JP2013235625A - 電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置及び方法、並びに速度検出装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 アクチュエータ10の速度制御装置1は、アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生部20と、アクチュエータのモデルを用いて駆動電圧信号および駆動電流信号に基づきアクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出部30と、速度目標信号と速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号をアクチュエータに供給する制御部40と、所定のモデル誤差検出用信号を速度制御信号に重畳させてアクチュエータに供給し、速度検出信号に含まれるモデル誤差検出用信号に起因する成分の信号を取得し、当該信号からアクチュエータとモデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいてモデルを修正するモデル修正部50とを有する。
【選択図】図1
Description
電磁駆動型アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生手段と、
前記電磁駆動型アクチュエータのモデルを用いて、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、前記電磁駆動型アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出手段と、
前記速度目標信号と前記速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する制御手段と、
所定のモデル誤差検出用信号を前記速度制御信号に重畳させて前記電磁駆動型アクチュエータに供給し、前記速度検出信号に含まれる前記モデル誤差検出用信号に起因する成分の信号(以下、「誤差検出用成分信号」という)を取得し、当該誤差検出用成分信号から前記電磁駆動型アクチュエータと前記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて前記モデルを修正するモデル修正手段と、
を有することを特徴とする。
電磁駆動型アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生手段と、前記速度目標信号と速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する制御手段とを有する速度制御装置における前記速度検出信号を生成する電磁駆動型アクチュエータの速度検出装置であって、
前記電磁駆動型アクチュエータのモデルを用いて、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、前記電磁駆動型アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出手段と、
所定のモデル誤差検出用信号を前記速度制御信号に重畳させて前記電磁駆動型アクチュエータに供給し、前記速度検出信号に含まれる前記モデル誤差検出用信号に起因する成分の信号(以下、「誤差検出用成分信号」という)を取得し、当該誤差検出用成分信号から前記電磁駆動型アクチュエータと前記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて前記モデルを修正するモデル修正手段と、
を有することを特徴とする。
電磁駆動型アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生工程と、
前記電磁駆動型アクチュエータのモデルを用いて、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、前記電磁駆動型アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出工程と、
前記速度目標信号と前記速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する制御工程と、
所定のモデル誤差検出用信号を前記速度制御信号に重畳させて前記電磁駆動型アクチュエータに供給し、前記速度検出信号に含まれる前記モデル誤差検出用信号に起因する成分の信号(以下、「誤差検出用成分信号」という)を取得し、当該誤差検出用成分信号から前記電磁駆動型アクチュエータと前記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて前記モデルを修正するモデル修正工程と、
を有することを特徴とする。
電磁駆動型アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生工程と、前記速度目標信号と速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する制御工程とを有する速度制御方法における前記速度検出信号を生成する電磁駆動型アクチュエータの速度検出方法であって、
前記電磁駆動型アクチュエータのモデルを用いて、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、前記電磁駆動型アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出工程と、
所定のモデル誤差検出用信号を前記速度制御信号に重畳させて前記電磁駆動型アクチュエータに供給し、前記速度検出信号に含まれる前記モデル誤差検出用信号に起因する成分の信号(以下、「誤差検出用成分信号」という)を取得し、当該誤差検出用成分信号から前記電磁駆動型アクチュエータと前記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて前記モデルを修正するモデル修正工程と、
を有することを特徴とする。
図28において、アクチュエータ磁気回路11は、減算ブロック11a、電圧−電流変換特性11b、電流−力変換特性11c、およびアクチュエータ速度−逆起電力変換特性11dを含む。
コイル抵抗
図1は、実施の形態1に係る電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置1の構成を示すブロック図である。図1には、制御対象である電磁駆動型アクチュエータ(以下、「アクチュエータ」という)10と、アクチュエータ10の速度制御を行う速度制御装置1とが示されている。アクチュエータ10は、図27および図28に示されるものと同様のものである。アクチュエータ10については、図27および図28と同一の符号を付し、説明を省略する。
図12において、速度検出部30は、電圧−電流変換モデル31、逆起電力検出部(または減算部)32、修正機能付き逆起電力−速度変換モデル33を含む。電圧−電流変換モデル31、逆起電力検出部32、および逆起電力−速度変換モデル33は、アクチュエータ磁気回路11の特性を模擬するものであり、アクチュエータ速度vの測定値である速度検出信号v_sigを検出する機能を持つ。
図12に示される速度検出装置2にて、閉ループ制御構成によるモデル修正制御が行われる。
図15は、図12のモデル誤差検出部53の構成を示すブロック図である。図15において、モデル誤差検出部53は、位相検波部53aおよびサンプルホールド部53bを含む。位相検波部53aは、速度誤差信号の逆極性信号−v_erを位相検波制御信号tim0で位相検波する機能を持つ。サンプルホールド部53bは、位相検波部53aの出力信号を受け、当該出力信号を2つの誤差検出タイミング信号tim1,tim2で夫々サンプルホールドし、各々を誤差信号er_1、er_2として出力する。
(1)本実施の形態に係る速度制御装置は、アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生部と、アクチュエータのモデルを用いて、アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出部と、速度目標信号と速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号をアクチュエータに供給する制御部と、所定のモデル誤差検出用信号を速度制御信号に重畳させてアクチュエータに供給し、速度検出信号に含まれるモデル誤差検出用信号に起因する成分の信号(誤差検出用成分信号)を取得し、当該誤差検出用成分信号からアクチュエータとモデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいてモデルを修正するモデル修正部と、を有する。このため、本実施の形態によれば、アクチュエータの移動中においても、モデルを修正することができ、速度検出部を調整することができる。これにより、高精度な速度検出および速度制御が常時可能となる。
本実施の形態2では、制御対象が拘束のないアクチュエータである場合について説明する。本実施の形態は、上記実施の形態1に対し、速度制御の制御対象が異なるだけであり、速度制御装置は同様である。以下の説明では、実施の形態1と同様の部分については説明を省略または簡略化し、実施の形態1と同一または対応する要素については同一の符号を付す。
Claims (19)
- 電磁駆動型アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生手段と、
前記電磁駆動型アクチュエータのモデルを用いて、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、前記電磁駆動型アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出手段と、
前記速度目標信号と前記速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する制御手段と、
所定のモデル誤差検出用信号を前記速度制御信号に重畳させて前記電磁駆動型アクチュエータに供給し、前記速度検出信号に含まれる前記モデル誤差検出用信号に起因する成分の信号(以下、「誤差検出用成分信号」という)を取得し、当該誤差検出用成分信号から前記電磁駆動型アクチュエータと前記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて前記モデルを修正するモデル修正手段と、
を有することを特徴とする電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。 - 前記制御手段は、
前記速度目標信号と前記速度検出信号との誤差を示す速度誤差信号を検出する速度誤差検出手段と、
前記速度誤差信号に対して位相補償を行って前記速度制御信号を出力する速度制御位相補償手段と、
前記速度制御位相補償手段からの速度制御信号と、前記モデル修正手段からのモデル誤差検出用信号とを加算して駆動制御指令信号を出力する加算手段と、
前記駆動制御指令信号に応じた駆動電圧信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する駆動手段と、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。 - 前記モデル修正手段は、前記誤差検出用成分信号として、前記速度誤差検出手段により検出される速度誤差信号を取得することを特徴とする請求項2に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
- 前記速度検出手段は、前記モデルとして、前記電磁駆動型アクチュエータのコイルの抵抗特性を模擬するコイル抵抗モデルと、前記コイルのインダクタンス特性を模擬するコイルインダクタンスモデルとを含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
- 前記速度検出手段は、
前記電磁駆動型アクチュエータの磁気回路特性を前記コイル抵抗モデルおよび前記コイルインダクタンスモデルで模擬し、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号を前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電流推定値に変換する電圧−電流変換モデルと、
前記駆動電流推定値から前記駆動電流信号を減算して逆起電力検出信号を出力する逆起電力検出手段と、
前記磁気回路特性を前記コイル抵抗モデルで模擬し、前記逆起電力検出信号を前記速度検出信号に変換する逆起電力−速度変換モデルと、
を含むことを特徴とする請求項4に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。 - 前記モデル修正手段は、前記モデル誤差信号として、前記コイルの抵抗値に対する前記コイル抵抗モデルの誤差を示す抵抗誤差信号と、前記コイルのインダクタンス値に対する前記コイルインダクタンスモデルの誤差を示すインダクタンス誤差信号とを検出し、前記抵抗誤差信号に基づいて前記コイル抵抗モデルを修正し、前記インダクタンス誤差信号に基づいて前記コイルインダクタンスモデルを修正することを特徴とする請求項4または5に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
- 前記モデル修正手段は、
前記モデル誤差検出用信号と、抵抗誤差検出タイミング信号と、インダクタンス誤差検出タイミング信号とを発生するモデル誤差検出用信号発生手段と、
前記誤差検出用成分信号に対し前記抵抗誤差検出タイミング信号に基づくタイミングでサンプルを行って前記抵抗誤差信号を生成する機能と、前記誤差検出用成分信号に対し前記インダクタンス誤差検出タイミング信号に基づくタイミングでサンプルを行って前記インダクタンス誤差信号を生成する機能とを有するモデル誤差検出手段と、
前記抵抗誤差信号に対して位相補償を行って前記コイル抵抗モデルを修正するための抵抗修正信号を生成する機能と、前記インダクタンス誤差信号に対して位相補償を行って前記コイルインダクタンスモデルを修正するためのインダクタンス修正信号を生成する機能とを有し、前記抵抗修正信号および前記インダクタンス修正信号を前記速度検出手段に出力するモデル修正制御位相補償手段と、
を含むことを特徴とする請求項6に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。 - 前記モデル誤差検出用信号発生手段は、前記モデル誤差検出用信号の極性を示す位相検波制御信号をさらに発生し、
前記モデル誤差検出手段は、前記誤差検出用成分信号を前記位相検波制御信号で位相検波し、前記位相検波された信号を前記抵抗誤差検出タイミング信号に基づくタイミングでサンプルして前記抵抗誤差信号を生成するとともに、前記位相検波された信号を前記インダクタンス誤差検出タイミング信号に基づくタイミングでサンプルして前記インダクタンス誤差信号を生成する、
ことを特徴とする請求項7に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。 - 前記電圧−電流変換モデル、前記逆起電力検出手段、前記逆起電力−速度変換モデル、モデル誤差検出用信号発生手段、モデル誤差検出手段、およびモデル修正制御位相補償手段は、前記電圧−電流変換モデルおよび前記逆起電力−速度変換モデルを前記電磁駆動型アクチュエータの磁気回路に対して追従させる閉ループを構成し、前記コイル抵抗モデルを前記コイルの抵抗値に対して誤差が無くなるように追従させる制御を行う系統と、前記コイルインダクタンスモデルを前記コイルのインダクタンス値に対して誤差が無くなるように追従させる制御を行う系統との独立した2つの系統を有することを特徴とする請求項7または8に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
- 前記モデル修正手段は、前記コイル抵抗モデルの誤差が所定量に収束した後に、前記コイルインダクタンスモデルの誤差を検出して前記コイルインダクタンスモデルを修正する制御を開始することを特徴とする請求項6から9のいずれか1項に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
- 前記モデル誤差検出用信号は、直流成分を持たないデューティ比50%の矩形波であることを特徴とする請求項6から10のいずれか1項に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
- 前記電磁駆動型アクチュエータは、バネ支持されたアクチュエータであって、前記速度制御位相補償手段は、前記電磁駆動型アクチュエータの共振周波数より低い帯域で機能する2次のラグリードフィルタ特性を有することを特徴とする請求項2から14のいずれか1項に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
- 前記電磁駆動型アクチュエータは、拘束がないリニアモータまたは回転型モータであって、前記速度制御位相補償手段は、単なる増幅機能または速度制御ループのクロスオーバ周波数以下で機能するラグリードフィルタ特性を有することを特徴とする請求項2から14のいずれか1項に記載の電磁駆動型アクチュエータの速度制御装置。
- 電磁駆動型アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生手段と、前記速度目標信号と速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する制御手段とを有する速度制御装置における前記速度検出信号を生成する電磁駆動型アクチュエータの速度検出装置であって、
前記電磁駆動型アクチュエータのモデルを用いて、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、前記電磁駆動型アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出手段と、
所定のモデル誤差検出用信号を前記速度制御信号に重畳させて前記電磁駆動型アクチュエータに供給し、前記速度検出信号に含まれる前記モデル誤差検出用信号に起因する成分の信号(以下、「誤差検出用成分信号」という)を取得し、当該誤差検出用成分信号から前記電磁駆動型アクチュエータと前記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて前記モデルを修正するモデル修正手段と、
を有することを特徴とする電磁駆動型アクチュエータの速度検出装置。 - 電磁駆動型アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生工程と、
前記電磁駆動型アクチュエータのモデルを用いて、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、前記電磁駆動型アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出工程と、
前記速度目標信号と前記速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する制御工程と、
所定のモデル誤差検出用信号を前記速度制御信号に重畳させて前記電磁駆動型アクチュエータに供給し、前記速度検出信号に含まれる前記モデル誤差検出用信号に起因する成分の信号(以下、「誤差検出用成分信号」という)を取得し、当該誤差検出用成分信号から前記電磁駆動型アクチュエータと前記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて前記モデルを修正するモデル修正工程と、
を有することを特徴とする電磁駆動型アクチュエータの速度制御方法。 - 電磁駆動型アクチュエータの速度制御における速度目標信号を出力する速度目標信号発生工程と、前記速度目標信号と速度検出信号との誤差に応じた速度制御信号を前記電磁駆動型アクチュエータに供給する制御工程とを有する速度制御方法における前記速度検出信号を生成する電磁駆動型アクチュエータの速度検出方法であって、
前記電磁駆動型アクチュエータのモデルを用いて、前記電磁駆動型アクチュエータの駆動電圧信号および駆動電流信号に基づき、前記電磁駆動型アクチュエータの速度を検出して速度検出信号を出力する速度検出工程と、
所定のモデル誤差検出用信号を前記速度制御信号に重畳させて前記電磁駆動型アクチュエータに供給し、前記速度検出信号に含まれる前記モデル誤差検出用信号に起因する成分の信号(以下、「誤差検出用成分信号」という)を取得し、当該誤差検出用成分信号から前記電磁駆動型アクチュエータと前記モデルとの誤差を示すモデル誤差信号を検出し、当該モデル誤差信号に基づいて前記モデルを修正するモデル修正工程と、
を有することを特徴とする電磁駆動型アクチュエータの速度検出方法。
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