JP2819437B2 - Ultrasonic motor drive controller - Google Patents
Ultrasonic motor drive controllerInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータの駆動制
御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drive control device for an ultrasonic motor.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、磁気発生がなく、小型でトルクが
大きいことから、超音波モータが各種の機器の駆動源と
して用いられている。2. Description of the Related Art In recent years, ultrasonic motors have been used as a driving source for various devices because of their small size and high torque without generation of magnetism.
【0003】超音波モータは、図4に示すように、中心
に回転軸1を有する円板状の回転子2と、環状に配列さ
れた複数の圧電体31 〜3n 、41 〜4n 5および圧電
センサ6の上面に弾性体7が接着された固定子8とによ
って構成されている。[0003] Ultrasonic motors, as shown in FIG. 4, a disk-shaped rotor 2 having a rotating shaft 1 to the center, arranged in a ring plurality of piezoelectric 3 1 to 3 n, 4 1 to 4 n 5 and a stator 8 having an elastic body 7 adhered to the upper surface of the piezoelectric sensor 6.
【0004】圧電体31 〜3n 、41 〜4n は、極性が
互い違いとなるように並んでおり、図5に示すように、
左側の圧電体31 〜3n と右側の圧電体41 〜4n に対
して、圧電体の共振周波数に近い周波数で90度位相が
異なる交流信号を電極9a、9b、10a、10bより
印加すると、圧電体31 〜3n 、41 〜4n は、円周方
向に屈曲振動し、左右の波が中間の圧電体5を介して干
渉し、図6に示すように、弾性体7の表面には、円周方
向に沿って進行する弾性波が生じる。[0004] The piezoelectric element 3 1 ~3 n, 4 1 ~4 n are aligned so polarities are alternately arranged, as shown in FIG. 5,
Against the left of the piezoelectric 3 1 to 3 n and right piezoelectric 4 1 to 4 n, apply an AC signal 90 ° phase at a frequency close to the resonant frequencies are different piezoelectric electrodes 9a, 9b, 10a, from 10b then, the piezoelectric 3 1 ~3 n, 4 1 ~4 n is to flexural vibration in the circumferential direction, interference waves of the left and right via the piezoelectric body 5 of the intermediate, as shown in FIG. 6, the elastic body 7 An elastic wave traveling along the circumferential direction is generated on the surface of.
【0005】このため、弾性体7に上方から接している
回転子2は、弾性波の進行する方向と反対の方向に回転
駆動される。For this reason, the rotor 2 in contact with the elastic body 7 from above is driven to rotate in the direction opposite to the direction in which the elastic wave travels.
【0006】なお、回転子2の回転速度は、弾性波の振
幅が大きい程、弾性波の進行速度に対する遅れが少なく
なり、弾性波の振幅は、図7に示すように交流信号の周
波数が圧電体31 〜3n 、41 〜4n の共振周波数F0
に近い程大きくなる。The rotational speed of the rotor 2 is such that the larger the amplitude of the elastic wave is, the smaller the delay with respect to the traveling speed of the elastic wave is, and the amplitude of the elastic wave is, as shown in FIG. body 3 1 ~3 n, 4 1 ~4 n resonant frequency F 0 of the
The closer to, the larger.
【0007】この超音波モータを所定の目標速度で定速
回転させるための駆動制御装置として、従来より図8に
示すように、超音波モータの回転子2に連結した回転速
度検出器(例えばロータリエンコーダ)11からの信号
の周期(あるいは周波数)を、回転速度比較手段21で
目標速度に対応した周期と比較し、その比較出力を受け
た駆動周波数制御手段22により、発振器23の発振周
波数を所定の周波数変化率で可変して、常に回転速度検
出器11からの信号周期を、目標速度に対応した周期に
近づける方向にフィードバック制御する駆動制御装置2
0が用いられている。As a drive control device for rotating the ultrasonic motor at a predetermined target speed at a constant speed, a rotational speed detector (eg, a rotary speed detector) connected to a rotor 2 of the ultrasonic motor as shown in FIG. The cycle (or frequency) of the signal from the encoder 11 is compared with the cycle corresponding to the target speed by the rotation speed comparing means 21, and the drive frequency control means 22 receiving the comparison output sets the oscillation frequency of the oscillator 23 to a predetermined value. A drive control device 2 that performs feedback control in such a manner that the signal period from the rotational speed detector 11 always approaches a period corresponding to the target speed.
0 is used.
【0008】なお、図8において、24は発振器23の
出力信号を90度位相の異なる駆動信号に変換する移相
回路である。In FIG. 8, reference numeral 24 denotes a phase shift circuit for converting the output signal of the oscillator 23 into drive signals having a phase difference of 90 degrees.
【0009】このフィードバック制御により、例えば負
荷の変動等で図9に示すように回転速度が一時的に変動
しても、モータ回転速度は、フィードバックループの応
答速度に応じて目標速度に復帰し、長時間にわたって定
速に駆動される。By this feedback control, even if the rotation speed temporarily fluctuates as shown in FIG. 9 due to, for example, a change in load, the motor rotation speed returns to the target speed in accordance with the response speed of the feedback loop. It is driven at a constant speed for a long time.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、急激か
つ大きな負荷変動があった場合(図9のア)、フィード
バックループの応答が、回転速度の変化に追付けず、復
帰時間t0 が著しく長くなってしまうという問題があっ
た。However, when there is a sudden and large load change (A in FIG. 9), the response of the feedback loop does not follow the change in the rotational speed, and the return time t 0 becomes extremely long. There was a problem that would.
【0011】本発明は、この課題を解決した超音波モー
タの駆動制御装置を提供することを目的としている。An object of the present invention is to provide an ultrasonic motor drive control device which solves this problem.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の超音波モータの駆動制御装置は、回転速度
検出器からの検出信号を受け、超音波モータの回転速度
が、目標速度に対して所定値以上変動したことを検出す
る過変動検出手段と、過変動検出手段で所定値以上の変
動が検出されたとき、駆動信号の周波数の変化率を、よ
り大きな値に切換える周波数変化率切換手段とを備えて
いる。In order to solve the above-mentioned problems, a drive control device for an ultrasonic motor according to the present invention receives a detection signal from a rotational speed detector and changes the rotational speed of the ultrasonic motor to a target speed. An over-variation detecting means for detecting a change of not less than a predetermined value, and a frequency change rate for switching the change rate of the frequency of the drive signal to a larger value when the over-change detection means detects a change of not less than a predetermined value. Switching means.
【0013】[0013]
【作用】したがって、所定値以上の回転速度の変動が過
変動検出手段で検出されると、周波数変化率切換手段に
よって、駆動周波数の変化率が大きくなる。Therefore, when the fluctuation of the rotation speed exceeding the predetermined value is detected by the excessive fluctuation detecting means, the change rate of the driving frequency is increased by the frequency change rate switching means.
【0014】[0014]
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0015】図2は、一実施例の超音波モータの駆動制
御装置(以下、駆動制御装置と記す)30の構成を示す
ブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a drive control device (hereinafter referred to as a drive control device) 30 for an ultrasonic motor according to one embodiment.
【0016】図2において、31は、後述するCPU4
0からの出力データに対応した電圧を出力するDA変換
器、32は、DA変換器31の出力電圧の変化に対して
逆方向に周波数変化する信号を発振出力するVCO(電
圧制御発振器)である。In FIG. 2, reference numeral 31 denotes a CPU 4 to be described later.
A DA converter 32 that outputs a voltage corresponding to output data from 0, and a VCO (voltage controlled oscillator) that oscillates and outputs a signal whose frequency changes in the opposite direction to a change in the output voltage of the DA converter 31. .
【0017】33は、VCO32からの出力信号を1/
4分周することにより、90度位相の異なる交流信号を
発生する移相回路である。34、35は、移相回路33
の出力を増幅して超音波モータMの圧電体31 〜3n 、
41 〜4n にそれぞれ印加するドライバである。The reference numeral 33 designates an output signal from the VCO 32 as 1 /
This is a phase shift circuit that generates an AC signal having a phase difference of 90 degrees by dividing the frequency by 4. 34 and 35 are phase shift circuits 33
Piezoelectric 3 1 to 3 n of amplifying the output of the ultrasonic motor M,
4 is a driver for applying respectively to 1 to 4 n.
【0018】超音波モータMの回転子2には、回転子2
の回転速度に比例した周波数のパルス信号を出力するロ
ータリエンコーダ36が連結されている。The rotor 2 of the ultrasonic motor M includes a rotor 2
A rotary encoder 36 that outputs a pulse signal having a frequency proportional to the rotational speed of the rotary encoder is connected.
【0019】37は、超音波モータMの定常速度(目標
速度)を設定するための速度設定器であり、超音波モー
タMが目標速度で回転するときの、ロータリエンコーダ
36のパルス周期Tが設定される。Reference numeral 37 denotes a speed setting device for setting the steady speed (target speed) of the ultrasonic motor M. The pulse set T of the rotary encoder 36 when the ultrasonic motor M rotates at the target speed is set. Is done.
【0020】CPU40は、メモリ41内に予め記憶さ
れた処理手順に従って、超音波モータの起動および定速
制御を行なう。The CPU 40 activates the ultrasonic motor and performs constant speed control in accordance with the processing procedure stored in the memory 41 in advance.
【0021】図1は、このCPU40の処理手順を示す
フローチャートであり、以下、このフローチャートに従
って、駆動制御装置30の動作を説明する。FIG. 1 is a flowchart showing the processing procedure of the CPU 40. Hereinafter, the operation of the drive control device 30 will be described with reference to this flowchart.
【0022】始めに、電源投入がなされると、超音波モ
ータMに対する起動処理(ステップ1〜4)がなされ
る。First, when the power is turned on, a start-up process (steps 1 to 4) for the ultrasonic motor M is performed.
【0023】この起動処理は、モータ回転速度を低速か
ら除々に目標速度まで上げるための処理であり、始め
に、DA変換器31に対する電圧データDが、初期値D
0 に設定される(ステップ1)。This start-up process is a process for gradually increasing the motor rotation speed from the low speed to the target speed. First, the voltage data D to the DA converter 31 is set to the initial value D.
It is set to 0 (step 1).
【0024】このため、電圧データD0 に対応した周波
数(例えば図7のF1 )の2相の交流信号が超音波モー
タMに印加される。この交流信号の印加により、超音波
モータMが除々に回転し、ロータリエンコーダ36から
は、周期の長いパス信号が出力され、その周期tが測定
される(ステップ2)。Therefore, a two-phase AC signal having a frequency (for example, F 1 in FIG. 7) corresponding to the voltage data D 0 is applied to the ultrasonic motor M. Due to the application of the AC signal, the ultrasonic motor M is gradually rotated, and a path signal having a long cycle is output from the rotary encoder 36, and the cycle t is measured (step 2).
【0025】次に、測定された周期tと、予め速度設定
器37に設定された周期Tとの大小比較がなされ、ロー
タリエンコーダ36の出力パルスの周期tが、設定され
た周期Tより長いときは、電圧データが所定の掃引係数
Aだけ増加してステップ2に戻る(ステップ3、4)。Next, a magnitude comparison between the measured cycle t and a cycle T set in advance in the speed setting unit 37 is performed, and when the cycle t of the output pulse of the rotary encoder 36 is longer than the set cycle T, Returns to step 2 after the voltage data is increased by the predetermined sweep coefficient A (steps 3 and 4).
【0026】以下、ロータリエンコーダ36の出力パル
スの周期tが設定周期より短かくなる。即ち、超音波モ
ータMの回転速度が目標速度に達するまでは、同様の処
理(ステップ2〜4)がなされる。Hereinafter, the cycle t of the output pulse of the rotary encoder 36 becomes shorter than the set cycle. That is, the same processing (steps 2 to 4) is performed until the rotation speed of the ultrasonic motor M reaches the target speed.
【0027】このようにして、超音波モータMが目標速
度まで起動されると、CPU40は、定速制御処理に移
行する。この定速制御処理でも、ロータリエンコーダ3
6の出力パルスの周期tが測定され、測定された周期t
と設定周期Tとの大小比較がなされる(ステップ5、
6)。As described above, when the ultrasonic motor M is started up to the target speed, the CPU 40 shifts to a constant speed control process. Even in this constant speed control process, the rotary encoder 3
6 is measured, and the measured period t
Is compared with the set period T (step 5,
6).
【0028】ここで、例えば、図3のt1 時のように、
モータ回転速度が目標速度に等しい場合は、t=Tと判
定され、ステップ5へ戻る。Here, for example, as shown at t 1 in FIG.
If the motor rotation speed is equal to the target speed, it is determined that t = T, and the process returns to step S5.
【0029】また、負荷の僅かな変動により、同図のt
2 時のように、回転速度が上昇した場合は、t<Tと判
定され、さらにこの変動が所定値αを越えないことが判
定されると、電圧データはBだけ減算更新され(Bは正
の定数)、駆動周波数がBに対応した分だけ高くなる
(ステップ7、8)。Also, a slight change in the load causes t in FIG.
If the rotation speed increases as at 2 o'clock, it is determined that t <T, and if it is determined that this variation does not exceed the predetermined value α, the voltage data is subtracted and updated by B (B is positive). ), And the drive frequency is increased by an amount corresponding to B (steps 7 and 8).
【0030】このステップ5〜8までの処理は、負荷変
動によって上昇したモータ回転速度が目標速度に達する
t3 時まで繰返しなされる。The processing of steps 5 to 8 is repeated until t 3 when the motor rotation speed increased by the load fluctuation reaches the target speed.
【0031】逆に、t4 時のように、回転速度が僅かに
低下した場合は、t>Tと判定され、さらにこの変動が
所定値αを越えないと判定されると、電圧データはBだ
け加算更新され、駆動周波数がBに対応した分だけ低く
なる(ステップ9、10)。Conversely, if the rotation speed slightly decreases, such as at t 4 , it is determined that t> T, and if it is determined that this variation does not exceed the predetermined value α, the voltage data is changed to B And the drive frequency is lowered by an amount corresponding to B (steps 9 and 10).
【0032】このステップ5〜10の処理も、モータ回
転速度が目標速度に復帰するt5 時まで繰返しなされ
る。[0032] Also the process of step 5-10 is performed repeatedly until t 5 the motor rotation speed is restored to the target speed.
【0033】また、負荷の急激かつ大きな変動により、
t6 時に所定値αを越えるモータ回転速度の急激な低下
(または上昇)が判定されると(過変動検出手段)、電
圧データは、Bより大きな値C(例えば、Bの3倍)分
だけ更新され(周波数変化率切換手段)、駆動周波数は
Cに対応した分だけ可変される(ステップ11、1
2)。なお、電圧データの初期値D0 、掃引係数A、デ
ータB、Cおよび所定値αは、予めメモリ41内に記憶
されている。Also, due to a sudden and large change in load,
When a sharp drop in motor speed exceeding t 6 at a predetermined value alpha (or increase) is determined (over fluctuation detecting means), voltage data value greater C than B (e.g., three times the B) component only The frequency is updated (frequency change rate switching means), and the drive frequency is changed by an amount corresponding to C (steps 11 and 1).
2). The initial value D 0 , the sweep coefficient A, the data B and C, and the predetermined value α of the voltage data are stored in the memory 41 in advance.
【0034】このため、定常時の数倍の周波数変化率
で、駆動周波数の可変制御が繰返しなされることにな
り、モータ回転速度は、短時間で目標速度に復帰する。Therefore, the variable control of the drive frequency is repeated at a frequency change rate several times that of the steady state, and the motor rotational speed returns to the target speed in a short time.
【0035】以下、モータ回転速度の変動の大きさや方
向に応じて、駆動周波数の制御が同様になされ、超音波
モータは定速駆動される。In the following, the control of the driving frequency is similarly performed according to the magnitude and direction of the fluctuation of the motor rotation speed, and the ultrasonic motor is driven at a constant speed.
【0036】[0036]
【他の実施例】なお、前記実施例では、CPU40から
の電圧データの増減定数を変えることで、駆動周波数の
周波数変化率の切換えを行なっていたが、DA変換器3
1の規準電圧や、VCO32の電圧対発振周波数特性を
切換えるようにしてもよい。[Other Embodiments] In the above embodiment, the frequency change rate of the drive frequency is switched by changing the increase / decrease constant of the voltage data from the CPU 40.
The reference voltage of 1 or the voltage-oscillation frequency characteristic of the VCO 32 may be switched.
【0037】また、前記実施例では、所定値αを越える
変動があったときに駆動周波数の変化率を切換えていた
が、さらに大きな所定値βを越える変動があったとき
は、Cより大きな変化率で駆動周波数を可変制御するよ
うにしてもよい。In the above embodiment, the change rate of the drive frequency is switched when there is a change exceeding the predetermined value α. However, when there is a change exceeding the predetermined value β, the change rate becomes larger than C. The drive frequency may be variably controlled at a rate.
【0038】また前記実施例では、モータ回転速度と目
標速度の比較やVCOに対する発振周波数制御をCPU
40によって行なっていたが、これは本発明を限定する
ものでなく、アナログコンパレータや演算増幅器によっ
てこれらの制御を行なう駆動制御装置についても本発明
を適用することができる。In the above embodiment, the comparison between the motor rotation speed and the target speed and the control of the oscillation frequency for the VCO are performed by the CPU.
However, the present invention is not limited thereto, and the present invention can also be applied to a drive control device that controls these using an analog comparator or an operational amplifier.
【0039】[0039]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波モ
ータの駆動制御装置は、超音波モータの回転速度が目標
速度に対して所定以上変動したとき、通常の定速制御状
態の周波数変化率より大きな周波数変化率で駆動信号の
周波数を可変制御しているため、急激で大きな負荷変動
があっても極めて短時間で目標速度に復帰させることが
できる。As described above, the drive control apparatus for an ultrasonic motor according to the present invention is capable of controlling the frequency change in the normal constant speed control state when the rotational speed of the ultrasonic motor fluctuates by more than a predetermined value with respect to the target speed. Since the frequency of the drive signal is variably controlled at a frequency change rate larger than the rate, it is possible to return to the target speed in a very short time even if there is a sudden and large load change.
【図1】本発明の一実施例の処理手順を示すフローチャ
ートである。FIG. 1 is a flowchart illustrating a processing procedure according to an embodiment of the present invention.
【図2】一実施例の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of one embodiment.
【図3】一実施例の要部の動作を説明するための図であ
る。FIG. 3 is a diagram for explaining an operation of a main part of one embodiment.
【図4】超音波モータの構成を示す概略斜視図である。FIG. 4 is a schematic perspective view showing a configuration of an ultrasonic motor.
【図5】超音波モータの要部の正面図である。FIG. 5 is a front view of a main part of the ultrasonic motor.
【図6】超音波モータの動作を説明するための概略図で
ある。FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of the ultrasonic motor.
【図7】超音波モータの駆動周波数に対する弾性波振幅
の特性を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing characteristics of an elastic wave amplitude with respect to a driving frequency of an ultrasonic motor.
【図8】従来装置の構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional device.
【図9】従来装置の動作を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the conventional device.
30 超音波モータの駆動制御装置 32 VCO 33 移相回路 36 ロータリエンコーダ 37 速度設定器 40 CPU M 超音波モータ Reference Signs List 30 ultrasonic motor drive control device 32 VCO 33 phase shift circuit 36 rotary encoder 37 speed setting device 40 CPU M ultrasonic motor
Claims (1)
化する超音波モータの回転速度を、超音波モータの回転
子に連結された回転速度検出器からの検出信号に基づい
て検出し、該検出された回転速度と、予め設定された目
標速度との比較結果に対応して、前記駆動信号の周波数
を所定の変化率で可変させ、前記超音波モータの回転速
度を目標速度に近づける超音波モータの駆動制御装置に
おいて、 前記回転速度検出器からの検出信号を受け、前記超音波
モータの回転速度が、目標速度に対して所定値以上変動
したことを検出する過変動検出手段と、 前記過変動検出手段で前記所定値以上の変動が検出され
たとき、前記駆動信号の周波数の変化率を、より大きな
値に切換える周波数変化率切換手段とを備えたことを特
徴とする超音波モータの駆動制御装置。And detecting a rotation speed of the ultrasonic motor whose rotation speed changes in accordance with the frequency of the drive signal based on a detection signal from a rotation speed detector connected to a rotor of the ultrasonic motor. An ultrasonic wave that varies the frequency of the drive signal at a predetermined rate of change in accordance with a result of comparison between the detected rotational speed and a preset target speed to bring the rotational speed of the ultrasonic motor closer to the target speed In the motor drive control device, an over-variation detection unit that receives a detection signal from the rotation speed detector and detects that the rotation speed of the ultrasonic motor has changed by a predetermined value or more with respect to a target speed; And a frequency change rate switching means for switching the rate of change of the frequency of the drive signal to a larger value when a change equal to or more than the predetermined value is detected by the change detecting means. Motion control device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2411167A JP2819437B2 (en) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Ultrasonic motor drive controller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2411167A JP2819437B2 (en) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Ultrasonic motor drive controller |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH04210788A JPH04210788A (en) | 1992-07-31 |
JP2819437B2 true JP2819437B2 (en) | 1998-10-30 |
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ID=18520210
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2411167A Expired - Fee Related JP2819437B2 (en) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Ultrasonic motor drive controller |
Country Status (1)
Country | Link |
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4077934B2 (en) | 1998-06-30 | 2008-04-23 | キヤノン株式会社 | Vibration wave motor drive control method, vibration wave motor drive control apparatus, apparatus including vibration wave motor, and image forming apparatus |
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1990
- 1990-12-17 JP JP2411167A patent/JP2819437B2/en not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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JPH04210788A (en) | 1992-07-31 |
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