JP2015211508A - 振動型アクチュエーター、その制御装置、振動型アクチュエーターを備える電動装置、および、振動型アクチュエーターのプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】振動型アクチュエーター10の制御装置60は、出力ブロック30およびばね50を含む振動系が振動するように電磁石41に供給される電流を制御し、制御量である出力ブロック30の変位と制御量の目標値との偏差に基づいて、操作量である電磁石41に供給される電流量を調節するフィードバック制御を実行する。このフィードバック制御では、出力ブロック30が第1の運動方向に運動するときの測定値である第1の変位測定値、および、出力ブロック30が第2の運動方向に運動するときの測定値である第2の変位測定値のうちの小さい値を用いて、出力ブロック30が第1の運動方向および第2の運動方向に運動するときの操作量を調節する。
【選択図】図2
Description
〔1〕本発明の一形態に従う振動型アクチュエーターは、振動型アクチュエーターの制御装置であって、前記振動型アクチュエーターは、相対的に第1の運動方向および第2の運動方向に往復運動する一対の磁性ブロックである出力ブロックおよび対偶ブロックと、往復運動できるように前記出力ブロックを支持するばねと、前記一対の磁性ブロックの少なくとも一方に取り付けられる電磁石とを備え、前記制御装置は、前記出力ブロックおよび前記ばねを含む振動系が振動するように前記電磁石に供給される電流を制御し、制御量である前記出力ブロックの変位、速度、または、加速度に関する測定値と前記制御量の目標値との偏差に基づいて、操作量である前記電磁石に供給される電流量を調節するフィードバック制御を実行し、前記出力ブロックが前記第1の運動方向に運動するときの前記測定値、および、前記出力ブロックが前記第2の運動方向に運動するときの前記測定値のうちの小さい値を用いて、前記出力ブロックが前記第1の運動方向および前記第2の運動方向に運動するときの前記操作量を調節する。
〔7〕前記振動型アクチュエーターの制御装置に従属する一形態によれば、前記所定の周期が、前記出力ブロックの運動方向が切り替わる周期である。
〔9〕本電動装置の一形態は、前記振動型アクチュエーターを備える。
図1は、駆動源として振動型アクチュエーター10を搭載した電動装置であるバリカン100を示している。バリカン100は、ユーザーが持つためのボディ110、毛をカットするためのヘッドユニット120、および、ヘッドユニット120を駆動する振動型アクチュエーター10を備える。バリカン100はさらに、振動型アクチュエーター10に電力を供給する電源130、および、電源130の電力に基づいて一定の電圧を振動型アクチュエーター10に供給する定電圧源140を備える。
振動型アクチュエーター10は、フレーム20等に加えて、互いに反対の方向に作用する反力を出力ブロック30に与える一対のばね50、および、出力ブロック30の運動情報の一例である出力ブロック30の変位を検出するセンサー80をさらに備える。出力ブロック30および対偶ブロック40は往復運動方向に広がるギャップを隔てて対向している。出力ブロック30および一対のばね50は振動系を構成している。
制御装置60は予め記憶されたプログラムを実行することにより、フィードバック制御に関する機能ブロックである検出部61、比較部62、および、調節部63を構築し、これらの機能ブロックにより出力ブロック30の変位を制御する。
ステップS11では比較部62が動作する。比較部62は、最後に算出された第1の変位測定値XA1および第2の変位測定値XA2を記憶部から読み出す。
ここでは、比較例の振動型アクチュエーターの一例として特許文献1の振動型アクチュエーターを取りあげる。この振動型アクチュエーターが次の第1〜第3の初期条件のもとで駆動した場合、以下のようにフィードバック制御が実行される。第1の初期条件は、第1のばねのばね定数が設計されたばねの諸元におけるばね定数よりも小さいことである。第2の初期条件は、第2のばねのばね定数が設計されたばねの諸元におけるばね定数よりも大きいことである。第3の初期条件は、出力ブロックに一定の負荷が加えられることである。
時刻t57以降の一時刻である時刻t61において、制御装置は、センサーの測定信号に基づいて、出力ブロックの変位が第2の運動方向における最大変位に到達したことを検出し、第2の偏差を算出する。このときに算出される第2の偏差は実質的に0である。
振動型アクチュエーター10が比較例の振動型アクチュエーターに与えられた上記3つの初期条件と同じ初期条件のもとで駆動した場合、以下のようにフィードバック制御が実行される。
(1)第1の運動方向に対応する目標値TXおよび第2の運動方向に対応する目標値TXが、ばね50の諸元に基づいて互いに同じ値に設定される。このため、各ばね50の実際の特性を予め測定して、それぞれの特性に適合するように第1の運動方向に対応する目標値TXおよび第2の運動方向に対応する目標値TXを個別に設定する場合と比較して、プログラムを容易に構築できる。
図8を参照して、実施の形態2の制御装置60について説明する。この制御装置60は、実施の形態1の制御装置60が実行するプログラムに代えて、以下に説明するプログラムを実行する点において実施の形態1の制御装置60と相違する。なお、実施の形態2の振動型アクチュエーター10によれば、実施の形態1の振動型アクチュエーター10により得られる効果と同様の効果が得られる。
ステップS22では比較部62が動作する。比較部62は、第1の偏差ΔX1と第2の偏差ΔX2とに基づいて、相対的に大きな操作量を設定させることに寄与する偏差を判定し、判定した偏差を操作量の調節に用いる調節用の偏差ΔXに設定する。
各実施の形態に関する説明は、本発明の振動型アクチュエーターの制御装置等が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明の振動型アクチュエーターの制御装置等は、各実施の形態以外に例えば以下に示される各実施の形態の変形例を取り得る。
・制御装置60の変形例は、制御量として出力ブロック30の速度または加速度が設定されたフィードバック制御を実行する。
・制御装置60の変形例は、電流供給時間とは別のパラメーターを調節することにより、電磁石41に供給される電流量を調節する。
・制御装置60の変形例は、実施の形態1または2の制御装置60が実行するプログラムと実質的に同じ機能を持つ回路を備える。
・バリカン100の変形例は、ボディ110およびヘッドユニット120が一体化された構造を有する。
20 :フレーム
30 :出力ブロック
31 :駆動用磁石
32 :検出用磁石
33 :出力軸
40 :対偶ブロック
41 :電磁石
42 :コア
43 :コイル
50 :ばね
60 :制御装置
61 :検出部
62 :比較部
63 :調節部
70 :駆動回路
80 :センサー
100:バリカン
110:ボディ
120:ヘッドユニット
121:固定刃
122:可動刃
123:連結部
130:電源
140:定電圧源
Claims (11)
- 振動型アクチュエーターの制御装置であって、
前記振動型アクチュエーターは、相対的に第1の運動方向および第2の運動方向に往復運動する一対の磁性ブロックである出力ブロックおよび対偶ブロックと、往復運動できるように前記出力ブロックを支持するばねと、前記一対の磁性ブロックの少なくとも一方に取り付けられる電磁石とを備え、
前記制御装置は、前記出力ブロックおよび前記ばねを含む振動系が振動するように前記電磁石に供給される電流を制御し、制御量である前記出力ブロックの変位、速度、または、加速度に関する測定値と前記制御量の目標値との偏差に基づいて、操作量である前記電磁石に供給される電流量を調節するフィードバック制御を実行し、前記出力ブロックが前記第1の運動方向に運動するときの前記測定値、および、前記出力ブロックが前記第2の運動方向に運動するときの前記測定値のうちの小さい値を用いて、前記第1の運動方向に対応する前記操作量および前記第2の運動方向に対応する前記操作量を調節する
振動型アクチュエーターの制御装置。 - 振動型アクチュエーターの制御装置であって、
前記振動型アクチュエーターは、相対的に第1の運動方向および第2の運動方向に往復運動する一対の磁性ブロックである出力ブロックおよび対偶ブロックと、往復運動できるように前記出力ブロックを支持するばねと、前記一対の磁性ブロックの少なくとも一方に取り付けられる電磁石とを備え、
前記制御装置は、前記出力ブロックおよび前記ばねを含む振動系が振動するように前記電磁石に供給される電流を制御し、制御量である前記出力ブロックの変位、速度、または、加速度に関する測定値と前記制御量の目標値との偏差に基づいて、操作量である前記電磁石に供給される電流量を調節するフィードバック制御を実行し、前記出力ブロックが前記第1の運動方向に運動するときの前記測定値と前記目標値との偏差、および、前記出力ブロックが前記第2の運動方向に運動するときの前記測定値と前記目標値との偏差の一方が正の偏差であり、他方が負の偏差であるとき、前記負の偏差を用いて、前記第1の運動方向に対応する前記操作量および前記第2の運動方向に対応する前記操作量を調節する
振動型アクチュエーターの制御装置。 - 前記制御装置は、前記出力ブロックが前記第1の運動方向または前記第2の運動方向に運動するときに前記電磁石に電流が供給される時間である電流供給時間を調節することにより前記操作量を調節する
請求項1または2に記載の振動型アクチュエーターの制御装置。 - 前記振動型アクチュエーターは、前記電磁石に電流を供給する駆動回路をさらに備え、
前記制御装置は、前記偏差に基づいて前記電流供給時間を調節し、前記電流供給時間に応じて前記駆動回路から前記電磁石に電流が供給されるように前記駆動回路を制御する
請求項3に記載の振動型アクチュエーターの制御装置。 - 前記振動型アクチュエーターは、前記出力ブロックの変位、速度、および、加速度の少なくとも1つを検出し、その結果に応じて変化する測定信号を出力するセンサーをさらに備え、
前記制御装置は、前記出力ブロックが前記第1の運動方向に運動するときに検出された前記測定信号に基づいて、前記出力ブロックが前記第1の運動方向に運動するときの前記測定値を算出し、前記出力ブロックが前記第2の運動方向に運動するときに検出された前記測定信号に基づいて、前記出力ブロックが前記第2の運動方向に運動するときの前記測定値を算出する
請求項1〜4のいずれか一項に記載の振動型アクチュエーターの制御装置。 - 前記操作量の調節に用いる前記測定値、または、前記負の偏差を所定の周期毎に更新する
請求項1〜5のいずれか一項に記載の振動型アクチュエーターの制御装置。 - 前記所定の周期が、前記出力ブロックの運動方向が切り替わる周期である
請求項6に記載の振動型アクチュエーターの制御装置。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の制御装置を備える振動型アクチュエーター。
- 請求項8に記載の振動型アクチュエーターを備える電動装置。
- 振動型アクチュエーターを制御するプログラムであって、
前記振動型アクチュエーターは、
相対的に第1の運動方向および第2の運動方向に往復運動する一対の磁性ブロックである出力ブロックおよび対偶ブロックと、
往復運動できるように前記出力ブロックを支持するばねと、
前記一対の磁性ブロックの少なくとも一方に取り付けられる電磁石と、
前記出力ブロックおよび前記ばねを含む振動系が振動するように前記電磁石に供給される電流を制御し、制御量である前記出力ブロックの変位、速度、または、加速度に関する測定値と前記制御量の目標値との偏差に基づいて、操作量である前記電磁石に供給される電流量を調節するフィードバック制御を実行する制御装置と
を備え、
前記プログラムは、
前記出力ブロックが前記第1の運動方向に運動するときの前記測定値である第1の測定値を前記制御装置に算出させるステップと、
前記出力ブロックが前記第2の運動方向に運動するときの前記測定値である第2の測定値を前記制御装置に算出させるステップと、
前記出力ブロックが前記第1の運動方向に運動するときの前記操作量を前記第1の測定値および前記第2の測定値のうちの小さい値に基づいて前記制御装置に調節させるステップと、
前記出力ブロックが前記第2の運動方向に運動するときの前記操作量を前記小さい値に基づいて前記制御装置に調節させるステップと
を含む
振動型アクチュエーターのプログラム。 - 振動型アクチュエーターを制御するプログラムであって、
前記振動型アクチュエーターは、
相対的に第1の運動方向および第2の運動方向に往復運動する一対の磁性ブロックである出力ブロックおよび対偶ブロックと、
往復運動できるように前記出力ブロックを支持するばねと、
前記一対の磁性ブロックの少なくとも一方に取り付けられる電磁石と、
前記出力ブロックおよび前記ばねを含む振動系が振動するように前記電磁石に供給される電流を制御し、制御量である前記出力ブロックの変位、速度、または、加速度に関する測定値と前記制御量の目標値との偏差に基づいて、操作量である前記電磁石に供給される電流量を調節するフィードバック制御を実行する制御装置と
を備え、
前記プログラムは、
前記出力ブロックが前記第1の運動方向に運動するときの前記測定値と前記目標値との偏差である第1の偏差を前記制御装置に算出させるステップと、
前記出力ブロックが前記第2の運動方向に運動するときの前記測定値と前記目標値との偏差である第2の偏差を前記制御装置に算出させるステップと、
前記第1の偏差および前記第2の偏差の一方が正の偏差であり、他方が負の偏差であるとき、前記出力ブロックが前記第1の運動方向に運動するときの前記操作量を前記負の偏差に基づいて前記制御装置に調節させるステップと、
前記出力ブロックが前記第2の運動方向に運動するときの前記操作量を前記負の偏差に基づいて前記制御装置に調節させるステップと
を含む
振動型アクチュエーターのプログラム。
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