JP6987272B2 - 二重モード動き制御システムおよびピエゾ・モータの動作方法 - Google Patents
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Description
[0030] 動作において、図1に示す二重モード動き制御システム10は、一実施形態において、図2に示すフロー・チャート100に示すようにして、スティック−スリップ・ピエゾ・モータを制御する方法を実行する。始動動作のとき、電子コントローラ20は新たな動きコマンドが供給されたか否か判定する(ステップ104)。ユーザ・インターフェース14から受け取ったコマンドを考慮して、動きおよび方向を有する新たな軌道が要求されたとき、プロセッサ24はコマンドを処理するか、またそうでなければ動きプロファイルを生成するように動作する(ステップ108)。動きプロファイルの一例は、図3に示す台形状速度分布である。このプロファイルは、圧電モータ90による機械デバイスの所定のまたは計算された移動に対応する。図3に示す速度分布は、縦軸に速度、そして横軸に時間を含む。図3は、低−高速度遷移速度閾値V1に達するまでの、ディジタル回路モードにおけるDAC30の動作を示す。予め定められた動作速度(speed or velocity)閾値V1に達したときに、二重モード動き制御システムの電子コントローラ20は、アナログ・ドライバ28およびアナログ・ハードウェア回路40を、モード・スイッチS3と共に利用することによって、アナログ回路モードに切り替える。圧電モータ90が最大速度に達し、機械デバイスを特定の距離まで移動させたとき、アナログ回路モードは減速し始める。高−低速度遷移閾値V2に達したとき、電子コントローラ20はディジタル回路モードに再度切り替える。速度閾値V2または予め定められた動作速度は、一実施形態では、速度閾値VIよりも低い。
[0034] 傾斜の速度が、図3における速度閾値VIを越えて増大する瞬間は、図5における時点t1に対応する。図2において、プロセッサ24は高速閾値VIを決定し、高速またはアナログ回路モードに進むように切り替える(判断ステップ120)。次いで、アナログ・ドライバ28を通じて、プロセッサ24は電流源44を設定する(ステップ140)。DAC30は電力を受け取らない。電流源44は、アナログ・ドライバ28からの信号に応答して、選択された電流を出力する。プロセッサ24は次に進んで、モード・スイッチS3が未だアナログ・ハードウェア回路の出力を受け取るように設定されていない場合、アナログ・ハードウェア回路40の出力を受け取るように、モード・スイッチS3を設定する(ステップ144)。次いで、高速傾斜生成器42が動作する(ステップ150)。
[0036] 高速傾斜生成器42を含むアナログ・ハードウェア回路による高速傾斜の生成(ステップ150)を、図6におけるサブルーチンとして示す。つまり、フィードバック・ループを含む演算ステップ150の機能(features)を図6に示す。動作において、電流源44は基準キャパシタ46を充電している。傾斜レベルが電圧閾値に達しないとき、プログラムはステップ152に戻り、基準キャパシタ46の充電を続ける。調節可能なレベル・センサ70が、基準キャパシタ46上に充電された電圧が、アナログ・ドライバ28からの信号線71上に供給される電圧以上であることを検知したとき、所望の電圧閾値が得られたことになる(ステップ152)。基準キャパシタ46上の電圧が閾値に達したとき、電圧レベル・センサ70は、フィードバック制御信号をアナログ・ドライバ28に供給する。アナログ・ドライバ28は、基準キャパシタを放電することによってアナログ・ハードウェア回路40を駆動している(ステップ154)。基準キャパシタ46の放電は、図7に示す波形において表されるように、放電スイッチS1を制御するアナログ・ドライバ28からのパルスによって行われる(provide)。次いで、アナログ・ドライバ28は、傾斜期間を判定し(ステップ156)、速度誤差を計算する(ステップ158)。速度誤差は、電流源を調節するために利用される(ステップ160)。ステップ152から160までは、二重モード動き制御システム10のプロセッサ24の速度よりも遙かに高い速度で繰り返す。図5に示す時点t1およびt2の間において、高速傾斜生成が行われる。図5に示す速度よりも遙かに高い傾斜生成速度も考えられる。
[0039] 図2において、二重モード動き制御システム10が高速傾斜から低速傾斜に切り替わる瞬間において(ステップ120)、傾斜の速度は、図3における速度閾値V2未満に低下する。これは図5における時点t2に対応する。プログラムは、次の電圧レベルを計算し(ステップ124)、DAC30に対して所望の圧電電圧を設定する。そして、モード・スイッチS3を低チャネル出力に切り替える(ステップ132)。ディジタル回路モードは、先に明記した態様で動作する。図3に示すように、速度閾値V2は、速度閾値VI未満である。
[0044] 一実施形態では、二重モード動き制御システム10は、ピエゾ・モータ90が設けられた機械デバイスについての位置フィードバックを、電子コントローラ20に提供するために、位置エンコーダ94を含む。直接フィードバックは、閉ループ・システムとして動作することによって、機械デバイスの位置精度を確保する。
[0046] 他の実施形態では、二重モード動き制御システムは、位置エンコーダを含まない開ループ・システムである。プロセッサ24は、ピエゾ・モータ90の動作に基づいて、機械デバイスの位置を判定または計算する。測定も位置検知も行われない。
[0048] 以上で明記したように、電流源44は、初期状態においてプロセッサ24からの信号に基づいて、アナログ・ドライバ28によって制御される。つまり、プロセッサ24は、アナログ・ドライバ28を通じて、基準キャパシタの充電率を制御し、一方基準キャパシタの充電率が信号の傾斜を決定する。
[0055] 電圧レベル・センサ70は、アナログ・ドライバ28およびプロセッサ20とは別個のエレメントとして示されている。ある実施形態では、電圧レベル・センサ70は、コントローラ20と、アナログ・ハードウェア回路40を駆動するアナログ・ドライバ28とを含むDSPのコンポーネントである。つまり、図1の構成は、例示を目的とするに過ぎない。
Claims (20)
- スティック−スリップ・ピエゾ・モータを動作させる動き制御システムであって、
高動作速度時に高速度波形を供給するアナログ・ハードウェア回路と、
アナログ・ハードウェア回路を駆動するアナログ・ドライバと、
低動作速度において低速度波形を供給するために、ディジタル信号をアナログ信号に変換するディジタル/アナログ変換器と、
前記アナログ・ハードウェア回路からの出力および前記ディジタル/アナログ変換器からの出力から1つを選択するモード・スイッチと、
前記アナログ・ドライバ、前記アナログ・ハードウェア回路、前記ディジタル/アナログ変換器、および前記モード・スイッチと通信する電子コントローラと、
を備え、前記電子コントローラが、
低速度波形を出力するように前記ディジタル/アナログ変換器を制御し、前記アナログ・ハードウェア回路に高速度波形を出力させるように前記アナログ・ドライバを制御し、
前記アナログ・ハードウェア回路からの前記高速度波形を前記ピエゾ・モータに供給するように、または前記ディジタル/アナログ変換器からの低速度波形を前記ピエゾ・モータに供給ように、前記モード・スイッチを制御する、
ように構成される、動き制御システム。 - 請求項1記載の動き制御システムにおいて、前記アナログ・ハードウェア回路が、
電流源と、
前記電流源に接続された基準キャパシタと、
前記基準キャパシタを放電する放電スイッチと、
を含み、
前記電流源および前記放電スイッチが、前記アナログ・ドライバによって制御される、動き制御システム。 - 請求項2記載の動き制御システムにおいて、前記アナログ・ハードウェア回路が、
前記電流源と前記基準キャパシタとの間に入力接続を有する反転器と、
前記電流源と前記基準キャパシタとの間に接続された第1入力を有する動き方向スイッチであって、前記動き方向スイッチが前記反転器の出力に接続された第2入力を有し、前記動き方向スイッチの出力が、前記モード・スイッチの入力に接続される、動き方向スイッチと、
を含む、動き制御システム。 - 請求項3記載の動き制御システムであって、更に、
前記モード・スイッチの出力を受け取るように構成された増幅器と、
前記増幅器の出力を受け取るピエゾ・モータであって、前記制御システムが、機械デバイスの移動のために前記ピエゾ・モータを制御する、ピエゾ・モータと、
を含む、動き制御システム。 - 請求項4記載の動き制御システムにおいて、前記アナログ・ハードウェア回路が、フィードバック制御信号を前記アナログ・ドライバに供給する電圧レベル・センサを含み、前記電圧レベル・センサが、前記電流源と前記基準キャパシタとの間に接続された入力接続を有する、動き制御システム。
- 請求項4記載の動き制御システムにおいて、前記動き制御システムが、前記機械デバイスに対する位置フィードバックを前記電子コントローラに供給する位置エンコーダを含み、前記動き制御システムが閉ループ・システムである、動き制御システム。
- 請求項4記載の動き制御システムにおいて、前記動き制御システムが、位置エンコーダを含まない開ループ・システムである、動き制御システム。
- 請求項1記載の動き制御システムにおいて、前記電子コントローラが、プロセッサと非一時的メモリとを含み、前記電子コントローラがユーザ・インターフェースからコマンドを受け取る、動き制御システム。
- 請求項8記載の動き制御システムにおいて、前記プロセッサが、動きプロファイルを生成するために、前記ユーザ・インターフェースから受け取ったコマンドを処理し、前記ピエゾ・モータを駆動するために、前記アナログ・ドライバまたは前記ディジタル/アナログ変換器のいずれかに駆動信号を選択的に供給する、動き制御システム。
- 請求項1記載の動き制御システムにおいて、前記低速度波形が、前記高速度波形の傾斜よりも小さい傾斜を有する、動き制御システム。
- 電子コントローラと、移動が選択されたときに機械デバイスを移動させるアナログ・ドライバとによって、スティック−スリップ・ピエゾ・モータを制御する方法であって、
前記スティック−スリップ・ピエゾ・モータを低速度で動かすために前記電子コントローラによって、ディジタル回路モードで動作するステップと、
前記スティック−スリップ・ピエゾ・モータを高速度で動かすために、前記電子コントローラおよび前記アナログ・ドライバによって、選択的にアナログ回路モードで動作するステップと、
を含み、
前記電子コントローラが、前記ピエゾ・モータの始動時に、前記ディジタル回路モードで動作する、方法。 - 請求項11記載の方法において、前記電子コントローラが、前記ピエゾ・モータの停止前に、前記ディジタル回路モードで動作する、方法。
- 請求項11記載の方法において、前記電子コントローラが、前記スティック−スリップ・ピエゾ・モータに対する既定の動作速度において、ユーザ入力を使用せずに、自動的に前記ディジタル回路モードから前記アナログ回路モードに移行する、方法。
- 請求項13記載の方法において、前記アナログ回路モードにおいて、前記コントローラが、前記スティック−スリップ・ピエゾ・モータに給電するように、アナログ・ハードウェア回路を駆動する前記アナログ・ドライバに、駆動命令を供給する、方法。
- 請求項11記載の方法において、前記方法が、前記ピエゾ・モータが第1既定速度で駆動されているとき、前記ディジタル回路モードから前記アナログ回路モードに移行し、前記方法が、前記第1既定速度よりも低い第2既定速度で前記ピエゾ・モータがアナログ回路モードで駆動されているとき、前記アナログ回路モードから前記ディジタル回路モードに移行する、方法。
- 請求項11記載の方法であって、前記機械デバイスに対する位置フィードバックを前記電子コントローラに供給する位置エンコーダを含み、前記ピエゾ・モータを制御する動き制御システムが閉ループ・システムである、方法。
- 請求項11記載の方法において、前記電子コントローラが、プロセッサと非一時的メモリとを含み、前記電子コントローラが、ユーザ・インターフェースからコマンドを受け取る、方法。
- 請求項17記載の方法において、前記アナログ回路モードにおいて動作するとき、前記アナログ・ドライバがアナログ・ハードウェア回路を駆動し、前記アナログ・ハードウェア回路が、電流源と、前記電流源に接続された基準キャパシタと、前記基準キャパシタを放電させる放電スイッチとを含み、前記電流源および前記放電スイッチが、前記アナログ・ドライバによって制御される、方法。
- 請求項18記載の方法において、前記ディジタル回路モードで動作するとき、前記電子コントローラが、低動作速度において低速度波形を供給するように、ディジタル信号をアナログ信号に変換するディジタル/アナログ変換器を制御する、方法。
- 請求項19記載の方法であって、前記アナログ信号を受け取り、機械デバイスを移動させるために出力をピエゾ・モータに供給するように構成された増幅器を含む、方法。
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