JP5221672B2 - 形状記憶合金作動構造の制御 - Google Patents
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Description
SMAアクチュエータを介して駆動電流を供給するステップと、
SMAアクチュエータの抵抗の測度を検出するステップであってと、SMAアクチュエータの抵抗の測度に基づいて駆動電流が制御されるステップと、
環境温度を表すSMAアクチュエータの電気的特性(electrical characteristic)の測度を導出するステップと
が含まれている。
SMAアクチュエータを加熱するために、SMAアクチュエータを介して駆動電流を供給するステップと、
SMAアクチュエータの抵抗の測度を検出するステップと、
電源によって供給される駆動電流の電力を、検出器回路によって検出されるSMAアクチュエータの抵抗の測度と、SMAアクチュエータの抵抗に対する目標値との間の誤差に基づいて制御するための閉ループ制御信号を生成するステップと、
前記誤差の定常値(steady state value)を小さくするオフセットを制御信号に加えるステップであって、電源によって供給される駆動電流の電力が、オフセットが加えられた制御信号に従って制御されるステップと
が含まれている。
可動エレメントを所定の位置へ移動させるために選択された駆動電流を提供するために、電源に制御信号を供給するステップであって、較正ステージの間に測定されるSMAアクチュエータの電気的特性を考慮した開ループ制御の下で制御信号が生成されるステップ
を含み
較正ステージが、SMAアクチュエータの抵抗の測度を検出している間、SMAアクチュエータの温度を変化させるための制御信号を電源に供給するステップと、それと同時にSMAアクチュエータの電気的特性を測定するステップとを含む
方法が提供される。さらに、本発明のこの第3の態様によれば、対応する方法を実施するSMA作動構造のための制御システムが提供される。
dTe/dt=k1.(P−k2.(Te−Tenv))
上式で、Teは、SMAアクチュエータ30の瞬時温度の予測値であり、tは時間、Pは駆動電流の電力、Tenvは、SMAアクチュエータ30の周囲の環境の仮定温度、k1は、SMA材料の熱容量の逆数を表す定数(つまり材料特性)、k2は、SMAから環境への熱損失を表す定数(つまり幾何構造の特性)である。この式は、SMAアクチュエータ30の温度が変化する速度が付与される電力に比例し、また、SMAアクチュエータ30と環境の間の温度差によって決まる環境への熱損失に同じく比例する物理現象を表している。この微分方程式モデルは、電力が付与される際に、予測されたSMAアクチュエータ30の温度を追跡し続けるために使用される。
dTenv/dt=k3*(P−k4*(Tenv−Ta))
上式で、k3は、SMAアクチュエータ30の周囲の環境の熱容量の逆数を表す定数であり、k4は、SMAアクチュエータ30の周囲の環境からの熱損失を表す定数である。したがって熱モデルは、環境温度Taをデータ84として考慮している。好都合には、二次モデルは、アルゴリズムの複雑性および開発を補助するために一次モデル(first order model)と全く同じ形態を有している。しかしながら、しかしながら、環境の熱時定数はSMAアクチュエータ30の熱時定数よりはるかに長いため、k3およびk4の値は、明らかに基本モデルのk1およびk2とは全く異なっている。
Psteady=k2.(Tsteady−Tenv)
によって与えられる。この関係は、概ね有用であり、モデル較正の間、多くのポイントで使用される。
Te(t)=Tenv+(P/k2)+(P/k2−Te(t=0))exp(−k1.k2.t)
によって与えられる。つまり、所与の定電力入力に対して、モデル温度は減衰指数に従って変化する。
k2=PRmax/(Tref−Ta)
によって与えられる。たとえば、PRmaxが60mWであることが分かり、システムのTref(相転移の開始)が80℃であり、また、抵抗検出法によってTaが20℃になるように決定された場合、k2は1mW/℃に等しくなる。
Rt=Rmax−λ1.x
に従って目標抵抗Rtに変換される。引き続いてステップS23で、上で説明した目標抵抗Rtに基づいてSMAアクチュエータ31の閉ループ制御が提供される。
2 支持構造
3 ベース部分
4 イメージセンサ
5 環状壁
6 レンズエレメント(可動エレメント)
7 レンズシステム
8 レンズ
9 サスペンションシステム
10 サスペンションエレメント
13 湾曲部
20 レンズキャリア
21 レンズホルダ
22 内部ねじ山
30 SMAアクチュエータ
31 SMAワイヤ
50 制御回路
52 制御ユニット
53 駆動回路
54、125 検出回路
60 SMA材料の極大抵抗値
61 SMA材料の極小抵抗値
70 減算器
71 コントローラ
72 加算器
73 PWM発生器
80 制御ユニットの入力データ
81 目標温度Ttのデータ
82 アクチュエータに供給される駆動電流の電力Pのデータ
83 SMAアクチュエータの温度の瞬時値の予測値Teのデータ
84 カメラの環境温度Taのデータ
85 SMAアクチュエータの周囲の環境の温度の予測値Tenvのデータ
90 加熱中における位置xに対する温度Tの関係を表す曲線
91 冷却中における位置xに対する温度Tの関係を表す曲線
93 曲線90、91を表すセグメント
94 セグメントノード
120 バイポーラトランジスタ
121 ダイオード
122、125 抵抗器
123 MOSFETトランジスタ
124、126 演算増幅器
Claims (14)
- 加熱による収縮時に、支持構造に対する可動エレメントの運動を実行するようになされたSMAアクチュエータを備えたSMA作動構造の環境温度を決定する方法であって、
前記SMAアクチュエータを介して駆動電流を供給するステップと、
前記SMAアクチュエータの抵抗の測度を検出し、前記SMAアクチュエータの抵抗の前記測度に基づいて前記駆動電流を制御し、前記SMAアクチュエータが非加熱状態にあるとき、前記SMAアクチュエータの抵抗を極大抵抗まで大きくする駆動電流が最初に付与される、前記ステップと、
前記環境温度を表す前記SMAアクチュエータの電気的特性の測度を導出するステップであって、前記SMAアクチュエータの前記電気的特性が、前記駆動電流が最初に付与される際の前記非加熱状態の前記SMAアクチュエータの抵抗と、前記SMAアクチュエータの最大抵抗との差である、前記ステップとを含む、方法。 - 前記SMAアクチュエータの前記電気的特性の測度が、前記SMAアクチュエータの特性抵抗で除された、非加熱状態の前記SMAアクチュエータに最初に前記駆動電流が付与される際の前記抵抗と、前記SMAアクチュエータの前記最大抵抗との間の前記差である、請求項1に記載の方法。
- 前記SMAアクチュエータが、収縮時に極大抵抗から極小抵抗まで小さくなる曲線に沿って長さとともに抵抗が変わる特徴を有し、
前記SMAアクチュエータの特徴的な抵抗が、極大抵抗、極小抵抗、または極大抵抗と極小抵抗との線形結合のうちの1つである、請求項2に記載の方法。 - 加熱による収縮時に、支持構造に対する可動エレメントの運動を実行するようになされたSMAアクチュエータを備えたSMA作動構造の環境温度を決定する方法であって、前記SMAアクチュエータが、収縮時に極大抵抗から極小抵抗まで小さくなる曲線に沿って長さとともに抵抗が変わる特徴を有し、前記方法は、
前記SMAアクチュエータを介して駆動電流を供給するステップと、
前記SMAアクチュエータの抵抗の測度を検出し、前記SMAアクチュエータの抵抗の前記測度に基づいて前記駆動電流を制御するステップと、
前記環境温度を表す前記SMAアクチュエータの電気的特性の測度を導出するステップであって、前記SMAアクチュエータの前記電気的特性が、前記SMAアクチュエータの最大抵抗および/または最小抵抗に関係して予め定められたレベルに前記SMAアクチュエータの抵抗を保持するために必要な駆動電流の電力である、前記ステップとを含む、方法。 - 前記所定のレベルが前記SMAアクチュエータの最大抵抗と最小抵抗の線形結合である、請求項4に記載の方法。
- 前記所定のレベルが、前記SMAアクチュエータの最大抵抗から最小抵抗までの範囲の中央部分の80%内に存在する、請求項4または5に記載の方法。
- 前記駆動電流が前記SMAアクチュエータの前記電気的特性の測度を考慮して制御される、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 加熱によって収縮すると、支持構造に対する可動エレメントの運動を実行するようになされたSMAアクチュエータを備えたSMA作動構造のための制御システムであって、
前記SMAアクチュエータを加熱するために、前記SMAアクチュエータを介して駆動電流を供給するように作動する電源と、
前記SMAアクチュエータの抵抗の測度を検出するように作動する検出器回路と、
検出された前記SMAアクチュエータの抵抗の測度に基づいて前記電源を制御し、かつ、前記駆動電流の電力を制御するように作動する制御ユニットであって、前記SMAアクチュエータが非加熱状態にあるとき、前記SMAアクチュエータの抵抗を極大抵抗まで大きくする前記駆動電流を最初に付与するように作動する、前記制御ユニットとを備え、
前記制御ユニットが、環境温度を表す前記SMAアクチュエータの電気的特性の測度を導出するようになされ、前記SMAアクチュエータの前記電気的特性が、前記駆動電流が最初に付与される際の前記非加熱状態の前記SMAアクチュエータの抵抗と、前記SMAアクチュエータの最大抵抗との間の差である、制御システム。 - 前記SMAアクチュエータの前記電気的特性の測度が、前記SMAアクチュエータの特性抵抗で除された、前記非加熱状態の前記SMAアクチュエータに最初に駆動電流が付与される際の前記抵抗と、前記SMAアクチュエータの最大抵抗との間の前記差である、請求項8に記載の制御システム。
- 前記SMAアクチュエータが、収縮時に極大抵抗から極小抵抗まで小さくなる曲線に沿って長さとともに抵抗が変わる特徴を有し、
前記SMAアクチュエータの特徴的な抵抗が、極大抵抗、極小抵抗、または極大抵抗と極小抵抗との線形結合のうちの1つである、請求項9に記載の制御システム。 - 加熱によって収縮すると、支持構造に対する可動エレメントの運動を実行するようになされたSMAアクチュエータを備えたSMA作動構造のための制御システムであって、前記SMAアクチュエータが、収縮時に極大抵抗から極小抵抗まで小さくなる曲線に沿って長さとともに抵抗が変わる特徴を有し、前記制御システムは、
前記SMAアクチュエータを加熱するために、前記SMAアクチュエータを介して駆動電流を供給するように作動する電源と、
前記SMAアクチュエータの抵抗の測度を検出するように作動する検出器回路と、
検出された前記SMAアクチュエータの抵抗の測度に基づいて前記電源を制御し、かつ、前記駆動電流の電力を制御するように作動する制御ユニットとを備え、
前記制御ユニットが、環境温度を表す前記SMAアクチュエータの電気的特性の測度を導出するようになされ、前記SMAアクチュエータの前記電気的特性が、前記SMAアクチュエータの最大抵抗および/または最小抵抗に関係して予め定められたレベルに前記SMAアクチュエータの抵抗を保持するために必要な駆動電流の電力である、制御システム。 - 前記予め定められたレベルが、前記SMAアクチュエータの最大抵抗と最小抵抗との線形結合である、請求項11に記載の制御システム。
- 前記予め定められたレベルが、前記SMAアクチュエータの最大抵抗から最小抵抗までの範囲の中央部分の80%内に存在する、請求項11または12に記載の制御システム。
- 前記SMAアクチュエータの前記電気的特性の測度を考慮して駆動電流の電力を制御するように制御ユニットが作動する、請求項8から13のいずれか一項に記載の制御システム。
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