JP2015224759A - バルブ制御装置およびバルブ制御方法 - Google Patents

バルブ制御装置およびバルブ制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】駆動源が回転機であるバルブ機構の位置応答特性を向上させ、位置応答の高応答化が可能となるバルブ制御装置およびバルブ制御方法を得る。【解決手段】バルブ機構の機械定数(50)を用いて構成された、目標開閉位置θ*から第一の指令までの伝達関数にしたがって、入力された目標開閉位置に対応する第一の指令を演算し、目標開閉位置θ*と検出開閉位置との偏差に基づいて、第二の指令を演算し、第一の指令と第二の指令との和と、検出開閉位置とに基づいて、回転機に対する駆動指令を演算する。【選択図】図3

Description

本発明は、駆動源が回転機(例えば、ブラシレスDCモータ)であるバルブ機構(例えば、電子スロットルまたは排気ガス再循環システムに用いられるバルブ)の動作を制御するバルブ制御装置およびバルブ制御方法に関するものである。
従来技術として、スロットル弁の開度指令信号と実開度を検出するセンサ出力とに基づいてスロットル弁開閉制御用の直流モータに印加すべき電圧を求める制御手段と、制御手段の出力である印加電圧をPWM信号のデューティ比に変換する電圧/デューティ変換手段とを有する電子制御スロットルの制御装置がある(例えば、特許文献1参照)。
また、特許文献1に記載の電子制御スロットルの制御装置においては、電圧/デューティ変換手段は、駆動回路に入力するPWM信号のデューティ比に対して駆動回路から出力してモータに印加される電圧の非直線特性を直線特性に変換し、モータ印加電圧をPWM信号のデューティ比に変換することで、非直線特性を補償して応答性を向上させている。
特開2002−54485号公報(3頁18〜32行、図6)
しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
特許文献1に記載の従来技術では、位置偏差(開度指令信号と実開度との偏差)が零になるように電圧指令を生成する電圧制御である。したがって、モータの特性または機械系の特性に起因した電流応答遅れまたは位置応答遅れによって、位置応答を高応答化することができないという問題がある。
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、バルブ機構の位置応答特性を向上させ、位置応答の高応答化が可能となるバルブ制御装置およびバルブ制御方法を得ることを目的とする。
本発明におけるバルブ制御装置は、駆動源が回転機であるバルブ機構の動作を制御するバルブ制御装置であって、バルブ機構の実位置に対応する検出開閉位置を検出する開閉位置検出部と、目標開閉位置と、検出開閉位置と、バルブ機構の機械定数とを入力として、駆動指令を演算する電圧指令演算部と、駆動指令にしたがって、回転機に電圧を印加する電圧印加部と、を備え、電圧指令演算部は、入力された機械定数を用いて構成された、目標開閉位置から第一の指令までの伝達関数にしたがって、入力された目標開閉位置に対応する第一の指令を演算する第一の演算部と、目標開閉位置と検出開閉位置との偏差に基づいて、第二の指令を演算する第二の演算部と、第一の指令と第二の指令との和と、検出開閉位置とに基づいて、駆動指令を演算する第三の演算部と、を有するものである。
また、本発明におけるバルブ制御方法は、駆動源が回転機であるバルブ機構の動作を制御するバルブ制御装置によって実行されるバルブ制御方法であって、バルブ機構の実位置に対応する検出開閉位置を検出する開閉位置検出ステップと、目標開閉位置と、検出開閉位置と、バルブ機構の機械定数とを入力として、駆動指令を演算する電圧指令演算ステップと、駆動指令にしたがって、回転機に電圧を印加する電圧印加ステップと、を備え、電圧指令演算ステップでは、入力された機械定数を用いて構成された、目標開閉位置から第一の指令までの伝達関数にしたがって、入力された目標開閉位置に対応する第一の指令を演算するステップと、目標開閉位置と検出開閉位置との偏差に基づいて、第二の指令を演算するステップと、第一の指令と第二の指令との和と、検出開閉位置とに基づいて、駆動指令を演算するステップと、を有するものである。
本発明によれば、バルブ機構の機械定数を考慮して、バルブ機構の駆動源である回転機に電圧を印加する電圧印加部に対して出力する駆動指令を演算することにより、位置応答特性を向上させ、位置応答の高応答化が可能となるバルブ制御装置を得ることができる。
本発明の実施の形態1におけるバルブ制御装置を含む制御システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態1における開閉位置検出部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態1における電圧指令演算部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態1における電圧指令演算部の第一の演算部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態1における電圧指令演算部の第二の演算部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態1における電圧指令演算部の第三の演算部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態2における電圧指令演算部の第三の演算部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態2における第三の演算部の電圧指令演算器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態3におけるバルブ制御装置を含む制御システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態3における開閉位置検出部の構成を示すブロック図である。
本発明は、バルブ機構の開弁方向または閉弁方向に付与されるリターントルクと対向に駆動トルクを付与する駆動源の制御によって、リターントルクと駆動トルクとのバランスでバルブ機構を開閉制御する制御装置に適用可能である。以下、本発明によるバルブ制御装置およびバルブ制御方法を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
実施の形態1.
本実施の形態1におけるバルブ制御装置について、図1、図2を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態1におけるバルブ制御装置を含む制御システムの全体構成を示すブロック図である。図2は、本発明の実施の形態1における開閉位置検出部300の構成を示すブロック図である。
図1における制御システムは、電圧指令演算部1、電圧印加部100および開閉位置検出部300を有するバルブ制御装置と、回転機200と、バルブ機構400とを備える。
電圧指令演算部1には、位置指令である目標開閉位置θと、バルブ機構400の実位置に対応する検出開閉位置と、バルブ機構の機械定数50(以降では、機械定数50と略す)とが入力される。また、機械定数50は、あらかじめ規定されるものであり、この機械定数50を電圧指令演算部1に入力しておくことで、後述する伝達関数Gff1(s)が一意的に定まる。また、電圧指令演算部1は、目標開閉位置θに対して検出開閉位置が追従するように、駆動指令を電圧印加部100に出力する。
電圧印加部100は、電圧指令演算部1から入力された駆動指令に対応した電圧を回転機200に出力する。具体的には、電圧印加部100は、駆動指令に基づいて、PWM方式でパワー素子(図示せず)をスイッチングする。なお、電圧印加部100としては、例えば、インバータを用いる。
回転機200は、電圧印加部100から入力された電圧にしたがって駆動制御され、バルブ機構400に対して駆動トルクを与えることで、バルブ機構400を駆動する。なお、回転機200としては、例えば、ブラシレスDCモータを用いる。
開閉位置検出部300は、駆動制御中の回転機200の回転角(回転機200の回転軸の角度)を検出することで、バルブ機構400の実位置に対応する検出開閉位置を検出し、電圧指令演算部1に出力する構成となっている。
具体的には、開閉位置検出部300を図2に示すような構成とすればよい。すなわち、図2に示すように、開閉位置検出部300は、回転機200の電気角θおよび機械角θを、検出開閉位置として電圧指令演算部1に出力する。なお、電気角θは、検出器310によって検出される。また、この電気角θを回転機200の極対数pで除算することで、機械角θ(=θ/p)が演算される。
このように、開閉位置検出部300は、回転機200の回転角を検出することで、バルブ機構400の実位置を検出開閉位置として間接的に検出していることとなる。したがって、回転機200の回転角のみを制御に用いて、バルブ機構400の実位置が目標開閉位置θになるように制御することができる。
バルブ機構400には、付勢手段としてスプリング(図示せず)が連結されており、例えば、スプリングによるリターントルクがバルブの閉弁方向に作用するようにあらかじめスプリングにはプレロードが与えられているものとする。一方、回転機200には、回転機200の回転軸と連動した動力伝達機構(例えば歯車列、図示せず)を介してスプリングと連結されており、バルブが閉弁動作する際には、プレロードによるトルク(リターントルク)でバルブが機械端に押し当てられた状態となる。
次に、本実施の形態1におけるバルブ制御装置の電圧指令演算部1について、図3〜図6を参照しながら説明する。図3は、本発明の実施の形態1における電圧指令演算部1の構成を示すブロック図である。図4は、本発明の実施の形態1における電圧指令演算部1の第一の演算部10の構成を示すブロック図である。図5は、本発明の実施の形態1における電圧指令演算部1の第二の演算部20の構成を示すブロック図である。図6は、本発明の実施の形態1における電圧指令演算部1の第三の演算部30の構成を示すブロック図である。
図3において、電圧指令演算部1は、第一の演算部10と、第二の演算部20と、第三の演算部30とを有する。
第一の演算部10は、目標開閉位置θおよび機械定数50を入力として、フィードフォワード制御にしたがって第一の指令を第三の演算部30に出力する。また、第二の演算部20は、目標開閉位置θおよび検出開閉位置を入力として、目標開閉位置θと検出開閉位置との偏差に基づくフィードバック制御にしたがって第二の指令を第三の演算部30に出力する。
第三の演算部30は、検出開閉位置と、第一の指令および第二の指令とを入力として、駆動指令を電圧印加部100に出力する。
続いて、第一の演算部10、第二の演算部20および第三の演算部30の具体的な構成について説明する。
図4において、第一の演算部10は、第一の制御器15から構成されている。また、第一の演算部10は、第一の制御器15の伝達関数として、目標開閉位置θから第一の指令までの伝達関数Gff1(s)を用いて、目標開閉位置θおよび機械定数50に基づいて、第一の指令を第三の演算部30に出力する。
ここで、回転機200に流れる電流から開閉位置検出部300が出力する検出開閉位置までの動特性(θ(s)/I(s))は、式(1)で与えられる。
Figure 2015224759
なお、式(1)のsはラプラス演算子、Jはモータ軸換算の慣性モーメント、cはモータ軸換算の粘性係数、kはモータ軸換算のばね定数、Kはトルク定数である。また、慣性モーメントJ、粘性係数c、ばね定数kおよびトルク定数Kから構成される機械定数50は、全て設計値としてあらかじめ得られる(規定される)ものである。さらに、トルク定数Kは、ブラシレスDCモータをブラシ付きDCモータに等価換算した値である。また、式(1)の最右辺のK11、T11、T12は、慣性モーメントJ、粘性係数c、ばね定数kおよびトルク定数Kの設計値より得られる係数である。
したがって、第一の制御器15の伝達関数Gff1(s)は、式(1)の逆数、すなわち、式(2)で与えられる。
Figure 2015224759
このように、第一の制御器15を構成することで、第一の指令として、目標開閉位置θを実現するために必要な第一の電流指令を得ることができる。すなわち、第一の制御器15の伝達関数として、目標開閉位置θから第一の電流指令までの伝達関数Gff1(s)を構成することで、入力された目標開閉位置θに対応する第一の電流指令を得ることができる。なお、式(2)の分子の時間微分の演算には、前進差分、後退差分、疑似微分などが利用できる。
また、モータの特性または機械系の特性を表す機械定数50を用いて伝達関数Gff1(s)を構成することで、バルブ機構400の数学モデルをフィードフォワード制御に利用することができ、位置応答特性を向上させることができる。
図5において、第二の演算部20は、第二の制御器21、第三の制御器22および第四の制御器23から構成されている。
例えば、これらの制御器の構成として、第二の制御器21をPI制御器(伝達関数:K+K/s)、第三の制御器22を疑似微分器(伝達関数:Ts/(1+Ts))、第四の制御器23を定数(伝達関数:Kd)とした微分先行型PID制御系とする。
このように第二の制御器21、第三の制御器22および第四の制御器23を構成することで、第二の指令として、外乱による検出開閉位置の変動を抑制しつつ目標開閉位置θに追従させるための第二の電流指令を得ることができる。すなわち、第二の演算部20におけるフィードバック制御によって、バルブ機構400の外乱要因が抑圧されるので、外乱抑圧特性を向上させることができる。
なお、第二の演算部20内の各制御器の構成については、上述した例に限定されず、例えば、第二の制御器21をPID制御器(伝達関数:K+K/s+Ks)、第三の制御器22を0、第四の制御器23を1としたPID制御としてもよい。このように、第二の演算部20内の各制御器の構成については、目標開閉位置θと検出開閉位置との偏差に応じて第二の指令を演算する構成であれば、どのような構成であってもよい。
図6において、第三の演算部30は、速度演算器31、電圧指令演算器32、座標変換器33および飽和器34から構成されている。
速度演算器31は、入力された検出開閉位置に基づいて、電気角速度ωを演算して、電圧指令演算器32に出力する。
ここで、速度演算器31による電気角速度ωの具体的な演算は、式(3)で与えられる。
Figure 2015224759
なお、式(3)のTはフィルタ時定数である。
電圧指令演算器32は、入力された第一の指令および第二の指令の和と、入力された電気角速度ωとに基づいて、回転二軸の電圧指令を演算する。換言すると、電圧指令演算器32は、第一の指令および第二の指令の和である電流指令(具体的には、q軸電流指令i )と、電気角速度ωとに基づいて、d軸電圧指令V およびq軸電圧指令V を演算して、座標変換器33に出力する。
このように、電圧指令演算器32は、回転二軸の電圧指令を演算する際に、第一の指令と第二の指令とを併せて考慮している。具体的には、電圧指令演算器32は、第二の指令を第一の指令に加算している。したがって、第一の演算部10におけるフィードフォワード制御と、第二の演算部20におけるフィードバック制御とを併用することとなるので、目標値応答特性および外乱抑圧特性の両方を向上させることができる。
ここで、電圧指令演算器32によるd軸電圧指令V およびq軸電圧指令V の具体的な演算は、式(4)で与えられる。
Figure 2015224759
なお、式(4)のRはdq軸抵抗、L,Lはdq軸インダクタンス、φは誘起電圧定数であり、これらは、回転機200の仕様で決まる定数である。また、式(4)のTはローパスフィルタの時定数であり、式(4)においては、d軸実電流iおよびq軸実電流iをd軸電流指令i およびq軸電流指令i への一次ローパスフィルタ特性に追従させることを意味している。また、ここでは、d軸電流指令i を零としている。
また、式(4)を展開すると、式(5)が得られる。
Figure 2015224759
さらに、電流指令に対して即座に追従する理想的な電流応答を得ることを考慮して時定数Tを零とする場合、式(5)から式(6)が得られる。
Figure 2015224759
座標変換器33は、入力されたd軸電圧指令V およびq軸電圧指令V を、検出開閉位置を利用して、駆動指令である三相電圧指令(u相電圧指令V 、v相電圧指令V およびw相電圧指令V )に変換する。
ここで、q軸電流指令i が、例えば、ステップ状に変化すると、式(6)におけるsL の項が微分作用で急峻に変化し、三相電圧指令が回転機200の出力電圧範囲を超える。その結果、この出力電圧範囲を超えた時間範囲で電流応答が劣化する。そこで、回転機200の実使用電圧範囲内で三相電圧指令を生成するために、飽和器34が設けられている。すなわち、飽和器34で電圧の上下限値を制限することで、三相電圧指令の超過を防ぎ、電流応答の劣化を抑制することができる。
このように、第三の演算部30においては、q軸電流指令i に対して、実際のq軸電流であるq軸実電流iが時定数Tで追従するように構成されている。この結果、目標開閉位置θを実現するための三相電圧指令を応答遅れなく演算し、バルブ機構の位置応答を高速化することができる。
以上、本実施の形態1によれば、バルブ機構の機械定数を用いて構成された、目標開閉位置θから第一の指令(具体的には、第一の電流指令)までの伝達関数(Gff1(s))にしたがって、入力された目標開閉位置θに対応する第一の指令を演算する。また、目標開閉位置と検出開閉位置との偏差に基づいて、第二の指令(具体的には、第二の電流指令)を演算する。
さらに、第一の指令と第二の指令との和と、検出開閉位置とに基づいて、駆動指令を演算する。より具体的には、第一の指令と第二の指令との和と、検出開閉位置に対応した電気角速度とに基づいて、回転二軸の電圧指令を演算するとともに、検出開閉位置に基づいて、回転二軸の電圧指令に対応した三相電圧指令を駆動指令として演算する。
これにより、モータの特性または機械系の特性を表す機械定数を用いて伝達関数(Gff1(s))が構成されているので、バルブ機構の数学モデルをフィードフォワード制御に利用することができ、位置応答特性を向上させることができる。
また、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用してバルブ機構を制御することとなるので、目標値応答特性および外乱抑圧特性の両方を向上させることができる。さらに、目標値応答特性および外乱抑圧の向上を両立した三相電圧指令を駆動指令として演算することができる。
なお、本実施の形態1では、電圧指令演算器32におけるローパスフィルタの時定数Tを零として設定する場合を例示したが、零以外の任意の値として設定してもよい。この場合、急峻なq軸電流指令に対して、設定した時定数での滑らかなq軸電流応答を得ることができるので、電圧飽和を抑えつつ高速な位置応答を得ることができる。
また、速度演算器31におけるフィルタ時定数Tを速度に応じて可変とすることで、検出開閉位置が離散的な信号であっても、この信号の微分で発生する速度の振動的な挙動を抑制し、速度を高精度に演算することができる。
実施の形態2.
先の実施の形態1では、第一の指令と第二の指令との和が電流指令となるように電圧指令演算部1を構成した場合について説明した。これに対して、本発明の実施の形態2では、第一の指令と第二の指令との和が電圧指令となるように電圧指令演算部1を構成する場合について説明する。
図7は、本発明の実施の形態2における電圧指令演算部1の第三の演算部30Aの構成を示すブロック図である。図7において、第三の演算部30Aは、検出開閉位置と、第一の指令および第二の指令とを入力として、駆動指令を電圧印加部100に出力する。
続いて、第三の演算部30Aに入力される第一の指令および第二の指令について説明する。
本実施の形態2では、第一の演算部10は、第一の制御器15から構成されているが、第一の制御器15の伝達関数が先の実施の形態1と異なるように構成されている。すなわち、第一の演算部10は、第一の制御器15の伝達関数として、伝達関数Gff1(s)の代わりに後述する伝達関数Gff2(s)を用いて、目標開閉位置θおよび機械定数50に基づいて、第一の指令を第三の演算部30Aに出力する。
ここで、回転機200へ入力する電圧から開閉位置検出部300が出力する検出開閉位置までの動特性(θ(s)/V(s))は、式(7)で与えられる。
Figure 2015224759
なお、式(7)のsはラプラス演算子、Jはモータ軸換算の慣性モーメント、cはモータ軸換算の粘性係数、kはモータ軸換算のばね定数、Kはトルク定数、Rは巻き線抵抗、Lは巻き線インダクタンスである。また、慣性モーメントJ、粘性係数c、ばね定数k、トルク定数K、抵抗RおよびインダクタンスLから構成される機械定数50は、全て設計値としてあらかじめ得られる(規定される)ものである。さらに、トルク定数K、抵抗RおよびインダクタンスLは、ブラシレスDCモータをブラシ付きDCモータに等価換算した値である。
ラプラス演算子sの多項式で示される式(7)の分母の多項式係数において、最高次の係数JL/K は他の多項式係数と比較して十分小さく、また、それ以外の多項式係数において、
RJ>>cL
>>kL+cR
とした場合、式(7)は、式(8)のように近似することができる。
Figure 2015224759
また、式(8)の最右辺のK21、T21、T22は、慣性モーメントJ、ばね定数k、トルク定数K、抵抗Rの設計値より得られる係数である。
したがって、本実施の形態2では、第一の制御器15の伝達関数Gff2(s)は、式(8)の逆数、すなわち、式(9)で与えられる。
Figure 2015224759
このように、第一の制御器15を構成することで、第一の指令として、目標開閉位置θを実現するために必要な第一の電圧指令を得ることができる。すなわち、第一の制御器15の伝達関数として、目標開閉位置θから第一の電圧指令までの伝達関数Gff2(s)を構成することで、入力された目標開閉位置θに対応する第一の電圧指令を得ることができる。なお、式(9)の分子の時間微分の演算には、前進差分、後退差分、疑似微分などが利用できる。
本実施の形態2では、第二の演算部20は、先の実施の形態1と同様に、第二の制御器21、第三の制御器22および第四の制御器23から構成されているが、第二の指令が第二の電圧指令に相当する。したがって、各制御器の伝達関数の係数が異なるように構成されている。
続いて、第三の演算部30Aについて説明する。図7に示すように、第三の演算部30Aは、電圧指令演算器32Aおよび飽和器34から構成されている。また、第三の演算部30Aに入力される第一の指令および第二の指令は、それぞれ電圧指令のデューティ値、すなわち、電圧印加部100の電源電圧に対する電圧指令の比率に相当する。具体的には、例えば、電源電圧をVdd、第一の指令をV、第二の指令をVとした場合、電圧指令のデューティ値は、(V+V)/Vddで表現される。
また、第三の演算部30Aに入力される検出開閉位置の分解能は、先の図2に示す回転機200に設けられている検出器310の分解能に依存する。また、この分解能が電気角で60度または30度の離散的な値の場合、検出開閉位置に基づいてsin関数またはcos関数のような三角関数を含む座標変換を演算するには演算負荷が大きい。
そこで、本実施の形態2では、電圧指令演算器32Aは、図8のような構成となっている。図8は、本発明の実施の形態2における第三の演算部30Aの電圧指令演算器32Aの構成を示すブロック図である。図8において、電圧指令演算器32Aは、電圧ベクトル演算器36および積算器37から構成されている。
また、電圧ベクトル演算器36は、u相、v相、w相の電圧ベクトルの組み合わせと、検出開閉位置との関連付けを、テーブルとしてあらかじめ含むように構成されている。電圧指令演算器32Aは、電圧ベクトル演算器36のテーブルから、入力された検出開閉位置に対応した電圧ベクトルの組み合わせを抽出し、積算器37に出力する。
ここで、例えば、テーブル内の電圧ベクトルの組み合わせ総数について、電気角分解能が60度の場合には6個とし、電気角分解能が30度の場合には12個とする。すなわち、電気角分解能をΔθとすれば、電圧ベクトルの組み合わせ総数は、360/Δθで定まる。
また、積算器37は、第一の指令および第二の指令の和である電圧指令(具体的には、電圧指令のデューティ値)と、電圧ベクトルとを積算することで、u相、v相、w相の各相に電圧を印加するための三相電圧指令(u相電圧指令V 、v相電圧指令V およびw相電圧指令V )を駆動指令として出力する。このように構成することで、目標開閉位置θを実現するための三相電圧指令を応答遅れなく演算し、バルブ機構の位置応答を高速化することができる。ここで、飽和器34は、u相、v相、w相の各相に対する電圧指令のデューティ値を制限する。
以上、本実施の形態2によれば、バルブ機構の機械定数を用いて構成された、目標開閉位置θから第一の指令(具体的には、第一の電圧指令)までの伝達関数(Gff2(s))にしたがって、入力された目標開閉位置θに対応する第一の指令を演算する。また、目標開閉位置と検出開閉位置との偏差に基づいて、第二の指令(具体的には、第二の電圧指令)を演算する。
さらに、第一の指令と第二の指令との和と、検出開閉位置とに基づいて、駆動指令を演算する。より具体的には、電圧ベクトルと検出開閉位置とを関連付けたテーブルから、入力された検出開閉位置に対応した電圧ベクトルを抽出し、抽出された電圧ベクトルと、第一の指令と第二の指令との和とに基づいて、三相電圧指令を駆動指令として演算する。
これにより、先の実施の形態1と同様の効果が得られるとともに、座標変換器が不要となるので、演算負荷を簡素化することができる。
実施の形態3.
先の実施の形態1、2では、開閉位置検出部300が回転機200の回転角を検出することで、検出開閉位置を検出する場合について説明した。これに対して、本発明の実施の形態3では、開閉位置検出部300Aがバルブ機構400のバルブ回転軸の角度(バルブ機構の回転角)を検出することで、検出開閉位置を検出する場合について説明する。
図9は、本発明の実施の形態3におけるバルブ制御装置を含む制御システムの全体構成を示すブロック図である。ここで、図9に示すように、本実施の形態3では、先の実施の形態1、2と比べて、開閉位置検出部300Aがバルブ機構400側に設けられている点が異なり、それ以外の構成は同じである。
図10は、本発明の実施の形態3における開閉位置検出部300Aの構成を示すブロック図である。ここで、開閉位置検出部300Aは、駆動制御中のバルブ機構400の回転角を検出することで、バルブ機構400の実位置に対応する検出開閉位置を検出し、電圧指令演算部1に出力する構成となっている。
具体的には、開閉位置検出部300Aを図10に示すような構成とすればよい。すなわち、図10に示すように、開閉位置検出部300Aは、検出器310Aによって検出されたバルブ機構400の回転角に対して、バルブ機構400の動力伝達機構(例えばギア、図示せず)の減速比η(>1)を乗算することで機械角θを演算する。また、この機械角θに対して、極対数pを乗算することで電気角θ(=θ×p)を演算する。
したがって、バルブ機構400の回転角のみを制御に用いて、バルブ機構400の実位置が目標開閉位置θになるように制御することができる。
以上、本実施の形態3によれば、開閉位置検出部がバルブ機構の回転角を検出することで、検出開閉位置を演算する(検出する)ように構成する。これにより、開閉位置検出部から検出開閉位置が電圧指令演算部に入力されるので、先の実施の形態1、2と同様の効果が得られる。
なお、本実施の形態1〜3において、機械定数50として摩擦係数をさらに考慮してもよい。この場合、目標開閉位置θを時間微分した速度の正負で±1を出力する符号関数に摩擦係数を乗算して勘案する。この乗算結果は、摩擦トルクとして表現される。この摩擦トルクをトルク定数Kで除算することで摩擦トルク相当の電流が得られ、この電流を抵抗Rで除算することで摩擦トルク相当の電圧が得られる。また、第一の指令が電流であれば、摩擦トルク相当の電流を第一の指令に加算する。一方、第一の指令が電圧であれば、摩擦トルク相当の電圧を第一の指令に加算する。
また、本実施の形態1〜3では、機械定数50の構成要素を具体的に例示したが、これに限定されず、慣性モーメント、粘性係数、ばね定数、および摩擦係数の少なくとも1つ以上を用いて機械定数50を構成してもよい。この場合、慣性モーメント、粘性係数、ばね定数、および摩擦係数の少なくとも1つ以上を用いて構成される機械定数50を用いて、伝達関数(Gff1(s)、Gff2(s))が構成されることとなる。
1 電圧指令演算部、10 第一の演算部、15 第一の制御器、20 第二の演算部、21 第二の制御器、22 第三の制御器、23 第四の制御器、30、30A 第三の演算部、31 速度演算器、32、32A 電圧指令演算器、33 座標変換器、34 飽和器、36 電圧ベクトル演算器、37 積算器、50 バルブ機構の機械定数、100 電圧印加部、200 回転機、300、300A 開閉位置検出部、310、310A 検出器、400 バルブ機構。

Claims (7)

  1. 駆動源が回転機であるバルブ機構の動作を制御するバルブ制御装置であって、
    前記バルブ機構の実位置に対応する検出開閉位置を検出する開閉位置検出部と、
    目標開閉位置と、前記検出開閉位置と、前記バルブ機構の機械定数とを入力として、駆動指令を演算する電圧指令演算部と、
    前記駆動指令にしたがって、前記回転機に電圧を印加する電圧印加部と、
    を備え、
    前記電圧指令演算部は、
    入力された前記機械定数を用いて構成された、前記目標開閉位置から第一の指令までの伝達関数にしたがって、入力された前記目標開閉位置に対応する前記第一の指令を演算する第一の演算部と、
    前記目標開閉位置と前記検出開閉位置との偏差に基づいて、第二の指令を演算する第二の演算部と、
    前記第一の指令と前記第二の指令との和と、前記検出開閉位置とに基づいて、前記駆動指令を演算する第三の演算部と、
    を有するバルブ制御装置。
  2. 請求項1に記載のバルブ制御装置において、
    前記第三の演算部は、
    前記検出開閉位置を電気角速度に変換する速度演算器と、
    前記第一の指令と前記第二の指令との和と、前記電気角速度とに基づいて、回転二軸の電圧指令を演算する電圧指令演算器と、
    前記検出開閉位置に基づいて、前記回転二軸の電圧指令に対応した三相電圧指令を前記駆動指令として演算する座標変換器と、
    を有するバルブ制御装置。
  3. 請求項1に記載のバルブ制御装置において、
    前記第三の演算部は、
    電圧ベクトルと前記検出開閉位置との関連付けを、テーブルとしてあらかじめ含むように構成された電圧指令演算器を有し、
    前記電圧指令演算器は、
    入力された前記検出開閉位置に対応した前記電圧ベクトルを前記テーブルから抽出し、抽出された前記電圧ベクトルと、前記第一の指令と前記第二の指令との和とに基づいて、三相電圧指令を前記駆動指令として演算する
    バルブ制御装置。
  4. 請求項1から3のいずれか1項に記載のバルブ制御装置において、
    前記開閉位置検出部は、
    前記回転機の回転角を検出することで、前記検出開閉位置を検出する
    バルブ制御装置。
  5. 請求項1から3のいずれか1項に記載のバルブ制御装置において、
    前記開閉位置検出部は、
    前記バルブ機構の回転角を検出することで、前記検出開閉位置を検出する
    バルブ制御装置。
  6. 請求項1から5のいずれか1項に記載のバルブ制御装置において、
    前記機械定数は、慣性モーメント、粘性係数、ばね定数、および摩擦係数の少なくとも1つ以上を用いて構成されている
    バルブ制御装置。
  7. 駆動源が回転機であるバルブ機構の動作を制御するバルブ制御装置によって実行されるバルブ制御方法であって、
    前記バルブ機構の実位置に対応する検出開閉位置を検出する開閉位置検出ステップと、
    目標開閉位置と、前記検出開閉位置と、前記バルブ機構の機械定数とを入力として、駆動指令を演算する電圧指令演算ステップと、
    前記駆動指令にしたがって、前記回転機に電圧を印加する電圧印加ステップと、
    を備え、
    前記電圧指令演算ステップでは、
    入力された前記機械定数を用いて構成された、前記目標開閉位置から第一の指令までの伝達関数にしたがって、入力された前記目標開閉位置に対応する前記第一の指令を演算するステップと、
    前記目標開閉位置と前記検出開閉位置との偏差に基づいて、第二の指令を演算するステップと、
    前記第一の指令と前記第二の指令との和と、前記検出開閉位置とに基づいて、前記駆動指令を演算するステップと、
    を有するバルブ制御方法。
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