JPH05111266A - Controller for piezoelectric actuator - Google Patents

Controller for piezoelectric actuator

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Publication number
JPH05111266A
JPH05111266A JP3271437A JP27143791A JPH05111266A JP H05111266 A JPH05111266 A JP H05111266A JP 3271437 A JP3271437 A JP 3271437A JP 27143791 A JP27143791 A JP 27143791A JP H05111266 A JPH05111266 A JP H05111266A
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JP
Japan
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piezoelectric actuator
circuit
signal
charging
value
Prior art date
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Application number
JP3271437A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidekazu Kurokawa
英一 黒川
Tomoo Kawase
友生 川瀬
Kazuhiko Miura
和彦 三浦
Shinro Oda
真郎 織田
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH05111266A publication Critical patent/JPH05111266A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a controller for a piezoelectric actuator which can rapidly and accurately control the actuator. CONSTITUTION:A charging FET 19 is connected between a high voltage power source 5 for generating a positive voltage and a piezoelectric actuator l, and a discharging FET 30 is connected to the actuator 1. A position sensor 7 detects a value (position) responsive to an elongation/contraction of the actuator 1. A differential amplifier 8 obtains a deviation between a position of the actuator 1 from the sensor 7 and a target value of the actuator 1 from a control circuit 6, and so controls the FETs 19, 30 as to obtain charging;discharging current responsive to the deviation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、圧電素子をアクチュ
エータとして使用し、そのアクチュエータの伸縮動作を
制御する圧電アクチュエータ用制御装置に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric actuator control device which uses a piezoelectric element as an actuator and controls expansion and contraction of the actuator.

【0002】[0002]

【従来の技術】精密位置決め等に用いられる圧電アクチ
ュエータは、電圧を印加することにより変位するが、こ
の印加電圧により変位量を制御しようとすると、図4に
示されるようなヒステリシスが発生するため、正確な位
置決めを行う上で障害となっている。この対策として、
図5に示すように、圧電アクチュエータへの注入電荷量
によって制御する方法が行われている(特開平1−99
270号公報、特開平2−202384号公報)。これ
は、目標とする位置に変位させるために、一定の速度で
定電荷を注入する方式であって、図6に示すように、電
荷検出用のコンデンサ70にて圧電アクチュエータ71
の電荷量を検出して、比較回路72にて圧電アクチュエ
ータ71の電荷量と圧電アクチュエータ71の目標値と
を比較し、その比較結果によりスイッチング素子として
の充電用FET73あるいは放電用FET74をオン・
オフするようになっている。
2. Description of the Related Art Piezoelectric actuators used for precision positioning or the like are displaced by applying a voltage. However, if the amount of displacement is controlled by the applied voltage, a hysteresis as shown in FIG. This is an obstacle to accurate positioning. As a measure against this,
As shown in FIG. 5, a method of controlling by the amount of charge injected into the piezoelectric actuator is performed (Japanese Patent Laid-Open No. 1-99).
270, JP-A-2-202384). This is a method of injecting a constant charge at a constant speed in order to displace it to a target position, and as shown in FIG.
Of the electric charge of the piezoelectric actuator 71 is compared with the target value of the piezoelectric actuator 71 by the comparison circuit 72, and the charging FET 73 or the discharging FET 74 as a switching element is turned on by the comparison result.
It is supposed to turn off.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、図7に示す
ように、一定の速度で電荷を注入・注出するため、目標
値の近傍では、圧電アクチュエータの応答遅れからオー
バーシュートやチャタリングが発生してしまい、高速で
精度の高い位置決めが困難である。又、逆に、チャタリ
ングの防止のために、電荷の注入速度を低下させると位
置決め速度が遅くなってしまう。
However, as shown in FIG. 7, since charge is injected and poured out at a constant speed, overshoot and chattering occur due to the response delay of the piezoelectric actuator near the target value. It is difficult to perform high-speed and highly accurate positioning. On the contrary, if the charge injection speed is reduced to prevent chattering, the positioning speed becomes slow.

【0004】そこで、この発明の目的は、圧電アクチュ
エータを高速度・高精度で制御できる圧電アクチュエー
タ用制御装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator control device capable of controlling a piezoelectric actuator at high speed and with high accuracy.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この発明は、プラス電圧
を発生する充電用電源と圧電アクチュエータとの間に接
続された充電電流調整手段と、前記圧電アクチュエータ
と接続された放電電流調整手段と、前記圧電アクチュエ
ータの伸縮に応じた値を検出するセンサと、前記センサ
による圧電アクチュエータの伸縮に応じた値と圧電アク
チュエータの目標値との偏差を求め、その偏差に応じた
充・放電電流とすべく前記充電電流調整手段及び放電電
流調整手段を制御する制御手段とを備えた圧電アクチュ
エータ用制御装置をその要旨とするものである。
According to the present invention, there is provided a charging current adjusting means connected between a charging power source for generating a positive voltage and a piezoelectric actuator, and a discharging current adjusting means connected to the piezoelectric actuator. A sensor for detecting a value corresponding to expansion / contraction of the piezoelectric actuator, and a deviation between a value corresponding to expansion / contraction of the piezoelectric actuator by the sensor and a target value of the piezoelectric actuator are obtained, and a charging / discharging current corresponding to the deviation is obtained. A gist of the present invention is a piezoelectric actuator control device including a control means for controlling the charging current adjusting means and the discharging current adjusting means.

【0006】[0006]

【作用】センサにて圧電アクチュエータの伸縮に応じた
値が検出され、制御手段にて、センサによる圧電アクチ
ュエータの伸縮に応じた値と圧電アクチュエータの目標
値との偏差が求められ、その偏差に応じた充・放電電流
とすべく充電電流調整手段及び放電電流調整手段が制御
される。
The sensor detects a value corresponding to the expansion / contraction of the piezoelectric actuator, and the control unit obtains the deviation between the value corresponding to the expansion / contraction of the piezoelectric actuator by the sensor and the target value of the piezoelectric actuator. The charging current adjusting means and the discharging current adjusting means are controlled to obtain the charging / discharging current.

【0007】[0007]

【実施例】以下、この発明を、圧電アクチュエータの絶
対位置を制御するシステムに具体化した一実施例を図面
に従って説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is embodied in a system for controlling the absolute position of a piezoelectric actuator will be described below with reference to the drawings.

【0008】図2には圧電アクチュエータ1を示す。圧
電アクチュエータ1は、多数枚の電極板2と、圧電素子
からなる多数枚の素子3を互いに一枚ずつ交互に積層し
て構成されている。そして、各素子3は電気的に並列に
接続され、印加電圧の増減に応じて積層方向に伸縮する
ようになっている。
FIG. 2 shows a piezoelectric actuator 1. The piezoelectric actuator 1 is configured by alternately laminating a large number of electrode plates 2 and a large number of piezoelectric elements 3 one by one. The elements 3 are electrically connected in parallel, and expand / contract in the stacking direction according to the increase / decrease in applied voltage.

【0009】図1には圧電アクチュエータ用制御装置の
電気回路図を示す。本装置は、圧電アクチュエータ1と
電流検出抵抗4と充電用電源としての高圧電源5と制御
回路6と位置センサ7と制御手段としての差動増幅回路
8と正の半波整流回路9と負信号反転半波整流回路10
と充電電流制御用増幅回路11と放電電流制御用増幅回
路12と充電信号伝達回路13と放電信号伝達回路14
と充電電流調整回路15と放電電流調整回路16と充電
電流検出回路17と放電電流検出回路18とを備えてい
る。
FIG. 1 shows an electric circuit diagram of the control device for the piezoelectric actuator. This device includes a piezoelectric actuator 1, a current detection resistor 4, a high voltage power source 5 as a charging power source, a control circuit 6, a position sensor 7, a differential amplifier circuit 8 as a control means, a positive half-wave rectification circuit 9, and a negative signal. Inversion half-wave rectifier circuit 10
A charging current control amplifier circuit 11, a discharge current control amplifier circuit 12, a charge signal transmission circuit 13, and a discharge signal transmission circuit 14.
The charging current adjusting circuit 15, the discharging current adjusting circuit 16, the charging current detecting circuit 17, and the discharging current detecting circuit 18 are provided.

【0010】圧電アクチュエータ1に対し電流検出素子
としての電流検出抵抗4が直列に接続され、さらに、電
流検出抵抗4は接地されている。この電流検出抵抗4は
圧電アクチュエータ1の充・放電動作に伴う、圧電アク
チュエータ1の充電電流Icha と放電電流Idis を検出
するためのものである。そして、実際に圧電アクチュエ
ータ1に流れている電流は電流検出抵抗4の起電圧とし
て発生し、圧電アクチュエータ1に充電している時は正
の電圧が、又、放電している時は負の電圧が発生する。
A current detecting resistor 4 as a current detecting element is connected in series to the piezoelectric actuator 1, and the current detecting resistor 4 is grounded. The current detection resistor 4 is for detecting the charging current Icha and the discharging current Idis of the piezoelectric actuator 1 accompanying the charging / discharging operation of the piezoelectric actuator 1. Then, the current actually flowing in the piezoelectric actuator 1 is generated as an electromotive voltage of the current detection resistor 4, and a positive voltage is generated when the piezoelectric actuator 1 is being charged, and a negative voltage is being discharged. Occurs.

【0011】充電電流調整回路15は充電電流調整手段
としてのFET19と検出抵抗20とオペアンプ21と
抵抗22,23,24,25とから構成されている。圧
電アクチュエータ1には検出抵抗20とFET19と高
圧電源5のプラス端子とが直列に接続され、高圧電源5
のマイナス端子は接地されている。又、FET19のソ
ース端子19aと検出抵抗20との間の接続点aは抵抗
24を介してオペアンプ21の反転入力端子と接続され
ている。さらに、オペアンプ21の出力端子は抵抗22
を介してFET19のゲート端子19bと接続されると
ともに抵抗23を介して負帰還がかけられている。
The charging current adjusting circuit 15 is composed of a FET 19 as a charging current adjusting means, a detection resistor 20, an operational amplifier 21 and resistors 22, 23, 24 and 25. The detection resistor 20, the FET 19 and the positive terminal of the high voltage power supply 5 are connected in series to the piezoelectric actuator 1,
The negative terminal of is grounded. The connection point a between the source terminal 19 a of the FET 19 and the detection resistor 20 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 21 via the resistor 24. Furthermore, the output terminal of the operational amplifier 21 is a resistor 22.
Is connected to the gate terminal 19b of the FET 19 via the resistor 23 and negative feedback is applied via the resistor 23.

【0012】一方、放電電流調整回路16は放電電流調
整手段としてのFET30と検出抵抗31とオペアンプ
32と抵抗33,34,35,36とから構成されてい
る。圧電アクチュエータ1にはFET30と検出抵抗3
1とが直列に接続され、検出抵抗31は接地されてい
る。又、FET30のソース端子30aと検出抵抗31
との間の接続点bは抵抗35を介してオペアンプ32の
反転入力端子と接続されている。さらに、オペアンプ3
2の出力端子は抵抗33を介してFET30のゲート端
子30bと接続されるとともに抵抗34を介して負帰還
がかけられている。
On the other hand, the discharge current adjusting circuit 16 comprises a FET 30 as a discharge current adjusting means, a detection resistor 31, an operational amplifier 32, and resistors 33, 34, 35 and 36. The piezoelectric actuator 1 has a FET 30 and a detection resistor 3
1 and 1 are connected in series, and the detection resistor 31 is grounded. Further, the source terminal 30a of the FET 30 and the detection resistor 31
The connection point b between and is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 32 via the resistor 35. Furthermore, operational amplifier 3
The output terminal of No. 2 is connected to the gate terminal 30b of the FET 30 via the resistor 33 and negatively fed back via the resistor 34.

【0013】又、充電電流検出回路17はオペアンプ4
1とダイオード42と抵抗43とから構成されている。
そして、充電電流検出回路17は電流検出抵抗4による
信号を入力し正信号のみを半波整流して、充電電流値の
みを正の電圧値として出力する。又、放電電流検出回路
18はオペアンプ44とダイオード45と抵抗46,4
7とから構成されている。そして、放電電流検出回路1
8は電流検出抵抗4による信号を入力し負の信号のみを
半波整流して、整流した放電電流値のみを正の電圧値と
して出力する。
The charging current detecting circuit 17 is an operational amplifier 4
1 and a diode 42 and a resistor 43.
Then, the charging current detection circuit 17 inputs the signal from the current detection resistor 4, half-wave rectifies only the positive signal, and outputs only the charging current value as a positive voltage value. Further, the discharge current detection circuit 18 includes an operational amplifier 44, a diode 45, resistors 46, 4
7 and 7. Then, the discharge current detection circuit 1
8 receives the signal from the current detection resistor 4, half-wave rectifies only the negative signal, and outputs only the rectified discharge current value as a positive voltage value.

【0014】制御回路6は圧電アクチュエータ1の目標
位置Vcom に応じたレベルの指令信号(目標値信号)を
出力する。位置センサ7は圧電アクチュエータ1の伸縮
動作に伴う実際の位置Vfeを検出してフィードバック信
号として出力する。
The control circuit 6 outputs a command signal (target value signal) having a level corresponding to the target position Vcom of the piezoelectric actuator 1. The position sensor 7 detects the actual position Vfe associated with the expansion / contraction operation of the piezoelectric actuator 1 and outputs it as a feedback signal.

【0015】差動増幅回路8はオペアンプ48と抵抗4
9,50,51とから構成され、オペアンプ48の非反
転入力端子は制御回路6からの指令信号を入力し、オペ
アンプ48の反転入力端子は位置センサ7からのフィー
ドバック信号を入力する。そして、差動増幅回路8は制
御回路6からのアナログ指令値Vcomと位置センサ7か
らのフィードバック値Vfeとを比較増幅して、指令値V
com がフィードバック値Vfeより大きいと正の差動値を
出力し、指令値Vcom がフィードバック値Vfeより小さ
いと負の差動値を出力する。
The differential amplifier circuit 8 includes an operational amplifier 48 and a resistor 4.
9, 50 and 51, the non-inverting input terminal of the operational amplifier 48 inputs the command signal from the control circuit 6, and the inverting input terminal of the operational amplifier 48 inputs the feedback signal from the position sensor 7. Then, the differential amplifier circuit 8 compares and amplifies the analog command value Vcom from the control circuit 6 and the feedback value Vfe from the position sensor 7 to generate a command value V.
When com is larger than the feedback value Vfe, a positive differential value is output, and when the command value Vcom is smaller than the feedback value Vfe, a negative differential value is output.

【0016】正の半波整流回路9はオペアンプ52とダ
イオード53と抵抗54とから構成され、オペアンプ5
2の非反転入力端子は差動増幅回路8からの信号を入力
する。そして、正の半波整流回路9は差動増幅回路8か
らの出力信号(差動値)を整流して出力する。又、負信
号反転半波整流回路10はオペアンプ55とダイオード
56と抵抗57,58とから構成され、オペアンプ55
の反転入力端子は差動増幅回路8からの信号を入力す
る。そして、負信号反転半波整流回路10は差動増幅回
路8の出力信号(負信号)を反転して半波整流する。
The positive half-wave rectifier circuit 9 is composed of an operational amplifier 52, a diode 53 and a resistor 54.
The signal from the differential amplifier circuit 8 is input to the second non-inverting input terminal. Then, the positive half-wave rectifier circuit 9 rectifies and outputs the output signal (differential value) from the differential amplifier circuit 8. The negative signal inversion half-wave rectifier circuit 10 is composed of an operational amplifier 55, a diode 56, and resistors 57 and 58.
The signal from the differential amplifier circuit 8 is input to the inverting input terminal of. Then, the negative signal inversion half-wave rectifier circuit 10 inverts the output signal (negative signal) of the differential amplifier circuit 8 to perform half-wave rectification.

【0017】充電電流制御用増幅回路11は、オペアン
プ59と抵抗61,62,63とから構成されている。
この充電電流制御用増幅回路11のオペアンプ59の非
反転入力端子は正の半波整流回路9からの信号を入力
し、オペアンプ59の反転入力端子は充電電流検出回路
17からの信号を入力する。そして、充電電流制御用増
幅回路11は、正の半波整流回路9の出力電圧と、充電
電流検出回路17の出力電圧(充電電流値)とを比較増
幅する。又、放電電流制御用増幅回路12は、オペアン
プ60と抵抗64,65,66とから構成されている。
この放電電流制御用増幅回路12のオペアンプ60の非
反転入力端子は、負信号反転半波整流回路10からの信
号を入力し、オペアンプ60の反転入力端子は放電電流
検出回路18からの信号を入力する。そして、放電電流
制御用増幅回路12は、負信号反転半波整流回路10の
出力電圧と、放電電流検出回路18の出力電圧(放電電
流値)とを比較増幅する。
The charging current controlling amplifier circuit 11 comprises an operational amplifier 59 and resistors 61, 62 and 63.
The non-inverting input terminal of the operational amplifier 59 of the charging current control amplifier circuit 11 inputs the signal from the positive half-wave rectifier circuit 9, and the inverting input terminal of the operational amplifier 59 inputs the signal from the charging current detection circuit 17. Then, the charging current control amplifier circuit 11 compares and amplifies the output voltage of the positive half-wave rectifier circuit 9 and the output voltage (charging current value) of the charging current detection circuit 17. The discharge current control amplifier circuit 12 is composed of an operational amplifier 60 and resistors 64, 65, 66.
The non-inverting input terminal of the operational amplifier 60 of the discharge current control amplifier circuit 12 inputs the signal from the negative signal inversion half-wave rectifier circuit 10, and the inverting input terminal of the operational amplifier 60 inputs the signal from the discharge current detection circuit 18. To do. Then, the discharge current control amplifier circuit 12 compares and amplifies the output voltage of the negative signal inversion half-wave rectifier circuit 10 and the output voltage (discharge current value) of the discharge current detection circuit 18.

【0018】充電信号伝達回路13は定電圧回路26と
フォトカプラ27と抵抗28,29とから構成されてい
る。定電圧回路26が抵抗28,25を介してオペアン
プ21の非反転入力端子と接続されている。又、フォト
カプラ27のフォトトランジスタ27aが抵抗28を介
して定電圧回路26と接続されている。さらに、充電電
流制御用増幅回路11(オペアンプ59)の出力端子
は、充電信号伝達回路13のフォトカプラ27の発光ダ
イオード27b及び抵抗29を介して定電圧電源Vccに
接続されている。一方、放電信号伝達回路14は定電圧
回路37とフォトカプラ38と抵抗39,40とから構
成されている。定電圧回路37が抵抗39,36を介し
てオペアンプ32の非反転入力端子と接続されている。
又、フォトカプラ38のフォトトランジスタ38aが抵
抗39を介して定電圧回路37と接続されている。さら
に、放電電流制御用増幅回路12(オペアンプ60)の
出力端子は、放電信号伝達回路14のフォトカプラ38
の発光ダイオード38b及び抵抗40を介して定電圧電
源Vccに接続されている。
The charge signal transmission circuit 13 comprises a constant voltage circuit 26, a photo coupler 27, and resistors 28 and 29. The constant voltage circuit 26 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 21 via the resistors 28 and 25. Further, the phototransistor 27a of the photocoupler 27 is connected to the constant voltage circuit 26 via the resistor 28. Further, the output terminal of the charging current controlling amplifier circuit 11 (op amp 59) is connected to the constant voltage power supply Vcc via the light emitting diode 27b of the photocoupler 27 of the charging signal transmission circuit 13 and the resistor 29. On the other hand, the discharge signal transmission circuit 14 includes a constant voltage circuit 37, a photo coupler 38, and resistors 39 and 40. The constant voltage circuit 37 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 32 via the resistors 39 and 36.
The phototransistor 38a of the photocoupler 38 is connected to the constant voltage circuit 37 via the resistor 39. Further, the output terminal of the discharge current control amplifier circuit 12 (op amp 60) is connected to the photo coupler 38 of the discharge signal transmission circuit 14.
Is connected to the constant voltage power supply Vcc via the light emitting diode 38b and the resistor 40.

【0019】次に、このように構成した圧電アクチュエ
ータ用制御装置の作用を説明する。差動増幅回路8にて
制御回路6からのアナログ指令値Vcom と位置センサ7
からのフィードバック値Vfeとが比較増幅され、指令値
Vcom がフィードバック値Vfeより大きいと、正の差動
値が出力される。又、指令値Vcom がフィードバック値
Vfeより小さいと、負の差動値が出力される。
Next, the operation of the piezoelectric actuator control device thus configured will be described. The differential amplifier circuit 8 uses the analog command value Vcom from the control circuit 6 and the position sensor 7
When the command value Vcom is larger than the feedback value Vfe, a positive differential value is output. If the command value Vcom is smaller than the feedback value Vfe, a negative differential value is output.

【0020】そして、指令値Vcom がフィードバック値
Vfeより大きいときには、正の半波整流回路9にて差動
増幅回路8からの出力信号(差動値)が整流され、充電
側の後段の回路11,13,15を作動させる。一方、
指令信号Vcom がフィードバック信号Vfeより小さい
と、負信号反転半波整流回路10にて差動増幅回路8の
出力信号(負信号)が反転され半波整流されて放電側の
後段の回路12,14,16を作動させる。
When the command value Vcom is larger than the feedback value Vfe, the output signal (differential value) from the differential amplifier circuit 8 is rectified by the positive half-wave rectifier circuit 9, and the circuit 11 at the latter stage on the charging side is rectified. , 13, 15 are activated. on the other hand,
When the command signal Vcom is smaller than the feedback signal Vfe, the output signal (negative signal) of the differential amplifier circuit 8 is inverted and half-wave rectified by the negative signal inversion half-wave rectification circuit 10, and the circuits 12 and 14 in the subsequent stage on the discharge side. , 16 are activated.

【0021】一方、実際に圧電アクチュエータ1に流れ
ている電流は電流検出抵抗4の起電圧として発生し、圧
電アクチュエータ1に充電している時は正の電圧とし
て、又放電している時は負の電圧として発生する。そし
て、電流検出抵抗4からの信号は充電電流検出回路17
において正信号のみが半波整流され、充電電流値のみが
正の電圧値として出力される。又、電流検出抵抗4から
の信号のうち負の信号のみが放電電流検出回路18にお
いて半波整流され、整流した放電電流値のみを正の電圧
値として出力する。
On the other hand, the current actually flowing in the piezoelectric actuator 1 is generated as an electromotive voltage of the current detection resistor 4, and is positive when the piezoelectric actuator 1 is being charged and negative when it is discharging. Occurs as the voltage of. The signal from the current detection resistor 4 is supplied to the charging current detection circuit 17
At, only the positive signal is half-wave rectified, and only the charging current value is output as a positive voltage value. Further, of the signals from the current detection resistor 4, only a negative signal is half-wave rectified in the discharge current detection circuit 18, and only the rectified discharge current value is output as a positive voltage value.

【0022】ここで、指令値Vcom がフィードバック値
Vfeより大きいと、電流制御用増幅回路11において正
の半波整流回路9の出力電圧と、充電電流検出回路17
の出力(充電電流値)が比較増幅され、半波整流回路9
の信号が充電電流検出回路17の信号より大きい程、出
力電圧は大きくなる。又、放電電流制御用増幅回路12
では、充電電流制御用増幅回路11と同様に、指令信号
Vcom がフィードバック信号Vfeより小さい時の偏差の
量に応じて出力電圧も変化する。従って、負信号反転半
波整流回路10の信号が放電電流検出回路18の信号よ
り大きい程、放電電流制御用増幅回路12の出力電圧は
大きくなる。
When the command value Vcom is larger than the feedback value Vfe, the output voltage of the positive half-wave rectifier circuit 9 in the current control amplifier circuit 11 and the charging current detection circuit 17 are set.
Output (charging current value) is compared and amplified, and half-wave rectifier circuit 9
The larger the signal of is larger than the signal of the charging current detection circuit 17, the larger the output voltage is. In addition, the discharge current control amplifier circuit 12
Then, similarly to the charging current control amplifier circuit 11, the output voltage also changes according to the amount of deviation when the command signal Vcom is smaller than the feedback signal Vfe. Therefore, the output voltage of the discharge current control amplifier circuit 12 increases as the signal of the negative signal inversion half-wave rectifier circuit 10 becomes larger than the signal of the discharge current detection circuit 18.

【0023】そして、充電電流制御用増幅回路11から
の信号が信号伝達回路13にて充電電流調整回路15に
伝達される。つまり、信号伝達回路13の定電圧回路2
6は圧電アクチュエータ1の電位をベースとしており、
抵抗28を介してフォトカプラ27のコレクタに接続さ
れ、又、フォトカプラ27の発光ダイオード27bのア
ノード側が、抵抗29を介して定電圧電源Vccに接続さ
れている。従って、充電電流制御用増幅回路11からの
信号が小さい程、フォトカプラ27の発光ダイオード2
7bには大きな電流が流れ、フォトトランジスタ27a
が飽和に近くなるため、抵抗25,28間の電圧VA
低下する。又、充電電流制御用増幅回路11からの信号
が大きい程、フォトカプラ27の発光ダイオード27b
には少ししか電流が流れないため、フォトトランジスタ
27aが活性に近くなり、電圧V A は上昇する。そし
て、充電信号伝達回路13の電圧VA が小さい時には、
充電電流調整回路15のFET19のゲート電圧は低く
FET19には少ししか電流が流れない。反対に、電圧
A が大きい時、FET19のゲート電圧は高く、FE
T19には大きな電流が流れる。この電流は、高圧電源
5からFET19を介して圧電アクチュエータ1に流れ
圧電アクチュエータは伸長動作する。
From the charging current control amplifier circuit 11,
Signal to the charging current adjusting circuit 15 in the signal transmission circuit 13.
Transmitted. That is, the constant voltage circuit 2 of the signal transmission circuit 13
6 is based on the electric potential of the piezoelectric actuator 1,
Connected to the collector of photocoupler 27 via resistor 28.
In addition, the light emitting diode 27b of the photocoupler 27 is
The node side is connected to the constant voltage power supply Vcc via the resistor 29.
Has been. Therefore, the charging current control amplifier circuit 11
The smaller the signal, the light emitting diode 2 of the photocoupler 27.
A large current flows through 7b, and the phototransistor 27a
Is close to saturation, the voltage V between resistors 25 and 28AIs
descend. Also, the signal from the charging current control amplifier circuit 11
Is larger, the light emitting diode 27b of the photocoupler 27 is larger.
A small amount of current flows through the phototransistor.
27a becomes almost active, and the voltage V ARises. That
And the voltage V of the charging signal transmission circuit 13AIs small,
The gate voltage of the FET 19 of the charging current adjusting circuit 15 is low.
Only a small current flows through the FET 19. On the contrary, the voltage
VAIs large, the gate voltage of FET19 is high and FE
A large current flows through T19. This current is the high voltage power supply
5 to the piezoelectric actuator 1 through the FET 19
The piezoelectric actuator performs an extension operation.

【0024】ここで、FET19に流れる電流によって
検出抵抗20に起電圧が生じ、オペアンプ21と抵抗2
3,24,25で構成される差動増幅回路によってFE
T19に流れる電流が安定する。又、FET19を介し
て圧電アクチュエータ1に流れた充電電流は電流検出抵
抗4,充電電流検出回路17を介して充電電流制御用増
幅回路11にフィードバックされる(閉ループが形成さ
れる)。この閉ループは、フォトカプラ27の温度特性
等によりコレクタ電流が変動してしまったり、又、FE
T19のゲート・ソース間電圧〜ドレイン電流(VGS
D )の温度特性等により、正の半波整流回路9からの
信号で圧電アクチュエータ1の充電電流に温度特性を持
ってしまう等のため、充電電流の補正用として使用され
る。例えば、正の半波整流回路9からの信号が大きい
時、充電電流が流れなかった場合、充電電流検出回路1
7の電圧は低いため、電流制御用増幅回路11で素子の
温度特性を補正し、充電電流を広い温度範囲で安定して
流す。
Here, an electromotive voltage is generated in the detection resistor 20 by the current flowing in the FET 19, and the operational amplifier 21 and the resistor 2 are connected.
FE is provided by the differential amplifier circuit composed of 3, 24 and 25.
The current flowing through T19 becomes stable. In addition, the charging current flowing through the piezoelectric actuator 1 via the FET 19 is fed back to the charging current control amplifier circuit 11 via the current detection resistor 4 and the charging current detection circuit 17 (a closed loop is formed). In this closed loop, the collector current may fluctuate due to the temperature characteristics of the photocoupler 27, or the FE
T19 gate-source voltage-drain current (V GS
Since the charge current of the piezoelectric actuator 1 has a temperature characteristic due to a signal from the positive half-wave rectifier circuit 9 due to the temperature characteristic of I D ), it is used for correcting the charge current. For example, when the charging current does not flow when the signal from the positive half-wave rectification circuit 9 is large, the charging current detection circuit 1
Since the voltage of 7 is low, the temperature characteristic of the element is corrected by the current control amplifier circuit 11, and the charging current is made to flow stably in a wide temperature range.

【0025】同様に、作動増幅回路8の出力が負の場合
には、負信号反転半波整流回路10を通すことによりそ
の大きさに応じた信号が出力され、放電電流制御用増幅
回路12において放電電流検出回路18からの値と比較
されて、その差に応じた信号が放電信号伝達回路14を
介して放電電流調整回路16に送られる。そして、放電
電流調整回路16のFET30が制御されて制御回路6
による指令値と位置センサ7によるフィードバック値と
の偏差、及び放電電流検出回路18からの値との偏差に
応じた放電電流が圧電アクチュエータ1に流される。
Similarly, when the output of the operation amplification circuit 8 is negative, a signal corresponding to the magnitude is output by passing through the negative signal inversion half-wave rectification circuit 10, and in the discharge current control amplification circuit 12. It is compared with the value from the discharge current detection circuit 18, and a signal corresponding to the difference is sent to the discharge current adjustment circuit 16 via the discharge signal transmission circuit 14. Then, the FET 30 of the discharge current adjusting circuit 16 is controlled to control the control circuit 6
A discharge current corresponding to the deviation between the command value from the position sensor 7 and the feedback value from the position sensor 7 and the deviation from the value from the discharge current detection circuit 18 is applied to the piezoelectric actuator 1.

【0026】その結果、図3に示すように、指令値Vco
m がフィードバック値Vfeより大きい場合、その偏差の
大小で、充電電流の増減をして、圧電アクチュエータ1
の作動遅れによって生ずる、オーバーシュートやチャタ
リングを防止し速い伸動作が可能となる。又、指令信号
Vcom がフィードバック信号Vfeより小さい場合、その
偏差の大小で圧電アクチュエータ1の放電電流の増減を
して、充電側と同様の効果を示す。このようにして、指
令信号Vcom とフィードバック信号Vfeの大小で充放電
電流を可変し、安定した位置決めが行なわれる。
As a result, as shown in FIG. 3, the command value Vco
When m is larger than the feedback value Vfe, the charging current is increased or decreased depending on the magnitude of the deviation, and the piezoelectric actuator 1
It is possible to prevent overshoot and chattering that occur due to the operation delay of, and to perform a fast extension motion. When the command signal Vcom is smaller than the feedback signal Vfe, the discharge current of the piezoelectric actuator 1 is increased / decreased depending on the magnitude of the deviation, and the same effect as the charging side is obtained. In this way, the charging / discharging current is varied depending on the magnitude of the command signal Vcom and the feedback signal Vfe, and stable positioning is performed.

【0027】このように本実施例では、プラス電圧を発
生する高圧電源5(充電用電源)と圧電アクチュエータ
1との間にFET19(充電電流調整手段)を接続する
とともに、圧電アクチュエータ1にFET30(放電電
流調整手段)を接続し、さらに、位置センサ7により圧
電アクチュエータ1の伸縮に応じた値(位置)を検出す
るようにし、差動増幅回路8(制御手段)により位置セ
ンサ7による圧電アクチュエータ1の位置と圧電アクチ
ュエータ1の目標値との偏差を求め、その偏差に応じた
充・放電電流とすべくFET19,30を制御するよう
にした。その結果、圧電アクチュエータ1の作動遅れに
よって生ずる、オーバーシュートやチャタリングを防止
し圧電アクチュエータを高速度・高精度で制御できるこ
ととなる。
As described above, in this embodiment, the FET 19 (charging current adjusting means) is connected between the high voltage power source 5 (charging power source) for generating a positive voltage and the piezoelectric actuator 1, and the piezoelectric actuator 1 is connected to the FET 30 (charging current adjusting means). Discharge current adjusting means) is connected, and the position sensor 7 detects a value (position) according to expansion and contraction of the piezoelectric actuator 1, and the differential amplifier circuit 8 (control means) uses the position sensor 7 to operate the piezoelectric actuator 1. The deviation between the position of and the target value of the piezoelectric actuator 1 is obtained, and the FETs 19 and 30 are controlled so that the charging / discharging current corresponds to the deviation. As a result, it is possible to prevent overshoot and chattering that occur due to the operation delay of the piezoelectric actuator 1 and control the piezoelectric actuator with high speed and high accuracy.

【0028】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、油圧システムに圧電アクチュエー
タを応用する場合(圧電アクチュエータの伸縮により油
圧の増減を行なう場合)には、位置センサ7の代わり
に、油圧センサを用いてもよい。又、圧電アクチュエー
タを注入電荷量に応じて制御する場合には、位置センサ
7の代わりに、電荷検出センサを用いてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, when a piezoelectric actuator is applied to a hydraulic system (when the hydraulic pressure is increased or decreased by expanding or contracting the piezoelectric actuator), the position sensor 7 is not used. Alternatively, a hydraulic sensor may be used. Further, when controlling the piezoelectric actuator according to the injected charge amount, a charge detection sensor may be used instead of the position sensor 7.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
圧電アクチュエータを高速度・高精度で制御できる優れ
た効果を発揮する。
As described in detail above, according to the present invention,
It has the excellent effect of controlling the piezoelectric actuator at high speed and with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】実施例の圧電アクチュエータ用制御装置の電気
的構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an electrical configuration of a piezoelectric actuator control device according to an embodiment.

【図2】圧電アクチュエータを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a piezoelectric actuator.

【図3】タイムチャートである。FIG. 3 is a time chart.

【図4】圧電アクチュエータの印加電圧と変位量との関
係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a voltage applied to a piezoelectric actuator and a displacement amount.

【図5】圧電アクチュエータの注入電荷量と変位量との
関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an injection charge amount and a displacement amount of a piezoelectric actuator.

【図6】従来の圧電アクチュエータ用制御装置の電気的
構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an electrical configuration of a conventional piezoelectric actuator control device.

【図7】従来の圧電アクチュエータ用制御装置における
タイムチャートである。
FIG. 7 is a time chart of a conventional piezoelectric actuator control device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電アクチュエータ 5 充電用電源としての高圧電源 7 位置センサ 8 制御手段としての差動増幅回路 19 充電電流調整手段としてのFET 30 放電電流調整手段としてのFET DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric actuator 5 High-voltage power supply as charging power supply 7 Position sensor 8 Differential amplifier circuit as control means 19 FET as charge current adjusting means 30 FET as discharge current adjusting means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 織田 真郎 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装 株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shinrou Oda 1-1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi Nihon Denso Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラス電圧を発生する充電用電源と圧電
アクチュエータとの間に接続された充電電流調整手段
と、 前記圧電アクチュエータと接続された放電電流調整手段
と、 前記圧電アクチュエータの伸縮に応じた値を検出するセ
ンサと、 前記センサによる圧電アクチュエータの伸縮に応じた値
と圧電アクチュエータの目標値との偏差を求め、その偏
差に応じた充・放電電流とすべく前記充電電流調整手段
及び放電電流調整手段を制御する制御手段とを備えたこ
とを特徴とする圧電アクチュエータ用制御装置。
1. A charging current adjusting means connected between a charging power source that generates a positive voltage and a piezoelectric actuator, a discharging current adjusting means connected to the piezoelectric actuator, and a method according to expansion and contraction of the piezoelectric actuator. A sensor for detecting a value, a deviation between a value corresponding to expansion and contraction of the piezoelectric actuator by the sensor and a target value of the piezoelectric actuator is obtained, and the charging / discharging current adjusting means and the discharging current are adjusted so that the charging / discharging current corresponds to the deviation. A control device for a piezoelectric actuator, comprising: a control means for controlling an adjusting means.
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