JP2005278362A

JP2005278362A - 電動機の制御装置

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Publication number: JP2005278362A
Application number: JP2004091603A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Kashiwabara; 和幸柏原; Kohei Kondo; 恒平近藤; Katsuto Oki; 克仁大木
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: JP4678475B2

Abstract

【課題】特性及び負荷の一方又は双方が異なる複数の電動機の同期制御を行うのに際して、制御のための演算処理を簡略化し、装置のコストダウンを図ることが可能な電動機の制御装置を提供する。
【解決手段】特性及び負荷の一方又は双方が異なる複数の電動機Ｍ１〜Ｍ３の同期制御を行う制御装置であって、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の実動作量を検知してそれを実動作量情報として出力する検知部３と、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の実動作量情報に対して、複数の電動機Ｍ１〜Ｍ３の任意の時点における理論動作量を一致させるように変換する変換係数ａ１〜ａ３をそれぞれ乗じ、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の基準動作量情報に変換して出力する変換部４と、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の基準動作量情報に基づいて、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の動作制御を行う制御部６とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、特性及び負荷の一方又は双方が異なる複数の電動機の同期制御を行う制御装置であって、特に、制御のための演算処理を簡略化することが可能な電動機の制御装置に関する。

従来、コンバーチブル車の幌やルーフパネル等に利用できる車両用開閉体の制御装置に関して、２個の同一特性及び同一負荷の電動機を左右に配置し、これらの２個の電動機の速度を同期させるように制御する制御装置が知られている。この制御装置は、２個の電動機の速度を同期制御するために、電動機の回転に同期したパルス信号を発生する回転センサを備え、この回転センサからの信号により２個の電動機の現在位置と現在速度を算出する。そして、２個の電動機の現在位置の平均位置と予め定めた電動機の目標速度とから単位時間後の目標位置を算出するとともに、前記２個の電動機の現在位置と現在速度とから単位時間後の各電動機の予測位置を算出する。次に、前記単位時間後の目標位置と各電動機の予測位置とを比較して単位時間後の各電動機の制御位置を算出し、それに合せて各電動機の速度制御を行う（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１１９９７６号公報（第２−３頁、第１図）

しかし、このような従来の制御装置では、特性及び負荷が同一の複数の電動機を同期制御するのには適しているが、特性及び負荷の一方又は双方が異なる複数の電動機の同期制御を行う場合には、予測位置の演算や速度制御等のためにそれぞれの電動機に応じて異なる演算処理を行う必要があるため、電動機の数に比例して制御装置の演算負担が大きくなる。したがって、特性及び負荷の一方又は双方が異なる多数の電動機の同期制御を行う場合には、高機能な演算処理装置を用いることが求められることになり、コストアップの要因になるという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、特性及び負荷の一方又は双方が異なる複数の電動機の同期制御を行うのに際して、制御のための演算処理を簡略化し、装置のコストダウンを図ることが可能な電動機の制御装置を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る電動機の制御装置の第１特徴構成は、各電動機の実動作量を検知してそれを実動作量情報として出力する検知部と、各電動機の前記実動作量情報に対して、前記複数の電動機の任意の時点における理論動作量を一致させるように変換する変換係数をそれぞれ乗じ、各電動機の基準動作量情報に変換して出力する変換部と、各電動機の前記基準動作量情報に基づいて、各電動機の動作制御を行う制御部とを備える点にある。

この第１特徴構成によれば、特性及び負荷の一方又は双方が異なる複数の電動機の同期制御を行うのに際して、これら複数の電動機の動作量を基準動作量として統一した尺度に変換し、この基準動作量に基づいて各電動機の動作制御を行うので、制御部では、あたかも特性及び負荷が同一の複数の電動機の動作制御を行うのと同じ演算処理で済ませることができ、制御のための演算処理の簡略化、及び装置のコストダウンを図ることができる。

本発明に係る電動機の制御装置の第２特徴構成は、前記変換係数が、前記複数の電動機の各理論動作量の比に基づいて定めた定数である点にある。

この第２特徴構成によれば、変換部で用いる変換係数を、装置の設計段階で予め定めておくことができる。

本発明に係る電動機の制御装置の第３特徴構成は、前記制御部が、前記複数の電動機の前記基準動作量情報を比較し、その基準動作量が進んでいる電動機の速度を低減し、基準動作量が遅れている電動機の速度を増加させる点にある。

この第３特徴構成によれば、各電動機の動作量が他の電動機の動作量と比較して遅れているか進んでいるかを、統一した尺度である基準動作量に基づいて判断し、それに基づいて各電動機の動作制御を行うので、特性及び負荷の一方又は双方が異なる複数の電動機のそれぞれに応じた演算処理を行う必要がなく、制御のための演算処理のより一層の簡略化を図ることができる。

本発明に係る電動機の制御装置の第４特徴構成は、動作中の電動機の動作停止又は停止中の電動機の動作開始がない間を一の制御領域とし、各制御領域毎に動作中の複数の電動機を対象として動作制御を行う点にある。

この第４特徴構成によれば、複数の電動機の中に動作開始時期及び動作停止時期が異なるものがある場合であっても、動作中の複数の電動機を対象として、上記の第１から第３の特徴構成による場合と同様の簡易な処理による同期制御を行うことができる。

以下に、本発明に係る電動機の制御装置を、座席１を車外側へ振出し又は車内側へ格納することが可能な福祉車両２における座席１の駆動用電動機の同期制御に適用した場合の実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る福祉車両２の座席１の移動の態様を示す模式図であり、図２は、本実施形態に係る電動機の制御装置の機能ブロック図である。

図１に示すように、本実施形態に係る福祉車両２の座席１は、回転方向Ａ、前後スライド方向Ｂ、内外スライド方向Ｃの３方向に同時に動作することにより、ドアや車体等に当ることのない適切な軌跡Ｅを通って車外側へ振出し又は車内側へ格納することができるようになっている。このように座席１を上記３方向のそれぞれについて適切な速度で同時に移動させるため、本実施形態においては、図２に示すように、３方向のそれぞれの動作用に第１電動機Ｍ１、第２電動機Ｍ２及び第３電動機Ｍ３の３個の電動機を設けている。すなわち、第１電動機Ｍ１は回転方向Ａ、第２電動機Ｍ２は前後スライド方向Ｂ、第３電動機Ｍ３は内外スライド方向Ｃの座席１の動作をそれぞれ担当し、図示しないアーム等を介して座席１を動作させる。

第１電動機Ｍ１、第２電動機Ｍ２及び第３電動機Ｍ３は、座席１の振出し又は格納の際における動作の始端から終端までに要する動作量がそれぞれ異なり、その間の動作速度や荷重もそれぞれに異なる。すなわち、これら第１電動機Ｍ１、第２電動機Ｍ２及び第３電動機Ｍ３は、それぞれに負荷が異なっており、それに応じてそれぞれに特性が異なる電動機が用いられている。

また、図２に示すように、上記の第１電動機Ｍ１、第２電動機Ｍ２及び第３電動機Ｍ３には、動作量（ここでは回転量）に応じてパルス信号を出力する第１センサＳ１、第２センサＳ２及び第３センサＳ３と、これらの第１センサＳ１、第２センサＳ２及び第３センサＳ３から出力されたパルス信号の数を積算して実パルス数を演算し、それを実パルス数情報として出力する第１積算器Ｉ１、第２積算器Ｉ２及び第３積算器Ｉ３とがそれぞれ設けられている。この「実パルス数」は各電動機Ｍ１〜Ｍ３の動作開始から現時点までの実際の動作量を表しており、本発明における「実動作量」に相当する。よって、「実パルス数情報」は本発明における「実動作量情報」に相当する。本実施形態においては、これらの第１センサＳ１、第２センサＳ２及び第３センサＳ３と、第１積算器Ｉ１、第２積算器Ｉ２及び第３積算器Ｉ３とにより検知部３が構成されている。以下では、座席１の振出し又は格納の際における動作の始端から終端までの各電動機Ｍ１〜Ｍ３の全動作量すなわち全パルス数が、第１電動機Ｍ１は２５０パルス、第２電動機Ｍ２は５００パルス、第３電動機Ｍ３は１０００パルスである場合を例として説明する。ここでは、説明を簡単にするため、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の上記全パルス数を比較的単純なパルス数とし、各電動機Ｍ１〜Ｍ３同士の全動作量の比も１：２：４と単純なものになるようにしている。

第１積算器Ｉ１、第２積算器Ｉ２及び第３積算器Ｉ３から出力される実パルス数情報は、変換部４に入力される。そして、変換部４では、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の実パルス数情報に対して、第１電動機Ｍ１、第２電動機Ｍ２及び第３電動機Ｍ３の任意の時点における理論パルス数を一致させるように変換する変換係数ａ１、ａ２及びａ３をそれぞれ乗じ、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の基準パルス数情報に変換して出力する。この「基準パルス数情報」は本発明における「基準動作量情報」に相当する。ここで、「理論パルス数」とは、各電動機Ｍ１〜Ｍ３が設計通りの理想的な動作を行った場合における第１電動機Ｍ１、第２電動機Ｍ２及び第３電動機Ｍ３のそれぞれの各時点のパルス数のことであり、この理論パルス数が本発明における「理論動作量」に相当する。そして、変換係数ａ１、ａ２、及びａ３は、第１電動機Ｍ１、第２電動機Ｍ２及び第３電動機Ｍ３の任意の時点におけるそれぞれの理論パルス数に乗算することにより、それらの乗算した結果が互いに一致するような値をとる係数である。したがって、本実施形態においては、この変換係数ａ１〜ａ３は、制御対象の各電動機Ｍ１〜Ｍ３の理論パルス数（理論動作量）の比に基づいて定めた定数となる。すなわち、第１電動機Ｍ１、第２電動機Ｍ２及び第３電動機Ｍ３の全パルス数の比が１：２：４であり、全ての電動機Ｍ１〜Ｍ３が設計通りの理想的な動作を行った場合には動作中の任意の時点においても各電動機Ｍ１〜Ｍ３のパルス数の比は変わらないので、理論パルス数の比は各電動機Ｍ１〜Ｍ３の動作中の全ての時点で１：２：４となる。よって、変換係数ａ１、ａ２、及びａ３の比を、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の理論パルス数の比１：２：４の逆比４：２：１とすれば、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の任意の時点におけるそれぞれの理論パルス数に変換係数ａ１、ａ２、及びａ３を乗算した結果が互いに一致することになる。したがって、ここでは、変換係数はａ１＝４、ａ２＝２、ａ３＝１とする。これらの変換係数ａ１〜ａ３は記憶部５に格納されており、変換部４における変換処理の際に読み出される。

この変換部４における各電動機Ｍ１〜Ｍ３の実パルス数情報から基準パルス数情報への変換の処理を、図３を用いて具体的に説明する。図３は、第１電動機Ｍ１、第２電動機Ｍ２及び第３電動機Ｍ３のそれぞれの実パルス数を表す軸であるＭ１軸、Ｍ２軸、Ｍ３軸の３つの軸を横軸（ｘ軸）とし、第１電動機Ｍ１、第２電動機Ｍ２及び第３電動機Ｍ３の基準パルス数を表す軸を縦軸（ｙ軸）として、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の実パルス数情報を変換係数ａ１、ａ２及びａ３により基準パルス数情報に変換する際の変換関数を表すグラフである。この図に示すように、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の実パルス数をｘ、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の基準パルス数をｙとすると、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の変換関数はそれぞれ「ｙ＝ａ１ｘ」、「ｙ＝ａ２ｘ」、「ｙ＝ａ３ｘ」となる。ここで、変換係数は、ａ１＝４、ａ２＝２、ａ３＝１であるので、変換部４における基準パルス数情報への変換関数は、具体的には、第１電動機Ｍ１については「ｙ＝４ｘ」、第２電動機Ｍ２については「ｙ＝２ｘ」、第３電動機Ｍ３については「ｙ＝ｘ」となる。例えば、ある時点における第１電動機Ｍ１の実パルス数が「１６０」、第２電動機Ｍ２の実パルス数が「２８５」、第３電動機Ｍ３の実パルス数が「６００」のとき、変換部４における変換後の各電動機Ｍ１〜Ｍ３の基準パルス数は、それぞれ第１電動機Ｍ１が「６４０」、第２電動機Ｍ２が「５７０」、第３電動機Ｍ３が「６００」となる。ここで、全ての電動機Ｍ１〜Ｍ３が設計通りの理想的な動作を行った場合、すなわち各電動機Ｍ１〜Ｍ３の実パルス数が理論パルス数と等しい場合には、全ての電動機Ｍ１〜Ｍ３の基準パルス数が一致することから、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の基準パルス数の差異が制御の誤差と考えることができる。したがって、このように各電動機Ｍ１〜Ｍ３の実パルス数情報を基準パルス数情報に変換することにより、制御部６においては、統一された尺度である基準パルス数の比較のみによって容易に制御の誤差を検知することが可能となる。

制御部６では、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の基準パルス数情報に基づいて、上記のような制御の誤差を解消するように、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の動作制御が行われる。すなわち、制御部６は、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の基準パルス数情報を比較し、基準パルス数が進んでいる電動機の速度を低減し、基準パルス数が遅れている電動機の速度を増加させる制御を行う。このような制御部６における制御のアルゴリズムは、記憶部５に記憶されている。

図４は、本実施形態における制御部６による各電動機Ｍ１〜Ｍ３の動作制御の方法を示す説明図である。この図に示すように、本実施形態においては、制御部６は、まず各電動機Ｍ１〜Ｍ３の現在の基準パルス数の平均値Ａｖｅを演算する。例えば、既に説明した図３に示すように、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の現在の基準パルス数が、それぞれ第１電動機Ｍ１が「６４０」、第２電動機Ｍ２が「５７０」、第３電動機Ｍ３が「６００」である場合、これらの平均値Ａｖｅは「Ａｖｅ＝６０３．３３３・・・」となる。そして、平均値Ａｖｅよりも基準パルス数が進んでいる、すなわち基準パルス数の値が大きい電動機である第１電動機Ｍ１の速度ｖ１を減少させ、平均値Ａｖｅよりも基準パルス数が遅れている、すなわち基準パルス数の値が小さい電動機である第２電動機Ｍ２の速度ｖ２及び第３電動機Ｍ３の速度ｖ３を増加させる制御を行う。なお、電動機がハンチングを起こすことを防止するために、平均値Ａｖｅの前後に一定範囲の許容誤差領域を定め、その許容誤差領域内に基準パルス数がある電動機について速度を変更しないように制御する場合もある。本実施形態においては、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の速度ｖ１〜ｖ３の制御は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御により行うので、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の速度ｖ１〜ｖ３の増加又は減少の制御は、デューティー比の増加又は減少により行う。

各電動機Ｍ１〜Ｍ３の速度ｖ１〜ｖ３の増加又は減少の制御のためのデューティー比の増加又は減少の方法としては、例えば、数十ｍｓ程度の短時間毎にデューティー比を数％ずつ増加又は減少させることにより行うことが可能である。これにより、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の速度ｖ１〜ｖ３は平均値Ａｖｅの演算の度に増加又は減少し、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の基準パルス数が平均値Ａｖｅに近づくように速度制御されるので、急激に速度を変化させることなく、全ての電動機Ｍ１〜Ｍ３の基準パルス数を平均値Ａｖｅの近傍に収束させることができる。また、例えば、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の基準パルス数の平均値Ａｖｅとの差に比例する大きさでデューティー比を増加又は減少させることにより、速度ｖ１〜ｖ３の増加又は減少の制御を行うことも可能である。なお、各電動機Ｍ１〜Ｍ３の動作開始時の初期デューティー比は、記憶部５に記憶されている。

上記実施形態においては、第１電動機Ｍ１、第２電動機Ｍ２及び第３電動機Ｍ３が、同時に動作を開始し、同時に停止する場合について説明したが、実際の電動機の制御装置では、複数の電動機の中に動作の開始時期及び停止時期が異なるものがあり、一部の電動機が遅れて動作を開始し、或いは先に動作を停止するような制御も行う場合がある。そのような制御を行う場合には、動作中の電動機の動作停止又は停止中の電動機の動作開始がない間を一の制御領域とし、各制御領域毎に動作中の複数の電動機を対象として動作制御を行う。このようにすることにより、複数の電動機の中に動作開始時期及び動作停止時期が異なるものがある場合であっても、動作中の複数の電動機のみを対象とすることとなり、上記実施形態と全く同様の構成の制御装置により、制御を行うことが可能となる。

本発明は、例えば、複数方向への駆動を各方向に対応する電動機により行う場合等のように、特性及び負荷の一方又は双方が異なる複数の電動機の同期制御を行うための制御装置に好適に用いることができる。

本実施形態に係る電動機の制御装置の適用対象の一例である福祉車両の座席の移動の態様を示す模式図本実施形態に係る電動機の制御装置の機能ブロック図本実施形態に係る電動機の制御装置の変換部において実パルス数情報を基準パルス数情報に変換する際の変換関数を表すグラフ本実施形態に係る電動機の制御装置の制御部による各電動機の動作制御の方法を示す説明図

符号の説明

３検知部
４変換部
６制御部
Ｍ１第１電動機
Ｍ２第２電動機
Ｍ３第３電動機
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３センサ
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３積算器
ａ１、ａ２、ａ３変換係数

Claims

特性及び負荷の一方又は双方が異なる複数の電動機の同期制御を行う制御装置であって、
各電動機の実動作量を検知してそれを実動作量情報として出力する検知部と、
各電動機の前記実動作量情報に対して、前記複数の電動機の任意の時点における理論動作量を一致させるように変換する変換係数をそれぞれ乗じ、各電動機の基準動作量情報に変換して出力する変換部と、
各電動機の前記基準動作量情報に基づいて、各電動機の動作制御を行う制御部と
を備える電動機の制御装置。
前記変換係数は、前記複数の電動機の各理論動作量の比に基づいて定めた定数である請求項１に記載の電動機の制御装置。
前記制御部は、前記複数の電動機の前記基準動作量情報を比較し、その基準動作量が進んでいる電動機の速度を低減し、基準動作量が遅れている電動機の速度を増加させる請求項１又は２に記載の電動機の制御装置。
動作中の電動機の動作停止又は停止中の電動機の動作開始がない間を一の制御領域とし、各制御領域毎に動作中の複数の電動機を対象として動作制御を行う請求項１から３の何れか１項に記載の電動機の制御装置。