JP2004252925A - Actuator control apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control apparatus capable of suppressing that the behavior of an actuator becomes unstable when switching the kind of a state value that is a control object. <P>SOLUTION: A synchronizing mechanism is modeled as the collision of an inertial system object and an elastic system object, and taking as a state amount the deviation between the actual position (Psc) of a coupling sleeve and the target position (Psc_cmd), a computation coefficient (VPOLE) of a switching function used in sliding mode control which takes the state amount as a variable is, in a process 1 until the coupling sleeve makes contact with a synchronizer ring, set according to the actual position (Psc) of the coupling sleeve, and in a process 2 until the coupling sleeve engages with a synchronized gear, is set such that the pressing force of the coupling sleeve matches a target pressing force. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータの作動に応じて変化する状態値が目標値と一致するように、該アクチュエータの作動を制御するアクチュエータの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
アクチュエータにより駆動される機構として、例えば、図16に示したように、自動車のエンジンに連結された入力軸100と一体に回転するカップリングスリーブ101と、駆動輪(図示しない)に連結されて入力軸100に回転自在かつ軸動不可に設けられた被同期ギヤ102との間にシンクロナイザリング103を設け、シフトホーク104を介してアクチュエータ105によりカップリングスリーブ101を移動させることによって、カップリングスリーブ101と被同期ギヤ102の連結/遮断を切換えるようにした変速機の同期機構110が知られている。
【0003】
同期機構110において、カップリングスリーブ101は中空構造となっており、中空部の内周面にスプライン111が形成されている。そして、シンクロナイザリング103の外周面にカップリングスリーブ101のスプライン111と係合可能なスプライン112が形成され、被同期ギヤ102のシンクロナイザリング103と対向する部分の外周面にもカップリングスリーブ101のスプライン111と係合可能なスプライン113が形成されている。
【0004】
カップリングスリーブ101と被同期ギヤ102を連結するときは、シフトホーク104によりカップリングスリーブ101が被同期ギヤ102の方向に移動する。そして、カップリングスリーブ101とシンクロナイザリング103とが接触してシンクロナイザリング103が被同期ギヤ102に押し付けられると、シンクロナイザリング103と被同期ギヤ102間に生じる摩擦力によって被同期ギヤ102の回転速度が増加若しくは減少する。
【0005】
その結果、カップリングスリーブ101の回転数と被同期ギヤ102の回転数とが同期して、カップリングスリーブ101のスプライン111がシンクロナイザリング103のスプライン112と係合し、さらにカップリングスリーブ101が移動してカップリングスリーブ101のスプライン111が被同期ギヤ102のスプライン113と係合する。
【0006】
ここで、カップリングスリーブ101がシンクロナイザリング103を被同期ギヤ102に押付ける際のカップリングスリーブ101の移動速度が速すぎると、カップリングスリーブ101がシンクロナイザリング103と接触したときにカップリングスリーブ101が跳ね返されたり、カップリングスリーブ101が過大な力で被同期ギヤ102に押し込まれて、同期機構110が破損するおそれがある。
【0007】
そこで、従来は、カップリングスリーブ101を被同期ギヤ102の方向に移動させる際に、両者の距離が所定値以下となったときにカップリングスリーブ101の移動速度を低下させるようにしていた。また、アクチュエータ105とシフトホーク104の間にバネ等の機械的な緩衝機構を設けて、カップリングスリーブ101とシンクロナイザリング103の接触時の衝撃を減少させる方法も知られている(特許文献1)。
【0008】
ここで、カップリングスリーブ101がシンクロナイザリング103に接触するまでの間は、カップリングスリーブ101の位置制御のみを行えばよいが、カップリングスリーブ101がシンクロナイザリング103に接触してからカップリングスリーブ101と被同期ギヤ102の係合が完了するまでの間は、カップリングスリーブ101の位置制御と共に、カップリングスリーブ101によるシンクロナイザリング103に対する押付け力が過剰とならないように、該押付け力を制御する必要がある。
【0009】
そして、カップリングスリーブ101の位置制御のみを行う場合と、カップリングスリーブ101の位置制御と押付け力の制御の双方を行う場合とでは、制御対象が異なるため、それぞれの場合に応じた仕様の異なる制御コントローラを用いて制御を行うことが考えられる。しかし、カップリングスリーブ101の位置制御のみを行う工程からカップリングスリーブ101の位置制御と押付け力の制御の双方を行う工程に移行する際に制御コントローラを切り換えると、制御の連続性が失われて同期機構110の挙動が不安定になるおそれがある。
【0010】
【特許文献1】
特開平2002−195406号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、制御対象とする状態値の種類を切換えるときに、アクチュエータの挙動が不安定になることを抑制した制御装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、アクチュエータの作動に応じて変化する第1の状態値を把握する第1の状態値把握手段と、該アクチュエータの作動に応じて変化する該第1の状態値と異なる第2の状態値を把握する第2の状態値把握手段と、前記第1の状態値が第1の目標値と一致するように、該第1の状態値と該第1の目標値との偏差の減衰挙動と減衰速度を可変的に指定可能な応答指定型制御を用いて、少なくとも該偏差に基づいた線形関数により規定される切換関数の値をゼロに収束させるようにように前記アクチュエータを駆動する操作量を決定すると共に、前記第1の状態値又は前記第2の状態値に応じて、前記応答指定型制御の応答特性を、前記第1の状態値に応じて設定するか、或いは前記第2の状態値が第2の目標値と一致するように設定するかを切換える操作量決定手段とを備えたことを特徴とする。
【0013】
かかる本発明によれば、前記応答指定型制御を用いて前記第1の状態値を前記第1の目標値に一致させる制御系において、前記応答指定型制御の応答特性を変更することにより、前記第2の状態値を前記第2の目標値に一致させる制御を行なうことができる。この場合、一つの制御系によって前記第1の状態値の制御と前記第2の状態値の制御を行なうことができるため、制御系の切換えが不要であり、制御系の切換えに起因して前記アクチュエータの作動が不安定になることがない。そのため、前記第1の状態値の制御と前記第2の状態値の制御との切換えを安定して行うことができる。
【0014】
また、前記操作量決定手段は、前記線形関数の演算係数を変更することによって、前記応答指定型制御の応答特性を設定することを特徴とする。
【0015】
かかる本発明によれば、詳細は後述するが、前記第1の線形関数の演算係数を変更すると外乱に対する抑制能力が変化する。そのため、前記操作量決定手段は、該演算係数を変更することにより、前記第1の応答指定型制御の応答特性を容易に変更することができる。
【0016】
また、前記アクチュエータは移動体を移動させる駆動源であり、前記第1の状態値は前記移動体の移動位置であり、前記第2の状態値は前記アクチュエータの作動により前記移動体に働く力の大きさであることを特徴とする。
【0017】
かかる本発明によれば、前記移動体の位置を制御する前記第1の応答指定型制御の応答特性を変更することによって、前記移動体に働く力の大きさを制御することができる。そして、1つの制御系である前記第1の応答指定型制御によって、前記移動体の移動位置と前記移動体に働く力の大きさという2つの状態値を制御することができる。
【0018】
また、前記アクチュエータは、1軸方向に移動自在に設けられた接触体と連結されて該接触体を移動させ、該接触体と、前記アクチュエータと、該接触体が所定位置に移動したときに該接触体と接触する被接触体とを備えた接触機構の作動を制御して、前記接触体と前記被接触体とが間隔をもって対峙した状態から前記アクチュエータにより前記接触体を移動させて前記被接触体に接触させる第1の工程と、該第1の工程に続いて、前記アクチュエータにより前記接触体を前記所定位置を超えて移動させて前記被接触体に押付ける第2の工程とを実行し、前記第1の工程及び前記第2の工程における前記接触体の目標位置を設定する目標位置設定手段を有し、前記第1の状態値把握手段として、前記接触体の実位置を前記第1の状態値として把握する実位置把握手段を有し、前記第2の状態値把握手段として、前記接触体による前記被接触体に対する押付け力を前記第2の状態値として把握する押付け力把握手段を有し、前記操作量決定手段は、前記第1の工程においては前記接触体の実位置に応じて前記応答指定型制御の応答特性を設定し、前記第2の工程においては前記押付け力把握手段により把握される押付け力が所定の目標押付け力と一致するように設定することを特徴とする。
【0019】
かかる本発明によれば、前記操作量決定手段は、前記第1の工程においては、前記応答指定型制御の応答特性を前記接触体の実位置に応じて設定して、前記接触機構の弾性を変化させると共に、前記第2の工程においては、前記接触体による前記被接触体に対する押付け力が前記目標押付け力と一致するように前記応答指定型制御の応答特性を設定する。そして、このように前記第1の工程における前記接触機構の弾性の制御と前記第2の工程における前記接触体の押付け力の制御を、前記応答指定型制御の応答特性という1つの設定条件の変更により行うことよって、前記第1の工程から前記第2の工程への移行が安定して行われ、該移行時に前記接触機構の挙動が不安定となることを抑制することができる。
【0020】
また、前記操作量決定手段は、前記第1の工程において前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が第1の所定レベル以上増大したときに、前記応答指定型制御の応答特性を前記押付け力把握手段により把握される押付け力が前記目標押付け力と一致するように設定する処理を開始することを特徴とする。
【0021】
かかる本発明によれば、前記接触体が前記被接触体と接触するまでは、前記接触体の実位置は目標位置に速やかに追従するため、前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合は小さくなる。そして、前記接触体が前記被接触体と接触すると、前記被接触体からの反力により前記接触体の移動が抑制されるため、前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が急激に大きくなる。そのため、前記操作量決定手段は、前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が前記第1の所定レベル以上増大したときに、前記接触体と前記被接触体が接触したと検知して、前記第2の工程に応じた処理である前記応答指定型制御の応答特性を前記押付け力把握手段により把握される押付け力が前記目標押付け力と一致するように設定する処理を開始することができる。
【0022】
また、前記操作量決定手段は、前記第2の工程において前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が第2の所定レベル以上減少したときに、前記接触体の移動を停止するように前記操作量を決定することを特徴とする。
【0023】
かかる本発明によれば、前記第2の工程において、前記被接触体からの反力が減少すると、前記接触体の移動速度が速まって前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が急速に減少する。そして、このような前記被接触体からの反力の減少は、例えば前記接触体が前記被接触体を通過した場合に生じる。そこで、この場合に、前記操作量決定手段は、前記接触体の移動を停止するように前記操作量を決定することにより、前記接触体の移動を停止して前記接触機構を保護することができる。
【0024】
また、前記操作量決定手段は、前記第2の工程において前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が前記第2の所定レベル以上減少したときに、外乱に対する抑制能力が高くなる方向に前記応答指定型制御の応答特性を設定することを特徴とする。
【0025】
かかる本発明によれば、外乱に対する抑制能力が大きくなる方向に前記応答指定型制御の応答特性を変更することにより、前記接触体の挙動を安定させて前記接触体を停止し易くすることができる。
【0026】
また、前記操作量決定手段は、前記接触体の実位置と目標位置との偏差の時系列データに、ウェーブレット変換を用いたフィルタリングを施した変換値に基づいて、前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合を把握することを特徴とする。
【0027】
かかる本発明によれば、詳細は後述するが、前記接触体の実位置と目標位置との偏差の時系列データに前記フィルタリングを施すと、該偏差の高周波ノイズ成分が除去されて低周波成分の変動のSN比が向上する。そのため、前記操作量決定手段は、前記フィルタリングを施した変換値に基づいて、前記目標位置に前記接触体の実位置の対する乖離度合をより精度良く把握することができる。
【0028】
また、前記接触機構は、動力の伝達/遮断を切り換える同期機構であり、前記接触体は軸上に一体回転可能に設けられた第1の係合部材であり、前記被接触体は、前記軸に相対回転可能かつ軸動不可な第2の係合部材と該第1の係合部材との間に、該第1の係合部材と該第2の係合部材に対して回転自在且つ前記軸方向に移動自在に設けられて、前記軸が回転した状態で該第1の係合部材と第2の係合部材とに接触したときに生じる摩擦力により、該第1の係合部材と該第2の係合部材の回転数を同期させて該第1の係合部材と該第2の係合部材とを係合可能とする同期部材であることを特徴とする。
【0029】
かかる本発明によれば、前記第1の係合部材が前記同期部材に接触する際(前記第1の工程)に生じる衝撃を和らげることができ、また、前記第1の係合部材と前記第2の係合部材の回転数が前記同期部材を介して同期して、前記第1の係合部材と前記第2の係合部材とが係合する過程(前記第2の工程)における前記第1の係合部材による前記同期部材に対する押付け力を前記目標押付け力に保って、安定して前記第1の係合部材と前記第2の係合部材とを係合させることができる。また、前記第1の係合部材と前記第2の係合部材が係合して、前記第1の係合部材に対する前記同期部材からの反力が減少したときに、前記第1の係合部材の移動を停止するように前記操作量が決定され、これにより前記第1の係合部材が過剰な力で前記同期部材に押し込まれることを防止することができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図1〜図15を参照して説明する。図1は同期機構及びその制御装置の構成図、図2は図1に示した同期機構のモデル化の説明図、図3は図1に示した制御装置の制御ブロック図、図4は図3に示したスライディングモードコントローラの作用を示したグラフ、図5はコンプライアンスパラメータの変更による効果を示したグラフ、図6は到達則ゲインと適応則ゲインの設定条件を示したグラフ、図7は電流フィードバック処理を加えた制御装置の制御ブロック図、図8は制御工程の切換タイミングを示したグラフ、図9はウェーブレット変換フィルタの構成図、図10はウェーブレット変換フィルタにおけるデシメーション処理の説明図、図11は制御装置の作動フローチャート、図12は目標位置とコンプライアンスパラメータの設定テーブルを示した図、図13は電流フィードバック処理を加えた制御装置の他の例の制御ブロック図、図14は電流フィードバック処理を加えた制御装置の他の例の制御ブロック図、図15は工作機械による穴あけ工程を示した図である。
【0031】
図1を参照して、制御装置1(本発明のアクチュエータの制御装置に相当する)は、自動車の変速機に備えられた同期機構2(本発明の接触機構に相当する)の作動を制御するものであり、マイクロコンピュータやメモリにより構成された電子ユニットである。
【0032】
同期機構2は、エンジン若しくは電気モータと連結された入力軸5と一体に回転するカップリングスリーブ6(本発明の移動体、接触体、第1の係合部材に相当する)、駆動輪(図示しない)に連結された出力軸(図示しない)と連結されて入力軸5に回転自在かつ軸動不可に設けられた被同期ギヤ7(本発明の第2の係合部材に相当する)、カップリングスリーブ6と被同期ギヤ7の間の入力軸5に回転自在且つ入力軸5の軸方向に移動自在に設けられたシンクロナイザリング8(本発明の被接触体及び同期部材に相当する)、及び電気モータ10(本発明のアクチュエータに相当する)とカップリングスリーブ6とに連結されたシフトホーク11を備えている。
【0033】
シフトホーク11は、電気モータ10の回転に応じてカップリングスリーブ6を入力軸5の軸方向に移動させる。また、カップリングスリーブ6は中空構造となっており、中空部の内周面にスプライン12が形成されている。そして、シンクロナイザリング8の外周面にカップリングスリーブ6のスプライン12と係合可能なスプライン13が形成され、被同期ギヤ7のシンクロナイザリング8と対向する部分の外周面にもカップリングスリーブ6のスプライン12と係合可能なスプライン14が形成されている。
【0034】
そして、入力軸5と共に回転したカップリングスリーブ6がシフトホーク11により被同期ギヤ7の方向に移動すると、カップリングスリーブ6とシンクロナイザリング8が接触し、さらにシンクロナイザリング8と被同期ギヤ7も接触する状態となる。このとき、接触により生じる摩擦力により、シンクロナイザリング8を介してカップリングスリーブ6と被同期ギヤ7の回転数が同期する。
【0035】
このように、カップリングスリーブ6と被同期ギヤ7の回転数が同期した状態で、カップリングスリーブ6をさらに被同期ギヤ7の方向に移動させると、カップリングスリーブ6に形成されたスプライン12が、シンクロナイザリング8に形成されたスプライン13を通過して被同期ギヤ7に形成されたスプライン14と係合する。そして、これにより、入力軸5と出力軸間で動力が伝達される状態となる。
【0036】
また、電気モータ10は制御装置1から出力される電圧(Vin,本発明の操作量に相当する)の印加により作動し、回転数センサ15による電気モータ10の回転数検出信号(Es)が制御装置1に入力される。
【0037】
制御装置1は、電気モータ10の電機子に流れる電流(Im,以下、電機子電流という。本発明の第2の状態値に相当する)を検出する電流検出部20(本発明の第2の状態値把握手段に相当する)、回転数センサ15からの回転数検出信号(Es)等に基づいてカップリングスリーブ6の実位置(Psc,本発明の第1の状態値に相当する)を把握する実位置把握部21(本発明の第1の状態値把握手段、実位置把握手段に相当する)、カップリングスリーブ6を移動させてシンクロナイザリング8を介して被同期歯車7と係合させる過程におけるカップリングスリーブ6の目標位置(Psc_cmd,本発明の第1の目標値に相当する)を設定する目標位置設定部22(本発明の目標位置設定手段に相当する)、電気モータ10に流れる電流の目標値である目標電流(Im_cmd,本発明の第2の目標値に相当する)を設定する目標電流設定部23、及び電気モータ10に印加する電圧(Vin)を決定する電圧決定部24(本発明の操作量決定手段に相当する)を備えている。
【0038】
そして、実位置把握部21は、カップリングスリーブ6が移動を開始してから、シンクロナイザリング8との接触によりカップリングスリーブ6と被同期ギヤ7の回転数が同期して、シンクロナイザリング8を介してカップリングスリーブ6と被同期ギヤ7とが係合するまで挙動を、慣性系物体と弾性系物体の衝突とみなしてモデル化し、該モデルに基づいてカップリングスリーブ6の実位置(Psc)を把握する。
【0039】
図2は該モデルを表したものであり、実位置把握部21は、カップリングスリーブ6を電気モータ10やシフトホーク11(図1参照)を含めて等価慣性がJmである慣性系物体30とみなし、シンクロナイザリング8(図1参照)を等価慣性がMsであってバネ係数がKsである弾性系物体31とみなして、カップリングスリーブ6の位置を把握する。なお、図2中、Tmは電気モータ10の出力トルクであり、Psc_defはシンクロナイザリング8(図1参照)の待機位置である。以下、図2に示したモデルを表すモデル式の算出手順について説明する。
【0040】
先ず、慣性系物体30が弾性系物体31に接触する前(カップリングスリーブ6がシンクロナイザリング8に接触する前)の連続時間系のモデル式の導出について説明する。
【0041】
図1に示した電気モータ10の運動方程式は以下の式(1)で表される。
【0042】
【数1】

Figure 2004252925
【0043】
但し、Jm:電気モータ10及びシフトホーク11を含めたカップリングスリーブ6の等価慣性、ω:電気モータ10の回転速度(回転数センサ15により検出される)、Tm:電気モータ10の出力トルク。
【0044】
また、電気モータ10の出力トルク(Tm)と電気モータ10の電機子電流(Im)との関係は以下の式(2)で表され、電気モータ10の電機子に生じる電圧(Vm,以下、電機子電圧という)と電機子の電気抵抗(Rm,以下、電機子抵抗という)との関係は以下の式(3)で表される。
【0045】
【数2】
Figure 2004252925
【0046】
但し、Im:電気モータ10の電機子電流、Km:トルク変換係数。
【0047】
【数3】
Figure 2004252925
【0048】
但し、Vm:電気モータ10の電機子電圧、Rm:電気モータ10の電機子抵抗。
【0049】
したがって、上記式(1)に上記式(2)及び式(3)の関係を適用して、以下の式(4)を得ることができる。
【0050】
【数4】
Figure 2004252925
【0051】
さらに、電気モータ10への印加電圧(Vin)と、電気モータ10に生じる逆起電力との関係は以下の式(5)で表される。
【0052】
【数5】
Figure 2004252925
【0053】
但し、Vin:電気モータ10への印加電圧、Km’:逆起電力定数。
【0054】
そして、上記式(5)の関係を上記式(4)に適用すると、以下の式(6)を得ることができる。
【0055】
【数6】
Figure 2004252925
【0056】
また、電気モータ10の回転速度(ω)及び回転角度(θ)と、慣性系物体30の位置(Psc)との関係は、以下の式(7)及び式(8)で表される。
【0057】
【数7】
Figure 2004252925
【0058】
【数8】
Figure 2004252925
【0059】
但し、ω:電気モータ10の回転速度、θ:電気モータ10の回転角度、t:電気モータ10が作動を開始してからの経過時間、Rsc:電気モータ10の回転角度(θ)と慣性系物体30の間のレバー比及びギヤ比。
【0060】
したがって、上記式(7),式(8)から、以下の式(9),式(10),式(11)を得ることができる。
【0061】
【数9】
Figure 2004252925
【0062】
【数10】
Figure 2004252925
【0063】
【数11】
Figure 2004252925
【0064】
そして、上記式(9),式(10),式(11)を上記式(6)に代入すると、以下の式(12)を得ることができる。
【0065】
【数12】
Figure 2004252925
【0066】
また、同期機構2の制御に必要な要素として、カップリングスリーブ6の実位置(Psc)の他に、電気モータ10に掛かる負荷を検出するための電機子電流(Im)がある。そこで、上記式(4)及び式(11)から、電機子電流(Im)に関するモデル式である以下の式(13)を得る。
【0067】
【数13】
Figure 2004252925
【0068】
但し、Im:電気モータ10の電機子電流。
【0069】
以上により、電気モータ10への印加電圧(Vin)を入力とし、カップリングスリーブ6の実位置(Psc)と電気モータ10の電機子電流(Im)を出力とする1入力2出力系のモデルは、上記式(12)と式(13)により表すことができる。
【0070】
次に、慣性系物体30が弾性系物体31と接触して、弾性系物体31からの反力を受けるようになったとき(カップリングスリーブ6がシンクロナイザリング8と接触して、シンクロナイザリング8からの反力を受けるようになったとき)の連続時間系のモデル式の導出について説明する。
【0071】
図2における慣性系物体31の運動方程式は以下の式(14)で表される。
【0072】
【数14】
Figure 2004252925
【0073】
但し、Ms:弾性系物体31の等価慣性、Psc_def:弾性系物体31の待機位置、Ksc:弾性系物体30のバネ定数、Fsc:弾性系物体31が慣性系物体30から受ける力(弾性系物体31が慣性系物体30に与える反力)。
【0074】
上記式(14)を反力(Fsc)について整理すると、以下の式(15)の形で表される。
【0075】
【数15】
Figure 2004252925
【0076】
ここで、反力(Fsc)は、弾性系物体31が慣性系物体30に対して与える反力となり、該反力(Fsc)が掛かったときの慣性系物体30の運動方程式は以下の式(16)で表される。
【0077】
【数16】
Figure 2004252925
【0078】
この式(16)を変形すると以下の式(17)の形となり、電気モータ10の逆起電力を考慮すると、電気モータ10への印加電圧(Vin)と電機子電圧(Vm)との関係は以下の式(18)で表される。
【0079】
【数17】
Figure 2004252925
【0080】
【数18】
Figure 2004252925
【0081】
また、式(18)に上記式(10)及び式(11)を代入すると以下の式(19)の形となり、式(19)を整理して以下の式(20)を得ることができる。
【0082】
【数19】
Figure 2004252925
【0083】
【数20】
Figure 2004252925
【0084】
さらに、電気モータ10の電機子電流(Im)については、上記式(16)に上記式(11)を代入して、以下の式(21)を得ることができる。
【0085】
【数21】
Figure 2004252925
【0086】
以上により、弾性系物体31からの反力を考慮したモデルは、上記式(20)と式(21)により表すことができる。
【0087】
次に、上記式(20)及び式(21)により表される連続時間系のモデル式に基づいて、離散時間系のモデル式を導出する。
【0088】
先ず、連続時間系のモデルの状態変数(x,x)を以下の式(22)のように設定すると、上記式(20)より、連続系のモデルを以下の式(23)により表すことができる。
【0089】
【数22】
Figure 2004252925
【0090】
【数23】
Figure 2004252925
【0091】
ここで、制御装置1のサンプリング周期をTとすると、上記式(23)は、オイラー近似により以下の式(24)の形で表され、式(24)を変形して以下の式(25)及び式(26)を得ることができる。
【0092】
【数24】
Figure 2004252925
【0093】
但し、t:サンプリング時点、T:サンプリング周期。
【0094】
【数25】
Figure 2004252925
【0095】
【数26】
Figure 2004252925
【0096】
さらに、オイラー近似により、上記式(26)におけるx(t−T)は以下の式(27)で表すことができる。
【0097】
【数27】
Figure 2004252925
【0098】
そして、上記式(25)に上記式(26)及び式(27)を代入して整理すると、以下の式(28)を得ることができる。
【0099】
【数28】
Figure 2004252925
【0100】
式(28)におけるt=kTとして整理すると、以下の式(29)の形となり、式(30)を得ることができる。
【0101】
【数29】
Figure 2004252925
【0102】
【数30】
Figure 2004252925
【0103】
そして、上記式(30)における係数を以下の式(31)に示したように置き換えると、式(30)は以下の式(32)の形で表すことができる。
【0104】
【数31】
Figure 2004252925
【0105】
【数32】
Figure 2004252925
【0106】
そこで、制御装置1は、上記式(32)により表される離散時間系のモデルにおける外乱項dを0とした以下の式(33)のモデル式に基づいて、図3に示した構成により設計される。以下、図3に示した制御装置1の構成について説明する。
【0107】
【数33】
Figure 2004252925
【0108】
先ず、上記式(33)で表されるモデルに対して、▲1▼慣性系物体30の実位置(Psc)を目標位置(Psc_cmd)に迅速に追従させ、▲2▼慣性系物体30と弾性系物体31の接触時のコンプライアンス性(ゴムのような弾性)を実現する、スライディングモードコントローラ40の設計手順について説明する。
【0109】
スライディングモードコントローラ40は、応答指定型制御の一例であるスライディングモード制御を用いて、慣性系物体30の挙動を制御する。そして、スライディングモードコントローラ40には、上記式(33)に基づいて実位置把握部21により算出される慣性系物体30の実位置(Psc)と、目標位置設定部22により設定される慣性系物体30の目標位置(Psc_cmd)と、後述するコンプライアンスパラメータ(VPOLE)とが入力される。
【0110】
そして、慣性系物体30の実位置(Psc)と目標位置(Psc_cmd)との偏差(Esc)を以下の式(34)に示したように定義すると、偏差(Esc)の収束挙動や外乱が偏差(Esc)に与える影響度合を指定する切換関数(σ,本発明の線形関数に相当する)は、式(34)の状態変数がPsc(k)とPsc(k−1)の2つであるため、以下の式(35)のように定義される。
【0111】
【数34】
Figure 2004252925
【0112】
【数35】
Figure 2004252925
【0113】
但し、VPOLE:コンプライアンスパラメータ(切換関数設定パラメータ)。
【0114】
スライディングモードコントローラ40は、この切換関数(σ)が、σ(k)=0となるように制御入力を決定する。また、σ(k)=0は、上記式(35)から、以下の式(36)の形に変形することができる。
【0115】
【数36】
Figure 2004252925
【0116】
ここで、式(36)は入力のない1次遅れ系を意味しているため、スライディングモードコントローラ40は、制御系の応答を上記式(36)の1次遅れ系に収束させる制御を実行する。
【0117】
したがって、図4(a)に示したように、縦軸をEsc(k)とし横軸をEsc(k−1)とした位相平面を設定すると、上記式(36)は、該位相平面上の線形関数を意味することがわかる。また、上記式(36)は入力のない1次遅れ系であるから、コンプライアンスパラメータ(VPOLE,本発明の演算係数に相当する)を以下の式(37)の範囲内に設定して、該1次遅れ系を安定化させれば、時間の経過(k→∞)により偏差(Esc)が必ず0に収束する系となる。
【0118】
【数37】
Figure 2004252925
【0119】
このことから、図4(a)に示した位相平面上において、偏差の状態量(Esc(k),Esc(k−1))が切換関数(σ(k)=0)上に載ると、該状態量は入力のない1次遅れ系に拘束されるため、時間の経過と共に位相平面の原点{(Esc(k),Esc(k−1))=(0,0)}に自動的に収束することになる。
【0120】
そこで、スライディングモードコントローラ40は、このような切換関数上での偏差の状態量(Esc(k),Esc(k−1))の挙動を利用して、図4(a)に示したように、上記式(35)でσ=0となるように制御入力(Vin)を決定することによって、該状態量を切換関数(σ(k)=0)上に拘束し、外乱やモデル化誤差の影響を受けることなく、該状態量を位相平面の原点に収束させる。
【0121】
なお、偏差の状態量が切換関数に漸近するまでの挙動(図中PからPまでの過程)を到達モードといい、切換関数上を該状態量が自動的に原点方向に収束する挙動(図中PからPまでの過程)をスライディングモードという。
【0122】
また、上記式(36)のコンプライアンスパラメータ(VPOLE)を正(0<VPOLE<1)に設定すると、式(36)で表される1次遅れ系は振動安定形となるため、偏差(Esc)を収束させる制御においては好ましくない。そこで、コンプライアンスパラメータ(VPOLE)を−1から0の範囲(−1<VPOLE<0)で決定することにより、偏差(Esc)の収束応答を図4(b)に示したように設定する。図4(b)において、a,b,cは、コンプライアンスパラメータ(VPOLE)をそれぞれ−1,−0.8,−0.5に設定した場合の偏差(Esc)の推移を示しており、VPOLE=−1に設定すると、偏差(Esc)は0に収束せずに一定値となる。
【0123】
続いて、上記式(36)の動特性、すなわち、スライディングモードコントローラ40の応答指定特性について説明する。図5は、コンプライアンスパラメータ(VPOLE)を−0.5,−0.8,−0.99,−1.0に設定して、σ=0かつEsc=0である状態でステップ外乱Dを与えた場合の制御系の応答を示したグラフであり、縦軸を上から偏差(Esc)、切換関数(σ)、外乱(D)とし、横軸を時間(k)としたものである。
【0124】
図5から明らかなように、コンプライアンスパラメータ(VPOLE)の絶対値を小さくするほど、外乱(D)が偏差(Esc)に与える影響が小さくなり、逆に、コンプライアンスパラメータ(VPOLE)の絶対値を大きくして1に近づけるほど、スライディングモードコントローラが許容する偏差(Esc)が大きくなるという特性がある。そして、このとき、コンプライアンスパラメータ(VPOLE)の値に拘わらず切換関数(σ)の挙動が同一となっていることから、外乱(D)に対する抑制能力をコンプライアンスパラメータ(VPOLE)によって指定できることがわかる。
【0125】
そして、図2に示した慣性系物体30と弾性系物体31の接触時には、▲1▼慣性系物体30が弾性系物体31により跳ね返される、▲2▼慣性系物体30が過大な衝突力により弾性系物体31に押し込まれる、という状態となることを回避しつつ慣性系物体30を弾性系物体31に押し付ける必要がある。
【0126】
そこで、上述した特性に着目し、慣性系物体30と弾性系物体31の接触時には、コンプライアンスパラメータ(VPOLE)を−1の近傍に設定して外乱に対する偏差(Esc)の許容量を大きくする(外乱に対する抑制能力を小さくする)ことによって、慣性系物体30と弾性系物体31が接触する際に電気モータ10の作動によるコンプライアンス性を生じさせることが有効である。
【0127】
これにより、慣性系物体30と弾性系物体31との接触時に過大な衝撃が生じることを抑制することができ、また、過大な力を弾性系モデル31に与えることなく、慣性系モデル30を弾性系モデル31に押し付けることができる、という効果が得られる。
【0128】
この効果を図1に示した実際の同期機構2に適用して考察すると、カップリングスリーブ6がシンクロナイザリング8に接触する際に生じる衝撃を和らげることができる。また、過大な力をシンクロナイザリング8に与えることなくカップリングスリーブ6をシンクロナイザリング8に押し付けて、カップリングスリーブ6と被同期ギヤ7の回転数の同期させて係合させることができる。
【0129】
次に、スライディングモードコントローラの制御入力(Vin)は、以下の式(38)に示したように、3つの制御入力の総和により設定される。
【0130】
【数38】
Figure 2004252925
【0131】
但し、Vin(k):k番目のサンプリング周期における電気モータ10への印加電圧、Ueq(k):k番目のサンプリング周期における等価制御入力、Urch(k):k番目の制御サイクルにおける到達則入力、Uadp(k):k番目のサンプリング周期における適応則入力。
【0132】
なお、等価制御入力とは偏差状態量(Esc(k),Esc(k−1))を切換線(σ=0)上に拘束するための入力であり、到達則入力とは該偏差状態量を該切換関数に載せるための入力であり、適応則入力とはモデル化誤差や外乱を吸収して該偏差状態量を該切換関数に載せるための入力である。
【0133】
以下に、等価制御入力(Ueq(k))、到達則入力(Urch(k))、及び適応則入力(Uadp(k))の設定方法について説明する。
【0134】
先ず、等価制御入力(Ueq)は、厳密には位相平面上の任意の場所において、偏差の状態量をその場所にホールドする機能を持つ。そのため、等価制御入力(Ueq)は、以下の式(39)を満たす印加電圧(Vin)として算出される。
【0135】
【数39】
Figure 2004252925
【0136】
式(39)に上記式(35)及び式(34)を代入すると、以下の式(40)が得られる。
【0137】
【数40】
Figure 2004252925
【0138】
そして、式(40)に上記式(33)を代入して整理することにより、等価制御入力(Ueq)についての以下の式(41)を得ることができる。
【0139】
【数41】
Figure 2004252925
【0140】
次に、到達則入力(Urch)は、以下の式(42)により算出される。
【0141】
【数42】
Figure 2004252925
【0142】
但し、F:到達則ゲイン、Δ:切換振幅(機械的なバックラッシュやガタ等の非線形特性の吸収パラメータ)。
【0143】
また、切換振幅(Δ)をゼロ(Δ=0)とすれば、上記式(42)は以下の式(43)の形で表される。
【0144】
【数43】
Figure 2004252925
【0145】
また、適応則入力(Usdp)は、以下の式(44)により算出される。
【0146】
【数44】
Figure 2004252925
【0147】
但し、G:適応則ゲイン。
【0148】
ここで、上記式(41)の等価制御入力(Ueq(k))、上記式(43)の到達則入力(Urch(k))、及び上記式(44)の適応則入力(Uadp(k))を上記式(38)に代入して得られる制御入力(Usl(k))を電気モータ10への印加電圧(Vin)として上記式(33)に代入すると、以下の式(45)が得られる。
【0149】
【数45】
Figure 2004252925
【0150】
そして、式(45)に上記式(34)及び式(35)を適用してσについて整理すると、以下の式(46)を得ることができる。
【0151】
【数46】
Figure 2004252925
【0152】
ここで、到達則入力(Urch(k))と適応則入力(Uadp(k))の役割は、偏差状態量(Esc(k),Esc(k−1))を切換関数(σ=0)上を移動させること、すなわち、上記式(46)の安定化(σ→0)であるので、上記式(46)が安定になるように到達則ゲイン(F)と適応則ゲイン(G)を決定する必要がある。
【0153】
そこで、上記式(46)をZ変換すると、以下の式(47)が得られ、式(47)を変形して以下の式(48)が得られる。
【0154】
【数47】
Figure 2004252925
【0155】
【数48】
Figure 2004252925
【0156】
この場合、上記式(48)が安定となる条件は、左辺の第2項と第3項の係数(F−2,GT+1−F)が、図6の三角領域内に入る組合わせとなるので、これらの係数が該三角領域内に入る組合わせとなるようにF,Gの値を決定すればよい。
【0157】
そして、スライディングモードコントローラ40は、このようにして決定したF,Gの値により上記式(43),式(44)から到達則入力(Urch(k))と適応則入力(Uadp(k))をそれぞれ決定し、また、上記式(41)から等価制御入力(Ueq(k))を決定して、上記式(38)により電気モータ10への印加電圧(Vin)を決定する。
【0158】
次に、図1を参照して、実際の同期機構2においては、カップリングスリーブ6と被同期ギヤ7の回転数を同期させるため、一定の力でカップリングスリーブ6をシンクロナイズザリング8に押付ける必要がある。そこで、図2に示したモデルにおいて、慣性系物体30と弾性系物体31とが接触した後、一定の押付け力を慣性系物体30から弾性系物体31に加える制御を行うための構成が必要となる。
【0159】
ここで、慣性系物体30と弾性系物体31とが接触した状態での電気モータ10の電機子電流(Im)は上記式(21)により示されるが、回転同期を図っている間は慣性系物体30の加速度はゼロ(Pscの2階微分がゼロ)であると考えられるので、上気式(21)は以下の式(49)の形となる。
【0160】
【数49】
Figure 2004252925
【0161】
そして、一定の押し付け力は、慣性系物体30が弾性系物体31から受ける力(Fsc)の反力であるから、押し付け力を一定に保つためには、以下の式(50)の関係が成り立てばよい。
【0162】
【数50】
Figure 2004252925
【0163】
但し、Im_cmd:目標電流値。
【0164】
なお、目標電流値(Im_cmd)が本発明の押付け力の目標値に相当し、電流検出部20が本発明の押付け力把握手段に相当し、電流検出部20により検出される電気モータ10の電機子電流(Im)が本発明の押付け力に相当する。
【0165】
また、上記式(50)を離散時間化して、実際の電機子電流(Im)と目標電流値(Im_cmd)との偏差(Eim)を算出する以下の式(51)を得ることができる。
【0166】
【数51】
Figure 2004252925
【0167】
ここで、上記式(20)と式(21)から分かるように、同期機構2は、電気モータ10に印加する電圧(Vin)を入力とし、慣性系物体30の位置(Psc)と電気モータ10の電機子電流(Im)を出力とする1入力2出力系のモデルとして表される。
【0168】
しかし、慣性系物体30と弾性系物体31が接触するまでは、慣性系物体30の位置(Psc)の制御のみを行えばよい。そのため、スライディングモードコントローラ40は、同期機構2を、電気モータ10への印加電圧(Vin)を入力とし慣性系物体30の位置(Psc)を出力とする1入力1出力系のモデルで表して制御を行えばよい。
【0169】
そのため、電気モータ10の電機子電流(Im)のフィードバック制御を行うためには、スライディングモードコントローラ40を、1入力1出力系のモデルを対象としたものから1入力2出力系のモデルを対象としたものに切り換える必要がある。しかし、このようにスライディングモードコントローラ40を切り換えると、入力(Vin)の不連続性が生じてスライディングモードコントローラ40を切り換えた時の制御状態を安定化させることが難しい。
【0170】
そこで、電圧決定部24は、スライディングモードコントローラ40の切り換えを行わず、以下に説明するように、スライディングモードコントローラ40のコンプライアンス性を設定するコンプライアンスパラメータ(VPOLE)を、電気モータ10の電機子電流(Im)のフィードバックにより調整することによって、慣性系物体30から弾性系物体31への押し付け力を安定化させる。
【0171】
先ず、電機子電流(Im)のフィードバック制御は、▲1▼電機子電流(Im)の目標電流(Im_cmd)に対する速応性、▲2▼押し付け力に比例する電機子電流(Im)の安定性、を考慮して以下の式(52)から式(57)による簡易型のスライディングモード制御を用いて行う。
【0172】
【数52】
Figure 2004252925
【0173】
【数53】
Figure 2004252925
【0174】
【数54】
Figure 2004252925
【0175】
【数55】
Figure 2004252925
【0176】
【数56】
Figure 2004252925
【0177】
【数57】
Figure 2004252925
【0178】
但し、Limit:−1〜0の制限処理、F_Im:到達則ゲイン、G_Im:適応則ゲイン、POLE_Im:切換関数設定パラメータ、VPOLE_bs:VPOLEの基準値、Urch_Im:到達則入力、Uadp_Im:適応則入力。
【0179】
電流フィードバック系の制御ブロック図を示すと図7のようになる。図7の制御ブロック図では、1入力2出力系のモデルを制御対象とするスライディングモードコントローラを用いる代わりに、1入力1出力のモデルを制御対象とするスライディングモードコントローラ40の外に電機子電流(Im)を制御する電流フィードバック部50を備えた2重フィードバック系となっている。
【0180】
なお、電流フィードバック部50は、図3に示したコンプライアンスパラメータ算出手段41に含まれる。そして、減算器51により上記式(52)によって電流偏差(E_Im)が算出され、切換関数算出部52により上記式(53)によって切換関数(σ_Im)の値が算出され、比例演算器53により上記式(54)によって到達則入力(Urch_Im)が算出され、積分器55及び積分乗算器56により上記式(55)によって適応則入力(Uadp_Im)が算出される。
【0181】
また、加算器57及び加算器58により上記式(56)によって電流フィードバックを反映させたコンプライアンスパラメータ(VPOLE_Im)が操作量として算出され、リミッタ59により上記式(57)によって制限処理がなされてスライディングモードコントローラ40に対するコンプライアンスパラメータ(VPOLE)が決定される。
【0182】
次に、図3に示したコンプライアンスパラメータ算出部41は、同期機構2の作動を制御するスライディングモードコントローラ40のコンプライアンス性を設定するコンプライスパラメータ(VPOLE)を、以下の3つの工程に分けて設定する。
【0183】
工程1(本発明の第1の工程に相当する):目標値追従制御…慣性系物体30の位置(Psc)制御と慣性系物体30と弾性系物体31の接触時のコンプライアンス性の制御。コンプライアンスパラメータ(VPOLE)を慣性系物体30の位置(Psc)に応じて決定する。
【0184】
工程2(本発明の第2の工程に相当する):回転同期制御…弾性系物体31への押し付け力の制御。コンプライアンスパラメータ(VPOLE)を、上述した電気モータ10の電機子電流のフィードバックにより決定する。
【0185】
工程3:静止制御…回転同期後(同期機構2におけるカップリングスリーブ6と被同期ギヤ7の係合が完了した後)の慣性系物体30の前進挙動を停止する制御。コンプライアンスパラメータ(VPOLE)を一定に保つ。
【0186】
そして、コンプライアンスパラメータ算出部41は、同期機構2の機械的なバラツキや経年変化等により、工程1から工程2に切り換える位置や、工程2から工程3に切り換えるタイミングのばらつきや変化が生じても、安定して工程の切り換えを行う必要がある。以下に工程の切り換えタイミングを決定する方法について説明する。
【0187】
図8の上段のグラフは、各工程の切り換わり時における慣性系物体30の実位置(Psc)と目標位置(Psc_cmd)との偏差(Esc=Psc−Psc_cmd)の変化を示したものであり、縦軸が慣性系物体30の実位置(Psc)及び目標位置(Psc_cmd)に設定され、横軸が時間(t)に設定されている。グラフから明らかなように、各工程の切り換え時には、偏差(Esc)が以下のように変化する。
【0188】
・工程1から工程2への切り換え時:弾性系物体31との接触により慣性系物体30の移動が抑制されて、目標位置(Psc_cmd)に対して実位置(Psc)が遅れる状態となり、偏差(Esc)が負方向に増大する。
【0189】
・工程2から工程3への切り換え時:弾性系物体31と慣性系物体30の回転同期が終了して、慣性系物体30の位置(Psc)が目標位置(Psc_cmd)に達すると、偏差(Esc)が正方向に減少する。
【0190】
そこで、このような偏差(Esc)の変化を検出することによって各工程の切り換えを行えばよい。
【0191】
しかし、図1に示した実際の同期機構2は、機械的なバックラッシュやガタ、フリクションが大きい制御対象である。そのため、制御装置1のサンプリング周期を短く設定した方が制御性が高くなるが、サンプリング周期を短く設定して偏差(Esc)を算出すると、SN比が低下して偏差(Esc)の変化を検出し難くなる。そこで、Vin決定部24に備えられたウェーブレット変換フィルタ43(図3参照)は、以下に説明するように、偏差(Esc)にウェーブレット変換を施して偏差(Esc)の低周波成分のみを抽出することにより、偏差(Es c)の変化を検出し易くする。
【0192】
ウェーブレット変換43を用いたフィルタ(以下、ウェーブレット変換フィルタという)は、図9(a)に示した構成を有し、以下の式(58)によるハーフバンドローパスフィルタ処理とデシメーション処理を2回繰り返すことによってフィルタリングを行う。
【0193】
【数58】
Figure 2004252925
【0194】
但し、u:入力データ、η:サンプリング周期の時系列番号。
【0195】
図9(a)に示した1段目のハーフバンドローパスフィルタ70は、今回のサンプリング周期入力値(Esc(k))と前回のサンプリング周期の入力値(Esc(k−1))に対して上記式(57)の処理を行い、2段目のハーフバンドローパスフィルタ71は、1段目のハーフバンドローパスフィルタ70の出力にデシメーション処理72を施したEsc_wv(m)の今回値と前回値(Esc_wv(m)とEsc_wv(m−1))に対して、上記式(58)の処理を行う。
【0196】
図9(b)に示したように、ハーフバンドローパスフィルタ70,71は、サンプリング周波数の半分(ナイキスト周波数)以上の周波数成分を阻止し、低周波成分のゲインが1より大きいので、低周波成分に対するゲインを増幅する効果が得られる。
【0197】
また、図9(a)におけるデシメーション処理72,73(2↓)は間引き処理であり、図10(a)に示したように、入力データ(u)を1つおきにサンプリングする間引き処理を行う。
【0198】
ウェーブレット変換フィルタ43は、ハーフバンドローパスフィルタ70,71による処理とデシメーション処理72,73を繰り返し施すことによって、図10(b)のグラフに示したようにゲインを増幅しつつ低周波成分(Esc_wv)を抽出する。なお、図10(b)に示したグラフの縦軸はゲイン、横軸は周波数に設定されている。
【0199】
そして、これにより、入力信号(Esc)の高周波成分が除去されると共に、入力信号(Esc)に対するゲインが増幅されるため、入力信号(Esc)の低周波成分の変化をSN比を向上させて抽出することができる。
【0200】
そして、VPOLE算出部41は、偏差(Esc)のウェーブレット変換値(Esc_wv)の変化量であるΔEsc_wv(=Esc_wv(m)−Esc_wv(m−1))を用いて、以下に示すように各工程の切り換えを行う。
【0201】
・工程1から工程2への切り換え:Psc>Psc_def 且つ Esc_wv>X_SCCNT
・工程2から工程3への切り換え:Psc>Psc_def かつ ΔEsc_wv>X_SCDONE
但し、Psc_vp:工程1におけるVPOLE可変開始位置、X_SCCNT:Esc_wvの接触判定閾値、X_SCDONE:回転同期完了判定閾値。
【0202】
なお、上記切換条件におけるEsc_wv及びΔEsc_wvが本発明の目標位置に対する実位置の乖離度合に相当し、X_SCCNTが本発明の第1の所定レベルに相当し、X_SCDONEが本発明の第2の所定レベルに相当する。
【0203】
以上説明した手法により構成された制御装置1により、同期機構7の作動を制御する手順を図11に示したフローチャートに従って説明する。制御装置1は、自動車のメインコントローラ(図示しない)から変速機のシフトを指示する信号を受信すると、STEP1からSTEP2に進む。
【0204】
そして、制御装置1は、メインコントローラによって選択されたシフト位置(1速、2速、・・・、ニュートラル)に応じて、目標位置設定部22により、図12(a)に示したようにカップリングスリーブ6の移動パターンを目標位置(Psc_cmd)として設定する。また、制御装置1は、第1の工程におけるコンプライアンスパラメータ(VPOLE)の変更位置(Psc_vp)とシンクロナイザリング8の待機位置(Psc_def)を設定する。
【0205】
そして、続くSTEP3で、制御装置1は、実位置把握部21により上記式(33)によって算出されるカップリングスリーブ6の実位置(Psc)と目標位置(Psc_cmd)との偏差(Esc)を算出する。なお、図中kはk番目のサンプリング周期を意味し、Psc(k)及びPsc_cmd(k)はそれぞれk番目のサンプリング周期におけるカップリングスリーブ6の実位置と目標位置を表す。
【0206】
次のSTEP4で、制御装置1は、上述したウェーブレット変換フィルタ43による処理を行って、偏差(Esc)のウェーブレット変換値(Esc_wv)を算出する。なお、図中Esc_wv(m)は、図9(a)に示したようにk番目のサンプリング周期における偏差(Esc(k))に基づいて算出されたウェーブレット変換値を表している。
【0207】
次のSTEP5〜STEP7は、上述した各工程(第1の工程,第2の工程,第3の工程)の切り換えタイミングを判断する処理であり、STEP5及びSTEP6が第1の工程から第2の工程への切り換え条件を設定し、STEP7は第2の工程から第3の工程への切り換え条件を設定している。
【0208】
先ず、STEP5でカップリングスリーブ6の実位置(Psc(k))が、シンクロナイザリング8の待機位置(Psc_def)を通過するまではSTEP20に分岐し、図12(b)に示したコンプライアンスパラメータ(VPOLE)の設定テーブルに従って、コンプライアンスパラメータ算出部41がコンプライアンスパラメータ(VPOLE)を0の近傍(例えば−0.2)に設定する。なお、図12(b)に示した設定テーブルは、縦軸がコンプライアンスパラメータ(VPOLE)に設定され、横軸がカップリングスリーブ6の実位置(Psc)に設定されている。
【0209】
これにより、カップリングスリーブ6の移動を開始してからコンプライアンスパラメータ(VPOLE)の変更位置(Psc_vp)に到達するまでは、同期機構2のコンプライアンス性が低くなり、外乱の影響を抑制して安定してカップリングスリーブ6を移動させることができる。
【0210】
また、カップリングスリーブ6がコンプライアンスパラメータ(VPOLE)の変更位置(Psc_vp)を通過した時に、コンプライアンスパラメータ算出部41は、コンプライアンスパラメータ(VPOLE)を−1の近傍(例えば−0.99)まで低下させる。このように、実際にカップリングスリーブ6とシンクロナイザリング8が接触する直前に予めコンプライアンスパラメータ(VPOLE)の値を低下させて同期機構2のコンプライアンス性を高めることによって、カップリングスリーブ6がシンクロナイザリング8に接触したときに生じる衝撃を和らげることができる。
【0211】
そして、次のSTEP6で、上述した工程1から工程2への切り換え条件であるEsc_wv(m)>X_SCCNTが成立したとき、すなわち、カップリングスリーブ6とシンクロナイザリング8との接触が検知されたときにSTEP7に進む。STEP7では、上述した工程2から工程3への切り換え条件であるΔEsc_wv(m)>X_SCDONEが成立したとき、すなわち、カップリングスリーブ6とシンクロナイザリング8との回転同期がなされて、カップリングスリーブ6がシンクロナイザリング8を通過して被同期ギヤ7と係合したときに、STEP30に分岐する。
【0212】
一方、STEP7で、ΔEsc_wv(m)>X_SCDONEが成立しないときにはSTEP8に進み、VPOLE算出部41は、工程1から工程2に切り換えて上述した電流フィードバックによるコンプライアンスパラメータ(VPOLE)の算出処理を実行する。そして、電圧決定部24は、このようにして算出したコンプライアンスパラメータ(VPOLE)を用いてスライディングモードコントローラ40により電気モータ10に対する印加電圧(Vin)を算出し、該印加電圧(Vin)を電気モータ10に印加する。
【0213】
このように、工程2においては、電気モータ10の電機子電流(Im)のフィードバック処理により電気モータ10の電機子電流(Im)が目標電流(Im_cmd)に維持されて、電気モータ10の出力トルクが一定に制御され、カップリングスリーブ6のシンクロナイザリング8に対する押し付け力を安定化させることができる。
【0214】
そして、これにより、カップリングスリーブ6が過剰な力でシンクロナイザリング8に押し付けられて、同期機構2の破損が生じることを防止することができる。
【0215】
また、工程3においては、STEP30において、コンプライアンスパラメータ算出部41によりコンプライアンスパラメータ(VPOLE)が一定値(X_VPOLE_END)に設定される。そして、電圧決定部24は、該コンプライアンスパラメータ(VPOLE=X_VPOLE_END)を用いてスライディングモードコントローラ40により電気モータ10に対する印加電圧(Vin)を算出し、該印可電圧(Vin)を電気モータ10に印可してカップリングスリーブ6の移動を速やかに停止する。
【0216】
これにより、カップリングスリーブ6と被同期ギヤ7との係合が完了した後も、カップリングスリーブ6が非同期ギヤ7に過剰な力で押し付けられて、同期機構2の破損等が生じることを防止することができる。
なお、本実施の形態では、上述したように、慣性系物体30の位置(Psc)が目標位置(Psc_cmd)に到達したときに、工程1による慣性系物体30の位置に応じてコンプライアンスパラメータ(VPOLE)を決定する制御から、工程2による弾性系物体30への押付け力(モータ10の電機子電流の大きさに比例する)に応じてコンプライアンスパラメータ(VPOLE)を決定する制御に切り換えたが、アクチュエータによって駆動する機構の仕様によっては、電気モータ10の電気子電流(Im)の変化に応じて、制御態様の切換条件を設定してもよい。
【0217】
また、本実施の形態では、図7に示した構成により、電流フィードバック部50aにおいて、上述した演算処理を行ってコンプライアンスパラメータ(VPOLE)を決定したが、他の構成として、図13に示したように、電流偏差(Im−Im_cmd)とコンプライアンスパラメータ(VPOLE)との関係を予め設定した相関マップ60を備えた電流フィードバック部50bを用い、該相関マップ60に電流偏差(Im−Im_cmd)を適用してコンプライアンスパラメータ(VPOLE)を決定するようにしてもよい。
【0218】
また、さらに他の構成として、図14に示した電流フィードバック部50cにより、I−PD制御を行ってコンプライアンスパラメータ(VPOLE)を決定してもよい。なお、減算器51,加算器58,リミッタ59は、図7に示した電流フィードバック部50aにおける同一符号の構成と同様である。
【0219】
電流フィードバック部50cにおいては、以下の式(59)及び式(60)を用いてコンプライアンスパラメータ(VPOLE(k))が算出される。具体的には、比例演算器61により以下の式(59)の右辺の第2項の演算が行われ、Z変換器62と減算器63と微分演算器64とにより式(59)の右辺の第3項の演算が行われ、減算器51と積分乗算器66とにより式(59)の右辺の第4項の演算が行われる。
【0220】
【数59】
Figure 2004252925
【0221】
但し、VPOLE_Im(k):k番目のサンプリング周期におけるコンプライアンスパラメータ、VPOLE_bs:コンプライアンスパラメータの基準値、KIMP:比例項のフィードバックゲイン、KIMD:微分項のフィードバックゲイン、KIMI:積分項のフィードバックゲイン、Im(k):k番目のサンプリング周期におけるモータ10の電機子電流。
【0222】
【数60】
Figure 2004252925
【0223】
但し、Im_cmd:目標電流値。
【0224】
そして、加算器67と加算器68と加算器58とにより、上記式(59)の右辺の各項の加算が行われてVPOLE_Im(k)が算出され、リミッタ59により上記式(57)の制限処理が行われて、コンプライアンスパラメータ(VPOLE(k))が決定される。
【0225】
また、本実施の形態では、図1に示したように、カップリングスリーブ6を入力軸5側に設け、被同期ギヤ7を駆動軸と連結した同期機構2を対象としたが、カップリングスリーブを出力軸側に設けて、被同期ギヤを入力軸と連結した同期機構に対しても本発明の適用が可能である。
【0226】
また、本実施の形態では、電圧決定部24は、外乱等の影響を考慮した適応則入力を有する適応スライディングモードを用いたが、該適応則入力を省略した一般のスライディングモード制御を用いるようにしてもよく、また、バックステッピング制御等の他の種類の応答指定型制御を用いることもできる。また、電圧決定部24は、スライディングモード制御を用いて電流フィードバック処理を行ったが、スライディングモード制御を用いずに電流フィードバック処理を行う場合にも、本発明の効果を得ることができる。
【0227】
また、本実施の形態では、実位置把握部21は、図2に示したモデルに基づいてカップリングスリーブ6の実位置(Psc)を把握したが、位置センサを設けて該位置センサの位置検出信号とモータ10とカップリングスリーブ6間のレバー比等から、直接的にカップリングスリーブ6の実位置(Psc)を把握するようにしてもよい。
【0228】
また、本実施の形態では、自動車の変速機に備えられた同期機構2に対して本発明を適用した例を示したが、本発明の適用対象はこれに限られない。例えば、図15は、ワーク80に対してエンドミル81によって穴あけ加工を施す工作機械を、エンドミル81側を慣性系物体としワーク80側を弾性系物体としてモデル化し、本発明を適用した例を示している。なお、エンドミル81はチャック82により上下移動アクチュエータ83に取り付けられている。
【0229】
図15に示したように、上述した同期機構2に対する制御の場合と同様に、穴あけ加工を施す工程は以下の3つに分けられる。
【0230】
・工程1:エンドミル81がワーク80に接触するまで、エンドミル81の先端を短時間でワーク80に到達させ、かつ、エンドミル81とワーク80の接触時の衝撃を抑制する。
【0231】
・工程2:エンドミル81に一定の押し付け力(Fc)を加えながらワーク80を切削する。
【0232】
・工程3:ワーク80の穴あけが終了してワーク80からの抗力がなくなると、エンドミル81が急激に下降するため、チャック82がワーク80に衝突しないようにエンドミル81の下降を停止する。
【0233】
そして、エンドミル81の実位置(Py)を図1に示した同期機構2におけるカップリングスリーブ6の実位置(Psc)に置換え、工程1におけるコンプライアンスパラメータ(VPOLE)の変更位置(Py_vp,同期機構2の制御におけるPsc_vpに相当する)と、ワーク80の待機位置(Py_def,同期機構2の制御におけるPsc_defに相当する)等を設定して、上下移動アクチュエータ83の作動を制御することによって、穴あけ時間の短縮を図ると共にエンドミル81とワーク80の接触時の衝撃を和らげることができる。
【0234】
また、工程2において、エンドミル81よりワーク80に過剰な押付け力が加わることを防止して、エンドミル81の押付け力を所定の目標押付け力に維持することができ、工程3において、エンドミル81の速やかに停止させることができる。
【0235】
なお、本実施の形態では、本発明のアクチュエータとして電気モータ10を用いた例を示したが、他の種類の電気アクチュエータや、空圧や油圧アクチュエータを用いた場合であっても、本発明の適用が可能である。
【0236】
また、本実施の形態では、本発明の第1の状態値がアクチュエータにより移動される物体の位置であり、本発明の第2の状態値が該物体に働く力の大きさである例を示したが、他の種類の状態値を採用してアクチュエータの作動を制御する場合にも本発明の適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】同期機構及びその制御装置の構成図。
【図2】図1に示した同期機構のモデル化の説明図。
【図3】図1に示した制御装置の制御ブロック図。
【図4】図3に示したスライディングモードコントローラの挙動を示したグラフ。
【図5】コンプライアンスパラメータの変更による効果を示したグラフ。
【図6】到達則ゲインと適応則ゲインの設定条件を示したグラフ。
【図7】電流フィードバック処理を加えた制御装置の制御ブロック図。
【図8】制御工程の切換タイミングを示したグラフ。
【図9】ウェーブレット変換フィルタの構成図。
【図10】ウェーブレット変換フィルタにおけるデシメーション処理の説明図。
【図11】制御装置の作動フローチャート。
【図12】目標位置とコンプライアンスパラメータの設定テーブルを示した図。
【図13】電流フィードバック処理を加えた制御装置の他の例の制御ブロック図。
【図14】電流フィードバック処理を加えた制御装置の他の例の制御ブロック図。
【図15】工作機械による穴あけ工程を示した図。
【図16】従来の同期機構の構成図。
【符号の説明】
1…制御装置、2…同期機構、5…入力軸、6…カップリングスリーブ、7…被同期ギヤ、8…シンクロナイザリング、10…モータ、11…シフトホーク、15…回転数センサ、20…電流検出部、21…実位置把握部、22…目標位置設定部、23…目標電流設定部、24…電圧決定部、30…慣性系物体、31…弾性系物体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an actuator control device that controls the operation of an actuator such that a state value that changes according to the operation of the actuator matches a target value.
[0002]
[Prior art]
As a mechanism driven by the actuator, for example, as shown in FIG. 16, a coupling sleeve 101 that rotates integrally with an input shaft 100 connected to an automobile engine, and an input that is connected to driving wheels (not shown). A synchronizer ring 103 is provided between the shaft 100 and a synchronized gear 102 that is rotatable and non-axially movable. The coupling sleeve 101 is moved by an actuator 105 via a shift fork 104 so that the coupling sleeve 101 is moved. There is known a transmission synchronization mechanism 110 that switches between connection and disconnection of a gear 102 and a synchronized gear 102.
[0003]
In the synchronization mechanism 110, the coupling sleeve 101 has a hollow structure, and a spline 111 is formed on the inner peripheral surface of the hollow portion. A spline 112 engageable with the spline 111 of the coupling sleeve 101 is formed on the outer peripheral surface of the synchronizer ring 103, and the spline of the coupling sleeve 101 is also formed on the outer peripheral surface of the portion of the synchronized gear 102 facing the synchronizer ring 103. A spline 113 that can be engaged with 111 is formed.
[0004]
When connecting the coupling sleeve 101 and the synchronized gear 102, the coupling sleeve 101 moves in the direction of the synchronized gear 102 by the shift fork 104. When the coupling sleeve 101 and the synchronizer ring 103 come into contact with each other and the synchronizer ring 103 is pressed against the synchronized gear 102, the rotational speed of the synchronized gear 102 is reduced by the frictional force generated between the synchronizer ring 103 and the synchronized gear 102. Increase or decrease.
[0005]
As a result, the rotation speed of the coupling sleeve 101 and the rotation speed of the synchronized gear 102 are synchronized, the spline 111 of the coupling sleeve 101 engages with the spline 112 of the synchronizer ring 103, and the coupling sleeve 101 moves further. As a result, the spline 111 of the coupling sleeve 101 engages with the spline 113 of the synchronized gear 102.
[0006]
Here, if the moving speed of the coupling sleeve 101 when the coupling sleeve 101 presses the synchronizer ring 103 against the synchronized gear 102 is too fast, when the coupling sleeve 101 comes into contact with the synchronizer ring 103, the coupling sleeve 101 will not move. May be bounced off, or the coupling sleeve 101 may be pushed into the synchronized gear 102 with excessive force, and the synchronization mechanism 110 may be damaged.
[0007]
Therefore, conventionally, when the coupling sleeve 101 is moved in the direction of the synchronized gear 102, the moving speed of the coupling sleeve 101 is reduced when the distance between the two becomes less than or equal to a predetermined value. A method is also known in which a mechanical buffering mechanism such as a spring is provided between the actuator 105 and the shift fork 104 to reduce the impact when the coupling sleeve 101 contacts the synchronizer ring 103 (Patent Document 1). .
[0008]
Here, only the position control of the coupling sleeve 101 may be performed until the coupling sleeve 101 contacts the synchronizer ring 103. Until the engagement of the gear with the synchronized gear 102 is completed, it is necessary to control the position of the coupling sleeve 101 and to control the pressing force of the coupling sleeve 101 so that the pressing force on the synchronizer ring 103 is not excessive. There is.
[0009]
Since the control target is different between the case where only the position control of the coupling sleeve 101 is performed and the case where both the position control of the coupling sleeve 101 and the control of the pressing force are performed, the specifications differ according to each case. It is conceivable to perform control using a controller. However, if the controller is switched at the time of shifting from the step of performing only the position control of the coupling sleeve 101 to the step of performing both the position control of the coupling sleeve 101 and the control of the pressing force, the continuity of the control is lost. The behavior of the synchronization mechanism 110 may become unstable.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-195406
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above background, and it is an object of the present invention to provide a control device that suppresses an unstable behavior of an actuator when a type of a state value to be controlled is switched.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to achieve the above object, and has a first state value grasping means for grasping a first state value that varies according to the operation of an actuator, and a first state value grasping means that varies according to the operation of the actuator. A second state value grasping means for grasping a second state value different from the first state value; and a first state value and a second state value so as to match the first state value with a first target value. Using a response assignment control capable of variably designating a decay behavior and a decay rate of a deviation from the first target value, the value of a switching function defined by at least a linear function based on the deviation is converged to zero. In response to the first state value or the second state value, the response characteristic of the response designation type control is changed to the first state value in accordance with the first state value or the second state value. Or according to the second condition Characterized in that the value and a manipulated variable determining means for switching whether to set to match the second target value.
[0013]
According to the present invention, in a control system that matches the first state value to the first target value using the response assignment control, the response characteristic of the response assignment control is changed, Control for making the second state value equal to the second target value can be performed. In this case, since the control of the first state value and the control of the second state value can be performed by one control system, switching of the control system is unnecessary, and the switching of the control system causes The operation of the actuator does not become unstable. Therefore, switching between the control of the first state value and the control of the second state value can be stably performed.
[0014]
Further, the operation amount determination means sets a response characteristic of the response assignment control by changing an operation coefficient of the linear function.
[0015]
According to the present invention, as will be described in detail later, if the operation coefficient of the first linear function is changed, the ability to suppress disturbance changes. Therefore, the manipulated variable determiner can easily change the response characteristic of the first response assignment control by changing the operation coefficient.
[0016]
Further, the actuator is a drive source for moving the moving body, the first state value is a moving position of the moving body, and the second state value is a force acting on the moving body by the operation of the actuator. It is characterized by being a size.
[0017]
According to the present invention, the magnitude of the force acting on the moving body can be controlled by changing the response characteristic of the first response assignment control that controls the position of the moving body. Then, two state values of the moving position of the moving body and the magnitude of the force acting on the moving body can be controlled by the first response designation type control, which is one control system.
[0018]
Further, the actuator is connected to a contact body movably provided in one axial direction to move the contact body. When the contact body, the actuator, and the contact body move to a predetermined position, the actuator moves. By controlling the operation of a contact mechanism including a contact body and a contact body that comes into contact with the contact body, the contact body is moved by the actuator from a state in which the contact body and the contact body face each other at an interval. Performing a first step of bringing the contact body into contact with the body and, following the first step, a second step of moving the contact body beyond the predetermined position by the actuator and pressing the contact body against the contacted body. And a target position setting means for setting a target position of the contact body in the first step and the second step, and as the first state value grasping means, the actual position of the contact body is set to the first position. As the state value of Actual position grasping means for grasping, as the second state value grasping means, pressing force grasping means for grasping, as the second state value, a pressing force of the contact body against the contacted body, The operation amount determining means sets the response characteristic of the response designation control according to the actual position of the contact body in the first step, and is grasped by the pressing force grasping means in the second step. The pressing force is set so as to coincide with a predetermined target pressing force.
[0019]
According to the present invention, in the first step, the operation amount determining means sets a response characteristic of the response designation type control in accordance with an actual position of the contact body to reduce the elasticity of the contact mechanism. In addition, in the second step, the response characteristic of the response assignment control is set such that the pressing force of the contact body against the contacted object matches the target pressing force. In this manner, the control of the elasticity of the contact mechanism in the first step and the control of the pressing force of the contact body in the second step are performed by changing one set condition, namely, the response characteristic of the response designation control. Thus, the transition from the first step to the second step is performed stably, and the behavior of the contact mechanism can be prevented from becoming unstable at the time of the transition.
[0020]
Further, the operation amount determination means changes the response characteristic of the response designation control when the degree of deviation of the actual position of the contact body from the target position in the first step increases by a first predetermined level or more. A process for setting the pressing force grasped by the pressing force grasping means to coincide with the target pressing force is started.
[0021]
According to the present invention, the actual position of the contact body quickly follows the target position until the contact body comes into contact with the contacted object. Becomes smaller. Then, when the contact body comes into contact with the contact body, the movement of the contact body is suppressed by a reaction force from the contact body, so that the degree of deviation of the actual position of the contact body from the target position sharply increases. growing. Therefore, when the degree of deviation of the actual position of the contact body from the target position increases by the first predetermined level or more, the operation amount determination unit detects that the contact body and the contacted body have come into contact with each other. Starting a process of setting a response characteristic of the response assignment control, which is a process according to the second step, such that a pressing force grasped by the pressing force grasping unit matches the target pressing force. it can.
[0022]
Further, the operation amount determining means stops the movement of the contact body when the degree of deviation of the actual position of the contact body from the target position in the second step decreases by a second predetermined level or more. The operation amount is determined.
[0023]
According to the present invention, in the second step, when the reaction force from the contacted body decreases, the moving speed of the contacting body increases, and the degree of deviation of the actual position of the contacting body from the target position increases. Decreases rapidly. Such a decrease in the reaction force from the contacted body occurs, for example, when the contacted body passes through the contacted body. Therefore, in this case, the operation amount determining means determines the operation amount so as to stop the movement of the contact body, thereby stopping the movement of the contact body and protecting the contact mechanism. .
[0024]
Further, the operation amount determination means may be configured to increase the disturbance suppression ability when the degree of deviation of the actual position of the contact body from the target position in the second step is reduced by the second predetermined level or more. A response characteristic of the response assignment control is set.
[0025]
According to this aspect of the invention, by changing the response characteristic of the response designation control in a direction in which the ability to suppress disturbance is increased, the behavior of the contact body can be stabilized, and the contact body can be easily stopped. .
[0026]
In addition, the operation amount determination unit is configured to determine, based on a conversion value obtained by performing filtering using a wavelet transform on time-series data of a deviation between an actual position of the contact body and a target position, the contact body with respect to the target position. It is characterized by grasping the degree of deviation of the actual position.
[0027]
According to the present invention, although the details will be described later, when the filtering is performed on the time-series data of the deviation between the actual position and the target position of the contact body, the high-frequency noise component of the deviation is removed and the low-frequency component of the deviation is removed. The SN ratio of the fluctuation is improved. Therefore, the operation amount determination unit can more accurately grasp the degree of deviation of the actual position of the contact body from the target position based on the filtered conversion value.
[0028]
Further, the contact mechanism is a synchronous mechanism for switching power transmission / interruption, the contact body is a first engagement member provided so as to be integrally rotatable on a shaft, and the contacted body is the shaft. Between the second engagement member and the first engagement member that are relatively rotatable and non-axially movable, and are rotatable with respect to the first engagement member and the second engagement member, and The first engagement member and the first engagement member are provided so as to be movable in the axial direction, and the frictional force generated when the first engagement member and the second engagement member come into contact with each other while the shaft is rotated. It is a synchronization member that synchronizes the rotation speed of the second engagement member to enable the first engagement member and the second engagement member to be engaged.
[0029]
According to the present invention, it is possible to reduce an impact generated when the first engagement member comes into contact with the synchronization member (the first step). The number of rotations of the second engaging member is synchronized through the synchronization member, and the first engagement member and the second engagement member are engaged with each other (the second step). The pressing force of the first engaging member against the synchronization member is maintained at the target pressing force, and the first engaging member and the second engaging member can be stably engaged. Further, when the first engagement member and the second engagement member are engaged with each other and a reaction force from the synchronization member to the first engagement member is reduced, the first engagement is performed. The operation amount is determined so as to stop the movement of the member, whereby it is possible to prevent the first engagement member from being pushed into the synchronization member by excessive force.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a configuration diagram of a synchronization mechanism and its control device, FIG. 2 is an explanatory diagram of modeling of the synchronization mechanism shown in FIG. 1, FIG. 3 is a control block diagram of the control device shown in FIG. 1, and FIG. 5 is a graph showing the effect of changing the compliance parameter, FIG. 6 is a graph showing the setting conditions of the reaching law gain and the adaptive law gain, and FIG. 7 is a current feedback. 8 is a control block diagram of the control device to which the processing is added, FIG. 8 is a graph showing the switching timing of the control process, FIG. 9 is a configuration diagram of the wavelet transform filter, FIG. 10 is an explanatory diagram of the decimation process in the wavelet transform filter, and FIG. FIG. 12 is a diagram showing a setting table of a target position and a compliance parameter, and FIG. FIG. 14 is a control block diagram of another example of the control device to which the feedback process is added, FIG. 14 is a control block diagram of another example of the control device to which the current feedback process is added, and FIG. .
[0031]
With reference to FIG. 1, a control device 1 (corresponding to an actuator control device of the present invention) controls the operation of a synchronization mechanism 2 (corresponding to a contact mechanism of the present invention) provided in a transmission of an automobile. , An electronic unit including a microcomputer and a memory.
[0032]
The synchronization mechanism 2 includes a coupling sleeve 6 (corresponding to a moving body, a contact body, and a first engagement member of the present invention) that rotates integrally with an input shaft 5 connected to an engine or an electric motor, and driving wheels (illustrated in the drawing). (Not shown), a synchronized gear 7 (corresponding to a second engagement member of the present invention), a cup, which is connected to an output shaft (not shown) and is rotatably provided on the input shaft 5 so as not to move axially. A synchronizer ring 8 (corresponding to a contacted member and a synchronization member of the present invention) provided on the input shaft 5 between the ring sleeve 6 and the synchronized gear 7 so as to be rotatable and movable in the axial direction of the input shaft 5; It has a shift fork 11 connected to an electric motor 10 (corresponding to the actuator of the present invention) and the coupling sleeve 6.
[0033]
The shift fork 11 moves the coupling sleeve 6 in the axial direction of the input shaft 5 according to the rotation of the electric motor 10. The coupling sleeve 6 has a hollow structure, and a spline 12 is formed on the inner peripheral surface of the hollow portion. A spline 13 that can be engaged with the spline 12 of the coupling sleeve 6 is formed on the outer peripheral surface of the synchronizer ring 8, and the spline of the coupling sleeve 6 is also formed on the outer peripheral surface of the portion of the synchronized gear 7 that faces the synchronizer ring 8. A spline 14 engageable with the spline 12 is formed.
[0034]
When the coupling sleeve 6 rotated together with the input shaft 5 moves in the direction of the synchronized gear 7 by the shift fork 11, the coupling sleeve 6 and the synchronizer ring 8 come into contact with each other, and the synchronizer ring 8 and the synchronized gear 7 also come into contact with each other. It will be in the state to do. At this time, the rotational speeds of the coupling sleeve 6 and the synchronized gear 7 are synchronized via the synchronizer ring 8 by the frictional force generated by the contact.
[0035]
When the coupling sleeve 6 is further moved in the direction of the synchronized gear 7 in a state where the rotation speeds of the coupling sleeve 6 and the synchronized gear 7 are synchronized, the spline 12 formed on the coupling sleeve 6 is formed. , Passes through a spline 13 formed in the synchronizer ring 8 and engages with a spline 14 formed in the synchronized gear 7. Thus, power is transmitted between the input shaft 5 and the output shaft.
[0036]
Further, the electric motor 10 operates by applying a voltage (Vin, corresponding to the operation amount of the present invention) output from the control device 1, and a rotation speed detection signal (Es) of the electric motor 10 by the rotation speed sensor 15 is controlled. Input to the device 1.
[0037]
The control device 1 detects a current (Im, hereinafter referred to as an armature current, which corresponds to a second state value of the present invention) flowing through an armature of the electric motor 10 (a second state value of the present invention). The actual position (Psc, which corresponds to the first state value of the present invention) of the coupling sleeve 6 based on the rotation speed detection signal (Es) from the rotation speed sensor 15 and the like. The actual position grasping section 21 (corresponding to the first state value grasping means and the actual position grasping means of the present invention), the step of moving the coupling sleeve 6 to engage with the synchronized gear 7 via the synchronizer ring 8. The target position setting section 22 (corresponding to the target position setting means of the present invention) which sets the target position (Psc_cmd, corresponding to the first target value of the present invention) of the coupling sleeve 6 in the above, flows to the electric motor 10. A target current setting unit 23 for setting a target current (Im_cmd, corresponding to a second target value of the present invention) as a target value of the flow, and a voltage determination unit 24 for determining a voltage (Vin) applied to the electric motor 10. (Corresponding to the manipulated variable determining means of the present invention).
[0038]
Then, after the coupling sleeve 6 starts moving, the actual position grasping section 21 synchronizes the rotation speeds of the coupling sleeve 6 and the synchronized gear 7 by contact with the synchronizer ring 8, and passes through the synchronizer ring 8. Until the coupling sleeve 6 and the gear 7 are engaged, the behavior is modeled as a collision between the inertial object and the elastic object, and the actual position (Psc) of the coupling sleeve 6 is determined based on the model. Figure out.
[0039]
FIG. 2 shows the model, in which the actual position grasping unit 21 includes a coupling sleeve 6 and an inertial object 30 having an equivalent inertia of Jm including the electric motor 10 and the shift fork 11 (see FIG. 1). Assuming that the synchronizer ring 8 (see FIG. 1) is an elastic body 31 having an equivalent inertia of Ms and a spring coefficient of Ks, the position of the coupling sleeve 6 is grasped. In FIG. 2, Tm is the output torque of the electric motor 10, and Psc_def is the standby position of the synchronizer ring 8 (see FIG. 1). Hereinafter, a calculation procedure of a model equation representing the model shown in FIG. 2 will be described.
[0040]
First, the derivation of a continuous-time model formula before the inertial object 30 contacts the elastic object 31 (before the coupling sleeve 6 contacts the synchronizer ring 8) will be described.
[0041]
The equation of motion of the electric motor 10 shown in FIG. 1 is represented by the following equation (1).
[0042]
(Equation 1)
Figure 2004252925
[0043]
Here, Jm: equivalent inertia of the coupling sleeve 6 including the electric motor 10 and the shift fork 11, ω: rotation speed of the electric motor 10 (detected by the rotation speed sensor 15), Tm: output torque of the electric motor 10.
[0044]
Further, the relationship between the output torque (Tm) of the electric motor 10 and the armature current (Im) of the electric motor 10 is expressed by the following equation (2), and the voltage (Vm, hereinafter, generated in the armature of the electric motor 10) The relationship between the armature voltage and the electric resistance of the armature (Rm, hereinafter referred to as armature resistance) is expressed by the following equation (3).
[0045]
(Equation 2)
Figure 2004252925
[0046]
Here, Im is an armature current of the electric motor 10, and Km is a torque conversion coefficient.
[0047]
[Equation 3]
Figure 2004252925
[0048]
Here, Vm: armature voltage of the electric motor 10, Rm: armature resistance of the electric motor 10.
[0049]
Therefore, the following equation (4) can be obtained by applying the relationship of the above equations (2) and (3) to the above equation (1).
[0050]
(Equation 4)
Figure 2004252925
[0051]
Further, the relationship between the applied voltage (Vin) to the electric motor 10 and the back electromotive force generated in the electric motor 10 is represented by the following equation (5).
[0052]
(Equation 5)
Figure 2004252925
[0053]
Here, Vin: applied voltage to the electric motor 10, Km ': back electromotive force constant.
[0054]
Then, when the relationship of the above equation (5) is applied to the above equation (4), the following equation (6) can be obtained.
[0055]
(Equation 6)
Figure 2004252925
[0056]
The relationship between the rotation speed (ω) and rotation angle (θ) of the electric motor 10 and the position (Psc) of the inertial object 30 is expressed by the following equations (7) and (8).
[0057]
(Equation 7)
Figure 2004252925
[0058]
(Equation 8)
Figure 2004252925
[0059]
Here, ω: rotation speed of the electric motor 10, θ: rotation angle of the electric motor 10, t: elapsed time since the start of operation of the electric motor 10, Rsc: rotation angle (θ) of the electric motor 10 and an inertia system Lever ratio and gear ratio between objects 30.
[0060]
Therefore, the following expressions (9), (10), and (11) can be obtained from the expressions (7) and (8).
[0061]
(Equation 9)
Figure 2004252925
[0062]
(Equation 10)
Figure 2004252925
[0063]
[Equation 11]
Figure 2004252925
[0064]
Then, when the above equations (9), (10), and (11) are substituted into the above equation (6), the following equation (12) can be obtained.
[0065]
(Equation 12)
Figure 2004252925
[0066]
Elements necessary for controlling the synchronization mechanism 2 include an armature current (Im) for detecting a load applied to the electric motor 10 in addition to the actual position (Psc) of the coupling sleeve 6. Therefore, the following expression (13), which is a model expression relating to the armature current (Im), is obtained from the expressions (4) and (11).
[0067]
(Equation 13)
Figure 2004252925
[0068]
Here, Im: the armature current of the electric motor 10.
[0069]
As described above, the model of the one-input two-output system in which the voltage (Vin) applied to the electric motor 10 is input, and the actual position (Psc) of the coupling sleeve 6 and the armature current (Im) of the electric motor 10 are output. , And (13).
[0070]
Next, when the inertial object 30 comes into contact with the elastic object 31 and receives a reaction force from the elastic object 31 (the coupling sleeve 6 comes into contact with the synchronizer ring 8 and The derivation of the model formula of the continuous-time system (when the reaction force is applied) will be described.
[0071]
The equation of motion of the inertial object 31 in FIG. 2 is represented by the following equation (14).
[0072]
[Equation 14]
Figure 2004252925
[0073]
Here, Ms: equivalent inertia of the elastic body 31, Psc_def: standby position of the elastic body 31, Ksc: spring constant of the elastic body 30, Fsc: force received from the inertial body 30 (elastic body) The reaction force 31 exerts on the inertial object 30).
[0074]
When the above equation (14) is arranged with respect to the reaction force (Fsc), it is expressed by the following equation (15).
[0075]
(Equation 15)
Figure 2004252925
[0076]
Here, the reaction force (Fsc) is a reaction force applied by the elastic body object 31 to the inertial system object 30, and the equation of motion of the inertial system object 30 when the reaction force (Fsc) is applied is as follows: 16).
[0077]
(Equation 16)
Figure 2004252925
[0078]
When this equation (16) is modified, the following equation (17) is obtained. When the back electromotive force of the electric motor 10 is considered, the relationship between the applied voltage (Vin) to the electric motor 10 and the armature voltage (Vm) is It is represented by the following equation (18).
[0079]
[Equation 17]
Figure 2004252925
[0080]
(Equation 18)
Figure 2004252925
[0081]
Further, when the above equations (10) and (11) are substituted into the equation (18), the following equation (19) is obtained, and the following equation (20) can be obtained by rearranging the equation (19).
[0082]
[Equation 19]
Figure 2004252925
[0083]
(Equation 20)
Figure 2004252925
[0084]
Further, for the armature current (Im) of the electric motor 10, the following equation (21) can be obtained by substituting the above equation (11) into the above equation (16).
[0085]
(Equation 21)
Figure 2004252925
[0086]
As described above, a model considering the reaction force from the elastic body 31 can be expressed by the above equations (20) and (21).
[0087]
Next, a model formula of a discrete time system is derived based on the model formula of a continuous time system represented by the above formulas (20) and (21).
[0088]
First, the state variables (x 1 , X 2 ) Is set as in the following equation (22), a continuous model can be expressed by the following equation (23) from the above equation (20).
[0089]
(Equation 22)
Figure 2004252925
[0090]
[Equation 23]
Figure 2004252925
[0091]
Here, assuming that the sampling period of the control device 1 is T, the above equation (23) is expressed by the following equation (24) by Euler approximation. And Equation (26) can be obtained.
[0092]
(Equation 24)
Figure 2004252925
[0093]
Here, t: sampling time, T: sampling cycle.
[0094]
(Equation 25)
Figure 2004252925
[0095]
(Equation 26)
Figure 2004252925
[0096]
Further, by Euler approximation, x in the above equation (26) 2 (TT) can be represented by the following equation (27).
[0097]
[Equation 27]
Figure 2004252925
[0098]
Then, by substituting the equations (26) and (27) into the equation (25) and rearranging, the following equation (28) can be obtained.
[0099]
[Equation 28]
Figure 2004252925
[0100]
When rearranging as t = kT in equation (28), the following equation (29) is obtained, and equation (30) can be obtained.
[0101]
(Equation 29)
Figure 2004252925
[0102]
[Equation 30]
Figure 2004252925
[0103]
Then, when the coefficients in the above equation (30) are replaced as shown in the following equation (31), the equation (30) can be expressed in the following equation (32).
[0104]
[Equation 31]
Figure 2004252925
[0105]
(Equation 32)
Figure 2004252925
[0106]
Therefore, the control device 1 is designed by the configuration shown in FIG. Is done. Hereinafter, the configuration of the control device 1 shown in FIG. 3 will be described.
[0107]
[Equation 33]
Figure 2004252925
[0108]
First, with respect to the model represented by the above equation (33), (1) the actual position (Psc) of the inertial system object 30 quickly follows the target position (Psc_cmd), and (2) the elasticity of the inertial system object 30 and the elasticity. A design procedure of the sliding mode controller 40 for realizing compliance (elasticity like rubber) at the time of contact of the system object 31 will be described.
[0109]
The sliding mode controller 40 controls the behavior of the inertial system object 30 using sliding mode control, which is an example of a response assignment type control. The actual position (Psc) of the inertial object 30 calculated by the actual position grasping unit 21 based on the above equation (33) and the inertial object set by the target position setting unit 22 are stored in the sliding mode controller 40. Thirty target positions (Psc_cmd) and a compliance parameter (VPOLE) described later are input.
[0110]
When the deviation (Esc) between the actual position (Psc) of the inertial object 30 and the target position (Psc_cmd) is defined as shown in the following equation (34), the convergence behavior and the disturbance of the deviation (Esc) are In the switching function (σ, corresponding to the linear function of the present invention) that specifies the degree of influence on (Esc), the state variables in equation (34) are two, Psc (k) and Psc (k−1). Therefore, it is defined as in the following equation (35).
[0111]
(Equation 34)
Figure 2004252925
[0112]
(Equation 35)
Figure 2004252925
[0113]
Here, VPOLE: compliance parameter (switching function setting parameter).
[0114]
The sliding mode controller 40 determines a control input such that the switching function (σ) becomes σ (k) = 0. Further, σ (k) = 0 can be transformed from the above equation (35) into the following equation (36).
[0115]
[Equation 36]
Figure 2004252925
[0116]
Here, since the equation (36) means a first-order lag system having no input, the sliding mode controller 40 executes control for converging the response of the control system to the first-order lag system of the above equation (36). .
[0117]
Therefore, as shown in FIG. 4A, if a phase plane is set with the vertical axis being Esc (k) and the horizontal axis being Esc (k−1), the above equation (36) gives It turns out to mean a linear function. Since the above equation (36) is a first-order lag system with no input, the compliance parameter (VPOLE, corresponding to the operation coefficient of the present invention) is set within the range of the following equation (37), and If the next-delay system is stabilized, the deviation (Esc) always converges to 0 over time (k → ∞).
[0118]
(37)
Figure 2004252925
[0119]
From this, if the state quantities of deviation (Esc (k), Esc (k-1)) are on the switching function (σ (k) = 0) on the phase plane shown in FIG. Since the state quantity is constrained by a first-order lag system having no input, the origin of the phase plane {(Esc (k), Esc (k-1)) = (0, 0)} is automatically set over time. Will converge.
[0120]
Therefore, the sliding mode controller 40 uses the behavior of the state quantities (Esc (k), Esc (k-1)) of the deviation on the switching function as shown in FIG. By determining the control input (Vin) so that σ = 0 in the above equation (35), the state quantity is constrained on the switching function (σ (k) = 0), and the disturbance and the modeling error The state quantity is converged to the origin of the phase plane without being affected.
[0121]
The behavior until the state quantity of the deviation approaches the switching function (P in the figure) 1 To P 2 Is called an arrival mode, and the behavior in which the state quantity automatically converges toward the origin on the switching function (P in the figure) 2 To P 0 The process up to) is called a sliding mode.
[0122]
If the compliance parameter (VPOLE) in the above equation (36) is set to be positive (0 <VPOLE <1), the first-order lag system represented by the equation (36) becomes a vibration-stable type, and therefore the deviation (Esc) Is unfavorable in the control for converging. Therefore, the convergence response of the deviation (Esc) is set as shown in FIG. 4B by determining the compliance parameter (VPOLE) in the range of -1 to 0 (-1 <VPOLE <0). In FIG. 4B, a, b, and c indicate transitions of the deviation (Esc) when the compliance parameter (VPOLE) is set to −1, −0.8, and −0.5, respectively. When it is set to −1, the deviation (Esc) does not converge to 0 and becomes a constant value.
[0123]
Next, the dynamic characteristic of the above equation (36), that is, the response designation characteristic of the sliding mode controller 40 will be described. FIG. 5 shows a case where the compliance parameter (VPOLE) is set to -0.5, -0.8, -0.99, and -1.0, and a step disturbance D is given in a state where σ = 0 and Esc = 0. 5 is a graph showing the response of the control system in the case where the vertical axis represents the deviation (Esc) from above, the switching function (σ), the disturbance (D), and the horizontal axis represents time (k).
[0124]
As is clear from FIG. 5, as the absolute value of the compliance parameter (VPOLE) decreases, the influence of the disturbance (D) on the deviation (Esc) decreases, and conversely, the absolute value of the compliance parameter (VPOLE) increases. Then, as the distance approaches 1, the deviation (Esc) allowed by the sliding mode controller increases. At this time, since the behavior of the switching function (σ) is the same regardless of the value of the compliance parameter (VPOLE), it is understood that the ability to suppress the disturbance (D) can be specified by the compliance parameter (VPOLE).
[0125]
When the inertial object 30 and the elastic object 31 shown in FIG. 2 come into contact with each other, (1) the inertial object 30 is rebounded by the elastic object 31, and (2) the inertial object 30 is resilient due to an excessive collision force. It is necessary to press the inertial object 30 against the elastic object 31 while avoiding being pushed into the elastic object 31.
[0126]
Therefore, paying attention to the above-described characteristics, when the inertial object 30 and the elastic object 31 are in contact with each other, the compliance parameter (VPOLE) is set near −1 to increase the allowable amount of deviation (Esc) with respect to disturbance (disturbance). It is effective to generate compliance by the operation of the electric motor 10 when the inertial object 30 and the elastic object 31 come into contact with each other.
[0127]
Thereby, it is possible to suppress the occurrence of an excessive impact when the inertial object 30 and the elastic object 31 are in contact with each other, and it is also possible to apply an elastic force to the inertial system model 30 without applying an excessive force to the elastic system model 31. The effect of being able to press against the system model 31 is obtained.
[0128]
Considering this effect by applying it to the actual synchronization mechanism 2 shown in FIG. 1, it is possible to reduce the shock generated when the coupling sleeve 6 comes into contact with the synchronizer ring 8. Further, the coupling sleeve 6 can be pressed against the synchronizer ring 8 without applying an excessive force to the synchronizer ring 8 and engaged with the coupling sleeve 6 in synchronization with the rotational speed of the gear 7 to be synchronized.
[0129]
Next, the control input (Vin) of the sliding mode controller is set by the sum of the three control inputs as shown in the following equation (38).
[0130]
[Equation 38]
Figure 2004252925
[0131]
Here, Vin (k): applied voltage to the electric motor 10 in the k-th sampling cycle, Ueq (k): equivalent control input in the k-th sampling cycle, Urch (k): reaching law input in the k-th control cycle , Uadp (k): Adaptive law input at k-th sampling period.
[0132]
The equivalent control input is an input for constraining the deviation state quantity (Esc (k), Esc (k-1)) on the switching line (σ = 0), and the reaching law input is the deviation state quantity. Is input to the switching function, and the adaptive law input is an input for absorbing the modeling error and disturbance to load the deviation state quantity on the switching function.
[0133]
Hereinafter, a method of setting the equivalent control input (Ueq (k)), the reaching law input (Urch (k)), and the adaptive law input (Uadp (k)) will be described.
[0134]
First, the equivalent control input (Ueq) has a function of holding a state quantity of a deviation at an arbitrary location on a phase plane, strictly speaking. Therefore, the equivalent control input (Ueq) is calculated as an applied voltage (Vin) satisfying the following equation (39).
[0135]
[Equation 39]
Figure 2004252925
[0136]
By substituting the above equations (35) and (34) into the equation (39), the following equation (40) is obtained.
[0137]
(Equation 40)
Figure 2004252925
[0138]
Then, by substituting the above equation (33) into the equation (40) and rearranging, the following equation (41) for the equivalent control input (Ueq) can be obtained.
[0139]
(Equation 41)
Figure 2004252925
[0140]
Next, the reaching law input (Urch) is calculated by the following equation (42).
[0141]
(Equation 42)
Figure 2004252925
[0142]
Here, F: reaching law gain, Δ: switching amplitude (absorption parameter of non-linear characteristics such as mechanical backlash and backlash).
[0143]
If the switching amplitude (Δ) is set to zero (Δ = 0), the above equation (42) is expressed by the following equation (43).
[0144]
[Equation 43]
Figure 2004252925
[0145]
The adaptive law input (Usdp) is calculated by the following equation (44).
[0146]
[Equation 44]
Figure 2004252925
[0147]
Here, G: adaptive law gain.
[0148]
Here, the equivalent control input (Ueq (k)) of the above equation (41), the reaching law input (Urch (k)) of the above equation (43), and the adaptive law input (Uadp (k) of the above equation (44) ) Into the above equation (38), and substituting the control input (Usl (k)) obtained in the above equation (38) into the above equation (33) as the applied voltage (Vin) to the electric motor 10, the following equation (45) is obtained. Can be
[0149]
[Equation 45]
Figure 2004252925
[0150]
Then, by applying the above equations (34) and (35) to the equation (45) and rearranging σ, the following equation (46) can be obtained.
[0151]
[Equation 46]
Figure 2004252925
[0152]
Here, the roles of the reaching law input (Urch (k)) and the adaptive law input (Uadp (k)) are as follows: The deviation state quantities (Esc (k), Esc (k-1)) are switched by a switching function (σ = 0). Moving upward, that is, stabilization (σ → 0) of the above equation (46), the reaching law gain (F) and the adaptive law gain (G) are adjusted so that the above equation (46) becomes stable. You need to decide.
[0153]
Therefore, when the above equation (46) is Z-transformed, the following equation (47) is obtained, and the following equation (48) is obtained by modifying the equation (47).
[0154]
[Equation 47]
Figure 2004252925
[0155]
[Equation 48]
Figure 2004252925
[0156]
In this case, the condition under which the above equation (48) becomes stable is a combination in which the coefficients (F−2, GT + 1−F) of the second and third terms on the left side fall within the triangular area of FIG. The values of F and G may be determined so that the combination of these coefficients falls within the triangular area.
[0157]
Then, the sliding mode controller 40 obtains the reaching law input (Urch (k)) and the adaptive law input (Uadp (k)) from the above equations (43) and (44) based on the values of F and G determined in this way. And the equivalent control input (Ueq (k)) is determined from the above equation (41), and the applied voltage (Vin) to the electric motor 10 is determined by the above equation (38).
[0158]
Next, referring to FIG. 1, in the actual synchronization mechanism 2, in order to synchronize the rotation speeds of the coupling sleeve 6 and the synchronized gear 7, the coupling sleeve 6 is pressed against the synchronizing the ring 8 with a constant force. There is a need. Therefore, in the model shown in FIG. 2, after the inertial object 30 and the elastic object 31 come into contact with each other, it is necessary to provide a configuration for performing control for applying a constant pressing force from the inertial object 30 to the elastic object 31. Become.
[0159]
Here, the armature current (Im) of the electric motor 10 in a state where the inertia-based object 30 and the elastic-based object 31 are in contact with each other is represented by the above-described equation (21). Since the acceleration of the object 30 is considered to be zero (the second derivative of Psc is zero), the upper formula (21) has the form of the following formula (49).
[0160]
[Equation 49]
Figure 2004252925
[0161]
The constant pressing force is a reaction force of the force (Fsc) received by the inertial object 30 from the elastic object 31. Therefore, in order to keep the pressing force constant, the following equation (50) is established. Just fine.
[0162]
[Equation 50]
Figure 2004252925
[0163]
Here, Im_cmd: target current value.
[0164]
Note that the target current value (Im_cmd) corresponds to the target value of the pressing force of the present invention, the current detecting unit 20 corresponds to the pressing force grasping unit of the present invention, and the electric motor of the electric motor 10 detected by the current detecting unit 20. The child current (Im) corresponds to the pressing force of the present invention.
[0165]
Further, the following equation (51) for calculating the deviation (Eim) between the actual armature current (Im) and the target current value (Im_cmd) can be obtained by converting the above equation (50) into discrete time.
[0166]
(Equation 51)
Figure 2004252925
[0167]
Here, as can be seen from the above equations (20) and (21), the synchronization mechanism 2 receives the voltage (Vin) applied to the electric motor 10 as an input, and the position (Psc) of the inertial object 30 and the electric motor 10 Is represented as a one-input / two-output system model that outputs the armature current (Im).
[0168]
However, only the position (Psc) of the inertial object 30 needs to be controlled until the inertial object 30 and the elastic object 31 come into contact with each other. Therefore, the sliding mode controller 40 controls the synchronizing mechanism 2 by expressing the applied voltage (Vin) to the electric motor 10 as an input and outputting the position (Psc) of the inertial object 30 as a one-input one-output system model. Should be performed.
[0169]
Therefore, in order to perform the feedback control of the armature current (Im) of the electric motor 10, the sliding mode controller 40 is changed from the one for the one-input one-output model to the one-input two-output system model. It is necessary to switch to the one that did. However, when the sliding mode controller 40 is switched in this manner, input (Vin) discontinuity occurs, and it is difficult to stabilize the control state when the sliding mode controller 40 is switched.
[0170]
Therefore, the voltage determining unit 24 does not switch the sliding mode controller 40 and, as described below, sets the compliance parameter (VPOLE) for setting the compliance of the sliding mode controller 40 to the armature current ( By adjusting by the feedback of Im), the pressing force from the inertial object 30 to the elastic object 31 is stabilized.
[0171]
First, the feedback control of the armature current (Im) includes (1) quick response of the armature current (Im) to the target current (Im_cmd), (2) stability of the armature current (Im) proportional to the pressing force, In consideration of the above, the operation is performed using the simple sliding mode control by the following equations (52) to (57).
[0172]
(Equation 52)
Figure 2004252925
[0173]
(Equation 53)
Figure 2004252925
[0174]
(Equation 54)
Figure 2004252925
[0175]
[Equation 55]
Figure 2004252925
[0176]
[Equation 56]
Figure 2004252925
[0177]
[Equation 57]
Figure 2004252925
[0178]
However, Limit: limiting processing of -1 to 0, F_Im: reaching law gain, G_Im: adaptive law gain, POLE_Im: switching function setting parameter, VPOLE_bs: VPOLE reference value, Urch_Im: reaching law input, Uadp_Im: adaptive law input.
[0179]
FIG. 7 shows a control block diagram of the current feedback system. In the control block diagram of FIG. 7, instead of using a sliding mode controller that controls a one-input two-output system model, an armature current ( Im) is a double feedback system including a current feedback unit 50 for controlling Im).
[0180]
The current feedback unit 50 is included in the compliance parameter calculation unit 41 shown in FIG. Then, the current deviation (E_Im) is calculated by the subtractor 51 by the above equation (52), the value of the switching function (σ_Im) is calculated by the above equation (53) by the switching function calculator 52, and the above value is calculated by the proportional calculator 53. The reaching law input (Urch_Im) is calculated by the equation (54), and the adaptive law input (Uadp_Im) is calculated by the integrator 55 and the integrating multiplier 56 by the above equation (55).
[0181]
The adder 57 and the adder 58 calculate the compliance parameter (VPOLE_Im) reflecting the current feedback as the manipulated variable by the above equation (56), and the limiter 59 performs the limiting process by the above equation (57) to perform the sliding mode. A compliance parameter (VPOLE) for the controller 40 is determined.
[0182]
Next, the compliance parameter calculator 41 shown in FIG. 3 sets a compliance parameter (VPOLE) for setting the compliance of the sliding mode controller 40 for controlling the operation of the synchronization mechanism 2 in the following three steps. I do.
[0183]
Step 1 (corresponding to the first step of the present invention): target value tracking control: control of the position (Psc) of the inertial object 30 and control of the compliance when the inertial object 30 and the elastic object 31 are in contact with each other. The compliance parameter (VPOLE) is determined according to the position (Psc) of the inertial object 30.
[0184]
Step 2 (corresponding to the second step of the present invention): rotation synchronization control: control of the pressing force against the elastic body 31. The compliance parameter (VPOLE) is determined by the feedback of the armature current of the electric motor 10 described above.
[0185]
Step 3: Stationary control: Control for stopping the forward movement of the inertial object 30 after rotation synchronization (after the engagement of the coupling sleeve 6 and the synchronized gear 7 in the synchronization mechanism 2 is completed). Keep the compliance parameter (VPOLE) constant.
[0186]
Then, the compliance parameter calculation unit 41 determines whether the position at which the process is switched from the process 1 to the process 2 or the variation or change in the timing at which the process is switched from the process 2 to the process 3 is caused by the mechanical variation or aging of the synchronization mechanism 2. It is necessary to switch the process stably. Hereinafter, a method of determining the switching timing of the process will be described.
[0187]
The upper graph of FIG. 8 shows a change in the deviation (Esc = Psc-Psc_cmd) between the actual position (Psc) of the inertial object 30 and the target position (Psc_cmd) at the time of switching between the processes. The vertical axis is set to the actual position (Psc) and the target position (Psc_cmd) of the inertial object 30, and the horizontal axis is set to time (t). As is clear from the graph, when switching between the steps, the deviation (Esc) changes as follows.
[0188]
At the time of switching from the step 1 to the step 2: the movement of the inertial object 30 is suppressed by the contact with the elastic object 31, the actual position (Psc) is delayed with respect to the target position (Psc_cmd), and the deviation ( Esc) increases in the negative direction.
[0189]
At the time of switching from step 2 to step 3: when the rotation synchronization of the elastic body object 31 and the inertial body object 30 ends and the position (Psc) of the inertial body object 30 reaches the target position (Psc_cmd), the deviation (Esc) ) Decreases in the positive direction.
[0190]
Therefore, each step may be switched by detecting such a change in the deviation (Esc).
[0191]
However, the actual synchronization mechanism 2 shown in FIG. 1 is a controlled object having large mechanical backlash, backlash, and friction. Therefore, if the sampling period of the control device 1 is set shorter, the controllability is higher. However, when the sampling period is set shorter and the deviation (Esc) is calculated, the SN ratio decreases and the change of the deviation (Esc) is detected. It becomes difficult to do. Therefore, the wavelet transform filter 43 (see FIG. 3) provided in the Vin determination unit 24 performs the wavelet transform on the deviation (Esc) to extract only the low-frequency component of the deviation (Esc), as described below. This makes it easier to detect a change in the deviation (Esc).
[0192]
A filter using the wavelet transform 43 (hereinafter referred to as a wavelet transform filter) has a configuration shown in FIG. 9A, and repeats a half-band low-pass filter process and a decimation process by the following equation (58) twice. Perform filtering by
[0193]
[Equation 58]
Figure 2004252925
[0194]
Here, u: input data, η: time series number of sampling period.
[0195]
The first-stage half-band low-pass filter 70 shown in FIG. 9A compares the current sampling cycle input value (Esc (k)) with the previous sampling cycle input value (Esc (k-1)). After performing the processing of the above equation (57), the second-stage half-band low-pass filter 71 performs the decimation process 72 on the output of the first-stage half-band low-pass filter 70, and Esc_wv 1 (M 1 ) Between the current value and the previous value (Esc_wv) 1 (M 1 ) And Esc_wv 1 (M 1 -1)), the processing of the above equation (58) is performed.
[0196]
As shown in FIG. 9B, the half-band low-pass filters 70 and 71 block the frequency components equal to or higher than half the sampling frequency (Nyquist frequency), and the gain of the low-frequency component is greater than 1. The effect of amplifying the gain with respect to is obtained.
[0197]
Also, the decimation processes 72 and 73 (2 ↓) in FIG. 9A are thinning processes, and as shown in FIG. 10A, thinning processes for sampling input data (u) every other interval are performed. .
[0198]
The wavelet transform filter 43 amplifies the gain as shown in the graph of FIG. 10B by repeatedly performing the processes by the half-band low-pass filters 70 and 71 and the decimation processes 72 and 73, thereby reducing the low-frequency component (Esc_wv). Is extracted. In the graph shown in FIG. 10B, the vertical axis is set to gain, and the horizontal axis is set to frequency.
[0199]
As a result, the high frequency component of the input signal (Esc) is removed, and the gain for the input signal (Esc) is amplified. Therefore, the change in the low frequency component of the input signal (Esc) is improved by improving the SN ratio. Can be extracted.
[0200]
Then, the VPOLE calculation unit 41 uses ΔEsc_wv (= Esc_wv (m) −Esc_wv (m−1)), which is a change amount of the wavelet transform value (Esc_wv) of the deviation (Esc), as described below. Is switched.
[0201]
Switching from step 1 to step 2: Psc> Psc_def and Esc_wv> X_SCCNT
Switching from step 2 to step 3: Psc> Psc_def and ΔEsc_wv> X_SCDONE
Here, Psc_vp: VPOLE variable start position in step 1, X_SCCNT: contact determination threshold value of Esc_wv, X_SCDONE: rotation synchronization completion determination threshold value.
[0202]
Note that Esc_wv and ΔEsc_wv in the above switching condition correspond to the degree of deviation of the actual position from the target position of the present invention, X_SCCNT corresponds to the first predetermined level of the present invention, and X_SCCDONE corresponds to the second predetermined level of the present invention. Equivalent to.
[0203]
A procedure for controlling the operation of the synchronization mechanism 7 by the control device 1 configured by the method described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG. When receiving a signal instructing shift of the transmission from the main controller (not shown) of the vehicle, the control device 1 proceeds from STEP1 to STEP2.
[0204]
Then, according to the shift position (first speed, second speed,..., Neutral) selected by the main controller, the control device 1 causes the target position setting unit 22 to operate the cup as shown in FIG. The movement pattern of the ring sleeve 6 is set as a target position (Psc_cmd). Further, the control device 1 sets a change position (Psc_vp) of the compliance parameter (VPOLE) in the first step and a standby position (Psc_def) of the synchronizer ring 8.
[0205]
Then, in the following STEP 3, the control device 1 calculates the deviation (Esc) between the actual position (Psc) of the coupling sleeve 6 and the target position (Psc_cmd) calculated by the above-mentioned equation (33) by the actual position grasping unit 21. I do. In the drawing, k means the k-th sampling cycle, and Psc (k) and Psc_cmd (k) represent the actual position and the target position of the coupling sleeve 6 in the k-th sampling cycle, respectively.
[0206]
In the next STEP 4, the control device 1 performs a process by the above-described wavelet transform filter 43 to calculate a wavelet transform value (Esc_wv) of the deviation (Esc). Note that Esc_wv (m) in the figure represents a wavelet transform value calculated based on the deviation (Esc (k)) in the k-th sampling cycle as shown in FIG.
[0207]
The next STEP5 to STEP7 are processes for judging a switching timing of each of the above-described steps (first step, second step, and third step). STEP5 and STEP6 are steps from the first step to the second step. Is set, and STEP 7 sets a condition for switching from the second step to the third step.
[0208]
First, until the actual position (Psc (k)) of the coupling sleeve 6 passes the standby position (Psc_def) of the synchronizer ring 8 in STEP5, the process branches to STEP20, and the compliance parameter (VPOLE) shown in FIG. ), The compliance parameter calculation unit 41 sets the compliance parameter (VPOLE) to a value close to 0 (for example, -0.2). In the setting table shown in FIG. 12B, the vertical axis is set to the compliance parameter (VPOLE), and the horizontal axis is set to the actual position (Psc) of the coupling sleeve 6.
[0209]
As a result, the compliance of the synchronization mechanism 2 is reduced from the start of the movement of the coupling sleeve 6 to the position at which the compliance parameter (VPOLE) is changed (Psc_vp), and the effect of disturbance is suppressed to stabilize. Thus, the coupling sleeve 6 can be moved.
[0210]
Also, when the coupling sleeve 6 passes the change position (Psc_vp) of the compliance parameter (VPOLE), the compliance parameter calculation unit 41 reduces the compliance parameter (VPOLE) to a value near −1 (for example, −0.99). . In this way, the value of the compliance parameter (VPOLE) is reduced in advance immediately before the coupling sleeve 6 and the synchronizer ring 8 actually come into contact with each other, and the compliance of the synchronization mechanism 2 is increased. The shock generated when the contact is made can be reduced.
[0211]
Then, in the next STEP 6, when Esc_wv (m)> X_SCCNT, which is the condition for switching from step 1 to step 2, is satisfied, that is, when contact between the coupling sleeve 6 and the synchronizer ring 8 is detected. Go to STEP7. In STEP 7, when ΔEsc_wv (m)> X_SCDONE, which is the condition for switching from step 2 to step 3, is satisfied, that is, the rotation of the coupling sleeve 6 and the synchronizer ring 8 is synchronized, and the coupling sleeve 6 is turned off. When the vehicle passes through the synchronizer ring 8 and engages with the synchronized gear 7, the process branches to STEP30.
[0212]
On the other hand, if ΔEsc_wv (m)> X_SCDONE is not satisfied in STEP7, the process proceeds to STEP8, and the VPOLE calculation unit 41 switches from step 1 to step 2 and executes the above-described process of calculating the compliance parameter (VPOLE) by current feedback as described above. Then, the voltage determining unit 24 calculates an applied voltage (Vin) to the electric motor 10 by the sliding mode controller 40 using the compliance parameter (VPOLE) calculated as described above, and converts the applied voltage (Vin) to the electric motor 10. Is applied.
[0213]
As described above, in the step 2, the armature current (Im) of the electric motor 10 is maintained at the target current (Im_cmd) by the feedback processing of the armature current (Im) of the electric motor 10, and the output torque of the electric motor 10 is Is controlled to be constant, and the pressing force of the coupling sleeve 6 against the synchronizer ring 8 can be stabilized.
[0214]
As a result, it is possible to prevent the coupling sleeve 6 from being pressed against the synchronizer ring 8 with an excessive force and causing the synchronous mechanism 2 to be damaged.
[0215]
In step 3, in step 30, the compliance parameter (VPOLE) is set to a constant value (X_VPOLE_END) by the compliance parameter calculation unit 41. Then, the voltage determining unit 24 calculates an applied voltage (Vin) to the electric motor 10 by the sliding mode controller 40 using the compliance parameter (VPOLE = X_VPOLE_END), and applies the applied voltage (Vin) to the electric motor 10. Then, the movement of the coupling sleeve 6 is stopped immediately.
[0216]
Thereby, even after the engagement between the coupling sleeve 6 and the synchronized gear 7 is completed, it is possible to prevent the coupling sleeve 6 from being pressed against the asynchronous gear 7 with excessive force, thereby causing damage to the synchronization mechanism 2 and the like. can do.
In the present embodiment, as described above, when the position (Psc) of the inertial object 30 reaches the target position (Psc_cmd), the compliance parameter (VPOLE) is set according to the position of the inertial object 30 in Step 1. ) Is switched from control to determine the compliance parameter (VPOLE) in accordance with the pressing force (in proportion to the magnitude of the armature current of the motor 10) on the elastic body object 30 in the step 2, but the actuator is changed. Depending on the specifications of the mechanism driven by the controller, the switching condition of the control mode may be set according to the change in the armature current (Im) of the electric motor 10.
[0219]
Further, in the present embodiment, the compliance parameter (VPOLE) is determined by performing the above-described arithmetic processing in the current feedback unit 50a with the configuration shown in FIG. 7, but as another configuration, as shown in FIG. The current deviation (Im-Im_cmd) is applied to the correlation map 60 using a current feedback unit 50b having a correlation map 60 in which the relationship between the current deviation (Im-Im_cmd) and the compliance parameter (VPOLE) is set in advance. Alternatively, the compliance parameter (VPOLE) may be determined.
[0218]
Further, as still another configuration, the compliance parameter (VPOLE) may be determined by performing I-PD control by the current feedback unit 50c shown in FIG. The subtractor 51, the adder 58, and the limiter 59 have the same configuration as that of the current feedback unit 50a shown in FIG.
[0219]
In the current feedback unit 50c, the compliance parameter (VPOLE (k)) is calculated using the following equations (59) and (60). Specifically, the operation of the second term on the right-hand side of the following equation (59) is performed by the proportional calculator 61, and the Z-transformer 62, the subtractor 63, and the differential calculator 64 calculate the second term on the right-hand side of the equation (59). The calculation of the third term is performed, and the calculation of the fourth term on the right side of the equation (59) is performed by the subtractor 51 and the integration multiplier 66.
[0220]
[Equation 59]
Figure 2004252925
[0221]
Here, VPOLE_Im (k): the compliance parameter in the k-th sampling cycle, VPOLE_bs: the reference value of the compliance parameter, KIMP: the feedback gain of the proportional term, KIMD: the feedback gain of the differential term, KIMI: the feedback gain of the integral term, Im ( k): Armature current of the motor 10 in the k-th sampling cycle.
[0222]
[Equation 60]
Figure 2004252925
[0223]
Here, Im_cmd: target current value.
[0224]
Then, the adder 67, the adder 68, and the adder 58 add the respective terms on the right side of the above equation (59) to calculate VPOLE_Im (k), and the limiter 59 restricts the above equation (57). Processing is performed to determine the compliance parameter (VPOLE (k)).
[0225]
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the coupling mechanism 6 is provided on the input shaft 5 side, and the synchronous mechanism 2 in which the synchronized gear 7 is connected to the drive shaft is targeted. Is provided on the output shaft side, and the present invention is also applicable to a synchronization mechanism in which a synchronized gear is connected to the input shaft.
[0226]
Further, in the present embodiment, the voltage determining unit 24 uses the adaptive sliding mode having the adaptive law input in consideration of the influence of disturbance or the like, but uses the general sliding mode control in which the adaptive law input is omitted. Alternatively, other types of response assignment control such as backstepping control can be used. Further, although the voltage determination unit 24 performs the current feedback processing using the sliding mode control, the effect of the present invention can be obtained also when the current feedback processing is performed without using the sliding mode control.
[0227]
Further, in the present embodiment, the actual position grasping unit 21 grasps the actual position (Psc) of the coupling sleeve 6 based on the model shown in FIG. 2, but a position sensor is provided to detect the position of the position sensor. The actual position (Psc) of the coupling sleeve 6 may be directly grasped from a signal, a lever ratio between the motor 10 and the coupling sleeve 6, or the like.
[0228]
Further, in the present embodiment, an example in which the present invention is applied to the synchronization mechanism 2 provided in the transmission of the automobile has been described, but the application target of the present invention is not limited to this. For example, FIG. 15 shows an example in which a machine tool that performs drilling on a work 80 by an end mill 81 is modeled as an inertial object on the end mill 81 side and an elastic object on the work 80 side, and the present invention is applied. I have. The end mill 81 is attached to a vertical movement actuator 83 by a chuck 82.
[0229]
As shown in FIG. 15, similarly to the case of the control for the synchronous mechanism 2 described above, the step of performing the drilling is divided into the following three steps.
[0230]
Step 1: The end of the end mill 81 is allowed to reach the work 80 in a short time until the end mill 81 contacts the work 80, and the impact at the time of contact between the end mill 81 and the work 80 is suppressed.
[0231]
Step 2: The work 80 is cut while applying a constant pressing force (Fc) to the end mill 81.
[0232]
Step 3: When the drilling of the work 80 is completed and the drag from the work 80 disappears, the end mill 81 descends rapidly. Therefore, the lowering of the end mill 81 is stopped so that the chuck 82 does not collide with the work 80.
[0233]
Then, the actual position (Py) of the end mill 81 is replaced with the actual position (Psc) of the coupling sleeve 6 in the synchronization mechanism 2 shown in FIG. 1, and the change position (Py_vp, synchronization mechanism 2) of the compliance parameter (VPOLE) in step 1 is changed. By setting the standby position of the work 80 (Py_def, corresponding to Psc_def in the control of the synchronization mechanism 2) and the like, and controlling the operation of the vertical movement actuator 83, the drilling time can be reduced. It is possible to reduce the impact and to reduce the impact at the time of contact between the end mill 81 and the work 80.
[0234]
Further, in Step 2, an excessive pressing force is prevented from being applied to the work 80 from the end mill 81, and the pressing force of the end mill 81 can be maintained at a predetermined target pressing force. Can be stopped.
[0235]
In the present embodiment, an example in which the electric motor 10 is used as the actuator of the present invention has been described. However, even when another type of electric actuator or a pneumatic or hydraulic actuator is used, the present invention Applicable.
[0236]
Further, in the present embodiment, an example is shown in which the first state value of the present invention is the position of the object moved by the actuator, and the second state value of the present invention is the magnitude of the force acting on the object. However, the present invention is also applicable to a case where the operation of the actuator is controlled by adopting another type of state value.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a synchronization mechanism and a control device thereof.
FIG. 2 is an explanatory diagram of modeling of the synchronization mechanism shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a control block diagram of the control device shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a graph showing the behavior of the sliding mode controller shown in FIG.
FIG. 5 is a graph showing an effect obtained by changing a compliance parameter.
FIG. 6 is a graph showing setting conditions of a reaching law gain and an adaptive law gain.
FIG. 7 is a control block diagram of a control device to which a current feedback process is added.
FIG. 8 is a graph showing switching timing of a control process.
FIG. 9 is a configuration diagram of a wavelet transform filter.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a decimation process in a wavelet transform filter.
FIG. 11 is an operation flowchart of the control device.
FIG. 12 is a view showing a setting table of a target position and a compliance parameter.
FIG. 13 is a control block diagram of another example of the control device to which a current feedback process is added.
FIG. 14 is a control block diagram of another example of the control device to which a current feedback process is added.
FIG. 15 is a view showing a drilling step using a machine tool.
FIG. 16 is a configuration diagram of a conventional synchronization mechanism.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Control device, 2 ... Synchronization mechanism, 5 ... Input shaft, 6 ... Coupling sleeve, 7 ... Synchronized gear, 8 ... Synchronizer ring, 10 ... Motor, 11 ... Shift fork, 15 ... Rotation speed sensor, 20 ... Current Detecting unit, 21: actual position grasping unit, 22: target position setting unit, 23: target current setting unit, 24: voltage determining unit, 30: inertial object, 31: elastic object

Claims (9)

アクチュエータの作動に応じて変化する第1の状態値を把握する第1の状態値把握手段と、該アクチュエータの作動に応じて変化する該第1の状態値と異なる第2の状態値を把握する第2の状態値把握手段と、
前記第1の状態値が第1の目標値と一致するように、該第1の状態値と該第1の目標値との偏差の減衰挙動と減衰速度を可変的に指定可能な応答指定型制御を用いて、少なくとも該偏差に基づいた線形関数により規定される切換関数の値をゼロに収束させるようにように前記アクチュエータを駆動する操作量を決定すると共に、
前記第1の状態値又は前記第2の状態値に応じて、前記応答指定型制御の応答特性を、前記第1の状態値に応じて設定するか、或いは前記第2の状態値が第2の目標値と一致するように設定するかを切換える操作量決定手段とを備えたことを特徴とするアクチュエータの制御装置。
First state value grasping means for grasping a first state value that changes according to the operation of the actuator, and grasping a second state value different from the first state value that changes according to the operation of the actuator. Second state value grasping means;
A response designation type that can variably designate a damping behavior and a damping speed of a deviation between the first state value and the first target value so that the first state value matches a first target value. Using control, determine an operation amount for driving the actuator so as to converge at least a value of a switching function defined by a linear function based on the deviation to zero,
According to the first state value or the second state value, the response characteristic of the response assignment control is set according to the first state value, or the second state value is set to a second state value. And an operation amount determining means for switching whether the setting is made to coincide with the target value of the actuator.
前記操作量決定手段は、前記線形関数の演算係数を変更することによって、前記応答指定型制御の応答特性を設定することを特徴とする請求項1記載のアクチュエータの制御装置。2. The actuator control device according to claim 1, wherein the operation amount determination unit sets a response characteristic of the response assignment control by changing an operation coefficient of the linear function. 前記アクチュエータは移動体を移動せさる駆動源であり、
前記第1の状態値は前記移動体の移動位置であり、
前記第2の状態値は前記アクチュエータの作動により前記移動体に働く力の大きさであることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のアクチュエータの制御装置。
The actuator is a drive source for moving the moving body,
The first state value is a moving position of the moving body,
3. The actuator control device according to claim 1, wherein the second state value is a magnitude of a force acting on the moving body by operation of the actuator. 4.
前記アクチュエータは、1軸方向に移動自在に設けられた接触体と連結されて該接触体を移動させ、該接触体と、前記アクチュエータと、該接触体が所定位置に移動したときに該接触体と接触する被接触体とを備えた接触機構の作動を制御して、前記接触体と前記被接触体とが間隔をもって対峙した状態から前記アクチュエータにより前記接触体を移動させて前記被接触体に接触させる第1の工程と、該第1の工程に続いて、前記アクチュエータにより前記接触体を前記所定位置を超えて移動させて前記被接触体に押付ける第2の工程とを実行し、
前記第1の工程及び前記第2の工程における前記接触体の目標位置を設定する目標位置設定手段を有し、
前記第1の状態値把握手段として、前記接触体の実位置を前記第1の状態値として把握する実位置把握手段を有し、
前記第2の状態値把握手段として、前記接触体による前記被接触体に対する押付け力を前記第2の状態値として把握する押付け力把握手段を有し、
前記操作量決定手段は、前記第1の工程においては前記接触体の実位置に応じて前記応答指定型制御の応答特性を設定し、前記第2の工程においては前記押付け力把握手段により把握される押付け力が所定の目標押付け力と一致するように設定することを特徴とする請求項3記載のアクチュエータの制御装置。
The actuator is connected to a contact body movably provided in one axial direction to move the contact body, and the contact body, the actuator, and the contact body when the contact body moves to a predetermined position. By controlling the operation of a contact mechanism having a contact body with which the contact body comes into contact, the contact body is moved by the actuator from a state where the contact body and the contact body face each other at an interval, and the contact body is moved to the contact body. Performing a first step of contacting and, following the first step, a second step of moving the contact body beyond the predetermined position by the actuator and pressing the contact body against the contacted body,
A target position setting unit that sets a target position of the contact body in the first step and the second step;
As the first state value grasping means, there is an actual position grasping means for grasping the actual position of the contact body as the first state value,
As the second state value grasping means, there is a pressing force grasping means for grasping the pressing force of the contact body against the contacted body as the second state value,
The manipulated variable determiner sets the response characteristic of the response designation type control according to the actual position of the contact body in the first step, and is determined by the pressing force determiner in the second step. 4. The actuator control device according to claim 3, wherein the pressing force is set so as to match a predetermined target pressing force.
前記操作量決定手段は、前記第1の工程において前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が第1の所定レベル以上増大したときに、前記応答指定型制御の応答特性を前記押付け力把握手段により把握される押付け力が前記目標押付け力と一致するように設定する処理を開始することを特徴とする請求項4記載のアクチュエータの制御装置。The operation amount determination unit is configured to, when the degree of deviation of the actual position of the contact body from the target position in the first step is increased by a first predetermined level or more, change the response characteristic of the response designation control to the pressing force. 5. The actuator control device according to claim 4, wherein a process of setting the pressing force grasped by the grasping means so as to match the target pressing force is started. 前記操作量決定手段は、前記第2の工程において前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が第2の所定レベル以上減少したときに、前記接触体の移動を停止するように前記操作量を決定することを特徴とする請求項4又は請求項5記載のアクチュエータの制御装置。The operation amount determining means is configured to stop the movement of the contact body when the degree of deviation of the actual position of the contact body from the target position in the second step decreases by a second predetermined level or more. The actuator control device according to claim 4 or 5, wherein the amount is determined. 前記操作量決定手段は、前記第2の工程において前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が前記第2の所定レベル以上減少したときに、外乱に対する抑制能力が高くなる方向に前記応答指定型制御の応答特性を設定することを特徴とする請求項6記載のアクチュエータの制御装置。The operation amount determining means is configured to, when the degree of divergence of the actual position of the contact body from the target position in the second step is reduced by the second predetermined level or more, increase the response in a direction to increase the ability to suppress disturbance. 7. The actuator control device according to claim 6, wherein a response characteristic of the designated control is set. 前記操作量決定手段は、前記接触体の実位置と目標位置との偏差の時系列データに、ウェーブレット変換を用いたフィルタリングを施した変換値に基づいて、前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合を把握することを特徴とする請求項5から請求項7のうちいずれか1項記載のアクチュエータの制御装置。The manipulated variable determining means is configured to determine, based on a conversion value obtained by performing filtering using a wavelet transform on time-series data of a deviation between the actual position of the contact body and a target position, the actual position of the contact body with respect to the target position. The control device for an actuator according to any one of claims 5 to 7, wherein the degree of divergence is determined. 前記接触機構は、動力の伝達/遮断を切り換える同期機構であり、
前記接触体は軸上に一体回転可能に設けられた第1の係合部材であり、前記被接触体は、前記軸に相対回転可能かつ軸動不可な第2の係合部材と該第1の係合部材との間に、該第1の係合部材と該第2の係合部材に対して回転自在且つ前記軸方向に移動自在に設けられて、前記軸が回転した状態で該第1の係合部材と第2の係合部材とに接触したときに生じる摩擦力により、該第1の係合部材と該第2の係合部材の回転数を同期させて該第1の係合部材と該第2の係合部材とを係合可能とする同期部材であることを特徴とする請求項4から請求項8のうちいずれか1項記載のアクチュエータの制御装置。
The contact mechanism is a synchronous mechanism for switching power transmission / interruption,
The contact body is a first engagement member provided on a shaft so as to be integrally rotatable, and the contacted body is a second engagement member that is rotatable relative to the shaft and cannot move with the shaft. Between the first engaging member and the second engaging member so as to be rotatable in the axial direction and to be movable in the axial direction. The first engaging member and the second engaging member are rotated in synchronization with each other by a frictional force generated when the first engaging member and the second engaging member come into contact with each other. The actuator control device according to any one of claims 4 to 8, wherein the control device is a synchronization member that enables the engagement member and the second engagement member to be engaged with each other.
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