JP4658376B2 - アクチュエータの速度制御方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータの速度制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ベッドにおいて、図7に示されるように各部位(例えば全体・背・膝)をモータ駆動アクチュエータ11a・11b・11cにより変位可能にした電動ベッドがある。図において、固定ベース12とその上方に位置する可動台13とが平行リンクを介して連結されていると共に、その可動台13には、背板13aが傾動自在に連結され、膝板13bが山形に折れ曲がり自在に連結されている。そして、各アクチュエータ11aを適宜駆動することにより、対応する可動台13・背板13a・膝板13bがそれぞれ変位するようになっている。
【0003】
上記したようなベッドシステムにあっては、各部位を変位させる際の動作を円滑化するためにアクチュエータ11a・11b・11cに対して何らかの速度制御を行っている。例えば、動作開始時には動作速度を徐々に上昇させるソフトスタート制御、所定の速度(目標速度)に達したら定速度に保つ定速度制御、そして設定された位置に達した際に自動的に停止させる自動停止制御などの各機能をもたせると良い。
【0004】
従来の電動モータ駆動アクチュエータにあっては、そのモータの回転速度を回転センサのパルス周期から算出することができ、その回転速度に応じてPWM制御によるデューティ制御を行うようにしたものがある。そのようなアクチュエータにおける定速度制御までの速度制御の一例を、図8を参照して以下に示す。
【0005】
図に示されるように、動作開始時には一定の割合で駆動デューティ比を上昇させて上記ソフトスタートを行う。そして、目標速度Voよりも低く設定されたソフトスタート終了判定速度Vsに達したら、ソフトスタート制御から定速度制御に移行する。この定速度制御にあっては、目標速度Voにモータ速度(実回転速度)を合わせるように、例えばフィードバック制御を行うものであって良い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような速度制御を行うにはモータの場合には回転センサを設けるようにしており、その場合には回転センサが一般に高価であり、またその制御回路も複雑化するため、速度制御を行うアクチュエータが高騰化するという問題がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、速度制御を行うアクチュエータの低廉化を実現するために、本発明に於いては、アクチュエータの駆動用モータの駆動電流を電流センサにより検出すると共に、前記モータの速度を負荷変動に関わらず所定の速度にする際の前記モータに対する駆動制御出力値と前記駆動電流との関係をマップ化した駆動制御出力−駆動電流マップを設け、前記モータを所定の速度まで加速する際には前記モータに対する駆動制御出力値を所定の割合で増大し、かつ前記モータに対して出力している実駆動制御出力値とその時の駆動電流を検出し、前記マップに基づき該検出された駆動電流に対応する前記駆動制御出力値を判定値として、前記実駆動制御出力値と前記判定値とを比較して、前記実駆動制御出力値が前記判定値以上になったら加速制御を終了するものとした。
【0008】
このように、モータを所定の速度にする際の駆動制御出力−駆動電流マップを設けて、モータに対する駆動制御出力値を所定の割合で増大してモータ速度を上昇させる加速制御を行って、その際の実駆動制御出力値と、マップから求められる検出駆動電流に対応する前記駆動制御出力値を判定値とを比較することから、実駆動制御出力値が判定値よりも低い場合には目標速度に達していないと判断できると共に、実駆動制御出力値が判定値よりも高い場合には目標速度以上であると判断でき、その目標速度以上であると判断した場合には加速制御を終了して、その後の定速度制御などに移行することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0010】
図1は、本発明が適用されたベッドシステムにおける任意の1部位(例えば従来例で示した各部位のいずれか1つ)に対する位置調整用電動アクチュエータの要部概略制御回路図である。図に示されるように、制御ユニット1には、上昇・下降用操作スイッチSW1・SW2と、モータ2と、モータ2に連動するポテンショメータ3とが接続されている。
【0011】
制御ユニット1内には、モータ2の駆動を制御するためのCPU1aが設けられている。上記各スイッチSW1・SW2からの操作信号がCPU1aの各入力端子I1・I2に入力し、それら各信号応じて対称部位を上昇/下降させるための各制御信号がCPU1aの各出力端子O1・O2から出力される。それら各出力端子O1・O2にはそれぞれトランジスタQ1・Q2が接続され、各トランジスタQ1・Q2により各リレーRY1・RY2がオン/オフし、各リレーRY1・RY2の状態に応じてモータ2が正逆転するようになっている。
【0012】
また、CPU1aには各センサ端子S1・S2・S3・S4が設けられており、その1つの端子S1によりポテンショメータ3に電圧が印加され、その印加電圧を端子S2により検出すると共に、ポテンショメータ電圧を端子S3により検出するようになっている。そして、モータ2に流れる電流を検出するための電流センサ4が設けられており、その電流値信号がCPU1aのセンサ端子S4に入力するようになっている。
【0013】
次に、本アクチュエータによるモータ駆動制御要領について図2のフロー図を参照して以下に示す。まず第1ステップST1で、いずれかの操作スイッチSW1・SW2が操作されている(オン)か否かを判別し、操作されている場合には第2ステップST2に進み、そこでモータ電流Imを検出し、第3ステップST3に進む。第3ステップST3では、起動時に行うソフトスタート制御が終了したか否かを判別する。ソフトスタート制御処理が終了していない場合にはソフトスタート制御処理を行うべく第4ステップST4に進む。
【0014】
このソフトスタート制御処理にあっては、起動時のショックを防止するように例えば定速度制御おける目標速度(定速度)に達するまでの速度上昇を緩やかにするべく、モータ2に対する駆動出力制御値を所定の割合で徐々に増大するものである。本図示例では、駆動制御出力値としてのPWM制御における駆動デューティ比Dmの増加率(ΔDm)を予め定めておく。なお、速度はモータ2の角速度であって良い。
【0015】
第4ステップST4では、駆動制御出力−駆動電流マップとしての図3に示される駆動デューティ比−モータ電流マップに基づき、上記第2ステップST2で検出されたモータ電流Imに対応する判定駆動デューティ比Dhを求める。
【0016】
ここで、図3に示されるマップの算出方法について示す。このマップは、負荷(モータ電流Im)が変化した場合にモータ2を目標速度で定速度制御するための駆動デューティ比Dmを求めてマップ化したものである。
【0017】
定速度制御にあっては、負荷が変化することによる速度−トルク特性の変化を速度制御のパラメータとして使用することができる。すなわち、負荷の速度−トルク特性が図4(a)のTL1で示されるような場合に目標速度ω1に対する定速度制御を行う際にはポイントP1に基づき制御することになる。この時、負荷の変動により速度−トルク特性が図のTL2に示されるように変化した場合には、ポイントP1を通るモータの速度−トルク特性が図のTM1に示されるものとすると、上記ポイントP1がTL1とTM1との交点である平衡点P1aに移る。この平衡点P1aにあっては速度がω2になる。
【0018】
新たな負荷の速度−トルク特性TL2に対して速度を目標速度ω1にするためには、変動した負荷の速度−トルク特性TL2とモータの速度−トルク特性との交点である平衡点がP1aが図に示されるポイントP2になるように、モータの速度−トルク特性がTM2になるように変えることになる。これにより、ポイントP1がポイントP2になり、このモータの速度−トルク特性の変更は、速度可変要素であるモータ電圧を操作することにより可能である。このようにして定速度制御を行うことができる。
【0019】
トルク(負荷)の変化はモータ電流が変化したことと同じなため、本制御にあってはモータ電流Imを使用し、図4(a)の各ポイントP1・P2に対応させて、モータ駆動電圧とモータ電流Imとの関係を図4(b)に示されるようにマップ化することができる。ここで、モータ駆動電圧の増減を行う際には駆動デューティ比Dmの増減により行うので、図3のマップを作成することができる。また、誤判定を防止するために判定対象のモータ電流Imは所定値(Im0)以上としておくと良い。
【0020】
そして、第4ステップST4の次の第5ステップST5では、第4ステップST4で求めた判定駆動デューティ比Dhがその時(今サイクル時)の出力駆動デューティ比Dmに対して小さいか否かを判別する。
【0021】
この時の出力駆動デューティ比Dmに対して、第2ステップST2で検出された検出モータ電流が図3に示されるようなIm1であった場合には対応する判定駆動デューティ比Dhは図に示されるDh1になる。この場合には、判定駆動デューティ比Dh1が出力駆動デューティ比Dm以下であり(Dh1≦Dm)、したがって出力駆動デューティ比Dmが実モータ電流Im1に対して大きくなっていることから目標速度に達していると判別できる。逆に、検出モータ電流がIm2であった場合には判定駆動デューティ比DhがDh2になり、この場合には目標速度に達していないと判別できる。
【0022】
判定駆動デューティ比Dh1が出力駆動デューティ比Dm以下の場合には上記したように定速度に対する目標速度に達したことから、第6ステップST6に進み、そこでソフトスタート制御の終了を、例えばフラグを立てることにより設定する。それに対して、判定駆動デューティ比Dh1が出力駆動デューティ比Dmを越えている場合には第7ステップST7に進む。
【0023】
第7ステップST7では、ソフトスタート制御を実行するべく、前記したように駆動デューティ比Dmを所定の割合(ΔDm)で増加させる。その増加した駆動デューティ比Dmに基づいて、次の第8ステップST8でPWM出力による制御を行う。例えば駆動デューティ比Dmの初期値を0として、第7ステップST7を繰り返すことにより、図5に示されるように、所定の制御サイクル時間毎に駆動デューティ比DmがΔDmずつ増加し、それに伴って検出モータ電流Imも増大し、モータ速度が上昇する。
【0024】
そして、上記したように検出モータ電流値Imに対応する判定駆動デューティ比Dhと駆動デューティ比Dmとを比較して、判定駆動デューティ比Dhが図5の想像線に示されるようになったら、上記したように目標速度に達したと判定して第6ステップST6に進む。その第6ステップST6ではソフトスタート終了の設定が行われるため、その場合には第3ステップST3から第9ステップST9に進む。その第9ステップST9では、定速度制御の処理を行う。
【0025】
本図示例では、定速度制御を、高価な回転センサを用いることなく、安価なポテンショメータ3を用いて行うようにしている。すなわち、上記ポテンショメータ3により検出されたポテンショ電圧Vpの定速度動作時における変化が図6の実線に示されるようになる場合には、そのポテンショ電圧変化率はΔVp/Δtとなる。本発明によれば、検出されたポテンショ電圧変化率ΔVp/Δtと本来の定速度動作時の変化率ΔV/Δtとの偏差(速度偏差)に応じて駆動出力(駆動デューティ比)の補正を行うことにより、定速度制御を行うことができる。このようにして駆動デューティ比Dmを補正処理したら第8ステップST8に進み、その補正処理された駆動デューティ比Dmに基づいて上記と同様にPWM出力による制御を行う。
【0026】
また、第1ステップST1でスイッチ操作が無くなったと判別された場合には第10ステップST10に進む。その第10ステップST10では定速度制御中であるか否かを判別し、定速度制御中でない場合には第1ステップST1に戻り、この場合には他の割り込み処理を待つことになる。第10ステップST10で定速度制御中であると判別された場合には第11ステップST11に進み、そこでソフトストップ処理を行う。このソフトストップ処理にあっては、上記ソフトスタート処理と同様に、例えば停止するまでの速度低下を緩やかにして停止時のショックを防止するように、一定の割合で駆動デューティ比を減少させる。この場合も次に第8ステップST8に進み、そこで、第11ステップST11で算出された駆動デューティ比Dmに基づいて上記と同様にPWM出力による制御を行う。
【0027】
【発明の効果】
このように本発明によれば、目標速度まで速度を上昇する際に駆動制御出力値を所定の割合で増大し、その駆動制御出力値がその時の駆動電流に応じて駆動制御出力−駆動電流マップから求められるマップ駆動制御出力値以上になったら、目標速度以上になったと判断して加速制御を終了することにより、アクチュエータの速度を上昇させる際の制御を行うことができる。したがって、モータの場合に高価な回転センサを設けることなく、上記加速制御から定速度制御に移行することができ、速度制御可能なアクチュエータを低廉化し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されたベッドシステムにおける任意の1部位に対する位置調整用電動アクチュエータの要部概略制御回路図。
【図2】本発明に基づく制御フローを示す図。
【図3】駆動デューティ比とモータ電流との関係を示す図。
【図4】(a)は速度制御の要領を示す説明図であり、(b)は(a)に基づき作成されたモータ駆動電圧とモータ電流の関係を示す図。
【図5】本発明に基づく制御要領を説明するタイムチャートを示す図。
【図6】定速度制御におけるポテンショ電圧の時間変化を示す図。
【図7】電動ベッドの一例を示す模式的側面図。
【図8】従来の速度制御の例を示す説明図。
【符号の説明】
1 制御ユニット1
1a CPU
2 モータ
3 ポテンショメータ
4 電流センサ
11a・11b・11c アクチュエータ
12 固定台
13 可動台、13a 背板、13b 膝板

Claims (1)

  1. アクチュエータの駆動用モータの駆動電流を電流センサにより検出すると共に、前記モータの速度を負荷変動に関わらず所定の速度にする際の前記モータに対する駆動制御出力値と前記駆動電流との関係をマップ化した駆動制御出力−駆動電流マップを設け、
    前記モータを所定の速度まで加速する際には前記モータに対する駆動制御出力値を所定の割合で増大し、かつ前記モータに対して出力している実駆動制御出力値とその時の駆動電流を検出し、前記マップに基づき該検出された駆動電流に対応する前記駆動制御出力値を判定値として、前記実駆動制御出力値と前記判定値とを比較して、
    前記実駆動制御出力値が前記判定値以上になったら加速制御を終了することを特徴とするアクチュエータの速度制御方法。
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