め処理での制御を、超音波モータ3に適用した際における移動体の駆動軌跡の例を示す説明図である。   Next, the positioning operation of the ultrasonic motor using this controller will be described with reference to FIGS. 4 and 5 as appropriate. FIG. 4 is an explanatory view schematically showing the positioning operation of the ultrasonic motor using the controller of the present invention. FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the driving locus of the moving body when the control in the ultrasonic motor positioning process by the controller 10 of the present invention is applied to the ultrasonic motor 3.

図5に示すように、このコントローラ10によれば、偏差ΔLdがある程度小さくなるまで(|ΔLd|≧ΔLSH)は、超音波モータ3を、通常の駆動状態である共振駆動で駆動させる(同図でのP1,I1で示す領域)。このとき、比例項(P)は比例定数kp、積分項(I)は積分定数kiによるPI制御によって、図4および図5に示すように移動体の目標位置L(最終目標位置)への位置決めが行なわれる。 As shown in FIG. 5, according to this controller 10, until the deviation ΔLd becomes small to some extent (| ΔLd | ≧ ΔL SH ), the ultrasonic motor 3 is driven by resonance driving which is a normal driving state (same as above). Areas indicated by P1 and I1 in the figure). At this time, the proportional term (P) is a proportional constant kp L, the PI control by the integral term (I) is an integration constant ki L, the target position L * of the mobile as shown in FIGS. 4 and 5 (final target position) Positioning is performed.

次いで、図4に示すように、偏差ΔLdが、予め設定していた所定範囲ΔLSHより小さくなる(時間t0が経過)時点で(ステップS5)、積分項(I)の積分定数を第一の値kiから第二の値kiに大きく変化させて(ステップS8)、残りの偏差をより小さくするように動作させる。ここで、第二の閾値ΔLSLを設定する目安は、偏差ΔLdを共振駆動の範囲で小さくできる領域とするのがよい。 Next, as shown in FIG. 4, when the deviation ΔLd becomes smaller than the predetermined range ΔL SH set in advance (time t0 has elapsed) (step S5), the integration constant of the integral term (I) is set to the first integration constant. The value ki L is largely changed from the value ki L to the second value ki M (step S8), and the remaining deviation is operated. Here, as a guideline for setting the second threshold value ΔL SL , it is preferable that the deviation ΔLd be an area where the resonance Δ can be reduced.

次いで、図4に示すように、ΔLd≦ΔLSLとなった時点(時間t1)で、偏差ΔLdが十分に小さくなって圧電素子の変位のみで偏差ΔLdを小さくすることが可能となったとき(偏差ΔLd≦ΔLSL)、PI制御の積分定数を第二の値kiから第三の値kiに切り替える。すなわち、より高精度な位置決めを行なうために、偏差ΔLdが、さらに予め設定していた第二の閾値ΔLSLより小さくなったら(ステップS7)、積分項(I)の積分定数をkiからkiに大きく変化させて(ステップS9)、残りの偏差をより小さくするように動作させる。このとき、超音波モータ3は、図5に示すように、通常の駆動状態である共振周波数fではなく、圧電素子に非共振周波数fとなる電圧を印加して位置決めテーブル2のステージ2aの最終的な位置決めを行なうことができる(ステップS11)。 Next, as shown in FIG. 4, when ΔLd ≦ ΔL SL is satisfied (time t1), the deviation ΔLd becomes sufficiently small so that the deviation ΔLd can be reduced only by the displacement of the piezoelectric element ( Deviation ΔLd ≦ ΔL SL ), and the integration constant of PI control is switched from the second value ki M to the third value ki H. That is, in order to perform positioning with higher accuracy, when the deviation ΔLd becomes smaller than the preset second threshold value ΔL SL (step S7), the integration constant of the integral term (I) is changed from ki M to ki. A large change is made to H (step S9), and the remaining deviation is operated to be smaller. At this time, the ultrasonic motor 3, as shown in FIG. 5, a rather resonant frequency f u is a normal driving state, the stage 2a of the positioning table 2 by applying a voltage to the non-resonance frequency f L to the piezoelectric element Can be finally positioned (step S11).

次に、この超音波モータ制御装置の作用・効果について説明する。
上述したように、この超音波モータ用のコントローラ10は、位置決めテーブル2のステージ2a(移動体)を目標位置Lに位置決めする際に、積分項(I)の積分定数kiを、偏差ΔLに応じて3段階に増加させている。
すなわち、この3段階の積分定数kiは、偏差ΔLdが始めの偏差より小さい第一の閾値ΔLSHになった際には、第一の値kiと異なる第二の値kiに変える。そして、偏差ΔLdが第一の閾値ΔLSHより小さい第二の閾値ΔLSLになった際には、第二の値kiより大きい第三の値kiに変えるようにしている。このとき、目標位置Lに対する偏差ΔLdが減少傾向にあるときに、減少度合いに応じて積分定数kiを大きくするとともに、積分定数kiを第三の値kiに変えた際には、超音波モータ3を、その超音波モータ3を駆動する圧電素子の共振周波数fより低い非共振周波数fで駆動するようにしている。
Next, the operation and effect of this ultrasonic motor control device will be described.
As described above, the controller 10 for the ultrasonic motor sets the integral constant ki of the integral term (I) to the deviation ΔL when positioning the stage 2a (moving body) of the positioning table 2 to the target position L *. Accordingly, the number is increased to three levels.
That is, the three-stage integration constant ki is changed to a second value ki M different from the first value ki L when the deviation ΔLd becomes the first threshold value ΔL SH smaller than the initial deviation. When the deviation ΔLd becomes the second threshold ΔL SL smaller than the first threshold ΔL SH , the deviation ΔLd is changed to the third value ki H larger than the second value ki M. At this time, when the deviation ΔLd with respect to the target position L * tends to decrease, when the integration constant ki is increased according to the degree of decrease and the integration constant ki is changed to the third value ki H , ultrasonic waves the motor 3, so that driven by the ultrasonic resonance of a piezoelectric element for driving the motor 3 frequencies f lower than the u non-resonance frequency f L.

これにより、非共振周波数fでの駆動であれば、圧電素子の変位のみによって位置決めテーブル2のステージを位置決めできるため、偏差ΔLdは、変位センサ5で計測できる最小分解能まで小さくすることができる。そのため、より好適に位置決め制御することができる。したがって、例えば、上記領域T3で、微少領域を、より細かく制御可能となる。 Thus, if driving at a non-resonance frequency f L, since it is possible to position the stage of positioning the table 2 by only displacement of the piezoelectric element, the deviation ΔLd can be reduced to the minimum resolution that can be measured by the displacement sensor 5. Therefore, positioning control can be performed more suitably. Therefore, for example, the minute region can be controlled more finely in the region T3.

以上説明したように、本発明に係る超音波モータ制御装置によれば、停止位置の精度を向上させ得る超音波モータ制御装置を提供することができる。
なお、本発明に係る超音波モータ制御装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、超音波モータ制御装置を、マイクロコンピュータMCによって構成し、超音波モータ位置決め処理は、そのマイクロコンピュータMC上での制御プログラムとして実行される例で説明したが、これに限定されず、超音波モータ制御装置は、例えば比例演算回路や積分演算回路等を有するアナログ回路で構成してもよい。
As described above, according to the ultrasonic motor control device of the present invention, it is possible to provide an ultrasonic motor control device that can improve the accuracy of the stop position.
The ultrasonic motor control device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the ultrasonic motor control device is configured by the microcomputer MC, and the ultrasonic motor positioning process is described as an example executed as a control program on the microcomputer MC. However, the present invention is not limited to this. Instead, the ultrasonic motor control device may be configured by an analog circuit having a proportional arithmetic circuit, an integral arithmetic circuit, or the like, for example.

また、上記実施形態では、比例項(P)と積分項(I)との演算を一緒に行なっているが、これに限定されず、それぞれを別途に演算し、後に加算してもよい。
また、上記実施形態では、コントローラ10で切り替えることのできる積分項(I)の積分定数kiは、3段階の例で説明したが、これに限定されず、例えば4段階、あるいは4段階以上でもよい。
Moreover, in the said embodiment, although calculation with a proportional term (P) and integral term (I) is performed together, it is not limited to this, Each may be calculated separately and may be added later.
Further, in the above embodiment, the integration constant ki of the integral term (I) that can be switched by the controller 10 has been described in the example of three stages, but is not limited thereto, and may be, for example, four stages or four stages or more. .

また、上記実施形態では、上記図3に示した超音波モータ位置決め処理では、積分項(I)の積分定数kiを変化させる例で説明したが、これに限定されず、比例項(P)の比例定数kpも偏差ΔLdに応じて適宜変化させてもよい。例えば図4では、比例項(P)は比例定数kpから比例定数kpに変化させているが、本発明では比例項(P)の比例定数kpは、必ずしも大きくする必要はない。また、比例項(P)の比例定数kpについては段階的変化させる等に限定されず、必ずしも変える必要はない。 In the above embodiment, the ultrasonic motor positioning process shown in FIG. 3 has been described with an example in which the integral constant ki of the integral term (I) is changed. However, the present invention is not limited to this, and the proportional term (P) The proportionality constant kp may be appropriately changed according to the deviation ΔLd. For example, in FIG. 4, the proportional term (P) is changed from the proportional constant kp L to the proportional constant kp M. However, in the present invention, the proportional constant kp of the proportional term (P) does not necessarily need to be increased. Further, the proportionality constant kp of the proportional term (P) is not limited to changing in a stepwise manner, and need not be changed.

また、上記実施形態では、移動状態検出手段である変位センサ5は、リニアスケールを使用する例であるが、位置決めテーブル2の変位量を計測可能であれば、種々の変位センサを使用できる。例えばレーザ反射式の変位センサを使用してもよい。また、変位センサ5は、位置決めテーブル2の側部に取り付けられている例で説明したが、変位センサの取り付け位置は、位置決めテーブル2の変位量を計測可能な位置であれば、例えば位置決めテーブル2の中央部でもよい。また、変位センサ5から送られてくるデータの形式についても、コントローラで読み込み可能であれば特に限定されるものではない。   Moreover, in the said embodiment, although the displacement sensor 5 which is a movement state detection means is an example which uses a linear scale, if the displacement amount of the positioning table 2 can be measured, various displacement sensors can be used. For example, a laser reflection type displacement sensor may be used. Moreover, although the displacement sensor 5 was demonstrated in the example attached to the side part of the positioning table 2, if the attachment position of a displacement sensor is a position which can measure the displacement amount of the positioning table 2, for example, the positioning table 2 The central part of the The format of data sent from the displacement sensor 5 is not particularly limited as long as it can be read by the controller.

本発明に係る超音波モータ制御装置を適用した位置決め装置の構成の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a structure of the positioning device to which the ultrasonic motor control apparatus which concerns on this invention is applied. 本発明に係る超音波モータ制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the ultrasonic motor control apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る超音波モータ制御装置による超音波モータ位置決め処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the ultrasonic motor positioning process by the ultrasonic motor control apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る超音波モータ制御装置を用いた超音波モータの位置決め動作を模式化した説明図である。It is explanatory drawing which modeled the positioning operation | movement of the ultrasonic motor using the ultrasonic motor control apparatus which concerns on this invention. 本発明の超音波モータ制御装置によるPI制御を、超音波モータに適用した際の移動体の駆動軌跡の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the drive trace of a moving body at the time of applying PI control by the ultrasonic motor control apparatus of this invention to an ultrasonic motor. 従来の超音波モータ制御装置によるPI制御を、超音波モータに適用した際の移動体の駆動軌跡の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the drive trace of a moving body at the time of applying PI control by the conventional ultrasonic motor control apparatus to an ultrasonic motor.

符号の説明Explanation of symbols

1 位置決め装置
2 位置決めテーブル
3 超音波モータ
4 アンプ(モータ駆動手段)
5 変位センサ(移動状態検出手段)
6 摩擦板
10 コントローラ(超音波モータ制御装置)
30 CPU
32 ROM
34 RAM
38 I/F
39 バス
42 システム制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positioning device 2 Positioning table 3 Ultrasonic motor 4 Amplifier (motor drive means)
5 Displacement sensor (moving state detection means)
6 Friction plate 10 Controller (Ultrasonic motor controller)
30 CPU
32 ROM
34 RAM
38 I / F
39 Bus 42 System controller

Claims (4)

移動体を移動制御する超音波モータを駆動する超音波モータ制御装置において、
前記移動体の移動状態を検出する移動状態検出手段と、該移動状態検出手段で検出した移動状態検出値と目標位置との偏差を演算する偏差演算手段と、該偏差演算手段で演算した偏差を積分演算する積分演算手段と、少なくとも前記積分演算手段から出力される積分出力に基づいて前記超音波モータを駆動するモータ駆動手段とを備え、
前記積分演算手段は、前記偏差演算手段で演算した偏差が減少傾向にあるときに、減少度合いに応じて積分定数を少なくとも3段階に変化させる積分定数設定手段を有することを特徴とする超音波モータ制御装置。
In an ultrasonic motor control device that drives an ultrasonic motor that controls movement of a moving object,
A moving state detecting means for detecting a moving state of the moving body; a deviation calculating means for calculating a deviation between a moving state detection value detected by the moving state detecting means and a target position; and a deviation calculated by the deviation calculating means. An integral calculation means for performing an integral calculation, and a motor drive means for driving the ultrasonic motor based on at least an integral output output from the integral calculation means,
The ultrasonic motor has an integral constant setting means for changing the integral constant in at least three stages according to the degree of decrease when the deviation calculated by the deviation calculator tends to decrease. Control device.
前記積分定数設定手段は、前記偏差演算手段で演算した偏差が所定範囲内に収束するか否かを判定する収束判定手段を有し、
前記収束判定手段は、その判定結果が、偏差が所定範囲内に収束していないときに、前記積分定数を第1の値に設定し、偏差が所定範囲内に収束し且つ偏差が第1の閾値以下となったことを検出したときに、前記積分定数を前記第1の値と異なる第2の値に設定し、偏差が所定範囲内に収束し且つ偏差が第2の閾値以下であることを検出したときに前記積分定数を前記第2の値と異なる第3の値に設定するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波モータ制御装置。
The integral constant setting means has a convergence determining means for determining whether or not the deviation calculated by the deviation calculating means converges within a predetermined range,
The convergence determination means sets the integration constant to a first value when the determination result shows that the deviation does not converge within a predetermined range, the deviation converges within the predetermined range, and the deviation is the first The integration constant is set to a second value different from the first value when it is detected that the value is less than or equal to a threshold value, the deviation converges within a predetermined range, and the deviation is less than or equal to the second threshold value. 2. The ultrasonic motor control device according to claim 1, wherein the integral constant is set to a third value different from the second value when the signal is detected. 3.
前記モータ駆動手段は、前記超音波モータを共振駆動モード及び非共振駆動モードの何れかを選択して駆動するように構成され、前記積分定数が第1の値及び第2の値に設定されるときには共振駆動モードを選択し、前記積分定数が第3の値に設定されるときには非共振駆動モードを選択することを特徴とする請求項2に記載の超音波モータ制御装置。   The motor drive means is configured to drive the ultrasonic motor by selecting either a resonance drive mode or a non-resonance drive mode, and the integration constant is set to a first value and a second value. 3. The ultrasonic motor control device according to claim 2, wherein a resonance drive mode is sometimes selected, and a non-resonance drive mode is selected when the integral constant is set to a third value. 移動体を移動制御する超音波モータを駆動する超音波モータ制御方法において、
前記移動体の移動状態を検出する移動状態検出ステップと、該移動状態検出ステップで検出した移動状態検出値と目標位置との偏差を演算する偏差演算ステップと、該偏差演算ステップで演算した偏差が減少傾向にあるときに、減少度合いに応じて積分定数を少なくとも第1の値、第2の値及び第3の値に変化させる積分定数設定ステップと、該偏差演算ステップで演算した偏差を前記積分定数を用いて積分演算する積分演算ステップと、少なくとも前記積分演算ステップから出力される積分出力に基づいて、前記積分定数が第1の値及び第2の値に設定されるときに前記超音波モータを共振駆動し、前記積分定数が第3の値に設定されるときに前記超音波モータを非共振駆動するモータ駆動ステップとを備えたことを特徴とする超音波モータ制御方法。
In an ultrasonic motor control method for driving an ultrasonic motor that controls movement of a moving body,
A moving state detecting step for detecting a moving state of the moving body, a deviation calculating step for calculating a deviation between the moving state detection value detected in the moving state detecting step and the target position, and a deviation calculated in the deviation calculating step An integration constant setting step for changing the integration constant to at least the first value, the second value, and the third value in accordance with the degree of decrease, and the deviation calculated in the deviation calculation step when there is a decreasing tendency; The ultrasonic motor when the integration constant is set to the first value and the second value based on an integration calculation step for performing an integration calculation using a constant, and at least an integration output output from the integration calculation step. And a motor drive step for non-resonantly driving the ultrasonic motor when the integration constant is set to a third value. Control method.
JP2005054384A 2005-02-28 2005-02-28 Control device for ultrasonic motor, and control method of ultrasonic motor Withdrawn JP2006246551A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005054384A JP2006246551A (en) 2005-02-28 2005-02-28 Control device for ultrasonic motor, and control method of ultrasonic motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005054384A JP2006246551A (en) 2005-02-28 2005-02-28 Control device for ultrasonic motor, and control method of ultrasonic motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006246551A true JP2006246551A (en) 2006-09-14

Family

ID=37052370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005054384A Withdrawn JP2006246551A (en) 2005-02-28 2005-02-28 Control device for ultrasonic motor, and control method of ultrasonic motor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006246551A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008095707A (en) * 2006-10-05 2008-04-24 National Univ Corp Shizuoka Univ Positioning device and positioning method
US11039124B2 (en) 2017-12-27 2021-06-15 Sony Corporation Information processing apparatus, information processing method, and recording medium

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008095707A (en) * 2006-10-05 2008-04-24 National Univ Corp Shizuoka Univ Positioning device and positioning method
US11039124B2 (en) 2017-12-27 2021-06-15 Sony Corporation Information processing apparatus, information processing method, and recording medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4327880B2 (en) Servo motor controller with automatic gain adjustment function
US8723472B2 (en) Servo control device
US10754305B2 (en) Controller for parallel link mechanism
JP2018139044A (en) Servo motor control device, servo motor control method, and servo motor control program
US9298194B2 (en) Method to control medical equipment
JP2006246551A (en) Control device for ultrasonic motor, and control method of ultrasonic motor
JP2010250509A (en) Drive controller
JP2016130779A (en) Lens driving device and lens driving method
US10186990B2 (en) Driving apparatus that drives moving body in multiple directions, control method therefor, storage medium, and electronic apparatus
JP2008196983A (en) Copying control method for contact type probe, and contact type measuring machine
JPH0616246B2 (en) Positioning control device
JPH08248157A (en) Stage device
JP4329438B2 (en) Electric motor control device
JP2011221596A (en) Positioning device and positioning method for positioning stage
JPH07295649A (en) Stage controller
JP2006121806A (en) Friction compensation method of motor control device, and the motor control device
WO1990013857A1 (en) Method of sliding mode control
JP2008220022A (en) Apparatus and method of positioning control
JP2006018431A (en) Servo control device
JP4349275B2 (en) Method and apparatus for detecting vibration frequency of motion control apparatus
JP3853635B2 (en) Disk controller
JP5341554B2 (en) Positioning control unit, positioning control method, and positioning control program
JP2008220023A (en) Apparatus and method of positioning control
JP5554588B2 (en) Ultrasonic motor drive circuit and drive method
JPH09198144A (en) Speed control method and device for mobile object

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070824

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20081022