自激振荡型振动装置 本发明涉及自激振荡型振动装置。
一般说来自激振荡型振动装置具有自动跟踪谐振点的优点，但为保持振幅为有限值必须进行某些控制。如试图利用控制器或功率放大器的饱和特性使振幅恒定，则功率放大器的输出将会变为矩形波，并含有很多高次谐波分量。
鉴于这种情况，在特原昭61-154599号中公开了如图3所示的一种自激振荡型振动装置。此外在图4中示出将图3的一部分功能用传递函数表示的方框图。即在图4中，振动装置作为一个整体以1表示，并给出如图所示的特性方程式。振幅检测器2靠近振动机械设置(例如在振动送料器中靠近联结其料斗和基座的板簧设置的涡流式传感器)，其输出供给振幅控制器3，振幅控制器3的输出供给功率放大器4。另一方面，振动机械的输出x供给自激振荡控制器7，它是以负反馈加到加法器6的，因此时是自激振荡，所以加法器6的另一个输入为零，因而振动机械的输出x被进一步供给到一阶滞后环节5，一阶滞后环节5的输出供给上述功率放大器4。
当质量为m的振动机械1以加速度dx2/dt2振动时，如通过一个l/s(s为拉普拉斯变换算子—以下同)的积分滞后环节，则变为速度dx/dt，将其乘以内摩擦系数c后作为振动衰减力作用于质量m，而dx/dt如再通过一个积分滞后环节l/s则变为x，将其乘以弹簧常数k后作为恢复力作用在质量m上。以这种闭合回路概括地表示出振动机械1，在谐振频率上被延迟90°的相位。因在自激振荡控制器7的一阶滞后环节5中被延迟90°的相位，所以在开环产生180°的相位差，因此可产生自激振荡。功率放大器4的增益K0如在稳定边界以上，将使该系统产生振荡，在振幅控制器3中检测当前的振幅与规定振幅之差，并由此来控制功率放大器4地增益K0。即，当与振幅给定值的偏差大时，使该增益K0增大，当达到振幅给定值时使其回到稳定边界。然而，如图5所示，振幅偏差Δr和功率放大器的增益K0具有线性关系，现在，为了改善自激振荡的建起特性，在振幅偏差Δr大时就必须充分地增大功率放大器4的增益K0，但这样一来将使振幅检测器2在其波形中具有高次谐波分量即产生脉动，将其放大得很大后将使功率放大器4的输出变化，在振动机械中不能建立起稳定的自激振荡。
鉴于上述问题，本发明提供一种自激振荡型振动装置，在具有良好的自激振荡建起特性的同时，还能抑制因振幅检测装置的脉动而造成的增益变化。
为达到以上目的，本发明的自激振荡型振动装置具有用于检测振动机器振动速度的振动速度检测装置、将该振动速度检测装置的输出作为正反馈信号且用反馈增益加以放大的自激振荡控制器、对该控制器的输出进行功率放大的功率放大器、以及接收该功率放大器的输出的振动驱动器，利用该振动驱动器对上述振动机器励振，该自激振荡型振动装置的特征在于：使上述反馈增益K的值同当前振幅与给定振幅之差即振幅偏差Δr相关，按照K＝K1Δr+KN(Δr)2N+1+Kcr(式中，K1、KN为常数，N为整数，Kcr为稳定边界增益)的关系变化。
为达到以上目的，本发明的自激振荡型振动装置具有用于检测振动机器振动位移的振动位移检测器、将该振动位移检测器的输出作为正反馈信号且用反馈增益加以放大并以积分环节或一阶滞后环节控制相位滞后的自激振荡控制器、对该控制器的输出进行功率放大的功率放大器、以及接收该功率放大器的输出的振动驱动器，利用该振动驱动器对上述振动机器励振，该自激振荡型振动装置的特征在于：使上述反馈增益K的值同当前振幅与给定振幅之差即振幅偏差Δr相关，按照K＝K1Δr+KN(Δr)2N+1+Kcr(式中，K1、KN为常数，N为整数，Kcr为稳定边界增益)的关系变化。
为达到以上目的，本发明的自激振荡型振动装置具有用于检测振动机器振动位移的振动位移检测器、将该振动位移检测器的输出作为正反馈信号且用反馈增益加以放大的自激振荡控制器、对该控制器的输出进行功率放大的功率放大器、以及接收该功率放大器的输出的电磁铁，利用流过该电磁铁的线圈的电流产生的磁性吸引力对上述振动机器励振，该自激振荡型振动装置的特征在于：使上述反馈增益K的值同当前振幅与给定振幅之差即振幅偏差Δr相关，按照K＝K1Δr+KN(Δr)2N+1+Kcr(式中，K1、KN为常数，N为整数，Kcr为稳定边界增益)的关系变化。
由于反馈增益K＝K1Δr+KN(Δr)2N+1+Kcr、例如K1Δr+K3(Δr)3+Kcr是奇函数，当Δr增大时，因是立方特性，所以其Δr3变得非常大，由此使反馈增益K增大而易于引起自激振荡，反之，当振幅偏差Δr减小时，增益将急剧地变小，在偏差Δr为零时变为Kcr，即变为稳定边界增益，在这之后，振动机械稳定地自激振荡，并保持恒定的振幅。此外，在检测振动机械的振动速度的情况下，也与检测位移时相同，在检测位移时，使相位相差90°就能产生自激振荡，而当振动驱动器为电磁铁驱动部时，在检测其振动位移的情况下，由于电磁铁本身具有90°的相位滞后，所以无需相位延迟装置即能迅速地自激振荡，且能稳定地持续其振荡。
图1是本发明的自激振荡型振动装置的框图。
图2是说明其动作的图。
图3是现有例的自激振荡型振动装置的框图。
图4是将该装置的一部分功能用传递函数表示的方框图。
图5是说明其动作的图。
图6是表示现有例的反馈增益随时间变化的时间图。
图7是表示本发明的反馈增益随时间变化的时间图。
符号说明：
11振动机械
12振动速度检测器
13振幅检测器
14振幅控制器
15自激振荡控制器
以下，参照附图说明本发明的实施例。
图1所示为本发明实施例的自激振荡型振动装置，在图中，作为振动机械11不限于本实施例的振动送料器，而是一般的振动机构，对其施加励振力的振动驱动器17不是电磁铁式励振机构，而是压电式或电动式的励振机构。因此，连接在其输入端上的功率放大器16的输出与振动驱动器17的输出(励振力)之间没有相位差。此外，振动速度检测器12的检测部安装在振动机械11的可动部M上，或配置在与其接近处，该检测器12由振动位移检测器和微分器构成，或由振动加速度检测器和积分器构成。振幅检测器13通过对振动速度检测器12的输出进行积分，检测出振幅，并将其输出供给振幅控制器14。振幅控制器14包含有比较器，在其一输入端上设定作为给定值的振幅值，而振幅检测器13的输出则加在另一输入端上，将振幅偏差Δr供给自激振荡控制器15。自激振荡控制器15包含有交流放大器，用于隔断DC分量而将交流分量放大，其反馈增益K的大小利用振幅控制器14的输出控制。该振幅偏差Δr与反馈增益K的关系如图2所示。即，该增益曲线按照反馈增益K＝K1Δr+K3(Δr)3+Kcr(式中，K1、K3为常数，Kcr为稳定边界增益)变化，即所谓的3次曲线，由此可知当振幅偏差Δr大时，将得到相当大的增益值。
本发明的实施例的结构如上所述，以下说明其动作。
图中虽未示出，但功率放大器16通过开关与直流电源连接，当振动机械11自激振荡驱动时，将该开关闭合使功率放大器16进入工作状态。此外，自激振荡控制器15、振幅控制器14等也同样处在工作状态。因开始时在振幅控制器14中振动机械11可动部M的振幅是零，所以振幅偏差Δr为最大值。即，振幅偏差Δr的初始值为(给定振幅-0)，由于现有技术存在如图4所示的线性关系，即，通过对振幅偏差Δr的直流放大或PID(比例积分微分)放大，使反馈增益K按K＝KpΔr的关系线性地增大。因此为改善自激振荡的建起特性，在振幅偏差Δr为初始值的情况下，反馈增益K为该系统中最大的值，但如为改善自激振荡的建起特性而进一步加大，则在这种情况下将会如上所述放大到在振幅检测器13上叠加着脉动波纹，因此使反馈增益K不能稳定地保持在稳定边界上，将发生很大的变化。因而功率放大器16的输出也发生变化。
然而，本发明的反馈增益K是以非线性运算的输出供给的，所以，在振幅偏差Δr为初始值时，决定反馈增益K的主要是上述公式中的第2项K3(Δr)3，由于能使自激振荡迅速进行，而且决定稳定边界附近特性的增益可以很小，所以能够减小脉动的影响。
图6表示现有例的反馈增益随时间的变化，还示出开关闭合后900毫秒～910毫秒的放大图，增益K以正弦形式大幅度变化。图7表示本发明的反馈增益K随时间的变化，同样在900毫秒～910毫秒中，稳定边界增益几乎不变。这表示出振幅检测器13的脉动影响很小。
以上，说明了本发明的实施例，当然，本发明不限于此，以本发明的技术思想为基础可以作出各种各样的变形。
例如，在以上的实施例中，通过检测振动机械11的振动速度，将其正反馈，形成闭合回路，并使其产生自激振荡，但也可不检测振动速度，而代之以检测振动位移，将该检测信号负反馈到自激振荡控制器15，同时将其相位延迟并改变上述反馈增益K。从自激振荡原理可知，在谐振点，振动位移与力的相位差为π/2，所以为了再延迟π/2的相位，也可采用延迟π/2相位的环节。
另外，在采用振动位移检测装置、而振动驱动器采用电磁铁励振机构的情况下，因该机构延迟90°的相位，所以无须采用任何延迟相位的装置，即能获得本发明的效果。
如上所述，如采用本发明的自激振荡型振动装置，则在改善自激振荡的建起特性的同时，能使其振荡稳定地持续进行。