JP4727779B2 - アクチュエータの制御システム及び制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は,アクチュエータの制御システム及び制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気的な入力量によって直接的にあるいは間接的に制御することのできる装置(以下,「アクチュエータ」という。)の制御には,通常マイクロプロセッサシステムが用いられている。マイクロプロセッサシステムは,予め設定されたプログラムに従って制御命令をシステムバスを介してアクチュエータへ伝達することで,アクチュエータの柔軟な制御が可能となる。
【0003】
ところで,マイクロプロセッサシステムのシステムバスは,一のアクチュエータに対して制御命令を伝達している間は,他のアクチュエータに対して制御命令を伝達することができない。従って,複数のアクチュエータを同時に駆動する必要があるシステムでは,遅延をもたらす場合があるという問題があった。そこで,制御時間に制約のある制御を行う場合には,マイクロプロセッサシステムとアクチュエータとの間に制御装置を備えることが行われる。この制御装置は各アクチュエータごとに備えてもよく,また,所定数のアクチュエータごとに備えてもよい。
【0004】
上記制御装置を用いたシステムの場合,マイクロプロセッサシステムは制御装置に対して,システムバスを介して,制御装置がアクチュエータを制御するために必要とする情報を予め伝達しておく。例えば,アクチュエータの一例として電磁弁を制御するシステムにおいては,マイクロプロセッサシステムは,各電磁弁の所望の開閉時間や電流の強さ等を制御データとして制御装置に伝達する。制御データの伝達後は,制御装置は,マイクロプロセッサから伝達された制御データに従って,マイクロプロセッサとは独立して制御動作を行う。この間,マイクロプロセッサシステムのシステムバスは,他の制御のために使用することができる。こうして,複数のアクチュエータを同時に駆動するシステムであっても,遅延をもたらすことなく制御することが可能となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで,マイクロプロセッサシステムとは独立して制御動作を行う上記制御装置の利用は,制御時間に制約のある制御を行う場合に有用であるが,その安全かつ確実な制御動作を保障するという点では,以下の問題があった。すなわち,通常,複数のアクチュエータは相互に関連して動作を行うことが多いが,一のアクチュエータに誤った制御等による異常が発生した場合,その異常に対応するように他のアクチュエータの制御を行うことが困難であるという問題があった。
【0006】
本発明は,従来のアクチュエータの制御装置が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり,本発明の目的は,アクチュエータの安全かつ確実な制御動作を保障することの可能な,新規かつ改良されたアクチュエータの制御システム及び制御方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため,本発明の第1の観点によれば,複数のアクチュエータと,アクチュエータを制御する複数の制御装置と,制御装置に対しアクチュエータを制御するための制御データを出力するマイクロプロセッサシステムとからなるアクチュエータの制御システムにおいて,マイクロプロセッサシステムが制御データの出力とは独立して制御装置の制御を行えるよう構成された制御システム,あるいは,複数の制御装置間でアクチュエータの異常等に関する情報を相互に交換できるよう構成された制御システムが提供される。
【0008】
より詳細には,請求項1に記載のように,複数のアクチュエータと,アクチュエータを制御する複数の制御装置と,制御装置に対しアクチュエータを制御するための制御データを出力するマイクロプロセッサシステムとからなるアクチュエータの制御システムにおいて,少なくとも1の制御装置は,マイクロプロセッサシステムとデータバスにより接続され制御データが入力されるインタフェースユニットと,制御データを格納するためのデータメモリと,データメモリに格納されている制御データを読み出して,アクチュエータを駆動するための制御ユニットとを備え,少なくとも1の制御ユニットは,マイクロプロセッサシステムとデータバスとは独立した制御線により接続されることを特徴としている。
【0009】
制御線による制御入力は,請求項2に記載のように,2値データとして入力されるようにしてもよい。
【0010】
かかる構成によれば,マイクロプロセッサユニットから制御装置に制御データが転送されると,その後は制御装置内でアクチュエータの制御がなされる。そして,制御ユニットは,マイクロプロセッサシステムとデータバスとは独立した制御線により接続されている。データバスとは独立した制御線を介してマイクロプロセッサによる制御ユニットの管理が可能となるため,アクチュエータの安全かつ確実な制御動作を保障することが可能である。
【0011】
また,複数の制御装置間でアクチュエータの異常等に関する情報を相互に交換できるよう構成することも可能である。かかる構成によれば,アクチュエータに誤動作等の異常が発生した場合に,当該アクチュエータを制御する制御装置は,他の制御装置にかかる情報を伝達し,他の制御ユニットにその異常に対処する動作を行わせることができる。例えば,他の制御装置を停止させることで他のアクチュエータへの影響を低減させることができる。なお,制御装置が少なくとも2の制御装置が相互に接続されることにより上記効果を奏するが,すべての制御装置が相互に接続されて,相互に情報を伝達しうる構成がより好ましい。
【0012】
また,制御装置間で情報を伝達しうるよう構成する場合,いずれか一の制御装置が制御するアクチュエータに異常が発生した場合に,他のすべての制御装置がかかる異常に対処する制御を行えるよう構成することが好ましい。このためには,制御装置は,論理ゲート,例えば,請求項3に記載のようにオアゲートを備え,オアゲートの入力には,マイクロプロセッサシステムおよび/または他の制御装置が接続されることが好ましい。かかる構成によれば,マイクロプロセッサからの入力開始信号および/または制御装置からの読み出し開始信号や,他の制御装置からの制御開始の許可信号等をオアゲートに入力することができる。そして,一の入力信号が制御開始を許可しない場合に,他のすべての制御装置が制御を開始できないようにすることができる。例えば,論理ゲートとしてオアゲートを備えた場合,制御開始を許可しない旨の信号を2値信号のハイレベルの信号とし,オアゲートの出力がローレベルのとき,すなわち,他のすべての制御装置が制御開始を許可するローレベルの信号を出力するときに,制御を開始するようにしてもよい。
【0013】
さらに好ましくは,制御ユニットは,請求項4に記載のように,データメモリに格納されているすべての制御値の読み出しを終了した際に,読み出し終了信号をマイクロプロセッサシステムに出力するように構成される。かかる構成によれば,例えば,すべての制御装置による制御が終了した時点で,次の制御を開始することができるので,各制御装置を同期して動作させることができる。
【0014】
上記課題を解決するため,本発明の第2の観点によれば,請求項5に記載のように,複数のアクチュエータと,アクチュエータを制御する複数の制御装置と,制御装置に対しアクチュエータを制御するための制御データを出力するマイクロプロセッサシステムとからなる制御システムにおけるアクチュエータの制御方法において,マイクロプロセッサシステムが制御装置に対しアクチュエータを制御するための制御データを出力する第1工程と,マイクロプロセッサシステムが制御装置に対し制御開始信号を出力する第2工程と,制御装置が制御データを用いてアクチュエータを制御する第3工程とを含むことを特徴とするアクチュエータの制御方法が提供される。
【0015】
なお,請求項6に記載のように,第3工程の後に,各制御装置がプロセッサシステムに対し制御終了信号を出力する第4工程を含むようにしてもよい。
【0016】
かかる制御方法によれば,制御装置による制御開始をマイクロプロセッサにより制御することができるため,制御装置によるアクチュエータの安全かつ確実な制御動作を保障することが可能である。さらに,制御装置による制御終了についても制御するようにすると,制御装置間の同期を図ることができる。
【0017】
さらに,各制御装置からそれぞれ他の制御装置に対し,制御開始信号や制御終了信号を出力するように制御することも可能である。かかる制御方法によれば,制御装置が相互に安全かつ確実な制御動作を保障することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら,本発明にかかるアクチュエータの制御システム及び制御方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する構成要素については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【0019】
まず,図1を参照しながら,本発明の実施の形態にかかるアクチュエータの制御システムを説明する。
本実施の形態にかかるアクチュエータの制御システムは,複数のアクチュエータと,アクチュエータを制御する複数の制御装置と,制御装置に対しアクチュエータを制御するための制御データを出力するマイクロプロセッサシステムとからなるシステムである。そして,図1に示した概略的なブロック図には,アクチュエータの一例たる電磁弁1と,電磁弁1を制御する制御装置3と,他の制御装置12−1,12−2と,制御装置3,12−1,12−2を制御するマイクロプロセッサシステム2が示されている。なお,制御装置や電磁弁の数や配置は図1に示した例に限定されない。
【0020】
(マイクロプロセッサシステム2)
マイクロプロセッサシステム2は,制御装置3,12−1,12−2を制御するシステムであり,データバス5及びアドレスバス7を介して,各制御装置3,12−1,12−2に対して制御データ及びアドレスデータを出力する。図1に示した概略的なブロック図には,制御装置3に制御開始信号RESETを出力するマイクロプロセッサ4と,マイクロプロセッサ4とは別にシングルコンピュータとして構成され,制御装置3からの制御終了信号STOPが入力されるマイクロエンジン11が示されており,他の構成要素については省略している。
【0021】
マイクロエンジン11は,データバス5及びアドレスバス7とは独立して制御装置3と接続される制御線を備えており,この制御線を介して制御装置3を制御している。かかるマイクロエンジン11による制御装置3の制御の間,データバス5及びアドレスバス7は使用されておらず,マイクロプロセッサ4は,この使用されていないデータバス5及びアドレスバス7を他の処理のために使用することができる。
【0022】
(制御装置3)
制御装置3は,図1に示したように,マイクロプロセッサシステム2と電磁弁1との間に設けられ,マイクロプロセッサ2の制御により電磁弁1を制御する装置である。そして,この制御装置3は,後述するように,マイクロプロセッサ2に負担をかけることなく,電磁弁1を自動的に制御する装置である。
【0023】
制御装置3は,マイクロプロセッサシステム2とデータバスにより接続され,制御データが入力されるインタフェースユニット8と,インタフェースユニット8に接続され,制御データを格納するためのデータメモリ6と,データメモリ6に接続され,データメモリ6に格納されている制御データを読み出して,電磁弁を駆動するための制御ユニット13とを備えている。また,制御ユニット13に接続される保持段14は,制御データを一時的に保持し,電磁弁1に制御データを出力する機能を有する。
【0024】
制御装置3には,どのように制御を行うかの制御データが予めマイクロプロセッサシステム2から伝達される。この制御データには,例えば,電磁弁1の開閉時間や電流の強さ等がある。図1の例では,マイクロプロセッサシステム2からデータバス5を介して制御データが伝達され,さらに,アドレスバス7を介してアドレス割り付け情報が伝達される。この制御データ及びアドレス割り付け情報は,インタフェースユニット8を介して制御装置3に伝達されるほか,他の制御装置12−1,12−2にも伝達される。
【0025】
マイクロプロセッサシステム2と制御装置3とを接続するデータバス5及びアドレスバス7は,制御装置3内で,インタフェースユニット8を介してデータバス9及びアドレスバス10にそれぞれ接続されている。このデータバス9及びアドレスバス10は,制御装置3内のデータメモリ6に接続されている。マイクロプロセッサ4から制御装置3に伝達された制御データは,アドレス割り付け情報に従って制御装置3内のデータメモリ6にレジスタファイルとして格納される。
【0026】
データメモリ6に格納される制御データは,一例として,n個の制御値からなる制御シーケンスであるものとする。
【0027】
データメモリ6への制御データの格納が終了した後,制御装置3による電磁弁1の制御は,2値の制御開始信号RESETにより開始される。制御装置3に制御開始信号RESETが入力されると,データメモリ6に格納されている制御データが読み出され,電磁弁1の制御が開始される。なお,制御開始信号RESETは,本実施の形態では,マイクロプロセッサ4から制御装置3に入力されるように構成しているが,マイクロエンジン11から制御装置3に入力されるように構成してもよい。また,制御開始信号RESETは,他の制御装置12−1,12−2にも入力されるように構成してもよい。
【0028】
制御ユニット13は,インタフェースユニット8を介して,データバス9及びアドレスバス10によりデータメモリ6と接続されている。制御ユニット13は,アドレスバス10を介してデータメモリ6に格納された制御値にアクセスする。データメモリ6に格納された制御値は,データバス9を介してシーケンシャルに保持段14へ供給される。保持段14の出力は,電磁弁1と接続されており,電磁弁1に制御値が出力される。
【0029】
制御ユニット13は,マイクロエンジン11とデータバスとは独立した制御線により接続されている。マイクロエンジン11はこの制御線を介して制御ユニットのデータメモリ6へのアクセスを制御している。すなわち,マイクロエンジン11から制御ユニット13への制御線による制御入力は,例えば,2値データとして入力されており,制御ユニット13がデータメモリ6に格納された制御値へのアクセスをこの2値データにより可能あるいは不可能にしている。
【0030】
データメモリ6に格納された制御データの最後の制御値を読み出した後,制御ユニット13は,制御終了信号STOPをマイクロエンジン11に出力する。制御終了信号STOPは,本実施の形態では,制御装置3からマイクロエンジン11に入力されるように構成しているが,制御装置3からマイクロプロセッサ4に入力されるようにしてもよい。また,他の制御装置12−1,12−2も制御終了信号STOPを出力するようにしてもよい。かかる制御終了信号STOPによる制御によれば,例えば,すべての制御装置から制御終了信号STOPが出力された場合に,次の制御へと移行することができ,各制御装置間の同期をとることができる。
【0031】
(制御装置12−1,12−2)
制御装置12−1,12−2は,制御装置3と実質的に同様の構成からなっている。制御装置3と制御装置12−1,12−2とは,制御線15−1,15−2を介してオアゲート16によって接続されており,電磁弁の異常等に関する情報を伝達しうる構成となっている。なお,図示の例では,他の制御装置12−1,12−2が制御装置3に情報を伝達するための制御線15−1,15−2のみが示されているが,制御装置3も他の制御装置12−1,12−2に情報を伝達しうる構成とすることも可能である。また,他の制御装置12−1,12−2間においても情報を伝達しうる構成とすることも可能である。
【0032】
他の制御装置12−1,12−2は,マイクロプロセッサ4が制御開始信号RESETを出力した場合であっても,必要に応じて,制御装置3による電磁弁1の制御の開始を拒否することができる。他の制御装置12−1,12−2のいずれか一方が制御装置3による電磁弁1の制御の開始を許可しない場合には,制御装置3内のオアゲート16に対し,制御の開始の拒否信号DISABLE1,DESABLE2を出力する。制御装置3は,制御の開始前に,他の制御装置12−1,12−2が制御の開始を許可しているか判断する。
【0033】
すなわち,他の制御装置12−1,12−2は,制御装置3の制御の開始を許可する場合には,拒否信号DISABLE1,DESABLE2を,2値信号のハイレベルの信号として送出し,制御の開始を許可しない場合には,2値信号のローレベルの信号として送出する。いずれかの一の他の制御装置が制御の開始を許可しない場合には,オアゲート16の出力がローレベルとなり,すべての他の制御装置が制御の開始を許可する場合にのみオアゲート16の出力がハイレベルとなる。かかる構成によれば,容易に制御の開始を判断することができる。
【0034】
制御開始信号RESETが入力され,すべての他の制御装置が制御の開始を許可すると,制御装置3による電磁弁1の制御が開始される。まず,制御ユニット13は,インタフェースユニット8を駆動する。インタフェースユニット8は,制御装置3内部のデータバス9及びアドレスバス10を,マイクロプロセッサシステム2に接続されたデータバス5及びアドレスバス7から切断する。かかる切断により,制御装置3がマイクロプロセッサシステム2のデータバス5及びアドレスバス7にフィードバック作用することが防止される。そして,マイクロプロセッサ4は,制御装置3に影響を受けることなく,データバス5及びアドレスバス7にアクセスすることができる。
【0035】
次いで,図2を参照しながら,本発明の実施の形態にかかるアクチュエータの制御方法を説明する。
まず,n個の制御値からなる制御データがマイクロプロセッサ4から制御装置3へ伝達される(ステップS17)。このn個の制御値は,制御装置3内のデータメモリ6にレジスタファイルとして格納される。次いで,制御装置3は,マイクロプロセッサ4が制御開始信号RESETを送出したかを判断する(ステップS18)。この判断は,制御開始信号RESETが送出されたと判断されるまで繰り返される。そして,制御開始信号RESETが送出されたと判断された場合には,制御装置3は,他の制御装置12−1,12−2が,制御の開始を拒否するための信号DISABLE1,DISABLE2を送出したかを判断する(ステップS19)。
【0036】
上記ステップS18及びステップS19は,マイクロプロセッサ4が制御開始信号RESETを送出し,さらに,他の制御装置12−1,12−2が制御の開始を許可するまで繰り返される。そして,ステップS18において制御開始信号RESETが送出されたと判断され,ステップS19において他の制御装置12−1,12−2が制御の開始を拒否するための信号を送出してないと判断された場合には,ステップS20以降の制御を開始する。
【0037】
制御が開始されると,まず,アドレスポインタiが制御データの最初の制御値(i=1)にセットされる(ステップS20)。次いで,ステップS21〜S28からなる制御の繰り返し(ループ)が行われる。このステップS21〜S28からなる制御の繰り返しは,後述のステップS24ですべての制御値が読み出されたと判断された場合,あるいは,ステップS27で読み出し時間tが所定のタイムスパンTを超えていると判断された場合に,終了する。
【0038】
ステップS21では,i番目の制御値がデータメモリ6から読み出されて,電磁弁1がi番目の制御値で制御される。次いで,アドレスポインタiが制御データの次の制御値にセット(i=i+1)される(ステップS23)。このとき,アドレスポインタiが制御値の個数nを超えたかを判断する(ステップS24)。アドレスポインタiが制御値の個数nを超えていると判断された場合には,すでに,制御データのすべての制御値がデータメモリ6から読み出されていることを意味するので,制御の繰り返しを終了する(ステップS29)。
【0039】
ステップS24で,アドレスポインタiが制御値の個数nを超えていないと判断された場合には,ステップS25〜S28においてマイクロエンジン11が次の制御値を読み出すための信号(読み出し信号)を出力するまで待機する。まず,ステップS25において,時刻tを0にセットする。次いで,時刻tをΔtずつ変化させながら(ステップS26),時刻tがタイムスパンTを超えたかを判断する(ステップS27)。時刻tがタイムスパンTを超えていないと判断される場合には,マイクロエンジン11からの読み出し信号を出力の有無を判断し(ステップS28),時刻tがタイムスパンTを超えていると判断される場合には,制御の繰り返しを終了する(ステップS29)。また,ステップS28において,マイクロエンジン11からの読み出し信号が出力されたと判断された場合には,ステップS21以降の制御値読み出し動作を行う。
【0040】
制御の繰り返しが終了すると,制御装置3は,マイクロプロセッサ4へ制御終了信号STOPを送信する(ステップS29)。制御装置3からマイクロプロセッサ4へ制御終了信号STOPが送出されると,マイクロプロセッサ4は,制御開始信号RESETを再び送信し,ステップS18以降の制御を新たに開始することができる。
【0041】
以上,添付図面を参照しながら本発明にかかるアクチュエータの制御システム及び制御方法の好適な実施形態について説明したが,本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【0042】
また,上記発明の実施の形態においては,アクチュエータの一例として電磁弁の制御について説明したが,本発明はこれに限定されない。電気信号等によって作動するソレノイドや,モータ等を使ってレバーやバルブなどを動作させる装置等についても同様に本発明は適用可能である。
【0043】
また,上記発明の実施の形態においては,マイクロプロセッサシステムとして,マイクロプロセッサ4及びマイクロエンジン11からなる構成を例に挙げて説明したが,本発明はこれに限定されない。例えば,図2のステップS28における制御値の読み出し信号を,所定のタイミングで出力するタイミング回路を備えるようにしてもよい。
【0044】
また,上記説明中,マイクロプロセッサ4の機能として説明した動作をマイクロエンジン11が行うようにしてもよく,マイクロエンジン11の機能として説明した動作をマイクロプロセッサ4が行うようにしてもよい。例えば,図2のステップS28における制御値の読み出し信号はマイクロプロセッサ4が出力する信号としてもよい。
【0045】
また,上記発明の実施の形態においては,制御の開始を判断するための論理ゲートとしてオアゲートを用いた場合の一例につき説明したが,本発明はこれに限定されない。例えば,この論理ゲートとしてアンドゲートを用い,このアンドゲートに入力される制御の開始を許可しない旨の信号を2値信号のローレベルの信号とし,アンドゲートの出力がハイレベルのときに制御を開始するようにしてもよい。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように,本発明によれば,アクチュエータの安全かつ確実な制御動作を保障することが可能である。
【0047】
特に,請求項2または3に記載の発明によれば,論理ゲートと2値データで容易に動作を制御することが可能である。
【0048】
また,請求項4または6に記載の発明によれば,制御動作を同期して行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかるアクチュエータの制御装置の概略を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態にかかるアクチュエータの制御方法の概略を示す説明図である。
【符号の説明】
1 電磁弁
2 マイクロプロセッサシステム
3 制御装置
4 マイクロプロセッサ
5 データバス
6 データメモリ
7 アドレスバス
8 インタフェースユニット
9 データバス
10 アドレスバス
11 マイクロエンジン
12−1,12−2 制御装置
13 制御ユニット
14 保持段
15−1,15−2 制御線
16 オアゲート
RESET 制御開始信号
STOP 制御終了信号
Claims (4)
- 複数のアクチュエータと,前記アクチュエータを制御する複数の制御装置と,前記制御装置に対し前記アクチュエータを制御するための制御データを出力するマイクロプロセッサシステムと,からなるアクチュエータの制御システムにおいて:
前記制御装置は,
データバスにより前記マイクロプロセッサシステムと接続され,前記制御データが入力されるインタフェースユニットと;
前記制御データを格納するためのデータメモリと;
前記データメモリに格納されている前記制御データを読み出して,前記アクチュエータを駆動するための制御ユニットと;
を備え,
前記制御ユニットは,前記データバスとは独立した制御線により前記マイクロプロセッサシステム又は他の前記制御装置と接続され、
前記マイクロプロセッサシステム又は他の前記制御装置は、前記制御線を介して前記制御ユニットが前記データメモリから前記制御データを読み出し前記アクチュエータを駆動することを開始するように制御し、
前記制御装置は,オアゲートを備え,オアゲートの入力には,前記制御線を介して、前記マイクロプロセッサシステム及び他の前記制御装置が接続され、前記オアゲートの出力には前記制御ユニットが接続されることを特徴とする,アクチュエータの制御システム。 - 前記制御ユニットは,前記データメモリに格納されているすべての制御値の読み出しを終了した際に,制御終了信号を前記マイクロプロセッサシステムに出力することを特徴とする,請求項1に記載のアクチュエータの制御装置。
- 複数のアクチュエータと,前記アクチュエータを制御する複数の制御装置と,前記制御装置に対し前記アクチュエータを制御するための制御データを出力するマイクロプロセッサシステムと,からなる制御システムにおける前記アクチュエータの制御方法において、前記制御装置は,オアゲートを備え,オアゲートの入力には,前記マイクロプロセッサシステム及び他の前記制御装置が接続され、前記オアゲートの出力には制御ユニットが接続される、前記制御システムにおける前記アクチュエータの制御方法において:
前記マイクロプロセッサシステムが前記制御装置に対し前記アクチュエータを制御するための制御データを出力する第1工程と;
前記マイクロプロセッサシステム及び他の前記制御装置が前記制御装置に対し前記オアゲートを介して制御開始信号を出力する第2工程と;
前記制御装置が前記制御データを用いて前記アクチュエータを制御する第3工程と;
を含むことを特徴とする,アクチュエータの制御方法。 - 前記第3工程の後に,前記制御装置が前記プロセッサシステムに対し制御終了信号を出力する第4工程を含むことを特徴とする,請求項3に記載のアクチュエータの制御方法。
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