JP4881138B2

JP4881138B2 - モータ駆動制御装置、電動アシスト装置及び応答性フィードバック制御方法

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Publication number: JP4881138B2
Application number: JP2006328221A
Authority: JP
Inventors: 弘落合; 光行若林
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Current assignee: Nifco Inc
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2012-02-22
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Also published as: JP2008141923A; TWI382649B; WO2008069205A1; TW200836471A

Description

この発明は、モータ駆動制御装置、電動アシスト装置及び応答性フィードバック制御方法に係り、特に、モータの回転速度（より詳しくは、モータの回転子の回転速度）のフィードバック制御を行うモータ駆動制御装置、当該モータ駆動制御装置を備えた電動アシスト装置及び応答性フィードバック制御方法に関する。

食器類や調理具などの物品を収納するために台所等に設けられている吊戸棚は、一般的に流し台の上面部など高い位置に設けられている。このため、吊戸棚は重い物品や大きな物品の出し入れが不便であった。

そこで、吊戸棚に対する物品の出し入れを容易にするための技術として、特許文献１には、台所等の上面部の壁に取付けられる外箱に、電動式昇降機構によって上下動する内箱を設けた構成とされた電動昇降吊戸棚が記載されている。この電動昇降吊戸棚では、物品を出し入れする際に、操作部に設けられたスイッチを操作して内箱を下降させることにより、吊戸棚に対する物品の出し入れを容易なものとしていた。
特開２００５−２１２９８号公報

ところで、上記特許文献１に記載の電動昇降吊戸棚は、内箱の昇降速度を低速にした場合、物品を出し入れ可能な位置に内箱を下降させたり、外箱に収納される位置に内箱を上昇させたりするまでに時間がかかり、使い勝手が悪かった。これに対し、内箱の昇降速度を速くした場合、使い勝手は向上するものの、単位時間当たりの内箱の昇降距離が長くなるため、例えば、内箱と外箱の間に物を挟んだ場合に、ユーザが操作部に対して内箱の昇降動作の停止を指示するまでに内箱が昇降する昇降距離が長くなる。

このため、特許文献１に記載の電動昇降吊戸棚を適用する場合、昇降速度を低速にせざるを得ないのが実情である。

そこで、例えば、内箱にグリップバーなどの把持部を設け、ユーザがグリップバーに対して内箱を昇降させるために力を加えた際の当該グリップバーに生じるひずみの向き及び大きさを検出し、検出結果に応じてモータの目標回転速度を求め、モータの回転速度を目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行うことにより、グリップバーに対して加えられた力に応じた回転速度でモータを回転させることによって、ユーザの内箱に対する昇降動作をアシストする電動アシスト装置を備えた電動吊戸棚が考えられる。

ところで、このようなフィードバック制御の一種として、ＰＩＤ制御が知られている。このＰＩＤ制御は、Ｐ制御（比例制御）とＩ制御（積分制御）とＤ制御（微分制御）を併用したフィードバック制御であり、例えば、目標回転速度に対するモータの回転速度の偏差（速度差）、偏差を時間積分した積分値、及び偏差を時間微分した微分値をそれぞれ求め、当該求めた偏差と積分値と微分値を加算し、当該加算により得られた値に対して所定のゲイン係数を乗算し、当該乗算により得られた値に基づいてモータの回転速度を制御している。

このＰＩＤ制御では、ゲイン係数を比較的大きな値とした場合、偏差に応じたモータの回転速度の単位時間当たりの調整量が大きいため、一例として図１３（Ａ）に示されるように、目標回転速度が変更された際に、モータの回転速度が目標回転速度に到達するまでの到達時間が短く、速度応答性が高い。

しかしながら、この場合、一例として図１３（Ｂ）に示されるように、目標回転速度が振動した際に、当該振動に伴ってモータの回転速度にハンチングが発生する場合がある、という問題点があった。

例えば、上述したユーザの内箱に対する昇降動作をアシストする電動アシスト装置を備えた電動吊戸棚が、ＰＩＤ制御によりモータの回転速度を制御しており、ゲイン係数に比較的大きな値が設定されていたとする。この場合に、ユーザがグリップバーに対して加える力を調整して内箱を緩やかに昇降させようとしたとすると、グリップバーのひずみ量に応じたモータの回転速度の調整量が大きいため、モータの回転に伴って内箱が昇降する昇降速度が、グリップバーを昇降させるユーザの手の昇降速度よりも速くなり、グリップバーに対して手が置き去りとなってしまう場合がある。

このように、手が置き去りになると、グリップバーのひずみ量が小さくなって目標回転速度が低下し、内箱の昇降速度も低下する。そして、この内箱の昇降速度の低下によってユーザの手がグリップバーに追いつくことにより、グリップバーのひずみ量が大きくなって目標回転速度が上昇し、内箱の昇降速度がユーザの手の昇降速度よりも再度速くなり、グリップバーに対して手が再度置き去りとなることが繰り返されてしまう結果、この目標回転速度の振動に伴ってモータの回転速度にハンチングが発生してしまう。

そして、モータの駆動力によりアシスト対象物に対するユーザの動作をアシストする電動アシスト装置では、低速動作時に、目標回転速度の振動に伴ってモータの回転速度にハンチングが発生すると、アシスト対象物に対するユーザの動作をスムーズにアシストすることはできない。

これに対し、ＰＩＤ制御では、ゲイン係数を比較的小さな値とした場合、偏差に応じたモータの回転速度の単位時間当たりの調整量が小さいため、一例として図１４（Ｂ）に示されるように、目標回転速度が振動した場合であっても、モータの回転速度にハンチングが発生しずらい。

しかしながら、この場合、一例として図１４（Ａ）に示されるように、目標回転速度が変更された際に、モータの回転速度が目標回転速度に到達するまでの到達時間が長くなり、速度応答性が低い、という問題点があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、速度応答性の低下を抑制しつつ、低速動作時に目標回転速度が振動した場合であってもモータの回転速度にハンチングが発生することを抑制することのできるモータ駆動制御装置、電動アシスト装置及び応答性フィードバック制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、モータの回転速度を検出する検出手段と、前記モータの目標回転速度を取得する取得手段と、前記目標回転速度に対する前記モータの回転速度の偏差に応じて前記モータの回転速度を前記目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行う際に、前記モータの回転速度が前記目標回転速度を超過するオーバーシュートを発生させない範囲内で、前記モータの回転速度の調整量を増幅するゲイン係数を、前記検出手段により検出された前記回転速度が速いほど大きな値となるように導出する導出手段と、前記取得手段により取得された前記目標回転速度に対する前記検出手段により検出された前記回転速度の偏差、及び前記導出手段により導出されたゲイン係数に基づいて前記フィードバック制御を行う制御手段と、を備えている。

請求項１記載の発明によれば、導出手段により、目標回転速度に対するモータの回転速度の偏差に応じてモータの回転速度を目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行う際に、モータの回転速度が目標回転速度を超過するオーバーシュートを発生させない範囲内で、モータの回転速度の調整量を増幅するゲイン係数が、モータの回転速度を検出する検出手段により検出された回転速度が速いほど大きな値となるように導出される。

そして、本発明では、制御手段により、モータの目標回転速度を取得する取得手段により取得された目標回転速度に対する検出手段により検出された回転速度の偏差、及び導出手段により導出されたゲイン係数に基づいてフィードバック制御が行われる。

これにより、モータの回転速度が比較的低速の場合は導出されるゲイン係数が比較的小さく、モータの回転速度の単位時間当たりの調整量が小さいため、目標回転速度が振動した場合であってもモータの回転速度にハンチングが発生することを抑制することができる。また、モータの回転速度が高速になるほど導出されるゲイン係数も大きくなり、モータの回転速度の単位時間当たりの調整量も大きくなるため、速度応答性の低下を抑制することもできる。

このように請求項１記載の発明によれば、モータの回転速度を検出すると共に、モータの目標回転速度を取得し、目標回転速度に対するモータの回転速度の偏差に応じてモータの回転速度を目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行う際に、モータの回転速度が目標回転速度を超過するオーバーシュートを発生させない範囲内で、モータの回転速度の調整量を増幅するゲイン係数を、検出した回転速度が速いほど大きな値となるように導出し、取得した目標回転速度に対する検出した回転速度の偏差、及び導出したゲイン係数に基づいてフィードバック制御を行っているので、速度応答性の低下を抑制しつつ、低速動作時に目標回転速度が振動した場合であってもモータの回転速度にハンチングが発生することを抑制することができる。

なお、本発明の制御手段は、請求項２記載のように、前記フィードバック制御として、前記偏差、前記偏差を時間積分した積分値、前記偏差を時間微分した微分値、及び前記導出手段により導出されたゲイン係数に基づいてＰＩＤ制御を行うものとしてもよい。

また、本発明の制御手段は、請求項３記載のように、前記偏差と前記積分値と前記微分値を加算し、当該加算により得られた値に対して前記ゲイン係数を乗算し、当該乗算により得られた値に基づいて前記ＰＩＤ制御を行うものとしてもよい。

一方、上記目的を達成するため、請求項４記載の電動アシスト装置は、請求項1乃至請求項３の何れか１項記載のモータ駆動制御装置と、前記モータ駆動制御装置により制御され、アシスト対象物を駆動するモータと、を備えている。

従って、請求項４記載の電動アシスト装置によれば、請求項１記載の発明と同様に作用するので、請求項１記載の発明と同様に、速度応答性の低下を抑制しつつ、低速動作時に目標回転速度が振動した場合であってもモータの回転速度にハンチングが発生することを抑制することができる。これにより、アシスト対象物に対するユーザの動作をスムーズにアシストすることができる。

一方、上記目的を達成するため、請求項５記載の応答性フィードバック制御方法は、モータの回転速度を検出すると共に、前記モータの目標回転速度を取得し、前記目標回転速度に対する前記モータの回転速度の偏差に応じて前記モータの回転速度を前記目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行う際に、前記モータの回転速度が前記目標回転速度を超過するオーバーシュートを発生させない範囲内で、前記モータの回転速度の調整量を増幅するゲイン係数を、検出した前記回転速度が速いほど大きな値となるように導出し、取得した前記目標回転速度に対する検出した前記回転速度の偏差、及び導出した前記ゲイン係数に基づいて前記フィードバック制御を行っている。

従って、請求項５記載の応答性フィードバック制御方法によれば、請求項１記載の発明と同様に作用するので、請求項１記載の発明と同様に、速度応答性の低下を抑制しつつ、低速動作時に目標回転速度が振動した場合であってもモータの回転速度にハンチングが発生することを抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、モータの回転速度を検出すると共に、モータの目標回転速度を取得し、目標回転速度に対するモータの回転速度の偏差に応じてモータの回転速度を目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行う際に、モータの回転速度が目標回転速度を超過するオーバーシュートを発生させない範囲内で、モータの回転速度の調整量を増幅するゲイン係数を、検出した回転速度が速いほど大きな値となるように導出し、取得した目標回転速度に対する検出した回転速度の偏差、及び導出したゲイン係数に基づいてフィードバック制御を行っているので、速度応答性の低下を抑制しつつ、低速動作時に目標回転速度が振動した場合であってもモータの回転速度にハンチングが発生することを抑制することができる、という優れた効果を有する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下では、本発明を電動吊戸棚に適用した場合について説明する。

図１及び図２には、本発明の実施の形態に係る電動吊戸棚１０が図示されている。

この電動吊戸棚１０は、一例として、システムキッチンに用いられる天井設置用とされている。電動吊戸棚１０は、箱状のキャビネット１２を備えており、当該キャビネット１２内には食器などが収納可能とされている。このキャビネット１２は、前面側及び後面側が開放された箱状の収納部１４内に収納可能とされている。

収納部１４の側板１６には、軸支ピン１８が設けられており、当該軸支ピン１８には、アーム２０の一端部が回転可能に軸支されている。また、収納部１４の側板１６には、軸支ピン１８を中心に円弧状のガイド孔２２が形成されており、ガイド孔２２には、アーム２０に取付けられたガイドピン２４が挿通されている。このため、軸支ピン１８を中心にアーム２０が回転すると、ガイドピン２４がガイド孔２２に沿って案内されることとなる。

また、アーム２０の他端部はキャビネット１２の側板２６の後側上部に設けられた装着部２８に装着されており、キャビネット１２はアーム２０を介して軸支ピン１８を中心にを揺動可能とされている。

一方、収納部１４には、一対の側板１６の間にシャフト３２、３４が架け渡されている。シャフト３４は、側板１６の前方側に配置されており、側板１６に対して回転不能となっている。また、シャフト３４にはアーム３６の一端部が回転可能に軸支されており、アーム３６の他端部はキャビネット１２の側板２６の中央側に設けられた装着部３８に装着されており、アーム３６は、アーム２０と共に、キャビネット１２を揺動可能とする。

一方、シャフト３２は側板１６に対して回転可能に軸支されており、シャフト３２には、正逆回転可能なモータ４０の駆動力がギア列４２を介して伝達されるようになっている。

図３に示されるように、モータ４０の回転軸には、ウォーム４４が直結されており、当該ウォーム４４にはモータ４０からの駆動力が伝達される。このウォーム４４にはウォームホイール４６Ａが噛み合っており、ウォームホイール４６Ａはウォーム４４の回転によって回転する。このウォームホイール４６Ａには小ギア４６Ｂが一体に設けられており、ウォームホイール４６Ａの回転によって、当該小ギア４６Ｂが回転する。この小ギア４６Ｂには大ギア４８Ａが噛み合っており、小ギア４６Ｂの回転に伴って大ギア４８Ａが回転する。この大ギア４８Ａには小ギア４８Ｂが一体に設けられており、大ギア４８Ａの回転によって、当該小ギア４８Ｂが回転する。この小ギア４８Ｂには大ギア５０Ａが噛み合っており、小ギア４８Ｂの回転に伴って大ギア５０Ａが回転する。この大ギア５０Ａにはかさ歯車５０Ｂが一体に設けられており、大ギア５０Ａの回転によって、当該かさ歯車５０Ｂが回転する。そして、このかさ歯車５０Ｂは、シャフト３２に固定されたかさ歯車５２と噛み合っており、当該かさ歯車５２の回転によって、シャフト３２が回転するようになっている。

また、モータ４０にはエンコーダ４１が設けれている。エンコーダ４１はモータ４０の正・逆転及び回転送度に応じたパルスを出力するものとされている。

シャフト３２（図２参照。）の両端部には、動力伝達ギア５４が固定されている。一方、収納部１４の側板１６には、軸支ピン１８を中心に回転する円盤状のアーム揺動用軸板５６が設けられている。このアーム揺動用軸板５６にはガイドピン２４が貫通しており、アーム揺動用軸板５６の外周面には、アーム揺動用ギア５６Ａが形成されており、このアーム揺動用ギア５６Ａが動力伝達ギア５４と噛み合っている。

アーム揺動用軸板５６は、動力伝達ギア５４の回転によって、軸支ピン１８を中心に回転し、ガイドピン２４をガイド孔２２に沿って移動させながら、アーム２０を回転させ、キャビネット１２を昇降移動させる。そして、このキャビネット１２の移動に追従して、アーム３６が回転する。

ところで、キャビネット１２は前面の下部から一対の支持板６０が垂下しており、当該支持板６０には棒状の把持部６２が支持されている。

図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、把持部６２は、樹脂で形成された円筒状のグリップ６４を備えており、グリップ６４の内部には、平板状の金属プレート６６が設けられている。この金属プレート６６はグリップ６４よりも長く形成されており、当該金属プレート６６の両端部が支持板６０に固定されている。

また、金属プレート６６とグリップ６４との間には、隙間が設けられるようになっており、グリップ６４の長手方向中央部には、金属プレート６６の表面及び裏面にそれぞれ対面するように凸部６４Ａが設けられている。また、グリップ６４の両端部には、金属プレート６６との間に設けられた隙間内に板バネ６８が配設され、一端部が金属プレート６６の表面或いは裏面に当接し、他端部がグリップ６４の内周面に当接して、グリップ６４を外側へ向けて付勢している。これにより、グリップ６４と金属プレート６６の位置関係を保持している。

また、グリップ６４の中央部には、金属部７０（導電性部材であれば何れあってもよい。）が設けられており、金属部７０にはタッチセンサ７１（図５参照。）が接続されている。タッチセンサ７１は、金属部７０の静電容量を検出している。タッチセンサ７１は、検出される静電容量が所定値未満であると、ロー（Low）レベルの信号を出力しており、所定値以上になると、ハイ（Hight）レベルの信号を出力する。この所定値は、ユーザの手が金属部７０に接触したことを検出可能な適切な値に定められている。

一方、金属プレート６６（図４参照。）の長手方向中央部には、凸部６４Ａと対面してひずみセンサ７２が配設されている。把持部６２では、ユーザが手で金属部７０を把持して昇降させることにより、凸部６４Ａが金属プレート６６に接触して金属プレート６６にひずみが発生する。

ひずみセンサ７２には、図示しないひずみゲージが内蔵されている。ひずみゲージは、ひずみの向き及び大きさに応じて抵抗値が変化する。ひずみセンサ７２は、ひずみゲージの抵抗値の変化を電圧の変化に置き換え、それを増幅して出力している。ひずみセンサ７２は金属プレート６６のひずみに応じてひずむことにより、出力される信号の電圧レベルが変化する。ひずみセンサ７２から出力される信号の電圧レベルは、ひずみセンサ７２が下方向にひずんだ場合にひずみ量に応じて低下し、上方向にひずんだ場合にひずみ量に応じて上昇する。すなわち、ひずみセンサ７２から出力される信号の電圧レベルを検出することにより、グリップ６４に作用する応力及び向きが検出可能とされている。

図５には、本実施の形態に係る電動吊戸棚１０の電気系の要部構成が示されている。

同図に示されるように、電動吊戸棚１０は、ひずみセンサ７２より出力される信号の電圧レベルを所定倍（本実の形態では１×１０^６倍だが、５０００倍から増幅可能である）に増幅する増幅回路８０と、エンコーダ４１から出力されたパルスに基づいてモータ４０の回転速度と回転方向を求め、当該回転速度と回転方向及び増幅回路８０によって増幅された信号の電圧レベルに基づいてモータ４０の回転速度を制御する速度制御信号を出力するマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という。）８２と、速度制御信号に応じてモータ４０の回転駆動させるドライブ回路８４と、を備えている。

なお、ひずみセンサ７２から出力される信号は数μＶ程度の電圧レベルであり、当該信号が伝送される配線に発生するノイズとのＳ／Ｎ比を大きくとれない。このため、本実施の形態に係る電動吊戸棚１０では、増幅回路８０をできるだけひずみセンサ７２に近い位置に設けて増幅回路８０とひずみセンサ７２との間の配線距離を極力短くし、配線に発生するノイズ量を極力抑制した状態で増幅を行うことにより、ノイズによる影響を抑制するようにしている。

マイコン８２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が１チップ上に構成されており、後述する駆動制御プログラムや電位差目標回転速度変換テーブル、基準電圧レベル等をＲＯＭに予め記憶している。

ドライブ回路８４は、速度制御信号に応じてモータ４０に対して出力する駆動信号のデューティ比を変化させることによりモータ４０の回転速度を変化させる。

図６には、本実施の形態に係るマイコン８２に記憶された電位差目標回転速度変換テーブルの一例が模式的に示されている。

同図に示されるように、この電位差目標回転速度変換テーブルには、電位差毎に目標回転速度が記憶されており、電位差の絶対値が大きくなるほど目標回転速度が速くなるように値が設定されている。なお、本実施の形態では、回転速度をモータ４０の回転軸がキャビネット１２を下降させる方向に回転する場合にマイナスの値とし、キャビネット１２を上昇させる方向に回転する場合にプラスの値として、回転方向も示している。

図７には、本実施の形態に係るマイコン８２の機能的な構成を示す機能ブロック図が示されている。

マイコン８２は、目標回転速度を取得する目標回転速度取得部９０と、一定時間の間にエンコーダ４１より入力するパルスを検出してモータ４０の回転速度及び回転方向を求め、回転方向に応じてプラス又はマイナスの値として回転速度を検出する回転速度検出部９２と、回転速度検出部９２により検出された回転速度に基づいてＰＩＤ制御で用いるゲイン係数Ｋｐを導出するゲイン係数導出部９４と、導出されたゲイン係数Ｋｐを用いてＰＩＤ制御を行って速度制御信号を出力するＰＩＤ制御部９６と、を備えている。

なお、目標回転速度取得部９０は、ひずみセンサ７２に内蔵されたひずみゲージにひずみが発生していない状態で、ひずみセンサ７２から出力された信号が増幅回路８０によって増幅された電圧レベルに相当する電圧レベルを、基準電圧レベルとして予め記憶している。そして、目標回転速度取得部９０は、タッチセンサ７１から入力された信号がハイレベルになると、基準電圧レベルを基準として増幅回路８０から入力された信号の電圧レベルとの電位差を求め、当該電位差に基づいて電位差目標回転速度変換テーブルから目標回転速度を取得する。

また、ひずみセンサ７２から出力される信号の電圧は、外部環境の変化などによってわずかずつ変化する場合がある。このため、目標回転速度取得部９０は、タッチセンサ７１から入力された信号がローレベルの場合、増幅回路８０から入力された信号の電圧レベルに基づき、記憶している基準電圧レベルを補正する。

ゲイン係数導出部９４は、回転速度を入力値とし、ゲイン係数Ｋｐを出力値とした所定の変換関数を予め記憶しており、当該変換関数を用いて回転速度からゲイン係数Ｋｐを導出する。

ところで、ＰＩＤ制御では、図８に示されるように、ゲイン係数Ｋｐの値を大きくするとモータ４０の回転速度が目標回転速度を超過するオーバーシュートが発生してしまい、また、ゲイン係数Ｋｐの値を小さくすると、モータ４０の回転速度が目標回転速度に到達するまでの到達時間を長くなり、速度応答性が低くなる。従って、このゲイン係数Ｋｐの最適な値は、オーバーシュートを発生させない範囲内で最も大きな値である。

そこで、上記変換関数は、ＰＩＤ制御を行った際にモータ４０の回転速度にオーバーシュートを発生させない範囲内で、モータ４０の回転速度が速くなるほど、導出されるゲイン係数が大きな値となるように予め定められている。なお、本実施の形態に係るゲイン係数導出部９４は、変換関数を用いて回転速度からゲイン係数を導出するものとしているが、例えば、回転速度が速くなるほど、オーバーシュートを発生させない範囲内で導出されるゲイン係数が大きな値となるように、回転速度とゲイン係数との関係を定めた回転速度ゲイン係数変換テーブルを予め記憶させておき、当該回転速度ゲイン係数変換テーブルに基づいてモータ４０の回転速度からゲイン係数Ｋｐを導出するものとしてもよい。

また、ＰＩＤ制御部９６は、目標回転速度に対するモータ４０の回転速度の偏差ｅ、偏差ｅを時間積分した積分値、及び偏差ｅを時間微分した微分値をそれぞれ求め、当該求めた偏差と積分値と微分値を加算し、当該加算により得られた値に対してゲイン係数Ｋｐを乗算した値ＭＶを求め、当該値ＭＶに応じてモータ４０の回転速度の増加量又は減少量を指示する速度制御信号を出力する。なお、図７のＰＩＤ制御部９６には、ラプラス変換された形式でＰＩＤ制御の流れが示されており、Ｔｉは積分時間、Ｔｄは微分時間、ｓはラプラス演算子を表わしている。偏差ｅに１／（Ｔｉ・Ｓ）を乗算することにより積分値を求めると共に、偏差ｅにＴｄ・Ｓを乗算することにより微分値を求めて、偏差ｅと積分値と微分値を加算し、加算により得られた値にゲイン係数Ｋｐを乗算することにより値ＭＶを導出している。

ところで、本実施の形態に係るマイコン８２は、上述したＰＩＤ制御を、駆動制御プログラムを実行することによって実現するものとされている。

次に、本実施の形態に係る電動吊戸棚１０の作用を説明する。

まず、図９及び図１０を参照して、ユーザがキャビネット１２を昇降させる際の全体的な動作の流れを説明する。

ユーザは、図９（Ａ）に示されるように、収納部１４に収納されたキャビネット１２を下降させる場合、把持部６２の金属部７０を手で把持し、把持部６２に対して下方向の力を加える。

これにより、把持部６２の内部に設けられた凸部６４Ａ（図４参照）が金属プレート６６に接触して金属プレート６６に下方向のひずみが発生し、金属プレート６６のひずみに応じてひずみセンサ７２にも下方向のひずみが発生する（図９（Ｂ）参照。）。

マイコン８２は、ひずみセンサ７２から出力される電圧レベルに基づいて目標回転速度を取得し、ＰＩＤ制御により当該目標回転速度でモータ４０の回転軸をキャビネット１２を下降させる方向に回転させることにより、ユーザのキャビネット１２に対する下降動作をアシストする（図９（Ｃ）参照。）。

一方、ユーザは、図１０（Ａ）に示されるように、下降したキャビネット１２を上昇させる場合、把持部６２の金属部７０を手で把持し、把持部６２に対して上方向の力を加える。

これにより、把持部６２の内部に設けられた金属プレート６６に上方向のひずみが発生し、ひずみセンサ７２にも上方向のひずみが発生する（図１０（Ｂ）参照。）。

マイコン８２は、ひずみセンサ７２から出力される電圧レベルに基づいて目標回転速度を取得し、ＰＩＤ制御により当該目標回転速度でモータ４０の回転軸をキャビネット１２を上昇させる方向に回転させることにより、ユーザのキャビネット１２に対する上昇動作をアシストする（図１０（Ｃ）参照。）。

このように、本実施の形態に係る電動吊戸棚１０は、ユーザが別途アシスト動作を指定する操作を行なうことなく、把持部６２の金属部７０を手で把持してキャビネット１２を上昇及び下降させる動作に応じてアシストを行うため、操作性がよい。

また、本実施の形態に係る電動吊戸棚１０は、ユーザが金属部７０に対して加える力に調整してひずみセンサ７２のひずみ量を変えることにより、キャビネット１２を昇降させる速度を調整できるため、使い勝手が向上する。

次に、図１１を参照して、駆動制御プログラムを実行する際のマイコン８２の作用を詳細に説明する。なお、当該駆動制御プログラムは電動吊戸棚１０の図示しない電源がオンされると実行され、電源がオフされると終了する。

同図のステップ１０２では、タッチセンサ７１から入力された信号がハイレベルであるか否かを判定し、肯定判定となった場合はステップ１０６へ移行する一方、否定判定となった場合は再度ステップ１０４へ移行する。

ステップ１０４では、記憶している基準電圧レベルを、増幅回路８０から入力された信号の電圧レベルに補正し、再度ステップ１０２へ移行する。すなわち、金属部７０にユーザの手が接触されるまでステップ１０２〜ステップ１０４の動作が繰り返される。これにより、例えば、振動等によってひずみセンサ７２にひずみが発生した場合等における誤動作を防止している。また、本ステップ１０４において基準電圧レベルを補正しているため、外部環境の変化等により、ひずみセンサ７２から出力される信号の電圧が変化した場合であっても、後述するステップ１０６において、把持部６２の金属部７０を手で把持されたことによるひずみに応じた電位差を正確に検出することができる。

ステップ１０６では、記憶している基準電圧レベルを基準として増幅回路８０より入力する信号の電圧レベルの電位差を検出する。

次のステップ１０８では、ステップ１０６において検出した電位差に基づき、電位差目標回転速度変換テーブルから当該電位差に対応する目標回転速度を取得し、次のステップ１１０では、一定時間の間にエンコーダ４１より入力するパルスを検出することによりモータ４０の回転速度を検出し、次のステップ１１２では、上述した変換関数を用いて上記ステップ１１０において検出されたモータ４０の回転速度からゲイン係数Ｋｐを導出する。

そして、次のステップ１１４では、上記ステップ１０８において導出した目標回転速度に対する上記ステップ１１０において検出したモータ４０の回転速度の偏差ｅ、偏差ｅを時間積分した積分値、及び偏差ｅを時間微分した微分値をそれぞれ求め、当該求めた偏差と積分値と微分値を加算し、当該加算により得られた値に対してゲイン係数Ｋｐを乗算して値ＭＶを算出する。

次のステップ１１６では、上記ステップ１１４において算出した値ＭＶに応じて回転速度の増加量又は減少量を指示する速度制御信号を出力し、上述したステップ１０２へ戻り、処理を継続して実行する。

ここで、図１２（Ａ），（Ｂ）には、本実施の形態に係るマイコン８２によってモータ４０の回転速度を制御した際のモータ４０の回転速度の変化が示されている。

本実施の形態に係る駆動制御プログラムによるＰＩＤ制御では、変換関数によって導出されるゲイン係数がモータ４０の回転速度の増加に伴って大きな値となるため、図１２（Ａ）に示されるように、目標回転速度が速い回転速度に変更された際のモータの回転速度の速度応答性を良好に保つことができる。

また、モータ４０の回転速度が低い場合は、変換関数によって導出されるゲイン係数が比較的小さな値となるため、図１１（Ｂ）に示されるように、目標回転速度が振動する場合であっても、モータの回転速度にハンチングが発生することを抑制することができる。

また、本実施の形態に係る電動吊戸棚１０は、ユーザがキャビネット１２を速く昇降させるために金属部７０に対して大きな力を加えてひずみセンサ７２のひずみ量を大きくした場合であっても、モータ４０の回転速度が低速の場合、変換関数によって導出されるゲイン係数が小さな値であるため、キャビネット１２が緩やかに移動を開始するので、高齢者等でも扱い易い。

以上のように本実施の形態によれば、検出手段（ここでは、回転速度検出部９２）により、モータの回転速度を検出し、取得手段（目標回転速度取得部９０）により、モータの目標回転速度を取得し、導出手段（ここでは、ゲイン係数導出部９４）により、目標回転速度に対するモータの回転速度の偏差に応じてモータの回転速度を目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行う際に、モータの回転速度が目標回転速度を超過するオーバーシュートを発生させない範囲内で、モータの回転速度の調整量を増幅するゲイン係数を、検出手段により検出された回転速度が速いほど大きな値となるように導出し、制御手段（ＰＩＤ制御部９６）により、取得手段により取得された目標回転速度に対する検出手段により検出された回転速度の偏差、及び導出手段により導出されたゲイン係数に基づいてフィードバック制御を行っているので、速度応答性の低下を抑制しつつ、低速動作時に目標回転速度が振動した場合であってもモータの回転速度にハンチングが発生することを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、ＰＩＤ制御によりモータ４０の回転速度をフィードバック制御する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ＰＩ制御などの他のフィードバック制御によりモータ４０の回転速度を制御するものとしてもよい。この場合も、本実施の形態と同様の効果を奏することができる。

また、本実施の形態では、モータ４０の回転速度から１つのゲイン係数Ｋｐを変換関数により導出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、回転速度から比例ゲイン係数、積分ゲイン係数、微分ゲイン係数を各々異なる変換関数により導出し、前記偏差に比例ゲイン係数を乗算した値、前記偏差を時間積分した積分値に積分ゲイン係数を乗算した値、及び偏差を時間微分した微分値に微分ゲイン係数を乗算した値をそれぞれ求め、それぞれの値を加算して得られた値に基づいてモータの回転速度の制御を行うものとしてもよい。これにより、モータ４０の回転速度に応じて比例ゲイン係数、積分ゲイン係数、微分ゲイン係数を個別に変えることができるため、モータ４０の応答特性を細かく制御することができる。

また、本実施の形態では、モータ４０の駆動力によりキャビネット１２の昇降動作をアシストする場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、モータ４０の駆動力によりアシスト対象物に対するユーザの動作をアシストする他の電動アシスト装置に用いてもよい。

その他、本実施の形態で説明した電動吊戸棚１０の構成（図１〜図４参照。）電動吊戸棚１０の電気系の構成（図５参照。）、及びマイコン８２の機能的な構成（図７参照。）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

また、本実施の形態で説明した電位差目標回転速度変換テーブル（図６参照。）のデータ構造も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

また、本実施の形態で説明した駆動制御プログラム（図１０参照。）の処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

実施の形態に係るキャビネットが収納された状態の電動吊戸棚の構成を示す斜視図である。実施の形態に係るキャビネットが下降した状態の電動吊戸棚の構成を示す斜視図である。実施の形態に係るギア列の詳細な構成を示す拡大図である。（Ａ）は把持部の横断面図であり、（Ｂ）は把持部の縦断面図である。実施の形態に係る電動吊戸棚の電気系の要部構成を示すブロック図である。実施の形態に係る電位差目標回転速度変換テーブルのデータ構造の一例を示す模式図である。実施の形態に係るマイコンの機能構成を示すブロック図である。ゲイン係数毎のモータの回転速度の変化の関係を示すグラフである。実施の形態に係る電動吊戸棚のキャビネットを下降する際の動作を示す図である。実施の形態に係る電動吊戸棚のキャビネットを収納する際の動作を示す図である。実施の形態に係る駆動制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。実施の形態に係るＰＩＤ制御によってモータの回転速度を制御した際のモータの回転速度の変化の一例を示すグラフである。従来のＰＩＤ制御によってモータの回転速度を制御した際のモータの回転速度の変化の一例を示すグラフである。従来のＰＩＤ制御によってモータの回転速度を制御した際のモータの回転速度の変化の一例を示すグラフである。

符号の説明

４０モータ
８２マイコン
９０目標回転速度取得部
９２回転速度検出部
９４ゲイン係数導出部
９６ＰＩＤ制御部

Claims

モータの回転速度を検出する検出手段と、
前記モータの目標回転速度を取得する取得手段と、
前記目標回転速度に対する前記モータの回転速度の偏差に応じて前記モータの回転速度を前記目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行う際に、前記モータの回転速度が前記目標回転速度を超過するオーバーシュートを発生させない範囲内で、前記モータの回転速度の調整量を増幅するゲイン係数を、前記検出手段により検出された前記回転速度が速いほど大きな値となるように導出する導出手段と、
前記取得手段により取得された前記目標回転速度に対する前記検出手段により検出された前記回転速度の偏差、及び前記導出手段により導出されたゲイン係数に基づいて前記フィードバック制御を行う制御手段と、
を備えたモータ駆動制御装置。
前記制御手段は、前記フィードバック制御として、前記偏差、前記偏差を時間積分した積分値、前記偏差を時間微分した微分値、及び前記導出手段により導出されたゲイン係数に基づいてＰＩＤ制御を行う
請求項１記載のモータ駆動制御装置。
前記制御手段は、前記偏差と前記積分値と前記微分値を加算し、当該加算により得られた値に対して前記ゲイン係数を乗算し、当該乗算により得られた値に基づいて前記ＰＩＤ制御を行う
請求項２記載のモータ駆動制御装置。
請求項1乃至請求項３の何れか１項記載のモータ駆動制御装置と、
前記モータ駆動制御装置により制御され、アシスト対象物を駆動するモータと、
を備えた電動アシスト装置。
モータの回転速度を検出すると共に、前記モータの目標回転速度を取得し、
前記目標回転速度に対する前記モータの回転速度の偏差に応じて前記モータの回転速度を前記目標回転速度に一致させるように制御するフィードバック制御を行う際に、前記モータの回転速度が前記目標回転速度を超過するオーバーシュートを発生させない範囲内で、前記モータの回転速度の調整量を増幅するゲイン係数を、検出した前記回転速度が速いほど大きな値となるように導出し、
取得した前記目標回転速度に対する検出した前記回転速度の偏差、及び導出した前記ゲイン係数に基づいて前記フィードバック制御を行う、
応答性フィードバック制御方法。