JP2019133537A - アクチュエータ制御装置及びアクチュエータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータの可動部の位置を検出する検出部の検出分解能が低い場合でも、アクチュエータの発生力を目標発生力に追従させることができるようにする。【解決手段】検出された可動部の位置に誤差があるか否かの判定を行う判定部１３と、可動部を動作させるための動作電流から可動部の位置を推定し、検出部３で検出された位置及び推定された位置を用いて、補正信号を出力する外乱オブザーバ部１４と、その補正信号に基づいてアクチュエータ２を制御し、アクチュエータ２の発生力を目標発生力に追従させる制御部１２と、を備え、外乱オブザーバ部１４は、判定部１３での判定結果に応じて、補正信号を生成するための外乱補正ゲインを変更する。【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータ制御装置及びアクチュエータ制御方法に関する。

アクチュエータに接続される被駆動体を意図した力で動かすために、アクチュエータの発生力を目標発生力に追従させるようアクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置がある。アクチュエータがモータ等の回転体により動力を発生させる装置であれば、アクチュエータ制御装置は、アクチュエータの発生トルクを目標発生トルクに追従させるようアクチュエータを制御する。但し、トルクは力に比例するため、発生トルクを目標発生トルクに追従させることは、発生力を目標発生力に追従させることに相当する。これを実現するには、アクチュエータ制御装置は、発生力を検出するセンサーの情報を元に、アクチュエータをフィードバック制御する。しかし、発生力を検出するセンサーを取り付けることで装置コストがかかり、また、装置が大型化する。

そこで、アクチュエータの電流値を目標電流値に追従させるようアクチュエータをフィードバック制御することで、電流値に比例する発生力を目標発生力に追従させることができる。しかしながら、アクチュエータの経年劣化が発生すると、それが外乱となって両者の比例関係が崩れるため、発生力と目標発生力の間に誤差が生じる。

例えば、特許文献１では、アクチュエータに作用する外乱を補償する外乱オブザーバについての説明が行われている。アクチュエータの発生力を目標発生力に追従させる場合に、外乱オブザーバを適用すると、アクチュエータ制御装置は、以下のような処理を行う。
まず、アクチュエータ制御装置は、アクチュエータの電流信号を用いてアクチュエータの位置を推定する。次に、アクチュエータ制御装置は、アクチュエータの可動部の位置を外部センサーにより検出し、検出された位置信号と推定された位置信号との差を元に外乱を推定する。最後に、アクチュエータ制御装置は、外乱推定信号をアクチュエータの電流制御用の制御フィルタ部へ入力する。これにより、アクチュエータの経年劣化が発生しても、アクチュエータの発生力を目標発生力に追従させることができる。

特開平９−１２８７７０号公報（段落００１９〜００２０、図２）

しかしながら、従来の技術では、アクチュエータの可動部の位置検出センサーの検出分解能が低い場合、実際のアクチュエータの位置に対し量子化誤差が大きくなる。この量子化誤差が、外乱オブザーバにおける外乱の推定誤差につながり、制御が不安定となる。この結果、アクチュエータの発生力を目標発生力に追従させることができなくなる。

そこで、本発明の一又は複数の態様は、アクチュエータの可動部の位置を検出する検出部の検出分解能が低い場合でも、アクチュエータの発生力を目標発生力に追従させることができるようにすることを目的としている。

本発明の一態様に係るアクチュエータ制御装置は、可動部を備えるアクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置であって、検出された前記可動部の位置に誤差があるか否かの判定を行う判定部と、前記可動部を動作させるための動作電流から前記可動部の位置を推定し、前記検出された前記可動部の位置及び前記可動部の推定された位置を用いて、補正信号を出力する外乱オブザーバ部と、前記補正信号に基づいて前記アクチュエータを制御し、前記アクチュエータの発生力を前記アクチュエータの目標発生力に追従させる制御部と、を備え、前記外乱オブザーバ部は、前記判定の結果に応じて、前記補正信号を生成するための外乱補正ゲインを変更することを特徴とする。

本発明の一態様に係るアクチュエータ制御方法は、可動部を備えるアクチュエータを制御するアクチュエータ制御方法であって、前記検出された前記可動部の位置に誤差があるか否かの判定を行い、前記可動部を動作させるための動作電流から前記可動部の位置を推定し、前記判定の結果に応じて外乱補正ゲインを変更した後に、前記検出された前記可動部の位置及び前記可動部の推定された位置を用いて補正信号を生成し、前記補正信号に基づいて前記アクチュエータを制御し、前記アクチュエータの発生力を前記アクチュエータの目標発生力に追従させることを特徴とする。

本発明の一又は複数の態様によれば、アクチュエータの可動部の位置を検出する検出部の検出分解能が低い場合でも、アクチュエータの発生力を目標発生力に追従させることができるようにすることを目的としている。

実施の形態１に係るアクチュエータ制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。 実施の形態１の制御部の構成を概略的に示すブロック図である。 実施の形態１のアクチュエータの構成を概略的に示すブロック図である。 実施の形態１において、機構部で生成される位置信号と、検出部で検出される位置に相当する位置信号との一例を示す図である。 実施の形態１の外乱オブザーバ部の構成を概略的に示すブロック図である。 実施の形態１のモデル機構部の構成を概略的に示すブロック図である。 （ａ）及び（ｂ）は、ハードウェア構成例を示すブロック図である。 （ａ）〜（ｄ）は、比較例におけるアクチュエータのパルス応答を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１におけるアクチュエータの第１のパルス応答を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１におけるアクチュエータの第２のパルス応答を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１におけるアクチュエータの第３のパルス応答を示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１におけるアクチュエータの第４のパルス応答を示す図である。 実施の形態１の変形例であるモデル機構部の構成を概略的に示すブロック図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１において、イナーシャとイナーシャの推定値とが異なる場合のアクチュエータのパルス応答を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１において、イナーシャとイナーシャの推定値との比に対する、第１の誤差と第２の誤差とを示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１において、イナーシャの推定値を再設定した場合のアクチュエータのパルス応答を示す図である。

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制御装置１の構成を概略的に示すブロック図である。
アクチュエータ制御装置１は、実施の形態１に係るアクチュエータ制御方法を実施することができる装置であり、アクチュエータ２の発生力を目標発生力に追従させる装置である。以降、アクチュエータ２がＤＣモータ（Ｄｉｒｅｃｔ−Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｍｏｔｏｒ）の場合の動作を示す。この場合、アクチュエータ制御装置１は、発生トルクを目標発生トルクに追従させるよう、ＤＣモータを制御する。なお、実施の形態１におけるアクチュエータ２の発生力は、発生トルクとし、目標発生力は、目標発生トルクとするが、実施の形態１は、このような例に限定されるものではない。

図１に示されるように、実施の形態１に係るアクチュエータ制御装置１は、信号出力部１１と、制御部１２と、判定部１３と、外乱オブザーバ部１４とを備える。
アクチュエータ制御装置１は、アクチュエータ２を制御し、検出部３でアクチュエータ２の可動部の位置を検出する。例えば、アクチュエータがＤＣモータの場合、可動部は、回転子である。

アクチュエータ２は、磁気部２１、機構部２２及び後述の変換部２３を備える。また、検出部３は、アクチュエータ２の外部センサーとして、アクチュエータ２の可動部の位置を検出する。

信号出力部１１は、電流信号Ｓ_１を制御部１２に与える。電流信号Ｓ_１は、目標電流信号である。目標電流信号は、図示しない上位制御部から与えられる目標発生力信号である目標発生トルク信号Ｓ_０に対し、変換係数を乗算して得られる。目標発生トルク信号Ｓ_０は、アクチュエータ２で発生される力であるトルクを追従させる目標となるトルクを示すトルク信号である。この変換係数は、力信号としてのトルク信号を電流信号に変換する係数である。信号出力部１１は、目標発生トルク信号Ｓ_０を演算して得られる目標電流信号である電流信号Ｓ_１を制御部１２に与える。目標電流信号は、アクチュエータ２が目標発生力としての目標発生トルクで動作する時に発生する電流値を示す電流信号を想定している。

制御部１２は、信号出力部１１からの電流信号Ｓ_１と、外乱オブザーバ部１４からの電流信号Ｓ_２と、アクチュエータ２の磁気部２１からの電流信号Ｓ_３を受け取る。制御部１２は、これらの信号に基づいて、アクチュエータ２を駆動するための駆動電圧を示す電圧信号Ｓ_４をアクチュエータ２に与える。具体的には、制御部１２は、信号出力部１１からの電流信号Ｓ_１で示される電流値を、外乱オブザーバ部１４からの電流信号Ｓ_２で示される補正値により補正することで、アクチュエータ２への外乱を補償する。そして、制御部１２は、補正された値に、アクチュエータ２の磁気部２１からの電流信号Ｓ_３が追従するように、アクチュエータ２を制御する。上述のように、信号出力部１１からの電流信号Ｓ_１で示される電流値は、目標発生力に相当する。また、電流信号Ｓ_１から電流信号Ｓ_２を減算することは、アクチュエータ２への外乱を補償するように、発生力を補正することを示す。

アクチュエータ２の磁気部２１は、電圧信号Ｓ_４に基づいて、機構部２２を駆動する。
検出部３は、アクチュエータ２の機構部２２において、可動部の位置を検出する。検出部３は、検出した位置を示す位置信号Ｓ_５を、判定部１３及び外乱オブザーバ部１４に与える。

判定部１３は、検出部３からの位置信号Ｓ_５を受け取る。判定部１３は、この位置信号Ｓ_５に基づいて、検出部３で検出される位置に誤差があるか否かを判定する。例えば、判定部１３は、検出部３からの位置信号Ｓ_５で示される位置が更新されたか否かを確認する。判定部１３は、その位置が更新された場合には、検出部３で検出される位置に誤差がないと判定し、その位置が更新されていない場合には、検出部３で検出される位置に誤差があると判定する。判定部１３は、その判定結果を示す判定信号Ｓ_６を外乱オブザーバ部１４に与える。判定信号Ｓ_６は、「１」と「０」の二通りの値を取る。判定部１３での判定結果がＹＥＳの場合、判定信号Ｓ_６は「１」を示し、判定結果がＮＯの場合、判定信号Ｓ_６は「０」を示す。判定部１３の動作は、後に図５を用いて説明する。

外乱オブザーバ部１４は、アクチュエータ２の磁気部２１からの電流信号Ｓ_３と、検出部３からの位置信号Ｓ_５と、判定部１３からの判定信号Ｓ_６とを受け取る。外乱オブザーバ部１４は、これらの信号に基づいて、アクチュエータ２への外乱を補償するための補正値を示す電流信号Ｓ_２を制御部１２に与える。例えば、外乱オブザーバ部１４は、電流信号Ｓ_３で示される動作電流の電流値により、アクチュエータ２の可動部の位置を推定する。そして、外乱オブザーバ部１４は、検出部３で検出された位置と推定された位置とを用いて、補正信号を出力する。具体的には、外乱オブザーバ部１４は、検出部３で検出された位置と推定された位置との差分を、誤差信号とする。外乱オブザーバ部１４は、誤差信号に外乱補正ゲインを乗算した乗算値を積分して、その積分された値を電流信号に変換することで、補正信号に相当する電流信号Ｓ_２を生成する。なお、外乱オブザーバ部１４は、判定部１３での判定結果に応じて、外乱補正ゲインを変更する。補正信号は、アクチュエータ２の発生力を補正するための信号であり、外乱オブザーバ部１４により推定された外乱を補償するために用いられる電流信号である。補正信号は、検出部３で検出された可動部の位置及び外乱オブザーバ部１４で推定された位置を用いて算出される。外乱オブザーバ部１４は、アクチュエータ２の発生力を目標発生力に追従させるために、補正信号に相当する電流信号Ｓ２を出力する。外乱オブザーバ部１４の動作は、後に図３及び図４を用いて説明する。

制御部１２は、目標電流信号である電流信号Ｓ_１と、推定された外乱を補償するための電流信号Ｓ_２と、アクチュエータ２の動作電流に相当する電流値を示す電流信号Ｓ_３とを用いて、アクチュエータ２を制御する。

図２は、実施の形態１に係るアクチュエータ制御装置１における制御部１２の構成を概略的に示すブロック図である。
図２に示されるように、制御部１２は、演算部１２１と、制御フィルタ部１２２とを備える。

演算部１２１は、信号出力部１１からの電流信号Ｓ_１と、外乱オブザーバ部１４からの電流信号Ｓ_２と、アクチュエータ２の磁気部２１からの電流信号Ｓ_３とを受け取る。演算部１２１は、（Ｓ_１−Ｓ_２−Ｓ_３）を算出し、この算出結果である電流信号Ｓ_９を制御フィルタ部１２２に与える。

制御フィルタ部１２２は、演算部１２１からの電流信号Ｓ_９を受け取る。制御フィルタ部１２２は、この電流信号Ｓ_９に基づく電圧信号Ｓ_４をアクチュエータ２の磁気部２１に与える。ここでは、制御フィルタ部１２２は、電流信号Ｓ_９で示される差分に比例した比例制御を行うことで、アクチュエータ２の動作電流値を、目標値に近づける制御を行う。例えば、制御フィルタ部１２２は、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御フィルタを備えることができる。制御フィルタ部１２２は、このＰＩＤ制御フィルタによって電圧信号Ｓ_４を生成してもよい。

図３は、実施の形態１のアクチュエータ２の構成を概略的に示すブロック図である。
図３に示されるように、アクチュエータ２は、磁気部２１と、機構部２２と、変換部２３とを備える。
磁気部２１は、減算部２１１及び変換部２１２を備える。
機構部２２は、変換部２２１、減算部２２２、変換部２２３、変換部２２４及び変換部２２４を備える。なお、図３では、機構部２２において、アクチュエータ２の可動部は図示されていない。

減算部２１１は、制御フィルタ部１２２からの電圧信号Ｓ_４と、変換部２３からの電圧信号Ｓ_７とを受け取る。減算部２１１は、（Ｓ_４−Ｓ_７）を算出し、この算出結果である電圧信号Ｓ_１４を変換部２１２に与える。
変換部２１２は、減算部２１１からの電圧信号Ｓ_１４を受け取る。変換部２１２は、この電圧信号Ｓ_１４に基づく電流信号Ｓ_３を機構部２２の変換部２２１に与える。変換部２１２の伝達関数は、コイル抵抗ＲとコイルインダクタンスＬとを用いて表すと、１／（Ｌｓ＋Ｒ）である。なお、ｓはラプラス変数であり、以降も同様とする。

変換部２２１は、変換部２１２からの電流信号Ｓ_３を受け取る。変換部２２１は、この電流信号Ｓ_３に基づくトルク信号Ｓ_１５を減算部２２２に与える。変換部２２１の伝達関数は、電流信号をトルク信号に変換する変換係数Ｋ_ｔである。

減算部２２２は、変換部２２１からのトルク信号Ｓ_１５と、変換部２２４からのトルク信号Ｓ_１６を受け取る。減算部２２２は、（Ｓ_１５−Ｓ_１６）を算出し、この算出結果であるトルク信号Ｓ_１７を変換部２２３に与える。トルク信号Ｓ_１７は、アクチュエータ２であるＤＣモータの発生トルクに相当する。

変換部２２３は、減算部２２２からのトルク信号Ｓ_１７を受け取る。変換部２２３は、このトルク信号Ｓ_１７に基づく速度信号Ｓ_１８を変換部２２４に与える。変換部２２３の伝達関数は、イナーシャＪと粘性係数Ｄとを用いて表すと、１／（Ｊｓ＋Ｄ）である。

変換部２２４は、変換部２２３からの速度信号Ｓ_１８を受け取る。変換部２２４は、この速度信号Ｓ_１８に基づくトルク信号Ｓ_１６を出力する。変換部２２４の伝達関数は、摩擦係数τ_ｃである。トルク信号Ｓ_１６は、アクチュエータ２の経年劣化により発生する。これが外乱としてアクチュエータ２に作用する。
変換部２２５は、変換部２２３からの速度信号Ｓ_１８を受け取る。変換部２２５は、この速度信号Ｓ_１８に基づく位置信号Ｓ_８を検出部３に与える。変換部２２５の伝達関数は、１／ｓである。
変換部２３は、変換部２２３から速度信号Ｓ_１８を受け取る。変換部２３は、この速度信号Ｓ_１８に基づく電圧信号Ｓ_７を減算部２１１に与える。変換部２３の伝達関数は、逆起電力係数Ｋ_ｅである。

図１に戻り、検出部３は、機構部２２からの位置信号Ｓ_８を受け取る。検出部３は、位置信号Ｓ_８に基づいて、機構部２２において、アクチュエータ２の可動部の位置を検出して、検出された位置を示す位置信号Ｓ_５を外乱オブザーバ部１４及び判定部１３に与える。

図４は、実施の形態１において、機構部２２で生成される位置信号Ｓ_８と、検出部３で検出される位置に相当する位置信号Ｓ_５の一例を示す図である。言い換えると、図４は、実際のアクチュエータ２の位置を示す位置信号Ｓ_８と、検出部３の検出分解能の制約で量子化誤差が発生した位置を示す位置信号Ｓ_５とを示す図である。

図４において、点線は、位置信号Ｓ_８で示される位置の推移である。実線は、位置信号Ｓ_５で示される位置の推移である。
図４に示されるように、位置信号Ｓ_５で示される位置は、アクチュエータ２の位置を検出するタイミング、言い換えると、アクチュエータ２の位置情報を更新するタイミング以外のタイミングでは、位置信号Ｓ_８で示される位置との誤差が発生する。位置信号Ｓ_５は、外乱オブザーバ部１４で使用され、この誤差が外乱オブザーバ部１４の動作に悪影響を及ぼす。

そこで、図１に示されている判定部１３は、検出部３からの位置信号Ｓ_５が更新されたか否かを確認する。例えば、判定部１３は、検出部３が位置を検出する周期よりも短い周期で、検出部３により検出された位置が更新されているか否かを確認する。
具体的には、判定部１３は、アクチュエータ２を制御する最小のサンプリング周期毎に位置信号Ｓ_５の値を取得し、現サンプリングにおける位置信号Ｓ_５の値と１つ前のサンプリングにおける位置信号Ｓ_５の値とが異なるかどうかを確認する。判定部１３は、これらの２つの値が異なる場合は、更新されたとみなし、同じ場合は、更新されていないとみなす。更新された場合、判定部１３は、判定結果をＹＥＳとし、判定信号Ｓ_６を「１」を示すようにする。更新されていない場合、判定部１３は、判定結果をＮＯとし、判定信号Ｓ_６を「０」を示すようにする。判定結果と判定信号Ｓ_６とを設定するタイミングは、現サンプリングにおける位置信号Ｓ_５の値と、１つ前のサンプリングにおける位置信号Ｓ_５の値とが異なるかどうかを判定した直後とする。

図５は、実施の形態１に係るアクチュエータ制御装置１における外乱オブザーバ部１４の構成を概略的に示すブロック図である。具体的には、アクチュエータ２の発生力を目標発生力に追従させるための補正信号を生成する外乱オブザーバ部１４のブロック図である。
なお、外乱オブザーバ部１４は、アクチュエータ２の特性を模擬するモデル機構を用いることで、アクチュエータ２の可動部の位置を推定する。
図５に示されるように、外乱オブザーバ部１４は、モデル機構部１４１と、減算部１４２と、ゲイン変更部１４３と、積分器１４４と、モデル変換部１４５とを備える。

モデル機構部１４１は、アクチュエータ２の磁気部２１から電流信号Ｓ_３と、ゲイン変更部１４３から補正誤差信号Ｓ_１１＿１、Ｓ_１１＿２、・・・、Ｓ_１１＿ｍ（但し、ｍ＝ｎ−１、ｎは、２以上の自然数）と、積分器１４４からの力信号としてのトルク信号Ｓ_１２とを受け取る。ここで、モデル機構部１４１は、これらの信号に基づいて推定位置信号Ｓ_１０を出力する。
モデル機構部１４１は、アクチュエータ２の機構部２２の理想的な伝達特性を模擬したモデル伝達特性を持ち、電流信号Ｓ_３から発生力を推定し、推定位置信号Ｓ_１０を減算部１４２に与える。言い換えると、モデル機構部１４１は、アクチュエータ２の特定を模擬するモデル機構として機能する。また、ｎの値は、モデル機構部１４１の構成によって変わる。推定位置信号Ｓ_１０は、機構部２２における駆動する部分の理想的な推定位置を示す信号である。

減算部１４２は、検出部３からの位置信号Ｓ_５と、モデル機構部１４１からの推定位置信号Ｓ_１０とを受け取る。減算部１４２は、（Ｓ_５−Ｓ_１０）を算出し、この算出結果である誤差信号Ｓ_１１をゲイン変更部１４３に与える。言い換えると、減算部１４２は、モデル機構部１４１で推定された推定位置と、検出部３で検出された位置との差分を示す誤差信号Ｓ_１１をゲイン変更部１４３に与える。

ゲイン変更部１４３は、減算部１４２からの誤差信号Ｓ_１１と、判定部１３からの判定信号Ｓ_６とを受け取る。ゲイン変更部１４３は、これらの信号に基づく補正誤差信号Ｓ_１１＿１、Ｓ_１１＿２、・・・、Ｓ_１１＿ｎをモデル機構部１４１及び積分器１４４に与える。
ゲイン変更部１４３は、判定部１３からの判定信号Ｓ_６に基づいて、電流信号Ｓ_２を生成する際の補正係数、すなわち外乱オブザーバ部１４の外乱補正ゲインＫ_１、Ｋ_２、・・・、Ｋ_ｎを変更する。外乱補正ゲインＫ_１、Ｋ_２、・・・、Ｋ_ｎは、全て０以上の正の値である。具体的には、ゲイン変更部１４３は、判定信号Ｓ_６が「１」を示す場合には、ゲインを正の値に設定し、判定信号Ｓ_６が「０」の場合は、判定信号Ｓ_６が「１」の場合よりもゲインを小さくする。例えば、ゲイン変更部１４３は、判定信号Ｓ_６が「０」の場合は、ゲインを「０」にする。

また、ゲインＫ_１、Ｋ_２、・・・、Ｋ_ｎを変更するタイミングは、判定部１３が判定結果と判定信号Ｓ_６を設定した直後とする。または、判定部１３が判定してから、ゲイン変更部１４３がゲインＫ_１、Ｋ_２、・・・、Ｋ_ｎを変更するまでの時間をＮサンプリングに相当する時間としてもよい。但し、Ｎは、Ｌ＿ｍｉｎ／ｔｓより小さい任意の整数値である。ここで、Ｌ＿ｍｉｎは、アクチュエータ２の制御開始から終了までのうち、位置信号Ｓ_５が更新されてから次に更新されるまでの時間Ｌの最小値であり、ｔｓは、サンプリング周期である。
時間Ｌが小さいほど、位置信号Ｓ_８と位置信号Ｓ_５との誤差は小さくなる。この場合、位置信号Ｓ_５の更新タイミングから遅れてゲインＫ_１、Ｋ_２、・・・、Ｋ_ｎを変更しても、誤差が小さいため、外乱オブザーバ部１４の動作への悪影響を小さくできる。なお、時間Ｌの最小値Ｌ＿ｍｉｎは、判定部１３により予め取得される。具体的には、判定部１３は、サンプリング毎に時間Ｌを取得し、最小値をＬ＿ｍｉｎに設定する。

積分器１４４は、ゲイン変更部１４３からの補正誤差信号Ｓ_１１＿ｎを受け取る。積分器１４４は、この補正誤差信号Ｓ_１１＿ｎに基づくトルク信号Ｓ_１２をモデル変換部１４５及びモデル機構部１４１に与える。積分器１４４の伝達関数は、１／ｓである。

モデル変換部１４５は、積分器１４４からトルク信号Ｓ_１２を受け取る。モデル変換部１４５は、このトルク信号Ｓ_１２に基づく電流信号Ｓ_２を出力する。モデル変換部１４５の伝達関数は、電流信号をトルク信号に変換する変換係数Ｋ_ｔの推定値Ｋ_ｔｍを用いて表すと、１／Ｋ_ｔｍである。

以上のように、外乱オブザーバ部１４は、位置信号Ｓ_５と推定位置信号Ｓ_１０との差である誤差信号Ｓ_１１をゲインＫ_１、Ｋ_２、・・・、Ｋ_ｎで乗じて、その乗算値に相当する補正誤差信号Ｓ_１１＿１、Ｓ_１１＿２、・・・、Ｓ_１１＿ｎの内、補正誤差信号Ｓ_１１＿１、Ｓ_１１＿２、・・・、Ｓ_１１＿ｍをモデル機構部１４１に与え、補正誤差信号Ｓ_１１＿ｎを積分器１４４に与える。モデル変換部１４５を通るトルク信号Ｓ_１２は、電流信号Ｓ_２に変換されて制御部１２に与えられる。これにより、アクチュエータ２に作用する外乱が補償され、発生トルクを目標発生トルクに追従させることができる。

図６は、実施の形態１に係るアクチュエータ制御装置１におけるモデル機構部１４１の構成を概略的に示すブロック図である。
図６に示されるように、モデル機構部１４１は、モデル変換部１４１１と、モデル演算部１４１２と、モデル変換部１４１３と、モデル加算部１４１４と、モデル変換部１４１５と、モデル変換部１４１６と、モデル加算部１４１７と、モデル変換部１４１８とを備える。

モデル変換部１４１１は、アクチュエータ２の磁気部２１からの電流信号Ｓ_３を受け取る。モデル変換部１４１１は、この電流信号Ｓ_３に基づく推定トルク信号Ｓ_１９をモデル演算部１４１２に与える。モデル変換部１４１１の伝達関数は、電流信号をトルク信号に変換する変換係数Ｋ_ｔの推定値Ｋ_ｔｍである。

モデル演算部１４１２は、モデル変換部１４１１からの推定トルク信号Ｓ_１９と、モデル変換部１４１６からの推定トルク信号Ｓ_２０と、積分器１４４からのトルク信号Ｓ_１２とを受け取る。モデル演算部１４１２は、（Ｓ_１９−Ｓ_２０＋Ｓ_１２）を算出し、この算出結果である推定トルク信号Ｓ_２１をモデル変換部１４１３に与える。

モデル変換部１４１３は、モデル演算部１４１２からの推定トルク信号Ｓ_２１を受け取る。モデル変換部１４１３は、この推定トルク信号Ｓ_２１に基づく推定加速度信号Ｓ_２２をモデル加算部１４１４に与える。モデル変換部１４１３の伝達関数は、推定イナーシャＪ_ｍを用いて表すと、１／Ｊ_ｍである。推定イナーシャＪ_ｍは、イナーシャＪの推定値であり、ここでは、両者は一致すると仮定する。

モデル加算部１４１４は、モデル変換部１４１３からの推定加速度信号Ｓ_２２と、ゲイン変更部１４３からの補正誤差信号Ｓ_１１＿２を受け取る。モデル加算部１４１４は、（Ｓ_２２＋Ｓ_１１＿２）を算出し、この算出結果である推定加速度信号Ｓ_２３をモデル変換部１４１５に与える。

モデル変換部１４１５は、モデル加算部１４１４からの推定加速度信号Ｓ_２３を受け取る。モデル変換部１４１５は、この推定加速度信号Ｓ_２３に基づく推定速度信号Ｓ_２４をモデル変換部１４１６及びモデル加算部１４１７に与える。モデル変換部１４１５の伝達関数は、１／ｓである。

モデル変換部１４１６は、モデル変換部１４１５からの推定速度信号Ｓ_２４を受け取る。モデル変換部１４１６は、この推定速度信号Ｓ_２４に基づく推定トルク信号Ｓ_２０をモデル演算部１４１２に与える。モデル変換部１４１６の伝達関数は、推定粘性係数Ｄ_ｍである。推定粘性係数Ｄ_ｍは、粘性係数Ｄの推定値であり、ここでは、両者は一致すると仮定する。

モデル加算部１４１７は、モデル変換部１４１５からの推定速度信号Ｓ_２４と、ゲイン変更部１４３からの補正誤差信号Ｓ_１１＿１を受け取る。モデル加算部１４１７は、（Ｓ_２４＋Ｓ_１１＿１）を算出し、この算出結果である推定速度信号Ｓ_２５をモデル変換部１４１８に与える。

モデル変換部１４１８は、モデル加算部１４１７からの推定速度信号Ｓ_２５を受け取る。モデル変換部１４１８は、この推定速度信号Ｓ_２５に基づく推定位置信号Ｓ_１０を減算部１４２に与える。モデル変換部１４１８の伝達関数は、１／ｓである。

図６に示されているモデル機構部１４１では、電流信号Ｓ_２を生成する際の補正係数に相当するゲインは、３つのゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３であり、ゲイン変更部１４３では、誤差信号Ｓ_１１をゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３で乗じ、それぞれ補正誤差信号Ｓ_１１＿１、Ｓ_１１＿２及びＳ_１１＿３を生成する。このうち、補正誤差信号Ｓ_１１＿１及びＳ_１１＿２は、そのままモデル機構部１４１に与えられ、補正誤差信号Ｓ_１１＿３は、積分器１４４に与えられる。積分器１４４から出力されるトルク信号Ｓ_１２は、モデル機構部１４１及びモデル変換部１４５に入力される。

以上に記載された信号出力部１１、制御部１２、外乱オブザーバ部１４及び判定部１３の一部又は全部は、例えば、図７（ａ）に示されているように、メモリ３０と、メモリ３０に格納されているプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ３１とにより構成することができる。このようなプログラムは、ネットワークを通じて提供されてもよく、また、記録媒体に記録されて提供されてもよい。即ち、このようなプログラムは、例えば、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。

また、信号出力部１１、制御部１２、外乱オブザーバ部１４及び判定部１３の一部又は全部は、例えば、図７（ｂ）に示されているように、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 Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）又はＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の処理回路３２で構成することもできる。

図８（ａ）〜（ｄ）は、比較例におけるアクチュエータ２のパルス応答を示す図である。図８（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１におけるアクチュエータ制御装置１において、判定部１３を設けずに、外乱オブザーバ部１４が、ゲインとして正の値を使用し、ゲインの変更を行わない場合を示している。

図８（ａ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えたときの目標発生トルク信号Ｓ_０の変化が示されている。縦軸は、目標発生トルク信号Ｓ_０（Ｎｍ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図８（ｂ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時のトルク信号Ｓ_１７のパルス応答が示されている。縦軸は、トルク信号Ｓ_１７（Ｎｍ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図８（ｃ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の電流信号Ｓ_３のパルス応答が示されている。縦軸は、電流信号Ｓ_３（Ａ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図８（ｄ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の誤差信号Ｓ_１１のパルス応答が示されている。縦軸は、誤差信号Ｓ_１１（ｒａｄ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図８（ｂ）に示されるように、トルク信号Ｓ_１７は、１秒経過後に発振し、目標発生トルク信号Ｓ_０に追従できていない。また、図８（ｃ）及び（ｄ）に示されるように、電流信号Ｓ_３も発振し、誤差信号Ｓ_１１は大きくなる。

図９（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１におけるアクチュエータ２の第１のパルス応答を示す図である。図９（ａ）〜（ｄ）は、位置信号Ｓ_５が更新された場合はゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３を正の値に設定し、位置信号Ｓ_５が更新されていない場合はゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３を全て０としたときのパルス応答を示す。

図９（ａ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の目標発生トルク信号Ｓ_０の変化が示されている。縦軸は、目標発生トルク信号Ｓ_０（Ｎｍ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図９（ｂ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時のトルク信号Ｓ_１７のパルス応答が示されている。縦軸は、トルク信号Ｓ_１７（Ｎｍ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図９（ｃ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の電流信号Ｓ_３のパルス応答が示されている。縦軸は、電流信号Ｓ_３（Ａ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図９（ｄ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の誤差信号Ｓ_１１のパルス応答が示されている。縦軸は、誤差信号Ｓ_１１（ｒａｄ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図９（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、誤差信号Ｓ_１１が大きくなった場合でも、電流信号Ｓ_３は発振せず、トルク信号Ｓ_１７は目標発生トルク信号Ｓ_０に追従できている。

なお、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３の値が大きい場合、位置信号Ｓ_５が更新されていない場合にゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３を変更しても、トルク信号Ｓ_１７を目標発生トルク信号Ｓ_０に追従させることができない場合がある。この対策として、判定部１３は、電流信号Ｓ_３が予め定められた値以内かどうかを更に判定する。これは、図８（ｃ）に示されるように、トルク信号Ｓ_１７が目標発生トルク信号Ｓ_０に追従できずに発振する場合、電流信号Ｓ_３も発振するためである。上記判定により、発振する前に外乱オブザーバ部１４の動作を弱く、例えば、外乱オブザーバ部１４の動作を無効にして、発振するのを防止することができる。そこで、判定部１３では、位置信号Ｓ_５が更新されたかどうかを判定し、かつ電流信号Ｓ_３が予め定められた値以内かどうかを判定する。この場合、判定部１３に入力される信号は、検出部３からの位置信号Ｓ_５と、磁気部２１からの電流信号Ｓ_３である。判定部１３では、この２つの判定結果が共にＹＥＳの場合はゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３を正の値に設定し、２つの判定結果のうち少なくとも１つがＮＯの場合は、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３を２つの判定結果が共にＹＥＳの場合よりも小さくする。

図１０（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１におけるアクチュエータ２の第２のパルス応答を示す図である。図１０（ａ）〜（ｄ）は、位置信号Ｓ_５が更新されたかどうかが判定され、かつ、電流信号Ｓ_３が予め定められた値以内かどうかが判定され、この２つの判定結果が共にＹＥＳの場合に、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３が正の値に設定され、２つの判定結果のうち少なくとも１つがＮＯの場合に、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３が全て０とされたときのパルス応答を示す。

図１０（ａ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の目標発生トルク信号Ｓ_０の変化が示されている。縦軸は、目標発生トルク信号Ｓ_０（Ｎｍ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１０（ｂ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時のトルク信号Ｓ_１７のパルス応答が示されている。縦軸は、トルク信号Ｓ_１７（Ｎｍ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１０（ｃ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の電流信号Ｓ_３のパルス応答が示されている。縦軸は、電流信号Ｓ_３（Ａ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１０（ｄ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の誤差信号Ｓ_１１のパルス応答が示されている。縦軸は、誤差信号Ｓ_１１（ｒａｄ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１０（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、誤差信号Ｓ_１１が大きくなった場合でも、電流信号Ｓ_３は発振せず、トルク信号Ｓ_１７は目標発生トルク信号Ｓ_０に追従できている。

なお、判定部１３は、電流信号Ｓ_３が予め定められた値以内かどうかを判定する代わりに、誤差信号Ｓ_１１が予め定められた値以内かどうかを判定してもよい。これは、図８（ｄ）に示されるように、トルク信号Ｓ_１７が目標発生トルク信号Ｓ_０に追従できずに発振する場合、誤差信号Ｓ_１１が大きくなるためである。上記判定により、誤差信号Ｓ_１１が大きくなる前に外乱オブザーバ部１４の動作を弱く、例えば、無効にして、発振するのを防止することができる。そこで、判定部１３は、位置信号Ｓ_５が更新されたかどうかを判定し、かつ誤差信号Ｓ_１１が予め定められた値以内かどうかを判定する。この場合、判定部１３に入力される信号は、検出部３からの位置信号Ｓ_５と、減算部１４２からの誤差信号Ｓ_１１である。判定部１３では、この２つの判定結果が共にＹＥＳの場合はゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３を正の値に設定し、２つの判定結果のうち少なくとも１つがＮＯの場合は、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３を２つの判定結果が共にＹＥＳの場合よりも小さくする。

図１１（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１におけるアクチュエータ２の第３のパルス応答を示す図である。図１１（ａ）〜（ｄ）は、位置信号Ｓ_５が更新されたかどうかが判定され、かつ、誤差信号Ｓ_１１が予め定められた値以内かどうかが判定され、この２つの判定結果が共にＹＥＳの場合に、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３が正の値に設定され、２つの判定結果のうち少なくとも１つがＮＯの場合に、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３が全て０とされたときのパルス応答を示す。

図１１（ａ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の目標発生トルク信号Ｓ_０の変化が示されている。縦軸は、目標発生トルク信号Ｓ_０（Ｎｍ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１１（ｂ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時のトルク信号Ｓ_１７のパルス応答が示されている。縦軸は、トルク信号Ｓ_１７（Ｎｍ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１１（ｃ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の電流信号Ｓ_３のパルス応答が示されている。縦軸は、電流信号Ｓ_３（Ａ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１１（ｄ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の誤差信号Ｓ_１１のパルス応答が示されている。縦軸は、誤差信号Ｓ_１１（ｒａｄ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１１（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、誤差信号Ｓ_１１が大きくなった場合でも、電流信号Ｓ_３は発振せず、トルク信号Ｓ_１７は目標発生トルク信号Ｓ_０に追従できている。

なお、判定部１３では、位置信号Ｓ_５が更新されたかどうかを判定し、かつ電流信号Ｓ_３が予め定められた値以内かどうかを判定し、かつ誤差信号Ｓ_１１が予め定められた値以内かどうかを判定してもよい。この場合、判定部１３に入力される信号は、検出部３からの位置信号Ｓ_５と、磁気部２１からの電流信号Ｓ_３と、減算部１４２からの誤差信号Ｓ_１１である。判定部１３では、この３つの判定結果が共にＹＥＳの場合はゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３を正の値に設定し、３つの判定結果のうち少なくとも１つがＮＯの場合は、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３を３つの判定結果が共にＹＥＳの場合よりも小さくする。

図１２（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１におけるアクチュエータ２の第４のパルス応答を示す図である。図１２（ａ）〜（ｄ）は、位置信号Ｓ_５が更新されたかどうかが判定され、電流信号Ｓ_３が予め定められた値以内かどうかが判定され、かつ、誤差信号Ｓ_１１が予め定められた値以内かどうかが判定され、この３つの判定結果が共にＹＥＳの場合に、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３が正の値に設定され、３つの判定結果のうち少なくとも１つがＮＯの場合に、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３が全て０とされたときのパルス応答を示す。

図１２（ａ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の目標発生トルク信号Ｓ_０の変化が示されている。縦軸は、目標発生トルク信号Ｓ_０（Ｎｍ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１２（ｂ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時のトルク信号Ｓ_１７のパルス応答が示されている。縦軸は、トルク信号Ｓ_１７（Ｎｍ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１２（ｃ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の電流信号Ｓ_３のパルス応答が示されている。縦軸は、電流信号Ｓ_３（Ａ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１２（ｄ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の誤差信号Ｓ_１１のパルス応答が示されている。縦軸は、誤差信号Ｓ_１１（ｒａｄ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１２（ｂ）〜（ｄ）に示されるように、誤差信号Ｓ_１１が大きくなった場合でも、電流信号Ｓ_３は発振せず、トルク信号Ｓ_１７は目標発生トルク信号Ｓ_０に追従できている。

図８（ｃ）及び（ｄ）に示されるように、１秒経過後の電流信号Ｓ_３と誤差信号Ｓ_１１は大きくなる。このため、電流信号Ｓ_３が予め定められた値以内かどうか、又は、誤差信号Ｓ_１１が予め定められた値以内かどうかを判定条件に含めた場合、１秒経過後は常に判定部１３の判定結果がＮＯとなることがあり、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３は０にされる。しかし、この場合でも積分器１４４の出力信号であるトルク信号Ｓ_１２は、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３が０となる前の値が保持される。電流信号Ｓ_２はトルク信号Ｓ_１２に比例するため、制御部１２へは常に一定の電流信号Ｓ_２が入力されることとなる。図８（ｂ）に示されるように、１秒経過時のトルク信号Ｓ_１７の値は、目標発生トルク信号Ｓ_０の値と同じ２×１０^−４（Ｎｍ）のため、１秒経過後でもトルク信号Ｓ_１７の値を２×１０^−４（Ｎｍ）に維持することができる。

特に、電流信号Ｓ_３が予め定められた値を超えた場合は、アクチュエータ制御装置１を緊急停止させるのが一般的だが、実施の形態１では、電流信号Ｓ_３が予め定められた値を超えた場合に、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３が小さくされるため、それを緊急停止させる必要がなく、トルク信号Ｓ_１７を目標発生トルク信号Ｓ_０に追従させることができる。

なお、図６〜図１２は、アクチュエータ２がＤＣモータで、ＤＣモータの発生トルクを目標発生トルクに追従させる場合の図であるが、アクチュエータ２がＤＣモータ以外であっても、実施の形態１を適用することができる。また、アクチュエータ２の発生力を目標発生力に追従させる場合でも、実施の形態１を適用することができる。

以上に説明したように、実施の形態１に係るアクチュエータ制御装置１及びアクチュエータ位置制御方法によれば、判定部１３の判定結果がＹＥＳの場合は外乱オブザーバ部１４の外乱補正ゲインを正の値に設定し、ＮＯの場合は判定結果がＹＥＳの場合よりもゲインを小さくすることで、アクチュエータ２の位置検出センサーの精度が低い場合でも、発振することなくアクチュエータ２の発生力を目標発生力に追従させることができる。また、判定結果がＮＯの場合が継続しても、積分器１３４により、外乱補正ゲインが０となる前の信号が制御部１２に入力され続けるので、アクチュエータ２の発生力を目標発生力に追従させることができる。

これまで述べたアクチュエータ制御装置１では、アクチュエータ２がＤＣモータの場合で、機構部２２のパラメータと、モデル機構部１３６の推定パラメータとが一致すると仮定した。ここで、機構部２２のパラメータは、例えば、電流信号をトルク信号に変換する変換係数Ｋ_ｔ、イナーシャＪ及び粘性係数Ｄである。モデル機構部１３６の推定パラメータは、電流信号をトルク信号に変換する変換係数の推定値Ｋ_ｔｍ、イナーシャの推定値Ｊ_ｍ及び推定粘性係数の推定値Ｄ_ｍである。すなわち、Ｋ_ｔ＝Ｋ_ｔｍ、Ｊ＝Ｊ_ｍ及びＤ＝Ｄ_ｍと仮定した。実際には、アクチュエータ２に接続される被駆動体の負荷イナーシャを考慮すると、イナーシャの推定値Ｊ_ｍをイナーシャＪと一致させるのは困難である。そこで、以降は機構部２２のパラメータとモデル機構部１４１の推定パラメータとが一致しない場合、具体的にはイナーシャＪとイナーシャの推定値Ｊ_ｍとが一致しない場合のアクチュエータ制御方法について説明する。

図１３は、実施の形態１に係るアクチュエータ制御装置１の変形例であるモデル機構部１４１＃の構成を概略的に示すブロック図である。
図１３に示されるように、モデル機構部１４１は、モデル変換部１４１１、モデル演算部１４１２、モデル変換部１４１３＃、モデル加算部１４１４、モデル変換部１４１５、モデル変換部１４１６、モデル加算部１４１７及びモデル変換部１４１８を備える。
図１３に示されるモデル変換部１４１１、モデル演算部１４１２、モデル加算部１４１４、モデル変換部１４１５、モデル変換部１４１６、モデル加算部１４１７及びモデル変換部１４１８は、ぞれぞれ図６に示されているモデル変換部１４１１、モデル演算部１４１２、モデル加算部１４１４、モデル変換部１４１５、モデル変換部１４１６、モデル加算部１４１７及びモデル変換部１４１８と同じ構成のため、説明を省略する。

モデル変換部１４１３＃は、モデル演算部１４１２からのトルク信号Ｓ_２１と、アクチュエータ２の磁気部２１からの電流信号Ｓ_３を受け取る。モデル変換部１４１３＃は、これらの信号に基づく推定加速度信号Ｓ_２２をモデル加算部１４１４に与える。モデル変換部１４１３＃の伝達関数は、イナーシャの推定値Ｊ_ｍを用いて表すと、１／Ｊ_ｍである。
モデル変換部１４１３＃は、電流信号Ｓ_３を元にイナーシャの推定値Ｊ_ｍを再設定する。モデル変換部１４１３＃の動作は、後に図１５を用いて説明する。

図１４（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１において、イナーシャＪとイナーシャの推定値Ｊ_ｍとが異なる場合のアクチュエータ２のパルス応答を示す図である。具体的には、図１４（ａ）〜（ｃ）は、Ｊ／Ｊ_ｍ＝１．２の場合のパルス応答を示す。
図１４（ａ）〜（ｃ）は、判定部１３で位置信号Ｓ_５が更新されたかどうかが判定され、判定結果がＹＥＳの場合は、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３が正の値に設定され、判定結果がＮＯの場合は、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３が全て０にされたときの図である。

図１４（ａ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えたときの目標発生トルク信号Ｓ_０の変化が示されている。縦軸は、目標発生トルク信号Ｓ_０（Ｎｍ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１４（ｂ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えたときのトルク信号Ｓ_１７のパルス応答が示されている。縦軸は、トルク信号Ｓ_１７（Ｎｍ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１４（ｃ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えたときの電流信号Ｓ_３のパルス応答が示されている。縦軸は、電流信号Ｓ_３（Ａ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１４（ｂ）に示されるように、イナーシャＪとイナーシャの推定値Ｊ_ｍとが異なる場合、トルク信号Ｓ_１７と目標発生トルク信号Ｓ_０との間に誤差が生じる。これは、Ｊ＝Ｊ_ｍの場合に比べ、外乱オブザーバ部１４から出力される電流信号Ｓ_２の絶対値が大きくなるからである。この電流信号Ｓ_２は制御部１２に入力されるため、トルク信号Ｓ_１７に誤差が生じる。目標発生トルク信号Ｓ_０の変化量をＳ_０＿ｅ、トルク信号Ｓ_１７の変化量をＳ_１７＿ｅとし、トルク信号Ｓ_１７と目標発生トルク信号Ｓ_０との間の誤差をｄｉｆ＿τとすると、ｄｉｆ＿τ＝Ｓ_１７＿ｅ−Ｓ_０＿ｅである。図１４の場合、Ｓ_１７＿ｅ＝２．３８６×１０^−４（Ｎｍ）、Ｓ_０＿ｅ＝２×１０^−４（Ｎｍ）、ｄｉｆ＿τ＝０．３８６×１０^−４（Ｎｍ）である。

一方、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の電流信号Ｓ_３と、目標発生トルク信号Ｓ_０を６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変えた時の電流信号Ｓ_３との差をＳ_３＿ｅとする。言い換えると、Ｓ_３＿ｅは、目標発生トルク信号Ｓ_０がＳ_０＿ｅの時の電流信号Ｓ_３の値と、目標発生トルク信号Ｓ_０が０の時の電流信号Ｓ_３の値との差である。但し、図１４（ｃ）に示されるように、目標発生トルク信号Ｓ_０が０の時の電流信号Ｓ_３は、１秒経過までの値ではなく、６秒経過後から１１秒経過までの値であることに注意する。１秒経過まではアクチュエータは静止した状態であり、外乱である摩擦トルクは静止摩擦トルクである。実際には、図３におけるアクチュエータ２の変換部２２４は、動摩擦トルクを模擬したブロックである。そこで、アクチュエータが動作する１秒経過後での電流信号Ｓ_３を採用する。

トルク信号Ｓ_１７と目標発生トルク信号Ｓ_０との間に誤差が生じるのと同じ理由で、Ｓ_３＿ｅも理想値との誤差が生じる。ここで理想値とは、機構部２２のイナーシャＪとモデル機構部１４１のイナーシャの推定値Ｊ_ｍとが同じ場合のＳ_３＿ｅを指す。同時に、理想値を目標発生トルク信号Ｓ_０の変化量Ｓ_０＿ｅと、電流信号をトルク信号に変換する変換係数の推定値Ｋ_ｔｍとを用いて表すと、Ｓ_０＿ｅ／Ｋ_ｔmとなる。Ｓ_３＿ｅと理想値との誤差をｄｉｆ＿ｉとする。図１４の場合、Ｓ_３＿ｅ＝０．３０４３（Ａ）である。また、Ｋ_ｔm＝７．８４４×１０^−４（Ｎｍ／Ａ）と設定しているので、理想値は０．２５５（Ａ）である。よって、ｄｉｆ＿ｉ＝０．０４９３（Ａ）である。

図１５（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１において、イナーシャＪとイナーシャの推定値Ｊ_ｍとの比に対する、誤差ｄｉｆ＿τと誤差ｄｉｆ＿ｉとを示す図である。
図１５（ａ）及び（ｂ）は、判定部１３で位置信号Ｓ_５が更新されたかどうかが判定され、判定結果がＹＥＳの場合は、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３が正の値に設定され、判定結果がＮＯの場合は、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３が全て０とされたときの図である。

図１５（ａ）には、イナーシャＪとイナーシャの推定値Ｊ_ｍとの比を変えた時の誤差ｄｉｆ＿τの変化が示されている。縦軸は、誤差ｄｉｆ＿τ（Ｎｍ）であり、横軸はＪ／Ｊ_ｍ−１である。

図１５（ｂ）には、イナーシャＪとイナーシャの推定値Ｊ_ｍとの比を変えた時の誤差ｄｉｆ＿ｉの変化が示されている。縦軸は、誤差ｄｉｆ＿ｉ（Ａ）であり、横軸はＪ／Ｊ_ｍ−１である。

図１５（ａ）及び（ｂ）に示されるように、誤差ｄｉｆ＿τ及び誤差ｄｉｆ＿ｉは、Ｊ／Ｊ_ｍ−１に比例し、かつ（０，０）を交点に持つ。このことから、誤差ｄｉｆ＿ｉが０となるようイナーシャの推定値Ｊ_ｍを再設定することで、トルク信号Ｓ_１７を目標発生トルク信号Ｓ_０に追従させることができる。

図１６（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１において、イナーシャの推定値Ｊ_ｍを再設定した場合のアクチュエータ２のパルス応答を示す図である。
図１６（ａ）〜（ｃ）は、判定部１３で位置信号Ｓ_５が更新されたかどうかが判定され、判定結果がＹＥＳの場合は、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３が正の値に設定され、判定結果がＮＯの場合は、ゲインＫ_１、Ｋ_２及びＫ_３が全て０とされたときのパルス応答を示す。

図１６（ａ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の目標発生トルク信号Ｓ_０の変化が示されている。縦軸は、目標発生トルク信号Ｓ_０（Ｎｍ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１６（ｂ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時のトルク信号Ｓ_１７のパルス応答が示されている。縦軸は、トルク信号Ｓ_１７（Ｎｍ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１６（ｃ）には、目標発生トルク信号Ｓ_０を１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変え、６秒経過後に２×１０^−４（Ｎｍ）から０（Ｎｍ）に変え、１１秒経過後に０（Ｎｍ）から２×１０^−４（Ｎｍ）に変えた時の電流信号Ｓ_３のパルス応答が示されている。縦軸は、電流信号Ｓ_３（Ａ）であり、横軸は時間（ｓｅｃ）である。

図１６（ｂ）に示されるように、イナーシャの推定値Ｊ_ｍを再設定した場合、トルク信号Ｓ_１７は、目標発生トルク信号Ｓ_０との誤差がなく、目標発生トルク信号Ｓ_０に追従できている。また、判定部１３で、電流信号Ｓ_３が予め定められた値以内かどうかを更に判定した場合、又は、誤差信号Ｓ_１１が予め定められた値以内かどうかを更に判定した場合についても、同様の効果が期待される。

なお、アクチュエータ２がＤＣモータで、ＤＣモータのイナーシャの推定値Ｊ_ｍを再設定した場合について説明したが、実施の形態１は、ＤＣモータ以外にも適用できる。また、アクチュエータ２の発生力を目標発生力に追従させる場合にも適用できる。この場合、再設定する推定パラメータはアクチュエータ２の質量の推定値である。また、誤差ｄｉｆ＿ｉは、Ｓ_３＿ｅと理想値との誤差である。この場合、理想値は、アクチュエータ２の質量とその推定値が同じ場合のＳ_３＿ｅを指す。同時に、理想値を目標発生力信号の変化量Ｓ_０＿ｅ＃と、電流信号を力信号に変換する変換係数Ｋ_ｆの推定値Ｋ_ｆmとを用いて表すと、Ｓ_０＿ｅ＃／Ｋ_ｆmとなる。

以上に説明したように、実施の形態１に係るアクチュエータ制御装置１及びアクチュエータ制御方法によれば、アクチュエータ２の質量とその推定値との間に誤差が生じた場合、誤差ｄｉｆ＿ｉが０になるよう質量の推定値を再設定することで、アクチュエータ２の発生力を目標発生力に追従させることができる。

１ アクチュエータ制御装置、 １１ 信号出力部、 １２ 制御部、 １２１ 演算部、 １２２ 制御フィルタ部、 １３ 判定部、 １４ 外乱オブザーバ部、 １４１ モデル機構部、 １４２ 減算部、 １４３ ゲイン変更部、 １４４ 積分器、 １４５ モデル変換部、 ２ アクチュエータ、 ２１ 磁気部、 ２１１ 減算部、 ２１２ 変換部、 ２２ 機構部、 ２２１ 変換部、 ２２２ 減算部、 ２２３〜２２５ 変換部、 ２３ 変換部。

Claims (8)

1. 可動部を備えるアクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置であって、
   検出された前記可動部の位置に誤差があるか否かの判定を行う判定部と、
   前記可動部を動作させるための動作電流から前記可動部の位置を推定し、前記検出された前記可動部の位置及び前記可動部の推定された位置を用いて、補正信号を出力する外乱オブザーバ部と、
   前記補正信号に基づいて前記アクチュエータを制御し、前記アクチュエータの発生力を前記アクチュエータの目標発生力に追従させる制御部と、を備え、
   前記外乱オブザーバ部は、前記判定の結果に応じて、前記補正信号を生成するための外乱補正ゲインを変更すること
   を特徴とするアクチュエータ制御装置。
2. 前記判定部は、前記検出される位置が更新されているか否かを確認し、前記検出される位置が更新されていない場合に、前記誤差があると判定し、前記検出される位置が更新された場合に、前記誤差がないと判定すること
   を特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ制御装置。
3. 前記外乱オブザーバ部は、前記誤差がないと判定された場合に、前記外乱補正ゲインを正の値である設定値に設定し、前記誤差があると判定された場合に、前記外乱補正ゲインを前記設定値よりも小さい正の値または０に設定すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ制御装置。
4. 前記外乱オブザーバ部は、前記検出される位置と、前記推定される位置との差分を用いて前記補正信号を生成すること
   を特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のアクチュエータ制御装置。
5. 前記外乱オブザーバ部は、前記アクチュエータの特性を模擬するモデル機構を用いることで、前記動作電流から前記可動部の位置を推定し、
   前記動作電流に相当する電流信号を前記発生力に相当する力信号に変換する変換係数の推定値をＫ_ｆｍとし、前記目標発生力の値をＳにした場合の前記動作電流の電流値と前記目標発生力の値を０にした場合の前記動作電流の電流値との差をｄとすると、
   （１）式を満たしていない場合に、前記モデル機構における前記可動部の質量の推定値を修正すること
   ｄ＝Ｓ／Ｋ_ｆｍ （１）
   を特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のアクチュエータ制御装置。
6. 前記判定部は、前記可動部の位置が検出される周期よりも短い周期で、前記検出された前記可動部の位置が更新されているか否かを確認すること
   を特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載のアクチュエータ制御装置。
7. 前記判定部は、前記アクチュエータを制御する最小のサンプリング周期で、前記検出された前記可動部の位置が更新されているか否かを確認すること
   を特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ制御装置。
8. 可動部を備えるアクチュエータを制御するアクチュエータ制御方法であって、
   前記検出された前記可動部の位置に誤差があるか否かの判定を行い、
   前記可動部を動作させるための動作電流から前記可動部の位置を推定し、
   前記判定の結果に応じて外乱補正ゲインを変更した後に、前記検出された前記可動部の位置及び前記可動部の推定された位置を用いて補正信号を生成し、
   前記補正信号に基づいて前記アクチュエータを制御し、前記アクチュエータの発生力を前記アクチュエータの目標発生力に追従させること
   を特徴とするアクチュエータ制御方法。

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