JP2002369581A - 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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JP2002369581A
JP2002369581A JP2001166698A JP2001166698A JP2002369581A JP 2002369581 A JP2002369581 A JP 2002369581A JP 2001166698 A JP2001166698 A JP 2001166698A JP 2001166698 A JP2001166698 A JP 2001166698A JP 2002369581 A JP2002369581 A JP 2002369581A
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actuator
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JP2001166698A
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Takeshi Ikeda
健 池田
Takayuki Kawakura
孝之 川倉
Yoshikatsu Hosoya
義勝 細谷
Kazuhiko Tachikawa
和彦 立川
Riyouta Hashimoto
量太 橋本
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Mitsuba Corp
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Mitsuba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクチュエータにおける速度制御を安価な構
造にて実現する。 【解決手段】 アクチュエータの変位に連動するポテン
ショメータを設けて、そのポテンショ電圧の変化により
アクチュエータ速度を検出すると共に、モータ電流を検
出して、目標速度に対してアクチュエータ速度が下がっ
て上昇させる場合に、モータ電流により検出される負荷
に応じて駆動制御出力値の増加量を増大させる。 【効果】 回転センサに対して比較的な安価なポテンシ
ョメータを用いた定速度制御を行うことができると共
に、高負荷の場合に目標速度に対するずれが下回って
も、電流検出値に応じて駆動制御出力値を増大すること
から、目標速度を下回る方へずれた場合の目標速度への
寄り付きを速やかに行うことができるため、定速度制御
の安定性の低下を防止することができる。

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12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13
a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1
1a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の円滑化のためにアク
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】
【発明が解決しようとする課題】従来のモータ駆動アク
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ることから、
その回転速度に応じてPWM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にあっては、目標速度にモータ回
転速度(検出速度)を合わせるフィードバック制御を行
うことにより可能である。
【0005】しかしながら、定速度制御を行うために上
記したように回転センサを設けた場合には、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し易いとい
う問題がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、アクチュエータにおける速度制御を安価な構造にて
可能にすることを実現するために、本発明に於いては、
アクチュエータを目標速度で駆動するべく、前記アクチ
ュエータの変位に連動するポテンショメータを設けて、
前記ポテンショメータの検出電圧の変化が前記目標速度
に対応した基準変化に対してずれた場合には、前記アク
チュエータに対する駆動制御出力値を所定の補正量にて
増減しつつアクチュエータ速度を前記目標速度に寄り付
かせると共に、前記ずれが前記目標速度に対して下回っ
ている場合の前記補正量を、上回っている場合の前記補
正量よりも増大するものとした。
【0007】これによれば、回転センサに対して比較的
な安価な本来位置センサとして用いられるポテンショメ
ータを用いて定速度制御を行うことができ、その際に、
速度変化に対する補正を予め設定された一定の割合で駆
動制御出力値を増加すると低負荷の場合に対して高負荷
の場合に目標速度に対する寄り付きが遅れる虞がある場
合でも、目標速度に対するずれが下回っている場合の補
正量を上回っている場合の補正量よりも増大することか
ら、速度上昇時に影響を受け易い負荷に対応して補正す
ることができ、目標速度を下回る方へずれた場合の目標
速度への寄り付きを速やかに行うことができるため、定
速度制御の安定性の低下を防止することができる。
【0008】また、前記アクチュエータの駆動用モータ
のモータ電流値を電流センサにより検出し、前記駆動制
御出力値の増加量を増大する際に、前記モータ電流値の
大きさに応じて増大するように設定された駆動制御出力
加算値を加算することによれば、負荷の大きさをモータ
電流値を検出することにより容易に知ることができ、モ
ータ電流値に応じて駆動制御出力値の増加量をゲタ上げ
して上記寄り付きを速やかに行い得る定速度制御を負荷
に応じて好適に行うことができる。
【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が設けられており、その端子S1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
制御における定速度制御について図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、動作開始
時(加速時)と動作終了時(減速時)との間における定
速度制御を行っているか否かを判別し、定速度制御中で
ない場合には本ルーチンを終了し、定速度制御中の場合
には第2ステップST2に進む。第2ステップST2で
はポテンショメータ3が動作している(動き始めた)か
否かを判別し、動作していない(例えばポテンショ電圧
の変化量が0Vである)場合には本ルーチンを終了し、
モータ2の駆動により動作している場合には第3ステッ
プST3に進む。
【0014】なお、本アクチュエータにあっては、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、その電圧変化から速度を検知して速度制御
を行うものであり、その概略を示す。図3に示されるよ
うに、定速度状態のアクチュエータ動作中におけるポテ
ンショメータの電圧Vpの変化は図の実線により示され
る一定の傾斜の部分である。
【0015】したがって、単位時間当たりのポテンショ
メータの検出電圧としてのポテンショ電圧Vpの変化が
ΔVである場合(図のΔV/Δt)には、アクチュエー
タが定速度で動作しているとすることができる。そのた
め、例えば目標速度に対して速度が低下して、図3に示
されるようにポテンショ電圧変化がΔVpになった場合
(ΔVp/Δt)には、上記定速度(ΔV/Δt)に近
付けるように両値の差に応じて駆動制御出力値としての
駆動デューティ比Dを増大する。また、速度が上がりす
ぎた場合にはその時の差に応じて駆動デューティ比を低
減すれば良く、このようにしてポテンショメータ3を用
いて定速度制御を行うことができる。
【0016】上記第3ステップST3では、本制御にあ
ってはポテンショ電圧の時間変化から速度を算出するこ
とから、前回の本ルーチン終了時からの経過時間tが一
定のサンプリング時間(Δt)を経過したか否かを判別
し、経過していない場合には本ルーチンを終了し、一定
時間Δtが経過した場合には第4ステップST4に進
む。その第4ステップST4では、上記したように、一
定時間Δt経過時のポテンショ電圧Vpを読み込み、前
回読み込んでおいた値に対する変化量(ポテンショ電圧
偏差)ΔVpからポテンショメータ3の速度Sp(=Δ
Vp/Δt)を算出する。
【0017】次の第5ステップST5では、モータ電流
の変化ΔImが上限値Id以上の大きなものであったか
否かを判別し、変化有りの場合には何らかの異常である
として本ルーチンを終了する。変化無し(ΔIm<I
d)の場合には正常であるとして第6ステップST6に
進む。
【0018】第6ステップST6では、上記ポテンショ
速度Spと定速度制御における目標速度Soとが一致し
ているか否かを判別する。なお、完全な一致ではなくて
も良く、ある程度の許容幅を設けるものであって良い。
一致している場合には補正を行う必要がないことから本
ルーチンを終了し、不一致の場合には第7ステップST
7に進む。第7ステップST7では、図4に示されるよ
うにポテンショ速度偏差ΔSpと駆動デューティ比補正
値ΔDとの関係を設定したデューティ比補正マップを参
照して、上記第4ステップST4で用いたポテンショ速
度偏差ΔSpに対応する駆動デューティ比補正値ΔDを
求める。
【0019】次の第8ステップST8では、上記第7ス
テップST7で求めた駆動デューティ比補正値ΔDが増
加分(図4でポテンショ速度偏差ΔSpが負の場合)で
あるか否かを判別し、増加分である場合には第9ステッ
プST9に進む。その第9ステップST9では、前回の
補正に用いた駆動デューティ比補正値ΔDbが負の値で
あるか否かを判別し、負の値である場合には第10ステ
ップST10に進む。
【0020】第10ステップST10では、前回補正値
ΔDbと上記駆動デューティ比補正値ΔDとの絶対値を
比較し、前回補正値ΔDbが駆動デューティ比補正値Δ
D以上の場合には第11ステップST11に進む。その
第11ステップST11では、今回の補正に用いる今回
補正値ΔDaを前回補正値ΔDbから駆動デューティ比
補正値ΔDを減算(ΔDb−ΔD)して求め、本ルーチ
ンを終了する。なお、この第11ステップST11にお
ける前回補正値ΔDbから駆動デューティ比補正値ΔD
を減算して求める計算を絶対値で行っていることから、
今回補正値ΔDaの符号は、補正無しの場合に対して負
側になるためマイナスになる(ΔDa←−(ΔDb−Δ
D))。
【0021】例えば図4のマップから求められる駆動デ
ューティ比補正値ΔDが図に示されるようにΔD1、Δ
D2、…、−ΔD5、−ΔD6、…、のように設定され
ているとすると、前回補正値ΔDbがΔDb(>ΔD
2)であって第7ステップST7における駆動デューテ
ィ比補正値ΔDがΔD2の場合には、今回補正値ΔDa
は−(ΔDb−ΔD2)となる(図5参照)。
【0022】上記第10ステップST10で、第7ステ
ップST7で求めた駆動デューティ比補正値ΔDよりも
前回補正値ΔDbの方が小さい場合には第12ステップ
ST12に進む。そこでは、上記したように計算を絶対
値にて行うことから、駆動デューティ比補正値ΔDから
前回補正値ΔDbを減算(ΔD−ΔDb)して今回補正
値ΔDaを求め、本ルーチンを終了する。この場合には
今回補正値ΔDaの符号はプラスになる。
【0023】なお、上記第9ステップST9で前回補正
値ΔDbが正の値である場合には第13ステップST1
3に進み、そこでは、今回補正値ΔDaを前回補正値Δ
Dbと駆動デューティ比補正値ΔDとを加算(ΔDb+
ΔD)して求め、本ルーチンを終了する。この場合には
今回補正値ΔDaの符号はプラスである。
【0024】また、上記第8ステップST8で駆動デュ
ーティ比補正値ΔDが増加分ではない(図4でポテンシ
ョ速度偏差ΔSpが正の場合)場合には第14ステップ
ST14に進み、そこでは上記第9ステップST9と同
様に前回補正値ΔDbが負の値であるか否かを判別し、
負の値の場合には第15ステップST15に進み、正の
値の場合には第16ステップST16に進む。第15ス
テップST15では、今回補正値ΔDaを前回補正値Δ
Dbと駆動デューティ比補正値ΔDとを加算して求め
(←ΔDb+ΔD)、本ルーチンを終了する。この場合
には符号はマイナスであり、今回補正値ΔDaは−(Δ
Db+ΔD)となる。
【0025】例えば前回補正値ΔDbが−ΔDbであっ
て第7ステップST7における駆動デューティ比補正値
ΔDが−ΔD6の場合には、今回補正値ΔDaは−(Δ
Db+ΔD6)となる(図6参照)。
【0026】第16ステップST16に進んだ場合に
は、さらに前回補正値ΔDbと駆動デューティ比補正値
ΔDとの絶対値を比較し、前回補正値ΔDbが今回補正
値ΔDa以上の場合には第17ステップST17に進
む。その第17ステップST17では前回補正値ΔDb
から駆動デューティ比補正値ΔDを減算(ΔDb−Δ
D)して今回補正値ΔDaを求め、本ルーチンを終了す
る。この場合には今回補正値ΔDaの符号はプラスにな
る。
【0027】また、前回補正値ΔDbが駆動デューティ
比補正値ΔDより小さい場合には第18ステップST1
8に進み、そこでは駆動デューティ比補正値ΔDから前
回補正値ΔDbを減算(ΔD−ΔDb)して今回補正値
ΔDaを求め、本ルーチンを終了する。この場合には符
号はマイナスであり、今回補正値ΔDaは−(ΔD−Δ
Db)となる。
【0028】このようにして、定速度制御を行う場合の
駆動デューティ比Dに対する補正を行う際の今回補正値
ΔDaを、上記各ステップST11・ST12・ST1
3・ST15・ST17・ST18で算出する。例え
ば、図7の上段に示されるようにポテンショ電圧Vpが
変化した場合にはポテンショ速度Spが図の中上段に示
されるように変化し、またモータ電流Imが図の中下段
に示されるように変化する場合について示す。なお、図
の上下方向破線は、本処理における算出タイミングを示
すものである。
【0029】図7に示されるように、ポテンショ電圧V
pの変化量が大きい(傾斜がきつい)場合にはポテンシ
ョ速度Spが上がり、逆に変化量が小(傾斜が緩い)さ
い場合にはポテンショ速度Spが下がる。そのようなポ
テンショ速度Sp(アクチュエータ動作速度)の変化
(図7における目標速度を示す想像線に対する上下の変
化)に応じて、基準駆動デューティ比D0(図7の下段
における想像線)に対して、今回補正値ΔDaを加味し
て実際に出力する駆動デューティ比Dを実線に示される
ように増減させることにより定速度制御を行うことがで
きる。
【0030】この時、アクチュエータを繰り返し動作さ
せた場合、アクチュエータの速度差(デューティ補正
量)が同じであっても、高負荷時と低負荷時とではアク
チュエータ速度の寄り付きに差が出てしまい、高負荷時
の方が低負荷時に対して速度の寄り付きに時間がかかっ
てしまうという問題がある。
【0031】上記問題を解決するために、本発明にあっ
ては上記今回補正値ΔDaに対するゲタ上げ処理を行う
ようにしており、その制御要領について図8のフロー図
を参照して以下に示す。なお、このフローは、図2の第
8ステップST8の後で実行するものであって良い。ま
ず、第21ステップST21では、この処理が上記問題
解決のためであることから、アクチュエータが対応する
部位に対して上昇(アップ)動作中であるか否かを判別
する。したがって、部位の上昇中で無い場合には、本処
理を実行しないため本ルーチンを終了する。部位が上昇
中である場合には次の第22ステップST22で駆動デ
ューティ比補正値ΔDを読み込み、第23ステップST
23に進む。
【0032】第23ステップST23では、上記読み込
んだ駆動デューティ比補正値ΔDの有(0ではない)無
を判別し、駆動デューティ比補正値ΔDが無い(0であ
る)場合には、本処理を実行しないため本ルーチンを終
了する。駆動デューティ比補正値ΔDが有る(補正す
る)場合には第24ステップST24に進む。その第2
4ステップST24では、駆動デューティ比補正値ΔD
が駆動デューティ比Dを増加するものであるか否かを判
別し、前記したように速度が高過ぎて駆動デューティ比
を減らすような場合には、駆動デューティ比補正値ΔD
が駆動デューティ比Dを増加するものではないことか
ら、本処理を実行しないため本ルーチンを終了する。駆
動デューティ比補正値ΔDが駆動デューティ比Dを増加
するものである場合には第25ステップST25に進
む。
【0033】第25ステップST25ではモータ電流値
Imを読み込み、次の第26ステップST26では、図
9に示されるゲタ上げマップから、読み込んだモータ電
流値Imに対応する駆動制御出力加算値としてのゲタ上
げ値Δdを求めて第27ステップST27に進む。そし
て、第27ステップST27において、駆動デューティ
比補正値ΔDを駆動デューティ比補正値ΔDとゲタ上げ
値Δdとを加算(ΔD+Δd)して算出し、本ルーチン
を終了する。
【0034】これにより、部位の上昇時に負荷の影響を
受けてアクチュエータ速度が低下して、通常の駆動デュ
ーティ比の増大では追いつかなくて目標速度(定速度)
への寄り付きが遅れそうになる場合でも、図10に示さ
れるように基準駆動デューティ比D0に駆動デューティ
比補正値ΔDとゲタ上げ値Δdとを加算した大きな駆動
デューティ比を用いることから、ポテンショ速度Spの
目標速度Spoへの寄り付きを早くすることができ(ゲ
タ上げ処理しない場合には破線で示されるようにな
る)、定速度制御性を向上することができる。このゲタ
上げ処理にあっては、速度が足りない時(駆動デューテ
ィ比補正値ΔDがプラス)に行うものであり、図11
(a)に示されるようになり、(ΔD+Δd)が駆動デ
ューティ比補正値ΔDとなる。速度が上がり過ぎの時
(駆動デューティ比補正値ΔDがマイナス)には、図1
1(b)に示されるようにゲタ上げ処理を行わない。
【0035】なお、本処理にあっては、部位の上昇時で
あっても速度超過による補正値の低減時(第24ステッ
プST24で判別)や、部位の下降時(第1ステップS
T1で判別)には速度の寄り付きが速いため、本処理を
実行しないようにしている。
【0036】そして、上記ST1〜18及びST21〜
27において各場合における駆動デューティ比補正値Δ
D及びゲタ上げ値Δdが算出され、それにより補正され
た駆動デューティ比Dにてモータ2をデューティ制御
し、かつ本フローを第1ステップST1から再度実行
し、それを繰り返す。
【0037】また、上記したポテンショメータによる速
度制御による駆動デューティ比の補正では、モータ電流
値(ベッド重量による負荷)に関係なく、目標速度との
偏差により補正値が算出されているため、モータ電流値
が小さい(負荷が小さい)時に駆動デューティ比の補正
が正常に行われていても、モータ電流値が大きい(負荷
が大きい)場合には、必要な駆動デューティ比になるま
でに時間がかかり、目標速度へのアクチュエータ速度
(モータ角速度)の寄り付きが遅くなる虞がある。
【0038】この第2の例にあっては、モータ電流値に
応じたゲタ上げ値を設定し、補正デューティ比にゲタ上
げ値を加算する。これにより、速度の寄り付きが早くな
り、制御性が向上する。
【0039】また、速度超過による補正デューティ比の
減算時若しくは対象部位の下降時には、速度の寄り付き
が早いので、ゲタ上げ値の加算を行わない。
【0040】
【発明の効果】このように本発明によれば、回転センサ
に対して比較的な安価な本来位置センサとして用いられ
るポテンショメータを用いて定速度制御を行うことがで
きる。その際に、速度変化に対する補正を予め設定され
た一定の割合で駆動制御出力値を増加すると低負荷の場
合に対して高負荷の場合に目標速度に対する寄り付きが
遅れる虞があるが、目標速度に対するずれが下回ってい
る場合の補正量を上回っている場合の補正量よりも増大
することから、負荷の影響を受け易い速度上昇時に対応
した補正を行うことができ、目標速度を下回る方へずれ
た場合の目標速度への寄り付きを速やかに行うことがで
きるため、定速度制御の安定性の低下を防止することが
できる。
【0041】また、負荷の大きさをモータ電流値を検出
することにより容易に知ることができることから、速度
上昇時に受ける負荷の影響をモータ電流により検出し、
それに応じて駆動制御出力値を増大することにより、定
速度制御を負荷に応じて好適に行うことができ、定速度
制御性を向上し得る。
【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】定速度制御用デューティ比を補正するフローを
示す図。
【図3】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4】ポテンショ速度偏差と駆動デューティ比補正値
との関係を示す図。
【図5】本発明に基づく補正要領の一例を示す説明図。
【図6】本発明に基づく補正要領の他の例を示す説明
図。
【図7】速度変化の場合の駆動デューティ比補正値の増
減を示すタイムチャート。
【図8】本発明に基づく制御フローを示す図。
【図9】本発明に基づくゲタ上げ値を求めるためのマッ
プを示す図。
【図10】本発明に基づく制御要領を示す説明図。
【図11】(a)はゲタ上げ処理を行う場合を示す説明
図であり、(b)はゲタ上げ処理を行わない場合を示す
説明図。
【図12】電動ベッドの一例を示す模式的側面図。
【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 GG04 HA04 HB01 HD02 JJ03 LL02 LL22 LL50

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アクチュエータを目標速度で駆動するべ
    く、前記アクチュエータの変位に連動するポテンショメ
    ータを設けて、前記ポテンショメータの検出電圧の変化
    が前記目標速度に対応した基準変化に対してずれた場合
    には、前記アクチュエータに対する駆動制御出力値を所
    定の補正量にて増減しつつアクチュエータ速度を前記目
    標速度に寄り付かせると共に、 前記ずれが前記目標速度に対して下回っている場合の前
    記補正量を、上回っている場合の前記補正量よりも増大
    することを特徴とするアクチュエータの速度制御方法。
  2. 【請求項2】 前記アクチュエータの駆動用モータのモ
    ータ電流値を電流センサにより検出し、 前記駆動制御出力値の増加量を増大する際に、前記モー
    タ電流値の大きさに応じて増大するように設定された駆
    動制御出力加算値を加算することを特徴とする請求項1
    に記載のアクチュエータの速度制御方法。
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KR100973698B1 (ko) * 2009-08-14 2010-08-04 엘아이지넥스원 주식회사 액츄에이터 제어시스템에 포함되는 리미트 스위치 회로

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