圧電アクチュエータのクリープ・残留ひずみを考慮した準静的FEM制御
Quasi-static FEM Control of Piezoelectric Actuators Considering Creep and Residual Strain

Abstract


 圧電体の伸縮効果を利用した各種圧電アクチュエータの開発が行われているが、 時間依存性をもつクリープおよび残留ひずみなどの影響により、その静的制御は容易ではない。 我々の研究グループでは、バイモルフ型圧電アクチュエータをロボットの構造部品として使用し、その制御法として有限要素法(FEM)を 適用する研究に取り組んでいるが、その際にも上記の非線形項への対処が重要となる。 以前の報告では、圧電アクチュエータを数個の非適合有限要素で表現し、単純化された逆解析理論により制御電圧を算出するアルゴリズムを構築した。 リアルタイム制御は実現可能となったものの、クリープおよび残留ひずみの 影響により精度の良い準静的制御を実現するには至らなかった。 そこで本研究では、実験的考察から時間依存項の経験式を導出し、それを FEMによる逆解析アルゴリズムと融合させ、クリープおよび残留ひずみを考慮した制御システムを構築した。さらに、本制御システムの有効性について検討するため、単体のバイモルフ型圧電アクチュエータの準静的制御を試みた。