JP2761279B2 - 超音波モータの制御装置 - Google Patents

超音波モータの制御装置

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JP2761279B2
JP2761279B2 JP2097058A JP9705890A JP2761279B2 JP 2761279 B2 JP2761279 B2 JP 2761279B2 JP 2097058 A JP2097058 A JP 2097058A JP 9705890 A JP9705890 A JP 9705890A JP 2761279 B2 JP2761279 B2 JP 2761279B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、超音波モータの速度制御に用いて好適な
超音波モータの制御装置に関する。
「従来の技術」 従来より、この種の制御装置としては、超音波モータ
を目標位置まで移動させる際に、超音波モータが目標位
置に近付くにしたがって徐々に移動速度を低下させるこ
とによって、目標位置に正確に停止させるというものが
ある(特願平1−325257)。このように、超音波モータ
の移動速度を低下させるには、超音波モータの位置を位
置センサ等によって検出し、検出された位置が目標位置
に近付くにしたがって、超音波モータの共振周波数の駆
動信号と論理積をとっているコントロールパルスのデユ
ーティ比を100%から0%に徐々に変化させ、上記駆動
信号の供給時間を断続することにより行っていた。
「発明が解決しようとする課題」 ところで、上述した超音波モータの制御装置は、検出
された超音波モータの位置に応じて一義的にコントロー
ルパルスのデューティ比を設定するものであるから、負
荷の変動等によって速度が増減した際、超音波モータの
移動速度を最適値に補正することが困難であった。ま
た、位置センサの出力信号を制御装置にそのままフィー
ドバックしていたため、制御装置に超音波モータの位置
と速度とを正確に検出するには高精度のセンサを使用す
る必要があり、制御装置が高価となる欠点があった。
本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、
超音波モータの移動速度を自動的に目標速度に保持する
ことができるとともに、比較的精度の低いセンサを使用
した場合にも、正確に超音波モータを制御することがで
きる超音波モータの制御装置を提供することを目的とし
ている。
「課題を解決するための手段」 本発明は上記課題を解決するため、超音波モータの共
振周波数の駆動信号を発生する発振器と、所定のデュー
ティ比で前記駆動信号をオン/オフする駆動信号制限手
段と、超音波モータの移動速度に追従する第2のパルス
信号を出力する速度検出手段と、前記第2のパルス信号
の周波数を所定値倍する周波数逓倍手段と、超音波モー
タの目標速度に追従する第1のパルス信号による計数結
果と、前記周波数逓倍手段の出力する前記第2のパルス
信号の周波数を所定値倍した信号による計数結果との偏
差に応じて計数結果が変化するカウンタと、前記カウン
タの計数結果に追従して前記デューティ比が設定される
デューティ比設定手段とを具備することを特徴としてい
る。
[作用] 第2のパルス信号は超音波モータに追従し、第1のパ
ルス信号は超音波モータの目標速度に追従する。カウン
タにおいて第1のパルス信号による計数結果と、周波数
逓倍手段によって逓倍された第2のパルス信号の計数結
果との偏差に応じて計数結果が変化し、この計数結果に
応じてデューティ比が設定されるため、超音波モータは
上記偏差に応じた加速又は減速を受けることとなる。
したがって、超音波モータの移動速度は、目標速度に
等しくなるように自動制御される。
さらに、第2のパルス信号の周波数が周波数逓倍手段
によって所定値倍されるから、超音波モータの移動速度
の自動制御がきわめて正確に行われる。
「実施例」 次に図面を参照してこの発明の一実施例について説明
する。
本実施例においては、制御対象の超音波モータとし
て、本出願人が先に提案したエネルギー効率の良い超音
波リニアモータ(特願昭63−60714号)を用いている。
そこで、まず、上記超音波リニアモータについて第2
図を参照して簡単に説明する。この図において、1,2は
互いに平行な脚部、3はこれら脚部1,2の各々の一端を
結合する胴部であり、これらは断面がほぼ正方形の弾性
材料であって、全体としてコ字状の振動体4を構成して
いる。この振動体4の角の部分は、脚部1,2および胴部
3に対して45度の角度をなすように面取りされた取付面
5が形成されており、その取付面5に圧電素子6,7が取
り付けられている。この圧電素子6,7としては、積層型
圧電アクチュエータあるいは単板の圧電セラミックスが
使用され、取付面5に直交する方向に伸縮するようにな
っている。そして、振動体4は、レール8の上面に脚部
1,2の下端を接するようにしてセットされる。レール8
の上面には、その長手方向に延在して脚部1,2の下端を
嵌入させる幅の溝8aが形成されている。
このような構成による超音波リニアモータを駆動する
には、圧電素子6,7に対し、超音波リニアモータ固有の
共振周波数で位相差が90度の駆動信号を与える。この駆
動信号により、脚部1,2の下端は位相差が90度の楕円ま
たは円運動をする。この結果、脚部1,2がレール8を蹴
るように動作して、超音波リニアモータがレール8上を
移動する。その移動方向は、圧電素子6,7の一方に対す
る駆動信号をA信号とし、かつ、他方に対する駆動信号
をB信号としたときに、A信号とB信号の位相差が+90
度であるか、あるいは−90度であるかによって異なる。
本実施例の制御装置は、上述したような超音波リニア
モータを制御対象とし、第1図に示す構成となってい
る。
この図において、11は発振器であり、超音波リニアモ
ータ固有の共振周波数で発振し、駆動信号としてのA信
号を出力する。このA信号は、AND回路12の一入力端に
供給されるとともに、位相シフタ13を介してB信号とし
てAND回路14の一入力端に供給される。位相シフタ13
は、外部の処理装置(図示せず)等から供給された方向
指令信号CW/▲▼に基づいて、上記A信号を位相
差+90度または−90度ずらしたB信号に変換する。従っ
て、方向指令信号CW/▲▼をハイレベルまたはロ
ーレベルにすることにより、超音波リニアモータの進行
方向を反転させることができる。AND回路12,14の各他入
力端には、パルス発生回路26(詳細は後述する)からの
コントロールパルスCPが入力される。このコントロール
パルスCPがハイレベルの場合のみ、A信号およびB信号
は、各々、AND回路12,14を介して駆動回路16へ供給され
る。
AND回路12,14の出力端は駆動回路16に接続されてお
り、この駆動回路16は、AND回路12の出力信号に基づい
て、一方の圧電素子6を駆動し、かつ、AND回路14の出
力信号に基づいて、他方の圧電素子7を駆動する。
次に、17はリニアセンサであり、超音波リニアモータ
の移動量をパルス数として出力する。そして、その出力
パルスはフィードバック信号としてN逓倍回路18に供給
される。次に、N逓倍回路18の内部において19は位相比
較回路であり、その一入力端にフィードバック信号が供
給され、他入力端には1/Nディバイダ22の出力信号が供
給される。ここで、フィードバック信号の周波数をfと
し、1/Nディバイダ22の出力信号の周波数をf′とする
と、位相比較回路19からは Δf=f−f′ ……式(1) なる信号Δfが出力される。信号Δfは、ループフィル
タ20を介して高周波成分が除去され、VCO(電圧制御型
発振器)21に供給される。VCO21は、信号Δfが正であ
れば発振周波数を高くし、信号Δfが負であれば発振周
波数を低くするように構成されている。また、VCO21の
出力信号は1/Nディバイダ22を介してN分周(ここで、
Nは「2」以上の任意の自然数である)され、上述した
ように位相比較回路19の他入力端に供給される。したが
って、VCO21の発振周波数がNfよりも低い場合には、位
相比較回路19、ループフィルタ20を順次介して、その発
振周波数が高くなるように自動制御される一方、VCO21
の発振周波数がNfよりも高い場合には、その発振周波数
が低くなるように自動制御される。したがって、N逓倍
回路18の出力信号(以下、「N逓倍フィードバック信
号」という)の周波数はNfになる事が解る。
次に、23はU/Dカウンタ(アップ/ダウン・カウン
タ)であり、その入力端Uに供給されたパルス信号によ
ってインクリメントされるとともに、入力端Dに供給さ
れたパルス信号によってデクリメントされ、計数結果を
出力するように構成されている。ここで、入力端Uに
は、外部の処理装置等(図示せず)から、超音波リニア
モータの移動制御量に相当するパルス数を有する速度指
令パルスが供給される。
U/Dカウンタ23の計数結果は、D/Aコンバータ24を介し
て電圧信号S1に変換され、VCO(電圧制御型発振器)25
に供給される。VCO25は、電圧信号S1が大となるほど
(すなわち、U/Dカウンタ23の計数結果が大となるほ
ど)高い周波数のパルス信号S2を出力するように構成さ
れている。ここで、電圧信号S1とパルス信号S2の周波数
との関係を第5図に示す。
次に、パルス発生回路26は、パルス信号S1に基づい
て、コントロールパルスCPを出力する。その詳細を第3
図および第4図を参照し説明する。
第3図はパルス発生回路26の回路図であり、ワンショ
ットマルチバイブレータ26aと、その出力パルス幅を決
定するためのコンデンサ26b,抵抗器26cとから構成され
ている。ワンショットマルチバイブレータ26aは、パル
ス信号S2が供給されると、その立上りとともに、パルス
幅T1を有するパルス信号を出力する。なお、パルス幅T1
は、コンデンサ26bと抵抗器26cとの時定数によって決定
される。そして、このパルス信号は、コントロールパル
スCPとして、AND回路12,14に供給される。
次に、第4図(イ)にパルス信号S2の波形の一例を示
す。図示の例においては、パルス信号S2の時刻t1以前の
周期がT2となっており、時刻t1以降の周期がT2′(ただ
しT2>T2′)となっている。そして、時刻t1以降のデュ
ーティ比D′(D′=T1/T2′)は、時刻t1以前のデュ
ーティ比D(D=T1/T2)よりも大となることが解る。
次に本実施例の動作を第6図を参照し説明する。
まず、外部の処理装置等において超音波リニアモータ
の速度の目標値が設定され、その目標値に比例した周波
数を有する速度指令パルスが出力される。この速度指令
パルスは、時刻t0以降にU/Dカウンタ23の入力端Uに供
給される。なお、時刻t0において、U/Dカウンタ23の計
数結果は「0」にリセットされており、かつ、超音波モ
ータが停止状態であることとする。
時刻t0以降は、速度指令パルスの入力とともにU/Dカ
ウンタ23の計数結果がインクリメントされる。これによ
り、時間の経過とともに電圧信号S1が大となりパルス信
号S2の周波数も高くなり、さらに、パルス発生回路26か
ら出力されるコントロールパルスCPのデューティ比も大
となる。
一方、駆動信号たるA信号およびB信号は、コントロ
ールパルスCPに従って駆動回路16に供給される。これに
より、超音波リニアモータが徐々に加速され、その移動
に伴って、リニアセンサ17からフィードバック信号が出
力される。
フィードバック信号がN逓倍回路18を介してU/Dカウ
ンタ23の入力端Dに入力されると、N逓倍フィードバッ
ク信号に同期してU/Dカウンタ23の計数結果がデクリメ
ントされる。ここで、超音波リニアモータの移動速度が
目標値よりも小さい場合には、速度指令パルスの周波数
がN逓倍フィードバック信号の周波数よりも大となるか
ら、U/Dカウンタ23は結果的にインクリメントされ、超
音波リニアモータがさらに加速される。
次に、超音波リニアモータの移動速度が目標値に達す
ると、速度指令パルスの周波数とN逓倍フィードバック
信号の周波数とが等しくなり、U/Dカウンタ23の計数結
果が、ほぼ一定値に保たれる。これにより、コントロー
ルパルスCPのデューティ比がほぼ一定値に保持され、超
音波リニアモータが定速駆動される。
また、何等かの原因により、N逓倍フィードバック信
号の周波数が速度指令パルスの周波数より大となると
(すなわち、超音波リニアモータの移動速度が目標速度
よりも大となると)、U/Dカウンタ23の計数結果がデク
リメントされ、コントロールパルスCPのデューティ比が
小となるから、超音波リニアモータが減速される。
このように、本実施例においては、超音波リニアモー
タの移動速度が目標速度に等しくなるように自動制御さ
れ、さらにN逓倍回路18を具備することによって正確な
自動制御を可能とすることが解る。
「発明の効果」 以上説明したように、本発明の超音波モータの制御装
置によれば、目標速度と移動速度との偏差に応じてカウ
ンタの計数結果が変更され、その計数結果に基づいてデ
ューティ比が設定されるから、超音波モータの移動速度
を自動的に目標速度に保持することができ、さらに周波
数逓倍手段によって第2のパルス信号の周波数が所定値
倍されるから、超音波モータの正確な制御が可能であ
る。
【図面の簡単な説明】 第1図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第2図は制御対称とした超音波リニアモータの概略構成
図、第3図はパルス発生回路26の回路図、第4図はパル
ス発生回路26の動作説明図、第5図はVCO25の入出力特
性図、第6図は本実施例の動作説明図である。 11……発振器、12,14……AND回路(駆動信号制御手
段)、18……N逓倍回路(周波数逓倍手段)、23……U/
Dカウンタ(カウンタ)、24……D/Aコンバータ(デュー
ティ比設定手段)、25……VCO(デューティ比設定手
段)、26パルス発生回路(駆動信号制限手段)。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超音波モータの共振周波数の駆動信号を発
    生する発振器と、 所定のデューティ比で前記駆動信号をオン/オフする駆
    動信号制限手段と、 超音波モータの移動速度に追従する第2のパルス信号を
    出力する速度検出手段と、 前記第2のパルス信号の周波数を所定値倍する周波数逓
    倍手段と、 超音波モータの目標速度に追従する第1のパルス信号に
    よる計数結果と、前記周波数逓倍手段の出力する前記第
    2のパルス信号の周波数を所定値倍した信号による計数
    結果との偏差に応じて計数結果が変化するカウンタと、 前記カウンタの計数結果に追従して前記デューティ比が
    設定されるデューティ比設定手段と を具備することを特徴とする超音波モータの制御装置。
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