JPH0471374A - 超音波モータの制御装置 - 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、弾性体とその弾性体を励振する圧電体でなる
振動体を備えた進行波型の超音波モータに対して、前記
圧電体に高周波電力を供給する電源供給手段と、駆動速
度を検出する速度検出手段と、前記速度検出手段による
検出速度に基づいて前記駆動速度を目標速度に制御する
速度制御手段とで構成してある超音波モータの制御装置
に関し、例えばサーボモータとして用いられる超音波モ
ータの制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の超音波モータの制御装置は、高効率で駆
動すべく、前記振動体の共振周波数を検出して、その周
波数から一定のずれをもった周波数となるように電源供
給手段の出力周波数を制御する周波数追尾手段と、前記
振動体の振動振幅を検出して、その振動振幅を一定値に
維持すへく電源供給手段の出力電圧を制御する電圧制御
手段とを備えて構成していた。

〔発明か解決しようとする課題〕

しかし、上述の従来技術によるこの種の超音波モータの
制御装置では、一定の速度で安定駆動する上では優れる
か、部品点数が多く複雑て高価となる欠点があり、さら
には、サーボモータとして駆動速度を可変に制御する場
合にその応答速度が遅いという欠点があった。

振動体の温度変化やモータの負荷変動に起因する振動体
の共振周波数の変動や、振動体の磨耗等の影響か定性的
に把握、表現されていないために、最適な制御モデルか
得られないためである。

本発明の目的は上述した従来欠点を解消する点にある。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明による超音波モータの
制御装置の特徴構成は、前記速度制御手段を、前記速度
検出手段による検出速度と前記目標速度との速度偏差に
対するファジィルールに基づき、前記電源供給手段の出
力周波数を可変制御するように構成してあることにある
。

〔作　用〕 つまり、前件部を速度偏差に対する電源供給手段の出力
周波数の大小に関する適合度を表すメンバシップ関数、
後件部をその適合度から演算導出する出力周波数の現在
値からの偏差とするファジィルールに基づき推論を実行
して、その推論結果から電源供給手段の出力周波数を、
前記速度偏差が小となるように可変制御することで、負
荷変動や振動体の温度変化に起因する振動体の共振周波
数の変動に関わらず、目標速度に追随すへく制御するの
である。

尚、メンバシップ関数は、実験による負荷や振動体の温
度等の変化時の出力周波数による制御特性に基づき決定
することになる。

〔発明の効果〕

従って、本発明による超音波モータの制御装置を用いる
ことで、定性的に把握、表現されていないために最適な
制御モデルが得られない状況の基でも、駆動速度を可変
に且つ安定して制御することを、簡単構成で低コストに
抑えながら、高速応答で、しかも、ある程度満足な特性
が得られる状態で行えるようになった。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図（イ）及び（［１）に示すように、超音波モータ
（Ｍ）は、圧電体（１）に弾性体（２）を固着して超音
波の進行波を発生させる振動体（３）としての固定子（
３）と、その固定子（３）に加圧接触して回転する回転
子（４）とで構成してあり、回転子（４）の出力軸には
回転数検出用のエンコーダ（図示せず）を備えである。

前記圧電体（１）は、周方向に領域（Ａ）、　（Ｂ）に
二分割してあり、各領域（Ａ）、　（Ｂ）は、波長λの
二分の−の間隔で隣合う区分を交互に厚み方向に分極処
理するとともに、それら領域（Ａ）、　（Ｂ）間を四分
の三波長ずらせて配置してある。

前記領域（Ａ）、　（Ｂ）に９０°位相の異なる高周波
電圧を印加することにより、領域（Ａ）、　（Ｂ）に対
応する固定子（３）に発生する定在波が相互に干渉を起
こし、合成されて進行波となる。

即ち、前記回転子（４）は、前記固定子（３）に発生す
る進行波に基づく前記固定子（３）との摩擦力により回
転する。

前記超音波モータ（Ｍ）の回転速度は、第４図に示すよ
うに、前記圧電体（１）への印加電圧周波数が前記振動
体（３）の機械的共振周波数と一致する周波数でピーク
値を示し、そのポイントから上下にずれるに従って低下
する特性曲線で示される。

そして、この特性曲線は、モータ（Ｍ）にかかる負荷や
前記振動体（３）の温度により変化し、同一の出力周波
数であっても、負荷や温度の変化で回転速度が変化する
。

前記超音波モータ（Ｍ）は、前記共振周波数と一致する
周波数よりも高周波域から周波数を徐々に低下させて起
動する。前記共振周波数と一致する周波数での駆動で一
番大きな振動が得られることになる（しかし、この周波
数での駆動はエネルギー変換効率が低下する）。

前記超音波モータ（Ｍ）の制御装置は、第１図（イ）、
　（［１）に示すように、前記圧電体（１）に高周波型
力を供給する電源供給手段（５）としてのサーボポンプ
と、前記回転子（４）の回転速度を検出する速度検出手
段（６）と、目標速度を設定する速度設定手段（７）と
、前記速度検出手段（６）による検出速度に基づいて目
標速度に制御する速度制御手段（８）とで構成してある
。

前記電源供給手段（５）は、直流チョッパ回路（５Ａ）
の後段に電圧分割形ハーフブリッジインバータ（５Ｂ）
を二組組み合わせて構成してあり、所定の位相差を有す
る方形波を昇圧用のトランス（ＴＲＩ）、　（ＴＲ２）
を介して前記圧電体（１）に接続してある。

前記速度検出手段（６）は、前記エンコーダ（図示せず
）と、その出力パルスに対する所定時間（約５０ｍ５）
毎のパルス数から回転速度を演算する手段で構成してあ
る。

前記速度制御手段（８）について詳述すれば、前記目標
速度と前記速度検出手段（６）からの検出速度を入力し
て速度偏差を求める手段（９ａ）と、その速度偏差から
前記電源供給手段（５）の出力周波数の変化量を求める
ファジィ制御手段（９）と、その変化量に基づき前記電
源供給手段（５）の出力周波数を可変制御する駆動手段
（Ｄ）とで構成してある。

前記駆動手段（Ｄ）には、前記電源供給手段（５）の出
力周波数が前記共振周波数以下になることを防ぐリミッ
タ手段（図示せず）を設けである。

前記ファジィ制御手段（９）は、第２図（イ）、　（ｏ
）に示すメンバシップ関数に基づき、目標速度からの速
度偏差か大であればその速度偏差を小にするために、現
在の電源供給手段（５）の出力周波数の可変量を演算出
力するマイクロコンピュータ等で構成してある。

例示すると、速度偏差が＋１０ｒｐｍ、つまり、速すぎ
る場合には、“少し速い（ＰＳ）”と言う曖昧な表現の
適合度合いが“ビであり、これに対応する周波数偏差か
＋０．０５ｋＨｚ”であるので、前記電源供給手段（５
）の出力周波数を現在値よりＱ、　（１５ｋＨｚ上昇さ
せるのである。メンバシップ関数が重なる領域では、そ
の適合度の割合に基づいて加重平均値を求めることにな
る。

つまり、目標速度より速ければ出力周波数を上昇させて
速度を低下させ、目標速度より遅ければ出力周波数を低
下させて速度を上昇させることで、常に目標速度に制御
すべく作用するのである。

出力周波数の変化させる度合いは、実験による経験値を
基に生成したメンバシップ関数による。

第５図（イ）、　（０）は、モータの駆動中に負荷トル
クが変動するときに、一定周波数での制御と、ファジィ
制御を行った時の回転数の変動を、第６　（イ）、　（
０）は、モータの時間変化、つまり、振動体の温度上昇
時の回転数の変動を同様に示すものである。

〔別実施例〕

以下に本発明の別実施例を説明する。

先の実施例で用いたメンバシップ関数は、これに限定す
るものではなく、速度偏差の範囲とその適合度、周波数
偏差とその適合度は任意に設定してよい。

先の実施例では、メンバシップ関数の決定にあたり、予
めの実験値に基ついて決定しているか、メンバシップ関
数の決定は、前記ファジィ制御手段（９）に、回転子と
固定子の摩擦力の経時変化や製造誤差その他の原因によ
る特性の変化やばらつきを学習する学習機能を搭載して
、メンバシップ関数を自動的に設定するように構成する
ことで、予め設定するための実験等の作業なくして、所
期の目的を達成することかできる。

同様に、初期に設定したメンバシップ関数を、経時変化
に対応させて学習機能を用いて、自動的に修正するよう
に構成してもよい。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る超音波モータの制御装置の実施例を
示し、第１図（イ）、　（０）は超音波モー夕の制御装
置のブロック構成図、第２図（イ）、　（ＩＩ）はメン
バシップ関数の関係図、第３図（イ）、　（Ｉｌ）は超
音波モータの概略構成図、第４図は駆動周波数と回転速
度の関係図、第５図（イ）、　（ＩＩ）は負荷トルク変
動に対する回転速度の制御特性図、第６図（（）、　（
０）は振動体の温度変化（時間経過により大となる）に
対する回転速度の特性図である。 （１）・・・・・・圧電体、（２）・・・・・・弾性体
、（３）・・・・・・振動体、（５）・・・・・・電源
供給手段、（６）・旧・・速度検出手段、（８）・・・
・・・速度制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　弾性体（２）とその弾性体（２）を励振する圧電体（
   １）でなる振動体（３）を備えた進行波型の超音波モー
   タに対して、前記圧電体（１）に高周波電力を供給する
   電源供給手段（５）と、駆動速度を検出する速度検出手
   段（６）と、前記速度検出手段（６）による検出速度に
   基づいて前記駆動速度を目標速度に制御する速度制御手
   段（８）とで構成してある超音波モータの制御装置であ
   って、前記速度制御手段（８）を、前記速度検出手段（
   ６）による検出速度と前記目標速度との速度偏差に対す
   るファジィルールに基づき、前記電源供給手段（５）の
   出力周波数を可変制御するように構成してある超音波モ
   ータの制御装置。