JP2006187099A - Controller for vibration type actuator and apparatus equipped with same - Google Patents
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Abstract
Description
振動を励起する振動体と、該振動体に接触する接触体とを相対的に駆動する振動型アクチュエータの制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for a vibration actuator that relatively drives a vibrating body that excites vibration and a contact body that contacts the vibrating body.
従来の振動型モータの制御装置においては、振動体の共振周波数よりも高い所定の周波数を持つ周波信号を電気−機械エネルギ変換素子に印加することによって、振動型モータの駆動を開始させている。そして、所定の周波数から徐々に周波数を下げていくことによって、振動型モータの駆動速度を増加させている(例えば、特許文献1参照)。 In a conventional vibration type motor control device, driving of the vibration type motor is started by applying a frequency signal having a predetermined frequency higher than the resonance frequency of the vibrating body to the electro-mechanical energy conversion element. Then, the driving speed of the vibration type motor is increased by gradually decreasing the frequency from a predetermined frequency (see, for example, Patent Document 1).
ここで、周波数を変化させていく速度は、所望の時刻に目標駆動速度が得られるように、予め一義的に設定されている。すなわち、予め設定されたパターンに基づいて周波数を変化させている。
上述した振動型モータの制御装置において、振動型モータに対して外部からの負荷が加わっている場合であって、予め設定されたパターンで周波数を変化させた場合には、以下に説明する不具合が生じるおそれがある。 In the above-described vibration type motor control device, when an external load is applied to the vibration type motor, and the frequency is changed in a preset pattern, the following problems will occur. May occur.
すなわち、振動型モータの駆動速度が目標速度に到達する前に、振動型モータに入力される周波信号の周波数が、振動型モータの駆動制御に用いられる周波数範囲の下限値に到達してしまう。この場合には、いわゆる制御脱調を生じ、振動型モータの駆動が停止してしまう。 That is, before the drive speed of the vibration type motor reaches the target speed, the frequency of the frequency signal input to the vibration type motor reaches the lower limit value of the frequency range used for drive control of the vibration type motor. In this case, so-called control step-out occurs, and the drive of the vibration type motor stops.
本発明は、電気−機械エネルギ変換素子への周波信号の印加によって振動が励起される振動体と、該振動体に接触する接触体とを相対的に駆動する振動型アクチュエータの制御装置であって、前記振動型アクチュエータの駆動速度を検出する検出手段と、前記振動型アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを有する。前記制御手段は、前記検出手段によって検出された駆動速度が目標速度に到達していない場合には、所定の周波数よりも高周波側の領域において、前記検出された駆動速度が前記目標速度に到達するように前記周波信号の周波数を変化させる。 The present invention is a control device for a vibration type actuator that relatively drives a vibrating body whose vibration is excited by application of a frequency signal to an electro-mechanical energy conversion element and a contact body that contacts the vibrating body. , Detecting means for detecting the driving speed of the vibration type actuator, and control means for controlling the driving of the vibration type actuator. When the drive speed detected by the detection means has not reached the target speed, the control means has the detected drive speed reach the target speed in a region on a higher frequency side than a predetermined frequency. Thus, the frequency of the frequency signal is changed.
本発明によれば、振動型アクチュエータの駆動を停止させることなく、該振動型アクチュエータの駆動速度を目標速度に到達させることができる。 According to the present invention, the driving speed of the vibration actuator can be reached to the target speed without stopping the driving of the vibration actuator.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
図1は、本発明の実施例1である振動型モータの制御装置の概略構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a vibration type motor control apparatus that is Embodiment 1 of the present invention.
振動型モータ1は、回転軸2を有しており、回転軸2の一端側にはロータリーエンコーダ3が取り付けられている。振動型モータ1は、図2に示すように、電気−機械エネルギ変換素子としての圧電素子11および弾性部材12を有する振動体と、弾性部材に接触する接触体13とを有している。接触体13は、付勢部材14(例えば、皿バネやコイルバネ)の付勢力を受けて弾性部材12に圧接している。
The vibration motor 1 has a rotating
上述した振動型モータ1の構成において、圧電素子11に対して互いに位相の異なる周波信号(周期的に変化する信号、交番信号等)を印加すると、弾性部材12には進行性の振動波(進行波)が生じ、弾性部材12および接触体13間の摩擦によって接触体13が回転する。接触体13とともに回転軸2も回転し、この回転力が動力伝達機構(不図示)を介して被駆動部材7に伝達される。
In the configuration of the vibration type motor 1 described above, when a frequency signal (periodically changing signal, alternating signal, etc.) having different phases is applied to the
ここで、圧電素子だけで振動体を構成することもできるし、接触体に対して振動体を回転させることもできる。また、振動型モータ1としては、棒状タイプや環状タイプといったいかなるタイプのものでも使用できる。 Here, the vibrating body can be constituted by only the piezoelectric element, or the vibrating body can be rotated with respect to the contact body. The vibration type motor 1 can be of any type such as a rod type or an annular type.
さらに、被駆動部材7としては、例えば、搭載されたTVカメラ等を旋回させる電動雲台装置の駆動部、半導体製造装置において直線動作を行わせる電動ステージ、撮影光学系内の撮影レンズを光軸方向に移動させる駆動部、画像形成装置における感光ドラムがある。 Further, as the driven member 7, for example, a driving unit of an electric pan head device for turning a mounted TV camera or the like, an electric stage for performing a linear operation in a semiconductor manufacturing apparatus, a photographing lens in a photographing optical system, and There is a drive unit that moves in the direction and a photosensitive drum in the image forming apparatus.
駆動コントロール回路(制御手段)6は、駆動電圧発生回路4に対して、圧電素子11に印加される周波信号の周波数に関する指令信号を出力する。駆動電圧発生回路4は、駆動コントロール回路6からの指令信号を受けて、該指令信号に応じた周波数を持つ周波信号を圧電素子11に印加する。
The drive control circuit (control means) 6 outputs a command signal related to the frequency of the frequency signal applied to the
ロータリーエンコーダ3は、振動型モータ1(回転軸2)の回転に応じてパルス信号を出力する。パルス計数回路5は、ロータリーエンコーダ3から出力されたパルス信号をカウントし、該カウント値を駆動コントロール回路6に出力する。これにより、駆動コントロール回路6は、振動型モータ1の回転速度を検出することができる。
The rotary encoder 3 outputs a pulse signal according to the rotation of the vibration type motor 1 (rotating shaft 2). The
振動型モータ1の回転速度と、周波信号の周波数との関係を図8に示す。駆動コントロール回路6は、所定の回転速度が得られるように周波信号の周波数を加減する制御を行う。
FIG. 8 shows the relationship between the rotational speed of the vibration type motor 1 and the frequency of the frequency signal. The
図3は、振動型モータ1の回転速度と時間との関係を示す図である。また、図4は、圧電素子11に印加される周波信号の周波数と、時間との関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the rotational speed of the vibration type motor 1 and time. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the frequency of the frequency signal applied to the
ここで、振動型モータ1に対しては、想定していた以上の負荷が外部から加わる場合がある。すなわち、振動型モータ1の回転(回転速度)が、外部からの負荷によって抑制される場合がある。 Here, the vibration type motor 1 may be subjected to a load more than expected from the outside. That is, the rotation (rotation speed) of the vibration type motor 1 may be suppressed by an external load.
この場合には、目標速度に対応した周波数を持つ周波信号を圧電素子11に印加しても、振動型モータ1の回転速度が目標速度に到達しない。すなわち、図3の点線で示す目標速度に対応した周波数(図4)を印加しても、実際の回転速度は図3の実線で示すようになってしまうことがある。
In this case, even if a frequency signal having a frequency corresponding to the target speed is applied to the
このように実際の回転速度が目標速度に追従しない状態において、図4に示す所定のパターンで周波数を変化(低下)させていくと、タイミングtsで周波数が制御周波数の下限値に到達してしまう。 When the frequency is changed (decreased) in the predetermined pattern shown in FIG. 4 in a state where the actual rotational speed does not follow the target speed as described above, the frequency reaches the lower limit value of the control frequency at timing ts. .
ここで、制御周波数の下限値とは、振動型モータ1の駆動制御を行う場合において用いられる周波数範囲の下限値である。具体的には、上記下限値として、図8に示すように、振動体の共振周波数(回転速度がピーク値となる周波数)の近傍であって、共振周波数よりも高周波数側の値とすることができる。 Here, the lower limit value of the control frequency is the lower limit value of the frequency range used when drive control of the vibration type motor 1 is performed. Specifically, as the above lower limit value, as shown in FIG. 8, a value near the resonance frequency of the vibrating body (frequency at which the rotation speed becomes a peak value) and higher than the resonance frequency is set. Can do.
図8に示すように、圧電素子11に印加する周波信号の周波数を、振動型モータ1の駆動開始時の周波数f1よりも低くしていくと、回転速度が増加するが、振動体の共振周波数よりも低周波側の領域では、回転速度が極端に低下してしまう。振動型モータは、一般的に図8に示す特性を有する。
As shown in FIG. 8, when the frequency of the frequency signal applied to the
このため、振動型モータ1の駆動制御を行う場合には、周波数の下限値を設定しておき、この下限値を下回った場合には制御脱調と判断して振動型モータ1の駆動を停止させるようになっている。 For this reason, when drive control of the vibration type motor 1 is performed, a lower limit value of the frequency is set. When the lower limit value is not reached, it is determined that the control is out of step and the drive of the vibration type motor 1 is stopped. It is supposed to let you.
したがって、図4に示すように、圧電素子11に印加される周波信号の周波数がタイミングtsで下限値に到達した場合には、図3に示すように振動型モータ1の駆動が停止され、回転速度がゼロとなる。すなわち、振動型モータ1の回転速度が最終的な目標速度v1に到達する前に、振動型モータ1の駆動が停止してしまう。
Therefore, as shown in FIG. 4, when the frequency of the frequency signal applied to the
本実施例では、振動型モータ1の回転速度が目標速度v1に到達する前に振動型モータ1の駆動が停止するのを抑制し、振動型モータ1の安定した起動を行うことができるものである。 In the present embodiment, it is possible to suppress the drive of the vibration type motor 1 from stopping before the rotational speed of the vibration type motor 1 reaches the target speed v1, and to stably start the vibration type motor 1. is there.
以下、本実施例における制御動作について、図7に示すフローチャートを用いながら具体的に説明する。この制御動作は、駆動コントロール回路6によって行われる。
Hereinafter, the control operation in the present embodiment will be specifically described with reference to the flowchart shown in FIG. This control operation is performed by the
図7のステップS1では、駆動電圧発生回路4を介して周波数f1の周波信号を振動型モータ1の圧電素子11に印加することによって、振動型モータ1の駆動を開始させる。ステップS2では、図4に示す第1のパターンで周波数を変化させる。すなわち、周波数f1から下限値側に向かって徐々に周波数を低下させる。
In step S <b> 1 of FIG. 7, the drive of the vibration type motor 1 is started by applying a frequency signal having a frequency f <b> 1 to the
ステップS3では、パルス計数回路5の出力に基づいて、振動型モータ1の回転速度を検出する。ここで、回転速度を検出する動作は、所定の周期毎に行うこともできるし、パルス計数回路5の出力に基づいて常に行うこともできる。
In step S <b> 3, the rotational speed of the vibration type motor 1 is detected based on the output of the
ステップS4では、検出された回転速度が目標速度に到達しているか否か、すなわち、実際の回転速度が目標速度に追従しているか否かを判別する。 In step S4, it is determined whether or not the detected rotational speed has reached the target speed, that is, whether or not the actual rotational speed follows the target speed.
ここで、検出された回転速度が目標速度に到達している場合には、ステップS2に戻り、第1のパターンに基づいて周波数を変化させる。一方、目標速度に到達していない場合には、ステップS5に進む。 Here, when the detected rotational speed has reached the target speed, the process returns to step S2, and the frequency is changed based on the first pattern. On the other hand, if the target speed has not been reached, the process proceeds to step S5.
ステップS5では、振動型モータ1の圧電素子11に対して周波数f1の周波信号を印加するとともに、図6に示す第2のパターンで周波数を変化させる。ここで、第2のパターンにおける周波数の変化率(単位時間当たりの周波数の変化量)は、第1のパターンにおける周波数の変化率よりも小さくなっている。すなわち、図6に示す第2のパターンの傾きは、図4に示す第1のパターンの傾きよりも緩やかになっている。
In step S5, a frequency signal having a frequency f1 is applied to the
このように第1のパターンから第2のパターンに変更することで、図5および図6に示すように、圧電素子11に印加される周波信号の周波数が下限値に到達することなく、実際の回転速度を最終的な目標速度v1まで到達させることができる。振動型モータ1の回転速度が目標速度v1に到達した後は、所望の回転速度に応じて周波数を変化させることになる。
By changing from the first pattern to the second pattern in this way, the frequency of the frequency signal applied to the
上述したように振動型モータ1の実際の回転速度が目標速度に到達していない場合には、周波数を変化させるパターンを変更することによって、実際の回転速度が最終的な目標速度v1に到達する前に、周波数が下限値に到達してしまうのを抑制することができる。これにより、上述したように振動型モータ1の駆動が停止してしまう制御脱調を抑制でき、振動型モータ1の安定した起動を行うことができる。 As described above, when the actual rotation speed of the vibration type motor 1 does not reach the target speed, the actual rotation speed reaches the final target speed v1 by changing the pattern for changing the frequency. It is possible to suppress the frequency from reaching the lower limit before. Thereby, the control step-out that stops the driving of the vibration type motor 1 as described above can be suppressed, and the vibration type motor 1 can be stably started.
本実施例では、実際の回転速度が目標速度に到達していない場合には、圧電素子11に印加する周波信号の周波数を駆動開始時の周波数f1に戻した後に、第2のパターンで周波数を変化させている。しかし、実際の回転速度が目標速度に到達していないことを判別したときの周波数から、第2のパターンに基づいて周波数を変化させてもよい。
In this embodiment, when the actual rotational speed does not reach the target speed, the frequency of the frequency signal applied to the
また、第2のパターンに基づいて周波数を変化させた場合であって、実際の回転速度が目標速度に到達していない場合には、さらに、周波数を変化させるパターンを変更してもよい。具体的には、第2のパターンよりも周波数の変化率が小さい第3のパターンに基づいて周波数を変化させることができる。 Further, when the frequency is changed based on the second pattern and the actual rotational speed does not reach the target speed, the pattern for changing the frequency may be further changed. Specifically, the frequency can be changed based on a third pattern having a frequency change rate smaller than that of the second pattern.
さらに、周波数の変化率が異なる複数のパターンを用意しておき、実際の回転速度が目標速度に到達していないことを判別するたびに、周波数の変化率が大きい側のパターンから該変化率の小さい側のパターンに徐々に切り換えるようにしてもよい。 Furthermore, each time a plurality of patterns having different frequency change rates are prepared and it is determined that the actual rotational speed has not reached the target speed, the pattern of the change rate is changed from the pattern having the higher frequency change rate. You may make it switch to the pattern of a small side gradually.
また、上述した説明では、実際の回転速度が目標速度に到達するまでの間、周波数の変化率を変更しながら周波数を低下させているが、所定時間の間、周波数を一定に保つようにすることもできる。例えば、第1のパターン(図4)に基づいて周波数を変化させている状態において、実際の回転速度が目標速度に到達していないと判別した場合には、所定時間の間、周波数を一定とした後、第2のパターン(図6)に基づいて周波数を変化させることもできる。 In the above description, the frequency is lowered while changing the frequency change rate until the actual rotational speed reaches the target speed, but the frequency is kept constant for a predetermined time. You can also. For example, in the state where the frequency is changed based on the first pattern (FIG. 4), when it is determined that the actual rotational speed has not reached the target speed, the frequency is kept constant for a predetermined time. Then, the frequency can be changed based on the second pattern (FIG. 6).
1:振動型モータ
3:ロータリーエンコーダ
5:パルス計数回路
6:駆動コントロール回路
1: Vibration type motor 3: Rotary encoder 5: Pulse counting circuit 6: Drive control circuit
Claims (4)
前記振動型アクチュエータの駆動速度を検出する検出手段と、
前記振動型アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記検出手段によって検出された駆動速度が目標速度に到達していない場合には、所定の周波数よりも高周波側の領域において、前記検出された駆動速度が前記目標速度に到達するように前記周波信号の周波数を変化させることを特徴とする振動型アクチュエータの制御装置。 A control device for a vibration type actuator that relatively drives a vibration body whose vibration is excited by application of a frequency signal to an electromechanical energy conversion element and a contact body that contacts the vibration body,
Detecting means for detecting a driving speed of the vibration type actuator;
Control means for controlling the drive of the vibration type actuator,
When the drive speed detected by the detection means has not reached the target speed, the control means has the detected drive speed reach the target speed in a region on a higher frequency side than a predetermined frequency. As described above, the vibration actuator control apparatus is characterized by changing the frequency of the frequency signal.
前記振動型アクチュエータの駆動速度を検出する第1のステップと、
第1のパターンで前記周波信号の周波数を変化させる第2のステップと、
前記第1のパターンで前記周波数を変化させている場合であって、前記第1のステップで検出された駆動速度が前記目標速度に到達していない場合に、前記第1のパターンよりも前記周波数の変化率が小さい第2のパターンで前記周波数を変化させる第3のステップとを有することを特徴とする振動型アクチュエータの制御方法。
A control method of a vibration type actuator that relatively drives a vibration body whose vibration is excited by application of a frequency signal to an electromechanical energy conversion element and a contact body that contacts the vibration body,
A first step of detecting a driving speed of the vibration actuator;
A second step of changing the frequency of the frequency signal in a first pattern;
When the frequency is changed in the first pattern, and the driving speed detected in the first step does not reach the target speed, the frequency is higher than that in the first pattern. And a third step of changing the frequency with a second pattern having a small change rate.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015070623A (en) * | 2013-09-26 | 2015-04-13 | キヤノン株式会社 | Drive controller of vibration type actuator and control method for the same, and imaging device and control method for the same |
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2004
- 2004-12-27 JP JP2004377075A patent/JP2006187099A/en active Pending
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