JP3866212B2 - アクチュエータの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータの作動に応じて変化する状態値が目標値と一致するように、該アクチュエータの作動を制御するアクチュエータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクチュエータにより駆動される機構として、例えば、図１６に示したように、自動車のエンジンに連結された入力軸１００と一体に回転するカップリングスリーブ１０１と、駆動輪（図示しない）に連結されて入力軸１００に回転自在かつ軸動不可に設けられた被同期ギヤ１０２との間にシンクロナイザリング１０３を設け、シフトホーク１０４を介してアクチュエータ１０５によりカップリングスリーブ１０１を移動させることによって、カップリングスリーブ１０１と被同期ギヤ１０２の連結／遮断を切換えるようにした変速機の同期機構１１０が知られている。
【０００３】
同期機構１１０において、カップリングスリーブ１０１は中空構造となっており、中空部の内周面にスプライン１１１が形成されている。そして、シンクロナイザリング１０３の外周面にカップリングスリーブ１０１のスプライン１１１と係合可能なスプライン１１２が形成され、被同期ギヤ１０２のシンクロナイザリング１０３と対向する部分の外周面にもカップリングスリーブ１０１のスプライン１１１と係合可能なスプライン１１３が形成されている。
【０００４】
カップリングスリーブ１０１と被同期ギヤ１０２を連結するときは、シフトホーク１０４によりカップリングスリーブ１０１が被同期ギヤ１０２の方向に移動する。そして、カップリングスリーブ１０１とシンクロナイザリング１０３とが接触してシンクロナイザリング１０３が被同期ギヤ１０２に押し付けられると、シンクロナイザリング１０３と被同期ギヤ１０２間に生じる摩擦力によって被同期ギヤ１０２の回転速度が増加若しくは減少する。
【０００５】
その結果、カップリングスリーブ１０１の回転数と被同期ギヤ１０２の回転数とが同期して、カップリングスリーブ１０１のスプライン１１１がシンクロナイザリング１０３のスプライン１１２と係合し、さらにカップリングスリーブ１０１が移動してカップリングスリーブ１０１のスプライン１１１が被同期ギヤ１０２のスプライン１１３と係合する。
【０００６】
ここで、カップリングスリーブ１０１がシンクロナイザリング１０３を被同期ギヤ１０２に押付ける際のカップリングスリーブ１０１の移動速度が速すぎると、カップリングスリーブ１０１がシンクロナイザリング１０３と接触したときにカップリングスリーブ１０１が跳ね返されたり、カップリングスリーブ１０１が過大な力で被同期ギヤ１０２に押し込まれて、同期機構１１０が破損するおそれがある。
【０００７】
そこで、従来は、カップリングスリーブ１０１を被同期ギヤ１０２の方向に移動させる際に、両者の距離が所定値以下となったときにカップリングスリーブ１０１の移動速度を低下させるようにしていた。また、アクチュエータ１０５とシフトホーク１０４の間にバネ等の機械的な緩衝機構を設けて、カップリングスリーブ１０１とシンクロナイザリング１０３の接触時の衝撃を減少させる方法も知られている（特許文献１）。
【０００８】
ここで、カップリングスリーブ１０１がシンクロナイザリング１０３に接触するまでの間は、カップリングスリーブ１０１の位置制御のみを行えばよいが、カップリングスリーブ１０１がシンクロナイザリング１０３に接触してからカップリングスリーブ１０１と被同期ギヤ１０２の係合が完了するまでの間は、カップリングスリーブ１０１の位置制御と共に、カップリングスリーブ１０１によるシンクロナイザリング１０３に対する押付け力が過剰とならないように、該押付け力を制御する必要がある。
【０００９】
そして、カップリングスリーブ１０１の位置制御のみを行う場合と、カップリングスリーブ１０１の位置制御と押付け力の制御の双方を行う場合とでは、制御対象が異なるため、それぞれの場合に応じた仕様の異なる制御コントローラを用いて制御を行うことが考えられる。しかし、カップリングスリーブ１０１の位置制御のみを行う工程からカップリングスリーブ１０１の位置制御と押付け力の制御の双方を行う工程に移行する際に制御コントローラを切り換えると、制御の連続性が失われて同期機構１１０の挙動が不安定になるおそれがある。
【００１０】
【特許文献１】
特開平２００２−１９５４０６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、制御対象とする状態値の種類を切換えるときに、アクチュエータの挙動が不安定になることを抑制した制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、アクチュエータの作動に応じて変化する第１の状態値を把握する第１の状態値把握手段と、該アクチュエータの作動に応じて変化する該第１の状態値と異なる第２の状態値を把握する第２の状態値把握手段と、前記第１の状態値が第１の目標値と一致するように、該第１の状態値と該第１の目標値との偏差の減衰挙動と減衰速度を可変的に指定可能な応答指定型制御を用いて、少なくとも該偏差に基づいた線形関数により規定される切換関数の値をゼロに収束させるように前記アクチュエータを駆動する操作量を決定すると共に、前記線形関数の演算係数を変更することによって、前記応答指定型制御の応答特性を設定し、前記第１の状態値又は前記第２の状態値に応じて、前記応答指定型制御の応答特性を、前記第１の状態値に応じて設定するか、或いは前記第２の状態値が第２の目標値と一致するように設定するかを切換える操作量決定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
かかる本発明によれば、前記応答指定型制御を用いて前記第１の状態値を前記第１の目標値に一致させる制御系において、前記応答指定型制御の応答特性を変更することにより、前記第２の状態値を前記第２の目標値に一致させる制御を行なうことができる。この場合、一つの制御系によって前記第１の状態値の制御と前記第２の状態値の制御を行なうことができるため、制御系の切換えが不要であり、制御系の切換えに起因して前記アクチュエータの作動が不安定になることがない。そのため、前記第１の状態値の制御と前記第２の状態値の制御との切換えを安定して行うことができる。
【００１５】
さらに、本発明によれば、詳細は後述するが、前記第１の線形関数の演算係数を変更すると外乱に対する抑制能力が変化する。そのため、前記操作量決定手段は、該演算係数を変更することにより、前記第１の応答指定型制御の応答特性を容易に変更することができる。
【００１６】
また、前記アクチュエータは移動体を移動させる駆動源であり、前記第１の状態値は前記移動体の移動位置であり、前記第２の状態値は前記アクチュエータの作動により前記移動体に働く力の大きさであることを特徴とする。
【００１７】
かかる本発明によれば、前記移動体の位置を制御する前記第１の応答指定型制御の応答特性を変更することによって、前記移動体に働く力の大きさを制御することができる。そして、１つの制御系である前記第１の応答指定型制御によって、前記移動体の移動位置と前記移動体に働く力の大きさという２つの状態値を制御することができる。
【００１８】
また、前記アクチュエータは、１軸方向に移動自在に設けられた接触体と連結されて該接触体を移動させ、該接触体と、前記アクチュエータと、該接触体が所定位置に移動したときに該接触体と接触する被接触体とを備えた接触機構の作動を制御して、前記接触体と前記被接触体とが間隔をもって対峙した状態から前記アクチュエータにより前記接触体を移動させて前記被接触体に接触させる第１の工程と、該第１の工程に続いて、前記アクチュエータにより前記接触体を前記所定位置を超えて移動させて前記被接触体に押付ける第２の工程とを実行し、前記第１の工程及び前記第２の工程における前記接触体の目標位置を設定する目標位置設定手段を有し、前記第１の状態値把握手段として、前記接触体の実位置を前記第１の状態値として把握する実位置把握手段を有し、前記第２の状態値把握手段として、前記接触体による前記被接触体に対する押付け力を前記第２の状態値として把握する押付け力把握手段を有し、前記操作量決定手段は、前記第１の工程においては前記接触体の実位置に応じて前記応答指定型制御の応答特性を設定し、前記第２の工程においては前記押付け力把握手段により把握される押付け力が所定の目標押付け力と一致するように設定することを特徴とする。
【００１９】
かかる本発明によれば、前記操作量決定手段は、前記第１の工程においては、前記応答指定型制御の応答特性を前記接触体の実位置に応じて設定して、前記接触機構の弾性を変化させると共に、前記第２の工程においては、前記接触体による前記被接触体に対する押付け力が前記目標押付け力と一致するように前記応答指定型制御の応答特性を設定する。そして、このように前記第１の工程における前記接触機構の弾性の制御と前記第２の工程における前記接触体の押付け力の制御を、前記応答指定型制御の応答特性という１つの設定条件の変更により行うことよって、前記第１の工程から前記第２の工程への移行が安定して行われ、該移行時に前記接触機構の挙動が不安定となることを抑制することができる。
【００２０】
また、前記操作量決定手段は、前記第１の工程において前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が第１の所定レベル以上増大したときに、前記応答指定型制御の応答特性を前記押付け力把握手段により把握される押付け力が前記目標押付け力と一致するように設定する処理を開始することを特徴とする。
【００２１】
かかる本発明によれば、前記接触体が前記被接触体と接触するまでは、前記接触体の実位置は目標位置に速やかに追従するため、前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合は小さくなる。そして、前記接触体が前記被接触体と接触すると、前記被接触体からの反力により前記接触体の移動が抑制されるため、前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が急激に大きくなる。そのため、前記操作量決定手段は、前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が前記第１の所定レベル以上増大したときに、前記接触体と前記被接触体が接触したと検知して、前記第２の工程に応じた処理である前記応答指定型制御の応答特性を前記押付け力把握手段により把握される押付け力が前記目標押付け力と一致するように設定する処理を開始することができる。
【００２２】
また、前記操作量決定手段は、前記第２の工程において前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が第２の所定レベル以上減少したときに、前記接触体の移動を停止するように前記操作量を決定することを特徴とする。
【００２３】
かかる本発明によれば、前記第２の工程において、前記被接触体からの反力が減少すると、前記接触体の移動速度が速まって前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が急速に減少する。そして、このような前記被接触体からの反力の減少は、例えば前記接触体が前記被接触体を通過した場合に生じる。そこで、この場合に、前記操作量決定手段は、前記接触体の移動を停止するように前記操作量を決定することにより、前記接触体の移動を停止して前記接触機構を保護することができる。
【００２４】
また、前記操作量決定手段は、前記第２の工程において前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が前記第２の所定レベル以上減少したときに、外乱に対する抑制能力が高くなる方向に前記応答指定型制御の応答特性を設定することを特徴とする。
【００２５】
かかる本発明によれば、外乱に対する抑制能力が大きくなる方向に前記応答指定型制御の応答特性を変更することにより、前記接触体の挙動を安定させて前記接触体を停止し易くすることができる。
【００２６】
また、前記操作量決定手段は、前記接触体の実位置と目標位置との偏差の時系列データに、ウェーブレット変換を用いたフィルタリングを施した変換値に基づいて、前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合を把握することを特徴とする。
【００２７】
かかる本発明によれば、詳細は後述するが、前記接触体の実位置と目標位置との偏差の時系列データに前記フィルタリングを施すと、該偏差の高周波ノイズ成分が除去されて低周波成分の変動のＳＮ比が向上する。そのため、前記操作量決定手段は、前記フィルタリングを施した変換値に基づいて、前記目標位置に前記接触体の実位置の対する乖離度合をより精度良く把握することができる。
【００２８】
また、前記接触機構は、動力の伝達／遮断を切り換える同期機構であり、前記接触体は軸上に一体回転可能に設けられた第１の係合部材であり、前記被接触体は、前記軸に相対回転可能かつ軸動不可な第２の係合部材と該第１の係合部材との間に、該第１の係合部材と該第２の係合部材に対して回転自在且つ前記軸方向に移動自在に設けられて、前記軸が回転した状態で該第１の係合部材と第２の係合部材とに接触したときに生じる摩擦力により、該第１の係合部材と該第２の係合部材の回転数を同期させて該第１の係合部材と該第２の係合部材とを係合可能とする同期部材であることを特徴とする。
【００２９】
かかる本発明によれば、前記第１の係合部材が前記同期部材に接触する際（前記第１の工程）に生じる衝撃を和らげることができ、また、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材の回転数が前記同期部材を介して同期して、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材とが係合する過程（前記第２の工程）における前記第１の係合部材による前記同期部材に対する押付け力を前記目標押付け力に保って、安定して前記第１の係合部材と前記第２の係合部材とを係合させることができる。また、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材が係合して、前記第１の係合部材に対する前記同期部材からの反力が減少したときに、前記第１の係合部材の移動を停止するように前記操作量が決定され、これにより前記第１の係合部材が過剰な力で前記同期部材に押し込まれることを防止することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１〜図１５を参照して説明する。図１は同期機構及びその制御装置の構成図、図２は図１に示した同期機構のモデル化の説明図、図３は図１に示した制御装置の制御ブロック図、図４は図３に示したスライディングモードコントローラの作用を示したグラフ、図５はコンプライアンスパラメータの変更による効果を示したグラフ、図６は到達則ゲインと適応則ゲインの設定条件を示したグラフ、図７は電流フィードバック処理を加えた制御装置の制御ブロック図、図８は制御工程の切換タイミングを示したグラフ、図９はウェーブレット変換フィルタの構成図、図１０はウェーブレット変換フィルタにおけるデシメーション処理の説明図、図１１は制御装置の作動フローチャート、図１２は目標位置とコンプライアンスパラメータの設定テーブルを示した図、図１３は電流フィードバック処理を加えた制御装置の他の例の制御ブロック図、図１４は電流フィードバック処理を加えた制御装置の他の例の制御ブロック図、図１５は工作機械による穴あけ工程を示した図である。
【００３１】
図１を参照して、制御装置１（本発明のアクチュエータの制御装置に相当する）は、自動車の変速機に備えられた同期機構２（本発明の接触機構に相当する）の作動を制御するものであり、マイクロコンピュータやメモリにより構成された電子ユニットである。
【００３２】
同期機構２は、エンジン若しくは電気モータと連結された入力軸５と一体に回転するカップリングスリーブ６（本発明の移動体、接触体、第１の係合部材に相当する）、駆動輪（図示しない）に連結された出力軸（図示しない）と連結されて入力軸５に回転自在かつ軸動不可に設けられた被同期ギヤ７（本発明の第２の係合部材に相当する）、カップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の間の入力軸５に回転自在且つ入力軸５の軸方向に移動自在に設けられたシンクロナイザリング８（本発明の被接触体及び同期部材に相当する）、及び電気モータ１０（本発明のアクチュエータに相当する）とカップリングスリーブ６とに連結されたシフトホーク１１を備えている。
【００３３】
シフトホーク１１は、電気モータ１０の回転に応じてカップリングスリーブ６を入力軸５の軸方向に移動させる。また、カップリングスリーブ６は中空構造となっており、中空部の内周面にスプライン１２が形成されている。そして、シンクロナイザリング８の外周面にカップリングスリーブ６のスプライン１２と係合可能なスプライン１３が形成され、被同期ギヤ７のシンクロナイザリング８と対向する部分の外周面にもカップリングスリーブ６のスプライン１２と係合可能なスプライン１４が形成されている。
【００３４】
そして、入力軸５と共に回転したカップリングスリーブ６がシフトホーク１１により被同期ギヤ７の方向に移動すると、カップリングスリーブ６とシンクロナイザリング８が接触し、さらにシンクロナイザリング８と被同期ギヤ７も接触する状態となる。このとき、接触により生じる摩擦力により、シンクロナイザリング８を介してカップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の回転数が同期する。
【００３５】
このように、カップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の回転数が同期した状態で、カップリングスリーブ６をさらに被同期ギヤ７の方向に移動させると、カップリングスリーブ６に形成されたスプライン１２が、シンクロナイザリング８に形成されたスプライン１３を通過して被同期ギヤ７に形成されたスプライン１４と係合する。そして、これにより、入力軸５と出力軸間で動力が伝達される状態となる。
【００３６】
また、電気モータ１０は制御装置１から出力される電圧（Ｖin，本発明の操作量に相当する）の印加により作動し、回転数センサ１５による電気モータ１０の回転数検出信号（Ｅs）が制御装置１に入力される。
【００３７】
制御装置１は、電気モータ１０の電機子に流れる電流（Ｉm，以下、電機子電流という。本発明の第２の状態値に相当する）を検出する電流検出部２０（本発明の第２の状態値把握手段に相当する）、回転数センサ１５からの回転数検出信号（Ｅs）等に基づいてカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc，本発明の第１の状態値に相当する）を把握する実位置把握部２１（本発明の第１の状態値把握手段、実位置把握手段に相当する）、カップリングスリーブ６を移動させてシンクロナイザリング８を介して被同期歯車７と係合させる過程におけるカップリングスリーブ６の目標位置（Ｐsc_cmd，本発明の第１の目標値に相当する）を設定する目標位置設定部２２（本発明の目標位置設定手段に相当する）、電気モータ１０に流れる電流の目標値である目標電流（Ｉm_cmd，本発明の第２の目標値に相当する）を設定する目標電流設定部２３、及び電気モータ１０に印加する電圧（Ｖin）を決定する電圧決定部２４（本発明の操作量決定手段に相当する）を備えている。
【００３８】
そして、実位置把握部２１は、カップリングスリーブ６が移動を開始してから、シンクロナイザリング８との接触によりカップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の回転数が同期して、シンクロナイザリング８を介してカップリングスリーブ６と被同期ギヤ７とが係合するまで挙動を、慣性系物体と弾性系物体の衝突とみなしてモデル化し、該モデルに基づいてカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）を把握する。
【００３９】
図２は該モデルを表したものであり、実位置把握部２１は、カップリングスリーブ６を電気モータ１０やシフトホーク１１（図１参照）を含めて等価慣性がＪmである慣性系物体３０とみなし、シンクロナイザリング８（図１参照）を等価慣性がＭsであってバネ係数がＫsである弾性系物体３１とみなして、カップリングスリーブ６の位置を把握する。なお、図２中、Ｔmは電気モータ１０の出力トルクであり、Ｐsc_defはシンクロナイザリング８（図１参照）の待機位置である。以下、図２に示したモデルを表すモデル式の算出手順について説明する。
【００４０】
先ず、慣性系物体３０が弾性系物体３１に接触する前（カップリングスリーブ６がシンクロナイザリング８に接触する前）の連続時間系のモデル式の導出について説明する。
【００４１】
図１に示した電気モータ１０の運動方程式は以下の式（１）で表される。
【００４２】
【数１】
【００４３】
但し、Ｊm：電気モータ１０及びシフトホーク１１を含めたカップリングスリーブ６の等価慣性、ω：電気モータ１０の回転速度（回転数センサ１５により検出される）、Ｔm：電気モータ１０の出力トルク。
【００４４】
また、電気モータ１０の出力トルク（Ｔm）と電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）との関係は以下の式（２）で表され、電気モータ１０の電機子に生じる電圧（Ｖm，以下、電機子電圧という）と電機子の電気抵抗（Ｒm，以下、電機子抵抗という）との関係は以下の式（３）で表される。
【００４５】
【数２】
【００４６】
但し、Ｉm：電気モータ１０の電機子電流、Ｋm：トルク変換係数。
【００４７】
【数３】
【００４８】
但し、Ｖm：電気モータ１０の電機子電圧、Ｒm：電気モータ１０の電機子抵抗。
【００４９】
したがって、上記式（１）に上記式（２）及び式（３）の関係を適用して、以下の式（４）を得ることができる。
【００５０】
【数４】
【００５１】
さらに、電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）と、電気モータ１０に生じる逆起電力との関係は以下の式（５）で表される。
【００５２】
【数５】
【００５３】
但し、Ｖin：電気モータ１０への印加電圧、Ｋm’：逆起電力定数。
【００５４】
そして、上記式（５）の関係を上記式（４）に適用すると、以下の式（６）を得ることができる。
【００５５】
【数６】
【００５６】
また、電気モータ１０の回転速度（ω）及び回転角度（θ）と、慣性系物体３０の位置（Ｐsc）との関係は、以下の式（７）及び式（８）で表される。
【００５７】
【数７】
【００５８】
【数８】
【００５９】
但し、ω：電気モータ１０の回転速度、θ：電気モータ１０の回転角度、ｔ：電気モータ１０が作動を開始してからの経過時間、Ｒsc：電気モータ１０の回転角度（θ）と慣性系物体３０の間のレバー比及びギヤ比。
【００６０】
したがって、上記式（７），式（８）から、以下の式（９），式（１０），式（１１）を得ることができる。
【００６１】
【数９】
【００６２】
【数１０】
【００６３】
【数１１】
【００６４】
そして、上記式（９），式（１０），式（１１）を上記式（６）に代入すると、以下の式（１２）を得ることができる。
【００６５】
【数１２】
【００６６】
また、同期機構２の制御に必要な要素として、カップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）の他に、電気モータ１０に掛かる負荷を検出するための電機子電流（Ｉm）がある。そこで、上記式（４）及び式（１１）から、電機子電流（Ｉm）に関するモデル式である以下の式（１３）を得る。
【００６７】
【数１３】
【００６８】
但し、Ｉm：電気モータ１０の電機子電流。
【００６９】
以上により、電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）を入力とし、カップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）と電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）を出力とする１入力２出力系のモデルは、上記式（１２）と式（１３）により表すことができる。
【００７０】
次に、慣性系物体３０が弾性系物体３１と接触して、弾性系物体３１からの反力を受けるようになったとき（カップリングスリーブ６がシンクロナイザリング８と接触して、シンクロナイザリング８からの反力を受けるようになったとき）の連続時間系のモデル式の導出について説明する。
【００７１】
図２における慣性系物体３１の運動方程式は以下の式（１４）で表される。
【００７２】
【数１４】
【００７３】
但し、Ｍs：弾性系物体３１の等価慣性、Ｐsc_def：弾性系物体３１の待機位置、Ｋsc：弾性系物体３０のバネ定数、Ｆsc：弾性系物体３１が慣性系物体３０から受ける力（弾性系物体３１が慣性系物体３０に与える反力）。
【００７４】
上記式（１４）を反力（Ｆsc）について整理すると、以下の式（１５）の形で表される。
【００７５】
【数１５】
【００７６】
ここで、反力（Ｆsc）は、弾性系物体３１が慣性系物体３０に対して与える反力となり、該反力（Ｆsc）が掛かったときの慣性系物体３０の運動方程式は以下の式（１６）で表される。
【００７７】
【数１６】
【００７８】
この式（１６）を変形すると以下の式（１７）の形となり、電気モータ１０の逆起電力を考慮すると、電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）と電機子電圧（Ｖm）との関係は以下の式（１８）で表される。
【００７９】
【数１７】
【００８０】
【数１８】
【００８１】
また、式（１８）に上記式（１０）及び式（１１）を代入すると以下の式（１９）の形となり、式（１９）を整理して以下の式（２０）を得ることができる。
【００８２】
【数１９】
【００８３】
【数２０】
【００８４】
さらに、電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）については、上記式（１６）に上記式（１１）を代入して、以下の式（２１）を得ることができる。
【００８５】
【数２１】
【００８６】
以上により、弾性系物体３１からの反力を考慮したモデルは、上記式（２０）と式（２１）により表すことができる。
【００８７】
次に、上記式（２０）及び式（２１）により表される連続時間系のモデル式に基づいて、離散時間系のモデル式を導出する。
【００８８】
先ず、連続時間系のモデルの状態変数（ｘ1，ｘ2）を以下の式（２２）のように設定すると、上記式（２０）より、連続系のモデルを以下の式（２３）により表すことができる。
【００８９】
【数２２】
【００９０】
【数２３】
【００９１】
ここで、制御装置１のサンプリング周期をＴとすると、上記式（２３）は、オイラー近似により以下の式（２４）の形で表され、式（２４）を変形して以下の式（２５）及び式（２６）を得ることができる。
【００９２】
【数２４】
【００９３】
但し、ｔ：サンプリング時点、Ｔ：サンプリング周期。
【００９４】
【数２５】
【００９５】
【数２６】
【００９６】
さらに、オイラー近似により、上記式（２６）におけるｘ2(t-T)は以下の式（２７）で表すことができる。
【００９７】
【数２７】
【００９８】
そして、上記式（２５）に上記式（２６）及び式（２７）を代入して整理すると、以下の式（２８）を得ることができる。
【００９９】
【数２８】
【０１００】
式（２８）におけるｔ＝ｋＴとして整理すると、以下の式（２９）の形となり、式（３０）を得ることができる。
【０１０１】
【数２９】
【０１０２】
【数３０】
【０１０３】
そして、上記式（３０）における係数を以下の式（３１）に示したように置き換えると、式（３０）は以下の式（３２）の形で表すことができる。
【０１０４】
【数３１】
【０１０５】
【数３２】
【０１０６】
そこで、制御装置１は、上記式（３２）により表される離散時間系のモデルにおける外乱項ｄを０とした以下の式（３３）のモデル式に基づいて、図３に示した構成により設計される。以下、図３に示した制御装置１の構成について説明する。
【０１０７】
【数３３】
【０１０８】
先ず、上記式（３３）で表されるモデルに対して、▲１▼慣性系物体３０の実位置（Ｐsc）を目標位置（Ｐsc_cmd）に迅速に追従させ、▲２▼慣性系物体３０と弾性系物体３１の接触時のコンプライアンス性（ゴムのような弾性）を実現する、スライディングモードコントローラ４０の設計手順について説明する。
【０１０９】
スライディングモードコントローラ４０は、応答指定型制御の一例であるスライディングモード制御を用いて、慣性系物体３０の挙動を制御する。そして、スライディングモードコントローラ４０には、上記式（３３）に基づいて実位置把握部２１により算出される慣性系物体３０の実位置（Ｐsc）と、目標位置設定部２２により設定される慣性系物体３０の目標位置（Ｐsc_cmd）と、後述するコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）とが入力される。
【０１１０】
そして、慣性系物体３０の実位置（Ｐsc）と目標位置（Ｐsc_cmd）との偏差（Ｅsc）を以下の式（３４）に示したように定義すると、偏差（Ｅsc）の収束挙動や外乱が偏差（Ｅsc）に与える影響度合を指定する切換関数（σ，本発明の線形関数に相当する）は、式（３４）の状態変数がＰsc(k)とＰsc（k-1）の２つであるため、以下の式（３５）のように定義される。
【０１１１】
【数３４】
【０１１２】
【数３５】
【０１１３】
但し、ＶＰＯＬＥ：コンプライアンスパラメータ（切換関数設定パラメータ）。
【０１１４】
スライディングモードコントローラ４０は、この切換関数（σ）が、σ(k)＝０となるように制御入力を決定する。また、σ(k)＝０は、上記式（３５）から、以下の式（３６）の形に変形することができる。
【０１１５】
【数３６】
【０１１６】
ここで、式（３６）は入力のない１次遅れ系を意味しているため、スライディングモードコントローラ４０は、制御系の応答を上記式（３６）の１次遅れ系に収束させる制御を実行する。
【０１１７】
したがって、図４（ａ）に示したように、縦軸をＥsc(k)とし横軸をＥsc(k-1)とした位相平面を設定すると、上記式（３６）は、該位相平面上の線形関数を意味することがわかる。また、上記式（３６）は入力のない１次遅れ系であるから、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ，本発明の演算係数に相当する）を以下の式（３７）の範囲内に設定して、該１次遅れ系を安定化させれば、時間の経過（ｋ→∞）により偏差（Ｅsc）が必ず０に収束する系となる。
【０１１８】
【数３７】
【０１１９】
このことから、図４（ａ）に示した位相平面上において、偏差の状態量（Ｅsc(k)，Ｅsc（k-1)）が切換関数（σ(k)＝０）上に載ると、該状態量は入力のない１次遅れ系に拘束されるため、時間の経過と共に位相平面の原点{（Ｅsc(k)，Ｅsc(k-1)）＝（０，０）}に自動的に収束することになる。
【０１２０】
そこで、スライディングモードコントローラ４０は、このような切換関数上での偏差の状態量（Ｅsc(k)，Ｅsc（k-1)）の挙動を利用して、図４（ａ）に示したように、上記式（３５）でσ＝０となるように制御入力（Ｖin）を決定することによって、該状態量を切換関数（σ(k)＝０）上に拘束し、外乱やモデル化誤差の影響を受けることなく、該状態量を位相平面の原点に収束させる。
【０１２１】
なお、偏差の状態量が切換関数に漸近するまでの挙動（図中Ｐ1からＰ2までの過程）を到達モードといい、切換関数上を該状態量が自動的に原点方向に収束する挙動（図中Ｐ2からＰ0までの過程）をスライディングモードという。
【０１２２】
また、上記式（３６）のコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を正（０＜ＶＰＯＬＥ＜１）に設定すると、式（３６）で表される１次遅れ系は振動安定形となるため、偏差（Ｅsc）を収束させる制御においては好ましくない。そこで、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を−１から０の範囲（−１＜ＶＰＯＬＥ＜０）で決定することにより、偏差（Ｅsc）の収束応答を図４（ｂ）に示したように設定する。図４（ｂ）において、ａ，ｂ，ｃは、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）をそれぞれ−１，−０．８，−０．５に設定した場合の偏差（Ｅsc）の推移を示しており、ＶＰＯＬＥ＝−１に設定すると、偏差（Ｅsc）は０に収束せずに一定値となる。
【０１２３】
続いて、上記式（３６）の動特性、すなわち、スライディングモードコントローラ４０の応答指定特性について説明する。図５は、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を−０．５，−０．８，−０．９９，−１．０に設定して、σ＝０かつＥsc＝０である状態でステップ外乱Ｄを与えた場合の制御系の応答を示したグラフであり、縦軸を上から偏差（Ｅsc）、切換関数（σ）、外乱（Ｄ）とし、横軸を時間（ｋ）としたものである。
【０１２４】
図５から明らかなように、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の絶対値を小さくするほど、外乱（Ｄ）が偏差（Ｅsc）に与える影響が小さくなり、逆に、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の絶対値を大きくして１に近づけるほど、スライディングモードコントローラが許容する偏差（Ｅsc）が大きくなるという特性がある。そして、このとき、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の値に拘わらず切換関数（σ）の挙動が同一となっていることから、外乱（Ｄ）に対する抑制能力をコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）によって指定できることがわかる。
【０１２５】
そして、図２に示した慣性系物体３０と弾性系物体３１の接触時には、▲１▼慣性系物体３０が弾性系物体３１により跳ね返される、▲２▼慣性系物体３０が過大な衝突力により弾性系物体３１に押し込まれる、という状態となることを回避しつつ慣性系物体３０を弾性系物体３１に押し付ける必要がある。
【０１２６】
そこで、上述した特性に着目し、慣性系物体３０と弾性系物体３１の接触時には、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を−１の近傍に設定して外乱に対する偏差（Ｅsc）の許容量を大きくする（外乱に対する抑制能力を小さくする）ことによって、慣性系物体３０と弾性系物体３１が接触する際に電気モータ１０の作動によるコンプライアンス性を生じさせることが有効である。
【０１２７】
これにより、慣性系物体３０と弾性系物体３１との接触時に過大な衝撃が生じることを抑制することができ、また、過大な力を弾性系モデル３１に与えることなく、慣性系モデル３０を弾性系モデル３１に押し付けることができる、という効果が得られる。
【０１２８】
この効果を図１に示した実際の同期機構２に適用して考察すると、カップリングスリーブ６がシンクロナイザリング８に接触する際に生じる衝撃を和らげることができる。また、過大な力をシンクロナイザリング８に与えることなくカップリングスリーブ６をシンクロナイザリング８に押し付けて、カップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の回転数の同期させて係合させることができる。
【０１２９】
次に、スライディングモードコントローラの制御入力（Ｖin）は、以下の式（３８）に示したように、３つの制御入力の総和により設定される。
【０１３０】
【数３８】
【０１３１】
但し、Ｖin(k)：ｋ番目のサンプリング周期における電気モータ１０への印加電圧、Ｕeq(k)：ｋ番目のサンプリング周期における等価制御入力、Ｕrch(k)：ｋ番目の制御サイクルにおける到達則入力、Ｕadp(k)：ｋ番目のサンプリング周期における適応則入力。
【０１３２】
なお、等価制御入力とは偏差状態量（Ｅsc(k)，Ｅsc（k-1)）を切換線（σ＝０）上に拘束するための入力であり、到達則入力とは該偏差状態量を該切換関数に載せるための入力であり、適応則入力とはモデル化誤差や外乱を吸収して該偏差状態量を該切換関数に載せるための入力である。
【０１３３】
以下に、等価制御入力（Ｕeq(k)）、到達則入力（Ｕrch(k)）、及び適応則入力（Ｕadp(k)）の設定方法について説明する。
【０１３４】
先ず、等価制御入力（Ｕeq）は、厳密には位相平面上の任意の場所において、偏差の状態量をその場所にホールドする機能を持つ。そのため、等価制御入力（Ｕeq）は、以下の式（３９）を満たす印加電圧（Ｖin）として算出される。
【０１３５】
【数３９】
【０１３６】
式（３９）に上記式（３５）及び式（３４）を代入すると、以下の式（４０）が得られる。
【０１３７】
【数４０】
【０１３８】
そして、式（４０）に上記式（３３）を代入して整理することにより、等価制御入力（Ｕeq）についての以下の式（４１）を得ることができる。
【０１３９】
【数４１】
【０１４０】
次に、到達則入力（Ｕrch）は、以下の式（４２）により算出される。
【０１４１】
【数４２】
【０１４２】
但し、Ｆ：到達則ゲイン、Δ：切換振幅（機械的なバックラッシュやガタ等の非線形特性の吸収パラメータ）。
【０１４３】
また、切換振幅（Δ）をゼロ（Δ＝０）とすれば、上記式（４２）は以下の式（４３）の形で表される。
【０１４４】
【数４３】
【０１４５】
また、適応則入力（Ｕsdp）は、以下の式（４４）により算出される。
【０１４６】
【数４４】
【０１４７】
但し、Ｇ：適応則ゲイン。
【０１４８】
ここで、上記式（４１）の等価制御入力（Ｕeq(k)）、上記式（４３）の到達則入力（Ｕrch(k)）、及び上記式（４４）の適応則入力（Ｕadp(k)）を上記式（３８）に代入して得られる制御入力（Ｕsl(k)）を電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）として上記式（３３）に代入すると、以下の式（４５）が得られる。
【０１４９】
【数４５】
【０１５０】
そして、式（４５）に上記式（３４）及び式（３５）を適用してσについて整理すると、以下の式（４６）を得ることができる。
【０１５１】
【数４６】
【０１５２】
ここで、到達則入力（Ｕrch(k)）と適応則入力（Ｕadp(k)）の役割は、偏差状態量（Ｅsc(k)，Ｅsc(k-1)）を切換関数（σ＝０）上を移動させること、すなわち、上記式（４６）の安定化（σ→０）であるので、上記式（４６）が安定になるように到達則ゲイン（Ｆ）と適応則ゲイン（Ｇ）を決定する必要がある。
【０１５３】
そこで、上記式（４６）をＺ変換すると、以下の式（４７）が得られ、式（４７）を変形して以下の式（４８）が得られる。
【０１５４】
【数４７】
【０１５５】
【数４８】
【０１５６】
この場合、上記式（４８）が安定となる条件は、左辺の第２項と第３項の係数（Ｆ−２，ＧＴ＋１−Ｆ）が、図６の三角領域内に入る組合わせとなるので、これらの係数が該三角領域内に入る組合わせとなるようにＦ，Ｇの値を決定すればよい。
【０１５７】
そして、スライディングモードコントローラ４０は、このようにして決定したＦ，Ｇの値により上記式（４３），式（４４）から到達則入力（Ｕrch(k)）と適応則入力（Ｕadp(k)）をそれぞれ決定し、また、上記式（４１）から等価制御入力（Ｕeq(k)）を決定して、上記式（３８）により電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）を決定する。
【０１５８】
次に、図１を参照して、実際の同期機構２においては、カップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の回転数を同期させるため、一定の力でカップリングスリーブ６をシンクロナイズザリング８に押付ける必要がある。そこで、図２に示したモデルにおいて、慣性系物体３０と弾性系物体３１とが接触した後、一定の押付け力を慣性系物体３０から弾性系物体３１に加える制御を行うための構成が必要となる。
【０１５９】
ここで、慣性系物体３０と弾性系物体３１とが接触した状態での電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）は上記式（２１）により示されるが、回転同期を図っている間は慣性系物体３０の加速度はゼロ（Ｐscの２階微分がゼロ）であると考えられるので、上気式（２１）は以下の式（４９）の形となる。
【０１６０】
【数４９】
【０１６１】
そして、一定の押し付け力は、慣性系物体３０が弾性系物体３１から受ける力（Ｆsc）の反力であるから、押し付け力を一定に保つためには、以下の式（５０）の関係が成り立てばよい。
【０１６２】
【数５０】
【０１６３】
但し、Ｉm_cmd：目標電流値。
【０１６４】
なお、目標電流値（Ｉm_cmd）が本発明の押付け力の目標値に相当し、電流検出部２０が本発明の押付け力把握手段に相当し、電流検出部２０により検出される電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）が本発明の押付け力に相当する。
【０１６５】
また、上記式（５０）を離散時間化して、実際の電機子電流（Ｉm）と目標電流値（Ｉm_cmd）との偏差（Ｅim）を算出する以下の式（５１）を得ることができる。
【０１６６】
【数５１】
【０１６７】
ここで、上記式（２０）と式（２１）から分かるように、同期機構２は、電気モータ１０に印加する電圧（Ｖin）を入力とし、慣性系物体３０の位置（Ｐsc）と電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）を出力とする１入力２出力系のモデルとして表される。
【０１６８】
しかし、慣性系物体３０と弾性系物体３１が接触するまでは、慣性系物体３０の位置（Ｐsc）の制御のみを行えばよい。そのため、スライディングモードコントローラ４０は、同期機構２を、電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）を入力とし慣性系物体３０の位置（Ｐsc）を出力とする１入力１出力系のモデルで表して制御を行えばよい。
【０１６９】
そのため、電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）のフィードバック制御を行うためには、スライディングモードコントローラ４０を、１入力１出力系のモデルを対象としたものから１入力２出力系のモデルを対象としたものに切り換える必要がある。しかし、このようにスライディングモードコントローラ４０を切り換えると、入力（Ｖin）の不連続性が生じてスライディングモードコントローラ４０を切り換えた時の制御状態を安定化させることが難しい。
【０１７０】
そこで、電圧決定部２４は、スライディングモードコントローラ４０の切り換えを行わず、以下に説明するように、スライディングモードコントローラ４０のコンプライアンス性を設定するコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を、電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）のフィードバックにより調整することによって、慣性系物体３０から弾性系物体３１への押し付け力を安定化させる。
【０１７１】
先ず、電機子電流（Ｉm）のフィードバック制御は、▲１▼電機子電流（Ｉm）の目標電流（Ｉm_cmd）に対する速応性、▲２▼押し付け力に比例する電機子電流（Ｉm）の安定性、を考慮して以下の式（５２）から式（５７）による簡易型のスライディングモード制御を用いて行う。
【０１７２】
【数５２】
【０１７３】
【数５３】
【０１７４】
【数５４】
【０１７５】
【数５５】
【０１７６】
【数５６】
【０１７７】
【数５７】
【０１７８】
但し、Ｌimit：−１〜０の制限処理、Ｆ_Ｉm：到達則ゲイン、Ｇ_Ｉm：適応則ゲイン、ＰＯＬＥ_Ｉm：切換関数設定パラメータ、ＶＰＯＬＥ_bs：ＶＰＯＬＥの基準値、Ｕrch_Ｉm：到達則入力、Ｕadp_Ｉm：適応則入力。
【０１７９】
電流フィードバック系の制御ブロック図を示すと図７のようになる。図７の制御ブロック図では、１入力２出力系のモデルを制御対象とするスライディングモードコントローラを用いる代わりに、１入力１出力のモデルを制御対象とするスライディングモードコントローラ４０の外に電機子電流（Ｉm）を制御する電流フィードバック部５０を備えた２重フィードバック系となっている。
【０１８０】
なお、電流フィードバック部５０は、図３に示したコンプライアンスパラメータ算出手段４１に含まれる。そして、減算器５１により上記式（５２）によって電流偏差（Ｅ_Im）が算出され、切換関数算出部５２により上記式（５３）によって切換関数（σ_Ｉm）の値が算出され、比例演算器５３により上記式（５４）によって到達則入力（Ｕrch_Ｉm）が算出され、積分器５５及び積分乗算器５６により上記式（５５）によって適応則入力（Ｕadp_Ｉm）が算出される。
【０１８１】
また、加算器５７及び加算器５８により上記式（５６）によって電流フィードバックを反映させたコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ_Ｉm）が操作量として算出され、リミッタ５９により上記式（５７）によって制限処理がなされてスライディングモードコントローラ４０に対するコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）が決定される。
【０１８２】
次に、図３に示したコンプライアンスパラメータ算出部４１は、同期機構２の作動を制御するスライディングモードコントローラ４０のコンプライアンス性を設定するコンプライスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を、以下の３つの工程に分けて設定する。
【０１８３】
工程１（本発明の第１の工程に相当する）：目標値追従制御…慣性系物体３０の位置（Ｐsc）制御と慣性系物体３０と弾性系物体３１の接触時のコンプライアンス性の制御。コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を慣性系物体３０の位置（Ｐsc）に応じて決定する。
【０１８４】
工程２（本発明の第２の工程に相当する）：回転同期制御…弾性系物体３１への押し付け力の制御。コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を、上述した電気モータ１０の電機子電流のフィードバックにより決定する。
【０１８５】
工程３：静止制御…回転同期後（同期機構２におけるカップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の係合が完了した後）の慣性系物体３０の前進挙動を停止する制御。コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を一定に保つ。
【０１８６】
そして、コンプライアンスパラメータ算出部４１は、同期機構２の機械的なバラツキや経年変化等により、工程１から工程２に切り換える位置や、工程２から工程３に切り換えるタイミングのばらつきや変化が生じても、安定して工程の切り換えを行う必要がある。以下に工程の切り換えタイミングを決定する方法について説明する。
【０１８７】
図８の上段のグラフは、各工程の切り換わり時における慣性系物体３０の実位置（Ｐsc）と目標位置（Ｐsc_cmd）との偏差（Ｅsc＝Ｐsc−Ｐsc_cmd）の変化を示したものであり、縦軸が慣性系物体３０の実位置（Ｐsc）及び目標位置（Ｐsc_cmd）に設定され、横軸が時間（ｔ）に設定されている。グラフから明らかなように、各工程の切り換え時には、偏差（Ｅsc）が以下のように変化する。
【０１８８】
・工程１から工程２への切り換え時：弾性系物体３１との接触により慣性系物体３０の移動が抑制されて、目標位置（Ｐsc_cmd）に対して実位置（Ｐsc）が遅れる状態となり、偏差（Ｅsc）が負方向に増大する。
【０１８９】
・工程２から工程３への切り換え時：弾性系物体３１と慣性系物体３０の回転同期が終了して、慣性系物体３０の位置（Ｐsc）が目標位置（Ｐsc_cmd）に達すると、偏差（Ｅsc）が正方向に減少する。
【０１９０】
そこで、このような偏差（Ｅsc）の変化を検出することによって各工程の切り換えを行えばよい。
【０１９１】
しかし、図１に示した実際の同期機構２は、機械的なバックラッシュやガタ、フリクションが大きい制御対象である。そのため、制御装置１のサンプリング周期を短く設定した方が制御性が高くなるが、サンプリング周期を短く設定して偏差（Ｅsc）を算出すると、ＳＮ比が低下して偏差（Ｅsc）の変化を検出し難くなる。そこで、Ｖin決定部２４に備えられたウェーブレット変換フィルタ４３（図３参照）は、以下に説明するように、偏差（Ｅsc）にウェーブレット変換を施して偏差（Ｅsc）の低周波成分のみを抽出することにより、偏差（Ｅs c）の変化を検出し易くする。
【０１９２】
ウェーブレット変換４３を用いたフィルタ（以下、ウェーブレット変換フィルタという）は、図９（ａ）に示した構成を有し、以下の式（５８）によるハーフバンドローパスフィルタ処理とデシメーション処理を２回繰り返すことによってフィルタリングを行う。
【０１９３】
【数５８】
【０１９４】
但し、ｕ：入力データ、η：サンプリング周期の時系列番号。
【０１９５】
図９（ａ）に示した１段目のハーフバンドローパスフィルタ７０は、今回のサンプリング周期入力値（Ｅsc(k)）と前回のサンプリング周期の入力値（Ｅsc(k-1)）に対して上記式（５７）の処理を行い、２段目のハーフバンドローパスフィルタ７１は、１段目のハーフバンドローパスフィルタ７０の出力にデシメーション処理７２を施したＥsc_wv1(m1)の今回値と前回値（Ｅsc_wv1(m1)とＥsc_wv1(m1-1)）に対して、上記式（５８）の処理を行う。
【０１９６】
図９（ｂ）に示したように、ハーフバンドローパスフィルタ７０，７１は、サンプリング周波数の半分（ナイキスト周波数）以上の周波数成分を阻止し、低周波成分のゲインが１より大きいので、低周波成分に対するゲインを増幅する効果が得られる。
【０１９７】
また、図９（ａ）におけるデシメーション処理７２，７３（２↓）は間引き処理であり、図１０（ａ）に示したように、入力データ（ｕ）を１つおきにサンプリングする間引き処理を行う。
【０１９８】
ウェーブレット変換フィルタ４３は、ハーフバンドローパスフィルタ７０，７１による処理とデシメーション処理７２，７３を繰り返し施すことによって、図１０（ｂ）のグラフに示したようにゲインを増幅しつつ低周波成分（Ｅsc_wv）を抽出する。なお、図１０（ｂ）に示したグラフの縦軸はゲイン、横軸は周波数に設定されている。
【０１９９】
そして、これにより、入力信号（Ｅsc）の高周波成分が除去されると共に、入力信号（Ｅsc）に対するゲインが増幅されるため、入力信号（Ｅsc）の低周波成分の変化をＳＮ比を向上させて抽出することができる。
【０２００】
そして、ＶＰＯＬＥ算出部４１は、偏差（Ｅsc）のウェーブレット変換値（Ｅsc_wv）の変化量であるΔＥsc_wv（＝Ｅsc_wv(m)−Ｅsc_wv(m-1)）を用いて、以下に示すように各工程の切り換えを行う。
【０２０１】
・工程１から工程２への切り換え：Ｐsc＞Ｐsc_def 且つ Ｅsc_wv＞Ｘ_SCCNT
・工程２から工程３への切り換え：Ｐsc＞Ｐsc_def かつ ΔＥsc_wv＞Ｘ_SCDONE
但し、Ｐsc_vp：工程１におけるＶＰＯＬＥ可変開始位置、Ｘ_SCCNT：Ｅsc_wvの接触判定閾値、Ｘ_SCDONE：回転同期完了判定閾値。
【０２０２】
なお、上記切換条件におけるＥsc_wv及びΔＥsc_wvが本発明の目標位置に対する実位置の乖離度合に相当し、Ｘ_SCCNTが本発明の第１の所定レベルに相当し、Ｘ_SCDONEが本発明の第２の所定レベルに相当する。
【０２０３】
以上説明した手法により構成された制御装置１により、同期機構７の作動を制御する手順を図１１に示したフローチャートに従って説明する。制御装置１は、自動車のメインコントローラ（図示しない）から変速機のシフトを指示する信号を受信すると、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ２に進む。
【０２０４】
そして、制御装置１は、メインコントローラによって選択されたシフト位置（１速、２速、・・・、ニュートラル）に応じて、目標位置設定部２２により、図１２（ａ）に示したようにカップリングスリーブ６の移動パターンを目標位置（Ｐsc_cmd）として設定する。また、制御装置１は、第１の工程におけるコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の変更位置（Ｐsc_vp）とシンクロナイザリング８の待機位置（Ｐsc_def）を設定する。
【０２０５】
そして、続くＳＴＥＰ３で、制御装置１は、実位置把握部２１により上記式（３３）によって算出されるカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）と目標位置（Ｐsc_cmd）との偏差（Ｅsc）を算出する。なお、図中ｋはｋ番目のサンプリング周期を意味し、Ｐsc(k)及びＰsc_cmd(k)はそれぞれｋ番目のサンプリング周期におけるカップリングスリーブ６の実位置と目標位置を表す。
【０２０６】
次のＳＴＥＰ４で、制御装置１は、上述したウェーブレット変換フィルタ４３による処理を行って、偏差（Ｅsc）のウェーブレット変換値（Ｅsc_wv）を算出する。なお、図中Ｅsc_wv(m)は、図９（ａ）に示したようにｋ番目のサンプリング周期における偏差（Ｅsc(k)）に基づいて算出されたウェーブレット変換値を表している。
【０２０７】
次のＳＴＥＰ５〜ＳＴＥＰ７は、上述した各工程（第１の工程，第２の工程，第３の工程）の切り換えタイミングを判断する処理であり、ＳＴＥＰ５及びＳＴＥＰ６が第１の工程から第２の工程への切り換え条件を設定し、ＳＴＥＰ７は第２の工程から第３の工程への切り換え条件を設定している。
【０２０８】
先ず、ＳＴＥＰ５でカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc(k)）が、シンクロナイザリング８の待機位置（Ｐsc_def）を通過するまではＳＴＥＰ２０に分岐し、図１２（ｂ）に示したコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の設定テーブルに従って、コンプライアンスパラメータ算出部４１がコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を０の近傍（例えば−０．２）に設定する。なお、図１２（ｂ）に示した設定テーブルは、縦軸がコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）に設定され、横軸がカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）に設定されている。
【０２０９】
これにより、カップリングスリーブ６の移動を開始してからコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の変更位置（Ｐsc_vp）に到達するまでは、同期機構２のコンプライアンス性が低くなり、外乱の影響を抑制して安定してカップリングスリーブ６を移動させることができる。
【０２１０】
また、カップリングスリーブ６がコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の変更位置（Ｐsc_vp）を通過した時に、コンプライアンスパラメータ算出部４１は、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を−１の近傍（例えば−０．９９）まで低下させる。このように、実際にカップリングスリーブ６とシンクロナイザリング８が接触する直前に予めコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の値を低下させて同期機構２のコンプライアンス性を高めることによって、カップリングスリーブ６がシンクロナイザリング８に接触したときに生じる衝撃を和らげることができる。
【０２１１】
そして、次のＳＴＥＰ６で、上述した工程１から工程２への切り換え条件であるＥsc_wv(m)＞Ｘ_SCCNTが成立したとき、すなわち、カップリングスリーブ６とシンクロナイザリング８との接触が検知されたときにＳＴＥＰ７に進む。ＳＴＥＰ７では、上述した工程２から工程３への切り換え条件であるΔＥsc_wv(m)＞Ｘ_SCDONEが成立したとき、すなわち、カップリングスリーブ６とシンクロナイザリング８との回転同期がなされて、カップリングスリーブ６がシンクロナイザリング８を通過して被同期ギヤ７と係合したときに、ＳＴＥＰ３０に分岐する。
【０２１２】
一方、ＳＴＥＰ７で、ΔＥsc_wv(m)＞Ｘ_SCDONEが成立しないときにはＳＴＥＰ８に進み、ＶＰＯＬＥ算出部４１は、工程１から工程２に切り換えて上述した電流フィードバックによるコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の算出処理を実行する。そして、電圧決定部２４は、このようにして算出したコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を用いてスライディングモードコントローラ４０により電気モータ１０に対する印加電圧（Ｖin）を算出し、該印加電圧（Ｖin）を電気モータ１０に印加する。
【０２１３】
このように、工程２においては、電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）のフィードバック処理により電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）が目標電流（Ｉm_cmd）に維持されて、電気モータ１０の出力トルクが一定に制御され、カップリングスリーブ６のシンクロナイザリング８に対する押し付け力を安定化させることができる。
【０２１４】
そして、これにより、カップリングスリーブ６が過剰な力でシンクロナイザリング８に押し付けられて、同期機構２の破損が生じることを防止することができる。
【０２１５】
また、工程３においては、ＳＴＥＰ３０において、コンプライアンスパラメータ算出部４１によりコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）が一定値（Ｘ_VPOLE_END）に設定される。そして、電圧決定部２４は、該コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ＝Ｘ_VPOLE_END）を用いてスライディングモードコントローラ４０により電気モータ１０に対する印加電圧（Ｖin）を算出し、該印可電圧（Ｖin）を電気モータ１０に印可してカップリングスリーブ６の移動を速やかに停止する。
【０２１６】
これにより、カップリングスリーブ６と被同期ギヤ７との係合が完了した後も、カップリングスリーブ６が非同期ギヤ７に過剰な力で押し付けられて、同期機構２の破損等が生じることを防止することができる。
なお、本実施の形態では、上述したように、慣性系物体３０の位置（Ｐsc）が目標位置（Ｐsc_cmd）に到達したときに、工程１による慣性系物体３０の位置に応じてコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を決定する制御から、工程２による弾性系物体３０への押付け力（モータ１０の電機子電流の大きさに比例する）に応じてコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を決定する制御に切り換えたが、アクチュエータによって駆動する機構の仕様によっては、電気モータ１０の電気子電流（Ｉm）の変化に応じて、制御態様の切換条件を設定してもよい。
【０２１７】
また、本実施の形態では、図７に示した構成により、電流フィードバック部５０ａにおいて、上述した演算処理を行ってコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を決定したが、他の構成として、図１３に示したように、電流偏差（Ｉm−Ｉm_cmd）とコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）との関係を予め設定した相関マップ６０を備えた電流フィードバック部５０ｂを用い、該相関マップ６０に電流偏差（Ｉm−Ｉm_cmd）を適用してコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を決定するようにしてもよい。
【０２１８】
また、さらに他の構成として、図１４に示した電流フィードバック部５０ｃにより、Ｉ−ＰＤ制御を行ってコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を決定してもよい。なお、減算器５１，加算器５８，リミッタ５９は、図７に示した電流フィードバック部５０ａにおける同一符号の構成と同様である。
【０２１９】
電流フィードバック部５０ｃにおいては、以下の式（５９）及び式（６０）を用いてコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ(k)）が算出される。具体的には、比例演算器６１により以下の式（５９）の右辺の第２項の演算が行われ、Ｚ変換器６２と減算器６３と微分演算器６４とにより式（５９）の右辺の第３項の演算が行われ、減算器５１と積分乗算器６６とにより式（５９）の右辺の第４項の演算が行われる。
【０２２０】
【数５９】
【０２２１】
但し、ＶＰＯＬＥ_Im(k)：ｋ番目のサンプリング周期におけるコンプライアンスパラメータ、ＶＰＯＬＥ_bs：コンプライアンスパラメータの基準値、ＫＩＭＰ：比例項のフィードバックゲイン、ＫＩＭＤ：微分項のフィードバックゲイン、ＫＩＭＩ：積分項のフィードバックゲイン、Ｉm(k)：ｋ番目のサンプリング周期におけるモータ１０の電機子電流。
【０２２２】
【数６０】
【０２２３】
但し、Ｉm_cmd：目標電流値。
【０２２４】
そして、加算器６７と加算器６８と加算器５８とにより、上記式（５９）の右辺の各項の加算が行われてＶＰＯＬＥ_Im(k)が算出され、リミッタ５９により上記式（５７）の制限処理が行われて、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ(k)）が決定される。
【０２２５】
また、本実施の形態では、図１に示したように、カップリングスリーブ６を入力軸５側に設け、被同期ギヤ７を駆動軸と連結した同期機構２を対象としたが、カップリングスリーブを出力軸側に設けて、被同期ギヤを入力軸と連結した同期機構に対しても本発明の適用が可能である。
【０２２６】
また、本実施の形態では、電圧決定部２４は、外乱等の影響を考慮した適応則入力を有する適応スライディングモードを用いたが、該適応則入力を省略した一般のスライディングモード制御を用いるようにしてもよく、また、バックステッピング制御等の他の種類の応答指定型制御を用いることもできる。また、電圧決定部２４は、スライディングモード制御を用いて電流フィードバック処理を行ったが、スライディングモード制御を用いずに電流フィードバック処理を行う場合にも、本発明の効果を得ることができる。
【０２２７】
また、本実施の形態では、実位置把握部２１は、図２に示したモデルに基づいてカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）を把握したが、位置センサを設けて該位置センサの位置検出信号とモータ１０とカップリングスリーブ６間のレバー比等から、直接的にカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）を把握するようにしてもよい。
【０２２８】
また、本実施の形態では、自動車の変速機に備えられた同期機構２に対して本発明を適用した例を示したが、本発明の適用対象はこれに限られない。例えば、図１５は、ワーク８０に対してエンドミル８１によって穴あけ加工を施す工作機械を、エンドミル８１側を慣性系物体としワーク８０側を弾性系物体としてモデル化し、本発明を適用した例を示している。なお、エンドミル８１はチャック８２により上下移動アクチュエータ８３に取り付けられている。
【０２２９】
図１５に示したように、上述した同期機構２に対する制御の場合と同様に、穴あけ加工を施す工程は以下の３つに分けられる。
【０２３０】
・工程１：エンドミル８１がワーク８０に接触するまで、エンドミル８１の先端を短時間でワーク８０に到達させ、かつ、エンドミル８１とワーク８０の接触時の衝撃を抑制する。
【０２３１】
・工程２：エンドミル８１に一定の押し付け力（Ｆc）を加えながらワーク８０を切削する。
【０２３２】
・工程３：ワーク８０の穴あけが終了してワーク８０からの抗力がなくなると、エンドミル８１が急激に下降するため、チャック８２がワーク８０に衝突しないようにエンドミル８１の下降を停止する。
【０２３３】
そして、エンドミル８１の実位置（Ｐy）を図１に示した同期機構２におけるカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）に置換え、工程１におけるコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の変更位置（Ｐy_vp，同期機構２の制御におけるＰsc_vpに相当する）と、ワーク８０の待機位置（Ｐy_def，同期機構２の制御におけるＰsc_defに相当する）等を設定して、上下移動アクチュエータ８３の作動を制御することによって、穴あけ時間の短縮を図ると共にエンドミル８１とワーク８０の接触時の衝撃を和らげることができる。
【０２３４】
また、工程２において、エンドミル８１よりワーク８０に過剰な押付け力が加わることを防止して、エンドミル８１の押付け力を所定の目標押付け力に維持することができ、工程３において、エンドミル８１の速やかに停止させることができる。
【０２３５】
なお、本実施の形態では、本発明のアクチュエータとして電気モータ１０を用いた例を示したが、他の種類の電気アクチュエータや、空圧や油圧アクチュエータを用いた場合であっても、本発明の適用が可能である。
【０２３６】
また、本実施の形態では、本発明の第１の状態値がアクチュエータにより移動される物体の位置であり、本発明の第２の状態値が該物体に働く力の大きさである例を示したが、他の種類の状態値を採用してアクチュエータの作動を制御する場合にも本発明の適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】同期機構及びその制御装置の構成図。
【図２】図１に示した同期機構のモデル化の説明図。
【図３】図１に示した制御装置の制御ブロック図。
【図４】図３に示したスライディングモードコントローラの挙動を示したグラフ。
【図５】コンプライアンスパラメータの変更による効果を示したグラフ。
【図６】到達則ゲインと適応則ゲインの設定条件を示したグラフ。
【図７】電流フィードバック処理を加えた制御装置の制御ブロック図。
【図８】制御工程の切換タイミングを示したグラフ。
【図９】ウェーブレット変換フィルタの構成図。
【図１０】ウェーブレット変換フィルタにおけるデシメーション処理の説明図。
【図１１】制御装置の作動フローチャート。
【図１２】目標位置とコンプライアンスパラメータの設定テーブルを示した図。
【図１３】電流フィードバック処理を加えた制御装置の他の例の制御ブロック図。
【図１４】電流フィードバック処理を加えた制御装置の他の例の制御ブロック図。
【図１５】工作機械による穴あけ工程を示した図。
【図１６】従来の同期機構の構成図。
【符号の説明】
１…制御装置、２…同期機構、５…入力軸、６…カップリングスリーブ、７…被同期ギヤ、８…シンクロナイザリング、１０…モータ、１１…シフトホーク、１５…回転数センサ、２０…電流検出部、２１…実位置把握部、２２…目標位置設定部、２３…目標電流設定部、２４…電圧決定部、３０…慣性系物体、３１…弾性系物体
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータの作動に応じて変化する状態値が目標値と一致するように、該アクチュエータの作動を制御するアクチュエータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクチュエータにより駆動される機構として、例えば、図１６に示したように、自動車のエンジンに連結された入力軸１００と一体に回転するカップリングスリーブ１０１と、駆動輪（図示しない）に連結されて入力軸１００に回転自在かつ軸動不可に設けられた被同期ギヤ１０２との間にシンクロナイザリング１０３を設け、シフトホーク１０４を介してアクチュエータ１０５によりカップリングスリーブ１０１を移動させることによって、カップリングスリーブ１０１と被同期ギヤ１０２の連結／遮断を切換えるようにした変速機の同期機構１１０が知られている。
【０００３】
同期機構１１０において、カップリングスリーブ１０１は中空構造となっており、中空部の内周面にスプライン１１１が形成されている。そして、シンクロナイザリング１０３の外周面にカップリングスリーブ１０１のスプライン１１１と係合可能なスプライン１１２が形成され、被同期ギヤ１０２のシンクロナイザリング１０３と対向する部分の外周面にもカップリングスリーブ１０１のスプライン１１１と係合可能なスプライン１１３が形成されている。
【０００４】
カップリングスリーブ１０１と被同期ギヤ１０２を連結するときは、シフトホーク１０４によりカップリングスリーブ１０１が被同期ギヤ１０２の方向に移動する。そして、カップリングスリーブ１０１とシンクロナイザリング１０３とが接触してシンクロナイザリング１０３が被同期ギヤ１０２に押し付けられると、シンクロナイザリング１０３と被同期ギヤ１０２間に生じる摩擦力によって被同期ギヤ１０２の回転速度が増加若しくは減少する。
【０００５】
その結果、カップリングスリーブ１０１の回転数と被同期ギヤ１０２の回転数とが同期して、カップリングスリーブ１０１のスプライン１１１がシンクロナイザリング１０３のスプライン１１２と係合し、さらにカップリングスリーブ１０１が移動してカップリングスリーブ１０１のスプライン１１１が被同期ギヤ１０２のスプライン１１３と係合する。
【０００６】
ここで、カップリングスリーブ１０１がシンクロナイザリング１０３を被同期ギヤ１０２に押付ける際のカップリングスリーブ１０１の移動速度が速すぎると、カップリングスリーブ１０１がシンクロナイザリング１０３と接触したときにカップリングスリーブ１０１が跳ね返されたり、カップリングスリーブ１０１が過大な力で被同期ギヤ１０２に押し込まれて、同期機構１１０が破損するおそれがある。
【０００７】
そこで、従来は、カップリングスリーブ１０１を被同期ギヤ１０２の方向に移動させる際に、両者の距離が所定値以下となったときにカップリングスリーブ１０１の移動速度を低下させるようにしていた。また、アクチュエータ１０５とシフトホーク１０４の間にバネ等の機械的な緩衝機構を設けて、カップリングスリーブ１０１とシンクロナイザリング１０３の接触時の衝撃を減少させる方法も知られている（特許文献１）。
【０００８】
ここで、カップリングスリーブ１０１がシンクロナイザリング１０３に接触するまでの間は、カップリングスリーブ１０１の位置制御のみを行えばよいが、カップリングスリーブ１０１がシンクロナイザリング１０３に接触してからカップリングスリーブ１０１と被同期ギヤ１０２の係合が完了するまでの間は、カップリングスリーブ１０１の位置制御と共に、カップリングスリーブ１０１によるシンクロナイザリング１０３に対する押付け力が過剰とならないように、該押付け力を制御する必要がある。
【０００９】
そして、カップリングスリーブ１０１の位置制御のみを行う場合と、カップリングスリーブ１０１の位置制御と押付け力の制御の双方を行う場合とでは、制御対象が異なるため、それぞれの場合に応じた仕様の異なる制御コントローラを用いて制御を行うことが考えられる。しかし、カップリングスリーブ１０１の位置制御のみを行う工程からカップリングスリーブ１０１の位置制御と押付け力の制御の双方を行う工程に移行する際に制御コントローラを切り換えると、制御の連続性が失われて同期機構１１０の挙動が不安定になるおそれがある。
【００１０】
【特許文献１】
特開平２００２−１９５４０６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、制御対象とする状態値の種類を切換えるときに、アクチュエータの挙動が不安定になることを抑制した制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、アクチュエータの作動に応じて変化する第１の状態値を把握する第１の状態値把握手段と、該アクチュエータの作動に応じて変化する該第１の状態値と異なる第２の状態値を把握する第２の状態値把握手段と、前記第１の状態値が第１の目標値と一致するように、該第１の状態値と該第１の目標値との偏差の減衰挙動と減衰速度を可変的に指定可能な応答指定型制御を用いて、少なくとも該偏差に基づいた線形関数により規定される切換関数の値をゼロに収束させるように前記アクチュエータを駆動する操作量を決定すると共に、前記線形関数の演算係数を変更することによって、前記応答指定型制御の応答特性を設定し、前記第１の状態値又は前記第２の状態値に応じて、前記応答指定型制御の応答特性を、前記第１の状態値に応じて設定するか、或いは前記第２の状態値が第２の目標値と一致するように設定するかを切換える操作量決定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
かかる本発明によれば、前記応答指定型制御を用いて前記第１の状態値を前記第１の目標値に一致させる制御系において、前記応答指定型制御の応答特性を変更することにより、前記第２の状態値を前記第２の目標値に一致させる制御を行なうことができる。この場合、一つの制御系によって前記第１の状態値の制御と前記第２の状態値の制御を行なうことができるため、制御系の切換えが不要であり、制御系の切換えに起因して前記アクチュエータの作動が不安定になることがない。そのため、前記第１の状態値の制御と前記第２の状態値の制御との切換えを安定して行うことができる。
【００１５】
さらに、本発明によれば、詳細は後述するが、前記第１の線形関数の演算係数を変更すると外乱に対する抑制能力が変化する。そのため、前記操作量決定手段は、該演算係数を変更することにより、前記第１の応答指定型制御の応答特性を容易に変更することができる。
【００１６】
また、前記アクチュエータは移動体を移動させる駆動源であり、前記第１の状態値は前記移動体の移動位置であり、前記第２の状態値は前記アクチュエータの作動により前記移動体に働く力の大きさであることを特徴とする。
【００１７】
かかる本発明によれば、前記移動体の位置を制御する前記第１の応答指定型制御の応答特性を変更することによって、前記移動体に働く力の大きさを制御することができる。そして、１つの制御系である前記第１の応答指定型制御によって、前記移動体の移動位置と前記移動体に働く力の大きさという２つの状態値を制御することができる。
【００１８】
また、前記アクチュエータは、１軸方向に移動自在に設けられた接触体と連結されて該接触体を移動させ、該接触体と、前記アクチュエータと、該接触体が所定位置に移動したときに該接触体と接触する被接触体とを備えた接触機構の作動を制御して、前記接触体と前記被接触体とが間隔をもって対峙した状態から前記アクチュエータにより前記接触体を移動させて前記被接触体に接触させる第１の工程と、該第１の工程に続いて、前記アクチュエータにより前記接触体を前記所定位置を超えて移動させて前記被接触体に押付ける第２の工程とを実行し、前記第１の工程及び前記第２の工程における前記接触体の目標位置を設定する目標位置設定手段を有し、前記第１の状態値把握手段として、前記接触体の実位置を前記第１の状態値として把握する実位置把握手段を有し、前記第２の状態値把握手段として、前記接触体による前記被接触体に対する押付け力を前記第２の状態値として把握する押付け力把握手段を有し、前記操作量決定手段は、前記第１の工程においては前記接触体の実位置に応じて前記応答指定型制御の応答特性を設定し、前記第２の工程においては前記押付け力把握手段により把握される押付け力が所定の目標押付け力と一致するように設定することを特徴とする。
【００１９】
かかる本発明によれば、前記操作量決定手段は、前記第１の工程においては、前記応答指定型制御の応答特性を前記接触体の実位置に応じて設定して、前記接触機構の弾性を変化させると共に、前記第２の工程においては、前記接触体による前記被接触体に対する押付け力が前記目標押付け力と一致するように前記応答指定型制御の応答特性を設定する。そして、このように前記第１の工程における前記接触機構の弾性の制御と前記第２の工程における前記接触体の押付け力の制御を、前記応答指定型制御の応答特性という１つの設定条件の変更により行うことよって、前記第１の工程から前記第２の工程への移行が安定して行われ、該移行時に前記接触機構の挙動が不安定となることを抑制することができる。
【００２０】
また、前記操作量決定手段は、前記第１の工程において前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が第１の所定レベル以上増大したときに、前記応答指定型制御の応答特性を前記押付け力把握手段により把握される押付け力が前記目標押付け力と一致するように設定する処理を開始することを特徴とする。
【００２１】
かかる本発明によれば、前記接触体が前記被接触体と接触するまでは、前記接触体の実位置は目標位置に速やかに追従するため、前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合は小さくなる。そして、前記接触体が前記被接触体と接触すると、前記被接触体からの反力により前記接触体の移動が抑制されるため、前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が急激に大きくなる。そのため、前記操作量決定手段は、前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が前記第１の所定レベル以上増大したときに、前記接触体と前記被接触体が接触したと検知して、前記第２の工程に応じた処理である前記応答指定型制御の応答特性を前記押付け力把握手段により把握される押付け力が前記目標押付け力と一致するように設定する処理を開始することができる。
【００２２】
また、前記操作量決定手段は、前記第２の工程において前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が第２の所定レベル以上減少したときに、前記接触体の移動を停止するように前記操作量を決定することを特徴とする。
【００２３】
かかる本発明によれば、前記第２の工程において、前記被接触体からの反力が減少すると、前記接触体の移動速度が速まって前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が急速に減少する。そして、このような前記被接触体からの反力の減少は、例えば前記接触体が前記被接触体を通過した場合に生じる。そこで、この場合に、前記操作量決定手段は、前記接触体の移動を停止するように前記操作量を決定することにより、前記接触体の移動を停止して前記接触機構を保護することができる。
【００２４】
また、前記操作量決定手段は、前記第２の工程において前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が前記第２の所定レベル以上減少したときに、外乱に対する抑制能力が高くなる方向に前記応答指定型制御の応答特性を設定することを特徴とする。
【００２５】
かかる本発明によれば、外乱に対する抑制能力が大きくなる方向に前記応答指定型制御の応答特性を変更することにより、前記接触体の挙動を安定させて前記接触体を停止し易くすることができる。
【００２６】
また、前記操作量決定手段は、前記接触体の実位置と目標位置との偏差の時系列データに、ウェーブレット変換を用いたフィルタリングを施した変換値に基づいて、前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合を把握することを特徴とする。
【００２７】
かかる本発明によれば、詳細は後述するが、前記接触体の実位置と目標位置との偏差の時系列データに前記フィルタリングを施すと、該偏差の高周波ノイズ成分が除去されて低周波成分の変動のＳＮ比が向上する。そのため、前記操作量決定手段は、前記フィルタリングを施した変換値に基づいて、前記目標位置に前記接触体の実位置の対する乖離度合をより精度良く把握することができる。
【００２８】
また、前記接触機構は、動力の伝達／遮断を切り換える同期機構であり、前記接触体は軸上に一体回転可能に設けられた第１の係合部材であり、前記被接触体は、前記軸に相対回転可能かつ軸動不可な第２の係合部材と該第１の係合部材との間に、該第１の係合部材と該第２の係合部材に対して回転自在且つ前記軸方向に移動自在に設けられて、前記軸が回転した状態で該第１の係合部材と第２の係合部材とに接触したときに生じる摩擦力により、該第１の係合部材と該第２の係合部材の回転数を同期させて該第１の係合部材と該第２の係合部材とを係合可能とする同期部材であることを特徴とする。
【００２９】
かかる本発明によれば、前記第１の係合部材が前記同期部材に接触する際（前記第１の工程）に生じる衝撃を和らげることができ、また、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材の回転数が前記同期部材を介して同期して、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材とが係合する過程（前記第２の工程）における前記第１の係合部材による前記同期部材に対する押付け力を前記目標押付け力に保って、安定して前記第１の係合部材と前記第２の係合部材とを係合させることができる。また、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材が係合して、前記第１の係合部材に対する前記同期部材からの反力が減少したときに、前記第１の係合部材の移動を停止するように前記操作量が決定され、これにより前記第１の係合部材が過剰な力で前記同期部材に押し込まれることを防止することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１〜図１５を参照して説明する。図１は同期機構及びその制御装置の構成図、図２は図１に示した同期機構のモデル化の説明図、図３は図１に示した制御装置の制御ブロック図、図４は図３に示したスライディングモードコントローラの作用を示したグラフ、図５はコンプライアンスパラメータの変更による効果を示したグラフ、図６は到達則ゲインと適応則ゲインの設定条件を示したグラフ、図７は電流フィードバック処理を加えた制御装置の制御ブロック図、図８は制御工程の切換タイミングを示したグラフ、図９はウェーブレット変換フィルタの構成図、図１０はウェーブレット変換フィルタにおけるデシメーション処理の説明図、図１１は制御装置の作動フローチャート、図１２は目標位置とコンプライアンスパラメータの設定テーブルを示した図、図１３は電流フィードバック処理を加えた制御装置の他の例の制御ブロック図、図１４は電流フィードバック処理を加えた制御装置の他の例の制御ブロック図、図１５は工作機械による穴あけ工程を示した図である。
【００３１】
図１を参照して、制御装置１（本発明のアクチュエータの制御装置に相当する）は、自動車の変速機に備えられた同期機構２（本発明の接触機構に相当する）の作動を制御するものであり、マイクロコンピュータやメモリにより構成された電子ユニットである。
【００３２】
同期機構２は、エンジン若しくは電気モータと連結された入力軸５と一体に回転するカップリングスリーブ６（本発明の移動体、接触体、第１の係合部材に相当する）、駆動輪（図示しない）に連結された出力軸（図示しない）と連結されて入力軸５に回転自在かつ軸動不可に設けられた被同期ギヤ７（本発明の第２の係合部材に相当する）、カップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の間の入力軸５に回転自在且つ入力軸５の軸方向に移動自在に設けられたシンクロナイザリング８（本発明の被接触体及び同期部材に相当する）、及び電気モータ１０（本発明のアクチュエータに相当する）とカップリングスリーブ６とに連結されたシフトホーク１１を備えている。
【００３３】
シフトホーク１１は、電気モータ１０の回転に応じてカップリングスリーブ６を入力軸５の軸方向に移動させる。また、カップリングスリーブ６は中空構造となっており、中空部の内周面にスプライン１２が形成されている。そして、シンクロナイザリング８の外周面にカップリングスリーブ６のスプライン１２と係合可能なスプライン１３が形成され、被同期ギヤ７のシンクロナイザリング８と対向する部分の外周面にもカップリングスリーブ６のスプライン１２と係合可能なスプライン１４が形成されている。
【００３４】
そして、入力軸５と共に回転したカップリングスリーブ６がシフトホーク１１により被同期ギヤ７の方向に移動すると、カップリングスリーブ６とシンクロナイザリング８が接触し、さらにシンクロナイザリング８と被同期ギヤ７も接触する状態となる。このとき、接触により生じる摩擦力により、シンクロナイザリング８を介してカップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の回転数が同期する。
【００３５】
このように、カップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の回転数が同期した状態で、カップリングスリーブ６をさらに被同期ギヤ７の方向に移動させると、カップリングスリーブ６に形成されたスプライン１２が、シンクロナイザリング８に形成されたスプライン１３を通過して被同期ギヤ７に形成されたスプライン１４と係合する。そして、これにより、入力軸５と出力軸間で動力が伝達される状態となる。
【００３６】
また、電気モータ１０は制御装置１から出力される電圧（Ｖin，本発明の操作量に相当する）の印加により作動し、回転数センサ１５による電気モータ１０の回転数検出信号（Ｅs）が制御装置１に入力される。
【００３７】
制御装置１は、電気モータ１０の電機子に流れる電流（Ｉm，以下、電機子電流という。本発明の第２の状態値に相当する）を検出する電流検出部２０（本発明の第２の状態値把握手段に相当する）、回転数センサ１５からの回転数検出信号（Ｅs）等に基づいてカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc，本発明の第１の状態値に相当する）を把握する実位置把握部２１（本発明の第１の状態値把握手段、実位置把握手段に相当する）、カップリングスリーブ６を移動させてシンクロナイザリング８を介して被同期歯車７と係合させる過程におけるカップリングスリーブ６の目標位置（Ｐsc_cmd，本発明の第１の目標値に相当する）を設定する目標位置設定部２２（本発明の目標位置設定手段に相当する）、電気モータ１０に流れる電流の目標値である目標電流（Ｉm_cmd，本発明の第２の目標値に相当する）を設定する目標電流設定部２３、及び電気モータ１０に印加する電圧（Ｖin）を決定する電圧決定部２４（本発明の操作量決定手段に相当する）を備えている。
【００３８】
そして、実位置把握部２１は、カップリングスリーブ６が移動を開始してから、シンクロナイザリング８との接触によりカップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の回転数が同期して、シンクロナイザリング８を介してカップリングスリーブ６と被同期ギヤ７とが係合するまで挙動を、慣性系物体と弾性系物体の衝突とみなしてモデル化し、該モデルに基づいてカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）を把握する。
【００３９】
図２は該モデルを表したものであり、実位置把握部２１は、カップリングスリーブ６を電気モータ１０やシフトホーク１１（図１参照）を含めて等価慣性がＪmである慣性系物体３０とみなし、シンクロナイザリング８（図１参照）を等価慣性がＭsであってバネ係数がＫsである弾性系物体３１とみなして、カップリングスリーブ６の位置を把握する。なお、図２中、Ｔmは電気モータ１０の出力トルクであり、Ｐsc_defはシンクロナイザリング８（図１参照）の待機位置である。以下、図２に示したモデルを表すモデル式の算出手順について説明する。
【００４０】
先ず、慣性系物体３０が弾性系物体３１に接触する前（カップリングスリーブ６がシンクロナイザリング８に接触する前）の連続時間系のモデル式の導出について説明する。
【００４１】
図１に示した電気モータ１０の運動方程式は以下の式（１）で表される。
【００４２】
【数１】
但し、Ｊm：電気モータ１０及びシフトホーク１１を含めたカップリングスリーブ６の等価慣性、ω：電気モータ１０の回転速度（回転数センサ１５により検出される）、Ｔm：電気モータ１０の出力トルク。
【００４４】
また、電気モータ１０の出力トルク（Ｔm）と電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）との関係は以下の式（２）で表され、電気モータ１０の電機子に生じる電圧（Ｖm，以下、電機子電圧という）と電機子の電気抵抗（Ｒm，以下、電機子抵抗という）との関係は以下の式（３）で表される。
【００４５】
【数２】
但し、Ｉm：電気モータ１０の電機子電流、Ｋm：トルク変換係数。
【００４７】
【数３】
但し、Ｖm：電気モータ１０の電機子電圧、Ｒm：電気モータ１０の電機子抵抗。
【００４９】
したがって、上記式（１）に上記式（２）及び式（３）の関係を適用して、以下の式（４）を得ることができる。
【００５０】
【数４】
さらに、電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）と、電気モータ１０に生じる逆起電力との関係は以下の式（５）で表される。
【００５２】
【数５】
但し、Ｖin：電気モータ１０への印加電圧、Ｋm’：逆起電力定数。
【００５４】
そして、上記式（５）の関係を上記式（４）に適用すると、以下の式（６）を得ることができる。
【００５５】
【数６】
また、電気モータ１０の回転速度（ω）及び回転角度（θ）と、慣性系物体３０の位置（Ｐsc）との関係は、以下の式（７）及び式（８）で表される。
【００５７】
【数７】
【数８】
但し、ω：電気モータ１０の回転速度、θ：電気モータ１０の回転角度、ｔ：電気モータ１０が作動を開始してからの経過時間、Ｒsc：電気モータ１０の回転角度（θ）と慣性系物体３０の間のレバー比及びギヤ比。
【００６０】
したがって、上記式（７），式（８）から、以下の式（９），式（１０），式（１１）を得ることができる。
【００６１】
【数９】
【数１０】
【数１１】
そして、上記式（９），式（１０），式（１１）を上記式（６）に代入すると、以下の式（１２）を得ることができる。
【００６５】
【数１２】
また、同期機構２の制御に必要な要素として、カップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）の他に、電気モータ１０に掛かる負荷を検出するための電機子電流（Ｉm）がある。そこで、上記式（４）及び式（１１）から、電機子電流（Ｉm）に関するモデル式である以下の式（１３）を得る。
【００６７】
【数１３】
但し、Ｉm：電気モータ１０の電機子電流。
【００６９】
以上により、電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）を入力とし、カップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）と電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）を出力とする１入力２出力系のモデルは、上記式（１２）と式（１３）により表すことができる。
【００７０】
次に、慣性系物体３０が弾性系物体３１と接触して、弾性系物体３１からの反力を受けるようになったとき（カップリングスリーブ６がシンクロナイザリング８と接触して、シンクロナイザリング８からの反力を受けるようになったとき）の連続時間系のモデル式の導出について説明する。
【００７１】
図２における慣性系物体３１の運動方程式は以下の式（１４）で表される。
【００７２】
【数１４】
但し、Ｍs：弾性系物体３１の等価慣性、Ｐsc_def：弾性系物体３１の待機位置、Ｋsc：弾性系物体３０のバネ定数、Ｆsc：弾性系物体３１が慣性系物体３０から受ける力（弾性系物体３１が慣性系物体３０に与える反力）。
【００７４】
上記式（１４）を反力（Ｆsc）について整理すると、以下の式（１５）の形で表される。
【００７５】
【数１５】
ここで、反力（Ｆsc）は、弾性系物体３１が慣性系物体３０に対して与える反力となり、該反力（Ｆsc）が掛かったときの慣性系物体３０の運動方程式は以下の式（１６）で表される。
【００７７】
【数１６】
この式（１６）を変形すると以下の式（１７）の形となり、電気モータ１０の逆起電力を考慮すると、電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）と電機子電圧（Ｖm）との関係は以下の式（１８）で表される。
【００７９】
【数１７】
【数１８】
また、式（１８）に上記式（１０）及び式（１１）を代入すると以下の式（１９）の形となり、式（１９）を整理して以下の式（２０）を得ることができる。
【００８２】
【数１９】
【数２０】
さらに、電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）については、上記式（１６）に上記式（１１）を代入して、以下の式（２１）を得ることができる。
【００８５】
【数２１】
以上により、弾性系物体３１からの反力を考慮したモデルは、上記式（２０）と式（２１）により表すことができる。
【００８７】
次に、上記式（２０）及び式（２１）により表される連続時間系のモデル式に基づいて、離散時間系のモデル式を導出する。
【００８８】
先ず、連続時間系のモデルの状態変数（ｘ1，ｘ2）を以下の式（２２）のように設定すると、上記式（２０）より、連続系のモデルを以下の式（２３）により表すことができる。
【００８９】
【数２２】
【数２３】
ここで、制御装置１のサンプリング周期をＴとすると、上記式（２３）は、オイラー近似により以下の式（２４）の形で表され、式（２４）を変形して以下の式（２５）及び式（２６）を得ることができる。
【００９２】
【数２４】
但し、ｔ：サンプリング時点、Ｔ：サンプリング周期。
【００９４】
【数２５】
【数２６】
さらに、オイラー近似により、上記式（２６）におけるｘ2(t-T)は以下の式（２７）で表すことができる。
【００９７】
【数２７】
そして、上記式（２５）に上記式（２６）及び式（２７）を代入して整理すると、以下の式（２８）を得ることができる。
【００９９】
【数２８】
式（２８）におけるｔ＝ｋＴとして整理すると、以下の式（２９）の形となり、式（３０）を得ることができる。
【０１０１】
【数２９】
【数３０】
そして、上記式（３０）における係数を以下の式（３１）に示したように置き換えると、式（３０）は以下の式（３２）の形で表すことができる。
【０１０４】
【数３１】
【数３２】
そこで、制御装置１は、上記式（３２）により表される離散時間系のモデルにおける外乱項ｄを０とした以下の式（３３）のモデル式に基づいて、図３に示した構成により設計される。以下、図３に示した制御装置１の構成について説明する。
【０１０７】
【数３３】
先ず、上記式（３３）で表されるモデルに対して、▲１▼慣性系物体３０の実位置（Ｐsc）を目標位置（Ｐsc_cmd）に迅速に追従させ、▲２▼慣性系物体３０と弾性系物体３１の接触時のコンプライアンス性（ゴムのような弾性）を実現する、スライディングモードコントローラ４０の設計手順について説明する。
【０１０９】
スライディングモードコントローラ４０は、応答指定型制御の一例であるスライディングモード制御を用いて、慣性系物体３０の挙動を制御する。そして、スライディングモードコントローラ４０には、上記式（３３）に基づいて実位置把握部２１により算出される慣性系物体３０の実位置（Ｐsc）と、目標位置設定部２２により設定される慣性系物体３０の目標位置（Ｐsc_cmd）と、後述するコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）とが入力される。
【０１１０】
そして、慣性系物体３０の実位置（Ｐsc）と目標位置（Ｐsc_cmd）との偏差（Ｅsc）を以下の式（３４）に示したように定義すると、偏差（Ｅsc）の収束挙動や外乱が偏差（Ｅsc）に与える影響度合を指定する切換関数（σ，本発明の線形関数に相当する）は、式（３４）の状態変数がＰsc(k)とＰsc（k-1）の２つであるため、以下の式（３５）のように定義される。
【０１１１】
【数３４】
【数３５】
但し、ＶＰＯＬＥ：コンプライアンスパラメータ（切換関数設定パラメータ）。
【０１１４】
スライディングモードコントローラ４０は、この切換関数（σ）が、σ(k)＝０となるように制御入力を決定する。また、σ(k)＝０は、上記式（３５）から、以下の式（３６）の形に変形することができる。
【０１１５】
【数３６】
ここで、式（３６）は入力のない１次遅れ系を意味しているため、スライディングモードコントローラ４０は、制御系の応答を上記式（３６）の１次遅れ系に収束させる制御を実行する。
【０１１７】
したがって、図４（ａ）に示したように、縦軸をＥsc(k)とし横軸をＥsc(k-1)とした位相平面を設定すると、上記式（３６）は、該位相平面上の線形関数を意味することがわかる。また、上記式（３６）は入力のない１次遅れ系であるから、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ，本発明の演算係数に相当する）を以下の式（３７）の範囲内に設定して、該１次遅れ系を安定化させれば、時間の経過（ｋ→∞）により偏差（Ｅsc）が必ず０に収束する系となる。
【０１１８】
【数３７】
このことから、図４（ａ）に示した位相平面上において、偏差の状態量（Ｅsc(k)，Ｅsc（k-1)）が切換関数（σ(k)＝０）上に載ると、該状態量は入力のない１次遅れ系に拘束されるため、時間の経過と共に位相平面の原点{（Ｅsc(k)，Ｅsc(k-1)）＝（０，０）}に自動的に収束することになる。
【０１２０】
そこで、スライディングモードコントローラ４０は、このような切換関数上での偏差の状態量（Ｅsc(k)，Ｅsc（k-1)）の挙動を利用して、図４（ａ）に示したように、上記式（３５）でσ＝０となるように制御入力（Ｖin）を決定することによって、該状態量を切換関数（σ(k)＝０）上に拘束し、外乱やモデル化誤差の影響を受けることなく、該状態量を位相平面の原点に収束させる。
【０１２１】
なお、偏差の状態量が切換関数に漸近するまでの挙動（図中Ｐ1からＰ2までの過程）を到達モードといい、切換関数上を該状態量が自動的に原点方向に収束する挙動（図中Ｐ2からＰ0までの過程）をスライディングモードという。
【０１２２】
また、上記式（３６）のコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を正（０＜ＶＰＯＬＥ＜１）に設定すると、式（３６）で表される１次遅れ系は振動安定形となるため、偏差（Ｅsc）を収束させる制御においては好ましくない。そこで、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を−１から０の範囲（−１＜ＶＰＯＬＥ＜０）で決定することにより、偏差（Ｅsc）の収束応答を図４（ｂ）に示したように設定する。図４（ｂ）において、ａ，ｂ，ｃは、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）をそれぞれ−１，−０．８，−０．５に設定した場合の偏差（Ｅsc）の推移を示しており、ＶＰＯＬＥ＝−１に設定すると、偏差（Ｅsc）は０に収束せずに一定値となる。
【０１２３】
続いて、上記式（３６）の動特性、すなわち、スライディングモードコントローラ４０の応答指定特性について説明する。図５は、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を−０．５，−０．８，−０．９９，−１．０に設定して、σ＝０かつＥsc＝０である状態でステップ外乱Ｄを与えた場合の制御系の応答を示したグラフであり、縦軸を上から偏差（Ｅsc）、切換関数（σ）、外乱（Ｄ）とし、横軸を時間（ｋ）としたものである。
【０１２４】
図５から明らかなように、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の絶対値を小さくするほど、外乱（Ｄ）が偏差（Ｅsc）に与える影響が小さくなり、逆に、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の絶対値を大きくして１に近づけるほど、スライディングモードコントローラが許容する偏差（Ｅsc）が大きくなるという特性がある。そして、このとき、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の値に拘わらず切換関数（σ）の挙動が同一となっていることから、外乱（Ｄ）に対する抑制能力をコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）によって指定できることがわかる。
【０１２５】
そして、図２に示した慣性系物体３０と弾性系物体３１の接触時には、▲１▼慣性系物体３０が弾性系物体３１により跳ね返される、▲２▼慣性系物体３０が過大な衝突力により弾性系物体３１に押し込まれる、という状態となることを回避しつつ慣性系物体３０を弾性系物体３１に押し付ける必要がある。
【０１２６】
そこで、上述した特性に着目し、慣性系物体３０と弾性系物体３１の接触時には、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を−１の近傍に設定して外乱に対する偏差（Ｅsc）の許容量を大きくする（外乱に対する抑制能力を小さくする）ことによって、慣性系物体３０と弾性系物体３１が接触する際に電気モータ１０の作動によるコンプライアンス性を生じさせることが有効である。
【０１２７】
これにより、慣性系物体３０と弾性系物体３１との接触時に過大な衝撃が生じることを抑制することができ、また、過大な力を弾性系モデル３１に与えることなく、慣性系モデル３０を弾性系モデル３１に押し付けることができる、という効果が得られる。
【０１２８】
この効果を図１に示した実際の同期機構２に適用して考察すると、カップリングスリーブ６がシンクロナイザリング８に接触する際に生じる衝撃を和らげることができる。また、過大な力をシンクロナイザリング８に与えることなくカップリングスリーブ６をシンクロナイザリング８に押し付けて、カップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の回転数の同期させて係合させることができる。
【０１２９】
次に、スライディングモードコントローラの制御入力（Ｖin）は、以下の式（３８）に示したように、３つの制御入力の総和により設定される。
【０１３０】
【数３８】
但し、Ｖin(k)：ｋ番目のサンプリング周期における電気モータ１０への印加電圧、Ｕeq(k)：ｋ番目のサンプリング周期における等価制御入力、Ｕrch(k)：ｋ番目の制御サイクルにおける到達則入力、Ｕadp(k)：ｋ番目のサンプリング周期における適応則入力。
【０１３２】
なお、等価制御入力とは偏差状態量（Ｅsc(k)，Ｅsc（k-1)）を切換線（σ＝０）上に拘束するための入力であり、到達則入力とは該偏差状態量を該切換関数に載せるための入力であり、適応則入力とはモデル化誤差や外乱を吸収して該偏差状態量を該切換関数に載せるための入力である。
【０１３３】
以下に、等価制御入力（Ｕeq(k)）、到達則入力（Ｕrch(k)）、及び適応則入力（Ｕadp(k)）の設定方法について説明する。
【０１３４】
先ず、等価制御入力（Ｕeq）は、厳密には位相平面上の任意の場所において、偏差の状態量をその場所にホールドする機能を持つ。そのため、等価制御入力（Ｕeq）は、以下の式（３９）を満たす印加電圧（Ｖin）として算出される。
【０１３５】
【数３９】
式（３９）に上記式（３５）及び式（３４）を代入すると、以下の式（４０）が得られる。
【０１３７】
【数４０】
そして、式（４０）に上記式（３３）を代入して整理することにより、等価制御入力（Ｕeq）についての以下の式（４１）を得ることができる。
【０１３９】
【数４１】
次に、到達則入力（Ｕrch）は、以下の式（４２）により算出される。
【０１４１】
【数４２】
但し、Ｆ：到達則ゲイン、Δ：切換振幅（機械的なバックラッシュやガタ等の非線形特性の吸収パラメータ）。
【０１４３】
また、切換振幅（Δ）をゼロ（Δ＝０）とすれば、上記式（４２）は以下の式（４３）の形で表される。
【０１４４】
【数４３】
また、適応則入力（Ｕsdp）は、以下の式（４４）により算出される。
【０１４６】
【数４４】
但し、Ｇ：適応則ゲイン。
【０１４８】
ここで、上記式（４１）の等価制御入力（Ｕeq(k)）、上記式（４３）の到達則入力（Ｕrch(k)）、及び上記式（４４）の適応則入力（Ｕadp(k)）を上記式（３８）に代入して得られる制御入力（Ｕsl(k)）を電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）として上記式（３３）に代入すると、以下の式（４５）が得られる。
【０１４９】
【数４５】
そして、式（４５）に上記式（３４）及び式（３５）を適用してσについて整理すると、以下の式（４６）を得ることができる。
【０１５１】
【数４６】
ここで、到達則入力（Ｕrch(k)）と適応則入力（Ｕadp(k)）の役割は、偏差状態量（Ｅsc(k)，Ｅsc(k-1)）を切換関数（σ＝０）上を移動させること、すなわち、上記式（４６）の安定化（σ→０）であるので、上記式（４６）が安定になるように到達則ゲイン（Ｆ）と適応則ゲイン（Ｇ）を決定する必要がある。
【０１５３】
そこで、上記式（４６）をＺ変換すると、以下の式（４７）が得られ、式（４７）を変形して以下の式（４８）が得られる。
【０１５４】
【数４７】
【数４８】
この場合、上記式（４８）が安定となる条件は、左辺の第２項と第３項の係数（Ｆ−２，ＧＴ＋１−Ｆ）が、図６の三角領域内に入る組合わせとなるので、これらの係数が該三角領域内に入る組合わせとなるようにＦ，Ｇの値を決定すればよい。
【０１５７】
そして、スライディングモードコントローラ４０は、このようにして決定したＦ，Ｇの値により上記式（４３），式（４４）から到達則入力（Ｕrch(k)）と適応則入力（Ｕadp(k)）をそれぞれ決定し、また、上記式（４１）から等価制御入力（Ｕeq(k)）を決定して、上記式（３８）により電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）を決定する。
【０１５８】
次に、図１を参照して、実際の同期機構２においては、カップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の回転数を同期させるため、一定の力でカップリングスリーブ６をシンクロナイズザリング８に押付ける必要がある。そこで、図２に示したモデルにおいて、慣性系物体３０と弾性系物体３１とが接触した後、一定の押付け力を慣性系物体３０から弾性系物体３１に加える制御を行うための構成が必要となる。
【０１５９】
ここで、慣性系物体３０と弾性系物体３１とが接触した状態での電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）は上記式（２１）により示されるが、回転同期を図っている間は慣性系物体３０の加速度はゼロ（Ｐscの２階微分がゼロ）であると考えられるので、上気式（２１）は以下の式（４９）の形となる。
【０１６０】
【数４９】
そして、一定の押し付け力は、慣性系物体３０が弾性系物体３１から受ける力（Ｆsc）の反力であるから、押し付け力を一定に保つためには、以下の式（５０）の関係が成り立てばよい。
【０１６２】
【数５０】
但し、Ｉm_cmd：目標電流値。
【０１６４】
なお、目標電流値（Ｉm_cmd）が本発明の押付け力の目標値に相当し、電流検出部２０が本発明の押付け力把握手段に相当し、電流検出部２０により検出される電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）が本発明の押付け力に相当する。
【０１６５】
また、上記式（５０）を離散時間化して、実際の電機子電流（Ｉm）と目標電流値（Ｉm_cmd）との偏差（Ｅim）を算出する以下の式（５１）を得ることができる。
【０１６６】
【数５１】
ここで、上記式（２０）と式（２１）から分かるように、同期機構２は、電気モータ１０に印加する電圧（Ｖin）を入力とし、慣性系物体３０の位置（Ｐsc）と電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）を出力とする１入力２出力系のモデルとして表される。
【０１６８】
しかし、慣性系物体３０と弾性系物体３１が接触するまでは、慣性系物体３０の位置（Ｐsc）の制御のみを行えばよい。そのため、スライディングモードコントローラ４０は、同期機構２を、電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）を入力とし慣性系物体３０の位置（Ｐsc）を出力とする１入力１出力系のモデルで表して制御を行えばよい。
【０１６９】
そのため、電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）のフィードバック制御を行うためには、スライディングモードコントローラ４０を、１入力１出力系のモデルを対象としたものから１入力２出力系のモデルを対象としたものに切り換える必要がある。しかし、このようにスライディングモードコントローラ４０を切り換えると、入力（Ｖin）の不連続性が生じてスライディングモードコントローラ４０を切り換えた時の制御状態を安定化させることが難しい。
【０１７０】
そこで、電圧決定部２４は、スライディングモードコントローラ４０の切り換えを行わず、以下に説明するように、スライディングモードコントローラ４０のコンプライアンス性を設定するコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を、電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）のフィードバックにより調整することによって、慣性系物体３０から弾性系物体３１への押し付け力を安定化させる。
【０１７１】
先ず、電機子電流（Ｉm）のフィードバック制御は、▲１▼電機子電流（Ｉm）の目標電流（Ｉm_cmd）に対する速応性、▲２▼押し付け力に比例する電機子電流（Ｉm）の安定性、を考慮して以下の式（５２）から式（５７）による簡易型のスライディングモード制御を用いて行う。
【０１７２】
【数５２】
【数５３】
【数５４】
【数５５】
【数５６】
【数５７】
但し、Ｌimit：−１〜０の制限処理、Ｆ_Ｉm：到達則ゲイン、Ｇ_Ｉm：適応則ゲイン、ＰＯＬＥ_Ｉm：切換関数設定パラメータ、ＶＰＯＬＥ_bs：ＶＰＯＬＥの基準値、Ｕrch_Ｉm：到達則入力、Ｕadp_Ｉm：適応則入力。
【０１７９】
電流フィードバック系の制御ブロック図を示すと図７のようになる。図７の制御ブロック図では、１入力２出力系のモデルを制御対象とするスライディングモードコントローラを用いる代わりに、１入力１出力のモデルを制御対象とするスライディングモードコントローラ４０の外に電機子電流（Ｉm）を制御する電流フィードバック部５０を備えた２重フィードバック系となっている。
【０１８０】
なお、電流フィードバック部５０は、図３に示したコンプライアンスパラメータ算出手段４１に含まれる。そして、減算器５１により上記式（５２）によって電流偏差（Ｅ_Im）が算出され、切換関数算出部５２により上記式（５３）によって切換関数（σ_Ｉm）の値が算出され、比例演算器５３により上記式（５４）によって到達則入力（Ｕrch_Ｉm）が算出され、積分器５５及び積分乗算器５６により上記式（５５）によって適応則入力（Ｕadp_Ｉm）が算出される。
【０１８１】
また、加算器５７及び加算器５８により上記式（５６）によって電流フィードバックを反映させたコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ_Ｉm）が操作量として算出され、リミッタ５９により上記式（５７）によって制限処理がなされてスライディングモードコントローラ４０に対するコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）が決定される。
【０１８２】
次に、図３に示したコンプライアンスパラメータ算出部４１は、同期機構２の作動を制御するスライディングモードコントローラ４０のコンプライアンス性を設定するコンプライスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を、以下の３つの工程に分けて設定する。
【０１８３】
工程１（本発明の第１の工程に相当する）：目標値追従制御…慣性系物体３０の位置（Ｐsc）制御と慣性系物体３０と弾性系物体３１の接触時のコンプライアンス性の制御。コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を慣性系物体３０の位置（Ｐsc）に応じて決定する。
【０１８４】
工程２（本発明の第２の工程に相当する）：回転同期制御…弾性系物体３１への押し付け力の制御。コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を、上述した電気モータ１０の電機子電流のフィードバックにより決定する。
【０１８５】
工程３：静止制御…回転同期後（同期機構２におけるカップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の係合が完了した後）の慣性系物体３０の前進挙動を停止する制御。コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を一定に保つ。
【０１８６】
そして、コンプライアンスパラメータ算出部４１は、同期機構２の機械的なバラツキや経年変化等により、工程１から工程２に切り換える位置や、工程２から工程３に切り換えるタイミングのばらつきや変化が生じても、安定して工程の切り換えを行う必要がある。以下に工程の切り換えタイミングを決定する方法について説明する。
【０１８７】
図８の上段のグラフは、各工程の切り換わり時における慣性系物体３０の実位置（Ｐsc）と目標位置（Ｐsc_cmd）との偏差（Ｅsc＝Ｐsc−Ｐsc_cmd）の変化を示したものであり、縦軸が慣性系物体３０の実位置（Ｐsc）及び目標位置（Ｐsc_cmd）に設定され、横軸が時間（ｔ）に設定されている。グラフから明らかなように、各工程の切り換え時には、偏差（Ｅsc）が以下のように変化する。
【０１８８】
・工程１から工程２への切り換え時：弾性系物体３１との接触により慣性系物体３０の移動が抑制されて、目標位置（Ｐsc_cmd）に対して実位置（Ｐsc）が遅れる状態となり、偏差（Ｅsc）が負方向に増大する。
【０１８９】
・工程２から工程３への切り換え時：弾性系物体３１と慣性系物体３０の回転同期が終了して、慣性系物体３０の位置（Ｐsc）が目標位置（Ｐsc_cmd）に達すると、偏差（Ｅsc）が正方向に減少する。
【０１９０】
そこで、このような偏差（Ｅsc）の変化を検出することによって各工程の切り換えを行えばよい。
【０１９１】
しかし、図１に示した実際の同期機構２は、機械的なバックラッシュやガタ、フリクションが大きい制御対象である。そのため、制御装置１のサンプリング周期を短く設定した方が制御性が高くなるが、サンプリング周期を短く設定して偏差（Ｅsc）を算出すると、ＳＮ比が低下して偏差（Ｅsc）の変化を検出し難くなる。そこで、Ｖin決定部２４に備えられたウェーブレット変換フィルタ４３（図３参照）は、以下に説明するように、偏差（Ｅsc）にウェーブレット変換を施して偏差（Ｅsc）の低周波成分のみを抽出することにより、偏差（Ｅs c）の変化を検出し易くする。
【０１９２】
ウェーブレット変換４３を用いたフィルタ（以下、ウェーブレット変換フィルタという）は、図９（ａ）に示した構成を有し、以下の式（５８）によるハーフバンドローパスフィルタ処理とデシメーション処理を２回繰り返すことによってフィルタリングを行う。
【０１９３】
【数５８】
但し、ｕ：入力データ、η：サンプリング周期の時系列番号。
【０１９５】
図９（ａ）に示した１段目のハーフバンドローパスフィルタ７０は、今回のサンプリング周期入力値（Ｅsc(k)）と前回のサンプリング周期の入力値（Ｅsc(k-1)）に対して上記式（５７）の処理を行い、２段目のハーフバンドローパスフィルタ７１は、１段目のハーフバンドローパスフィルタ７０の出力にデシメーション処理７２を施したＥsc_wv1(m1)の今回値と前回値（Ｅsc_wv1(m1)とＥsc_wv1(m1-1)）に対して、上記式（５８）の処理を行う。
【０１９６】
図９（ｂ）に示したように、ハーフバンドローパスフィルタ７０，７１は、サンプリング周波数の半分（ナイキスト周波数）以上の周波数成分を阻止し、低周波成分のゲインが１より大きいので、低周波成分に対するゲインを増幅する効果が得られる。
【０１９７】
また、図９（ａ）におけるデシメーション処理７２，７３（２↓）は間引き処理であり、図１０（ａ）に示したように、入力データ（ｕ）を１つおきにサンプリングする間引き処理を行う。
【０１９８】
ウェーブレット変換フィルタ４３は、ハーフバンドローパスフィルタ７０，７１による処理とデシメーション処理７２，７３を繰り返し施すことによって、図１０（ｂ）のグラフに示したようにゲインを増幅しつつ低周波成分（Ｅsc_wv）を抽出する。なお、図１０（ｂ）に示したグラフの縦軸はゲイン、横軸は周波数に設定されている。
【０１９９】
そして、これにより、入力信号（Ｅsc）の高周波成分が除去されると共に、入力信号（Ｅsc）に対するゲインが増幅されるため、入力信号（Ｅsc）の低周波成分の変化をＳＮ比を向上させて抽出することができる。
【０２００】
そして、ＶＰＯＬＥ算出部４１は、偏差（Ｅsc）のウェーブレット変換値（Ｅsc_wv）の変化量であるΔＥsc_wv（＝Ｅsc_wv(m)−Ｅsc_wv(m-1)）を用いて、以下に示すように各工程の切り換えを行う。
【０２０１】
・工程１から工程２への切り換え：Ｐsc＞Ｐsc_def 且つ Ｅsc_wv＞Ｘ_SCCNT
・工程２から工程３への切り換え：Ｐsc＞Ｐsc_def かつ ΔＥsc_wv＞Ｘ_SCDONE
但し、Ｐsc_vp：工程１におけるＶＰＯＬＥ可変開始位置、Ｘ_SCCNT：Ｅsc_wvの接触判定閾値、Ｘ_SCDONE：回転同期完了判定閾値。
【０２０２】
なお、上記切換条件におけるＥsc_wv及びΔＥsc_wvが本発明の目標位置に対する実位置の乖離度合に相当し、Ｘ_SCCNTが本発明の第１の所定レベルに相当し、Ｘ_SCDONEが本発明の第２の所定レベルに相当する。
【０２０３】
以上説明した手法により構成された制御装置１により、同期機構７の作動を制御する手順を図１１に示したフローチャートに従って説明する。制御装置１は、自動車のメインコントローラ（図示しない）から変速機のシフトを指示する信号を受信すると、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ２に進む。
【０２０４】
そして、制御装置１は、メインコントローラによって選択されたシフト位置（１速、２速、・・・、ニュートラル）に応じて、目標位置設定部２２により、図１２（ａ）に示したようにカップリングスリーブ６の移動パターンを目標位置（Ｐsc_cmd）として設定する。また、制御装置１は、第１の工程におけるコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の変更位置（Ｐsc_vp）とシンクロナイザリング８の待機位置（Ｐsc_def）を設定する。
【０２０５】
そして、続くＳＴＥＰ３で、制御装置１は、実位置把握部２１により上記式（３３）によって算出されるカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）と目標位置（Ｐsc_cmd）との偏差（Ｅsc）を算出する。なお、図中ｋはｋ番目のサンプリング周期を意味し、Ｐsc(k)及びＰsc_cmd(k)はそれぞれｋ番目のサンプリング周期におけるカップリングスリーブ６の実位置と目標位置を表す。
【０２０６】
次のＳＴＥＰ４で、制御装置１は、上述したウェーブレット変換フィルタ４３による処理を行って、偏差（Ｅsc）のウェーブレット変換値（Ｅsc_wv）を算出する。なお、図中Ｅsc_wv(m)は、図９（ａ）に示したようにｋ番目のサンプリング周期における偏差（Ｅsc(k)）に基づいて算出されたウェーブレット変換値を表している。
【０２０７】
次のＳＴＥＰ５〜ＳＴＥＰ７は、上述した各工程（第１の工程，第２の工程，第３の工程）の切り換えタイミングを判断する処理であり、ＳＴＥＰ５及びＳＴＥＰ６が第１の工程から第２の工程への切り換え条件を設定し、ＳＴＥＰ７は第２の工程から第３の工程への切り換え条件を設定している。
【０２０８】
先ず、ＳＴＥＰ５でカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc(k)）が、シンクロナイザリング８の待機位置（Ｐsc_def）を通過するまではＳＴＥＰ２０に分岐し、図１２（ｂ）に示したコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の設定テーブルに従って、コンプライアンスパラメータ算出部４１がコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を０の近傍（例えば−０．２）に設定する。なお、図１２（ｂ）に示した設定テーブルは、縦軸がコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）に設定され、横軸がカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）に設定されている。
【０２０９】
これにより、カップリングスリーブ６の移動を開始してからコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の変更位置（Ｐsc_vp）に到達するまでは、同期機構２のコンプライアンス性が低くなり、外乱の影響を抑制して安定してカップリングスリーブ６を移動させることができる。
【０２１０】
また、カップリングスリーブ６がコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の変更位置（Ｐsc_vp）を通過した時に、コンプライアンスパラメータ算出部４１は、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を−１の近傍（例えば−０．９９）まで低下させる。このように、実際にカップリングスリーブ６とシンクロナイザリング８が接触する直前に予めコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の値を低下させて同期機構２のコンプライアンス性を高めることによって、カップリングスリーブ６がシンクロナイザリング８に接触したときに生じる衝撃を和らげることができる。
【０２１１】
そして、次のＳＴＥＰ６で、上述した工程１から工程２への切り換え条件であるＥsc_wv(m)＞Ｘ_SCCNTが成立したとき、すなわち、カップリングスリーブ６とシンクロナイザリング８との接触が検知されたときにＳＴＥＰ７に進む。ＳＴＥＰ７では、上述した工程２から工程３への切り換え条件であるΔＥsc_wv(m)＞Ｘ_SCDONEが成立したとき、すなわち、カップリングスリーブ６とシンクロナイザリング８との回転同期がなされて、カップリングスリーブ６がシンクロナイザリング８を通過して被同期ギヤ７と係合したときに、ＳＴＥＰ３０に分岐する。
【０２１２】
一方、ＳＴＥＰ７で、ΔＥsc_wv(m)＞Ｘ_SCDONEが成立しないときにはＳＴＥＰ８に進み、ＶＰＯＬＥ算出部４１は、工程１から工程２に切り換えて上述した電流フィードバックによるコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の算出処理を実行する。そして、電圧決定部２４は、このようにして算出したコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を用いてスライディングモードコントローラ４０により電気モータ１０に対する印加電圧（Ｖin）を算出し、該印加電圧（Ｖin）を電気モータ１０に印加する。
【０２１３】
このように、工程２においては、電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）のフィードバック処理により電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）が目標電流（Ｉm_cmd）に維持されて、電気モータ１０の出力トルクが一定に制御され、カップリングスリーブ６のシンクロナイザリング８に対する押し付け力を安定化させることができる。
【０２１４】
そして、これにより、カップリングスリーブ６が過剰な力でシンクロナイザリング８に押し付けられて、同期機構２の破損が生じることを防止することができる。
【０２１５】
また、工程３においては、ＳＴＥＰ３０において、コンプライアンスパラメータ算出部４１によりコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）が一定値（Ｘ_VPOLE_END）に設定される。そして、電圧決定部２４は、該コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ＝Ｘ_VPOLE_END）を用いてスライディングモードコントローラ４０により電気モータ１０に対する印加電圧（Ｖin）を算出し、該印可電圧（Ｖin）を電気モータ１０に印可してカップリングスリーブ６の移動を速やかに停止する。
【０２１６】
これにより、カップリングスリーブ６と被同期ギヤ７との係合が完了した後も、カップリングスリーブ６が非同期ギヤ７に過剰な力で押し付けられて、同期機構２の破損等が生じることを防止することができる。
なお、本実施の形態では、上述したように、慣性系物体３０の位置（Ｐsc）が目標位置（Ｐsc_cmd）に到達したときに、工程１による慣性系物体３０の位置に応じてコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を決定する制御から、工程２による弾性系物体３０への押付け力（モータ１０の電機子電流の大きさに比例する）に応じてコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を決定する制御に切り換えたが、アクチュエータによって駆動する機構の仕様によっては、電気モータ１０の電気子電流（Ｉm）の変化に応じて、制御態様の切換条件を設定してもよい。
【０２１７】
また、本実施の形態では、図７に示した構成により、電流フィードバック部５０ａにおいて、上述した演算処理を行ってコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を決定したが、他の構成として、図１３に示したように、電流偏差（Ｉm−Ｉm_cmd）とコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）との関係を予め設定した相関マップ６０を備えた電流フィードバック部５０ｂを用い、該相関マップ６０に電流偏差（Ｉm−Ｉm_cmd）を適用してコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を決定するようにしてもよい。
【０２１８】
また、さらに他の構成として、図１４に示した電流フィードバック部５０ｃにより、Ｉ−ＰＤ制御を行ってコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を決定してもよい。なお、減算器５１，加算器５８，リミッタ５９は、図７に示した電流フィードバック部５０ａにおける同一符号の構成と同様である。
【０２１９】
電流フィードバック部５０ｃにおいては、以下の式（５９）及び式（６０）を用いてコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ(k)）が算出される。具体的には、比例演算器６１により以下の式（５９）の右辺の第２項の演算が行われ、Ｚ変換器６２と減算器６３と微分演算器６４とにより式（５９）の右辺の第３項の演算が行われ、減算器５１と積分乗算器６６とにより式（５９）の右辺の第４項の演算が行われる。
【０２２０】
【数５９】
但し、ＶＰＯＬＥ_Im(k)：ｋ番目のサンプリング周期におけるコンプライアンスパラメータ、ＶＰＯＬＥ_bs：コンプライアンスパラメータの基準値、ＫＩＭＰ：比例項のフィードバックゲイン、ＫＩＭＤ：微分項のフィードバックゲイン、ＫＩＭＩ：積分項のフィードバックゲイン、Ｉm(k)：ｋ番目のサンプリング周期におけるモータ１０の電機子電流。
【０２２２】
【数６０】
但し、Ｉm_cmd：目標電流値。
【０２２４】
そして、加算器６７と加算器６８と加算器５８とにより、上記式（５９）の右辺の各項の加算が行われてＶＰＯＬＥ_Im(k)が算出され、リミッタ５９により上記式（５７）の制限処理が行われて、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ(k)）が決定される。
【０２２５】
また、本実施の形態では、図１に示したように、カップリングスリーブ６を入力軸５側に設け、被同期ギヤ７を駆動軸と連結した同期機構２を対象としたが、カップリングスリーブを出力軸側に設けて、被同期ギヤを入力軸と連結した同期機構に対しても本発明の適用が可能である。
【０２２６】
また、本実施の形態では、電圧決定部２４は、外乱等の影響を考慮した適応則入力を有する適応スライディングモードを用いたが、該適応則入力を省略した一般のスライディングモード制御を用いるようにしてもよく、また、バックステッピング制御等の他の種類の応答指定型制御を用いることもできる。また、電圧決定部２４は、スライディングモード制御を用いて電流フィードバック処理を行ったが、スライディングモード制御を用いずに電流フィードバック処理を行う場合にも、本発明の効果を得ることができる。
【０２２７】
また、本実施の形態では、実位置把握部２１は、図２に示したモデルに基づいてカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）を把握したが、位置センサを設けて該位置センサの位置検出信号とモータ１０とカップリングスリーブ６間のレバー比等から、直接的にカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）を把握するようにしてもよい。
【０２２８】
また、本実施の形態では、自動車の変速機に備えられた同期機構２に対して本発明を適用した例を示したが、本発明の適用対象はこれに限られない。例えば、図１５は、ワーク８０に対してエンドミル８１によって穴あけ加工を施す工作機械を、エンドミル８１側を慣性系物体としワーク８０側を弾性系物体としてモデル化し、本発明を適用した例を示している。なお、エンドミル８１はチャック８２により上下移動アクチュエータ８３に取り付けられている。
【０２２９】
図１５に示したように、上述した同期機構２に対する制御の場合と同様に、穴あけ加工を施す工程は以下の３つに分けられる。
【０２３０】
・工程１：エンドミル８１がワーク８０に接触するまで、エンドミル８１の先端を短時間でワーク８０に到達させ、かつ、エンドミル８１とワーク８０の接触時の衝撃を抑制する。
【０２３１】
・工程２：エンドミル８１に一定の押し付け力（Ｆc）を加えながらワーク８０を切削する。
【０２３２】
・工程３：ワーク８０の穴あけが終了してワーク８０からの抗力がなくなると、エンドミル８１が急激に下降するため、チャック８２がワーク８０に衝突しないようにエンドミル８１の下降を停止する。
【０２３３】
そして、エンドミル８１の実位置（Ｐy）を図１に示した同期機構２におけるカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）に置換え、工程１におけるコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の変更位置（Ｐy_vp，同期機構２の制御におけるＰsc_vpに相当する）と、ワーク８０の待機位置（Ｐy_def，同期機構２の制御におけるＰsc_defに相当する）等を設定して、上下移動アクチュエータ８３の作動を制御することによって、穴あけ時間の短縮を図ると共にエンドミル８１とワーク８０の接触時の衝撃を和らげることができる。
【０２３４】
また、工程２において、エンドミル８１よりワーク８０に過剰な押付け力が加わることを防止して、エンドミル８１の押付け力を所定の目標押付け力に維持することができ、工程３において、エンドミル８１の速やかに停止させることができる。
【０２３５】
なお、本実施の形態では、本発明のアクチュエータとして電気モータ１０を用いた例を示したが、他の種類の電気アクチュエータや、空圧や油圧アクチュエータを用いた場合であっても、本発明の適用が可能である。
【０２３６】
また、本実施の形態では、本発明の第１の状態値がアクチュエータにより移動される物体の位置であり、本発明の第２の状態値が該物体に働く力の大きさである例を示したが、他の種類の状態値を採用してアクチュエータの作動を制御する場合にも本発明の適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】同期機構及びその制御装置の構成図。
【図２】図１に示した同期機構のモデル化の説明図。
【図３】図１に示した制御装置の制御ブロック図。
【図４】図３に示したスライディングモードコントローラの挙動を示したグラフ。
【図５】コンプライアンスパラメータの変更による効果を示したグラフ。
【図６】到達則ゲインと適応則ゲインの設定条件を示したグラフ。
【図７】電流フィードバック処理を加えた制御装置の制御ブロック図。
【図８】制御工程の切換タイミングを示したグラフ。
【図９】ウェーブレット変換フィルタの構成図。
【図１０】ウェーブレット変換フィルタにおけるデシメーション処理の説明図。
【図１１】制御装置の作動フローチャート。
【図１２】目標位置とコンプライアンスパラメータの設定テーブルを示した図。
【図１３】電流フィードバック処理を加えた制御装置の他の例の制御ブロック図。
【図１４】電流フィードバック処理を加えた制御装置の他の例の制御ブロック図。
【図１５】工作機械による穴あけ工程を示した図。
【図１６】従来の同期機構の構成図。
【符号の説明】
１…制御装置、２…同期機構、５…入力軸、６…カップリングスリーブ、７…被同期ギヤ、８…シンクロナイザリング、１０…モータ、１１…シフトホーク、１５…回転数センサ、２０…電流検出部、２１…実位置把握部、２２…目標位置設定部、２３…目標電流設定部、２４…電圧決定部、３０…慣性系物体、３１…弾性系物体
Claims (8)
- アクチュエータの作動に応じて変化する第１の状態値を把握する第１の状態値把握手段と、該アクチュエータの作動に応じて変化する該第１の状態値と異なる第２の状態値を把握する第２の状態値把握手段と、
前記第１の状態値が第１の目標値と一致するように、該第１の状態値と該第１の目標値との偏差の減衰挙動と減衰速度を可変的に指定可能な応答指定型制御を用いて、少なくとも該偏差に基づいた線形関数により規定される切換関数の値をゼロに収束させるように前記アクチュエータを駆動する操作量を決定すると共に、
前記線形関数の演算係数を変更することによって、前記応答指定型制御の応答特性を設定し、
前記第１の状態値又は前記第２の状態値に応じて、前記応答指定型制御の応答特性を、前記第１の状態値に応じて設定するか、或いは前記第２の状態値が第２の目標値と一致するように設定するかを切換える操作量決定手段とを備えたことを特徴とするアクチュエータの制御装置。 - 前記アクチュエータは移動体を移動させる駆動源であり、
前記第１の状態値は前記移動体の移動位置であり、
前記第２の状態値は前記アクチュエータの作動により前記移動体に働く力の大きさであることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータの制御装置。 - 前記アクチュエータは、１軸方向に移動自在に設けられた接触体と連結されて該接触体を移動させ、該接触体と、前記アクチュエータと、該接触体が所定位置に移動したときに該接触体と接触する被接触体とを備えた接触機構の作動を制御して、前記接触体と前記被接触体とが間隔をもって対峙した状態から前記アクチュエータにより前記接触体を移動させて前記被接触体に接触させる第１の工程と、該第１の工程に続いて、前記アクチュエータにより前記接触体を前記所定位置を超えて移動させて前記被接触体に押付ける第２の工程とを実行し、
前記第１の工程及び前記第２の工程における前記接触体の目標位置を設定する目標位置設定手段を有し、
前記第１の状態値把握手段として、前記接触体の実位置を前記第１の状態値として把握する実位置把握手段を有し、
前記第２の状態値把握手段として、前記接触体による前記被接触体に対する押付け力を前記第２の状態値として把握する押付け力把握手段を有し、
前記操作量決定手段は、前記第１の工程においては前記接触体の実位置に応じて前記応答指定型制御の応答特性を設定し、前記第２の工程においては前記押付け力把握手段により把握される押付け力が所定の目標押付け力と一致するように設定することを特徴とする請求項２記載のアクチュエータの制御装置。 - 前記操作量決定手段は、前記第１の工程において前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が第１の所定レベル以上増大したときに、前記応答指定型制御の応答特性を前記押付け力把握手段により把握される押付け力が前記目標押付け力と一致するように設定する処理を開始することを特徴とする請求項３記載のアクチュエータの制御装置。
- 前記操作量決定手段は、前記第２の工程において前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が第２の所定レベル以上減少したときに、前記接触体の移動を停止するように前記操作量を決定することを特徴とする請求項３又は請求項４記載のアクチュエータの制御装置。
- 前記操作量決定手段は、前記第２の工程において前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合が前記第２の所定レベル以上減少したときに、外乱に対する抑制能力が高くなる方向に前記応答指定型制御の応答特性を設定することを特徴とする請求項５記載のアクチュエータの制御装置。
- 前記操作量決定手段は、前記接触体の実位置と目標位置との偏差の時系列データに、ウェーブレット変換を用いたフィルタリングを施した変換値に基づいて、前記目標位置に対する前記接触体の実位置の乖離度合を把握することを特徴とする請求項４から請求項６のうちいずれか１項記載のアクチュエータの制御装置。
- 前記接触機構は、動力の伝達／遮断を切り換える同期機構であり、
前記接触体は軸上に一体回転可能に設けられた第１の係合部材であり、前記被接触体は、前記軸に相対回転可能かつ軸動不可な第２の係合部材と該第１の係合部材との間に、該第１の係合部材と該第２の係合部材に対して回転自在且つ前記軸方向に移動自在に設けられて、前記軸が回転した状態で該第１の係合部材と第２の係合部材とに接触したときに生じる摩擦力により、該第１の係合部材と該第２の係合部材の回転数を同期させて該第１の係合部材と該第２の係合部材とを係合可能とする同期部材であることを特徴とする請求項３から請求項７のうちいずれか１項記載のアクチュエータの制御装置。
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| JP2004252925A (ja) | 2004-09-09 |
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