JP2008054402A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】速度制御への影響を抑制しつつモータ間の回転量のずれをなくすことができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータ４，８の回転速度の平均値Ｙｍを平均速度演算部１２で求め、これを目標速度にフィードバックして、並進速度コントローラ３０により２つのモータをそれぞれの回転速度が等しくなるように同期制御する。また、各モータ４，８の回転量の平均値Ｘｍを平均回転量演算部１３で求め、この平均値Ｘｍと各モータ４，８の回転速度Ｘａ，Ｘｂとの偏差に基づく差動信号Ｚａ，Ｚｂを生成して、各モータ４，８の回転量を個別に制御することにより、回転速度に影響を与えることなく、２つのモータの回転量が等しくなるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のモータの回転速度および回転量が等しくなるように同期制御を行うモータ制御装置に関する。

例えば、車室上部に開閉自在なルーフを備え、このルーフが折り畳まれて後部トランク内に収納されるようになっているコンバーチブル車では、ルーフやトランクなどの被移動体の移動は、左右に配備された２つのモータを回転させることにより行われる。しかしながら、モータの特性のばらつきや、モータにより駆動されるリンク機構の摩擦力のばらつき、あるいは車体の傾きによるモータの負荷の差などに基因して、２つのモータの回転速度や回転量（回転角度）が異なると、被移動体にアンバランスな力が作用して被移動体が変形し、極端な場合は破損することがある。

そこで、２つのモータの回転速度や回転量が同じになるように制御する制御装置が下記の特許文献１〜３で提案されている。特許文献１は、各モータの現在位置と目標速度から単位時間後の目標位置を算出する一方、各モータの現在位置と現在速度から単位時間後の予測位置を算出し、算出された目標位置と予測位置とを比較してモータの出力量を決定することにより、各モータの予測位置が共通の目標位置に徐々に近づくように制御を行い、モータ間の位置ずれを抑制するものである。特許文献２は、第１のモータに対しては従来の同様の速度制御を行い、第２のモータに対しては、速度制御ではなく、第１のモータの回転角度の絶対値を基準として、これに同期して追従させる位置制御とすることにより、モータ間の位置ずれを抑制するものである。特許文献３は、モータの回転速度に応じて速度帰還路をアンチバックラッシュ制御から速度制御に切り替える等の手段により、２つのモータを回転速度が一致するように制御して動作の安定化を図るものである。

特許第３４６７４４０号公報 特許第３５５０１１４号公報 特開２００１−５１７２２号公報

従来のモータ制御装置においては、回転速度と回転量とを独立して制御することができないため、２つのモータ間で回転量の差がなくなるように制御を行うと、回転速度が影響を受けて、モータ間で回転速度にずれが生じるという問題がある。これを図３の例について説明する。図３は、２つのモータの回転量と、これらのモータにより駆動される被移動体の先端速度の制御結果の一例を示している。図３（ａ）は、モータＡ，Ｂの回転量の制御結果であり、図３（ｂ）は被移動体の先端速度の制御結果である。モータＡ，Ｂを回転速度が同じになるように同期制御することで、図３（ｂ）のように、先端速度を目標速度と略一致させることができる。しかしながら、回転速度の同期制御を行っても、モータＡ，Ｂの回転量に図３（ａ）のようにずれが生じる場合、このずれが０となるように各モータの回転量を制御すると、ずれは解消されるが、その一方で回転量の操作量の変化が回転速度の操作量に影響し、今度はモータＡ，Ｂの回転速度に差が生じて、先端速度が目標値から外れる結果となる。したがって、従来の技術では、モータ間で回転速度を同じに維持しつつ、回転量のずれをなくすような制御を行うことは不可能であった。

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的とするところは、速度制御への影響を抑制しつつモータ間の回転量のずれをなくすことができるモータ制御装置を提供することにある。

本発明に係るモータ制御装置は、複数のモータの回転速度および回転量が等しくなるように同期制御を行うモータ制御装置であって、回転速度の目標値である目標速度を生成する目標速度生成手段と、各モータの回転速度をそれぞれ検出する速度検出手段と、この速度検出手段によって検出された各モータの回転速度を平均して、平均速度を算出する平均速度算出手段と、目標速度生成手段で生成された目標速度、および平均速度算出手段によって算出された平均速度に基づいて、各モータへ駆動指令値を出力する駆動指令値出力手段と、各モータの回転量をそれぞれ検出する回転量検出手段と、この回転量検出手段によって検出された各モータの回転量を平均して、平均回転量を算出する平均回転量算出手段と、この平均回転量算出手段によって算出された平均回転量、および前記回転量検出手段によって検出された各モータの回転量に基づいて、それぞれのモータに対応した回転量制御用のフィードバック信号を生成し、当該フィードバック信号に基づいて、駆動指令値出力手段から各モータへ与えられる駆動指令値を変更する駆動指令値変更手段とを備えたものである。

本発明においては、複数のモータのそれぞれの回転速度を検出してそれらの平均（平均速度）を算出するとともに、複数のモータのそれぞれの回転量を検出してそれらの平均（平均回転量）を算出する。そして、回転速度に関しては、目標速度と平均速度とに基づいて算出された駆動指令値を各モータへ与えることにより、各モータは目標速度となるように制御され、等しい速度で回転する。一方、回転量に関しては、算出された平均回転量と個々のモータの回転量とに基づいて、各モータごとにフィードバック信号が生成され、このフィードバック信号により各モータに与えられる駆動指令値が変更されることで、それぞれのモータに対して個別に回転量の制御が行われる。このため、回転速度に与える影響を小さくしつつ回転量を独立に制御して、回転量のずれをなくすことができる。したがって、複数のモータ間で回転速度および回転量を共に同じにすることができるので、例えば２つのモータによって１つの被移動体を移動させる場合に、被移動体にアンバランスな力が働かないようにして、被移動体の変形や破損を防止することができる。

こうして本発明によれば、速度制御に与える影響を小さくしつつモータ間の回転量のずれをなくすことができるモータ制御装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るモータ制御装置の制御ブロック図である。１は目標速度（回転速度の目標値）を生成する目標速度生成器であって、被移動体の位置に応じた目標速度があらかじめ設定された目標速度テーブルを備えている。３０は２つのモータ４，８の回転速度を制御する並進速度コントローラであって、以下に述べる並進ＦＢ（フィードバック）出力発生器２、並進ＦＦ（フィードフォワード）出力発生器３、演算器１４および演算器１５から構成される。並進ＦＢ出力発生器２は、モータ４，８の回転速度が同じになるように制御するもので、例えば、入力される偏差に比例した信号を出力する比例要素と、偏差の時間積分値に比例した信号を出力する積分要素から構成されている。並進ＦＦ出力発生器３は、目標速度と等しい値の速度値を出力するフィードフォワード要素からなる。このように比例動作と積分動作にフィードフォワード動作を組み合わせることにより、目標値に対する良好な応答特性を得ることができる。なお、並進ＦＢ出力発生器２においては、比例要素と積分要素に微分要素を加え、ＰＩＤ制御を行う構成としてもよい。また、並進ＦＦ出力発生器３は、本発明にとって必須ではなく、省略することもできる。

４は被移動体を移動させる一方のモータ（モータＡ）、５はモータ４の回転量（回転角度）を検出する回転量検出器、６はモータ４の回転速度を検出する速度検出器である。検出器５，６は、例えば、モータ４の回転に同期したパルスを発生する１個のロータリエンコーダを用いて構成することができる。７は差動ＦＢ（フィードバック）出力発生器であって、モータ４に対する回転量制御用のフィードバック信号を生成して出力する。８は被移動体を移動させる他方のモータ（モータＢ）、９はモータ８の回転量（回転角度）を検出する回転量検出器、１０はモータ８の回転速度を検出する速度検出器である。検出器９，１０も、モータ８の回転に同期したパルスを発生する１個のロータリエンコーダを用いて構成することができる。１１は差動ＦＢ（フィードバック）出力発生器であって、モータ８に対する回転量制御用のフィードバック信号を生成して出力する。差動ＦＢ出力発生器７，１１は、前述の比例要素や積分要素などから構成される。モータ４とモータ８は、車両のルーフやトランクなどの被移動体の左右に配備されており、２つのモータ４，８の回転によって、各モータと連動するリンク機構（図示省略）を介して１つの被移動体を移動させるようになっている。

１２は、速度検出器６，１０によって検出された各モータ４，８の回転速度を平均して、平均速度を算出する平均速度演算部である。１３は、回転量検出器５，９によって検出された各モータ４，８の回転量を平均して、平均回転量を算出する平均回転量演算部である。１４は、目標速度生成器１から出力される目標速度と、平均速度演算部１２から出力される平均速度との偏差を演算する演算器である。１５は、並進ＦＢ出力発生器２の出力と、並進ＦＦ出力発生器３の出力とを加算する演算器である。１６は、演算器１５の出力すなわち並進速度コントローラ３０の出力と、差動ＦＢ出力発生器７の出力とを加算する演算器である。１７は、平均回転量演算部１３の出力と、回転量検出器５の出力との差を演算する演算器である。１８は、演算器１５の出力すなわち並進速度コントローラ３０の出力と、差動ＦＢ出力発生器１１の出力とを加算する演算器である。１９は、平均回転量演算部１３の出力と、回転量検出器９の出力との差を演算する演算器である。

以上の構成において、目標速度生成器１は本発明における目標速度生成手段の一実施形態を構成し、並進速度コントローラ３０は本発明における駆動指令値出力手段の一実施形態を構成している。回転量検出器５，９は本発明における回転量検出手段の一実施形態を構成し、速度検出器６，１０は本発明における速度検出手段の一実施形態を構成している。平均速度演算部１２は本発明における平均速度算出手段の一実施形態を構成し、平均回転量演算部１３は本発明における平均回転量算出手段の一実施形態を構成している。演算器１６〜１９および差動ＦＢ出力発生器７，１１は本発明における駆動指令値変更手段の一実施形態を構成している。

次に、モータ４，８の制御動作について説明する。図示しない操作スイッチを操作して、ルーフ等の被移動体の開閉動作を開始すると、目標速度生成器１から並進速度コントローラ３０に、被移動体の位置に応じた目標速度Ｙｏが与えられる。この目標速度Ｙｏは演算器１４に入力され、目標速度Ｙｏと、平均速度演算部１２の出力である平均速度Ｙｍとの偏差Ｙｏ−Ｙｍが演算される。演算された偏差は並進ＦＢ出力発生器２に入力され、並進ＦＢ出力発生器２は比例、積分等の処理を行なって、偏差に応じた信号を出力する。また、目標速度Ｙｏは並進ＦＦ出力発生器３にも入力され、フィードフォワードの処理が行なわれる。並進ＦＢ出力発生器２の出力Ｐおよび並進ＦＦ出力発生器３の出力Ｑは、演算器１５で加算される。並進速度コントローラ３０は、演算器１５での加算結果を駆動指令値Ｓとして出力する。

並進速度コントローラ３０から出力された駆動指令値Ｓは、共通の指令値として、演算器１６および演算器１８へ与えられる。演算器１６では、駆動指令値Ｓと、差動ＦＢ出力発生器７から出力される後述の差動信号Ｚａとが加算され、この加算結果Ｓ＋Ｚａが駆動指令値αとしてモータ４へ与えられる。演算器１８では、駆動指令値Ｓと、差動ＦＢ出力発生器１１から出力される後述の差動信号Ｚｂとが加算され、この加算結果Ｓ＋Ｚｂが駆動指令値βとしてモータ８へ与えられる。

モータ４は、駆動指令値αに従って所定の回転速度および回転量（回転角度）で回転する。モータ４の回転量は回転量検出器５で検出され、回転速度は速度検出器６で検出される。回転量検出器５で検出された回転量Ｘａは平均回転量演算部１３に与えられるとともに、演算器１７に与えられる。速度検出器６で検出された回転速度Ｙａは、平均速度演算部１２に与えられる。

一方、モータ８は、駆動指令値βに従って所定の回転速度および回転量（回転角度）で回転する。モータ８の回転量は回転量検出器９で検出され、回転速度は速度検出器１０で検出される。回転量検出器９で検出された回転量Ｘｂは平均回転量演算部１３に与えられるとともに、演算器１９に与えられる。速度検出器１０で検出された回転速度Ｙｂは、平均速度演算部１２に与えられる。

平均速度演算部１２は、速度検出器６，１０から出力された各モータ４，８の回転速度Ｙａ，Ｙｂに基づいて、平均速度Ｙｍを算出する。平均速度Ｙｍは、
Ｙｍ＝（Ｙａ＋Ｙｂ）／２
から求められる。なお、ここでは平均速度ＹｍをＹａ，Ｙｂの算術平均（相加平均）として算出したが、これ以外の方法で算出してもよい。例えば、幾何平均（相乗平均）として算出する場合は、平均速度Ｙｍは、
Ｙｍ＝（Ｙａ・Ｙｂ）^１／２
から求められる。

算出された平均速度Ｙｍは、フィードバック用の速度制御量として平均速度演算部１２から並進速度コントローラ３０の演算器１４へ与えられる。演算器１４は、前述のように目標速度Ｙｏと平均速度Ｙｍとの偏差Ｙｏ−Ｙｍを演算する。この偏差は並進ＦＢ出力発生器２に与えられ、並進ＦＢ出力発生器２は偏差に対して比例・積分等の処理を行う。並進ＦＢ出力発生器２の出力Ｐは、演算器１５において並進ＦＦ出力発生器３の出力Ｑと加算され、並進速度コントローラ３０からは上記偏差に応じた駆動指令値Ｓが出力される。この駆動指令値Ｓは各モータ４，８に共通に与えられ、各モータ４，８は、上記駆動指令値Ｓによりそれぞれの回転速度が目標速度Ｙｏと等しくなるように同期制御される。

一方、平均回転量演算部１３は、回転量検出器５，９から出力された各モータ４，８の回転量Ｘａ，Ｘｂに基づいて、平均回転量Ｘｍを算出する。平均回転量Ｘｍは、
Ｘｍ＝（Ｘａ＋Ｘｂ）／２
から求められる。なお、ここでは平均回転量ＸｍをＸａ，Ｘｂの算術平均（相加平均）として算出したが、これ以外の方法で算出してもよい。例えば、幾何平均（相乗平均）として算出する場合は、平均回転量Ｘｍは、
Ｘｍ＝（Ｘａ・Ｘｂ）^１／２
から求められる。

算出された平均回転量Ｘｍは、演算器１７，１９に共通に与えられる。演算器１７は、平均回転量Ｘｍと、回転量検出器５で検出されたモータ４の回転量Ｘａとの偏差Ｘｍ−Ｘａを演算する。この演算結果は、差動ＦＢ出力発生器７へ与えられる。差動ＦＢ出力発生器７は、上記偏差に応じた差動信号Ｚａを出力する。この差動信号Ｚａは、モータ４に対する回転量制御用のフィードバック信号として演算器１６に与えられ、演算器１６で駆動指令値Ｓと差動信号Ｚａとが加算される。これにより、モータ４に与えられる駆動指令値が変更され、モータ４は駆動指令値α（＝Ｓ＋Ｚａ）に従う回転速度および回転量で回転する。この場合、モータ４は、差動ＦＢ出力発生器７からの差動信号Ｚａにより、回転量が平均回転量Ｘｍとなるように制御される。

一方、演算器１９は、平均回転量Ｘｍと、回転量検出器９で検出されたモータ８の回転量Ｘｂとの偏差Ｘｍ−Ｘｂを演算する。この演算結果は、差動ＦＢ出力発生器１１へ与えられる。差動ＦＢ出力発生器１１は、上記偏差に応じた差動信号Ｚｂを出力する。この差動信号Ｚｂは、モータ８に対する回転量制御用のフィードバック信号として演算器１８に与えられ、演算器１８で駆動指令値Ｓと差動信号Ｚｂとが加算される。これにより、モータ８に与えられる駆動指令値が変更され、モータ８は駆動指令値β（＝Ｓ＋Ｚｂ）に従う回転速度および回転量で回転する。この場合、モータ８は、差動ＦＢ出力発生器１１からの差動信号Ｚｂにより、回転量が平均回転量Ｘｍとなるように制御される。

このように、本実施形態においては、モータ４，８のそれぞれの回転速度を速度検出器６，１０で検出し、平均速度演算部１２でそれらの平均を算出し、算出された平均速度Ｙｍと目標速度Ｙｏとの偏差に基づいて、並進速度コントローラ３０から各モータ４，８に対して共通の駆動指令値Ｓが出力される。この駆動指令値Ｓにより、モータ４，８の回転速度が目標速度となるように制御され、モータ４，８は同じ速度で回転する。

また、本実施形態においては、モータ４，８のそれぞれの回転量を回転量検出器５，９で検出し、平均回転量演算部１３でそれらの平均を算出し、算出された平均回転量Ｘｍと検出された各モータの回転量Ｘａ，Ｘｂとの偏差に基づく差動信号Ｚａ，Ｚｂを生成して、それぞれのモータ４，８に対して回転量制御用のフィードバック信号を個別に与えるようにしている。このため、モータ４は駆動指令値Ｓと差動信号Ｚａに基づく駆動指令値αに従って制御され、モータ８は駆動指令値Ｓと差動信号Ｚｂに基づく駆動指令値βに従って制御される。このように、モータ４，８に個別のフィードバック信号（差動信号Ｚａ，Ｚｂ）を与えることで、各モータの回転量を独立して制御することが可能となる。したがって、モータ４，８の回転量が共に平均回転量Ｘｍとなるように制御することにより、回転速度に影響を与えずに（あるいは影響を極力小さくして）、２つのモータの回転量を同じにして、モータ間の回転量のずれをなくすことができる。

以上述べたように、各モータ４，８の回転速度の平均値を求め、これを目標速度にフィードバックして、並進速度コントローラ３０により２つのモータを同期制御することで、各モータ４，８の回転速度を等しくすることができる。また、各モータ４，８の回転量の平均値を求め、この平均値と各モータ４，８の回転量との偏差に基づく差動信号Ｚａ，Ｚｂを生成して、各モータ４，８の回転量を個別に制御することにより、回転速度に与える影響を抑制しつつ、各モータ４，８の回転量を等しくすることができる。こうして、２つのモータの回転速度および回転量が共に同じとなる結果、モータ４，８によって１つの被移動体を移動させる場合に、被移動体にアンバランスな力が働かないようにして、被移動体の変形や破損を防止することができる。

図２は、図１のモータ制御装置における２つのモータの回転量と、これらのモータにより駆動される被移動体の先端速度の制御結果の一例を示している。図２（ａ）は、モータＡ（モータ４），モータＢ（モータ８）の回転量の制御結果であり、図２（ｂ）は被移動体の先端速度の制御結果である。図２（ａ）のようにモータＡ，Ｂ間で回転量のずれが殆ど生じないように２つのモータの回転量を制御しても、図２（ｂ）に示すように、先端速度は図３（ｂ）の場合と比べて変化しておらず、モータの回転速度を目標値に維持したまま、回転量のずれをなくすように制御できることがわかる。

上述した実施形態では、２台のモータ４，８に対して同期制御を行う場合を例に挙げたが、本発明は、３台以上のモータに対して同期制御を行う場合にも同様に適用することができる。

また、上述した実施形態では、車両のルーフやトランク等の開閉に用いられるモータ制御装置を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、例えばダンプカーの荷台のような被移動体を駆動する場合などにも適用することができる。

本発明の実施形態に係るモータ制御装置の制御ブロック図である。 本発明におけるモータの回転量と被移動体の先端速度の制御結果の一例を示した図である。 従来例におけるモータの回転量と被移動体の先端速度の制御結果の一例を示した図である。

符号の説明

１ 目標速度生成器
２ 並進ＦＢ出力発生器
３ 並進ＦＦ出力発生器
４ モータ
５ 回転量検出器
６ 速度検出器
７ 差動ＦＢ出力発生器
８ モータ
９ 回転量検出器
１０ 速度検出器
１１ 差動ＦＢ出力発生器
１２ 平均速度演算部
１３ 平均回転量演算部
１４〜１９ 演算器
３０ 並進速度コントローラ

Claims (1)

1. 複数のモータの回転速度および回転量が等しくなるように同期制御を行うモータ制御装置であって、
   回転速度の目標値である目標速度を生成する目標速度生成手段と、
   各モータの回転速度をそれぞれ検出する速度検出手段と、
   前記速度検出手段によって検出された各モータの回転速度を平均して、平均速度を算出する平均速度算出手段と、
   前記目標速度生成手段で生成された目標速度、および前記平均速度算出手段によって算出された平均速度に基づいて、各モータへ駆動指令値を出力する駆動指令値出力手段と、
   各モータの回転量をそれぞれ検出する回転量検出手段と、
   前記回転量検出手段によって検出された各モータの回転量を平均して、平均回転量を算出する平均回転量算出手段と、
   前記平均回転量算出手段によって算出された平均回転量、および前記回転量検出手段によって検出された各モータの回転量に基づいて、それぞれのモータに対応した回転量制御用のフィードバック信号を生成し、当該フィードバック信号に基づいて、前記駆動指令値出力手段から各モータへ与えられる駆動指令値を変更する駆動指令値変更手段と、
   を備えたことを特徴とするモータ制御装置。

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