KR980010684A

KR980010684A - 전류제어장치

Info

Publication number: KR980010684A
Application number: KR1019970025306A
Authority: KR
Inventors: 미쯔히로 시마즈; 슈우키 아쿠시찌
Original assignee: 안자키 사토루; 가부시키가이샤 고마쓰세사쿠쇼
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 1998-04-30
Also published as: EP0952507B1; DE69705431D1; JPH1039902A; DE69705431T2; EP0952507A1; US6351718B1; EP0952507A4; WO1998003901A1

Abstract

소정시간마다 제어목표값이 심하게 변화하는 경우에 있어서도, 솔레노이드의 코일 등의 제어대상에 통전되는 전류를, 정도좋게, 또한, 안정하게 제어할 수가 있도록 한다.

제어대상(33)을 통전하는 전류값(y3)을 검출하고, 상기 검출전류값(y3)을 소정의 시간마다 출력한다. 그리고, 전회의 보정전류값(y4old)과, 금회 출력된 전류값(y3)에 의거하여, 금회의 보정전류값(y4)이 전회의 보정전류값(y4old)으로 금회 출력된 전류값(y3)의 중간값으로 되도록 상기한 금회의 보정전류값(y4)을 연산하여 출력한다. 또, 전회의 보정동작(d3old)와 금회 출력된 동작(d1)의 중간값으로 되도록 상기한 금회의 보정동작(d3)을 연산한다.

그리고, 입력되는 목표전류값(x1)과, 상기 출력된 보정전류값(y4)이, 상기 출력된 보정동작(d3)에 따라서, 동작(d1)을 연산하여 출력한다.

Description

전류제어장치

제1도는 본 발명에 관한 전류제어장치의 실시형태를 표시하는 블록도로, 제어기를 마이크로프로세서로 구성하여 전자장치로서의 전자비례밸브를 나타내는 도면.

제2도는 본 발명에 관한 전류제어장치의 실시형태를 표시하는 블록도.

제3도는 도 1에 표시하는 전자비례밸브의 솔레노이드의 구조를 표시하는 단면도.

제4도는 도 1에 표시하는 비례전자밸브와 저하에 걸리는 전압과 전류의 관계를 표시하는 전기회로도.

제5도는 도 1에 표시하는 동작연산부에서 실행되는 처리순서를 표시하는 플로우챠트.

제6도는 도 1에 표시하는 필터연산부에서 실행되는 처리순서를 표시하는 플로우챠트.

제7도는 도 1에 표시하는 필터연산부의 전달함수를 표시하는 도면.

제8도는 도 1에 표시하는 필터연산부에서 실행되는 처리순서를 표시하는 플로우챠트.

제9도는 도 1에 표시하는 필터연산부에서 실행되는 처리순서를 표시하는 플로우챠트.

제10도는 도 1에 표시하는 필터연산부에서 실행되는 처리순서를 표시하는 플로우챠트.

제11(a)~(g)도는 도 1의 각 부의 신호의 타이밍챠트.

제12도는 실측전류값과 이론전류값의 관계를 표시하는 그래프.

제13도는 실측전류값과 이론전류값의 관계를 표시하는 그래프.

제14도는 도 10의 구간평균연산처리를 설명하기 위해 사용한 도면으로, 레지스터열에 격납되는 내용을 표시하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30a : 동작연산부 30b : 필터연산부

30c : 필터연산부 30d : PWM출력부

30e : A/D변환부 33 : 비례전자밸브

35 : 전류검출용 저항 40 : 솔레노이드

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은, 제어대상에 통전되는 전류의 크기를 제어하는 전류제어장치에 관하여, 특히, 통전되는 전류값에 따른 힘을 발생하는 액츄에이터의 제어에 적용되는 것이다.

건설기계 등의 유압회로에서는, 유압액츄에이터에 공급되는 압유의 유량을 제어하기 위해 전자비례밸브가 사용된다. 이 전자비례밸브는, 제어기로부터 이 전자비례밸브에 부설된 솔레노이드에 가해지는 전류의 크기에 거의 비례해서 그 밸브개도가 변화된다. 그리고, 그 밸브개도에 따른 유량의 압유가 유압액츄에이터에 공급되는 것으로 이루어진다.

이 경우, 솔레노이드의 코일에 실제로 흐르는 여자전류를 검출하고 있고, 제어기는, 이 검출전류를 피드백량으로 하여, 목표전류값이 얻어지도록 솔레노이드에 가하는 전류를 제어하고 있다.

즉, 제어기는, 소정의 시간마다 입력되는 목표전류값에 대응하는 동작을 그 소정의 시간마다 연산하고, 이 동작의 펄스신호를 생성하고 있고, 이것을 구동용 트랜지스터에 가해지도록 하고 있다. 그리고, 펄스신호입력에 따라서 구동용 트랜지스터가 힘을 더하면, 솔레노이드의 코일에는 상기 목표전류값이 얻어지도록 전류가 통전되게 된다.

그러나, 실제로는 통전시간의 장기화, 유온의 상승 등에 의해 솔레노이드의 코일이 온도상승하여 버리고, 이에 따르는 코일의 직류저항의 증가 등에 의하여, 목표전류값에 알맞는 분량만큼의 전류가 코일에 통전되지 않게 되어버려 제어의 정도가 떨어지는 일이 있다.

그래서, 이러한 코일의 온도상승에 의한 제어의 정도의 열화를 방지하기 위해, 특공소 62-59444호 공보에서는, 조작레버의 조작에 따른 제어목표값(목표전류값)을 솔레노이드에 부여하도록 한 제어기에 있어서, 조작레버가 중립위치에 복귀되었을 경우에, 유압액츄에이터가 움직이지 않는 일정한 전류를 솔레노이드에 흘려서, 그때의 동작값과 필터처리된 평균검출전류값에 따라서 보정계수를 구하고, 이 보정계수에 의해서 동작값을 보정하도록 하고 있다.

그러나, 이 공보기재의 기술에 의하면, 조작레버가 불감대역에 있는 경우에는 문제가 없으나, 조작레버가 불감대역으로부터 플레버조작된 경우에는, 동작을 보정하였더라도 제어상, 오차를 발생시키는 일이 있다.

그래서, 특공평 7-66299호 공보 기재의 것에서는, 솔레노이드의 코일에 흐르는 여자전류를 PWM펄스신호에 동기하여 적분수단으로 적분하고, 제어목표값과 적분수단으로부터 출력되는 적분값으로부터 동작을 보정하도록 하고 있다. 이에 의하여, 조작레버가 불감대역으로부터 플레버조작되어서, 코일의 여자전류가 증대한 경우의 제어상의 오차를 없애도록 하고 있다.

상기 공보기재의 것은, 조작레버의 조작에 따른 제어목표값(목표전류값)이 제어기에 입력되는 것을 상정하고 있고, 제어목표값의 변화는 그렇게 심한 것은 아니다.

그러나, 엔진회전수를 표시하는 신호에 따라서 생성된 제어목표값이 제어기에 입력되는 경우에는, 엔진 회전수가 급격하게 변화하기 때문에, 소정시간마다 제어목표값은 심하게 변화하게 된다.

이와 같이 소정시간마다 제어목표값이 심하게 변화하는 경우에는, 상기 특공소 62-59444호 공보기재의 기술에 의해서는 적절하게 대처할 수가 없고, 제어상의 오차가 발생하게 된다.

또, 상기 특공평 7-66299호 공보기재의 기술에 의해서 대처하고자 하여도, 실현이 극히 곤란하게 되고, 또한 제어상의 불안정을 초래한다.

즉, 이 공보기재된 것에서는, PWM펄스의 1주기마다 코일의 여자전류의 적분을 행하도록 하고 있기 때문에, 여자전류를 고정도로 적분함에는 PWM펄스의 1주기내라고 하는 고속의 샘플링으로 A/D변환을 행할 필요가 있다. 이것은 고속, 고정도의 A/D변환기를 필요로 하고, 실현이 극히 곤란하다.

또한, 이하의 이유로 제어전류가 불안정하게 되기 쉽다.

1) 적분의 피드백은 현실적으로 1주기마다의 이내로는 곤란하기 때문에 지연이 있고, 불안정하게 되기 쉽다.

2) 보정계수를 구해서 그것에 의해 지령되는 제어전류값을 변화시키는 방식의 경우에는, 솔레노이드의 인덕턴스로 실전류는 바로 추종할 수 없으므로, 과도적으로 보정계수가 크게되던가, 작아지던가 한다. 이것이 상기 1)과 같은 원인으로 1주기이상 늦게 발생하므로, 이것도 불안정하게 되기 쉽다.

이상과 같이, 종래기술에 의하면, 소정시간마다 제어목표값이 심하게 변화하는 경우에는, 솔레노이드의 코일 등의 제어대상에 통전되는 전류를, 정도좋게, 또한 안정하게 제어할 수 없는 문제가 초래되었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것이다.

[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]

그래서, 본 발명의 주된 발명으로는, 소정의 시간마다 입력된 목표전류값에 대응하는 동작을 소정의 시간마다 연산하여 출력하는 동작연산수단과, 상기한 동작연산수단으로부터 출력된 동작의 펄스신호를 생성하는 펄스신호생성수단과, 상기한 펄스신호생성수단으로 생성된 펄스신호에 의하여 구동되는 것에 의하여 통전되는 제어대상을 가진 전류제어장치에 있어서, 상기란 제어대상을 통전하는 전류값을 검출하고, 그 검출전류값을 소정의 시간마다 출력하는 전류값 검출수단과, 전회의 보정전류값과, 상기한 전류값 검출수단으로부터 금회 출력된 전류값에 따라서, 금회의 보정전류값이 전회의 보정전류값과 상기한 전류값 검출 수단으로부터 금회 출력된 전류값의 중간값으로 되도록 그 금회의 보정전류값을 소정의 시간마다 연산하여 출력하는 보정전류값 연산수단과, 전회의 보정동작과, 상기한 동작연산수단으로부터 금회 출력된 동작에 따라서, 금회의 보정동작이 전회의 보정동작과 상기한 동작연산수단으로부터 금회 출력된 동작의 중간의 값으로 되도록 당해 금회의 보정동작을 소정의 시간마다에 연산하여 출력하는 보정동작연산수단을 구비하고, 상기한 동작연산수단은, 상기 입력되는 목표전류값과, 상기 보정전류연산수단으로부터 출력된 보정전류값과, 상기한 보정동작연산수단으로부터 출력된 보정동작에 따라서, 동작를 연산하여 출력하도록 하고 있다.

이와 같이, 동작연산수단에 있어서, 입력되는 목표전류값과, 상기 보정전류값 연산수단으로부터 출력된 보정전류값과, 상기 보정동작연산수단으로부터 출력된 보정동작에 따라서, 동작을 연산하여 출력하도록 하고 있으므로, 제어대상의 저항값, 이에 인가되는 전원으로부터의 전압값이 변화하는 등 하였더라도, 목표전류값에 일치하는 전류를 제어대상에 흐르게 할 수 있게 되어, 제어의 정도가 비약적으로 향상한다.

또한, 동작연산수단으로부터 출력되는 동작의 연산에 사용되는 금회의 보정전류값을, 보정전류연산수단에 있어서, 금회의 보정전류값과, 상기 전류값 검출수단으로부터 금회 출력된 전류값에 따라서, 금회의 보정전류값이 전회의 보정전류값과 상기 전류값 검출수단으로부터 금회 출력된 전류값의 중간값으로 되도록 소정의 시간마다에 연산하고 있고, 또한, 상기 동작연산수단으로부터 출력되는 동작의 연산에 사용되는 금회의 보정동작를, 보정동작연산수단에 있어서, 전회의 보정동작와, 상기 동작연산수단으로부터 금회 출력된 동작에 따라서, 금회의 보정동작가 전회의 보정동작와 상기 동작연산수단으로부터 금회 출력된 동작의 중간의 값으로 되도록 소정의 시간마다에 연산하고 있으므로, 소정시간마다에 목표전류값이 심하게 변화하였다고 하더라도, 응답성, 추종성이 좋은 동작값을 연산, 출력할 수 있게 되어, 제어의 안정성이 비약적으로 향상한다.

[발명의 구성 및 작용]

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 관한 전류제어장치의 실시의 형태에 대하여 설명한다.

도 2는 실시의 형태의 장치를 블록도로서 표시한 것이고, 이 전류제어장치는, 일정한 주기(t1)마다에 입력된 제어목표값(목표전류값)(x1)에 대응하는 동작(동작비)(d1)를, 후술하는 보정전류값(y4)과 보정동작(d1)에 따라서, 당해 일정의 시간(t1)마다에 연산해서 출력하는 동작연산부(10)와, 이 동작연산부(10)로부터 출력된 동작(d1)에 대응하는 PWM펄스신호(d2)를 생성하는 펄스신호형성부(11)와, 이 펄스신호형성부(11)에서 생성된 펄스신호(d2)에 대응하는 여자전류(I)를 생성하는 여자전류형성부(12)와, 이 여자전류형성부(12)에서 생성된 여자전류(I)가 비례솔레노이드의 코일에 통전되는 것에 의해서 작동하는 전자장치(13)와, 이 전자장치(13)에 비례솔레노이드의 코일에 흐르는 여자전류(I)를 아날로그신호(y1)로 하여 검출하고, 이것을 일정주기(t2)마다에 디지탈신호(y3)로 변환하여 출력하는 전류검출부(14)와, 이 전류검출부(14)로부터 출력된 전류값신호(y3)에 대하여, 후술하는 필터연산처리를 일정 주기(t3)마다에 실행하여, 필터처리된 보정전류값(y4)를 상기 동작연산부(10)에 출력하는 필터연산부(15)와, 상기 동작연산부(10)로부터 출력된 동작(d1)에 대하여, 후술하는 필터연산처리를 일정주기(t3)마다에 실행하여, 필터처리된 보정동작(d3)를 상기 동작연산부(10)에 출력하는 필터연산부(16)로 구성되어 있다.

도 1은, 도 2의 블록도를 보다 상세하게 표시한 도면이고, 전자장치(13)로서 전자비례밸브(33)를 상정하고 있다.

즉, 이 전류제어장치는, 크게는 마이크로센서 등으로 구성되고, 제어목표값(x1)을 입력하여 PWM펄스신호(d2)를 출력하는 제어기(30)와, 제어기(30)로부터 입력된 펄스신호(d2)에 따라서 동작하여 비례전자밸브(33)의 밸브개도가 조정되는 구동부(50)로 구성되어 있다.

즉, 제어기(30)는, 도 2의 동작연산부(10)에 상당하는 동작연산부(30a)와, 도 2의 펄스신호형성부(11)에 상당하는 PWM출력부(30d)와, 도 2의 전류검출부(14)를 구성하는 A/D변환부(30e)와, 도 2의 필터연산부(15)에 상당하는 필터연산부(30c)와, 도 2의 필터연산부(16)에 상당하는 필터연산부(30b)로 구성되어 있다.

한편, 구동부(50)는, 도 2의 여자전류형성부(12)에 상당하는 구동회로(34), 전원(37), 프라이홀용의 다이오드(36)와, 도 2의 전자장치(13)에 상당하는 비례전자밸브(33)와, 도 2의 전류검출부(14)를 구성하는 전류 검출기용 저항(35), 하드필터(32)로 구성되어 있다.

즉, 제어기(30)의 선단에서는, 엔진회전수를 표시하는 신호 등에 따라서, 제어목표값(비례전자밸브(33)를 통과하는 유량의 목표값)이 생성되고, 이것이 비례전자밸브(33)의 솔레노이드의 코일에 흐르게 할 목표전류값(x1)으로 변환되어서, 제어기(30)에 입력된다.

제어기(30)의 PWM출력부(30d)로부터는 PWM펄스신호(d2)가 출력되고, 이것이 구동부(50)의 구동회로(34)에 가해진다.

구동회로(34)는 트랜지스터를 중심으로 하여 구성되어 있고, 트랜지스터의 베이스에 가해진 펄스신호(d2)에 따라서 부세되어 있고, 전원(37)을 개재하여 비례전자밸브(33)의 솔레노이드의 코일에 소정의 전압을 인가시켜서 여자전류(I)를 통전시킨다.

여기에서, 전원(37)으로서는, 밧데리가 사용되고, 올터네이터 등에 의해서 충전되도록 되어 있다.

도 3은, 비례전자밸브(33)를 구성하는 솔레노이드(40)의 단면을 표시하고 있고, 가동철심인 플랜저(41)와, 고정철심(42)과, 코일(43)로 이루어지고 있고, 코일(43)에 흐르는 전류값(I)에 따라서 플랜저(41)에 힘이 보태지고, 이 힘과 플랜저(41)에 대향하는 스프링(45)의 스프링력이 균형잡히는 위치까지 당해 플랜저(41)가 이동되도록 되어 있다. 그리고, 이 플랜저(41)의 선단(41a)에는 밸브의 스풀밸브(44)가 접속되어 있고, 상기 플랜저(41)의 위치변화(A)에 따라서 스풀밸브(44)가 이동되어, 밸브개도가 조정된다.

검출용 저항(35)은, 상기 코일(43)에 흐르는 전류값(I)을, 상기 저항(35)의 양단에 인가되는 전압(y1)으로서 검출하는 것이고, 이 신호(y1)는 하드필터(32)에 가해진다.

하드필터(32)는, PWM펄스의 캐리어주파수보다도 충분히 낮은 커트오프 주파수특성을 가지는 로우펄스 필터이고, 이 하드필터(32)를 통과한 신호(y2)가 A/D변환부(30e)에 보태져서 디지탈신호(y3)로 변환된다.

이 때문에, 검출용 저항(35)으로부터 여자전류를 검출할 때에 캐리어와 샘플링에 의한 에어실린더가 미리 제거되어, A/D변환부(30e)는 정도좋게 여자전류를 검출할 수 있게 된다.

도 1의 각부의 신호를 도 11(a)~(g)에 예시한다.

다음에, 제어기(30)의 동작연산부(30a), 필터연산부(30b), 필터연산부(30c)에서 실행되는 연산처리내용에 대하여 설명한다.

도 4는, 비례전자밸브(33)의 솔레노이드(40)의 코일(43)과 검출용 저항(35)에 인가되는 전압과 전류의 관계를 표시하는 도면이다.

지금, 동 도면에 표시하듯이, 코일(43)의 저항값을 R, 검출용 저항(35)의 저항값을 r, 코일(43)에 흐르는 여자전류의 전류값을 I, 코일(43)과 검출용의 저항(35)의 양단에 인가되는 전압값을 V로 한다.

그러면, 이들 전류값(I), 전압값(V)과, 펄스신호(d2), 즉, 펄스일주기의 시간에 대하여 신호가 온하고 있는 시간의 비율(동작)(d2)과의 사이에는, 다음식(1)에 표시되는 관계가 성립한다.

[수학식 1]

I=d2·V(R+r)

한편, 검출용 저항(35)의 양단의 전압(v), 즉, 검출전류값(y1)에 대응하는 전압(v)과, 상기 여자전류(I), 저항값(r)의 사이에는 다음식(2)의 관계가 성립한다.

[수학식 2]

v=I·r

그래서, 이 (2)식을 (1)식에 대입하면, 다음식 (3)이 얻어진다.

[수학식 3]

v=d2·(V/(R+r)·r

여기에서, 가령 전압값(V), 저항값(R) 및 (r)이 일정한 것이라고 하면, 검출용 저항(35)의 검출전류치값(y1)(전압)(v)는, 동작(d2)만에 의하여 결정되게 된다.

이 경우에는, 이론전류값을 표시하는 동작(d1), (d2)는, 실측전류값을 표시하는 (y1)과 일치하는 것으로 되고, 실측전류값을 이론전류값에 일치하도록 하는 보정을 행할 필요는 없다. 즉, 동작(d1)에 대응하는 보정데이터(d3)와, 전류값에 대응하는 보정전류값(y4)에 따라서 동작연산부(30a)에서 후술하는 바와같이 보정연산을 행하여 (d1)을 산출할 필요는 없다.

그런데, 상기 (3)식에 있어서의 전압값(V)은, 올터네이터의 개체차등에 의해서 전원(37)의 충전전압이 불균형하게 되는 등에 의해서 변동하는 일이 있다. 또한, 저항값(R)은 온도변화에 따라서 변동하는 일이 있다. 그 때문에, 실제로는 검출용 전압(35)의 검출전류값(y1)(전압(v))은 동작(d2)만으로 결정되는 일이 없고, 이론전류값과 실측전류값은 현실에는 일치하지 않는다. 이 때문에 이론전류값과 실측전류값을 일치시키도록 동작연산부(30a)에서 (d1)을 구할 때에 후술하는 보정연산을 행할 필요가 있다.

즉, 도 5에 표시하는 바와같이, 동작연산부(30a)에서는, 보정계수(k)가,

[수학식 4]

k=f(d3)/y4

로 구하여지고(단계 101), 이 보정계수(k)에 따라서, 제어목표값(x1)에 대응하는 보정동작(d1)가 이하와 같이 연산된다. (단계 102)

[수학식 5]

d1=x1·k

상기 (4)식에 있어서 f(d3)는, 보정동작(d3)로부터 얻어지는 이론전류값을 의미하고, 보정전류값(y4)은 실측전류값을 의미한다.

상기 (4)식에 표시되는 바와같이, 이론전류값(f(d3))과 실측전류값(y4)이 가령 동일하다면, k=1이다. 이 경우 상기 (5)식에 있어서, 제어목표값(x1)을 그대로 동작(d1)로 하면 좋고, 보정을 행할 필요는 없다.

또, 상기 (4)식에 있어서, 이론전류값(f(d3))에 대하여 실측전류값(y4)이 작다면 k〉1로 된다. 따라서, 이 경우 상기 (5)식에 있어서 제어목표값(x1)을 크게 하도록 하는 보정연산이 행하여져서 동작(d1)가 취득된다.

또, 상기 (4)식에 있어서, 이론전류값(f(d3))에 대하여 실측전류값(y4)이 크다면 k〈1로 된다. 따라서, 이 경우 상기 (5)식에 있어서 제어목표값(x1)을 작게 하도록 하는 보정연산이 행하여져서 동작(d1)가 취득된다.

도 12는 보정동작(d3)와 이론전류값(f(d3))의 관계의 일례를 표시하고 있다. 이 경우, 이론전류값은

[수학식 6]

f(d3)=a·d3+b

다만, a, b는 0보다 큰 정수로 나타나고, d3와 f(d3)는 비례관계에 있다.

그러나, 실제로는 도 13에 표시되는 바와같이, (d3)와 f(d3)는, (d3)가 0에 가까운 부분과, 최대값에 가까운 부분에 있어서 비례관계에서 벗어나버린다.

즉, 도 13은, 도 I의 회로에 있어서, 동작연산부(30a)의 출력을 그대로 제어목표값(x1)으로 하여 동작연산부(30a)에 입력시킨 때의 실측전류값(y4)와 이론전류값(d1)의 관계를 표시한 것이다.

여기에서, 동작(d1)와 도 3의 솔레노이드(40)의 코일(43)에 흐르는 전류의 평균전류(IO)와의 관계는, 상기 (1)식에서 명백하게

[수학식 7]

IO=d1·V/(R+r)

으로 된다. 그러나, 이 (7)식은 이상적으로 솔레노이드가 구동된 때의 관계이고, 실제로는 다이오드(36)에서 전압로스가 생기기 때문에, 상기 (7)식의 관계(비례관계)는 성립할 수 없고, 비선형의 관계(도 13 참조)로 된다.

또, 솔레노이드(40)의 플랜저(41)의 위치는, 전술한 바와같이, 코일(43)에 흐르는 전류값(I)에 따라서 변화된다. 이와같이, 플랜저위치가 변화함에 따라, 솔레노이드(40)의 인덕턴스(L)도 변화하여 버린다. 즉, 플랜저(41)와 고정철심(42)의 갭을 (g)로 하면, 인덕턴스(L)와 갭(g)의 사이에는,

[수학식 8]

L1/g

라는 관계가 성립한다.

따라서, 이들의 비선형성분에 의하여 상기 (7)식의 (IOd1)라고 하는 비례관계는 성립하지 않게 되고, 도 13의 비선형부분의 관계는, 솔레노이드(40)의 기본적 설계값으로 결정되게 된다. 그래서, 솔레노이드(40)의 기본적 설계값에 따라서 도 13의 함수(f)를 미리 결정하여 두고, 이 함수(f)에서 이론전류값(f(d3))을 구하도록 하면 좋다. 물론, 비선형부분을 선형의 것으로 하여 근사시킬 수가 있다면, 도 12에 표시하는 비례관계의 함수(f)(제 (6)식 참조)에서 이론전류값(f(d3))을 구할 수가 있다.

그리고, 보정계수를 구하는 연산은, 상기 (4)식에 표시되는 연산에 한정되는 것은 아니다. 요는, 실측전류값을 이론전류값에 일치시키도록 하는 보정을 행할 수 있는 보정계수이면 된다.

그런데, 제어목표값(x1)이 제로로 되면, 상기 (5)식(d1=x1·k)으로부터 동작(d1)가 제로로 되어버린다. 이때 여자전류(y1)도 제로로 되므로, 최종적으로 필터연산부(30c)에서 연산되는 보정전류값(y4)도 제로로 되어버린다. 이 보정전류값(y4)을 그대로 상기 (4)식(k=f(d3)/y4)에 대입해서 보정계수(k)를 구하도록 하면, 보정계수(k)는 부정하게 되고, 이 보정계수(k)에서 얻어지는 동작(d1)는 이상한 값을 표시하게 된다.

그래서, 제어목표값(x1)이 제로로 된 경우는, (4)식의 연산을 그대로 실행하는 것이 아니고, 점차, 보정계수(k)의 값을 기억, 보지하여 두고, 제어목표값(x1)가 제로로 되기 직전에 기억, 보지한 보정계수(k)의 값을 사용하여 (5)식의 연산을 행하여 동작(d1)를 구하도록 하면 된다. 이와 같이하면, 동작(d1)가 이상한 값을 표시하는 것을 회피할 수가 있다.

또, 동작(d1)가 이상한 값으로 출력되지 않도록 (5)식의 연산결과에 리밋터를 걸도록 하여도 좋다.

리밋터를 거는 방법으로서는

(a) (5)식의 연산결과(d1)의 상한값, 하한값을 적당하게 미리 설정하여 둔다.

(b) (5)식의 보정계수(k)가 1로 한 때의 연산결과(d1)에 대한 D%의 값(D/100)·d1을 구하고, -(D/100·d1을 하한값, (D/100)·d1을 상한값으로 한다 등을 생각할 수 있다.

또, 전원투입직후 등의 초기단계에서는, 필터연산부(30b), (30c)로부터 각각 출력되는 (d3), (y4)의 값은 불안정하고, 이들로부터 구하여지는 동작(d1)는 이상한 값을 표시하는 일이 있다. 그래서, 전원투입직후라는 초기단계에서는, 보정계수(k)는 (1)로 일률로 설정하여 두고, 초기단계가 경과(일정시간 경과)한 시점 이후에 비로서 상기 (4)식에 따라 보정계수(k)를 구하도록 하면 된다.

도 5의 단계(101)의 보정계수(k)를 구하기 위해 필요한 보정동작(d1), 보정전류값(y4)을 구하는 처리는 도 6, 도 8에 표시된다. 이러한 연산처리는 필터연산부(30b), (30c)에서 각각 실행된다.

즉, 필터연산부(30b), (30c)는, 필터로서 1차의 저역필터를 사용하여 필터링을 행하고, (d1), (y3)에서 (d3), (y4)를 각각 산출하고 있다. 이것을 입력을 X(d1, y3), 출력을 Y(d3, y4)로 하는 전달함수로 표시하면, 도 7에 표시하는 바와같이 1차지연의 함수

[수학식 9]

Y/X=1/(1+Ts)

다만, T는 필터의 시정수로서 나타난다. 그리고 필터로서는 1차의 저역필터에 한정되는 것이 아니고, 고차의 저역필터를 사용하여도 좋다.

상기 (9)식은 도 8과 같은 연산으로서 실행된다.

이 도 8에 표시하는 연산처리는, 샘플링타임 △T(도 11(f), (g)에 표시하는 주기(t3)마다에 기동되어서, 반복실행되어서 입력(X)으로부터 이것을 보정한 보정값(Y)이 취득된다.

먼저, 금회 n번째의 새로운 데이터(Xn)가 샘플링되고, 이 Xn이 Xnew의 내용으로 된다(단계 301).

이어서, 이 단계(301)에서 금회 얻어진 Xnew와, 전회 연산된 보정값(Xold)에 따라, 금회의 보정값(X)이

[수학식 10]

X=c·Xnew+(1-c)·Xold

다만, c는 필터계수로, 0〈C≤1로 구해진다. 여기에서 필터시정수(T)와, 샘플링타이밍(ΔT)과, 필터계수(c)의 관계는,

[수학식 11]

c=T/(T+ΔT)

로 나타난다(단계 302).

그리고, 이 단계(302)에서 금회 얻어진 보정계수(X)가 Xold의 내용으로 되어서(단계 303), 이 Xold가 보정값(Y)으로서 필터연산부(30b), (30c)로부터 출력된다(단계 304).

이와같이, 상기 (10)식의 X를 d3과, Xnew를 d1으로, Xold를 d3old로 하여 둔 아래식,

[수학식 12]

d3=c·d1+(1-c)·d3old

으로부터 보정동작(d3)가 연산되고, 필터연산부(30b)로부터 출력된다. 즉, 전회의 보정동작(d3old)와, 동작 연산부(30a)로부터 금회 출력된 동작(d1)에 따라서, 금회의 보정동작(d3)가 전회의 보정동작(d3old)와 동작 연산부(30a)로부터 금회 출력된 동작(d1)의 중간의 값으로 되도록 당해 금회의 보정동작(d3)가 연산되고, 이것이 필터연산부(30b)로부터 출력된다. 그리고, 이 「중간의 값」이라 함은, 전회의 보정동작(d3old)의 값, 동작연산부(30a)에서 금회 출력된 동작(d1)의 값을 포함하고, 이들 (d3old)부터 (d1)까지의 사이의 어느것인가의 값을 의미한다(단계 201).

이어서, 상기 (10)식의 X를 y4로, Xnew를 y'3(이것은 y3에 따라 얻어진다)으로, Xold를 y4old로 하여둔 아래식,

[수학식 13]

y4=c·y'3+(1-c)·y4old

에서 보정전류값(y4)이 연산되어, 필터연산부(30c)로부터 출력된다. 즉, 전회의 보정전류값(y4old)과, A/D연산부(30e)로부터 금회 출력된 전류값(y3)에 따라서 얻어진 평균전류값(y'3)에 따라서 금회의 보정전류값(y4)이 전회의 보정전류값(y4old)와 A/D변환부(30e)로부터 금회 출력된 전류값(y3)에 따라 얻어진 평균전류값(y3)의 중간의 값으로 되도록 당해 금회의 보정전류값(y4)이 연산되어, 이것이 필터연산부(30c)에서 출력된다. 그리고 이 「중간의 값」이라 함은, 전회의 보정전류값(y4old)의 값, A/D변환부(30c)에서 금회 출력된 전류치(y3)에 따라 얻어진 평균전류치(y'3)의 값을 포함하고, 이들 (y4old)부터 (y'3)까지의 사이의 어느 하나의 값인것을 의미한다(단계 202).

이러한 도 6의 처리는 샘플링타임(ΔT)마다 행하여지지만, 도 5의 처리는 이 샘플링타임(ΔT)에 동기하지 않아도 된다.

도 9는, 상기 (13)식에 표시하는 평균전류값(y'3)을 구하는 처리의 순서를 표시하는 플로우챠트이다.

도 9에 표시하는 바와 같이, 카운터의 카운트값(i)(초기값은 0)이 인크리먼트되고(단계 401), 그후에 A/D변환부(30e)에서 A/D변환이 행하여지고, 디지탈신호(y3)가 취득된다(단계 402).

여기에서, n개(n회전까지)의 디지탈데이터(y3)를 저장할 수 있는 n개의 레지스터열이 준비되어 있고, i번째의 레지스터(y3i)의 내용이, 이 카운트값(i)인 경우에 취득된 레지스터데이터(y3)로 된다(단계 403).

이어서, 현재의 카운트값(i)이 n에 이르고 있는지의 여부가 판단된다(단계 404).

이 결과, 카운트값(i)이 n에 달하고 있지 않으면, 순서는 단계(401)로 이행되고, 동일한 처리가 반복되나, 카운트값(i)이 n에 달하고 있다고 판단되면, 지금까지 레지스터에 격납된 n개분(n회전까지)의 디지탈데이터(y3i)(i=1~n)의 평균값(y'3)을 구하는 연산,

[수학식 14]

가 실행된다(단계 405).

그후, (i)는 0으로 리셋되어서(단계 406), 순서는 재차 단계(401)로 이행된다.

이렇게하여, 금회 취득된 전류값(y3)을 포함하는 과거 n회분의 평균전류값(y'3)이 연산되어, 이것이 (13)식에 대입되어서 보정전류값(y4)이 연산되게 된다.

그리고, 도 9의 평균전류값(y'3)을 구하는 처리는 도 6의 실행간격보다 빠른 실행간격으로 실행된다.

또한, (13)식에 있어서 평균전류값(y'1) 대신에, 금회 취득된 전류값(y3)을 그대로 사용하여도 된다.

이상과 같이, 필터연산부(30b), (30c)에서는, 이른바 필터연산을 실행하는 것에 의하여, 보정계수(k)를 구하는데 필요한 보정동작(d3), 보정전류값(y4)이 구하여진다.

이 경우, 동작(d1), 전류값(y3)을 그대로 사용하여 필터연산을 행하는 것은 아니고, 동작(d1), 전류값(y3)을 적분처리한 것을 사용하여 필터연산을 행하도록 하여도 좋다. 적분값은 필터연산을 행할 때만다 리셋하면 된다.

또, 이상과 같은 필터연산을 실행하는 대신에, 도 10에 표시하는 것 같은 구간평균연산을 실행하는 것에 의해, 보정계수(k)를 구하는데 필요한 보정동작(d3), 보정전류값(y4)을 구하도록 하여도 좋다.

이 경우, 도 6, 도 8의 처리대신에 도 10의 처리가 실행된다.

도 10에 표시하는 바와 같이, 우선, (i)가 1로 초기화된다(단계 501).

여기에서, 도 14에 표시하는 바와 같이, n개(n회전까지)의 디지탈데이터(d1)를 n개의 레지스터에 저장할 수 있는 레지스터열{d1i, d12, …, d1n}이 준비되어 있고, (d1i)는 레지스터열의 i번째의 레지스터에 저장되는 (d1)의 값을 표시한다.

그래서, 전회의 레지스터열의 i+1번째의 레지스터에 저장된 (d1)의 값을, 금회의 레지스터열의 i번째의 레지스터에 다시 저장하는 값의 처리가 실행된다(단계 502).

이어서, i를 +1인크리먼트하여(단계 503), i가 n에 달하고 있지 않는 한(단계 504의 판단 NO), 동일한 처리(단계502~503)가 반복실행된다.

그리고, i가 n에 도달하면, 금회, 동작연산부(30a)로부터 출력되어 있는 동작(d1)을, 금회의 레지스터열의 n번째의 레지스터에 저장하는 처리가 실행된다(단계 505).

이상의 레지스터열의 저장개소의 이동을, 도 14에 화살표로 표시한다. 즉, 매회 d1에 대하여 n회전까지의 데이터가 레지스터열에 격납, 유지되는 것으로 되고, 그 격납내용이 매회 갱신된다.

이어서, 이렇게해서 취득된 금회의 레지스터열의 격납내용(d1i)(i=1~n)에 따라, 이들 구간(i=1~n)의 평균값을 구하는 연산이 하기와 같이 실행되어, 이 구간평균값이 보정동작(d3)으로 된다.

즉, 매회, 동작(d1)에 대한 n회전까지의 데이터의 평균값이 보정동작(d3)으로 되어서 출력된다(단계506). 보정동작전류값(y4)에 대해서도, 보정동작(d3)과 동일하게 해서 구하여진다.

즉, i가 1로 초기화되어(단계 507), 전회의 레지스터열의 i+1번째의 레지스터에 저장된 y'3의 값을, 금회의 레지스터열의 i번째의 레지스터에 저장하여 다시 처리가 실행된다(단계 508).

이어서, i를 +1인크리먼트하여(단계 509), i가 n에 달하고 있지 않는 한(단계 510의 판단 NO), 동일한 처리(단계508~509)가 반복 실행된다.

그리고, i가 n에 도달하면, 도 9의 평균전류값의 연산의 결과, 금회 취득된 평균전류값(y'3)을, 금회의 레지스터열의 n번째의 레지스터에 저장하는 처리가 실행된다(단계 511).

이렇게하여, 매회 y'3에 대한 n회전까지의 데이터가 레지스터열에 격납, 유지되고, 그 격납내용이 매회 갱신되게 된다.

이어서, 이렇게 취득된 금회의 레지스터열의 격납내용(y'3i)(i=1-n)에 따라, 이 구간(i=1~n)의 평균값을 구하는 연산이 아래와 같이 실행되고, 이 구간평균값이, 보정전류값(y4)으로 된다.

[수학식 16]

즉 매회, 평균전류값(y'3)에 대한 n회전까지의 데이터의 평균치가 보정전류값(y4)으로 되어서, 출력된다(단계 512).

이상, 보정전류값(y4) 및 보정동작(d3) 모두, 도 6에 표시하는 필터연산에 의해서 구하는 경우와, 보정전류값(y4) 및 보정동작(d3)과 함께, 도 10에 표시하는 구간평균연산에 의하여 구하는 경우를 구분해서 설명하였으나, 보정전류값(y4)에 대하여는, 도 6의 단계(202)에 표시하는 필터연산에 의해서 구하고, 보정동작(d3)에 대해서는, 도 10의 단계(501)~(506)에 표시하는 구간평균연산에 의하여 구하는 실시도 가능하다. 역으로, 보정전류값(y4)에 대하여는, 도 10의 단계(507)~(512)에 표시하는 구간평균연산에 의해서 구하고, 보정동작(d3)에 대하여는 도 6의 단계(201)에 표시하는 필터연산에 의하여 구하는 실시도 가능하다.

도 11(a)~(g)는, 도 1 각부의 신호의 타이밍챠트를 표시하고 있다.

도 11(a)에 표시하는 바와 같이, 제어목표값(x1)은, 주기(t1)마다 입력된다. 제어목표값(x1)은, 이 주기(t1)마다 값이 크게 변동하고 있는 것을 알 수 있다.

도 11(b)는, 동작연산부(30a)에서 연산, 출력되는 동작(d1)를 표시하고 있다. 이 동작(d1)은, 보정전류값(y4), 보정동작(d3)에 따라 입력의 제어목표값(x1)을 보정하여 얻어진 것이므로, 도 11(a)에 표시하는 입력(x1)에 대한 응답지연이 발생하고 있지 않은 것을 알 수 있다.

도 11(c)는, 여자전류검출용 저항(35)에서 검출되는 전류(y1)(아날로그신호)를 표시하고 있다. 도 11(b)의 동작(d1)에 대하여는 솔레노이드(40)의 코일(43)의 인덕턴스분만큼 응답지연을 일으키고 있는 것을 알 수 있다.

도 11(d)은, 하드필터(32)에 의한 처리후의 전류(y2)(아날로그신호)를 표시하고 있다. 고역주파수성분이 제거되어 있는 것을 알 수 있다.

도 11(e)은, A/D변환부(30e)에 의한 처리후의 전류(y3)(디지탈신호)를 표시하고 있다. A/D변환부(30e)는, 주기(t2)마다 아날로그신호(y2)에서 디지탈신호(y3)로의 변환을 행하여, 디지탈신호(y3)를 출력하고 있는 것을 알 수 있다.

도 11(f)은, 필터연산부(30c)에 의한 보정처리후의 보정전류(y4)를 표시하고 있다. 필터연산부(30c)는 주기(t3)마다, 도 6의 단계(202)에 표시하는 필터연산 내지는 도 10의 단계(507)~(512)에 표시하는 구간평균 연산을 행하여, 점차 보정전류값(y4)을 출력한다. 도 11(e)에 표시하는 신호(y3)의 변동에 비교하여, 도11(f)에 표시하는 신호(y4)의 변동이 극히 작게 되도록 보정되어 있는 것을 알 수 있다.

도 11(g)은, 필터연산부(30b)에 의한 보정처리후의 보정동작(d3)을 표시하고 있다. 필터연산부(30b)는, 주기(t3)마다, 도 6의 단계(201)에 표시하는 연산 내지는 도 10의 단계(501)~(506)에 표시하는 구간평균연산을 행하여, 점차, 보정동작(d3)을 출력한다. 도 11(b)에 표시하는 신호(d1)의 변동에 비교하여, 도 11(g)에 표시하는 신호(d3)의 변동이 극히 작아지도록 보정되어 있는 것을 알 수 있다.

[발명의 효과]

이와 같이 신호(y3),(d1)의 변동을 억제한 보정전류값(y4), 보정동작(d3)을 구하고(동 도(f), (g) 참조), 이 보정전류값(y4), 보정동작(d3)로부터 입력(x1)을 보정하여 동작(d1)를 구하도록 하였으므로, 예를 들면, 주기(t1)마다 제어목표값(x1)이 크게 변화하였더라도(도 11(a)참조), 응답성, 추종성이 좋은 동작값(d1)을 연산, 출력할 수가 있게 되어(도 11(b) 참조), 제어의 안정성이 비약적으로 향상하게 된다.

Claims

소정의 시간마다 입력된 목표전류값에 대응하는 동작을 소정의 시간마다 연산하여 출력하는 동작연산수단과, 상기 동작연산수단으로부터 출력된 동작의 펄스신호를 생성하는 펄스신호생성수단과, 상기한 펄스신호생성수단에서 생성된 펄스신호에 의하여 구동되는 것에 의하여 통전되는 제어대상을 보유한 전류제어장치에 있어서, 상기 제어대상을 통전하는 전류값을 검출하고, 그 검출전류값을 소정의 시간마다 출력하는 전류값 검출수단과, 전회의 보정전류값과, 상기한 전류값 검출수단으로부터 금회 출력된 전류값에 따라서, 금회의 보정전류값이 전회의 보정전류값과 상기한 전류값 검출 수단으로부터 금회 출력된 전류값의 중간값으로 되도록 상기 금회의 보정전류값을 소정의 시간마다 연산하여 출력하는 보정전류값 연산수단과, 전회의 보정동작과, 상기한 동작연산수단으로부터 금회 출력된 동작에 따라서, 금회의 보정동작이 전회의 보정동작이 상기 동작연산수단으로부터 금회 출력된 동작의 중간의 값으로 되도록 금회의 보정동작을 소정의 시간마다 연산하여 출력하는 보정동작연산수단을 구비하고, 상기한 동작연산수단은, 상기 입력되는 목표전류값과, 상기 보정전류 연산수단으로부터 출력된 보정전류값과, 상기한 보정동작 연산수단으로부터 출력된 보정동작에 따라서, 동작를 연산하여 출력하도록 한 전류제어장치.
소정의 시간마다 입력된 목표전류값에 대응하는 동작을 소정의 시간마다 연산하여 출력하는 동작연산수단과, 상기 동작연산수단으로부터 출력된 동작의 펄스신호를 생성하는 펄스신호생성수단과, 상기한 펄스신호 생성수단에서 생성된 펄스신호에 의하여 구동되는 것에 의하여 통전되는 제어대상을 보유한 전류제어장치에 있어서, 상기 제어대상을 통전하는 전류값을 검출하고, 상기 검출전류값을 소정의 시간마다 출력하는 전류값 검출수단과, 상기 전류값 검출수단으로부터 금회 출력된 전류값과 전회까지 출력된 소정회수분의 전류값의 합계값의 평균값을 소정의 시간마다 연산하고, 이것을 보정전류값으로 출력하는 보정전류값 연산수단과, 상기 동작연산수단으로부터 금회 출력된 동작과 전회까지 출력된 소정회수분의 동작과의 합계값의 평균값을 소정의 시간마다 연산하고, 이것을 보정동작으로서 출력하는 보정동작 연산수단을 구비하고, 상기 동작연산수단은, 상기 입력되는 목표전류값과, 상기 보정전류 연산수단으로부터 출력된 보정전류값과, 상기 보정동작 연산수단으로 출력된 보정동작에 따라서, 동작을 연산하여 출력하도록 한 전류제어장치.
소정의 시간마다 입력된 목표전류값에 대응하는 동작을 그 소정의 시간마다 연산하여 출력하는 동작연산수단과, 상기 동작연산수단으로부터 출력된 동작의 펄스신호를 생성하는 펄스신호 생성수단과, 상기 펄스신호 생성수단에서 생성된 펄스신호에 의하여 구동되는 것에 의하여 통전되는 제어대상을 보유한 전류제어장치에 있어서, 상기 제어대상을 통전하는 전류값을 검출하고, 상기 검출전류값을 소정의 시간마다 출력하는 전류값 검출수단과, 전회의 보정전류값과, 상기 전류값 검출수단으로부터 금회 출력된 전류값에 따라서, 금회의 보정전류값이 전회의 보정전류값과 상기 전류값 검출수단으로부터 금회 출력된 전류치와의 중간값으로 되도록 상기 금회의 보정전류치를 소정의 시간마다 연산하여 출력하는 보정전류값 연산수단과, 상기 동작연산수단으로부터 금회 출력된 동작과 전회까지 출력된 소정회수분의 동작과의 합계값의 평균값을 소정의 시간마다 연산하고, 이것을 보정동작으로서 출력하는 보정동작 연산수단을 구비하고, 상기 동작연산수단은, 상기 입력되는 목표전류값과, 상기 보정전류 연산수단으로부터 출력된 보정전류값과, 상기 보정동작 연산수단으로 출력된 보정동작에 따라서, 동작을 연산하여 출력하도록 한 전류제어장치.
소정의 시간마다 입력된 목표전류값에 대응하는 동작을 소정의 시간마다 연산하여 출력하는 동작연산수단과, 상기 동작연산수단으로부터 출력된 동작의 펄스신호를 생성하는 펄스신호 생성수단과, 상기 펄스신호 생성수단에서 생성된 펄스신호에 의하여 구동되는 것에 의하여 통전되는 제어대상을 가진 전류제어장치에 있어서, 상기 제어대상을 통전하는 전류값을 검출하고, 상기 검출전류값을 소정의 시간마다 출력하는 전류값 검출수단과, 상기 전류값 검출수단으로부터 금회 출력된 전류값과 전회까지 출력된 소정회수분의 전류값의 합계값의 평균값을 소정의 시간마다 연산하고, 이것을 보정전류값으로서 출력하는 보정전류값 연산수단과, 전회의 보정동작과, 상기 동작연산수단으로부터 금회 출력된 동작에 따라서, 금회의 보정동작이 전회의 보정동작과 상기 동작연산수단으로부터 금회 출력된 동작의 중간값으로 되도록 상기 금회의 보정동작을 소정의 시간마다 연산하여 출력하는 보정동작연산수단을 구비하고, 상기 동작연산수단은, 상기 입력되는 목표전류값과, 상기 보정전류값 연산수단으로부터 출력된 보정전류값과, 상기 보정동작 연산수단으로부터 출력된 보정동작에 따라서, 동작을 연산하여 출력하도록 한 전류제어장치.

※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.