JPH05184178A - アクチュエータ制御装置 - Google Patents
アクチュエータ制御装置Info
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- JPH05184178A JPH05184178A JP4001884A JP188492A JPH05184178A JP H05184178 A JPH05184178 A JP H05184178A JP 4001884 A JP4001884 A JP 4001884A JP 188492 A JP188492 A JP 188492A JP H05184178 A JPH05184178 A JP H05184178A
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- low
- operating speed
- noise
- rear wheel
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
- G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P.I., P.I.D.
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
- B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
- B62D7/14—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
- B62D7/15—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels
- B62D7/159—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels characterised by computing methods or stabilisation processes or systems, e.g. responding to yaw rate, lateral wind, load, road condition
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 アクチュエータの作動状態にかかわらずアク
チュエータの振動防止とアクチュエータの良好な応答を
達成する。アクチュエータの作動速度が低い時の指令値
の振動防止とアクチュエータの作動速度が高い時のアク
チュエータの収束応答性の向上を図る。アクチュエータ
の作動速度にかかわらずリアルタイムで最適なアクチュ
エータ動作を確保する。 【構成】 動作検出手段ｂの出力信号からノイズを除去
するにあたって、アクチュエータａの作動状態に基づい
てノイズ除去特性を可変とする可変ノイズ除去手段ｄを
設けた。また可変ノイズ除去手段ｄとしてローパスフィ
ルタを用い、アクチュエータ作動速度の高低に応じてカ
ットオフ周波数を変更する手段とした。さらに、アクチ
ュエータ作動速度に応じてローパスフィルタのカットオ
フ周波数を連続的に変化させる手段とした。
チュエータの振動防止とアクチュエータの良好な応答を
達成する。アクチュエータの作動速度が低い時の指令値
の振動防止とアクチュエータの作動速度が高い時のアク
チュエータの収束応答性の向上を図る。アクチュエータ
の作動速度にかかわらずリアルタイムで最適なアクチュ
エータ動作を確保する。 【構成】 動作検出手段ｂの出力信号からノイズを除去
するにあたって、アクチュエータａの作動状態に基づい
てノイズ除去特性を可変とする可変ノイズ除去手段ｄを
設けた。また可変ノイズ除去手段ｄとしてローパスフィ
ルタを用い、アクチュエータ作動速度の高低に応じてカ
ットオフ周波数を変更する手段とした。さらに、アクチ
ュエータ作動速度に応じてローパスフィルタのカットオ
フ周波数を連続的に変化させる手段とした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、分解能が粗かったりノ
イズ成分の多い動作検出信号をフィードバック信号とし
て用いるサーボ系に適用されるアクチュエータ制御装置
に関する。
イズ成分の多い動作検出信号をフィードバック信号とし
て用いるサーボ系に適用されるアクチュエータ制御装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、アクチュエータ制御装置として
は、例えば、『第１０回適応制御シンポジウム』（平成
２年１月３１日〜２月２日：東京）の発表原稿である
「自動車用アクチュエータのロバスト制御」に記載のも
のが知られている。
は、例えば、『第１０回適応制御シンポジウム』（平成
２年１月３１日〜２月２日：東京）の発表原稿である
「自動車用アクチュエータのロバスト制御」に記載のも
のが知られている。
【０００３】上記従来出典には、ＤＣモータ式四輪操舵
アクチュエータにおいて、外乱やアクチュエータ自体の
フリクション等の影響を受けにくくするため、補償器を
用いることで外乱に対してロバスト（頑強）な制御とす
るアクチュエータ制御技術が示されている。
アクチュエータにおいて、外乱やアクチュエータ自体の
フリクション等の影響を受けにくくするため、補償器を
用いることで外乱に対してロバスト（頑強）な制御とす
るアクチュエータ制御技術が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のアクチュエータ制御装置にあっては、分解能が粗く
ノイズ成分の多いセンサをアクチュエータの動作検出手
段として用いると、図４（Ａ）のシミュレーション結果
から分るように、アクチュエータを駆動するモータへの
電流指令値ｉ* が激しく振動する。そして、この振動
は、アクチュエータ自体を振動させ、異音を発生させ
る。
来のアクチュエータ制御装置にあっては、分解能が粗く
ノイズ成分の多いセンサをアクチュエータの動作検出手
段として用いると、図４（Ａ）のシミュレーション結果
から分るように、アクチュエータを駆動するモータへの
電流指令値ｉ* が激しく振動する。そして、この振動
は、アクチュエータ自体を振動させ、異音を発生させ
る。
【０００５】また、センサノイズ除去のためにカットオ
フ周波数が低いローパスフィルタを使用した場合、図５
（Ｂ）のシミュレーション結果から分るように、指令値
ｉ* が急変した場合に制御系のダンピング不足によりア
クチュエータの応答が振動的になってしまう。
フ周波数が低いローパスフィルタを使用した場合、図５
（Ｂ）のシミュレーション結果から分るように、指令値
ｉ* が急変した場合に制御系のダンピング不足によりア
クチュエータの応答が振動的になってしまう。
【０００６】本発明は、上記のような問題に着目してな
されたもので、分解能が粗かったりノイズ成分の多い動
作検出信号をフィードバック信号として用いるサーボ系
に適用されるアクチュエータ制御装置において、アクチ
ュエータの作動状態にかかわらずアクチュエータの振動
防止とアクチュエータの良好な応答を達成することを第
１の課題とする。
されたもので、分解能が粗かったりノイズ成分の多い動
作検出信号をフィードバック信号として用いるサーボ系
に適用されるアクチュエータ制御装置において、アクチ
ュエータの作動状態にかかわらずアクチュエータの振動
防止とアクチュエータの良好な応答を達成することを第
１の課題とする。
【０００７】アクチュエータの作動速度が低い時の指令
値の振動防止とアクチュエータの作動速度が高い時のア
クチュエータの収束応答性の向上を図ることを第２の課
題とする。
値の振動防止とアクチュエータの作動速度が高い時のア
クチュエータの収束応答性の向上を図ることを第２の課
題とする。
【０００８】アクチュエータの作動速度にかかわらずリ
アルタイムで最適なアクチュエータ動作を確保すること
を第３の課題とする。
アルタイムで最適なアクチュエータ動作を確保すること
を第３の課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記第１課題を解決する
ため本発明のアクチュエータ制御装置では、動作検出手
段の出力信号からノイズを除去するにあたって、アクチ
ュエータの作動状態に基づいてノイズ除去特性を可変と
する手段とした。
ため本発明のアクチュエータ制御装置では、動作検出手
段の出力信号からノイズを除去するにあたって、アクチ
ュエータの作動状態に基づいてノイズ除去特性を可変と
する手段とした。
【００１０】即ち、図１のクレーム対応図に示すよう
に、操作信号に応じて動作するアクチュエータａと、前
記アクチュエータａの動作状態を検出する動作検出手段
ｂと、前記操作信号を演算する操作信号演算手段ｃと、
前記アクチュエータａの作動状態に基づいてノイズ除去
特性を可変とし、前記動作検出手段ｂの出力信号からノ
イズを除去する可変ノイズ除去手段ｄとを備えているこ
とを特徴とする。
に、操作信号に応じて動作するアクチュエータａと、前
記アクチュエータａの動作状態を検出する動作検出手段
ｂと、前記操作信号を演算する操作信号演算手段ｃと、
前記アクチュエータａの作動状態に基づいてノイズ除去
特性を可変とし、前記動作検出手段ｂの出力信号からノ
イズを除去する可変ノイズ除去手段ｄとを備えているこ
とを特徴とする。
【００１１】上記第２課題を解決するため本発明のアク
チュエータ制御装置では、可変ノイズ除去手段としてロ
ーパスフィルタを用い、アクチュエータ作動速度の高低
に応じてカットオフ周波数を変更する手段とした。
チュエータ制御装置では、可変ノイズ除去手段としてロ
ーパスフィルタを用い、アクチュエータ作動速度の高低
に応じてカットオフ周波数を変更する手段とした。
【００１２】即ち、図１のクレーム対応図に示すよう
に、請求項１記載のアクチュエータ制御装置において、
前記可変ノイズ除去手段ｄとしてローパスフィルタを用
い、アクチュエータａの作動状態として作動速度を用
い、アクチュエータａの作動速度が低い時はカットオフ
周波数を低く設定し、作動速度が高い時はカットオフ周
波数を高く設定することを特徴とする。
に、請求項１記載のアクチュエータ制御装置において、
前記可変ノイズ除去手段ｄとしてローパスフィルタを用
い、アクチュエータａの作動状態として作動速度を用
い、アクチュエータａの作動速度が低い時はカットオフ
周波数を低く設定し、作動速度が高い時はカットオフ周
波数を高く設定することを特徴とする。
【００１３】上記第２課題を解決するため本発明のアク
チュエータ制御装置では、アクチュエータ作動速度に応
じてカットオフ周波数を連続的に変化させる手段とし
た。
チュエータ制御装置では、アクチュエータ作動速度に応
じてカットオフ周波数を連続的に変化させる手段とし
た。
【００１４】即ち、請求項２記載のアクチュエータ制御
装置において、前記カットオフ周波数を、アクチュエー
タａの作動速度に応じて連続的に変化させることを特徴
とする。
装置において、前記カットオフ周波数を、アクチュエー
タａの作動速度に応じて連続的に変化させることを特徴
とする。
【００１５】
【作用】請求項１記載の発明の作用を説明する。
【００１６】アクチュエータ制御時には、操作信号演算
手段ｃからの操作信号とアクチュエータａの動作状態を
検出する動作検出手段ｂからのフィードバック信号に応
じてアクチュエータａが制御される。そして、動作検出
手段ｂの出力信号からノイズを除去するにあたっては、
可変ノイズ除去手段ｄにおいて、アクチュエータａの作
動状態に基づいてノイズ除去特性が可変とされてノイズ
が除去される。
手段ｃからの操作信号とアクチュエータａの動作状態を
検出する動作検出手段ｂからのフィードバック信号に応
じてアクチュエータａが制御される。そして、動作検出
手段ｂの出力信号からノイズを除去するにあたっては、
可変ノイズ除去手段ｄにおいて、アクチュエータａの作
動状態に基づいてノイズ除去特性が可変とされてノイズ
が除去される。
【００１７】請求項２記載の発明の作用を説明する。
【００１８】動作検出手段ｂの出力信号からノイズを除
去するにあたっては、アクチュエータａの作動速度が低
い時はカットオフ周波数が低く設定され、作動速度が高
い時はカットオフ周波数が高く設定されたローパスフィ
ルタを用いてノイズが除去される。
去するにあたっては、アクチュエータａの作動速度が低
い時はカットオフ周波数が低く設定され、作動速度が高
い時はカットオフ周波数が高く設定されたローパスフィ
ルタを用いてノイズが除去される。
【００１９】請求項３記載の発明の作用を説明する。
【００２０】動作検出手段ｂの出力信号からノイズを除
去するにあたっては、アクチュエータａの作動速度に応
じて連続的に変化するカットオフ周波数によるローパス
フィルタを用いてノイズが除去される。
去するにあたっては、アクチュエータａの作動速度に応
じて連続的に変化するカットオフ周波数によるローパス
フィルタを用いてノイズが除去される。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
【００２２】（第１実施例）まず、構成を説明する。
【００２３】図２は本発明第１実施例のアクチュエータ
制御装置が適用された後輪舵角制御システムを示す全体
システム図で、１はＤＣモータ、２はウォームギア、３
はウォームホイール、４はラック、５はポテンショメー
タによるウォームホイール回転センサ（動作検出手段に
相当）、６はタイロッド、７はナックルアーム、８はタ
イヤ、９はコントローラ、１０はＰＷＭ電流制御アンプ
である。尚、ＤＣモータ１，ウォームギア２，ウォーム
ホイール３，ラック４等によってアクチュエータが構成
されている。
制御装置が適用された後輪舵角制御システムを示す全体
システム図で、１はＤＣモータ、２はウォームギア、３
はウォームホイール、４はラック、５はポテンショメー
タによるウォームホイール回転センサ（動作検出手段に
相当）、６はタイロッド、７はナックルアーム、８はタ
イヤ、９はコントローラ、１０はＰＷＭ電流制御アンプ
である。尚、ＤＣモータ１，ウォームギア２，ウォーム
ホイール３，ラック４等によってアクチュエータが構成
されている。
【００２４】前記ＤＣモータ１の回転運動は、ウォーム
ギア２及びウォームホイール３を介してラック４の直進
運動に変換され、ラック４がタイロッド６を介してナッ
クルアーム７を押し引きすることによってタイヤ８の回
転運動に変換される。
ギア２及びウォームホイール３を介してラック４の直進
運動に変換され、ラック４がタイロッド６を介してナッ
クルアーム７を押し引きすることによってタイヤ８の回
転運動に変換される。
【００２５】前記ウォームホイール回転センサ５は、Ｄ
Ｃモータ１の回転角度をウォームホイール３の回転角度
に対応した電圧値として出力する。
Ｃモータ１の回転角度をウォームホイール３の回転角度
に対応した電圧値として出力する。
【００２６】前記コントローラ９は、後輪舵角指令値演
算部９ａ（操作信号演算手段に相当）と、後輪舵角位置
決めサーボ演算部９ｂと、ローパスフィルタ９ｃ（可変
ノイズ除去手段に相当）と、モータ実回転角度演算部９
ｄにより構成されている。
算部９ａ（操作信号演算手段に相当）と、後輪舵角位置
決めサーボ演算部９ｂと、ローパスフィルタ９ｃ（可変
ノイズ除去手段に相当）と、モータ実回転角度演算部９
ｄにより構成されている。
【００２７】前記後輪舵角指令値演算部９ａは、操舵角
θと車速Ｖとから、例えば、特願平１−１６１１５７号
（特開平３−２５０７８号公報参照）のＰ７〜Ｐ９に述
べているような方法で後輪舵角指令値δR *を計算し、さ
らに、後輪舵角指令値δR *をモータ回転角に換算したモ
ータ回転角指令値φ* を計算する。
θと車速Ｖとから、例えば、特願平１−１６１１５７号
（特開平３−２５０７８号公報参照）のＰ７〜Ｐ９に述
べているような方法で後輪舵角指令値δR *を計算し、さ
らに、後輪舵角指令値δR *をモータ回転角に換算したモ
ータ回転角指令値φ* を計算する。
【００２８】前記後輪舵角位置決めサーボ演算部９ｂ
は、モータ回転角指令値φ* と実モータ回転角φからＤ
Ｃモータ１に流すべき電流指令値ｉ* を演算し、ＰＷＭ
電流制御アンプ１０に入力する。
は、モータ回転角指令値φ* と実モータ回転角φからＤ
Ｃモータ１に流すべき電流指令値ｉ* を演算し、ＰＷＭ
電流制御アンプ１０に入力する。
【００２９】前記ローパスフィルタ９ｃは、モータ実回
転角度演算部９ｄからのモータ回転角デジタル値φ* に
フィルタリング処理を施して実モータ回転角φとして出
力するフィルタで、モータ回転速度の増加に伴なってカ
ットオフ周波数が連続的に高くなる特性、つまり、モー
タ回転速度０で10Hz、モータ回転速度2000rpm 以上でダ
イレクトパスとなるカットオフ周波数に設定されてい
る。ここで、モータ回転数は、｛φ'(k)−φ'(k-1)｝／
Ｔをもとに算出され、リアルタイムでローパスフィルタ
９ｃのカットオフ周波数を変化させる。
転角度演算部９ｄからのモータ回転角デジタル値φ* に
フィルタリング処理を施して実モータ回転角φとして出
力するフィルタで、モータ回転速度の増加に伴なってカ
ットオフ周波数が連続的に高くなる特性、つまり、モー
タ回転速度０で10Hz、モータ回転速度2000rpm 以上でダ
イレクトパスとなるカットオフ周波数に設定されてい
る。ここで、モータ回転数は、｛φ'(k)−φ'(k-1)｝／
Ｔをもとに算出され、リアルタイムでローパスフィルタ
９ｃのカットオフ周波数を変化させる。
【００３０】前記モータ実回転角度演算部９ｄは、ウォ
ームホイール回転センサ５から得られる電圧値V(φW)を
モータ回転角デジタル値φ* に変換する。この時、Ａ／
Ｄ変換される電圧値V(φW)には既にノイズ成分が乗って
いる。また、ＤＣモータ１の回転をギアダウンした位置
でとらえているため、Ａ／Ｄ変換されたモータ回転角デ
ジタル値φ* は分解能が低い。しかも、モータ回転角デ
ジタル値φ* に変換する際、ノイズ成分もギア比倍され
てしまう。このため、モータ実回転角度演算部９ｄの出
力はノイズを含みかつ分解能が低い。
ームホイール回転センサ５から得られる電圧値V(φW)を
モータ回転角デジタル値φ* に変換する。この時、Ａ／
Ｄ変換される電圧値V(φW)には既にノイズ成分が乗って
いる。また、ＤＣモータ１の回転をギアダウンした位置
でとらえているため、Ａ／Ｄ変換されたモータ回転角デ
ジタル値φ* は分解能が低い。しかも、モータ回転角デ
ジタル値φ* に変換する際、ノイズ成分もギア比倍され
てしまう。このため、モータ実回転角度演算部９ｄの出
力はノイズを含みかつ分解能が低い。
【００３１】前記ＰＷＭ電流制御アンプ１０は、モータ
電流ｉをモータ電流指令値ｉ* に追従させるように動作
する。
電流ｉをモータ電流指令値ｉ* に追従させるように動作
する。
【００３２】次に、作用を説明する。
【００３３】後輪舵角位置決めサーボ演算部９ｂの制御
則として、ＰＩＤを用いた場合について説明する。図３
はデジタルＰＩＤ後輪舵角位置決めサーボ系のブロック
図を示し、ＫＰは比例ゲイン，ＫＩは積分ゲイン，Ｋｄ
は微分ゲインである。
則として、ＰＩＤを用いた場合について説明する。図３
はデジタルＰＩＤ後輪舵角位置決めサーボ系のブロック
図を示し、ＫＰは比例ゲイン，ＫＩは積分ゲイン，Ｋｄ
は微分ゲインである。
【００３４】ＰＩＤコントローラの積分作用ＫＩ／S
（但し、S はラプラス演算子）は、多角形積分のｚ変換
ＫＩＴ（１＋ｚ-1）／２（１−ｚ-1）で近似できる（但
し、Ｔはサンプリング周期，ｚ-1は遅れ演算子）。ま
た、微分作用Ｋｄ・Sは、Ｋｄ（１−ｚ-1）／Ｔで近似で
きる。比例作用は、連続系のゲインＫＰをそのまま適用
できる。従って、図２の後輪操舵機構とＰＷＭ電流制御
アンプ１０の結合したものを制御対象Ｐ（ｚ-1）とする
と、ＰＩＤコントローラを用いた後輪舵角位置決めサー
ボ系として図３を得る。
（但し、S はラプラス演算子）は、多角形積分のｚ変換
ＫＩＴ（１＋ｚ-1）／２（１−ｚ-1）で近似できる（但
し、Ｔはサンプリング周期，ｚ-1は遅れ演算子）。ま
た、微分作用Ｋｄ・Sは、Ｋｄ（１−ｚ-1）／Ｔで近似で
きる。比例作用は、連続系のゲインＫＰをそのまま適用
できる。従って、図２の後輪操舵機構とＰＷＭ電流制御
アンプ１０の結合したものを制御対象Ｐ（ｚ-1）とする
と、ＰＩＤコントローラを用いた後輪舵角位置決めサー
ボ系として図３を得る。
【００３５】ＰＩＤコントローラの設計は、制御される
システムの特性が仕様通りになるように、各ゲインＫ
Ｐ，ＫＩ，Ｋｄの値を決めることであるが、後輪舵角位
置決めサーボ系では、路面外乱等に対して影響を受けな
いことが望ましいため、各ゲインＫＰ，ＫＩ，Ｋｄの値
は比較的大きくしなければならない。
システムの特性が仕様通りになるように、各ゲインＫ
Ｐ，ＫＩ，Ｋｄの値を決めることであるが、後輪舵角位
置決めサーボ系では、路面外乱等に対して影響を受けな
いことが望ましいため、各ゲインＫＰ，ＫＩ，Ｋｄの値
は比較的大きくしなければならない。
【００３６】そこで、各ゲインＫＰ，ＫＩ，Ｋｄの値を
比較的大きめに設定し、センサノイズのある状態でしか
もセンサ分解能を粗くした場合のステップ応答シミュレ
ーションを図４に示す（但し、ローパスフィルタ９ｃは
作動させずに入力をそのまま出力させた場合である）。
センサ分解能が粗いと、電流指令値ｉ* は非常に振動的
になることが図４から分る。このような電流指令値ｉ*
の振動は、騒音あるいは電気的ノイズの原因となるため
に避けなければならない。
比較的大きめに設定し、センサノイズのある状態でしか
もセンサ分解能を粗くした場合のステップ応答シミュレ
ーションを図４に示す（但し、ローパスフィルタ９ｃは
作動させずに入力をそのまま出力させた場合である）。
センサ分解能が粗いと、電流指令値ｉ* は非常に振動的
になることが図４から分る。このような電流指令値ｉ*
の振動は、騒音あるいは電気的ノイズの原因となるため
に避けなければならない。
【００３７】そこで、ローパスフィルタ９ｃを作動させ
た場合のステップ応答シミュレーションを図５に示す。
但し、ローパスフィルタ９ｃのカッオフ周波数は一定値
（10Hz）に固定し、定常ゲイン＝１とした場合である。
センサ分解能及びノイズレベルは図６と同じである。
た場合のステップ応答シミュレーションを図５に示す。
但し、ローパスフィルタ９ｃのカッオフ周波数は一定値
（10Hz）に固定し、定常ゲイン＝１とした場合である。
センサ分解能及びノイズレベルは図６と同じである。
【００３８】この場合、電流指令値の振動レベルは図４
に比べるとかなり低く抑えられているが、後輪舵角の応
答が振動的になってしまい好ましくない。これは、ロー
パスフィルタ９ｃの影響によりＤＣモータ１の回転速度
が正しく制御系にフィードバックされていないため、ダ
ンピング不足になっていることによる。
に比べるとかなり低く抑えられているが、後輪舵角の応
答が振動的になってしまい好ましくない。これは、ロー
パスフィルタ９ｃの影響によりＤＣモータ１の回転速度
が正しく制御系にフィードバックされていないため、ダ
ンピング不足になっていることによる。
【００３９】そこで、ローパスフィルタ９ｃをモータ回
転速度の増加に伴なってカットオフ周波数が連続的に高
くなる様な特性とした実施例によるステップ応答シミュ
レーションを図６に示す。
転速度の増加に伴なってカットオフ周波数が連続的に高
くなる様な特性とした実施例によるステップ応答シミュ
レーションを図６に示す。
【００４０】この場合、モータ回転速度０で10Hz、モー
タ回転速度2000rpm 以上でダイレクトパスとなるカット
オフ周波数に設定されているため、モータ回転速度が低
い領域でのノイズ成分を抑えながらモータ回転速度が制
御系に正しくフィードバックされるようになり、電流指
令値ｉ* の振動レベルは図５と同レベルまで抑えられ、
かつ、後輪舵角の応答も図４と同様となり、図５で問題
となった振動的な応答は示さない。
タ回転速度2000rpm 以上でダイレクトパスとなるカット
オフ周波数に設定されているため、モータ回転速度が低
い領域でのノイズ成分を抑えながらモータ回転速度が制
御系に正しくフィードバックされるようになり、電流指
令値ｉ* の振動レベルは図５と同レベルまで抑えられ、
かつ、後輪舵角の応答も図４と同様となり、図５で問題
となった振動的な応答は示さない。
【００４１】以上説明してきたように第１実施例のアク
チュエータ制御装置にあっては、ウォームホイール回転
センサ５の出力信号からノイズを除去するにあたって、
モータ回転速度に応じてカットオフ周波数を連続的に変
化させるようにしたローパスフィルタ９ｃを用いる装置
とした為、モータ回転速度が低い領域での電流指令値ｉ
* の振動防止とモータ回転速度が高い領域での後輪舵角
δR の収束応答性の向上が図れるというように、モータ
回転速度にかかわらずリアルタイムで最適なアクチュエ
ータ動作を確保することができる。
チュエータ制御装置にあっては、ウォームホイール回転
センサ５の出力信号からノイズを除去するにあたって、
モータ回転速度に応じてカットオフ周波数を連続的に変
化させるようにしたローパスフィルタ９ｃを用いる装置
とした為、モータ回転速度が低い領域での電流指令値ｉ
* の振動防止とモータ回転速度が高い領域での後輪舵角
δR の収束応答性の向上が図れるというように、モータ
回転速度にかかわらずリアルタイムで最適なアクチュエ
ータ動作を確保することができる。
【００４２】（第２実施例）次に、後輪舵角位置決めサ
ーボ演算部９ｂの制御則として、従来出典として示した
「自動車用アクチュエータのロバスト制御」で用いられ
ている手法と同様の手法を適用した第２実施例について
説明する。尚、全体システムとしては図２と同様のシス
テムであるので、図示ならびに説明を省略する。
ーボ演算部９ｂの制御則として、従来出典として示した
「自動車用アクチュエータのロバスト制御」で用いられ
ている手法と同様の手法を適用した第２実施例について
説明する。尚、全体システムとしては図２と同様のシス
テムであるので、図示ならびに説明を省略する。
【００４３】図７に後輪舵角位置決めサーボ演算部９ｂ
のブロック図を示す。
のブロック図を示す。
【００４４】後輪舵角位置決めサーボ系の制御対象とな
るＰＷＭ電流制御アンプ１０と、図２の後輪舵角機構の
連続系でのモデリングは、以下のように行なうことがで
きる。ＰＷＭ電流制御アンプ１０の遅れは十分小さいと
し、モータ位置決めサーボ系の実用周波数上でその伝達
特性を１とする。
るＰＷＭ電流制御アンプ１０と、図２の後輪舵角機構の
連続系でのモデリングは、以下のように行なうことがで
きる。ＰＷＭ電流制御アンプ１０の遅れは十分小さいと
し、モータ位置決めサーボ系の実用周波数上でその伝達
特性を１とする。
【００４５】 Ｇi(S)＝ｉ(S) ／ｉ*(S) …(1) 次に、コーナリングフォースやフリクション等をゼロと
すれば図２の後輪舵角機構の運動方程式は次式となる。
すれば図２の後輪舵角機構の運動方程式は次式となる。
【００４６】 ｉ・ＫT ＝Ｊφ”＋Ｄφ’ …(2) ＫT ：モータトルク定数 φ”：モータ回転加速度
φ’：モータ回転速度 Ｊ：モータ軸換算アクチュエータ慣性 Ｄ：モータ軸換
算アクチュエータ粘性 (2) 式をラプラス変換してまとめると、 Ｐ(S) ＝φ(S) ／ｉ(S) ＝｛ＫT/Ｊ｝／{S(S＋Ｄ／Ｊ} …(3) デジタルコントローラを構成するため、ゼロ次ホルダを
用いて(3) 式を離散化すると(4) 式となる。
φ’：モータ回転速度 Ｊ：モータ軸換算アクチュエータ慣性 Ｄ：モータ軸換
算アクチュエータ粘性 (2) 式をラプラス変換してまとめると、 Ｐ(S) ＝φ(S) ／ｉ(S) ＝｛ＫT/Ｊ｝／{S(S＋Ｄ／Ｊ} …(3) デジタルコントローラを構成するため、ゼロ次ホルダを
用いて(3) 式を離散化すると(4) 式となる。
【００４７】 Ｐ（ｚ-1）＝（１−ｚ-1）Ｚ［(1/S)・Ｐ(S) ］ ＝｛ｚ-1(bP0＋bP1・ｚ-1) ｝／｛１＋aP1・ｚ-1＋aP2・ｚ-2｝…(4) 但し、Ｚ：ｚ変換 （１−ｚ-1）／S ：ゼロ次ホル
ダ (4) 式を書き換えると(5) 式になる。
ダ (4) 式を書き換えると(5) 式になる。
【００４８】 Ｐ（ｚ-1）＝［｛ｚ-1(bP0＋bP1)｝／｛１＋aP1・ｚ-1＋aP2・ｚ-2｝］・［(bP0 ＋bP1・ｚ-1）／(bP0＋bP1)］ …(5) 今、 Ｑ（ｚ-1）＝(bP0＋bP1・ｚ-1) ／Ｂ0 …(6) Ｂ0 ＝ bP0＋bP1 …(7) ＡP(ｚ-1）＝１＋aP1・ｚ-1＋aP2・ｚ-2 …(8) とおけば、(5) 式は(9) 式となる。
【００４９】 Ｐ（ｚ-1）＝［（ｚ-1・Ｂ0)/ ＡP(ｚ-1）］・Ｑ（ｚ-1） …(9) ここで、後輪舵角位置決めサーボ系の所望の特性を次式
で与える。
で与える。
【００５０】 Ｇm(ｚ-1）＝（１−ｚ-1）Ｚ［(1/S)・Ｇm(S)］・Ｑ（ｚ-1） ＝［｛ｚ-1(bm0＋bm1・ｚ-1) ｝／｛１＋am1・ｚ-1＋am2・ｚ-2｝］・ Ｑ（ｚ-1） …(10) 但し、Ｇm(S)＝ωn 2／（S2＋２ζωnS＋ωn 2） 図７でφ*(k)からφ(k) までの伝達特性を(10)式の所望
の特性に一致させるゲイン導出は、以下のようにして行
なうことができる。
の特性に一致させるゲイン導出は、以下のようにして行
なうことができる。
【００５１】今、図７でＨ（ｚ-1），Ｈ（ｚ-1）／Ｐ
0(ｚ-1）は無視して考える（これらは後述するロバスト
補償器であり、これから述べるゲイン導出演算とは独立
に設計できる）。
0(ｚ-1）は無視して考える（これらは後述するロバスト
補償器であり、これから述べるゲイン導出演算とは独立
に設計できる）。
【００５２】図７で、 ｉ*(k)＝｛１／Ｒ（ｚ-1）｝・｛Ｂ'm（ｚ-1）Ｑ*(k)−Ｌ（ｚ-1）φ(k) ｝ …(11) φ(k) ＝Ｐ（ｚ-1）・ｉ*(k) ＝［｛ｚ-1・ Ｂ0 ｝／｛ＡP(ｚ-1）｝］・Ｑ（ｚ-1）・ ｉ*(k)…(12) より、(11)式を(12)式に代入して整理すると、φ*(k)か
らφ(k) までの伝達特性として(13)式を得る。
らφ(k) までの伝達特性として(13)式を得る。
【００５３】 Ｇ（ｚ-1）＝｛ｚ-1・ Ｂ0・Ｑ（ｚ-1)・Ｂ'm（ｚ-1）｝／｛ＡP(ｚ-1)・Ｒ（ｚ-1 ）＋ｚ-1・Ｂ0・Ｑ（ｚ-1)・Ｌ（ｚ-1）｝ …(13) (13)式を所望の伝達特性(10)式に一致させるには、 Ｂ'm（ｚ-1）・Ｂ0 ＝ bm0＋bm1・ｚ-1 …(14) ＡP(ｚ-1)・Ｒ（ｚ-1）＋ｚ-1・Ｂ0・Ｑ（ｚ-1)・Ｌ（ｚ-1） ＝１＋am1・ｚ-1＋am2・ｚ-2 …(15) を満たす、Ｂm(ｚ-1），Ｒ（ｚ-1），Ｌ（ｚ-1）を求め
ればよい。
ればよい。
【００５４】ここで、 Ｒ（ｚ-1）＝１＋ｒｚ-1 …(16) Ｌ（ｚ-1）＝L0＋L1ｚ-1 …(17) とおくと、(15)式の左辺は、 （１＋aP1・ｚ-1＋aP2・ｚ-2)(１＋ｒｚ-1）＋ｚ-1Ｂ｛(bP0＋bP1・ｚ-1) ／Ｂ0} ・（L0＋L1ｚ-1） ＝１＋（aP1+r+bP0・L0) ｚ-1＋（aP2+r・aP1+bP0・L1+bP1・L0)ｚ-2 ＋（r・aP2+bP1・L1）ｚ-3 …(18) 従って、(15)式の右辺との係数比較により、 aP1+r+bP0・L0＝am1 …(19) aP2+r・aP1+bP0・L1+bP1・L0 ＝am2 …(20) r・aP2+bP1・L1＝０ …(21) が得られ、(19),(20),(21)式を満たすｒ，L0，L1を下記
に求める。
に求める。
【００５５】 L0＝｛(am2-aP2)・bP0-(am1-aP1)・bP1}／{bP0(-aP1・bP1/aP2+bP0)+bP1 2/aP2 ｝ …(22) L1＝(am1-aP1+L1・bP1/aP2)／bP0 …(23) ｒ＝-L1・bP1 ／aP2 …(24) 次に、外乱やパラメータ変動に対して低感度特性を得る
ためのロバスト補償器の説明をする。
ためのロバスト補償器の説明をする。
【００５６】今、制御対象Ｐ（ｚ-1）を次式であらわ
す。
す。
【００５７】 Ｐ（ｚ-1）＝Ｐ0(ｚ-1）（１＋Δ）＋ｄｉ …(25) Δ：モデル化誤差 ｄｉ；外乱 (25)式であらわされる制御対象に対して図８のように補
償器を構成すると、モータ回転角φ(k) は(26)式にな
る。
償器を構成すると、モータ回転角φ(k) は(26)式にな
る。
【００５８】 φ(k) ＝｛（１＋Δ）／（１＋ΔＨｚ-1）｝・Ｐ0(ｚ-1）・｛Ｖ(k) ＋（１− Ｈ（ｚ-1））・ｄｉ｝ …(26) さて、以上のようにして構成された後輪舵角位置決めサ
ーボ演算部９ｂを用いた場合のステップ応答のシミュレ
ーションを図９に示す（但し、ローパスフィルタ９ｃを
作動させずに入力をそのまま出力とした場合）。この場
合、電流指令値ｉ* はかなり振動的になっており、好ま
しくない。
ーボ演算部９ｂを用いた場合のステップ応答のシミュレ
ーションを図９に示す（但し、ローパスフィルタ９ｃを
作動させずに入力をそのまま出力とした場合）。この場
合、電流指令値ｉ* はかなり振動的になっており、好ま
しくない。
【００５９】次に、カットオフ周波数一定のローパスフ
ィルタを用いた場合のシミュレーション結果を図１０に
示す。この場合、電流指令値ｉ* の振動レベルは低減さ
れているが、後輪舵角の応答が振動的になってしまい好
ましくない。これは、ローパスフィルタの影響によりモ
ータ回転速度が正しく制御系にフィードバックされない
ため、ダンピング不足となっていることによる。
ィルタを用いた場合のシミュレーション結果を図１０に
示す。この場合、電流指令値ｉ* の振動レベルは低減さ
れているが、後輪舵角の応答が振動的になってしまい好
ましくない。これは、ローパスフィルタの影響によりモ
ータ回転速度が正しく制御系にフィードバックされない
ため、ダンピング不足となっていることによる。
【００６０】そこで、ローパスフィルタ９ｃをモータ回
転速度の増加に伴なってカットオフ周波数が連続的に高
くなる様な特性とした実施例によるステップ応答シミュ
レーションを図１１に示す。
転速度の増加に伴なってカットオフ周波数が連続的に高
くなる様な特性とした実施例によるステップ応答シミュ
レーションを図１１に示す。
【００６１】この場合、モータ回転速度０で10Hz、モー
タ回転速度2000rpm 以上でダイレクトパスとなるカット
オフ周波数に設定されているため、モータ回転速度が低
い領域でのノイズ成分を抑えながらモータ回転速度が制
御系に正しくフィードバックされるようになり、電流指
令値ｉ* の振動レベルは図１０と同レベルまで抑えら
れ、かつ、後輪舵角の応答も図９と同様となり、図１０
で問題となった振動的な応答は示さない。
タ回転速度2000rpm 以上でダイレクトパスとなるカット
オフ周波数に設定されているため、モータ回転速度が低
い領域でのノイズ成分を抑えながらモータ回転速度が制
御系に正しくフィードバックされるようになり、電流指
令値ｉ* の振動レベルは図１０と同レベルまで抑えら
れ、かつ、後輪舵角の応答も図９と同様となり、図１０
で問題となった振動的な応答は示さない。
【００６２】以上説明してきたように第２実施例のアク
チュエータ制御装置にあっては、ウォームホイール回転
センサ５の出力信号からノイズを除去するにあたって、
モータ回転速度に応じてカットオフ周波数を連続的に変
化させるようにしたローパスフィルタ９ｃを用いる装置
とした為、モータ回転速度が低い領域での電流指令値ｉ
* の振動防止とモータ回転速度が高い領域での後輪舵角
δR の収束応答性の向上が図れるというように、モータ
回転速度にかかわらずリアルタイムで最適なアクチュエ
ータ動作を確保することができる。
チュエータ制御装置にあっては、ウォームホイール回転
センサ５の出力信号からノイズを除去するにあたって、
モータ回転速度に応じてカットオフ周波数を連続的に変
化させるようにしたローパスフィルタ９ｃを用いる装置
とした為、モータ回転速度が低い領域での電流指令値ｉ
* の振動防止とモータ回転速度が高い領域での後輪舵角
δR の収束応答性の向上が図れるというように、モータ
回転速度にかかわらずリアルタイムで最適なアクチュエ
ータ動作を確保することができる。
【００６３】以上、実施例を図面により説明してきた
が、具体的な構成は実施例に限られるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加等があ
っても本発明に含まれる。
が、具体的な構成は実施例に限られるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加等があ
っても本発明に含まれる。
【００６４】例えば、実施例では、後輪舵角制御システ
ムへの適用例を示したが、分解能が粗いあるいはノイズ
成分の多いセンサ信号をフィードバック信号として用い
るあらゆるサーボ系に対して本発明は適用可能である。
ムへの適用例を示したが、分解能が粗いあるいはノイズ
成分の多いセンサ信号をフィードバック信号として用い
るあらゆるサーボ系に対して本発明は適用可能である。
【００６５】
【発明の効果】以上説明してきたように請求項１記載の
本発明にあっては、分解能が粗かったりノイズ成分の多
い動作検出信号をフィードバック信号として用いるサー
ボ系に適用されるアクチュエータ制御装置において、動
作検出手段の出力信号からノイズを除去するにあたっ
て、アクチュエータの作動状態に基づいてノイズ除去特
性を可変とする可変ノイズ除去手段を設けた為、アクチ
ュエータの作動状態にかかわらずアクチュエータの振動
防止とアクチュエータの良好な応答を達成することがで
きるという効果が得られる。
本発明にあっては、分解能が粗かったりノイズ成分の多
い動作検出信号をフィードバック信号として用いるサー
ボ系に適用されるアクチュエータ制御装置において、動
作検出手段の出力信号からノイズを除去するにあたっ
て、アクチュエータの作動状態に基づいてノイズ除去特
性を可変とする可変ノイズ除去手段を設けた為、アクチ
ュエータの作動状態にかかわらずアクチュエータの振動
防止とアクチュエータの良好な応答を達成することがで
きるという効果が得られる。
【００６６】請求項２記載の本発明にあっては、可変ノ
イズ除去手段としてローパスフィルタを用い、アクチュ
エータ作動速度の高低に応じてカットオフ周波数を変更
する装置とした為、アクチュエータの作動速度が低い時
の指令値の振動防止とアクチュエータの作動速度が高い
時のアクチュエータの収束応答性の向上を図ることがで
きるという効果が得られる。
イズ除去手段としてローパスフィルタを用い、アクチュ
エータ作動速度の高低に応じてカットオフ周波数を変更
する装置とした為、アクチュエータの作動速度が低い時
の指令値の振動防止とアクチュエータの作動速度が高い
時のアクチュエータの収束応答性の向上を図ることがで
きるという効果が得られる。
【００６７】請求項３記載の本発明にあっては、アクチ
ュエータ作動速度に応じてローパスフィルタのカットオ
フ周波数を連続的に変化させる装置とした為、アクチュ
エータの作動速度にかかわらずリアルタイムで最適なア
クチュエータ動作を確保することができるという効果が
得られる。
ュエータ作動速度に応じてローパスフィルタのカットオ
フ周波数を連続的に変化させる装置とした為、アクチュ
エータの作動速度にかかわらずリアルタイムで最適なア
クチュエータ動作を確保することができるという効果が
得られる。
【００６８】特に、本発明は、サーボ系の特性を悪化さ
せずに、指令値が振動的になることを抑えることがで
き、それによって生じる騒音や他の回路に対するノイズ
を減少させることが可能となり、分解能が粗かったりノ
イズ成分の多い動作検出信号をフィードバック信号とし
て用いるサーボ系の性能向上を実現できる。
せずに、指令値が振動的になることを抑えることがで
き、それによって生じる騒音や他の回路に対するノイズ
を減少させることが可能となり、分解能が粗かったりノ
イズ成分の多い動作検出信号をフィードバック信号とし
て用いるサーボ系の性能向上を実現できる。
【図１】本発明のアクチュエータ制御装置を示すクレー
ム対応図である。
ム対応図である。
【図２】第１実施例のアクチュエータ制御装置が適用さ
れた後輪舵角制御システムを示す全体システム図であ
る。
れた後輪舵角制御システムを示す全体システム図であ
る。
【図３】第１実施例装置でのデジタルＰＩＤ後輪舵角位
置決めサーボ系を示すブロック図である。
置決めサーボ系を示すブロック図である。
【図４】ローパスフィルタを用いない第１実施例のアク
チュエータ制御装置による電流指令値のステップ応答シ
ミュレーション図（Ａ）及び後輪舵角のステップ応答シ
ミュレーション図（Ｂ）である。
チュエータ制御装置による電流指令値のステップ応答シ
ミュレーション図（Ａ）及び後輪舵角のステップ応答シ
ミュレーション図（Ｂ）である。
【図５】一定のカットオフ周波数をもつローパスフィル
タを用いた第１実施例のアクチュエータ制御装置による
電流指令値のステップ応答シミュレーション図（Ａ）及
び後輪舵角のステップ応答シミュレーション図（Ｂ）で
ある。
タを用いた第１実施例のアクチュエータ制御装置による
電流指令値のステップ応答シミュレーション図（Ａ）及
び後輪舵角のステップ応答シミュレーション図（Ｂ）で
ある。
【図６】第１実施例のアクチュエータ制御装置による電
流指令値のステップ応答シミュレーション図（Ａ）及び
後輪舵角のステップ応答シミュレーション図（Ｂ）であ
る。
流指令値のステップ応答シミュレーション図（Ａ）及び
後輪舵角のステップ応答シミュレーション図（Ｂ）であ
る。
【図７】第２実施例のアクチュエータ制御装置での後輪
舵角位置決めサーボ演算部を示すブロック図である。
舵角位置決めサーボ演算部を示すブロック図である。
【図８】第２実施例の後輪舵角位置決めサーボ演算部に
適用されたロバスト補償器を示すブロック図である。
適用されたロバスト補償器を示すブロック図である。
【図９】ローパスフィルタを用いない第２実施例のアク
チュエータ制御装置による電流指令値のステップ応答シ
ミュレーション図（Ａ）及び後輪舵角のステップ応答シ
ミュレーション図（Ｂ）である。
チュエータ制御装置による電流指令値のステップ応答シ
ミュレーション図（Ａ）及び後輪舵角のステップ応答シ
ミュレーション図（Ｂ）である。
【図１０】一定のカットオフ周波数をもつローパスフィ
ルタを用いた第２実施例のアクチュエータ制御装置によ
る電流指令値のステップ応答シミュレーション図（Ａ）
及び後輪舵角のステップ応答シミュレーション図（Ｂ）
である。
ルタを用いた第２実施例のアクチュエータ制御装置によ
る電流指令値のステップ応答シミュレーション図（Ａ）
及び後輪舵角のステップ応答シミュレーション図（Ｂ）
である。
【図１１】第２実施例のアクチュエータ制御装置による
電流指令値のステップ応答シミュレーション図（Ａ）及
び後輪舵角のステップ応答シミュレーション図（Ｂ）で
ある。
電流指令値のステップ応答シミュレーション図（Ａ）及
び後輪舵角のステップ応答シミュレーション図（Ｂ）で
ある。
ａ アクチュエータ ｂ 動作検出手段 ｃ 操作信号演算手段 ｄ 可変ノイズ除去手段（ローパスフィルタ）
Claims (3)
- 【請求項１】 操作信号に応じて動作するアクチュエー
タと、 前記アクチュエータの動作状態を検出する動作検出手段
と、 前記操作信号を演算する操作信号演算手段と、 前記アクチュエータの作動状態に基づいてノイズ除去特
性を可変とし、前記動作検出手段の出力信号からノイズ
を除去する可変ノイズ除去手段と、 を備えていることを特徴とするアクチュエータ制御装
置。 - 【請求項２】 請求項１記載のアクチュエータ制御装置
において、 前記可変ノイズ除去手段としてローパスフィルタを用
い、アクチュエータの作動状態として作動速度を用い、
アクチュエータの作動速度が低い時はカットオフ周波数
を低く設定し、作動速度が高い時はカットオフ周波数を
高く設定することを特徴とするアクチュエータ制御装
置。 - 【請求項３】 請求項２記載のアクチュエータ制御装置
において、 前記カットオフ周波数を、アクチュエータの作動速度に
応じて連続的に変化させることを特徴とするアクチュエ
ータ制御装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4001884A JPH05184178A (ja) | 1992-01-09 | 1992-01-09 | アクチュエータ制御装置 |
| US07/998,914 US5444346A (en) | 1992-01-09 | 1992-12-30 | Control system for actuator applicable to servo system having low resolution sensor and in feedback control mode |
| DE4300365A DE4300365A1 (en) | 1992-01-09 | 1993-01-08 | Controller for servo system for robust operation of motor vehicle steering - has controller unit coupled into feedback path providing action independent of input command change. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4001884A JPH05184178A (ja) | 1992-01-09 | 1992-01-09 | アクチュエータ制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05184178A true JPH05184178A (ja) | 1993-07-23 |
Family
ID=11513997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4001884A Pending JPH05184178A (ja) | 1992-01-09 | 1992-01-09 | アクチュエータ制御装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5444346A (ja) |
| JP (1) | JPH05184178A (ja) |
| DE (1) | DE4300365A1 (ja) |
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| JP2007330090A (ja) * | 2006-05-10 | 2007-12-20 | Ricoh Co Ltd | モータ駆動装置、画像形成装置及びモータ駆動方法 |
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| JP6386492B2 (ja) * | 2016-04-28 | 2018-09-05 | ファナック株式会社 | 高速計算される比例項にフィルタを付加したサーボ制御装置、サーボ制御方法及びサーボ制御プログラム |
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