JP2014086074A - モータの制御装置及びモータの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はモータを制御する装置及び方法に関する。
【解決手段】本発明のモータの制御装置は、目標値と出力値を比べて誤差値を算出する比較部と、上記誤差値を一定間隔の区間ごとに平均して算出された平均誤差値により比例制御及び比例積分制御の何れかを選択し、選択された制御の利得値を調節してモータを制御する制御部とを含むことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、平均誤差値によって比例制御及び比例積分制御を選択的に行い、選択される制御の利得値を調節することができるモータの制御装置及びモータの制御方法に関する。

比例積分微分（ＰＩＤ）制御器は、制御変数と基準入力間の偏差に基づいて系統の出力が基準電圧を保持するようにするフィードバック制御の一種であって、現在、産業の設備に最も多く用いられる制御器の形態である。

具体的には、ＰＩＤ制御器は制御しようとする対象の出力値（ｏｕｔｐｕｔ）を測定し、これを所望する参照値（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ）、或いは設定値（ｓｅｔｐｏｉｎｔ）と比較して誤差（ｅｒｒｏｒ）を計算し、この誤差値を利用して制御に必要な制御値を計算する構造となっている。

ＰＩＤ制御器において、比例制御は制御対象の出力と目標値の差である誤差に比例し、積分制御は誤差を時間に対して積分して得て、定常状態の誤差を除去するために用いられ、利得が大きいと、オーバーシュートが大きく発生することができる。また、微分制御は誤差を微分して誤差の応答を予測し、オーバーシュートを減らすために用いられる。

比例積分微分制御の駆動力は誤差値の大きさである。即ち、出力値が設定値に達するように絶えず工程入力をフィードバックする。同じ制御変数では、誤差値が大きいほど大きい制御出力が発生し、格差が狭いほど小さい制御出力が発生する。

比例積分微分制御器は、使用する工程の特性に合わせて適する制御変数を設定しないと、定常状態での振動が大きく、外乱発生に対する除去速度も遅い。このように、特定工程で最適の変数を導き出すことを比例積分微分チューニングという。

但し、現在、制御性能のよい比例積分微分チューニングを提示する工程モデルが提示されていない。

下記特許文献１は動力補助操向装置に関する発明であって、比例積分制御を行うにあたり、積分制御を固定とし、速度によって比例制御ゲイン値を変える内容が開示されているものの、平均誤差値によって比例制御及び比例積分制御を選択的に行い、平均誤差値及びオーバーシューティングによって誤差値を変える内容は開示されていない。

大韓民国公開特許公報１０−２００８−０１１０２７７

本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を補うためのもので、本発明は過渡状態の有無によって比例制御または比例積分制御を選択的に行い、オーバーシューティング及び平均誤差値の大きさによって利得値を変更するモータの制御装置及びモータの制御方法に関する。

本発明の第１技術的な側面によると、目標値と出力値を比べて誤差値を算出する比較部と、上記誤差値を一定間隔の区間ごとに平均して算出された平均誤差値によって比例制御及び比例積分制御の何れかを選択し、選択された制御の利得値を調節してモータを制御する制御部と、を含むモータの制御装置を提案する。

上記制御部は、上記誤差値を上記区間ごとに平均して上記平均誤差値を算出する演算部と、上記平均誤差値によって比例制御及び比例積分制御の何れかを選択する制御選択部と、上記制御選択部により選択される制御の利得値を上記平均誤差値によって調節する利得調節部と、上記制御選択部で選択された制御及び上記利得値によって上記モータを制御する比例／比例積分制御部とを含んでよい。

上記制御選択部は、上記平均誤差値の大きさを既設定の第１基準値と比べて上記比例制御及び上記比例積分制御の何れかを選択することができる。

上記制御選択部は、上記平均誤差値の大きさが上記第１基準値以上のとき、上記比例制御を選択し、上記平均誤差値の大きさが上記第１基準値未満のとき、上記比例積分制御を選択することができる。

上記利得調節部は、上記区間のうち互いに隣接する区間の平均誤差値の符号を比べて上記利得値を調節することができる。

上記利得調節部は、上記区間のうち互いに隣接する区間の平均誤差値の符号が変動する場合、上記利得値を減少させることができる。

上記利得調節部は、上記区間のうち互いに隣接する区間の平均誤差値の符号が保持される場合、上記平均誤差値の大きさを既設定の第２基準値と比べることができる。

上記利得調節部は、上記平均誤差値の大きさが上記第２基準値以上のとき、上記利得値を増加させ、上記平均誤差値の大きさが上記第２基準値未満のとき、上記利得値を減少させることができる。

上記第２基準値は既設定の複数の第３基準値を含み、上記複数の第３基準値は既設定の間隔で配列され、利得調節の大きさを異ならせる利得調節区間を形成し、上記利得調節部は、上記平均誤差値の大きさが存在する上記利得調節区間の利得調節の大きさによって上記利得値を調節することができる。

上記比例／比例積分制御部は、上記比例制御を行う比例制御器と、上記比例積分制御を行う比例積分制御器とを含んでよい。

上記モータの速度を検出して上記出力値を生成する検出部をさらに含んでよい。

本発明の第２技術的側面によると、モータの速度を検出して生成された出力値と目標値を比べて誤差値を生成する段階と、上記誤差値を一定間隔の区間ごとに平均して平均誤差値を生成する段階と、上記平均誤差値によって比例制御及び比例積分制御の何れかを選択する段階と、上記平均誤差値により選択された上記比例制御及び比例積分制御の何れかの利得値を調節する段階とを含むモータの制御方法を提案する。

上記制御を選択する段階は、上記平均誤差値の大きさが既設定の第１基準値以上のとき、比例制御を選択し、上記平均誤差値の大きさが上記第１基準値未満のとき、比例積分制御を選択することができる。

上記利得値を調節する段階は、上記区間のうち互いに隣接する区間の平均誤差値の符号を比べて上記利得値を調節することができる。

上記利得値を調節する段階は、上記平均誤差値の符号が変動する場合、上記利得値を減少させることができる。

上記利得値を調節する段階は、上記符号が保持される場合、上記平均誤差値の大きさを既設定の第２基準値と比べることができる。

上記利得値を調節する段階は、上記平均誤差値の大きさが上記第２基準値より大きい場合上記利得値を増加させ、上記平均誤差値の大きさが上記第２基準値より小さい場合上記利得値を減少させることができる。

本発明によると、過渡状態の有無によって比例制御または比例積分制御を選択的に行うことで、システムを安定的に具現し、目標値の変更時にもリアルタイムで制御変数を変更し、正確、かつ容易な制御を行うことができる。

本発明の一実施例によるモータの制御装置を示したブロック図である。 本発明の一実施例によるモータの制御装置の一構成要素である制御部を示したブロック図である。 本発明の一実施例によるモータの制御方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施例によるモータの制御方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施例によるモータの制御方法を説明するために提供される図面である。

以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。

図１は本発明の一実施例によるモータの制御装置を示したブロック図である。図１を参照すると、本発明のモータの制御装置は比較部１００と、制御部２００と、検出部３００とを含んでよい。

比較部１００は目標値と出力値を比較し誤差値を生成することができる。具体的には、誤差値は目標値と出力値の差により生成されることができる。

制御部２００は誤差値を一定間隔の区間ごとに平均して算出することができる。算出された誤差値によって比例制御及び比例積分制御の何れかを選択することができ、選択された制御の利得値を算出された誤差値により調節することができる。

検出部３００は、モータの速度を検出して生成された出力値を比較部１００に伝達することができる。

図２は、本発明の一実施例によるモータの制御装置の一構成要素である制御部２００を示したブロック図である。

制御部２００は演算部２１０と、制御選択部２２０と、利得調節部２３０と、比例／比例積分制御部２４０とを含んでよい。

演算部２１０は一定間隔の区間ごとに誤差値を平均し、平均誤差値を生成することができる。

制御選択部２２０は、演算部２１０で生成された平均誤差値によって比例制御及び比例積分制御の何れかを選択することができる。

具体的には、制御選択部２２０は、平均誤差値の大きさを既設定の第１基準値と比べて比例制御及び比例積分制御の何れかを選択することができる。既設定の第１基準値は、モータの過渡状態と定常状態を区分するために設定された値であってよい。

平均誤差値の大きさが既設定の第１基準値以上のとき、比例制御を選択する。即ち、平均誤差値の大きさが既設定の第１基準値以上のとき、過渡状態であると判断し、比例制御を選択する。

但し、上記と異なって、平均誤差値の大きさが第１基準値未満のときは、比例積分制御を選択する。平均誤差値の大きさが既設定の第１基準値未満のとき、定常状態であると判断し、比例積分制御を選択することにより、定常状態誤差を除去することができる。

利得調節部２３０は、制御選択部２２０により選択される制御の利得値を平均誤差値によって調節することができる。具体的には、利得調節部２３０は、平均誤差値の符号及び大きさによって利得値を調節することができる。

利得調節部２３０は、一定間隔の区間のうち互いに隣接する区間の平均誤差値の符号を比べて利得値を調節することができる。利得調節部２３０が互いに隣接する区間の平均誤差値の符号を比べることは、オーバーシューティングを検出する過程であるとみることができる。

即ち、互いに隣接する区間の平均誤差値の符号が変動する場合、オーバーシューティングが検出されたものであるため、制御選択部２２０により選択される制御の利得値を減少させることができる。

但し、上記と異なって、互いに隣接する区間の平均誤差値の符号が保持される場合、平均誤差値の大きさを既設定の第２基準値と比べることができる。平均誤差値の大きさが第２基準値以上のとき、利得値を増加させ、平均誤差値の大きさが第２基準値未満のとき、利得値を減少させることができる。

平均誤差値の大きさが第２基準値以上のとき、利得値を増加させることで、回答速度を高めることができ、平均誤差値の大きさが第２基準値未満のとき、利得値を減少させることで、安定性を高めることができる。

このとき、第２基準値は既設定の複数の第３基準値を含んでよく、上記複数の第３基準値は既設定の間隔で配列され、利得調節の大きさを異ならせる利得調節区間を形成することができる。この際、既設定の間隔は同一間隔で設定してもよいが、本発明はこれに限定されない。

利得調節部２３０は、平均誤差値の大きさが存在する利得調節区間を判断し、平均誤差値の大きさが存在する利得調節区間の利得調節の大きさによって利得値を調節することができる。

例えば、３つの第３基準値ｇ１、ｇ２及びｇ３がある場合、ｇ１＞ｇ２＞ｇ３とすると、ｇ１及びｇ２により設定される利得調節区間と、ｇ２及びｇ３により設定される利得調節区間の利得調節の大きさは、異なるように設定されることができる。利得調節部２３０は、平均誤差値が存在する利得調節区間を判断し、判断した利得調節区間の大きさによって利得値を調節することができる。

即ち、平均誤差値が存在する利得調節区間の利得調節の大きさによって利得値を異ならせて調節することが可能である。また、複数の第３基準値の個数が大きくなるほど、これにより決まる利得調節区間も複数となり、利得値をさらに細密に調節することができる。

比例／比例積分制御部２４０は、制御選択部２２０で選択された制御及び利得調節部２３０で生成された利得値によってモータを制御することができる。具体的には、比例／比例積分制御部２４０は、比例制御を行う比例制御器２４１と、比例積分制御を行う比例積分制御器２４２とを含んでよい。

即ち、誤差値が第１基準値以上のとき、比例制御器２４１が比例制御を行ってモータを制御し、誤差値が第１基準値未満のとき、比例積分制御器２４２が比例積分制御を行ってモータを制御することができる。

このとき、互いに隣接する区間の平均誤差値の符号が変動する場合、オーバーシューティングと判断し、選択された利得値を減少させることができ、互いに隣接する区間の平均誤差値の符号が保持される場合、平均誤差値の大きさを第２基準値と比べて平均誤差値の大きさが第２基準値以上のとき、利得値を増加させることができ、平均誤差値の大きさが第２基準値未満のとき、利得値を減少させることができる。

図３は本発明の一実施例によるモータの制御方法を説明するためのフローチャートである。図３を参照し、本発明のモータの制御方法のうち比例制御及び比例積分制御の何れかを選択する方法を説明する。

本発明のモータの制御装置は、目標値が変更する場合やモータを初期に駆動する時、モータを比例制御で制御することができる（Ｓ１００）。

その後、検出部３００はモータの速度を検出し、検出したモータの速度により出力値を生成することができる（Ｓ１１０）。

検出部３００で生成された出力値は比較部１００に伝達され、比較部１００は検出部３００から伝達された出力値及び目標値を比べて誤差値を算出することができる（Ｓ１２０）。

比較部１００は算出した誤差値を演算部２１０に伝達し、演算部２１０は伝達された誤差値を一定間隔の区間ごとに平均して平均誤差値を算出することができる（Ｓ１３０）。

制御選択部２２０は、演算部２１０で算出された平均誤差値の大きさを既設定の第１基準値と比べることができる（Ｓ１４０）。既設定の第１基準値は、過渡状態と定常状態を区分するために予め設定された値であってよい。即ち、平均誤差値の大きさが既設定の第１基準値以上のときは過渡状態であり、平均誤差値の大きさが既設定の第１基準値未満のときは定常状態であると判断されることができる。

即ち、平均誤差値の大きさが既設定の第１基準値以上のとき、制御選択部２２０は過渡状態であると判断して比例制御を選択し、比例制御器２４１により比例制御が行われることができる（Ｓ１４０）。

また、平均誤差値の大きさが既設定の第１基準値未満のとき、制御選択部２２０は定常状態であると判断して比例積分制御を選択し、比例積分制御器２４２により比例積分制御が行われることができる（Ｓ１５０）。

図４は本発明の一実施例によるモータの制御方法を説明するためのフローチャートである。図４を参照し、本発明のモータの制御方法のうち利得を調節する方法を説明する。

本発明のモータの制御装置の一構成要素である検出部３００は、モータの速度を検出して出力値を生成することができる（Ｓ２００）。

検出部３００で生成された出力値は比較部１００に伝達され、比較部１００は伝達された出力値と目標値を比べて誤差値を生成することができる（Ｓ２１０）。

演算部２１０は、比較部１００で生成された誤差値を一定間隔の区間ごとに平均して平均誤差値を算出することができる（Ｓ２２０）。

演算部２１０で算出された平均誤差値は利得調節部２３０に伝達され、利得調節部２３０は制御選択部２２０で選択された比例制御及び比例積分制御の何れかの利得値を調節することができる。

利得調節部２３０は互いに隣接する区間の平均誤差値の符号を比べて平均誤差値の符号の変動有無を検出することができる（Ｓ２３０）。互いに隣接する区間の平均誤差値の符号が変動したということは、オーバーシューティングが発生したことを意味することができる。オーバーシューティングが発生する場合、利得調節部２３０は利得を減少させることができる（Ｓ２６０）。

但し、互いに隣接する区間の平均誤差値の符号が同一に保持される場合、オーバーシューティングが発生しなかったと判断し、平均誤差値の大きさを既設定の第２基準値と比べることができる（Ｓ２４０）。

平均誤差値の大きさが既設定の第２基準値より大きい場合、利得値を増加させて回答速度を高めることができ（Ｓ２５０）、平均誤差値の大きさが既設定の第２基準値より小さい場合、利得値を減少させて安定性を高めることができる。

図５は本発明の一実施例によるモータの制御方法を説明するために提供される図面である。

図５において、横軸は時間軸で、縦軸はモータの速度を示す指標である分当たりの回転数を示す。また、実線はモータを制御するための目標値を示したグラフであり、破線はモータの速度を検出して生成された出力値を示したグラフである。また、Ｔ１〜Ｔ４の区間は同じ間隔を有する。

Ｔ１区間の開始地点で目標値が変動することが分かる。目標値が変動する場合、モータの制御装置は比例制御Ｐを行う。その後、比較部１００は検出部３００で生成された出力値と目標値を比べて誤差値を算出し、演算部２１０は算出した誤差値により平均誤差値を算出することができる。各区間での平均誤差値は、出力値と目標値の面積差を各時間間隔で分けて算出することができる。

図５の（ａ）を参照すると、時間が経つにつれＴ１区間からＴ４区間の出力値と目標値の面積差が減少することが分かる。即ち、平均誤差値が次第に減少することが分かる。従って、平均誤差値が次第に減少するため、目標値が変動するＴ１区間の開始地点で行われる比例制御Ｐは、既設定の第１基準値により比例積分制御ＰＩに変更されることができる。図５の（ａ）では、Ｔ３区間の平均誤差値が既設定の第１基準値未満の場合を仮定し、Ｔ４区間から比例積分制御ＰＩを行うことを示した。

図５の（ｂ）を参照すると、Ｔ１区間では目標値と出力値の差である誤差値が正の符号を有するため、平均誤差値も正の符号を有することが分かる。一方、Ｔ２区間では平均誤差値が負の符号を有し、Ｔ３区間では正の符号を有することが分かる。従って、この場合、オーバーシューテングが検出されたと判断し、既設定の第１基準値と平均誤差値の大きさを比べて選択される比例制御及び比例積分制御の利得値を減少させることができる。但し、Ｔ３区間とＴ４区間は、平均誤差値の符号の変動がないため、平均誤差値の大きさを既設定の第２基準値と比べて利得値の増加または減少有無を決定することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。

１００ 比較部
２００ 制御部
３００ 検出部
２１０ 演算部
２２０ 制御選択部
２３０ 利得調節部
２４０ 比例／比例積分制御部
２４１ 比例制御器
２４２ 比例積分制御器

Claims (17)

1. 目標値と出力値を比べて誤差値を算出する比較部と、
   前記誤差値を一定間隔の区間ごとに平均して算出された平均誤差値により比例制御及び比例積分制御の何れかを選択し、選択された制御の利得値を調節してモータを制御する制御部と、
   を含むモータの制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記誤差値を前記区間ごとに平均して前記平均誤差値を算出する演算部と、
   前記平均誤差値によって比例制御及び比例積分制御の何れかを選択する制御選択部と、
   前記制御選択部により選択される制御の利得値を前記平均誤差値によって調節する利得調節部と、
   前記制御選択部で選択された制御及び前記利得値によって前記モータを制御する比例／比例積分制御部と、
   を含む請求項１に記載のモータの制御装置。
3. 前記制御選択部は、
   前記平均誤差値の大きさを既設定の第１基準値と比べて前記比例制御及び前記比例積分制御の何れかを選択する請求項２に記載のモータの制御装置。
4. 前記制御選択部は、
   前記平均誤差値の大きさが前記第１基準値以上のとき、前記比例制御を選択し、前記平均誤差値の大きさが前記第１基準値未満のとき、前記比例積分制御を選択する請求項３に記載のモータの制御装置。
5. 前記利得調節部は、
   前記区間のうち互いに隣接する区間の平均誤差値の符号を比べて前記利得値を調節する請求項２から４の何れか１項に記載のモータの制御装置。
6. 前記利得調節部は、前記区間のうち互いに隣接する区間の平均誤差値の符号が変動する場合、前記利得値を減少させる請求項５に記載のモータの制御装置。
7. 前記利得調節部は、前記区間のうち互いに隣接する区間の平均誤差値の符号が保持される場合、前記平均誤差値の大きさを既設定の第２基準値と比べる請求項５または６に記載のモータの制御装置。
8. 前記利得調節部は、前記平均誤差値の大きさが前記第２基準値以上のとき、前記利得値を増加させ、前記平均誤差値の大きさが前記第２基準値未満のとき、前記利得値を減少させる請求項７に記載のモータの制御装置。
9. 前記第２基準値は既設定の複数の第３基準値を含み、
   前記複数の第３基準値は既設定の間隔で配列され、利得調節の大きさを異ならせる利得調節区間を形成し、
   前記利得調節部は、前記平均誤差値の大きさが存在する前記利得調節区間の利得調節の大きさにより前記利得値を調節する請求項８に記載のモータの制御装置。
10. 前記比例／比例積分制御部は、
    前記比例制御を行う比例制御器と、
    前記比例積分制御を行う比例積分制御器と、
    を含む請求項２から９の何れか１項に記載のモータの制御装置。
11. 前記モータの速度を検出して前記出力値を生成する検出部をさらに含む請求項１から１０の何れか１項に記載のモータの制御装置。
12. モータの速度を検出して生成された出力値と目標値を比べて誤差値を生成する段階と、
    前記誤差値を一定間隔の区間ごとに平均して平均誤差値を生成する段階と、
    前記平均誤差値によって比例制御及び比例積分制御の何れかを選択する段階と、
    前記平均誤差値により選択された前記比例制御及び比例積分制御の何れかの利得値を調節する段階と、
    を含むモータの制御方法。
13. 前記制御を選択する段階は、前記平均誤差値の大きさが既設定の第１基準値以上のとき、比例制御を選択し、前記平均誤差値の大きさが前記第１基準値未満のとき、比例積分制御を選択する請求項１２に記載のモータの制御方法。
14. 前記利得値を調節する段階は、前記区間のうち互いに隣接する区間の平均誤差値の符号を比べて前記利得値を調節する請求項１２または１３に記載のモータの制御方法。
15. 前記利得値を調節する段階は、前記平均誤差値の符号が変動する場合、前記利得値を減少させる請求項１４に記載のモータの制御方法。
16. 前記利得値を調節する段階は、前記符号が保持される場合、前記平均誤差値の大きさを既設定の第２基準値と比べる請求項１４または１５に記載のモータの制御方法。
17. 前記利得値を調節する段階は、前記平均誤差値の大きさが前記第２基準値より大きい場合前記利得値を増加させ、前記平均誤差値の大きさが前記第２基準値より小さい場合前記利得値を減少させる請求項１６に記載のモータの制御方法。

Images