JP2020101664A - 駆動装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で低コストかつ高精度なアクチュエータの駆動制御が可能な駆動装置を提供する。【解決手段】駆動信号決定部１４０は電磁モータ１１０に印加する駆動信号の指令値を決定し、駆動信号発生部１３０は駆動信号を発生させ、電磁モータ１１０により被駆動体１２０が移動する。駆動信号決定部１４０は、被駆動体１２０が第１の位置Ａから移動し始めて第２の位置Ｂに到達する時点より前に、第２の位置Ｂまで駆動するための駆動信号の指令値を決定する。第３の位置Ｃは、第１の位置Ａを基準として第２の位置Ｂよりも離れた位置である。駆動信号発生部１３０は第２の位置Ｂに対応する第１の励磁信号を電磁モータ１１０に印加した後、第３の位置Ｃに対応する第２の励磁信号に切り替えて電磁モータ１１０に印加する。この切り替えは、被駆動体１２０が第２の位置Ｂに到達すると予測される時点より前に行われる。【選択図】 図５

Description

本発明は、アクチュエータを用いた駆動装置およびその制御方法に関する。

アクチュエータの駆動制御方法として、クローズドループ方式の制御によって高精度に停止制御を行う方法がある。特許文献１には、レンズの動き出し時にレンズの駆動が不安定になることを防止するレンズ駆動装置が開示されている。レンズ駆動装置は、ステッピングモータの回転位置を検出する回転検出センサと、回転検出センサによって検出された位置検出情報と位置指示部による位置情報との差から追従遅れを算出する追従遅れ算出部を備える。

特開２０１７−１３４２６９号公報

従来技術のアクチュエータの駆動制御では、高精度な位置決めを行うために、高精度な位置検出が必要である。従来技術の駆動装置において、ステッピングモータにロータリーエンコーダを取り付けてロータの位置を検出し、位置検出信号に基づいてモータ制御を行うことで高精度化を実現することはできる。しかし、高価な位置検出素子を用いることは駆動装置のコスト上昇を招く原因となる。
本発明は、簡単な構成で低コストかつ高精度なアクチュエータの駆動制御が可能な駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態の装置は、アクチュエータにより被駆動体を移動させる駆動装置であって、前記アクチュエータへの駆動信号を決定する決定手段と、前記決定手段が決定した駆動信号を発生させる信号発生手段と、を備える。前記決定手段は、前記被駆動体を第１の位置から第２の位置まで移動させる際、前記第１の位置から前記第２の位置の区間に対応する第１の駆動信号の指令値と、前記第２の位置から、前記第１の位置を基準として前記第２の位置よりも離れた第３の位置の区間に対応する第２の駆動信号の指令値と、前記第３の位置から前記第２の位置の区間に対応する第３の駆動信号の指令値を前記信号発生手段に出力する。前記信号発生手段は、前記第１の駆動信号から前記第２の駆動信号に切り替わる際に第１の励磁信号を前記アクチュエータに印加し、前記第２の駆動信号から前記第３の駆動信号に切り替わる際に第２の励磁信号を前記アクチュエータに印加する。

本発明によれば、簡単な構成で低コストかつ高精度なアクチュエータの駆動制御が可能な駆動装置を提供できる。

実施形態に係る駆動装置の構成を示すブロック線図である。 駆動装置の機構部の構成を表す模式図である。 電磁モータの動作原理を表す模式図である。 駆動信号波形および指令値の説明図である。 実施形態の駆動信号と比較例の駆動信号を説明する図である。 差分信号決定部の動作の説明図である。 時間決定部の動作の説明図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１および図２を参照して、本実施形態の駆動装置１００について説明する。本実施形態ではアクチュエータとして電磁モータを用いる例を示す。図１は駆動装置１００のブロック線図である。図２は駆動装置１００の構造を表す模式図である。

図１に示す駆動装置１００は、駆動信号決定部１４０、駆動信号発生部１３０、電磁モータ１１０を備える。駆動信号決定部１４０の制御指令にしたがって駆動信号発生部１３０が駆動信号を発生させて、電磁モータ１１０を駆動することにより被駆動体１２０が移動する。図２を参照して駆動機構部の具体例を説明する。

図２（Ａ）は電磁モータ１１０、被駆動体１２０、連結部材１２１、案内部材１２２の連結構造の例を示す模式図である。被駆動体１２０は、連結部材１２１を介して電磁モータ１１０と連結され、電磁モータ１１０によって駆動される部材である。例えば、撮像装置への適用において被駆動体１２０はレンズ等の光学部材およびその保持部材である。被駆動体１２０の駆動方向をＺ方向で示しており、図２（Ａ）の左方向を＋Ｚ方向と定義する。被駆動体１２０をＺ方向に関して所定の位置まで駆動することが、駆動装置１００の目的である。

連結部材１２１は、ラックやピニオンギア等の部材であり、電磁モータ１１０が発生する駆動力を被駆動体１２０に伝達する。連結部材１２１はモータ軸と被駆動体１２０とを連結するように配置される。

案内部材１２２は、第１の案内部材１２２ａと第２の案内部材１２２ｂで構成される。第１の案内部材１２２ａはメインガイドバーであり、被駆動体１２０に設けられた丸穴等を介して被駆動体１２０と当接する。第１の案内部材１２２ａにより、駆動方向Ｚに直交する方向への被駆動体１２０の並進移動が規制される。第２の案内部材１２２ｂはサブガイドバーであり、被駆動体１２０に設けられたＵ溝等を介して被駆動体１２０と当接する。第２の案内部材１２２ｂにより、第１の案内部材１２２ａの中心軸に関する被駆動体１２０の回転が規制される。被駆動体１２０は電磁モータ１１０の駆動力により、第１の案内部材１２２ａおよび第２の案内部材１２２ｂに沿って並進移動する。

電磁モータ１１０は、ステッピングモータやブラシレスＤＣモータ等の、電磁力により駆動力を発生するモータである。図２（Ａ）におけるＡ−Ａ断面指示線での断面図を図２（Ｂ）に示す。

図２（Ｂ）は電磁モータ１１０の内部構造を表す模式図である。電磁モータ１１０はロータ１１１、励磁コイル１１２、軸１１３、軸受部１１４、外装部１１５を備える。ロータ１１１は円筒形状の磁石であり、円筒の半径方向に着磁されている。またロータ１１１は内径部が軸１１３に接するように保持されており、軸１１３と一体に回転する。励磁コイル１１２は後述するＡ相コイル１１２ａおよびＢ相コイル１１２ｂ（図３参照）により構成され、銅線等を巻回したコイルである。Ａ相コイル１１２ａとＢ相コイル１１２ｂは、電気角９０°の位相差となるように配置され、ともに外装部１１５に保持されている。

電磁モータ１１０は、図１の駆動信号発生部１３０と電気的に接続されており、駆動信号発生部１３０の励磁信号の印加によって励磁され、ロータ１１１に電磁力が発生する。さらに駆動信号発生部１３０は、励磁信号を時間的に変化させた駆動信号を電磁モータ１１０に印加することで電磁力を変化させ、ロータ１１１の駆動力を生み出す。なお、本実施形態ではＡ相コイルとＢ相コイルからなる二相コイルの例を示すが、三相コイルでもよい。

軸１１３はその中心軸に沿う方向に長い円柱状の部材であり、ロータ１１１に発生する駆動力を取り出す部材である。励磁コイル１１２へ励磁信号が印加されてロータ１１１に発生した電磁力によって軸１１３は、ロータ１１１と一体となって中心軸の回りに回転するように駆動力を受ける。軸受部１１４は、軸１１３を外装部１１５に対して回転可能に支持する部材である。外装部１１５は円筒形状の部材であり、軸受部１１４を保持する。外装部１１５の内部にロータ１１１、励磁コイル１１２、軸１１３の一部が配置される。

図１の駆動信号決定部１４０は、電磁モータ１１０の駆動信号（ＤＳと記す）を決定する。駆動信号決定部１４０は指令部１４１、差分信号決定部１４２、時間決定部１４３を備える。駆動信号決定部１４０は、例えば被駆動体１２０を第１の位置Ａから第２の位置Ｂまで移動させる際に、被駆動体１２０が第１の位置Ａに到達するより以前に第２の位置Ｂまで駆動するための駆動信号ＤＳを決定する。駆動信号決定部１４０は駆動信号ＤＳの指令値を駆動信号発生部１３０に出力する。

駆動信号発生部１３０は、駆動信号決定部１４０に決定された駆動信号ＤＳの指令値にしたがって駆動信号を発生させて励磁コイル１１２に印加する。駆動信号発生部１３０は、電磁モータ１１０に印加する励磁信号を発生する駆動回路を備える。駆動回路はスイッチング回路を内蔵しており、所望のタイミングでＡ相コイル１１２ａとＢ相コイル１１２ｂへ任意の信号を印加することができる。

本実施形態では、駆動信号決定部１４０が決定した駆動信号に基づいて駆動信号発生部１３０が励磁コイル１１２の通電を行うことにより、ロータ１１１に駆動力が発生する。ロータ１１１に発生した駆動力によって軸１１３が回転し、連結部材１２１を介して被駆動体１２０に駆動力が伝達される。被駆動体１２０は案内部材１２２に沿って駆動方向（Ｚ方向）に駆動される。

次に、図３および図４を参照して、駆動装置１００の駆動原理について説明する。図３は、電磁モータ１１０の動作原理を表す模式図である。図４は、電磁モータ１１０の駆動信号を表す図である。図４（Ａ）は駆動信号波形の形状を表すグラフであり、横軸は電磁モータ１１０のステップ数を表し、縦軸は駆動電圧を表す。図４（Ｂ）は駆動信号の指令値と被駆動体１２０の位置の変化を表すグラフであり、横軸は電磁モータ１１０のステップ数を表し、縦軸は被駆動体１２０の位置を表す。

図３にて電磁モータ１１０は、ロータ１１１、Ａ相コイル１１２ａ、Ｂ相コイル１１２ｂで模式的に表されている。励磁コイル１１２にそれぞれ印加する励磁信号を切り替えることで、励磁コイル１１２とロータ１１１との間に発生する電磁力を制御することができる。ロータ１１１の周囲にＡ相コイル１１２ａ、Ｂ相コイル１１２ｂが配置されている。各コイルへの励磁信号の印加方向については、丸枠内に黒点で示す記号が図３の紙面に垂直な手前側の方向を表し、丸枠内に×印で示す記号が図３の紙面に垂直な奥側の方向を表している。

ロータ１１１が図３（Ａ）の位置にあるときに、Ａ相コイル１１２ａに対して、図３（Ａ）に示す方向Ｃ１に励磁信号を印加することで保持力が発生する。そして、図３（Ｂ）に示す方向Ｃ２にＢ相コイル１１２ｂに励磁信号が印加されることによって、ロータ１１１を所定方向（図３（Ｂ）では時計回り方向）へ回転させる駆動力Ｆが発生する。ロータ１１１が回転して、図３（Ｂ）の位置に停止するように保持力が発生する。図３（Ｃ）ではＡ相コイル１１２ａに対する励磁信号値がゼロとなり、図３（Ｄ）ではＡ相コイル１１２ａに対する励磁信号の印加方向が図３（Ａ）の方向Ｃ１とは逆方向となる。図３（Ｅ）ではＢ相コイル１１２ｂに対する励磁信号値がゼロとなる。これを繰り返すことでロータ１１１は励磁信号のパターンに対応する駆動信号に追従するように回転する。各励磁状態をステップと呼ぶ。図３（Ａ）ではステップ数が１、図３（Ｂ）ではステップ数が２というように、ロータ１１１の回転が進むにつれてステップ数が増加する。

次に図４を参照して、Ａ相コイル１１２ａとＢ相コイル１１２ｂに対する駆動信号について説明する。図４（Ａ）は横軸に示すステップ数と、縦軸に示す駆動電圧とを関係を示す。Ａ相コイル１１２ａの駆動信号の時間変化を実線のグラフ線４０１で示し、Ｂ相コイル１１２ｂの駆動信号の時間変化を破線のグラフ線４０２で示している。各相コイルの駆動電圧は、ステップ数の変化にともなって、Ｖから−Ｖの範囲における矩形波状に変化する電圧である。以下では説明の簡単化のために、矩形波のハーフステップ駆動方式を説明するが、本発明の適用上、フルステップ駆動方式や正弦波に近いマイクロステップ駆動方式を採用してもよい。

図３（Ａ）の励磁状態に対応するステップ１では、Ａ相コイル１１２ａに対してＣ１方向に示す励磁信号が印加され、Ｂ相コイル１１２ｂには励磁信号が印加されない。したがって、図４（Ａ）に示すように、Ａ相コイル１１２ａには電圧Ｖが印加されるがＢ相コイル１１２ｂの駆動電圧は０Ｖである。図３（Ｂ）の励磁状態に対応するステップ２では、Ａ相コイル１１２ａに対してＣ１方向に示す励磁信号が印加され、Ｂ相コイル１１２ｂにはＣ２方向に示す励磁信号が印加される。したがって、図４（Ａ）に示すように、Ａ相コイル１１２ａおよびＢ相コイル１１２ｂに電圧Ｖが印加される。

図３（Ｃ）の励磁状態に対応するステップ３では、Ａ相コイル１１２ａに電圧が印加されず、Ｂ相コイル１１２ｂに対してＣ２方向に示す励磁信号が印加される。したがって、図４（Ａ）に示すように、Ａ相コイル１１２ａには電圧が印加されず、Ｂ相コイル１１２ｂに電圧Ｖが印加される。ステップ４以降についても図３（Ｄ）、図３（Ｅ）にそれぞれ示す方向での励磁信号が印加され、または励磁信号が印加されない状態での制御が行われる。

このように、Ａ相コイル１１２ａとＢ相コイル１１２ｂへの駆動電圧をＶから０へ、そして０から−Ｖへと、あるいは逆に−Ｖから０へ、そして０からＶへと、それぞれ切り替えて駆動電圧がコイルに印加される。これにより、電磁モータ１１０は駆動力を発生し続けることができる。電磁モータ１１０のステップ数と、Ａ相コイル１１２ａおよびＢ相コイル１１２ｂへの駆動電圧の組み合わせが対応しており、ステップごとに駆動電圧を切り替える駆動信号に応じて電磁モータ１１０に駆動力が発生する。

図４（Ｂ）を参照して、以上の動作におけるステップ数と、指令部１４１による指令値との関係について説明する。横軸はステップ数を表し、縦軸は指令値に対応する位置を表す。指令値とは被駆動体１２０を駆動する際に設定される目標位置と同義であり、駆動負荷を無視した理想的な状態で被駆動体１２０が駆動されて収束する位置を意味する。電磁モータ１１０が脱調しない範囲で励磁信号の印加が行われる場合には、ステップが進むごとにロータ１１１が回転して被駆動体１２０が移動していく。つまり、図４（Ｂ）に示すようにステップ数と指令値とは線形関係となる。矩形波のハーフステップ駆動方式の場合、指令値は離散的な点で表すことができる。また、正弦波に近いマイクロステップ駆動方式の場合、指令値は連続的な線で表すことができる。

次に図５を参照して、駆動装置１００の動作について比較例と対比して説明する。図５（Ａ）は、比較例の駆動装置における指令値および被駆動体の位置の時間変化を表した図である。図５（Ｂ）は、駆動装置１００における指令値および被駆動体１２０の位置の時間変化を表した図である。横軸は時間軸であり、縦軸は位置を表す。指令値に対応する位置を実線のグラフ線で示し、被駆動体１２０の位置を１点鎖線のグラフ線で示している。

まず図５（Ａ）を参照して、比較例の駆動装置の動作を説明する。時間軸上に時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ４を示し、ｔ０＜ｔ１＜ｔ２＜ｔ４の関係とする。また縦軸上に第１の位置Ａ、第２の位置Ｂ、第３の位置Ｄを示す。第１の位置Ａは被駆動体の初期位置を表し、第２の位置Ｂは目標位置を表し、第３の位置Ｄは目標位置Ｂに到達する前の位置を表す（Ａ＜Ｄ＜Ｂ）。比較例の駆動装置は、被駆動体を、その初期位置Ａから目標位置Ｂまで駆動させるものとする。時刻ｔ０にて被駆動体は初期位置Ａにあり、励磁コイルへの励磁は行われていないか、または電磁モータ１１０が所定の励磁状態に保持されることで被駆動体が静止している。

時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間において、駆動信号にしたがって励磁コイルに励磁信号が印加され、指令値の位置がＡからＢに向かって変化する。この時点では機構部の追従遅れにより、被駆動体はまだ移動しない。時刻ｔ１で被駆動体が移動し始め、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間では指令値の位置と被駆動体の位置がともに変化する。時刻ｔ２で指令値の位置が目標位置Ｂに到達し、当該位置Ｂに対応した励磁信号が励磁コイルに印加される。しかし時刻ｔ２において被駆動体はまだ目標位置Ｂに到達していない。

時刻ｔ２から時刻ｔ４の期間において、指令値の位置は変化せず、目標位置Ｂのままであり、被駆動体が機構部の追従遅れに相当する距離を移動する。時刻ｔ４にて被駆動体は摩擦等の負荷によって目標位置Ｂに到達できず、目標位置Ｂの手前の位置Ｄで停止する。つまり、比較例の駆動装置では目標位置の手前で被駆動体が停止してしまい、被駆動体を目標位置Ｂまでに移動させるという所期の目的を達成できない。

次に図５（Ｂ）を参照して、駆動装置１００の動作を説明する。時間軸上に時刻ｔ０から時刻ｔ４を示し、ｔ０＜ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４の関係とする。また縦軸上に第１の位置Ａ、第２の位置Ｂ、第３の位置Ｃを示す。第１の位置Ａは被駆動体の初期位置を表し、第２の位置Ｂは目標位置を表す（Ａ＜Ｂ）。第３の位置Ｃは、初期位置Ａを基準として目標位置Ｂよりも遠い位置を表す（Ｂ＜Ｃ）。駆動装置１００は被駆動体１２０を、その初期位置Ａから目標位置Ｂまで駆動させるものとする。電磁モータ１１０には以下の駆動信号ＤＳが印加される。

（１）初期位置Ａから目標位置Ｂの区間で被駆動体１２０を駆動するための第１の駆動信号（ＤＳ１と記す）。
（２）目標位置Ｂから第３の位置Ｃの区間で被駆動体１２０を駆動するための第２の駆動信号（ＤＳ２と記す）。
（３）第３の位置Ｃから目標位置Ｂの区間で被駆動体１２０を駆動するための第３の駆動信号（ＤＳ３と記す）。

駆動信号ＤＳは、区間ごとの第１から第３の駆動信号で構成され、図５（Ｂ）にて実線のグラフ線で示されるように、指令値の位置は時間経過につれて、ＡからＢへ、ＢからＣへ、ＣからＢへと変化する。

図５（Ｂ）に示す時刻ｔ０において、被駆動体１２０は初期位置Ａにあり、励磁コイル１１２への励磁は行われていないか、または電磁モータ１１０が所定の励磁状態に保持されることで被駆動体１２０が静止している。

時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間において、第１の駆動信号ＤＳ１にしたがって励磁コイル１１２に励磁信号が印加され、指令値の位置がＡからＢに向かって変化する。この時点で被駆動体１２０は、機構部の追従遅れにより、まだ移動しない。時刻ｔ１で被駆動体１２０が移動し始め、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間では指令値の位置と被駆動体１２０の位置がともに変化する。時刻ｔ２で指令値の位置が目標位置Ｂに到達し、目標位置Ｂに対応した第１の励磁信号（ＳＳ１と記す）が励磁コイル１１２に印加される。しかし、時刻ｔ２において被駆動体１２０はまだ目標位置Ｂに到達していない。

時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間において、第２の駆動信号ＤＳ２にしたがって励磁コイル１１２に励磁信号が印加され、指令値の位置は目標位置Ｂから、第３の位置Ｃに向かって変化する。第３の位置Ｃは初期位置Ａから目標位置Ｂに向かう軌道の延長上の位置である。ここで、第２の駆動信号ＤＳ２の平均変化率は、第１の駆動信号ＤＳ１の平均変化率よりも大きい。ただし、平均変化率が大きすぎる場合には駆動音が大きくなるので、第２の駆動信号ＤＳ２の平均変化率については所定の値（閾値）よりも小さく設定される。なお、駆動信号の平均変化率とは、信号の変化を電気角（ロータ１１１を構成する磁石の着磁一周期を３６０°とした角度）の単位で表したときの、電気角の時間変化率である。平均変化率に対する所定の閾値をＤＳ＿ｓｈ（ｄｅｇｒｅｅ／ｍｓ）と表記すると、第２の駆動信号ＤＳ２の平均変化率はＤＳ＿ｓｈ未満の値である。

時刻ｔ３において、指令値の位置は第３の位置Ｃに到達し、第３の位置Ｃに対応した第２の励磁信号（ＳＳ２と記す）が励磁コイル１１２に印加されるが、被駆動体１２０はまだ目標位置Ｂに到達していない。時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間において、第３の駆動信号ＤＳ３にしたがって励磁コイル１１２に励磁信号が印加され、指令値の位置が第３の位置Ｃから目標位置Ｂに向かって変化する。時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間にて被駆動体１２０は、機構部の追従遅れによって初期位置Ａから目標位置Ｂに移動する途中である。時刻ｔ４において指令値の位置は目標位置Ｂに到達し、被駆動体１２０の位置も同様に目標位置Ｂに到達する。

本実施形態では、第２の駆動信号ＤＳ２から第３の駆動信号ＤＳ３に切り替えるタイミング、すなわち第１の励磁信号ＳＳ１から第２の励磁信号ＳＳ２に変更するタイミングは、被駆動体１２０が目標位置Ｂに到達すると予測される時点よりも前である。

以上の駆動装置１００の動作により、被駆動体１２０は時刻ｔ４にて目標位置Ｂに到達して停止する。なお便宜上、指令値を時間に比例する直線的な関数による値とした簡易な例を説明したが、本発明の適用上、これに限定されず、指令値を任意の関数値としてもよい。また、被駆動体１２０の位置変化を、指令値と同様に直線的な関数による値として説明した。これに限定されず、被駆動体１２０の位置は、負荷の状態や駆動速度によって任意に変化する。

本実施形態では、第１の駆動信号ＤＳ１から第２の駆動信号ＤＳ２に切り替わる時点での第２の位置（目標位置Ｂ）に対応した第１の励磁信号ＳＳ１が励磁コイル１１２に印加される。そして第２の駆動信号ＤＳ２から第３の駆動信号ＤＳ３に切り替わる時点での第３の位置Ｃに対応した第２の励磁信号ＳＳ２が励磁コイル１１２に印加される。第１の励磁信号ＳＳ１から第２の励磁信号ＳＳ２への切り替え制御は、被駆動体１２０の駆動開始後に、被駆動体１２０が第２の位置（目標位置Ｂ）に到達することが予測される時点より前に行われる。また、第２の駆動信号ＤＳ２の平均変化率は、第１の位置（初期位置Ａ）から第２の位置（目標位置Ｂ）の区間での駆動の際に用いられる第１の駆動信号ＤＳ１の平均変化率よりも大きい値であって、かつ所定の閾値ＤＳ＿ｓｈよりも小さい値である。

次に、図１と、図６および図７を参照して、駆動信号ＤＳの決定処理について説明する。図１に示すように、駆動信号決定部１４０は、指令部１４１と、差分信号決定部１４２と、時間決定部１４３を備える。駆動信号決定部１４０は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）を備え、所定の制御プログラムにしたがって各部の処理を実行する。図６は、差分信号決定部１４２の処理を説明する図である。図７は、時間決定部１４３の処理を説明する図である。図６および図７にそれぞれ示すグラフにおいて、横軸および縦軸の設定は図５と同じである。

図６（Ａ）および（Ｂ）は、指令値に対応する位置の時間変化と被駆動体１２０の位置の時間変化を示す。時間軸上に示す時刻ｔ０からｔ４は、ｔ０＜ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４の関係とする。また縦軸上に示す第１の位置Ａ、第２の位置Ｂ、第３の位置Ｃは図５（Ｂ）にて説明済みである（Ａ＜Ｂ＜Ｃ）。駆動装置１００は被駆動体１２０を、その初期位置Ａから目標位置Ｂまで駆動させるものとする。

図６（Ａ）では、第４の位置Ｅをさらに示す。第４の位置Ｅは第３の位置Ｃよりも目標位置Ｂから遠い位置を表す（Ｃ＜Ｅ）。第４の位置Ｅは初期位置Ａから目標位置Ｂに向かう軌道の延長上の位置である。ΔＸ１は目標位置である第２の位置Ｂと第３の位置Ｃとの差分を表し、ΔＸ２は第２の位置Ｂと第４の位置Ｅとの差分を表す（ΔＸ１＜ΔＸ２）。

指令部１４１は、被駆動体１２０の目標位置である第２の位置Ｂを決定する。差分信号決定部１４２は、第２の位置Ｂと第３の位置Ｃとの差分を決定する。差分の値は、被駆動体１２０の重量、被駆動体１２０を駆動する際に発生する駆動負荷、温度環境、被駆動体１２０を駆動する駆動速度等の条件から決定される。

図６（Ａ）において、差分信号決定部１４２が決定した差分ΔＸ１を用いて駆動信号ＤＳが決定された場合の指令値に対応する位置の時間変化を実線のグラフ線で示し、当該指令値に追従する被駆動体１２０の位置の時間変化を１点鎖線で示している。指令値に対応する位置は、初期位置Ａから目標位置Ｂへ、そしてＢからＣへと変化し、ＣからＢへと変化する。

また図６（Ａ）において、差分信号決定部１４２が決定した差分ΔＸ２を用いて駆動信号ＤＳが決定された場合の指令値に対応する位置の時間変化を破線のグラフ線で示し、当該指令値に追従する被駆動体１２０の位置の時間変化を２点鎖線で示している。指令値に対応する位置は、初期位置Ａから目標位置Ｂへ、そしてＢからＥへと変化し、ＥからＢへと変化する。

差分ΔＸ２を用いて駆動信号ＤＳが決定された場合の第４の位置Ｅは、初期位置である第１の位置Ａを基準として第３の位置Ｃよりも遠い位置である。差分ΔＸ２の場合には差分ΔＸ１の場合に比べて、被駆動体１２０が到達する位置が、第１の位置Ａから第２の位置Ｂに向かう方向に移動した位置（Ｂよりも図６（Ａ）の上側の位置）となる。

差分ΔＸ１を用いた場合、特定の条件にて被駆動体１２０の停止位置が第２の位置Ｂよりも手前側（Ａ側）になってしまう可能性がある。特定の条件とは、例えば被駆動体１２０の駆動負荷が大きいことや、高温環境下で電磁モータ１１０の効率が低下したこと、モータの駆動速度が小さく被駆動体１２０の有する慣性が小さいこと等の条件（以下、第１の条件という）である。第１の条件において駆動信号決定部１４０は、差分信号決定部１４２が決定した差分ΔＸ２を用いて駆動信号ＤＳを決定するので、被駆動体１２０を目標位置である第２の位置Ｂまで移動させることができる。

図６（Ｂ）では、第４の位置Ｅとして、第３の位置Ｃよりも目標位置Ｂに近い位置を示す（Ｅ＜Ｃ）。この場合、第２の位置Ｂと第３の位置Ｃとの差分ΔＸ１は、第２の位置Ｂと第４の位置Ｅとの差分ΔＸ２よりも大きい（ΔＸ２＜ΔＸ１）。図６（Ｂ）において、差分信号決定部１４２が決定した差分ΔＸ１を用いて駆動信号ＤＳが決定された場合の指令値に対応する位置の時間変化を実線のグラフ線で示し、当該指令値に追従する被駆動体１２０の位置の時間変化を１点鎖線で示している。この場合、指令値に対応する位置は、初期位置Ａから目標位置Ｂへ、そしてＢからＣへと変化し、ＣからＢへと変化する。また差分信号決定部１４２が決定した差分ΔＸ２を用いて駆動信号ＤＳが決定された場合の指令値に対応する位置の時間変化を破線のグラフ線で示し、当該指令値に追従する被駆動体１２０の位置の時間変化を２点鎖線で示している。この場合、指令値に対応する位置は、初期位置Ａから目標位置Ｂへ、そしてＢからＥへと変化し、ＥからＢへと変化する。

差分ΔＸ１を用いた場合、特定の条件にて被駆動体１２０の停止位置が第２の位置Ｂよりも第３の位置Ｃ側になってしまう可能性がある。特定の条件とは、例えば、被駆動体１２０の駆動負荷が小さいことや、低温環境下で電磁モータ１１０の効率が高くなったこと、モータの駆動速度が大きく被駆動体１２０の有する慣性が大きい等の条件（以下、第２の条件という）である。第２の条件において駆動信号決定部１４０は、差分信号決定部１４２が決定した差分ΔＸ２、つまりΔＸ１より小さい差分値を用いて駆動信号ＤＳを決定するので、被駆動体１２０を目標位置である第２の位置Ｂまで移動させることができる。
以上のように、差分信号決定部１４２は駆動条件に応じて差分ΔＸの値を変更し、被駆動体１２０を目標位置で正確に停止させる処理を行う。

図７を参照して時間決定部１４３が行う処理について説明する。図７（Ａ）および（Ｂ）は、指令値に対応する位置の時間変化と被駆動体１２０の位置の時間変化を示す。時間軸上に時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ３^＊、ｔ４、ｔ４^＊を示す。また縦軸上に示す第１の位置Ａ、第２の位置Ｂ、第３の位置Ｃは図５（Ｂ）にて説明済みである（Ａ＜Ｂ＜Ｃ）。時間Δｔは、実線で示す指令値の位置が最初に目標位置Ｂに到達する時刻ｔ２を基準として、第３の位置Ｃに到達する時刻ｔ３までの時間である。また、時間Δｔ^＊は、破線で示す指令値の位置が最初に目標位置Ｂに到達する時刻ｔ２を基準として、第３の位置Ｃに到達する時刻ｔ３^＊までの時間である。駆動装置１００は被駆動体１２０を、その初期位置Ａから目標位置Ｂまで駆動させるものとする。

時間決定部１４３は、第２の駆動信号ＤＳ２により被駆動体１２０を駆動する際の時間（Δｔ，Δｔ^＊）を決定する。この時間の値は、被駆動体１２０の重量、被駆動体１２０を駆動する際に発生する駆動負荷、温度環境、被駆動体１２０を駆動する駆動速度等の条件から決定される。

図７（Ａ）は、時間Δｔを用いて駆動信号ＤＳ２を決定した場合と、Δｔより短いΔｔ^＊を用いて駆動信号ＤＳ２を決定した場合の位置の時間変化を示すグラフである。この場合、ｔ０＜ｔ１＜ｔ２＜ｔ３^＊＜ｔ３＜ｔ４^＊＜ｔ４の関係である。

図７（Ａ）において、時間決定部１４３が決定した時間Δｔを用いて駆動信号ＤＳ２が決定された場合の指令値に対応する位置の時間変化を実線のグラフ線で示し、当該指令値に追従する被駆動体１２０の位置の時間変化を１点鎖線で示している。指令値の位置は、時刻ｔ０で初期位置Ａから目標位置Ｂへ向かい、時刻ｔ２で目標位置Ｂに到達する。そして指令値の位置は目標位置Ｂから時刻ｔ３で第３の位置Ｃに到達し、さらに第３の位置Ｃから時刻ｔ４で目標位置Ｂに到達する。被駆動体１２０は、機構部の追従遅れにより、時刻ｔ１から目標位置Ｂへ向かって移動を開始する。

また図７（Ａ）において、時間決定部１４３が決定した時間Δｔ^＊を用いて駆動信号ＤＳ２が決定された場合の指令値に対応する位置の時間変化を破線のグラフ線で示し、当該指令値に追従する被駆動体１２０の位置の時間変化を２点鎖線で示している。指令値の位置は、時刻ｔ０で初期位置Ａから目標位置Ｂへ向かい、時刻ｔ２で目標位置Ｂに到達する。そして指令値の位置は目標位置Ｂから時刻ｔ３^＊で第３の位置Ｃに到達し、さらに第３の位置Ｃから時刻ｔ４^＊で目標位置Ｂに到達する。被駆動体１２０は、機構部の追従遅れにより、時刻ｔ１から目標位置Ｂへ向かって移動を開始する。

図７（Ａ）に示す時間Δｔ^＊の場合には時間Δｔの場合に比べて、被駆動体１２０に与えるエネルギーが小さいので、被駆動体１２０の到達位置が目標位置Ｂよりも手前側（Ａ側）になる。時間Δｔを用いた場合、第２の条件では、被駆動体１２０の停止位置が第２の位置Ｂよりも第３の位置Ｃ側になってしまう可能性がある。そのような場合、時間決定部１４３が決定したΔｔ^＊（＜Δｔ）を用いて駆動信号ＤＳ２を決定することにより、被駆動体１２０を第２の位置Ｂまで移動させることができる。

一方、図７（Ｂ）は、時間Δｔを用いて駆動信号ＤＳ２を決定した場合と、Δｔよりも長いΔｔ^＊を用いて駆動信号ＤＳ２を決定した場合の位置の時間変化を示すグラフである。この場合、ｔ０＜ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ３^＊＜ｔ４＜ｔ４^＊の関係である。各グラフ線の線種については図７（Ａ）と同じである。

図７（Ｂ）に示す時間Δｔ^＊の場合には時間Δｔの場合に比べて、被駆動体１２０に与えるエネルギーが大きいので、被駆動体１２０の到達位置が目標位置Ｂよりも位置Ｃ側になる。時間Δｔを用いた場合、第１の条件では、被駆動体１２０の停止位置が目標位置である第２の位置Ｂよりも手前（Ａ側）になってしまう可能性がある。そのような場合、時間決定部１４３が決定したΔｔ^＊（＞Δｔ）を用いて駆動信号ＤＳ２を決定することにより、被駆動体１２０を第２の位置Ｂまで移動させることができる。

以上のように、時間決定部１４３は駆動条件に応じて時間Δｔの値を変更し、被駆動体１２０を目標位置で正確に停止させる処理を行う。適切な差分ΔＸと時間Δｔの各値については、上記のように駆動条件によって変化するので、事前に測定したデータに基づく参照データをメモリに記憶しておき、適時にデータを参照して差分ΔＸと時間Δｔの各値を決定する処理が実行される。これにより、駆動装置１００において被駆動体１２０の駆動を最適化することができる。すなわち駆動信号決定部１４０は、差分ΔＸまたは時間Δｔ、あるいは両方を調整することで被駆動体１２０を第１の位置Ａから第２の位置Ｂまで精度よく移動させることが可能である。

また、駆動信号決定部１４０は、周辺環境の温度を測定する温度測定部１４４（図１）を備える。差分信号決定部１４２は、温度測定部１４４が検出した周辺環境の温度Ｔのデータを取得し、温度Ｔのデータを用いて差分ΔＸを決定する。時間決定部１４３は、温度測定部１４４が検出した周辺環境の温度Ｔのデータを取得し、温度Ｔのデータを用いて時間Δｔを決定する。その場合、駆動信号決定部１４０は、温度Ｔと差分ΔＸとの関係を表す参照テーブルと、温度Ｔと時間Δｔとの関係を表す参照テーブルの各データを記憶する記憶部を備える。

また、駆動信号決定部１４０は、決定した駆動信号ＤＳにおける被駆動体１２０の駆動速度（ＤＶと記す）を演算する速度演算部１４５を備える。被駆動体１２０の駆動速度ＤＶは位置指令値の微分値から算出することができる。差分信号決定部１４２は、速度演算部１４５により算出される駆動速度ＤＶのデータを用いて、駆動速度ＤＶに応じて差分ΔＸを決定する。時間決定部１４３は、速度演算部１４５により算出される駆動速度ＤＶのデータを用いて、駆動速度ＤＶに応じて時間Δｔを決定する。その場合、駆動信号決定部１４０は、駆動速度ＤＶと差分ΔＸとの関係を表す参照テーブルと、駆動速度ＤＶと時間Δｔとの関係を表す参照テーブルの各データを記憶する記憶部を備える。

本実施形態の駆動装置１００では、被駆動体１２０の位置を検出する検出部をもたないオープン（ループ）制御で駆動を行う方式である。これに限らず、安価で低精度な検出部により検出される被駆動体１２０の位置に応じてフィードバック制御で駆動を行う方式を一部に使用してもよい。その場合、被駆動体１２０が目標位置である第２の位置Ｂに到達する前の所定の位置において、フィードバック制御からオープン制御に切り替わる。駆動信号決定部１４０はフィードバック制御からオープン制御に切り替わるタイミングの前に駆動信号ＤＳを決定し、オープン制御に切り替えてから駆動信号ＤＳによるモータ駆動制御を行う。このような構成にすることで、フィードバック制御中に高速な駆動が可能になる。

本実施形態では、ロータの位置を検出する高精度で高価な位置検出素子を必要としないので、低コスト化が可能である。また、オープン制御を行う比較例（図５（Ａ）参照）の駆動装置に比べて、複数の駆動信号により被駆動体を目標位置まで精度よく移動させることができる。本実施形態によれば、簡単な構成で低コストかつ高精度なアクチュエータの駆動制御を実現できる。

１００ 駆動装置
１１０ 電磁モータ
１２０ 被駆動体
１３０ 駆動信号発生部
１４０ 駆動信号決定部
１４２ 差分信号決定部
１４３ 時間決定部
１４４ 温度測定部
１４５ 速度演算部

Claims (10)

1. アクチュエータにより被駆動体を移動させる駆動装置であって、
   前記アクチュエータへの駆動信号を決定する決定手段と、
   前記決定手段が決定した駆動信号を発生させる信号発生手段と、を備え、
   前記決定手段は、前記被駆動体を第１の位置から第２の位置まで移動させる際、前記第１の位置から前記第２の位置の区間に対応する第１の駆動信号の指令値と、前記第２の位置から、前記第１の位置を基準として前記第２の位置よりも離れた第３の位置の区間に対応する第２の駆動信号の指令値と、前記第３の位置から前記第２の位置の区間に対応する第３の駆動信号の指令値を前記信号発生手段に出力し、
   前記信号発生手段は、前記第１の駆動信号から前記第２の駆動信号に切り替わる際に第１の励磁信号を前記アクチュエータに印加し、前記第２の駆動信号から前記第３の駆動信号に切り替わる際に第２の励磁信号を前記アクチュエータに印加する
   ことを特徴とする駆動装置。
2. 前記決定手段は、前記被駆動体の位置が前記第２の位置に到達する時点よりも前に前記第２および第３の駆動信号の指令値を決定し、
   前記信号発生手段は、前記第１の励磁信号を前記アクチュエータに印加した後、前記被駆動体が前記第２の位置に到達する前に、前記第２の励磁信号に切り替えて前記アクチュエータへの印加を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記決定手段は、前記第２の位置と前記第３の位置との差分を決定する差分信号決定手段を有し、前記差分信号決定手段は前記第２の位置に対する前記第３の位置を変更して前記第２および第３の駆動信号を決定する処理を行う
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記決定手段は、前記第２の駆動信号により前記被駆動体を駆動する時間を決定する時間決定手段を有し、前記時間決定手段は、前記第１の駆動信号から前記第２の駆動信号に切り替わる時刻を基準として、前記第２の駆動信号から前記第３の駆動信号に切り替わる時刻までの時間を変更して前記第２および第３の駆動信号を決定する処理を行う
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動装置。
5. 周辺環境の温度を測定する温度測定手段を備え、
   前記差分信号決定手段は、前記温度測定手段により測定された温度のデータを用いて前記差分を決定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
6. 周辺環境の温度を測定する温度測定手段を備え、
   前記時間決定手段は、前記温度測定手段により測定された温度のデータを用いて前記時間を決定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
7. 前記駆動信号から前記被駆動体の駆動速度を演算する速度演算手段を備え、
   前記差分信号決定手段は、前記速度演算手段により演算された駆動速度のデータを用いて前記差分を決定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
8. 前記駆動信号から前記被駆動体の駆動速度を演算する速度演算手段を備え、
   前記時間決定手段は、前記速度演算手段により演算された駆動速度のデータを用いて前記時間を決定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
9. 前記決定手段は、前記第２の駆動信号として、その平均変化率が前記第１の駆動信号の平均変化率よりも大きく、かつ閾値よりも小さい駆動信号を決定する
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の駆動装置。
10. アクチュエータにより被駆動体を移動させる駆動装置にて実行される制御方法であって、
    前記アクチュエータへの駆動信号を決定する決定工程と、
    決定された前記駆動信号を発生させる信号発生工程と、を有し、
    前記決定工程では、前記被駆動体を第１の位置から第２の位置まで移動させる際、前記第１の位置から前記第２の位置の区間に対応する第１の駆動信号の指令値と、前記第２の位置から、前記第１の位置を基準として前記第２の位置よりも離れた第３の位置の区間に対応する第２の駆動信号の指令値と、前記第３の位置から前記第２の位置の区間に対応する第３の駆動信号の指令値が決定され、
    前記信号発生工程では、前記第１の駆動信号から前記第２の駆動信号に切り替わる際に第１の励磁信号が前記アクチュエータに印加され、前記第２の駆動信号から前記第３の駆動信号に切り替わる際に第２の励磁信号が前記アクチュエータに印加される
    ことを特徴とする駆動装置の制御方法。
    

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