JP2002345294A - アクチュエータの速度制御方法 - Google Patents

アクチュエータの速度制御方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 速度制御を行うアクチュエータを低廉化す
る。 【解決手段】 定速度(目標速度)で駆動した場合の駆
動デューティ比Dmとモータ電流Imとをマップ化して
おき、モータ駆動時に、その時の駆動デューティ比Dm
と、検出モータ電流Imに応じてマップから求めた判定
駆動デューティ比Dhとを比較し、Dh>Dmの場合に
は所定の割合(ΔDm)で駆動デューティ比Dmを増加
して速度を上昇させる制御を行い、Dh≦Dmの場合に
は目標速度以上になったと判断して、定速度制御に移行
する。 【効果】 モータの場合に高価な回転センサを設けるこ
となく、上記加速制御から定速度制御に移行することが
でき、速度制御可能なアクチュエータを低廉化し得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクチュエータの
速度制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ベッドにおいて、図7に示される
ように各部位(例えば全体・背・膝)をモータ駆動アク
チュエータ11a・11b・11cにより変位可能にし
た電動ベッドがある。図において、固定ベース12とそ
の上方に位置する可動台13とが平行リンクを介して連
結されていると共に、その可動台13には、背板13a
が傾動自在に連結され、膝板13bが山形に折れ曲がり
自在に連結されている。そして、各アクチュエータ11
aを適宜駆動することにより、対応する可動台13・背
板13a・膝板13bがそれぞれ変位するようになって
いる。
【0003】上記したようなベッドシステムにあって
は、各部位を変位させる際の動作を円滑化するためにア
クチュエータ11a・11b・11cに対して何らかの
速度制御を行っている。例えば、動作開始時には動作速
度を徐々に上昇させるソフトスタート制御、所定の速度
(目標速度)に達したら定速度に保つ定速度制御、そし
て設定された位置に達した際に自動的に停止させる自動
停止制御などの各機能をもたせると良い。
【0004】従来の電動モータ駆動アクチュエータにあ
っては、そのモータの回転速度を回転センサのパルス周
期から算出することができ、その回転速度に応じてPW
M制御によるデューティ制御を行うようにしたものがあ
る。そのようなアクチュエータにおける定速度制御まで
の速度制御の一例を、図8を参照して以下に示す。
【0005】図に示されるように、動作開始時には一定
の割合で駆動デューティ比を上昇させて上記ソフトスタ
ートを行う。そして、目標速度Voよりも低く設定され
たソフトスタート終了判定速度Vsに達したら、ソフト
スタート制御から定速度制御に移行する。この定速度制
御にあっては、目標速度Voにモータ速度(実回転速
度)を合わせるように、例えばフィードバック制御を行
うものであって良い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような速度制御を行うにはモータの場合には回転セン
サを設けるようにしており、その場合には回転センサが
一般に高価であり、またその制御回路も複雑化するた
め、速度制御を行うアクチュエータが高騰化するという
問題がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、速度制御を行うアクチュエータの低廉化を実現する
ために、本発明に於いては、アクチュエータの駆動用モ
ータの駆動電流を電流センサにより検出すると共に、前
記モータの速度を負荷変動に関わらず所定の速度にする
際の前記モータに対する駆動制御出力値と前記駆動電流
との関係をマップ化した駆動制御出力−駆動電流マップ
を設け、前記モータを所定の速度まで加速する際には前
記モータに対する駆動制御出力値を所定の割合で増大
し、かつ前記モータに対して出力している実駆動制御出
力値とその時検出された駆動電流に対して前記マップか
ら求められるマップ駆動制御出力値とを比較して、前記
実駆動制御出力値が前記マップ駆動制御出力値以上にな
ったら加速制御を終了するものとした。
【0008】このように、モータを所定の速度にする際
の駆動制御出力−駆動電流マップを設けて、モータに対
する駆動制御出力値を所定の割合で増大してモータ速度
を上昇させる加速制御を行って、その際の実駆動制御出
力値と、マップから求められる検出駆動電流に対するマ
ップ駆動制御出力値とを比較することから、実駆動制御
出力値がマップ駆動制御出力値よりも低い場合には目標
速度に達していないと判断できると共に、実駆動制御出
力値がマップ駆動制御出力値よりも高い場合には目標速
度以上であると判断でき、その目標速度以上であると判
断した場合には加速制御を終了して、その後の定速度制
御などに移行することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。
【0010】図1は、本発明が適用されたベッドシステ
ムにおける任意の1部位(例えば従来例で示した各部位
のいずれか1つ)に対する位置調整用電動アクチュエー
タの要部概略制御回路図である。図に示されるように、
制御ユニット1には、上昇・下降用操作スイッチSW1
・SW2と、モータ2と、モータ2に連動するポテンシ
ョメータ3とが接続されている。
【0011】制御ユニット1内には、モータ2の駆動を
制御するためのCPU1aが設けられている。上記各ス
イッチSW1・SW2からの操作信号がCPU1aの各
入力端子I1・I2に入力し、それら各信号応じて対称
部位を上昇/下降させるための各制御信号がCPU1a
の各出力端子O1・O2から出力される。それら各出力
端子O1・O2にはそれぞれトランジスタQ1・Q2が
接続され、各トランジスタQ1・Q2により各リレーR
Y1・RY2がオン/オフし、各リレーRY1・RY2
の状態に応じてモータ2が正逆転するようになってい
る。
【0012】また、CPU1aには各センサ端子S1・
S2・S3・S4が設けられており、その1つの端子S
1によりポテンショメータ3に電圧が印加され、その印
加電圧を端子S2により検出すると共に、ポテンショメ
ータ電圧を端子S3により検出するようになっている。
そして、モータ2に流れる電流を検出するための電流セ
ンサ4が設けられており、その電流値信号がCPU1a
のセンサ端子S4に入力するようになっている。
【0013】次に、本アクチュエータによるモータ駆動
制御要領について図2のフロー図を参照して以下に示
す。まず第1ステップST1で、いずれかの操作スイッ
チSW1・SW2が操作されている(オン)か否かを判
別し、操作されている場合には第2ステップST2に進
み、そこでモータ電流Imを検出し、第3ステップST
3に進む。第3ステップST3では、起動時に行うソフ
トスタート制御が終了したか否かを判別する。ソフトス
タート制御処理が終了していない場合にはソフトスター
ト制御処理を行うべく第4ステップST4に進む。
【0014】このソフトスタート制御処理にあっては、
起動時のショックを防止するように例えば定速度制御お
ける目標速度(定速度)に達するまでの速度上昇を緩や
かにするべく、モータ2に対する駆動出力制御値を所定
の割合で徐々に増大するものである。本図示例では、駆
動制御出力値としてのPWM制御における駆動デューテ
ィ比Dmの増加率(ΔDm)を予め定めておく。なお、
速度はモータ2の角速度であって良い。
【0015】第4ステップST4では、駆動制御出力−
駆動電流マップとしての図3に示される駆動デューティ
比−モータ電流マップに基づき、上記第2ステップST
2で検出されたモータ電流Imに対応する判定駆動デュ
ーティ比Dhを求める。
【0016】ここで、図3に示されるマップの算出方法
について示す。このマップは、負荷(モータ電流Im)
が変化した場合にモータ2を目標速度で定速度制御する
ための駆動デューティ比Dmを求めてマップ化したもの
である。
【0017】定速度制御にあっては、負荷が変化するこ
とによる速度−トルク特性の変化を速度制御のパラメー
タとして使用することができる。すなわち、負荷の速度
−トルク特性が図4(a)のTL1で示されるような場
合に目標速度ω1に対する定速度制御を行う際にはポイ
ントP1に基づき制御することになる。この時、負荷の
変動により速度−トルク特性が図のTL2に示されるよ
うに変化した場合には、ポイントP1を通るモータの速
度−トルク特性が図のTM1に示されるものとすると、
上記ポイントP1がTL1とTM1との交点である平衡
点P1aに移る。この平衡点P1aにあっては速度がω
2になる。
【0018】新たな負荷の速度−トルク特性TL2に対
して速度を目標速度ω1にするためには、変動した負荷
の速度−トルク特性TL2とモータの速度−トルク特性
との交点である平衡点がP1aが図に示されるポイント
P2になるように、モータの速度−トルク特性がTM2
になるように変えることになる。これにより、ポイント
P1がポイントP2になり、このモータの速度−トルク
特性の変更は、速度可変要素であるモータ電圧を操作す
ることにより可能である。このようにして定速度制御を
行うことができる。
【0019】トルク(負荷)の変化はモータ電流が変化
したことと同じなため、本制御にあってはモータ電流I
mを使用し、図4(a)の各ポイントP1・P2に対応
させて、モータ駆動電圧とモータ電流Imとの関係を図
4(b)に示されるようにマップ化することができる。
ここで、モータ駆動電圧の増減を行う際には駆動デュー
ティ比Dmの増減により行うので、図3のマップを作成
することができる。また、誤判定を防止するために判定
対象のモータ電流Imは所定値(Im0)以上としてお
くと良い。
【0020】そして、第4ステップST4の次の第5ス
テップST5では、第4ステップST4で求めた判定駆
動デューティ比Dhがその時(今サイクル時)の出力駆
動デューティ比Dmに対して小さいか否かを判別する。
【0021】この時の出力駆動デューティ比Dmに対し
て、第2ステップST2で検出された検出モータ電流が
図3に示されるようなIm1であった場合には対応する
判定駆動デューティ比Dhは図に示されるDh1にな
る。この場合には、判定駆動デューティ比Dh1が出力
駆動デューティ比Dm以下であり(Dh1≦Dm)、し
たがって出力駆動デューティ比Dmが実モータ電流Im
1に対して大きくなっていることから目標速度に達して
いると判別できる。逆に、検出モータ電流がIm2であ
った場合には判定駆動デューティ比DhがDh2にな
り、この場合には目標速度に達していないと判別でき
る。
【0022】判定駆動デューティ比Dh1が出力駆動デ
ューティ比Dm以下の場合には上記したように定速度に
対する目標速度に達したことから、第6ステップST6
に進み、そこでソフトスタート制御の終了を、例えばフ
ラグを立てることにより設定する。それに対して、判定
駆動デューティ比Dh1が出力駆動デューティ比Dmを
越えている場合には第7ステップST7に進む。
【0023】第7ステップST7では、ソフトスタート
制御を実行するべく、前記したように駆動デューティ比
Dmを所定の割合(ΔDm)で増加させる。その増加し
た駆動デューティ比Dmに基づいて、次の第8ステップ
ST8でPWM出力による制御を行う。例えば駆動デュ
ーティ比Dmの初期値を0として、第7ステップST7
を繰り返すことにより、図5に示されるように、所定の
制御サイクル時間毎に駆動デューティ比DmがΔDmず
つ増加し、それに伴って検出モータ電流Imも増大し、
モータ速度が上昇する。
【0024】そして、上記したように検出モータ電流値
Imに対応する判定駆動デューティ比Dhと駆動デュー
ティ比Dmとを比較して、判定駆動デューティ比Dhが
図5の想像線に示されるようになったら、上記したよう
に目標速度に達したと判定して第6ステップST6に進
む。その第6ステップST6ではソフトスタート終了の
設定が行われるため、その場合には第3ステップST3
から第9ステップST9に進む。その第9ステップST
9では、定速度制御の処理を行う。
【0025】本図示例では、定速度制御を、高価な回転
センサを用いることなく、安価なポテンショメータ3を
用いて行うようにしている。すなわち、上記ポテンショ
メータ3により検出されたポテンショ電圧Vpの定速度
動作時における変化が図6の実線に示されるようになる
場合には、そのポテンショ電圧変化率はΔVp/Δtと
なる。本発明によれば、検出されたポテンショ電圧変化
率ΔVp/Δtと本来の定速度動作時の変化率ΔV/Δ
tとの偏差(速度偏差)に応じて駆動出力(駆動デュー
ティ比)の補正を行うことにより、定速度制御を行うこ
とができる。このようにして駆動デューティ比Dmを補
正処理したら第8ステップST8に進み、その補正処理
された駆動デューティ比Dmに基づいて上記と同様にP
WM出力による制御を行う。
【0026】また、第1ステップST1でスイッチ操作
が無くなったと判別された場合には第10ステップST
10に進む。その第10ステップST10では定速度制
御中であるか否かを判別し、定速度制御中でない場合に
は第1ステップST1に戻り、この場合には他の割り込
み処理を待つことになる。第10ステップST10で定
速度制御中であると判別された場合には第11ステップ
ST11に進み、そこでソフトストップ処理を行う。こ
のソフトストップ処理にあっては、上記ソフトスタート
処理と同様に、例えば停止するまでの速度低下を緩やか
にして停止時のショックを防止するように、一定の割合
で駆動デューティ比を減少させる。この場合も次に第8
ステップST8に進み、そこで、第11ステップST1
1で算出された駆動デューティ比Dmに基づいて上記と
同様にPWM出力による制御を行う。
【0027】
【発明の効果】このように本発明によれば、目標速度ま
で速度を上昇する際に駆動制御出力値を所定の割合で増
大し、その駆動制御出力値がその時の駆動電流に応じて
駆動制御出力−駆動電流マップから求められるマップ駆
動制御出力値以上になったら、目標速度以上になったと
判断して加速制御を終了することにより、アクチュエー
タの速度を上昇させる際の制御を行うことができる。し
たがって、モータの場合に高価な回転センサを設けるこ
となく、上記加速制御から定速度制御に移行することが
でき、速度制御可能なアクチュエータを低廉化し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されたベッドシステムにおける任
意の1部位に対する位置調整用電動アクチュエータの要
部概略制御回路図。
【図2】本発明に基づく制御フローを示す図。
【図3】駆動デューティ比とモータ電流との関係を示す
図。
【図4】(a)は速度制御の要領を示す説明図であり、
(b)は(a)に基づき作成されたモータ駆動電圧とモ
ータ電流の関係を示す図。
【図5】本発明に基づく制御要領を説明するタイムチャ
ートを示す図。
【図6】定速度制御におけるポテンショ電圧の時間変化
を示す図。
【図7】電動ベッドの一例を示す模式的側面図。
【図8】従来の速度制御の例を示す説明図。
【符号の説明】
1 制御ユニット1 1a CPU 2 モータ 3 ポテンショメータ 4 電流センサ 11a・11b・11c アクチュエータ 12 固定台 13 可動台、13a 背板、13b 膝板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細谷 義勝 群馬県桐生市広沢町1丁目2681番地 株式 会社ミツバ内 (72)発明者 立川 和彦 群馬県桐生市広沢町1丁目2681番地 株式 会社ミツバ内 (72)発明者 橋本 量太 群馬県桐生市広沢町1丁目2681番地 株式 会社ミツバ内 Fターム(参考) 5H571 BB10 CC01 EE01 EE02 GG04 HA04 HB01 HD02 JJ03 KK06 KK08 LL22 LL33

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アクチュエータの駆動用モータの駆動電
    流を電流センサにより検出すると共に、前記モータの速
    度を負荷変動に関わらず所定の速度にする際の前記モー
    タに対する駆動制御出力値と前記駆動電流との関係をマ
    ップ化した駆動制御出力−駆動電流マップを設け、 前記モータを所定の速度まで加速する際には前記モータ
    に対する駆動制御出力値を所定の割合で増大し、かつ前
    記モータに対して出力している実駆動制御出力値とその
    時検出された駆動電流に対して前記マップから求められ
    るマップ駆動制御出力値とを比較して、 前記実駆動制御出力値が前記マップ駆動制御出力値以上
    になったら加速制御を終了することを特徴とするアクチ
    ュエータの速度制御方法。
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