JPS63287378A - アクチユエ−タドライブ回路 - 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〕 この発明はアクチュエータドライブ回路に係り、特にア
クチュエータ機械共振のピークゲインを、等価的に変化
させることを可能にしたアクチュエータドライブ回路に
関するものである。

〔従来の技術〕

第１０図は、例えば、特開昭５９−２２３９４６号公報
に示された従来のアクチュエータドライブ回路を示す回
路図であり、第１１図はこれをより一般的なブロック構
成に分解したブロック図である。

説明を簡明にするため、以下では電、気−機械変換を電
磁力を用いて行なうものとする。第１０図および第１１
図において、（１）は制御入力、（２）はドライブアン
プ、（３）はアクチュエータコイル、（４）はアクチュ
エータ磁石、さらに第１１図において（５）はアクチュ
エータコイル（３）に流れる電流とアクチュエータ磁石
（４）とにより発生する電磁力、（６）はこの電磁力（
５）が働らくアクチュエータ機構部であり。

この中の可動部（図示せず）に機械的変位（７）が生ず
る。また、（８）はアクチュエータの動作に伴ない発生
するアクチュエータ逆起電力、（９）は電流帰還路であ
る。ここでドライブアンプ（２）の利得をに＾、アクチ
ュエータコイＡ／（３）のインダクタンスをし、内部抵
抗なｒ、電流検出用抵抗なＲ、アクチュエータ内部に発
生する磁束密度をＢ、この磁束に直交するコイルの等測
長さをｔ、アクチュエータの磁気効率なη、を流掃還路
（８）の電流帰還利得なＫＸとし、またアクチュエータ
機構部（６）の機械定数として可動部質量なｍ、粘性係
数をＣ、バネ定数をｋとおき、またアクチュエータ機構
部（６）の機械共振角周波数をω、機械共振ダンピング
係数なξとする。第１１図は第１２図に示すように、制
御理論における伝達関数表現の形に置き換えられる。

次に動作について説明する。第１１図において制御入力
（１）はドライブアンプ（２）によりＫＡ倍されてアク
チュエータコイル（３）に印加される。制御入力（１）
の電、圧をｅｉとすると、アクチュエータコイル（３）
に流れる電流ｉは ｉ　＝　ｅｉ　＊　ＫＡ／　（Ｌｓ＋ｒ＋Ｒ）（１）と
なる。この電流が流れることによりアクチュエータ機構
部（６）には ｆ　＝　（ｔＢη）・１（２） なるｆで示される電磁力（５）が発生し、アクチュエー
タ機構部（６）の機械伝達関数により、Ｘで示されるア
クチュエータ機構部（６）の可動部の機械的変位が出力
変位（９）として得られる。ここでｘ　＝＝　ｆ　ａ　
（１／ｍｓ！＋ｃｓ＋ｋ　）　）　＠　（ω２／（ｓ　
２＋ξＧ）、＋ｊＪ２　））　　（３）である。さらに
、この変位の発生により、アクチュエータコイル（３）
には、 なる逆起電力ｅ２が発生する。また、電流帰還路（９）
により制御入力（１）には ｅ３＝＋１ｓＫＩ　　　　　　　　　　（５）なる帰還
電圧ｅ３が加えられるので、（１）式はｉ＝　（ｅｉ−
ｅｓ）・に人／　（Ｌｓ＋ｒ＋Ｒ）＝　（ｅｉ−ｉＲＫ
工）ｅＫ人／　（Ｌｓ＋ｒ＋Ｒ）　　　（６）となり、
（６）式をｉについて整理すると（Ｌｓ＋ｒ＋Ｒ＋Ｋｒ
ＫＡ）ｉ　＝　ｅ　ｉ＆Ａ（７）が得られる。従って、
電流帰還路（８）の電流帰還利得に！を適当に選ぶこと
により、コイルのインダクタンスの影響を小さくするこ
とができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のアクチュエータドライブ回路は以上のように、ア
クチュエータコイルのインダクタンスの影響を抑圧する
ことはできるが、機械特性において、特に制御動作の際
に機械共振ピークゲインの影響で制御系の広帯域化が妨
げられる等、通常、アクチュエータの機械共振の影響を
低減することはできず、このような場合には、アクチュ
エータの機構的改造が必要となるなどの問題点があった
。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、アクチュエータの機械共振におけるダンピン
グ係数を等価的に変化させることによって、機械共振ピ
ークゲインを等価的に可変することのできるアクチュエ
ータドライブ回路を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るアクチュエータドライブ回路は、アクチ
ュエータの駆動電流を検出し、この検出信号をアクチュ
エータの高域機械共振特性とほぼ同じに等価変換し、微
分しそして所望の増幅を行った後、ドライブ回路の入力
に帰還する帰還回路を備けだものである。

また、この発明の別の発明によるアクチュエータドライ
ブ回路においては、制御入力をインピーダンス変換して
ドライブ回路に出力するバッファ回路設け、さらにこの
バッファ回路の出力をアクチュエータの高域機構共振特
性とほぼ同じに等価変換し、微分しそして所望の増幅を
行った後、ドライブ回路の入力に帰還する帰還回路を設
けた。

〔作　用〕

この発明におけるアクチュエータドライブ回路は、帰還
回路中で行われる増幅の増幅度を変化させることにより
、アクチュエータの機械共振特性のダイビング係数を等
価的に可変とすることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例によるアクチュエータドライブ
回路のブロック圀であり、図において、（１）〜（９）
は第１１図に示す従来のものと同一または相当する部分
を示している。（１０）はアクチュエータの機械共振特
性とほぼ等しい等価変換を行うアクチュエータ機械共振
等価回路、（１１）はアクチュエータ機構共振等価回路
（ｌＯ）の出力を微分する第１０微分回路、（１２）は
第１０微分回路（１１）の出力を再度微分する第２０微
分回路、（１３）および（１４）はそれぞれ第１．第２
０増幅器であり、これらが帰還回路を構成している。ま
た第２図は、第１２図に示す従来のアクチュエータドラ
イブ回路にアクチュエータの機械共振ダイビング係数を
変化させるためのループを付加した時の伝達関数で示し
たブロック圀であり、図において、（１５）はアクチュ
エータの機械共振ダンピング係数を変化させるための伝
達関数である。第３図は第２図におけるアクチュエータ
機構部（６）の伝達関数を、上述した機構共振ダンピン
グ係数を変化させるための伝達関数（１５）を含む形で
、制御理論の伝達関数等価変換をした場合のブロック図
である。この変換によって、機械共振の伝達関数の分母
のＳの１次項にｋが含まれ＝これによってダンピング係
数が変化し得ることがわかる。第４図におけるダンピン
グ係数可変のための伝達関数（１５）を、入力を出力変
位（７）として、出、力をアクチュエータドライブ回路
の制御入力（１）に負帰還する形に、さらに伝達関数等
価変換したブロック図である。第４図において、（１７
）はアクチュエータ機構部（６）の低域伝達関数（６ａ
）の逆数を等価した伝達関数、（１８）はアクチュエー
タ磁石（４）の逆数を等価した伝達関数、（１９）は電
流帰還を行なっているアクチュエータコイル（３）の伝
達関数の逆数を等価した伝達関数（２０）はドライブア
ンプ（２）の伝達関数の逆数を等価した伝達関数である
。

また第５図は、第２図におけるダンピング係数可変のた
めの伝達関数（１５）を、入力をアクチュエータ駆動電
流として、出力をアクチュエータドライブ回路の制御入
力（１）に負帰還するように伝達関数等価変換したブロ
ック図である、図において、（２４はアクチュエータ磁
石（４）を等価した伝達関数、（２２）および（２３）
はアクチュエータ機構部（６）の伝達関数を等価した伝
達関数である。第６因は、第５図の（１５）および（１
７）〜（２３）のブロックで示させる該タ°ンピング係
数可変のだめの伝達関数群をさらに、伝達関数等価変換
してまとめた場合のブロック図である。図において、（
２４）は微分特性を示す伝達関数、（２５）はコイルイ
ンダクタンスの逆特性を示す伝達関数、（２６）はゲイ
ンに′の増幅利得、（２７）はゲインでの増幅利得であ
る。このようにして、機械共振ピークゲインを具体的に
変化（調整）できる回路構成を得ることができ、これを
一般的に示したものが第１図である。

すなわち、アクチュエータ機械共振等価回路（１０）は
伝達関数（２３）に、第１０微分回路（１１）は伝達間
ｆｉ（２４）に、第２０微分回路（１２）は伝達関数（
２５）に第１０増幅器（１３）は伝達関数（２６）に、
第２０増幅器（１４）は伝達関数（２７）にそれぞれ対
応している。

また第７図は、第６図（すなわち第１図）のアクチュエ
ータ機械共振ダンピング係数可変のための伝達関数を含
んだ、アクチュエータドライブ回路を、演算増幅器抵抗
、コンデンサ等の電気素子で実現した場合の、アクチュ
エータ機械共振ダンピンク係数を可変にする部分（帰還
回路部分）の実際の回路図の一例である。そして第９図
は、この発明の別の発明の実施例であるアクチュエータ
根株共振ダンピング係数可変のための伝達関数を含んだ
アクチュエータドライブ回路の伝達関数ブロック図であ
り、第１０図は、第９図のブロック図中のアクチュエー
タ機械共振ダンピング係数を可変する部分を演算増幅器
、抵抗、コンデンサ等の電気素子で実際に実現した回路
図の一例である。

次に動作について説明する。第２図を従来の第１２Ｍの
伝達関数と比較すると、Ｘで示される出力変位（７）か
らアクチュエータ機構部の伝達関数（６）の途中のポイ
ン）　（１６）へ負帰還している伝達関数（１５）の新
たなループが加えられていることが分かる。アクチュエ
ータ機構部の伝達関数（１６）と上述の新たに加えられ
たループの伝達関数（１５）を制御理論の等価変換でま
とめると、第３図のようになり、この時の機構部機械共
振伝達関数におけるダンピング係数ξ′は、従来のダン
ピング係数ξがξ＝η・ωであったのに対し、ξ′＝η
ω＋にとなり、ｋは任意に設定することにより、ダンピ
ング係数ξ′を変化させることが可能である。しかし、
上記のように新しい伝達関数（１５）を、機構部伝達関
数（６）の途中にフィードバックすることは、物理的に
不可能である。そこで第２図を伝達関数等価変換し、第
４図のようにドライブ回路の制御入力（１）にフィード
バックする。この時制御理論の等価変換により、アクチ
ュエータ機構部（６）の低域特性（６ａ）の逆関数であ
る伝達関数（１７）、アクチュエータ磁石（４）の逆関
数である伝達関数（１８）、アクチュエータコイル（３
）インダクタンスおよび抵抗、電流帰還路（９）の利得
をまとめた逆関数である伝達関数（１９）、そしてドラ
イブアンプ（２）の利得の逆関数である伝達関数（２０
）が新たにフィードバックループに加えられる。ここに
おいて、アクチュエータの機械的変位（７）を変位検出
器（％に図示せず）等の手段で検出し、第４図に示した
伝達関数で示された帰還ループを等価変換あるＩＮ、気
回路で制御入力（１）にフィードバックすれば、アクチ
ュエータの機械共振ダンピング係数ξを自在に可変とす
ることが可能である。しかし、このような方法では。

アクチュエータの機械的変位（７）を検出する手段が必
要なことや、該ダンピング係数を可変にするループの微
分項が多いため、帰還ループの電気回路が複雑になる。

そこで該ループの入力であるアクチュエータの機械的変
位（７）を、アクチュエータの駆動ｔ、流より検出する
ように第４図をさらに伝達関数＠−価変換すると、第５
図のように表わされる。

第５図の場合、アクチュエータ駆動電流からその機械的
変位（７）を検出するために、実際のアクチュエータと
ほば等価な伝達関数、すなわちアクチュエータ磁石（４
）と等価な伝達関数（２１）、およびアクチュエータ機
構部（６）と等価な伝達関数（２２’ｌ。

（２３）が新たにループ内に加えられている。第５図に
示した該ダンピング係数可変ループにおいて、アクチュ
エータ磁石（４）の伝達関数、（２１）とその逆関数で
ある伝達関数（１８）、さらにアクチュエータ１ａ構部
（６）における低域伝達関数（２２）とその逆関数であ
る伝達関数（１７）がそれぞれ直列に接続されており、
これらはそれぞれ打ち消し合うため。

第５図に示す伝達関数をまとめると、第６図のように単
純化される。ここにおいて、 Ｋ’＝　ｒ　十Ｒ＋　ＫＡＫｒ　　　　　　　　（８）
Ｋ’　＝　Ｋ　／　Ｌ　Ｂ　＋７　・ＫＡ　　　　　　
　（９）である。第６図のダンピング係数可変ループは
、入力が直流で出力がドライブ回路の制御入力（１）に
フィードバックする形となっているため、眠気回路で実
現することができ、例えば第７図のように、アクチュエ
ータ機械共振特性を等価した伝達関数（２３）ン、２次
低域ｆ波器で実現し、微分特性を等化した伝達関数（２
４）および（２５）を微分回路、そして伝達関数（２６
）、（２７）を増幅器にて実現することができる。ここ
において伝達関数（２４）（２５）を実現した微分回路
は、直流から機械共振周波数以上までの周波数領域にお
いて微分特性を示す特性に限定しても良い。ただし第７
図は反転制御入力となっている。また、伝達関数群（２
３）〜（２７）は、制御理論の等価変換が成り立つ範囲
で順番を組みかえても、同様に成り立つため、実際の回
路において１例えば伝達関数（２３）の２次低域ｆ波器
と、微分特性を有する伝達関数（２４）の微分回路とを
入れかえてもさしつかえがない。

また第７図のように該ダンピング可変ループの入力であ
るアクチュエータ駆動電流は、アクチュエータコイル（
３）中のインタクタンスＬ、内部抵抗ｒのコイル（３ａ
）に直列に接続された抵抗値Ｒの検出用抵抗（３ｂ）の
両端に発生した電圧で検出される。また、コイル（３ａ
）のインダクタンスしによる影響が機械共振周波数より
も高い周波数であられれる場合は、該ダンピング可変ル
ープにおいてもインダクタンスＬの影響が無視できるた
め、伝達関数（２５）すなわち第２０微分回路（１２）
を取りのぞいてもさしつかえがない。また、該ダンピン
グ可変ループを負帰還せずに正帰還すると、ダンピング
係数ξ′は上記実施例と逆に減少することは明らかであ
る。また上記実施例においては、アクチュエータ機構部
（６）が、バネ支持系である場合についてのべたが、慣
性系の伝達関数 ｍｓ”　　　　　　ｓ”　＋ζωｓ＋ωｚの場合でもさ
しつかえがない。

なお、上記実施例ではアクチュエータ駆動電流を検出し
ドライブ回路の制御入力に帰還するダンピング可変ルー
プを設けた場合について示したが、この発明の別の発明
として、上記アクチュエータ駆動電流のかわりに、その
まま制御入力を上記ループの入力とすると、第６図は第
８図のように変形され、これもまた請ルーズの入出力が
電気量であるため、電、気回路で実現できる。そしてこ
の第８図のループを実際に演算増幅器、抵抗、コンデン
サ等の電気素子で実現した一例を第９図に示す。

この場合ドライブアンプ（２）は、２段に分離されるが
（１段目がバッファ回路となる）、ダンピング可変ルー
プすなわち帰還回路は単純化される。

〔発明の効果〕

以上のようにこれらの発明によるアクチュエータドライ
ブ回路においては、アクチュエータの機械共振特性にお
けるダンピング係数を電気的に制御できるように帰還回
路をもうけて構成したので、制御性の良いアクチュエー
タドライブ回路が得られる効果がある。

また、この発明の別の発明においては、制御入力をその
まま上記帰還回路の入力とするようにしたので、帰還回
路がさらに単純化される効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるアクチュエータドラ
イブ回路のブロック図１、第２図は従来のアクチュエー
タドライブ回路に機械共振ダンピング係数を可変にする
ためのループを加えた場合の伝達関数のブロック図、第
３図は第２図のアクチュエータ機構部の伝達関数を等価
変換したブロック図、第４図、第５図および第６図はそ
れぞれ第２図の伝達関数のブロック図を等価変換したブ
ロック図、第７図は第６図中の機械共振ダンピング係数
を可変にする帰還回路部分の回路図、第８図はこの発明
の別の発明のアクチュエータドライブ回路を伝達関数で
示したブロック図、第９図は第８図中の機械共振ダンピ
ング係数を可変にする帰還回路部分の回路図、第１０図
は従来のアクチュエータドライブ回路の概略的な回路図
、第１１図は第１０図の従来のアクチュエータドライブ
回路を一般的なブロックに分解したブロック図、第１２
図は第１１図を伝達関数で示したブロック図である。 図において、（１）は制御入力、（２）はドライブアン
プ、（３）はアクチュエータコイル、（４）はアクチュ
エータ磁石、（６）はアクチュエータ機構部、（７）は
機械的変位、（８）はアクチュエータ逆起電力、（９）
は電流帰還路、（１０）はアクチュエータ機械共振等価
回路、（１１）は第１０微分回路、（１２）は第２０微
分回路、（１３）は第１０増幅器、（１４）は第２０増
幅器ノで：あする。 尚、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気量を機械的変位に変換するアクチュエータと
   、このアクチュエータを駆動するドライブ回路と、上記
   アクチュエータのアクチュエータ駆動電流量を入力とし
   、これを上記アクチュエータの高域機械共振特性とほぼ
   同じに等価変換しかつ微分して、上記ドライブ回路の入
   力に帰還する、アクチュエータ機械共振ピークゲインを
   等価的に変化させて調整するための帰還回路とを備えた
   ことを特徴とするアクチュエータドライブ回路。
2. （２）上記アクチュエータのコイルに直列に挿入された
   電流検出用抵抗の両端間に発生する電位差を、アクチュ
   エータ駆動電流の検出量としたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のアクチュエータドライブ回路。
3. （３）上記帰還回路が、上記アクチュエータの高域機械
   共振特性とほぼ同じ等価変換を行うアクチュエータ機械
   共振等価回路および微分回路を含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項もしくは第２項記載のアクチュエー
   タドライブ回路。
4. （４）利得が可変である増幅器が上記微分回路に直列に
   挿入され、この増幅器の利得を調製することにより機械
   共振ピークゲインを等価的に可変にすることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載
   のアクチュエータドライブ回路。
5. （５）上記帰還回路において、上記微分回路が直流から
   機械共振周波数を含む周波数領域に限定して微分特性を
   持つ微分回路であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第４項のいずれかに記載のアクチュエータド
   ライブ回路。
6. （６）上記帰還回路が、上記アクチュエータ機械共振等
   価回路と、直流から機械共振周波数を含む周波数領域に
   おいて微分特性を持つ第１０微分回路と、この第１０微
   分回路の出力の微分を行う上記周波数領域において微分
   特性を持つ第２０微分回路およびこれに並列に接続され
   た第１の増幅器からなる回路と、上記周波数領域におい
   て周波数特性の平担な第２０増幅器とを直列に接続した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第５項の
   いずれかに記載のアクチュエータドライブ回路。
7. （７）電気量を機械的変位に変換するアクチュエータと
   、このアクチュエータを駆動するドライブ回路と、制御
   入力をインピーダンス変換して上記ドライブ回路に出力
   するバッファ回路と、このバッファ回路の出力を上記ア
   クチュエータの高域機械共振特性とほぼ同じに等価変換
   しかつ微分して、上記ドライブ回路の入力に帰還する、
   アクチュエータ機械共振ピークゲインを等価的に変化さ
   せて調整するための帰還回路とを備えたことを特徴とす
   るアクチュエータドライブ回路。