JPH06197565A - Controlling method for drive of ultrasonic actuator - Google Patents
Controlling method for drive of ultrasonic actuatorInfo
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- JPH06197565A JPH06197565A JP43A JP34434892A JPH06197565A JP H06197565 A JPH06197565 A JP H06197565A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 34434892 A JP34434892 A JP 34434892A JP H06197565 A JPH06197565 A JP H06197565A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は超音波アクチュエータ
（もしくは振動波アクチュエータ）の駆動制御方法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drive control method for an ultrasonic actuator (or vibration wave actuator).
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から共振を利用した超音波アクチュ
エータで相対駆動速度を制御する際には、速度検出手段
から得られる速度情報をもとに、超音波振動子の振動振
幅を変化させることにより速度制御を行っていた。超音
波振動子の振動振幅を変化させるには、 Ａ．印加交流波の周波数を変化させる Ｂ．印加交流波の振幅を変化させる Ｃ．印加交流波の周波数と振幅の両方を変化させる という３つがおもな方法である。Ａの方法で駆動するに
は、印加交流波の振幅は駆動に充分な電圧に固定する。
Ｂの方法で駆動する場合は、印加交流波の周波数は超音
波振動子の共振周波数付近になるように常に制御する必
要がある。上記の３つの方法のうちＢとＣは印加電圧の
振幅を可変にする手段や、周波数を共振状態にしておく
ために共振状態を検出する手段が必要であり、駆動回路
が大型かつ複雑になるので、大きさが限られた装置の駆
動回路としてはＡの方法が最適である。以下Ａの方法に
ついて説明する。2. Description of the Related Art Conventionally, when controlling a relative driving speed with an ultrasonic actuator utilizing resonance, a vibration amplitude of an ultrasonic vibrator is changed based on speed information obtained from a speed detecting means. The speed was controlled. To change the vibration amplitude of the ultrasonic transducer, A. Changing the frequency of the applied AC wave B. Changing the amplitude of the applied AC wave C. The three main methods are to change both the frequency and amplitude of the applied AC wave. To drive by the method A, the amplitude of the applied AC wave is fixed to a voltage sufficient for driving.
When driving by the method B, it is necessary to constantly control the frequency of the applied AC wave so as to be close to the resonance frequency of the ultrasonic transducer. Of the above three methods, B and C require means for varying the amplitude of the applied voltage and means for detecting the resonance state in order to keep the frequency in the resonance state, which makes the drive circuit large and complicated. Therefore, the method A is most suitable for the drive circuit of the device whose size is limited. The method A will be described below.
【０００３】図１０は超音波モータの速度制御方法を表
したブロック図である。図１０において、超音波モータ
１の出力軸と速度検出手段であるエンコーダ３の軸はカ
ップリング２により接続されている。エンコーダからは
速度に応じたパルスが出力されこれをＦ／Ｖ変換器４に
より速度に応じたアナログ電圧に変換される。これをＡ
／Ｄ変換器５によりデジタル信号に変換し演算装置であ
るＣＰＵ６に取り込む。ＣＰＵ６では超音波モータ１の
速度が一定になるように周波数を決定し、Ｄ／Ａ変換器
７に出力する。ＶＣＯ（電圧制御発振器）８はＤ／Ａ変
換器７から入力されるアナログ電圧に応じた周波数のパ
ルスを発生する。４ビットリングカウンタ９は図１２の
タイムチャートに示す動作をし、ＶＣＯ８から出力され
る周波数の１／４の周波数でデューティー２５％のパル
スを発生し、スイッチングトランジスタ１０a 〜１０b
をＯＮ，ＯＦＦする。トランス１１a ，１１b によっ
て、位相差が９０度の昇圧された交流電圧を超音波モー
タ１に印加している。FIG. 10 is a block diagram showing a speed control method for an ultrasonic motor. In FIG. 10, an output shaft of the ultrasonic motor 1 and a shaft of an encoder 3 which is a speed detecting means are connected by a coupling 2. A pulse corresponding to the speed is output from the encoder, and this is converted by the F / V converter 4 into an analog voltage according to the speed. This is A
The signal is converted into a digital signal by the / D converter 5 and taken into the CPU 6 which is an arithmetic unit. The CPU 6 determines the frequency so that the speed of the ultrasonic motor 1 becomes constant and outputs it to the D / A converter 7. A VCO (voltage controlled oscillator) 8 generates a pulse having a frequency according to the analog voltage input from the D / A converter 7. The 4-bit ring counter 9 operates as shown in the time chart of FIG. 12, generates a pulse with a duty of 25% at a frequency ¼ of the frequency output from the VCO 8, and switches the switching transistors 10 a to 10 b.
Turn on and off. The transformers 11 a and 11 b apply a boosted AC voltage having a phase difference of 90 degrees to the ultrasonic motor 1.
【０００４】図１１は超音波モータの印加交流波の周波
数と回転速度の関係を表したものである。図１１におい
て、ｆr は超音波モータの共振周波数であり、このとき
の回転速度が最大となる。共振周波数よりも周波数が小
さくなると回転速度は急激に下がるので制御する際は共
振周波数よりも高い周波数で制御する。共振周波数より
も高い周波数領域では、周波数が大きくなると回転速度
が小さくなり、周波数が小さくなると回転速度が大きく
なる。FIG. 11 shows the relationship between the frequency of the alternating current wave applied to the ultrasonic motor and the rotation speed. In FIG. 11, f r is the resonance frequency of the ultrasonic motor, and the rotation speed at this time is maximum. When the frequency becomes lower than the resonance frequency, the rotation speed sharply decreases. Therefore, the control is performed at a frequency higher than the resonance frequency. In the frequency region higher than the resonance frequency, the rotation speed decreases as the frequency increases, and the rotation speed increases as the frequency decreases.
【０００５】図１３はＣＰＵが回転速度が一定となるよ
うに印加交流波の周波数を決定する際のアルゴリズムを
示したフローチャートである。FIG. 13 is a flow chart showing an algorithm when the CPU determines the frequency of the applied AC wave so that the rotation speed becomes constant.
【０００６】図１３において、ＳＴＥＰ１ではＲＯＭも
しくはＣＰＵへの入力手段からＣＰＵに目標とする速度
Ｖp を読み込んでいる。ＳＴＥＰ２では超音波モータの
共振周波数（ｆr ）よりも高い周波数ｆi により超音波
モータを駆動している。ｆiを共振周波数よりも大きい
値にしている理由は、超音波モータの速度特性が共振周
波数を境に逆の関係になっているために、このアルゴリ
ズムで制御した場合に、ｆi が共振周波数よりも低いと
速度が収束しなくなるからである。次にＳＴＥＰ３でエ
ンコーダの信号がＦ／Ｖ変換器によって速度信号に変換
された値をＡ／Ｄ変換器を介して現在の速度信号Ｖc と
してＣＰＵに読み込んでいる。ＳＴＥＰ４ではＶp とＶ
c を比較して現在の速度Ｖc が速ければ周波数を上げ
（ＳＴＥＰ５），逆に現在の速度Ｖc が遅ければ周波数
を下げ（ＳＴＥＰ６），現在の速度Ｖc が目標速度Ｖp
に一致していればそのままの周波数で駆動している。Ｓ
ＴＥＰ７では停止の命令がでているかどうかにより次の
制御に進むかどうかを判断している。なお、ＳＴＥＰ６
およびＳＴＥＰ７においてのΔｆは周波数の変更量であ
る。この値が大きいと速度の立ち上がりは速くなるが、
駆動周波数が共振周波数よりも低くなりモータが動かな
くなったり、速度が収束せずに発散する恐れがある。図
１１に示すように駆動周波数と回転速度の関係がリニア
でないため従来の方法では試行錯誤的にΔｆを決定して
いる。13, in STEP 1, the target speed V p is read from the ROM or the input means to the CPU to the CPU. In STEP 2, the ultrasonic motor is driven at a frequency f i higher than the resonance frequency (f r ) of the ultrasonic motor. reason for the larger value than the resonance frequency f i, in order to speed characteristics of the ultrasonic motor is reversed relationship boundary resonance frequency, when controlled by this algorithm, f i is the resonant frequency If it is lower than this, the speed will not converge. Next, in STEP 3, the value of the encoder signal converted into a speed signal by the F / V converter is read into the CPU as the current speed signal V c via the A / D converter. In STEP 4, V p and V
If c is compared and the current speed V c is high, the frequency is increased (STEP 5). Conversely, if the current speed V c is slow, the frequency is decreased (STEP 6), and the current speed V c is the target speed V p.
If it matches with, it is driving at the same frequency. S
In TEP7, it is determined whether or not to proceed to the next control depending on whether or not a stop instruction is issued. In addition, STEP6
Further, Δf in STEP 7 is the frequency change amount. If this value is large, the speed will rise faster,
The drive frequency may become lower than the resonance frequency, the motor may not work, or the speed may not converge and diverge. As shown in FIG. 11, since the relationship between the drive frequency and the rotation speed is not linear, the conventional method determines Δf by trial and error.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上記従来例では超音波
モータの周波数−速度特性が曲線的になっており、リニ
アリティーがないので周波数の変更のみで速度制御を行
なう場合には目標速度と実際の速度の差に応じた適確な
制御が実現しにくいという問題点があった。また、速度
検出のためには、Ｆ／Ｖ変換器やＡ／Ｄ変換器といった
高価な部品を使う必要があった。In the above-mentioned conventional example, the frequency-speed characteristic of the ultrasonic motor is curved, and since there is no linearity, when the speed control is performed only by changing the frequency, the target speed and actual There is a problem that it is difficult to realize appropriate control according to the difference in speed. Further, it is necessary to use expensive parts such as an F / V converter and an A / D converter for speed detection.
【０００８】本発明の目的は、このような従来の問題を
解決し、制御回路の小型化、ローコスト化のために周波
数のみを変更することにより速度制御を行なう場合で
も、目的速度と実際の速度の差に応じた適確な制御を行
い、超音波モータの速度の安定化や速度の立ち上がり時
間を短縮化できるような制御方法を提供することにあ
る。The object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, and even if speed control is performed by changing only the frequency in order to reduce the size and cost of the control circuit, the target speed and the actual speed can be obtained. It is an object of the present invention to provide a control method capable of performing appropriate control according to the difference between (1) and (2) to stabilize the speed of the ultrasonic motor and shorten the rising time of the speed.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するために、該アクチュエータの弾性体（振動体）と
移動体（もしくは被駆動物体）との相対速度（回転型超
音波アクチュエータの場合はロータの回転速度）の逆数
と該駆動交流電圧の周波数との関係が共振時の周波数ｆ
r 以上の周波数領域においては直線的な一次比例関係に
なることに着目し、検出した速度の逆数に基ずいて該駆
動交流電圧の周波数制御を行なうことによって該アクチ
ュエータの駆動制御（速度制御）を行なうようにしたこ
とを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a relative velocity (of a rotary ultrasonic actuator) between an elastic body (vibrating body) of the actuator and a moving body (or a driven object). In this case, the relationship between the reciprocal of the rotational speed of the rotor) and the frequency of the driving AC voltage is the frequency f at resonance.
Paying attention to the fact that there is a linear first-order proportional relationship in the frequency region of r or higher, the drive control of the actuator (speed control) is performed by performing frequency control of the drive AC voltage based on the reciprocal of the detected speed. The feature is that it is done.
【００１０】本発明の制御方法によれば、従来方法より
も安定した速度制御が可能となり、また、速度の立ち上
がり時間を短縮することができる。According to the control method of the present invention, more stable speed control is possible than in the conventional method, and the speed rising time can be shortened.
【００１１】[0011]
【実施例】図１は本発明の制御方法を実施するための制
御装置の第１実施例を示すブロック図である。超音波モ
ータ１の出力軸と速度検出手段であるエンコーダ３の軸
はカップリング２により接続されている。エンコーダ３
から出力されるパルスの周期はパルス周期計測回路１２
によって計測される。これを演算装置であるＣＰＵ６に
取り込む。ＣＰＵ６では超音波モータ１のエンコーダパ
ルスの周期が一定に（つまり速度が一定に）なるように
周波数を決定し、Ｄ／Ａ変換器７に出力する。ＶＣＯ８
はＤ／Ａ変換器７から入力されるアナログ電圧に応じた
周波数のパルスを発生する。４ビットリングカウンタ９
は図１２のタイムチャートに示す動作をし、ＶＣＯ８か
ら出力される周波数の１／４の周波数でデューティー２
５％のパルスを発生し、スイッチングトランジスタ１０
a 〜１０b をＯＮ，ＯＦＦする。トランス１１a ，１１
b によって、位相差が９０度の昇圧された交流電圧を超
音波モータ１に印加している。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a control device for carrying out the control method of the present invention. The output shaft of the ultrasonic motor 1 and the shaft of an encoder 3 which is a speed detecting means are connected by a coupling 2. Encoder 3
The period of the pulse output from the pulse period measuring circuit 12
Measured by. This is taken into the CPU 6 which is an arithmetic unit. The CPU 6 determines the frequency so that the cycle of the encoder pulse of the ultrasonic motor 1 becomes constant (that is, the speed becomes constant), and outputs it to the D / A converter 7. VCO8
Generates a pulse having a frequency corresponding to the analog voltage input from the D / A converter 7. 4-bit ring counter 9
Performs the operation shown in the time chart of FIG. 12, and the duty is 2 at the frequency of 1/4 of the frequency output from the VCO 8.
Generates a 5% pulse, switching transistor 10
ON the a ~10 b, it turned OFF. Transformer 11a , 11
By b , a boosted AC voltage having a phase difference of 90 degrees is applied to the ultrasonic motor 1.
【００１２】パルス周期計測回路１２の実際の回路構成
を図２に示す。図２の回路はエンコーダ１周期当りの時
間をエンコーダパルスよりも充分高い周波数のクロック
でカウントし超音波モータの回転速度の逆数に比例する
値を計測するものである。以下にその動作を説明する。
Ｄフリップフロップ１３のクロック端子に発振器１４か
ら発生するパルスを入力する。発振器１４のパルスの周
波数は超音波モータが通常回転しているときのエンコー
ダのパルスの周波数の数百倍から数千倍となるようにす
る。Ｄフリップフロップ１３の出力／Ｑとエンコーダパ
ルスとをアンドゲート３０に入力させると、アンドゲー
ト３０の出力はエンコーダパルスが立ち上がったときに
発振器１４の１パルス分の時間だけ正となる信号にな
る。その信号をＤフリップフロップ１５のＤ端子に入力
するとＤフリップフロップ１５の出力ＱからはＤ端子に
入力した信号が発振器１４の１周期分遅れて出力され
る。１６は１２ビットのカウンタで、発振器１４の信号
をカウントする。カウンタ１６のＣＬＲ端子に正の信号
を入力するとカウンタの内容がゼロになる。カウンタ１
６の値をゼロにするタイミングはエンコーダパルスが立
ち下がってから発振器１４の１周期分の時間が経過して
からとなる。１７はカウンタの値を保持するラッチであ
り、エンコーダ信号の立ち上がりに同期して内容が更新
される。図２の回路全体の動作としては、まずエンコー
ダのパルスの立ち上がりでラッチ１７の内容を更新し、
そのあとカウンタ１６の値をクリアしている。ゆえにエ
ンコーダ１パルス当りの時間での発振器１４のパルスの
数はラッチ１７の値に１を加えた数になる。この校正は
ＣＰＵで行なう。An actual circuit configuration of the pulse period measuring circuit 12 is shown in FIG. The circuit of FIG. 2 counts the time per encoder cycle with a clock having a frequency sufficiently higher than the encoder pulse and measures a value proportional to the reciprocal of the rotational speed of the ultrasonic motor. The operation will be described below.
A pulse generated from the oscillator 14 is input to the clock terminal of the D flip-flop 13. The frequency of the pulse of the oscillator 14 is set to be several hundreds to several thousand times the frequency of the pulse of the encoder when the ultrasonic motor is normally rotating. When the output / Q of the D flip-flop 13 and the encoder pulse are input to the AND gate 30, the output of the AND gate 30 becomes a signal that becomes positive only for one pulse of the oscillator 14 when the encoder pulse rises. When the signal is input to the D terminal of the D flip-flop 15, the signal input to the D terminal is output from the output Q of the D flip-flop 15 with a delay of one cycle of the oscillator 14. Reference numeral 16 is a 12-bit counter, which counts the signal of the oscillator 14. When a positive signal is input to the CLR terminal of the counter 16, the content of the counter becomes zero. Counter 1
The timing at which the value of 6 is set to zero is after a period of one cycle of the oscillator 14 has elapsed since the encoder pulse fell. Reference numeral 17 is a latch that holds the value of the counter, and the content is updated in synchronization with the rising edge of the encoder signal. As the operation of the entire circuit of FIG. 2, first, the content of the latch 17 is updated at the rising edge of the pulse of the encoder,
After that, the value of the counter 16 is cleared. Therefore, the number of pulses of the oscillator 14 per one encoder pulse is the value of the latch 17 plus one. This calibration is performed by the CPU.
【００１３】図３は本実施例において図１中のＣＰＵ６
が速度制御を行なう際に周波数を決定するアルゴリズム
を示したフローチャートである。以下に図３を用いて周
波数の決定手法を説明する。FIG. 3 shows the CPU 6 in FIG. 1 in this embodiment.
3 is a flowchart showing an algorithm for determining a frequency when performing speed control. The frequency determination method will be described below with reference to FIG.
【００１４】ＳＴＥＰ１でまず目標パルス周期Ｔp つま
り目標速度に対応したエンコーダの１パルス周期の間に
図１の発振器１４のパルスで何回カウントできるかを入
力する。目標速度をＶp ，発振器１４の周波数をｆo ，
とすると目標パルス周期Ｔpは、 Ｔp ＝１／（Ｖp ×ｆo ） で求めることができる。つぎにＳＴＥＰ２において超音
波モータを初期周波数ｆi で駆動する。ＳＴＥＰ４で、
パルス周期計測回路１２から現在の超音波モータの駆動
速度の逆数に比例したパルス周期を読み込む。ＳＴＥＰ
５で現在の状態に応じた次の印加周波数を決定する。図
４は駆動周波数と超音波モータの速度の逆数の関係を表
わしたグラフである。図４においてｆr は共振周波数、
ｆh は超音波モータを駆動するときの最低速度を安定し
て実現する周波数である。よって印加する周波数はｆr
とｆh の間の周波数である。この範囲においての特性を
見ても明らかなように駆動周波数と速度の逆数の関係は
直線的（リニア）になっており、現在の速度情報から容
易に次に印加すべき周波数が決定できる。駆動周波数と
周波数の決定は次式によって行なわれる。First, in STEP 1, the number of times the pulse of the oscillator 14 shown in FIG. 1 can be counted is input during one pulse period of the encoder corresponding to the target pulse period T p, that is, the target speed. The target speed V p, the frequency of the oscillator 14 f o,
Then, the target pulse period T p can be calculated by T p = 1 / (V p × f o ). Next, in STEP 2, the ultrasonic motor is driven at the initial frequency f i . In STEP 4,
A pulse period proportional to the reciprocal of the current driving speed of the ultrasonic motor is read from the pulse period measuring circuit 12. STEP
In step 5, the next applied frequency according to the current state is determined. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the driving frequency and the reciprocal of the ultrasonic motor speed. In FIG. 4, f r is the resonance frequency,
f h is a frequency that stably realizes the minimum speed when driving the ultrasonic motor. Therefore, the applied frequency is fr
And a frequency between f h . As is clear from the characteristics in this range, the relationship between the driving frequency and the reciprocal of the speed is linear, and the frequency to be applied next can be easily determined from the current speed information. The drive frequency and the frequency are determined by the following equation.
【００１５】[0015]
【数１】 [Equation 1]
【００１６】ここでＧp ，Ｇi は比例積分制御における
比例ゲイン、積分ゲインであり、図４の特性をもとに決
定される。すなわち比例ゲインＧp は図４の直線の傾き
に近い値になるようにし、積分ゲインＧi は超音波モー
タが温度や負荷の変動により特性が変わった時に所望の
速度に追従するような値とする。ＳＴＥＰ７では停止命
令がでているかどうか判断し、制御を続けるかどうかを
決定している。Here, G p and G i are a proportional gain and an integral gain in the proportional-plus-integral control, and are determined based on the characteristic shown in FIG. That is, the proportional gain G p is set to a value close to the slope of the straight line in FIG. 4, and the integral gain G i is set to a value that follows the desired speed when the characteristics of the ultrasonic motor change due to changes in temperature and load. To do. In STEP 7, it is determined whether or not a stop command is issued, and it is determined whether or not to continue the control.
【００１７】図５は本発明の制御方法で制御されるリニ
ア駆動式超音波アクチュエータの構成の一例を示す図で
ある。同図において、２５はレール状固定子である。１
８は移動体を兼ねる弾性体（振動子）であり、レール状
固定子２５と接触している。図７のように弾性体１８の
レール状固定子２５と接している面と反対側の面には接
着剤等により圧電素子１９が固着されている。２６はリ
ニアガイドであり、弾性体１８の移動方向をレール状固
定子２５に沿った方向に規制している。圧電素子１９に
互いに位相の異なる二つの交流電圧を印加し、弾性体１
８に進行波振動を形成することにより、弾性体に固定さ
れているキャリッジ２８をレール状固定子２５に対して
超音波振動による摩擦で相対的に移動させている。２４
はリニアスケールであり、等間隔に溝が切ってあり、リ
ニアエンコーダ２７でキャリッジ２８の移動速度に応じ
た信号を得ることができる。第１の実施例は回転型のア
クチュエータであったが、図５の様なリニア方式の超音
波アクチュエータにおいても駆動信号の周波数と速度の
逆数との関係は図４の特性となるため、図３の様なアル
ゴリズムにより駆動信号の周波数を決定すると従来より
も安定した速度制御を実現することができる。FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of a linear drive type ultrasonic actuator controlled by the control method of the present invention. In the figure, 25 is a rail-shaped stator. 1
Reference numeral 8 denotes an elastic body (vibrator) that also serves as a moving body, and is in contact with the rail-shaped stator 25. As shown in FIG. 7, the piezoelectric element 19 is fixed to the surface of the elastic body 18 opposite to the surface in contact with the rail-shaped stator 25 with an adhesive or the like. Reference numeral 26 denotes a linear guide, which regulates the moving direction of the elastic body 18 along the rail-shaped stator 25. By applying two alternating voltages having different phases to the piezoelectric element 19, the elastic body 1
By forming traveling wave vibration in 8, the carriage 28 fixed to the elastic body is moved relatively to the rail-shaped stator 25 by friction due to ultrasonic vibration. 24
Is a linear scale having grooves at equal intervals, and the linear encoder 27 can obtain a signal according to the moving speed of the carriage 28. Although the rotary actuator is used in the first embodiment, the relationship between the frequency of the drive signal and the reciprocal of the speed has the characteristic shown in FIG. 4 even in the linear type ultrasonic actuator shown in FIG. When the frequency of the drive signal is determined by the algorithm as described above, more stable speed control can be realized than before.
【００１８】図６は本発明の制御方法で制御される超音
波アクチュエータを具備したシート送り装置の概略構造
を示す図である。図６において、２つの超音波アクチュ
エータ１８Ａ，１８Ｂはそれぞれ図７のような形状をし
ている。FIG. 6 is a diagram showing a schematic structure of a sheet feeding apparatus having an ultrasonic actuator controlled by the control method of the present invention. In FIG. 6, the two ultrasonic actuators 18A and 18B each have a shape as shown in FIG.
【００１９】図７の超音波アクチュエータは１対の円弧
部と直線部を有しており、回転型の超音波アクチュエー
タと同様に圧電素子１９ａ，１９ｂが接着されており弾
性体１８ａ，１８ｂ上に回転する進行波が発生する。そ
して、図６のように２つの超音波アクチュエータ１８
Ａ，１８Ｂを対向させて配置したときに片方の直線部が
接触し、残りの片方が接触しないように図７の１点鎖線
から矢印Ａ方向の半分の弾性体を少し削って薄くしてい
る。図６の１対の超音波アクチュエータ１８Ａ，１８Ｂ
には図９のようにそれぞれの進行波の凸部分が一致し、
シート２０に対して同一方向に力がかかるように（上下
の楕円運動の回転方向が逆になる）信号が印加される。
シートの移送速度情報は紙を挟持している２つのローラ
２２，２３が回転することにより検出され、ローラ２２
の軸に設けられたエンコーダ２１から発生するパルスが
周期計測回路１２に取込まれる。The ultrasonic actuator shown in FIG. 7 has a pair of arcuate portions and a linear portion, and piezoelectric elements 19a and 19b are adhered on the elastic bodies 18a and 18b as in the rotary ultrasonic actuator. A rotating traveling wave is generated. Then, as shown in FIG.
When A and 18B are arranged to face each other, one half of the elastic body in the direction of arrow A from the one-dot chain line in FIG. 7 is slightly shaved to be thin so that one straight line portion comes into contact and the other one does not come into contact. . A pair of ultrasonic actuators 18A and 18B shown in FIG.
As shown in Fig. 9, the convex parts of the traveling waves match,
A signal is applied so that a force is applied to the sheet 20 in the same direction (the rotation directions of the upper and lower elliptical movements are opposite).
The sheet transfer speed information is detected by the rotation of the two rollers 22 and 23 that sandwich the paper.
The pulse generated from the encoder 21 provided on the axis of is taken into the cycle measuring circuit 12.
【００２０】このような構成をしたシート送り装置にお
いて、超音波アクチュエータに印加する駆動信号の周波
数とシートの移送速度の逆数との関係は図４と同じ特性
を示すので、図３の様なアルゴリズムにより駆動信号の
周波数を決定すると従来よりも安定した速度制御を実現
することができる。In the sheet feeding device having such a structure, the relationship between the frequency of the drive signal applied to the ultrasonic actuator and the reciprocal of the sheet transfer speed shows the same characteristic as in FIG. By determining the frequency of the drive signal by, it is possible to realize more stable speed control than before.
【００２１】図８は本発明の制御方法で制御される超音
波アクチュエータでプリンタのヘッドを駆動し、同じ制
御方法で制御される別の超音波アクチュエータで紙を送
るように構成したプリンタである。図８において、キャ
リッジ２８に取り付けられた印字ヘッド２９が図５で説
明した超音波アクチュエータにより直線的に駆動され
る。また、シート（紙）２０は図６及び図７で説明した
シート送り用の一対の超音波アクチュエータ１８Ａ，１
８Ｂ（１８Ｂは図では見えない）により移送される。FIG. 8 shows a printer in which an ultrasonic actuator controlled by the control method of the present invention drives a printer head, and another ultrasonic actuator controlled by the same control method feeds paper. In FIG. 8, the print head 29 attached to the carriage 28 is linearly driven by the ultrasonic actuator described in FIG. A sheet (paper) 20 is a pair of ultrasonic actuators 18A, 1A for sheet feeding described in FIGS.
8B (18B not visible in the figure).
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明は超音波
アクチュエータの駆動速度の逆数と該アクチュエータに
印加する駆動信号の周波数との関係が該アクチュエータ
の最低安定速度における駆動信号の周波数ｆh と該アク
チュエータの共振状態における駆動信号の周波数ｆr と
の間において一次比例関係になることに着目し、本発明
の制御方法では、該アクチュエータの速度に対応する信
号をパルス周期計測回路で速度の逆数としてＣＰＵに取
込み、ＣＰＵでは検出した速度の逆数にもとずいて該ア
クチュエータの駆動信号の周波数を変化させるように制
御を行なうようにしたので、従来の制御方法にくらべて
正確で適切な制御を行なうことができ、超音波アクチュ
エータが共振状態を著るしく逸脱して停止してしまった
り或いは目標位置で確実に停止しなかったりする現象を
起させずに精度の高い速度制御を行なうことができる。
また、速度の逆数に対応する値の検出部分を、ディジタ
ル回路とすることにより、容易にＩＣ化が可能となり、
回路にかかるコストを下げることができる。As described above, according to the present invention, the relationship between the reciprocal of the driving speed of the ultrasonic actuator and the frequency of the driving signal applied to the actuator is the frequency f h of the driving signal at the minimum stable speed of the actuator. Paying attention to the fact that there is a linear proportional relationship between the frequency f r of the drive signal in the resonance state of the actuator and the frequency f r of the drive signal. Since it is taken in the CPU as the reciprocal number, and the CPU controls so as to change the frequency of the drive signal of the actuator based on the reciprocal number of the detected speed, the control is more accurate and appropriate than the conventional control method. The ultrasonic actuator may deviate significantly from the resonance state and stop, or it may stop at the target position. It is possible to perform highly accurate speed control without causing a phenomenon that the vehicle does not stop reliably.
Also, by using a digital circuit for the detection part of the value corresponding to the reciprocal of the speed, it is possible to easily form an IC,
The cost of the circuit can be reduced.
【図１】本発明の制御方法を実施するための超音波アク
チュエータ制御系の構成を示した図。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an ultrasonic actuator control system for carrying out a control method of the present invention.
【図２】図１の構成に含まれるパルス周期計測回路１２
の具体例を示した図。FIG. 2 is a pulse cycle measuring circuit 12 included in the configuration of FIG.
The figure which showed the specific example of.
【図３】図１に示した構成においてＣＰＵ６内で行われ
る制御動作のフローチャート。FIG. 3 is a flowchart of control operation performed in a CPU 6 in the configuration shown in FIG.
【図４】超音波アクチュエータの駆動信号の周波数と該
アクチュエータの駆動速度の逆数との関係を示した図。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the frequency of a drive signal of an ultrasonic actuator and the reciprocal of the drive speed of the actuator.
【図５】本発明の制御方法で制御されるリニア駆動式超
音波アクチュエータの構成の一例を示した図。FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of a linear drive ultrasonic actuator controlled by the control method of the present invention.
【図６】本発明の制御方法で制御される超音波アクチュ
エータを具備したシート送り装置の構成を示した図。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a sheet feeding apparatus including an ultrasonic actuator controlled by the control method of the present invention.
【図７】本発明の制御方法で制御される超音波アクチュ
エータの一例を示す斜視図。FIG. 7 is a perspective view showing an example of an ultrasonic actuator controlled by the control method of the present invention.
【図８】本発明の制御方法で制御される超音波アクチュ
エータを装備しているプリンタの要部概略斜視図。FIG. 8 is a schematic perspective view of a main part of a printer equipped with an ultrasonic actuator controlled by the control method of the present invention.
【図９】図６のシート送り装置において超音波アクチュ
エータによるシート送り動作を説明するための図。9A and 9B are views for explaining the sheet feeding operation by the ultrasonic actuator in the sheet feeding apparatus of FIG.
【図１０】従来の超音波アクチュエータの制御系の構成
を示した図。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a control system of a conventional ultrasonic actuator.
【図１１】超音波アクチュエータに対する駆動信号の周
波数と超音波アクチュエータの回転速度との相対関係を
示した図。FIG. 11 is a diagram showing the relative relationship between the frequency of the drive signal for the ultrasonic actuator and the rotation speed of the ultrasonic actuator.
【図１２】図１及び図１０に示されたカウンタ９の入力
クロック信号及び出力信号を示したタイムチャート。FIG. 12 is a time chart showing an input clock signal and an output signal of the counter 9 shown in FIGS. 1 and 10.
【図１３】図１０に示した従来の超音波アクチュエータ
の制御系においてＣＰＵ６内で行われる制御動作のフロ
ーチャート。13 is a flowchart of a control operation performed in the CPU 6 in the control system of the conventional ultrasonic actuator shown in FIG.
１…超音波モータ ２…カップリン
グ ３…エンコーダ ４…Ｆ／Ｖ変換
器 ５…Ａ／Ｄ変換器 ６…ＣＰＵ ７…Ｄ／Ａ変換器 ８…ＶＣＯ（電
圧制御発振器） ９…リングカウンタ １０a 〜１０d …スイッチングトランジスタ １１a 〜１１d …センタータップ式トランス １２…パルス周期計測回路 １３，１５…Ｄ
フリップフロップ １４…発振器 １６…１２ビッ
トカウンタ １７…１２ビットラッチ １８…弾性体 １８Ａ，１８Ｂ…超音波アクチュエータ １９，１９ａ，１９ｂ…圧電素子 ２０…シート ２１…エンコーダ ２２，２３…ロ
ーラ ２４…リニアスケール ２５…リニアガ
イド ２６…レール状固定子 ２７…リニアエ
ンコーダ ２８…キャリッジ ２９…印字ヘッ
ド1 ... Ultrasonic motor 2 ... Coupling 3 ... Encoder 4 ... F / V converter 5 ... A / D converter 6 ... CPU 7 ... D / A converter 8 ... VCO (voltage controlled oscillator) 9 ... Ring counter 10 a -10 d ... switching transistor 11 a -11 d ... center tap type transformer 12 ... pulse period measuring circuit 13, 15 ... D
Flip-flop 14 ... Oscillator 16 ... 12-bit counter 17 ... 12-bit latch 18 ... Elastic body 18A, 18B ... Ultrasonic actuator 19, 19a, 19b ... Piezoelectric element 20 ... Sheet 21 ... Encoder 22, 23 ... Roller 24 ... Linear scale 25 ... Linear guide 26 ... Rail-shaped stator 27 ... Linear encoder 28 ... Carriage 29 ... Print head
フロントページの続き (72)発明者 木村篤史 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 田中秀樹 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 岡村美隆 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 原田俊明 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内Front page continued (72) Inventor Atsushi Kimura 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Hideki Tanaka 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Mitaka Okamura 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Toshiaki Harada 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc.
Claims (1)
気−機械エネルギー変換素子と、を有して成り、該電気
−機械エネルギー変換素子に交流電圧を印加することに
より該弾性体の表面に振動を生じさせ、該弾性体の表面
に圧接されている物体と該弾性体との間に相対移動を生
じさせるように構成されている超音波アクチュエータの
ための駆動制御方法であって、 該弾性体と該物体との相対速度の逆数に比例した値を検
出し、該相対速度の逆数と該交流電圧の周波数との間の
相対関係に基ずいて該交流電圧の周波数を制御すること
により該超音波アクチュエータの速度制御を行なうこと
を特徴とする超音波アクチュエータの駆動制御方法。1. An elastic body, and an electro-mechanical energy conversion element fixed to the elastic body, comprising applying an alternating voltage to the electro-mechanical energy conversion element. A drive control method for an ultrasonic actuator, which is configured to generate vibration on a surface and to cause relative movement between an object pressed against the surface of the elastic body and the elastic body, Detecting a value proportional to the reciprocal of the relative speed between the elastic body and the object, and controlling the frequency of the AC voltage based on the relative relationship between the reciprocal of the relative speed and the frequency of the AC voltage. A drive control method for an ultrasonic actuator, characterized in that the speed of the ultrasonic actuator is controlled by means of the following.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP43A JPH06197565A (en) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | Controlling method for drive of ultrasonic actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP43A JPH06197565A (en) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | Controlling method for drive of ultrasonic actuator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06197565A true JPH06197565A (en) | 1994-07-15 |
Family
ID=18368547
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP43A Pending JPH06197565A (en) | 1992-12-24 | 1992-12-24 | Controlling method for drive of ultrasonic actuator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06197565A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008054448A (en) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Canon Inc | Vibration wave motor controller, vibration wave motor control method, program and storage medium |
| CN110289784A (en) * | 2019-07-09 | 2019-09-27 | 南京航大超控科技有限公司 | Monophasic pulses if method for controlling speed regulation based on double pwm powers driving topological structure |
-
1992
- 1992-12-24 JP JP43A patent/JPH06197565A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008054448A (en) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Canon Inc | Vibration wave motor controller, vibration wave motor control method, program and storage medium |
| CN110289784A (en) * | 2019-07-09 | 2019-09-27 | 南京航大超控科技有限公司 | Monophasic pulses if method for controlling speed regulation based on double pwm powers driving topological structure |
| CN110289784B (en) * | 2019-07-09 | 2022-03-08 | 南京航达超控科技有限公司 | Single-phase pulse speed regulation control method based on double-PWM power driving topological structure |
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