JP3318689B2 - Driving method of piezoelectric ceramic actuator - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電気的エネルギーを変
位や力の機械的エネルギーに変換する圧電セラミックア
クチュエータに関し、詳しくは、その変位時に生じるヒ
ステリシスを低減するための圧電セラミックアクチュエ
ータの駆動方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric ceramic actuator for converting electric energy into mechanical energy such as displacement or force, and more particularly, to a driving method of a piezoelectric ceramic actuator for reducing hysteresis generated at the time of the displacement. .
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、例えばX−Yテーブル等の精密な
位置決め装置にはアクチュエータが使用されている。通
常アクチュエータとしては、ボイスコイルモータやパル
スモータ等を備えた電磁式アクチュエータが汎用的に使
用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, an actuator is used in a precision positioning device such as an XY table. As an ordinary actuator, an electromagnetic actuator including a voice coil motor, a pulse motor, and the like is generally used.
【0003】一方、近年では位置決め精度,応答速度,
消費電力等の諸特性に関する改善の要求に応えるべく、
電磁式アクチュエータよりも特性的に優れた圧電セラミ
ックアクチュエータの採用が検討されている。On the other hand, in recent years, positioning accuracy, response speed,
In order to respond to demands for improvements in characteristics such as power consumption,
The adoption of a piezoelectric ceramic actuator that is superior in characteristics to an electromagnetic actuator is being studied.
【0004】この圧電セラミックアクチュエータは、圧
電性セラミックスの電界誘起歪みを利用したデバイス
で、一般に電極とセラミックスとが積層された構造を有
する。又、圧電セラミックスは、圧電体のセラミックス
微粉末を成形焼結した後、分極処理することによって得
られる多結晶体であるので、電圧の印加により結晶軸の
回転(分域回転と呼ばれる)が生じる。このため、圧電
セラミックスにおいては大きな歪みが発生し、結晶軸の
回転の影響で変位−電圧特性が非線形となり、大きなヒ
ステリシスを示す。[0004] This piezoelectric ceramic actuator is a device utilizing the electric-field-induced strain of piezoelectric ceramics, and generally has a structure in which electrodes and ceramics are laminated. In addition, the piezoelectric ceramic is a polycrystalline material obtained by subjecting a ceramic fine powder of a piezoelectric material to molding and sintering, and then performing a polarization process. Therefore, rotation of a crystal axis (referred to as domain rotation) occurs by applying a voltage. . For this reason, a large strain is generated in the piezoelectric ceramics, and the displacement-voltage characteristic becomes non-linear under the influence of the rotation of the crystal axis, showing a large hysteresis.
【0005】しかしながら、圧電セラミックアクチュエ
ータはその微小変位特性により、特に高精度に位置決め
を行う用途に関しては非常に適している。However, the piezoelectric ceramic actuator is very suitable due to its minute displacement characteristics, particularly for applications where positioning is performed with high accuracy.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上述した圧電セラミッ
クアクチュエータの場合、電圧で駆動するとヒステリシ
スの影響によって精密な変位制御を行い難くなる。In the case of the above-described piezoelectric ceramic actuator, when driven by a voltage, it is difficult to perform precise displacement control due to the influence of hysteresis.
【0007】そこで、実際には位置検出センサを使用し
て現在位置を検出し、目標位置との間の偏差量を算出す
ることによって、目標位置まで圧電セラミックアクチュ
エータを駆動している。この偏差量分の駆動には、フィ
ードバック制御回路を使用する必要がある。Therefore, in practice, the piezoelectric ceramic actuator is driven to the target position by detecting the current position using a position detecting sensor and calculating the deviation from the target position. To drive this deviation amount, it is necessary to use a feedback control circuit.
【0008】ところが、この偏差量分の駆動を行わせる
ために専用のフィードバック制御回路を使用すると、圧
電セラミックアクチュエータ用駆動装置全体がコスト高
になってしまう。However, if a dedicated feedback control circuit is used to drive the actuator by the amount of the deviation, the cost of the entire piezoelectric ceramic actuator driving device increases.
【0009】一方、ヒステリシスの無い圧電セラミック
アクチュエータの駆動方法として、電荷量駆動方法を採
用することが提案されている。この電荷量駆動方法の場
合、パルスや交流による駆動に対しては有効であるが、
直流駆動では安定した制御が得られないという欠点があ
る。On the other hand, it has been proposed to employ a charge driving method as a driving method of a piezoelectric ceramic actuator having no hysteresis. This charge amount driving method is effective for driving by pulse or AC,
There is a disadvantage that stable control cannot be obtained with DC drive.
【0010】又、圧電材料としてLiNbO3 圧電単結
晶を用いた場合にも、分域回転を生じることなく、ヒス
テリシスの無い圧電アクチュエータを得ることができ
る。Further, even when a LiNbO 3 piezoelectric single crystal is used as the piezoelectric material, a piezoelectric actuator having no hysteresis can be obtained without causing domain rotation.
【0011】ところが、この場合は圧電セラミックスア
クチュエータに較べてLiNbO3圧電単結晶の圧電定
数が一桁小さく、それ故、圧電アクチュエータとしての
変位量が過小になってしまうという欠点がある。However, in this case, the piezoelectric constant of the LiNbO 3 piezoelectric single crystal is one order of magnitude smaller than that of the piezoelectric ceramic actuator, and therefore, there is a disadvantage that the amount of displacement of the piezoelectric actuator becomes too small.
【0012】本発明は、かかる問題点を解決すべくなさ
れたもので、その技術的課題は、直流駆動を行い得ると
共に、変位量−電圧特性のヒステリシスを低減し得る圧
電セラミックアクチュエータの駆動方法を提供すること
にある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and a technical problem of the present invention is to provide a method of driving a piezoelectric ceramic actuator capable of performing DC driving and reducing hysteresis of displacement-voltage characteristics. To provide.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電セ
ラミックアクチュエータに直流電圧を印加して機械的エ
ネルギーを発生させ、該機械的エネルギーによって圧電
セラミックアクチュエータの変位を得る方法において、
直流電圧に対する変位の非線形性を参照して入力電圧の
非線形増巾を行い、該非線形増巾の結果として得られた
出力電圧を直流電圧として圧電セラミックアクチュエー
タに印加する圧電セラミックアクチュエータの駆動方法
が得られる。According to the present invention, there is provided a method of applying a DC voltage to a piezoelectric ceramic actuator to generate mechanical energy, and obtaining a displacement of the piezoelectric ceramic actuator by the mechanical energy.
A method for driving a piezoelectric ceramic actuator is provided in which nonlinear amplification of an input voltage is performed with reference to the nonlinearity of displacement with respect to a DC voltage, and an output voltage obtained as a result of the nonlinear amplification is applied to the piezoelectric ceramic actuator as a DC voltage. Can be
【0014】[0014]
【作用】一般に、圧電セラミックアクチュエータは直流
の入力電圧に対して非線形変位量を示す。そこで、本発
明では入力電圧に対して非線形な駆動電圧を合成した上
で、非線形の出力電圧で圧電セラミックアクチュエータ
を駆動することによって、入力電圧に対して圧電セラミ
ックアクチュエータの変位量を線形又は擬線形にできる
ようにしている。Generally, a piezoelectric ceramic actuator exhibits a non-linear displacement with respect to a DC input voltage. Therefore, in the present invention, the nonlinear drive voltage is combined with the input voltage, and then the piezoelectric ceramic actuator is driven with the nonlinear output voltage, so that the displacement of the piezoelectric ceramic actuator is linear or pseudo-linear with respect to the input voltage. To be able to.
【0015】[0015]
【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明の圧電セラミッ
クアクチュエータの駆動方法について、図面を参照して
詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The driving method of a piezoelectric ceramic actuator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0016】初めに、本発明の駆動方法の概要を簡単に
説明する。この駆動方法は、直流電圧を印加することに
よって機械的エネルギーを発生し、微小に変位する圧電
セラミックアクチュエータの変位量が入力電圧に対して
線形となるように、入力電圧を非線形増巾し、この非線
形増巾によって得られる非線形の出力電圧を圧電セラミ
ックアクチュエータに印加するものである。これによ
り、ヒステリシスを低減させた状態で圧電セラミックア
クチュエータを駆動することができる。First, the outline of the driving method of the present invention will be briefly described. In this driving method, mechanical energy is generated by applying a DC voltage, and the input voltage is nonlinearly amplified so that the amount of displacement of the piezoelectric ceramic actuator that displaces minutely becomes linear with respect to the input voltage. The non-linear output voltage obtained by the non-linear amplification is applied to the piezoelectric ceramic actuator. Thereby, the piezoelectric ceramic actuator can be driven in a state where the hysteresis is reduced.
【0017】図1は、この駆動方法の基本動作をフロー
チャートにより示したものである。この駆動方法では、
先ず入力電圧が印加される(ステップS1)と、電源回
路等に備えられる非線形増巾器は、入力電圧に対して非
線形電圧増巾を行う(ステップS2)。これにより、非
線形の出力電圧が得られる(ステップS3)。従って、
この後は非線形の出力電圧に従って圧電セラミックアク
チュエータを駆動する(ステップS4)。即ち、この駆
動方法では非線形増巾を行うことを特色としている。FIG. 1 is a flowchart showing the basic operation of this driving method. In this driving method,
First, when an input voltage is applied (step S1), a nonlinear amplifier provided in a power supply circuit or the like performs nonlinear voltage amplification on the input voltage (step S2). As a result, a non-linear output voltage is obtained (step S3). Therefore,
Thereafter, the piezoelectric ceramic actuator is driven according to the non-linear output voltage (step S4). That is, this driving method is characterized by performing nonlinear amplification.
【0018】次に、幾つかの実施例を挙げ、本発明の圧
電セラミックアクチュエータの駆動方法を具体的に説明
する。Next, the driving method of the piezoelectric ceramic actuator of the present invention will be specifically described with reference to several embodiments.
【0019】(実施例1)実施例1の駆動方法に係る非
線形増巾では、初期段階として、入力電圧V1 に対する
圧電セラミックアクチュエータの非線形変位量δ1 を実
測し、この非線形変位量δ1 を数18式[0019] In the non-linear increase width is according to the driving method of (Example 1) Example 1, as an initial stage, the measured nonlinear displacement amount [delta] 1 of the piezoelectric ceramic actuator with respect to the input voltage V 1, the non-linear displacement [delta] 1 Equation 18
【数18】 で示される入力電圧V1 に関する線形のn次式で近似す
ると共に、セラミックアクチュエータの固有パラメータ
であるa,b,c,…,nを最小自乗法で決定する。(Equation 18) Is approximated by a linear n-th order equation relating to the input voltage V 1 , and a, b, c,..., N, which are intrinsic parameters of the ceramic actuator, are determined by the least square method.
【0020】又、圧電アクチュエータの変位量を入力電
圧V1 に対して線形とするための出力電圧V2 を入力電
圧V1 の関数とし、昇圧時には出力電圧V2 を数19式[0020] Also, as a function of the input voltages V 1 and output voltage V 2 for a linear displacement of the piezoelectric actuator relative to the input voltages V 1, Formula 19 the output voltage V 2 at the time of the booster
【数19】 で示す。更に、ここで入力電圧V1 が最大値V1MAXとな
るときの最大出力電圧をV2MAXとして、降圧時には出力
電圧V2 を数20式[Equation 19] Indicated by Further, where the input of the maximum output voltage when the voltage V 1 is a maximum value V 1MAX as V 2MAX, number 20 formula the output voltage V 2 at the time of buck
【数20】 で示す。引き続き、圧電セラミックアクチュエータの変
位量δ2 を出力電圧V2を用いて数21式(Equation 20) Indicated by Subsequently, the displacement amount δ 2 of the piezoelectric ceramic actuator is calculated using the output voltage V 2 as shown in Equation 21.
【数21】 で表わす。この後、数19式と数20式とをそれぞれ数
21式に代入し、且つV1 で整理してそれぞれ昇圧時に
おける変位量δ2 の合成式を数22式(Equation 21) Expressed by Thereafter, Formula 19 and number 20 Expressions and were placed into each of several 21 Formula, and the number 22 Formula synthesis type of displacement [delta] 2 at the time of each organized boosted by V 1
【数22】 とし、又降圧時における変位量δ2 の合成式を数23式(Equation 22) And the combined equation of the displacement amount δ 2 at the time of step-down is expressed by Equation 23.
【数23】 として得る。次に、上述した最小自乗法で求めた圧電セ
ラミックアクチュエータの固有パラメータa,b,c,
…,nの値を用いて数22式と数23式とに関する2次
以降の多項式が疑似一次関数の級数に近似されるように
ゲインα,β,γ,…,ξの値を決定する。ここで、数
22式と数23式とにおいて入力電圧V1の2次以降の
多項式が疑似一次関数で等価されれば、圧電セラミック
アクチュエータの変位量δ2 が入力電圧V1 に対して線
形となる。従って、最小自乗法により既知である圧電セ
ラミックアクチュエータの固有パラメータa,b,c,
…,nの値を用いて関数f2 (・),f3 (・),…,
fn (・)の値が疑似一次関数の級数項の係数にそれぞ
れ等しくなるように非線形増巾のゲインα,β,γ,
…,ξの値を決定すれば良い。(Equation 23) Get as. Next, the intrinsic parameters a, b, c, of the piezoelectric ceramic actuator obtained by the above-mentioned least square method are described.
.., に are determined so that the second-order and higher-order polynomials related to Equations 22 and 23 are approximated by a series of pseudo-linear functions. Here, if the second and subsequent polynomials of the input voltage V 1 in Equations 22 and 23 are equivalent by a pseudo-linear function, the displacement δ 2 of the piezoelectric ceramic actuator is linear with respect to the input voltage V 1 . Become. Therefore, the intrinsic parameters a, b, c,
Using the values of..., N, the functions f 2 (•), f 3 (•),.
The gains α, β, γ, and nonlinear gain of the nonlinear amplification are set so that the value of f n (·) becomes equal to the coefficient of the series term of the pseudo-linear function.
.., Ξ may be determined.
【0021】図2は、この駆動方法の初期段階に係る入
力電圧V1 に対する圧電セラミックアクチュエータの非
線形変位量δ1 の実測結果を示したものである。図2か
らは、圧電セラミックアクチュエータは入力電圧V1 に
対して非線形的な変位を示すことが判る。又、ここでは
左回りヒステリシスが生じている。そこで、次に入力電
圧V1 に対して非線形な駆動電圧を合成する。FIG. 2 shows the results of actual measurement of the nonlinear displacement δ 1 of the piezoelectric ceramic actuator with respect to the input voltage V 1 in the initial stage of this driving method. From Figure 2, the piezoceramic actuator is seen to exhibit a non-linear displacement with respect to the input voltage V 1. Here, counterclockwise hysteresis occurs. Therefore, next to synthesize nonlinear driving voltage to the input voltage V 1.
【0022】図3は、この駆動方法の中期段階に係る入
力電圧V1 に対する出力電圧V2 の実測結果を示したも
のである。図3からは、出力電圧V2 は入力電圧V1 に
対して非線形的な変位を示すことが判る。又、ここでは
右回りヒステリシスが生じている。更に、この非線形な
出力電圧V2 は、圧電セラミックアクチュエータに印加
される。[0022] Figure 3 shows the result of measurement of output voltage V 2 to the input voltages V 1 according to the intermediate stage of the driving method. From Figure 3, the output voltage V 2 is seen to exhibit a non-linear displacement with respect to the input voltage V 1. Here, clockwise hysteresis occurs. Further, this nonlinear output voltage V 2 is applied to the piezoelectric ceramic actuator.
【0023】図4は、この駆動方法の後期段階に係る入
力電圧V1 に対する圧電セラミックアクチュエータの変
位量δ2 の実測結果を示したものである。図4からは、
図3に示すような非線形の出力電圧V2 を圧電セラミッ
クアクチュエータに印加すれば、圧電セラミックアクチ
ュエータにおいては入力電圧V1 に対して線形な変位量
δ2 が得られることが判る。FIG. 4 shows the measured results of the displacement δ 2 of the piezoelectric ceramic actuator with respect to the input voltage V 1 in the latter stage of the driving method. From FIG.
By applying a non-linear output voltage V 2 as shown in FIG. 3 in the piezoelectric ceramic actuator, the piezoelectric ceramic actuator is seen that the linear displacement amount [delta] 2 with respect to the input voltage V 1 is obtained.
【0024】以下は、本発明の駆動方法を採用した線形
駆動装置について、その構成部分の製造方法を合わせて
説明する。先ず圧電セラミックアクチュエータとして、
それぞれ厚さが100[μm]の圧電セラミックス薄板
と電極とを長さが18[mm]となるように多層積層す
ることにより、これらの積層方向の電界誘起歪を利用す
るタイプの積層型圧電アクチュエータを製造した。Hereinafter, a linear drive device employing the drive method of the present invention will be described together with a method of manufacturing the components thereof. First, as a piezoelectric ceramic actuator,
A multi-layer piezoelectric actuator of the type utilizing electric field induced strain in the laminating direction by laminating a plurality of piezoelectric ceramic thin plates each having a thickness of 100 [μm] and electrodes with a length of 18 [mm]. Was manufactured.
【0025】一方、他の圧電セラミックアクチュエータ
として、厚さが250[μm]で表面がメタライズされ
た2枚の圧電セラミックス板で金属薄板をサンドイッチ
状に接着することにより、板の曲げ変形を利用するタイ
プの圧電バイモルフアクチュエータを製造した。On the other hand, as another piezoelectric ceramic actuator, bending deformation of a plate is used by bonding a thin metal plate in a sandwich shape with two piezoelectric ceramic plates having a thickness of 250 [μm] and a metallized surface. A type of piezoelectric bimorph actuator was manufactured.
【0026】次に、これら2仕様の圧電セラミックアク
チュエータについて、その寸法[mm],変位量[μ
m]/定格電圧[V],及び定格電圧を印加する過程で
生じた定格電圧の50[%]分の電圧印加時における昇
圧時と降圧時とのそれぞれの変位量の差を定格電圧の変
位量で除算した値を50%ヒステリシス[%]として、
それぞれの諸特性を実測した。表1はこの測定結果を示
したものである。Next, with respect to the piezoelectric ceramic actuators of these two specifications, the dimensions [mm] and the displacement [μ
m] / rated voltage [V], and the difference between the amount of displacement between the step-up and the step-down when a voltage of 50% of the rated voltage generated in the process of applying the rated voltage is applied. The value divided by the amount is defined as 50% hysteresis [%].
Each characteristic was measured. Table 1 shows the measurement results.
【0027】[0027]
【表1】 [Table 1]
【0028】引き続き、図5に示すような駆動装置(そ
の要部を非線形駆動電圧出力回路として示す)を用い
て、これら2仕様の圧電セラミックアクチュエータに対
し、本発明の駆動方法を適用した。即ち、最初は駆動電
圧出力回路外に準備した測定演算機(パソコン等)によ
り、入力電圧V1 に対する非線形変位量δ1 が実測さ
れ、数18式のそれぞれの圧電セラミックアクチュエー
タの固有パラメータa,b,c,…,nが最小自乗法に
よって計算される。但し、この駆動装置に係る計算は、
変位量への寄与率,計算の簡略化,駆動電圧出力回路の
構成の簡略化等を考慮し、実際には数18式〜数22式
に関してそれぞれ4次式までを展開すれば良いものとし
ている。Subsequently, the driving method of the present invention was applied to the piezoelectric ceramic actuators of these two specifications by using a driving device as shown in FIG. 5 (the main part thereof is shown as a non-linear driving voltage output circuit). That is, first measurement calculation machine prepared out of the driving voltage output circuit by (personal computer), a non-linear displacement [delta] 1 is measured for the input voltage V 1, the number 18 Expressions specific parameters a respective piezoelectric ceramic actuator, b , C,..., N are calculated by the least squares method. However, the calculation for this drive is
In consideration of the contribution rate to the displacement amount, the simplification of the calculation, the simplification of the configuration of the drive voltage output circuit, and the like, in practice, it is sufficient to expand the equations (18) to (22) to the quartic equations. .
【0029】次に、圧電セラミックアクチュエータに対
する出力電圧V2 を入力電圧V1 に対して非線形とすべ
く、数19式及び数20式のそれぞれの2次,3次,及
び4次の項に対応する出力値が駆動電圧出力回路の3段
の乗算器からそれぞれ得られ、更に加算合成される。こ
の合成出力値が出力電圧V2 となる。Next, in order to make the output voltage V 2 to the piezoelectric ceramic actuator non-linear with respect to the input voltage V 1 , the equations correspond to the second, third and fourth order terms of equations (19) and (20). Output values are obtained from the three-stage multipliers of the drive voltage output circuit, respectively, and further added and synthesized. The combined output value becomes the output voltage V 2.
【0030】更に、数22式及び数23式の2次,3
次,及び4次の項の係数を疑似一次関数の級数項の係数
にそれぞれ等しくするためのゲイン調整は、それぞれの
乗算器に直列接続された抵抗R1 と、これらの抵抗R1
にそれぞれ直列接続されたオペアンプOp,及びこれに
それぞれ並列接続された可変抵抗R2 を含む並列接続回
路とにより行われる。Further, the quadratic, 3
The gain adjustment for making the coefficients of the fourth and fourth order terms equal to the coefficients of the series term of the quasi-linear function is performed by the resistors R 1 connected in series to the respective multipliers and the resistors R 1
Each performed by a parallel connection circuit including a variable resistor R 2 connected in parallel with each series-connected operational amplifier Op, and thereto.
【0031】表2は、このような駆動を行うものとし
て、変位量[μm]/定格電圧[V],及び50%ヒス
テリシス[%]のそれぞれの諸特性を、2仕様の圧電セ
ラミックアクチュエータについて実測した結果を示した
ものである。Table 2 shows that various characteristics of the displacement amount [μm] / rated voltage [V] and 50% hysteresis [%] are actually measured for a piezoelectric ceramic actuator of two specifications assuming such a drive. This shows the result of the measurement.
【0032】[0032]
【表2】 [Table 2]
【0033】表1,表2の比較から明らかなように、本
発明による圧電セラミックアクチュエータの駆動方法に
よれば、変位量/定格電圧[V]の値に変化はないが、
50%ヒステリシスの大きさが非常に小さくなることが
判る。As is clear from the comparison between Tables 1 and 2, according to the driving method of the piezoelectric ceramic actuator according to the present invention, the value of displacement / rated voltage [V] does not change.
It can be seen that the magnitude of the 50% hysteresis becomes very small.
【0034】(実施例2)実施例2の駆動方法に係る非
線形増巾では、初期段階として、入力電圧V1 に対する
圧電セラミックアクチュエータの非線形変位量δ1 を実
測し、この非線形変位量δ1 を数24式[0034] In the non-linear increase width is according to the driving method of (Example 2) Example 2, an initial stage, the measured nonlinear displacement amount [delta] 1 of the piezoelectric ceramic actuator with respect to the input voltage V 1, the non-linear displacement [delta] 1 Equation 24
【数24】 で示される入力電圧V1 に関する線形の3次式で近似す
ると共に、セラミックアクチュエータの固有パラメータ
であるa,b,cを最小自乗法で決定する。(Equation 24) Is approximated by a linear cubic equation relating to the input voltage V 1 , and a, b, and c, which are intrinsic parameters of the ceramic actuator, are determined by the least square method.
【0035】又、圧電アクチュエータの変位量を入力電
圧V1 に対して擬線形とするための出力電圧V2 を入力
電圧V1 の関数とし、昇圧時には出力電圧V2 を数25
式[0035] Also, as a function of the input voltages V 1 and output voltage V 2 for a quasilinear form the displacement amount of the piezoelectric actuator relative to the input voltages V 1, at the time of boosting the number of output voltage V 2 25
formula
【数25】 で示す。更に、ここで入力電圧V1 が最大値V1MAXとな
るときの最大出力電圧をV2MAXとして、降圧時には出力
電圧V2 を数26式(Equation 25) Indicated by Further, where the input of the maximum output voltage when the voltage V 1 is a maximum value V 1MAX as V 2MAX, during the step-down number 26 formula the output voltage V 2
【数26】 で示す。引き続き、圧電セラミックアクチュエータの変
位量δ2 を出力電圧V2を用いて数27式(Equation 26) Indicated by Subsequently, the displacement amount δ 2 of the piezoelectric ceramic actuator is calculated by using the output voltage V 2 according to Equation 27.
【数27】 で表わす。この後、数25式と数26式とをそれぞれ数
27式に代入し、且つV1 で整理してそれぞれ昇圧時に
おける変位量δ2 の合成式を数28式[Equation 27] Expressed by Thereafter, the equations (25) and (26) are respectively substituted into the equations (27), and the combined equations of the displacement δ 2 at the time of boosting are arranged by V 1 and the equations (28) are obtained.
【数28】 とし、又降圧時における変位量δ2 の合成式を数29式[Equation 28] And the combined equation of the displacement δ 2 at the time of step-down is expressed by Equation 29
【数29】 として得る。次に、上述した最小自乗法で求めた圧電セ
ラミックアクチュエータの固有パラメータa,b,c,
…,nの値を用いて数28式と数29式とに関する2次
以降の多項式が疑似一次関数の級数に近似されるように
ゲインα,β,γ,…,ξの値を決定する。ここで、数
28式と数29式とにおいて入力電圧V1の2次以降の
多項式が疑似一次関数で等価されれば、圧電セラミック
アクチュエータの変位量δ2 が入力電圧V1 に対して線
形となる。従って、最小自乗法により既知である圧電セ
ラミックアクチュエータの固有パラメータa,b,cの
値を用いて関数f2 (・),f3 (・),…,f
9 (・)の値が疑似一次関数の級数項の係数にそれぞれ
等しくなるように非線形増巾のゲインα,β,γの値を
決定すれば良い。(Equation 29) Get as. Next, the intrinsic parameters a, b, c, of the piezoelectric ceramic actuator obtained by the above-mentioned least square method are described.
.., Ξ are determined so that the second-order and higher-order polynomials relating to Expressions 28 and 29 are approximated by a series of pseudo-linear functions. Here, if the second and subsequent polynomials of the input voltage V 1 in Equations 28 and 29 are equivalent by a pseudo-linear function, the displacement δ 2 of the piezoelectric ceramic actuator is linear with respect to the input voltage V 1 . Become. Therefore, functions f 2 (•), f 3 (•),..., F
9 The values of the gains α, β, and γ of the nonlinear amplification may be determined so that the value of (•) becomes equal to the coefficient of the series term of the pseudo-linear function.
【0036】図6は、実施例2の駆動方法の初期段階に
係る入力電圧V1 に対する圧電セラミックアクチュエー
タの非線形変位量δ1 の実測結果を示したものである。
図6からは、圧電セラミックアクチュエータは実施例1
の場合(図2参照)と同様に、入力電圧V1 に対して非
線形的な変位を示し、しかも左回りヒステリシスを生じ
ていることが判る。そこで、次に入力電圧V1 に対して
非線形な駆動電圧を合成する。FIG. 6 shows the measurement results of the nonlinear displacement δ 1 of the piezoelectric ceramic actuator with respect to the input voltage V 1 in the initial stage of the driving method according to the second embodiment.
From FIG. 6, it can be seen that the piezoelectric ceramic actuator is the first embodiment
Similarly if (see FIG. 2) of, shows a non-linear displacement with respect to the input voltage V 1, moreover it can be seen that caused the counterclockwise hysteresis. Therefore, next to synthesize nonlinear driving voltage to the input voltage V 1.
【0037】図7は、この駆動方法の中期段階に係る入
力電圧V1 に対する出力電圧V2 の実測結果を示したも
のである。図7からは、出力電圧V2 は実施例1の場合
(図3参照)と同様に、入力電圧V1 に対して非線形性
を示し、右回りヒステリシスを生じていることが判る。
更に、この非線形な出力電圧V2 は、圧電セラミックア
クチュエータに印加される。[0037] Figure 7 shows the result of measurement of output voltage V 2 to the input voltages V 1 according to the intermediate stage of the driving method. From Figure 7, the output voltage V 2, like the case of Example 1 (see FIG. 3) shows a non-linearity with respect to the input voltage V 1, it can be seen that cause clockwise hysteresis.
Further, this nonlinear output voltage V 2 is applied to the piezoelectric ceramic actuator.
【0038】図8は、この出力電圧V2 を入力電圧V1
の3次式で近似した駆動方法の後期段階に係る入力電圧
V1 に対する圧電セラミックアクチュエータの変位量δ
2 の実測結果を示したものである。図8からは、図7に
示すような非線形の出力電圧V2 を圧電セラミックアク
チュエータに印加すれば、圧電セラミックアクチュエー
タにおいては入力電圧V1 に対してほぼ線形な(擬線形
な)変位量δ2 が得られることが判る。[0038] Figure 8 inputs the output voltage V 2 voltages V 1
The displacement amount δ of the piezoelectric ceramic actuator with respect to the input voltage V 1 in the latter stage of the driving method approximated by the cubic expression
2 shows the measurement results. From FIG. 8, when a nonlinear output voltage V 2 as shown in FIG. 7 is applied to the piezoelectric ceramic actuator, the piezoelectric ceramic actuator has a substantially linear (pseudo-linear) displacement δ 2 with respect to the input voltage V 1 . Is obtained.
【0039】(実施例3)実施例3では、更に非線形駆
動電圧出力回路の簡素化と経費削減とを実現するため、
実施例2の駆動方法において、数25式及び数26式の
3次の項を省略し、昇圧時には出力電圧V2 を数30式(Embodiment 3) In Embodiment 3, in order to further simplify the nonlinear drive voltage output circuit and reduce the cost,
In the driving method according to the second embodiment, the third-order terms of Expressions 25 and 26 are omitted, and the output voltage V 2 is increased by Expression 30 when boosting.
【数30】 で示し、又降圧時には出力電圧V2 を数31式[Equation 30] In the step-down operation, the output voltage V 2 is calculated by Equation 31.
【数31】 で示し、引き続いて圧電セラミックアクチュエータの変
位量δ2 を出力電圧V2を用いて数32式(Equation 31) Then, the displacement amount δ 2 of the piezoelectric ceramic actuator is expressed by Expression 32 using the output voltage V 2.
【数32】 で表わし、この後に数30式と数31式とをそれぞれ数
32式に代入し、且つV1 で整理して昇圧時の変位量δ
2 の合成式を数33式(Equation 32) Then, the equations (30) and (31) are substituted into the equation (32), and the displacement amount δ at the time of boosting is rearranged by V 1.
Formula 33 of the composite formula of 2
【数33】 とし、又降圧時の変位量δ2 の合成式を数34式[Equation 33] And the combined equation of the displacement δ 2 at the time of step-down is expressed by Equation 34.
【数34】 として得た後、上述した最小自乗法で求めた電圧セラミ
ックアクチュエータの固有パラメータa,b,cの値を
用いて数33式と数34式との2次以降の多項式が疑似
一次関数の級数に近似されるようにゲインα,βの値を
決定する。ここで、数33式と数34式とにおいて入力
電圧V1 の2次以降の多項式が疑似一次関数で等価され
れば、圧電セラミックアクチュエータの変位量δ2 が入
力電圧V1に対して擬線形となる。従って、最小自乗法
により既知である圧電セラミックアクチュエータの固有
パラメータa,b,cの値を用いて関数f2 (・),f
3 (・),…,f6 (・)の値が疑似一次関数の級数項
の係数にそれぞれ等しくなるように非線形増巾のゲイン
α,βの値を決定すれば良い。(Equation 34) Then, using the values of the intrinsic parameters a, b, and c of the voltage ceramic actuator obtained by the above-mentioned least square method, the second and subsequent polynomials of Expressions 33 and 34 are converted into a series of pseudo-linear functions. The values of the gains α and β are determined so as to be approximated. Here, if the second and subsequent polynomials of the input voltage V 1 in Equations 33 and 34 are equivalent by a pseudo-linear function, the displacement δ 2 of the piezoelectric ceramic actuator becomes pseudo-linear with respect to the input voltage V 1 . Becomes Therefore, the functions f 2 (·) and f 2 are calculated using the values of the intrinsic parameters a, b and c of the piezoelectric ceramic actuator which are known by the least square method.
The values of the gains α and β of the nonlinear amplification may be determined so that the values of 3 (•),..., F 6 (•) are equal to the coefficients of the series term of the pseudo-linear function.
【0040】この実施例3の駆動方法が導入された圧電
セラミックアクチュエータにおいても、初期段階では入
力電圧V1 に対して図6に近似した非線形的な変位を示
すと共に、左回りヒステリシスを生じ、中期段階では出
力電圧V2 が入力電圧V1 に対して図7に近似した非線
形性を示すと共に、右回りヒステリシスを生じることが
判った。Also in the piezoelectric ceramic actuator to which the driving method of the third embodiment is introduced, in the initial stage, the input voltage V 1 exhibits a nonlinear displacement similar to that shown in FIG. 6, and a counterclockwise hysteresis is generated. together with the stage shows the non-linearity output voltage V 2 was approximated in FIG. 7 with respect to the input voltage V 1, it was found to cause clockwise hysteresis.
【0041】図9は、出力電圧V2 を入力電圧V1 の2
次式で近似した駆動方法の後期段階に係る入力電圧V1
に対する圧電セラミックアクチュエータの変位量δ2 の
実測結果を示したものである。図9からは、更に後期段
階では図7に近似した非線形の出力電圧V2 を圧電セラ
ミックアクチュエータに印加すれば、圧電セラミックア
クチュエータにおいては入力電圧V1 に対して擬線形な
変位量δ2 が得られることが判る。FIG. 9 shows that the output voltage V 2 is equal to the input voltage V 1 .
The input voltage V 1 in the later stage of the driving method approximated by the following equation
Shows the result of measurement of the displacement amount [delta] 2 of the piezoelectric ceramic actuator for. From FIG. 9, if the nonlinear output voltage V 2 similar to FIG. 7 is applied to the piezoelectric ceramic actuator at a later stage, a quasi-linear displacement amount δ 2 with respect to the input voltage V 1 is obtained in the piezoelectric ceramic actuator. It turns out that it is possible.
【0042】図10,及び図11は、実施例1で説明し
た表1に示す諸特性を有する2仕様の圧電セラミックア
クチュエータに対し、それぞれ実施例2,実施例3の駆
動方法を適用するための駆動装置(その要部の非線形駆
動電圧出力回路)を示したものである。これらの駆動装
置では、最初に駆動電圧出力回路外に準備した測定演算
器(パソコン等)により、入力電圧V1 に対する非線形
変位量δ1 が実測され、数24式のそれぞれの圧電セラ
ミックアクチュエータにおける固有パラメータa,b,
cが最小自乗法によって計算される。FIGS. 10 and 11 show a method for applying the driving methods of the second and third embodiments to the piezoelectric ceramic actuator of two specifications having various characteristics shown in Table 1 described in the first embodiment. 1 shows a driving device (a non-linear driving voltage output circuit of a main part thereof). In these drives, first measurement processor that prepared out of the driving voltage output circuit by (personal computer), a non-linear displacement [delta] 1 is measured for the input voltage V 1, unique in each of the piezoelectric ceramic actuator having 24 formula Parameters a, b,
c is calculated by the least squares method.
【0043】次に、圧電セラミックアクチュエータに対
する出力電圧V2 を入力電圧V1 に対して非線形とすべ
く、数25式及び数26式の3次の項に対応する出力値
や、数30式及び数31式の2次の項に対応する出力値
が各駆動電圧出力回路の乗算器からそれぞれ得られ、引
き続き加算合成される。ここでの合成出力値が各駆動装
置における出力電圧V2 となる。更に、数28式,数2
9式の2次,3次の項の係数や、数33式,数34式の
2次の項の係数を疑似一次関数の級数項の係数にそれぞ
れ等しくするためのゲイン調整を、各乗算器に直列接続
された抵抗R1と、これら抵抗R1 にそれぞれ直列接続
されたオペアンプOpと、これにそれぞれ並列接続され
た可変抵抗R2 とを含む並列回路にて行う。Next, in order to make the output voltage V 2 to the piezoelectric ceramic actuator non-linear with respect to the input voltage V 1 , the output value corresponding to the third order term of the equations (25) and (26), Output values corresponding to the quadratic terms of Expression 31 are obtained from the multipliers of the respective drive voltage output circuits, and are subsequently added and synthesized. Here the combined output value at is the output voltage V 2 of each drive unit. Furthermore, Equation 28, Equation 2
Each multiplier performs a gain adjustment for making the coefficients of the second-order and third-order terms of Equation 9 and the coefficients of the second-order terms of Equations 33 and 34 equal to the coefficients of the series term of the pseudo-linear function. conducted a resistor R 1 connected in series, in parallel circuit including the resistors R op Op which are respectively connected in series 1, and a variable resistor R 2 that this was connected in parallel, respectively.
【0044】表3は、それぞれ実施例2,実施例3で説
明した駆動を行って変位量/定格電圧、及び50%ヒス
テリシスのそれぞれの諸特性を、上述した2仕様の圧電
セラミックアクチュエータについて実測した結果を示し
たものである。Table 3 shows that the driving described in the second and third embodiments was performed to measure various characteristics of the displacement / rated voltage and the 50% hysteresis for the piezoelectric ceramic actuators of the two specifications described above. It shows the results.
【0045】[0045]
【表3】 [Table 3]
【0046】表1,表3の比較より、明らかに実施例2
及び実施例3による圧電セラミックアクチュエータ駆動
方法によれば、変位量/印加電圧の値に大きな変化はな
く、50%ヒステリシスの大きさが充分に小さくなるこ
とが判る。From the comparison between Tables 1 and 3, it is clear that Example 2 was obtained.
Further, according to the piezoelectric ceramic actuator driving method according to the third embodiment, it is found that there is no large change in the value of the displacement amount / applied voltage, and the magnitude of the 50% hysteresis becomes sufficiently small.
【0047】[0047]
【発明の効果】 以上に説明したように、本発明の圧電
セラミックアクチュエータの駆動方法によれば、直流入
力電圧に対して非線形電圧を合成することによって非線
形の出力電圧を得て、この非線形出力電圧で圧電セラミ
ックアクチュエータを駆動しているので、入力電圧に対
して圧電セラミックアクチュエータの変位量を線形とす
ることができる。又、本発明の駆動方法によれば、特別
なフィードバック制御手段を用いなくても変位量−電圧
特性のヒステリシスを低減し得るという格別の長所を奏
する。更に、本発明の駆動方法の場合、実効性を考慮し
て非線形増幅に要する多項式の次元数を最小限に抑制し
ているので、ヒステリシスを充分に抑制し得る駆動装置
が低コストで提供されるようになる。As described above, according to the driving method of the piezoelectric ceramic actuator of the present invention, a non-linear output voltage is obtained by synthesizing a non-linear voltage with a DC input voltage. Drives the piezoelectric ceramic actuator, the amount of displacement of the piezoelectric ceramic actuator can be made linear with respect to the input voltage. Further, according to the driving method of the present invention, there is an extraordinary advantage that the hysteresis of the displacement-voltage characteristic can be reduced without using any special feedback control means. Furthermore, in the case of the driving method of the present invention, the number of dimensions of the polynomial required for nonlinear amplification is suppressed to a minimum in consideration of effectiveness, so that a driving device capable of sufficiently suppressing hysteresis is provided at low cost. Become like
【図1】本発明の圧電セラミックアクチュエータの駆動
方法に係る基本動作を示したフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing a basic operation according to a driving method of a piezoelectric ceramic actuator of the present invention.
【図2】本発明の実施例1の駆動方法に係る入力電圧V
1 に対する圧電セラミックアクチュエータの非線形変位
量δ1 の実測結果を示したものである。FIG. 2 shows an input voltage V according to the driving method of the first embodiment of the present invention.
Shows the measured results of the nonlinear displacement amount [delta] 1 of the piezoelectric ceramic actuator for 1.
【図3】本発明の実施例1の駆動方法に係る入力電圧V
1 に対する出力電圧V2 の実測結果を示したものであ
る。FIG. 3 shows an input voltage V according to the driving method of the first embodiment of the present invention.
Shows the result of measurement of output voltage V 2 for 1.
【図4】本発明の実施例1の駆動方法に係る入力電圧V
1 に対する圧電セラミックアクチュエータの線形変位量
δ2 の実測結果を示したものである。FIG. 4 shows an input voltage V according to the driving method of the first embodiment of the present invention.
Shows the result of measurement of the linear displacement of [delta] 2 of the piezoelectric ceramic actuator for 1.
【図5】本発明の実施例1の駆動方法を用いた駆動装置
(その非線形駆動電圧出力回路)を示したものである。FIG. 5 shows a driving device (its nonlinear driving voltage output circuit) using the driving method according to the first embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施例2の駆動方法に係る入力電圧V
1 に対する圧電セラミックアクチュエータの非線形変位
量δ1 の実測結果を示したものである。FIG. 6 shows an input voltage V according to the driving method according to the second embodiment of the present invention.
Shows the measured results of the nonlinear displacement amount [delta] 1 of the piezoelectric ceramic actuator for 1.
【図7】本発明の実施例2の駆動方法に係る入力電圧V
1 に対する出力電圧V2 の実測結果を示したものであ
る。FIG. 7 shows an input voltage V according to the driving method according to the second embodiment of the present invention.
Shows the result of measurement of output voltage V 2 for 1.
【図8】本発明の実施例2の駆動方法に係る入力電圧V
1 に対する圧電セラミックアクチュエータの線形変位量
δ2 の実測結果を示したものである。FIG. 8 shows an input voltage V according to the driving method according to the second embodiment of the present invention.
Shows the result of measurement of the linear displacement of [delta] 2 of the piezoelectric ceramic actuator for 1.
【図9】本発明の実施例3の駆動方法に係る入力電圧V
1 に対する圧電セラミックアクチュエータの線形変位量
δ2 の実測結果を示したものである。FIG. 9 shows an input voltage V according to the driving method of the third embodiment of the present invention.
Shows the result of measurement of the linear displacement of [delta] 2 of the piezoelectric ceramic actuator for 1.
【図10】本発明の実施例2の駆動方法を用いた駆動装
置(その非線形駆動電圧出力回路)を示したものであ
る。FIG. 10 illustrates a driving device (its non-linear driving voltage output circuit) using the driving method according to the second embodiment of the present invention.
【図11】本発明の実施例3の駆動方法を用いた駆動装
置(その非線形駆動電圧出力回路)を示したものであ
る。FIG. 11 shows a driving device (its nonlinear driving voltage output circuit) using the driving method according to the third embodiment of the present invention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江 鐘偉 宮城県仙台市青葉区亀岡町68亀岡住宅1 −12 (56)参考文献 特開 平3−256375(JP,A) 特開 昭61−256774(JP,A) 特開 平6−104501(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 41/09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Jiangwei 1-12 Kameoka Residence, 68 Kameoka-cho, Aoba-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture (56) References JP-A-3-256375 (JP, A) JP-A-61- 256774 (JP, A) JP-A-6-104501 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 41/09
Claims (5)
圧を印加して機械的エネルギーを発生させ、該機械的エ
ネルギーによって圧電セラミックアクチュエータの変位
を得る方法において、前記直流電圧に対する前記変位の
非線形性を参照して入力電圧の非線形増巾を行い、該非
線形増巾の結果として得られた出力電圧を前記直流電圧
として前記圧電セラミックアクチュエータに印加するこ
とを特徴とする圧電セラミックアクチュエータの駆動方
法。1. A method of applying a DC voltage to a piezoelectric ceramic actuator to generate mechanical energy, and obtaining a displacement of the piezoelectric ceramic actuator by the mechanical energy, wherein a non-linearity of the displacement with respect to the DC voltage is referred to. A method of driving a piezoelectric ceramic actuator, comprising: performing nonlinear amplification of an input voltage; and applying an output voltage obtained as a result of the nonlinear amplification to the piezoelectric ceramic actuator as the DC voltage.
エータの駆動方法において、前記非線形増巾は、前記非
線形性を補償するものであることを特徴とする圧電セラ
ミックアクチュエータの駆動方法。2. The method of driving a piezoelectric ceramic actuator according to claim 1, wherein the nonlinear amplification compensates for the nonlinearity.
エータの駆動方法において、前記非線形増巾は、前記入
力電圧V1 に対する前記圧電セラミックアクチュエータ
の非線形変位量δ1 を実測し、該非線形変位量δ1 を数
1式 【数1】 で示される該入力電圧V1 に関する線形のn次式で近似
し、且つここで前記圧電セラミックアクチュエータの固
有パラメータであるa,b,c,…,nを最小自乗法で
決定すると共に、該圧電セラミックアクチュエータの変
位量を該入力電圧V1 に対して線形とするための出力電
圧V2 を該入力電圧V1 の関数として昇圧時には該出力
電圧V2 を数2式 【数2】 で示す一方、ここで入力電圧V1 が最大値V1MAXとなる
ときの最大出力電圧をV2MAXとして降圧時には該出力電
圧V2 を数3式 【数3】 で示し、他方、前記圧電セラミックアクチュエータの変
位量δ2 を前記出力電圧V2 を用いて数4式 【数4】 で表わした後、該数2式と該数3式とをそれぞれ該数4
式に代入し、且つV1 で整理して昇圧時における該変位
量δ2 の合成式を数5式 【数5】 とし、又降圧時における該変位量δ2 の合成式を数6式 【数6】 として得た後、更に、前記最小自乗法で求めた圧電セラ
ミックアクチュエータの固有パラメータa,b,c,
…,nの値を用いて前記数5式と前記数6式とに関する
2次以降の多項式が疑似一次関数の級数に近似されるよ
うにゲインα,β,γ,…,ξの値を決定することを特
徴とする圧電セラミックアクチュエータの駆動方法。3. The method for driving a piezoelectric ceramic actuator according to claim 2, wherein the nonlinear amplification is obtained by actually measuring a nonlinear displacement δ 1 of the piezoelectric ceramic actuator with respect to the input voltage V 1 , and calculating the nonlinear displacement δ 1. Equation 1 Is approximated by a linear n following equation for the input voltages V 1, shown in, and a is an inherent parameter of the piezoelectric ceramic actuator wherein, b, c, ..., and determines a minimum square method to n, piezoelectric [2 number] output voltage V 2 of the equation (2) is the output voltage V 2 at the booster as a function of the input voltages V 1 to linear with respect to the input voltages V 1 the displacement of the ceramic actuator On the other hand, the maximum output voltage when the input voltage V 1 reaches the maximum value V 1MAX is set as V 2MAX , and the output voltage V 2 is used in step-down when the voltage is stepped down. On the other hand, the displacement amount δ 2 of the piezoelectric ceramic actuator is expressed by the following equation (4) using the output voltage V 2. After that, Expression 2 and Expression 3 are respectively expressed by Expression 4.
Substituting into the equation and rearranging it by V 1 , the composite equation of the displacement amount δ 2 at the time of boosting is expressed by the following equation (5). And the combined equation of the displacement amount δ 2 at the time of step-down is expressed by the following equation (6). After that, the intrinsic parameters a, b, c, of the piezoelectric ceramic actuator obtained by the least squares method are further obtained.
.., Ξ are determined so that the second-order and higher-order polynomials related to Equations (5) and (6) are approximated by a series of pseudo-linear functions. A method for driving a piezoelectric ceramic actuator.
エータの駆動方法において、前記非線形増巾は、前記入
力電圧V1 に対する前記圧電セラミックアクチュエータ
の非線形変位量δ1 を実測し、該非線形変位量δ1 を数
7式 【数7】 で示される該入力電圧V1 に関する線形の3次式で近似
し、且つここで前記圧電セラミックアクチュエータの固
有パラメータであるa,b,cを最小自乗法で決定する
と共に、該圧電セラミックアクチュエータの変位量を該
入力電圧V1 に対して擬線形とするための出力電圧V2
を該入力電圧V1 の関数として昇圧時には該出力電圧V
2 を数8式 【数8】 で示す一方、ここで入力電圧V1 が最大値V1MAXとなる
ときの最大出力電圧をV2MAXとして降圧時には該出力電
圧V2 を数9式 【数9】 で示し、他方、前記圧電セラミックアクチュエータの変
位量δ2 を前記出力電圧V2 を用いて数10式 【数10】 で表わした後、該数8式と該数9式とをそれぞれ該数1
0式に代入し、且つV1で整理して昇圧時における該変
位量δ2 の合成式を数11式 【数11】 とし、又降圧時における該変位量δ2 の合成式を数12
式 【数12】 として得た後、更に、前記最小自乗法で求めた圧電セラ
ミックアクチュエータの固有パラメータa,b,cの値
を用いて前記数11式と前記数12式との2次以降の多
項式が疑似一次関数の級数に近似されるようにゲイン
α,β,γの値を決定することを特徴とする圧電セラミ
ックアクチュエータの駆動方法。4. The method of driving a piezoelectric ceramic actuator according to claim 2, wherein the nonlinear amplification is obtained by actually measuring a nonlinear displacement δ 1 of the piezoelectric ceramic actuator with respect to the input voltage V 1 , and calculating the nonlinear displacement δ 1. Is given by Equation 7 Is approximated by a linear cubic expression relating to the input voltage V 1 , and a, b, and c, which are intrinsic parameters of the piezoelectric ceramic actuator, are determined by the least square method. output voltage V 2 for a quasilinear form an amount relative to the input voltages V 1
At the time of boosting as a function of the input voltage V 1.
2 is expressed by Equation 8 On the other hand, the maximum output voltage when the input voltage V 1 reaches the maximum value V 1MAX is set to V 2MAX , and the output voltage V 2 is used in step-down when the voltage is stepped down. On the other hand, the displacement amount δ 2 of the piezoelectric ceramic actuator is expressed by the following equation (10) using the output voltage V 2. After that, Expression 8 and Expression 9 are respectively expressed by Expression 1.
Substituting into Equation 0 and organizing it by V 1 , the combined equation of the displacement δ 2 at the time of boosting is given by Equation 11 And the composite equation of the displacement amount δ 2 at the time of step-down is given by
Equation 12 Then, using the values of the intrinsic parameters a, b, and c of the piezoelectric ceramic actuator obtained by the least square method, the second-order and higher-order polynomials of the equations (11) and (12) are pseudo-linear functions. Wherein the values of the gains α, β, and γ are determined so as to approximate the series of the piezoelectric ceramic actuator.
エータの駆動方法において、前記非線形増巾は、前記数
8式及び前記数9式の3次の項を省略し、昇圧時には前
記出力電圧V2 を数13式 【数13】 で示し、又降圧時には該出力電圧V2 を数14式 【数14】 で示し、引き続いて前記圧電セラミックアクチュエータ
の変位量δ2 を前記出力電圧V2 を用いて数15式 【数15】 で表わし、この後に該数13式と該数14式とをそれぞ
れ該数15式に代入し、且つV1 で整理して昇圧時の変
位量δ2 の合成式を数16式 【数16】 とし、又降圧時の変位量δ2 の合成式を数17式 【数17】 として得た後、更に、前記最小自乗法で求めた電圧セラ
ミックアクチュエータの固有パラメータa,b,cの値
を用いて数16式と数17式との2次以降の多項式が疑
似一次関数の級数に近似されるようにゲインα,βの値
を決定することを特徴とする圧電セラミックアクチュエ
ータの駆動方法。5. The driving method for a piezoelectric ceramic actuator according to claim 4, wherein the third-order terms of the equations (8) and (9) are omitted in the nonlinear amplification, and the output voltage V 2 is reduced at the time of boosting. Equation 13 In the step-down operation, the output voltage V 2 is calculated by the following equation (14). Then, the displacement amount δ 2 of the piezoelectric ceramic actuator is expressed by the following equation (15) using the output voltage V 2. After that, the expression (13) and the expression (14) are substituted into the expression (15), and the combined expression of the displacement δ 2 at the time of boosting is arranged by V 1 to obtain the expression (16). And the combined equation of the displacement δ 2 at the time of step-down is expressed by the following equation (17). Then, using the values of the intrinsic parameters a, b, and c of the voltage ceramic actuator obtained by the least square method, the second and subsequent polynomials of Expressions 16 and 17 are transformed into a series of pseudo-linear functions. A method for driving a piezoelectric ceramic actuator, wherein the values of the gains α and β are determined so as to approximate
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- 1993-11-12 JP JP28301493A patent/JP3318689B2/en not_active Expired - Lifetime
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