JPH1023777A - 非線形要素を持つアクチュエータの制御装置 - Google Patents
非線形要素を持つアクチュエータの制御装置Info
- Publication number
- JPH1023777A JPH1023777A JP8173421A JP17342196A JPH1023777A JP H1023777 A JPH1023777 A JP H1023777A JP 8173421 A JP8173421 A JP 8173421A JP 17342196 A JP17342196 A JP 17342196A JP H1023777 A JPH1023777 A JP H1023777A
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- JP
- Japan
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- motor
- control device
- actuator
- angular acceleration
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- Pending
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- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 非線形要素を持つアクチュエータの制御装置
において、その制御系のゲインを上げると共に系全体の
安定化を図ること。 【解決手段】 ミラーアクチュエータ１０の制御装置２
０は、角加速度と電流値の相対的な動きのずれから、ミ
ラーアクチュエータの運動モデルとして仮定しているモ
デルの変化を補正することによって、ミラーアクチュエ
ータの動きを指令通りの動きとなるように制御できる。
また、恰も慣性の小さな運動系であるかのように、公称
トルク定数を設定することにより、ゲインの高い高速制
御システムを実現できる。このような制御系では、制御
周波数が高くなってくることによって、ノイズによる不
安定減少を起こし易い。そこで、制御回路２０では、角
加速度系や電流系に一次のフィルタを使用してるが、こ
れらのフィルタのうち、電流と角加速度を比較した後に
配置されている一次のフィルタを、最も周波数の低いフ
ィルタとして、系の安定化を確保している。
において、その制御系のゲインを上げると共に系全体の
安定化を図ること。 【解決手段】 ミラーアクチュエータ１０の制御装置２
０は、角加速度と電流値の相対的な動きのずれから、ミ
ラーアクチュエータの運動モデルとして仮定しているモ
デルの変化を補正することによって、ミラーアクチュエ
ータの動きを指令通りの動きとなるように制御できる。
また、恰も慣性の小さな運動系であるかのように、公称
トルク定数を設定することにより、ゲインの高い高速制
御システムを実現できる。このような制御系では、制御
周波数が高くなってくることによって、ノイズによる不
安定減少を起こし易い。そこで、制御回路２０では、角
加速度系や電流系に一次のフィルタを使用してるが、こ
れらのフィルタのうち、電流と角加速度を比較した後に
配置されている一次のフィルタを、最も周波数の低いフ
ィルタとして、系の安定化を確保している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばミラーの角
度を制御することにより光の反射角度を変化させて印字
等を行なうといった用途に使用されるアクチュエータの
制御装置に関するものである。さらに詳しくは、ガルバ
ノメータ、微小位置決め装置等において高速な位置決め
制御を実現するための制御装置に関するものである。
度を制御することにより光の反射角度を変化させて印字
等を行なうといった用途に使用されるアクチュエータの
制御装置に関するものである。さらに詳しくは、ガルバ
ノメータ、微小位置決め装置等において高速な位置決め
制御を実現するための制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】モータ等の制御対象を迅速に駆動するた
めに、角加速度をフィードバックして外乱を推定し、推
定した外乱をキャンセルするように制御を行なって、ゲ
インの高い高速制御を実現する方法は、外乱トルクオブ
ザーバ制御と言われており、一般的に採用されている。
めに、角加速度をフィードバックして外乱を推定し、推
定した外乱をキャンセルするように制御を行なって、ゲ
インの高い高速制御を実現する方法は、外乱トルクオブ
ザーバ制御と言われており、一般的に採用されている。
【０００３】この制御においては、位置情報を測定し、
測定結果を微分して回転速度を生成し、さらに、回転速
度を微分して角加速度情報を生成し、生成した角加速度
をフィードバックするようにしている。
測定結果を微分して回転速度を生成し、さらに、回転速
度を微分して角加速度情報を生成し、生成した角加速度
をフィードバックするようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ここで、このような外
乱トルクオブザーバ制御において、外乱、粘性抵抗、摩
擦等と言った様々な運動パラメータの変動によって、あ
る一定の場所から別の場所に位置決め目標となる目標位
置が変更されるような場合に、制御対象物をその変更後
の場所へ位置決めするために要する制定時間が一定にな
らないという問題点、および制定波形が一定の形になら
ないという問題点が発生する。
乱トルクオブザーバ制御において、外乱、粘性抵抗、摩
擦等と言った様々な運動パラメータの変動によって、あ
る一定の場所から別の場所に位置決め目標となる目標位
置が変更されるような場合に、制御対象物をその変更後
の場所へ位置決めするために要する制定時間が一定にな
らないという問題点、および制定波形が一定の形になら
ないという問題点が発生する。
【０００５】本発明の課題は、このような問題点を解消
可能な外乱トルクオブザーバ回路を備えたアクチュエー
タの制御装置を提案することにある。
可能な外乱トルクオブザーバ回路を備えたアクチュエー
タの制御装置を提案することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、トルク定数に対して相対的に大きな慣
性を有し、回転位置に応じてトルク定数等の内部変数が
変化するアクチュエータの制御装置に関するものであ
り、当該制御装置は、当該アクチュエータの回転駆動源
であるモータにおける駆動電流値と角加速度を比較する
ことによって、リアルタイムの電流対トルクの関係か
ら、モータ駆動制御が線形制御からずれている量を計測
し、モータ制御系を補正するような外乱トルクオブザー
バ制御を行なうようになっている。また、 （１） モータの電流駆動用の発振防止フィルタ （２） モータの位置センサ出力から回転速度を求める
微分器付属のフィルタ （３） 回転速度から角加速度を求めるときに付随して
いるフィルタ （４） 位置信号入力部にあるノイズ除去用のフィルタ （５） 電流と角加速度の差を求めた後のフィルタ を含むノイズ除去フィルタを備えている。そして、これ
らのフィルタのうち、前記（５）のフィルタを最も低い
周波数のフィルタとして構成を採用している。
めに、本発明は、トルク定数に対して相対的に大きな慣
性を有し、回転位置に応じてトルク定数等の内部変数が
変化するアクチュエータの制御装置に関するものであ
り、当該制御装置は、当該アクチュエータの回転駆動源
であるモータにおける駆動電流値と角加速度を比較する
ことによって、リアルタイムの電流対トルクの関係か
ら、モータ駆動制御が線形制御からずれている量を計測
し、モータ制御系を補正するような外乱トルクオブザー
バ制御を行なうようになっている。また、 （１） モータの電流駆動用の発振防止フィルタ （２） モータの位置センサ出力から回転速度を求める
微分器付属のフィルタ （３） 回転速度から角加速度を求めるときに付随して
いるフィルタ （４） 位置信号入力部にあるノイズ除去用のフィルタ （５） 電流と角加速度の差を求めた後のフィルタ を含むノイズ除去フィルタを備えている。そして、これ
らのフィルタのうち、前記（５）のフィルタを最も低い
周波数のフィルタとして構成を採用している。
【０００７】ここで、前記（２）のフィルタよりも前記
（３）のフィルタの方が低周波のフィルタとなるように
設定することが望ましい。
（３）のフィルタの方が低周波のフィルタとなるように
設定することが望ましい。
【０００８】また、電流値と角加速度の関係が相対的に
一定となるように制御するために使用する公称トルク定
数がボリュームにって可変となっていることが望まし
い。
一定となるように制御するために使用する公称トルク定
数がボリュームにって可変となっていることが望まし
い。
【０００９】さらに、前記各フィルタの周波数の値が可
変となるように構成されていることが望ましい。
変となるように構成されていることが望ましい。
【００１０】さらには、位置信号入力回路部分には、ノ
イズ除去手段を配置することが望ましい。このようなノ
イズ除去手段としては、ツイストペア線、差動アンプ、
およびインストメンテーション・アンプを挙げることが
できる。
イズ除去手段を配置することが望ましい。このようなノ
イズ除去手段としては、ツイストペア線、差動アンプ、
およびインストメンテーション・アンプを挙げることが
できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明を適
用したミラーアクチュエータの制御装置を説明する。
用したミラーアクチュエータの制御装置を説明する。
【００１２】図１および図２には、本発明の制御装置の
制御対象であるミラーアクチュエータを示してある。こ
れらの図に示すように、ミラーアクチュエータ１０は、
有限回転形モータ１と、このモータのモータ回転軸１ａ
に固定したミラー２とを有している。モータ１を回転す
ることによって、その回転軸１ａに固定されているミラ
ー２による光の反射方向を変更できる。モータ駆動電流
の極性が例えば正の場合には、モータ回転軸１ａが時計
方向に回転し、その逆の場合には反時計方向に回転す
る。
制御対象であるミラーアクチュエータを示してある。こ
れらの図に示すように、ミラーアクチュエータ１０は、
有限回転形モータ１と、このモータのモータ回転軸１ａ
に固定したミラー２とを有している。モータ１を回転す
ることによって、その回転軸１ａに固定されているミラ
ー２による光の反射方向を変更できる。モータ駆動電流
の極性が例えば正の場合には、モータ回転軸１ａが時計
方向に回転し、その逆の場合には反時計方向に回転す
る。
【００１３】モータ１はその回転軸１ａの回転角度位置
を検出するための角度センサ３を備えている。角度セン
サ３は、モータ回転軸１ａの回転位置を電圧値として出
力するものである。このミラーアクチュエータ１０の制
御装置２０は、モータ１への電圧入力の正逆電位と角度
センサ３の出力とに基づき、ミラー２の角度位置を制御
する。
を検出するための角度センサ３を備えている。角度セン
サ３は、モータ回転軸１ａの回転位置を電圧値として出
力するものである。このミラーアクチュエータ１０の制
御装置２０は、モータ１への電圧入力の正逆電位と角度
センサ３の出力とに基づき、ミラー２の角度位置を制御
する。
【００１４】図３のグラフに示す曲線群は、モータ回転
軸１ａの回転角度に対する出力トルクを、モータ駆動電
流毎に測定することによって得られたものである。この
グラフに示すように、回転角度に対して発生するトルク
の値は線形関係にはなっていない。このため、通常の慣
性負荷とトルク定数のみでモデル化できるモータとは違
い、非線形の部分（粘性抵抗、デテントルク、摩擦項）
等が式１で示すように付加される。ここで、式（１）、
（２）はミラーアクチュエータ１０の伝達関数モデルを
示すものである。
軸１ａの回転角度に対する出力トルクを、モータ駆動電
流毎に測定することによって得られたものである。この
グラフに示すように、回転角度に対して発生するトルク
の値は線形関係にはなっていない。このため、通常の慣
性負荷とトルク定数のみでモデル化できるモータとは違
い、非線形の部分（粘性抵抗、デテントルク、摩擦項）
等が式１で示すように付加される。ここで、式（１）、
（２）はミラーアクチュエータ１０の伝達関数モデルを
示すものである。
【００１５】
【数１】
【００１６】式（１）に示すように、非線形の部分（粘
性抵抗、デテントルク、摩擦項）があるために、例え
ば、インデンシャル応答等の波形を見た場合に、特にそ
の振り角度によって、波形が変化してしまうといった問
題が発生する。この問題は、ミラーによってレーザ描画
等を行なう場合の描画精度や回転速度等に大きな影響を
及ぼす。
性抵抗、デテントルク、摩擦項）があるために、例え
ば、インデンシャル応答等の波形を見た場合に、特にそ
の振り角度によって、波形が変化してしまうといった問
題が発生する。この問題は、ミラーによってレーザ描画
等を行なう場合の描画精度や回転速度等に大きな影響を
及ぼす。
【００１７】図４には、これらの問題を解決するために
構成した本発明の制御装置２０のブロック図を示してあ
る。まず、モータのブロック図から見ていく。電流は、
ブロック１０３で示すトルク定数により、トルクに変換
される。同様に、ブロック１２０で示す外乱トルク、ブ
ロック１０４で示す粘性抵抗、デテントルク、駆動トル
クなども、式（１）の右辺にあたるトルクとなって、ブ
ロック１０２で示す慣性を回転する。
構成した本発明の制御装置２０のブロック図を示してあ
る。まず、モータのブロック図から見ていく。電流は、
ブロック１０３で示すトルク定数により、トルクに変換
される。同様に、ブロック１２０で示す外乱トルク、ブ
ロック１０４で示す粘性抵抗、デテントルク、駆動トル
クなども、式（１）の右辺にあたるトルクとなって、ブ
ロック１０２で示す慣性を回転する。
【００１８】トルクを１回積分して慣性で割ったものが
回転速度ωである。得られた回転速度ωをブロック１０
２Ａで示すように外乱トルクで積分することによってエ
ンコーダの発生する位置情報θとなる。
回転速度ωである。得られた回転速度ωをブロック１０
２Ａで示すように外乱トルクで積分することによってエ
ンコーダの発生する位置情報θとなる。
【００１９】粘性抵抗は速度に比例し、デテントルクは
位置に比例した外部トルクを発生する。回転速度に比例
した逆起電力が発生して、電圧部分Ｖにフィードバック
されている。ブロック１０７、１０８、１０９、１１０
を経て、モータコイルのインダクタンスと逆起電力を打
ち消すように電流制御をかけて、電流駆動タイプのアク
チュエータが構成されている。
位置に比例した外部トルクを発生する。回転速度に比例
した逆起電力が発生して、電圧部分Ｖにフィードバック
されている。ブロック１０７、１０８、１０９、１１０
を経て、モータコイルのインダクタンスと逆起電力を打
ち消すように電流制御をかけて、電流駆動タイプのアク
チュエータが構成されている。
【００２０】角度センサからの出力は一次フィルタをか
けて、単位をラジアンに変換している。
けて、単位をラジアンに変換している。
【００２１】ブロック１１５において、２つの一次フィ
ルタを通した微分器を通って、ブロック１１２で示す微
分ゲインを通り、微分マイナーフィードバックが掛けら
れる。また、ブロック１１４、１１３によって比例帰還
が掛けられる。
ルタを通した微分器を通って、ブロック１１２で示す微
分ゲインを通り、微分マイナーフィードバックが掛けら
れる。また、ブロック１１４、１１３によって比例帰還
が掛けられる。
【００２２】ブロック１１６、１１７、１１１が外乱ト
ルクオブザーバ回路である。ブロック１１６において、
単位系を電流値にあわせる。ブロック１１５で回転速度
を１回微分したものをブロック１１７と、これに平行し
て走る結線とに通す。ブロック１１７によって一次のフ
ィルタ付きの微分器が構成されている。角加速度と電流
値を比較することによって、制御定数（トルク定数な
ど）の変化の補正が行なわれる。
ルクオブザーバ回路である。ブロック１１６において、
単位系を電流値にあわせる。ブロック１１５で回転速度
を１回微分したものをブロック１１７と、これに平行し
て走る結線とに通す。ブロック１１７によって一次のフ
ィルタ付きの微分器が構成されている。角加速度と電流
値を比較することによって、制御定数（トルク定数な
ど）の変化の補正が行なわれる。
【００２３】ブロック１１１にフィルタがあるが、角加
速度出力はどは、それまでに幾つかのフィルタを通って
きている。従って、それらの合計以上に、このフィルタ
を低周波数にしておかないと、系全体が安定したものに
はならない。
速度出力はどは、それまでに幾つかのフィルタを通って
きている。従って、それらの合計以上に、このフィルタ
を低周波数にしておかないと、系全体が安定したものに
はならない。
【００２４】また、この系のゲインを上げていくために
は、全体のフィルタの周波数を上げていく必要がある。
この点は、角度センサに付属しているフィルタに支配さ
れている。センサの配線のＳ／Ｎを上げることが、全体
が安定したハイゲインな系を得る方法である。従って、
この部分には、インスツルメンテーション・アンプを使
ったり、様々な方法を採用して、よりよいハイゲイン系
を構成することが望ましい。
は、全体のフィルタの周波数を上げていく必要がある。
この点は、角度センサに付属しているフィルタに支配さ
れている。センサの配線のＳ／Ｎを上げることが、全体
が安定したハイゲインな系を得る方法である。従って、
この部分には、インスツルメンテーション・アンプを使
ったり、様々な方法を採用して、よりよいハイゲイン系
を構成することが望ましい。
【００２５】なお、ブロック１１６の公称トルク定数を
変化させるボリュームをつけることにより、より安定な
駆動箇所、あるいは、よりゲンイの高い系をつくり出す
ことができる。
変化させるボリュームをつけることにより、より安定な
駆動箇所、あるいは、よりゲンイの高い系をつくり出す
ことができる。
【００２６】図５は、この構成の制御装置を簡略化した
ブロック図である。また、図６には、更に簡略化した制
御装置のブロック図を示してある。
ブロック図である。また、図６には、更に簡略化した制
御装置のブロック図を示してある。
【００２７】次に、図７には、上記構成の制御装置を採
用したミラーアクチュエータの制御状態を示すものであ
る。この図に示すように、台形の太線で示すような指令
入力に対して、ミラーが追従していく様子をセンサの出
力として見たものである。
用したミラーアクチュエータの制御状態を示すものであ
る。この図に示すように、台形の太線で示すような指令
入力に対して、ミラーが追従していく様子をセンサの出
力として見たものである。
【００２８】この図に示すようなポジションディレー、
制定時間等が重要な動特性となる。
制定時間等が重要な動特性となる。
【００２９】なお、図８には、指令信号と位置信号の差
を増幅して示してある。これらの図から分かるように、
約３ｍｓで制定している。光反射形のアクチュエータと
して非常に早い応答性が得られていることが分かる。
を増幅して示してある。これらの図から分かるように、
約３ｍｓで制定している。光反射形のアクチュエータと
して非常に早い応答性が得られていることが分かる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の制御装置
は、角加速度系と電流系を比較してフィードバックする
ことにより、制定定数のなかに、非線形部分を含むアク
チュエータを常に同じように制定させることが可能にな
る。また、その中に含まれるノイズ除去用のフィルタの
定数を最終段のものを低周波数にすることによって、系
全体の安定化を図ることができる。また、根元となる角
度センサの配線にノイズ対策を施してあるので、制御系
のゲインを上げることができる。
は、角加速度系と電流系を比較してフィードバックする
ことにより、制定定数のなかに、非線形部分を含むアク
チュエータを常に同じように制定させることが可能にな
る。また、その中に含まれるノイズ除去用のフィルタの
定数を最終段のものを低周波数にすることによって、系
全体の安定化を図ることができる。また、根元となる角
度センサの配線にノイズ対策を施してあるので、制御系
のゲインを上げることができる。
【図１】本発明を適用可能なミラーアクチュエータ
【図２】図１のアクチュエータの概略断面図である。
【図３】図１のアクチュエータにおける回転角度とトル
クの関係を、駆動電流毎にプロットして得られたグラフ
である。
クの関係を、駆動電流毎にプロットして得られたグラフ
である。
【図４】図１にミラーアクチュエータの制御回路のブロ
ック図である。
ック図である。
【図５】図４のブロック図を簡略化して示す概略ブロッ
ク図である。
ク図である。
【図６】図５の概略ブロック図を更に簡略化して示す概
略ブロック図である。
略ブロック図である。
【図７】本発明の制御回路によるミラーアクチュエータ
の制御動作を示すグラフである。
の制御動作を示すグラフである。
【図８】本発明の制御回路によるミラーアクチュエータ
の制御動作例を示すグラフである。
の制御動作例を示すグラフである。
１ モータ ２ ミラ ３ 角度センサ １０ ミラーアクチュエータ ２０ 制御装置
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年１１月６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図５】
【図７】
【図８】
Claims (6)
- 【請求項１】 トルク定数に対して相対的に大きな慣性
を有し、回転位置に応じてトルク定数等の内部変数が変
化するアクチュエータの制御装置であって、当該アクチ
ュエータの回転駆動源であるモータにおける駆動電流値
と角加速度を比較することによって、リアルタイムの電
流対トルクの関係から、モータ駆動制御が線形制御から
ずれている量を計測し、モータ制御系を補正するような
外乱トルクオブザーバ制御を行なうようになっており、 （１） モータの電流駆動用の発振防止フィルタ （２） モータの位置センサ出力から回転速度を求める
微分器付属のフィルタ （３） 回転速度から角加速度を求めるときに付随して
いるフィルタ （４） 位置信号入力部にあるノイズ除去用のフィルタ （５） 電流と角加速度の差を求めた後のフィルタ を含むノイズ除去フィルタを備えており、これらのフィ
ルタのうち、前記（５）のフィルタが最も低い周波数の
フィルタとされていることを特徴とするアクチュエータ
の制御装置。 - 【請求項２】 請求項１において、前記（２）のフィル
タよりも前記（３）のフィルタの方が低周波のフィルタ
となるように設定されていることを特徴とするアクチュ
エータの制御装置。 - 【請求項３】 請求項２において、電流値と角加速度の
関係が相対的に一定となるように制御するために使用す
る公称トルク定数がボリュームにって可変となっている
ことを特徴とするアクチュエータの制御装置。 - 【請求項４】 請求項１において、前記各フィルタの周
波数の値が可変となるように構成されていることを特徴
とするモータ制御装置。 - 【請求項５】 請求項１において、位置信号入力回路部
分には、ノイズ除去手段が配置されていることを特徴と
するモータ制御装置。 - 【請求項６】 請求項５において、前記ノイズ除去手段
は、ツイストペア線、差動アンプ、およびインストルメ
ンテーション・アンプのうちの少なくとも１つであるこ
とを特徴とするモータ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8173421A JPH1023777A (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 非線形要素を持つアクチュエータの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8173421A JPH1023777A (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 非線形要素を持つアクチュエータの制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1023777A true JPH1023777A (ja) | 1998-01-23 |
Family
ID=15960146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8173421A Pending JPH1023777A (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 非線形要素を持つアクチュエータの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1023777A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003085816A1 (fr) * | 2002-04-05 | 2003-10-16 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Dispositif de commande de moteur |
| US7088492B2 (en) | 2001-10-11 | 2006-08-08 | Denso Corporation | Micro movable mechanism system and control method for the same |
| JP2008092659A (ja) * | 2006-10-02 | 2008-04-17 | Yaskawa Electric Corp | 電動機制御装置とそのトルク定数補正方法 |
| JP2015130733A (ja) * | 2014-01-07 | 2015-07-16 | キヤノン株式会社 | 駆動装置および物品処理装置 |
-
1996
- 1996-07-03 JP JP8173421A patent/JPH1023777A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7088492B2 (en) | 2001-10-11 | 2006-08-08 | Denso Corporation | Micro movable mechanism system and control method for the same |
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| GB2401441A (en) * | 2002-04-05 | 2004-11-10 | Mitsubishi Electric Corp | Motor control device |
| GB2401441B (en) * | 2002-04-05 | 2005-08-10 | Mitsubishi Electric Corp | Motor control device |
| US7068002B2 (en) | 2002-04-05 | 2006-06-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Motor control device |
| JP2008092659A (ja) * | 2006-10-02 | 2008-04-17 | Yaskawa Electric Corp | 電動機制御装置とそのトルク定数補正方法 |
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