JPS63287379A - アクチユエ−タドライブ回路 - Google Patents

アクチユエ−タドライブ回路

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JPS63287379A
JPS63287379A JP62121325A JP12132587A JPS63287379A JP S63287379 A JPS63287379 A JP S63287379A JP 62121325 A JP62121325 A JP 62121325A JP 12132587 A JP12132587 A JP 12132587A JP S63287379 A JPS63287379 A JP S63287379A
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actuator
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drive circuit
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feedback
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Kimitoshi Hongo
公敏 本郷
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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
高域機械共振の減衰係数を電気的に制御可能としたアク
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〕
以下では、リニアアクチュエータのドライブ回路に適用
した場合について説明する。第5図は、光メモリシンポ
ジウム″85論文集”第203〜20B頁に所載の「光
デイスクメモリの2段結合サーボ方式」に記載されてい
る、従来のリニアアクチュエータドライブ回路の一般的
な構成を示すブロック図である。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5図において(1)は制御入力、(2)はド
ライブアンプ(3)はリニアアクチュエータ・コイル、
(4)リニアアクチュエータ磁石、(5)はリニアアク
チュエータ・コイル(3)に流れる電流とリニアアクチ
ュエータ磁石(4)により発生する電磁力、(6)は電
磁力(5)が働らくリニアアクチュエータ機構部、(7
)はリニアアクチュエータ機構部(6)の可動部(図示
せず)K生ずる機械的変位である。また、(8)はIJ
 ニアアクチュエータ・コイル(3)を定電流駆動する
ための市、流掃還路、そして(9)はリニアアクチュエ
ータの動作に伴ない発生する逆起動力を示す。また、第
6図は第5図の各ブロックを制御理論における伝達関数
表現の形に置き換えたブロック図であり、対応する部分
には第5図と同一の符号が付けられている。ドライブア
ンプ(2)の利得をKDJ リニアアクチュエータ・コ
イル(3)のインダクタンスをL、内部抵抗r、*流検
出用抵抗なRlIJ ニアアクチュエータ磁石(4)に
より発生する磁束密層をB、磁束に直交するコイル長を
t、リニアアクチュエータの磁気効率なη、電流帰還路
(8)の電1流帰還利得をKl、リニアアクチュエータ
機構部(6)の可動部質黛をMとして、リニアアクチュ
エータ機構部(6)の低域部の機械伝達関数を(6a)
、2次おくれ要素として表わされた高域機械共振を(6
b)とし、また、この高域機械共振(6b)の共振周波
数をωH1減衰係数なξHとした。また、第7図は、第
5図および第6図のようなリニアアクチュエータドライ
ブ回路を持つIJ Wアアクチュエータサーボ回路のオ
ープンループ(OPEN LOOP)特性を示したもの
であり、第7図(a)は利得(Gain)特性であす、
第7図(b)は位相(Phase)特性を示すものであ
る・次に動作について説明する。第6図において、制御
入力(1)はドライブアンプ(2)によりKD倍され、
さらに電流帰還電圧と減算された後、IJ ニアアクチ
ュエータ争コイル(3)に印加される。ここで制御入力
(1)の電圧をVI、リニアアクチュエータ・コイル(
3)に流れる電流なILとすると、制御理論におけるブ
ロック等価変換より次式の関係となる。
Ls  +  r +  R+ K1 従って(1)丈より電流帰還利得Krの選定により、使
用周波数帯域ではインダクタンスの影響であるLsO項
を無視でき、リニアアクチュエータを定電流駆動するこ
とになる。また、このリニアアクチュエータ・コイル(
3)に流れる電流II、とリニアアクチュエータ磁石(
4)により、Fとして次式で示されるような電磁力F(
5)が発生する。
F = tBη ・ I L         (2)
この(2)式で表わされる電磁力F(5)から、リニア
アクチュエータ機構部(6)の低域部の機械伝達関数(
6a)により、次式の変位Xが得られる。
x == F・□         (3)(3)式で
得られた変位Xに対してリニアアクチュエータ機構部(
6)■藁域機械共振(6b)を考慮すると、可動部に生
ずるXで示される機械的変位X(7)は次式となる。
さらに、この機械的変位Xの発生により、リニアアクチ
ュエータ会コイル(3)には、 x Vw = −tBη・□      (5)t なる逆起電、力vFが発生する。以上の(1)式〜(5
)式より制御人力Vlから機械的変位Xまでの伝達関数
は、次式となる。
Ms2(Ls+r+R+Kx )(s2+2ξl1QI
Hs+c1)a2)+tBη2(c+Hs一般に、リニ
アアクチュエータサーボ回路では、(6)式のような伝
達関数を持つリニアアクチュエータおよびドライブ回路
で構成されており、その系のオーブンループ(OPEN
 LOOP)特性は第7図のようになる。リニアアクチ
ュエータの位相回りは、低域ですでK 1s o 〔d
eg1回っており、利得(Gain)0 [dB1付近
で位相進み補償することにより余裕を取りこの系を安定
にしているが、高域では機械共振があるため、その前後
で位相が大きく変化する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のリニアアクチュエータドライブ回路は以上のよう
に構成されているので、高域機械共振によるサーボ系へ
の影9は赴けられず、この減衰係数ξHの値が過大ある
いは過小となることで、このサーボ系の安定性を確保す
るのが難しくなる場合があるという問題点があった。
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、リニアアクチュエータの高域機械共振の減衰
係数量を一気的に可変にできるリニアアクチュエータド
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においては
、アクチュエータの変位をアクチュエータに位置センサ
を設けて電気量として検出し、さらにこの電気量を補正
増幅し時間微分した後、アクチュエータの伝達関数の逆
変換を施して、アクチュエータドライブ回路の入力に帰
還させる帰還回路を設けるようにしたものである。
〔作 用〕
この発明におけるアクチュエータドライブ回路において
は、位置センサにより電気量として検出されたアクチュ
エータ可動部に生ずる変位量を帰還する上述の帰還回路
の補正増幅利得を調整することにより、アクチュエータ
の高域機械共振の減衰係数が調整され、減衰係数を電気
的に制御できる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図にりX、:て説明する。
第11iKは、発明の一実施例によるリニアアクチュエ
ータドライブ回路のブロック図である。図において、(
1)〜(9)は従来のものと同じである(但し、リニア
アクチュエーi機構部(6)を低域部の機械伝達関数と
してのリニアアクチュエータ機構部(6a)とリニアア
クチュエータ高域機械共振(6b)とに分けて示した)
。(10)はリニアアクチュエータに取り付けられたリ
ニアアクチュエータの可動部(%に図示せず)。変位X
を検出する位置センサ、(11)はリニアアクチュエー
タ高域機械共振の減衰係数値を調整する補正増幅器、(
12)は3断機分特性を持つ微分回路、(13)は逆変
換等価回路である。また、第2図は、第1図の各ブロッ
クを伝達関数表現の形に置き換えたブロック図であり、
対応する部分には第1図と同一の符号が付けられている
。(1)〜(9)および(13)中の記号は第6図に示
した従来の表現と同じである。また位置センサ(10)
の感度なKs、補正増幅器(11)の補正増幅利得を[
1,微分回路(12)の3断機分特性を−と表現してい
る。゛また、第3因はこめ発明の原理を示したブロック
図であり、(14)は補正ブロックを示す。また各記号
は、第2図と同様のものである。そして第4因は、第1
図のリニアアクチュエータドライブ回路の帰還回路部分
を具体的に実現した回路図である。
次に動作一ついて説明する。まず、原理として説明する
と、第3図において、リニアアクチュエータドライブ回
路のリニアアクチュエータ高域機械共振(6b)の出力
である機構的変位X(7)を位置センサにより検出し、
1断機分し、増幅する補正ブロック(14)を介して高
域機械共振(6b)の入力へ帰環するリニアアクチュエ
ータドライブ回路を、伝達関数ブロック上で考えてみる
。この系全体の伝達関数は、 17+ となり、(6)式と比較してこの(7)式において高域
機械共振の項における減衰係数ξ′Hな求めると、ξ′
H=ξ■±         (8]となる。従来の高
域機械共振(6b)の減衰係数ξHに比べ、補正ブロッ
ク(14)を加えて補正増幅利得KHを可変にすること
で、高域機械共振(6b)の減衰係数ξ′Hな自由に変
えることができる。しかし、この補正ブロック(14)
は高域機械共振(6b)の入力である変位Xに帰還して
いるので、実際(τは実現不可能である。従って、伝達
関数の等価ブロック変換に基づき、第2図のように、−
位置センサ(10)の出力を補正増幅利得KHの補正増
幅器(11)を通した後、3階微分特性を有する微分回
路(12)と逆変換等価回路(13)に入れることで、
ドライブアンプ(2)の入力側に帰還することができる
。ただし、ここでの逆変換等価回路(13)の伝達関数
GFJは、インダクタンスの影響を無視できることから
次式となる。
tBηKD このようにドライブアンプ(2)の入力側では、電、圧
vrの制御入力(1)との加減算となるので実現可能で
ある。第4図に第1図の帰還回路部分、すなわち(10
)〜(13)の部分、およびドライブアンプ(2)、リ
ニアアクチュエータ・コイル(3)の部分の演算増幅器
を用いた実際の回路の一例を示す。ここでは、位置セン
サ(10)として、フォトダイオード(100)を備え
た光学式位置センサを使用し、制御人力Vl(1)に負
帰還することで減衰係数ξHを小さくする場合の例であ
り、この回路において補正増幅器(]1)の補正増幅利
得KHの設定は、R KH=−(10) となる。3階微分特性を有する微分回路(12)は、実
現困難であるため、カットオフ周波数を高域棲械共振周
波数以上に持つ3次の高域通過フィルタの微分特性を示
す部分を利用している。また、逆変換等価回路(13)
の回路定数の設定は、(9)式より tBη KD            R2となる。ま
た、減衰係数ξHを犬ぎくする場合には、第4図の点M
Aで示したように正帰還するように結線すればよい。以
上のように、帰還回路の部分は演算増幅器3段で簡単に
実現でき、リニアアクチュエータの高域機械共振の減衰
係数ξ■をt気的に変化させることができる。
なお、上記実施例においては、位置センサ(10)の後
VC@C僧正器(11)、微分回路(12)、逆変換等
価回路(13)が順次直列に接続されているが、この順
番についてはこれに限定されるものではなく、例えば最
後すなわち逆変換等価回路(12)の仮設に補正増幅器
(11)が接続された場合、あるいは依分回路(12)
と逆変換等価回路(13)との間に補正増幅器(11)
が接続された場合等であっても同様な効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によるアクチュエータドライブ回
路においては、アクチュエータの変位を微分しさらに逆
変換して制御入力に帰還し、高域機械共振の減衰系数を
調整することができるよう帰還回路を設けて構成したの
で、高域機械共振を自在に制御することにより、サーボ
系の設計が容易になり、より安定度の高いサーボ系が得
られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のアクチュエータドライブ回路の一実
施例の構成を示すブロック図、第2図は第1図に示した
回路を伝達関数表現したブロック図、第3図はこの発明
の原理を示したブロック図、第4図はこの発明のアクチ
ュエータドライブ回路の帰還部分を具体的に実現した回
路図、第5図は従来のアクチュエータドライブ回路の構
成を示すブロック図、第6図は第5図に示した回路を伝
達関数表現で示したブロック図、第7図はリニアアクチ
ュエータサーボ系のオープンループ特性図である。 図において、(1)は制御入力、(2)はドライブアン
プ、(3)はリニアアクチュエータ・コイル、(4)は
リニアアクチュエータ磁石、(5)は電、磁力、(6)
はリニアアクチュエータ機構部、(7)は変位、(10
)は位置センサ、(11)は補正増幅器、(12)は微
分回路、(13)は逆変換等価回路、(100)はフォ
トダイオードである。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (5)

    【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ユエータと
    、このアクチユエータを駆動するドライブ回路と、上記
    アクチユエータにより発生した変位を電気量として検出
    する位置センサと、この位置センサの出力を時間微分し
    、かつ上記アクチユエータの伝達関数の逆変換を施して
    、上記ドライブ回路の入力に帰還させる帰還回路とを備
    えたことを特徴とするアクチユエータドライブ回路。
  2. (2)上記帰還回路のアクチユエータの伝達関数の逆変
    換を行う手段が、上記アクチユエータの逆伝達関数に等
    しい回路定数を有する逆変換等価回路からなることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載のアクチユエータド
    ライブ回路。
  3. (3)上記帰還回路がそれぞれ直列に接続された、上記
    位置センサの出力を時間微分する微分回路と、上記逆変
    換等価回路と、所望の補正増幅利得で増幅を行う増幅率
    可変の補正増幅器とからなり、上記位相センサの出力を
    ドライブ回路の入力に正帰還もしくは不帰還させ、かつ
    上記補正増幅器の補正増幅利得を適当に選ぶことにより
    アクチユエータ高域機械共振の減衰係数を制御すること
    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
    のアクチユエータドライブ回路。
  4. (4)上記時間微分を行う微分回路および逆変換等価回
    路において、微分項を、直流からアクチユエータ高域機
    械共振周波数以上の間、微分特性を示す高域通過素子で
    近似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ユエータドライブ回路
  5. (5)リニアアクチユエータに適用したことを特徴とす
    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
    のアクチユエータドライブ回路。
JP62121325A 1987-05-20 1987-05-20 アクチユエ−タドライブ回路 Expired - Lifetime JPH0779559B2 (ja)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55155572A (en) * 1979-05-18 1980-12-03 Pioneer Electronic Corp Linear tracking arm driving gear

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55155572A (en) * 1979-05-18 1980-12-03 Pioneer Electronic Corp Linear tracking arm driving gear

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