JP4424704B2

JP4424704B2 - 起振機の制御方法および制御装置

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Publication number: JP4424704B2
Application number: JP22640399A
Authority: JP
Inventors: 榮久服部
Original assignee: Espec Corp
Current assignee: Espec Corp
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2019-08-10
Also published as: JP2001046967A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は起振機の制御方法および制御装置に関する。さらに詳しくは、起振機を高効率で動作させることができる起振機の制御方法および制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、起振機Ａ´として、図８に示すように、円筒状の固定子ａ内に振動子ｂを上下方向に振動可能に配設し、この振動子ｂの上端に試料載置台ｃを形成してなるものが知られている。
【０００３】
すなわち、この起振機Ａ´においては、図８に示すように、固定子ａ内にその内面上端および下端に極性を逆にして所定強度の磁石ｄ，ｅが配設されるとともに、振動子ｂがその起振部ｆを前記磁石ｄ，ｅの中間に位置させて配設されている。また、この起振部ｆには、図８に示すように、電磁石ｇが形成されるとともに、その電磁石ｇに外部の交流電源装置ｈから交流電流が供給されるようにされている。そのため、電磁石ｇの極性が交互に変化して振動子ｂが上下に振動する。つまり、振動子ｂが起振される。そして、制御装置Ｃ´により交流電源装置ｈから電磁石ｇに供給されている交流電流の周波数を適宜調整することにより、振動子ｂまたは試料を所望振動数で起振させることができる。なお、図８において、符号ｓは振動子ｂまたは試料の振動数を検知するセンサーまたは加速度センサー（Ｇセンサー）である。
【０００４】
しかして、かかる従来の起振機Ａ´においては、固定子ａ側の磁石ｄ，ｅの強度が一定とされ、かつその磁石ｄ，ｅにより形成される磁界中において最低重量から最大重量のものまで起振されているため、磁石ｄ，ｅの強度は試料載置台ｃに載置される最大重量に対応させて選定されている。そのため、最大重量のものを起振させる場合以外は、必要以上の磁界中で振動子ｂを起振することになり、エネルギーロスを生ずることとなっている。つまり、効率が悪いものとなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、起振機を高効率で稼動させることができる起振機の制御方法および制御装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の起振機の制御方法は、固定磁場と振動磁場の相互作用によって振動を発生させる起振機の制御方法であって、起振機の振動子を設定された振動数で振動させる手順と、固定磁場電流と振動磁場電流との相関関係を設定する手順と、設定された振動数と振動数検出値とを比較してその偏差を解消する補正指令値を生成する手順と、前記補正指令値により固定磁場電流および振動磁場電流を補正する手順と、前記補正手順を固定磁場電流および振動磁場電流が最適値に収斂するまで繰り返す手順とを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の起振機の制御方法において、起振機の起動時に固定磁場電流を定格電流としておくと、より安定した制御とすることができる。
【０００９】
一方、本発明の起振機の制御装置は、振動子の振動数を設定された振動数となるようにフィードバック制御している起振機の制御装置であって、
振動数設定手段と、前記振動数設定手段により設定された振動数と、センサーからの振動検出値とを比較してその偏差を解消する補正指令値を生成する振動状況判定手段と、固定磁場電流と振動磁場電流の相関関係を設定する電流相関関係目標設定手段と、前記電流相関関係目標設定手段からの目標値と固定磁場電流の測定値および振動磁場電流の測定値とに基づいて電流相関関係を判定して固定磁場電流値と振動磁場電流値との偏差を解消する補正値を生成する電流相関関係判定手段と、前記電流相関関係判定手段の判定に基づいて固定磁場電流を制御する固定磁場電流制御手段および振動磁場電流を制御する振動磁場電流制御手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１０】
【作用】
本発明は前記の如く構成されているので、固定磁場電流と振動磁場電流との関係を最適値に制御することができるため、起振機を高効率で稼働させることができてエネルギーロスを少なくできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではなく、固定子側の電源として交流電源を用い、振動子側の電源として直流電源を用いることもある。また、交流電源においてはその電流値として実効値が用いられる。
【００１２】
実施形態１
本発明は従来の固定子の内面上端および下端に配設されていた磁石を電磁石とするとともに、その電磁石に供給する直流電流を制御して必要磁界を形成するようにしてなるものである。また、その制御原理は以下のとおりである。
【００１３】
巻数Ｎのコイルに電流Ｉを流したときの磁界の強さＨは下記式（１）により表されることが知られている。
【００１４】
Ｈ＝Ｆ（ＮｘＩ）（１）
【００１５】
また、この磁界Ｈの中に別のコイル（巻数ｎ）を置いて電流ｉを流したとき、そのコイルの受ける力Ｘは下記式（２）により表されることが知られている。
【００１６】
Ｘ＝ｆ（ＮｘＩ）・ｇ（ｎｘｉ）（２）
ここに、
ｆ（ＮｘＩ）：巻数Ｎのコイルによる寄与分
ｇ（ｎｘｉ）：巻数ｎのコイルによる寄与分
【００１７】
一方、特定の起振機においては、巻数は一定であるから、前記式２は下記式３のように変形できる。
【００１８】
Ｘ＝ｆ₁（Ｉ）・ｇ₁（ｉ）（３）
【００１９】
前記関係を実施形態１の起振機に適用すると、起振機を一定の振動数で振動させている場合において、固定子の電磁石（以下、固定子電磁石という）に供給する直流電流（以下、固定磁場電流という）を増加させると、振動子の電磁石（振動子電磁石という）に流れている交流電流（以下、振動磁場電流という）がそれに対応して減少する。その逆に、固定磁場電流を減少させると、振動磁場電流がそれに対応して増加する。
【００２０】
そこで、起振機を高効率で稼動させることができる固定磁場電流と振動磁場電流との相関関係を予め設定しておけば、例えば図１に示すグラフのように設定しておけば、振動数は予め設定されているから固定磁場電流を変化させると、その変化に対応して振動磁場電流が変化するから、固定磁場電流と振動磁場電流とを目標値に収斂させることができる。例えば、固定磁場電流がＡ₀で、振動磁場電流がＢ₀であれば、図１により両者の相関関係が設定されたカーブ上にないので、固定磁場電流を減少させると、振動磁場電流がそれに対応して増加して両者を目標値Ｃ₀（Ａ₀₀，Ｂ₀₀）に収斂させることができる。その逆に、固定磁場電流がＡ₁で、振動磁場電流がＢ₀であれば、図１により両者の相関関係が設定されたカーブ上にないので、固定磁場電流を増加させると、振動磁場電流が減少して両者を目標値Ｃ₁（Ａ₁₁，Ｂ₁₁）に収斂させることができる。
【００２１】
しかして、この実施形態１は、予め設定された固定磁場電流と振動磁場電流との相関関係を利用して固定磁場電流を制御することにより、自動的に固定磁場電流および振動磁場電流の両者を目標値に収斂させることを基本原理とするものである。もちろん、固定磁場電流と同時に振動磁場電流を先行制御すれば、より応答の速い制御が可能である。
【００２２】
以下、実施形態１における制御内容を具体的に説明する。
【００２３】
本発明の起振機Ａの制御方法に適用されている制御装置Ｃを図２にブロック図で示す。この制御装置Ｃは、図２に示すように、固定子１内面に配設されている電磁石２、３に直流電流を供給する直流電源装置４を制御する直流電源制御手段１１と、振動子５の起振部６に形成されている電磁石７に交流電流を供給する交流電源装置８を制御する交流電源制御手段１２と、振動子５の振動数を設定する振動数設定手段１３と、前記振動数設定手段１３とセンサーＳにより検出された振動数とを比較判定して前記交流電源制御手段１２に操作信号を出力する振動状況判定手段１４と、前記直流電源制御手段１１および交流電源制御手段１２からの電流の相関関係を設定する電流相関関係目標設定手段１５と、前記電流相関関係目標設定手段１５と前記直流電源装置４および交流電源装置８の電流値とを比較して両電流の相関関係を判定する電流相関関係判定手段１６とを主要構成要素として備えてなる。
【００２４】
振動数設定手段１３は、振動子５の振動数を所定値に設定する機能を有するものとされる。
【００２５】
振動状況判定手段１４は、振動数設定手段１３と、試料載置台５ａおよび試料ＴにセットされたセンサーＳからの振動検出値とを比較してその偏差を解消する補正指令値を生成する機能を有するものとされる。
【００２６】
電流相関関係目標設定手段１５は、振動子５を高効率で振動させることができる直流電流値（固定磁場電流値）と交流電流値（振動磁場電流値）を設定する機能を有するものとされる。この電流相関関係目標設定手段１５においては、固定磁場電流と振動磁場電流の関係は、例えば関数の形態あるいはマップの形態で格納されている。図３に固定磁場電流と振動磁場電流の相関関係を示すグラフ例が示されている。これらのグラフは、起振機Ａを高効率で稼動させることができるように、所定の直線、曲線Ｉ，ＩＩあるいは階段状ＩＩＩとされる。この所定直線あるいは曲線などは、例えば目標とする特別な目的の振動試験または高効率の運転がなし得るように作成される。
【００２７】
電流相関関係判定手段１６は、電流相関関係目標設定手段１５からの目標値と、直流電源装置４および交流電源装置８からの各電流値とを比較してその偏差を解消する補正値を出力する機能を有するものとする。
【００２８】
直流電源制御手段１１は、電流相関関係判定手段１６からの補正値に応答して直流電源装置４からの出力電流を制御する電流指令値を生成する機能を有するものとする。
【００２９】
交流電源制御手段１２は、振動状況判定手段１４および電流相関関係判定手段１６からの補正値に応答して交流電源装置８からの出力電流を制御する電流指令値を生成する機能を有するものとする。この場合、振動状況判定手段１４および電流相関関係判定手段１６からの各補正値の交流電源制御手段１２における処理は、例えば振動状況判定手段１４からの補正値に対して電流相関関係判定手段１６からの補正値を積算するというものである。そして、この演算処理により得られた値に基づいて電流指令値が生成される。なお、電流相関関係判定手段１６による制御を直流電源装置４のみとして交流電源装置８の方は振動状況判定手段１４による自動追従とする時は制御装置Ｃの構成がそれだけ単純となる。
【００３０】
かかる各手段１１…１６を有する制御装置Ｃは、例えば図４に示すように、ＣＰＵを中心として、キーボードなどの入力手段、入出力インターフェース、ラム、ロム、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、クロックなどを備えてなるものに、前記各機能に対応させたプログラムを格納することにより実現することができる。
【００３１】
次に、図５に示すフローチャートを参照しながら、かかる構成とされている制御装置Ｃによる起振機Ａの制御について説明する。
【００３２】
（１）直流電源制御手段１１により固定磁場電流を定格値に設定する。
【００３３】
（２）入力手段から所望振動数を入力して振動数設定手段１３により起振機Ａの振動数を所望振動数に設定する。
【００３４】
（３）振動数設定手段１３は所望振動数を振動状況判定手段１４に送出する。
【００３５】
（４）振動状況判定手段１４は入力された所望振動数に対応した指令値を交流電源制御手段１２に送出する。
【００３６】
（５）交流電源制御手段１２は入力された指令値に対応した電流指令値を生成して交流電源装置８に送出する。
【００３７】
（６）交流電源装置８は電流指令値に応じた交流電流を振動子５の電磁石７に供給する。これにより、振動子５が振動する。
【００３８】
（７）振動子５の振動数は試料載置台５ａおよび試料ＴにセットされたセンサーＳにより検出されて振動状況判定手段１４に送出される。この振動状況判定手段１４に入力されたセンサー８により検出信号は、振動状況判定手段１４により常法により処理される。
【００３９】
（８）振動状況判定手段１４は、振動数設定手段１３およびセンサーＳからの検出信号を比較して補正指令値を生成して交流電源制御手段１２に送出する。
【００４０】
（９）交流電源制御手段１２は入力された補正指令値に対応した補正電流指令値を生成して交流電源装置８に送出する。
【００４１】
（10）交流電源装置８は入力された補正電流指令値に対応した補正交流電流を振動子５の電磁石７に供給する。これにより、振動子５の振動数が補正される。
【００４２】
（11）電流相関関係目標設定手段１５により、固定磁場電流と振動磁場電流の相関関係を設定する。
【００４３】
（12）電流相関関係判定手段１６は、電流相関関係目標設定手段１５からの目標値と直流電源装置４および交流電源装置８からの電流値を比較して補正指令値を直流電源制御手段１１および交流電源制御手段１２に送出する。なお、この場合、直流電源制御手段１１のみの制御により固定磁場電流のみを制御し、振動磁場電流を固定磁場電流に追従制御させるようにしてもよい。
【００４４】
（13）直流電源制御手段１１は、電流相関関係判定手段１６から入力された補正指令値に対応した電流指令値を直流電源装置４に送出し、交流電源制御手段１２は、電流相関関係判定手段１６から入力された補正指令値を前述したように処理して生成した電流指令値を交流電源装置８に送出する。
【００４５】
（14）直流電源装置４は入力された電流指令値に対応した直流電流（固定磁場電流）を固定子１の電磁石２、３に供給し、交流電源装置８は入力された電流指令値に対応した交流電流（振動磁場電流）を振動子５の電磁石７に供給する。
【００４６】
（15）(12)〜(14)が直流電流および交流電流が最適値に収斂するまで繰り返される。これにより、起振機Ａが高効率で稼動する。
【００４７】
このように、この実施形態１においては、振動子５の振動数を常時フィードバックして振動子５の振動数を所望振動数とするとともに、電流相関関係目標設定手段１５により、固定磁場電流と振動磁場電流とを起振機５が高効率となるように収斂させているので、エネルギーロスを少なくしながら所定の振動試験がなし得る。
【００４８】
実施形態２
本発明の実施形態２の制御方法に適用される制御装置Ｃを図６にブロック図で示す。この実施形態２は実施形態１を改変してなるものであって、固定子２１の電磁石２２に交流電流を供給し、振動子２５の電磁石２７に直流電流を供給してなるものである。図中、符号２５ａは試料載置台、符号２６は起振部を示す。なお、この実施形態２のその余の構成および作用・効果は、実施形態１と同様とされている。
【００４９】
電流相関関係を設定するに当って、図７に示すように、定格点を定格０のように固定磁場電流と振動磁場電流を同一にするという考え方もあろうけれども、振動子を大きくすると余分な振動エネルギーを必要とするため、固定子側の電流を大きくした方が得策であるから、実施形態１のように固定子が固定磁場のときは定格１のように固定磁場電流を大きくとり、その逆に実施形態２のように振動子に固定磁場を与えるときは、固定磁場電流の定格を小さく定格２とした方がよい。また、図７において電流相関関係目標は直線、曲線等目的に合わせて自由に選択できるが、ひとつの考え方として電流の大きい方をできるだけ下げて、運転した方がよいとすれば、定格１のときは上方に向かって凸曲線に、定格２のときは凹曲線とすることになろう。
【００５０】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、実施形態では起動は定格電流としてなされているが、起動は必ずしも定格電流によりなされる必要はなく、任意の電流により起動させるようにしてもよい。また、実施形態では直流電流を自動制御して目標値に収斂させるようにされているが、制御装置に表示装置を設けておいて、その表示画面において手動により目標値に収斂させるようにしてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、試験状況にマッチさせた電流を起振機に供給しているので、エネルギーロスを少なくしながら、所定の振動試験がなし得るという優れた効果が得られる。
【００５２】
また、固定子の電磁石に供給される電流と、振動子の電磁石に供給される電流の相関関係を適宜設定することにより、種々の状況における振動試験がなし得るという優れた効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御原理の説明図である。
【図２】本発明の実施形態１の制御装置のブロック図である。
【図３】固定磁場電流と振動磁場電流との相関関係のグラフである。
【図４】本発明の実施形態１の制御装置の概略図である。
【図５】本発明の実施形態１の制御方法の一例のフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態２の制御装置のブロック図である。
【図７】固定磁場電流と振動磁場電流の基本パターンを示すグラフである。
【図８】従来の起振機のブロック図である。
【符号の説明】
１固定子
２、３電磁石
４直流電源装置
５振動子
６起振部
７電磁石
８交流電源装置
１１直流電源制御手段
１２交流電源制御手段
１３振動数設定手段
１４振動状況判定手段
１５電流相関関係目標設定手段
１６電流相関関係判定手段
Ａ起振機
Ｃ制御装置
Ｓセンサー

Claims

固定磁場と振動磁場の相互作用によって振動を発生させる起振機の制御方法であって、
起振機の振動子を設定された振動数で振動させる手順と、
固定磁場電流と振動磁場電流との相関関係を設定する手順と、
設定された振動数と振動数検出値とを比較してその偏差を解消する補正指令値を生成する手順と、
前記補正指令値により固定磁場電流および振動磁場電流を補正する手順と、
前記補正手順を固定磁場電流および振動磁場電流が最適値に収斂するまで繰り返す手順とを含むことを特徴とする起振機の制御方法。
起振機の起動を固定磁場電流を定格電流としてなすことを特徴とする請求項１記載の起振機の制御方法。
振動子の振動数を設定された振動数となるようにフィードバック制御している起振機の制御装置であって、
振動数設定手段と、前記振動数設定手段により設定された振動数と、センサーからの振動検出値とを比較してその偏差を解消する補正指令値を生成する振動状況判定手段と、固定磁場電流と振動磁場電流の相関関係を設定する電流相関関係目標設定手段と、前記電流相関関係目標設定手段からの目標値と固定磁場電流の測定値および振動磁場電流の測定値とに基づいて電流相関関係を判定して固定磁場電流値と振動磁場電流値との偏差を解消する補正値を生成する電流相関関係判定手段と、前記電流相関関係判定手段の判定に基づいて固定磁場電流を制御する固定磁場電流制御手段および振動磁場電流を制御する振動磁場電流制御手段とを備えてなることを特徴とする起振機の制御装置。