JP2008141923A - Motor drive control device, power assist device, and responsive feedback control method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、モータ駆動制御装置、電動アシスト装置及び応答性フィードバック制御方法に係り、特に、モータの回転速度(より詳しくは、モータの回転子の回転速度)のフィードバック制御を行うモータ駆動制御装置、当該モータ駆動制御装置を備えた電動アシスト装置及び応答性フィードバック制御方法に関する。 The present invention relates to a motor drive control device, an electric assist device, and a responsive feedback control method, and in particular, a motor drive control device that performs feedback control of a rotation speed of a motor (more specifically, a rotation speed of a rotor of a motor), The present invention relates to an electric assist device including the motor drive control device and a responsive feedback control method.
食器類や調理具などの物品を収納するために台所等に設けられている吊戸棚は、一般的に流し台の上面部など高い位置に設けられている。このため、吊戸棚は重い物品や大きな物品の出し入れが不便であった。 A hanging cabinet provided in a kitchen or the like for storing articles such as tableware and cooking utensils is generally provided at a high position such as an upper surface of a sink. For this reason, it was inconvenient for the hanging cabinet to take in and out heavy items and large items.
そこで、吊戸棚に対する物品の出し入れを容易にするための技術として、特許文献1には、台所等の上面部の壁に取付けられる外箱に、電動式昇降機構によって上下動する内箱を設けた構成とされた電動昇降吊戸棚が記載されている。この電動昇降吊戸棚では、物品を出し入れする際に、操作部に設けられたスイッチを操作して内箱を下降させることにより、吊戸棚に対する物品の出し入れを容易なものとしていた。
ところで、上記特許文献1に記載の電動昇降吊戸棚は、内箱の昇降速度を低速にした場合、物品を出し入れ可能な位置に内箱を下降させたり、外箱に収納される位置に内箱を上昇させたりするまでに時間がかかり、使い勝手が悪かった。これに対し、内箱の昇降速度を速くした場合、使い勝手は向上するものの、単位時間当たりの内箱の昇降距離が長くなるため、例えば、内箱と外箱の間に物を挟んだ場合に、ユーザが操作部に対して内箱の昇降動作の停止を指示するまでに内箱が昇降する昇降距離が長くなる。
By the way, when the raising / lowering speed of the inner box is lowered, the electric lifting / lowering cabinet described in
このため、特許文献1に記載の電動昇降吊戸棚を適用する場合、昇降速度を低速にせざるを得ないのが実情である。
For this reason, when applying the electric lifting / lowering cabinet described in
そこで、例えば、内箱にグリップバーなどの把持部を設け、ユーザがグリップバーに対して内箱を昇降させるために力を加えた際の当該グリップバーに生じるひずみの向き及び大きさを検出し、検出結果に応じてモータの目標回転速度を求め、モータの回転速度を目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行うことにより、グリップバーに対して加えられた力に応じた回転速度でモータを回転させることによって、ユーザの内箱に対する昇降動作をアシストする電動アシスト装置を備えた電動吊戸棚が考えられる。 Therefore, for example, a grip portion such as a grip bar is provided in the inner box, and the direction and magnitude of the strain generated in the grip bar when the user applies a force to raise and lower the inner box with respect to the grip bar are detected. Rotational speed according to the force applied to the grip bar by obtaining the target rotational speed of the motor according to the detection result and performing feedback control to control the rotational speed of the motor to match the target rotational speed An electric hanging cabinet provided with an electric assist device that assists the user in raising and lowering the inner box by rotating the motor is conceivable.
ところで、このようなフィードバック制御の一種として、PID制御が知られている。このPID制御は、P制御(比例制御)とI制御(積分制御)とD制御(微分制御)を併用したフィードバック制御であり、例えば、目標回転速度に対するモータの回転速度の偏差(速度差)、偏差を時間積分した積分値、及び偏差を時間微分した微分値をそれぞれ求め、当該求めた偏差と積分値と微分値を加算し、当該加算により得られた値に対して所定のゲイン係数を乗算し、当該乗算により得られた値に基づいてモータの回転速度を制御している。 Incidentally, PID control is known as a kind of such feedback control. This PID control is feedback control using both P control (proportional control), I control (integral control), and D control (differential control). For example, the motor rotational speed deviation (speed difference) with respect to the target rotational speed, The integral value obtained by time-integrating the deviation and the differential value obtained by time-differentiating the deviation are obtained, and the obtained deviation, the integral value, and the differential value are added, and the value obtained by the addition is multiplied by a predetermined gain coefficient. Then, the rotational speed of the motor is controlled based on the value obtained by the multiplication.
このPID制御では、ゲイン係数を比較的大きな値とした場合、偏差に応じたモータの回転速度の単位時間当たりの調整量が大きいため、一例として図13(A)に示されるように、目標回転速度が変更された際に、モータの回転速度が目標回転速度に到達するまでの到達時間が短く、速度応答性が高い。 In this PID control, when the gain coefficient is set to a relatively large value, the adjustment amount per unit time of the rotation speed of the motor corresponding to the deviation is large, and as an example, as shown in FIG. When the speed is changed, the arrival time until the rotational speed of the motor reaches the target rotational speed is short, and the speed responsiveness is high.
しかしながら、この場合、一例として図13(B)に示されるように、目標回転速度が振動した際に、当該振動に伴ってモータの回転速度にハンチングが発生する場合がある、という問題点があった。 However, in this case, as shown in FIG. 13B as an example, when the target rotational speed vibrates, there is a problem that hunting may occur in the rotational speed of the motor along with the vibration. It was.
例えば、上述したユーザの内箱に対する昇降動作をアシストする電動アシスト装置を備えた電動吊戸棚が、PID制御によりモータの回転速度を制御しており、ゲイン係数に比較的大きな値が設定されていたとする。この場合に、ユーザがグリップバーに対して加える力を調整して内箱を緩やかに昇降させようとしたとすると、グリップバーのひずみ量に応じたモータの回転速度の調整量が大きいため、モータの回転に伴って内箱が昇降する昇降速度が、グリップバーを昇降させるユーザの手の昇降速度よりも速くなり、グリップバーに対して手が置き去りとなってしまう場合がある。 For example, the electric hanging cabinet provided with the above-described electric assist device that assists the user in raising and lowering the inner box controls the rotational speed of the motor by PID control, and the gain coefficient is set to a relatively large value. To do. In this case, if the user attempts to gently lift the inner box by adjusting the force applied to the grip bar, the motor rotation speed adjustment amount corresponding to the strain amount of the grip bar is large. The raising / lowering speed at which the inner box moves up / down with the rotation of the user box becomes faster than the raising / lowering speed of the user's hand raising / lowering the grip bar, and the hand may be left behind.
このように、手が置き去りになると、グリップバーのひずみ量が小さくなって目標回転速度が低下し、内箱の昇降速度も低下する。そして、この内箱の昇降速度の低下によってユーザの手がグリップバーに追いつくことにより、グリップバーのひずみ量が大きくなって目標回転速度が上昇し、内箱の昇降速度がユーザの手の昇降速度よりも再度速くなり、グリップバーに対して手が再度置き去りとなることが繰り返されてしまう結果、この目標回転速度の振動に伴ってモータの回転速度にハンチングが発生してしまう。 Thus, when the hand is left behind, the strain amount of the grip bar is reduced, the target rotational speed is lowered, and the raising / lowering speed of the inner box is also lowered. Then, when the user's hand catches up with the grip bar due to the lowering of the lifting speed of the inner box, the amount of distortion of the grip bar increases and the target rotation speed increases, and the lifting speed of the inner box becomes the lifting speed of the user's hand. As a result, the speed is again increased and the hand is left again with respect to the grip bar. As a result, hunting occurs in the rotational speed of the motor along with the vibration of the target rotational speed.
そして、モータの駆動力によりアシスト対象物に対するユーザの動作をアシストする電動アシスト装置では、低速動作時に、目標回転速度の振動に伴ってモータの回転速度にハンチングが発生すると、アシスト対象物に対するユーザの動作をスムーズにアシストすることはできない。 In the electric assist device that assists the user's operation on the assist target with the driving force of the motor, when hunting occurs in the rotation speed of the motor in association with the vibration of the target rotation speed during the low speed operation, The operation cannot be assisted smoothly.
これに対し、PID制御では、ゲイン係数を比較的小さな値とした場合、偏差に応じたモータの回転速度の単位時間当たりの調整量が小さいため、一例として図14(B)に示されるように、目標回転速度が振動した場合であっても、モータの回転速度にハンチングが発生しずらい。 On the other hand, in the PID control, when the gain coefficient is set to a relatively small value, the adjustment amount per unit time of the rotational speed of the motor corresponding to the deviation is small, and as shown in FIG. 14B as an example. Even when the target rotational speed vibrates, it is difficult for hunting to occur in the rotational speed of the motor.
しかしながら、この場合、一例として図14(A)に示されるように、目標回転速度が変更された際に、モータの回転速度が目標回転速度に到達するまでの到達時間が長くなり、速度応答性が低い、という問題点があった。 However, in this case, as shown in FIG. 14A as an example, when the target rotational speed is changed, the arrival time until the rotational speed of the motor reaches the target rotational speed becomes long, and the speed responsiveness is increased. There was a problem that was low.
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、速度応答性の低下を抑制しつつ、低速動作時に目標回転速度が振動した場合であってもモータの回転速度にハンチングが発生することを抑制することのできるモータ駆動制御装置、電動アシスト装置及び応答性フィードバック制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and hunting occurs in the rotational speed of the motor even when the target rotational speed vibrates during low-speed operation while suppressing a decrease in speed responsiveness. An object of the present invention is to provide a motor drive control device, an electric assist device, and a responsive feedback control method that can suppress this.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、モータの回転速度を検出する検出手段と、前記モータの目標回転速度を取得する取得手段と、前記目標回転速度に対する前記モータの回転速度の偏差に応じて前記モータの回転速度を前記目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行う際に、前記モータの回転速度が前記目標回転速度を超過するオーバーシュートを発生させない範囲内で、前記モータの回転速度の調整量を増幅するゲイン係数を、前記検出手段により検出された前記回転速度が速いほど大きな値となるように導出する導出手段と、前記取得手段により取得された前記目標回転速度に対する前記検出手段により検出された前記回転速度の偏差、及び前記導出手段により導出されたゲイン係数に基づいて前記フィードバック制御を行う制御手段と、を備えている。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項1記載の発明によれば、導出手段により、目標回転速度に対するモータの回転速度の偏差に応じてモータの回転速度を目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行う際に、モータの回転速度が目標回転速度を超過するオーバーシュートを発生させない範囲内で、モータの回転速度の調整量を増幅するゲイン係数が、モータの回転速度を検出する検出手段により検出された回転速度が速いほど大きな値となるように導出される。 According to the first aspect of the present invention, when performing the feedback control for controlling the motor rotation speed so as to coincide with the target rotation speed according to the deviation of the motor rotation speed with respect to the target rotation speed, the derivation means performs the motor control. The gain coefficient that amplifies the adjustment amount of the motor rotational speed is within a range that does not cause an overshoot in which the rotational speed of the motor exceeds the target rotational speed, and the rotational speed detected by the detecting means that detects the rotational speed of the motor is fast It is derived so as to be a large value.
そして、本発明では、制御手段により、モータの目標回転速度を取得する取得手段により取得された目標回転速度に対する検出手段により検出された回転速度の偏差、及び導出手段により導出されたゲイン係数に基づいてフィードバック制御が行われる。 In the present invention, based on the deviation of the rotational speed detected by the detection means with respect to the target rotational speed acquired by the acquisition means for acquiring the target rotational speed of the motor by the control means, and the gain coefficient derived by the derivation means. Feedback control is performed.
これにより、モータの回転速度が比較的低速の場合は導出されるゲイン係数が比較的小さく、モータの回転速度の単位時間当たりの調整量が小さいため、目標回転速度が振動した場合であってもモータの回転速度にハンチングが発生することを抑制することができる。また、モータの回転速度が高速になるほど導出されるゲイン係数も大きくなり、モータの回転速度の単位時間当たりの調整量も大きくなるため、速度応答性の低下を抑制することもできる。 As a result, when the rotational speed of the motor is relatively low, the derived gain coefficient is relatively small, and the adjustment amount per unit time of the rotational speed of the motor is small. The occurrence of hunting in the rotational speed of the motor can be suppressed. In addition, the gain coefficient derived as the motor rotational speed increases increases, and the adjustment amount per unit time of the motor rotational speed also increases, so that it is possible to suppress a decrease in speed response.
このように請求項1記載の発明によれば、モータの回転速度を検出すると共に、モータの目標回転速度を取得し、目標回転速度に対するモータの回転速度の偏差に応じてモータの回転速度を目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行う際に、モータの回転速度が目標回転速度を超過するオーバーシュートを発生させない範囲内で、モータの回転速度の調整量を増幅するゲイン係数を、検出した回転速度が速いほど大きな値となるように導出し、取得した目標回転速度に対する検出した回転速度の偏差、及び導出したゲイン係数に基づいてフィードバック制御を行っているので、速度応答性の低下を抑制しつつ、低速動作時に目標回転速度が振動した場合であってもモータの回転速度にハンチングが発生することを抑制することができる。 Thus, according to the first aspect of the present invention, the rotational speed of the motor is detected, the target rotational speed of the motor is acquired, and the rotational speed of the motor is targeted according to the deviation of the rotational speed of the motor with respect to the target rotational speed. When performing feedback control to match the rotation speed, a gain coefficient that amplifies the adjustment amount of the motor rotation speed within a range that does not cause an overshoot in which the rotation speed of the motor exceeds the target rotation speed, Derived so that the faster the detected rotational speed, the larger the value, and feedback control is performed based on the deviation of the detected rotational speed with respect to the acquired target rotational speed and the derived gain coefficient. Suppresses the occurrence of hunting in the rotational speed of the motor even when the target rotational speed vibrates during low-speed operation Rukoto can.
なお、本発明の制御手段は、請求項2記載のように、前記フィードバック制御として、前記偏差、前記偏差を時間積分した積分値、前記偏差を時間微分した微分値、及び前記導出手段により導出されたゲイン係数に基づいてPID制御を行うものとしてもよい。 The control means according to the present invention is derived by the deviation, the integral value obtained by integrating the deviation over time, the differential value obtained by time-differentiating the deviation, and the derivation means as the feedback control. PID control may be performed based on the gain coefficient.
また、本発明の制御手段は、請求項3記載のように、前記偏差と前記積分値と前記微分値を加算し、当該加算により得られた値に対して前記ゲイン係数を乗算し、当該乗算により得られた値に基づいて前記PID制御を行うものとしてもよい。 According to a third aspect of the present invention, the control means adds the deviation, the integral value, and the differential value, multiplies the value obtained by the addition by the gain coefficient, and performs the multiplication. The PID control may be performed based on the value obtained by the above.
一方、上記目的を達成するため、請求項4記載の電動アシスト装置は、請求項1乃至請求項3の何れか1項記載のモータ駆動制御装置と、前記モータ駆動制御装置により制御され、アシスト対象物を駆動するモータと、を備えている。
On the other hand, in order to achieve the above object, an electric assist device according to claim 4 is controlled by the motor drive control device according to any one of
従って、請求項4記載の電動アシスト装置によれば、請求項1記載の発明と同様に作用するので、請求項1記載の発明と同様に、速度応答性の低下を抑制しつつ、低速動作時に目標回転速度が振動した場合であってもモータの回転速度にハンチングが発生することを抑制することができる。これにより、アシスト対象物に対するユーザの動作をスムーズにアシストすることができる。 Therefore, according to the electric assist device of the fourth aspect, since it operates in the same manner as the first aspect of the invention, similarly to the first aspect of the invention, while suppressing a decrease in speed responsiveness, Even when the target rotational speed vibrates, it is possible to suppress the occurrence of hunting in the rotational speed of the motor. Thereby, a user's operation | movement with respect to an assist target object can be assisted smoothly.
一方、上記目的を達成するため、請求項5記載の応答性フィードバック制御方法は、モータの回転速度を検出すると共に、前記モータの目標回転速度を取得し、前記目標回転速度に対する前記モータの回転速度の偏差に応じて前記モータの回転速度を前記目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行う際に、前記モータの回転速度が前記目標回転速度を超過するオーバーシュートを発生させない範囲内で、前記モータの回転速度の調整量を増幅するゲイン係数を、検出した前記回転速度が速いほど大きな値となるように導出し、取得した前記目標回転速度に対する検出した前記回転速度の偏差、及び導出した前記ゲイン係数に基づいて前記フィードバック制御を行っている。 On the other hand, in order to achieve the above object, the responsive feedback control method according to claim 5 detects the rotational speed of the motor, obtains the target rotational speed of the motor, and rotates the rotational speed of the motor with respect to the target rotational speed. When performing feedback control for controlling the motor rotational speed to match the target rotational speed according to the deviation of the motor, within a range where the motor rotational speed does not cause an overshoot exceeding the target rotational speed. A gain coefficient for amplifying the adjustment amount of the rotation speed of the motor is derived so that the gain coefficient increases as the detected rotation speed increases, and the deviation of the detected rotation speed from the acquired target rotation speed is derived. The feedback control is performed based on the gain coefficient.
従って、請求項5記載の応答性フィードバック制御方法によれば、請求項1記載の発明と同様に作用するので、請求項1記載の発明と同様に、速度応答性の低下を抑制しつつ、低速動作時に目標回転速度が振動した場合であってもモータの回転速度にハンチングが発生することを抑制することができる。 Therefore, according to the responsiveness feedback control method of the fifth aspect, since it operates in the same manner as the first aspect of the invention, it is possible to reduce the speed responsiveness while suppressing the decrease in the speed responsiveness, as in the first aspect of the invention. Even when the target rotational speed vibrates during operation, it is possible to suppress the occurrence of hunting in the rotational speed of the motor.
以上説明したように、本発明によれば、モータの回転速度を検出すると共に、モータの目標回転速度を取得し、目標回転速度に対するモータの回転速度の偏差に応じてモータの回転速度を目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行う際に、モータの回転速度が目標回転速度を超過するオーバーシュートを発生させない範囲内で、モータの回転速度の調整量を増幅するゲイン係数を、検出した回転速度が速いほど大きな値となるように導出し、取得した目標回転速度に対する検出した回転速度の偏差、及び導出したゲイン係数に基づいてフィードバック制御を行っているので、速度応答性の低下を抑制しつつ、低速動作時に目標回転速度が振動した場合であってもモータの回転速度にハンチングが発生することを抑制することができる、という優れた効果を有する。 As described above, according to the present invention, the rotation speed of the motor is detected, the target rotation speed of the motor is acquired, and the rotation speed of the motor is set to the target rotation according to the deviation of the rotation speed of the motor with respect to the target rotation speed. When performing feedback control to match the speed, the gain coefficient that amplifies the adjustment amount of the motor rotation speed is detected within the range that does not cause overshoot that the motor rotation speed exceeds the target rotation speed The higher the rotational speed is, the higher the speed is derived, and the feedback control is performed based on the detected rotational speed deviation with respect to the acquired target rotational speed and the derived gain coefficient. Suppresses the occurrence of hunting in the rotational speed of the motor even when the target rotational speed vibrates during low-speed operation. Can have an excellent effect that.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下では、本発明を電動吊戸棚に適用した場合について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Hereinafter, a case where the present invention is applied to an electric hanging cabinet will be described.
図1及び図2には、本発明の実施の形態に係る電動吊戸棚10が図示されている。
1 and 2 show an
この電動吊戸棚10は、一例として、システムキッチンに用いられる天井設置用とされている。電動吊戸棚10は、箱状のキャビネット12を備えており、当該キャビネット12内には食器などが収納可能とされている。このキャビネット12は、前面側及び後面側が開放された箱状の収納部14内に収納可能とされている。
As an example, the
収納部14の側板16には、軸支ピン18が設けられており、当該軸支ピン18には、アーム20の一端部が回転可能に軸支されている。また、収納部14の側板16には、軸支ピン18を中心に円弧状のガイド孔22が形成されており、ガイド孔22には、アーム20に取付けられたガイドピン24が挿通されている。このため、軸支ピン18を中心にアーム20が回転すると、ガイドピン24がガイド孔22に沿って案内されることとなる。
A
また、アーム20の他端部はキャビネット12の側板26の後側上部に設けられた装着部28に装着されており、キャビネット12はアーム20を介して軸支ピン18を中心にを揺動可能とされている。
The other end of the
一方、収納部14には、一対の側板16の間にシャフト32、34が架け渡されている。シャフト34は、側板16の前方側に配置されており、側板16に対して回転不能となっている。また、シャフト34にはアーム36の一端部が回転可能に軸支されており、アーム36の他端部はキャビネット12の側板26の中央側に設けられた装着部38に装着されており、アーム36は、アーム20と共に、キャビネット12を揺動可能とする。
On the other hand,
一方、シャフト32は側板16に対して回転可能に軸支されており、シャフト32には、正逆回転可能なモータ40の駆動力がギア列42を介して伝達されるようになっている。
On the other hand, the
図3に示されるように、モータ40の回転軸には、ウォーム44が直結されており、当該ウォーム44にはモータ40からの駆動力が伝達される。このウォーム44にはウォームホイール46Aが噛み合っており、ウォームホイール46Aはウォーム44の回転によって回転する。このウォームホイール46Aには小ギア46Bが一体に設けられており、ウォームホイール46Aの回転によって、当該小ギア46Bが回転する。この小ギア46Bには大ギア48Aが噛み合っており、小ギア46Bの回転に伴って大ギア48Aが回転する。この大ギア48Aには小ギア48Bが一体に設けられており、大ギア48Aの回転によって、当該小ギア48Bが回転する。この小ギア48Bには大ギア50Aが噛み合っており、小ギア48Bの回転に伴って大ギア50Aが回転する。この大ギア50Aにはかさ歯車50Bが一体に設けられており、大ギア50Aの回転によって、当該かさ歯車50Bが回転する。そして、このかさ歯車50Bは、シャフト32に固定されたかさ歯車52と噛み合っており、当該かさ歯車52の回転によって、シャフト32が回転するようになっている。
As shown in FIG. 3, a
また、モータ40にはエンコーダ41が設けれている。エンコーダ41はモータ40の正・逆転及び回転送度に応じたパルスを出力するものとされている。
The
シャフト32(図2参照。)の両端部には、動力伝達ギア54が固定されている。一方、収納部14の側板16には、軸支ピン18を中心に回転する円盤状のアーム揺動用軸板56が設けられている。このアーム揺動用軸板56にはガイドピン24が貫通しており、アーム揺動用軸板56の外周面には、アーム揺動用ギア56Aが形成されており、このアーム揺動用ギア56Aが動力伝達ギア54と噛み合っている。
Power transmission gears 54 are fixed to both ends of the shaft 32 (see FIG. 2). On the other hand, the
アーム揺動用軸板56は、動力伝達ギア54の回転によって、軸支ピン18を中心に回転し、ガイドピン24をガイド孔22に沿って移動させながら、アーム20を回転させ、キャビネット12を昇降移動させる。そして、このキャビネット12の移動に追従して、アーム36が回転する。
The arm swinging
ところで、キャビネット12は前面の下部から一対の支持板60が垂下しており、当該支持板60には棒状の把持部62が支持されている。
By the way, a pair of
図4(A),(B)に示すように、把持部62は、樹脂で形成された円筒状のグリップ64を備えており、グリップ64の内部には、平板状の金属プレート66が設けられている。この金属プレート66はグリップ64よりも長く形成されており、当該金属プレート66の両端部が支持板60に固定されている。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the gripping
また、金属プレート66とグリップ64との間には、隙間が設けられるようになっており、グリップ64の長手方向中央部には、金属プレート66の表面及び裏面にそれぞれ対面するように凸部64Aが設けられている。また、グリップ64の両端部には、金属プレート66との間に設けられた隙間内に板バネ68が配設され、一端部が金属プレート66の表面或いは裏面に当接し、他端部がグリップ64の内周面に当接して、グリップ64を外側へ向けて付勢している。これにより、グリップ64と金属プレート66の位置関係を保持している。
In addition, a gap is provided between the
また、グリップ64の中央部には、金属部70(導電性部材であれば何れあってもよい。)が設けられており、金属部70にはタッチセンサ71(図5参照。)が接続されている。タッチセンサ71は、金属部70の静電容量を検出している。タッチセンサ71は、検出される静電容量が所定値未満であると、ロー(Low)レベルの信号を出力しており、所定値以上になると、ハイ(Hight)レベルの信号を出力する。この所定値は、ユーザの手が金属部70に接触したことを検出可能な適切な値に定められている。
Further, a metal part 70 (which may be any conductive member) is provided at the center of the
一方、金属プレート66(図4参照。)の長手方向中央部には、凸部64Aと対面してひずみセンサ72が配設されている。把持部62では、ユーザが手で金属部70を把持して昇降させることにより、凸部64Aが金属プレート66に接触して金属プレート66にひずみが発生する。
On the other hand, a
ひずみセンサ72には、図示しないひずみゲージが内蔵されている。ひずみゲージは、ひずみの向き及び大きさに応じて抵抗値が変化する。ひずみセンサ72は、ひずみゲージの抵抗値の変化を電圧の変化に置き換え、それを増幅して出力している。ひずみセンサ72は金属プレート66のひずみに応じてひずむことにより、出力される信号の電圧レベルが変化する。ひずみセンサ72から出力される信号の電圧レベルは、ひずみセンサ72が下方向にひずんだ場合にひずみ量に応じて低下し、上方向にひずんだ場合にひずみ量に応じて上昇する。すなわち、ひずみセンサ72から出力される信号の電圧レベルを検出することにより、グリップ64に作用する応力及び向きが検出可能とされている。
The
図5には、本実施の形態に係る電動吊戸棚10の電気系の要部構成が示されている。
FIG. 5 shows a main configuration of the electric system of the electric hanging
同図に示されるように、電動吊戸棚10は、ひずみセンサ72より出力される信号の電圧レベルを所定倍(本実の形態では1×106倍だが、5000倍から増幅可能である)に増幅する増幅回路80と、エンコーダ41から出力されたパルスに基づいてモータ40の回転速度と回転方向を求め、当該回転速度と回転方向及び増幅回路80によって増幅された信号の電圧レベルに基づいてモータ40の回転速度を制御する速度制御信号を出力するマイクロコンピュータ(以下「マイコン」という。)82と、速度制御信号に応じてモータ40の回転駆動させるドライブ回路84と、を備えている。
As shown in the figure, the electric hanging
なお、ひずみセンサ72から出力される信号は数μV程度の電圧レベルであり、当該信号が伝送される配線に発生するノイズとのS/N比を大きくとれない。このため、本実施の形態に係る電動吊戸棚10では、増幅回路80をできるだけひずみセンサ72に近い位置に設けて増幅回路80とひずみセンサ72との間の配線距離を極力短くし、配線に発生するノイズ量を極力抑制した状態で増幅を行うことにより、ノイズによる影響を抑制するようにしている。
The signal output from the
マイコン82は、CPU、ROM、RAM等が1チップ上に構成されており、後述する駆動制御プログラムや電位差目標回転速度変換テーブル、基準電圧レベル等をROMに予め記憶している。
The
ドライブ回路84は、速度制御信号に応じてモータ40に対して出力する駆動信号のデューティ比を変化させることによりモータ40の回転速度を変化させる。
The
図6には、本実施の形態に係るマイコン82に記憶された電位差目標回転速度変換テーブルの一例が模式的に示されている。
FIG. 6 schematically shows an example of the potential difference target rotation speed conversion table stored in the
同図に示されるように、この電位差目標回転速度変換テーブルには、電位差毎に目標回転速度が記憶されており、電位差の絶対値が大きくなるほど目標回転速度が速くなるように値が設定されている。なお、本実施の形態では、回転速度をモータ40の回転軸がキャビネット12を下降させる方向に回転する場合にマイナスの値とし、キャビネット12を上昇させる方向に回転する場合にプラスの値として、回転方向も示している。
As shown in the figure, this potential difference target rotation speed conversion table stores a target rotation speed for each potential difference, and a value is set so that the target rotation speed increases as the absolute value of the potential difference increases. Yes. In this embodiment, the rotation speed is set to a negative value when the rotation axis of the
図7には、本実施の形態に係るマイコン82の機能的な構成を示す機能ブロック図が示されている。
FIG. 7 is a functional block diagram showing a functional configuration of the
マイコン82は、目標回転速度を取得する目標回転速度取得部90と、一定時間の間にエンコーダ41より入力するパルスを検出してモータ40の回転速度及び回転方向を求め、回転方向に応じてプラス又はマイナスの値として回転速度を検出する回転速度検出部92と、回転速度検出部92により検出された回転速度に基づいてPID制御で用いるゲイン係数Kpを導出するゲイン係数導出部94と、導出されたゲイン係数Kpを用いてPID制御を行って速度制御信号を出力するPID制御部96と、を備えている。
The
なお、目標回転速度取得部90は、ひずみセンサ72に内蔵されたひずみゲージにひずみが発生していない状態で、ひずみセンサ72から出力された信号が増幅回路80によって増幅された電圧レベルに相当する電圧レベルを、基準電圧レベルとして予め記憶している。そして、目標回転速度取得部90は、タッチセンサ71から入力された信号がハイレベルになると、基準電圧レベルを基準として増幅回路80から入力された信号の電圧レベルとの電位差を求め、当該電位差に基づいて電位差目標回転速度変換テーブルから目標回転速度を取得する。
The target rotational
また、ひずみセンサ72から出力される信号の電圧は、外部環境の変化などによってわずかずつ変化する場合がある。このため、目標回転速度取得部90は、タッチセンサ71から入力された信号がローレベルの場合、増幅回路80から入力された信号の電圧レベルに基づき、記憶している基準電圧レベルを補正する。
Further, the voltage of the signal output from the
ゲイン係数導出部94は、回転速度を入力値とし、ゲイン係数Kpを出力値とした所定の変換関数を予め記憶しており、当該変換関数を用いて回転速度からゲイン係数Kpを導出する。 The gain coefficient deriving unit 94 stores in advance a predetermined conversion function having the rotation speed as an input value and the gain coefficient Kp as an output value, and derives the gain coefficient Kp from the rotation speed using the conversion function.
ところで、PID制御では、図8に示されるように、ゲイン係数Kpの値を大きくするとモータ40の回転速度が目標回転速度を超過するオーバーシュートが発生してしまい、また、ゲイン係数Kpの値を小さくすると、モータ40の回転速度が目標回転速度に到達するまでの到達時間を長くなり、速度応答性が低くなる。従って、このゲイン係数Kpの最適な値は、オーバーシュートを発生させない範囲内で最も大きな値である。
By the way, in the PID control, as shown in FIG. 8, when the value of the gain coefficient Kp is increased, an overshoot in which the rotation speed of the
そこで、上記変換関数は、PID制御を行った際にモータ40の回転速度にオーバーシュートを発生させない範囲内で、モータ40の回転速度が速くなるほど、導出されるゲイン係数が大きな値となるように予め定められている。なお、本実施の形態に係るゲイン係数導出部94は、変換関数を用いて回転速度からゲイン係数を導出するものとしているが、例えば、回転速度が速くなるほど、オーバーシュートを発生させない範囲内で導出されるゲイン係数が大きな値となるように、回転速度とゲイン係数との関係を定めた回転速度ゲイン係数変換テーブルを予め記憶させておき、当該回転速度ゲイン係数変換テーブルに基づいてモータ40の回転速度からゲイン係数Kpを導出するものとしてもよい。
Therefore, the above conversion function is such that the gain coefficient to be derived becomes larger as the rotational speed of the
また、PID制御部96は、目標回転速度に対するモータ40の回転速度の偏差e、偏差eを時間積分した積分値、及び偏差eを時間微分した微分値をそれぞれ求め、当該求めた偏差と積分値と微分値を加算し、当該加算により得られた値に対してゲイン係数Kpを乗算した値MVを求め、当該値MVに応じてモータ40の回転速度の増加量又は減少量を指示する速度制御信号を出力する。なお、図7のPID制御部96には、ラプラス変換された形式でPID制御の流れが示されており、Tiは積分時間、Tdは微分時間、sはラプラス演算子を表わしている。偏差eに1/(Ti・S)を乗算することにより積分値を求めると共に、偏差eにTd・Sを乗算することにより微分値を求めて、偏差eと積分値と微分値を加算し、加算により得られた値にゲイン係数Kpを乗算することにより値MVを導出している。
Further, the
ところで、本実施の形態に係るマイコン82は、上述したPID制御を、駆動制御プログラムを実行することによって実現するものとされている。
By the way, the
次に、本実施の形態に係る電動吊戸棚10の作用を説明する。
Next, the effect | action of the
まず、図9及び図10を参照して、ユーザがキャビネット12を昇降させる際の全体的な動作の流れを説明する。
First, with reference to FIG.9 and FIG.10, the flow of the whole operation | movement when a user raises / lowers the
ユーザは、図9(A)に示されるように、収納部14に収納されたキャビネット12を下降させる場合、把持部62の金属部70を手で把持し、把持部62に対して下方向の力を加える。
As shown in FIG. 9A, when the user lowers the
これにより、把持部62の内部に設けられた凸部64A(図4参照)が金属プレート66に接触して金属プレート66に下方向のひずみが発生し、金属プレート66のひずみに応じてひずみセンサ72にも下方向のひずみが発生する(図9(B)参照。)。
As a result, the
マイコン82は、ひずみセンサ72から出力される電圧レベルに基づいて目標回転速度を取得し、PID制御により当該目標回転速度でモータ40の回転軸をキャビネット12を下降させる方向に回転させることにより、ユーザのキャビネット12に対する下降動作をアシストする(図9(C)参照。)。
The
一方、ユーザは、図10(A)に示されるように、下降したキャビネット12を上昇させる場合、把持部62の金属部70を手で把持し、把持部62に対して上方向の力を加える。
On the other hand, as shown in FIG. 10A, when the user raises the lowered
これにより、把持部62の内部に設けられた金属プレート66に上方向のひずみが発生し、ひずみセンサ72にも上方向のひずみが発生する(図10(B)参照。)。
As a result, upward strain is generated in the
マイコン82は、ひずみセンサ72から出力される電圧レベルに基づいて目標回転速度を取得し、PID制御により当該目標回転速度でモータ40の回転軸をキャビネット12を上昇させる方向に回転させることにより、ユーザのキャビネット12に対する上昇動作をアシストする(図10(C)参照。)。
The
このように、本実施の形態に係る電動吊戸棚10は、ユーザが別途アシスト動作を指定する操作を行なうことなく、把持部62の金属部70を手で把持してキャビネット12を上昇及び下降させる動作に応じてアシストを行うため、操作性がよい。
As described above, the electric hanging
また、本実施の形態に係る電動吊戸棚10は、ユーザが金属部70に対して加える力に調整してひずみセンサ72のひずみ量を変えることにより、キャビネット12を昇降させる速度を調整できるため、使い勝手が向上する。
Moreover, since the
次に、図11を参照して、駆動制御プログラムを実行する際のマイコン82の作用を詳細に説明する。なお、当該駆動制御プログラムは電動吊戸棚10の図示しない電源がオンされると実行され、電源がオフされると終了する。
Next, the operation of the
同図のステップ102では、タッチセンサ71から入力された信号がハイレベルであるか否かを判定し、肯定判定となった場合はステップ106へ移行する一方、否定判定となった場合は再度ステップ104へ移行する。
In
ステップ104では、記憶している基準電圧レベルを、増幅回路80から入力された信号の電圧レベルに補正し、再度ステップ102へ移行する。すなわち、金属部70にユーザの手が接触されるまでステップ102〜ステップ104の動作が繰り返される。これにより、例えば、振動等によってひずみセンサ72にひずみが発生した場合等における誤動作を防止している。また、本ステップ104において基準電圧レベルを補正しているため、外部環境の変化等により、ひずみセンサ72から出力される信号の電圧が変化した場合であっても、後述するステップ106において、把持部62の金属部70を手で把持されたことによるひずみに応じた電位差を正確に検出することができる。
In
ステップ106では、記憶している基準電圧レベルを基準として増幅回路80より入力する信号の電圧レベルの電位差を検出する。
In
次のステップ108では、ステップ106において検出した電位差に基づき、電位差目標回転速度変換テーブルから当該電位差に対応する目標回転速度を取得し、次のステップ110では、一定時間の間にエンコーダ41より入力するパルスを検出することによりモータ40の回転速度を検出し、次のステップ112では、上述した変換関数を用いて上記ステップ110において検出されたモータ40の回転速度からゲイン係数Kpを導出する。
In the
そして、次のステップ114では、上記ステップ108において導出した目標回転速度に対する上記ステップ110において検出したモータ40の回転速度の偏差e、偏差eを時間積分した積分値、及び偏差eを時間微分した微分値をそれぞれ求め、当該求めた偏差と積分値と微分値を加算し、当該加算により得られた値に対してゲイン係数Kpを乗算して値MVを算出する。
In the
次のステップ116では、上記ステップ114において算出した値MVに応じて回転速度の増加量又は減少量を指示する速度制御信号を出力し、上述したステップ102へ戻り、処理を継続して実行する。
In the
ここで、図12(A),(B)には、本実施の形態に係るマイコン82によってモータ40の回転速度を制御した際のモータ40の回転速度の変化が示されている。
Here, FIGS. 12A and 12B show changes in the rotational speed of the
本実施の形態に係る駆動制御プログラムによるPID制御では、変換関数によって導出されるゲイン係数がモータ40の回転速度の増加に伴って大きな値となるため、図12(A)に示されるように、目標回転速度が速い回転速度に変更された際のモータの回転速度の速度応答性を良好に保つことができる。
In the PID control by the drive control program according to the present embodiment, the gain coefficient derived by the conversion function becomes a large value as the rotation speed of the
また、モータ40の回転速度が低い場合は、変換関数によって導出されるゲイン係数が比較的小さな値となるため、図11(B)に示されるように、目標回転速度が振動する場合であっても、モータの回転速度にハンチングが発生することを抑制することができる。
Further, when the rotational speed of the
また、本実施の形態に係る電動吊戸棚10は、ユーザがキャビネット12を速く昇降させるために金属部70に対して大きな力を加えてひずみセンサ72のひずみ量を大きくした場合であっても、モータ40の回転速度が低速の場合、変換関数によって導出されるゲイン係数が小さな値であるため、キャビネット12が緩やかに移動を開始するので、高齢者等でも扱い易い。
Moreover, even if the
以上のように本実施の形態によれば、検出手段(ここでは、回転速度検出部92)により、モータの回転速度を検出し、取得手段(目標回転速度取得部90)により、モータの目標回転速度を取得し、導出手段(ここでは、ゲイン係数導出部94)により、目標回転速度に対するモータの回転速度の偏差に応じてモータの回転速度を目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行う際に、モータの回転速度が目標回転速度を超過するオーバーシュートを発生させない範囲内で、モータの回転速度の調整量を増幅するゲイン係数を、検出手段により検出された回転速度が速いほど大きな値となるように導出し、制御手段(PID制御部96)により、取得手段により取得された目標回転速度に対する検出手段により検出された回転速度の偏差、及び導出手段により導出されたゲイン係数に基づいてフィードバック制御を行っているので、速度応答性の低下を抑制しつつ、低速動作時に目標回転速度が振動した場合であってもモータの回転速度にハンチングが発生することを抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, the rotation speed of the motor is detected by the detection means (here, the rotation speed detection section 92), and the target rotation of the motor is detected by the acquisition means (target rotation speed acquisition section 90). Feedback control is performed to acquire the speed and control the derivation means (here, the gain coefficient derivation unit 94) to make the motor rotation speed coincide with the target rotation speed in accordance with the deviation of the motor rotation speed from the target rotation speed. When performing, the gain coefficient that amplifies the adjustment amount of the motor rotation speed is larger as the rotation speed detected by the detection means is faster, so long as the motor rotation speed does not cause an overshoot that exceeds the target rotation speed. Is derived by the control means (PID control unit 96) and detected by the detection means for the target rotational speed acquired by the acquisition means. Since feedback control is performed based on the rotational speed deviation and the gain coefficient derived by the deriving means, the motor is controlled even when the target rotational speed vibrates during low speed operation while suppressing a decrease in speed response. Hunting can be suppressed from occurring at the rotation speed.
なお、本実施の形態では、PID制御によりモータ40の回転速度をフィードバック制御する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、PI制御などの他のフィードバック制御によりモータ40の回転速度を制御するものとしてもよい。この場合も、本実施の形態と同様の効果を奏することができる。
In the present embodiment, the case where the rotational speed of the
また、本実施の形態では、モータ40の回転速度から1つのゲイン係数Kpを変換関数により導出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、回転速度から比例ゲイン係数、積分ゲイン係数、微分ゲイン係数を各々異なる変換関数により導出し、前記偏差に比例ゲイン係数を乗算した値、前記偏差を時間積分した積分値に積分ゲイン係数を乗算した値、及び偏差を時間微分した微分値に微分ゲイン係数を乗算した値をそれぞれ求め、それぞれの値を加算して得られた値に基づいてモータの回転速度の制御を行うものとしてもよい。これにより、モータ40の回転速度に応じて比例ゲイン係数、積分ゲイン係数、微分ゲイン係数を個別に変えることができるため、モータ40の応答特性を細かく制御することができる。
In the present embodiment, the case where one gain coefficient Kp is derived from the rotation speed of the
また、本実施の形態では、モータ40の駆動力によりキャビネット12の昇降動作をアシストする場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、モータ40の駆動力によりアシスト対象物に対するユーザの動作をアシストする他の電動アシスト装置に用いてもよい。
Further, in the present embodiment, the case where the lifting / lowering operation of the
その他、本実施の形態で説明した電動吊戸棚10の構成(図1〜図4参照。)電動吊戸棚10の電気系の構成(図5参照。)、及びマイコン82の機能的な構成(図7参照。)は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。
In addition, the configuration of the electric hanging
また、本実施の形態で説明した電位差目標回転速度変換テーブル(図6参照。)のデータ構造も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。 The data structure of the potential difference target rotation speed conversion table (see FIG. 6) described in the present embodiment is also an example, and it goes without saying that the data structure can be changed as appropriate without departing from the gist of the present invention.
また、本実施の形態で説明した駆動制御プログラム(図10参照。)の処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。 The processing flow of the drive control program (see FIG. 10) described in this embodiment is also an example, and it goes without saying that it can be changed as appropriate without departing from the gist of the present invention.
40 モータ
82 マイコン
90 目標回転速度取得部
92 回転速度検出部
94 ゲイン係数導出部
96 PID制御部
40
Claims (5)
前記モータの目標回転速度を取得する取得手段と、
前記目標回転速度に対する前記モータの回転速度の偏差に応じて前記モータの回転速度を前記目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行う際に、前記モータの回転速度が前記目標回転速度を超過するオーバーシュートを発生させない範囲内で、前記モータの回転速度の調整量を増幅するゲイン係数を、前記検出手段により検出された前記回転速度が速いほど大きな値となるように導出する導出手段と、
前記取得手段により取得された前記目標回転速度に対する前記検出手段により検出された前記回転速度の偏差、及び前記導出手段により導出されたゲイン係数に基づいて前記フィードバック制御を行う制御手段と、
を備えたモータ駆動制御装置。 Detecting means for detecting the rotational speed of the motor;
Obtaining means for obtaining a target rotational speed of the motor;
When performing feedback control for controlling the motor rotational speed to match the target rotational speed in accordance with a deviation of the motor rotational speed with respect to the target rotational speed, the rotational speed of the motor is set to the target rotational speed. Deriving means for deriving a gain coefficient for amplifying the adjustment amount of the rotational speed of the motor within a range in which excessive overshoot does not occur so that the gain coefficient increases as the rotational speed detected by the detecting means increases. ,
Control means for performing the feedback control based on a deviation of the rotation speed detected by the detection means with respect to the target rotation speed acquired by the acquisition means, and a gain coefficient derived by the derivation means;
A motor drive control device.
請求項1記載のモータ駆動制御装置。 The control means performs PID control as the feedback control based on the deviation, an integral value obtained by time-integrating the deviation, a differential value obtained by time-differentiating the deviation, and a gain coefficient derived by the derivation means. The motor drive control device according to 1.
請求項2記載のモータ駆動制御装置。 The control means adds the deviation, the integral value and the derivative value, multiplies the value obtained by the addition by the gain coefficient, and performs the PID control based on the value obtained by the multiplication. The motor drive control device according to claim 2.
前記モータ駆動制御装置により制御され、アシスト対象物を駆動するモータと、
を備えた電動アシスト装置。 A motor drive control device according to any one of claims 1 to 3,
A motor that is controlled by the motor drive control device and drives an assist target;
Electric assist device with
前記目標回転速度に対する前記モータの回転速度の偏差に応じて前記モータの回転速度を前記目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行う際に、前記モータの回転速度が前記目標回転速度を超過するオーバーシュートを発生させない範囲内で、前記モータの回転速度の調整量を増幅するゲイン係数を、検出した前記回転速度が速いほど大きな値となるように導出し、
取得した前記目標回転速度に対する検出した前記回転速度の偏差、及び導出した前記ゲイン係数に基づいて前記フィードバック制御を行う、
応答性フィードバック制御方法。 While detecting the rotational speed of the motor, obtaining the target rotational speed of the motor,
When performing feedback control for controlling the motor rotational speed to match the target rotational speed in accordance with a deviation of the motor rotational speed with respect to the target rotational speed, the rotational speed of the motor is set to the target rotational speed. Within a range that does not cause excessive overshoot, a gain coefficient that amplifies the adjustment amount of the rotation speed of the motor is derived so as to increase as the detected rotation speed increases,
The feedback control is performed based on the detected deviation of the rotational speed with respect to the acquired target rotational speed and the derived gain coefficient.
Responsive feedback control method.
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