JP3890672B2

JP3890672B2 - Self-excited vibration type vibration device

Info

Publication number: JP3890672B2
Application number: JP13284197A
Authority: JP
Inventors: 一路加藤; 恭次村岸; 均安田; 裕栗田
Original assignee: 神鋼電機株式会社
Priority date: 1997-05-06
Filing date: 1997-05-06
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2017-05-06
Also published as: JPH10307630A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は自励振動型振動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自励振動型振動装置は、共振点を自動的に追尾する利点を持つ。しかしながら、自励振動型振動装置では、発生する振動の振幅を一定に保つために何らかの制御を必要とする。例えば、実際の振幅が指令値よりも小さいときには、フィードバックゲインを大きくして自励振動を成長させ、実際の振幅が指令値よりも大きいときには、フィードバックゲインを小さくして、振動を減衰させるというように、フィードバックゲインの値を変えることにより、振幅を一定とする方法がある。この方法では、検出された振動機器の実際の振幅と振幅指令値の偏差Δｒに応じてフィードバックゲインを定めている。
【０００３】
自励振動型振動装置の一例として、図１２には、振動パーツフィーダ２が示されている。また、図１３には、この自励振動型振動装置である振動パーツフィーダ２を伝達関数で表したブロック線図が示されている。振動パーツフィーダ２の可動部であるボウル１０は、質量ｍが加速度ｄ² ｘ／ｄｔ² で振動している時、１／ｓ（ｓはラプラス変換子−以下同様）の積分要素を介すると、速度ｄｘ／ｄｔとなり、これに粘性係数ｃをかけたものが振動減衰力として質量ｍに作用する。また、速度ｄｘ／ｄｔが積分要素１／ｓを介すると、変位ｘとなり、これにばね定数ｋをかけたものが復元力として質量ｍに作用する。なお、このボウル１０は、実際には、図１２で示すように、下方のベースブロック１１に、等角度間隔に配設された複数の傾斜板ばね１２により結合されている。ベースブロック１１上には固定電磁石１３が固定されており、これにコイル１４が巻装されている。また、傾斜板ばね１２の上端部に近接しうず電流型のセンサ１６が配設されていて、これはベースブロック１１上に支柱を介して支持されている。このセンサ１６は、ボウル１０の振動の変位ｘを検出している。
【０００４】
センサ１６により検出される変位ｘの出力信号は、図１３に示される電気回路４内のＤＣカットフィルタ（ハイパスフィルタ）８を介して、振幅検出器５と、自励発振コントローラ３’とに供給される。振幅検出器５では、公知のように検出された変位ｘの絶対値Ａｂｓを取り、ローパスフィルタ５０で平滑化して、変位ｘからボウル１０の振幅ｘ’（これは、変位ｘの出力信号に相当する直流レベルである）を得ている。なお、この振幅検出器５は、半波整流型やｒｍｓ回路などであってもよい。そして、この振幅ｘ’を出力として、振幅コントローラ６’に供給する。振幅コントローラ６’では、振幅ｘ’と、目標振幅値である振幅指令値ｘｒとの偏差Δｒを算出し（但し、これらは両方とも実効値に直して算出されている）、この偏差Δｒに基づいて可変ゲインＫ₀ の値を定め、自励振動コントローラ３’の可変増幅器７が、この可変ゲインＫ₀ の値を取り得るように調節する。自励振動コントローラ３’では、可変増幅器７においてこの可変ゲインＫ₀ の値で、フィードバックされた変位ｘの信号を増幅する。更に、これを電力増幅器９で増幅する。なお、図１３では、電力増幅器９は飽和特性で示されているが、これは電力増幅器９の出力は、実際には無限大にならずある有限の値となるため、このように表している。そして、これが固定電磁石１３のコイルに供給されて、振動パーツフィーダ２のボウル１０を加振する。
【０００５】
従って、図１２の振動パーツフィーダ２は、図１３に示すような閉ループで概念的に示されるが、ボウル１０の伝達関数において共振周波数では、力と変位との間で９０度（π／２）位相が遅れる。更に、振動駆動源として電磁石を用いたため、フィードバックゲインが９０度（π／２）遅延する。従って、開ループにおいて１８０度（π）の位相差が生じ、可変ゲインＫ₀ が安定限界より大きいときに、この振動系が発振して、振幅が成長する。すなわち、検出された振幅が振幅指令値より小さいときには、この可変ゲインＫ₀ を安定限界ゲインＫ_cr’より大きくし、定常状態では、可変ゲインＫ₀ を安定限界ゲインＫ_cr’として、振動を発振させ、振幅を一定値としている。
【０００６】
ところで、特願平７−９７７４０号では、自励振動の立ち上がり特性をよくし、定常状態における高周波成分（リップル）による可変ゲインの変動を抑えるために、可変ゲインＫ₀ を定める関数Ｋを、図１３のブロック図で示されるように（符号１８は加算器であり、符号１９は乗算器である）、Ｋ＝Ｋ₁ ・Δｒ＋Ｋ₃ ・（Δｒ）³ ＋Ｋ_cr”（Ｋ₁ 、Ｋ₃ は零以外の定数、Ｋ_cr”は安定限界ゲインである）で与えている。すなわち、Δｒ＝０となるべき定常状態では、与えられたフィ−ドバックゲインＫ₀ を定数の安定限界ゲインＫ_cr”で与えることにより、自励振動型振動装置の振動を発振状態とし、振幅を一定としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、定常状態の（すなわち振幅一定となったときの）可変ゲインＫ₀ を与える実際の安定限界ゲインＫ_cr’は、系の特性が変われば、すなわち負荷となる振動機器のばね定数ｋ、質量ｍ、減衰率ｃなどが変化すれば、公知のように系の安定条件が変わるため、変わってしまう。フィードバックゲインを可変にして振幅を一定とする自励振動型振動装置では、振動系の実際の安定限界ゲインＫ_cr’が変わっても、実際の安定限界ゲインＫ_cr’より可変ゲインＫ₀ が大きければ自励振動が生じて振動が成長し、実際の安定限界ゲインＫ_cr’より可変ゲインＫ₀ が小さければ減衰振動となる。この結果、振動の開始から充分に長い時間が経過すると、すなわち定常状態では、可変ゲインＫ₀ は実際の安定限界ゲインＫ_cr’となる。しかし、実際の安定限界ゲインＫ_cr’は、偏差Δｒ＝０のときに可変ゲインＫ₀ が取り得るように設定されている安定限界ゲインＫ_cr”と等しくない場合がある。安定限界ゲインＫ_cr”と実際の安定限界Ｋ_cr’とが等しくないときには、安定限界ゲインＫ_cr”と実際の安定限界ゲインＫ_cr’との差を可変ゲインＫ₀ を与える他の項のＫ₁ ・Δｒが補償する（このときＫ_2N+1（Δｒ）^2N+1の項は、定常状態ではほぼ零であるので無視できる）ことによって、定常状態で、可変ゲインＫ₀ が実際の安定限界ゲインＫ_cr’となる。すなわち、偏差Δｒ≠０となることで、振動発生から充分に時間が経過した後は、可変ゲインＫ₀ は、実際の安定限界ゲインＫ_cr’となり、振幅が一定となる。
【０００８】
このことを更に、具体的な例を挙げて説明する。例えば、図１３で示すブロック図において、所望の振幅指令値ｘｒを１００（実際にはこの実効値が供給される）、振動系の質量ｍを１、振動系の減衰率ｃを０．０１、振動系のばね定数ｋを１としたときの系が発振する安定限界ゲインを安定限界ゲインＫ_cr”、すなわちＫ_cr”＝０．０１と設定とする。なお、このときＫ₁ ＝０．００１、Ｎ＝１、Ｋ₃ ＝１／３５００００とし、すなわち可変ゲインＫ₀ を定める関数Ｋは、Ｋ＝０．００１・Δｒ＋Δｒ³ ／３５００００＋０．０１で与えられるとする。このときの振幅波形（図１３に示されるスコープ２０で検出される変位を縦軸に、時間を横軸に取って得られる波形）を図１４（振動開始後、９００ｓｅｃ〜１０００ｓｅｃにおける（このときには定常状態となっている）拡大図も示している）に示す。図１４から明らかなように、この系では、定常状態の振幅は振幅指令値の１００となっており、何の問題もない。
【０００９】
しかしながら、例えば振動パーツフィーダ２に供給される部品が多くなって、振動系の質量ｍが大きくなり、例えば、他の条件は変わらないが、振動系の質量ｍのみが２と変化したような場合の振幅波形（図１４と同様に、図１２に示されるスコープ２０で検出される変位を縦軸に、時間を横軸に取って得られる波形である）は、図１５に示すようになる。なお、この図１５でも、図１４と同様に、振動開始後、９００ｓｅｃ〜１０００ｓｅｃにおける（このときには定常状態となっている）拡大図も示している。図１５では、定常状態において、振幅指令値が１００であるにもかかわらず、約１１０程度の振幅となっている。すなわち、定常状態では、振幅指令値と実際の振幅値との偏差Δｒが約１０程度、生じている。これは、質量が２となったときの実際の安定限界ゲインＫ_cr’は、基準状態における安定限界ゲインＫ_cr”と異なるため、上述したように、実際の安定限界ゲインＫ_cr’と設定した安定限界ゲインＫ_cr”との差を、Ｋ₁ ・Δｒの項が補っているためである。従って、負荷となる振動機器のばね定数ｋ、質量ｍ、減衰率ｃなどが変化して、振動系の特性が大きく変化した場合には、偏差Δｒが大きくなり、定常状態において所望の振幅値を得ることができないという問題が生じる。
【００１０】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、負荷となる振動機器のばね定数ｋ、質量ｍ、減衰率ｃなどが変化しても、常に、所望の振幅値で一定振幅の振動をすることのできる自励振動型振動装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の課題は、振動機器の振動速度を検出する振動速度検出手段と、該振動速度検出手段の出力を正帰還信号としてフィードバックし、前記振動速度検出手段の前記出力を可変ゲインＫ₀ で増幅するコントローラと、該コントローラからの出力を電力増幅する電力増幅器と、該電力増幅器の出力を受け前記振動機器を加振する振動駆動源と、前記振動速度検出手段の出力信号から前記振動機器の振幅を検出する振幅検出手段と、前記可変ゲインＫ₀ を定める関数Ｋを出力する振幅コントローラとを備え、前記振幅検出手段から検出された振幅が振幅指令値との間に偏差を持つ場合、自励振動を成長又は減衰させるようにした自励振動型振動装置において、前記関数Ｋが、前記振幅検出手段から検出された前記振幅と前記振幅指令値との振幅偏差Δｒに関して、Ｋ＝Ｋ₁ ・Δｒ＋Ｋ_2N+1・（Δｒ）^2N+1＋Ｋ_s ・∫Δｒｄｔ＋Ｋ_cr（但し、Ｋ_2N+1は係数、Ｋ₁ 、Ｋ_s は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋ_crはオフセットゲイン）として表わされることを特徴とする自励振動型振動装置、によって解決される。
【００１２】
このような構成にすることにより、可変ゲインＫ₀ を与えるゲインＫが、目標振幅値である振幅指令値と検出された振幅値との偏差Δｒに関して、Ｋ＝Ｋ₁ ・Δｒ＋Ｋ_2N+1・（Δｒ）^2N+1＋Ｋ_s ・∫Δｒｄｔ＋Ｋ_cr（但し、Ｋ_2N+1は係数、Ｋ₁ 、Ｋ_s は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋ_crはオフセットゲイン）で与えられる。すなわち可変ゲインＫ₀ を定める関数Ｋは、Ｋ_s ・∫Δｒｄｔの積分要素を備えている。このオフセットゲインＫ_crと実際の安定限界ゲインＫ_cr’は、偏差Δｒの比例要素だけでなく、この積分要素によって補償される。従って、オフセットゲインＫ_crが、実際の安定限界ゲインＫ_cr’と大きく異なっても、積分要素がその差を補償するので、偏差Δｒを大きくせずに、定常状態において可変ゲインＫ₀ を実際の安定限界ゲインＫ_cr’とほぼ一致させることができる。従って、振動機器のばね定数、質量、減衰率などが変化しても、定常状態には、所望の振幅値で振動させることができる。
【００１３】
また、以上の課題は、振動機器の振動変位を検出する振動変位検出手段と、該振動変位検出手段からの出力を負帰還信号としてフィードバックし、前記振動変位検出手段の前記出力を可変ゲインＫ₀ で増幅し、積分要素又は一次遅れ要素で位相遅れ制御するコントローラと、該コントローラからの出力を電力増幅する電力増幅器と、該電力増幅器の出力を受け前記振動機器を加振する振動駆動源と、前記振動変位検出手段の出力信号から前記振動機器の振幅を検出する振幅検出手段と、前記可変ゲインＫ₀ を定める関数Ｋを出力する振幅コントローラとを備え、前記振幅検出手段から検出された振幅が振幅指令値との間に偏差を持つ場合、自励振動を成長又は減衰させるようにした自励振動型振動装置において、前記関数Ｋが、前記振幅検出手段から検出された前記振幅と前記振幅指令値との振幅偏差Δｒに関して、Ｋ＝Ｋ₁ ・Δｒ＋Ｋ_2N+1・（Δｒ）^2N+1＋Ｋ_s ・∫Δｒｄｔ＋Ｋ_cr（但し、Ｋ_2N+1は係数、Ｋ₁ 、Ｋ_s は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋ_crはオフセットゲイン）として表わされることを特徴とする自励振動型振動装置、によって解決される。
【００１４】
このような構成にすることにより、可変ゲインＫ₀ を与えるゲインＫが、目標振幅値である振幅指令値と検出された振幅値との偏差Δｒにおいて、Ｋ＝Ｋ₁ ・Δｒ＋Ｋ_2N+1・（Δｒ）^2N+1＋Ｋ_s ・∫Δｒｄｔ＋Ｋ_cr（但し、Ｋ_2N+1は係数、Ｋ₁ 、Ｋ_s は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋ_crはオフセットゲイン）で与えられる。すなわち可変ゲインＫ₀ を与える式がＫ_s ・∫Δｒｄｔの積分要素を備えている。すなわち、このオフセットゲインＫ_crと実際の安定限界ゲインＫ_cr’は、偏差Δｒの比例要素だけでなく、この積分要素によって補償される。従って、オフセットゲインＫ_crと実際の安定限界ゲインＫ_cr’との差が大きいときには、その大きな差を積分要素が補償するため、偏差Δｒを大きくせずに、定常状態において可変ゲインＫ₀ を実際の安定限界ゲインＫ_cr’とほぼ一致することができる。従って、振動機器のばね定数、質量、減衰率などが変化しても、定常状態の振幅値は、所望の振幅指令値となる。また、フィードバックされる信号が変位信号であるので、変位センサからの出力をそのまま用いることができ、ノイズの影響を少なくすることができる。
【００１５】
また、以上の課題は、振動機器の振動変位を検出する振動変位検出手段と、該振動変位検出手段からの出力を負帰還信号としてフィードバックし、前記振動変位検出手段の前記出力を可変ゲインＫ₀ で増幅するコントローラと、該コントローラからの出力を電力増幅する電力増幅器と、該電力増幅器の出力を受け前記振動機器を加振するための磁気吸引力を発生する電磁石と、前記振動変位検出手段の出力信号から前記振動機器の振幅を検出する振幅検出手段と、前記可変ゲインＫ₀ を定める関数Ｋを出力する振幅コントローラとを備え、前記振幅検出手段から検出された振幅が振幅指令値との間に偏差を持つ場合、自励振動を成長又は減衰させるようにした自励振動型振動装置において、前記関数Ｋが、該振幅検出手段から検出された前記振幅と前記振幅指令値との振幅偏差Δｒに関して、Ｋ＝Ｋ₁ ・Δｒ＋Ｋ_2N+1・（Δｒ）^2N+1＋Ｋ_s ・∫Δｒｄｔ＋Ｋ_cr（但し、Ｋ_2N+1は係数、Ｋ₁ 、Ｋ_s は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋ_crはオフセットゲイン）として表わされることを特徴とする自励振動型振動装置、によって解決される。
【００１６】
このような構成にすることにより、可変ゲインＫ₀ を与えるゲインＫが、目標振幅値である振幅指令値と検出された振幅値との偏差Δｒにおいて、Ｋ＝Ｋ₁ ・Δｒ＋Ｋ_2N+1・（Δｒ）^2N+1＋Ｋ_s ・∫Δｒｄｔ＋Ｋ_cr（但し、Ｋ₁ 、Ｋ_2N+1は係数、Ｋ_s は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋ_crはオフセットゲイン）で与えられる。すなわち、可変ゲインＫ₀ を与える式がＫ_s ・∫Δｒｄｔの積分要素を備えている。そのため、このオフセットゲインＫ_crと実際の安定限界ゲインＫ_cr’の差は、偏差Δｒの比例要素だけでなく、この積分要素によって補償される。従って、オフセットゲインＫ_crと実際の安定限界ゲインＫ_cr’との差が大きい場合には、この大きい差を積分用度が補償してくれるので、偏差Δｒを大きくせずに、定常状態において、可変ゲインＫ₀ を実際の安定限界ゲインＫ_cr’にほぼ一致させることができる。従って、振動機器のばね定数、質量、減衰率などが変化しても、定常状態では、所望の振幅指令値で振動させることができる。また、振動駆動源として、９０度（π／２）遅れの電磁石を用いたので、コントローラに位相遅れを生じさせる要素を含ませなくてもよく、構成を簡単にすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
目標値である振幅指令値と検出された振幅値との偏差Δｒが大きいときには、正帰還される速度信号（これは振動速度検出手段により検出される）又は負帰還される変位信号（これは振動変位検出手段により検出される）を増幅する可変ゲインＫ₀ を大きくして、自励振動を発生させ、振動を成長させるようにした自励振動型振動装置において、可変ゲインＫ₀ を与えるゲインＫを、Ｋ＝Ｋ₁ ・Δｒ＋Ｋ_2N+1・（Δｒ）^2N+1＋Ｋ_s ・∫Δｒｄｔ＋Ｋ_cr（但し、Ｋ_2N+1は係数、Ｋ₁ 、Ｋ_s は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋ_crはオフセットゲイン）で変化させる。すなわち、積分要素を有するようにしたので、実際の安定限界ゲインＫ_cr’とオフセットゲインＫ_crとの差は、だいたいがこの積分要素により補償される。従って、途中で振動系の特性が変化して、実際の安定限界ゲインＫ_cr’が、オフセットゲインＫ_crと大きく異なる場合（例えば振動機器が振動パーツフィーダであり、これに供給される供給部品の量が大きく変化した場合など）であっても、偏差Δｒが大きくならずに、定常状態の可変ゲインＫ₀ が実際の安定限界ゲインＫ_cr’を取り得る。従って、振動系の特性が変化した場合でも、振幅が一定となる定常状態では、実際の振幅値が、ほぼ振幅指令値と等しくなる。すなわち、振動機器を所望の振幅値で、安定に駆動することができる。
【００１８】
また、可変ゲインＫ₀ を与えるゲインＫが、Ｋ＝Ｋ₁ ・Δｒ＋Ｋ_2N+1・（Δｒ）^2N+1＋Ｋ_s ・∫Δｒｄｔ＋Ｋ_crで表されるときに、Ｋ_2N+1を零以外の係数とすることによって、すなわち奇関数によりゲインを与えることにより、立ち上がり特性を良好することができる。また、立ち上がり特性を良好とできるので、比例要素であるＫ₁ ・Δｒの係数Ｋ₁ の値を小さくでき、定常状態におけるリップルの影響によるゲインＫの変動を抑えることができる。
【００１９】
また、振動機器の特性が、ある基準状態から大きく変動しない場合には、その基準状態の安定限界ゲインをオフセットゲインＫ_crとすれば、積分要素によって補償する実際の安定限界ゲインＫ_cr’とオフセットゲインＫ_crとの差を小さくすることができる。このように積分要素によって補償する量を小さくすれば、積分要素はいわば遅れ要素であるため、遅れ要素を小さくすることができる。従って、よりリアルタイムに近い状態で、実際の安定限界ゲインＫ_cr’とオフセットゲインＫ_crとの差を補償することができるので、より適切な制御を行なうことができる。
【００２０】
なお、振幅検出器で高周波成分をすべて除去できない場合には、定常状態でも可変ゲインＫ₀ が大きく変動し、可変ゲインＫ₀ を与えるゲインＫが負値となる場合がある。例えば、定常状態において検出された振動機器の変位が図８のＡに示すように変化するとする。このとき振幅検出器で振動機器の変位が完全に平滑化され、高周波成分がすべて除去できる際には、定常状態では、図８のＢの一点鎖線で示す一定値、可変ゲインＫ₀ は実際の安定限界ゲインＫ_cr’を出力する。しかしながら、振幅検出器で高周波成分がすべて除去することは難しく、例えば振動検出器で検出される正弦波信号の周波数の２倍の周波性成分などが残ることになる。このとき、除去できなかった高周波成分が実際の安定限界ゲインＫ_cr’に重畳するので、可変ゲインＫ₀ の出力が変動する。この重畳される高周波成分が図８のＢに実線で示すように大きい場合には、可変ゲインＫ₀ がマイナスの値となる。これをそのまま出力すると、振動機器に加振力を与える指令電圧の波形は、図８のＣの実線で示すようになる。なお、図８のＣには、可変ゲインＫ₀ が一定値（安定限界ゲインＫ_cr’）を取り得るとき（理想的に高周波成分がすべて除去された状態のとき）の指令電圧の波形を一点鎖線で示している。なおまた、図８のＣに示される指令電圧波形は、図８のＡに示される変位の波形と位相が１８０度（π）ずれている。図８のＣの実線で示される指令電圧の振幅では、負値の場合の出力は、Ｗで示される部分であり、指令電圧の波形にはかなり多くの高周波成分が含まれてしまう。従って、振動機器を共振周波数で駆動することができなくなり、加えて、騒音も大きく発生する。また、振幅の制御が困難になっていく。従って、ゲインＫが負値であるときに、可変ゲインＫ₀ を零とするゲインリミッタを備えれば、このような問題を抑制することができる。すなわち、このとき、ゲインＫ＞０のときには、可変ゲインＫ₀ ＝ゲインＫであるが、ゲインＫ≦０のときには、可変ゲインＫ₀ ＝０である。
【００２１】
なお、ゲインコントローラに、積分要素を追加すると、振動機械の起動直後、自励振動が立ち上がっていく過程において、目標振幅と実際の振幅の偏差が積分要素に蓄積され、過大なオーバーシュートの原因となる。従って、積分要素の係数Ｋ_s を、例えば、自励振動開始時には、その係数Ｋ_s をごく小さくして、時間経過とともに徐々に大きくするといったような、時間の経過に伴って変化させるとよい。なお、このとき、自励振動の開始時刻から前記振動機器の振幅が所定の時刻に達するまでは積分要素の係数Ｋ_s が零であるようにすれば、又は、自励振動の開始時刻から前記振動機器の振幅が所定の時刻に達するまでは、積分制御を行なわないようにすれば（すなわち自励振動の開始時刻から前記振動機器の振幅が所定の時刻に達するまでは、∫Δｒｄｔを構成する積分器への入力ゲインが零であるようにすれば）、オーバーシュートを抑えることができる。更に、この所定の時刻を、振幅検出手段において検出された振動機器の振幅が、振幅指令値の所定の割合に達したとき、例えば検出された振幅が振幅指令値の７０％程度に達したときとすれば、振幅指令値の大きさが変わっても、常に、オーバーシュートを抑えることが可能である。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例につき、図面を参照して説明するが、上記従来例と同様な部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
図１は本発明の実施例の自励振動型振動装置のブロック図を示すものであるが、図において振動機械２１は、本実施例では振動パーツフィーダに限らず、一般の振動機器とする。なお、この振動機械２１は、従来例の振動パーツフィーダ２と同様に、質量ｍが加速度ｄ² ｘ／ｄｔ² で振動している時、１／ｓ（ｓはラプラス変換子−以下同様）の積分要素を介すると、速度ｄｘ／ｄｔとなり、これに粘性係数ｃをかけたものが振動減衰力として質量ｍに作用する。また、速度ｄｘ／ｄｔが積分要素１／ｓを介すると、変位ｘとなり、これにばね定数ｋをかけたものが復元力として質量ｍに作用する。振動機械２１の変位ｘは、上記従来例と同様に、センサから構成される振動変位検出器２２により検出される。この検出された変位ｘの出力信号は、振幅検出器５及び自励発振コントローラ３に供給される。振幅検出器５は、従来例と同様に、変位ｘの信号から振動機械２１の振幅を求めて、後述する振幅コントローラ３０に供給される。
【００２４】
一方、自励発振コントローラ３は、振幅コントローラ３０が与える可変ゲインＫ₀ を受け、可変増幅器７において、この可変ゲインＫ₀ の増幅率で、フィードバックされた変位ｘの信号を増幅する。なお、自励発振コントローラ３に供給される変位ｘの信号には、ノイズｎが加わることがある。そして、更に、これを電力増幅器９で増幅し、振動機械２１に加振力を与える振動駆動源１７に供給する。本実施例では、この振動駆動源１７は、電磁石であり、９０度（π／２）の位相遅れを有している。従って、開ループにおいて１８０度（π）の位相遅れが生じ、可変ゲインＫ₀ が安定限界ゲインＫ_cr’より大きければ、自励振動を生じて、振動が成長する。
【００２５】
次に、本発明に係わる振幅コントローラ３０について、図２を参照して説明する。
【００２６】
振幅コントローラ３０には、所望の振幅値である振幅指令値ｘｒが入力されている。更に、これには、振幅検出器５から検出された振幅値ｘ’が供給される。振幅コントローラ３０では、加減算器２４で振幅指令値ｘｒと振幅値ｘ’と偏差Δｒが算出され、すなわち振幅指令値ｘｒから振幅値ｘ’が減算される。この得られた偏差Δｒに基づいて、可変ゲインＫ₀ を与えるゲインＫが算出されるのである。すなわち、この偏差Δｒは、比例値算出部２５、３乗値算出部２６及び積分値算出部２７に供給される。比例値算出部２５では、偏差Δｒを係数Ｋ₁ で増幅している。また、３乗値算出部２６では、乗算器１９’で偏差Δｒを３回かけた後、すなわち（Δｒ）³ を求めた後、係数Ｋ₃ で増幅している。更に、積分値算出部２７では、偏差Δｒを係数Ｋ_s で増幅した後、積分要素１／ｓを介している。そして、比例値算出部２５、３乗値算出部２６及び積分値算出部２７の演算結果を加算器２８によって加算する。更に、この値に、（例えば基準状態で取り得る安定限界ゲインなどの）設定されている安定限界ゲインＫ_crを加算器２８’により加える。このようにして、振幅コントローラ３０は、Ｋ＝Ｋ₁ ・Δｒ＋Ｋ₃ ・（Δｒ）³ ＋Ｋ_s ・∫Δｒｄｔ＋Ｋ_crを計算し、ゲインＫが求まる。更に、本実施例では、振幅コントローラ３０と可変増幅器７との間に、ゲインリミッタ２９が配設されている。このゲインリミッタ２９は、振幅コントローラ３０で求められたゲインＫがプラスの値を有したときには、そのままの値を出力し、ゲインＫがマイナスの値を有したときには、零の値を出力している。すなわち、このとき、ゲインＫ＞０のときには、可変ゲインＫ₀ ＝ゲインＫであるが、ゲインＫ≦０のときには、可変ゲインＫ₀ ＝０である。
【００２７】
本発明の実施例は上述のように構成されるが、次に、この作用について説明する。
【００２８】
図示せずとも、図１の電力増幅器９には直流電源がスイッチを介して接続されており、振動機械２１の自励発振駆動にあたっては、このスイッチを閉じて電力増幅器９を作動状態におく。その他、自励発振コントローラ３、振幅コントローラ３０なども同様に作動状態に置かれる。振幅コントローラ３０においては最初は、外部ノイズｎなどの微小な信号により振動が発振され、振動機械２１の可動部の振幅が零であることにより、振幅偏差Δｒは最大となる。従って、これに応じてゲインＫは、Ｋ＝Ｋ₁ ・Δｒ＋Ｋ₃ ・（Δｒ）³ ＋Ｋ_s ・∫Δｒｄｔ＋Ｋ_crで求まり、このときの値は、正値であるので、可変ゲインＫ₀ はゲインＫとなる。従って、安定限界ゲインＫ_cr’より大きく、自励振動が発生し、振動が成長する。なお、本実施例では、奇関数を用いているので、その立ち上がり特性がよい。
【００２９】
図３は、実際にシミュレーションしたモデルのブロック線図を示している。このブロック線図は、振幅コントローラ３０以外は、従来例のブロック線図である図９と同様な構成を有している。なお、図３においては、加算器２８”は、比例値算出部２５、３乗値算出部２６、積分値算出部２７及びオフセットゲインＫ_crとを加算しており、すなわち加算器２８及び加算器２８’の両方を合わせ持つ。更に、図３において、振動系の目標振幅値を１００、係数Ｋ₁ を０．００１、係数Ｋ₃ を１／３５００００、Ｋ_s を０．００００１、安定限界ゲインＫ_crを０．００としている。そして、振動機械２１の系において、振動機械２１の質量ｍを１、振動機械２１の減衰率ｃを０．０１、振動機械２１のばね定数ｋを１としたときに得られる振幅波形（横軸を時間としている）を図４（振動開始後、９００ｓｅｃ〜１０００ｓｅｃにおける（このときには定常状態となっている）拡大図も示している）に示す。更に、この系において振動機械２１の質量ｍのみを変えて、例えば、すなわち振動機械２１の質量ｍを２（他の条件は図４の波形が得られた条件と全く同じ）としたときの振幅波形（横軸を時間としている）を図５（振動開始後、９００ｓｅｃ〜１０００ｓｅｃにおける（このときには定常状態となっている）拡大図も示している）に示す。図４及び図５の（定常状態を示している）拡大図のから明らかなように、振動機械２１の系が異なっても、振動機械２１の振幅は、所望の振幅指令値１００となっている。
【００３０】
しかしながら、図４及び図５では、振幅指令値１００に対して、１３０程度のオーバシュートが生じている。そのため、整定時間が従来よりも大幅にかかってしまう（従来例の整定時間は約１５０ｓｅｃ程度であるのに対し、図４及び図５では約６００ｓｅｃ程度）。これは、振動の立ち上げ時に目標振幅と実際の振幅の偏差が積分要素に蓄積されるためである。従って、この過大なオーバーシュートを防止するため、振幅コントローラ３０の代わりに、積分値算出部２７’に入力される偏差△ｒを振動開始直後には入力せず（積分制御がＯＦＦである）、一定時間経過後から△ｒを入力する振幅コントローラ３０’を用いる。この振幅コントローラ３０’は、そのブロック線図が図６に示されているが、積分値算出部２７’以外の部分は、振幅コントローラ３０’と全く同様に構成され、また係数Ｋ₁ や係数Ｋ₃ 及びオフセットゲインＫ_crの値も図３と全く同様に設定されている。積分値算出部２７’は、スイッチ３２を有しており、スイッチ３２を介して、一定値０（零）又は偏差Δｒが供給される。このスイッチ３２は、時計３３から１／Ｔの増幅率を有する増幅器３４を介して供給される切換信号Ｄが１となったときに切り換わる。本実施例では、振動開始時には一定値０（零）が供給されているが、増幅器３３のＴが１００に設定されているので、時計３３において１００秒となったときに切換信号Ｄが１になって、スイッチ３２が切換えられると、偏差Δｒが供給される。すなわち、自励振動の開始から１００ｓｅｃまでは、積分値算出部２７’の出力が零となるように、一定値０（零）が供給され、時計３３において自励振動の開始から１００ｓｅｃ経過した後には、積分値算出部２７’に偏差Δｒが供給される。従って、１００ｓｅｃ経過してはじめて、積分要素たるＫ_s ・∫ΔｒｄｔがゲインＫに追加されることになる。
【００３１】
この図６で示されるブロック図でシミュレーションしたときに得られた振幅波形を図７に示す。図７から明らかなように、そのオーバーシュートは約１１０程度となり、過大なオーバーシュートが抑制され、また整定時間も３５０ｓｅｃと、上記実施例の場合より短くなる。なお、定常状態において振動機械２１の実際の振幅値は、所望の振幅値である振幅指令値と等しくなっている。
【００３２】
以上、本発明の実施例について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。
【００３３】
例えば以上の実施例では、振動機械２１の振動変位を検出し、この検出信号を自励発振コントローラ３に負帰還し、振動駆動源として電圧と加振力との間に９０度（π／２）の位相遅れがある電磁石を用いた。しかしながら、振動駆動源として、電圧と加振力との間に位相遅れがない場合、図９に示すように、例えば動電型や圧電型などの振動駆動源１７’を用いる場合には、９０度（π／２）の位相遅れ（図９では一次遅れ要素で示されているが、積分要素でもよい）を生じさせるような位相コントローラ４１を具備した自励発振コントローラ３”を用いれば、本発明は適用可能である。この位相遅れがない振動駆動源１７’を用いた自励振動型振動装置としては、例えば図１０に示す振動パーツフィーダ２’がある。これは、トラック１０ａ’が形成された可動部であるボウル１０’がベースブロック１１’と複数の等角度間隔で配設された傾斜板ばね１２’によって結合されている。ベースブロック１１’は床上に防振ゴム４３により支持されている。ボウル１０’とベースブロック１１’の間には公知の駆動質量体４４が配設され、これはベースブロック１１’とほぼ水平でかつ等角度間隔で配設された板ばね４５で結合されている。各板ばね１５の両面には、圧電素子４６ａ、４６ｂが貼着され、図示しない交流電圧が印加されている。従って、交流電圧の印加により、圧電素子が４６ａ、４６ｂが位相遅れなく、板ばね１５に曲げ振動は発生し、振動パーツフィーダが振動される。なお、図９に示す自励発振コントローラ３”では、位相コントローラ４１は可変増幅器７の前に設けたが、可変増幅器７の後に設けてもよい。また、上記実施例では、振幅検出器として、全波整流型の検出器、すなわち絶対値変換とローパスフィルタとを使用したが、この他の方法によって、例えば、半波整流型の検出器、又はｒｍｓ回路を用いた検出器を使用してもよい。
【００３４】
また、図１１に示すように、振動速度検出器４２において振動機械２１の振動速度を検出し、これを正帰還し、振動速度から振幅を得る（例えば積分器を有する）振幅検出器からの出力を受ける振幅コントローラ３０が与える可変ゲインＫ₀ により増幅して、自励振動を発生させるようにしてもよい。
【００３５】
また、上記実施例では、ゲインＫが正値のときには、その値を出力し、ゲインＫが負値であるときに可変ゲインＫ₀ を零とするゲインリミッタ２９を設けた。しかしながら、振幅コントローラ３０、３０’から出力されるゲインＫが負値のときに零となるようなゲインリミッタであればよく、例えばゲインＫが実際の安定限界ゲインＫ_cr’より充分に小さい正の値以下のときにはゲインＫを零とし、この正の値より大きいときには、ゲインＫをそのまま出力するようなゲインリミッタとしてもよい。また、振幅検出器５において高周波成分がほぼ除去でき、安定限界ゲインの変動が小さく、可変ゲインＫ₀ を与えるゲインＫが常に正の値となるような場合には、このゲインリミッタを設けずともよい。
【００３６】
更に、上記実施例では、過大なオーバーシュートを抑制するために、１００ｓｅｃまでは、Δｒを供給せずに一定値０（零）を供給して、積分要素（Ｋ_s ／ｓ）をＯＦＦとし、１００ｓｅｃ経過後には、Δｒが供給されて積分要素（Ｋ_s ／ｓ）がＯＮとなるような積分値算出部２７’を有した振幅コントローラ３０’とした。すなわち、∫Δｒｄｔを構成する積分要素への入力ゲインが、１００ｓｅｃまでは零であるようにした。この他、積分要素の係数Ｋ_s を時間的に変化させて、振動機器の起動直後は一定値（例えば零）としてもよい。ただし、この場合には、積分要素の係数Ｋ_s が零であっても、積分要素には常にΔｒが供給されているので、積分要素に、目標振幅と実際の振幅の偏差が蓄積されるため、所定時間経過した後に、積分要素の係数Ｋ_s を徐々に大きくする必要がある。もちろん、積分要素がＯＮとなる時間は、これに限定されることなく、例えば、振動の成長によって、すなわち検出された振動機器の振幅が、振幅指令値の所定の割合に達したときに、積分要素がＯＮとなるようにしてもよい。また、振幅開始直後は、積分要素の値が小さくなるようにし、振幅が成長するのに伴って、積分要素の値が大きくなるようにしてもよい。この場合には、予め時間の経過に応じて積分要素の値を定めた表を使用してもよいし、また検出された振動機器の振幅が、振幅指令値の所定の割合に達した毎に、積分要素の値を変えるようにしてもよい。
【００３７】
なお、上記実施例では、可変ゲインＫ₀ を与えるゲインＫを、Ｋ＝Ｋ₁ ・Δｒ＋Ｋ₃ ・（Δｒ）³ ＋Ｋ_s ・∫Δｒｄｔ＋Ｋ_cr（但し、Ｋ₃ は係数、Ｋ₁ 、Ｋ_s は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋ_crはオフセットゲイン）としたが、Ｋ₃ ・（Δｒ）³ の代わりに、Ｋ₅ ・（Δｒ）⁵ 、Ｋ₇ ・（Δｒ）⁷ ・・・Ｋ_N ・（Δｒ）^2N+1という奇関数を用いても、立ち上がり特性を良好とすることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による自励振動型振動装置によれば、負荷となる振動系の質量、減衰率、ばね定数などが変化しても、定常状態においては、振幅指令値と振幅偏差がほぼない振幅値で振動機器の駆動ができる。すなわち、振動系の条件が変化しても、常に、定常状態となったときには、所望の振幅値で振動機器を振動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による自励振動型振動装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施例による自励振動型振動装置で用いられる振幅コントローラの詳細を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例によるシミュレーションを行なったモデルのブロック図である。
【図４】図３に示すブロック図において振動系の質量が１のときの振幅波形の時間的変化を示すタイムチャートである。
【図５】図３に示すブロック図において振動系の質量が２のときの振幅波形の時間的変化を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の実施例による振動開始後１００秒経過までは、積分要素の入力が０となる条件で、シミュレーションを行なったモデルのブロック図である。
【図７】図６に示すブロック図において振動系の質量が２のときの振幅波形の時間的変化を示すタイムチャートである。
【図８】本発明の実施例に用いたゲインリミッタの作用を説明するための波形を示す図であり、Ａはフィードバックされた変位ｘの信号波形を示し、Ｂは定常状態の可変ゲインＫ₀ を示し、Ｃは振動駆動源に与える指令電圧の波形を示している。
【図９】本発明の第１変形例による自励振動型振動装置のブロック図である。
【図１０】本発明の第１変形例が適用された振動パーツフィーダの斜視図である。
【図１１】本発明の第２変形例による自励振動型振動装置のブロック図である。
【図１２】従来例による自励振動型振動装置のブロック図である。
【図１３】従来例によるシミュレーションを行なったモデルのブロック図である。
【図１４】図１３に示すブロック図において振動系の質量が１のときの振幅波形の時間的変化を示すタイムチャートである。
【図１５】図１３に示すブロック図において振動系の質量が２のときの振幅波形の時間的変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
３自励発振コントローラ
３” 自励発振コントローラ
５振幅検出器
７可変増幅器
９電力増幅器
１７振動駆動源
１７’ 振動駆動源
２１振動機械
２２振動変位検出器
２４加減算器
２５比例値算出部
２６３乗値算出部
２７積分値算出部
２７’ 積分値算出部
２８加算器
２８’ 加算器
２８” 加算器
２９ゲインリミッタ
３０振幅コントローラ
３０’ 振幅コントローラ
３２スイッチ
３３時計
４１位相コントローラ
４２振動速度検出器
Ｋゲイン
Ｋ₀ 可変ゲイン
Ｋ₁ 零以外の係数
Ｋ_2N+1 係数
Ｋ_cr オフセットゲイン
Ｋ_s 零以外の係数
ｘ変位
ｘ’ （実際の）振幅値
ｘｒ振幅指令値
Δｒ偏差[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a self-excited vibration type vibration device.
[0002]
[Prior art]
In general, a self-excited vibration type vibration device has an advantage of automatically tracking a resonance point. However, the self-excited vibration type vibration device requires some control in order to keep the amplitude of the generated vibration constant. For example, when the actual amplitude is smaller than the command value, the feedback gain is increased to grow self-excited vibration, and when the actual amplitude is larger than the command value, the feedback gain is decreased to attenuate the vibration. In addition, there is a method of making the amplitude constant by changing the value of the feedback gain. In this method, the feedback gain is determined according to the detected deviation Δr between the actual amplitude of the vibration device and the amplitude command value.
[0003]
As an example of the self-excited vibration type vibration device, FIG. 12 shows a vibration part feeder 2. FIG. 13 is a block diagram showing the vibration parts feeder 2 which is the self-excited vibration type vibration device by a transfer function. The bowl 10 which is a movable part of the vibration parts feeder 2 has a mass m of acceleration d.² x / dt² When the vibration factor is 1 / s (s is a Laplace transducer—the same applies hereinafter), the velocity is dx / dt, which is multiplied by the viscosity coefficient c, and the vibration damping force is applied to the mass m. Works. Further, when the speed dx / dt passes through the integral element 1 / s, the displacement x is obtained, and the product of this multiplied by the spring constant k acts on the mass m as a restoring force. In practice, the bowl 10 is coupled to the lower base block 11 by a plurality of inclined leaf springs 12 arranged at equal angular intervals, as shown in FIG. A fixed electromagnet 13 is fixed on the base block 11, and a coil 14 is wound around the fixed electromagnet 13. Further, an eddy current type sensor 16 is disposed in the vicinity of the upper end of the inclined leaf spring 12, and is supported on the base block 11 via a support column. The sensor 16 detects a vibration displacement x of the bowl 10.
[0004]
The output signal of the displacement x detected by the sensor 16 is supplied to the amplitude detector 5 and the self-excited oscillation controller 3 ′ via the DC cut filter (high-pass filter) 8 in the electric circuit 4 shown in FIG. Is done. In the amplitude detector 5, the absolute value Abs of the displacement x detected in a known manner is taken and smoothed by the low-pass filter 50, and the amplitude x ′ of the bowl 10 from the displacement x (this corresponds to the output signal of the displacement x). Is a direct current level). The amplitude detector 5 may be a half-wave rectification type or an rms circuit. The amplitude x 'is supplied as an output to the amplitude controller 6'. The amplitude controller 6 ′ calculates a deviation Δr between the amplitude x ′ and the amplitude command value xr that is the target amplitude value (however, both are calculated by changing them to effective values), and based on this deviation Δr. Variable gain K₀ And the variable amplifier 7 of the self-excited vibration controller 3 '₀ Adjust so that the value of can be taken. In the self-excited vibration controller 3 ′, the variable gain K is changed in the variable amplifier 7.₀ The signal of the fed back displacement x is amplified by the value of. Further, this is amplified by the power amplifier 9. In FIG. 13, the power amplifier 9 is shown with a saturation characteristic. This is because the output of the power amplifier 9 does not actually become infinite but has a finite value. . And this is supplied to the coil of the fixed electromagnet 13, and the bowl 10 of the vibration parts feeder 2 is vibrated.
[0005]
Accordingly, the vibration parts feeder 2 of FIG. 12 is conceptually shown in a closed loop as shown in FIG. 13, but 90 degrees (π / 2) between the force and the displacement at the resonance frequency in the transfer function of the bowl 10. The phase is delayed. Furthermore, since an electromagnet is used as the vibration drive source, the feedback gain is delayed by 90 degrees (π / 2). Therefore, a phase difference of 180 degrees (π) occurs in the open loop, and the variable gain K₀ When is larger than the stability limit, this vibration system oscillates and the amplitude grows. That is, when the detected amplitude is smaller than the amplitude command value, this variable gain K₀ The stability limit gain K_crGreater than 'and in steady state, variable gain K₀ The stability limit gain K_crAs ′, vibration is oscillated and the amplitude is set to a constant value.
[0006]
By the way, in Japanese Patent Application No. 7-97740, in order to improve the rising characteristics of self-excited vibration and to suppress the fluctuation of the variable gain due to the high frequency component (ripple) in the steady state, the variable gain K₀ TheFunction to be definedAs shown in the block diagram of FIG. 13 (reference numeral 18 is an adder and reference numeral 19 is a multiplier), K = K₁ ・ Δr + K_Three ・ (Δr)^Three + K_cr"(K₁ , K_Three Is a non-zero constant, K_crIs the stability limit gain), ie, in a steady state where Δr = 0, a given feedback gain K₀ A constant stability limit gain K_crThe vibration of the self-excited vibration type vibration device is oscillated and the amplitude is constant.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the variable gain K in the steady state (ie when the amplitude becomes constant)₀ Actual stability limit gain K giving_cr'Changes if the characteristics of the system change, that is, if the spring constant k, mass m, damping rate c, etc. of the vibration device that becomes the load changes, because the stability conditions of the system change as known in the art. In a self-excited vibration type vibration device in which the feedback gain is variable and the amplitude is constant, the actual stability limit gain K of the vibration system_crEven if 'changes, the actual stability limit gain K_crVariable gain K from '₀ Is large, self-excited vibration occurs and the vibration grows, and the actual stability limit gain K_crVariable gain K from '₀ If is small, it becomes a damped vibration. As a result, when a sufficiently long time has elapsed from the start of vibration, that is, in a steady state, the variable gain K₀ Is the actual stability limit gain K_cr'. However, the actual stability limit gain K_cr′ Is a variable gain K when the deviation Δr = 0.₀ Stability limit gain K set so that can be taken_crMay not be equal to ". Stability limit gain K_cr"And the actual stability limit K_crWhen ′ is not equal, the stability limit gain K_cr"And actual stability limit gain K_crThe difference from 'is the variable gain K₀ K of other terms giving₁ Δr compensates (K_{2N + 1}(Δr)^{2N + 1}Can be ignored because it is almost zero in the steady state).₀ Is the actual stability limit gain K_cr'. That is, since the deviation Δr ≠ 0, after a sufficient time has elapsed since the occurrence of vibration, the variable gain K₀ Is the actual stability limit gain K_cr'And the amplitude is constant.
[0008]
  This will be further described with a specific example. For example, in the block diagram shown in FIG. 13, the desired amplitude command value xr is 100 (actually this effective value is supplied), the mass m of the vibration system is 1, the damping factor c of the vibration system is 0.01, The stability limit gain that the system oscillates when the spring constant k of the vibration system is 1 is the stability limit gain K_cr"K_cr"= 0.01 and set. At this time, K₁ = 0.001, N = 1, K_Three = 1 / 350,000, that is, variable gain K₀ TheFunction to be definedK is K = 0.001 · Δr + Δr^Three /350,000+0.01. The amplitude waveform at this time (waveform obtained by taking the displacement detected by the scope 20 shown in FIG. 13 on the vertical axis and the time on the horizontal axis) in FIG. 14 (from 900 sec to 1000 sec after the start of vibration (in this case steady) It is in a state) and an enlarged view is also shown). As apparent from FIG. 14, in this system, the steady-state amplitude is 100, which is the amplitude command value, and there is no problem.
[0009]
However, for example, when the number of parts supplied to the vibration part feeder 2 increases and the mass m of the vibration system increases, for example, other conditions do not change, but only the mass m of the vibration system changes to 2. FIG. 15 shows an amplitude waveform of (as in FIG. 14, a waveform obtained by taking the displacement detected by the scope 20 shown in FIG. 12 on the vertical axis and the time on the horizontal axis). FIG. 15 also shows an enlarged view from 900 sec to 1000 sec (in this case, a steady state) after the start of vibration, as in FIG. 14. In FIG. 15, in the steady state, the amplitude command value is 100, but the amplitude is about 110. That is, in the steady state, a deviation Δr between the amplitude command value and the actual amplitude value is about 10 or so. This is the actual stability limit gain K when the mass is 2_cr′ Is the stability limit gain K in the reference state_crAs described above, the actual stability limit gain K_crStability limit gain K set to '_crThe difference from "₁ This is because the term of Δr is supplemented. Therefore, when the spring constant k, mass m, damping rate c, etc. of the vibration device that becomes the load changes and the characteristics of the vibration system change greatly, the deviation Δr increases, and the desired amplitude value is obtained in the steady state. The problem that it cannot be obtained arises.
[0010]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and can always vibrate with a constant amplitude at a desired amplitude value even if the spring constant k, mass m, damping rate c, etc. of the vibrating device as a load change. It is an object to provide a self-excited vibration type vibration device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  The above-described problems include vibration speed detection means for detecting the vibration speed of a vibration device, feedback of the output of the vibration speed detection means as a positive feedback signal, and output of the vibration speed detection means to a variable gain K.₀ A controller that amplifies the vibration device, a power amplifier that amplifies the output from the controller, a vibration drive source that vibrates the vibration device in response to the output of the power amplifier, and the vibration device from the output signal of the vibration speed detection means Amplitude detecting means for detecting the amplitude of the variable gain K and the variable gain K₀ TheFunction K to be determinedA self-excited vibration type vibration device that grows or attenuates self-excited vibration when the amplitude detected from the amplitude detecting means has a deviation from the amplitude command value, SaidfunctionK is K = K with respect to an amplitude deviation Δr between the amplitude detected from the amplitude detection means and the amplitude command value.₁ ・ Δr + K_{2N + 1}・ (Δr)^{2N + 1}+ K_s ・ ∫Δrdt + K_cr(However, K_{2N + 1}Is the coefficient, K₁ , K_s Is a non-zero coefficient, N is an integer, K_crIs the offset gain)Represented asThis is solved by a self-excited vibration type vibration device.
[0012]
With this configuration, the variable gain K₀ A gain K that gives a difference Δr between an amplitude command value that is a target amplitude value and a detected amplitude value is K = K₁ ・ Δr + K_{2N + 1}・ (Δr)^{2N + 1}+ K_s ・ ∫Δrdt + K_cr(However, K_{2N + 1}Is the coefficient, K₁ , K_s Is a non-zero coefficient, N is an integer, K_crIs given by the offset gain. That is, variable gain K₀ TheFunction to be definedK is K_s -It has an integral element of ∫Δrdt. This offset gain K_crAnd actual stability limit gain K_cr′ Is compensated not only by the proportional element of the deviation Δr but also by this integral element. Therefore, the offset gain K_crIs the actual stability limit gain K_crEven if it differs greatly from ′, the integral element compensates for the difference, so that the variable gain K in the steady state can be obtained without increasing the deviation Δr.₀ The actual stability limit gain K_crIt can be made to substantially coincide with '. Therefore, even if the spring constant, mass, attenuation factor, etc. of the vibration device change, it can be vibrated with a desired amplitude value in a steady state.
[0013]
  Further, the above-described problem is that vibration displacement detection means for detecting vibration displacement of the vibration device, output from the vibration displacement detection means is fed back as a negative feedback signal, and the output of the vibration displacement detection means is variable gain K.₀ A controller that amplifies in phase and controls phase delay with an integral element or first-order lag element, a power amplifier that amplifies the output from the controller, and a vibration drive source that receives the output of the power amplifier and vibrates the vibration device, Amplitude detecting means for detecting the amplitude of the vibration device from the output signal of the vibration displacement detecting means; and the variable gain K₀ TheFunction to be definedIn a self-excited vibration type vibration device comprising an amplitude controller that outputs K, and the amplitude detected by the amplitude detecting means has a deviation from an amplitude command value, the self-excited vibration is grown or attenuated , The function K is K = K with respect to an amplitude deviation Δr between the amplitude detected by the amplitude detecting means and the amplitude command value.₁ ・ Δr + K_{2N + 1}・ (Δr)^{2N + 1}+ K_s ・ ∫Δrdt + K_cr(However, K_{2N + 1}Is the coefficient, K₁ , K_s Is a non-zero coefficient, N is an integer, K_crIs the offset gain)Represented asThis is solved by a self-excited vibration type vibration device.
[0014]
With this configuration, the variable gain K₀ Is a deviation Δr between the amplitude command value that is the target amplitude value and the detected amplitude value, K = K₁ ・ Δr + K_{2N + 1}・ (Δr)^{2N + 1}+ K_s ・ ∫Δrdt + K_cr(However, K_{2N + 1}Is the coefficient, K₁ , K_s Is a non-zero coefficient, N is an integer, K_crIs given by the offset gain. That is, variable gain K₀ Is given by K_s -It has an integral element of ∫Δrdt. That is, this offset gain K_crAnd actual stability limit gain K_cr′ Is compensated not only by the proportional element of the deviation Δr but also by this integral element. Therefore, the offset gain K_crAnd actual stability limit gain K_crWhen the difference from ′ is large, the integral element compensates for the large difference, so that the deviation Δr is not increased, and the variable gain K is maintained in the steady state.₀ The actual stability limit gain K_crIt can almost coincide with '. Therefore, even if the spring constant, mass, attenuation factor, etc. of the vibration device change, the steady-state amplitude value becomes a desired amplitude command value. Further, since the feedback signal is a displacement signal, the output from the displacement sensor can be used as it is, and the influence of noise can be reduced.
[0015]
Further, the above-described problem is that vibration displacement detection means for detecting vibration displacement of the vibration device, output from the vibration displacement detection means is fed back as a negative feedback signal, and the output of the vibration displacement detection means is variable gain K.₀ A power amplifier for amplifying the output from the controller, an electromagnet for generating a magnetic attraction force for vibrating the vibration device in response to the output of the power amplifier, and a vibration displacement detecting means Amplitude detecting means for detecting the amplitude of the vibration device from an output signal; and the variable gain K₀ Function to determineIn a self-excited vibration type vibration device comprising an amplitude controller that outputs K, and the amplitude detected by the amplitude detecting means has a deviation from an amplitude command value, the self-excited vibration is grown or attenuated , The function K is K = K with respect to the amplitude deviation Δr between the amplitude detected by the amplitude detecting means and the amplitude command value.₁ ・ Δr + K_{2N + 1}・ (Δr)^{2N + 1}+ K_s ・ ∫Δrdt + K_cr(However, K_{2N + 1}Is the coefficient, K₁ , K_s Is a non-zero coefficient, N is an integer, K_crIs the offset gain)Represented asThis is solved by a self-excited vibration type vibration device.
[0016]
With this configuration, the variable gain K₀ Is a deviation Δr between the amplitude command value that is the target amplitude value and the detected amplitude value, K = K₁ ・ Δr + K_{2N + 1}・ (Δr)^{2N + 1}+ K_s ・ ∫Δrdt + K_cr(However, K₁ , K_{2N + 1}Is the coefficient, K_s Is a non-zero coefficient, N is an integer, K_crIs given by the offset gain. That is, the variable gain K₀ Is given by K_s -It has an integral element of ∫Δrdt. Therefore, this offset gain K_crAnd actual stability limit gain K_crThe difference of ′ is compensated not only by the proportional element of the deviation Δr but also by this integral element. Therefore, the offset gain K_crAnd actual stability limit gain K_crWhen the difference from ′ is large, the degree of integration compensates for this large difference. Therefore, in the steady state, the variable gain K is not increased without increasing the deviation Δr.₀ The actual stability limit gain K_crIt can be made to substantially correspond to '. Therefore, even if the spring constant, mass, attenuation factor, etc. of the vibration device change, it can be vibrated with a desired amplitude command value in a steady state. In addition, since an electromagnet having a 90 ° (π / 2) delay is used as the vibration drive source, it is not necessary to include an element that causes a phase delay in the controller, and the configuration can be simplified.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
When the deviation Δr between the amplitude command value that is the target value and the detected amplitude value is large, a positive feedback speed signal (this is detected by the vibration speed detection means) or a negative feedback displacement signal (this is vibration) Variable gain K for amplifying (detected by the displacement detecting means)₀ In a self-excited vibration type vibration device in which self-excited vibration is generated and vibration is grown.₀ Gain K giving K = K₁ ・ Δr + K_{2N + 1}・ (Δr)^{2N + 1}+ K_s ・ ∫Δrdt + K_cr(However, K_{2N + 1}Is the coefficient, K₁ , K_s Is a non-zero coefficient, N is an integer, K_crIs an offset gain). That is, since it has an integral element, the actual stability limit gain K_cr'And offset gain K_crThe difference between is generally compensated by this integral element. Therefore, the characteristic of the vibration system changes midway, and the actual stability limit gain K_cr′ Is the offset gain K_crEven when the vibration device is a vibration part feeder (for example, when the amount of supply parts supplied to the vibration device is greatly changed), the deviation Δr does not increase, and the steady state variable gain K₀ Is the actual stability limit gain K_cr'Can be taken. Therefore, even when the characteristics of the vibration system change, in a steady state where the amplitude is constant, the actual amplitude value is substantially equal to the amplitude command value. That is, the vibration device can be stably driven with a desired amplitude value.
[0018]
Variable gain K₀ Gain K giving K = K₁ ・ Δr + K_{2N + 1}・ (Δr)^{2N + 1}+ K_s ・ ∫Δrdt + K_crIs represented by K_{2N + 1}By using a coefficient other than zero, that is, by giving a gain by an odd function, the rising characteristic can be improved. In addition, since the rise characteristic can be made good, K is a proportional factor.₁ .DELTA.r coefficient K₁ Can be reduced, and fluctuations in the gain K due to the influence of ripples in the steady state can be suppressed.
[0019]
If the characteristics of the vibration device do not vary greatly from a reference state, the stability limit gain of the reference state is set to the offset gain K_crThe actual stability limit gain K compensated by the integral element_cr'And offset gain K_crAnd the difference can be reduced. If the amount compensated by the integral element is reduced in this way, the integral element is a delay element, so that the delay element can be reduced. Therefore, in a state closer to real time, the actual stability limit gain K_cr'And offset gain K_crTherefore, more appropriate control can be performed.
[0020]
If the amplitude detector cannot remove all the high-frequency components, the variable gain K₀ Fluctuates greatly and variable gain K₀ There is a case where the gain K for giving a negative value. For example, assume that the displacement of the vibration device detected in the steady state changes as shown in FIG. At this time, when the displacement of the vibration device is completely smoothed by the amplitude detector and all high-frequency components can be removed, in a steady state, a constant value and a variable gain K indicated by a one-dot chain line in FIG.₀ Is the actual stability limit gain K_cr'Is output. However, it is difficult to remove all the high-frequency components with the amplitude detector, and for example, a frequency component twice the frequency of the sine wave signal detected by the vibration detector remains. At this time, the high frequency component that could not be removed is the actual stability limit gain K_cr'Is superposed on the variable gain K₀ The output of fluctuates. When the superposed high frequency component is large as shown by the solid line in FIG.₀ Is a negative value. If this is output as it is, the waveform of the command voltage for applying the excitation force to the vibration device is as shown by the solid line C in FIG. In FIG. 8C, variable gain K is shown.₀ Is a constant value (stable limit gain K_crThe waveform of the command voltage when it can be taken (ideally when all the high-frequency components are removed) is indicated by a one-dot chain line. In addition, the command voltage waveform shown in C of FIG. 8 is 180 degrees (π) out of phase with the waveform of the displacement shown in A of FIG. In the amplitude of the command voltage indicated by the solid line in FIG. 8C, the output in the case of a negative value is a portion indicated by W, and the waveform of the command voltage includes a considerable amount of high frequency components. Therefore, the vibration device cannot be driven at the resonance frequency, and noise is also greatly generated. In addition, amplitude control becomes difficult. Therefore, when the gain K is a negative value, the variable gain K₀ Such a problem can be suppressed by providing a gain limiter that sets zero to zero. That is, at this time, when the gain K> 0, the variable gain K₀ = Gain K, but when gain K ≦ 0, variable gain K₀ = 0.
[0021]
If an integral element is added to the gain controller, the deviation between the target amplitude and the actual amplitude is accumulated in the integral element during the process of self-excited vibration immediately after the start of the vibration machine, causing excessive overshoot. Become. Therefore, the coefficient K of the integral element_s For example, at the start of self-excited vibration, the coefficient K_s It is good to change it with the passage of time, such as making it very small and gradually increasing it with the passage of time. Note that, at this time, the coefficient K of the integral element from the start time of self-excited vibration until the amplitude of the vibration device reaches a predetermined time_s Is set to zero, or integration control is not performed until the amplitude of the vibration device reaches a predetermined time from the start time of self-excited vibration (that is, from the start time of self-excited vibration). Until the amplitude of the vibration device reaches a predetermined time, if the input gain to the integrator constituting 入力 Δrdt is zero), overshoot can be suppressed. Further, when the amplitude of the vibration device detected by the amplitude detection means reaches a predetermined ratio of the amplitude command value at the predetermined time, for example, when the detected amplitude reaches about 70% of the amplitude command value. If so, it is possible to always suppress overshoot even if the magnitude of the amplitude command value changes.
[0022]
【Example】
In the following, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same parts as those in the conventional example are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0023]
FIG. 1 is a block diagram of a self-excited vibration type vibration device according to an embodiment of the present invention. In the drawing, the vibration machine 21 is not limited to a vibration parts feeder in this embodiment, but is a general vibration device. In this vibration machine 21, as in the vibration part feeder 2 of the conventional example, the mass m is the acceleration d.² x / dt² When the vibration factor is 1 / s (s is a Laplace transducer—the same applies hereinafter), the velocity is dx / dt, which is multiplied by the viscosity coefficient c, and the vibration damping force is applied to the mass m. Works. Further, when the speed dx / dt passes through the integral element 1 / s, the displacement x is obtained, and the product of this multiplied by the spring constant k acts on the mass m as a restoring force. The displacement x of the vibration machine 21 is detected by a vibration displacement detector 22 composed of a sensor, as in the conventional example. The output signal of the detected displacement x is supplied to the amplitude detector 5 and the self-excited oscillation controller 3. Similar to the conventional example, the amplitude detector 5 obtains the amplitude of the vibration machine 21 from the signal of the displacement x and supplies it to the amplitude controller 30 described later.
[0024]
On the other hand, the self-excited oscillation controller 3 has a variable gain K given by the amplitude controller 30.₀ In the variable amplifier 7, the variable gain K₀ The signal of the displacement x fed back is amplified with an amplification factor of. Note that noise n may be added to the signal of the displacement x supplied to the self-excited oscillation controller 3. Further, this is amplified by the power amplifier 9 and supplied to the vibration drive source 17 that applies the excitation force to the vibration machine 21. In this embodiment, the vibration drive source 17 is an electromagnet and has a phase delay of 90 degrees (π / 2). Therefore, a phase delay of 180 degrees (π) occurs in the open loop, and the variable gain K₀ Is the stability limit gain K_crIf it is larger than ', self-excited vibration is generated and the vibration grows.
[0025]
Next, the amplitude controller 30 according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0026]
An amplitude command value xr that is a desired amplitude value is input to the amplitude controller 30. Further, the amplitude value x ′ detected from the amplitude detector 5 is supplied to this. In the amplitude controller 30, the adder / subtractor 24 calculates the amplitude command value xr, the amplitude value x ', and the deviation Δr, that is, the amplitude value x' is subtracted from the amplitude command value xr. Based on the obtained deviation Δr, the variable gain K₀ Is calculated. That is, the deviation Δr is supplied to the proportional value calculation unit 25, the third power value calculation unit 26, and the integral value calculation unit 27. In the proportional value calculation unit 25, the deviation Δr is converted into a coefficient K.₁ It is amplified by. In the cube value calculation unit 26, the multiplier 19 'multiplies the deviation Δr three times, that is, (Δr)^Three After calculating the coefficient K_Three It is amplified by. Further, in the integral value calculation unit 27, the deviation Δr is converted into a coefficient K._s And then through the integral element 1 / s. Then, the adder 28 adds the calculation results of the proportional value calculation unit 25, the third power value calculation unit 26, and the integral value calculation unit 27. Furthermore, a stability limit gain K (for example, a stability limit gain that can be obtained in the reference state) is set to this value._crIs added by the adder 28 '. In this way, the amplitude controller 30 is K = K₁ ・ Δr + K_Three ・ (Δr)^Three + K_s ・ ∫Δrdt + K_crAnd gain K is obtained. Further, in this embodiment, a gain limiter 29 is disposed between the amplitude controller 30 and the variable amplifier 7. The gain limiter 29 outputs a value as it is when the gain K obtained by the amplitude controller 30 has a positive value, and outputs a zero value when the gain K has a negative value. . That is, at this time, when the gain K> 0, the variable gain K₀ = Gain K, but when gain K ≦ 0, variable gain K₀ = 0.
[0027]
The embodiment of the present invention is configured as described above. Next, this operation will be described.
[0028]
Although not shown, a DC power source is connected to the power amplifier 9 of FIG. 1 via a switch, and when the vibration machine 21 is driven by self-oscillation, the switch is closed and the power amplifier 9 is put into an operating state. In addition, the self-excited oscillation controller 3, the amplitude controller 30, and the like are similarly put in an operating state. In the amplitude controller 30, the vibration is first oscillated by a minute signal such as the external noise n, and the amplitude deviation Δr becomes the maximum because the amplitude of the movable part of the vibration machine 21 is zero. Accordingly, the gain K is accordingly K = K₁ ・ Δr + K_Three ・ (Δr)^Three + K_s ・ ∫Δrdt + K_crSince the value at this time is a positive value, the variable gain K₀ Becomes a gain K. Therefore, the stability limit gain K_crWhen larger than ', self-excited vibration is generated and the vibration grows. In this embodiment, since the odd function is used, the rising characteristic is good.
[0029]
FIG. 3 shows a block diagram of an actually simulated model. This block diagram has the same configuration as that of FIG. 9 which is a block diagram of a conventional example, except for the amplitude controller 30. In FIG. 3, the adder 28 ″ includes a proportional value calculation unit 25, a cube value calculation unit 26, an integral value calculation unit 27, and an offset gain K._crI.e., both the adder 28 and the adder 28 'are combined. Further, in FIG. 3, the target amplitude value of the vibration system is 100, the coefficient K₁ 0.001 and coefficient K_Three 1 / 350,000, K_s 0.00001, stability limit gain K_crIs set to 0.00. In the vibration machine 21 system, the amplitude waveform (horizontal axis) obtained when the mass m of the vibration machine 21 is 1, the damping rate c of the vibration machine 21 is 0.01, and the spring constant k of the vibration machine 21 is 1. Is shown in FIG. 4 (an enlarged view of 900 to 1000 seconds after the start of vibration (which is in a steady state at this time is also shown)). Further, in this system, only the mass m of the vibration machine 21 is changed, for example, the amplitude when the mass m of the vibration machine 21 is 2 (other conditions are exactly the same as the conditions for obtaining the waveform of FIG. 4). A waveform (with the horizontal axis as time) is shown in FIG. 5 (an enlarged view is also shown in 900 sec to 1000 sec after the start of vibration (which is in a steady state at this time)). As is clear from the enlarged views (showing the steady state) of FIGS. 4 and 5, the amplitude of the vibrating machine 21 is the desired amplitude command value 100 even if the system of the vibrating machine 21 is different. .
[0030]
However, in FIGS. 4 and 5, an overshoot of about 130 occurs with respect to the amplitude command value 100. Therefore, the settling time is much longer than before (the settling time in the conventional example is about 150 sec, whereas in FIGS. 4 and 5, it is about 600 sec). This is because a deviation between the target amplitude and the actual amplitude is accumulated in the integral element when the vibration is started. Therefore, in order to prevent this excessive overshoot, instead of the amplitude controller 30, the deviation Δr input to the integrated value calculation unit 27 ′ is not input immediately after the start of vibration (integral control is OFF). An amplitude controller 30 ′ that inputs Δr after a certain time has elapsed is used. The block diagram of this amplitude controller 30 'is shown in FIG. 6, but the parts other than the integral value calculation unit 27' are configured in exactly the same way as the amplitude controller 30 ', and the coefficient K₁ And coefficient K_Three And offset gain K_crThe value of is also set exactly as in FIG. The integral value calculation unit 27 ′ has a switch 32, and a constant value 0 (zero) or a deviation Δr is supplied via the switch 32. The switch 32 is switched when the switching signal D supplied from the clock 33 via the amplifier 34 having an amplification factor of 1 / T becomes 1. In this embodiment, a constant value 0 (zero) is supplied at the start of vibration. However, since T of the amplifier 33 is set to 100, the switching signal D is set to 1 when 100 seconds are reached in the timepiece 33. Thus, when the switch 32 is switched, the deviation Δr is supplied. That is, from the start of self-excited vibration until 100 sec, a constant value 0 (zero) is supplied so that the output of the integral value calculation unit 27 ′ becomes zero, and after 100 sec elapses from the start of self-excited vibration in the timepiece 33. Is supplied with the deviation Δr to the integral value calculation unit 27 ′. Therefore, it is only after 100 seconds that K is an integral element._s ∫Δrdt is added to the gain K.
[0031]
FIG. 7 shows the amplitude waveform obtained when the simulation is performed with the block diagram shown in FIG. As apparent from FIG. 7, the overshoot is about 110, the excessive overshoot is suppressed, and the settling time is 350 sec, which is shorter than that in the above embodiment. In the steady state, the actual amplitude value of the vibration machine 21 is equal to the amplitude command value that is a desired amplitude value.
[0032]
As mentioned above, although the Example of this invention was described, of course, this invention is not limited to this, A various deformation | transformation is possible based on the technical idea of this invention.
[0033]
For example, in the above embodiment, the vibration displacement of the vibration machine 21 is detected, this detection signal is negatively fed back to the self-excited oscillation controller 3, and 90 degrees (π / 2) between the voltage and the excitation force as a vibration drive source. ) Was used. However, when there is no phase lag between the voltage and the excitation force as the vibration drive source, as shown in FIG. 9, for example, when the vibration drive source 17 ′ such as an electrodynamic type or a piezoelectric type is used, 90 If a self-excited oscillation controller 3 ″ having a phase controller 41 that generates a phase delay of degree (π / 2) (shown by a first-order lag element in FIG. 9 but may be an integral element) is used, The present invention is applicable, for example, as a self-excited vibration type vibration device using the vibration drive source 17 ′ without phase delay, there is a vibration part feeder 2 ′ shown in FIG. The bowl 10 ′, which is a movable part, is coupled to the base block 11 ′ by a plurality of inclined leaf springs 12 ′ arranged at equiangular intervals.The base block 11 ′ is supported on the floor by a vibration isolating rubber 43. A known driving mass 44 is disposed between the bowl 10 'and the base block 11', and is connected to the base block 11 'by a leaf spring 45 disposed substantially horizontally and at equal angular intervals. Piezoelectric elements 46a and 46b are attached to both surfaces of each leaf spring 15, and an AC voltage (not shown) is applied to the piezoelectric elements 46a and 46b. Then, bending vibration is generated in the leaf spring 15 and the vibration parts feeder is vibrated. In the self-excited oscillation controller 3 ″ shown in FIG. 9, the phase controller 41 is provided in front of the variable amplifier 7. It may be provided after. Further, in the above embodiment, the full-wave rectification type detector, that is, the absolute value conversion and the low-pass filter is used as the amplitude detector. However, by this other method, for example, a half-wave rectification type detector or A detector using an rms circuit may be used.
[0034]
As shown in FIG. 11, the vibration speed detector 42 detects the vibration speed of the vibration machine 21, positively feeds back this, and obtains an amplitude from the vibration speed (for example, having an integrator). Gain K given by the amplitude controller 30 receiving₀ The self-excited vibration may be generated by amplification.
[0035]
In the above embodiment, when the gain K is a positive value, the value is output, and when the gain K is a negative value, the variable gain K is output.₀ A gain limiter 29 is set to zero. However, any gain limiter may be used as long as the gain K output from the amplitude controllers 30 and 30 'becomes zero when the gain K is a negative value. For example, the gain K is an actual stability limit gain K._crThe gain K may be set to zero when the value is less than a positive value sufficiently smaller than ', and the gain K may be output as it is when larger than the positive value. Further, the amplitude detector 5 can substantially remove high-frequency components, the fluctuation of the stability limit gain is small, and the variable gain K₀ This gain limiter need not be provided if the gain K that gives a constant value is always a positive value.
[0036]
Further, in the above embodiment, in order to suppress an excessive overshoot, a constant value 0 (zero) is supplied without supplying Δr until 100 sec, and the integral element (K_s / S) is turned OFF, and after 100 seconds, Δr is supplied and the integral element (K_s The amplitude controller 30 ′ has an integral value calculation unit 27 ′ that turns on / s). That is, the input gain to the integral element constituting ∫Δrdt is set to zero until 100 sec. In addition, the coefficient K of the integral element_s May be changed with time, and may be set to a constant value (for example, zero) immediately after the vibration device is activated. However, in this case, the coefficient K of the integral element_s Even if is zero, since Δr is always supplied to the integral element, the deviation between the target amplitude and the actual amplitude is accumulated in the integral element. Therefore, after a predetermined time elapses, the coefficient K of the integral element_s Need to be gradually increased. Of course, the time for which the integral element is ON is not limited to this. For example, when the amplitude of the detected vibration device reaches a predetermined ratio of the amplitude command value due to vibration growth, The element may be turned ON. Further, immediately after the start of amplitude, the value of the integral element may be decreased, and the value of the integral element may be increased as the amplitude grows. In this case, it is possible to use a table in which the value of the integral element is determined in advance with the passage of time, and every time the detected amplitude of the vibration device reaches a predetermined ratio of the amplitude command value. The value of the integral element may be changed.
[0037]
In the above embodiment, the variable gain K₀ Gain K giving K = K₁ ・ Δr + K_Three ・ (Δr)^Three + K_s ・ ∫Δrdt + K_cr(However, K_Three Is the coefficient, K₁ , K_s Is a non-zero coefficient, N is an integer, K_crIs offset gain), but K_Three ・ (Δr)^Three Instead of K_Five ・ (Δr)^Five , K₇ ・ (Δr)⁷ ... K_N ・ (Δr)^{2N + 1}Even if an odd function is used, the rise characteristic can be improved.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the self-excited vibration type vibration device of the present invention, even if the mass, damping rate, spring constant, etc. of the vibration system serving as a load change, The vibration device can be driven with an amplitude value with almost no. That is, even if the conditions of the vibration system change, the vibration device can be vibrated with a desired amplitude value when the steady state is always obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a self-excited vibration type vibration device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing details of an amplitude controller used in a self-excited vibration type vibration device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of a model in which simulation is performed according to an embodiment of the present invention.
4 is a time chart showing temporal changes in amplitude waveforms when the mass of the vibration system is 1 in the block diagram shown in FIG. 3;
5 is a time chart showing temporal changes in amplitude waveforms when the mass of the vibration system is 2 in the block diagram shown in FIG.
FIG. 6 is a block diagram of a model in which a simulation is performed under the condition that the input of the integral element is 0 until 100 seconds have elapsed after the start of vibration according to the embodiment of the present invention.
7 is a time chart showing temporal changes in amplitude waveforms when the mass of the vibration system is 2 in the block diagram shown in FIG.
FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating waveforms for explaining the operation of the gain limiter used in the embodiment of the present invention, in which A represents a signal waveform of the fed back displacement x, and B represents a variable gain K in a steady state.₀ C represents the waveform of the command voltage applied to the vibration drive source.
FIG. 9 is a block diagram of a self-excited vibration type vibration device according to a first modification of the present invention.
FIG. 10 is a perspective view of a vibrating parts feeder to which a first modification of the present invention is applied.
FIG. 11 is a block diagram of a self-excited vibration type vibration device according to a second modification of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram of a self-excited vibration type vibration device according to a conventional example.
FIG. 13 is a block diagram of a model for which a simulation according to a conventional example is performed.
14 is a time chart showing temporal changes in amplitude waveforms when the mass of the vibration system is 1 in the block diagram shown in FIG.
15 is a time chart showing a temporal change of an amplitude waveform when the mass of the vibration system is 2 in the block diagram shown in FIG.
[Explanation of symbols]
3 Self-excited oscillation controller
3 ”self-oscillation controller
5 Amplitude detector
7 Variable amplifier
9 Power amplifier
17 Vibration drive source
17 'vibration drive source
21 Vibration machine
22 Vibration displacement detector
24 Adder / Subtractor
25 Proportional value calculator
26 cubed value calculation unit
27 Integral value calculator
27 'integral value calculation unit
28 Adder
28 'adder
28 "adder
29 Gain limiter
30 Amplitude controller
30 'amplitude controller
32 switches
33 Clock
41 Phase controller
42 Vibration speed detector
K gain
K₀     Variable gain
K₁     Non-zero coefficient
K_{2N + 1}  coefficient
K_cr    Offset gain
K_s     Non-zero coefficient
x displacement
x '(actual) amplitude value
xr Amplitude command value
Δr deviation

Claims

Vibration speed detection means for detecting the vibration speed of the vibration device, a controller that feeds back the output of the vibration speed detection means as a positive feedback signal, and amplifies the output of the vibration speed detection means with a variable gain K ₀ , and the controller A power amplifier that amplifies the output from the power, a vibration drive source that vibrates the vibration device in response to the output of the power amplifier, and an amplitude detection means that detects the amplitude of the vibration device from the output signal of the vibration speed detection means And an amplitude controller that outputs a function K that determines the variable gain K _0, and if the amplitude detected from the amplitude detecting means has a deviation from an amplitude command value, the self-excited vibration is grown or attenuated. in self-oscillating vibration apparatus that, the function K is, with respect to amplitude deviation Δr between the amplitude command value and the amplitude detected from the amplitude detecting means, _{_{= K 1 · Δr + K 2N}} + 1 · (Δr) 2N + 1 + K s · ∫Δrdt + K cr ( where, K _{2N + 1} coefficient, K _1, K _s is a non-zero coefficient, N is the integer, K _cr is offset A self-excited vibration type vibration device characterized by being expressed as a gain).

A vibration displacement detecting means for detecting a vibration displacement of the vibration device; an output from the vibration displacement detecting means is fed back as a negative feedback signal; the output of the vibration displacement detecting means is amplified by a variable gain K ₀ ; A controller that performs phase delay control using a first-order lag element, a power amplifier that amplifies the output from the controller, a vibration drive source that receives the output of the power amplifier and vibrates the vibration device, and an output of the vibration displacement detection means An amplitude detection unit that detects the amplitude of the vibration device from a signal and an amplitude controller that outputs a function K that determines the variable gain K _0, and the amplitude detected from the amplitude detection unit is between an amplitude command value and In the case of having a deviation, in the self-excited vibration type vibration device in which the self-excited vibration is grown or attenuated, the function K is detected from the amplitude detecting means. With respect to the amplitude deviation Δr between the amplitude and the amplitude command value, K = K ₁ · Δr + K _{2N + 1} · (Δr) ^{2N + 1} + K _s · ∫Δrdt + K _cr (where K _{2N + 1} is a coefficient, K ₁ , K _s the coefficients other than zero, N is the integer, K _cr is self-excited oscillation type oscillation device, characterized in that it is represented as an offset gain).

Vibration displacement detection means for detecting vibration displacement of the vibration device, a controller that feeds back an output from the vibration displacement detection means as a negative feedback signal, and amplifies the output of the vibration displacement detection means with a variable gain K ₀ , A power amplifier for amplifying the output from the controller; an electromagnet for generating a magnetic attraction force for vibrating the vibration device in response to the output of the power amplifier; and an output signal from the vibration displacement detection means. An amplitude detecting means for detecting an amplitude and an amplitude controller for outputting a function K for determining the variable gain K ₀ , and when the amplitude detected from the amplitude detecting means has a deviation from an amplitude command value, In the self-excited vibration type vibration device that grows or attenuates the excitation vibration, the function K includes the amplitude detected from the amplitude detection means, the amplitude command value, and K = K ₁ · Δr + K _{2N + 1} · (Δr) ^{2N + 1} + K _s · ∫Δrdt + K _cr (where K _{2N + 1} is a coefficient, K ₁ and K _s are non-zero coefficients, N is an integer, K _cr is self-excited vibration type, characterized in <br/> be expressed as an offset gain) vibration devices.

The self-excited vibration type vibration device according to any one of claims 1 to 3, wherein the coefficient is a coefficient other than zero.

The self-excited vibration type vibration device according to any one of claims 1 to 4, wherein the offset gain K _cr is a stability limit gain in a reference state.

Wherein when the function K is negative value, self-excited oscillation type oscillation device according to any one of claims 1 to 5 comprising a gain limiter to a variable gain K ₀ zero.

The self-excited vibration type vibration device according to any one of claims 1 to 6, wherein an input gain to an integrator constituting the coefficient K _s or ∫Δrdt changes with time.

The input gain to the integrator constituting the coefficient K _s or ∫Δrdt is zero from the start time of self-excited vibration until the amplitude of the vibration device reaches a predetermined time. Excited vibration type vibration device.

The self-excited vibration type vibration device according to claim 8, wherein the predetermined time is a time when the amplitude of the vibration device detected by the amplitude detection means reaches a predetermined ratio of the amplitude command value.