JPS5951005B2 - サ−ボ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、磁歪ポテンショを含むサーボ回路に関するも
ので、特にその不感帯補償手段に改良を施したものであ
る。

磁歪ポテンショを含むサーボ回路は本願出願人によつて
新規に開発されたものである。

以下、本発明を説明する前に先ず磁歪ポテンショを含む
サーボ回路の原理について説明する。第１図は磁歪ポテ
ンショを含むサーボ回路のブロック図である。

図において、１は例えばＮｉ−ＳＰＡＮＣ、Ｎｉ等の磁
歪材料を線状にして構成した磁歪線、２は磁歪線１の一
方の端に配置した第１の受信コイル、３は磁歪線１の他
方の端に配置した第２の受信コイル、４は磁歪線１を介
して受信コイル２と３の間に可動的に配置され磁歪線１
内に超音波信号を発生させる励振コイルである。０５は
励振パルス発生器で、その出力パルスＰＥは励振コイル
４に印加されるとともに、後述するフリップ・フロップ
ＦＦ、、ＦＦ。

のセット端子ＳおよびモノマルチＭに印加される。ＯＰ
、、ＯＰ。はいずれも増幅器で、ＯＰ、は受信コイル２
の検出信号ｅ、を増幅してフリップ・フロップＦＦ、の
リセット端子Ｒに印加する。また、ＯＰ。は受信コイル
３からの検出信号ｅ。を増幅してフリップ・フロップＦ
Ｆ。のリセット端子Ｒに印加する。ＣＫはフリップ・フ
ロップＦＦ、、ＦＦ。から得られる２種の時間幅信号Ｐ
Ｗ、、ＰＷ。を入力とする演算回路である。演ノ算回路
ＣＫにおいて、Ｅｓ、−Ｅｓは標準電源、Ｒ、、Ｒ。は
抵抗、５、、５０はフリップ・フロップＦＦ、、ＦＦ。
からのパルス幅信号によつて駆動されるスイッチ、ＩＧ
は積分器で、演算増幅器ＯＰ。およびコンデンサＣｌで
構成されている。ＳＨは積分器ＩＧの出丁力信号をサン
プル・ホールドする回路で、スイッチ５０、コンデンサ
Ｃｏおよび演算増幅器ＯＰ、で構成されている。ＩＮＴ
は入力端子、Ｒ、、Ｒ、はそれぞれ入力抵抗、ＳＡはサ
ーボアンプ、ＳＭはサーボモータで、このサーボモータ
の回転軸は前記励振コイル４に機械的に連結されている
。サンプル・ホールド回路ＳＨの出力端は抵抗Ｒ２の分
圧点に接続されるとともに、入力端子１ＮＴから印加さ
れる入力信号Ｅｉと差動的になるようにサーボアンプＳ
Ａの入力端に接続されている。このような構成のサーボ
回路の動作を説明すると次の如くなる。

まず、はじめに励振パルス発生器０Ｓから第２図イに示
すように励振パルスＰＥを励振コイル４に印加する。励
振コイル４にパルスが印加されると、所謂ジユール（Ｊ
Ｏｕｌｅ）効果によつて磁歪線１の内部に超音波信号が
発生し、これが磁歪線１の両端に向けて伝搬する。この
超音波信号は、やがて磁歪線１の両端に設けられている
第１の受信コイル２および第２の受信コイル３に到達す
る。磁歪線１内を超音波信号が通過するとき、所謂ビラ
リ （Ｖｉｌｌａｒｉ）効果によつてこれらの受信コイ
ル２，３にパルス状の電圧信号Ｅｌ，ｅ２が第２図口に
示すように発生する。いま、励振パルスＰＥを励振コイ
ル４に印加すると同時に磁歪線１内に超音波信号が発生
するものとすれば、この超音波信号が励振コイル４の位
置から磁歪線１内を伝搬し、受信コイル２および３に到
達するまでの時間ｔ１およびＴ２は、（１）式および（
２）式で表わすことができる。ただし、 ＶＳ：磁歪線１内を超音波信号が伝搬する速度１１：励
振コイル４と第１受信コイル２との距離１２：励振コイ
ル４と第２受信コイル３との距離励振パルスＰＥは励振
コイル４に印加されると同時にフリツプ・フロツプＦＦ
ｌ，ＦＦ２のセツト端子Ｓに印加されており、フリツプ
・フロツプＦＦｌ，ＦＦ２を第２図ハ，二に示すように
セツト状態にする。

また、励振パルスＰＥを与えてからＴｌ，ｔ２後に受信
コイル２，３によつて得られたパルス状の電圧信号Ｅｌ
，ｅ２は増幅器０Ｐ１，０Ｐ２を介してフリツプ・フロ
ップ下Ｆｌ，ＦＦ２のりセツト端子Ｒにそれぞれ印加さ
れ、ＦＦｌ，ＦＦ２を第２図ハ，二に示すようにりセツ
ト状態にする。したがつて、フリツプ・フロツプＦＦｌ
，ＦＦ２の出力端から第２図ハ，二に示すように、１１
，１２に比例する時間幅Ｔｌ，ｔ２をもつた時間幅信号
ＰＷｌ，ＰＷ２が得られる。演算回路ＣＫにおいて、ス
イツチＳｌ，Ｓ２は各フリツプ・フロップ下Ｆｌ，ＦＦ
２からの時間幅信号ＰＷｌ，ＰＷ２によつて導通する。

また、励振パルス発生器０Ｓの出力パルスによつてトリ
ガされる′モノマルチＭの出力パルスＳＰ（第２図ホ参
照）によつてスイツチＳ３が導通し、積分器１Ｇの出力
がサンフ０ル・ホールド回路ＳＨによつてサンフ０ル・
ホールドされる。いま、標準電源電圧Ｅｓ，Ｅｓの絶対
値を等しくしておくものとすると、スイツチＳｌ，Ｓ２
がともに導通している期間、積分器１Ｇの入力端には標
準電圧Ｅｓと−Ｅｓとがともに抵抗Ｒ１、スイツチＳｌ
，Ｓ２を介して、またサンプル・ホールド回路ＳＨの出
力ＥＯが抵抗Ｒ２を介してそれぞれ印加される。そのた
め、積分器１Ｇの出力電圧ＥＩは第２図へのｆ部分で示
すように下降する電圧となる。いずれか一方のスイツチ
Ｓｌ，Ｓ２だけが導通している状態にこではスイツチＳ
２だけが導通している状態）では、いずれか一方の極性
の標準電源電圧Ｅｓとサンプル・ホールド回路ＳＨの出
力ＥＯが積分器Ｇに印加される。したがつて、積分器１
Ｇの出力電圧ＥＩは第２図へのｇ部分で示すように上昇
する電圧となる。このようにして、積分器１Ｇの出力Ｅ
は第２図ホのサンプリングパルスＳＰが到来する毎にサ
ンプル・ホールド回路ＳＨによつてサンプル・ホールド
され、このため、サンプル・ホールド回路ＳＨの出力端
からサンプリング周期Ｔ毎にリツプルを含んだ第２図の
卜に示すような電圧ＥＯが出力される。この出力電圧Ｅ
Ｏは入力端子１ＮＴより印加される入力信号Ｅ１と差動
的に突き合されてサーボアンプＳＡに加えられる。サー
ボアンプＳＡが出力する偏差信号はサーボモータＳＭに
加えられ、このサーボモータの回転軸に連結されている
励振コイル４を磁歪線１上を変位させる。サーボアンプ
ＳＡの出力する偏差信号が零になつたところでこのサー
ボ回路は通常のサーボ系と同様に平衡する。このような
サーボ回路において、ＭＴ時間（ｍは整数）経過後のサ
ンプル・ホールド回路ＳＨの出力ＥＯは下式（３）で表
わされる。であれば（３）式はｍ＝ωにおいて（５）式
の通りとなる。

（５）式において、１，＋１。

は第１の受信コイル２と第２の受信コイル３との距離で
あつて、励振コイル４の移動にかかわらず一定な値であ
る。また、定数Ｋも抵抗Ｒ，〜Ｒ，で定まる値であり、
そのた１め励振コイル２の位置（１，−１。）は入力信
号Ｅ，に対応したものとなる。したがつて、励振コイル
４に連動するように指針或いは記録ペンを設けておけば
、磁歪ポテンシヨを含む第１図のサーボ回路はサーボレ
コーダとして用いられる。ところで、従来のサーボ回路
においてとられていた不感帯の補償手段の一例のプロツ
ク図を第３図に示す。

第３図においてＮＦが不感帯補償回路で、この不感帯補
償回路は発振器の出力Ａｓｉｎｆｔをサーボアンプの入
力に加えることにより、負荷を周波数ｆで振動させて摩
擦力Ｆを打ち消すようにしたものである。この補償手段
はデイザ法と呼ばれるもので、発振器より得られるデイ
ザ信号Ａｓｉｎｆｔは振幅Ａを摩擦力Ｆを打消すのに充
分な大きさとし、かつ周波数ｆは系に悪影響を与えない
程度の高周波（通常５０〜５００出程度）とする必要が
ある。このようなデイザ法による不感帯補償手段は従来
から行なわれているが、デイザ信号を発生させるための
発振器を必要とするので、部品点数が増加し、コストア
ツプおよび信頼性の低下を招いていた。本発明はこの点
にかんがみてなされたものである。

すなわち、第１図で説明したように磁歪ポテンシヨを帰
還素子として用いたサーボ回路においてはスイツチＳ，
，Ｓ２が導通になつている期間に演算回路ＣＫでは第（
３）式に示す演算を行なわなければならないが、その演
算期間においては抵抗Ｒ．の分圧点に印加される電圧は
変動してはならない。このため、このような磁歪ポテン
シヨを帰還素子として用いたサーボ回路においては、第
１図で説明した如くサンプル・ホールド回路ＳＨが不口
Ｊ欠の条件となる。ところで、サンプル・ホールド回路
ＳＨの出力ＥＯは第２図の卜に示す如く必ずリツプルが
存在する。本発明はこのリツプルを利用して不感帯を補
償するようにしたものである。第４図は磁歪ポテンシヨ
を用いた本発明のサーボ回路の一実施例を示す接続図で
ある。第４図において、一点鎖線で示したＨＡが本発明
によつて付加された加算回路で、この加算回路ＨＡ以外
は第１図回路と全く同一である。その同一部分の再説明
は省略する。加算回路ＨＡは高域増幅機能を含むもので
、演算増幅器０Ｐ。

とその帰還抵抗Ｒ，、加算抵抗Ｒ，，Ｒ。および高域増
幅回路用抵抗Ｒ。とコンデンサＣ２より構成されている
。加算抵抗Ｒ３の一端は人力端子ＩＮＴに接続され、他
端は演算増幅器０Ｐ。の（−）入力端に接続されている
。他方の加算抵抗Ｒ，の一端はサンプル・ホールド回路
ＳＨの出力端子に接続され、他端は演算増幅器０Ｐ，の
（−）入力端に接続されている。又、抵抗Ｒ。とコンデ
ンサＣ。は直列に接続され、この直列回路は抵抗Ｒ，に
並列に接続されている。演算増幅器０Ｐ。の出力端はサ
ーボアンプＳＡの入力端に接続されている。このような
構成の本発明装置において、磁歪ポ″テンシヨを含む基
本動作は第１図と全く同一であるので、その再説明は省
略する。

被測定信号Ｅ，は抵抗Ｒ。を介して演算増幅器０Ｐ，に
加えられ、又、サンプル・ホールド回路ＳＨの出力（第
２図の卜）は抵抗Ｒ。とコンデンサＣ。の直列回路及び
；抵抗Ｒ，を介して演算増幅器０Ｐ。に加えられる。サ
ンプル・ホールド回路ＳＨの出力ＥＯの直流分は抵抗Ｒ
，を介して被測定入力Ｅ，と逆の極性になつて加算され
、その偏差信号はサーボアンプＳＡに加えられる。一方
、サンプル・ホールド回路ＳＨのθ出力ＥＯにおけるリ
ツプルの大きさは通常５ｍＶｐ−Ｐ程度であり、又、周
波数は約５００比である。このようなリツプルは高域増
幅回路を構成する抵抗Ｒ。とコンデンサＣ。を介して演
算増幅器０Ｐ５に加えられて所定の大きさに増幅される
。この場合、このリツプル分を直流から高域まで増幅可
能な回路で単に増幅しようとするとフイードバツクゲイ
ンが直流的に変化してしまうために、本サーボ回路を例
えばペンレコーダなどに応用した場合にリツプルの増幅
度を変化させようとすると、ペンの記録のスパンが変化
してしまい不都合であるが、高域増幅回路を用いた本発
明においてはリツプル分のみを任意に増幅することが可
能となる。このように増幅されたリツプルはサーボアン
プＳＡを介してデイザ信号としてサーボモータＳＭに加
えられ、不感帯が打消される。このような本発明のサー
ボ回路のプロツク図を示すと第５図の如くなる。

第５図において、ＨＡＳは第４図に示す加算回路ＨＡの
伝達関数を示すもので、ＴＤは微分時定数、ｎは微分ゲ
インを示すものである。このＴＤとｎの値はサーボアン
プＳＡのゲインＫＡ及びサーボモータＳＭのトルクゲイ
ンＫＴ、そして摩擦力Ｆとの兼ね合いで定まるが、デイ
ザ信号による振動力の最大値が摩擦力Ｆの２倍程度にす
る為には次式で与えられるｎ及１びＴＤを用いるように
すればよい。なお、加算回路ＨＡにおける高域増幅機能
はサーボ系全体として進み補償回路としても作用するの
で、実際にはサーボ系の位相補償回路としての観点から
もｎ及びＴＤを検討し、その結果として（６）式と（７
）式で与えられる条件とが両立する様な配慮が必要であ
る。

以上説明したように本発明によれば磁歪ポテンシヨを含
むサーボ回路において、必須の要件とされるサンフ０ル
・ホールド回路ＳＨが出力するリツプル信号を高域増幅
回路により増幅してサーボアンプＳＡの入力に加算する
ことによりデイザ信号として利用するように構成したの
で、専用の発振器を用いることなく不感帯を打ち消すこ
とができる。

しかも、高域増幅回路は通常の演算増幅器を使用した加
算回路の加算抵抗にキヤパシタと抵抗を直列にした回路
を並列に接続しただけであるので、発振器に比較してコ
ストアツプ及び信頼性の低下は少なくてすむサーボ回路
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第］図は磁歪ポテンシヨを含むサーボ回路の接続図、第
２図は第］図回路の動作波形図、第３図は不感帯補償手
段を含む従来のサーボ回路のブカツク図、第４図は本発
明のサーボ回路の一実施例を示す接続図、第５図は第４
図回路のプロツク図である。 １・・・・・・磁歪線、２Ｊ３・・・・・・受信コイル
、４・・・・・・励振コイル、ＣＫ・・・・・・演算回
路、ＳＨ・・・・・・サンプルホールド回路、ＳＡ・・
・・・・サーボアンプ、ＨＡ・・・・・・高域増幅回路
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 磁歪材料で構成した磁歪線、この磁歪線に結合する
   第１の受信コイルと第２の受信コイルおよび励振コイル
   、励振コイルと第１受信コイルとの距離および励振コイ
   ルと第２受信コイルとの距離を機械的変位に対応して変
   化させるサーボモータ、励振コイルによつて磁歪線内に
   発生した信号が前記第１受信コイルおよび第２受信コイ
   ルに到達するまでの時間に関連して互に差動的に変化す
   る２種の時間幅信号を得る回路手段、極性の異なつた２
   個の標準電源、これらの標準電源にそれぞれ接続され前
   記２種の時間幅信号によつてそれぞれ駆動される２個の
   スイッチ、これらのスイッチを介して前記標準電源電圧
   が印加される積分器、この積分器の出力をサンプル・ホ
   ールドするサンプル・ホールド回路、このサンプル・ホ
   ールド回路の出力を前記標準電源電圧と共に前記積分器
   に印加する手段、第１の加算抵抗に入力信号を印加する
   と共に第２の加算抵抗にコンデンサと抵抗を直列に接続
   した回路を並列に接続し、この並列回路に前記サンプル
   ・ホールド回路の出力を前記入力信号とは逆の極性で印
   加するようにした演算増幅器で構成した高域増幅機能を
   含む加算回路、およびこの加算回路の出力が印加される
   サーボアンプを具備し、このサーボアンプの出力を前記
   サーボモータに加えるようにしたサーボ回路。