JPH04178182A - 振動アクチュエータのための制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は振動アクチュエータの制御装置に関する。 ［従来の技術］ 従来、振動アクチュエータの位置制御は、エンコーダか
らの位置検出信号をコンピュータに読み込み、それに応
じて振動周波数や振動振幅又は外部ブレーキの力を変化
させて位置を制御している。 ［発明が解決しようとする課！ｉ］ しかしながら、上記従来例では振動アクチュエータの振
動周波数成分の振動が位置検知用センサの出力に重畳さ
れるため、実際のアクチュエータの位置を中心にしであ
る変動幅を持つ位置データを検知することになり、位置
制御が不安定になってします欠点があった。 本発明の目的は、前述の欠点を有しない新規な位置制御
装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

本発明では、ロータリーエンコーダの出力を所定周期で
サンプリングすることにより前記欠点を排除するように
した。 〔作　　　用］ 本発明では、ロータリーエンコーダの出力から振動成分
が除去されるので従来よりも高精度の制御を行うことが
できる。 ［実　　施　　例］ 実施例１ 以下に図を参照しつつ本発明の詳細な説明する。 第１図は、リング型振動体上に進行性振動波を発生させ
、摩擦力によってロータを回転させるタイプの振動アク
チュエータを用いて高精度位置決めを行うθステージの
位置制御回路のブロック図である。 １は振動体、２は圧電素子、３はロータ、４は回転軸、
である。圧電素子２は振動体１に波数の等しい２つの定
在波を発生させ、その合成によって進行波を発生させて
いる。又、圧電素子２には振動検出用電極が設けられて
おり、振動体１の振動に対応するＳ相信号を発生してい
る。又、振動体ｌの図中上面にはロータ３が加圧接触さ
れており、摩擦力によって回転運動させている。５はロ
ータリーエンコーダ、６はθステージ、である。７は振
動アクチュエータの振動体ｌの振動振幅をＡ相とＢ相の
電圧振幅又は周波数変化でコントロールするための振動
振幅制御回路、８はロータリーエンコーダのＲＡ相とＲ
Ｂ相の位置的に９０°位相のずれた２相のパルスをカウ
ントして回転角度を検出するカウンタ、９はコンパレー
タ、１０はパルスエツジ検出回路、である。振動体１の
振動に対応する、はぼ正弦波信号であるＳ相信号をコン
パレータ９でほぼデユーティ５０％の方形波に変換し、
パルスエツジ検出回路１０でその方形波の立ち上がりと
立ち下がりエツジに同期してその方形波のパルス幅に対
して十分短いパルスを発生している。ここで、Ｒ１＜Ｒ
２でＶｃは正の電圧であるため、振動停止時にはＳ相信
号はＯ［Ｖ］となりコンパレータ９の出力も０［■］と
なる。 １１は公知のラッチ、１３は公知のディジタル加算器（
以下加算器と言う）、１４は公知の論理和素子、１５は
ＣＰＵ、１２はタイマ、である、第２図にＣＰＵ１５の
動作をフローチャートで示す、以下にはこれを用いて詳
細な説明をする。まず、振動に同期して位置を検出する
ことでどのような効果があるのかを簡単に説明しておく
、ここで、振動体１の振動振幅が、ロータ３が回転しな
い程度に小さい振幅であったとする。すると、ロータリ
ーエンコーダ５の出力信号をカウントするカウンタ８の
出力は、あるカウント値を中心に振動体１の振動周波数
で振動しはじめる。このカウンタ８の出力をもし任意の
タイミングでＣＰＵ１５に読み込んだとすると、カウン
トの中心値を知ることは難しい。しかし、ここで振動体
１の振動の立ち上がりと立ち下がりに同期してカウント
値を２回読み込んでその平均をとればカウントの中心値
から＋Δと一Δずれた値の平均をとることになるためカ
ウントの中心値を知ることが可能となる。このため、位
置制御時に真の位置にきわめて近い位置の検出が可能と
なり、停止位置精度が向上する。 一方、最初はＣＰＵ１５が振動振幅指令を０としている
ため、振動振幅制御回路７のＡ相、Ｂ相の交流電圧出力
はＯとなっており、振動体１は振動せず、ロータ３は停
止しており、カウンタ８の出力は前回の停止位置を示し
ている。 また、ラッチ１１−１、ラッチ１１−２の出力はラッチ
指令パルスによってカウンタ８の出力値と同じ値を示し
、加算器１３の出力はカウンタ８の出力値の倍の値を出
力している。 ここで次の位置指令が不図示の位置指令装置から入力さ
れると、現在位置の倍の値を示す加算器１３の出力（以
下現在位置と言う）を半分にする枚わりに位置指令を倍
にして変数ＰＳに入れる。（以下「変数」は省略する）
。 次にＰθに現在位置を入れ、ＰＳとＰθの差から適当な
移動時間（ＴＳ）及び振幅制御定数（△Ｓ）をあらかじ
め決められたデータテーブル等を参照して決定し、回転
方向に応じてＨに１か−１を入れ、ΔＰに単位時間に回
転する角度を入力する。 次に時刻１＝０のＰθから時刻ｔ＝ＴＳのＰＳまでの各
時刻での目標位置をｐ　ｔｏ）からＰ（ＴＳ）までの配
列に入れる。次にｔにＯを入れ、位置制御動作が開始さ
れる。Ｈはカウントが正方向とすると＋１であるから、
Ｐ　ｆｉｌ・Ｐθとなり、ｔは１加えて１となり、Ｐ（
Ｔｓｌ＞Ｐθであるのでタイマ１２からの一定時間ごと
の割り込みがあるまで待つ。割り込みが入力されると次
はＰＩ＞Ｐθであるから、振動振幅指令がΔＳ増加され
る。この様に振動振幅指令はＰ　（ｔｌ　より現在位置
が手前ならばΔＳ増加されてロータ３の回転速度が増速
し、Ｐ　（ｔｌのほうが現在位置より手前ならばΔＳ減
少して回転速度が減速し、位置指令に達するまで速度制
御がされる。 また、タイマ１６からの割り込みを待つ間、現在位置と
位置指令を比較し続け、回転位置が位置指令に達すると
、振動振幅指令を０にして停止する。もし、停止位置が
位置指令とずれていたならば、再度移動時間、回転方向
、振幅制御定数、を最適化して同様に位置制御を（り返
し、最終的に位置指令で示される回転位置に制御される
。 本実施例では、ハードウェアによるサンプリング及び加
算をしたがＣＰＵ１５でパルスエツジを検出してカウン
タ８の出力値を読み込み、加算してもよい。又、ロータ
リーエンコーダ５の出力パルス周波数に比べて振動体１
の振動周波数が５倍程度以上高ければ、ＲＡ相、ＲＢ相
の信号をローパスフィルタに通して振動周波数を除去し
ても良い。又、本実施例では、リング型の振動体を用い
た回転型のモータの例を示したが、リニア、回転を問わ
ず、又、他方式の公知の振動波（超音波）モータ（アク
チニエータ）に於いても同様に振動に影響されずに位置
検出が可能である。又、本実施例では、Ｓ相に同期して
位置の検出を行ったが、駆動電圧に同期するように構成
しても良い。 実施例２ 第３図は第２の実施例を示すブロック図である。 第１実施例との違いはラッチ１１の数が増えたことと、
パルスエツジ検出回路１０の代りにＮ倍の周波数逓倍器
がラッチ１１のラッチ信号を発生していることである。 これは、振動のＮ倍の周波数でカウンタ８の出力値をＮ
回すンプリングして加算平均することで振動体ｌの振動
１周期分のカウント値を平均することになるため、カウ
ント値の振動中心を検出することが出来る。本実施例の
ＣＰＵ１５の動作のフローチャートを第４図に示す。 第１実施例がラッチ指令パルスが２回であるのに対して
本実施例ではＮ回、位置指令を２倍にしたのに対してＮ
倍となっている。この様な方法をとることにより、さら
に高速な位置検出が可能となる。また、この様に振動を
利用することでパルス数の少ないエンコーダを用いた場
合に於いても、指令位置に近づくと、振動中心が指令位
置に達する前に指令位置に近づいたことを知ることが出
来、カウント値が指令位置を示す場合と１力ウント手前
の位置を示す場合の割合が５０％となる位置で振動体１
の振動を停止させれば指令位置と１力ウント手前の位置
のちょうど境界の位置に停止することになる。但し、本
実施例に於いて、この様なカウントの境界で停止させる
には０．５力ウント指令位置を手前にずらす必要があり
、さらにＮが奇数の場合は、ＣＰＬ１１５で指令位置を
Ｎ倍した時に０．５カウント余ってしまうので、その時
はＮ倍した指令位置を回転方向側に丸める必要がある。 実施例３ 実施例１及び２の様に振動の１周期分の位置データを加
算平均すれば、振動の影響を最少におさえることが出来
るが、実際にどの様な値を検出出来るかを式に示す。検
出位置Ｓは、Ｓ　＝　ｖ　ｏ−ｔ　＋Ｓｏ＋　Ｓｍ−ｃ
ｏｓ　（ωｓ−ｔ＋ψ０）で表わされる。 又、振動の一周期をＮ等分し、各位置をそれに対応して
Ｓ　ｆＯ）、Ｓ　（１）・・・・・・Ｓ　ｆＮ）とし、
−周期をＴｓとすると一周期分の位置の平均Ｓとなり、
ＳとＳを比較すると、Ｓは、Ｓから振動成分の除去は出
来ているが、最後に入力したＮ−１番目のデータの時刻 過去のデータとなる。 したがって、速度ｖ０が十分遅い場合には、□・Ｔｓの
時間ではほとんど移動しないため２・Ｎ 問題は無いが、速度ｖ０が速い場合や高精度の位置決め
を必要とする場合には誤差が生じてしまう。そこで微小
時間で速度変化が無いと仮定し、□・Ｔｓで移動する移
動量を求め、Ｓに２・Ｎ 加算して現在位置を推定すればこの誤差を少な（するこ
とが出来る。すなわち、時刻ｔのＳをＳ　（ｔ）とすれ
ば、 となり、時間遅れなく検出することが可能となる。 第５図に、第２実施例に本実施例を適用するための付加
回路を示す、１７はラッチ、１８は論理和素子１４の出
力パルスを遅延させる遅延回路、１９はラッチ１７−１
の出力を２倍にする２倍回路、２０は入力Ａから入力Ｂ
の値を減算して出力する減算器、である。これにより、
Ｓに相当する加算器１３の出力をラッチ群１７に時系列
にラッチし、現在の値であるラッチ１７−１の出力を２
倍回路１９で２倍した値Ａから、振動周期の半分の時間
だけ過去のデータであるラッチ１７−Ｎ４）出力Ｂを減
算器で減算し、現在位置をＣＰＵ１５に入力してる。こ
こで、遅延回路１８は、加算器１３の入力に対する出力
の遅延時間を考慮して加算が完全に終ってからラッチ１
７にラッチさせるためのものである。 本実施例はラッチ、加算、減算、等の演算をすべてハー
ドウェアで行ったが、ＣＰＵ　ｌ　５が論理和素子１４
の出力に同期してカウンタ８の出力を読み込んで、すべ
ての演算をＣＰＵ１５内でソフト的に行っても良い、又
、あらかじめ振動周波数がわかっている場合は、周波数
逓倍器１６の代わりにただの発振器を使用したり、ＣＰ
Ｕ１５から一定時間ごとにパルスを発生させても良い。 ［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明ではロータリーエンコー
ダの出力を振動体駆動電圧の２倍以上の周波数に周期し
てサンプリングするように構成したので振動アクチュエ
ータの圧接部材（移動体）の位置を正確に検出すること
ができ、従って振動アクチュエータの位置制御を高精度
に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の位置制御装置の概略図、
第２図は第１図に示したＣＰＵ　ｌ　５の制御動作のフ
ローチャート、第３図は本発明の第２実施例の位置制御
装置の概略図、第４図は第３図に示したＣＰＵ１５の制
御動作のフローチャート、第５図は本発明の他の実施例
の特徴的な構成を示した図、である。 ｌ−・・振動体　　　　　　２・・・圧電素子３・・・
ロータ　　　　　　４・・・回転軸５・・・ロータリー
エンコーダ ７・・・振動振幅制御回路　８・・・カウンタ９・・・
コンパレータ ｌＯ・・・パルスエツジ検出回路 １１．１７・・・ラッチ　　　　１２・・・タイマ１３
・・・加算器　　　　　　１５・・・ＣＰＵ１６・・・
周波数週倍器 第２図 第４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　振動体に圧接部材を圧接し、該振動体の振動エネル
   ギーを摩擦力を介して該圧接部材に伝達し、該圧接部材
   を該振動体に対して相対的に移動させる各種振動アクチ
   ュエータに於て、 該圧接部材の位置を検出するセンサと、該振動体を振動
   させるための交流信号の２倍以上の周波数に同期して該
   センサの出力をサンプリングするサンプリング手段と、
   サンプリングした信号の該交流信号の一周期毎の平均値
   に応じて振動周波数や振動振幅又は外部に接続されたブ
   レーキ機構のブレーキ力等を変化させる位置制御部から
   成る振動アクチュ エータの位置制御装置。