(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動機器の振動速度を検出する振動速度検出手段と、該振動速度検出手段の出力を正帰還信号としてフィードバックし、前記振動速度検出手段の前記出力を可変ゲインＫ0 で増幅するコントローラと、該コントローラからの出力を電力増幅する電力増幅器と、該電力増幅器の出力を受け前記振動機器を加振する振動駆動源と、前記振動速度検出手段の出力信号から前記振動機器の振幅を検出する振幅検出手段と、前記可変ゲインＫ0を 定める関数Ｋを、前記振幅検出手段から検出された振幅と振幅指令値との振幅偏差Δｒに応じて出力する振幅コントローラとを備え、前記振幅検出手段から検出された前記振幅が前記振幅指令値との間に偏差を有するときに自励振動を成長させるか又は減衰させるかした自励振動型振動装置において、前記関数Ｋを表わす式：は
Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcrであって、係数、Ｋ1 、Ｋ2N+1、Ｋsの少なくとも１つが、前記振幅指令値の大きさに応じて変わる変数であり、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲインであることを特徴とする自励振動型振動装置。
【請求項２】
振動機器の振動変位を検出する振動変位検出手段と、該振動変位検出手段からの出力を負帰還信号としてフィードバックし、前記振動変位検出手段の前記出力を可変ゲインＫ0 で増幅し、積分要素又は一次遅れ要素で位相遅れ制御するコントローラと、該コントローラからの出力を電力増幅する電力増幅器と、該電力増幅器の出力を受け前記振動機器を加振する振動駆動源と、前記振動変位検出手段の出力信号から前記振動機器の振幅を検出する振幅検出手段と、前記可変ゲインＫ0 を定める関数Ｋを、該振幅検出手段から検出された振幅と振幅指令値との振幅偏差Δｒに応じて出力する振幅コントローラとを備え、前記振幅検出手段から検出された前記振幅が前記振幅指令値との間に偏差を有するときに自励振動を成長させるか又は減衰させるかした自励振動型振動装置において前記関数Ｋを表わす式：は
Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcrであって、係数、Ｋ1 、Ｋ2N+1、Ｋsの少なくとも１つが、前記振幅指令値の大きさに応じて変わる変数であり、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲインで、であることを特徴とする自励振動型振動装置。
【請求項３】
振動機器の振動変位を検出する振動変位検出手段と、該振動変位検出手段からの出力を負帰還信号としてフィードバックし、前記振動変位検出手段の前記出力を可変ゲインＫ0 で増幅するコントローラと、該コントローラからの出力を電力増幅する電力増幅器と、該電力増幅器の出力を受け前記振動機器を加振するための磁気吸引力を発生する電磁石と、前記振動変位検出手段の出力信号から前記振動機器の振幅を検出する振幅検出手段と、前記可変ゲインＫ0 を定める関数Ｋを、該振幅検出手段から検出された振幅と振幅指令値との振幅偏差Δｒに応じて出力する振幅コントローラとを備え、前記振幅検出手段から検出された前記振幅が前記振幅指令値との間に偏差を有するときに自励振動を成長させるか又は減衰させるかした自励振動型振動装置において、前記関数Ｋを表わす式：は
Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcrであって、係数、Ｋ1 、Ｋ2N+1、Ｋsの少なくとも１つが、前記振幅指令値の大きさに応じて変わる変数であり、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲインで、あることを特徴とする自励振動型振動装置。
【請求項４】
前記係数Ｋ1 が振幅指令値に反比例し、前記係数Ｋ2N+1が振幅指令値の（２Ｎ＋１）乗に反比例する請求項１乃至 ３のいずれかに記載の自励振動型振動装置。
【請求項５】
前記オフセットゲインＫcrが、基準状態での安定限界ゲインである請求項１乃至請求項４の何れかに記載の自励振動型振動装置。
【請求項６】
前記ゲインＫが負値であるときに、可変ゲインＫ0 を零とするゲインリミッタを備えた請求項１乃至請求項５の何れかに記載の自励振動型振動装置。
【請求項７】
前記係数Ｋs 、又は前記∫Δｒｄｔを構成する積分器への入力ゲインが、時間の経過に応じて変わる請求項４乃至請求項６の何れかに記載の自励振動型振動装置。
【請求項８】
前記係数Ｋs 、又は前記∫Δｒｄｔを構成する積分器への入力ゲインが、自励振動の開始時刻から前記振動機械の前記振幅が所定の時刻に達するまでは零である請求項７に記載の自励振動型振動装置。
【請求項９】
前記所定の時刻が、前記振動検出手段において検出された前記振動機械の前記振幅が前記振幅指令値の所定の割合に達したときである請求項８に記載の自励振動型振動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は自励振動型振動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自励振動型振動装置は、共振点を自動的に追尾する利点を持つ。しかしながら、自励振動型振動装置では、発生する振動の振幅を一定に保つために何らかの制御を必要とする。例えば、実際の振幅が指令値よりも小さいときには、フィードバックゲインを大きくして自励振動を発生させて振動を成長させ、実際の振幅が指令値よりも大きいときには、フィードバックゲインを小さくして、振動を減衰させるというように、フィードバックゲインの値を変えることにより、振幅を一定とする方法がある。この方法では、検出された振動機器の実際の振幅と振幅指令値の偏差Δｒに応じてフィードバックゲインを定めている。
【０００３】
自励振動型振動装置の一例として、図１０には、振動パーツフィーダ２が示されている。また、図１１には、この自励振動型振動装置である振動パーツフィーダ２を伝達関数で表したブロック線図が示されている。振動パーツフィーダ２の可動部であるボウル１０は、質量ｍが加速度ｄ2 ｘ／ｄｔ2 で振動している時、１／ｓ（ｓはラプラス変換子−以下同様）の積分要素を介すると、速度ｄｘ／ｄｔとなり、これに粘性係数ｃをかけたものが振動減衰力として質量ｍに作用する。また、速度ｄｘ／ｄｔが積分要素１／ｓを介すると、変位ｘとなり、これにばね定数ｋをかけたものが復元力として質量ｍに作用する。なお、このボウル１０は、実際には、図１０で示すように、下方のベースブロック１１に、等角度間隔に配設された複数の傾斜板ばね１２により結合されている。ベースブロック１１上には固定電磁石１３が固定されており、これにコイル１４が巻装されている。また、傾斜板ばね１２の上端部に近接しうず電流型のセンサ１６が配設されていて、これはベースブロック１１上に支柱を介して支持されている。このセンサ１６は、ボウル１０の振動の変位ｘを検出している。
【０００４】
センサ１６により検出される変位ｘの出力信号Ｇは、図１１に示される電気回路４内のＤＣカットフィルタ（ハイパスフィルタ）８を介して、振幅検出器５と、自励発振コントローラ３’とに供給される。振幅検出器５では、公知のように検出された変位ｘの絶対値Ａｂｓを取り、この値をローパスフィルタ５０で平滑化して、変位ｘからボウル１０の振幅ｘ’（これは、変位ｘの出力信号に相当する直流レベルである）を得ている。なお、この振幅検出器５は、半波整流型やｒｍｓ回路を用いたものであってもよい。そして、この振幅ｘ’を出力として振幅コントローラ６’に供給する。振幅コントローラ６’では、振幅ｘ’と、目標振幅値である振幅指令値ｘｒとの偏差Δｒを算出し（但し、これらは両方とも実効値に直して算出されている）、この偏差Δｒに基づいて可変ゲインＫ0 の値を定め、自励振動コントローラ３’の可変増幅器７が、この可変ゲインＫ0 の値を取り得るように調整する。自励振動コントローラ３’では、可変増幅器７においてこの可変ゲインＫ0 の値で、フィードバックされた変位ｘの信号を増幅する。更に、これを電力増幅器９で増幅する。なお、図１１では、電力増幅器９は飽和特性で示されているが、これは電力増幅器９の出力は、実際には無限大にならずある有限の値となるため、このように表している。そして、電力増幅器９で増幅された信号が固定電磁石１３のコイル１４に供給されて、振動パーツフィーダ２のボウル１０を加振する。
【０００５】
従って、図１０の振動パーツフィーダ２は、図１１に示すような閉ループで概念的に示されるが、ボウル１０の伝達関数において共振周波数では、力と変位の間で９０度位相が遅れる。更に、振動駆動源として電磁石を用いたため、フィードバックゲインが９０度遅延する。従って、開ループにおいて１８０度（π）の位相差が生じ、可変ゲインＫ0 が実際の安定限界ゲインＫcr’より大きいときに、この振動系が発振して、振幅が成長する。すなわち、検出された振幅が振幅指令値より小さいときには、この可変ゲインＫ0 を安定限界ゲインＫcr’より大きくし、定常状態では、可変ゲインＫ0 を安定限界として、振動を発振させ、振幅を一定値としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特願平７−９７７４０号では、自励振動の立ち上がり特性をよくし、定常状態における高周波成分（リップル）による可変ゲインの変動を抑えるために、可変ゲインＫ0 を定める関数Ｋを
Ｋ＝Ｋ1 ”・Δｒ＋Ｋ3 ”・（Δｒ）3 ＋Ｋcr”（Ｋ1 ”、Ｋ3 ”は零以外の定数、Ｋcr”は安定限界ゲインである）で与えている。この式の各項の係数は、従来、定数（例えば、最もよく設定される振幅指令値に対して適切な定数など）として定められている。しかしながら、この式を、設定時の振幅指令値以外の振幅指令値に対して適用すると、Ｋ1 ”、Ｋ3 ”が定数であるため、振幅指令値に対する比率が大きく変わり、安定な振動を行なえなくなる。
【０００７】
このことを数値を挙げて具体的に説明すると、例えば、上記の式においてＮ＝１、Ｋ1 ”＝Ｋ3 ”＝０．０１、Ｋcr”＝０．１と仮定すると、すなわち可変ゲインＫ0 がゲインＫ＝０．０１×Δｒ＋０．０１×Δｒ3 ＋０．１で与えられると仮定する。このとき、振幅指令値が１のとき、自励振動の開始時には、振幅指令値と検出振幅値との偏差Δｒは、ほぼ１であるから、Ｋ0 ＝０．１２となり、振幅指令値の約１／１０倍となる。また、振幅指令値が１０のとき、自励振動の開始時には、振幅指令値と検出振幅値との偏差Δｒは、ほぼ１０であるから、Ｋ0 ＝１０．２となり、振幅指令値の約１倍となる。すなわち、振幅指令値が小さければ、その立ち上がり特性が悪くなる。
【０００８】
ところで、可変ゲインＫ0 を定める関数Ｋを、Ｋ＝Ｋ1 ”・Δｒ＋Ｋ3 ”・（Δｒ）3 ＋Ｋcr”（Ｋ1 ”、Ｋ3 ”は零以外の定数、Ｋcr”は安定限界ゲインである）で定めると、負荷となる振動系の質量、減衰率、ばね定数などが変化すると、定常状態において、所望の振幅値を得られないことがある。この問題を解決するために、本願発明人は、可変ゲインＫ0 を定める関数Ｋを、Ｋ＝Ｋ1 ”・Δｒ＋Ｋ3 ”・（Δｒ）3 ＋Ｋs ”・∫Δｒｄｔ＋Ｋcr（Ｋ1 ”、Ｋ3 ”、Ｋs ”は零以外の定数、Ｋcrはオフセットゲインである）で定めるようにした。なお、この式によって可変ゲインＫ0 を実際に与えているシミュレーションのモデルを図１１に示す。なお、図１１のモデルにおいて、Ｋ1 ”、Ｋ3 ”、Ｋs ”の係数は、振幅指令値が１０のときに最適となる値に、例えばＫ1 ”＝０．０３、Ｋ3 ”＝１／３５０００、Ｋs ”＝０．０００１０、Ｋcr＝０．００と設定すると、振幅指令値が１０のときには、図１２のＡに示すような振幅波形が得られる。なお、図１２のＡには、振動発生開始から１９００〜２０００ｓｅｃ経過した定常状態の波形の拡大図も併せて示している。又、この条件で振幅指令値を１としたときの振幅波形を図１３のＡに示す。なお、このときの振動発生開始から１９００〜２０００ｓｅｃ、経過したときの波形の拡大図も併せて示す。図１２のＡから明らかなように、振幅指令値が１０のときの０％から９５％までの立ち上がり時間は７０ｓｅｃ程度であるが、振幅指令値が１のときには、図１３のＡから明らかなように、０％から９５％までの立ち上がり時間は４００ｓｅｃ程度となっている。すなわち、振幅指令値が小さくなると、振動の立ち上がりが遅くなり、立ち上がり特性が悪くなっている。
【０００９】
ところで、変位ｘから振幅値を得る振幅検出器５では、ローパスフィルタ５０で、高周波成分を除去して、平滑化している。振幅検出器５では、高周波成分を完全に除去しようとして、カットオフ周波数を低くすると、振幅検出器５で検出される正弦波信号に影響が出てくる。そのため、検出される信号を確実に得ようとする場合には、振幅検出器５では、高周波成分を完全に除去することができない。従って、例えば、振幅検出器で検出される正弦波信号の周波数の２倍の高周波成分などが残ってしまう。定常状態では、可変ゲインＫ0 は安定限界ゲインＫcr’となるべきであるのだが、この除去できなかった周波数が安定限界ゲインＫcr’に重畳されるので、可変ゲインＫ0 が変動することになる。可変ゲインＫ0 が変動すると、振動機械系に加振力を与える指令電圧波形（これは図１１において２０’で示されている電圧検出器によって検出される）が歪み、正弦波の形状ではなくなる。この指令電圧波形が歪むということは、多くの高周波成分が含まれるということであり、そのため、定常状態においても、駆動騒音が生じることになる。特に、振幅が大きいときには、除去できない（例えば、検出される正弦波信号の周波数の２倍の）高周波成分の周波数が高くなる。そのため、定常状態の挙動を決める比例ゲインＫ1 ”のゲインが一定では、振幅値が大きくなるのに従って、高い周波数成分が除去できずに残ってしまい、指令電圧の波形が大きく歪み、大きな駆動騒音が発生してしまう。
【００１０】
実際に、上述した図１１に示したシミュレーションのモデル（振動系の質量、減衰率、ばね定数などの条件は上記に示したとおりである）において、振幅指令値を１０としたときに得られた指令電圧の波形（正弦波となっている）を図１２のＢに示す。これは図１２のＡに示される（定常状態である）１９００ｓｅｃ〜２０００ｓｅｃの振幅の拡大図と同じ時間幅で記載されているが、位相は１８０度（π）ずれている。更に、振幅指令値を２５としたときに得られる振幅波形を図１４のＡ（定常状態である１９００ｓｅｃ〜２０００ｓｅｃの振幅の拡大図と同じ時間幅で記載されている）に示し、このときに得られる指令電圧の波形を図１４のＢに示す。これは、図１４のＡに示される（定常状態である）１９００ｓｅｃ〜２０００ｓｅｃの振幅の拡大図と同じ時間幅で記載されているが、位相は１８０度（π）ずれている。振幅指令値が１０の指令電圧（図１２のＢに示されている）は、ほぼきれいな正弦波の形状を呈しており、歪みがほとんどないが、振幅指令値が２５の指令電圧（図１４のＢに示されている）は、正弦波の形状とはならず、その波形が歪んでいる。すなわち、定常状態において、駆動騒音が発生している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、所望の振幅値である振幅指令値が変わっても、常に、良好な立ち上がり特性が得られ、定常状態では振幅が歪まず、駆動騒音を低減し、振幅安定度を増すことのできる自励振動型振動装置を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以上の課題は、  振動機器の振動速度を検出する振動速度検出手段と、該振動速度検出手段の出力を正帰還信号としてフィードバックし、前記振動速度検出手段の前記出力を可変ゲインＫ0 で増幅するコントローラと、該コントローラからの出力を電力増幅する電力増幅器と、該電力増幅器の出力を受け前記振動機器を加振する振動駆動源と、前記振動速度検出手段の出力信号から前記振動機器の振幅を検出する振幅検出手段と、前記可変ゲインＫ0を 定める関数Ｋを、前記振幅検出手段から検出された振幅と振幅指令値との振幅偏差Δｒに応じて出力する振幅コントローラとを備え、前記振幅検出手段から検出された前記振幅が前記振幅指令値との間に偏差を有するときに自励振動を成長させるか又は減衰させるかした自励振動型振動装置において、前記関数Ｋを表わす式：は
Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcrであって、係数、Ｋ1 、Ｋ2N+1、Ｋsの少なくとも１つが、前記振幅指令値の大きさに応じて変わる変数であり、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲインであることを特徴とする自励振動型振動装置、によって解決される。
【００１３】
このような構成にすることにより、所望の振幅値を自在に変化させても、常に、立ち上がり特性が良好となり、また定常状態における騒音を減らすことができる。
【００１４】
また、以上の課題は、振動機器の振動変位を検出する振動変位検出手段と、該振動変位検出手段からの出力を負帰還信号としてフィードバックし、前記振動変位検出手段の前記出力を可変ゲインＫ0 で増幅し、積分要素又は一次遅れ要素で位相遅れ制御するコントローラと、該コントローラからの出力を電力増幅する電力増幅器と、該電力増幅器の出力を受け前記振動機器を加振する振動駆動源と、前記振動変位検出手段の出力信号から前記振動機器の振幅を検出する振幅検出手段と、前記可変ゲインＫ0 を定める関数Ｋを、該振幅検出手段から検出された振幅と振幅指令値との振幅偏差Δｒに応じて出力する振幅コントローラとを備え、前記振幅検出手段から検出された前記振幅が前記振幅指令値との間に偏差を有するときに自励振動を成長させるか又は減衰させるかした自励振動型振動装置において前記関数Ｋを表わす式：は
Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcrであって、係数、Ｋ1 、Ｋ2N+1、Ｋsの少なくとも１つが、前記振幅指令値の大きさに応じて変わる変数であり、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲインで、であることを特徴とする自励振動型振動装置、によって解決される。
【００１５】
このような構成にすることにより、所望の振幅値を自在に変化させても、常に、立ち上がり特性が良好となり、また定常状態における騒音を減らすことができる。また、フィードバックされる振動が変位信号であるので、変位センサからの出力をそのまま用いることができ、ノイズの影響を少なくすることができる。
【００１６】
また、以上の課題は、振動機器の振動変位を検出する振動変位検出手段と、該振動変位検出手段からの出力を負帰還信号としてフィードバックし、前記振動変位検出手段の前記出力を可変ゲインＫ0 で増幅するコントローラと、該コントローラからの出力を電力増幅する電力増幅器と、該電力増幅器の出力を受け前記振動機器を加振するための磁気吸引力を発生する電磁石と、前記振動変位検出手段の出力信号から前記振動機器の振幅を検出する振幅検出手段と、前記可変ゲインＫ0 を定める関数Ｋを、該振幅検出手段から検出された振幅と振幅指令値との振幅偏差Δｒに応じて出力する振幅コントローラとを備え、前記振幅検出手段から検出された前記振幅が前記振幅指令値との間に偏差を有するときに自励振動を成長させるか又は減衰させるかした自励振動型振動装置において、前記関数Ｋを表わす式：は
Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcrであって、係数、Ｋ1 、Ｋ2N+1、Ｋsの少なくとも１つが、前記振幅指令値の大きさに応じて変わる変数であり、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲインで、あることを特徴とする自励振動型振動装置、によって解決される。
【００１７】
このような構成にすることにより、所望の振幅値を自在に変化させても、常に、立ち上がり特性が良好となり、また定常状態における騒音を減らすことができる。また、振動駆動源として、９０度遅れの電磁石を用いたので、コントローラに位相遅れを生じさせる要素を含ませなくてもよく、構成を簡単にすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
目標値である振幅指令値と検出された振幅値との偏差Δｒが大きいときには、正帰還される速度信号（これは振動速度検出手段により検出される）又は負帰還される変位信号（これは振動変位検出手段により検出される）を増幅する可変ゲインＫ0 を大きくして、自励振動を発生させ、振動を成長させるようにした自励振動型振動装置において、可変ゲインＫ0 を与えるゲインＫを定める式における係数の少なくとも１つが、振幅指令値の大きさに応じて変わる変数とする。すなわち、係数を、設定される振幅指令値の大きさに合わせて、変えるようにしたので、振幅指令値の大きさを自由自在に変えたとしても、常に、良好な立ち上り特性が得られ、かつ定常状態では指令電圧が歪まず、きれいな正弦波の形状となるので、駆動騒音を減らすことができ、安定に駆動することができる。
【００１９】
更に、可変ゲインＫ0 を与えるゲインＫを定める式を、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcr（但し、Ｋ1 、Ｋ2N+1、Ｋs は前記係数、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲイン）とすると、立ち上がり特性がよいだけではなく、負荷となる機械系の質量、減衰率、ばね定数などの値が変化しても、定常状態では、実際に振動機器が駆動する振幅を、常に、所望の振幅指令値とすることができる。
【００２０】
また、可変ゲインＫ0 を与えるゲインＫを定める式を、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcr（但し、Ｋ1 、Ｋ2N+1、Ｋs は前記係数、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲイン）とおいた際に、この式における係数Ｋ1 が振幅指令値に反比例し、係数Ｋ2N+1が振幅指令値の２Ｎ＋１乗に反比例するように設定する。このときには、例えば、最適な挙動をする振幅指令値に応じた定数を与えれば、どの振幅指令値においても、振幅指令値に対するこれら定数の比率が同じとなるので、設定した最適な挙動で、すなわち良好な立ち上がり特性で振動を成長させることができ、定常状態の駆動騒音を低減することができる。
【００２１】
更に、振動機器の特性が、ある基準状態から大きく変動しない場合には、その基準状態の安定限界ゲインを、可変ゲインＫ0 を与えるゲインＫを定める式であるＫ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcr（但し、Ｋ1 、Ｋ2N+1、Ｋs は前記係数、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲイン）におけるオフセットゲインＫcrとするのがよい。こうすれば、振動系の質量、減衰率、ばね定数などが変化し、その偏差を補償する際には、（遅れ要素である積分要素による）補償量を小さくすることができるので、よりリアルタイムに制御することができる。
【００２２】
なお、振幅検出器で高周波成分をすべて除去できない場合には、定常状態でも可変ゲインＫ0 が大きく変動し、可変ゲインＫ0 を与えるゲインＫが負値となる場合がある。例えば、定常状態において検出された振動機器の変位が図６のＡに示すように変化するとする。このとき振幅検出器で振動機器の変位が完全に平滑化され、高周波成分がすべて除去できる際には、定常状態では、図６のＢの一点鎖線で示す一定値、可変ゲインＫ0 は実際の安定限界ゲインＫcr’を出力する。しかしながら、上述したように振幅検出器で高周波成分がすべて除去することは難しく、例えば振動検出器で検出される正弦波信号の周波数の２倍の周波性成分などが残ることになる。このとき、除去できなかった高周波成分が実際の安定限界ゲインＫcr’に重畳するので、可変ゲインＫ0 の出力が変動する。この重畳される高周波成分が図６のＢに実線で示すように大きい場合には、可変ゲインＫ0 がマイナスの値となる。これをそのまま出力すると、振動機器に加振力を与える指令電圧の波形は、図６のＣの実線で示すようになる。なお、図６のＣには、可変ゲインＫ0 が一定値（安定限界ゲインＫcr’）を取り得るとき（理想的に高周波成分がすべて除去された状態のとき）の指令電圧の波形を一点鎖線で示している。なおまた、図６のＣに示される指令電圧波形は、図６のＡに示される変位の波形と位相が１８０度（π）ずれている。図６のＣの実線で示される指令電圧の波形では、負値の場合の出力は、Ｗで示される部分であり、指令電圧波形にはかなり多くの高周波成分が含まれてしまう。従って、振動機器を共振周波数で駆動することができなくなり、加えて、騒音も大きく発生する。また、振幅の制御が困難になっていく。従って、ゲインＫが負値であるときに、可変ゲインＫ0 を零とするゲインリミッタを備えれば、このような問題を抑制することができる。すなわち、このとき、ゲインＫ＞０のときには、可変ゲインＫ0 ＝ゲインＫであるが、ゲインＫ≦０のときには、可変ゲインＫ0 ＝０である。従って、振幅指令値がかなり大きな場合であっても、定常状態における駆動騒音を一層、低減することができる。
【００２３】
なお、可変ゲインＫ0 を与えるゲインＫを定める式を、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcr（但し、Ｋ1 、Ｋ2N+1、Ｋs は前記係数、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲイン）とすると、積分要素のため、可変ゲインＫ0 を与えるゲインＫの立ち上がり時に、目標振幅と実際の振幅の偏差が積分要素に蓄積され、過大なオーバーシュートの原因となる。従って、積分要素の係数Ｋs を、例えば、自励振動の開始時には、その係数Ｋs をごく小さくして、時間経過とともに徐々に大きくするといったような、時間の経過に伴って変化させるとよい。なお、このとき、自励振動の開始時刻から前記振動機器の振幅が所定の時刻に達するまでは積分要素の係数Ｋs が零であるようにすれば、又は、自励振動の開始時刻から前記振動機器の振幅が所定の時刻に達するまでは積分制御をＯＦＦとすれば（すなわち自励振動の開始時刻から前記振動機器の振幅が所定の時刻に達するまでは∫Δｒｄｔを構成する積分器への入力ゲインが零であるようにすれば）、よりオーバーシュートを抑えることができる。更に、この所定の時刻を、振幅検出手段において検出された振動機器の振幅が、振幅指令値の所定の割合に達したとき、例えば検出された振幅が振幅指令値の７０％程度に達したときとすれば、振幅指令値の大きさが変わっても、常に、オーバーシュートを抑えることが可能である。また、振幅開始直後は、積分要素の係数Ｋs の値が小さくなるようにし、振幅が成長するのに伴って、積分要素の係数Ｋs の値が大きくなるようにしてもよい。この場合には、予め時間の経過に応じて積分要素の係数Ｋs の値を定めた表を使用してもよいし、また検出された振動機器の振幅が、振幅指令値の所定の割合に達した毎に、積分要素の係数の値を変えるようにしてもよい。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例につき、図面を参照して説明するが、上記従来例と同様な部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２５】
図１は本発明の実施例の自励振動型振動装置のブロック図を示すものであるが、図において振動機械２１は、本実施例では振動パーツフィーダに限らず、一般の振動機器とする。なお、この振動機械２１は、従来例の振動パーツフィーダ２と同様に、質量ｍが加速度ｄ2 ｘ／ｄｔ2 で振動している時、１／ｓ（ｓはラプラス変換子−以下同様）の積分要素を介すると、速度ｄｘ／ｄｔとなり、これに粘性係数ｃをかけたものが振動減衰力として質量ｍに作用する。また、速度ｄｘ／ｄｔが積分要素１／ｓを介すると、変位ｘとなり、これにばね定数ｋをかけたものが復元力として質量ｍに作用する。振動機械２１の変位ｘは、上記従来例と同様に、センサから構成される振動変位検出器２２により検出される。この検出された変位ｘの出力信号は、振幅検出器５及び自励発振コントローラ３に供給される。振幅検出器５は、従来例と同様に、変位ｘの信号から振動機械２１の振幅を求めて、後述する振幅コントローラ３０に供給される。
【００２６】
一方、自励発振コントローラ３は、振幅コントローラ３０が与える可変ゲインＫ0 を受け、可変増幅器７において、この可変ゲインＫ0 の増幅率で、フィードバックされた変位ｘの信号を増幅する。なお、自励発振コントローラ３に供給される変位ｘの信号には、ノイズｎが加わることがある。そして、更に、これを電力増幅器９で増幅し、振動機械２１に加振力を与える振動駆動源１７に供給する。本実施例では、この振動駆動源１７は、電磁石であり、９０度の位相遅れを有している。従って、開ループにおいて１８０度（π）の位相遅れが生じ、可変ゲインＫ0 が実際の安定限界ゲインＫcr’より大きければ、自励振動を生じて、振動が成長する。
【００２７】
次に、本発明に係わる振幅コントローラ３０について、図２を参照して説明する。
【００２８】
振幅コントローラ３０には、所望の振幅値である振幅指令値ｘｒが入力されている。更に、これには、振幅検出器５から検出された振幅値ｘ’が供給される。振幅コントローラ３０では、加減算器２４で振幅指令値ｘｒと振幅値ｘ’とから偏差Δｒが算出され、すなわち振幅指令値ｘｒから振幅値ｘ’が減算される。そして、この偏差Δｒは、比例値算出部２５、３乗値算出部２６（ここではＮ＝１としている）及び積分値算出部２７に供給される。比例値算出部２５では、偏差Δｒを係数Ｋ1 で増幅するが、この係数Ｋ1 は振幅指令値ｘｒの値に応じて変化する。また、３乗値算出部２６では、乗算器１９’で偏差Δｒを３回かけた後、すなわち（Δｒ）3 を求めた後、係数Ｋ3 で増幅しているが、本実施例でも、この係数Ｋ3 は振幅指令値ｘｒの値に応じて変化する。なお、積分値算出部２７では、偏差Δｒを係数Ｋs で増幅した後、積分要素１／ｓを介しているが、図２においては、この係数Ｋs も振幅指令値ｘｒの大きさに応じている。そして、比例値算出部２５、３乗値算出部２６及び積分値算出部２７の演算結果を加算器２８によって加算する。加算器２８で加算された値は、加算器２８’に供給され、ここにおいて、更に、（例えば基準状態で取り得る安定限界ゲインなどの）設定されている安定限界ゲインＫcrを加える。このようにして、振幅コントローラ３０は、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ3 ・（Δｒ）3 ＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcrを計算し、ゲインＫが求まる。なお、本実施例では、振幅コントローラ３０と可変増幅器７との間に、ゲインリミッタ２９が配設されている。このゲインリミッタ２９は、振幅コントローラ３０で求められたゲインＫがプラスの値を有したときには、そのままの値を出力し、ゲインＫがマイナスの値を有したときには、零の値を出力している。すなわち、このとき、ゲインＫ＞０のときには、可変ゲインＫ0 ＝ゲインＫであるが、ゲインＫ≦０のときには、可変ゲインＫ0 ＝０である。
【００２９】
本発明の実施例は上述のように構成されるが、次に、この作用について説明する。
【００３０】
図示せずとも、図１の電力増幅器９には直流電源がスイッチを介して接続されており、振動機械２１の自励発振駆動にあたっては、このスイッチを閉じて電力増幅器９を作動状態におく。その他、自励発振コントローラ３、振幅コントローラ３０なども同様に作動状態に置かれる。振幅コントローラ３０においては最初は、外部ノイズｎなどの微小な信号により振動が発振され、振動機械２１の可動部の振幅が零であることにより、振幅偏差Δｒは最大となる。従って、これに応じてゲインＫは、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ3 ・（Δｒ）3 ＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcrで求まり、このときの値は、正値であるので、可変ゲインＫ0 はゲインＫとなる。従って、可変ゲインＫ0 は実際の安定限界ゲインＫcr’より大きく、自励振動が発生し、振動が成長する。なお、本実施例では、奇関数を用いているので、その立ち上がり特性がよい。また、図１において、係数Ｋ1 、Ｋ3 、Ｋs を、振幅指令値に応じて変化するようにしてので、振幅指令値が変わったことによって、その立ち上がり特性が変わるということがなく、また定常状態の騒音を除去することができる。
【００３１】
図３は、実際にシミュレーションしたモデルのブロック線図を示している。実際のモデルでは、振動機械２１の質量ｍ＝１、減衰率ｃ＝０．００１、ばね定数ｋ＝１としている。また、図３のブロック線図において、加減算器２４に供給される振幅指令値ｘｒは、実際には振幅指令値ｘｒの実効値（振幅を直流にしたときの値、すなわち振幅指令値ｘｒを１．４１で割った値）が供給されており、すなわち加減算器２４では、検出された振幅の実効値と振幅指令値の実効値により比較がされている。なお、図において、Ｆ1 は、入力された値をｕ1 とし出力をｙ1 すると、ｙ1 ＝（１０／１．４１）／ｕ1 を算出する演算器であり、Ｆ2 は、入力された値をｕ2 とし、出力をｙ2 とすると、ｙ2 ＝（１０／１．４１）3 ／ｕ2 を算出する演算器である。また、Ｆ2 には、振幅指令値ｘｒが３乗された値が供給されている。従って、比例値算出部２５’の係数Ｋ1 はＫ1 ＝Ｋ1 ’・ｙ1 ＝０．００３×｛（１０／１．４１）／ｘｒ｝（但し、Ｋ1 ’は係数）で定められ、３乗値算出部２６の係数Ｋ3 はＫ3 ＝Ｋ3 ’・ｙ2 ＝｛（１０／１．４１）3 ／（ｘｒ）3 ｝／３５０００（但し、Ｋ3 ’は係数）で定められている。なお、係数Ｋ1 ’及び係数Ｋ3 ’は、振幅指令値が１０の場合、定常状態において指令電圧の波形はきれいな正弦波となっており、すなわち駆動騒音が少なく、かつ良好な立ち上がり特性となる定数である。また、図３に示されるブロック線図では、積分値算出部２７の係数Ｋs は定数としており、Ｋs ＝０．０００１０に設定されている。なお、図３においてオフセットゲインＫcrは、０．００に設定されている。
【００３２】
更に、振幅指令値ｘｒを１０の実効値にしたときには、図３にブロック線図は、従来例の図１２のブロック線図とまったく同一となり、得られる振幅波形及び指令電圧の波形は図１２とまったく同一な波形、すなわちきれいな正弦波となる。従って、このときには、良好な立ち上がり特性が得られ、定常時にも波形が歪まず、きれいな正弦波が得られるので、駆動騒音が低減できる。
【００３３】
また、振幅指令値ｘｒを２５にしたときの振幅波形を図４のＡに示す。なお、このときの定常状態である１９００ｓｅｃ〜２０００ｓｅｃの振幅波形の拡大図も、図４のＡに併せて記載する。また、振幅指令値ｘｒを２５に設定し、図４のＡの拡大図における時間幅、すなわち１９００ｓｅｃ〜２０００ｓｅｃにおける指令電圧波形の時間的変化を図４のＢに示す。図４のＢから明らかなように、本発明では、振幅指令値が２５となっても、振幅波形はきれいな正弦波の形状をしており、指令電圧の歪みはほとんど生じていない。
【００３４】
更に、振幅指令値ｘｒを１にしたときの振幅波形を図５のＡに示す。なお、このときの定常状態である１９００ｓｅｃ〜２０００ｓｅｃの振幅波形の拡大図も、図５のＡに併せて記載する。また、振幅指令値ｘｒを１に設定し、図５のＡの拡大図における時間幅、すなわち１９００ｓｅｃ〜２０００ｓｅｃにおける指令電圧波形の時間的変化を図５のＢに示す。図５のＡから明らかなように、振幅指令値が１と小さくても、０％から９５％までの立ち上がり時間は７０ｓｅｃ程度であり、その立ち上がり特性は、振幅指令値ｘｒが１０の場合の立ち上がり特性とほぼ同じであり、良好である。
【００３５】
なお、図４又は図５では、過大なオーバーシュートが生じている。例えば図５においては、振幅指令値ｘｒが２５であるが、その２倍近くの５０程度のオーバーシュートが生じている。これは、可変ゲインＫ0 を与えるゲインＫを定める式が積分項（Ｋs ・∫Δｒｄｔ）を有しているためである。従って、この過大なオーバーシュートを防止するためには、積分値算出部２７の係数Ｋs 又は∫Δｒｄｔを構成する積分器への入力ゲインが時間的に変化するとよい。例えば、振幅値が、振幅指令値の７０％程度となるまでは、積分項２７をＯＦＦとし、振幅指令値の７０％以上になった後に積分項が追加されるようにするとよい。
【００３６】
以上、本発明の実施例について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基いて種々の変形が可能である。
【００３７】
例えば以上の実施例では、振動機械２１の振動変位を検出し、この検出信号を自励発振コントローラ３に負帰還し、振動駆動源として電圧と加振力との間に９０度の位相遅れがある電磁石を用いた。しかしながら、振動駆動源として、電圧と加振力との間に位相遅れがない場合、図７に示すように、例えば動電型や圧電型などの振動駆動源１７’を用いる場合には、９０度（π／２）の位相遅れ（図７では一次遅れ要素で示されているが、積分要素でもよい）を生じさせるような位相コントローラ４１を具備した自励発振コントローラ３”を用いれば、本発明は適用可能である。この位相遅れがない振動駆動源１７’を用いた自励振動型振動装置としては、例えば図８に示す振動パーツフィーダ２’がある。これは、トラック１０ａ’が形成された可動部であるボウル１０’がベースブロック１１’と複数の等角度間隔で配設された傾斜板ばね１２’によって結合されている。ベースブロック１１’は床上に防振ゴム４３により支持されている。ボウル１０’とベースブロック１１’の間には公知の駆動質量体４４が配設され、これはベースブロック１１’とほぼ水平でかつ等角度間隔で配設された板ばね４５で結合されている。各板ばね１５の両面には、圧電素子４６ａ、４６ｂが貼着され、図示しない交流電圧が印加されている。従って、交流電圧の印加により、圧電素子が４６ａ、４６ｂが位相遅れなく、板ばね１５に曲げ振動は発生し、振動パーツフィーダが振動される。なお、図７に示す自励発振コントローラ３”では、位相コントローラ４１は可変増幅器７の前に設けたが、可変増幅器７の後に設けてもよい。また、上記実施例では、振幅検出器として、全波整流型の検出器、すなわち絶対値変換とローパスフィルタとを使用したが、この他の方法によって、例えば、半波整流型の検出器、又はｒｍｓ回路を用いた検出器を使用してもよい。
【００３８】
また、上記実施例では、係数Ｋ1 、Ｋ3 を振幅指令値に関する関数として可変としたが、振幅指令値と係数との対応表を作成し、この表に応じて係数の変更をするようにしてもよい。
【００３９】
更に、図９に示すように、振動速度検出器４２において振動機械２１の振動速度を検出し、これを正帰還し、振動速度から振幅を得る（例えば積分器を有する）振幅検出器からの出力を受ける振幅コントローラ３０が与える可変ゲインＫ0 により増幅して、自励振動を発生させるようにしてもよい。
【００４０】
また、上記実施例では、ゲインＫが正値のときには、その値を出力し、ゲインＫが負値であるときに可変ゲインＫ0 を零とするゲインリミッタ２９を設けた。しかしながら、振幅コントローラ３０から出力されるゲインＫが負値のときに零となるようなゲインリミッタであればよく、例えばゲインＫが実際の安定限界ゲインＫcr’より充分に小さい正の値以下のときにはゲインＫを零とし、この正の値より大きいときには、ゲインＫをそのまま出力するようなゲインリミッタとしてもよい。また、振幅検出器５において高周波成分がほぼ除去でき、定常状態における（可変ゲインＫ0 を与える）ゲインＫの変動が小さく、常に正の値となるような場合には、このゲインリミッタを設けずともよい。
【００４１】
なお、上記実施例では、可変ゲインＫ0 を与えるゲインＫを、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ3 ・（Δｒ）3 ＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcr（但し、Ｋ1 、Ｋ3 、Ｋs は前記係数、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲイン）としたが、Ｋ3 ・（Δｒ）3 の代わりに、Ｋ5 ・（Δｒ）5 、Ｋ7 ・（Δｒ）7 ・・・Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1という奇関数を用いても、立ち上がり特性を良好とすることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による自励振動型振動装置によれば、振幅指令値を任意に変更しても、常に立ち上がり特性を良好とすることができる。また、振幅指令値を任意に変更しても、定常状態における指令電圧波形がほとんど歪まず、きれいな正弦波を得ることができるので、振動駆動音を減らすことができ、振幅安定度を増加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による自励振動型振動装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施例による自励振動型振動装置で用いられる振幅コントローラの詳細を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例によるシミュレーションを行なったモデルのブロック図である。
【図４】図３に示すブロック図において振幅指令値が２５のときの波形の時間的変化を示すタイムチャートであり、Ａは振幅値の時間的変化を示し、Ｂは電磁石を駆動する指令電圧波形の時間的変化を示す。
【図５】図３に示すブロック図において振幅指令値が１のときの波形の時間的変化を示すタイムチャートであり、Ａは振幅値の時間的変化を示し、Ｂは電磁石を駆動する指令電圧波形の時間的変化を示す。
【図６】本発明の実施例に用いたゲインリミッタの作用を説明するための波形を示す図であり、Ａはフィードバックされた変位ｘの信号波形を示し、Ｂは定常状態の可変ゲインＫ0 を示し、Ｃは振動駆動源に与える指令電圧の波形を示している。
【図７】本発明の第１変形例による自励振動型振動装置のブロック図である。
【図８】本発明の第１変形例が適用された振動パーツフィーダの斜視図である。
【図９】本発明の第２変形例による自励振動型振動装置のブロック図である。
【図１０】従来例による自励振動型振動装置のブロック図である。
【図１１】従来例によるシミュレーションを行なったモデルのブロック図である。
【図１２】図１１に示すブロック図において振幅指令値が１０のときの波形の時間的変化を示すタイムチャートであり、Ａは振幅値の時間的変化を示し、Ｂは電磁石を駆動する指令電圧波形の時間的変化を示す。
【図１３】図１１に示すブロック図において振幅指令値が２５のときの波形の時間的変化を示すタイムチャートであり、Ａは振幅値の時間的変化を示し、Ｂは電磁石を駆動する指令電圧波形の時間的変化を示す。
【図１４】図１１に示すブロック図において振幅指令値が１のときの波形の時間的変化を示すタイムチャートであり、Ａは振幅値の時間的変化を示し、Ｂは電磁石を駆動する指令電圧波形の時間的変化を示す。
【符号の説明】
３    自励発振コントローラ
３”  自励発振コントローラ
５    振幅検出器
７    可変増幅器
９    電力増幅器
１７    振動駆動源
１７’  振動駆動源
２１    振動機械
２２    振動変位検出器
２４    加減算器
２５    比例値算出部
２６    ３乗値算出部
２７    積分値算出部
２８    加算器
２８’  加算器
２８”  加算器
２９    ゲインリミッタ
３０    振幅コントローラ
４１    位相コントローラ
４２    振動速度検出器
Ｋ      ゲイン
Ｋ0     可変ゲイン
Ｋ1     係数
Ｋ3     係数
Ｋcr    安定限界ゲイン
Ｋs     係数
ｘ      変位
ｘ’    （実際の）振幅値
ｘｒ    振幅指令値
Δｒ    偏差
【図１】
0003890673.tif 000002
【図２】
0003890673.tif 000003
【図３】
0003890673.tif 000004
【図４】
0003890673.tif 000005
【図５】
0003890673.tif 000006
【図６】
0003890673.tif 000007
【図７】
0003890673.tif 000008
【図８】
0003890673.tif 000009
【図９】
0003890673.tif 000010
【図１０】
0003890673.tif 000011
【図１１】
0003890673.tif 000012
【図１２】
0003890673.tif 000013
【図１３】
0003890673.tif 000014
【図１４】
0003890673.tif 000015