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

駆動装置およびその制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2020101664A
JP2020101664A JP2018239625A JP2018239625A JP2020101664A JP 2020101664 A JP2020101664 A JP 2020101664A JP 2018239625 A JP2018239625 A JP 2018239625A JP 2018239625 A JP2018239625 A JP 2018239625A JP 2020101664 A JP2020101664 A JP 2020101664A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
drive signal
drive
signal
time
driven body
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.)
Pending
Application number
JP2018239625A
Other languages
English (en)
Inventor
遼 阿部
Ryo Abe
遼 阿部
大樹 伊藤
Daiki Ito
大樹 伊藤
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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 Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2018239625A priority Critical patent/JP2020101664A/ja
Publication of JP2020101664A publication Critical patent/JP2020101664A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Lens Barrels (AREA)

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。
JP2018239625A 2018-12-21 2018-12-21 駆動装置およびその制御方法 Pending JP2020101664A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018239625A JP2020101664A (ja) 2018-12-21 2018-12-21 駆動装置およびその制御方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018239625A JP2020101664A (ja) 2018-12-21 2018-12-21 駆動装置およびその制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020101664A true JP2020101664A (ja) 2020-07-02

Family

ID=71139393

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018239625A Pending JP2020101664A (ja) 2018-12-21 2018-12-21 駆動装置およびその制御方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2020101664A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20180331641A1 (en) Control device, optical apparatus, control method, and storage medium
EP2899874B1 (en) Motor control device and correction data generation method in same
JP6004830B2 (ja) 制御装置およびステッピングモータの制御方法
JP2009506750A (ja) ブラシレスdcモータを操作する方法
JP4665507B2 (ja) ペンレコーダ
US8373369B2 (en) Method and amplifier for operating a synchronous motor
JP2019071028A (ja) モータ制御装置、モータ制御方法、及び撮像装置
JP2015159709A (ja) モータ制御装置および同装置における補正データ作成方法
JP2020101664A (ja) 駆動装置およびその制御方法
JP5025395B2 (ja) 位置検出器の初期位置調整方法及びこの方法を用いた電動機駆動装置
JP2009290990A (ja) 駆動装置及び電子機器
JP2018191461A (ja) 制御装置、光学機器、制御方法、および、プログラム
JP6087537B2 (ja) 制御装置およびステッピングモータの制御方法
JP7271318B2 (ja) モータ制御装置およびモータ制御方法、光学機器
US20210152055A1 (en) Motor drive device
US11424703B2 (en) Motor control device, motor control method, and optical apparatus
JP5885419B2 (ja) モータ駆動装置及びモータ駆動装置の制御方法
JP5467486B2 (ja) ステッピングモータ制御装置
JP2006105652A (ja) 近接センサを使用した耐放射線回転検出装置による高精度位置検出制御方法及びこの方法に使用する装置
JP2020089094A (ja) モータ駆動装置およびその制御方法、撮像装置
JP2020028145A (ja) モータ駆動装置およびその制御方法、撮像装置
JP2007259568A (ja) ステッピングモータ駆動装置
JP5558277B2 (ja) 位置決め装置及び位置決め方法
JP2008152523A (ja) 位置制御装置とその制御方法
CN111082732A (zh) 音圈马达驱动器电流曲线模式自动学习系统