JP2004285850A

JP2004285850A - アクチュエータ制御装置

Info

Publication number: JP2004285850A
Application number: JP2003076096A
Authority: JP
Inventors: Junichi Higaki; 潤一桧垣; Yoshiaki Yamazaki; 芳昭山崎; Akihiko Imashiro; 昭彦今城; Yoshio Yoshikuwa; 義雄吉桑; Kazuhiko Fukushima; 一彦福島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】エンジン燃焼圧負荷外乱や渦電流が発生しても、フィードバック制御力に対して適正なフィードフォワード制御力を与え、非線形補償する関数によりコイル通電量を決定することで、高速、高精度、低振動、低騒音の電磁式アクチュエータ制御装置を得る。
【解決手段】Ａ／Ｄ変換器などで変位測定値ｘの取り込みを行い（ステップＳＴ３１）、その値に基づいて目標軌道を生成する（ステップＳＴ３２）。そしてフィードフォワードとフィードバック制御則により制御力指令値Ｆ^＊を算出する（ステップＳＴ３３）。電流指令値ｉ^＊は、非線形性を補正する関数（例えば多項式近似関数）を用いて制御力指令値Ｆ^＊と変位ｘから求める（ステップＳＴ３４）。そして電流指令値ｉ^＊を駆動アンプへ出力する（ステップＳＴ３５）。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁力を用いて制御対象を制御するアクチュエータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電磁式のアクチュエータ制御装置は、上鉄心と下鉄心の間に可動子が配置されている。これら鉄心には、可動子を駆動する上コイル、下コイルが巻かれている。そして、この可動子は、可動子シャフトを有し、さらに、その先にはエンジンバルブ軸が連接されている。可動子シャフトは、上鉄心の上方および下鉄心の下方で、可動子シャフトに固定された上リテーナとケースの間のコイルばねと、可動子シャフトに固定された下リテーナとエンジンヘッドの間のコイルばねにより弾性支持するよう初期力を与えた状態で支持されている。そして、ケース上部に取り付けられた変位センサにより可動子の動きを検出する構造になっている。変位センサの出力は、ＣＰＵ、Ａ／Ｄ変換器、駆動回路からなる電子制御装置に入力されている。
【０００３】
次に従来の電磁式のアクチュエータ制御装置の動作について説明する。
上コイル、下コイルに通電していないときは、上コイルばねと下コイルばねのばね力の釣合いによって可動子の位置が決まる。通常、この状態ではバルブの先端は中立位置にある。
バルブを閉弁位置に移動させるには上コイルに通電すると、上鉄心と可動子の間で磁路が形成され、可動子を上側に吸引する電磁力が発生する。この電磁力と上コイルばねと下コイルばねによるばね力が釣合う位置まで上方向へ可動子が移動する。上コイルに対する通電量は変位センサの検出値に基づいて制御装置の演算により決定する。可動子が上鉄心から離れている場合には通電量を大きく、可動子が上鉄心に近づいた場合には通電量を小さくする。以上のように、通電量を制御することで可動子に連結されているバルブの先端を弁座の位置まで移動させ閉弁状態となる。
バルブを閉弁位置で保持するためには、この状態で変位センサの検出値に基づいて制御装置で通電量を制御する。これらの動作により閉弁位置への移動および保持がなされる。
【０００４】
逆に、バルブを開弁位置に移動させるには上コイルの通電を止める。そして、可動子を上側に吸引する電磁力がなくなると、上コイルばねと下コイルばねが発生する合力により可動子を下方向に移動させる。さらに、下コイルに通電すると下鉄心と可動子の間で磁路が形成され、可動子を下側に吸引する電磁力が発生する。これらの力と上コイルばねと下コイルばねが発生する合力が釣合う位置まで可動子は下方向へ移動する。下コイルに対する通電量は変位センサの検出値によって決定する。可動子が下鉄心から離れている場合には通電量を大きく、可動子が下鉄心に近づいた場合には通電量を小さくする。以上のように、通電量を制御することで可動子に連結されているバルブの先端を弁座から下方へ押し下げ、バルブと弁座の間に気路を形成し開弁状態となる。
バルブを開弁位置で保持するためには、この状態で変位センサの検出値に基づいて制御装置で通電量を制御する。求められる通電量を制御する。これらの動作により開弁位置への移動および保持がなされる。
以上が基本の動作であるが、排気バルブを内燃機関の運転に同期させて開閉駆動する際には、フィードフォワード電流成分Ｉｆを算出した後フィードバック電流成分Ｉｂを算出し、指令電流ＩはＩｆとＩｂの和として設定する。そして、励磁電流を電子制御装置の駆動回路から各電磁石のコイルに選択的に供給する（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１８８４７０公報（Ｐ５〜Ｐ７、図１、図８）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電磁式のアクチュエータ制御装置では、フィードバック電流Ｉｂとフィードフォワード電流Ｉｆの和として最終的な電流指令Ｉが算出される。しかし、フィードバック電流Ｉｂとフィードフォワード電流Ｉｆを単純に加算しただけでは必要な力に対して最適な電流指令値とはいえず、振動および騒音が発生し、その抑制に限界があった。
【０００７】
この発明に係るアクチュエータ制御装置では、上述のような課題を解決するためになされたもので、比例要素（Ｐ）、積分要素（Ｉ）と微分要素（Ｄ）を基にしたＰＩＤ制御コントローラなどで算出したフィードバック制御力指令値Ｆ^＊を求め、この制御力指令値Ｆ^＊から電流指令値ｉ^＊を算出する際に高精度かつ高速な演算で電流指令値ｉ^＊を求めることができるので、振動や騒音を大幅に抑制することができる電磁式バルブ制御装置を得ることを目的とする。そして、１つの制御コントローラで複数の電磁式バルブを制御することが可能となり低コスト化を実現できる。
【０００８】
また、バルブに加わる外乱と渦電流の発生による電磁力の遅れを考慮しているため、フィードバック制御力Ｆｂにフィードフォワード制御力Ｆｆを加えることで最適な制御力指令値Ｆ^＊を求め、高精度かつ高速な演算で電流指令値ｉ^＊を求めることができるので、振動や騒音を大幅に抑制することができる電磁式バルブ制御装置を得るものである。
【０００９】
さらに、可動子を一方で保持しているときの変位出力値を基準に他方で保持しているときの変位出力値をストロークに設定して、これを元に指令振幅を与える。そして、適当な時間サイクルで更新することで指令振幅および位置検出精度を高くすることができる。
さらにまた、磁束検出値から算出した制御力をフィードバックすることで電磁石の制御帯域は向上させ、高速でかつ高精度な制御力をあたえることを可能とし、さらに高速な電磁式アクチュエータ制御装置を得るものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電磁式アクチュエータ制御装置は、制御対象の変位を検出する検出手段と、前記検出手段の出力信号から前記制御対象の目標軌道を生成し、前記生成された目標軌道に基づいて制御力指令値を算出し、この制御力指令値から多項式近似関数で近似された係数を乗じて制御電流指令値を出力する電流制御手段と、前記電流指令値に基づいて磁力を発生させて前記制御対象を駆動する駆動手段とを備えるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を示すものである。この実施の形態では、発明のアクチュエータ制御装置を内燃機関のバルブの開閉に適用した実施形態として説明する。
図１において、１１は固定部である筒型ケース、１２は筒型ケース１１の上部に取り付けられ上側の磁路を形成する上鉄心、１２ａは上鉄心１２の内部に挿入し取り付けられた上部コイル、１３は筒型ケース１１の下部に取り付けられ下側の磁路を形成する下鉄心、１３ａは下鉄心１３の内部に挿入し取り付けられた下部コイル、１４は上鉄心１２と下鉄心１３の間に配置された可動子、１９は可動子１４に固定されたアクチュエータシャフト、１５ａはアクチュエータシャフト１９に固定された上リテーナ、２１は固定部であるエンジンヘッド部、１７は上下方向に移動するようエンジンヘッド部２１で摺動支持されたバルブ、１６ａはバルブ１７に固定された下リテーナ、１５は初期力を与えるよう圧縮状態で、一方を筒型ケース１１にもう一方を上リテーナ１５ａに当接し下方向に力を発生している上コイルばね、１６は初期力を与えるよう圧縮状態で、一方をエンジンヘッド部２１にもう一方を下リテーナ１６ａに当接し上方向に力を発生している下コイルばねである。ここで、可動子１４、アクチュエータシャフト１９とバルブ１７の構成が制御対象となる。１８は可動子１４の変位を検出する変位センサを示す。変位センサ１８の出力を取り込み例えば電圧に変換する変位センサ回路２２で変位検出手段を構成している。２３は変位センサ回路２２の電圧値をＡ／Ｄ変換して取り込み、例えばＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）などで制御力指令値および電流指令値を演算する制御コントローラ（電流制御手段）、２４は電流指令値に基づいて上部コイル１２ａ、下部コイル１３ａに通電する駆動アンプである。ここで、駆動アンプ２４とその電流指令値を供給する上部コイル１２ａと下部コイル１３ａとで駆動手段を構成する。
【００１２】
図２は、制御コントローラ２３内の処理フローを示しており、ＳＴ３１は変位値ｘを制御コントローラ２３内に取り込むステップ（例えばＡ／Ｄ変換処理）、ＳＴ３２は変位値ｘに基づいて可動子１４の目標軌道を生成するステップ、ＳＴ３３は制御コントローラ内の制御力指令値Ｆ^＊を算出するステップ、ＳＴ３４は制御コントローラ内の電流指令値ｉ^＊を算出するステップ、ＳＴ３５は駆動アンプへの電流指令値を出力するステップ（例えばＤ／Ａ変換処理）である。
【００１３】
図３は、図１の系を比例要素（Ｐ）、積分要素（Ｉ）と微分要素（Ｄ）で表した制御ブロック図で、４１ａ、４１ｂ、４１ｃはＰＩＤ要素を含む位置フィードバック制御ゲイン、４２ａ、４２ｂ、４２ｃはＰＩＤ要素を含む速度フィードバック制御ゲイン、４３は制御力指令値Ｆ^＊から電流指令値ｉ^＊を算出する非線形補償関数ｇ（Ｆ^＊，ｘ）、４４は電流フィードバックゲイン、４５はコイルの抵抗ＲとインダクタンスＬの特性を示すブロック、４６は電流値ｉと変位ｘから制御力指令値Ｆ^＊の発生を示す関数ｆ（ｉ，ｘ）、４７は可動子１４を含む可動部の質量をｍとしたとき制御力指令値Ｆ^＊から速度の変換を示すブロック、４８は可動部の速度を積分して変位の変換を示すブロック、４９は変位センサ出力を微分して速度に変換するブロック、５０はばね定数ｋと同じフィードバックゲイン、５１は電磁式駆動バルブの減衰係数、５２は電磁式駆動バルブのばね定数を示す。
図４は、図３の非線形補償関数４３の一例を示し、電磁力−起磁力の多項式近似関数の計算値と実測値の比較をあらわす。
【００１４】
次に動作について説明する。図１において上コイルばね１５は自然長より圧縮状態で配置されており、筒型ケース１１側を支点として上リテーナ１５ａとシャフト１９を下方向に押す力が作用している。また、下コイルばね１６は自然長より圧縮状態で配置されており、エンジンヘッド部２１を支点として下リテーナ１６ａとバルブ１７を上方向に押す力が作用している。この２つの作用力がシャフト１９の下端面とバルブ１７の上端面の接触により釣合い、図のような中立位置で静止している。
【００１５】
例えば、バルブ１７を閉弁位置の上方向に移動させるには上部コイル１２ａに通電すると、上鉄心１２と可動子１４の間で磁路が形成され、可動子１４を上側に吸引する電磁力が発生する。この電磁力が上コイルばね１５と下コイルばね１６によるばね力の合力が釣合う位置まで可動子１４は上方向へ移動する。
このときの制御手順について、図２を用いて説明する。変位センサ１８の出力は変位センサ回路２２で電圧値に変換されＡ／Ｄ変換器（図示していない）でデジタル信号に変換されて制御コントローラ２３へ入力される（ステップＳＴ３１）。制御コントローラ２３は変位値ｘに基づき目標軌道を生成する（ステップＳＴ３２）。このとき目標軌道が上記のように閉弁位置の上方向へ移動するとき、ＤＳＰで制御力指令値Ｆ^＊（ステップＳＴ３３）、電流指令値ｉ^＊の手順で演算を行う（ステップＳＴ３４）。電流指令値ｉ^＊はＤ／Ａ変換器（図示していない）でアナログ信号に変換され（ステップＳＴ３５）、駆動アンプ２４は上部コイル１２ａへ通電する。可動子１４が上鉄心１２から離れている場合には通電量は大きく、可動子１４が上鉄心１２に近づいた場合には通電量は小さくなる。以上のように、通電量を制御することで可動子１４に接触しているバルブ１７の先端を閉弁位置へ移動させる。
【００１６】
制御力指令値Ｆ^＊は制御コントローラ２３内の制御則により求められる。図３はその制御則を示し、ｘ^＊を目標軌道の変位、ｘを実際の変位、Ｋｐ、Ｋｉ、ＫｄはそれぞれＰＩＤ制御を行う位置フィードバックゲイン、Ｋｐｖ、Ｋｉｖ、ＫｄｖはそれぞれＰＩＤ制御を行う速度フィードバックゲイン、ｋをばねゲイン、ｓをラプラス演算子とすると、式（１）で表せる。
【００１７】
【数１】

【００１８】
なお、式（１）において、位置フィードバックゲインＫｉ、Ｋｄ、速度フィードバックゲインＫｉｖ、Ｋｄｖについては、実際のモデルに対する目標性能によっては係数を０（ゼロ）に設定してもよい。
【００１９】
ここで、Ｆ^＊の符号は駆動するコイルを表している。例えば、バルブを閉側に駆動する場合でＦ^＊＞０となった場合、上部コイル１２ａで駆動することが基準となる。逆に、開側に駆動する場合Ｆ^＊＜０となり、下部コイル１３ａで駆動することが基準となる。変位センサやコイルの取り付け方向によっては、符号が反対となるので矛盾が生じないように駆動コイルを選択することはいうまでもない。
【００２０】
制御力指令値Ｆ^＊から電流指令値ｉ^＊は、図４の非線型補償の多項式近似関数を用いる。図中の○印は実測値であり、横軸はある変位における起磁力（駆動電流値Ａ×ターン数Ｔ）に対して縦軸は、そのときの電磁力（Ｎ）を示している。図４で○印の上から順に変位ｘ（単位：ｍｍ）が、−３．５９、−３．５４、−３．４９、−３．４４、−３．３９、−３．２９、−３．１４、−３．０４、−２．８９、−２．７４、−２．４９、−２．２４、−１．７４およびー０．７４としたときの起磁力と電磁力を示している。例えば、ｘ＝−３．５９ｍｍにおいて、起磁力が０〜４００ＡＴまでは２次関数的に増加するのに対して、１０００ＡＴ以上では比較的一定に増加する。他の変位についても起磁力が小さいところでは、２次関数的に変化し起磁力の大きなところでは一定に増加する傾向であり非線型性があるといえる。
【００２１】
通常、制御力指令値Ｆ^＊から、電流指令値ｉ^＊を求めるには、実験値の変位、起磁力、電磁力のマップデータを制御コントローラ内に持ち、制御力指令値Ｆ^＊とそのときの変位ｘから起磁力（ＡＴ）を求める。そして、コイルターン数（Ｔ）で除算することで電流指令値ｉ^＊が求められる。
しかし、このような方法では比較や近似処理に時間がかかるため、電磁式バルブ制御装置のように高速な動作が必要な場合には好ましくない。そこで、制御力Ｆ^＊から制御電流指令値ｉ^＊を求める方法として、以下の式（２）の多項式近似関数により求める。
【００２２】
【数２】

【００２３】
式（２）における行列Ｐは、ここでは７行３列の定数とし、実測データとの誤差が小さくなるように最小二乗法を用いて求める。図中の○印の実測値に対して求めた行列Ｐは以下の式（３）のようになる。
【００２４】
【数３】

【００２５】
式（２）を用いて電磁力指令値Ｆ^＊から電流指令値ｉ^＊を求めて起磁力で表したグラフは、図４の実線で示している。このグラフからわかるように、この多項式近似を用いることで精度よい近似関数を得られることがわかる。なおかつ、乗算と加算で演算できるため、このような電磁式バルブ制御装置をＤＳＰで駆動する場合に特に有効である。行列Ｐは７行３列の場合を示したが、精度を落としても高速である方が望ましい場合は、例えば３行３列として係数を定めても十分である。
以上、バルブ１７を閉弁位置に移動する場合を説明したが開弁位置に移動させるにも目標軌道を与えることで同様に動作は可能である。
【００２６】
電流制御手段は、制御力指令値と変位センサ出力値から高速、かつ、電磁石の非線形性を精度よく補償した電流指令値を求めることができる。したがって、指令値に近い制御力を得ることができ、低振動で低騒音の電磁式アクチュエータ制御装置が得られる。
【００２７】
また、上記の実施の形態では、内燃機関のバルブのアクチュエータ制御装置として説明したが、内燃機関に限ることなく、流量制御のアクチュエータ制御装置であってもよく、制御対象の変位を検出できるものであれば、同様の効果を得ることができる。
【００２８】
実施の形態２．
図５におけるフローチャート図は、実施の形態２の制御コントローラを表し、ＳＴ６１は変位値ｘを制御コントローラ内に取り込む手段（例えばＡ／Ｄ変換器）、ＳＴ６２は目標軌道生成手段、ＳＴ６３は目標軌道がバルブ保持区間かどうかを判定する手段、ＳＴ６４は保持時の電流指令値を設定する手段、ＳＴ６５は目標軌道が自由運動区間かどうかを判定する手段、ＳＴ６６は自由運動区間の電流指令値を０にする手段、ＳＴ６７は制御則を実施し制御力Ｆ^＊を求める手段、ＳＴ６８は制御力Ｆ^＊から制御電流指令値ｉ^＊を求める手段、ＳＴ６９は駆動アンプへ電流指令値ｉ^＊を出力する手段を表す。
図６は、駆動パターン１を示し、可動子１４が上鉄心１２と下鉄心１３に衝突するときの速度を低減してソフトランディングをする目標軌道を示す。図７は、バルブ１７がエンジンヘッド部２１に、可動子１４が上鉄心１２に、可動子１４がバルブ１７の軸に、可動子１４が下鉄心１３にそれぞれ接触するときの衝突速度を低減する目標軌道を示す。
【００２９】
図５において、変位値ｘの取り込みを実行（ステップＳＴ６１）した後で、その値に基づき目標軌道を生成する（ステップＳＴ６２）。目標軌道に基づきバルブを保持区間であるかどうか判定する（ステップＳＴ６３）。バルブ保持区間であれば、電流指令値ｉ^＊＝保持電流指令値ｉｈに設定する（ステップＳＴ６４）。バルブ保持区間でなければ、自由運動区間であるかどうか判定する（ステップＳＴ６５）。自由運動区間であれば、電流指令値ｉ^＊＝０に設定する（ステップＳＴ６６）。自由運動区間でなければ制御則を実施する（ステップＳＴ６７）。制御則は、例えば、図３のようなコントローラ内のブロック線図である。制御則の実施により電流指令値ｉ^＊＝ｉｒに設定される（ステップＳＴ６８）。そして電流指令値ｉ^＊が駆動アンプへ出力される（ステップＳＴ６９）。
【００３０】
図６は、目標軌道例１を示す。この場合は、可動子１４が上鉄心１２と下鉄心１３に接触するときの速度を低減してソフトランディングをする目標軌道である。区間０は保持区間をあらわし、バルブ開の状態でバルブが保持されるため、電流指令値ｉ^＊＝ｉｈに設定される。区間１は自由運動区間を示し、電流指令値ｉ^＊＝０に設定される。区間２は制御則の実施により電流指令値ｉ^＊＝ｉｒとなる。区間３はバルブ閉の状態でバルブが保持されるため電流指令値ｉ^＊＝ｉｈ’に設定される。そして区間４は自由運動区間を示し、電流指令値ｉ^＊＝０に設定される。区間５は制御則の実施により電流指令値ｉ^＊＝ｉｒ’となる。そして区間６は、区間０と同様となる。このように、目標軌道の各区間で最適な電流値に制御しながらバルブ駆動が繰り返される。
【００３１】
目標軌道例１では、バルブ閉位置でバルブ１７がエンジンヘッド部２１に、可動子１４がアクチュエータシャフト１９に衝突する際の速度の低減はしていない。しかし、場合によっては、このときの衝突の発生により振動や騒音が問題となる。その場合には、バルブ閉位置での衝突速度を落とすよう図７の目標軌道２のように設定する。開位置からスタートしたバルブは閉位置のところで速度を一旦低下させる。そして、しばらく保持した後で可動子１４を上鉄心１２に近づける。上鉄心接触位置からバルブ開位置に移動するときに、アクチュエータシャフト１９がバルブ１７へ接触するので、このときの速度も低減するように目標軌道を与える。そして、その後バルブ開位置へ移動する。
【００３２】
目標軌道２の場合、制御の切り替えについて説明する。まず、区間０で開弁保持されていたバルブは電流指令値ｉ^＊＝ｉｈ０である。区間１は自由振動区間で電流指令値ｉ^＊＝０で、ばね力だけで自由に運動する。区間２では、制御則が実施され電流指令値ｉ^＊＝ｉｒ２となり、閉位置でバルブ１７はエンジンヘッド部２１に着座する。区間３では、電流指令値ｉ^＊＝ｉｈ３でバルブが保持され、その後区間４でバルブ閉保持位置に移動するとき、制御則が実施され電流指令値はｉ^＊＝ｉｒ４となる。区間５では、バルブは閉保持される（ｉｈ^＊＝ｉｈ５）。そのあと区間６で制御則が実施され電流指令値ｉ^＊＝ｉｒ６となる。区間７では電流指令値ｉ^＊＝ｉｈ７となりバルブが保持される。区間８は自由に運動する区間で電流指令値ｉ^＊＝０に設定される。区間９は制御則が実施され電流指令値ｉ^＊＝ｉｒに設定される。そして区間０のバルブ保持区間に移行しこの動作が繰り返される。
変位センサ出力値は、一方の鉄心の接触時を基準にして他方の鉄心接触時の変位値をストロークに設定する。時間的な変位出力値の変動や部品の熱変形の影響を小さくでき精度の良い変位値を得ることができる。したがって目標軌道からの偏差が小さくなるので、低振動で低騒音の電磁式アクチュエータ制御装置を得ることができる。
【００３３】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、このように接触時については速度が０となるように目標軌道を与えることで各部品間の衝突速度を低減できるので、低振動で低騒音のバルブ制御装置を得る。また、時間的な変位出力値の変動や部品の熱変形の影響を小さくでき精度の良い変位値を得るので、低振動で低騒音の制御ができるという効果を奏する。
【００３４】
実施の形態３．
図８は、図３のフィードバック制御則に対して、エンジン燃焼時の負荷外、Ｆｄと、渦電流の発生ｉｃによる磁束の発生φ_ｃを考慮した制御モデルである。これらの影響を小さくするため、フィードバック制御力にフィードフォワード制御力Ｆｆを加算する制御コントローラを備えている。
図９は、図８のフィードフォワード制御力Ｆｆを可動子１４の位置ｘの関数で与えた例である。図１０は、フィードフォワード制御力Ｆｆを位置ｘの区間により定数で与えた場合を示している。
【００３５】
エンジン燃焼時に、バルブ１７には負荷外乱Ｆｄが発生する。この外乱Ｆｄはバルブを開閉するタイミングで大きく変わるため、回転数、時間などを変数としたデータをあらかじめ用意しておく。渦電流ｉｃ（ｉ，ｘ）は、駆動電流ｉと変位ｘの関数でモデル化する。駆動電流ｉに対して、渦電流を考慮しなければφ_ｉの磁束が発生するが、渦電流ｉｃによる磁束φ_ｃを考慮すると、実際に発生する磁束φは以下の式（４）のようになる。
φ＝φ_ｉ−φ_ｃ・・・（４）
したがって、実際に可動子に発生する力は、
ｆｍ（φ）＝ｆ（φ_ｉ）−ｆ（φ_ｃ）
となり、渦電流の発生により不足する制御力はｆ（φ_ｃ）である。また、外乱により不足する制御力はＦｄである。したがって、あらかじめフィードフォワード制御力指令値Ｆｆ＝ｆ（φ_ｃ）＋Ｆｄを与えることで、外乱と渦電流の影響を小さくすることができる。
したがって、制御則は以下の式で表せる。
【００３６】
【数４】

【００３７】
このようにフィードバック制御力に上記の式（５）のようにフィードフォワード制御力を与えることで、可動子軸に加わる外乱や可動子に発生する渦電流の影響を小さくすることができる。
なお、位置フィードバックゲインＫｉ、Ｋｄ、速度フィードバックゲインＫｉｖ、Ｋｄｖについては、実際のモデルに対する目標性能によっては、係数を０（ゼロ）に設定してもよい。
【００３８】
このように、この実施の形態によれば、渦電流による制御力不足および外乱による制御力不足を考慮したフィードフォワード制御力を制御力指令値に加えているので、これらの影響を小さくできるため目標軌道から遅れの小さくかつ、低振動で低騒音の制御ができるという効果を奏する。
【００３９】
実施の形態４．
図１１は、図５のステップＳＴ６７、ＳＴ６８に相当するブロックのフローチャート図を示す。制御則を実施し（ステップＳＴ８１）、制御力指令値Ｆ^＊を算出する（ステップＳＴ８２）。この後、可動子１４の変位と定数ａの比較を行い（ステップＳＴ８３）、ｘ＞ａの場合、行列Ｐ１を選択する（ステップＳＴ８４）。そうでない場合は、行列Ｐ２を選択する（ステップＳＴ８５）。そして電流指令値ｉ^＊＝ｉｒが算出される（ステップＳＴ８６）。
行列Ｐ１、Ｐ２は、あらかじめ変位の範囲によって測定データあるいは解析データを基に近似された行列である。変位により行列を切り替えることで精度の良い電流指令値ｉ^＊を求めることができる。この実施の形態４では、行列を２種類で説明したが、もちろんこのような行列を２種類以上用意して変位によって切り替えても良い。
【００４０】
この実施の形態によれば、係数の行列を複数用意しておき、可動子と可動鉄心の距離により切り替えることでさらに精度のよい制御力指令値から制御電流値を求めることができ、なおかつ、さらに低振動で低騒音の制御ができるという効果を奏する。
【００４１】
実施の形態５．
図１２は、この実施の形態において図１の電磁式バルブ駆動制御装置に対して、磁束検出コイル２５と磁束検出回路２６を追加し、制御コントローラ２３へ磁束検出値を取り込む例である。図１３は磁束検出コイル２５により上部コイル１２ａ、下部コイル１３ａにより発生させた磁束変化を磁束検出回路で検出する概念図である。図１４は磁束検出値を制御コントローラでフィードバックする制御ブロック図を示している。
図１２、図１３において、制御則により実施され上部コイル１２ａあるいは下部コイル１３ａに通電されたとき目標磁束φ_ｉが発生しようとする。しかし、このときこの磁束を打ち消す方向に主に可動子１４に渦電流ｉｃが発生する。この渦電流の発生により、磁束φ_ｃが発生するため、目標磁束φ_ｉに対して実際の磁束φ＝φ_ｉ−φ_ｃとなるため、制御力Ｆも小さくなる。そこで磁束φを磁束検出コイル２５で検出して、磁束検出回路２６を通して制御コントローラ２３内に取り込む。そして、検出磁束φと目標磁束φ_ｉから不足する電磁力を求め、これをフィードバックすることで電磁力の遅れを解消することができる。
【００４２】
このようにこの実施の形態によれば、磁束検出値から算出した制御力をフィードバックすることで電磁石の制御帯域は向上し、したがって高速でかつ高精度な制御力をあたえることができ、かつ高速な制御が可能となるという効果を奏する。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、制御対象物の変位を検出し、その検出値から制御対象物の目標軌道を生成して、この目標軌道に基づいて制御力指令値を求め、この求められた制御力指令値と検出変位と多項式近似関数で近似された係数から制御電流指令値を算出する構成としたので、高速かつ、駆動手段の非線形性を精度よく補償でき、低振動で低騒音での制御ができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による電磁式アクチュエータ制御装置を示す横断面図および全体構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電磁式アクチュエータ制御装置のコントローラ部分を示すフローチャート図である。
【図３】この発明の実施の形態１による電磁式アクチュエータ制御装置の制御ブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１による非線形補償多項式近似関数により求めた電流指令値と実測値の比較を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２による電磁式アクチュエータ制御装置のエンジン駆動パターンに合わせた制御フローチャート図である。
【図６】この発明の実施の形態２による目標軌道１を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２によつ目標軌道２を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３による電磁式アクチュエータ制御装置の制御ブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態３によるフィードフォワード電流の補償関数である。
【図１０】この発明の実施の形態３によるフィードフォワード電流の補償関数である。
【図１１】この発明の実施の形態４による電磁式アクチュエータ制御装置の制御を示す制御フローチャート図である。
【図１２】この発明の実施の形態５による電磁式アクチュエータ制御装置の横断面図および全体構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態５による磁束検出コイルと磁束検出回路の概念図である。
【図１４】この発明の実施の形態５による制御ブロック線図である。
【符号の説明】
１１筒型ケース、１２上鉄心、１２ａ上部コイル、１３下鉄心、１３ａ下部コイル、１４可動子、１５上コイルばね、１５ａ上リテーナ、１６下コイルばね、１６ａ下リテーナ、１７バルブ、１８変位センサ、１９アクチュエータシャフト、２１エンジンヘッド部、２２変位センサ回路、２３制御コントローラ、２４駆動アンプ。

Claims

制御対象の変位を検出する検出手段と、前記検出手段の出力信号から前記制御対象の目標軌道を生成し、前記生成された目標軌道に基づいて制御力指令値を算出し、この制御力指令値から多項式近似関数で近似された係数を乗じて制御電流指令値を出力する電流制御手段と、前記電流指令値に基づいて磁力を発生させて前記制御対象を駆動する駆動手段とを備えたアクチュエータ制御装置。
前記電流制御手段は、前記検出される変位に応じて、係数行列を選択して駆動電流指令値を出力することを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ制御装置。
前記電流制御手段は、前記検出変位と前記目標軌道に応じて決定されるフィードフォワード力を加算したフィードフォワード制御力に基づいて電流指令値を算出することを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ制御装置。
前記電流制御手段は、制御対象が制御終端のとき速度零とするよう目標軌道を与えることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ制御装置。
前記電流制御手段は、前記制御対象の所定位置のときを基準として入力される前記変位値を校正することを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ制御装置。
前記検出手段は、前記駆動手段で発生する磁力を検出するとともに、前記電流制御手段は、この検出値に基づいて制御力指示値を補償して算出することを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ制御装置。