KR100351522B1 - 자려 진동형 진동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자려진동(自勵振動)의 일어남을 좋게하면서 자려진동을 안정적으로 지속하는 것을 목적으로 하며, 이를 위해 진동속도검출기(12)의 출력을 자려발진 컨트롤러(15)에 정귀환하고, 피드백게인 K를 K=K₁△r + K₃△r³+Kcr로 변화시키도록한 것으로, 이로인하여 진폭편차 △r의 최대 즉, 초기값에 있어서는 게인 K가 대단히 크므로 일어남을 좋게하면서 안정한계게인에 있어서는 Kcr이 일정하고 적게할수 있고, 안정하게 자려진동을 속행시킬수가 있다.

Description

자려(自勵) 진동형 진동장치

본 발명은 자려(自勵)진동형 진동장치에 관한 것이다. 일반적으로 자려공진형 구동장치는 공진점을 자동적으로 추미(追尾)하는 이점을 가지나, 진폭을 한정되게 유지하기 위한 무언가의 제어를 필요로 한다. 컨트롤러(Controller)나 전력진폭기의 포화특성으로 진폭을 일정히 하려고하면 전력증폭기의 출력은 구형파로되고, 고주파성분을 많이 포함한다.

이를 감안하여 일본국 특원소 61-154599호에서는 제 3도에서 도시하는 바와같이 자려진동형 진동장치를 개시하고 있다. 또한, 제 3도의 동작의 일부를 전달계수로 표시한 블럭도를 제 4도에 표시한다. 즉, 제 4도에 있어서, 진동기계는 전체로서 "1"로 표시되고, 표시하는 바와같은 특성방정식을 표시한다.

여기에, 진폭검출기(2)가 근접 배설되어 있고,(예를들어, 진동파트피더 (parts feeder)에 있어서는 그 볼과 베이스와를 결합하는 판스프링에 근접하여 배설된 소용돌이형 전류형의 센서) 그 출력이 전력증폭기(4)에 공급되고 있다. 한편, 진동기계의 출력(x)은 자려바진컨트롤러(7)에 공급되고 있으나, 이것이 가산기(6)에 있어서, 부 귀환(負 歸選)되여져 있고, 지금 자려진동이기 때문에 한쪽의 입력은 영(0)이고, 이는 다시금 일차지연요소(5)에 공급되고, 그 출력이 상술한 전력증폭기(4)에 공급되고 있다.

진동기계(1)는 질량 m이 가속도 dx²/ dt²으로 진동하고 있을때, 1/s(s는 라프라스(Laplace) 변환자 ; 이하같음)의 지연요소를 두면 속도 dx /dt로 되고, 여기에 점성계수 c를 곱한 것이 진동감쇠력으로서 질량 m에 작용하고, 또 다시금 dx /dt를 지연요소 1/s를 개재한 x로되고, 여기에 스프링 상수 k를 곱합것이 복원력으로서질량 m에 작용한다. 진동기계(1)는 이와같은 폐(閉)루프(looo)로 개념적으로 표시되지만, 공진주파수로서는 90°위상이 지연된다. 자려발진컨트롤러(7)에 관한 일차 지연요소(5)에 있어서 90°지연시킴에 의해 개(開)루프에서 180°의 위상차이가 생기고, 따라서 자려발진이 가능하게 하고 있다. 전력증폭기(4)의 게인 Ko가 안정한계 이상에서, 이 시스템이 발진하는 것이지만 진폭컨트롤러(3)에서는 이때의 진폭과 소정의 진폭과의 차가 검출되고, 이에 의하여 전력중폭기(4)의 게인 Ko를 제어하고 있다. 즉, 목표진폭과의 편차가 큰 때는 그 게인 Ko를 크게하고, 목표진폭에 도달한 때에 안정한계로 되돌리도록 하고 있다. 그런데, 제 4도에 도시한 바와같이 진폭편차 △r와 전력증폭기의 게인 K와는 리니어(linear)한 관계에 있고, 지금 자려진동에 일어나는 특성을 좋게하기 위해서는 진폭편차 △r이 크기 때문에 전력증폭기(4)의 게인 K를 충분히 크게할 필요가 있으나, 이와 같이 하면 진폭검출기(2)가 고주파성분, 즉 립플(ripple)을 그 파형에 갖추고 있으나, 이것을 크게 증폭해버리고 전력증폭기(4)의 출력을 변동시켜서 진동기계에 안정한 자려진동을 이르키지 못하게 한다.

본 발명은 상기한 문제를 감안하여 자려진동이 일어나는 특성을 양호하게 하면서 진폭검출수단의 립플에 의한 게인의 변동을 억제할수 있는 자려진동형 진동 장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적은 진동기기의 진동속도를 검출하는 진동속도 검출수단, 당해 진동속도 검출수단의 출력을 정 귀환 신호로하여 피드백게인으로 증폭하는 자려발진컨트롤러와 그 컨트롤러의 출력을 전력증폭하는 전력증폭기와 그 전력증폭기의 출력을 받는 진동구동자와를 가지고, 당해 진동구동자에 의해 상기 진동기기를 가지게 하도록한 자려진동형 진동장치에 있어서, 상기 피드백게인 K의 값을 그때의 진폭과 소정의 진폭과의 차인 진폭편차 △r에 관하여 K=K₁△r + K_N(△r)^2N+1+Kcr[단, K₁, K_N은 계수이고, N은 정수, KCr은 안정한계게인]의 관계로 변화되도록함을 특징으로 하는 자려진동형 진동장치에 의하여 달성된다.

또, 이상의 목적은 진동기기의 진동변위를 검출하는 진동변위검출기, 당해 진동변위검출기의 출력을 부 귀환 신호로하여 피드백게인으로 증폭하고, 적분요소 또는 일차지연요소로 위상지연 제어를 하는 자려발진컨트롤러와, 당해 컨트롤러의 출력을 전력증폭하는 전력증폭기와, 당해 전력증폭기의 출력을 받는 진동구동자와를 가지며, 당해 진동구동자에 의해 상기 진동기기를 가진하도록한 자려진동형 진동장치에 있어서, 상기 피드백게인 K의 값을 그때의 진폭과 소정의 진폭과의 차인 진폭편차 △r에 관하여 K=K₁△r + K_N(△1)^2N+1+ Kcr[단, K₁, K_N은 계수이고, N은 정수, Kcr은 안정한계게인]의 관계로 변화되도록 한것을 특징으로 하는 자리진동형 진동장치에 의하여 달성된다.

또, 이상의 목적은 진동기기의 진동변위를 검출하는 진동변위검출기, 당해 진동변위검출기의 출력을 부 귀환신호로하여 피드백게인으로 증폭하는 자려진동컨트롤러와 당해 컨트롤러의 출력을 전력증폭하는 전력증폭기와, 당해 전력증폭기의 출력을 받는 전자석과, 당해 전자석의 코일에 흐르는 전류에서 발생하는 자기흡인력에 의해 상기 진동기기를 가진하도록 한 자려진동형 진동장치에 있어서, 상기 피드백게인 K의 값을 그때의 진폭과 소정의 진폭과의 차인 진폭편차 △r에 관하여 K=K₁△r + K_N(△r)^2N+1+ Kcr[단, K₁, K_N은 계수이고, N은 정수, Kcr은 안정한계게인]의 관계로 변화되도록한 것을 특징으로 하는 자려진동형 진동장치에 의해 달성된다.

피드백게인 K=K₁△r + K_N△r^2N+1+ Kcr, 예컨대 K₁△r + K₃△r³+Kcr은 특정계수이기에 △r이 클때는 세제곱특성이기 때문에 그 △r³이 대단히 크게되어, 이로 인하여 피드백게인 K를 크게하여 자려진동을 일으키기 쉽게할뿐만 아니라 진폭편차 △r이 작아지면 급격히 작아지고, 편차 △r이 영에서는 Kcr, 즉 안정한계게인이 되고, 이후 진동기계는 안정하게 자려진동하며, 일정진폭을 지속한다. 또한, 진동장치의 진동속도를 검출할때도 변위를 검출할때와 같으며, 진동변위를 검출할때는 위상을 90°어긋나게 함에의해 자려발진을 가능케하고, 또 진동구동자가 전자석구동부일때는 이 진동변위를 검출할때에는 전자석 자체에 90°의 위상지연이 있으므로 위상지연수단이 필요치 않으며, 자려발진을 신속히 또한 안정히 그 진동을 계속시킨다.

실시예

다음에 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

제 11도는 본 발명의 실시예인 자려진동형 진동장치를 도시한 것이며, 본도에 있어서 진동기계(11)로서는 본 실시예에서는 진동파트피더(parts feeder)에 한정되지 않고, 일반의 진동기계로 하며, 이것에 가진력을 가하는 진동구동자(17)는 전자석방식 가진구조가 아니고 압정형 또는 동전형(動電型)인 것으로 한다. 따라서, 이것의 입력단자에 접속되는 전력증폭기(16)의 출력과 진동구동자(17)의 출력 (가진력)과의 사이에는 위상차는 없는것으로 한다. 또한, 진동속도 검출기(12)의 검지부는 진동기계(11)의 가동부에 취부되어 있든가, 근접하여 배설되어 있고, 진동변위 검출기와 미분기로 되던가, 진동가속도 검출기와 적분기로 되어 있다.

진폭검출기(13)는 진동속도 검출기(12)의 출력을 적분하므로서 진폭을 검출하고, 그 출력을 진폭컨트롤러(14)에 공급한다. 진폭컨트롤러(14)는 비교기를 포함하며, 그 한쪽의 입력단자에는 목표로하는 진폭값이 설정되고, 다른 입력단자에는 진폭검출기(13)의 출력이 공급되어서 진폭편차 △r을 자려발진컨트롤러(15)에 공급한다. 자려발진컨트롤러(15)는 교류증폭기를 포함하며, DC성분을 끊여서 교류분을 증폭하도록 하고 있는 컨트롤러(14)의 출력에 의하여 제어되록 구성되어 있다. 이 진폭편차 △r와 피드백게인 K과의 관계는 제 2도에서 도시하는 바와같이 구성되어 있다. 즉, 이 게인곡선은 피드백게인 K=K₁△r + K₃△r³+ Kcr[여기서, K₁K₃는 정하여진수, Kcr 안정한계 게인이다]에 따라 변화하며, 소위 3차곡선이고, 진폭편차 △r이 큰 때는 꽤 큰 값을 취함을 알수 있다.

본 발명의 실시예는 위와같이 구성되지만 다음에 그 작용에 대하여 설명한다.

도시되지 않을지라도 전력증폭기(1b)에는 직류전원이 스위치를 거쳐서 접속되어 있고, 진동기계(11)의 자려발진구동에 있어서는, 이 스위치를 닫아서 전력증폭기(16)를 작동상태에 둔다. 기타, 자려발진컨트롤러(15), 진폭컨트롤러(14)등도 같은 작동상태에 둔다. 진폭컨트롤러(14)에서는 최초 진동기계(11)의 가동부의 진폭이 영인것에 의해 진폭편차 △r는 최대이다. 즉, 진폭편차 △r의 초기값은(목표진폭-영)이지만, 종래는 제 4도에서 도시하는 바와같이 리니어한 관계에 있으므로 즉, 진폭편차 △r의 직류중폭 혹은 PID증폭에 의해 K=Kp △r의 관계로 피드백게인 Ko를 리니어하게 증대시키고 있었다. 따라서, 자려진동이 일어나는 특성을 좋게하기 위하여 진폭편차 △r의 초기 값에서는 피드백게인 Ko는 이 계에서는 최대값이되지만, 더욱더 일어남을 좋게하기 위해서는 크게하면 이때는 상기한 바와같이 진폭검출기(13)에 중첩되어 있는 립플까지 중폭되어 버리고, 피드백게인 Ko를 안정한계로 일정하게 유지할수 없고, 크게 변동한다. 따라서, 전력증폭기(16)의 출력도 변동한다.

그런데, 본 발명은 피드백게인 K가 비선형 연산출력으로 주어지므로 진폭편차 △r의 초기 값에서는 피드백게인 K를 정하는 것은 주로 상기식에서의 제 2항 K₃(△r)³이고, 자려발진을 신속히 행하고, 또 안정한계부근의 거동을 정하는 게인 K는 적게 할수 있어 립플의 영향을 적게할수 있다.

제 5도는 종래예의 피드백게인의 시간적인 변화를 도시하는 것이고, 스위치 온 후 900msec∼910msec에서의 확대도도 표시하고 있으며, 게인 K는 정현적(正弦的)으로 크게 변화하고 있다. 한편, 제 6도는 본 발명에 의한 게인 K의 시간적 변화를 나타내는 것이며, 같은 900msec∼910msec에서 안정한계 게인은 거의 변화하지 않는다. 이는 진동검출기(13)의 립플의 영향이 적은것을 나타내고 있다.

이상 본발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 물론 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 기초로하여 각종의 변형이 가능하다.

예컨대, 상기의 실시예에서는 진동기계(11)의 진동속도를 검출하므로서 이를 정 귀환하여 폐루프를 형성하고, 자력진동을 하도록 하였지만, 진동속도를 검출하는 대신에 진동변위를 검출하여 이 검출신호를 자려발진컨트롤러(15)에 부 귀환할뿐만 아니라 그 위상을 지연시켜 상기의 피드백게인 K를 변경하도록 하여도 좋다. 자려진동의 원리에서 명백한 바와같이 진동변위는 공진점에서는 힘과의 위상차가 π/2 이므로, 더욱더 π/2의 위상을 지연시키기 위하여 π/2 위상을 지연요소로 사용하도록 하여도 좋다.

또, 진동변위 검출수단을 사용하나, 진동구동자가 전자석 가진기구인 경우에는 이 기구가 90° 위상을 지연시키므로 어떠한 위상을 지연시키는 수단을 사용하지 않고 본 발명의 효과를 얻을수 있다.

상술한 바와같이 본 발명에 의한 자려진동형 진동장치에 의하면, 자려발진이 일어남을 좋게하면서 안정하게 그 진동을 유지시킬수가 있다.

제 1도는 본 발명의 실시예에 의한 블럭도,

제 2도는 제 1도의 작용을 설명하는 챠트도,

제 3도는 종래예의 블럭도,

제 4도는 종래장치(제 3도 장치)의 움직임의 일부를 전달계수로 표시한 블럭도,

제 5도는 제 3도의 작용을 설명하는 챠트도,

제 6도는 종래예의 피드백게인의 시간적 변화를 도시한 타임 챠트도,

제 7도는 본 발명에 의한 피드백 게인의 시간적 변화를 표시하는 챠트도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11. ; 진동기계 12. ; 진동속도 검출기 13, ; 진폭 검출기

14. ; 진폭컨트롤러 15. ; 자려진동컨트롤러

Claims (3)

1. 진동기기의 진동속도를 검출하는 진동속도 검출수단, 당해 진동속도 검출수단의 출력을 정귀환(正歸選) 신호로 하여 피드백게인으로 증폭하는 자력발진컨트 롤러와, 당해 컨트롤러의 출력을 전력증폭하는 전력증폭기와, 이 전력증폭기의 출력을 받는 진동구동자와를 가지며, 이 진동구동자에 의해 상기 진동기기를 가진하도록한 자려진동형 진동장치에 있어서, 상기 피드백게인 K의 값을 그때의 진폭과 소정의 진폭과의 차인 진폭편차 △r에 관하여, K=K₁△r + K_N(△r)^2N+1+ Kcr[단, K₁K_N는 개수, N는 정수, Kcr은 안정한계 게인]의 관계로 변화시키도록한 것을 특징으로 하는 자려진동형 진동장치.
2. 진동기기의 진동변위를 검출하는 진동변위검출기, 당해 진동변위검출기의 출력을 부귀환(負歸還) 신호로 피드백게인으로 증폭하고, 또 적분요소 또는 일차지연요소로 위상 지연제어를 하는 자려발진컨트롤러와, 당해 컨트롤러의 출력을 전력증폭하는 전력증폭기와, 이 전력증폭기의 출력을 받는 진동구동자와를 가지며, 이 진동구동자에 의해 상기 진동기기를 가진하도록한 자려진동형 진동장치에 있어서, 상기 피드백게인 K의 값이 그때의 진폭과 소정의 진폭과의 차인 진폭편차

   △r에 관하여, K=K₁△r + K_N(△r)^2N+1+ Kcr[단, K₁K_N는 계수, N는 정수, Kcr은 안징한계 게인]의 관계로 변화시키도록한 것을 특징으로하는 자려진동형 진동장치.
3. 진동기기의 진동변위를 검출하는 진동변위검출기, 당해 진동변위검출기의 출력을 부 귀환신호로하여 피드백게인으로 증폭하는 자려발진컨트롤러와, 당해 컨트롤러의 출력을 전력증폭하는 전력증폭기와, 당해 전력증폭기의 출력을 받는 전자석과, 당해 전자석의 코일에 흐르는 전류에서 발생하는 자기 흡인력에 의해 상기 진동기기를 가진하도록 한 자려진동형 진동장치에 있어서, 상기 피드백게인 K의 값을 그때의 진폭과 소정의 진폭과의 차인 진폭편차 △r에 관하여 K=K₁△r + K_N(△r)^2N+1+ Kcr[단, K₁, K_N는 계수, N는 정수, KCr은 안정한계 게인]의 관계로 변화시키도록 한것을 특징으로 하는 자려진동형 진동장치.