京大岡山 3.8m 望遠鏡分割鏡制御に用いる

アクチュエータの特性評価

京都大学大学院　理学研究科宇宙物理学教室

　長友　竣、木野 勝　

制御対象と目標

制御対象・・・セグメント鏡 18 枚 エッジセンサ 60 個 1 秒間に～ 100回の アクチュエータ 54 個 フィードバック

目標 重力変形 熱変形 <50nm に抑制 風による変形 (~ 数 Hz)

→ アクチュエータの特性をモデル化

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評価対象LAH-46-1002-F-L

（ハーモニック・ドライブ・システムズ社）DC モーター / ロータリーエンコーダ / ボールねじ

動作の数式モデル

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電磁力の係数

摩擦の係数

粘性の係数

: モータの回転角度: コイル電流

tt

DCtBitt

d

d

d

d2

2

t ti

ステップ応答測定3/11

ステップ電流応答を振幅を変えて測定 動作可能な最小電流値摩擦 vs 電磁力 粘性による動作の時定数

測定条件- 波形 ： 3 値矩形波- 電流振幅 ： 0.4, 0.3, 0.2, 0.1, 0.05, 0.025 A

- 周期 ： 4 秒- 繰り返し回数 ： 10 回

1s

測定システム

任意波形発生器

直流モーター

変位センサ

電流計電圧 電流−変換回路

1k サンプル / 秒 で計測

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ロータリーエンコーダ

tt

DCtBitt

d

d

d

d2

2

t ti

測定結果

0

-4000

4000

角速度

[rad/s]

0 20 40経過時間 [sec]

5/11

0

-4000 1

エンコー

ダ角度

[rad]

i ~ 0.4A

2 3 20

フィッティング

角速度

[ra

d/s]

経過時間 [sec]

0.4A 13 回目の動作

0 1.00.2

6/11

tDCtttiBtt

dd

d

-4000

0

電磁力の係数 B 摩擦の係数 C 粘性の係数 D 最小二乗法を用いて 1 回の動作ごとに フィッティング

最小駆動電流

]A[100.22.1 -15B

4100.32.1 CB

[Nm

/A]

|C| [N

m]0

0

2.5×105

2.5×104

0.4A 0.3A 0.2A

0.4A 0.3A 0.2A

n 回目の動作

0 202020 00

電磁力の係数 B

電磁力 ≥ 摩擦Bi0 ≥∣C∣

電磁力 摩擦力

i0≥0.10±0.02[A]

摩擦力の係数 C

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動作の時定数

粘性の係数

D [N

ms/rad]

0

-25

n 回目の動作

粘性の係数

粘性による速度変化の時定数

0 202020 00

0.4A 0.3A 0.2A

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目標の制御帯域 ～ 10HzFeedback 周波数 ～ 100Hz

sec/rad412D

sec08.01

D

T

摩擦の詳細測定9/11

最小駆動電流～ 0.1A 周辺を詳細に測定測定システムは先程と同じ

・入力電流 ： 2 値矩形波• 周波数 : 0.5Hz

• 振幅 : 25 ～ 125mA

・定常状態に達したあとの速度 ( 終端速度 ) を測定

最大静止摩擦の測定

86mA

10μm/sec のジャンプ

センサの読出し周期 ～１ 0msec

100nm のオーバーシュート

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まとめと今後の展望11/11

アクチュエータのステップ電流応答から 動作モデルを推定

時定数 ： 0.08 sec最小駆動電流 ： 86 mA

i=86mA で 10μm/sec の速度ジャンプ → 100nm のオーバーシュートは不可避？

今後、アクチュエータの周波数応答測定　　→システム同定・パラメータ決定

要求性能を満たす制御システムが構築可能か

検討