JP2007288925A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つのモータを同期制御する場合において、モータの回転速度および相対位置を独立して制御することができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】第１モータ４の回転速度と、第２モータ８の回転速度との和に基づいて得られる速度制御量を並進速度コントローラ２０へフィードバックし、この速度制御量と目標速度とに基づいて、並進速度コントローラ２０から各モータ４，８に対し回転速度指令を与える。また、第１モータ４の回転角度と、第２モータ８の回転角度との差に基づいて得られる角度制御量を差動量コントローラ４０へフィードバックし、この角度制御量と目標差動量とに基づいて、差動量コントローラ４０から各モータ４，８に対し回転角度指令を与える。
【選択図】図２

Description

本発明は、２つのモータを用いて１つの被移動体を移動させる場合のモータの回転速度および回転角度の制御技術に関する。

例えば、車室上部に開閉自在なルーフを備え、このルーフが折り畳まれて後部トランク内に収納されるようになっているコンバーチブル車では、ルーフやトランクなどの被移動体の移動は、左右に配備された２つのモータを回転させることにより行われる。しかしながら、モータの特性のばらつきや、モータにより駆動されるリンク機構の摩擦力のばらつき、あるいは車体の傾きによるモータの負荷の差などに基因して、２つのモータの回転速度や回転角度（位置）が異なると、被移動体にアンバランスな力が作用して被移動体が変形し、極端な場合は破損することがある。そこで、２つのモータに対して同期制御を行う制御装置が下記の特許文献１、特許文献２で提案されている。

特許文献１は、各モータの現在位置と目標速度から単位時間後の目標位置を算出する一方、各モータの現在位置と現在速度から単位時間後の予測位置を算出し、算出された目標位置と予測位置とを比較してモータの出力量を決定することにより、各モータの予測位置が共通の目標位置に徐々に近づくように同期制御を行い、モータ間の位置ずれを抑制するものである。特許文献２は、第１のモータに対しては従来の同様の速度制御を行い、第２のモータに対しては、速度制御ではなく、第１のモータの回転角度の絶対値を基準として、これに同期して追従させる位置制御とすることにより、モータ間の位置ずれを抑制するものである。

特許第３４６７４４０号公報 特許第３５５０１１４号公報

従来のモータ制御装置においては、２つのモータに対して同期制御を行うことによりモータ間の位置ずれをなくすことができるが、回転速度と回転角度とを独立して制御することはできなかった。例えば、２つのモータの回転角度の差、すなわち相対位置を制御パラメータとし、その目標値を任意に設定しようとすると、回転速度の操作量に影響を与え、速度が目標値から変動することになる。したがって、位置の制御パラメータが変化しても速度を目標値に維持するような制御を実現することは困難であった。

本発明は、２つのモータを同期制御する場合において、モータの回転速度および相対位置を独立して制御することができるモータ制御装置を提供することを目的としている。

本発明に係るモータ制御装置は、第１および第２のモータを回転させて１つの被移動体を移動させる場合に、２つのモータの回転速度および回転角度の制御を行なうモータ制御装置であって、第１のモータの回転速度を検出する第１の速度検出手段と、第２のモータの回転速度を検出する第２の速度検出手段と、第１のモータの回転角度を検出する第１の角度検出手段と、第２のモータの回転角度を検出する第２の角度検出手段と、第１の速度検出手段で検出された第１のモータの回転速度、および第２の速度検出手段で検出された第２のモータの回転速度に対して所定の演算を行い、フィードバック用の速度制御量を算出する第１の算出手段と、第１の角度検出手段で検出された第１のモータの回転角度、および第２の角度検出手段で検出された第２のモータの回転角度に対して所定の演算を行い、フィードバック用の角度制御量を算出する第２の算出手段と、第１および第２のモータの回転速度の目標値である目標速度と第１の算出手段で算出された速度制御量とに基づいて、各モータに対し回転速度の指令を与える速度指令手段と、第１および第２のモータの回転角度の差の目標値である目標差動量と第２の算出手段で算出された角度制御量とに基づいて、各モータに対し回転角度の指令を与える角度指令手段とを備えたものである。

このような構成によると、２つのモータの回転速度から得られる速度制御量が速度指令手段にフィードバックされ、この速度制御量に基づく回転速度指令が速度指令手段から各モータへ与えられるので、２つのモータの回転速度が等しくなるように制御することができる。また、２つのモータの回転角度から得られる角度制御量が角度指令手段にフィードバックされ、この角度制御量に基づく回転角度指令が角度指令手段から各モータへ与えられるので、２つのモータの回転角度が等しくなるように制御することができる。したがって、モータ間で回転速度および回転角度が同じとなるので、２つのモータによって１つの被移動体を移動させる場合に、被移動体にアンバランスな力が作用することがなく、被移動体の変形や破損を防止することができる。

また、各モータの回転速度に対して所定の演算を行って得られる速度制御量を速度指令手段にフィードバックすることで、目標差動量が変化しても、回転速度の制御に影響を与えないようにすることができるとともに、各モータの回転角度に対して所定の演算を行って得られる角度制御量を角度指令手段にフィードバックすることで、目標速度が変化しても、回転角度の制御に影響を与えないようにすることができる。このため、モータの回転速度と相対位置（回転角度の差）とを独立して制御することが可能となる。

本発明において、第１の算出手段は、第１の速度検出手段で検出された第１のモータの回転速度と、第２の速度検出手段で検出された第２のモータの回転速度との和を演算し、当該和に基づいて速度制御量を算出し、第２の算出手段は、第１の角度検出手段で検出された第１のモータの回転角度と、第２の角度検出手段で検出された第２のモータの回転角度との差を演算し、当該差に基づいて角度制御量を算出するように構成することができる。

本発明において、速度指令手段は、目標速度と速度制御量との偏差に対して比例・積分動作を行なう第１の制御要素を備え、この第１の制御要素の出力に基づいて回転速度の指令を各モータに与えるように構成することができる。

この場合、速度指令手段は、目標速度をフィードフォワードする第２の制御要素を更に備え、第１および第２の制御要素の各出力に基づいて回転速度の指令を各モータに与えるようにしてもよい。

また、本発明において、角度指令手段は、目標差動量と角度制御量との偏差に対して比例・積分動作を行なう第３の制御要素を備え、この第３の制御要素の出力に基づいて回転角度の指令を各モータに与えるように構成することができる。

本発明によれば、２つのモータの回転速度と回転角度が同じになるように制御でき、かつ、回転速度および相対位置を独立して制御できるモータ制御装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置の電気ブロック図である。１は車両のルーフやトランクなどの被移動体の開閉を操作するための操作スイッチ、２は操作スイッチ１の操作に基づいてルーフ等の開閉動作の制御を行う制御部である。３は制御部２から与えられる制御信号に基づいて第１モータ４を駆動するモータ駆動回路、５は第１モータ４の回転に同期したパルスを出力するロータリエンコーダ、６はロータリエンコーダ５から出力されるパルスを検出するパルス検出回路である。７は制御部２から与えられる制御信号に基づいて第２モータ８を駆動するモータ駆動回路、９は第２モータ８の回転に同期したパルスを出力するロータリエンコーダ、１０はロータリエンコーダ９から出力されるパルスを検出するパルス検出回路である。１１はＲＯＭやＲＡＭ等から構成されるメモリ、１２はメモリ１１にあらかじめ記憶されている目標速度テーブルである。第１モータ４と第２モータ８は、ルーフやトランクなどの被移動体の左右に配備されており、２つのモータ４，８の回転によって１つの被移動体を移動させるようになっている。

操作スイッチ１を操作すると、制御部２に開閉指令が与えられ、モータ駆動回路３，７により第１モータ４および第２モータ８が正転または逆転する。モータ４，８の回転により、各モータと連動するリンク機構（図示省略）を介してルーフやトランクの開閉動作が行われる。パルス検出回路６，１０はロータリエンコーダ５，９から出力されるパルスを検出し、制御部２はこの検出結果に基づきモータ４，８の回転速度および回転角度（位置）を算出して、モータ駆動回路３，７を介してモータ４，８の回転を制御する。

図２は、制御部２における制御動作を示した制御ブロック図である。２０は、２つのモータ４，８の回転速度が同じになるように制御する並進速度コントローラ、４０は、２つのモータ４，８の回転角度の差（差動量）が一定値になるように制御する差動量コントローラである。並進速度コントローラ２０には、メモリ１１の目標速度テーブル１２（図１）から読み出された目標速度、すなわち２つのモータ４，８の回転速度の目標値が入力され、差動量コントローラ４０には、目標差動量、すなわち２つのモータ４，８の回転角度の差の目標値が入力される。各モータ４，８に対して位置ずれがないように制御を行う場合は、この目標差動量としてゼロが与えられる。

並進速度コントローラ２０において、２１は目標速度と後述する速度制御量との偏差を演算する演算器である。演算器２１で演算された偏差は、比例要素２２に入力されるとともに、積分器２３を介して積分要素２４に入力される。比例要素２２は、入力される偏差の大きさに比例した信号を出力する比例動作を行なう。積分器２３は前記偏差に対して時間積分を行い、積分要素２４は時間積分値に比例した信号を出力する積分動作を行なう。比例動作と積分動作を組み合わせることにより、応答が滑らかでオフセットのない制御を行うことができる。２５はフィードフォワード要素であって、目標速度と等しい値の速度値を出力する。比例動作と積分動作に更にフィードフォワード動作を組み合わせることにより、目標値に対する良好な応答特性を得ることができる。

比例要素２２、積分要素２４およびフィードフォワード要素２５の各出力は、演算器２６において加算される。２７は演算器２６の出力と後述する演算器４５の出力とを加算する演算器である。演算器２７の出力は、操作量として第１モータ４に与えられる。２８は第１モータ４の回転速度に基づいて回転角度（位置）を検出する角度検出器、２９は第１モータ４の回転速度と第２モータ８の回転速度との和を計算する演算器、３０はこの和の平均値を算出する平均値算出部である。平均値算出部３０の出力は、フィードバック用の速度制御量として演算器２１に与えられる。

差動量コントローラ４０において、４１は目標差動量と後述する角度制御量との偏差を演算する演算器である。演算器４１で演算された偏差は、比例要素４２に入力されるとともに、積分器４３を介して積分要素４４に入力される。比例要素４２は、入力される偏差の大きさに比例した信号を出力する比例動作を行なう。積分器４３は前記偏差に対して時間積分を行い、積分要素４４は時間積分値に比例した信号を出力する積分動作を行なう。比例動作と積分動作を組み合わせることにより、応答が滑らかでオフセットのない制御を行うことができる。

比例要素４２および積分要素４４の各出力は、演算器４５において加算される。４６は前述の演算器２６の出力に対して演算器４５の出力を減算する演算器である。演算器４６の出力は、操作量として第２モータ８に与えられる。４７は第２モータ８の回転速度に基づいて回転角度（位置）を検出する角度検出器、４８は第１モータ４の回転角度と第２モータ８の回転角度との差を計算する演算器、４９は各モータ４，８の回転角度の平均値を算出する平均値算出部である。平均値算出部４９の出力は、フィードバック用の角度制御量として演算器４１に与えられる。

以上において、ロータリエンコーダ５およびパルス検出回路６は、制御部２とともに本発明における第１の速度検出手段の一実施形態を構成し、ロータリエンコーダ９およびパルス検出回路１０は、制御部２とともに本発明における第２の速度検出手段の一実施形態を構成している。また、角度検出器２８は本発明における第１の角度検出手段の一実施形態を構成し、角度検出器４７は本発明における第２の角度検出手段の一実施形態を構成している。また、演算器２９および平均値算出部３０は、本発明における第１の算出手段の一実施形態を構成し、演算器４８および平均値算出部４９は、本発明における第２の算出手段の一実施形態を構成している。また、並進速度コントローラ２０は、本発明における速度指令手段の一実施形態を構成し、差動量コントローラ４０は、本発明における角度指令手段の一実施形態を構成している。さらに、比例要素２２、積分器２３および積分要素２４は、本発明における第１の制御要素を構成し、フィードフォワード要素２５は、本発明における第２の制御要素を構成し、比例要素４２、積分器４３および積分要素４４は、本発明における第３の制御要素を構成している。

次に、モータ４，８の制御動作について説明する。図１に示すように、目標速度テーブル１２には、被移動体の位置に応じた目標速度が設定されており、操作スイッチ１を操作してルーフ等の被移動体の開閉動作を開始すると、開閉位置に応じた目標速度が並進速度コントローラ２０に与えられる。この目標速度は各制御要素２２〜２５に入力され、比例、積分、フィードフォワードの各処理が行なわれる。それらの結果は、演算器２６で加算され、並進速度コントローラ２０の出力として演算器２７に入力される。また、並進速度コントローラ２０の出力は演算器４６に入力される。一方、差動量コントローラ４０には、目標差動量が入力される。この目標差動量は各制御要素４２〜４４に入力され、比例、積分の各処理が行なわれる。それらの結果は、演算器４５で加算され、差動量コントローラ４０の出力として演算器４６に入力される。また、差動量コントローラ４０の出力は演算器２７に入力される。差動量コントローラ４０の出力が演算器２７には＋入力として与えられ、演算器４６には−入力として与えられるのは、後述のように角度差を求めるために第１モータ４の角度が演算器４８に＋入力として与えられ、第２モータ８の角度が演算器４８に−入力として与えられることと対応している。なお、目標差動量の値は任意に設定することができるが、以下の説明では、２つのモータ４，８を位置ずれがないように制御する場合を想定して、目標差動量＝０とする。

演算器２７では、並進速度コントローラ２０の出力と、差動量コントローラ４０の出力とを加算し、その結果を第１モータ４に対する操作量として出力する。並進速度コントローラ２０の出力は回転速度指令であり、差動量コントローラ４０の出力は回転角度指令である。第１モータ４は、これらの指令に基づき、所定の回転速度および回転角度で回転する。一方、演算器４６では、並進速度コントローラ２０の出力（回転速度指令）から、差動量コントローラ４０の出力（回転角度指令）を減算し、その結果を第２モータ８に対する操作量として出力する。第２モータ８は、これらの指令に基づき、所定の回転速度および回転角度で回転する。

第１モータ４の回転速度と第２モータ８の回転速度とは、演算器２９に入力され、ここで両者の和が演算される。この演算結果は、平均値算出部３０に入力される。平均値算出部３０では、演算器２９で求められた速度の和に対して１／２を乗じることにより、２つのモータ４，８の回転速度の平均値が算出される。この平均値は、速度制御量として演算器２１にフィードバックされ、演算器２１で目標値と比較されて偏差が求められる。そして、偏差がゼロでない場合、すなわち外乱等により回転速度の変動があった場合は、制御要素２２〜２４による比例・積分動作により、回転速度が目標値となるような回転速度指令が並進速度コントローラ２０から各モータ４，８に対して出力される。

また、第１モータ４の回転角度と第２モータ８の回転角度とは、演算器４８に入力され、ここで両者の差（差動量）が演算される。この演算結果は、平均値算出部４９に入力される。平均値算出部４９では、演算器４８で求められた差動量に対して１／２を乗じることにより、２つのモータ４，８の回転角度の平均値が算出される。この平均値は、角度制御量として演算器４１にフィードバックされ、演算器４１で目標値（＝０）と比較されて偏差が求められる。そして、偏差がゼロでない場合、すなわち外乱等により回転角度の差（差動量）に変動があった場合は、制御要素４２〜４４による比例・積分動作により、角度差が目標値（＝０）となるように、すなわちモータ４，８間で位置ずれがなくなるように、差動量コントローラ４０から各モータ４，８に回転角度指令が出力される。

このように、本実施形態では、各モータ４，８の回転速度に基づいて得られる速度制御量を並進速度コントローラ２０へフィードバックし、この速度制御量と目標速度とに基づいて、並進速度コントローラ２０が各モータ４，８に対し回転速度指令を与えるとともに、各モータ４，８の回転角度に基づいて得られる角度制御量を差動量コントローラ４０へフィードバックし、この角度制御量と目標差動量とに基づいて、差動量コントローラ４０が各モータ４，８に対し回転角度指令を与えるように構成している。このため、並進速度コントローラ２０からの回転速度指令により、各モータ４，８は回転速度が等しくなるように制御されるとともに、差動量コントローラ４０からの回転角度指令により、各モータ４，８は回転角度が等しくなるように制御される。したがって、２つのモータ４，８によって１つのルーフ等の被移動体を移動させる場合に、被移動体にアンバランスな力が作用することがなく、被移動体の変形や破損を防止することができる。

また、各モータ４，８の回転速度の平均値演算により得られる速度制御量を並進速度コントローラ２０へフィードバックすることで、目標差動量が変化しても、回転速度の制御に影響を与えないようにすることができる。すなわち、図２において、目標差動量が０からある値に変更されると、差動量コントローラ４０の出力が変化し、この出力は＋の指令として演算器２７へ与えられる一方、−の指令として演算器４６へ与えられる。演算器２７への＋指令により第１モータ４の回転速度は増加し、演算器４６への−指令より第２モータ８の回転速度は減少して、各モータ４，８間で角度の差（差動量）が生じる。このとき、それぞれのモータ４，８の回転速度は、前述のとおり演算器２９および平均値算出部３０で平均化され、第１モータ４の回転速度の増加分と第２モータ８の回転速度の減少分が相殺されるため、平均値算出部３０から並進速度コントローラ２０へフィードバックされる速度制御量は、目標差動量が０の場合と変わらない。したがって、並進速度コントローラ２０から出力される回転速度の指令値も変わらないので、目標差動量が変化しても各モータ４，８の速度制御のパラメータは影響を受けず、角度（相対位置）のみを独立して制御することができる。

図３は、目標差動量が変化した場合の回転速度の制御結果の一例を示す図である。図３（ａ）の破線は目標速度、実線は速度の制御結果（並進速度コントローラ２０の出力）を表しており、図３（ｂ）の破線は目標差動量、実線は差動量の制御結果（差動量コントローラ４０の出力）を表している。図３（ｂ）のように、例えば目標差動量が０→３→０と変化しても、図３（ａ）の速度制御結果は変化せず、目標速度（＝５０）を維持している。すなわち、目標差動量の変化により速度制御結果が影響を受けないことがわかる。

したがって、本実施形態では、目標差動量を相対位置の制御パラメータとして任意に設定できるので、相対位置と回転速度を独立して制御することができ、２つのモータの回転角度が同じになるように制御するだけでなく、用途に応じて２つのモータが一定の角度差を維持するように制御することも可能となる。このため、位置の制御に汎用性をもたせることができる。

また、図２においては、各モータ４，８の回転角度の差に基づいて得られる角度制御量を差動量コントローラ４０へフィードバックすることで、目標速度が変化しても回転角度の制御に影響を与えないようになっている。すなわち、目標速度に応じてモータ４，８の速度が変化して回転角度が変化した場合、演算器４８で回転角度の差が演算され角度の変化分が相殺されるので、平均値算出部４９を介して差動量コントローラ４０へフィードバックされる角度制御量は、目標速度が変化する前と変わらない。したがって、差動量コントローラ４０から出力される回転角度の指令値も変わらないので、目標速度が変化しても各モータ４，８の角度制御のパラメータは影響を受けず、速度のみを独立して制御することができる。

上述した実施形態では、並進速度コントローラ２０にフィードバック制御のための比例要素２２と積分要素２４を設けるとともに、フィードフォワード制御のためのフィードフォワード要素２５を設けた構成としたが、フィードフォワード要素２５を省略して、フィードバック制御のみを行なうようにしてもよい。また、比例要素２２と積分要素２４のほかに、微分要素を追加して応答性を高めるようにしてもよい。差動量コントローラ４０においても同様である。

また、上述した実施形態においては、演算器２９，４８の演算結果に対して平均値算出部３０，４９で１／２を乗じて平均化処理を行なったが、これに限らず、演算器２９，４８の演算結果に対して任意の係数を乗じてもよい。

さらに、上述した実施形態においては、車両のルーフやトランク等の開閉に用いられるモータ制御装置を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、例えばダンプカーの荷台のような被移動体を２台のモータで駆動する場合などにも適用することができる。

本発明の実施形態に係るモータ制御装置の電気ブロック図である。 制御動作を示した制御ブロック図である。 目標差動量が変化した場合の回転速度の制御結果の一例を示す図である。

符号の説明

１ 操作スイッチ
２ 制御部
３ モータ駆動回路
４ 第１モータ
５ ロータリエンコーダ
６ パルス検出回路
７ モータ駆動回路
８ 第２モータ
９ ロータリエンコーダ
１０ パルス検出回路
１１ メモリ
１２ 目標速度テーブル
２０ 並進速度コントローラ
２２ 比例要素
２３ 積分器
２４ 積分要素
２５ フィードフォワード要素
２８ 角度検出器
２９ 演算器
３０ 平均値算出部
４０ 差動量コントローラ
４２ 比例要素
４３ 積分器
４４ 積分要素
４７ 角度検出器
４８ 演算器
４９ 平均値算出部

Claims (5)

1. 第１および第２のモータを回転させて１つの被移動体を移動させる場合に、前記２つのモータの回転速度および回転角度の制御を行なうモータ制御装置であって、
   第１のモータの回転速度を検出する第１の速度検出手段と、
   第２のモータの回転速度を検出する第２の速度検出手段と、
   第１のモータの回転角度を検出する第１の角度検出手段と、
   第２のモータの回転角度を検出する第２の角度検出手段と、
   前記第１の速度検出手段で検出された第１のモータの回転速度、および前記第２の速度検出手段で検出された第２のモータの回転速度に対して所定の演算を行い、フィードバック用の速度制御量を算出する第１の算出手段と、
   前記第１の角度検出手段で検出された第１のモータの回転角度、および前記第２の角度検出手段で検出された第２のモータの回転角度に対して所定の演算を行い、フィードバック用の角度制御量を算出する第２の算出手段と、
   第１および第２のモータの回転速度の目標値である目標速度と前記第１の算出手段で算出された速度制御量とに基づいて、各モータに対し回転速度の指令を与える速度指令手段と、
   第１および第２のモータの回転角度の差の目標値である目標差動量と前記第２の算出手段で算出された角度制御量とに基づいて、各モータに対し回転角度の指令を与える角度指令手段と、
   を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記第１の算出手段は、第１の速度検出手段で検出された第１のモータの回転速度と、第２の速度検出手段で検出された第２のモータの回転速度との和を演算し、当該和に基づいて速度制御量を算出し、
   前記第２の算出手段は、第１の角度検出手段で検出された第１のモータの回転角度と、第２の角度検出手段で検出された第２のモータの回転角度との差を演算し、当該差に基づいて角度制御量を算出することを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記速度指令手段は、前記目標速度と速度制御量との偏差に対して比例・積分動作を行なう第１の制御要素を備え、
   前記第１の制御要素の出力に基づいて回転速度の指令を各モータに与えることを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項３に記載のモータ制御装置において、
   前記速度指令手段は、前記目標速度をフィードフォワードする第２の制御要素を更に備え、
   前記第１および第２の制御要素の各出力に基づいて回転速度の指令を各モータに与えることを特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記角度指令手段は、前記目標差動量と角度制御量との偏差に対して比例・積分動作を行なう第３の制御要素を備え、
   前記第３の制御要素の出力に基づいて回転角度の指令を各モータに与えることを特徴とするモータ制御装置。
   

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