JP6580296B2 - アクチュエータの制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、同期電動機で駆動するアクチュエータの制御装置および制御方法に関するものである。

特許文献１に係るアクチュエータは、同期電動機と、減速機構と、減速機構の出力軸の角度位置を検出するセンサと、減速機構の出力軸の角度位置に応じて同期電動機を通電制御する電子回路とを備える。

特開２００４−５１５１８７号公報

減速機構の出力軸の角度位置を検出するセンサの出力信号は、同期電動機の回転子の磁極位置を検出するセンサの出力信号に比べて、精度および分解能が悪い。精度を向上させるために出力信号の平均化またはフィルタリングを行うと、出力信号に遅れが生じる。また、減速機構の出力軸に設置されたセンサと電子回路との距離が離れると両者を接続するハーネスからノイズが侵入する。このように、減速機構の出力軸の角度位置を検出するセンサの出力信号の劣化要因は多数考えられる。劣化した出力信号を用いて同期電動機の通電制御を行うと同期電動機の動作が安定しないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、アクチュエータの出力軸の角度を検出するセンサを用いて同期電動機の動作を安定させることを目的とする。

この発明に係るアクチュエータの制御装置は、アクチュエータの出力軸の角度を検出するセンサと、センサにより検出される１回転以上の角度を多回転角度に換算する多回転処理部と、同期電動機の電気角と機械角との位相差を目標位相差にフィードバック制御する位相差フィードバック部と、多回転処理部により換算される多回転角度をアクチュエータの目標位置にフィードバック制御する位置フィードバック部と、位相差フィードバック部および位置フィードバック部の制御結果に基づいて同期電動機の通電を制御する三相発振部とを備えるものである。

この発明によれば、位相差フィードバック部が速度を制御し、位置フィードバック部が位置を制御するようにしたので、アクチュエータの出力軸の角度を検出するセンサを用いて同期電動機の動作を安定させることができる。

実施の形態１に係るアクチュエータの制御装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１における初期位相の設定方法の一例を示すグラフである。 図３Ａ〜図３Ｄは、実施の形態１の位相差ＦＢ部による制御に関わる値の波形を示すグラフである。 実施の形態１の波形記憶部が記憶している波形例を示すグラフである。 実施の形態１に係るアクチュエータの制御装置の動作例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係るアクチュエータの制御装置の構成例を示すブロック図である。 図７Ａおよび図７Ｂは、各実施の形態に係るアクチュエータの制御装置のハードウェア構成例を示す図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るアクチュエータ１の制御装置３の構成例を示すブロック図である。アクチュエータ１は、動力源である同期電動機１０１、同期電動機１０１が出力するトルクを増大させる減速機構１０２、減速機構１０２の出力軸の回転運動を直動運動に変換する直動変換機構１０３、および同期電動機１０１の出力軸１０１ａの角度を検出するセンサ１１０を備える。このアクチュエータ１は、直動変換機構１０３の出力軸１０３ａに連結されたレバー４等を作動させる。例えば、車両用のアクチュエータ１は、レバー４を作動させることにより、レバー４に連結された図示しない排気再循環（ＥＧＲ）バルブまたはウェイストゲートバルブ等を開閉させる。

センサ１１０の出力信号は、センサハーネス２を経由して制御装置３に入力される。センサハーネス２が長いほど、センサハーネス２にノイズ２０１が侵入しやすくセンサ１１０の出力信号が劣化しやすい。

制御装置３は、センサハーネス２を経由して入力されるセンサ１１０の出力信号を用いて、同期電動機１０１の通電を制御し、アクチュエータ１を動作させる。この制御装置３は、多回転処理部３０１、位置フィードバック（ＦＢ）部３０２、位相検出部３０４、位相差ＦＢ部３０５、三相発振部３０９、および駆動回路３１１を備える。同期電動機１０１の通電制御方法としては電圧ベクトルを用いる方法と電流ベクトルを用いる方法があるが、実施の形態１では電圧ベクトルを用いる方法を説明する。電流ベクトルを用いる方法は、実施の形態２にて詳述する。

多回転処理部３０１は、センサ１１０の出力信号を用いて、同期電動機１０１の出力軸１０１ａの回転速度および回転角度を算出する。
例えば、センサ１１０の出力信号は、０．５Ｖから４．５Ｖまで直線的に変化して０度から３６０度を表現する信号である。多回転処理部３０１は、センサ１１０の出力信号の電圧値を例えば５ミリ秒ごとにサンプリングし、サンプリングした電圧値を０度から３６０度までのいずれかの単回転角度に変換する。

同期電動機１０１の出力軸１０１ａは１回転以上回転することが可能であるため、多回転処理部３０１は、変換した単回転角度が２７０度以上から９０度以下に急変した場合、角度が大きくなる方向（正方向）に０度位置を通過し１回転したと判定し、単回転角度に３６０度を加算して多回転角度を求める。逆に、変換した単回転角度が９０度以下から２７０度以上に急変した場合、多回転処理部３０１は、角度が小さくなる方向（負方向）に０度位置を通過し１回転したと判定し、単回転角度から３６０度を減算して多回転角度を求める。
ここで、多回転補正のための３６０度および−３６０度を、多回転補正値と呼ぶ。

続いて、多回転処理部３０１は、多回転角度を−１４４０度から１４４０度に制限し、制限後の多回転角度を位置ＦＢ部３０２に出力する。この例では、直動変換機構１０３の出力軸１０３ａが１回往復運動する間に同期電動機１０１の出力軸１０１ａが−１４４０度から１４４０度になる構成であるため、多回転角度が−１４４０度から１４４０度に制限される。

また、多回転処理部３０１は、５ミリ秒ごとにサンプリングされた単回転角度の前回値と今回値との差から、同期電動機１０１の回転子の回転速度を求め、位相差ＦＢ部３０５に出力する。このとき、多回転処理部３０１は、単回転角度の前回値に対して、多回転補正値を加えることで、１回転ごとに不連続が発生しても連続した回転速度を算出できる。

また、多回転処理部３０１は、式（１）を用いて単回転角度ｘをフィルタ処理して平滑化するとともに、同期電動機１０１の出力軸１０１ａが１回転した場合に出力値を１回転以内の角度に補正し、フィルタ処理後の単回転角度ｙを求める。式（１）において、Ｋｆはフィルタ係数、Ｄｙは前回のフィルタ処理後の単回転角度である。多回転処理部３０１は、１回転補正をＤｙに対して行う。
ｙ＝（１−Ｋｆ）・ｘ＋Ｋｆ・Ｄｙ （１）

これにより、回転子が０度位置を通過する時に急変する単回転角度に対して連続的なフィルタ処理が可能になる。また、センサ１１０の出力信号におけるノイズ２０１の影響を抑制できる。多回転処理部３０１は、フィルタ処理後の単回転角度を、フィルタ後単回転角度として位相差ＦＢ部３０５に出力する。

位置ＦＢ部３０２は、多回転処理部３０１から出力される多回転角度が目標位置３０３になるようにフィードバック制御し、同期電動機１０１に通電する電圧ベクトルの振幅ａを操作することによって、同期電動機１０１の出力軸１０１ａの位置を制御する。位置ＦＢ部３０２は、電圧ベクトルの振幅ａを三相発振部３０９に出力する。同期電動機１０１の出力軸１０１ａの目標位置３０３は、例えば、エンジンコントロールユニット等の上位コントローラにより決定され、制御装置３に入力される。上位コントローラから直動変換機構１０３の出力軸１０３ａ等の目標位置が入力された場合、位置ＦＢ部３０２は、同期電動機１０１の出力軸１０１ａの目標位置３０３に換算してもよい。

なお、位置ＦＢ部３０２は、フィードバック制御だけでなく、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせてもよい。例えば、位置ＦＢ部３０２は、多回転処理部３０１から出力される多回転角度の先行比例積分（ＩＰ）によるフィードバックと目標位置３０３のフィードフォワードにて、多回転角度を目標位置３０３に収束させる制御を行う。
また、位置ＦＢ部３０２は、フィードバックおよびフィードフォワードにて操作した電圧ベクトルの振幅ａを、電圧飽和が生じる最大値以下に制限した後、三相発振部３０９に出力してもよい。

位相検出部３０４は、位相差ＦＢ部３０５から出力される電気角速度ωを、同期電動機１０１の極対数で除算して、機械角速度を求める。位相検出部３０４は、機械角速度から機械角を求め、この機械角が０度以下になると３６０度を加算し、３６０度以上になると３６０度を減算することで、常に０度から３６０度の範囲に制限する。位相検出部３０４は、機械角と前回の電圧ベクトルの位相（電気角）とを加算して新たな電圧ベクトルの位相を求め、位相差ＦＢ部３０５に出力する。

初期位相３０８は、同期電動機１０１の回転子のｄ軸位置であり、同期電動機１０１の回転子が０度になるときの、センサ１１０が検出する角度である。この初期位相３０８は、制御装置３の起動時または製造時に制御装置３が同期電動機１０１に通電することでアクチュエータ１を動作させセンサ１１０の出力信号を取得して設定される。

ここで、図２に、初期位相３０８の設定方法の一例を示す。図２に示されるグラフの縦軸はセンサ１１０が検出する角度、横軸は電圧ベクトルの位相である。電圧ベクトルの位相をθ_１＜０およびθ_２＞０とした場合、制御装置３は、同期電動機１０１に通電する電圧ベクトルの位相をθ_１からθ_２まで掃引する。このとき、同期電動機１０１の回転子は通電により回転し、センサ１１０が検出する角度も変化する。制御装置３は、θ_２まで掃引した後、掃引方向を逆転してθ_１まで掃引する。このようにすると、電圧ベクトルの位相とセンサ１１０の角度との関係が測定される。θ_１からθ_２へ掃引した場合に位相が０度になるときのセンサ１１０の角度をｖ_ｕｐとし、θ_２からθ_１へ掃引した場合に位相が０度になるときのセンサ１１０の角度をｖ_ｄｏｗｎとすると、位相が０度になるときのセンサ１１０の角度は「（ｖ_ｕｐ＋ｖ_ｄｏｗｎ）／２」と推定される。この推定角度は、初期位相３０８として制御装置３に設定される。

位相差ＦＢ部３０５は、多回転処理部３０１から出力されるフィルタ後単回転角度に初期位相３０８を加算して、回転子の機械角を求める。このようにすると、回転子の機械角と回転子の磁束方向であるｄ軸とが一致するので、後述する三相発振部３０９が、回転子を正方向に駆動する場合はｄ軸位置に対して電気角で＋９０度の方向に通電し、負方向に駆動する場合はｄ軸位置に対して電気角で−９０度の方向に通電すれば、効率よく同期電動機１０１を駆動できる。

位相差ＦＢ部３０５は、位相検出部３０４から出力される電圧ベクトルの位相と上述した回転子の機械角との位相差が目標位相差３０６になるような電気角速度ωを算出する。そして、積分制御部３０７は、電気角速度ωを積分して電圧ベクトルの位相θを求め、三相発振部３０９へ出力する。位相差ＦＢ部３０５は、同期電動機１０１に通電する電圧ベクトルの位相θを操作することによって、同期電動機１０１の回転子の回転速度を制御する。

位相差ＦＢ部３０５は、例えば、積分制御部３０７によるフィードバック制御を行う。その際の積分制御部３０７の積分ゲインは、機械角に対して電圧ベクトルの位相が遅れている場合に角周波数を上昇させ、電圧ベクトルの位相が進んでいる場合に角周波数を降下させるように電気角速度ωを操作する係数である。位相差を積分制御によりフィードバックするので、センサ１１０の出力信号が平均化され、電気角速度ωが安定する。
また、位相差ＦＢ部３０５は、多回転処理部３０１から出力される回転速度に応じた速度範囲になるよう電気角速度ωを制限してもよい。例えば、位相差ＦＢ部３０５は、多回転処理部３０１から出力された最新の回転速度に応じて、速度範囲の上限値と下限値を設定する。この場合、積分制御部３０７は、制限後の電気角速度ωを積分する。

目標位相差３０６は、固定値でもよいし、回転速度に応じた変動値でもよい。
目標位相差３０６として固定値を用いる場合、位相差ＦＢ部３０５は、電気角９０度を同期電動機１０１の極対数で除算して機械角を求め、この機械角を目標位相差３０６として用いる。
目標位相差３０６として変動値を用いる場合、位相差ＦＢ部３０５は、上述した制限後の電気角速度ωと位相差との関係を示すルックアップテーブルを予め保持しており、上述した制限後の電気角速度ωに対応する位相差をルックアップテーブルから選択して目標位相差３０６として用いる。また、位相差ＦＢ部３０５は、相電流または相電圧等の大きさをもとに目標位相差３０６を決定してもよい。

図３Ａ〜図３Ｄは、位相差ＦＢ部３０５による制御に関わる値の波形を示すグラフである。なお、図３Ａ〜図３Ｄはシミュレーション結果である。各グラフの横軸は時間である。
図３Ａは、位相検出部３０４から位相差ＦＢ部３０５に入力される電圧ベクトルの位相（黒色で示す）と、位相差ＦＢ部３０５が求める回転子の機械角（灰色で示す）のグラフである。図３Ｂは、位相差ＦＢ部３０５が求める電圧ベクトルの位相と回転子の機械角との位相差（黒色で示す）と、固定値である目標位相差３０６（灰色で示す）のグラフである。図３Ｃは、位相差ＦＢ部３０５が操作する電気角速度ωのグラフである。図３Ｄは、電気角加速度のグラフである。電気角加速度は、積分制御部３０７が電気角速度ωを操作するために算出する積分項である。

三相発振部３０９において、波形記憶部３１０が記憶している波形を用いて、位置ＦＢ部３０２から出力される振幅ａおよび位相差ＦＢ部３０５から出力される位相θを持つＵ相、Ｖ相およびＷ相の信号を生成し、駆動回路３１１に出力する。なお、制御装置３において三相発振部３０９以外の各機能は５ミリ秒のサンプル周期で動作するのに対し、この三相発振部３０９は５ミリ秒よりも短いサンプル周期（例えば、０．２ミリ秒）で動作する。例えば、三相発振部３０９は、位相差ＦＢ部３０５から出力される５ミリ秒サンプル周期の位相θに対して、０．２ミリ秒サンプル周期ごとの角速度を加算して、０．２ミリ秒サンプル周期の位相θを求める。

波形記憶部３１０は、電圧波形を記憶している。図４は、実施の形態１の波形記憶部３１０が記憶している波形例を示すグラフである。この電圧波形は、電気角０度から６００度まで１度刻みの６０１個の要素をもつベクトルである。
三相発振部３０９は、波形記憶部３１０が記憶しているベクトルを参照し、Ｕ要素として、０．２ミリ秒サンプル周期の位相θに対応する電気角のベクトル要素値を抽出し、Ｖ要素として、上記位相θに２４０度を加算した電気角のベクトル要素値を抽出し、Ｗ要素として、上記位相θに１２０度を加算した電気角のベクトル要素値を抽出する。続いて三相発振部３０９は、位置ＦＢ部３０２から出力される振幅ａをＵ要素、Ｖ要素およびＷ要素のそれぞれに乗算し、０．５を加算することによって電圧値からデューティ値へ変換し、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のデューティ値を求める。そして、三相発振部３０９は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のデューティ値を用いて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のパルス信号を生成し、駆動回路３１１に出力する。

なお、一般のベクトル制御では、デューティ値の計算においてｄ−ｑ軸からＵＶＷ軸に変換する、いわゆる二相三相変換を行うため、複雑な計算が必要になる。これに対し、三相発振部３０９は、二相三相変換を行う必要がなく、より単純かつより短時間にデューティ値を決定できる。

駆動回路３１１は、三相発振部３０９から出力されるＵ相、Ｖ相およびＷ相のパルス信号に応じて、同期電動機１０１のＵ相巻線、Ｖ相巻線およびＷ相巻線に電圧を印加し、同期電動機１０１の回転子を駆動する。この駆動回路３１１は、例えば、６個のスイッチが３相ブリッジ接続された三相インバータを有する。
駆動回路３１１は、図４に示される電圧波形から生成されたパルス信号に応じて同期電動機１０１に通電することで、回転子を正方向に駆動する場合は電気角でｄ軸位置＋９０度の方向に通電でき、負方向に駆動する場合はｄ軸位置−９０度の方向に通電できるため、効率よく同期電動機１０１を駆動できる。

図５は、実施の形態１に係るアクチュエータ１の制御装置３の動作例を示すフローチャートである。
ステップＳＴ１において、多回転処理部３０１は、センサ１１０により検出される１回転以上の角度を多回転角度に換算する。
ステップＳＴ２において、位相差ＦＢ部３０５は、同期電動機１０１の電気角と機械角との位相差を目標位相差３０６にフィードバック制御する。
ステップＳＴ３において、位置ＦＢ部３０２は多回転処理部３０１により換算される多回転角度を目標位置３０３にフィードバック制御する。
ステップＳＴ４において、三相発振部３０９は、位相差ＦＢ部３０５および位置ＦＢ部３０２の制御結果に基づいてパルス信号を生成して駆動回路３１１へ出力することによって、同期電動機１０１の通電を制御する。

以上のように、実施の形態１に係るアクチュエータ１の制御装置３は、同期電動機１０１の出力軸１０１ａの角度を検出するセンサ１１０と、センサ１１０により検出される１回転以上の角度を多回転角度に換算する多回転処理部３０１と、同期電動機１０１の電気角と機械角との位相差を目標位相差３０６にフィードバック制御する位相差ＦＢ部３０５と、多回転処理部３０１により換算される多回転角度を目標位置３０３にフィードバック制御する位置ＦＢ部３０２と、位相差ＦＢ部３０５と位置ＦＢ部３０２の制御結果に基づいて同期電動機１０１の通電を制御する三相発振部３０９とを備える。このように、位相差ＦＢ部３０５が同期電動機１０１の回転子の速度を制御し、位置ＦＢ部３０２がアクチュエータ１の出力軸１０３ａの位置を制御するようにしたので、アクチュエータ１の出力軸１０１ａの角度を検出するセンサ１１０を用いて同期電動機１０１の動作を安定させることができる。

また、実施の形態１の位相差ＦＢ部３０５は、同期電動機１０１の回転子を正方向および負方向に回転させたときにセンサ１１０により検出される角度の平均値「（ｖ_ｕｐ＋ｖ_ｄｏｗｎ）／２」を、回転子のｄ軸位置、つまり初期位相３０８として用いる。これにより、センサ１１０の出力信号に対する回転子の磁極位置を検出できる。

また、実施の形態１の三相発振部３０９は、回転子を正方向に回転させる場合、ｄ軸位置＋９０度の方向に通電させ、回転子を負方向に回転させる場合、ｄ軸位置−９０度の方向に通電させる。これにより、効率よく同期電動機１０１を駆動できる。

また、実施の形態１の位相差ＦＢ部３０５は、電気角が遅れている場合に角周波数を高くし、電気角が進んでいる場合に角周波数を低くする。位相差ＦＢ部３０５が角周波数を操作する構成であるため、位相差ＦＢ部３０５の制御ロジックを簡素化できる。

また、実施の形態１の位置ＦＢ部３０２は、電圧ベクトルの振幅ａを操作する。これにより、位置ＦＢ部３０２と、電圧ベクトルの位相を制御する位相差ＦＢ部３０５とによる制御の干渉を防止できる。

また、実施の形態１の多回転処理部３０１は、式（１）を用いて、センサ１１０により検出される角度を平滑化するとともに、同期電動機１０１の出力軸１０１ａが１回転以上した場合に出力値を１回転以内の角度に補正するフィルタ処理を行う。位相差ＦＢ部３０５は、フィルタ後単回転角度を機械角に換算する。これにより、多回転処理部３０１は、位相差ＦＢ部３０５の制御のために多回転処理を行う必要がなくフィルタ処理のみ行えばよいため、多回転処理部３０１のロジックを簡素化できる。また、センサハーネス２にノイズ２０１が侵入して劣化したセンサ１１０の出力信号を平滑化できる。

また、実施の形態１の位相差ＦＢ部３０５は、同期電動機１０１の回転子の回転速度に応じて変化する速度範囲内に、電気角速度ωを制限する。これにより、センサハーネス２にノイズ２０１が侵入してセンサ１１０の出力信号が劣化した場合に、電気角速度ωがノイズ２０１に反応して誤った値になることを防止できる。

また、実施の形態１では、位相差ＦＢ部３０５および位置ＦＢ部３０２のサンプル周期（例えば、５ミリ秒）より、三相発振部３０９のサンプル周期（例えば、０．２ミリ秒）が短い。これにより、位相差ＦＢ部３０５および位置ＦＢ部３０２の処理負荷を低減できる。また、三相発振部３０９が生成する信号波形が滑らかになり、同期電動機１０１の回転子がスムーズに回転する。

なお、実施の形態１のセンサ１１０は、アクチュエータ１の出力軸の角度として、同期電動機１０１の出力軸１０１ａの角度を検出する構成であったが、この構成に限定されるものではなく、減速機構１０２の入力軸または出力軸の角度を検出する構成であってもよい。
また、センサ１１０は、直動変換機構１０３の出力軸１０３ａのストローク位置を検出し、検出したストローク位置を同期電動機１０１の出力軸１０１ａ等の角度に換算する構成であってもよい。ストローク位置を検出するセンサの出力信号も、特許文献１に記載されているような減速機構の出力軸の角度位置を検出するセンサの出力信号と同様に、同期電動機の回転子の磁極位置を検出するセンサの出力信号に比べて、精度および分解能が悪い。そのような場合にも、実施の形態１に係る制御装置３により、同期電動機１０１の動作を安定させることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、電圧ベクトルを用いて同期電動機１０１への通電を制御する例を説明した。実施の形態２では、電流ベクトルを用いて同期電動機１０１への通電を制御する例を説明する。

図６は、実施の形態２に係るアクチュエータ１の制御装置３の構成例を示すブロック図である。実施の形態２に係る制御装置３は、図１に示した実施の形態１の制御装置３に対して電流検出センサ３２０ｕ，３２０ｖ，３２０ｗ、電流検出部３２１、およびベクトル制御部３２２が追加され、位相検出部３０４が削除された構成である。図６において図１と同一または相当する部分は、同一の符号を付し説明を省略する。

電流検出部３２１は、電流検出センサ３２０ｕ，３２０ｖ，３２０ｗの出力信号を用いて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の相電流を検出する。電流検出部３２１は、検出した相電流の位相を位相差ＦＢ部３０５に出力し、検出した相電流の振幅をベクトル制御部３２２に出力する。

ベクトル制御部３２２は、電流検出部３２１から出力されるＵ相、Ｖ相およびＷ相の相電流の各振幅を用いて電流ベクトルの振幅を演算する。そして、ベクトル制御部３２２は、演算した電流ベクトルの振幅が位置ＦＢ部３０２から出力される電流ベクトルの振幅になるように電流値フィードバック制御を行い、ｄ軸とｑ軸とが９０度ずれた位置関係になるような電流ベクトルの振幅ａを算出して三相発振部３０９に出力する。また、ベクトル制御部３２２は、ｄ軸とｑ軸とが９０度ずれた位置関係になるような目標位相差３０６を算出し、位相差ＦＢ部３０５に出力する。

位相差ＦＢ部３０５は、電流検出部３２１から出力される電流ベクトルの位相（電気角）と、多回転処理部３０１から出力されるフィルタ後単回転角度から求めた回転子の機械角との位相差が、ベクトル制御部３２２から出力される目標位相差３０６になるようにフィードバック制御し、電気角速度ωを操作する。そして、積分制御部３０７は、電気角速度ωを積分して電流ベクトルの位相θを求め、三相発振部３０９へ出力する。三相発振部３０９は、電流値とデューティ値とが一対一関係であると仮定し、ベクトル制御部３２２から出力される電流ベクトルの振幅ａと位相差ＦＢ部３０５から出力される電流ベクトルの位相θとを用いて、同期電動機１０１に通電するＵ相、Ｖ相およびＷ相のデューティ値を求める。電流値とデューティ値との関係は、電流検出部３２１が検出する相電流に基づいてベクトル制御部３２２が電流値フィードバックにおいて確認可能である。

なお、実施の形態２では、図２に示されるθ_１およびθ_２を電流ベクトルの位相に読み替える。初期位相３０８は、θ_１からθ_２へ掃引した場合に位相が０度になるときのセンサ１１０の角度ｖ_ｕｐとθ_２からθ_１へ掃引した場合に位相が０度になるときのセンサ１１０の角度ｖ_ｄｏｗｎの平均値「（ｖ_ｕｐ＋ｖ_ｄｏｗｎ）／２」である。

以上のように、実施の形態２に係るアクチュエータ１の制御装置３のように電流ベクトルを用いて同期電動機１０１の通電制御を行う構成であっても、実施の形態１に係るアクチュエータ１の制御装置３のように電圧ベクトルを用いて同期電動機１０１の通電制御を行う構成と同様の効果が奏される。

最後に、各実施の形態１，２に係る制御装置３のハードウェア構成を説明する。
図７Ａと図７Ｂは、各実施の形態に係る制御装置３のハードウェア構成例を示すハードウェア構成図である。制御装置３における駆動回路３１１は三相インバータである。制御装置３における多回転処理部３０１、位置ＦＢ部３０２、位相検出部３０４、位相差ＦＢ部３０５、三相発振部３０９、電流検出部３２１、およびベクトル制御部３２２の各機能は、処理回路により実現される。即ち、制御装置３は、上記各機能を実現するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアとしての処理回路１０であってもよいし、メモリ１１に格納されるプログラムを実行するプロセッサ１２であってもよい。

図７Ａに示すように、処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路１０は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。多回転処理部３０１、位置ＦＢ部３０２、位相検出部３０４、位相差ＦＢ部３０５、三相発振部３０９、電流検出部３２１、およびベクトル制御部３２２の機能を複数の処理回路１０で実現してもよいし、各部の機能をまとめて１つの処理回路１０で実現してもよい。

図７Ｂに示すように、処理回路がプロセッサ１２である場合、多回転処理部３０１、位置ＦＢ部３０２、位相検出部３０４、位相差ＦＢ部３０５、三相発振部３０９、電流検出部３２１、およびベクトル制御部３２２の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１１に格納される。プロセッサ１２は、メモリ１１に格納されたプログラムを読みだして実行することにより、各部の機能を実現する。即ち、制御装置３は、プロセッサ１２により実行されるときに、図５のフローチャートで示されるステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ１１を備える。また、このプログラムは、多回転処理部３０１、位置ＦＢ部３０２、位相検出部３０４、位相差ＦＢ部３０５、三相発振部３０９、電流検出部３２１、およびベクトル制御部３２２の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。

ここで、プロセッサ１２とは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、またはマイクロコンピュータ等のことである。
メモリ１１は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、またはフラッシュメモリ等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリであってもよいし、ハードディスクまたはフレキシブルディスク等の磁気ディスクであってもよいし、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）またはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等の光ディスクであってもよい。
波形記憶部３１０は、メモリ１１である。

なお、多回転処理部３０１、位置ＦＢ部３０２、位相検出部３０４、位相差ＦＢ部３０５、三相発振部３０９、電流検出部３２１、およびベクトル制御部３２２の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、制御装置３における処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係るアクチュエータの制御装置は、センサハーネスにノイズが侵入したとしても同期電動機の動作を安定させるようにしたので、車載用アクチュエータのようにセンサハーネスが長いアクチュエータの制御装置に用いるのに適している。

１ アクチュエータ、２ センサハーネス、３ 制御装置、４ レバー、１０ 処理回路、１１ メモリ、１２ プロセッサ、１０１ 同期電動機、１０１ａ，１０３ａ 出力軸、１０２ 減速機構、１０３ 直動変換機構、１１０ センサ、２０１ ノイズ、３０１ 多回転処理部、３０２ 位置ＦＢ部、３０３ 目標位置、３０４ 位相検出部、３０５ 位相差ＦＢ部、３０６ 目標位相差、３０７ 積分制御部、３０８ 初期位相、３０９ 三相発振部、３１０ 波形記憶部、３１１ 駆動回路、３２０ｕ，３２０ｖ，３２０ｗ 電流検出センサ、３２１ 電流検出部、３２２ ベクトル制御部、ａ 振幅、θ 位相、ω 電気角速度。

Claims (9)

1. 同期電動機を動力源に用いたアクチュエータの制御装置であって、
   前記アクチュエータの出力軸の角度を検出するセンサと、
   前記センサにより検出される１回転以上の角度を多回転角度に換算する多回転処理部と、
   前記同期電動機の電気角と機械角との位相差を目標位相差にフィードバック制御する位相差フィードバック部と、
   前記多回転処理部により換算される多回転角度を前記アクチュエータの目標位置にフィードバック制御する位置フィードバック部と、
   前記位相差フィードバック部および前記位置フィードバック部の制御結果に基づいて前記同期電動機の通電を制御する三相発振部とを備えるアクチュエータの制御装置。
2. 前記位相差フィードバック部は、前記同期電動機の回転子を正方向および負方向に回転させたときに前記センサにより検出される角度の平均値を、前記回転子のｄ軸位置として用い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。
3. 前記三相発振部は、前記回転子を正方向に回転させる場合、前記ｄ軸位置＋９０度の方向に通電させ、前記回転子を負方向に回転させる場合、前記ｄ軸位置−９０度の方向に通電させ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。
4. 前記位相差フィードバック部は、前記電気角が遅れている場合に角周波数を高くし、前記電気角が進んでいる場合に角周波数を低くするように電気角速度を操作す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。
5. 前記位置フィードバック部は、電圧ベクトルまたは電流ベクトルの振幅を操作す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。
6. 前記多回転処理部は、前記センサにより検出される角度を平滑化するとともに、前記アクチュエータの出力軸が１回転以上した場合に出力値を１回転以内の角度に補正するフィルタ処理を行い、
   前記位相差フィードバック部は、前記フィルタ処理後の角度を前記機械角に換算す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。
7. 前記位相差フィードバック部は、前記同期電動機の回転子の回転速度に応じて変化する速度範囲内に、前記電気角速度を制限することを特徴とする請求項４記載のアクチュエータの制御装置。
8. 前記位相差フィードバック部および前記位置フィードバック部のサンプル周期より前記三相発振部のサンプル周期が短い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。
9. 同期電動機を動力源に用いたアクチュエータの制御方法であって、
   多回転処理部が、センサにより検出される前記アクチュエータの出力軸の１回転以上の角度を多回転角度に換算するステップと、
   位相差フィードバック部が、前記同期電動機の電気角と機械角との位相差を目標位相差にフィードバック制御するステップと、
   位置フィードバック部が、前記多回転処理部により換算される多回転角度を前記アクチュエータの目標位置にフィードバック制御するステップと、
   三相発振部が、前記位相差フィードバック部および前記位置フィードバック部の制御結果に基づいて前記同期電動機の通電を制御するステップとを備えるアクチュエータの制御方法。

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