2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of precision positioning control circuit of ultrasonic motor by pulse width high speed switching method
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19K04337
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
岡 正人 近畿大学, 工学部, 教授 (70281582)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 超音波モータ / 精密位置決め制御 / アクチュエータ / MRI対応型手術支援ロボット / 圧電素子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超音波モータは非磁性体で構成でき，MRI装置内で動作する手術支援ロボットのアクチュエータとしての応用が期待されている．超音波モータは圧電素子の振動を利用して回転するためモデル化が困難であり，温度上昇により駆動源である圧電素子の特性や回転子と固定子の摩擦係数などが変化してしまう特性がある．しかしながら，駆動回路については従来より昇圧トランスを用いた方式が用いられており，その研究がほとんどないのが現状である．また，回転速度を変化させるために周波数を可変とする手法が用いられているが，この制御方式についても詳細な特性は検証されてはいなかった．本研究では回路および制御方式を下記のように見直すことにより，高精度な位置決め制御を実現させることが可能となった．
1. 現在主流である昇圧トランスを用いた回路を見直して，正弦波を発生させるためのDDS と高電圧オペレーショナルアンプを用いた回路を開発した．この回路により超音波モータの回転速度を制御する3つのパラメータ値を高速かつ任意に変えることが可能となり，ひずみのない正弦波電圧を超音波モータに供給することができた．
2. 従来の制御では周波数のみによって回転速度を変化させていたが，きわめて回転速度が遅い領域（超低速回転）において制御入力が出力値に正しく反映されない特性があることが実験によりわかった．本手法では共振周波数より数kHz 高い周波数領域において電圧制御を行うことにより，制御入力に対して出力値が正しく反映されることが可能となった．これにより周波数と電圧を可変，位相差を2値で制御する可変周波数・電圧制御を行いその有効性を示した．
これらの手法を用いることにより従来の位置制御性能より8倍高い2.424×10-6（-6は指数）rad 以内で超音波モータを位置制御できることが確認された．
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Research Products
(5 results)
