JP3408859B2 - 複数のａｃモータ式電動アクチュエータの調歩連動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、制御を連動させる必要
のある自動制御系に使用される複数のＡＣモータ式電動
アクチュエータの調歩連動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】バーナー等の燃焼装置を自動制御する自
動制御系においては、１つの電動アクチュエータで燃料
バルブを、別の電動アクチュエータで燃焼用の空気バル
ブを制御している。この２つのバルブを連動させて制御
することにより、一定の空燃比を維持して、燃焼効率を
高めるとともに、環境破壊をする物質の発生を少なくす
ることができることは、よく知られている。

【０００３】従来は、上述のような制御を連動させる場
合には、チエーン等の索条及びレバーやアーム等による
リンク機構を、両バルブ等の被駆動部に介在させて、メ
カニカルにリンケージさせている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】２つのバルブの開閉駆
動部をメカニカルにリンクするには、両者は接近した場
所になければならないとともに、両駆動部（バルブ軸）
等の取り付け位置や取り付け方向に制約が多く、あらゆ
る状況に応じた機構の標準化は不可能である。

【０００５】連動が複雑化すると、例えば、両者の開閉
角度に、それぞれに異なる量のオフセットがあり、しか
も応答速度（開閉速度）に相違があったり、それらの値
が設置場所によって違いを生じたりすると、現場調整が
複雑で手間のかかるものとなり、かつそれらに対処する
機構も複雑で高価なものとなる。

【０００６】本発明は、上述の課題に鑑みなされたもの
で、アクチュエータ駆動用のＡＣモータの回転速度をデ
ィジタルに制御し得るようにして、複数のＡＣモータ式
電動アクチュエータを調歩連動させることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】複数の被駆動体をそれぞ
れに駆動するＡＣモータ式電動アクチュエータと、各Ａ
Ｃモータ式電動アクチュエータのＡＣモータに接続する
交流電源と、交流電源とＡＣモータの間に介在し、所要
の２値信号に応じて、正弦波１サイクル時間単位で交流
電源のＡＣモータに印加される電力を断続する交流電力
断続手段と、各電動アクチュエータと被駆動体の間に設
けられ、電動アクチュエータが駆動する被駆動体の駆動
量を電気的に検出する駆動量検出手段と、複数のＡＣモ
ータ式電動アクチュエータのいずれか１つに設けられ、
ＡＣモータに印加される交流電源の交流電源周波数の正
弦波１サイクル時間対応の波形を抽出する波形整形手
段、及び波形整形手段により抽出された正弦波１サイク
ル時間の所要整数倍を最大出力単位時間として予め定め
られた時間を繰り返し計数するとともに、各ＡＣモータ
毎に所要される出力回転数に応じて、予め各ＡＣモータ
毎に設定した各制御コードを適宜入力し、制御コードに
よって定められる最大出力単位時間の中に含まれるＡＣ
モータに印加される正弦波のサイクル数を、前記最大出
力単位時間内に含まれる正弦波の数に応じた２値信号と
して、前記各ＡＣモータと交流電源の間に設けた交流電
力断続手段に出力し、さらに前記駆動量検出手段の出力
する電気信号に基づいて、アナログ／ディジタル変換し
て得られるディジタル数値を、それぞれに入力し、その
入力値が所要の目標値と比較されて、入力値が目標値に
達するとＡＣモータの駆動を停止するべく、前記２値信
号を制御する自動帰還制御手段を具備するＡＣモータデ
ィジタル制御手段とを備えることにより、上述の課題を
解決する。

【０００８】ＡＣモータディジタル制御手段は、所望す
る最終目標値より偏位幅の少ない複数の目標値を順次に
設定するステップ目標値設定手段を備えているのがよ
い。

【０００９】

【作用】予め定められた電源周波数の正弦波１サイクル
時間の所要整数倍の最大出力単位時間のインターバル内
で、正弦波１サイクルをディジタル単位として、所要に
に増減されて制御される印加電力により、ＡＣモータを
駆動するため、負荷が予め一定となる電動アクチュエー
タにおいては、最大出力単位時間内の休止（停止又は遮
断）サイクルの数に対応して出力される２値信号に応じ
て、ＡＣモータの回転速度をディジタルに可変すること
ができる。これにより、複数のＡＣモータの回転数を電
気的に容易に設定でき、しかも、ＡＣモータの回転数を
制御する２値信号は、被駆動体を所要位置に制御するた
めの帰還制御用のモータ駆動信号と同一となり、信号の
配線が少なくてすむ。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例を示すもので、Ａ
Ｃモータをディジタルに制御するとともに、複数のＡＣ
モータ式電動アクチュエータを連動させた、調歩連動制
御装置のブロック図である。(１)は、各電動アクチュエ
ータ(２)の駆動源に使用されるＡＣモータであり、一般
に１００ボルトの商用交流電力を交流電源(３)としてい
る。

【００１１】(４)は、複数の電動アクチュエータ(２)の
いずれか１つに設けられ、交流電源周波数の正弦波１サ
イクル時間対応の波形を抽出する波形整形回路（手段）
で、図２に示す如く、交流電源(３)の電圧波形を、アイ
ソレーション用のホトカプラ(５)とコンパレータ(６)を
介して、正弦波形１サイクル単位の時間間隔のパルス信
号(ｔ)に波形整形する。

【００１２】波形整形回路(４)の出力するパルス信号
(ｔ)は、ＡＣモータディジタル制御回路（手段）(７)の
入力ポートの１つに入力される。なお入力ポートを複数
個持たない後述のディジタル演算回（一般にマイクロプ
ロセッサーを具備するＩＣ素子）においては、割り込み
ポートを使用することもできる。

【００１３】ＡＣモータディジタル制御回路(７)は、マ
イクロプロセッサーを具備するディジタル演算回路でな
り、後述する機能を達成する所要のプログラムを内蔵し
ている。即ち、ＡＣモータディジタル制御回路(７)は、
前記波形整形回路(４)により抽出された正弦波１サイク
ル時間毎に発生されるパルス信号(ｔ)のパルス時間間隔
を計測するルーチンと、その正弦波１サイクル時間(Ｔ
1)の所要整数(Ｎ)倍を最大出力単位時間(Ｔmax＝Ｎ・Ｔ
1)として予め定められた時間(Ｔmax)を繰り返し計数す
るルーチンを具備している。

【００１４】さらに、ＡＣモータディジタル制御回路
(７)には、各ＡＣモータ(１)に所望されるそれぞれの出
力回転数に応じて、最大出力単位時間(Ｔmax)の中に含
まれるＡＣモータ(１)に印加される正弦波のサイクル数
もしくはその整数倍の数またはサイクル数対応コード等
の、ディジタル制御に係るデジト対応の不連続（非アナ
ログ）な値の各制御データ(Ｄ1)(Ｄ2)が、予めプリセッ
トされている。

【００１５】そして、ＡＣモータディジタル制御回路
(７)は、予めプリセットされた制御データ(Ｄ1)(Ｄ2)に
応じて前記最大出力単位時間(Ｔmax)内に含まれる正弦
波の数に応じた２値信号(Ｃ1)(Ｃ2)を出力し、各ＡＣモ
ータ(１)を、それぞれに別々の回転速度で駆動する。

【００１６】即ち、ＡＣモータディジタル制御回路(７)
が出力するＡＣモータ(１)用の２値信号(Ｃ1)(Ｃ2)は、
各ＡＣモータ(１)と交流電源(３)の間に介在し、正弦波
１サイクル時間単位で交流電源(３)によりＡＣモータ
(１)に印加される電力を断続するようにした、交流電力
断続回路（手段）(８)の制御信号の入力端子に入力され
る。

【００１７】交流電力断続回路(８)は、図３の回路図
と、図４の制御タイムチャートに示す如く、前記ＡＣモ
ータディジタル制御回路(７)の出力する２値信号(Ｃ)に
応じて、交流電源(３)の電圧波形を断続する。ただし、
交流電力断続回路(８)に入力する２値信号(Ｃ)と、断続
交流電力波形(Ｅ)の制御の切れ目は、必ずしも一致して
おらず、断続交流信号(Ｅ)は、２値信号(Ｃ)の切れ目
（立ち上がり部もしくは立ち下がり部）以降に現れる最
初のゼロクロス点から断続の制御が行われる。

【００１８】この結果、交流電力断続回路(８)は、２値
信号(Ｃ)が正弦波１サイクル時間単位で切れ目を変化さ
せていると、出力には正弦波１サイクル単位で電力を断
続する波形が得られる。上述の機能を持つ制御素子とし
ては、ソリッドステイトリレー（ＳＳＲ）素子やトライ
アック等の半導体交流スイッチング素子の使用が最適で
ある。

【００１９】２値信号(Ｃ)は、制御データ(Ｄ)の値に応
じて、最大出力単位時間(Ｔmax)の中に含まれる正弦波
１サイクル分の数を定め、交流電力断続回路(８)の出力
には、正弦波１サイクル単位（デジット）で量子化され
た電力が得られる。

【００２０】最大出力単位時間(Ｔmax)は、実用値とし
て交流電源周波数５０Ｈzと６０Ｈzの公倍数たる３００
ｍＳecを選択するのがよい。このようにすると、商用電
源５０Ｈz領域においては、正弦波１サイクルの１デジ
ットが２０ｍＳecとなり、１５段階のディジタル電力制
御が可能となる。同じく、商用電源６０Ｈz領域におい
ては、正弦波１サイクルの１デジットが１６．７ｍＳec
となり、１８段階のディジタル電力制御が可能となる。

【００２１】各ＡＣモータ(１)の出力軸(9a)(9b)には、
バルブ等の被駆動体(10a)(10b)が連結され、この出力軸
(9a)(9b)には、被駆動体の駆動量を検出するポテンショ
メータ等の駆動量検出手段(11a)(11b)が連動している。
各駆動量検出手段(11a)(11b)の出力するアナログ信号
(Ａ1)(Ａ2)は、それぞれにＡＣモータディジタル制御回
路(７)の入力ポートの前段に設けた多チャンネル型のア
ナログ／ディジタル変換器(12)の各入力端子に、帰還さ
れている。

【００２２】多チャンネル型のアナログ／ディジタル変
換器(12)は、１６ビット程度の高分解能のもので、かつ
入力する複数のアナログ信号を選択的に順次にアナログ
／ディジタル変換して、出力側のＡＣモータディジタル
制御回路(７)に渡す。なお外部からアナログ信号として
送られてくる制御目標値(Ｓ)等もアナログ／ディジタル
変換して、ＡＣモータディジタル制御回路(７)に送り込
んでいる。

【００２３】一方、複数の電動アクチュエータ(２)(２)
を制御するために、新たな制御目標値(Ｓ1)が設定され
ると、各ＡＣモータ(１)は、各駆動量検出手段(12)の出
力と新たな制御目標値(Ｓ1)の差に基づいて、駆動され
る。この際に、連動する各ＡＣモータ(１)(１)同士は、
互いに制御速度を異えてあるため、制御速度を早く設定
したものは、制御目標値(Ｓ1)に早く達するため、被駆
動体(10a)(10b)の制御に、定比等の調和のバランスを失
する時期を生じる。

【００２４】そのため、本発明に於いては、新たな制御
目標値(Ｓ1)が大幅に変更される場合には、その偏差を
細かに分割して順次、少しずつ段階的に新たな制御目標
値(Ｓ1)に接近させてゆくか、もしくは一定のステップ
値毎に、順次に所要の制御目標値(Ｓ1)に接近させてい
く。この際の、細かに段階的に変化させる目標値の変化
の与え方により、定比制御にしたり、指数的に変化させ
たり、または、予め定められた関数曲線（例えば、バル
ブの開度とステップ値とその持続時間等）に合せた制御
ができる。

【００２５】このように、制御目標値を少しずつ変化さ
せることにより、複数の電動アクチュエータ(２)は、歩
調を合せながら、それぞれが異なる制御速度をもって、
所要の制御目標値(Ｃ1)に近ずいていく。しかし、制御
目標値の変更幅が少ないために、回転速度を速く設定し
たＡＣモータ(１)によって、先に制御目標値に達した方
の電動アクチュエータ(２)と、回転速度の遅い方のＡＣ
モータ(１)による制御の進まない方の電動アクチュエー
タ(２)との、定比等の条件を維持する調和のズレを大幅
に生じさせない。

【００２６】なお、ＡＣモータ(１)の回転数は、定負荷
とすると印加電力にほぼ比例するので、印加電力の可変
段階に応じてステップ変化を示す。このステップ変化と
前記各制御データ(Ｄ1)(Ｄ2)と対応するので、ＡＣモー
タ(１)の回転数は、制御データ(Ｄ)をＡＣモータディジ
タル制御回路(７)に入力することにより、ディジタル制
御可能となっている。

【００２７】

【発明の効果】

(ａ) 複数の電動アクチュエータの各ＡＣモータは、回
転速度をディジタルに制御されてそれぞれに異えて駆動
されるので、複数のアクチュエータの被駆動体側の制御
系に、定比制御や所要の指数的相関をもたせる調和もし
くは歩調制御が容易にできる。 (ｂ) ＡＣモータをディジタルに制御する交流電力断続
回路の制御信号と、電動アクチュエータをＯＮ・ＯＦＦ
する制御信号は、共通信号となるので、配線や電気回路
が簡便になる。 (ｃ) 調和もしくは歩調を合せる複数の電動アクチュエ
ータの取付位置や方向並びに間隔（距離）等のパラメー
タは、無視できる。 (ｄ) 制御目標値の変更に際して、目標値を細かに段階
的に変化させることにより、調和や歩調の過渡的なズレ
を防止する（請求項２）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示す調歩連動制御装置のブ
ロック図である。

【図２】図１における波形整形回路の１例を示す電気回
路図である。

【図３】同じく、図１における交流電力断続回路の１例
を示す電気回路図である。

【図４】図３の交流電力断続回路の要部の波形を示すタ
イムチャートである。

【符号の説明】

(１) ＡＣモータ (２) ＡＣモータ式電動アクチュエータ (３) 交流電源 (４) 波形整形回路（手段） (５) ホトカプラ (６) コンパレータ (７) ＡＣモータディジタル制御回路（手段） (８) 交流電力断続回路（手段） (9a)(9b) 出力軸 (10a)(10b)被駆動体 (11a)(11b)駆動量検出手段 (12) アナログ／ディジタル変換器 (ｔ) パルス信号 (Ｔ1) 正弦波１サイクル時間 (Ｔmax) 最大出力単位時間 (Ｎ) 整数 (Ｄ)(Ｄ1)(Ｄ2)制御データ (Ｃ)(Ｃ1)(Ｃ2)２値信号 (Ｓ)(Ｓ1) 制御目標値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/50

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の被駆動体をそれぞれに駆動するＡ
   Ｃモータ式電動アクチュエータと、 各ＡＣモータ式電動アクチュエータのＡＣモータに接続
   する交流電源と、 交流電源とＡＣモータの間に介在し、所要の２値信号に
   応じて、正弦波１サイクル時間単位で交流電源のＡＣモ
   ータに印加される電力を断続する交流電力断続手段と、 各電動アクチュエータと被駆動体の間に設けられ、電動
   アクチュエータが駆動する被駆動体の駆動量を電気的に
   検出する駆動量検出手段と、 複数のＡＣモータ式電動アクチュエータのいずれか１つ
   に設けられ、ＡＣモータに印加される交流電源の交流電
   源周波数の正弦波１サイクル時間対応の波形を抽出する
   波形整形手段、及び波形整形手段により抽出された正弦
   波１サイクル時間の所要整数倍を最大出力単位時間とし
   て予め定められた時間を繰り返し計数するとともに、各
   ＡＣモータ毎に所要される出力回転数に応じて、予め各
   ＡＣモータ毎に設定した各制御コードを適宜入力し、制
   御コードによって定められる最大出力単位時間の中に含
   まれるＡＣモータに印加される正弦波のサイクル数を、
   前記最大出力単位時間内に含まれる正弦波の数に応じた
   ２値信号として、前記各ＡＣモータと交流電源の間に設
   けた交流電力断続手段に出力し、さらに前記駆動量検出
   手段の出力する電気信号に基づいて、アナログ／ディジ
   タル変換して得られるディジタル数値を、それぞれに入
   力し、その入力値が所要の目標値と比較されてされ、入
   力値が目標値に達するとＡＣモータの駆動を停止するべ
   く、前記２値信号を制御する自動帰還制御手段を具備す
   るＡＣモータディジタル制御手段とを備えたことを特徴
   とする複数のＡＣモータ式電動アクチュエータの調歩連
   動制御装置。
2. 【請求項２】 ＡＣモータディジタル制御手段が、所望
   する最終目標値より偏位幅の少ない複数の目標値を順次
   に設定するステップ目標値設定手段を備えている請求項
   １記載の複数のＡＣモータ式電動アクチュエータの調歩
   連動制御装置。