JP2020137184A - モータ制御装置、モータ制御方法、モータ制御プログラムおよびアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】被駆動物を目標位置に正確に移動させつつ、モータの速度を外部から設定できるようにする。【解決手段】モータ制御装置１は、外部のモータ２によって駆動される被駆動物の現在位置を検出する現在位置検出部１０と、被駆動物の現在位置と目標位置とを比較する位置比較部１１と、被駆動物の目標速度に基づいてモータ２を速度制御する速度制御部１３と、被駆動物の目標位置に基づいてモータ２を位置制御する位置制御部１４と、被駆動物の現在位置と目標位置との差が所定の閾値より小さくなったときに、モータ２の制御を速度制御から位置制御に切り替える制御切替部１２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置、モータ制御方法、モータ制御プログラムおよびアクチュエータに関する。

例えば航空機の動翼などを動作させるアクチュエータは、油圧で駆動される油圧式アクチュエータに代わるものとして、モータで駆動される電気機械式アクチュエータ（ＥＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｃｔｕａｔｏｒ）が開発されている。

特開２０１５−１０４２９１号公報

電気機械式アクチュエータ（以下、「アクチュエータ」と略称する）を駆動するモータは、仕様で定められた時間内に、アクチュエータのロッドをある位置から別の位置まで移動するよう制御される必要がある。以下、モータによって駆動されて移動される対象物を「被駆動物」と呼ぶ。また被駆動物に関し、移動が開始されるときの位置を「開始位置」、目標とする移動後の位置を「目標位置」、移動中おける現在の位置を「現在位置」、目標とする速度を「目標速度」、移動中における現在の速度を「現在速度」と呼ぶ。

従来のアクチュエータのモータの制御は、最初にコマンドにより目標位置が与えられ、被駆動物がこの目標位置に到達したときにモータを停止させる、というものであった。この制御によれば、被駆動物を目標位置に正確に移動させることができる。しかしながらモータの速度に関しては、リミッタ等を用いて、所定の速度や加速度を超過しないことを目的とした内部制御は行われるものの、外部から目標速度を設定することはできない。この場合、実際の速度と目標速度とが乖離することが避けられない。特に航空機の場合、動翼は複数のフラップを含み、これら複数のフラップが異なるアクチュエータで駆動される。この場合、上記のモータ制御では各アクチュエータの駆動速度を外部から制御できないため、これら複数のフラップの運動がばらつくこととなってしまう。

特許文献１には、モータから取得可能な情報に基づいて推定される推定速度または推定位相がフィードバックされない同期運転モードから推定速度がフィードバックされる位置検出運転モードへと切り換えられるように構成されたモータ制御装置に用いられるモータ制御用プログラムが記載されている。この技術によれば、負荷の軽重に応じてモータのトルク軸電流を調整することができる。しかしながらこの技術では、アクチュエータの駆動に要求される速度制御を実現することはできない。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、被駆動物を目標位置に正確に移動させつつ、モータの速度を外部から設定できるようにすることにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のモータ制御装置は、外部のモータによって駆動される被駆動物の現在位置を検出する現在位置検出部と、被駆動物の現在位置と目標位置とを比較する位置比較部と、被駆動物の目標速度に基づいてモータを速度制御する速度制御部と、被駆動物の目標位置に基づいてモータを位置制御する位置制御部と、被駆動物の現在位置と目標位置との差が所定の閾値より小さくなったときにモータの制御を速度制御から位置制御に切り替える制御切替部とを備える。

本発明の別の態様は、モータ制御方法である。この方法は、外部のモータによって駆動される被駆動物の目標位置と目標速度とを取得するステップと、被駆動物の現在位置を取得するステップと、被駆動物の目標速度に基づいてモータを速度制御するステップと、被駆動物の目標位置に基づいてモータを位置制御するステップと、目標位置と現在位置との差を所定の閾値と比較し差が閾値より小さくなったときにモータの制御を速度制御から位置制御に切り替えるステップとを備える。

本発明のさらに別の態様は、モータ制御プログラムである。このプログラムは、外部のモータによって駆動される被駆動物の目標位置と目標速度とを取得するステップと、被駆動物の現在位置を取得するステップと、被駆動物の目標速度に基づいてモータを速度制御するステップと、被駆動物の目標位置に基づいてモータを位置制御するステップと、目標位置と現在位置との差を所定の閾値と比較し差が閾値より小さくなったときにモータの制御を速度制御から位置制御に切り替えるステップとをコンピュータに実行させる。

本発明のさらに別の態様は、アクチュエータである。このアクチュエータは、モータと、モータによって駆動される被駆動物の現在位置を検出する現在位置検出部と、被駆動物の現在位置と目標位置とを比較する位置比較部と、被駆動物の目標速度に基づいてモータを速度制御する速度制御部と、被駆動物の目標位置に基づいてモータを位置制御する位置制御部と、被駆動物の現在位置と目標位置との差が所定の閾値より小さくなったときにモータの制御を速度制御から位置制御に切り替える制御切替部とを備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的なまたは一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、被駆動物を目標位置に正確に移動させつつ、モータの速度を外部から設定することができる。

第１実施形態に係る速度制御装置の機能ブロック図である。 被駆動物の位置の時間変化を示す図である。 図２の被駆動物の速度の時間変化を示す図である。 第２実施形態に係る速度制御装置の機能ブロック図である。 第３実施形態に係る速度制御方法のフロー図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るモータ制御装置１の構成を示す機能ブロック図である。モータ制御装置１は、現在位置検出部１０と、位置比較部１１と、制御切替部１２と、速度制御部１３と、位置制御部１４とを備える。

現在位置検出部１０は、位置センサなどにより構成され、外部のモータ２によって駆動される被駆動物（図示せず）の現在位置を検出する。現在位置検出部１０は、検出した被駆動物の現在位置を位置比較部１１に送信する。

位置比較部１１は、被駆動物の目標位置を記憶する。位置比較部１１は、例えば、コマンドにより目標位置を与えられることにより目標位置を記憶してよい。位置比較部１１は、記憶した被駆動物の目標位置と、現在位置検出部１０から送信された被駆動物の現在位置とを比較する。位置比較部１１は、被駆動物の目標位置と現在位置との差を制御切替部１２に送信する。

制御切替部１２は、被駆動物の目標位置と現在位置との差に関する閾値（以下、単に「閾値」と呼ぶ）を記憶する。制御切替部１２は、位置比較部１１から送信された被駆動物の目標位置と現在位置との差を閾値と比較する。制御切替部１２は、被駆動物の目標位置と現在位置との差が閾値以下になったとき、モータ２の制御を速度制御部１３による速度制御から位置制御部１４による位置制御に切り替える。

速度制御部１３は、モータ２が起動してから制御が位置制御に切り替えられるまでの間、モータ２を制御する。速度制御部１３は、例えば、モータ２を速度０から目標速度まで加速させ、モータ２が目標速度に到達した後は当該目標速度を一定に保つ。

速度制御部１３は、制御が位置制御に切り替えられるとモータ２の制御を停止する。

位置制御部１４は、制御切替部１２によって制御が切り替えられてからモータ２が停止するまでの間、モータ２を制御する。位置制御部１４は、例えば、モータ２を目標速度から徐々に減少させ、被駆動物が目標位置に到達するとモータ２を停止させる。

位置制御部１４は、モータ２が停止するとモータ２の制御を停止する。

図２は、図１のモータ制御装置１で制御されたモータ２により駆動された被駆動物の位置Ｐの時間変化を示す。図３は、図１の被駆動物の速度Ｖの時間変化を示す。すなわち図３は、図２の曲線で示される関数の時間微分を示す。

図２を参照すると、被駆動物はｔ＝０で開始位置Ｐ＝０から移動を開始し、ｔ＝ｔ１でＰ＝Ｐ１に到達し、ｔ＝ｔ２でＰ＝Ｐ２に到達し、ｔ＝ｔｆで目標位置Ｐｆに到達する。目標位置Ｐｆと位置Ｐ２との差は、ｔ＝ｔ２で閾値ΔＰｔに一致する。従ってモータ２は、０≦ｔ＜ｔ２では速度制御部１３によって制御され、ｔ２≦ｔ≦ｔｆでは位置制御部３によって制御される。

図３を参照すると、速度制御部１３は、０≦ｔ＜ｔ１では被駆動物を一定加速度（Ｖ１／ｔ１）で増加させ、ｔ１≦ｔ＜ｔ２では被駆動物が目標速度Ｖ１を保つようにモータ２を制御する。このとき加速度（Ｖ１／ｔ１）は、仕様等で規定された上限を超えないようにリミッタ等により制御されてもよい。ｔ２≦ｔ＜ｔｆではモータ２は位置制御部３によって制御される結果、被駆動物の速度Ｖは徐々に減少し、ｔ＝ｔｆで０となる。このようにモータは、ｔ１≦ｔ＜ｔ２で被駆動物を目標速度Ｖ１で移動するにように制御される。

本実施形態によれば、被駆動物を一定の時間所望の目標速度で動作させつつ、当該被駆動物を目標位置に正確に移動することができる。

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態に係るモータ制御装置１の構成を示す機能ブロック図である。モータ制御装置１は、第１実施形態のモータ制御装置の構成に加えて、所定の条件に従って閾値を算出するための閾値算出部１５をさらに備える。

閾値は、目標速度に基づいて算出されてよい。例えば、与えられた目標速度に対して閾値が小さすぎた場合、位置制御を実行しても、被駆動物が目標位置に到達したときにモータを停止させることができず、被駆動物の到達位置が目標位置を超えてしまうことがある。この問題を解決するために、閾値算出部１５は、目標速度が高いほど大きな閾値を算出してよい。

本実施例によれば、目標速度によらず、被駆動物を目標位置に正確に移動することができる。

閾値は、目標位置に基づいて算出されてよい。例えば、与えられた目標位置が被駆動物の可動範囲の限界に近かった場合、閾値が小さすぎると、被駆動物の到達位置が目標位置を超えてしまい、被駆動物が可動範囲の限界に達するおそれがある。すなわち、いわゆる底付きが発生するおそれがある。これを防止するために、閾値算出部１５は、目標位置が被駆動物の可動範囲の限界に近いほど大きな閾値を算出してよい。

本実施例によれば、目標位置によらず、被駆動物を目標位置に正確に移動することができる。

［第３実施形態］
図５は、第４実施形態に係る速度制御方法のフロー図である。本方法は、被駆動物の目標位置と目標速度とを取得するステップＳ１と、被駆動物の現在位置を取得するステップＳ２と、モータを速度制御するステップＳ３と、目標位置と現在位置との差を閾値と比較し、差が閾値より小さくなったときに、モータの制御を速度制御から位置制御に切り替えるステップＳ４と、モータを位置制御するステップＳ５とを備える。

ステップＳ１で本方法は、被駆動物の目標位置と目標速度を取得する。被駆動物の目標位置と目標速度は、事前に所定の値を与えられてもよいし、操作者や外部の機器により所望のタイミングで与えられてもよい。

ステップＳ２で本方法は、非駆動物の現在位置を取得する。非駆動物の現在位置は、位置センサなどにより検出されて与えられてもよい。

ステップＳ３で本方法は、モータを速度制御する。モータの速度制御は、例えば、モータを目標速度から徐々に減少させ、被駆動物が目標位置に到達するとモータを停止させるものであってよい。

ステップＳ４で本方法は、被駆動物の目標位置と現在位置との差を閾値と比較する。比較の結果、被駆動物の目標位置と現在位置との差が閾値以下であったときは、モータの速度制御を位置制御に切り替える。

ステップＳ５で本方法は、モータを位置制御する。モータの位置制御は、例えば、モータを目標速度から徐々に減少させ、被駆動物が目標位置に到達するとモータを停止させるものであってよい。

本実施形態によれば、被駆動物を一定の期間所望の目標速度で動作させつつ、当該被駆動物を目標位置に正確に移動することができる。

以上、本発明の実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

［変形例］
以下、変形例について説明する。変形例の説明では、実施の形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施の形態と重複する説明を適宜省略し、実施の形態と相違する構成について重点的に説明する。

（変形例１）
速度制御は、制御が位置制御に切り替わるまで目標速度を一定に保つものに代えて、制御の後半で徐々に速度を減少させるものであってもよい。本変形例によれば、制御が速度制御から位置制御に切り替わるときに、速度が急激に変化することを防止することができる。

（変形例２）
前述の変形例１において、位置制御が開始されるときの現在速度をもとに、このときの被駆動物の加速度が算出されてもよい。速度制御は、この算出された加速度が所定の値以下となるように、制御の後半で速度を減少させるものであってもよい。本変形例によれば、制御が速度制御から位置制御に切り替わるときに、速度の変化（加速度）が過大とならず、スムーズな制御の切り替えを実現することができる。

上述した各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる各実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１・・モータ制御装置、
２・・モータ、
１０・・現在位置検出部、
１１・・位置比較部、
１２・・制御切替部、
１３・・速度制御部、
１４・・位置制御部、
１５・・閾値算出部、
Ｓ１・・被駆動物の目標位置と目標速度とを取得するステップ、
Ｓ２・・被駆動物の現在位置を取得するステップＳ２、
Ｓ３・・モータを速度制御するステップ、
Ｓ４・・目標位置と現在位置との差を閾値と比較するステップ、
Ｓ５・・モータを位置制御するステップＳ５。

Claims (7)

1. 外部のモータによって駆動される被駆動物の現在位置を検出する現在位置検出部と、
   前記被駆動物の現在位置と目標位置とを比較する位置比較部と、
   前記被駆動物の目標速度に基づいて前記モータを速度制御する速度制御部と、
   前記被駆動物の前記目標位置に基づいて前記モータを位置制御する位置制御部と、
   前記被駆動物の前記現在位置と前記目標位置との差が所定の閾値より小さくなったときに前記モータの制御を前記速度制御から前記位置制御に切り替える制御切替部と
   を備えるモータ制御装置。
2. 前記閾値を算出する閾値算出部をさらに備える請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記閾値算出部は、前記目標速度に基づいて前記閾値を算出する請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記閾値算出部は、前記目標位置に基づいて前記閾値を算出する請求項２または３に記載のモータ制御装置。
5. 外部のモータによって駆動される被駆動物の目標位置と目標速度とを取得するステップと、
   前記被駆動物の現在位置を取得するステップと、
   前記被駆動物の前記目標速度に基づいて前記モータを速度制御するステップと、
   前記被駆動物の前記目標位置に基づいて前記モータを位置制御するステップと、
   前記目標位置と前記現在位置との差を所定の閾値と比較し前記差が前記閾値より小さくなったときに前記モータの制御を前記速度制御から前記位置制御に切り替えるステップとを備えるモータ制御方法。
6. 外部のモータによって駆動される被駆動物の目標位置と目標速度とを取得するステップと、
   前記被駆動物の現在位置を取得するステップと、
   前記被駆動物の前記目標速度に基づいて前記モータを速度制御するステップと、
   前記被駆動物の前記目標位置に基づいて前記モータを位置制御するステップと、
   前記目標位置と前記現在位置との差を所定の閾値と比較し前記差が前記閾値より小さくなったときに前記モータの制御を前記速度制御から前記位置制御に切り替えるステップとをコンピュータに実行させるためのモータ制御プログラム。
7. モータと、
   前記モータによって駆動される被駆動物の現在位置を検出する現在位置検出部と、
   前記被駆動物の現在位置と目標位置とを比較する位置比較部と、
   前記被駆動物の目標速度に基づいて前記モータを速度制御する速度制御部と、
   前記被駆動物の前記目標位置に基づいて前記モータを位置制御する位置制御部と、
   前記被駆動物の前記現在位置と前記目標位置との差が所定の閾値より小さくなったときに前記モータの制御を前記速度制御から前記位置制御に切り替える制御切替部と
   を備えるアクチュエータ。

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