JP2012506971A - 形状記憶合金アクチュエータ装置の制御 - Google Patents
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Abstract
Description
この方法は、SMAアクチュエータを加熱すべくSMAアクチュエータを介して駆動電流を供給することを含んでおり、
この駆動電流の電力が、
SMAアクチュエータの抵抗の指標を検出するステップ、
駆動電流の電力にもとづいて、SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度の推定を、SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度を駆動電流の電力に関連付ける熱モデルを使用して、導出するステップ、
SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度の推定にもとづいて、抵抗オフセットを、SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度につれての可動要素の抵抗の変化を補償する抵抗オフセットをSMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度に関連付ける抵抗モデルを使用して、導出するステップ、及び
抵抗オフセットによって調節されたSMAアクチュエータの抵抗の指標とSMAアクチュエータの抵抗の目標値との間の誤差にもとづいて、駆動電流の電力を制御するための閉ループ制御信号を生成するステップ
を実行することによって、SMAアクチュエータの抵抗を目標値へと合わせこむための閉ループ制御信号にもとづいて制御される。
この方法は、SMAアクチュエータを加熱すべくSMAアクチュエータを介して駆動電流を供給することを含んでおり、
この駆動電流の電力が、SMAアクチュエータの抵抗を上限及び下限の間の範囲において選択される目標値へと合わせこむための閉ループ制御信号にもとづいて制御され、
前記上限は、
SMAアクチュエータの抵抗の指標を監視しながら、SMAアクチュエータを加熱されていない状態から加熱し、抵抗の指標の最大値を検出するステップ、及び
周囲温度が基準温度よりも上であるか否かを判断するステップ
によって導出され、
前記上限は、前記検出された最大値から前記検出された周囲温度に依存する減少分を引いた値として導出され、該減少分は、前記検出された周囲温度が前記基準温度以下である場合に所定の値を有し、前記検出された周囲温度が前記基準温度よりも上である場合に前記所定の値よりも小さい値を有する。
T=Tamb+(Texcess・exp(−t/τ))
であると考えられ、ここでτは、物体から環境への熱伝達の時定数である。デジタル制御に固有の時間量子化ゆえに、制御ユニット52にとって、この式の微分形式によって表される熱モデルを使用することが好都合である。
ΔT=(P/W)−((T−Tamb)/τ)
なる形態であり、ここでTは、特徴温度の瞬間の値であり、Tambは、周囲の温度であり、ΔTは、所与の期間における特徴温度の変化であり、Pは、その期間に加えられる電力であり、Wは、熱伝達定数、すなわち熱容量であり、τは、熱の時定数である。この場合、特徴温度を、理論上、SMAアクチュエータ30の周囲のカメラ1の構成部品の全体としての温度と考えることができる。
ΔT1=((P/W1)−((T1−Tamb)/τ1))
ΔT2=((T1−Tamb)/W2)−((T2−Tamb)/τ2)
・・・
ΔTn=((Tn−1−Tamb)/W)−((Tn−Tamb)/τn)
ここで、
T1、T2、・・・、Tnは、特徴温度の瞬間の値であり、
Tambは、周囲温度であり、
ΔT1、ΔT2、・・・、ΔTnは、各々の期間における各々の特徴温度の変化であり、
W1、W2、・・・、Wnは、カメラ1の熱伝達定数であって、W1は、期間あたりの熱容量(熱容量の単位は、[エネルギ]・[時間]/[温度]であり、したがって全体としての単位は[エネルギ]/[温度]である)であり、W2、・・・、Wnは、期間あたりの熱伝達時定数(熱伝達時定数の単位は、[時間]であり、したがって全体としては単位なし)であり、
Pは、SMAアクチュエータ30へと供給される期間あたりのエネルギであり、
τ1、τ2、・・・、τnは、期間あたりの熱時定数(熱時定数の単位は、[時間]であり、したがって全体としては単位なし)である。
Roffset=(T1/Y1)+(T2/Y2)+・・・+(Tn/Yn)
という形態の一次方程式であり、ここでRoffsetは、抵抗のオフセットであり、Y1、Y2、・・・、Ynは、スケーリング定数であって後述のように導出される。
Rtarget=Ru−(λ・x)
に従って実行することができ、ここでRuは、目標抵抗の範囲の上限であり、λは、スケーリング係数である。例えば、λは、所定の値を有することができ、或いは抵抗の範囲の上限Ru及び下限Rlから計算されてもよい。要求位置xを使用する代わりに、ステップS1を省略し、制御ユニット52が抵抗だけにもとづいて閉ループ制御を実行してもよい。この場合、データ72によって表される目標抵抗Rtargetが、制御ユニット52への入力として直接使用される。
λ=(Ru−Rl)/Δx1
P=G・((Rtarget−Ractual)−Roffset)
によって与えられ、ここでGはゲインであるが、上述したように、例えばPI制御又はPID制御など、他の種類の制御も可能である。
Claims (30)
- 加熱によって引き起こされる収縮によって、可動要素を、前記可動要素を支持する支持構造体に対して移動させるように構成されたSMAアクチュエータを備えているSMAアクチュエータ装置を制御する方法であって、
前記SMAアクチュエータを加熱するために前記SMAアクチュエータを介して駆動電流を供給する工程を含み、
前記駆動電流の電力が、
前記SMAアクチュエータの抵抗の指標を検出するステップと、
前記駆動電流の電力にもとづいて、SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度の推定を、該SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度を前記駆動電流の電力に関連付ける熱モデルを使用して、導出するステップと、
前記SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度の推定にもとづいて、抵抗オフセットを、前記SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度につれての前記可動要素の抵抗の変化を補償する抵抗オフセットを前記SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度に関連付ける抵抗モデルを使用して、導出するステップと、
前記抵抗オフセットによって調節された前記SMAアクチュエータの抵抗の指標と前記SMAアクチュエータの抵抗の目標値との間の誤差にもとづいて、前記駆動電流の電力を制御するための閉ループ制御信号を生成するステップと、
を実行することによって、前記SMAアクチュエータの抵抗を目標値に合わせこむための閉ループ制御信号にもとづいて制御される、方法。 - 前記抵抗モデルが、前記抵抗オフセットを前記抵抗オフセットに対する前記SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度に関連付ける一次方程式である、請求項1に記載の方法。
- 前記駆動電流の電力にもとづいてSMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度の推定を導出するステップが、SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度の推定を定期的に更新することからなる、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの特徴温度が、ただ1つの特徴温度からなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱モデルが、前記ただ1つの特徴温度の変化を、前記駆動電流の電力及び前記ただ1つの特徴温度の瞬間の値へと関連付ける一次方程式である、請求項4に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの特徴温度が、複数の特徴温度からなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱モデルが、前記特徴温度のそれぞれに関する一式の一次方程式を含んでいる多段の熱モデルであり、
第1の一次方程式が、前記連続のうちの最初の特徴温度の変化を、該最初の特徴温度の瞬間の値及び前記駆動電流の電力に関連付け、
さらなる一次方程式が、それぞれの特徴温度の変化を、該それぞれの特徴温度の瞬間の値及び少なくとも1つの他の特徴温度の瞬間の値に関連付けている、請求項6に記載の方法。 - 周囲温度を割り出すことをさらに含んでおり、前記熱モデルが、該割り出された周囲温度を考慮に入れる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 加熱によって引き起こされる収縮によって、可動要素を、前記可動要素を支持する支持構造体に対して移動させるように構成されたSMAアクチュエータを備えているSMAアクチュエータ装置の制御システムであって、
前記SMAアクチュエータを加熱するために前記SMAアクチュエータを介して駆動電流を供給するように動作することができる電流供給部、
前記SMAアクチュエータの抵抗の指標を検出するように動作することができる検出回路、及び
前記SMAアクチュエータの抵抗を目標値へと合わせこむように前記電流供給部によって供給される駆動電流の電力を制御するために電流供給部へもたらされる閉ループ制御信号を生成するように動作することができる制御ユニット、を備え、
前記制御ユニットが、
前記駆動電流の電力にもとづいて、SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度の推定を、該SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度を前記駆動電流の電力に関連付ける熱モデルを使用して導出し、
前記SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度の推定にもとづいて、抵抗オフセットを、前記SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度につれての可動要素の抵抗の変化を補償する抵抗オフセットを前記SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度に関連付ける抵抗モデルを使用して導出し、
前記抵抗オフセットによって調節された前記SMAアクチュエータの抵抗の指標と前記SMAアクチュエータの抵抗の目標値との間の誤差にもとづいて、前記閉ループ制御信号を生成するように動作可能な、制御システム。 - 前記抵抗モデルが、前記抵抗オフセットを前記抵抗オフセットに対する前記SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度に関連付ける一次方程式である、請求項9に記載の制御システム。
- 前記駆動電流の電力にもとづいてSMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度の推定を導出するステップが、SMAアクチュエータ装置の少なくとも1つの特徴温度の推定を定期的に更新することからなる、請求項9又は10に記載の制御システム。
- 前記少なくとも1つの特徴温度が、ただ1つの特徴温度からなる、請求項9〜11のいずれか一項に記載の制御システム。
- 前記熱モデルが、前記ただ1つの特徴温度の変化を、前記駆動電流の電力及び前記ただ1つの特徴温度の瞬間の値へと関連付ける一次方程式である、請求項12に記載の制御システム。
- 前記少なくとも1つの特徴温度が、複数の特徴温度からなる、請求項9〜11のいずれか一項に記載の制御システム。
- 前記熱モデルが、前記特徴温度のそれぞれに関する一式の一次方程式を含む多段の熱モデルであり、
第1の一次方程式が、前記連続のうちの最初の特徴温度の変化を、該最初の特徴温度の瞬間の値及び前記駆動電流の電力に関連付け、
さらなる一次方程式が、それぞれの特徴温度の変化を、該それぞれの特徴温度の瞬間の値及び少なくとも1つの他の特徴温度の瞬間の値に関連付けている、請求項14に記載の制御システム。 - 前記制御ユニットが、周囲温度を割り出すようにさらに構成されており、前記熱モデルが、該割り出された周囲温度を考慮に入れる、請求項9〜15のいずれか一項に記載の制御システム。
- 加熱によって引き起こされる収縮によって、可動要素を、該可動要素を支持する支持構造体に対して移動させるように構成されたSMAアクチュエータを備えているSMAアクチュエータ装置を制御する方法であって、
前記SMAアクチュエータを加熱するために前記SMAアクチュエータを介して駆動電流を供給する工程を含み、
該駆動電流の電力が、前記SMAアクチュエータの抵抗を上限及び下限の間の範囲において選択される目標値へと合わせこむための閉ループ制御信号にもとづいて制御され、
前記上限は、
SMAアクチュエータの抵抗の指標を監視しながら、SMAアクチュエータを加熱されていない状態から加熱し、前記抵抗の指標の最大値を検出するステップ、及び
周囲温度が基準温度よりも上であるか否かを判断するステップ、によって導出され、
前記上限は、前記検出された最大値から前記検出された周囲温度に依存する減少分を引いた値として導出され、該減少分は、前記検出された周囲温度が前記基準温度以下である場合に所定の値を有し、前記検出された周囲温度が前記基準温度よりも上である場合に前記所定の値よりも小さい値を有する、方法。 - 前記周囲温度が基準温度よりも上であるか否かを判断するステップが、前記SMAアクチュエータの加熱の際に前記抵抗の指標に極大値が存在するか否かを判断することを含んでいる、請求項17に記載の方法。
- 前記周囲温度が基準温度よりも上であるか否かを判断するステップが、周囲温度の指標を割り出し、該周囲温度の指標があらかじめ保存された基準温度よりも上であるか否かを判断することを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記周囲温度の指標を割り出すステップが、周囲温度を表すSMAアクチュエータの電気特性の指標を導出することを含む、請求項17〜19のいずれか一項に記載の方法。
- 前記減少分が、前記検出された周囲温度が前記基準温度よりも上である場合に、第2の所定の値を有する、請求項17〜20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記減少分が、前記検出された周囲温度が前記基準温度よりも上の所定の範囲にある場合に、温度につれて第2の所定の値へと減少する値を有し、前記検出された周囲温度が前記所定の範囲よりも上である場合に、前記第2の所定の値を有する、請求項19又は20に記載の方法。
- 前記第2の所定の値がゼロである、請求項21又は22に記載の方法。
- 加熱によって引き起こされる収縮によって、可動要素を、前記可動要素を支持する支持構造体に対して移動させるように構成されたSMAアクチュエータを備えているSMAアクチュエータ装置のための制御システムであって、
前記SMAアクチュエータを加熱するために前記SMAアクチュエータを介して駆動電流を供給するように動作可能な電流供給部であって、前記駆動電流の電力が、当該電流供給部に供給される制御信号にもとづいて制御される電流供給部、
前記SMAアクチュエータの抵抗の指標を検出するように動作することができる検出回路、及び
前記検出回路によって検出される前記SMAアクチュエータの抵抗の指標及び前記SMAアクチュエータの抵抗の目標値にもとづいて、前記制御信号を生成するように動作することができる制御ユニット、を備え、
前記制御回路が、前記目標値を上限及び下限の間の範囲において選択するように構成され、
前記上限を決定するために、前記制御ユニットが、
前記SMAアクチュエータの加熱されていない状態からの加熱を生じさせる制御信号を供給して、前記抵抗の指標の最大値を検出し、
周囲温度が基準温度よりも上であるか否かを判断し、
前記上限を、前記検出された最大値から前記検出された周囲温度に依存する減少分を引いた値として導出するようにさらに構成され、
前記減少分は、前記検出された周囲温度が前記基準温度以下である場合に所定の値を有し、前記検出された周囲温度が前記基準温度よりも上である場合に前記所定の値よりも小さい値を有する、制御システム。 - 前記制御ユニットが、前記SMAアクチュエータの加熱の際に抵抗の指標に極大値が存在するか否かを判断することによって、前記周囲温度が基準温度よりも上であるか否かを判断するように構成されている、請求項24に記載の装置。
- 前記制御ユニットが、周囲温度の指標を割り出し、該周囲温度の指標があらかじめ保存された基準温度よりも上であるか否かを判断することによって、前記周囲温度が基準温度よりも上であるか否かを判断するように構成されている、請求項24に記載の装置。
- 前記制御ユニットが、周囲温度を表すSMAアクチュエータの電気特性の指標を導出することによって、前記周囲温度を割り出すように構成されている、請求項26に記載の装置。
- 前記減少分が、前記検出された周囲温度が前記基準温度よりも上である場合に、第2の所定の値を有する、請求項25〜27のいずれか一項に記載の装置。
- 前記減少分が、前記検出された周囲温度が前記基準温度よりも上の所定の範囲にある場合に、温度につれて第2の所定の値へと減少する値を有し、前記検出された周囲温度が前記所定の範囲よりも上である場合に、前記第2の所定の値を有する、請求項26又は27に記載の装置。
- 前記第2の所定の値がゼロである、請求項28又は29に記載の装置。
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