JPH05328757A - 振動波アクチュエータの駆動装置 - Google Patents
振動波アクチュエータの駆動装置Info
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- JPH05328757A JPH05328757A JP4128841A JP12884192A JPH05328757A JP H05328757 A JPH05328757 A JP H05328757A JP 4128841 A JP4128841 A JP 4128841A JP 12884192 A JP12884192 A JP 12884192A JP H05328757 A JPH05328757 A JP H05328757A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/0075—Electrical details, e.g. drive or control circuits or methods
- H02N2/008—Means for controlling vibration frequency or phase, e.g. for resonance tracking
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 振動波アクチュエータの振動状態をモニタす
ることなく駆動周波数をコントロールし、且つ速度制御
レンジが広く、外乱に強い制御を実現できる振動波アク
チュエータの駆動装置を提供する。 【構成】 パルス幅指令ＰＳが小さく、減速しようとす
る場合、Ｐｄは正の値になるため、係数要素１８と積分
要素２１、リミット要素２２を通して出力される値は正
に増加し加算要素３３で初期周波数Ｆｏを加算して得れ
る周波数指令ＦＳは高周波方向に変化して行き、速度Ｖ
ｏは減速するため、パルス幅指令ＰＳの絶対値は増加
し、パルス幅はＰｏに近付いていく。又、パルス幅指令
ＰＳがパルス幅Ｐｏより大きくなり、すなわち加速しよ
うとする場合は、周波数指令ＦＳは低周波方向に変化し
て行き、速度Ｖｏは加速されるためパスル幅指令ＰＳの
絶対値は減少し、パルス幅はＰｏに近付いていく。この
様にして周波数指令ＦＳはパルス幅指令ＰＳがパルス幅
Ｐｏになるように制御される。
ることなく駆動周波数をコントロールし、且つ速度制御
レンジが広く、外乱に強い制御を実現できる振動波アク
チュエータの駆動装置を提供する。 【構成】 パルス幅指令ＰＳが小さく、減速しようとす
る場合、Ｐｄは正の値になるため、係数要素１８と積分
要素２１、リミット要素２２を通して出力される値は正
に増加し加算要素３３で初期周波数Ｆｏを加算して得れ
る周波数指令ＦＳは高周波方向に変化して行き、速度Ｖ
ｏは減速するため、パルス幅指令ＰＳの絶対値は増加
し、パルス幅はＰｏに近付いていく。又、パルス幅指令
ＰＳがパルス幅Ｐｏより大きくなり、すなわち加速しよ
うとする場合は、周波数指令ＦＳは低周波方向に変化し
て行き、速度Ｖｏは加速されるためパスル幅指令ＰＳの
絶対値は減少し、パルス幅はＰｏに近付いていく。この
様にして周波数指令ＦＳはパルス幅指令ＰＳがパルス幅
Ｐｏになるように制御される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波モータに代表され
る振動波アクチュエータの駆動装置に係り、詳しくは振
動検出用等のセンサを用いることなく高精度の駆動が行
える振動波アクチュエータの駆動装置に関する。
る振動波アクチュエータの駆動装置に係り、詳しくは振
動検出用等のセンサを用いることなく高精度の駆動が行
える振動波アクチュエータの駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波モータに代表される振動波アクチ
ュエータは、金属等の弾性体、例えば長楕円形状に形成
された弾性体の一面側に圧電素子を接着固定したものを
振動子とし、該圧電素子は分極処理が施されていて、該
圧電素子に一定の位相差を有する交流電界を印加するこ
とにより、該弾性体の他面側に進行性の振動波を形成す
る。
ュエータは、金属等の弾性体、例えば長楕円形状に形成
された弾性体の一面側に圧電素子を接着固定したものを
振動子とし、該圧電素子は分極処理が施されていて、該
圧電素子に一定の位相差を有する交流電界を印加するこ
とにより、該弾性体の他面側に進行性の振動波を形成す
る。
【０００３】弾性体の進行性振動波の形成される面を駆
動面とし、この駆動面に加圧手段を介して移動部材を接
触させることにより、摩擦力により該移動部材を駆動す
る。この移動部材としては、出力を取り出すロータ、あ
るいは紙等のシート等がある。
動面とし、この駆動面に加圧手段を介して移動部材を接
触させることにより、摩擦力により該移動部材を駆動す
る。この移動部材としては、出力を取り出すロータ、あ
るいは紙等のシート等がある。
【０００４】このような振動波アクチュエータは、移動
部材が振動子の弾性体に常時加圧接触しているため、振
動子への駆動を停止すると移動体が直ちに停止するとい
う高精度の位置決めに適した特性を有している。
部材が振動子の弾性体に常時加圧接触しているため、振
動子への駆動を停止すると移動体が直ちに停止するとい
う高精度の位置決めに適した特性を有している。
【０００５】一方、振動波アクチュエータの駆動を行う
制御方式には、（１）特開昭６３−１６７６８０号のよ
うに、振動子の圧電素子の一部にセンサ相を設け、駆動
電圧の周波数を振動子の共振周波数となるようにし、電
圧で速度を制御する方式、（２）特開昭５９−１５６１
６８号のように、周波数で直接速度を制御する方式、
（３）特開昭６３−１３７９号のように、振動子の圧電
素子に振動状態を検出するセンサ相を設け、その検出値
に応じて周波数を制御する方式、等がある。
制御方式には、（１）特開昭６３−１６７６８０号のよ
うに、振動子の圧電素子の一部にセンサ相を設け、駆動
電圧の周波数を振動子の共振周波数となるようにし、電
圧で速度を制御する方式、（２）特開昭５９−１５６１
６８号のように、周波数で直接速度を制御する方式、
（３）特開昭６３−１３７９号のように、振動子の圧電
素子に振動状態を検出するセンサ相を設け、その検出値
に応じて周波数を制御する方式、等がある。
【０００６】なお、振動波アクチュエータの周波数−速
度特性は、共振点を境にして低周波数側が急激に変化
し、高周波数側がなだらかに変化する特性を有する傾向
にあるため、制御に用いる周波数領域は共振点よりも高
周波数側を利用し、したがって速度を増すには周波数を
低くして共振点に近付け、減速する場合には周波数を高
くして共振点より遠ざけるようにしている。
度特性は、共振点を境にして低周波数側が急激に変化
し、高周波数側がなだらかに変化する特性を有する傾向
にあるため、制御に用いる周波数領域は共振点よりも高
周波数側を利用し、したがって速度を増すには周波数を
低くして共振点に近付け、減速する場合には周波数を高
くして共振点より遠ざけるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）の制御方式に於いては、センサが必要なためコス
ト高となる上、センサからのノイズに弱く、又、低速度
制御をする場合駆動電圧が小さくなり、制御が不安定に
なる上、電圧振幅のみで低速から高速までカバーしなけ
ればならないため、設定振幅の分解能を高くする必要が
あり、全体的にコスト高であった。
（１）の制御方式に於いては、センサが必要なためコス
ト高となる上、センサからのノイズに弱く、又、低速度
制御をする場合駆動電圧が小さくなり、制御が不安定に
なる上、電圧振幅のみで低速から高速までカバーしなけ
ればならないため、設定振幅の分解能を高くする必要が
あり、全体的にコスト高であった。
【０００８】上記（２）の制御方式に於いては、電圧の
振幅を一定にするため、起動時の周波数を個々のアクチ
ュエータごとに合わせないと、起動時の速度が一致せ
ず、微小距離の移動をする時にそれぞれの動作が大きく
異なってしまう。又、共振周波数近傍で駆動すると、外
乱に弱く、非線形な振動特性のために、微かな外乱で共
振点よりも低周波数側にシフトし、急停止してしまうこ
とがあった。
振幅を一定にするため、起動時の周波数を個々のアクチ
ュエータごとに合わせないと、起動時の速度が一致せ
ず、微小距離の移動をする時にそれぞれの動作が大きく
異なってしまう。又、共振周波数近傍で駆動すると、外
乱に弱く、非線形な振動特性のために、微かな外乱で共
振点よりも低周波数側にシフトし、急停止してしまうこ
とがあった。
【０００９】上記（３）の制御方式に於いては、上記
（１）の制御方式と同様にセンサが必要なためコスト高
な上、センサからのノイズに弱かった。
（１）の制御方式と同様にセンサが必要なためコスト高
な上、センサからのノイズに弱かった。
【００１０】本発明の目的は、振動波アクチュエータの
振動状態をモニタすることなく駆動周波数をコントロー
ルし、且つ制御レンジが広く、外乱に強い制御を実現で
きる超音波アクチュエータの駆動装置を提供することに
ある。
振動状態をモニタすることなく駆動周波数をコントロー
ルし、且つ制御レンジが広く、外乱に強い制御を実現で
きる超音波アクチュエータの駆動装置を提供することに
ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の目的を実現する
具体的構成は、特許請求の範囲に記載した通りで、例え
ば振動波アクチュエータの移動部材の位置指令等の制御
パラメータにより、駆動電圧の周波数を駆動速度や出力
トルクに適した値となるように制御し、一方この制御パ
ラメータで駆動速度や出力トルクを制御することによっ
て、振動検出センサなしで周波数を制御できるように
し、高い周波数成分の負荷変動を、周波数以外のパラメ
ータで制御するように各部の制御定数を設定すること
で、ドリフト的変化や固体差等は周波数により制御し、
過渡的変化はこの周波数以外のパラメータで制御するよ
うにしている。
具体的構成は、特許請求の範囲に記載した通りで、例え
ば振動波アクチュエータの移動部材の位置指令等の制御
パラメータにより、駆動電圧の周波数を駆動速度や出力
トルクに適した値となるように制御し、一方この制御パ
ラメータで駆動速度や出力トルクを制御することによっ
て、振動検出センサなしで周波数を制御できるように
し、高い周波数成分の負荷変動を、周波数以外のパラメ
ータで制御するように各部の制御定数を設定すること
で、ドリフト的変化や固体差等は周波数により制御し、
過渡的変化はこの周波数以外のパラメータで制御するよ
うにしている。
【００１２】
【実施例】図１及び図２は本発明の第１の実施例を示す
ブロック図であり、図１が振動波アクチュエータの駆動
回路を示し、図２は、後述するＣＰＵの動作を示すブロ
ック図である。
ブロック図であり、図１が振動波アクチュエータの駆動
回路を示し、図２は、後述するＣＰＵの動作を示すブロ
ック図である。
【００１３】図１に於いて１，２は振動波アクチュエー
タの加振用圧電素子、３，４は昇圧用トランス、５〜８
はＭＯＳＦＥＴ、９，１０はチョークコイル、１１は４
相パルス発生回路（以下ＰＧと言う）、１２は周波数を
ディジタル的に設定出来る発振器（以下ＯＳＣと言
う）、１３は不図示の位置検出用エンコーダの出力パル
スをカウントするカウンタ、１４はこれらの素子をコン
トロールするＣＰＵである。以下に、ＰＧ１１の動作を
説明してからＣＰＵ１４の動作を説明する。
タの加振用圧電素子、３，４は昇圧用トランス、５〜８
はＭＯＳＦＥＴ、９，１０はチョークコイル、１１は４
相パルス発生回路（以下ＰＧと言う）、１２は周波数を
ディジタル的に設定出来る発振器（以下ＯＳＣと言
う）、１３は不図示の位置検出用エンコーダの出力パル
スをカウントするカウンタ、１４はこれらの素子をコン
トロールするＣＰＵである。以下に、ＰＧ１１の動作を
説明してからＣＰＵ１４の動作を説明する。
【００１４】ＰＧ１１は、パルス信号ａ，ｂ，ｃ，ｄを
同期信号ＣＫに基づいて所定の順番に出力するもので、
パルス幅の指令信号ＰＳによりパルス信号ａ，ｂ，ｃ，
ｄの幅が変更される。このパルス幅指令信号は、駆動方
向切換のための負号付二進で表わされ、例えばＰＳ＝＋
６の場合におけるパルス信号ａ，ｂ，ｃ，ｄの波形図を
図４に示す。図４において、ＰＳ＝６であるから、パル
ス信号ａ，ｂ，ｃ，ｄのパルス幅がＣＫの６パルス分の
幅を有し、又ＰＳは正値であるからパルス信号はａ→ｃ
→ｂ→ｄの順に出力される。また、ＰＳ＝−４の場合に
おけるパルス信号ａ，ｂ，ｃ，ｄの波形図を図５に示
す。この例では、パルス信号ａ，ｂ，ｃ，ｄのパルス幅
はＣＫの４パルス分の幅を有し、又ＰＳは負値であるか
ら、パルス信号はａ→ｄ→ｂ→ｃの順で出力される。
同期信号ＣＫに基づいて所定の順番に出力するもので、
パルス幅の指令信号ＰＳによりパルス信号ａ，ｂ，ｃ，
ｄの幅が変更される。このパルス幅指令信号は、駆動方
向切換のための負号付二進で表わされ、例えばＰＳ＝＋
６の場合におけるパルス信号ａ，ｂ，ｃ，ｄの波形図を
図４に示す。図４において、ＰＳ＝６であるから、パル
ス信号ａ，ｂ，ｃ，ｄのパルス幅がＣＫの６パルス分の
幅を有し、又ＰＳは正値であるからパルス信号はａ→ｃ
→ｂ→ｄの順に出力される。また、ＰＳ＝−４の場合に
おけるパルス信号ａ，ｂ，ｃ，ｄの波形図を図５に示
す。この例では、パルス信号ａ，ｂ，ｃ，ｄのパルス幅
はＣＫの４パルス分の幅を有し、又ＰＳは負値であるか
ら、パルス信号はａ→ｄ→ｂ→ｃの順で出力される。
【００１５】ＰＧ１１からのパルス信号ａ，ｂ，ｃ，ｄ
はＭＯＳＦＥＴ５，６，７，８に出力され、これらを交
互にオン、オフすることでトランス３，４の二次側に高
圧の交流電圧を発生させ、これを圧電素子１，２に印加
する。
はＭＯＳＦＥＴ５，６，７，８に出力され、これらを交
互にオン、オフすることでトランス３，４の二次側に高
圧の交流電圧を発生させ、これを圧電素子１，２に印加
する。
【００１６】なお、ＯＳＣ１２より出力される同期信号
ＣＫの周波数はＣＰＵ１４からの周波数指令信号ＦＳに
より制御され、ＰＧ１１の信号ａ，ｂ，ｃ，ｄはデュー
ティが制御されることになる。またＣＰＵ１４からのＳ
ＴＯＰ信号によりＰＧ１１からのパルス信号ａ，ｂ，
ｃ，ｄを出力するかしないかが制御される。
ＣＫの周波数はＣＰＵ１４からの周波数指令信号ＦＳに
より制御され、ＰＧ１１の信号ａ，ｂ，ｃ，ｄはデュー
ティが制御されることになる。またＣＰＵ１４からのＳ
ＴＯＰ信号によりＰＧ１１からのパルス信号ａ，ｂ，
ｃ，ｄを出力するかしないかが制御される。
【００１７】以下にＣＰＵ１４を図２，図３を用いて説
明する。
明する。
【００１８】図２は位置制御の為のブロック図である。
１５，１６，１７，１８は増幅率Ｇ0 ，Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ
3 の係数要素、１９は微分要素、２０，２１は積分要
素、２２，２３，３４はリミット要素、２５，２６，２
７，２８，２９，３０，３１，３２，３３は加算要素、
３５は絶対値要素、２４は関数ｆ（ｘ）を示しており、
入力がゼロの時のみ出力が１になる関数である。
１５，１６，１７，１８は増幅率Ｇ0 ，Ｇ1 ，Ｇ2 ，Ｇ
3 の係数要素、１９は微分要素、２０，２１は積分要
素、２２，２３，３４はリミット要素、２５，２６，２
７，２８，２９，３０，３１，３２，３３は加算要素、
３５は絶対値要素、２４は関数ｆ（ｘ）を示しており、
入力がゼロの時のみ出力が１になる関数である。
【００１９】先ず、位置指令が加算要素２５に入力され
ると、不図示の位置検出用エンコーダからのパルスをカ
ウンタ１３でカウントした値であるＣ0 との差をとり、
係数要素１５でＧ0 を掛け、リミット要素３４で正負の
所定の最大速度以上の場合は最大速度とし、それ以外の
場合はそのまま速度指令ＶS とする。
ると、不図示の位置検出用エンコーダからのパルスをカ
ウンタ１３でカウントした値であるＣ0 との差をとり、
係数要素１５でＧ0 を掛け、リミット要素３４で正負の
所定の最大速度以上の場合は最大速度とし、それ以外の
場合はそのまま速度指令ＶS とする。
【００２０】一方カウント値Ｃ0 を微分要素１９で微分
し、実際の速度Ｖ0 を算出し、加算要素２６により速度
指令ＶS との差Ｖd を得る。次にＶd を係数要素１７で
係数Ｇ2 を乗じた後に、積分要素２０で積分したもの
と、Ｖd に係数要素１６で係数Ｇ1 を乗じたものを加算
要素２８で加算し、これをリミット要素２３を通してパ
ルス幅指令ＰＳを出力する。
し、実際の速度Ｖ0 を算出し、加算要素２６により速度
指令ＶS との差Ｖd を得る。次にＶd を係数要素１７で
係数Ｇ2 を乗じた後に、積分要素２０で積分したもの
と、Ｖd に係数要素１６で係数Ｇ1 を乗じたものを加算
要素２８で加算し、これをリミット要素２３を通してパ
ルス幅指令ＰＳを出力する。
【００２１】ここで、パルス幅指令ＰＳの制御の動作に
ついてわかりやすく説明する。速度指令ＶS は位置指令
と実際の位置Ｃ0 との差に比例した速度指令となってお
り、リミット要素３４によって最大速度の制限を与えら
れている。
ついてわかりやすく説明する。速度指令ＶS は位置指令
と実際の位置Ｃ0 との差に比例した速度指令となってお
り、リミット要素３４によって最大速度の制限を与えら
れている。
【００２２】この速度指令ＶS に対して、実際の位置の
単位時間あたり変化を検出して得られた速度Ｖ0 が遅い
ものとし、又、速度指令ＶS が正の値であったとする。
すると、Ｖd は正の値によりパルス幅指令ＰＳは係数要
素１６を通して正のパルス幅に設定される。更に実際の
速度Ｖ0 が遅ければ、積分要素２０によってパルス幅が
増加して速度Ｖ0 が更に加速される。
単位時間あたり変化を検出して得られた速度Ｖ0 が遅い
ものとし、又、速度指令ＶS が正の値であったとする。
すると、Ｖd は正の値によりパルス幅指令ＰＳは係数要
素１６を通して正のパルス幅に設定される。更に実際の
速度Ｖ0 が遅ければ、積分要素２０によってパルス幅が
増加して速度Ｖ0 が更に加速される。
【００２３】次に実際の速度Ｖ0 が速度指令ＶS より速
くなると、Ｖd は負の値になり、積分要素２０の出力は
減少して行き、係数要素１６の出力は負の値になるた
め、パルス幅指令ＰＳは減少して行き、速度Ｖ0 が減速
される。この様にして速度Ｖ0が速度指令ＶS に制御さ
れる。又、速度指令ＶS が負の値になると、実際の速度
Ｖ0 が遅ければ、Ｖd は負の値になる。すると、パルス
幅指令ＰＳは係数要素１６を通して負のパルス幅に設定
され上記例とは逆方向に動き出す。更に実際の速度Ｖ0
が遅ければ積分要素２０によってパルス幅の絶対値は増
加して速度Ｖ0 が更に加速される。
くなると、Ｖd は負の値になり、積分要素２０の出力は
減少して行き、係数要素１６の出力は負の値になるた
め、パルス幅指令ＰＳは減少して行き、速度Ｖ0 が減速
される。この様にして速度Ｖ0が速度指令ＶS に制御さ
れる。又、速度指令ＶS が負の値になると、実際の速度
Ｖ0 が遅ければ、Ｖd は負の値になる。すると、パルス
幅指令ＰＳは係数要素１６を通して負のパルス幅に設定
され上記例とは逆方向に動き出す。更に実際の速度Ｖ0
が遅ければ積分要素２０によってパルス幅の絶対値は増
加して速度Ｖ0 が更に加速される。
【００２４】次に実際の速度Ｖ0 が速度指令ＶS より速
くなると、Ｖd は正の値になり、積分要素２０の出力は
正の方向に変化し、係数要素１６の出力は正の値になる
ため、パルス幅指令ＰＳの絶対値は減少し速度Ｖ0 が減
速される。この様にして逆方向の動作も同様にして制御
される。
くなると、Ｖd は正の値になり、積分要素２０の出力は
正の方向に変化し、係数要素１６の出力は正の値になる
ため、パルス幅指令ＰＳの絶対値は減少し速度Ｖ0 が減
速される。この様にして逆方向の動作も同様にして制御
される。
【００２５】次にリミット要素２３及び加算要素２７，
２９の動作を簡単に説明する。リミット要素２３はパル
ス幅の正負の最大値を制限するものである。リミット要
素２３に入力する速度が正方向の制限を超えた場合、パ
ルス幅指令ＰＳは正の最大パルス幅となり、加算要素２
９の出力はこれらの差をとることによって制限を超える
分の値となり、加算要素２７で積分要素２０の入力から
超過分を引くことで積分要素２０の出力を減少させる。
つまり、リミット要素２３によって制限される入力があ
ると、積分要素２０の出力が増加しないようにこれらの
回路が動作するため、積分要素２０の出力を有効に利用
することが出来るように構成したものである。
２９の動作を簡単に説明する。リミット要素２３はパル
ス幅の正負の最大値を制限するものである。リミット要
素２３に入力する速度が正方向の制限を超えた場合、パ
ルス幅指令ＰＳは正の最大パルス幅となり、加算要素２
９の出力はこれらの差をとることによって制限を超える
分の値となり、加算要素２７で積分要素２０の入力から
超過分を引くことで積分要素２０の出力を減少させる。
つまり、リミット要素２３によって制限される入力があ
ると、積分要素２０の出力が増加しないようにこれらの
回路が動作するため、積分要素２０の出力を有効に利用
することが出来るように構成したものである。
【００２６】次に、図２における周波数指令ＦＳの設定
アルゴリズムについて説明する。
アルゴリズムについて説明する。
【００２７】振動波アクチュエータの駆動において、起
動時における駆動制御を周波数制御に依存すると、周波
数を個々のアクチュエータ毎に合わせる必要があり、ま
た共振周波数近傍で駆動すると、外乱に弱い等の問題が
ある一方、定常状態では駆動速度等の制御において有利
である。すなわち、振動波アクチュエータの周波数特性
は、共振点を境にして低周波数側の領域は急激に下が
り、高周波数側は緩やかに下がるので、この高周波数側
の領域を使用して周波数制御を行うことにより、高精度
の速度制御が行える。
動時における駆動制御を周波数制御に依存すると、周波
数を個々のアクチュエータ毎に合わせる必要があり、ま
た共振周波数近傍で駆動すると、外乱に弱い等の問題が
ある一方、定常状態では駆動速度等の制御において有利
である。すなわち、振動波アクチュエータの周波数特性
は、共振点を境にして低周波数側の領域は急激に下が
り、高周波数側は緩やかに下がるので、この高周波数側
の領域を使用して周波数制御を行うことにより、高精度
の速度制御が行える。
【００２８】このため、本実施例では起動時等には、電
圧制御に依存して速度を例えば逐次増加させている。つ
まり起動時等においてはパルス幅指令ＰＳを増加させる
ことで速度を増加させている。
圧制御に依存して速度を例えば逐次増加させている。つ
まり起動時等においてはパルス幅指令ＰＳを増加させる
ことで速度を増加させている。
【００２９】しかし、定常状態で駆動電圧が変動するこ
とは周波数制御において不利であるため、本実施例では
パルス幅を一定のパルス幅（Ｐ0 ）となるように制御し
ている。
とは周波数制御において不利であるため、本実施例では
パルス幅を一定のパルス幅（Ｐ0 ）となるように制御し
ている。
【００３０】周波数指令ＦＳはパルス幅指令ＰＳが所定
のパルス幅Ｐ0 になるように制御されるようになってお
り、この所定のパルス幅Ｐ0 とは、例えば図３，図６，
図７，図８，図９のように、速度指令ＶS に対して決め
られている。
のパルス幅Ｐ0 になるように制御されるようになってお
り、この所定のパルス幅Ｐ0 とは、例えば図３，図６，
図７，図８，図９のように、速度指令ＶS に対して決め
られている。
【００３１】ここで同図のＶmax はリミット要素３４の
制限値で、Ｐmax はリミット要素２３の制限値である。
パルス幅指令ＰＳは絶対値要素３５を通して加算要素３
０に入力される。そしてパルス幅Ｐ0 とパルス幅指令Ｐ
Ｓの絶対値の差をとる。
制限値で、Ｐmax はリミット要素２３の制限値である。
パルス幅指令ＰＳは絶対値要素３５を通して加算要素３
０に入力される。そしてパルス幅Ｐ0 とパルス幅指令Ｐ
Ｓの絶対値の差をとる。
【００３２】ここでパルス幅指令ＰＳが小さく、減速し
ようとする場合、Ｐd は正の値になるため、係数要素１
８と積分要素２１、リミット要素２２を通して出力され
る値は正に増加し加算要素３３で初期周波数Ｆ0 を加算
して得られる周波数指令ＦＳは高周波方向に変化して行
き、速度Ｖ0 は減速するため、パルス幅指令ＰＳの絶対
値は増加し、パルス幅はＰ0 に近付いていく。又、パル
ス幅指令ＰＳがパルス幅Ｐ0 より大きくなり、すなわち
加速しようとする場合は、周波数指令ＦＳは低周波方向
に変化して行き、速度Ｖ0 は加速されるためパルス幅指
令ＰＳの絶対値は減少し、パルス幅はＰ0 に近付いてい
く。この様にして周波数指令ＦＳはパルス幅指令ＰＳが
パルス幅Ｐ0 になるように制御される。リミット要素２
２及び加算要素３１，３２の動作は上記したリミット要
素２３及び加算要素２７，２９の動作と同様である。
又、リミット要素２２の制限値は振動波アクチュエータ
の主振動モード（Ｎ次）の共振周波数より低い周波数を
下限とし、主振動モード（Ｎ次）の１つ上側のモード
（［Ｎ＋１］次）の共振周波数より低い主振動モード
（Ｎ次）の反共振周波数より高い周波数を上限とする。
ようとする場合、Ｐd は正の値になるため、係数要素１
８と積分要素２１、リミット要素２２を通して出力され
る値は正に増加し加算要素３３で初期周波数Ｆ0 を加算
して得られる周波数指令ＦＳは高周波方向に変化して行
き、速度Ｖ0 は減速するため、パルス幅指令ＰＳの絶対
値は増加し、パルス幅はＰ0 に近付いていく。又、パル
ス幅指令ＰＳがパルス幅Ｐ0 より大きくなり、すなわち
加速しようとする場合は、周波数指令ＦＳは低周波方向
に変化して行き、速度Ｖ0 は加速されるためパルス幅指
令ＰＳの絶対値は減少し、パルス幅はＰ0 に近付いてい
く。この様にして周波数指令ＦＳはパルス幅指令ＰＳが
パルス幅Ｐ0 になるように制御される。リミット要素２
２及び加算要素３１，３２の動作は上記したリミット要
素２３及び加算要素２７，２９の動作と同様である。
又、リミット要素２２の制限値は振動波アクチュエータ
の主振動モード（Ｎ次）の共振周波数より低い周波数を
下限とし、主振動モード（Ｎ次）の１つ上側のモード
（［Ｎ＋１］次）の共振周波数より低い主振動モード
（Ｎ次）の反共振周波数より高い周波数を上限とする。
【００３３】次に、関数要素２４の動作を説明する。こ
れは、カウンタ１３の出力Ｃ0 が位置指令と等しくなる
と、加算要素２５の出力がゼロになり、関数ｆ（ｘ）は
数１の関数に設定されている。
れは、カウンタ１３の出力Ｃ0 が位置指令と等しくなる
と、加算要素２５の出力がゼロになり、関数ｆ（ｘ）は
数１の関数に設定されている。
【００３４】
【数１】
【００３５】ｆ（ｘ）＝１によって、ＳＴＯＰ指令がオ
ンになり、アクチュエータは停止する。また、このＳＴ
ＯＰ指令は積分要素２０，２１のリセット入力に接続さ
れており、積分要素２０，２１はリセット入力が１の時
に出力をゼロにする。
ンになり、アクチュエータは停止する。また、このＳＴ
ＯＰ指令は積分要素２０，２１のリセット入力に接続さ
れており、積分要素２０，２１はリセット入力が１の時
に出力をゼロにする。
【００３６】この様に構成することで、速度指令ＶS に
適したパルス幅及び周波数に自動的に設定される。又、
上記ｆ（ｘ）は数２のようにすることも出来る。
適したパルス幅及び周波数に自動的に設定される。又、
上記ｆ（ｘ）は数２のようにすることも出来る。
【００３７】
【数２】
【００３８】また、初期周波数Ｆ0 は、振動アクチュエ
ータの製造時の固体差を考慮して主振動モード（Ｎ次）
の共振周波数の一番高いものより高く、一つ上側の振動
モード（［Ｎ＋１］次）の共振周波数の一番低いものよ
り低い周波数である。
ータの製造時の固体差を考慮して主振動モード（Ｎ次）
の共振周波数の一番高いものより高く、一つ上側の振動
モード（［Ｎ＋１］次）の共振周波数の一番低いものよ
り低い周波数である。
【００３９】第２の実施例 第１の実施例は図１のＰＳをパルス幅指令としたが、信
号ａ，ｂ，ｃ，ｄのパルス幅を固定しＰＳをａ−ｃ間及
びｂ−ｄ間の位相差指令とし、リミット要素２３の制限
値を±９０°とすればパルス幅ゼロで停止、Ｐmax で最
高速になる。また、第１の実施例と同様に位相差ゼロで
ほぼ停止、９０°で最高速になり、符号により正逆転出
来るので、第１の実施例と同様な制御が可能となる。
号ａ，ｂ，ｃ，ｄのパルス幅を固定しＰＳをａ−ｃ間及
びｂ−ｄ間の位相差指令とし、リミット要素２３の制限
値を±９０°とすればパルス幅ゼロで停止、Ｐmax で最
高速になる。また、第１の実施例と同様に位相差ゼロで
ほぼ停止、９０°で最高速になり、符号により正逆転出
来るので、第１の実施例と同様な制御が可能となる。
【００４０】第３の実施例 第１，第２の実施例は図１のＰＳを瞬時の値を制御する
ために用いているが、例えば、信号ａ，ｂ，ｃ，ｄのパ
ルス幅や、位相差の絶対値を固定し、所定時間内に所定
回数位相差の符号を切り換え、該所定時間内の正と負の
位相差の平均値の指令をＰＳとしても同様である。
ために用いているが、例えば、信号ａ，ｂ，ｃ，ｄのパ
ルス幅や、位相差の絶対値を固定し、所定時間内に所定
回数位相差の符号を切り換え、該所定時間内の正と負の
位相差の平均値の指令をＰＳとしても同様である。
【００４１】また、信号ａ，ｂ，ｃ，ｄの位相差の絶対
値を固定し、所定時間内に所定回数、所定パルス幅とパ
ルス幅ゼロとを切り換え、該所定時間内のパルス幅の平
均値の指令をＰＳとしても同様である。
値を固定し、所定時間内に所定回数、所定パルス幅とパ
ルス幅ゼロとを切り換え、該所定時間内のパルス幅の平
均値の指令をＰＳとしても同様である。
【００４２】なお、上記した各実施例は、振動アクチュ
エータの移動部材の位置を検出し、設定値を位置指令と
しているが、移動部材の速度あるいはトルクを検出する
ようにしても良い。
エータの移動部材の位置を検出し、設定値を位置指令と
しているが、移動部材の速度あるいはトルクを検出する
ようにしても良い。
【００４３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば周波
数の制御を電圧や位相差の指令値を所定の目標値に制御
するよう構成することで振動状態を検出することなく最
適な周波数にすることが出来るのでコストを下げること
が出来、又、電圧や位相差と周波数の２つのパラメータ
で速度制御が出来るので、１つのパラメータのみで制御
するより、分解能を２つに分散出来る分、それぞれを低
分解能に出来、ディジタル化にも有利になる。
数の制御を電圧や位相差の指令値を所定の目標値に制御
するよう構成することで振動状態を検出することなく最
適な周波数にすることが出来るのでコストを下げること
が出来、又、電圧や位相差と周波数の２つのパラメータ
で速度制御が出来るので、１つのパラメータのみで制御
するより、分解能を２つに分散出来る分、それぞれを低
分解能に出来、ディジタル化にも有利になる。
【図１】本発明による振動波アクチュエータの駆動装置
の第１の実施例を示すブロック図。
の第１の実施例を示すブロック図。
【図２】図１のＣＰＵの回路図。
【図３】ＶS に対するＰ0 の値を示す図。
【図４】パルス発生回路の動作を示すタイミングチャー
ト。
ト。
【図５】パルス発生回路の動作を示すタイミングチャー
ト。
ト。
【図６】ＶS に対するＰ0 の値を示す図。
【図７】ＶS に対するＰ0 の値を示す図。
【図８】ＶS に対するＰ0 の値を示す図。
【図９】ＶS に対するＰ0 の値を示す図。
１，２…圧電素子 ３，４…トランス ５〜８…ＭＯＳＦＥＴ １１…パルス発生
回路 １２…発振器 １３…カウンタ １４…ＣＰＵ
回路 １２…発振器 １３…カウンタ １４…ＣＰＵ
Claims (9)
- 【請求項１】 位置的位相の異なる複数の駆動相を有す
る圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子における
該複数の駆動相に交流電圧を印加することにより振動弾
性体に進行性振動波を形成させ、該振動弾性体と該振動
弾性体に加圧接触する部材とを相対的に移動させる振動
波アクチュエータの駆動装置において、該振動波アクチ
ュエータの被駆動部材の状態を検出する検出手段と、該
検出手段からの検出情報に基づいて設定目標値との偏差
を求めると共に、この偏差に応じて電圧に依存する駆動
信号を制御する第１の制御手段と、該偏差に応じて該駆
動信号の電圧の目標値が予め設定され、該電圧の目標値
と該第１の制御手段の出力情報との偏差に追従して該駆
動信号の周波数を制御し、該駆動信号の電圧値を目標値
となるように制御する第２の制御手段とを有することを
特徴とする振動波アクチュエータの駆動装置。 - 【請求項２】 位置的位相の異なる複数の駆動相を有す
る圧電素子等の電気−機械エネルギー変換素子における
該複数の駆動相に交流電圧を印加することにより振動弾
性体に進行性振動波を形成させ、該振動弾性体と該振動
弾性体に加圧接触する部材とを相対的に移動させる振動
波アクチュエータの駆動装置において、該振動波アクチ
ュエータの被駆動部材の状態を検出する検出手段と、該
複数の駆動相に交流電圧の位相差を可変として印加する
位相差可変手段と、該検出手段からの検出情報に基づい
て設定目標値との偏差を求めると共に、この偏差に応じ
て該位相差可変手段の位相差を制御する駆動信号を出力
する手段と、該駆動信号により該位相差可変手段から出
力される交流電圧の周波数を目標値に制御する周波数制
御手段とを有することを特徴とする振動波アクチュエー
タの駆動装置。 - 【請求項３】 請求項１又は２において、検出手段は位
置検出手段であることを特徴とする振動波アクチュエー
タの駆動装置。 - 【請求項４】 請求項１又は２において、検出手段は速
度検出手段であることを特徴とする振動波アクチュエー
タの駆動装置。 - 【請求項５】 請求項１又は２において、検出手段はト
ルク検出手段であることを特徴とする振動波アクチュエ
ータの駆動装置。 - 【請求項６】 請求項１，３，４又は５において、第１
の制御手段と第２の制御手段とにより制御された駆動信
号は振動波アクチュエータの各駆動相に位相差を有して
交流電圧を印加する手段を有することを特徴とする振動
波アクチュエータの駆動装置。 - 【請求項７】 請求項１，２，３，４，５又は６におい
て、第１の制御手段に指示する設定目標値は速度値ある
いはトルク値であることを特徴とする振動波アクチュエ
ータの駆動装置。 - 【請求項８】 請求項１，２，３，４，５，６又は７に
おいて、駆動信号は所定時間内の平均値であることを特
徴とする振動波アクチュエータの駆動装置。 - 【請求項９】 請求項１，２，３，４，５，６，７又は
８において、振動波アクチュエータの駆動相に印加する
交流電圧は、起動時の周波数が振動弾性体の主振動モー
ドの共振周波数より高い所定の周波数に設定されている
ことを特徴とする振動波アクチュエータの駆動装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4128841A JPH05328757A (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 振動波アクチュエータの駆動装置 |
| US08/425,771 US5539268A (en) | 1992-05-21 | 1995-04-20 | Vibration type actuator device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4128841A JPH05328757A (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 振動波アクチュエータの駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05328757A true JPH05328757A (ja) | 1993-12-10 |
Family
ID=14994718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4128841A Pending JPH05328757A (ja) | 1992-05-21 | 1992-05-21 | 振動波アクチュエータの駆動装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5539268A (ja) |
| JP (1) | JPH05328757A (ja) |
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| EP0783184A1 (en) * | 1996-01-08 | 1997-07-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration type driving apparatus |
| US6049156A (en) * | 1996-12-20 | 2000-04-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Apparatus provided with a vibration type motor |
| US7085484B2 (en) | 2002-07-17 | 2006-08-01 | Minolta Co., Ltd. | Driving device, position controller provided with driving device, and camera provided with position controller |
| JP2008054448A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Canon Inc | 振動波モータ制御装置、振動波モータ制御方法、プログラム、及び記憶媒体 |
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| US5714831A (en) * | 1995-11-13 | 1998-02-03 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Method and apparatus for improved control of piezoelectric positioners |
| JP3358418B2 (ja) * | 1996-01-04 | 2002-12-16 | ミノルタ株式会社 | 電気−機械変換素子を使用した駆動機構 |
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| US6100622A (en) * | 1997-12-12 | 2000-08-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving apparatus of vibration type actuator |
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| JP2000184759A (ja) | 1998-12-10 | 2000-06-30 | Canon Inc | 振動型アクチュエ―タ駆動装置 |
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- 1992-05-21 JP JP4128841A patent/JPH05328757A/ja active Pending
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1995
- 1995-04-20 US US08/425,771 patent/US5539268A/en not_active Expired - Fee Related
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