JP3885595B2 - 回動負荷駆動用直流サーボモータの制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バルブなどの回動負荷を駆動する直流サーボモータを制御する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バルブなどの回動負荷をモータにより駆動する場合に、直流サーボモータを駆動源とした回動負荷駆動装置が多く用いられている。
【０００３】
各種の機械の特性を調整したり、その動作を制御したりするために、各種の制御条件に応じて開閉制御されるバルブが用いられることが多い。例えば、２サイクル内燃機関においては、機関の出力の向上を図ったり、機関の排気ガスの浄化を図ったりするために、排気のタイミングを調整するバルブや、排気効率を向上させるために排気管に接続したキャビティを開閉して該排気管の共振周波数を調整するバルブや、吸気タイミングを調整するバルブなどを設けて、これらのバルブを、機関の回転速度や、スロットルバルブの開度などの各種の制御条件に応じて制御するようにしている。
【０００４】
内燃機関に設けられるバルブを駆動する装置として、直流サーボモータと、この直流サーボモータにより駆動される駆動部材と、バルブを回動操作するためにバルブの操作軸に取り付けられた操作部材と、駆動部材と操作部材との間を連結するワイヤとを備えたものが用いられている。
【０００５】
この種の駆動装置では、モータにより駆動される駆動部材の回動に伴って、ワイヤにより操作部材を牽引しつつ回動させて、該操作部材の回動によりバルブの操作軸を回動操作する。
【０００６】
このような駆動装置によりバルブを駆動する場合には、制御開始時にモータに１００％のデューティ比で駆動電流を供給してバルブの弁体を一方の限界位置（例えば全閉位置））から他方の限界位置（例えば全開位置）まで動かす動作と、他方の限界位置（例えば全開位置）から一方の限界位置（例えば全閉位置）まで動かす動作とを行わせることにより、バルブのセルフクリーニングを行う。このセルフクリーニング動作により、バルブの可動部に付着しているカーボンやゴミなどの異物を除去して、以後の制御動作でバルブが円滑に動くようにする。
【０００７】
またこのセルフクリーニング動作時に、バルブの弁体が全閉位置に到達して停止したときの駆動部材の停止位置及びバルブの弁体が全開位置に到達して停止したときの駆動部材の停止位置をそれぞれ駆動部材の全開側最終停止位置及び全閉側最終停止位置として検出して記憶させておく。
【０００８】
内燃機関の運転中は、モータの出力軸に取り付けられた駆動部材の位置をポテンショメータなどの位置検出器により検出し、検出された駆動部材の現在位置と、機関の回転速度やスロットルバルブの開度などの各種の制御条件により決まるバルブの弁体の最適位置に相応する駆動部材の目標位置との偏差を零にするように、モータの駆動電流のデューティ比を制御して、バルブの弁体の位置（以下単にバルブの位置という。）を最適位置に一致させる。
【０００９】
上記のように、モータにより駆動する駆動部材とバルブの操作軸に取り付けられた操作部材との間をワイヤにより連結して、駆動部材の回動に伴ってワイヤを介して操作部材を牽引しつつバルブを駆動するバルブ駆動装置において、モータにデューティ比が１００％の駆動電流を供給してバルブの操作軸を限界位置（全開位置または全閉位置）に向けて駆動した際には、デューティ比が１００％の駆動電流により生じるモータの大きな出力トルクによって、バルブの操作軸が限界位置に達して停止した後もワイヤの伸びにより駆動部材がある程度変位するため、駆動部材の最終停止位置とバルブの操作軸の限界位置とを正確に対応させることができなかった。そのため、従来の装置では、バルブの操作軸の限界位置に相応する駆動部材の位置を行き過ぎた位置を、該駆動部材の最終停止位置として検出することがあった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、機関の運転中、バルブの操作軸を限界位置まで変位させるために、駆動部材の目標位置を最終停止位置として、該駆動部材を最終停止位置に到達させるように制御する際には、制御性を良好にするために、常にデューティ比が１００％の駆動電流を流すことはできず、駆動部材の位置が最終停止位置に近づくに従って、駆動電流のデューティ比を小さくしていく必要がある。そのため、バルブの操作軸が限界位置に近づいていくに従ってモータの出力トルクが小さくなっていき、バルブの操作軸が限界位置に達して停止するとモータも停止してしまう。従って、制御開始時に検出された駆動部材の最終停止位置がバルブの操作軸の限界位置に相応する位置を行き過ぎた位置であると、駆動部材を最終停止位置まで変位させることができない状態でモータが停止してロックされた状態になる。モータがロックされた状態が継続すると、モータが停止した状態で電機子コイルに駆動電流が流れ続けるため、モータの巻線が焼損したりモータの駆動電流を制御する回路のスイッチ素子が破損したりするおそれがある。そのため、モータがロックしたことを検出する手段を設けて、この手段によりモータがロックしたことが検出されたときには、モータの駆動電流を直ちに遮断するようにしておく必要があるが、モータがロックしたことを検出するにはある程度の時間を必要とするため、モータの保護及びモータを制御する回路の保護を的確に図ることができないことがあった。
【００１１】
また制御開始時に駆動部材の最終停止位置がバルブの操作軸の限界位置に相応する位置からずれている場合には、バルブの操作軸が限界位置に達してモータが停止したときにモータの駆動電流を遮断すると、駆動部材がワイヤの張力により引き戻されることがある。このように駆動部材が引き戻されると、バルブの操作軸も限界位置から引き戻されることがあるため、バルブの操作軸を限界位置に到達させる制御を的確に行うことができなくなる。
【００１２】
このように、モータ側に取り付けた駆動部材とバルブ側に取り付けた操作部材との間をワイヤにより連結した駆動装置においては、ワイヤの伸びに起因して、駆動部材の最終停止位置と操作部材の限界位置とを正確に対応させることができないことがあるため、バルブの操作軸を限界位置まで変位させる制御を的確に行うことができなくなるという問題があった。
【００１３】
なお上記の例では、駆動装置の負荷がバルブであるとしたが、直流サーボモータにより駆動される駆動部材と、バルブ以外の回動負荷を操作する操作部材との間をワイヤにより連結して、直流サーボモータを制御することにより負荷の停止位置を制御する場合にも同様の問題が生じる。
【００１４】
本発明の目的は、直流サーボモータにより駆動される駆動部材とバルブなどの負荷を操作する操作部材との間をワイヤにより連結して負荷を回動させる場合に、負荷の限界位置に対応する駆動部材の最終停止位置を正確に検出して、負荷の位置の制御を的確に行わせるとともに、負荷が限界位置に達したときにモータへの通電を停止させることができなくなってモータが過熱するのを防ぐことができるようにした負荷駆動用直流サーボモータの制御方法及び制御装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回動負荷駆動用の直流サーボモータと、該直流サーボモータにより駆動されて回動させられる駆動部材と、回動範囲が機械的に制限された回動負荷の操作軸に取り付けられた操作部材と、操作部材と駆動部材との間を連結するワイヤとを備えて、駆動部材の回動に伴って操作部材をワイヤにより牽引しつつ回動させて回動負荷を回動させる回動負荷駆動装置の直流サーボモータを制御する方法に適用される。
【００１６】
本発明においては、モータに十分に大きい駆動電流を流して回動負荷を限界位置に向けて回動させるようにモータを駆動するモータ駆動過程と、モータ駆動過程でモータが停止した後駆動電流を徐々に減衰させて最終的に零にする駆動電流減衰過程とを行って、駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時の駆動部材の回動位置を駆動部材の最終停止位置として検出した後、駆動部材の位置が最終停止位置を越えないようにしつつ、回動負荷の目標位置に相応する駆動部材の目標位置と駆動部材の現在位置との偏差を零にするようにモータの駆動電流を制御する。
【００１７】
上記のように、モータに十分に大きな電流を流して回動負荷を限界位置に向けて回動させると、回動負荷が限界位置に達して停止した後ワイヤの張力とモータの駆動トルクとが釣り合った位置で駆動部材が停止する。この状態で駆動電流を徐々に減衰させていくと、駆動部材はワイヤの張力によりゆっくりと引き戻されていき、駆動電流が零になったときに、回動負荷の限界位置に対応する本来の最終停止位置に達する。従って、上記のように構成すると、回動負荷の限界位置に対応した駆動部材の最終停止位置を正確に検出して以後の制御を的確に行わせることができる。
【００１８】
また上記のように構成すると、駆動部材の最終停止位置を回動負荷の限界位置に正確に対応させることができるため、回動負荷が限界位置に達して停止したときに直ちに駆動部材が最終停止位置に達したことを検出してモータを停止させることができ、モータが停止したことの検出が遅れてモータが過熱するのを防ぐことができる。
【００１９】
本発明の一つの態様では、直流サーボモータと、該直流サーボモータにより駆動されて該モータの一方向及び他方向への回転に伴って一方向及び他方向に回動させられる駆動部材と、全閉側限界位置と全開側限界位置との間に回動範囲が機械的に制限されたバルブの操作軸に取り付けられた操作部材と、駆動部材と操作部材との間を連結するように設けられた第１及び第２のワイヤとを備えて、駆動部材が一方向に回動したときに第１のワイヤにより操作部材を牽引しつつバルブの操作軸を全開側限界位置に向けて回動させ、駆動部材が他方向に回動したときに第２のワイヤにより操作部材を牽引しつつバルブの操作軸を全閉側限界位置に向けて回動させるように構成されたバルブ駆動装置の直流サーボモータを制御する方法が提供される。
【００２０】
この場合には、バルブの操作軸を全開側限界位置に向けて回動させるべくモータに十分に大きな駆動電流を与えて該モータを駆動する第１のモータ駆動過程と、第１のモータ駆動過程でモータが停止した後駆動電流を徐々に減衰させて最終的に零にする第１の駆動電流減衰過程とを行って、第１の駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時の駆動部材の回動位置を該駆動部材の全開側最終停止位置として検出する全開側最終停止位置検出過程と、操作部材を全閉側限界位置に向けて回動させるべくモータに十分に大きな駆動電流を与えて該モータを駆動する第２のモータ駆動過程と、第２のモータ駆動過程でモータが停止した後駆動電流を徐々に減衰させて最終的に零にする第２の駆動電流減衰過程とを行って、第２の駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時の駆動部材の回動位置を該駆動部材の全閉側最終停止位置として検出する全閉側最終停止位置検出過程とを行った後、全開側最終停止位置と全閉側最終停止位置との間に設定した駆動部材の目標位置と駆動部材の現在位置との偏差を零にするようにモータの駆動電流を制御する。
【００２１】
上記バルブは例えば、２サイクル内燃機関の排気タイミングを調整するために設けられる排気バルブや、内燃機関の排気管の共振周波数を調整するために排気管に接続されたキャビティを開閉するバルブなど、内燃機関の特性を調整するためのバルブである。
【００２２】
本発明の他の態様では、直流サーボモータと、該直流サーボモータにより駆動されて回動させられる駆動部材と、回動範囲が機械的に制限された回動負荷の操作軸に取り付けられた操作部材と、操作部材と駆動部材との間を連結するワイヤとを備えて、駆動部材の回動に伴って操作部材をワイヤにより牽引しつつ回動させて回動負荷を駆動する駆動機構と、モータに十分に大きい駆動電流を流して回動負荷を限界位置に向けて回動させるようにモータを駆動するモータ駆動過程とモータ駆動過程でモータが停止した後駆動電流を徐々に減衰させて最終的に零にする駆動電流減衰過程とを行って駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時の駆動部材の回動位置を駆動部材の最終停止位置として検出する最終停止位置検出手段と、駆動部材の位置が最終停止位置を越えないようにしつつ回動負荷の目標位置に相応する駆動部材の目標位置と駆動部材の現在位置との偏差を零にするようにモータの駆動電流を制御するモータ駆動電流制御手段とを備えた回動負荷駆動用直流サーボモータの制御装置が提供される。
【００２３】
本発明の更に他の態様では、直流サーボモータと、直流サーボモータにより駆動されて該モータの一方向及び他方向への回転に伴って一方向及び他方向に回動させられる駆動部材と、全閉側限界位置と全開側限界位置との間を回動するように回動範囲が機械的に制限されたバルブの操作軸に取り付けられた操作部材と、駆動部材と操作部材との間を連結するように設けられた第１及び第２のワイヤとを備えて、駆動部材が一方向に回動したときに第１のワイヤにより操作部材を牽引しつつバルブの操作軸を全開側限界位置に向けて回動させ、駆動部材が他方向に回動したときに第２のワイヤにより操作部材を牽引しつつバルブの操作軸を全閉側限界位置に向けて回動させるように構成されたバルブ駆動機構と、バルブの操作軸を全開側限界位置に向けて回動させるべくモータに十分に大きな駆動電流を与えて該モータを駆動する第１のモータ駆動過程と、第１のモータ駆動過程でモータが停止した後駆動電流を徐々に減衰させて最終的に零にする第１の駆動電流減衰過程とを行って、第１の駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時の駆動部材の回動位置を該駆動部材の全開側最終停止位置として検出する全開側最終停止位置検出手段と、バルブの操作軸を全閉側限界位置に向けて回動させるべくモータに十分に大きな駆動電流を与えて該モータを駆動する第２のモータ駆動過程と、第２のモータ駆動過程でモータが停止した後駆動電流を徐々に減衰させて最終的に零にする第２の駆動電流減衰過程とを行って、第２の駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時の駆動部材の回動位置を該駆動部材の全閉側最終停止位置として検出する全閉側最終停止位置検出手段と、全開側最終停止位置と全閉側最終停止位置との間に設定した駆動部材の目標位置と駆動部材の現在位置との偏差を零にするようにモータの駆動電流を制御するモータ駆動電流制御手段とを備えたバルブ駆動用直流サーボモータの制御装置が提供される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００２５】
図１は本発明の方法により制御する直流サーボモータの一応用例として、内燃機関のバルブを開閉操作するバルブ駆動装置を示したものである。図１において、１は減速機を備えた直流サーボモータ、２は直流サーボモータ１の出力軸（減速機の出力軸）１ａに取り付けられて該モータの一方向及び他方向への回転に伴って一方向（図示の例では反時計方向）及び他方向（図示の例では時計方向）に回動させられるレバー状の駆動部材、３は内燃機関の特性を調整するためのバルブ（回動負荷）である。
【００２６】
駆動部材２はレバー状の板材からなっていて、その板面をモータ１の出力軸の軸線と直交させた状態で配置されて、その長手方向の中央部がモータ１の出力軸１ａに固定されている。
【００２７】
上記バルブ３は例えば、２サイクル内燃機関の排気タイミングを調整するために設けられる排気バルブや、内燃機関の排気管の共振周波数を調整するために排気管に接続されたキャビティを開閉するバルブなど、内燃機関の特性を調整するためのバルブである。バルブ３は弁体を操作するために回動操作される操作軸３ａを有していて、操作軸３ａを一方向（図示の例では反時計方向）及び他方向（時計方向）に回動させることにより、バルブ３を全開状態及び全閉状態にすることができるようになっている。
【００２８】
４はバルブ３の操作軸３ａに取り付けられて、バルブ３を全開状態及び全閉状態にする際にそれぞれ一方向（図示の例では反時計方向）及び他方向（時計方向）に回動させられる操作部材である。操作部材４は、板面を操作軸３ａの中心軸線と直交させた状態で配置されたレバー状の板からなっていて、その長手方向の中央部が操作軸３ａに固定されている。
【００２９】
バルブ３の操作軸３ａの回動範囲を全開側限界位置（バルブが全開状態になったときの操作軸の回転角度位置）と全閉側限界位置（バルブが全閉状態になったときの操作軸の回転角度位置）との間に制限するため、バルブ内で操作軸３ａの回動範囲が機械的に規制されるか、及び（または）操作部材４の回動範囲がストッパなどにより機械的に規制されている。即ち、バルブ３の操作軸３ａ及び（または）操作部材４は、操作軸３ａに作用するストッパなどの規制手段及び（または）操作部材４に作用するストッパなどの規制手段により、全開側限界位置と全閉側限界位置との間のみを回動し得るようにそれぞれの回動範囲が機械的に規制されている。
【００３０】
操作部材４と駆動部材２とは、互いに平行に配置された状態で、それぞれの長手方向の一端どうし及び他端どうしが第１のワイヤ５及び第２のワイヤ６により連結されている。
【００３１】
第１のワイヤ５及び第２のワイヤ６は互いに平行に配置されていて、これらのワイヤのそれぞれの一端は、駆動部材２の回動中心軸線に対して対称な位置にそれぞれ配置されて駆動部材２に固定されたピン７Ａ及び７Ｂに連結され、第１のワイヤ５及び第２のワイヤ６の他端は、操作部材４の回動中心軸線に対して対称な位置にそれぞれ配置されて操作部材４に固定されたピン８Ａ及び８Ｂに連結されている。
【００３２】
図示の例では、モータ１の出力軸（図示の例では減速機の出力軸）１ａが一方向（図面上反時計）に回転したときに、駆動部材２が一方向（反時計方向）に回動し、この駆動部材の一方向への回動に伴って、操作部材４が第１のワイヤ５により牽引されつつ一方向に回動させられる。これによりバルブ３の操作軸３ａが全開側限界位置に向けて回動させられる。操作軸３ａが全開側限界位置に達すると、操作軸３ａ及び操作部材４が停止させられる。
【００３３】
またモータ１の出力軸が他方向（時計方向）に回転すると、駆動部材２が時計方向に回動し、この駆動部材の回動に伴って、操作部材４が第１のワイヤ６により牽引されつつ時計方向に回動させられる。これによりバルブ３の操作軸３ａが全閉側限界位置に向けて回動させられる。バルブ３の操作軸３ａが全閉側限界位置に達したときに操作部材４が停止させられる。
【００３４】
９はマイクロコンピュータを用いて直流サーボモータ１を制御するコントローラで、このコントローラは、駆動部材２の回動軸（この例ではモータ１の出力軸１ａ）に取り付けられた図示しない位置検出器により検出された駆動部材２の位置を、機関の回転速度やスロットルバルブの開度などの各種の制御条件に応じて定まるバルブの目標開度に相応する目標位置に一致させるように、モータ１に与える駆動電流を制御する。
【００３５】
図１に示したようなバルブ駆動装置は、２サイクル内燃機関により駆動される二輪車などに多く採用されている。
【００３６】
図１に示したバルブ駆動装置を用いて、排気バルブなどの位置を制御する場合には、カーボンやゴミの付着などにより制御中にバルブの円滑な移動が妨げられる状態が生じるのを防ぐために、内燃機関が始動した後、バルブのセルフクリーニング動作を行わせる。このセルフクリーニング動作では、バルブの操作軸を全閉側限界位置から全開側限界位置に移動させた後全閉側限界位置に戻す動作を行わせて、バルブの可動部に付着したカーボンやゴミを除去する。機関の運転中は、機関の回転速度やスロットルバルブの開度などの各種の制御条件に応じて、バルブ３の操作軸を全閉側限界位置と全開側限界位置との間の適当な位置に位置させるようにモータ１に与える駆動電流を制御する。
【００３７】
この種のバルブ駆動装置において、バルブの操作軸が全開側限界位置または全閉側限界位置まで変位して停止した状態でモータ１に駆動電流が流れているとモータが過熱するおそれがあるため、バルブ３の操作軸が全開側限界位置または全閉側限界位置に到達して停止したときには、モータ１への通電を停止させる必要がある。
【００３８】
ここで、参考のため、この種のバルブ駆動装置の直流サーボモータの従来の制御方法について説明しておく。バルブ３を駆動する直流サーボモータ１をマイクロコンピュータにより制御する従来の制御方法では、バルブ３の操作軸の全閉側限界位置及び全開側限界位置にそれぞれ相応する駆動部材の位置を全閉側最終停止位置及び全開側最終停止位置として予め設定してＲＯＭに記憶させておき、駆動部材２の回動軸に取り付けられた位置検出器により検出される駆動部材の回動位置を、各種の制御条件に応じて全閉側最終停止位置と全開側最終停止位置との間の角度範囲に設定された目標位置に一致させるように直流サーボモータの駆動電流を制御することにより、バルブの操作軸の位置を目標位置に一致させる制御を行っていた。
【００３９】
このように、駆動部材２の回動範囲を定めるために、バルブ３の操作軸の全閉側限界位置及び全開側限界位置にそれぞれ相応する駆動部材２の位置を全閉側最終停止位置及び全開側最終停止位置として予め設定してＲＯＭに記憶させておく方法をとった場合には、バルブ駆動装置の各部の寸法のばらつきなどによりバルブの操作軸の全閉側限界位置及び全開側限界位置と駆動部材の全閉側最終停止位置及び全開側最終停止位置とが正確に対応しなくなって、バルブ開度の制御を正確に行うことができなくなるという問題があった。
【００４０】
この問題を解決するため、制御を開始する際に、バルブ３の操作軸を実際に全閉側限界位置及び全開側限界位置まで動かしてみることにより、バルブの操作軸の全閉側限界位置及び全開側限界位置にそれぞれ対応する駆動部材２の最終停止位置を認識する学習制御を行って、以後この学習制御により認識された最終停止位置を駆動部材の全閉側最終停止位置及び全開側最終停止位置として、これらの最終停止位置の間の範囲で駆動部材２の回動位置を制御し、駆動部材が最終停止位置に達したときにモータを停止させるようにした制御方法が提案された。直流サーボモータによりバルブを駆動する場合、この学習制御は、通常バルブのセルフクリーニング動作を行う際に実行される。
【００４１】
上記のような学習制御を正しく行わせることができれば、バルブ駆動装置の各部の寸法のばらつきなど、制御の誤差を生じる要因となる機械的な誤差が制御系に存在している場合でも、バルブ３の操作軸の全閉側限界位置及び全開側限界位置にそれぞれ対応する駆動部材２の最終停止位置を正確に設定することができるため、駆動部材の回動位置を検出して検出した回動位置を目標位置に一致させるようにモータ１の駆動電流を制御することにより、バルブ開度の制御を適確に行わせることができる。
【００４２】
従来の制御方法において、上記の学習制御を行う場合、コントローラ９は、バルブ３のセルフクリーニング動作を行う際に、バルブ３の操作軸を全閉側限界位置（バルブの初期状態が全閉状態の場合）から全開側限界位置に向けて変位させるようにモータ１にデューティ比１００％の駆動電流を供給し、バルブの操作軸が全開側限界位置に達して停止したときの駆動部材の停止位置を示す位置検出器の出力をマイクロコンピュータに読み込んで、該停止位置を全開側最終停止位置としてＲＡＭに記憶させる。次にモータにデューティ比１００％の駆動電流を供給してをモータを逆方向に回転させ、バルブの操作軸を全閉側限界位置に向けて変位させる。バルブの操作軸が全閉側限界位置に達して停止した時の駆動部材の停止位置を示す位置検出器の出力をマイクロコンピュータに読み込んで、該停止位置を全閉側最終停止位置としてＲＡＭに記憶させる。
【００４３】
以後、このようにしてＲＡＭに記憶させた全開側最終停止位置及び全閉側最終停止位置をそれぞれバルブの操作軸の全開側限界位置及び全閉側限界位置に相当する駆動部材の全開側及び全閉側の最終停止位置として、駆動部材２の停止位置を、該全開側最終停止位置と全閉側最終停止位置との間の範囲に設定された目標位置（バルブの操作軸の目標位置に対応している）に一致させるようにモータの駆動電流を制御する。
【００４４】
しかしながら、上記のように、セルフクリーニング時にモータ１にデューティ比が１００％の駆動電流を供給して、操作部材４の限界位置に相応する駆動部材の最終停止位置を検出した場合には、以下に示すように、駆動部材の最終停止位置を正確に検出することができないため、駆動部材が最終停止位置に達したときにモータの駆動電流を遮断することができなくなってモータが過熱したり、バルブを全開状態にすることができなくなったりすることがあった。
【００４５】
図７は上記のようにして駆動部材の最終停止位置を求める場合のセルフクリーニング時の駆動部材２の位置Ｐの時間ｔに対する変化を示したものである。図７において、Ｐ1 は操作部材の全閉側限界位置に対応する駆動部材の正規の全閉側最終停止位置を示し、Ｐ2 は操作部材の全開側限界位置に対応する駆動部材の正規の全開側最終停止位置を示している。
【００４６】
この例では、時刻ｔo においてセルフクリーニン動作が開始され、駆動部材が全開側最終停止位置Ｐ2 に向けて回動を開始している。時刻ｔ1 において駆動部材２が正規の全開側最終停止位置Ｐ2 に達するが、モータが発生する大きな駆動トルクによって生じるワイヤ５の伸びにより駆動部材２はこの位置で停止することができず、時刻ｔ1'においてモータ１の駆動トルクとワイヤ５の張力とが釣り合う位置Ｐ2'に達したときに駆動部材２が停止する。コントローラ９は、このＰ2'の位置を駆動部材の全開側最終停止位置として読み込む。
【００４７】
次いでモータ１の回転方向を反転させて駆動部材２を全閉側最終停止位置に向けて回動させる。駆動部材２は時刻ｔ2 において正規の全閉側最終停止位置Ｐ1 に達するが、ワイヤ６の伸びによりこの位置で停止することはできず、時刻ｔ2'においてモータの駆動トルクとワイヤ６の張力とが釣り合う位置Ｐ1'に達したときに停止する。コントローラ９はこのときの駆動部材２の位置Ｐ1'を全閉側最終停止位置として読み込む。
【００４８】
コントローラは上記のようにして駆動部材２の全開側最終停止位置及び全閉側最終停止位置を取り込んだ後、定常時の制御にて駆動部材の位置を全開側最終停止位置と全閉側最終停止位置との間に設定した目標位置に一致させるように制御する。
【００４９】
ここで定常時の制御においてバルブを全開にするために、駆動部材２の目標位置を全開側最終停止位置とした場合を考える。このとき駆動部材２は、図８に示すようにセルフクリーニング時に検出された全開側最終停止位置Ｐ2'に向けて回動するが、定常時の制御においては、目標位置に近い位置ではモータの駆動電流のデューティ比が１００％以下にされるため、駆動部材２は先に検出された全開側最終停止位置Ｐ2'に到達することができない。そのため駆動部材２は検出された全開側最終停止位置Ｐ2'と本来の全開側最終停止位置Ｐ2 との間の位置で停止してしまい、時刻ｔa においてコントローラ９がモータ１のロックを検出するまでの間モータに駆動電流が流れ続ける。時刻ｔa においてコントローラによりモータのロックが検出されると、モータ１への駆動電流の供給が停止するが、モータのロックが検出されるまでに時間がかかるとモータの電機子コイルが焼損するおそれがある。またモータへの駆動電流の供給が停止すると、駆動部材２はワイヤ５の張力により図８に示した位置Ｐ3 まで引き戻されるため、バルブが全開状態にならなくなる。
【００５０】
本発明は、このような問題が生じないようにした直流サーボモータの制御方法及び装置を提供するものである。本発明の制御方法においては、バルブ３の操作軸を全開側限界位置に向けて回動させるべくモータ１に十分に大きな駆動電流を与えて該モータを駆動する第１のモータ駆動過程と、この第１のモータ駆動過程でモータが停止した後駆動電流を徐々に減衰させて最終的に零にする第１の駆動電流減衰過程とを行って、第１の駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時の駆動部材２の回動位置を該駆動部材の全開側最終停止位置として検出する全開側最終停止位置検出過程と、バルブ３の操作軸を全閉側限界位置に向けて回動させるべくモータに十分に大きな駆動電流を与えて該モータを駆動する第２のモータ駆動過程と、第２のモータ駆動過程でモータが停止した後駆動電流を徐々に減衰させて最終的に零にする第２の駆動電流減衰過程とを行って、第２の駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時の駆動部材の回動位置を該駆動部材の全閉側最終停止位置として検出する全閉側最終停止位置検出過程とを行った後、全開側最終停止位置と全閉側最終停止位置との間に設定した駆動部材の目標位置と駆動部材の現在位置との偏差を零にするようにモータの駆動電流を制御する。
【００５１】
このような制御を行う場合のコントローラ９のハードウェアの構成の一例を図２に示した。図２において１０はポートＡ0 〜Ａ2 と、アース端子ＧＮＤと、直流駆動電圧出力端子Ｂとを備えたマイクロコンピュータで、アース端子ＧＮＤと直流駆動電圧出力端子Ｂとの間に得られる一定の直流電圧Ｖccが、サーボモータ１の出力軸１ａに取り付けられて駆動部材２の回動位置を示す位置検出信号Ｓを出力する位置検出器１１の電源端子に印加されている。位置検出器１１は例えば、両端に一定の電源電圧Ｖccが印加されたポテンショメータからなっていて、駆動部材２の回動位置に相応した大きさの位置検出信号（アナログ信号）Ｓを発生する。位置検出器１１から得られる位置検出信号Ｓは、マイクロコンピュータ１０のポートＡ2 に入力されている。
【００５２】
マイクロコンピュータ１０は、所定のプログラムを実行することにより、ポートＡ0 及びＡ1 からそれぞれ正転駆動信号Ｖd1及び逆転駆動信号Ｖd2を発生させる。これらの駆動信号は、モータ１を正転させる際及び逆転させる際にモータに与えられる駆動電流の大きさ（平均値）に相応したデューティ比で断続するようにＰＷＭ変調（パルス幅変調）された信号である。
【００５３】
モータ１に供給する駆動電流のオンオフと、該駆動電流の極性の切り替えとを行わせるため、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 と、トランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 のコレクタにそれぞれコレクタが接続され、エミッタが共通接続されたＰＮＰトランジスタＴＲ3 及びＴＲ4 とが設けられ、トランジスタＴＲ1 及びＴＲ3 のコレクタの共通接続点及びトランジスタＴＲ2 及びＴＲ4 のコレクタの共通接続点がそれぞれモータ１の電源端子１ｂ及び１ｃに接続されている。
【００５４】
トランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 のベースにはそれぞれ抵抗Ｒ1 及びＲ2 を通してＰＮＰトランジスタＴＲ5 及びＴＲ6 のコレクタが接続され、トランジスタＴＲ5 及びＴＲ6 のエミッタはそれぞれトランジスタＴＲ3 及びＴＲ4 のエミッタに共通接続されている。またエミッタが接地されたトランジスタＴＲ7 のコレクタがトランジスタＴＲ5 のベースに接続され、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタＴＲ8 のコレクタがトランジスタＴＲ6 のベースに接続されている。トランジスタＴＲ3 のベースは抵抗Ｒ3 を通してトランジスタＴＲ6 のベースに接続され、トランジスタＴＲ4 のベースは抵抗Ｒ4 を通してトランジスタＴＲ5 のベースに接続されている。またトランジスタＴＲ5 のエミッタベース間及びトランジスタＴＲ6 のエミッタベース間にそれぞれ抵抗Ｒ5 及びＲ6 が接続され、トランジスタＴＲ5 のコレクタと接地間及びトランジスタＴＲ6 のコレクタと接地間にそれぞれ抵抗Ｒ7 及びＲ8 が接続されている。トランジスタＴＲ3 〜ＴＲ6 のエミッタの共通接続点が電源端子Ｅ＋に接続され、該電源端子Ｅ＋は負極端子が接地された図示しない直流電源（例えばバッテリ）の正極端子に接続されている。
【００５５】
そして、トランジスタＴＲ7 のベースがマイクロコンピュータ１０のポートＡ0 に接続され、トランジスタＴＲ8 のベースがマイクロコンピュータのポートＡ1 に接続されている。
【００５６】
図２に示した例では、ブリッジ接続されたトランジスタＴＲ1 〜ＴＲ4 によりモータ１に所定の極性の駆動電流を与える駆動電流供給用スイッチ回路が構成され、トランジスタＴＲ5 〜ＴＲ8 と抵抗Ｒ1 〜Ｒ8 とによりマイクロコンピュータ１０が発生する正転駆動信号Ｖd1及び逆転駆動信号Ｖd2に応じてモータ１に正転用駆動電流及び逆転用駆動電流を流すように駆動電流供給用スイッチ回路を制御するスイッチ制御回路が構成されている。これら駆動電流供給用スイッチ回路及びスイッチ制御回路と、マイクロコンピュータ１０とによりコントローラ９が構成されている。
【００５７】
図２に示したコントローラ９においては、内燃機関の回転速度やスロットル開度などの各種の制御条件に応じてマイクロコンピュータ１０がバルブ３の目標開度を演算し、該目標開度に相当する駆動部材２の目標位置を演算する。図１に示した例では、バルブ３の位置と駆動部材２の位置とが１対１で対応している。
【００５８】
マイクロコンピュータ１０はまた、モータ１の出力軸に取り付けられた位置検出器１１から与えられる位置検出信号Ｓから駆動部材２の現在位置を検出して、駆動部材２の現在位置と目標位置との偏差を演算し、この偏差を零にするべく、モータ１に流す駆動電流の大きさに比例したデューティ比でパルス幅変調された正転駆動信号Ｖd1または逆転駆動信号Ｖd2を発生する。モータ１に流す駆動電流の大きさは、駆動部材２の現在位置と目標位置との偏差に相応した大きさに設定される。駆動電流の大きさは、駆動部材の現在位置と目標位置との偏差が大きい場合ほど大きい値をとるように設定される。
【００５９】
学習制御時（バルブのセルフクリーニング時）にバルブ３を全閉側限界位置から全開側限界位置に向けて変位させる際には、駆動部材２の目標位置を、操作部材の全開側限界位置に相応する位置を越えた位置に設定する。またバルブの操作軸を全開側限界位置から全閉側限界位置に向けて変位させる際には、駆動部材２の目標位置を、操作部材の全閉側限界位置に相応する位置を越えた位置に設定する。このように、駆動部材の目標位置を操作部材の全閉側限界位置に対応する位置を越えた位置に設定して操作部材を全閉側限界位置に向けて変位させる際、及び駆動部材の目標位置を操作部材の全開側限界位置に対応する位置を越えた位置に設定して操作部材を全開位置に向けて回動させる際には、駆動部材２の現在位置と目標位置との偏差が最大になり、モータの駆動電流が最大値をとる。
【００６０】
図２に示したコントローラにおいて、マイクロコンピュータ１０が正転駆動信号Ｖd1及び逆転駆動信号Ｖd2を発生していないときには、トランジスタＴＲ7 及びＴＲ8 がともに遮断状態にあり、このときトランジスタＴＲ5 及びＴＲ6 は遮断状態にある。トランジスタＴＲ5 及びＴＲ6 が遮断状態にあるときにはトランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 にベース電流が流れないため、これらのトランジスタＴＲ1 及びＴＲ2 も遮断状態にある。またトランジスタＴＲ7 及びＴＲ8 が遮断状態にあるときには、トランジスタＴＲ4 及びＴＲ3 にベース電流が流れないため、これらのトランジスタも遮断状態にある。
【００６１】
マイクロコンピュータ１０がポートＡ0 から正転駆動信号Ｖd1を発生すると、トランジスタＴＲ7 が導通状態になるため、トランジスタＴＲ5 にベース電流が流れて該トランジスタＴＲ5 が導通状態になる。従ってトランジスタＴＲ5 を通してトランジスタＴＲ1 にベース電流が与えられ、該トランジスタＴＲ1 が導通可能な状態になる。またトランジスタＴＲ7 が導通することによりトランジスタＴＲ4 にベース電流が流れるため、トランジスタＴＲ4 が導通可能な状態になる。従って、このとき、図示しない直流電源からトランジスタＴＲ4 のエミッタコレクタ間と、モータ１の電機子コイルとトランジスタＴＲ1 のコレクタエミッタ間とを通してモータ１に一方向の電機子電流が流れ、モータ１が正方向（一方向）に回転する。これにより駆動部材２が一方向（図１において反時計方向）に回転し、バルブ３の操作軸が全開側の限界位置に向けて回転する。バルブ３の開度が目標開度に達すると、正転駆動信号Ｖd1の発生が停止するため、トランジスタＴＲ7 が遮断状態になって、トランジスタＴＲ5 ，ＴＲ1 及びＴＲ4 が遮断状態になり、モータ１が停止する。
【００６２】
マイクロコンピュータ１０がポートＡ1 から逆転駆動信号Ｖd2を発生すると、トランジスタＴＲ8 が導通状態になるため、トランジスタＴＲ6 にベース電流が流れて該トランジスタＴＲ6 が導通状態になる。このときトランジスタＴＲ6 を通してトランジスタＴＲ2 にベース電流が与えられるため、トランジスタＴＲ2 が導通可能な状態になる。またトランジスタＴＲ8 が導通することによりトランジスタＴＲ3 にベース電流が流れるため、トランジスタＴＲ3 が導通可能な状態になる。従って、このとき、図示しない直流電源からトランジスタＴＲ3 のエミッタコレクタ間と、モータ１の電機子コイルとトランジスタＴＲ2 のコレクタエミッタ間とを通してモータ１に前記と逆方向の電機子電流が流れ、モータ１が逆方向（他方向）に回転する。これにより駆動部材２が他方向（図１において時計方向）に回転し、バルブ３の操作軸が全閉側の限界位置に向けて回転する。バルブ３の開度が目標開度に達すると、逆転駆動信号Ｖd2の発生が停止するため、トランジスタＴＲ8 が遮断状態になって、トランジスタＴＲ6 ，ＴＲ2 及びＴＲ3 が遮断状態になり、モータ１が停止する。
【００６３】
本発明のモータ制御方法においては、制御開始時にバルブ３のセルフクリーニングを行う際に、バルブ３が全開側限界位置に到達して停止する時の駆動部材２の位置を駆動部材２の全開側最終停止位置として検出する全開側最終停止位置検出過程と、バルブ３が全閉側限界位置に到達して停止する時の駆動部材２の位置を駆動部材の全閉側最終停止位置として検出する全閉側最終停止位置検出過程とからなる学習制御を行う。その後、各種の制御条件に応じて、全開側最終停止位置と全閉側最終停止位置との間の範囲に設定した駆動部材２の目標位置（バルブの目標開度に対応している。）と位置検出器１１により検出される駆動部材２の現在位置との偏差を零にするようにモータ１の駆動電流を制御する。
【００６４】
本発明に係わる制御方法では、上記全開側最終停止位置検出過程において、操作部材を全開側限界位置に向けて回動させるべくモータに十分に大きな駆動電流を与えて該モータを駆動する第１のモータ駆動過程と、この第１のモータ駆動過程でモータが停止したことを検出した後、駆動電流を徐々に減少させて最終的に零にする第１の駆動電流減衰過程とを順次行って、第１の駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時の駆動部材の回動位置を該駆動部材の全開側最終停止位置として検出する。
【００６５】
また全閉側最終停止位置検出過程では、操作部材を全閉側限界位置に向けて回動させるべくモータに十分に大きな駆動電流を与えて該モータを駆動する第２のモータ駆動過程と、この第２のモータ駆動過程でモータが停止したことを検出した後、駆動電流を徐々に減少させて最終的に零にする第２の駆動電流減衰過程とを順次行って、第２の駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時の駆動部材の回動位置を該駆動部材の全閉側最終停止位置として検出する。
【００６６】
上記の制御方法を実施する本発明の制御装置は、例えば、図３に示したように構成される。図３において、１００はバルブ駆動機構で、このバルブ駆動機構は、直流サーボモータ１と、該直流サーボモータにより駆動されて該モータの一方向及び他方向への回転に伴って一方向及び他方向に回動させられる駆動部材２と、全閉側限界位置と全開側限界位置との間を回動するように回動範囲が機械的に制限されたバルブ３の操作軸に取り付けられた操作部材４と、駆動部材と操作部材との間を連結するように設けられた第１及び第２のワイヤ５及び６とを備えている。このバルブ駆動機構においては、駆動部材２が一方向に回動したときに第１のワイヤ５により操作部材４を牽引しつつバルブ３の操作軸を全開側限界位置に向けて回動させ、駆動部材２が他方向に回動したときに第２のワイヤ６により操作部材を牽引しつつバルブ３の操作軸を全閉側限界位置に向けて回動させる。
【００６７】
図３において、１０Ａは全開側最終停止位置検出手段で、この検出手段は、バルブ３の操作軸を全開側限界位置に向けて回動させるべく、モータ１に十分に大きな駆動電流を与えて該モータを駆動する第１のモータ駆動過程と、この第１のモータ駆動過程でモータが停止した後駆動電流を徐々に減衰させて最終的に零にする第１の駆動電流減衰過程とを行って、第１の駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時に位置検出器１１により検出される駆動部材の回動位置を該駆動部材の全開側最終停止位置として検出するように構成される。
【００６８】
また１０Ｂは、全閉側最終停止位置検出手段で、この検出手段は、バルブ３の操作軸を全閉側限界位置に向けて回動させるべくモータ１に十分に大きな駆動電流を与えて該モータを駆動する第２のモータ駆動過程と、この第２のモータ駆動過程でモータが停止した後駆動電流を徐々に減衰させて最終的に零にする第２の駆動電流減衰過程とを行って、第２の駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時に位置検出器１１により検出される駆動部材の回動位置を該駆動部材の全閉側最終停止位置として検出するように構成される。
【００６９】
１０Ｃはモータ駆動電流制御手段で、この制御手段は、目標位置設定手段１０Ｄにより設定された駆動部材２の目標位置と位置検出器１１により検出される駆動部材２の現在位置との偏差を零にするようにモータの駆動電流を制御する。
【００７０】
目標位置設定手段１０Ｄは、機関の回転速度やスロットルバルブの開度などの各種の制御条件に対して目標位置を設定する手段で、目標位置は、全開側最終停止位置検出手段１０Ａ及び全閉側最終停止位置検出手段１０Ｂによりそれぞれ検出された全開側最終停止位置と全閉側最終停止位置との間に設定される。
【００７１】
図３において、全開側最終停止位置検出手段１０Ａ、全閉側最終停止位置検出手段１０Ｂ、モータ駆動電流制御手段１０Ｃ、及び目標位置設定手段１０Ｄは、マイクロコンピュータ１０に所定のプログラムを実行させることにより構成される。
【００７２】
マイクロコンピュータ１０は、上記の制御手段１０Ａないし１０Ｃを構成するために、該マイクロコンピュータ内に設けられたタイマが一定の時間を計測する毎に図４に示すタイマ割り込みを実行する。マイクロコンピュータ１０には、位置検出器１１の出力がアナログ信号の形で与えられ、該アナログ信号がマイクロコンピュータ内に設けられたＡ／Ｄ変換器で８ビットのデジタル信号に変換される。またマイクロコンピュータは、駆動部材２の目標位置を８ビットのデジタル信号として出力する。
【００７３】
図４に示したタイマ割り込みが開始されると、ステップ１においてセルフクリーニクグ済みであることを示すフラグがセットされているか否か（１になっているか否か）を見ることにより、セルフクリーニング過程が完了しているか否かを判定する。
【００７４】
セルフクリーニング過程は、モータ１に一方向の駆動電流を与えて操作部材４を全閉側限界位置から全開側限界位置まで変位させた後、モータ１の駆動電流の極性を反転させて操作部材４を全開側限界位置から全閉側限界位置まで変位させる過程である。
【００７５】
ステップ１でセルフクリーニングが完了していないと判定された時には、次いでステップ２に移行してセルフクリーニング前であることを示すフラグがセットされているか否かを見ることにより、セルフクリーニングが既に開始されているか否かを判定する。その結果セルフクリーニングが未だ開始されていないと判定された時には、ステップ３に移行して、モータの回転方向を全開方向（バルブの操作軸を全開側限界位置側に変位させる際の回転方向）とすることを示す全開方向フラグをセットするとともに、駆動部材２の全開側最終停止位置側の目標位置を与える目標値を最大にして、操作部材４を全開方向に回動させるための駆動電流をそのデューティ比を１００％として出力する。このときの駆動部材の目標位置は、ワイヤ５，６の長さが最大の場合でも、バルブが全開位置に到達した時の通常の駆動部材の停止位置を越えた位置となるように、十分な余裕を持たせて設定しておく。
【００７６】
これにより、バルブを全開させる方向にモータ１を回転させ、駆動部材２を図１において反時計方向に回動させて、操作部材４をワイヤ５により牽引しつつ反時計方向に回動させる。次いでステップ４に移行してセルフクリーニング前であることを示すフラグをクリアした後、メインルーチンに戻る。
【００７７】
次に図４のタイマ割り込みが実行された時には、ステップ２においてセルフクリーニング前でない（セルフクリーニングを実行中である）と判定されるため、ステップ５に進んでモータが停止しているか否かを判定する。この判定の結果モータが停止していないと判定されたときには何もしないでメインルーチンに復帰する。
【００７８】
操作部材４は全開側限界位置に達したときに停止する。操作部材４が全開側限界位置に達して停止した後、モータ１の出力トルクとワイヤ５の張力とが釣り合ったときにモータ１が停止する。ステップ５においてモータ１が停止したと判定されたときには、次いでステップ６を行って、モータの回転方向が全開方向であることを示す全開方向フラグがセットされているか否かを見ることにより、今までのモータの回転方向が全開方向であるか否かを判定する。その結果、モータの回転方向が全開方向であると判定されたときには、ステップ７に移行してモータに駆動電流が供給されているか否かを判定し、モータに駆動電流が供給されていると判定されたときにステップ７に移行してモータの駆動電流のデューティ比を徐々に減衰させる。このときのデューティ比の減衰割合は、例えば、ＰＷＭ波形の駆動電流の１周期毎にデューティ比を２０％ずつ減少させるように設定する。このようにモータの駆動電流を漸減させると、ワイヤ５の張力により駆動部材２が徐々に引き戻されていき、ワイヤの張力が零になったところで駆動部材が停止する。ステップ７においてモータが停止したことが検出されたときにステップ８に移行してそのときの駆動部材２の位置を全開側最終停止位置としてマイクロコンピュータに読み込む。その後ステップ１０で全開方向フラグをクリアし、バルブを全閉状態にする方向にモータを回転させるべく、モータ１にデューティ比１００％の駆動電流を与える。
【００７９】
これにより駆動部材２を図１において時計方向に回動させ、操作部材３をワイヤ６により牽引しつつ時計方向に回動させる。モータ１は、操作部材３が全閉側限界位置に達して停止した後、ワイヤ６の張力とモータ１の駆動トルクとが釣り合ったときに停止する。
【００８０】
バルブを全閉状態にする方向にモータが回転して停止したときには、ステップ５においてその停止が検出された後、ステップ６において全開フラグがセットされていないと判定されるため、ステップ１１を実行してモータが駆動されているか否かを判定する。今モータ１は駆動中であるため、次いでステップ１２を実行してモータの駆動電流のデューティ比を徐々に減少させる。このときのデューティ比の減少割合は前記と同様に設定する。
【００８１】
モータの駆動電流を漸減させると、ワイヤ６の張力により駆動部材２が徐々に引き戻されていき、ワイヤの張力が零になったところで駆動部材が停止する。ステップ１１においてモータが停止したことが検出されたときにステップ１３に移行して、そのときの駆動部材２の位置を全閉側最終停止位置としてマイクロコンピュータに読み込む。次いでステップ１４に進んでセルフクリーニング済みフラグをセットし、メインルーチンに戻る。
【００８２】
ステップ１においてセルフクリーニング済みであると判定されたときには、ステップ１５に進んで通常の制御に移行する。
【００８３】
図４に示したアルゴリズムによる場合には、ステップ６ないし１０により、全開側最終停止位置検出手段が構成され、ステップ６及びステップ１１ないし１４により全閉側最終停止位置検出手段が構成される。またステップ１５によりモータ駆動電流制御手段が構成される。モータ駆動電流制御手段は、制御対象の目標位置と限界位置との偏差を零にするようにモータに供給する駆動電流を制御する手段で、この制御手段を実現するためにマイクロコンピュータに実行させるプログラムは、公知のアルゴリズムに従って構成すればよい。
【００８４】
図５は本発明の制御方法においてセルフクリーニングを行うとともに駆動部材２の全開側最終停止位置及び全閉側最終停止位置を求める際の動作を示したものである。図５の縦軸は駆動部材の回転角度位置を示し、横軸は時間ｔを示している。この例では、時刻ｔ0 で駆動電流のデューティ比を１００％として操作部材４を全開側限界位置に向けて回動させるべくモータを全開方向に駆動している。時刻ｔ1 で駆動部材２が操作部材４の全開側限界位置に対応する正規の全開側最終停止位置Ｐ2 に到達するが、モータは停止することができず、時刻ｔ１’で駆動部材がモータの駆動トルクとワイヤ５の張力とが釣り合う位置Ｐ2'に到達した時に停止する。モータが停止すると駆動電流のデューティ比が徐々に減少させられるため、駆動部材はワイヤの張力によりＰ2'の位置から引き戻され、時刻ｔ2 で駆動部材が本来の全開側最終停止位置Ｐ2 に達したときに駆動電流が０になってモータが停止する。時刻ｔ2 で駆動部材を全閉側の最終停止位置に向けて回動させるべくモータにデューティ比１００％の駆動電流が供給される。これにより駆動部材は閉方向に回動していき、時刻ｔ3 でモータの駆動トルクとワイヤ６の張力とが釣り合う位置Ｐ1 に達したときに停止する。その後駆動電流のデューティ比が徐々に減衰するため、駆動部材はワイヤの張力により引き戻され、時刻ｔ4 において駆動部材が正規の全閉側最終停止位置Ｐ1 に達したときにモータの駆動電流が０になって駆動部材が停止する。
【００８５】
図６は本発明の方法により求めた全開側最終停止位置を用いて、バルブの操作軸を全開側限界位置に向けて変位させる制御を行った際の動作特性を示したものである。本発明の方法による場合には、駆動部材２の全開側最終停止位置Ｐ2 とバルブの操作軸の全開側限界位置とが正確に対応するため、時刻ｔa でバルブの操作軸が全開側限界位置に達すると、駆動部材２も全開側最終停止位置Ｐ2 に達し、モータへの駆動電流の供給が停止される。従って、モータがロック状態になることがなく、モータが過熱することがない。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、回動負荷を限界位置に向けて回動させるようにモータに十分大きな駆動電流を流して、ワイヤの張力とモータの駆動トルクとが釣り合う位置まで駆動部材を回動させた後、駆動電流を徐々に減少させて駆動電流が零になったときの駆動部材の回転角度位置を最終停止位置として取り込むようにしたので、回動負荷を操作する操作部材の限界位置に対応した駆動部材の最終停止位置を正確に検出して以後の制御を的確に行わせることができる。
【００８７】
また本発明においては、駆動部材の最終停止位置を回動負荷の限界位置に正確に対応させることができるため、回動負荷が限界位置に達して停止したときに直ちに駆動部材が最終停止位置に達したことを検出してモータを停止させることができ、モータが停止したことの検出が遅れてモータが過熱するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる制御方法により制御される直流サーボモータを用いた回動負荷駆動装置の一例として、内燃機関の特性を調整するバルブを駆動するバルブ駆動装置の構成例を示した図である。
【図２】図１のバルブ駆動装置で用いるコントローラの構成例を示した回路図である。
【図３】図１のバルブ駆動装置で用いるコントローラに設ける最終停止位置検出手段及びモータ駆動電流制御手段と駆動機構との関係を示したブロックダイアグラムである。
【図４】図２に示したコントローラに用いるマイクロコンピュータが一定時間毎に実行するプログラムの割り込みルーチンのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図５】本発明の制御方法によりバルブのセルフクリーニングと駆動部材の最終停止位置の検出とを行う際の駆動部材の位置の時間的な変化を示したタイミングチャートである。
【図６】本発明の方法により求めた全開側最終停止位置を用いてバルブの操作軸を全開側限界位置に向けて変位させる制御を行った際の動作特性の一例を示したチャートである。
【図７】従来の制御方法によりバルブのセルフクリーニングと駆動部材の最終停止位置の検出とを行う際の駆動部材の位置の時間的な変化を示したチャートである。
【図８】従来の方法により求めた全開側最終停止位置を用いてバルブの操作軸を全開側限界位置に向けて変位させる制御を行った際の動作特性の一例を示したチャートである。
【符号の説明】
１…直流サーボモータ、２…駆動部材、３…バルブ（回動負荷）、４…操作部材、５…第１のワイヤ、６…第２のワイヤ、９…コントローラ、１０…マイクロコンピュータ、１０Ａ…全開側最終停止位置検出手段、１０Ｂ…全閉側最終停止位置検出手段、１０Ｃ…モータ駆動電流制御手段、１０Ｄ…目標位置設定手段、１１…位置検出器、１００…バルブ駆動機構。

Claims (5)

1. 回動負荷駆動用の直流サーボモータと、前記直流サーボモータにより駆動されて回動させられる駆動部材と、回動範囲が機械的に制限された回動負荷の操作軸に取り付けられた操作部材と、前記操作部材と駆動部材との間を連結するワイヤとを備えて、前記駆動部材の回動に伴って前記操作部材を前記ワイヤにより牽引しつつ回動させて前記回動負荷を回動させる回動負荷駆動装置の前記直流サーボモータを制御する方法であって、
   前記モータに十分に大きい駆動電流を流して前記回動負荷を限界位置に向けて回動させるように前記モータを駆動するモータ駆動過程と、前記モータ駆動過程で前記モータが停止した後前記駆動電流を徐々に減衰させて最終的に零にする駆動電流減衰過程とを順次行って、前記駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時の前記駆動部材の回動位置を前記駆動部材の最終停止位置として検出した後、前記駆動部材の位置が前記最終停止位置を越えないようにしつつ、前記回動負荷の目標位置に相応する前記駆動部材の目標位置と前記駆動部材の現在位置との偏差を零にするように前記モータの駆動電流を制御する回動負荷駆動用直流サーボモータの制御方法。
2. 直流サーボモータと、前記直流サーボモータにより駆動されて該モータの一方向及び他方向への回転に伴って一方向及び他方向に回動させられる駆動部材と、全閉側限界位置と全開側限界位置との間を回動するように回動範囲が機械的に制限されたバルブの操作軸に取り付けられた操作部材と、前記駆動部材と操作部材との間を連結するように設けられた第１及び第２のワイヤとを備えて、前記駆動部材が一方向に回動したときに前記第１のワイヤにより前記バルブ操作部材を牽引しつつ前記バルブの操作軸を前記全開側限界位置に向けて回動させ、前記駆動部材が他方向に回動したときに前記第２のワイヤにより前記バルブ操作部材を牽引しつつ前記バルブの操作軸を前記全閉側限界位置に向けて回動させるように構成されたバルブ駆動装置の前記直流サーボモータを制御する方法であって、
   前記バルブの操作軸を前記全開側限界位置に向けて回動させるべく前記モータに十分に大きな駆動電流を与えて該モータを駆動する第１のモータ駆動過程と、前記第１のモータ駆動過程で前記モータが停止した後前記駆動電流を徐々に減衰させて最終的に零にする第１の駆動電流減衰過程とを行って、前記第１の駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時の前記駆動部材の回動位置を該駆動部材の全開側最終停止位置として検出する全開側最終停止位置検出過程と、前記バルブの操作軸を全閉側限界位置に向けて回動させるべく前記モータに十分に大きな駆動電流を与えて該モータを駆動する第２のモータ駆動過程と、前記第２のモータ駆動過程で前記モータが停止した後前記駆動電流を徐々に減衰させて最終的に零にする第２の駆動電流減衰過程とを行って、前記第２の駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時の前記駆動部材の回動位置を該駆動部材の全閉側最終停止位置として検出する全閉側最終停止位置検出過程とを行った後、全開側最終停止位置と全閉側最終停止位置との間に設定した駆動部材の目標位置と駆動部材の現在位置との偏差を零にするようにモータの駆動電流を制御するバルブ駆動用直流サーボモータの制御方法。
3. 前記第１のモータ駆動過程におけるバルブの動きと、前記第２のモータ駆動過程におけるバルブの動きとにより、前記バルブのクリーニングを行わせるクレーム２に記載のバルブ駆動用直流サーボモータの制御方法。
4. 直流サーボモータと、前記直流サーボモータにより駆動されて回動させられる駆動部材と、回動範囲が機械的に制限された回動負荷の操作軸に取り付けられた操作部材と、前記操作部材と駆動部材との間を連結するワイヤとを備えて、前記駆動部材の回動に伴って前記操作部材を前記ワイヤにより牽引しつつ回動させて前記回動負荷を駆動する駆動機構と、
   前記モータに十分に大きい駆動電流を流して前記回動負荷を限界位置に向けて回動させるように前記モータを駆動するモータ駆動過程と前記モータ駆動過程で前記モータが停止した後前記駆動電流を徐々に減衰させて最終的に零にする駆動電流減衰過程とを行って前記駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時の前記駆動部材の回動位置を前記駆動部材の最終停止位置として検出する最終停止位置検出手段と、
   前記駆動部材の位置が前記最終停止位置を越えないようにしつつ前記回動負荷の目標位置に相応する前記駆動部材の目標位置と前記駆動部材の現在位置との偏差を零にするように前記モータの駆動電流を制御するモータ駆動電流制御手段と、
   を備えた回動負荷駆動用直流サーボモータの制御装置。
5. 直流サーボモータと、前記直流サーボモータにより駆動されて該モータの一方向及び他方向への回転に伴って一方向及び他方向に回動させられる駆動部材と、全閉側限界位置と全開側限界位置との間を回動するように回動範囲が機械的に制限されたバルブの操作軸に取り付けられた操作部材と、前記駆動部材と操作部材との間を連結するように設けられた第１及び第２のワイヤとを備えて、前記駆動部材が一方向に回動したときに前記第１のワイヤにより前記操作部材を牽引しつつ前記バルブの操作軸を前記全開側限界位置に向けて回動させ、前記駆動部材が他方向に回動したときに前記第２のワイヤにより前記操作部材を牽引しつつ前記バルブの操作軸を前記全閉側限界位置に向けて回動させるように構成されたバルブ駆動機構と、
   前記バルブの操作軸を前記全開側限界位置に向けて回動させるべく前記モータに十分に大きな駆動電流を与えて該モータを駆動する第１のモータ駆動過程と、前記第１のモータ駆動過程で前記モータが停止した後前記駆動電流を徐々に減衰させて最終的に零にする第１の駆動電流減衰過程とを行って、前記第１の駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時の前記駆動部材の回動位置を該駆動部材の全開側最終停止位置として検出する全開側最終停止位置検出手段と、
   前記バルブの操作軸を全閉側限界位置に向けて回動させるべく前記モータに十分に大きな駆動電流を与えて該モータを駆動する第２のモータ駆動過程と、前記第２のモータ駆動過程で前記モータが停止した後前記駆動電流を徐々に減衰させて最終的に零にする第２の駆動電流減衰過程とを行って、前記第２の駆動電流減衰過程で駆動電流が零になった時の前記駆動部材の回動位置を該駆動部材の全閉側最終停止位置として検出する全閉側最終停止位置検出手段と、
   前記全開側最終停止位置と全閉側最終停止位置との間に設定した前記駆動部材の目標位置と前記駆動部材の現在位置との偏差を零にするように前記モータの駆動電流を制御するモータ駆動電流制御手段と、
   を備えたバルブ駆動用直流サーボモータの制御装置。

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