(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振幅が振幅指令値との間に偏差を持つ場合、自励振動を成長又は減衰させるようにした自励振動型振動装置において、前記関数Ｋが、前記振幅検出手段から検出された前記振幅と前記振幅指令値との振幅偏差Δｒに関して、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcr（但し、Ｋ2N+1は係数、Ｋ1 、Ｋs は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲイン）として表わされ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振幅が振幅指令値との間に偏差を持つ場合、自励振動を成長又は減衰させるようにした自励振動型振動装置において、前記関数Ｋが、前記振幅検出手段から検出された前記振幅と前記振幅指令値との振幅偏差Δｒに関して、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcr（但し、Ｋ2N+1は係数、Ｋ1 、Ｋs は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲイン）として表わされ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振幅が振幅指令値との間に偏差を持つ場合、自励振動を成長又は減衰させるようにした自励振動型振動装置において、前記関数Ｋが、該振幅検出手段から検出された前記振幅と前記振幅指令値との振幅偏差Δｒに関して、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcr（但し、Ｋ2N+1は係数、Ｋ1 、Ｋs は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲイン）として表わされる
ことを特徴とする自励振動型振動装置。
【請求項４】
前記係数が零以外の係数であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何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】
前記関数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、時間の経過に伴って変化する請求項１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器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、前記振幅検出手段において検出された前記振動機器の前記振幅が、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１２には、振動パーツフィーダ２が示されている。また、図１３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１２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の出力信号は、図１３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、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回路などであってもよい。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節する。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１３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、これが固定電磁石１３のコイルに供給されて、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１２の振動パーツフィーダ２は、図１３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、力と変位との間で９０度（π／２）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（π／２）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 が安定限界より大きいときに、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 を安定限界ゲインＫcr’として、振動を発振させ、振幅を一定値としている。
【０００６】
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、図１３のブロック図で示されるように（符号１８は加算器であり、符号１９は乗算器である）、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。すなわち、Δｒ＝０となるべき定常状態では、与えられたフィ−ドバックゲインＫ0 を定数の安定限界ゲインＫcr”で与えることにより、自励振動型振動装置の振動を発振状態とし、振幅を一定としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、定常状態の（すなわち振幅一定となったときの）可変ゲインＫ0 を与える実際の安定限界ゲインＫcr’は、系の特性が変われば、すなわち負荷となる振動機器のばね定数ｋ、質量ｍ、減衰率ｃなどが変化すれば、公知のように系の安定条件が変わるため、変わってしまう。フィードバックゲインを可変にして振幅を一定とする自励振動型振動装置では、振動系の実際の安定限界ゲインＫcr’が変わっても、実際の安定限界ゲインＫcr’より可変ゲインＫ0 が大きければ自励振動が生じて振動が成長し、実際の安定限界ゲインＫcr’より可変ゲインＫ0 が小さければ減衰振動となる。この結果、振動の開始から充分に長い時間が経過すると、すなわち定常状態では、可変ゲインＫ0 は実際の安定限界ゲインＫcr’となる。しかし、実際の安定限界ゲインＫcr’は、偏差Δｒ＝０のときに可変ゲインＫ0 が取り得るように設定されている安定限界ゲインＫcr”と等しくない場合がある。安定限界ゲインＫcr”と実際の安定限界Ｋcr’とが等しくないときには、安定限界ゲインＫcr”と実際の安定限界ゲインＫcr’との差を可変ゲインＫ0 を与える他の項のＫ1 ・Δｒが補償する（このときＫ2N+1（Δｒ）2N+1の項は、定常状態ではほぼ零であるので無視できる）ことによって、定常状態で、可変ゲインＫ0 が実際の安定限界ゲインＫcr’となる。すなわち、偏差Δｒ≠０となることで、振動発生から充分に時間が経過した後は、可変ゲインＫ0 は、実際の安定限界ゲインＫcr’となり、振幅が一定となる。
【０００８】
このことを更に、具体的な例を挙げて説明する。例えば、図１３で示すブロック図において、所望の振幅指令値ｘｒを１００（実際にはこの実効値が供給される）、振動系の質量ｍを１、振動系の減衰率ｃを０．０１、振動系のばね定数ｋを１としたときの系が発振する安定限界ゲインを安定限界ゲインＫcr”、すなわちＫcr”＝０．０１と設定とする。なお、このときＫ1 ＝０．００１、Ｎ＝１、Ｋ3 ＝１／３５００００とし、すなわち可変ゲインＫ0 を定める関数Ｋは、Ｋ＝０．００１・Δｒ＋Δｒ3 ／３５００００＋０．０１で与えられるとする。このときの振幅波形（図１３に示されるスコープ２０で検出される変位を縦軸に、時間を横軸に取って得られる波形）を図１４（振動開始後、９００ｓｅｃ〜１０００ｓｅｃにおける（このときには定常状態となっている）拡大図も示している）に示す。図１４から明らかなように、この系では、定常状態の振幅は振幅指令値の１００となっており、何の問題もない。
【０００９】
しかしながら、例えば振動パーツフィーダ２に供給される部品が多くなって、振動系の質量ｍが大きくなり、例えば、他の条件は変わらないが、振動系の質量ｍのみが２と変化したような場合の振幅波形（図１４と同様に、図１２に示されるスコープ２０で検出される変位を縦軸に、時間を横軸に取って得られる波形である）は、図１５に示すようになる。なお、この図１５でも、図１４と同様に、振動開始後、９００ｓｅｃ〜１０００ｓｅｃにおける（このときには定常状態となっている）拡大図も示している。図１５では、定常状態において、振幅指令値が１００であるにもかかわらず、約１１０程度の振幅となっている。すなわち、定常状態では、振幅指令値と実際の振幅値との偏差Δｒが約１０程度、生じている。これは、質量が２となったときの実際の安定限界ゲインＫcr’は、基準状態における安定限界ゲインＫcr”と異なるため、上述したように、実際の安定限界ゲインＫcr’と設定した安定限界ゲインＫcr”との差を、Ｋ1 ・Δｒの項が補っているためである。従って、負荷となる振動機器のばね定数ｋ、質量ｍ、減衰率ｃなどが変化して、振動系の特性が大きく変化した場合には、偏差Δｒが大きくなり、定常状態において所望の振幅値を得ることができないという問題が生じる。
【００１０】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、負荷となる振動機器のばね定数ｋ、質量ｍ、減衰率ｃなどが変化しても、常に、所望の振幅値で一定振幅の振動をする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。
【００１１】
【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振幅が振幅指令値との間に偏差を持つ場合、自励振動を成長又は減衰させるようにした自励振動型振動装置において、前記関数Ｋが、前記振幅検出手段から検出された前記振幅と前記振幅指令値との振幅偏差Δｒに関して、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcr（但し、Ｋ2N+1は係数、Ｋ1 、Ｋs は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲイン）として表わされ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。
【００１２】
このような構成にすることにより、可変ゲインＫ0 を与えるゲインＫが、目標振幅値である振幅指令値と検出された振幅値との偏差Δｒに関して、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcr（但し、Ｋ2N+1は係数、Ｋ1 、Ｋs は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲイン）で与えられる。すなわち可変ゲインＫ0 を定める関数Ｋは、Ｋs ・∫Δｒｄｔの積分要素を備えている。このオフセットゲインＫcrと実際の安定限界ゲインＫcr’は、偏差Δｒの比例要素だけでなく、この積分要素によって補償される。従って、オフセットゲインＫcrが、実際の安定限界ゲインＫcr’と大きく異なっても、積分要素がその差を補償するので、偏差Δｒを大きくせずに、定常状態において可変ゲインＫ0 を実際の安定限界ゲインＫcr’とほぼ一致させることができる。従って、振動機器のばね定数、質量、減衰率などが変化しても、定常状態には、所望の振幅値で振動させることができる。
【００１３】
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振幅が振幅指令値との間に偏差を持つ場合、自励振動を成長又は減衰させるようにした自励振動型振動装置において、前記関数Ｋが、前記振幅検出手段から検出された前記振幅と前記振幅指令値との振幅偏差Δｒに関して、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcr（但し、Ｋ2N+1は係数、Ｋ1 、Ｋs は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲイン）として表わされ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。
【００１４】
このような構成にすることにより、可変ゲインＫ0 を与えるゲインＫが、目標振幅値である振幅指令値と検出された振幅値との偏差Δｒにおいて、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcr（但し、Ｋ2N+1は係数、Ｋ1 、Ｋs は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲイン）で与えられる。すなわち可変ゲインＫ0 を与える式がＫs ・∫Δｒｄｔの積分要素を備えている。すなわち、このオフセットゲインＫcrと実際の安定限界ゲインＫcr’は、偏差Δｒの比例要素だけでなく、この積分要素によって補償される。従って、オフセットゲインＫcrと実際の安定限界ゲインＫcr’との差が大きいときには、その大きな差を積分要素が補償するため、偏差Δｒを大きくせずに、定常状態において可変ゲインＫ0 を実際の安定限界ゲインＫcr’とほぼ一致することができる。従って、振動機器のばね定数、質量、減衰率などが変化しても、定常状態の振幅値は、所望の振幅指令値となる。また、フィードバックされる信号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。
【００１５】
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振幅が振幅指令値との間に偏差を持つ場合、自励振動を成長又は減衰させるようにした自励振動型振動装置において、前記関数Ｋが、該振幅検出手段から検出された前記振幅と前記振幅指令値との振幅偏差Δｒに関して、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcr（但し、Ｋ2N+1は係数、Ｋ1 、Ｋs は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲイン）として表わされ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。
【００１６】
このような構成にすることにより、可変ゲインＫ0 を与えるゲインＫが、目標振幅値である振幅指令値と検出された振幅値との偏差Δｒにおいて、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcr（但し、Ｋ1 、Ｋ2N+1は係数、Ｋs は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲイン）で与えられる。すなわち、可変ゲインＫ0 を与える式がＫs ・∫Δｒｄｔの積分要素を備えている。そのため、このオフセットゲインＫcrと実際の安定限界ゲインＫcr’の差は、偏差Δｒの比例要素だけでなく、この積分要素によって補償される。従って、オフセットゲインＫcrと実際の安定限界ゲインＫcr’との差が大きい場合には、この大きい差を積分用度が補償してくれるので、偏差Δｒを大きくせずに、定常状態において、可変ゲインＫ0 を実際の安定限界ゲインＫcr’にほぼ一致させることができる。従って、振動機器のばね定数、質量、減衰率などが変化しても、定常状態では、所望の振幅指令値で振動させることができる。また、振動駆動源として、９０度（π／２）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。
【００１７】
【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、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcr（但し、Ｋ2N+1は係数、Ｋ1 、Ｋs は零以外の係数、Ｎは整数、Ｋcrはオフセットゲイン）で変化させる。すなわち、積分要素を有するようにしたので、実際の安定限界ゲインＫcr’とオフセットゲインＫcrとの差は、だいたいがこの積分要素により補償される。従って、途中で振動系の特性が変化して、実際の安定限界ゲインＫcr’が、オフセットゲインＫcrと大きく異なる場合（例えば振動機器が振動パーツフィーダであり、これに供給される供給部品の量が大きく変化した場合など）であっても、偏差Δｒが大きくならずに、定常状態の可変ゲインＫ0 が実際の安定限界ゲインＫcr’を取り得る。従って、振動系の特性が変化した場合でも、振幅が一定となる定常状態では、実際の振幅値が、ほぼ振幅指令値と等しくなる。すなわち、振動機器を所望の振幅値で、安定に駆動することができる。
【００１８】
また、可変ゲインＫ0 を与えるゲインＫが、Ｋ＝Ｋ1 ・Δｒ＋Ｋ2N+1・（Δｒ）2N+1＋Ｋs ・∫Δｒｄｔ＋Ｋcrで表されるときに、Ｋ2N+1を零以外の係数とすることによって、すなわち奇関数によりゲインを与えることにより、立ち上がり特性を良好することができる。また、立ち上がり特性を良好とできるので、比例要素であるＫ1 ・Δｒの係数Ｋ1 の値を小さくでき、定常状態におけるリップルの影響によるゲインＫの変動を抑えることができる。
【００１９】
また、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オフセットゲインＫcrとすれば、積分要素によって補償する実際の安定限界ゲインＫcr’とオフセットゲインＫcrとの差を小さくすることができる。このように積分要素によって補償する量を小さくすれば、積分要素はいわば遅れ要素であるため、遅れ要素を小さくすることができる。従って、よりリアルタイムに近い状態で、実際の安定限界ゲインＫcr’とオフセットゲインＫcrとの差を補償することができるので、より適切な制御を行なうことができる。
【００２０】
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８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８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、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８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８のＣの実線で示すようになる。なお、図８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８のＣに示される指令電圧波形は、図８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８のＣの実線で示される指令電圧の振幅では、負値の場合の出力は、Ｗで示される部分であり、指令電圧の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。
【００２１】
なお、ゲインコントローラに、積分要素を追加すると、振動機械の起動直後、自励振動が立ち上がっていく過程において、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、積分制御を行なわないようにすれば（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）、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。
【００２２】
【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。
【００２３】
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。
【００２４】
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（π／２）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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。この得られた偏差Δｒに基づいて、可変ゲインＫ0 を与えるゲインＫが算出されるのである。すなわち、この偏差Δｒは、比例値算出部２５、３乗値算出部２６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 で増幅している。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。更に、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。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。更に、この値に、（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を加算器２８’により加える。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。更に、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、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。
【００２９】
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。このブロック線図は、振幅コントローラ３０以外は、従来例のブロック線図である図９と同様な構成を有している。なお、図３においては、加算器２８”は、比例値算出部２５、３乗値算出部２６、積分値算出部２７及びオフセットゲインＫcrとを加算しており、すなわち加算器２８及び加算器２８’の両方を合わせ持つ。更に、図３において、振動系の目標振幅値を１００、係数Ｋ1 を０．００１、係数Ｋ3 を１／３５００００、Ｋs を０．００００１、安定限界ゲインＫcrを０．００としている。そして、振動機械２１の系において、振動機械２１の質量ｍを１、振動機械２１の減衰率ｃを０．０１、振動機械２１のばね定数ｋを１としたときに得られる振幅波形（横軸を時間としている）を図４（振動開始後、９００ｓｅｃ〜１０００ｓｅｃにおける（このときには定常状態となっている）拡大図も示している）に示す。更に、この系において振動機械２１の質量ｍのみを変えて、例えば、すなわち振動機械２１の質量ｍを２（他の条件は図４の波形が得られた条件と全く同じ）としたときの振幅波形（横軸を時間としている）を図５（振動開始後、９００ｓｅｃ〜１０００ｓｅｃにおける（このときには定常状態となっている）拡大図も示している）に示す。図４及び図５の（定常状態を示している）拡大図のから明らかなように、振動機械２１の系が異なっても、振動機械２１の振幅は、所望の振幅指令値１００となっている。
【００３０】
しかしながら、図４及び図５では、振幅指令値１００に対して、１３０程度のオーバシュートが生じている。そのため、整定時間が従来よりも大幅にかかってしまう（従来例の整定時間は約１５０ｓｅｃ程度であるのに対し、図４及び図５では約６００ｓｅｃ程度）。これは、振動の立ち上げ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、振幅コントローラ３０の代わりに、積分値算出部２７’に入力される偏差△ｒを振動開始直後には入力せず（積分制御がＯＦＦである）、一定時間経過後から△ｒを入力する振幅コントローラ３０’を用いる。この振幅コントローラ３０’は、そのブロック線図が図６に示されているが、積分値算出部２７’以外の部分は、振幅コントローラ３０’と全く同様に構成され、また係数Ｋ1 や係数Ｋ3 及びオフセットゲインＫcrの値も図３と全く同様に設定されている。積分値算出部２７’は、スイッチ３２を有しており、スイッチ３２を介して、一定値０（零）又は偏差Δｒが供給される。このスイッチ３２は、時計３３から１／Ｔの増幅率を有する増幅器３４を介して供給される切換信号Ｄが１となったときに切り換わる。本実施例では、振動開始時には一定値０（零）が供給されているが、増幅器３３のＴが１００に設定されているので、時計３３において１００秒となったときに切換信号Ｄが１になって、スイッチ３２が切換えられると、偏差Δｒが供給される。すなわち、自励振動の開始から１００ｓｅｃまでは、積分値算出部２７’の出力が零となるように、一定値０（零）が供給され、時計３３において自励振動の開始から１００ｓｅｃ経過した後には、積分値算出部２７’に偏差Δｒが供給される。従って、１００ｓｅｃ経過してはじめて、積分要素たるＫs ・∫ΔｒｄｔがゲインＫに追加されることになる。
【００３１】
この図６で示されるブロック図でシミュレーションしたときに得られた振幅波形を図７に示す。図７から明らかなように、そのオーバーシュートは約１１０程度となり、過大なオーバーシュートが抑制され、また整定時間も３５０ｓｅｃと、上記実施例の場合より短くなる。なお、定常状態において振動機械２１の実際の振幅値は、所望の振幅値である振幅指令値と等しくなっている。
【００３２】
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。
【００３３】
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（π／２）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９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９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１０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９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。
【００３４】
また、図１１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。
【００３５】
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、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、安定限界ゲインの変動が小さく、可変ゲインＫ0 を与えるゲインＫが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。
【００３６】
更に、上記実施例では、過大なオーバーシュートを抑制するために、１００ｓｅｃまでは、Δｒを供給せずに一定値０（零）を供給して、積分要素（Ｋs ／ｓ）をＯＦＦとし、１００ｓｅｃ経過後には、Δｒが供給されて積分要素（Ｋs ／ｓ）がＯＮとなるような積分値算出部２７’を有した振幅コントローラ３０’とした。すなわち、∫Δｒｄｔを構成する積分要素への入力ゲインが、１００ｓｅｃまでは零であるようにした。この他、積分要素の係数Ｋs を時間的に変化させて、振動機器の起動直後は一定値（例えば零）としてもよい。ただし、この場合には、積分要素の係数Ｋs が零であっても、積分要素には常にΔｒが供給されているので、積分要素に、目標振幅と実際の振幅の偏差が蓄積されるため、所定時間経過した後に、積分要素の係数Ｋs を徐々に大きくする必要がある。もちろん、積分要素がＯＮとなる時間は、これに限定されることなく、例えば、振動の成長によって、すなわち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に、積分要素がＯＮとなるようにしてもよい。また、振幅開始直後は、積分要素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、積分要素の値を変えるようにしてもよい。
【００３７】
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、Ｋ3 は係数、Ｋ1 、Ｋs は零以外の係数、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 ・・・ＫN ・（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。
【００３８】
【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、負荷となる振動系の質量、減衰率、ばね定数などが変化しても、定常状態においては、振幅指令値と振幅偏差がほぼない振幅値で振動機器の駆動ができる。すなわち、振動系の条件が変化しても、常に、定常状態となったときには、所望の振幅値で振動機器を振動させることができる。
【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動系の質量が１のときの振幅波形の時間的変化を示すタイムチャートである。
【図５】図３に示すブロック図において振動系の質量が２のときの振幅波形の時間的変化を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の実施例による振動開始後１００秒経過までは、積分要素の入力が０となる条件で、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７】図６に示すブロック図において振動系の質量が２のときの振幅波形の時間的変化を示すタイムチャートである。
【図８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】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１４】図１３に示すブロック図において振動系の質量が１のときの振幅波形の時間的変化を示すタイムチャートである。
【図１５】図１３に示すブロック図において振動系の質量が２のときの振幅波形の時間的変化を示すタイムチャートである。
【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
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
３０’  振幅コントローラ
３２    スイッチ
３３    時計
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     零以外の係数
Ｋ2N+1  係数
Ｋcr    オフセットゲイン
Ｋs     零以外の係数
ｘ      変位
ｘ’    （実際の）振幅値
ｘｒ    振幅指令値
Δｒ    偏差
【図１】
0003890672.tif 000002
【図２】
0003890672.tif 000003
【図３】
0003890672.tif 000004
【図４】
0003890672.tif 000005
【図５】
0003890672.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
0003890672.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003890672.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0003890672.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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