JP3504130B2 - 周期信号ドライブ装置 - Google Patents
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Description
毎にアクチュエータの可動部を所定量だけ移動させる周
期信号ドライブ装置に係り、特に圧電素子などで構成さ
れるインチウォーマーやステッピングモータ等のアクチ
ュエータを良好な速度制御により駆動できるようにした
周期信号ドライブ装置に関する。
ュエータは、所定のパルスが入力されるとアクチュエー
タの可動部を所定量だけ移動もしくは回転させる駆動手
段としてのドライブユニットと、入力される所定の周期
信号に基づいてドライブユニットに電力を供給する電力
供給手段としてのドライブアンプと、ドライブアンプに
入力する周期信号を発生させる周期信号発生手段で構成
される。このため、この種のアクチュエータ(以下、周
期信号ドライブアクチュエータと呼ぶ。)は、ドライブ
アンプに入力された信号の周期をカウントすればアクチ
ュエータの可動部の移動量が把握できるという特徴を有
している。また、周期信号が入力されなければアクチュ
エータの可動部は移動することはなく、固定部に対して
保持されている。このような特徴に鑑みて、周期信号ド
ライブアクチュエータは物体の位置決めや特定のパター
ンに従って物体を移動させるのに適している。
体の運動を制御するには、外部センサによりまたは前記
周期信号の周期数をカウントすることにより物体の位置
を検出し、物体が所定の位置に到達したときに所定の周
波数または周波数パターンの周期信号をドライブアンプ
に入力する方法が一般的であり、この周期信号を発生さ
せる周期信号発生手段としては、マイクロコンピュータ
を用いることが多い。例えば、特開平7−23598号
公報においては、ステッピングモータの位置データに応
じてモータ駆動パルスの周波数パターンを生成し、これ
をドライブアンプとしてのドライブ回路ブロックに供給
してモータを駆動している。
付けられた移動対象物が作り出す物理的条件に応じて周
期信号を変更し、この変更された周期信号をドライブユ
ニットに入力してアクチュエータを駆動することも多く
行なわれており、特開平5−30402号公報には、フ
ォーカスレンズの焦点調節をステッピングモータで行な
う場合の制御方法を含む周期信号ドライブ装置が開示さ
れている。
を行なう周期信号ドライブ装置は、物体の位置や物理的
条件をトリガーにして所定の周波数もしくは周波数パタ
ーンを発生させるものであり、時々刻々と変化する物体
の移動状態に応じて滑らかにその動作を制御することが
できないという問題があった。
位置や物理的条件を予めデータとして保存しなければな
らず、制御仕様で要求される精密さや複雑さの増加に伴
って要求されるメモリ容量も増大してしまうという問題
もあった。
の滑らかで高精度、精密な動きが実現できる周期信号ド
ライブ装置を提供することを目的とする。
め、請求項1に係る周期信号ドライブ装置は、固定部と
可動部を有する作動ユニットと、外部から入力される周
期信号の一周期毎に前記可動部を前記固定部に対して所
定量だけ移動させる駆動ユニットと、前記駆動ユニット
に駆動用の電力を供給する電力供給ユニットと、前記周
期信号を生成して前記駆動ユニットに供給する周期信号
発生ユニットと、を備えるものにおいて、前記周期信号
発生ユニットが、前記作動ユニットの可動部より検出さ
れた出力の変化にしたがって変化する速度指令信号を生
成する速度指令信号生成手段と、この速度指令信号生成
手段により生成された前記速度指令信号の変化の状態に
応じて所定演算により所定時間当たりの前記周期信号の
周波数を可変に設定する駆動周波数演算手段と、を備え
ることを特徴とする。
置は、請求項1に記載のものにおいて、前記速度指令信
号生成手段が前記可動部の速度指令信号を前記周期信号
の一周期毎に前記可動部が移動する所定の移動量で除し
た値を周波数指令値fとして生成すると共に、前記駆動
周波数演算手段は、前記所定時間の逆数を所定周波数fs
としたときに、f/fsの整数部nに対して前記所定時間
内に確率(f/fs−n)で(n+1)周期の周期信号を
発生させ、確率{1−(f/fs−n)}でn周期の周期
信号を発生させる確率出力演算部を備えることを特徴と
している。
置は、請求項2に記載のものにおいて、前記確率出力演
算部が、0から1の間の一様乱数を発生させる一様乱数
発生部を備え、上記確率(f/fs−n)で得られる0か
ら1の間の数値と前記一様乱数とを比較して、前記数値
が前記一様乱数以上であれば前記所定時間であるサンプ
リング周期内に{(n+1)×fs}個のパルスを発生さ
せ、前記一様乱数が前記数値よりも小さければ前記サン
プリング周期内に(n×fs)個のパルスを発生させるこ
とを特徴としている。
置は、請求項1に記載のものにおいて、前記速度指令信
号生成手段は、前記可動部より出力された位置指令信号
に第1の所定ゲインを乗じた値と、前記位置指令信号の
1次遅れ信号にさらに第2の所定ゲインを乗じた値と、
の和により定義される速度指令信号を生成すると共に、
前記駆動周波数演算手段は、前記速度指令信号に基づい
て前記周期信号の周波数を脱調しないように決定するこ
とを特徴としている。
置は、請求項4に記載のものにおいて、前記周期信号の
周波数の値が所定の誤差範囲でゼロに近づくと共にその
状態が所定時間以上続く場合に、前記駆動周波数演算手
段は前記周期信号をゼロにする機能を備えていることを
特徴としている。
置は、請求項1に記載のものにおいて、前記駆動周波数
演算手段が、前記速度指令信号に基づいて前記所定時間
毎に前記周期信号の周波数を確率的に決定することを特
徴としている。
置は、請求項1に記載のものにおいて、前記駆動周波数
演算手段が、前記所定時間としての所定のサンプリング
周期毎に前記可動部の速度指令信号を演算して前記速度
指令信号から前記周期信号の第1の連続的周波数を演算
するデジタル制御演算手段と、前記周期信号の第2の連
続的周波数を演算する誤差補正手段と、前記第2の連続
的周波数を所定の間隔で離散化した離散的周波数を演算
する周波数量子化手段とを備えると共に、前記誤差補正
手段が、デジタル制御演算手段より出力された前記第1
の連続的周波数と、前記周波数量子化手段より出力され
た前記離散的周波数との差から演算された周波数量子化
誤差に基づいて当該周波数量子化誤差を補正する前記第
2の連続的周波数を演算することを特徴としている。
置は、請求項7に記載のものにおいて、前記誤差補正手
段は、前記第1の連続的周波数と前記離散的周波数との
差で定義される前記周波数量子化誤差を演算する減算手
段と、演算された前記周波数量子化誤差を記憶するデジ
タル遅れ要素と、記憶された前記周波数量子化誤差と前
記第1の連続的周波数とを加算して前記第2の連続的周
波数を演算する加算手段と、を備えることを特徴として
いる。
置は、請求項7に記載のものにおいて、前記速度指令信
号生成手段が、前記可動部の速度指令信号を前記周期信
号の一周期毎に前記可動部が移動する所定の移動量で除
した値を周波数指令値fとして生成すると共に、前記周
波数量子化手段は、前記所定時間の逆数を所定周波数fs
としたときに、f/fsの整数部nに対して前記所定時間
内に確率(f/fs−n)では±(n+1)×fsの量子化
を行ない、確率{1−(f/fs−n)}では±n×fsの
量子化を行なうことを特徴としている。
装置は、請求項9に記載のものにおいて、前記駆動周波
数演算手段が、0から1の間の一様乱数を発生させる乱
数発生手段を更に備え、上記確率(f/fs−n)で得ら
れる0から1の間の数値と前記一様乱数とを比較して、
前記数値が前記乱数以上であれば前記所定時間であるサ
ンプリング周期内に{(n+1)×fs}個のパルスを発
生させ、前記乱数が前記数値よりも小さければ前記サン
プリング周期内に(n×fs)個のパルスを発生させるこ
とを特徴としている。
装置は、請求項7に記載のものにおいて、前記周波数量
子化手段が、f/fsの整数部nに対して±n×fsの量子
化を行なうことを特徴としている。
装置は、請求項7に記載のものにおいて、前記周波数量
子化手段が、f/fsの整数部nに対して±(n+1)×
fsの量子化を行なうことを特徴としている。
装置は、請求項7に記載のものにおいて、周波数量子化
手段が、f/fsの整数部nに対して(f/fs−n)≧1
/2の確率で±(n+1)×fsの量子化を行ない、(f
/fs−n)<1/2の確率で±n×fsの量子化を行なう
ことを特徴としている。
装置は、請求項1に記載のものにおいて、前記周期信号
が、パルス信号であることを特徴としている。
装置は、請求項1に記載のものにおいて、前記作動ユニ
ットがリニアステップモータであることを特徴とする。
装置は、請求項1に記載のものにおいて、前記作動ユニ
ットが回転形ステップモータであることを特徴とする。
ブ装置において、請求項16に記載のものにおいて、前
記速度指令信号が、前記可動部の回転角速度指令値であ
ることを特徴としている。
装置は、請求項1に記載のものにおいて、前記作動ユニ
ットが、圧電素子により構成されていることを特徴とし
ている。
号ドライブアクチュエータの可動部に取り付けられた移
動対象物の運動を所定のサンプリング時間で計測し、計
測結果に基づいて移動対象物が所定の動きとなるように
同じ所定のサンプリング時間ごとにドライブアンプに入
力される周期信号を演算して移動対象物の運動制御を制
御している。この場合、所定のサンプリング時間の逆数
で定義されるサンプリング周波数より長い周期の周期信
号および同サンプリング周波数の正数倍以外の周期の周
期信号を発生させる必要が生じるが、前記駆動周波数演
算手段においては例えば、前記可動部の速度指令値を前
記周期信号の一周期毎に前記可動部が移動する所定の移
動量で除した値を周波数司令値fとし、前記所定時間
(サンプリング時間)の逆数を所定周波数(サンプリン
グ周期)fsとするとき、前記駆動周波数演算手段が、f
/fsの整数部nに対して前記所定時間内に確率(f/fs
−n)で(n+1)周期の周期信号を発生させ、確率
(1−(f/fs−n))でn周期の周期信号を発生させ
れば実質的に周波数指令値fで前記作動部としてのアク
チュエータの可動部を動かすことと同等の動きを得るこ
とができる。
号に所定のゲインを乗じた値とこの位置指令信号を入力
とする一次遅れ要素の出力信号にさらなる所定のゲイン
を乗じた値との和で得られるため、可動部の位置検出結
果に基づいて速度指令値を得る際に、位置情報を微分し
て速度情報に変換する必要がなく、ノイズの影響を受け
にくいばかりか速度情報に時間遅れを生じない周波数指
令値fを得ることができる。
装置のように、前記周期信号発生ユニットにおいて、量
子化された周波数と元の連続周波数との量子化誤差を誤
差補正手段により補正して量子化誤差が制御系に与える
影響を補正するようにしても良い。
ディジタル制御を周期信号ドライブ作動装置(アクチュ
エータ)に適用してもサンプリング時間ごとの任意の周
期の周期信号で同アクチュエータ可動部を動かすことが
でき、時々刻々と変化する移動対象物の運動を滑らかに
制御することができる。また、確率的な計算で周期信号
を発生させているのでデータ変換テーブル等が不要とな
り、メモリ容量を大幅に削減できる。
イブ装置の実施形態について、添付図面を参照しながら
詳細に説明する。図1は、本発明の基本概念を含む第1
実施形態に係る周期信号ドライブ装置の構成を示すブロ
ック図である。図1において、第1実施形態に係る周期
信号ドライブ装置は、固定部2と可動部3よりなる作動
ユニット(アクチュエータ)1と、外部からの周期信号
の1周期毎に前記可動部3を前記固定部2に対して所定
量だけ移動させる駆動ユニット4と、入力される周期信
号に応じて前記可動部3を移動させる電力を前記駆動ユ
ニット4に供給する電力供給ユニット5と、前記周期信
号を生成して前記駆動ユニット4に供給する周期信号発
生ユニット6と、を備えている。この周期信号発生ユニ
ット6は、前記可動部3の出力を検出してこの出力に基
づいて速度指令信号を生成する速度指令信号生成手段7
と、この速度指令信号生成手段7により生成された前記
速度指令信号の変化に応じて所定演算により所定時間当
たりの前記周期信号の周波数を可変に設定する駆動周波
数演算手段8と、を備えている。
駆動周波数演算手段8の所定演算としては、例えばディ
ジタル制御の所定サンプリング毎に連続的周波数に対す
る量子化誤差の発生確率を演算してこの確率を用いて誤
差補正速度指令信号を生成するものと、連続的周波数に
おける1つ前のサンプリング信号を用いて現在と1つ前
の量子化誤差に基づいて誤差補正速度指令信号を生成す
るものとが考えられる。前者の場合には、まず、ディジ
タル制御のサンプリング毎に確率的に周期信号、例えば
アクチュエータ等の作動ユニット1を駆動するためのパ
ルス信号を発生させるには、コンピュータ等によって実
現される駆動周波数演算部8において0から1の間の一
様乱数rを発生させ、上述の(f/fs−n)で得られる
0から1の間の数値hとrを比較し、r≦hであればサ
ンプリング周期内にパルスを(n+1)×fs回発生さ
せ、r>hであればサンプリング周期内にパルスをn×
fs回発生させればよい。ただし、説明の簡略化のため
に、上記の動作においては、f>0とした。
本発明に係る周期信号ドライブ装置を人工衛星の制振装
置に適用した第2実施形態に係る周期信号ドライブ装置
について図2,図3を参照しながら説明する。図2はこ
の周期信号ドライブ装置を用いて人工衛星の太陽電池装
着パドルの振動を抑える振動制御を行なうための制振装
置が示されている。図3は、本発明の第2実施形態の主
要部の構成を示すブロック図である。
体11と、回転形のステッピングモータ12と、このス
テッピングモータ12を介して衛星本体11に回転可能
に接続された太陽電池装着パドル13と、を備えてい
る。すなわち、可動部としての回転軸12bの両端がパ
ドル13の一端に固着されると共に固定部および駆動部
としてのステッピングモータ12の円筒状の駆動部12
aが衛星本体11に固着されている。パドル13の回転
軸12bの中心からパドル全長4分の1の個所には、パ
ドル13の振動を検出するためのターゲット14が取付
けられており、衛星本体11側に設けられたCCDカメ
ラ15によりターゲット14の位置を捕捉し、画像処理
装置16で撓みの回転角θ1が検出される。ここで、撓
みの回転角θ1は、衛生本体11の重心軸と回転軸12
bの中心を結ぶ直線を基準線とした場合の回転軸の端部
とターゲット14を結ぶ線の交差角で定義されている。
この第2実施形態においては、ターゲット14と、CC
Dカメラ15と、画像処理装置16と、によりセンサ部
17が構成されている。
用される第2実施形態に係る周期信号ドライブ装置につ
いて図3を参照しながら説明する。図3において、ステ
ッピングモータ12は外部からの周期信号の一周期毎に
可動部としての回転軸12bを駆動部12aに対して所
定量だけ移動させる駆動ユニットである。符号5はステ
ッピングモータ12を外部からの周期信号に基づいて上
述の動作をさせるための電力を供給する電力供給ユニッ
トとしてのドライブアンプであり、6はドライブアンプ
5に入力する周期信号を演算する周期信号発生ユニット
である。
と同様に、速度指令信号生成手段7と、駆動周波数演算
手段8と、駆動周波数演算手段8の演算結果に基づいて
パルス信号を発生するパルス発生器9と、により構成さ
れている。速度指令信号生成ユニット7は、ステッピン
グモータ12により駆動される太陽電池装着パドル13
の動きを検出するセンサ部17と、このセンサ部17の
出力を所定の周波数fsでサンプリングする例えばA/D
変換器で構成されるサンプラ18とを備えている。駆動
周波数演算手段8は、サンプラ18からセンサ部17の
データを取り込み、これに基づいてステッピングモータ
12の回転軸12bを回転させる駆動周波数を演算する
ものであり、ディジタル制御演算部20と、確率出力演
算部45とを備えている。
象の運動を制御するためにアクチュエータの可動部を動
作させるための制御パルス信号の周波数fを計算し、そ
の結果を確率出力演算部45に出力する。一方、確率出
力演算部45はディジタル制御演算部20で演算された
制御パルス信号周波数fおよびサンプリング周波数fsか
らf/fsの整数部nを計算するとともにサンプリング毎
に0から1の間の一様乱数rを発生させ、上述の(f/
fs−n)で得られる0から1の間の数値hとrを比較し
て、r≦hであれば(n+1)×fsHz、r>hであれ
ばn×fsHzの周波数値を演算結果として出力する。確
率出力演算部45から出力される周波数演算結果はパル
ス発生器9に導入され、ドライブアンプ5を介してステ
ッピングモータ12が駆動されてパドル13の振動が抑
制される。
0は、図4に示すように、ディジタル遅れ要素21と、
θ1の目標値θt0を出力する目標値発生部22と、オブ
ザーバ部23と、ディジタル遅れ要素24と、ゲイン補
償部25と、積分補償部30と、1次遅れ部35と、に
より構成され、1次遅れ部35の入力および出力は、周
波数演算部40に供給されている。
を介してセンサ部17で検出される撓みの回転角θ1を
受け入れて、1サンプル前のθ1の値θ1-1を出力す
る。なお、ディジタル遅れ要素による1サンプル前の値
については添え字の−1(-1)で表記する。オブザーバ
部23は撓みの回転角θ1-1および後述するステッピン
グモータ12の回転軸12bの回転角θout-1 を入力と
して図5に示すパドルの4質点モデルにおける各質点m
1,m2,m3,m4におけるそれぞれの撓みの回転角
θ1-1 ,θ2-1,θ3-1,θ4-1とこれらの回転角速
度ω1-1〜ω4-1およびθout-1の値を出力する。ここ
で、撓みの回転角θ2-1からθ4-1も質点m2〜m4と
1つ前の質点を結ぶ直線と前記基準線とのそれぞれの交
差角である。また、パドル2の全長の1/2の個所にm
2、3/4の個所にm3、全長端部にm4が仮定されて
いる。さらに、オブザーバ部24の出力のうちθ1-1つ
いては実測値、θout-1 については一次遅れ要素34の
出力のであり、他は計算による推定値となっている。ま
た、θ1-1およびω1-1については、確率出力演算部4
5にも出力されている。
出力である回転角θ1-1,θ2-1,θ3-1,θ4-1、回
転角速度ω1-1〜ω4-1、θout-1 およびディジタル遅
れ要素24の出力θin-1のそれぞれに所定のゲインを乗
じるゲイン補償器26a〜26jと、これらゲイン補償
器の出力の総和を計算する加算器27と、により構成さ
れている。
力値θt0から回転角θ1-1を減算する減算器31と、減
算器31の減算結果のサンプリング毎の総和を演算する
ディジタル積分器32と、ディジタル積分器31の出力
値に所定のゲインを乗じるゲイン補償器33と、ゲイン
補償器33の出力値からゲイン補償部25の加算器27
の出力値を減算し減算結果θinを出力する減算器34
と、により構成されている。減算結果θinは、1サンプ
ル前の値θin-1を出力するディジタル遅れ要素24を介
して上述したようにゲイン補償部25に導入されるとと
もに、1次遅れ部35および周波数演算部40に導入さ
れている。
に所定のゲインを乗じる第1のゲイン部36と、1次遅
れ部35の出力に所定のゲインを乗じる第2のゲイン部
37と、第1のゲイン部36の出力値と第2のゲイン部
37の出力値とを加算する加算器38と、加算器38の
加算結果を導入し1サンプル前の加算結果を出力するデ
ィジタル遅れ要素39と、より構成されており、ディジ
タル遅れ要素39の出力θout-1 は第2のゲイン部37
に導入されると共に、前記オブザーバ部23および周波
数演算部40にも導入されている。ここで、ディジタル
遅れ要素39の出力θout-1 が回転軸12bの回転角θ
out と等価となるように第1および第2のゲイン部3
6,37のそれぞれのゲインrmd2,rmd1が決め
られていることは言うまでもない。
inと1次遅れ部35の出力値θoutのそれぞれに所定の
ゲインを乗じる第3,第4のゲイン部41,42と、第
3,第4のゲイン部41,42のそれぞれの出力値を加
算する加算器43とで構成されており、加算部43の出
力が制御対象の運動を制御するためにステッピングモー
タ12の回転軸12bを動かすべき制御パルス信号の周
波数fとなる。
ように、ディジタル制御演算部20で計算された周波数
fを入力してサンプリング周波数fsに対してf/fsの非
負の整数部nを演算してn×fsを出力する量子化部46
と、周波数fの絶対値をとる絶対値演算部47と、量子
化された周波数n×fsと周波数fの絶対値との差を計算
する減算部48と、減算部48の出力値Δfを入力しΔ
fとfsの割合を演算する比率演算部49と、0から1の
間で一様乱数rを発生する一様乱数発生部50と、前記
比率演算部49の出力hと一様乱数発生部の出力rとを
比較する比較判定部51と、サンプリング周波数fsを出
力する定数部52aと、ゼロ定数を出力する定数部52
bと、前記比較判定部51の比較結果がh>rであれば
YES側にそうでなければNO側に切り替える切り替え
部53と、切り替え部53の出力fsもしくは0と量子化
部90の出力n×fsを加算する加算部54と、加算部5
4の出力と周波数fを導入し加算部54の出力を周波数
fと同符号にする符号演算部55と、ディジタル演算部
20からθ1およびω1を導入しこれらの絶対値が0に
近い所定の値δ,δ’より小さい状態が所定時間以上継
続するか否かを判定する比較判定部56と、ゼロ定数を
出力する0定数部57と、比較判定部56の比較判定結
果によりディジタル演算部20から導入したθ1および
ω1の絶対値が0に近い所定の値δ,δ’より小さい状
態が所定時間以上継続する場合にYES側にそうでなけ
ればNO側に切り替えて計算結果をパルス発生器9に出
力する切り替え部58と、より構成されている。
号ドライブ装置の動作について説明する。今、衛星本体
11の姿勢を変えることによってパドル13に振動が発
生すると、ターゲット14に揺れが生じることになる。
ターゲット14の揺れはCCDカメラ15,画像処理装
置16によりパドルの揺れ角、つまり撓みの回転角θ1
に変換される。撓みの回転角θ1はサンプラ18を介し
てディジタル制御演算部20のディジタル遅れ要素21
に送られる。ディジタル制御演算部20では、回転角θ
1-1は減算器31に導入されるとともにオブザーバ部2
3にも導入される。
素21より導入された撓みの回転角θ1-1に基づいて回
転角θ2-1,θ3-1,θ4-1,回転角速度ω1-1〜ω4
-1が計算され、ゲイン補償部25のゲイン補償器26b
〜26iにそれぞれが導入される。一方、計算に使用さ
れた回転角θ1-1と1次遅れ要素35からのθout
-1(この時点では回転角θ1-1による変化はしていな
い)は、共にゲイン補償部25のゲイン補償器26a,
26iにそれぞれ出力されている。
から導入されたデータおよびディジタル遅れ要素24の
出力θin-1にゲインf1からf10が乗ぜられ、加算器
27においてこれらの乗算結果が加算されて積分補償部
30に設けられた加算器34に出力される。
撓みの回転角目標値θt0とθ1-1が比較され、減算結果
がディジタル積分器32に導入される。積分補償部30
のディジタル積分器32において減算器31の減算結果
が積分され、積分結果にゲイン補償器33のゲインk1
が乗ぜられて減算器34に出力される。ここで、減算器
34においてゲイン補償部25の出力とゲイン補償器3
3の出力が比較され、減算結果θinが出力される。この
減算結果θinは、1次遅れ部35、周波数演算部40に
出力されると共に、ディジタル遅れ要素24により次回
のサンプリング時にθin-1としてゲイン補償部25に設
けられたゲイン補償器26jに出力される。
動を制御すべき回転軸12bの目標回転角θinが計算さ
れる。この目標回転角θinに対し、本第2実施形態にお
いては、1次遅れ部35によりθinに1次遅れで追従す
るθout を発生させており、ステッピングモータ12の
回転がθout に追従するので、θinが急激に変化しても
回転軸12bが駆動部12aに対して脱調することはな
い。
ン部36に導入されゲインrmd2が乗ぜられて加算器
38に出力される。加算器38では、1サンプル前のθ
outの値θout-1 (この時点ではゼロである。)にゲイ
ンrm1を乗じた値と第1のゲイン部36の出力が加算
されてディジタル遅れ要素39に導入され、保持される
と共にθout-1 が出力される。このθout-1 は上述のよ
うにオブザーバ部23に導入されると共に周波数演算部
40にも導入される。
-1 とθinを用いて以下のようにして駆動周波数fが演
算される。すなわち、θout がθinに対して1次遅れで
あることから、θout の時間微分ωout は1次遅れの時
定数をTfとして、 ωout =(−θout +θin)/Tf で表され、比例定数をRとして、 f=R・ωout の関係が成り立つことから、 f=−R・θout-1 /Tf+R・θin-1/Tf で駆動周波数fが計算される。つまり、第3のゲイン部
41のゲインrm1がR/Tf、第4のゲイン部42の
ゲインrm2が−R/Tfであり、それぞれのゲイン部
41,42における乗算結果が加算器43で加算されて
駆動周波数fが出力される。
示される確率出力演算部45に入力される。確率出力演
算部45では、本第2実施形態の周期信号発生手段6の
サンプリング周波数をfsとして、量子化部46では、f
/fsの非負の整数部nが計算されn×fsが出力される。
一方、減算部48では(fの絶対値)−n×fsの計算結
果Δfが出力され、比較演算部49でΔfとfsの大きさ
の割合hが求められ、これが一様乱数発生部50で生じ
た0から1の間の一様乱数rと比較される。切り替え部
53では、h>rであればfsが、そうでなければ定数部
52bの0が出力される。加算部54では、切り替え部
53の出力と量子化部46の出力が加算され、n×fsま
たは(n+1)×fsが出力される。そして、加算部54
の出力は符号演算部55によって周波数fの正負から方
向性が加味されて切り替え部58を介してパルス発生器
9に導入される。パルス発生器9は、符号演算部55の
出力の周波数でパルスを発生させるとともに、符号演算
部55の出力が正であればステッピングモータ12の回
転軸12bが反時計回りに、負であれば時計回りに回転
するようドライブアンプ5に対して所定の信号を出力
し、ドライブアンプ5を介してステッピングモータ12
がパドル13の振動を押さえるように制御がなされるこ
とになる。ここで、振動が抑制されてθ1およびω1が
所定値δ,δ’より小さい状態が所定時間継続すると、
比較判定部56が切り替え部58をNO側にすることに
より定数部57のゼロが選択されるため、パルス発生器
9にゼロが出力されてステッピングモータ12が停止し
て制御が終了することになる。つまり、θ1およびω1
に基づいて演算される前記周波数指令値が所定の誤差範
囲でゼロに近づきかつ制振制御によりその状態が所定時
間以上続くため、前記周期信号がゼロになって制振が完
了することになる。
Hz、ある時点でのディジタル制御演算部20の出力周
波数fが120Hzである場合、制御周期の10ms内
では周期8.33msのパルス信号が1周期と1/6周
期存在することになる。本来は、周期8.33msのパ
ルス信号が2周期発生するとステッピングモータ12が
120Hzで駆動されることになるが、制御周期が10
msであるため、パルス信号が1周期と1/6周期のと
ころで次のサンプリング時点の周波数fに対してパルス
の発生が開始される。すると、制御周期内ではパルス信
号の電圧の高い部分が2つ存在するため、実際にはステ
ッピングモータ12が200Hzで駆動されることにな
る。この結果、ディジタル制御演算部20の出力周波数
fと実際の駆動周波数が食い違うためパドル13の制振
制御に支障を来すことになる。ところが、この第2実施
形態によれば、確率出力演算部45により、確率20%
で200Hz、確率80%で100Hzのパルスが出力
されるため、ステッピングモータ12は全体として12
0Hzで駆動されることになる。
施形態に限定されるものではなく、例えば、上記第2実
施形態では、固定部12aと可動部12bを有するアク
チュエータとして一周期のパルス信号で所定量だけ回転
するステッピングモータ12を用いて制振装置を構成し
ているが、これは周期信号ドライブ装置により生成され
る周期信号やアクチュエータの種類、アクチュエータの
駆動対象については何ら限定されるものではなく、図7
ないし図9に示すような第3実施形態に係る周期信号ド
ライブ装置であってもよい。
の構成を示す図7において、図3と同一符号を付したも
のは第2実施形態に係る周期信号ドライブ装置と同一ま
たは相当する構成要素を示すものとして重複説明を省略
する。図7において、図3と異なる点は、駆動手段がス
テッピングモータ12ではなく、図8,図9に示すよう
な圧電素子アクチュエータ60により構成されているこ
とである。また、作動ユニット1が後述するアクティブ
サスペンション70により構成されていることである。
0は、固定部となる四角柱の角形パイプ61と、可動部
となる圧電移動子62より構成されている。圧電移動子
62は、角形パイプ61の長手方向に積層され、電圧が
加えられると積層方向に伸長する圧電素子部63と、こ
の圧電素子部63の一方の端部に取付けられ電圧が加え
られると伸長して角柱パイプ61の互いに向き合う内面
にその両端を接触させる圧電素子部64aと圧電素子部
63のもう一方の端部に取付けられ電圧が加えられると
伸長し角柱パイプ61の互いに向き合う内面にその両端
を接触させる圧電素子部64bと、より構成されてい
る。圧電素子部64a,64bは、その中央部に圧電素
子部63を取り付けるための取付部65を備えている。
されると次のように圧電移動子62に電圧を印加する。
すなわち、初期状態では圧電素子部64bに対して電圧
が印加されており、圧電移動子62は圧電素子部64b
が角柱パイプ61の内面に接触していることで支持され
ている。次に、圧電素子部63にも電圧が印加され、圧
電素子部63は角柱パイプ61の長手方向に伸長する。
圧電素子部63が伸長した後、圧電素子部64aにも電
圧が印加されて圧電素子部64aの両端が角柱パイプ6
1の内面に接触し、圧電素子部64aは圧電素子部64
bとともに圧電移動子63を支持することになる。
部64bへの電圧の印加が停止されると共に圧電素子部
63への電圧の印加が停止されると、圧電素子部63が
短縮して圧電素子部64bの位置が所定量だけ図8中の
矢印方向に変化する。ここで再び、圧電移動子62を支
持するために圧電素子部64bに電圧が印加され、その
後圧電素子部64aへの電圧の印加を停止してドライブ
アンプ5の入力信号1周期分の駆動動作が終了する。
子アクチュエータ60は、例えば図9に示すアクティブ
サスペンション70に組み込まれて動作する。アクティ
ブサスペンション70は、周期信号ドライブ装置として
の圧電素子アクチュエータ60と、このアクチュエータ
60の角形パイプ61の上端部の四隅に固着された4本
の丸棒よりなる支持ガイド71と、この支持ガイド71
により往復動自在に支持される台座72と、この台座7
2の下面に一方の端部が固着され圧電アクチュエータ6
0の圧電素子部64aの上面に他方の端部が固着される
弾性部材73より構成されている。
有する導電性部材であり、支持ガイド71の上端と台座
72中央部の電気抵抗を計測することにより、アクチュ
エータの固定部とみなせる角形パイプ61に対する台座
72の位置が検出できるようになっている。
(図9では図示されず)では4本の支持ガイド71と台
座72中央部間の電気抵抗から台座72の角形パイプ6
1に対する相対位置xが検出されている。また、ディジ
タル制御演算部20は図10のように構成されている。
なお、図9において図4に示す第2実施形態の構成要素
と同一または相当する部分には同一符号を付して重複説
明を省略する。第3実施形態におけるディジタル制御演
算部20が第2実施形態のそれと異なる点は、ゲイン補
償部25Aの構成である。第3実施形態におけるディジ
タル制御演算部20は、4つのゲイン補償器26a〜2
6c,26jよりなるゲイン補償部25Aを備えてい
る。
ル制御演算部20は、ディジタル遅れ要素21と、台座
72の位置xにおける目標値xt0を出力する目標値発生
部22Aと、オブザーバ部23Aと、ディジタル遅れ要
素24と、ゲイン補償部25Aと、積分補償部30と、
1次遅れ部35と、周波数演算部40とより構成されて
いる。
および圧電移動子62の角形パイプ61に対する相対位
置x0-1を入力として台座72の位置x-1、移動速度v
-1および圧電移動子62の位置x0-1の値を出力する。
これら出力のうち、x-1については実測値、x0-1につ
いては1次遅れ要素35の出力であり、v-1は計算によ
る推定値となっている。また、x-1およびv-1について
は確率出力演算部45にも出力されている。
の出力である位置x-1、速度v-1およびディジタル遅れ
要素24の出力xin-1のそれぞれに所定のゲインを乗じ
るゲイン補償器26a〜26c,26jと、これら4つ
のゲイン補償器の出力の総和を計算する加算部27と、
より構成されている。積分補償部30は、図4と同一構
成であるが、ここでは減算器34の出力をxinとしてい
る。減算結果xinは、1サンプル前の値xin-1を出力す
るディジタル遅れ要素24を介して上述したようにゲイ
ン補償部40に導入されるとともに、1次遅れ部35お
よび周波数演算部40に導入されている。1次遅れ部3
5も図4と同一構成であるが、ここでは1次遅れ部35
の出力をxout としている。また、周波数演算部40お
よび確率出力演算部45は図4と同一構成となってい
る。
ィブサスペンション70の動作について説明する。ま
ず、角柱パイプ61が図8の矢印に沿った方向の振動を
受けるとき、その振動は弾性部材73を介して台座72
へと伝播する。すると、センサ部17により台座72の
角柱パイプ61に対する相対位置xが変動する。この位
置データxはサンプラ18を介してディジタル制御演算
部20のディジタル遅れ要素21に送られる。ディジタ
ル制御演算部20では、位置x-1は減算器31に導入さ
れるとともにオブザーバ部23にも導入される。
ータx-1をもとに台座72の角柱パイプ61に対する相
対速度v-1が計算され、ゲイン補償部25Aのゲイン補
償器26b,26cにv-1が導入される。一方、計算に
使用されたx-1および1次遅れ要素35からのxout-1
は、共にゲイン補償部25Aのゲイン補償器26a,2
6jにそれぞれ出力されている。
から導入されたデータx-1,v-1,xout -1にゲインf
1,f10を乗じた出力と、オブザーバ部23から導入
されたデータx-1,v-1,xout-1 をディジタル遅れ要
素24により遅延させた出力θin-1にゲインf2,f3
を乗じた出力とを加算器27により加算して、この加算
結果が積分補償部30に設けられた減算器34に出力す
る。
座72の目標値xt0とx-1とが比較され、そのディジタ
ル積分部32に導入される。ディジタル積分部32は、
減算器31の減算結果を積分して、その積分結果にはゲ
イン補償器33によりゲインk1が乗ぜられて加算器3
4に出力される。加算器34においては、ゲイン補償部
25Aの出力とゲイン補償器33の出力が比較され、減
算結果xinが出力される。この減算結果xinは、1次遅
れ部35、周波数演算部40に出力されるとともに、デ
ィジタル遅れ要素24により次回のサンプリング時にx
in-1としてゲイン補償部25Aに設けられたゲイン補償
器26jに出力される。
制御すべき圧電移動子62の目標位置xinが計算され
る。この目標位置xinに対し、この第3実施形態では、
1次遅れ部35においてxinに1次遅れで追従するxou
t を発生させており、圧電移動子62の移動がxout に
追従するので、xinが急激に変化しても圧電移動子62
が角柱パイプ61に対して脱調することはない。
部36が1回前の減算結果xin-1を導入してこれにゲイ
ンrmd2を乗じて、加算器38に出力する。加算器3
8では、第2のゲイン部37により1サンプル前のxou
t の値xout-1 にゲインrm1を乗じた値と第1のゲイ
ン部36の出力とが加算されてディジタル遅れ要素39
に導入され、保持されるとともにxout-1 が出力され
る。このxout-1 は上述のようにオブザーバ部23に導
入されると共に周波数演算部40にも導入されている。
-1 とxinを用いてつぎのようにして駆動周波数fが演
算される。すなわち、xout がxinに対して1次遅れで
あることから、xout の時間微分vout は1次遅れの時
定数をTfとして、 vout =(−θout +θin)/Tf で表され、比例定数をRとして、 f=R・vout の関係が成り立つことから、 f=−R・xout-1 /Tf+R・xin-1/Tf で駆動周波数fが計算される。つまり、第3のゲイン部
41のゲインrm1がR/Tf、第4のゲイン部42の
ゲインrm2が−R/Tfであり、それぞれのゲイン部
41,42における乗算結果が加算器43で加算されて
駆動周波数fが出力される。
力演算部45に入力される。確率出力演算部45では、
本第3実施形態の周期信号発生ユニット6のサンプリン
グ周波数をfsとして、図6に示す量子化部46では、f
/fsの非負の整数部nが計算されn×fsが出力される。
一方、減算部48では(fの絶対値)−n×fsの計算結
果Δfが出力され、比較演算部49でΔfとfsの大きさ
の割合hが求められ、これが一様乱数発生部50で生じ
た0から1の間の一様乱数rと比較される。切り替え部
53では、h>rであればfsが、そうでなければ定数部
95の0が出力される。加算器54では、切り替え部5
3の出力と量子化部46の出力が加算され、n×fsまた
は(n+1)×fsが出力される。そして、加算器54の
出力は符号演算部55によって周波数fの正負から方向
性が加味されて切り替え部58を介してパルス発生器9
に出力される。パルス発生器9は、符号演算部55の出
力の周波数でパルスを発生させると共に、符号演算部5
5の出力が正であれば圧電アクチュエータ60の圧電移
動子62が図8の矢印方向に、負であれば矢印とは反対
の方向に移動するようドライブアンプ5に対して所定の
信号を出力し、ドライブアンプ5を介して圧電移動子6
2が台座72の振動を押さえるように制御が行なわれ
る。
振動が無くなると、xおよびv1が所定値δ,δ’より
小さくなり、比較判定部56が切り替え部58をNO側
にすることにより定数部57のゼロが選択されるため、
パルス発生器9にゼロが出力されて圧電アクチュエータ
60が停止して制御が終了することになる。つまり、x
1およびv1に基づいて演算される前記周波数指令値が
所定の誤差範囲でゼロに近づきかつ制振制御によりその
状態が所定時間以上続くため、前記周期信号がゼロにな
って制振が完了することになる。
示される確率出力演算部45に代えて、誤差補正手段7
5と、周波数量子化手段80とを適用した第4ないし第
5実施形態について図11ないし図15を参照しながら
説明する。なお、図中第1ないし第3実施形態に係る周
期信号ドライブ装置の構成要素と同一または相当する構
成要素には同一符号を付して必要な説明のみ記述する。
差補正方法の一つの例としては、前記デジタル制御演算
部で演算される第1の連続的周波数と前記周波数量子化
手段の出力である離散的周波数の差からなる量子化誤差
をディジタル遅れ要素で記憶し、次回のサンプリング時
において記憶した量子化誤差と前記ディジタル制御演算
部20で演算される第1の連続的周波数に量子化誤差を
加算して第2の連続的周波数とし、第2の連続的周波数
を改めて量子化すればよい。
期信号ドライブ装置の主要部がブロック図で示されてお
り、この周期信号ドライブ装置10は第1実施形態にお
いて説明した図2の人工衛星1の太陽電池装置パドル1
3の制振制御を行なうための制振装置3に用いられる。
を示す図11において、駆動周波数演算手段8は、ディ
ジタル制御演算部20、誤差補正部75、周波数量子化
部80により構成されており、これらのうちディジタル
制御演算部20は制御対象の運動を制御するためのアク
チュエータ可動部の角速度ωを計算し、その結果に基づ
いてアクチュエータ可動部を角速度ωで動かすためのド
ライブパルス信号の周波数fを演算する。誤差補正手段
75は、ディジタル制御演算部20の連続的出力周波数
fと後述する周波数量子化手段80の離散的出力周波数
の差を演算する減算手段76と、減算手段76の減算結
果である量子化誤差Δfを記憶するディジタル遅れ要素
77と、サンプリング毎にディジタル制御演算部20の
出力周波数fとディジタル遅れ要素77で記憶した前回
サンプリング時の量子化誤差Δfを加算して新たな連続
的周波数fを出力する加算手段78とにより構成されて
いる。
5で新たな連続的周波数fとして演算された制御パルス
信号周波数fおよびサンプリング周波数fsからf/f
sの整数部nを計算するとともにサンプリング毎に0か
ら1の間の一様乱数rを発生させ、|(f/fs−n)
|で得られる0から1の間の数値hとrを比較して、r
≦hであれば“(n+sign(f)×1)×fs”H
zの周波数値を出力しr>hであれば“n×fs”Hz
の周波数値を演算結果として出力する。周波数量子化手
段80から出力される演算結果はパルス発生器9に導入
され、ドライブアンプ5を介してステッピングモータ1
2が駆動されて作動ユニット1における可動部3(パド
ル13)の振動が抑制される。また、周波数量子化手段
80の出力は上述のように誤差補正手段75にも導入さ
れて量子化誤差が補正されていることはいうまでもな
い。
ディジタル制御演算部20は図12にも示すように、デ
ィジタル遅れ要素21,24、目標値発生部22、θ1
の目標値θt0 を出力するオブザーバ部23、ゲイン補
償部25、積分補償部30、1次遅れ部35、により構
成されており、この構成は図4で説明した構成と同じで
ある。異なる点は、ディジタル制御演算部20の出力が
周波数演算部40を介して誤差補正手段75に供給され
ている点と、オブザーバ部23の出力が周波数量子化手
段80に供給されている点である。図4においては、こ
れらの出力は確率出力演算部45に入力されていた。
すように構成されている。この周波数量子化手段80の
構成は、図6を用いて説明した第1実施形態に係る周期
信号ドライブ装置における確率出力演算部45の構成と
同一であるので、同一符号を付すことにより重複説明を
省略する。異なる点は、図6においては、ディジタル制
御演算部20から図6においては省略されている周波数
演算部40を介して入力されているのに対して、図13
においては、ディジタル制御演算部20から誤差補正手
段75を介して、図示されない周波数演算部40で計算
された周波数fが入力されている点と、切換え部58の
出力がパルス発振器9のみでなく誤差補正手段75にも
フィードバックされている点である。その他の構成動作
については図6と同一であるので重複説明を省略する。
装置も、第1実施形態に係る装置と同様に図2に示すよ
うな人工衛星10の制振装置に適用されて、パドル13
の振動の制御が行なわれる。この動作についても、図2
を用いて説明したものと同様であるので、重複説明を省
略する。
ドライブ装置によっても、量子化された駆動周波数の誤
差がサンプリング毎に補正されるため、ステッピングモ
ータ等のパルスドライブアクチュエータを任意の連続的
周波数でディジタル制御したかのような制御性能を実現
することができる。
構成は、上記第4実施形態に限定されるものではなく、
以下のような変形変更を行なっても同様の作用効果を得
ることができる。例えば、上記第4実施形態では、固定
部と可動部を有するアクチュエータとして一周期のパル
ス信号で所定量だけ回転するステッピングモータを用い
て制振装置を構成しているが、これは周期信号ドライブ
装置に係る周期信号やアクチュエータの種類、アクチュ
エータによる駆動対象を何ら限定するものではなく、図
14に示す第5実施形態に係る周期信号ドライブ装置の
用に構成しても良い。
に示される第4実施形態に係る周期信号ドライブ装置の
ステッピングモータ12とこれに付随するドライブアン
プ5を図8の圧電素子アクチュエータ60とこれに付随
するドライブアンプ5に置き換えて構成されている。な
お、図14において、図11と同一構成要素には同一符
号を付して重複説明を省略する。図14における圧電素
子アクチュエータ60の構成は、図8に示されるものと
同一であり、この圧電素子アクチュエータ60が組み込
まれるアクティブサスペンションの構成は図9に示され
るアクティブサスペンション70と同一である。図8に
おける圧電素子アクチュエータ60および図9に示され
るアクティブサスペンション70の構成動作ついては、
第3実施形態におけるこれらの構成および動作の説明と
同様であるので、重複説明を省略する。
ト6の構成動作は、図11に示される第4実施形態に係
る周期信号発生ユニット6のそれと同一なので、重複説
明を省略する。
の詳細な構成は、図15に示されるように、2つのディ
ジタル遅れ要素21,24と、目標値発生部22Aと、
オブザーバ部23Aと、ゲイン補償部25Aと、積分補
償部30と、一次遅れ部35と、を備え、一次遅れ部3
5の入力と出力とが周波数演算部40に入力されてい
る。この図15の構成は図10に示した第3実施形態に
おけるディジタル制御演算部20の構成と同一であるの
で重複説明を省略する。周波数演算部40の出力は図1
0とは異なり誤差補正手段75に入力されている。ま
た、オブザーバ部23Aの出力は図10においては確率
出力演算部45に入力されているが、本第5実施形態に
おいては周波数量子化手段80に入力されている。誤差
補正手段75および周波数量子化手段80の構成動作に
ついては第4実施形態に係る周期信号ドライブ装置と同
様であるので重複説明を省略する。
続的駆動周波数fは、周波数量子化手段80に入力され
る。周波数量子化手段80では、本第5実施形態におけ
る周期信号発生ユニット6のサンプリング周波数をfs
として、図13の第4実施形態の周波数量子化手段80
と同様の動作を行なう。すなわち、図13において、量
子化部46は、f/fsの非負の整数部nを計算してn
×fsを出力する。一方、減算部48では(fの絶対
値)−n×fsの計算結果Δfが出力され、比較演算部
49でΔfとfsの大きさの割合hが求められ、これと
一様乱数発生部50で生じた0から1の間の一様乱数r
とが比較判定部51により比較される。
あれば定数部52aのfsが出力され、そうでなければ
定数部52bの0が出力される。加算部54では、切り
替え部53の出力と量子化部46の出力とが加算され
て、n×fsまたは、(n+1)×fsが出力される。
そして、加算部54の出力は符号演算部55Aによって
周波数fの正負から方向性が加味されて切り替え部58
を介してパルス発生器9および誤差補正手段75に導入
される。
が正であれば圧電素子アクチュエータ60の圧電移動子
63が図8の矢印方向に、負であれば矢印とは反対の方
向に移動するようドライブアンプ5に対して所定の信号
を出力し、ドライブアンプ5を介して圧電移動子63が
図9の台座72の振動を押さえるように制御がなされる
ことになる。ここで、角柱パイプ61に加えられていた
振動が無くなると、目標位置信号x1およびv1が所定
値δ,δ’より小さくなり、比較判定部56が切り替え
部58をNO側にするため定数部57のゼロが選択され
るため、パルス発生器9にゼロが出力されて圧電アクチ
ュエータ60が停止して制御が終了することになる。
づいて演算される前記周波数指令値が所定の誤差範囲で
ゼロに近づきかつ制振制御によりその状態が所定時間以
上続くため、前記周期信号がゼロになって制振が完了す
ることになる。
周波数量子化手段80において、確率を用いて連続的周
波数のサンプリング周波数に対する切り捨て切り上げを
行なっているが、これは量子化の方法を何ら限定するも
のではなく、量子化の方法は他の如何なるものであって
も良い。例えば、図16に示すような切り捨てによる量
子化であっても良いし、図17に示すような切り上げに
よる量子化でもよい。また、図18に示すような四捨五
入による量子化であったとしてもなんら差し支えない。
態に係る周期信号ドライブ装置は、図16に示すような
周波数量子化手段80Aを有している。図16におい
て、周波数量子化手段80Aは、量子化部46と、符号
演算部55Aと、比較判定部56と、定数部57と、切
り換え部58と、を備えている。図13に示される第4
実施形態に係る周期信号ドライブ装置の周波数量子化部
80と比較すると、符号演算部55Aの出力が切り捨て
により単純化された周波数のみであり、周波数量子化手
段の構成を大幅に簡略化することができる。
よる量子化の場合、連続的周波数に対して常に小さめな
量子化が行なわれ、その分、制御出力が小さくなるが確
率を使用していないので計算時間が早くなるという利点
がある。
ブ装置は、図17に示すような周波数量子化手段80B
を有している。図17において、周波数量子化手段80
Bは誤差補正手段75より入力された周波数を量子化す
る量子化部46と、サンプリング周波数fsを出力する定
数部52aと、量子化された周波数「n×fs」とサンプ
リング周波数fsとを加算する加算部54と、加算部54
の出力に基づいて符号を演算する符号演算部55Aと、
位置検出信号と所定値とを比較する比較判定部56と、
定数「0」を出力する定数部57と、前記比較に基づい
て符号演算部55Aと定数部57との出力を切り換える
切り替え部58と、を備えている。このような切り上げ
による量子化の場合、連続的周波数に対して常に大きめ
な量子化が行なわれ、その分、制御出力が大きくなるが
確率を使用しないので計算時間が早くなるという利点が
ある。
イブ装置は、図18に示すような周波数量子化手段80
Cを有している。図18において、第8実施形態におけ
る周波数量しか部80Cは、四捨五入による量子化を行
なうために、図13に示される第4実施形態に係る周期
信号ドライブ装置における周波数量子化部80から一様
乱数発生部50を取り除いた構成を備えている。この四
捨五入による量子化の場合、連続的周波数に対して画一
的量子化が行なわれ、その分、切り捨てや切り上げの場
合に比して良好な結果を得ることができるが、第4実施
形態における周波数量子化部80と同様に減算部48、
比率演算部47、比較判定部51、切り替え部53等を
含むため、上記第6および第7実施形態の2つの場合に
比べて計算は遅くなる。一方、確率を使用する量子化と
比べると、制御出力値の見かけ上の連続性が損なわれる
という欠点はあるものの、確率を使用しないので、その
分だけ計算時間が早くなるという利点がある。
ディジタル制御演算部におけるオブザーバで制御対象の
速度を推定すると共に制御対象の位置を積分するI−P
Dコントローラが構成されているが、これはディジタル
制御演算部の構成を何ら限定するものでなく、フィード
フォーワード制御、2自由度制御、ファジー制御等、周
期信号ドライブ装置の可動部の動きを制御するいかなる
制御方式であってもよい。
生ユニット6の構成がブロック化されて示されている
が、これは機能構成を示したもので実際の実現形態を何
ら限定するものではない。たとえば、マイクロコンピュ
ータのプログラム等の形態やアナログ回路の形態等であ
ってもよい。このように本発明はその要旨を逸脱しない
範囲で種々変更して実施することができる。
ライブ装置によれば、従来のステッピングモータに代表
される周期信号ドライブ装置では不可能であった時々刻
々と変化する制御対象(移動対象物)の運動を滑らかに
制御することが可能となる。また、制御対象を静止させ
ておくときには電力を必要としないという周期信号ドラ
イブ装置の一般的な特徴を活用した省電力タイプのサー
ボアクチュエータを提供することができると共に、メモ
リ容量が僅かであっても滑らかで高精度な可動部の動き
が実現できるので、周期信号ドライブ装置のコスト低減
を図ることができる。
装置の基本概念の構成を示すブロック図。
を人工衛星に適用した制振装置を示す斜視図。
成を示すブロック図。
すブロック図。
的に示す特性図。
ック図。
装置の構成を示すブロック図。
子アクチュエータの概略構成を示す断面図。
ティブサスペンションを示す斜視図。
示すブロック図。
ブ装置の機能構成を示すブロック図。
御演算部の機能構成を示すブロック図。
部の機能構成を示すブロック図。
ブ装置の機能構成を示すブロック図。
演算部の機能構成を示すブロック図。
ブ装置の周波数量子化手段の機能構成を示すブロック
図。
ブ装置の周波数量子化手段の機能構成を示すブロック
図。
ブ装置の周波数量子化手段の機能構成を示すブロック
図。
Claims (18)
- 【請求項1】固定部と可動部を有する作動ユニットと、
外部から入力される周期信号の一周期毎に前記可動部を
前記固定部に対して所定量だけ移動させる駆動ユニット
と、前記駆動ユニットに駆動用の電力を供給する電力供
給ユニットと、前記周期信号を生成して前記駆動ユニッ
トに供給する周期信号発生ユニットと、を備える周期信
号ドライブ装置において、 前記周期信号発生ユニットが、前記作動ユニットの可動
部より検出された出力の変化にしたがって変化する速度
指令信号を生成する速度指令信号生成手段と、この速度
指令信号生成手段により生成された前記速度指令信号の
変化の状態に応じて所定演算により所定時間当たりの前
記周期信号の周波数を可変に設定する駆動周波数演算手
段と、を備えることを特徴とする周期信号ドライブ装
置。 - 【請求項2】前記速度指令信号生成手段は、前記可動部
の速度指令信号の値を前記周期信号の一周期毎に前記可
動部が移動する所定の移動量で除した値を周波数指令値
fとして生成すると共に、前記駆動周波数演算手段は、
前記所定時間の逆数を所定周波数fsとしたときにf/fs
の整数部nに対して前記所定時間内に確率(f/fs−
n)で(n+1)周期の周期信号を発生させ、確率{1
−(f/fs−n)}でn周期の周期信号を発生させる確
率出力演算部を備えることを特徴とする請求項1に記載
の周期信号ドライブ装置。 - 【請求項3】前記確率出力演算部が、0から1の間の一
様乱数を発生させる一様乱数発生部を備え、上記確率
(f/fs−n)で得られる0から1の間の数値と前記一
様乱数とを比較して、前記数値が前記一様乱数以上であ
れば前記所定時間であるサンプリング周期内に{(n+
1)×fs}個のパルスを発生させ、前記一様乱数が前記
数値よりも小さければ前記サンプリング周期内に(n×
fs)個のパルスを発生させることを特徴とする請求項2
に記載の周期信号ドライブ装置。 - 【請求項4】前記速度指令信号生成手段は、前記可動部
より出力された位置指令信号に第1の所定ゲインを乗じ
た値と、前記位置指令信号の1次遅れ信号にさらに第2
の所定ゲインを乗じた値と、の和により定義される速度
指令信号を生成すると共に、前記駆動周波数演算手段
は、前記速度指令信号に基づいて前記周期信号が脱調し
ないように該周期信号の周波数を決定することを特徴と
する請求項1に記載の周期信号ドライブ装置。 - 【請求項5】前記周期信号の周波数の値が所定の誤差範
囲でゼロに近づくと共にその状態が所定時間以上続く場
合に、前記駆動周波数演算手段は前記周期信号をゼロに
する機能を備えていることを特徴とする請求項4に記載
の周期信号ドライブ装置。 - 【請求項6】前記駆動周波数演算手段は、前記速度指令
信号に基づいて前記所定時間毎に前記周期信号の周波数
を確率的に決定することを特徴とする請求項4に記載の
周期信号ドライブ装置。 - 【請求項7】前記駆動周波数演算手段は、前記所定時間
としての所定のサンプリング周期毎に前記可動部への速
度指令信号を演算して前記速度指令信号から前記周期信
号の第1の連続的周波数を演算するディジタル制御演算
手段と、前記周期信号の第2の連続的周波数を演算する
誤差補正手段と、前記第2の連続的周波数を所定の間隔
で離散化した離散的周波数を演算する周波数量子化手段
と、を備え、 前記誤差補正手段は、前記ディジタル制御演算手段より
出力された前記第1の連続的周波数と、前記周波数量子
化手段より出力された前記離散的周波数との差から演算
された周波数量子化誤差に基づいて当該周波数量子化誤
差を補正する前記第2の連続的周波数を演算することを
特徴とする請求項1に記載の周期信号ドライブ装置。 - 【請求項8】前記誤差補正手段は、前記第1の連続的周
波数と前記離散的周波数との差で定義される前記周波数
量子化誤差を演算する減算手段と、演算された前記周波
数量子化誤差を記憶するディジタル遅れ要素と、記憶さ
れた前記周波数量子化誤差と前記第1の連続的周波数と
を加算して前記第2の連続的周波数を演算する加算手段
と、を備えることを特徴とする請求項7に記載の周期信
号ドライブ装置。 - 【請求項9】前記速度指令信号生成手段は、前記可動部
の速度指令値を前記周期信号の一周期毎に前記可動部が
移動する所定の移動量で除した値を周波数指令値fとし
て生成すると共に、前記周波数量子化手段は、前記所定
時間の逆数を所定周波数fsとしたときに、f/fsの整数
部nに対して前記所定時間内に確率(f/fs−n)では
±(n+1)×fsの量子化を行ない、確率{1−(f/
fs−n)}では±n×fsの量子化を行なうことを特徴と
する請求項7に記載の周期信号ドライブ装置。 - 【請求項10】前記駆動周波数演算手段が、0から1の
間の一様乱数を発生させる乱数発生手段を更に備え、前
記確率(f/fs−n)で得られる0から1の間の数値と
前記一様乱数とを比較して、前記数値が前記乱数以上で
あれば前記所定時間であるサンプリング周期内に{1−
(f/fs−n)}個のパルスを発生させ、前記乱数が前
記数値よりも小さければ前記サンプリング周期内に(n
×fs)個のパルスを発生させることを特徴とする請求項
9に記載の周期信号ドライブ装置。 - 【請求項11】前記周波数量子化手段が、f/fsの整数
部nに対して±n×fsの量子化を行なうことを特徴とす
る請求項7に記載の周期信号ドライブ装置。 - 【請求項12】前記周波数量子化手段が、f/fsの整数
部nに対して±(n+1)×fsの量子化を行なうことを
特徴とする請求項7に記載の周期信号ドライブ装置。 - 【請求項13】前記周波数量子化手段が、f/fsの整数
部nに対して(f/fs−n)≧1/2の確率で±(n+
1)×fsの量子化を行ない、(f/fs−n)<1/2の
確率で±n×fsの量子化を行なうことを特徴とする請求
項7に記載の周期信号ドライブ装置。 - 【請求項14】前記周期信号が、パルス信号であること
を特徴とする請求項1に記載の周期信号ドライブ装置。 - 【請求項15】前記作動ユニットが、リニアステップモ
ータであることを特徴とする請求項1に記載の周期信号
ドライブ装置。 - 【請求項16】前記作動ユニットが、回転形ステップモ
ータであることを特徴とする請求項1に記載の周期信号
ドライブ装置。 - 【請求項17】前記速度指令信号が、前記可動部の回転
角速度指令値であることを特徴とする請求項16に記載
の周期信号ドライブ装置。 - 【請求項18】前記作動ユニットが、圧電素子により構
成されていることを特徴とする請求項1に記載の周期信
号ドライブ装置。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2367213A2 (en) | 2010-03-19 | 2011-09-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving unit of vibration-type actuator |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4270657B2 (ja) | 1999-07-06 | 2009-06-03 | 東芝エレベータ株式会社 | エレベータ案内装置 |
JP4144284B2 (ja) * | 2002-07-31 | 2008-09-03 | 株式会社明電舎 | 超音波モータの位置制御方式 |
JP4736399B2 (ja) * | 2004-10-28 | 2011-07-27 | コニカミノルタオプト株式会社 | 駆動機構及び撮像装置 |
JP2010503883A (ja) * | 2006-09-13 | 2010-02-04 | アストリウム・リミテッド | 乱数発生 |
US8952645B2 (en) * | 2006-12-27 | 2015-02-10 | Lenze Automation Gmbh | Drive device comprising a plurality of drives and regulating system for this overall drive |
US8099192B2 (en) * | 2007-11-06 | 2012-01-17 | Novellus Systems, Inc. | Method and apparatus for teaching a workpiece transfer robot |
US8113310B2 (en) * | 2009-02-12 | 2012-02-14 | General Atomics | Linear motor charged electric vehicle |
US9436174B2 (en) * | 2013-03-01 | 2016-09-06 | Fisher-Rosemount Systems, Inc. | Kalman filters in process control systems |
RU2537256C1 (ru) * | 2014-02-18 | 2014-12-27 | Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт "Сигнал" (ОАО "ВНИИ "Сигнал") | Система управления наведением инерционного объекта |
US10766624B2 (en) * | 2016-01-20 | 2020-09-08 | Honeywell International Inc. | Algorithm for efficiently breaking a material |
JP6860406B2 (ja) * | 2017-04-05 | 2021-04-14 | 株式会社荏原製作所 | 半導体製造装置、半導体製造装置の故障予知方法、および半導体製造装置の故障予知プログラム |
DE102017209218A1 (de) * | 2017-05-31 | 2018-12-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Festkörperaktoren mit psychoakustischem Ansteuerungskonzept |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4091294A (en) * | 1972-09-01 | 1978-05-23 | Kearney & Trecker Corporation | A.C. motor control apparatus and method |
JP3165709B2 (ja) * | 1991-07-22 | 2001-05-14 | キヤノン株式会社 | レンズ制御装置 |
JPH0723598A (ja) * | 1993-06-16 | 1995-01-24 | Seiko Epson Corp | モータの制御装置 |
US5647477A (en) * | 1994-09-19 | 1997-07-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic non-contact transport system |
-
1997
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-
1998
- 1998-07-10 US US09/113,563 patent/US5905351A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2367213A2 (en) | 2010-03-19 | 2011-09-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving unit of vibration-type actuator |
US9048760B2 (en) | 2010-03-19 | 2015-06-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving unit of vibration-type actuator |
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US5905351A (en) | 1999-05-18 |
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