開ループ振動安定化制御による、電磁気MEMSリニアアクチュエータの可動範囲の拡張

通过开环振动稳定控制扩展电磁 MEMS 线性执行器的运动范围

• 批准号: 14750379
• 负责人: 野中 謙一郎
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Musashi Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750379/
• 关键词: Open loop control; Oscillatory control; MEMS; Microsystem; Electromagnetic actuator; Sensorless; Averaging method; Potential function

本研究の目的は、開ループ振動安定化制御によって、電磁マイクロアクチュエータのsnap-through(pull-in)を回避し、可動範囲を拡張する事である。得られた成果を以下に示す。(1)Two wire systemの実験機の製作とSnap-through領域内における安定化実験電磁アクチュエータの最も簡単なモデルとして、2本の平行な導線の一方を固定し、他方を真鍮の柔らかい梁によって支持した装置を製作した。導線の平行部の長さは400mm、導線間の空隙は約6mmである。同方向に直流電流を流すと電磁力によって空隙が減少し、初期位置の半分の約3mmで理論通りsnap-throughが発生することを確認された。平均化ポテンシャル関数に基づく開ループ振動制御入力を設計して実験機に適用したところ、可動範囲が1.5倍に広がり、snap-through領域内で安定化が可能である事が実証された。(2)永久磁石型の実験機の製作・モデル構築・Snap-through領域内における安定化実験実用的な永久磁石を用いた電磁リニアアクチュエータでも開ループ振動安定化制御が有効であることを示すため、ネオジウムとコイルを用いた梁型のリニアアクチュエータを製作した。無電流時の空隙を15mmとして直流電流によって開ループ位置制御を行うと、空隙が約10mm以下でsnap-throughすることを確認した。有限要素法によってモデルを作成し、さらに電磁力の数値計算結果を多項式補間した数式モデルによって平均化ポテンシャル関数を導出し、開ループ振動制御入力を計算して実験機に適用したところ、可動範囲が約2.4倍になり、位置決め誤差も最大で約50μmに抑えられることを確認した。以上から、開ループ振動制御が実用的な永久磁石を用いた梁型電磁リニアアクチュエータの位置決め制御にも有効であることが実証された。(3)本研究で得られた振幅・周波数設計法を小型振子の開ループ振動安定化制御に適用したところ,任意の姿勢における制御に成功し汎用性も確認された。本研究の成果の一部は,日本ロボット学会で発表した.その他の成果も計測自動制御学会などで発表予定・投稿中である。

The purpose of this study is to open up vibration stabilization control, electromagnetic snap-through(pull-in) avoidance, and movable range expansion. The results are shown below. (1)Two wire system implementation machine manufacturing and Snap-through field stability, electromagnetic wave stability, the most simple and simple, 2 this parallel wire one side is fixed, the other side is true, flexible beam support device manufacturing. The length of the parallel part of the guide wire is about 400mm, and the gap between the guide wires is about 6 mm. In the same direction, the electromagnetic force decreases the gap, and the theoretical snap-through occurs at the initial position. The average number of open vibration control force is designed to be applied to the machine, and the movable range is up to 1.5 times. (2)Permanent magnet type machine manufacturing, construction, Snap-through field stabilization, permanent magnet application, electromagnetic field stabilization, vibration stabilization, control, application, beam type machine manufacturing. When there is no current, the gap is less than 15mm and the DC current is less than 10 mm. The finite element method is used to calculate the numerical value of electromagnetic force. The polynomial interpolation is used to calculate the numerical value of electromagnetic force. The average numerical value of electromagnetic force is derived. The calculation of vibration control force is applicable to the machine. The movable range is about 2.4 times. The maximum error of position determination is about 50μm. The above mentioned permanent magnets are used for vibration control. The beam type electromagnetic field is used for position control. (3)This study shows that the amplitude-frequency design method is applicable to the control of small oscillators, and the control of arbitrary postures is generally applicable. Part of the results of this study is presented by the Japan Institute of Technology. The results of other projects are measured by the Institute of Automatic Control.