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技術 振動機の制御装置及び振動機の制御方法

出願人 株式会社タイテック
発明者 西常夫近藤和則横山章吾単戈
出願日 1997年8月8日 (21年11ヶ月経過) 出願番号 1997-247397
公開日 1999年3月9日 (20年4ヶ月経過) 公開番号 1999-065678
状態 特許登録済
技術分野 振動コンベヤ 機械的変量の制御(その他)
主要キーワード 全波制御 振動搬送装置 圧電加速度センサ デューティ変動 順変換装置 交流変換装置 振動条件 PWM波
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課題

振動機共振周波数で振動機を安定して駆動し続けることができる振動機の制御装置及び振動機の制御方法を提供する。

解決手段

マイクロコンピュータシステム3は、スタートパルス信号電力変換手段4を介して励振手段5へ出力して振動機6の共振周波数を振動センサ1で検出するとともに、該共振周波数で振動機6の振動を開始させるようにした振動機の制御装置において、マイクロコンピュータシステム3は、振動センサ1からの振動検出信号電圧レベル周波数位相及び電力変換手段4が励振手段5へ出力するアナログ信号の位相を検出できるように構成し、前記振動検出信号の電圧レベルまたは前記振動検出信号と前記アナログ信号との位相差が変動した際には、それらの変動を少なくする方向へ前記アナログ信号の電圧レベル、周波数を変化させることができるように構成する。

概要

背景

ボウルフィーダなどの振動を利用した部品供給装置(以後、振動機という呼称を用いることとする)は、部品供給の効率、低消費電力といった点から、該振動機の固有振動数で振動させ続けることが有利である。従来、振動機をその振動系の固有振動数で振動させる場合、その一つの方法として、次のような方式によるものが提案されていた(特開平8−48413号参照)。

停止している振動機を所定周波数、例えば50/60Hzの半波正弦波状もしくは三角波状パルス電流で叩く。つまり、短時間、励振手段へ電力を供給して振動機を振動させ、該振動機の固有振動数を振動センサ、例えば加速度センサで拾う(検出する)。振動機制御装置は、前記振動センサ(加速度センサ)からの振動検出信号を1/2に分周して、かつ、所定位相、具体的には、π/2ずらし(遅らせ)、該振動機にフィードバックさせる。

なお、この位相をπ/2遅らせるということは、振動工学上から定められることであり、振動センサからの信号を1/2に分周するということは、振動機を全波制御する場合において振動センサに加速度センサを用いた場合に必要なことであり、従来から当業者に知られ、かつ実施されているところである。つまるところ、この振動機の制御方法は、振動センサからの出力信号を所定位相だけずらして、振動機にフィードバックさせて、該振動機の駆動周波数を制御しようとするものであった。

概要

振動機の共振周波数で振動機を安定して駆動し続けることができる振動機の制御装置及び振動機の制御方法を提供する。

マイクロコンピュータシステム3は、スタートパルス信号電力変換手段4を介して励振手段5へ出力して振動機6の共振周波数を振動センサ1で検出するとともに、該共振周波数で振動機6の振動を開始させるようにした振動機の制御装置において、マイクロコンピュータシステム3は、振動センサ1からの振動検出信号の電圧レベル周波数、位相及び電力変換手段4が励振手段5へ出力するアナログ信号の位相を検出できるように構成し、前記振動検出信号の電圧レベルまたは前記振動検出信号と前記アナログ信号との位相差が変動した際には、それらの変動を少なくする方向へ前記アナログ信号の電圧レベル、周波数を変化させることができるように構成する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

振動センサ及び励振手段を有している振動機を駆動するための制御装置であって、前記振動センサからの振動検出信号をA/D変換するA/D変換手段、前記振動検出信号を前記A/D変換手段を介して取り込むマイクロコンピュータシステム、前記マイクロコンピュータシステムが出力するパルス信号に基づき、前記励振手段を駆動するアナログ信号を出力する電力変換手段を具備しており、前記マイクロコンピュータシステムは、スタートパルス信号を前記電力変換手段を介して前記励振手段へ出力して前記振動機を動かし、前記振動機の共振周波数を前記振動センサで検出するとともに、該共振周波数で前記振動機を振動させ続けるようにしたものにおいて、前記マイクロコンピュータシステムは、前記振動検出信号の電圧レベル周波数位相及び前記アナログ信号の位相を検出できるように構成されており、前記振動検出信号の電圧レベルまたは前記振動検出信号と前記アナログ信号の位相差が変動した際には、それらの変動を少なくする方向へ前記アナログ信号の電圧レベルまたは周波数を変化させることができるように構成されている振動機の制御装置。

請求項2

前記A/D変換手段は、コンパレータを構成要素として含み、前記電力変換手段は、PWMインバータを構成要素として含み、前記パルス信号は、PWM波を含むように前記マイクロコンピュータシステムを構成した請求項1の振動機の制御装置において、前記マイクロコンピュータシステムは、前記アナログ信号の位相が所定値である基準の時刻から前記アナログ信号の周期Tが経過するまでの間に、前記振動検出信号が前記コンパレータのスレッショルドレベルを切る時刻までの時間τと前記アナログ信号の周期Tとの比率τ/Tが一定値になるように、前記PWM波をPI制御することによって、前記アナログ信号の周波数を変化させることを特徴とする振動機の制御方法

技術分野

0001

本発明は、振動を利用して部品を供給する振動搬送装置、例えばボウルフィーダいわゆるパーツフィーダなどの振動機において、該振動搬送装置(振動系)の共振周波数固有振動数)の周波数振動数)によって、該振動搬送装置を制御・駆動する振動機の制御装置及び振動機の制御方法に関する。

背景技術

0002

ボウルフィーダなどの振動を利用した部品供給装置(以後、振動機という呼称を用いることとする)は、部品供給の効率、低消費電力といった点から、該振動機の固有振動数で振動させ続けることが有利である。従来、振動機をその振動系の固有振動数で振動させる場合、その一つの方法として、次のような方式によるものが提案されていた(特開平8−48413号参照)。

0003

停止している振動機を所定周波数、例えば50/60Hzの半波正弦波状もしくは三角波状パルス電流で叩く。つまり、短時間、励振手段へ電力を供給して振動機を振動させ、該振動機の固有振動数を振動センサ、例えば加速度センサで拾う(検出する)。振動機制御装置は、前記振動センサ(加速度センサ)からの振動検出信号を1/2に分周して、かつ、所定位相、具体的には、π/2ずらし(遅らせ)、該振動機にフィードバックさせる。

0004

なお、この位相をπ/2遅らせるということは、振動工学上から定められることであり、振動センサからの信号を1/2に分周するということは、振動機を全波制御する場合において振動センサに加速度センサを用いた場合に必要なことであり、従来から当業者に知られ、かつ実施されているところである。つまるところ、この振動機の制御方法は、振動センサからの出力信号を所定位相だけずらして、振動機にフィードバックさせて、該振動機の駆動周波数を制御しようとするものであった。

発明が解決しようとする課題

0005

上述した従来の振動機制御装置には、次のような問題点が有った。アクチュエータ(すなわち励振手段)に印加する電流の周波数は、振動センサからの信号に基づいて決定される。振動センサからの信号の周波数は、振動系(すなわち振動機構全体)が振動している周波数(振動系が振動している周波数のことを単に振動系の振動周波数と言うことにする)である。

0006

振動系の共振周波数は、パーツ送り出しとともに変化していくし、その他の条件の変動(例えば、ばね定数の変化)によっても変化する可能性が有る。従来の振動機制御装置における振動機の振動周波数の制御は、ハードウエア的に固定されており、微妙な調整を行うことができなかった。すなわち、振動センサによって検出される信号は、位相及びレベルの調整を行った上で、振動機の駆動信号として利用されていたが、振動周波数は、振動センサの検出信号で定められ、調整することはできなかった。つまり、振動センサによって検出された信号の周波数が実質的にそのまま(1/2に分周されるが)、振動機に出力されていたわけである。

0007

また、振動センサの信号は、1/2に分周され、π/2遅らせて、励振手段へ加えられていた。振動工学上、理論的には、共振時の振動系の駆動力と振動の位相のずれは、π/2であることが知られているが、実際には、各部(回路)の信号の応答遅れなどがあるので、振動系をその共振周波数で振動させる場合、制御装置(CPU)へ入力ししてくる振動センサの信号と電力変換手段へ出力する制御装置(CPU)の信号の位相差を丁度、π/2にすべきかどうかは、疑問があった。

0008

従って、従来の振動機の制御装置においては、振動機に大量のワークを一時に投入したときなど、振動機の共振周波数で振動機を振動させることができなくなり、一時的に搬送効率が劣ることになるという問題点があった。

課題を解決するための手段

0009

請求項1の発明は、振動センサが取り付けられている振動機を該振動機が具備している励振手段により振動させる制御装置において、上記した課題を解決したもので、次のようなものである。

0010

この振動機の制御装置は、従来の振動機の制御装置と同様、振動センサからの振動検出信号をA/D変換するA/D変換手段、前記振動検出信号を前記A/D変換手段を介して取り込むマイクロコンピュータシステム、前記マイクロコンピュータシステムが出力するパルス信号に基づき、前記励振手段を駆動するアナログ信号を出力する電力変換手段(電力増幅・制御手段)を具備している。また、前記マイクロコンピュータシステムは、スタートパルス信号を前記電力変換手段を介して前記励振手段へ出力して前記振動機を変位させて開放する、つまり動かす。次いで、前記マイクロコンピュータシステムは、前記振動機の共振周波数を前記振動センサによって検出するとともに、該共振周波数で前記振動機を振動させ続けるように、すなわち、前記振動センサで検出したその時点での振動機の共振周波数に等しい周波数の前記アナログ信号が前記励振手段へ出力されるように、前記パルス信号が前記電力変換手段へ出力されるように構成されている。

0011

このような構成の制御装置において、前記マイクロコンピュータシステムは、前記振動検出信号の電圧レベル、周波数、位相及び前記アナログ信号の位相を検出できるように構成されている。また、前記マイクロコンピュータシステムは、前記振動検出信号の電圧レベルまたは前記振動検出信号と前記アナログ信号の位相差の変動を打ち消すように前記パルス信号を制御し得るように構成されている。すなわち、前記マイクロコンピュータステムは、前記スタートパルス信号出力直後の振動検出信号と前記電力変換手段から前記励振手段へ出力されるアナログ信号との位相差が変動した際には、該電圧レベルの変動または該位相差の変動を少なくする方向へ該アナログ信号の電圧レベルまたは周波数を変化させることができるように構成されている。

0012

ここで、マイクロコンピュータシステムを構成するというのは、マイクロコンピュータ、実質的にはCPUが所望の動作を行い得るように、所定のプログラムをマイクロコンピュータシステムの構成部材であるメモリ(ROM)に格納しておくという意味である。

0013

請求項2の発明は、請求項1の振動機の制御装置において、前記A/D変換手段は、コンパレータを構成要素として含み、前記電力変換手段は、PWMインバータを構成要素として含み、前記マイクロコンピュータシステムは、PWM波発生手段を有している構成であり、よって前記パルス信号は、PWM波を含む場合の振動機の制御方法であって、次のような方法である。

0014

前記マイクロコンピュータシステムは、前記アナログ信号の位相が所定値である基準の時刻(t0)から前記励振手段駆動信号である前記アナログ信号の周期Tが経過するまでの間に、前記振動検出信号が前記コンパレータのスレッショルドレベルを切る(クロスする)時刻までの時間τと前記アナログ信号の周期Tとの比率τ/Tが一定値になるように、前記PWM波をPI制御する。つまり、前記PWM波のデューティ変動の周波数(周期)をPI制御によって変化させる。前記マイクロコンピュータシステムは、このPWM波、実質的にはPWM波のデューティ変動の周波数をPI制御することによって、結果的に、前記アナログ信号の周波数を制御するわけである。

0015

なお、前記PWM波発生手段は、前記電力変換手段に含めてもよいし、前記マイクロコンピュータシステムと前記電力変換手段の間に設けてもよいことは、もちろんである。また、前記PWM波は、マイクロコンピュータシステムがソフトウエア上で造り出してもよいかもしれない。

発明を実施するための最良の形態

0016

周知のように、電力変換手段には、交流−直流変換装置順変換装置)、交流−交流変換装置(交流電力調整装置周波数変換装置)、直流交流変換装置逆変換装置、いわゆるインバータ)及び直流−直流変換装置の4種類が有る。振動機の制御装置の電力変換手段として、どの種類の装置を用いるかは、当業者の設計上の選択事項である。励振手段は、交流で駆動されるのが普通であるから、交流−交流変換装置または直流−交流変換装置、すなわちインバータを使うことが一般的である。以下の説明は、振動機の制御装置の電力変換手段として、インバータを用いたものとして行う。

0017

先ず、請求項1の発明について説明する。マイクロコンピュータシステムは、スタートパルスを造り出せるように構成されている。つまり、そのような動作を行い得るプログラムを持っている。振動機が停止しているとき、マイクロコンピュータシステムは、スタートパルスを短時間、例えば電源電流の周期の約1/2の時間、電力変換手段へ出力し、電力変換手段は、マイクロコンピュータシステムからのスタートパルス信号に従い、励振手段を例えば電源周波数で駆動する。励振手段は、振動機を変位させ、その変位から開放することによって自由振動させる。

0018

振動機は、電源周波数でいわば叩かれて振動を開始するが、励振手段に電流が供給されなくなると、すぐに固有振動数で振動するようになり、もし、マイクロコンピュータシステムから信号が出力されてこないとすれば、やがて停止する。しかし、マイクロコンピュータシステムは、後述するように、所定周波数(つまり振動機の共振周波数)のアナログ信号を造り出させるパルス信号を電力変換手段へ出力し続けるので、振動機が停止することはない。

0019

一方、振動センサからの信号は、アナログ信号であり、A/D変換手段によりディジタル信号へ変換され、マイクロコンピュータシステムへ取り込まれる。マイクロコンピュータシステムは、A/D変換された振動センサからの信号に基づき、所定周期のパルス信号を電力変換手段へ出力する。なお、マイクロコンピュータシステムから電力変換手段へ出力されるパルス信号(デューティ変動の周波数が振動系の共振周波数であるパルス信号)は、2本乃至4本の信号線相補的に出力しても良いし、一般的には、効率の点から言って、それが望ましい。

0020

マイクロコンピュータシステムが電力変換手段へ出力するこのパルス信号(つまり電力変換手段駆動信号)は、振動センサからの信号の周波数の1/2の周波数のアナログ信号を電力変換手段において発生させるパルス信号であり、電力変換手段は、振動センサからの信号の周波数の1/2の周波数のアナログ信号を励振手段へ出力することになる。このとき、振動系は、スタートパルスで叩かれたときと振動の条件がほとんど変わっていないとみなせるから、その共振周波数で振動させられる。このとき、振動検出信号と該アナログ信号の位相差は、然るべき値θ、恐らくはπ/2になっている。

0021

つまり、振動検出信号の位相は、該アナログ信号の周波数に依存し、該アナログ信号が振動系の共振周波数であった場合は、前記した然るべき値θとなるわけである。マイクロコンピュータシステムは、このθの値を記憶しておき、このθを目標値として、パルス信号を制御することを通じて、前記励振手段への前記アナログ信号の周波数を制御する(PI制御でもよい)。

0022

このように、マイクロコンピュータシステムは、振動系がその共振周波数で振動しているときの励振手段駆動信号である該アナログ信号と振動検出信号(を1/2に分周した信号)の位相差θを記憶しておき、該θの値が変動したら、その変動を打ち消す方向へ該アナログ信号の周波数を電力変換手段へ出力するパルス信号の制御を介して変化させるように構成されている。

0023

また、マイクロコンピュータシステムは、振動センサからの信号(振動検出信号)の電圧レベルを監視(検出)することにより、励振手段へ出力される前記アナログ信号の周波数を調整することもできる。もちろん、電圧レベルを調整することもできる。前記スタートパルス信号が出力された直後に、マイクロコンピュータシステムが電力変換手段へパルス信号を出力して造り出された励振手段へ出力するアナログ信号は、振動センサが検出した信号の周波数の1/2の周波数の信号であり、マイクロコンピュータシステムは、前記アナログ信号の周波数(または電圧レベル)を前記振動検出信号の電圧レベルに応じて調整することができるように構成しておくことができる。

0024

すなわち、振動センサからの信号の電圧レベルが下がってくれば、該電圧レベルを上げる方向へ前記アナログ信号の周波数を調節するようにマイクロコンピュータシステムを構成しておくことができる。

0025

請求項2の振動機の制御方法は、前記パルス信号、ひいては電力変換手段が励振手段へ出力するアナログ信号の周波数を振動系の共振周波数に簡単に合わせ込む方法である。請求項2の振動機の制御方法は、上述してきたような構成を持つ請求項1の振動機の制御装置において、前記A/D変換手段にコンパレータを備えさせ、前記マイクロコンピュータシステムにPWM波発生手段(以後、PWM回路という)を備えさせ、前記電力変換手段にPWMインバータを備えさせたとき、マイクロコンピュータシステムが電力変換手段へ出力するPWM波の変調波の周波数、すなわちデューティ変動の周波数を制御するものである。

0026

振動センサからの信号がA/D変換手段のコンパレータのスレッショルドレベルを切る、すなわちクロス(交差)する時刻をマイクロコンピュータシステムは、計測することができる。今、振動系は、その共振周波数で振動しているとする。振動センサからの信号の電圧波形が前記スレッショルドレベルを低電圧側から高電圧側へ切っていく時刻をt1とする。前記t1の次に、振動センサからの信号の電圧波形が前記スレッショルドレベルを低電圧側から高電圧側へ切っていく時刻をt2とすれば、振動検出信号の周波数及び周期、ひいては振動機の振動している周波数及び周期が判る。振動検出信号の周期をS(=t2−t1)とする。当然、振動検出信号の周波数は、1/Sであり、振動機の共振周波数は1/2Sである。

0027

なお、説明の便宜上、振動検出信号がコンパレータのスレッショルドレベルを切る方向としては、低電圧側から高電圧側の立ち上がりを用いたが、立ち下がりを使ってもよいことはもちろんである。

0028

マイクロコンピュータシステムは、PWM回路を介して2×Sの周期(この周期をTとする)の変調波(変調信号)を持つPWM波を出力する。つまり、PWM波のデューティ変動の周期が2×S=TのPWM波を出力するわけである。

0029

このPWM波の変調波の位相が例えば0のときを基準時刻(t0)とし、それから時間Tが経過するまでに、振動検出信号は、コンパレータのスレッショルドレベルを下から上へもしくは上から下へ2度交差することができる。なぜなら、T=2Sだからである。今、前述した時刻t1及びt2が0〜Tの間にあるものとすれば、0から時刻t2までの時間をτとして、振動系が共振しているときのτ/T、すなわち初期のτ/Tの値を制御の目標値として、マイクロコンピュータは、パルス信号、すなわちPWM波の変調波の周波数を制御することにより、励振手段へ出力するアナログ信号の周波数をPI制御することができる。

0030

何らかの事情で、τ/Tが記憶している初期の値からずれた場合は、マイクロコンピュータシステムは、そのずれを元に戻すようにPWM波の変調波の周波数を制御する。

0031

振動系を共振周波数で振動させるとき、振動力と振動との位相差は、π/2にしなければならないことが知られている。ところが、振動機の制御装置が振動系の振動の位相についての情報を入手し、かつ認識できるのは、入力してくる振動検出信号と電力変換手段へ出力するパルス信号とからである。制御装置が振動検出信号と電力変換手段へ出力するパルス信号(厳密には、前記した変調信号)との位相差を仮に正確にπ/2になるよう制御できたとしても、振動系の振動力と振動との位相差がそれに呼応して正確にπ/2になっているかどうかは、本当のところ、制御装置には分からない。

0032

本発明は、振動系が共振周波数で振動しているとき、この振動系の振動を制御しているマイクロコンピュータシステムに入力してくる振動検出信号とマイクロコンピュータシステムが電力変換手段へ出力するパルス信号(ひいては励振手段へ出力するアナログ信号)との位相差を表すデータをコンパレータのスレッショルドレベルを利用して、τ/Tという形で検出する。

0033

振動系が共振しているときの振動検出信号とPWM波の変調信号との位相差を表現するデータ、τ/Tが判明しているので、このτ/Tを目標値として、PWM波である該パルス信号の変調信号の周波数をPI制御することによって、振動力と振動との位相差をπ/2にするということを直接考慮することなく、結果的に、振動系を共振状態に保つことができる。すなわち、請求項2の振動機の制御方法によれば、前記アナログ信号の周波数を制御するだけでよく、位相の制御は、行う必要がない。

0034

図1は請求項1の発明の一実施例を示すブロック図、図2は請求項2の発明の一実施例を説明するためのブロック図、図3はパルス信号及びPWM波の搬送波波形を示す模式図、図4は振動検出信号と励振手段駆動信号の波形を示す模式図である。これらの図面を参照して本発明の実施例を説明する。

0035

振動機6は、従来から一般に使われている搬送装置(例えばボウルフィーダ)である。振動機6は、励振手段5及び振動センサ1を有している。励振手段5には、例えば電磁石などを使用することができる。振動センサ1には、例えば、圧電加速度センサなどを使用することができる。ワーク(部品)を入れた状態の振動機6、励振手段5及び振動センサ1で一つの振動系を為している。本発明は、この振動系をその共振周波数で振動を開始させ、共振周波数で振動させ続けようとするものである。

0036

本発明を構成するには、マイクロコンピュータシステム3は、従来から一般に使用されている通常の構成のもので充分である。従って、図示していないが、クロック回路リセット回路入出力ポート電源回路等のマイクロコンピュータシステムを構成する各種の回路ないし素子は、当然備えている。本発明を構成するためにはA/D変換手段が必要である。図1では、マイクロンコンピュータシステム3の外部にA/D変換手段2aを設けた構成を示している。もちろん、マイクロコンピュータシステム3がA/D変換手段2aを内蔵しているものでもよい。

0037

電力変換手段4は、マイクロコンピュータシステム3(CPU7)のパルス信号に基づき、電源電流をスイッチングする電源回路であり、スイッチング素子としてサイリスタFETまたはパワートランジスタなどのパワー素子を用いた電力増幅回路である。すなわち、振動機の制御装置において従来から使用されている回路である。

0038

CPU7は、スタートパルスを短時間、電力変換手段4を介して停止している振動機6(実質的には励振手段5)へ出力する。励振手段5は、振動機6を電源周波数の振動数で叩く(引っ張る)。つまり振動機6を動かす(変位させる)。励振手段5に電流が供給されなくなると、振動機は、自由振動、すなわち共振周波数で振動する。振動機6のこの振動は、振動センサ1で検出され、A/D変換手段2aを介してCPU7へ取り込まれる。

0039

振動機6は、CPU7からのスタートパルスが電力変換手段4を経て励振手段5へ出力されたアナログ信号で、いわば引っ張られる。引っ張られた振動機6は、スタートパルスが出力されなくなると、すぐにその共振周波数で振動するようになる。従って、CPU7は、振動系の共振周波数を認識するとともに記憶し、該共振周波数のパルス信号(厳密にはデューティ変動の周波数が該共振周波数であるパルス信号)を電力変換手段4へ出力する。また、CPU7は、振動検出信号と電力変換手段4が出力するアナログ信号との位相差θも認識し、記憶する。マイクロコンピュータシステム3は、このθを一定に保つように制御することができる。すなわち、振動機6もしくは振動系をその共振周波数で振動させ続けることができる。

0040

CPU7は、振動センサ1からの振動検出信号の電圧レベルを検出することも簡単にできる。CPU7は、その検出した電圧レベルを参照して、電力変換手段4へ出力するパルス信号の周波数を調整することもできる。例えば、電圧レベルが低下したら、電圧レベルが上昇する方向へパルス信号(つまりはアナログ信号)の周波数及を増加もしくは減少させる。

0041

このように、図1の構成によれば、CPU7は、A/D変換手段2aを介して取り込んだ振動検出信号と励振手段5へ出力するアナログ信号の位相差θを初期の一定値に保つように、該パルス信号を制御できる。

0042

図2は、図1の構成において、A/D変換手段2aにコンパレータ2を、CPU7にPWM回路9を、電力変換手段4にPWMインバータ4aを設けたものである。もちろん、コンパレータ2は、A/D変換手段2aとは独立させて設けても良い。なお、PWMインバータ4aへは、マイクロコンピュータシステム3の一構成要素であるPWM回路9からPWM波が出力されるのであるが、記述が煩雑になるので、CPU7からPWM波が出力されるものとして、以下の説明を行う。

0043

請求項2の発明において、CPU7がPWMインバータ4aへ出力するPWM波の周波数の制御は、次のように行う。CPU7のPWMインバータ4aへの出力は、実際には信号線Aと信号線Bに図3の波形イaと波形イbのようなPWM信号がそれぞれ出力されている。なお、図2に示していないが、別の二つの信号線でスイッチング素子(例えばFET)のゲートの開け閉めが相補的に行われることは、もちろんであり、従来からの技術常識の通りである。

0044

なお、信号線Aは、一対のFET(図示せず)のうちの一方のゲート端子へ、信号線Bは、もう一対のFET(図示せず)のうちの一方のゲート端子へ配線されている。

0045

実際には、信号線Aと信号線Bには、常時PWM波が出力されているのであるが、励振手段5からPWMインバータ4aをみれば、極性の異なるアナログ信号が交互に出力されてくるように見える。従って、図3において、波形イa及び波形イbを一組の信号として考えると、信号線Aおよび信号線Bに交互にPWM波が出力されるとみなして、図3の波形イcを得ることができる。CPU7のPWMインバータ4aへの出力は、実際には波形イa及び波形イbであるが、図3の周期Tの波形イcが出力されるとみなすことにする。

0046

よって、CPU7からPWMインバータ4aへ出力されるPWM波は、波形イcであり、その変調信号は、破線で示している波形ロaである。CPU7は、この波形イの周波数を図4で示すτとTとを基にPI制御する。波形イの周期がTであり、波形イが所定の位相にある基準時刻t0から、波形ハaで示される振動検出信号がコンパレータ2のスレッショルドレベルを下(低電圧側)から上(高電圧側)へ切る時刻(t2)までの時間がτである。図4では、前記基準時刻t0は、励振手段5へのアナログ信号(波形ロ)のゼロクロスで取っている。

0047

また、時刻t0から時間Tが経過するまでの時間に、振動検出信号(図4の波形ハ及び波形ハa)は、コンパレータ2のスレッショルドレベルを下から上へ2度交差していくが、2度目に交差する時刻t2までの時間をτとするほうが好ましい。t0からt1までをτとすることもできるが、t0とt1が接近してτが0に近づく恐れもあるので、t0からt2までの時間をτとするほうが優れている。

0048

詰まるところ、CPU7は、図4で示す波形ロの周波数を波形ハのデータを参照しながら制御することになる。すなわち、振動系が共振しているときの初期のτ/Tを記憶しておき、そのτ/Tを目標値として、図4の波形ロ、実質的には図3の波形イcのデューティ変動の周波数をPI制御する。結果的には、CPU7は、振動検出信号である波形ハと電力変換手段4(PWMインバータ4a)が励振手段5へ出力するアナログ信号である波形ハの位相差を制御することと同等の制御をすることができることは、明らかである。

0049

すなわち、励振手段5へその時の振動系の共振周波数のアナログ信号が出力されてくると、振動センサ1は、前記アナログ信号に対して所定の位相関係で振動検出信号を返すようになるので、τ/Tは、結果的に初期の記憶している値と一致するように制御される。

0050

このように、マイクロコンピュータシステム3は、τ/T(=Pとおく)を記録しておき、CPU7は、このPを一定に保つように、図3の波形イcのデューティ変動の周期(周波数)を制御する。CPU7が波形イcのデューティ変動の周期を長くしたり短くしたりすることは、容易である。

0051

このτ/T=Pさえ、所定割合に保てば、振動系の振動条件の変動如何に係わらず、振動系は、共振周波数で振動し続けることができる。なお、Pを一定値に保つ制御則としては、従来からのPI制御またはPID制御を使用すれば十分である。

発明の効果

0052

本発明に係わる振動機の制御装置及び振動機の制御方法は、以上説明したような構成及び方法なので、以下に記載される効果を有する。制御装置は、振動機6の振動周波数(振動数)を振動センサ1で検出するが、固定されたハードウエアを使って、そのままの(もしくは1/2に分周して)周波数の信号を振動機6へ出力するのではない。本発明に係わる制御装置は、一旦、マイクロコンピュータシステム3内に振動検出信号の周波数及び位相を記録(記憶)し、所定の手順に従い算出した周波数の信号として、振動機6へ出力する。従って、振動系の条件が如何に変動しようとも、該所定の手順に応じた正確さと安定さで、振動機をその共振周波数で振動させ続けることができる。

0053

本発明に係わる請求項2の振動機の制御方法によれば、マイクロコンピュータシステム3(CPU7)は、振動系の現在の、つまり時時刻々の共振周波数そのものを演算する必要は、全くない。CPU7は、電力変換手段4へ出力するパルス信号の立ち上がりの時刻を基準として、振動センサ1からの振動検出信号がコンパレータ2aの所定のスレッショルドレベルを切る時刻までの時間τをCPU7が電力変換手段4へ出力するPWM波の変調信号の周期Tと比較してτ/Tを一定値に保つようにPI制御を行う。

0054

従って、τ/Tを一定値に保つように、電力変換手段4(PWMインバータ4a)へのPWM波の変調信号の周波数を制御しさえすればよく、振動系の共振周波数を演算すること及び振動機6の振動とその駆動信号との位相差を従来のようにπ/2に保つことを振動機の制御において特に考慮する必要がない。

0055

何らかの事情で、振動系の共振周波数が大幅に変動し、振動センサ1からの信号が、振動系の共振周波数と一致しなくなったとしても、記録されている前記Pを一定値に保つ方向へ、電力変換手段4(PWMインバータ4a)へ出力するPWM波の変調信号の周波数を調節することによって、速やかに振動系をその時点での共振周波数で振動させることができるようになる。このように、本発明は、振動機をその共振周波数で振動させ続けることができる簡単で確実な制御方法を提供することが可能である。

図面の簡単な説明

0056

図1請求項1の発明の一実施例を示すブロック図
図2請求項2の発明の一実施例を説明するためのブロック図
図3パルス信号及びPWM波の搬送波の波形を示す模式図
図4振動検出信号と励振手段駆動信号の波形を示す模式図

--

0057

1振動センサ
2コンパレータ
2a A/D変換手段
3マイクロコンピュータシステム
4電力変換手段
4aPWMインバータ
5励振手段(アクチュエータ)
6振動機
7 CPU
8メモリ
9PWM回路
A信号線
B 信号線
イa 信号線AへのPWM波
イb 信号線BへのPWM波
イc CPUが電力増幅手段へ出力するPWM波
ロ 電力変換手段が励振手段へ出力するアナログ信号
ロa PWM波の変調波
ハ、ハa振動検出信号
ハbコンパレータ出力
S 振動検出信号の周期
T 電力変換手段駆動(励振手段駆動)信号の周期
τ電力変換手段駆動信号の所定位相の基準時刻から時間Tが経過するまでの間に、振動検出信号がコンパレータのスレッショルドレベルを下から上へ2度目に切っていくまでの時間

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