JP3927434B2 - 電動アクチュエータ駆動制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動アクチュエータを動かす場合に所定の電源電圧（バッテリ電圧）の制限を受け、かつ、電動アクチュエータ等を動かす制御器に積分器を含む電動アクチュエータ駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述のような電動アクチュエータ駆動制御装置としては、例えば、自動車に搭載される装置として、内燃機関の可変動弁装置において制御軸の回転角制御に用いられる電動アクチュエータ駆動制御装置がある。
この可変動弁装置は、内燃機関のバルブ動作特性、例えばバルブ位相、バルブリフト量を連続的に変化させる可変動弁機構を吸気側バルブ、もしくは、吸気側および排気側バルブ両方を持ち、該可変動弁機構は、制御軸を回転させることでバルブ動作特性を変更できるもので、制御軸の回転角をポテンショメータ等の回転角度センサによって検出し、この検出された実制御軸回転角信号に基づき、可変動弁コントロールユニットでは、実制御軸回転角信号と目標制御軸回転角とを比較し、偏差が零になるように、ＤＣサーボモータ等の電動アクチュエータに駆動電流を出力することにより、制御軸の回転角を目標のバルブ動作特性に対応する目標制御軸回転角に一致させるようなフィードバック制御が行われるようになっている。
そして、前記電動アクチュエータ駆動制御装置では、例えば、積分器を含むＰＩＤ制御器が用いられると共に、電動アクチュエータを動かす場合に所定の電源電圧（バッテリ電圧）の制限を受ける。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動車に搭載される装置においては、上述のように、電動アクチュエータを動かす場合に所定の電源電圧（バッテリ電圧）の制限を受け、かつ、電動アクチュエータ等を動かす制御器に積分器を含むことから、以下に述べるような問題点があった。
【０００４】
即ち、実制御軸回転角信号と目標制御軸回転角との制御偏差が大きく、制御器で演算された電動アクチュエータへの操作量指令値（電圧値）が所定の電源電圧制限値上限（バッテリ電圧）を越えた場合、図１０（電源電圧制限有無時操作量比較結果）に示すように、電動アクチュエータへの実操作量（印加電圧）Ｖは電源電圧制限値上限▲３▼（バッテリ電圧）値の制限を受けて電源電圧制限値上限▲３▼と同等となり、これにより、操作量指令値よりも小さな値となってしまうため、応答遅れが発生する。即ち、制御偏差が大きく、実操作量Ｖ（図１０の▲２▼）が電源電圧制限値上限▲３▼の制限を受けている場合の実制御量応答（図９（電源電圧制限有無時実制御量応答比較結果）の▲２▼）は、電源電圧制限値上限▲３▼の制限が無い理想的な実操作量（図１０▲１▼）が入った場合の実制御量応答（図９の▲１▼）より遅くなると共に、その遅れによりさらに実制御量と目標制御量▲３▼との間に大きな制御偏差が発生するため、その制御偏差を制御器内の積分器が積分することで過度に積分値が演算される結果、制御器で演算される操作量指令値が過度の積分の影響を受け過大となり、図９の▲２▼に示すようにオーバーシュート等を発生させる原因となっていた。
【０００５】
そこで、このオーバーシュート等の応答性の悪化を防止するために、実制御軸回転角信号と目標制御軸回転角との制御偏差が小さく、制御器で演算された電動アクチュエータへの操作量指令値（電圧値）が所定の電源電圧制限値上限▲３▼（バッテリ電圧）を越えない場合の実制御量応答（図１２（電源電圧の制限が無い場合のトレードオフ有無時実制御量応答比較結果）の▲１▼）とのトレードオフ、即ち、制御偏差の積分結果にかける積分ゲインの調整を行うことで、操作量指令値が所定電源電圧値を越えた場合の実制御量応答（図１１（電源電圧の制限が有る場合のトレードオフ有無時実制御量応答比較結果）の▲１▼に示すトレードオフしない場合の実制御量応答）を、オーバーシュートが生じない実制御量応答（図１１の▲２▼に示すトレードオフした場合の実制御量応答）に修正しなければならなかった。
しかしながら、制御偏差の積分結果にかける積分ゲインの調整を行うと、電源電圧の制限が無い場合の実制御量応答が、図１２の▲２▼に示すように実制御量の制御応答性が悪化すると共に、目標制御量▲３▼に収束せずに定常的な偏差がでてしまうという別の問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上述の従来の問題点に着目してなされたもので、電動アクチュエータのフィードバック制御に積分器を含む電動アクチュエータ駆動制御装置において、電源電圧の制限が無い場合の実制御量応答を犠牲にすることなしに、操作量指令値が所定電源電圧値を越えた場合の実制御量応答におけるオーバーシュートを防止し、あらゆる動作要求に対し最適な応答性が得られるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明請求項１記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、所定の電源電圧による制限のもとで駆動制御される電動アクチュエータと、該電動アクチュエータにより所定の目標制御量に駆動制御される被制御体と、該被制御体の実制御量を検出する実制御量検出手段と、該実制御量検出手段で検出された実制御量と前記目標制御量との制御偏差を演算する制御偏差演算手段と、少なくとも該制御偏差演算手段で演算された制御偏差に基づく積分操作量による操作量指令電圧値で前記電動アクチュエータを駆動制御する制御手段と、を備えた電動アクチュエータ駆動制御装置において、前回の前記操作量指令電圧値の絶対値と前記電源電圧値とを比較する比較手段と、該比較手段により前回の前記操作量指令電圧値の絶対値が前記電源電圧値より大きいと判断された場合は、前記積分操作量の演算で用いられる基本積分ゲインを操作量指令電圧値の絶対値で除算し、該除算結果に対し任意の補正係数を乗算することで可変積分ゲインを求め、該可変積分ゲインを用いることにより、前記積分操作量を減少させる方向に補正する積分操作量補正手段と、を備えている手段とした。
【００１１】
請求項２記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、請求項１記載の電動アクチュエータ駆動制御装置において、前記積分操作量補正手段で可変積分ゲインを求める際の操作量指令電圧値の絶対値として前回の操作量指令電圧値の絶対値を用いるようにした。
【００１２】
請求項３記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、請求項１記載の電動アクチュエータ駆動制御装置において、前記積分操作量補正手段で可変積分ゲインを求める際の操作量指令電圧値の絶対値として今回の操作量指令電圧値の絶対値を用いるようにした。
【００１３】
【作用】
本発明請求項１記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、上述のように、第１に、比較手段により操作量指令電圧値の絶対値が電源電圧値より小さいと判断された場合は、制御手段において少なくとも制御偏差演算手段で演算された制御偏差に基づく積分操作量による操作量指令電圧値で前記電動アクチュエータの駆動制御が行われるもので、これにより、最適な実制御量応答が得られる。第２に、比較手段により操作量指令電圧値の絶対値が電源電圧値より大きいと判断された場合は、積分操作量補正手段において、前記制御偏差に基づく積分操作量を減少させる方向に補正する処理がなされるもので、これにより、操作量指令値が所定電源電圧値を越えた場合の実制御量応答におけるオーバーシュートを防止することができる。従って、電源電圧の制限が無い場合の実制御量応答を犠牲にすることなしに、操作量指令値が所定電源電圧値を越えた場合の実制御量応答におけるオーバーシュートを防止することができ、これにより、あらゆる動作要求に対し最適な応答性を得ることができる。第３に、前記比較手段で電源電圧値と比較する操作量指令電圧値の絶対値として前回の操作量指令電圧値の絶対値を用いるようにすることで、今回の操作量指令電圧値を演算した後に電源電圧と比較し、その結果電源電圧値より大きい場合にもう一度積分操作量を演算し、改めて今回の操作量指令電圧値を演算する場合に比べ、演算容量が小さくなる。なお、前記制御手段の演算間隔に比べ電動アクチュエータの応答速度が遅いため、前回の操作量指令電圧値と今回の操作量指令電圧値には大差はなく、また、操作量指令電圧値の極性が切り替わる瞬間においても、１演算間隔のみ大きな差がでるが、電動アクチュエータの応答が遅いため実質的には問題はない。第４に、前記比較手段により前回の操作量指令電圧値の絶対値が電源電圧値より大きいと判断された場合は、積分操作量補正手段において、積分操作量の演算で用いられる基本積分ゲインを操作量指令電圧値の絶対値で除算し、該除算結果に対し任意の補正係数を乗算することで前記可変積分ゲインを求めることにより、操作量指令電圧値の絶対値が大きくなるにつれて過度に積分される積分操作量を適正に補正することができる。第５に、前記比較手段により前回の操作量指令電圧値の絶対値が電源電圧値より大きいと判断された場合は、前記積分操作量補正手段において、基本積分ゲインを減少させる方向に補正された可変積分ゲインを用いることにより積分操作量を減少させる方向に補正する処理がなされるもので、このように積分操作量の演算処理内で補正をかけることで、演算処理後の応答に対して補正をかける場合に比べ、制御システムを簡略化することができる。
【００１７】
請求項２記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、請求項１において、前記積分操作量補正手段で可変積分ゲインを求める際の操作量指令電圧値の絶対値として前回の操作量指令電圧値の絶対値を用いることにより、演算容量が小さくなる。
【００１８】
請求項３記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、請求項１において、前記積分操作量補正手段で可変積分ゲインを求める際の操作量指令電圧値の絶対値として今回の操作量指令電圧値の絶対値を用いることにより、精度が高くなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（発明の実施の形態１）
この発明の実施の形態１は、請求項１および２の発明に対応している。図１は、本発明の実施の形態１の電動アクチュエータ駆動制御装置が適用された可変動弁装置の全体を示す構成図であり、この図において、１は吸気・排気弁のバルブリフト量を変化させる可変動弁機構、２は制御軸（被制御体）、３は回転角度センサ（実制御量検出手段）、４はコントロールユニット（制御手段）、５はＤＣサーボモータで構成される電動アクチュエータ、６は減速機構を示す。
【００２０】
さらに詳述すると、この可変動弁装置は、前記コントロールユニット４において、図示を省略したクランク角センサ、エアフローメータ、水温センサ、エンジン回転数センサ等の各種のセンサからの検出信号（機関運転情報）および各種装置からの要求に応じ、最終目標制御量演算器Ｅ１において目標制御量（目標制御軸回転角）ＲＥＦの演算が行われると共に、ＰＩＤ制御器Ｅ２では、前記目標制御量ＲＥＦと、回転角度センサ３で検出された実制御量（制御軸回転角信号）Ｙとの制御偏差ＥＲＲＯＲに基づいて操作量指令値Ｖが演算され、駆動手段Ｅ３では電源（バッテリ）電圧ＶＢ（ＤＣ１２Ｖ）による制限のもとに、操作量指令値Ｖに応じた実操作量（アクチュエータ印加電圧）を電動アクチュエータ５に出力することにより、減速機構６を介して制御軸２の回転角を目標のバルブ特性に対応する目標回転角位置に一致させるようなフィードバック制御が行われるようになっている。
【００２１】
次に、前記ＰＩＤ制御器Ｅ２の制御内容を、図２のブロック図、および、図３のフローチャートに基づいて詳述する。
まず、ＰＩＤ制御器Ｅ２の制御内容を示す図２のシステム図において、Ｃ１は制御偏差演算手段、Ｃ２は比例操作量演算手段、Ｃ３は比較手段、Ｃ４は積分操作量補正手段、Ｃ５は積分操作量演算手段、Ｃ６は微分操作量演算手段、Ｃ７は操作量指令値演算手段を示す。また、Ｚ-1は前回演算値を保持する０次ホールドである。
【００２２】
次に、ＰＩＤ制御器Ｅ２の制御内容を、図２のシステム図を参照にしつつ、図３のフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップＳ１０１では前記最終目標制御量演算器Ｅ１で演算された目標制御量ＲＥＦを読み込み、ステップＳ１０２では回転角度センサ３で検出された実制御量Ｙを読み込み、ステップＳ１０３では電源電圧ＶＢを読み込む。
【００２３】
続くステップＳ１０４では、前記制御偏差演算手段Ｃ１において、前記目標制御量ＲＥＦから実制御量Ｙを減算することにより、制御偏差ＥＲＲＯＲを演算する。
続くステップＳ１０５では、比例操作量演算手段Ｃ２において、次式（１）により比例操作量ＰＵの演算が行われる。なお、ＰＧは比例ゲインである。
ＰＵ＝ＰＧ×ＥＲＲＯＲ・・・・（１）
【００２４】
続くステップＳ１０６では、比較手段Ｃ３において、前回の操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| が電源電圧ＶＢを越えているか否かを判定し、ＮＯ（ＶＢ≧ |Ｖ-1| ）である時はステップＳ１０７に進み、積分ゲインＧとして基本積分ゲインＩＧを読み込んだ後、ステップＳ１０９に進み、また、ＹＥＳ（ＶＢ＜ |Ｖ-1| ）である時はステップＳ１０８に進み、積分操作量補正手段Ｃ４において、次式（２）により可変積分ゲインＫＧを演算し、これを積分ゲインＧとして読み込んだ後、ステップＳ１０９に進む。なお、Ｈは補正係数である。
ＫＧ＝（ＩＧ／ |Ｖ-1| ）×Ｈ・・・・（２）
【００２５】
続くステップＳ１０９では、積分操作量演算手段Ｃ５において、次式（３）により積分操作量ＩＵの演算が行われる。なお、ＳＴは演算間隔（時間）である。
ＩＵ＝（Ｇ×ＳＴ×ＥＲＲＯＲ）＋前回ＩＵ・・・・（３）
続くステップＳ１１０では、微分操作量演算手段Ｃ６において、次式（４）により微分操作量ＤＵの演算が行われる。なお、ＤＧは微分ゲイン
ＤＵ＝ＤＧ×（ＥＲＲＯＲ−前回ＥＲＲＯＲ）／ＳＴ・・・・（４）
【００２６】
続くステップＳ１１１では、操作量指令値演算手段Ｃ７において、次式（５）により操作量指令値Ｖの演算が行われる。
Ｖ＝ＰＵ＋ＩＵ＋ＤＵ・・・・（５）
続くステップＳ１１２では、操作量指令値Ｖを駆動手段Ｅ３に出力し、駆動手段Ｅ３では、前述のように電源（バッテリ）電圧ＶＢ（ＤＣ１２Ｖ）による制限のもとに、操作量指令値Ｖに応じた実操作量（アクチュエータ印加電圧）を電動アクチュエータ５に出力することにより、減速機構６を介して制御軸２の回転角を目標のバルブ特性に対応する目標回転角位置に一致させるようなフィードバック制御が行われるようになっている。
【００２７】
次に、この発明の実施の形態１の作用・効果を説明する。
（イ）制御偏差小時
制御偏差演算手段Ｃ１で演算された制御偏差ＥＲＲＯＲが小さくて、図５（積分操作量および実操作量比較結果）に示すように、比較手段Ｃ３により操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| が電源電圧値ＶＢ（▲５▼）以下（ＶＢ≧ |Ｖ-1| ）と判断された場合は、積分操作量演算手段Ｃ５では基本積分ゲインＩＧにより、図５の▲４▼に示すように、積分操作量補正手段Ｃ４を備えない場合▲３▼と同様に、最適な積分操作量ＩＵの演算が行われる。
【００２８】
即ち、操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| が電源電圧値ＶＢ以下である場合は、図５（積分操作量および実制御量比較結果）の▲２▼に示すように、積分操作量補正手段Ｃ４を備えない場合▲１▼と同様に、操作量指令値Ｖに応じた実操作量がそのまま出力されるため、図４（電源電圧の制限が無い場合の実制御量応答比較結果）の▲２▼に示すように、積分操作量補正手段Ｃ４を備えない場合▲１▼と同様に、最適な実制御量応答が得られ、目標制御量▲３▼に迅速に収束する。
【００２９】
（ロ）制御偏差大時
制御偏差演算手段Ｃ１で演算された制御偏差ＥＲＲＯＲが大きくて、図７（積分操作量および実操作量比較結果）に示すように、比較手段Ｃ３により操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| が電源電圧値ＶＢ（▲５▼）を越えている（ＶＢ＜ |Ｖ-1| ）と判断された場合は、積分操作量補正手段Ｃ４において、積分操作量ＩＵを減少させるような可変積分ゲインＫＧの演算（前記式（２））が行われ、積分操作量演算手段Ｃ５ではこの可変積分ゲインＫＧに基づいて低減された積分操作量ＩＵ（図７の▲４▼）の演算が行われる。なお、図７の▲３▼は積分ゲインの補正が行われない場合の積分操作量ＩＵを示す。
【００３０】
以上のように、図７の▲２▼に示すように、積分ゲインの補正が行われた場合の実操作量（図７の▲２▼）が、積分ゲインの補正が行われない場合の実操作量（図７の▲１▼）に比べ、電源電圧ＶＢより早めに低下し、これにより、図６（電源電圧の制限が有る場合の制御量応答比較結果）の▲２▼に示すように、オーバーシュートすることなしに、目標制御量▲３▼に収束する。
【００３１】
従って、電源電圧値ＶＢの制限が無い場合の実制御量応答（図４の▲２▼）を犠牲にすることなしに、操作量指令値Ｖが所定電源電圧値ＶＢを越えた場合の実制御量応答（図６の▲２▼）におけるオーバーシュートを防止することができ、これにより、あらゆる動作要求に対し最適な応答性を得ることができるようになるという効果が得られる。
【００３２】
また、前記比較手段Ｃ３で電源電圧値ＶＢと比較する操作量指令値の絶対値として前回の操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| を用いるようにすることで、今回の操作量指令値Ｖを演算した後に電源電圧値ＶＢと比較し、その結果電源電圧値ＶＢを越えている場合にもう一度積分量操作量ＩＵを演算し、改めて今回の操作量指令値Ｖを演算する場合に比べ、演算容量を小さくできるようになる。
【００３３】
なお、前記コントロールユニット４の演算間隔ＳＴに比べ電動アクチュエータ５の応答速度が遅いため、前回の操作量指令値Ｖ-1と今回の操作量指令値Ｖには大差はなく、また、操作量指令値Ｖの極性が切り替わる瞬間においても、１演算間隔のみ大きな差がでるが、電動アクチュエータ５の応答が遅いため実質的には問題はない。
【００３４】
また、前記比較手段Ｃ３により前回の操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| が電源電圧値ＶＢを越えている判断された場合は、積分操作量補正手段Ｃ４において、積分操作量の演算で用いられる基本積分ゲインＩＧを減少させる方向に補正された可変積分ゲインＫＧを用いることにより積分操作量ＩＵを減少させる方向に補正する処理がなされるもので、このように積分操作量ＩＵの演算処理内で補正をかけることで、演算処理後の応答に対して補正をかける場合に比べ、制御システムを簡略化することができるようになる。
【００３５】
また、前記比較手段Ｃ３により前回の操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| が電源電圧値ＶＢを越えていると判断された場合は、積分操作量補正手段Ｃ４において、基本積分ゲインＩＧを前回の操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| で除算して前記可変積分ゲインＫＧを求めることにより、操作量指令値の絶対値Ｖが大きくなるにつれて過度に積分される積分操作量ＩＵを適正に補正することができるようになる。また、前記除算（ＩＧ／ |Ｖ-1| ）は基本積分ゲインと前回操作量指令値の絶対値との比率を表しているだけであるため、この除算結果に対し所定の補正係数Ｈを乗算することにより、適正な積分ゲインを設定できるようになる。
【００３６】
また、前記積分操作量補正手段Ｃ４で可変積分ゲインＫＧを求める際の操作量指令値の絶対値として前回の操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| を用いることにより、演算容量が小さくなる。
【００３７】
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。なお、この他の発明の実施の形態の説明にあたっては、前記発明の実施の形態１と同様の構成部分は図示および説明を省略し、または、同一の符号を付けてその説明を省略する。
（発明の実施の形態２）
この発明の実施の形態２の電動アクチュエータ駆動制御装置は、請求項３の発明に対応している。即ち、この発明の実施の形態２の電動アクチュエータ駆動制御装置は、前記積分操作量補正手段Ｃ４で可変積分ゲインＫＧを求める際の操作量指令値の絶対値として、次式（６）に示すように、今回の操作量指令値の絶対値 |Ｖ| を用いるようにした点が前記発明の実施の形態１とは相違したものである。
ＫＧ＝（ＩＧ／ |Ｖ| ）×Ｈ・・・・（６）
【００３８】
次に、ＰＩＤ制御器Ｅ２の制御内容を、図８のフローチャートに基づいて説明する。
まず、図８のステップＳ２０１〜２０５は、前記発明の実施の形態１における図３のステップＳ１０１〜１０５と同様であるためその説明を省略する。
続くステップＳ２０６、Ｓ２０７、Ｓ２０８では、図３のステップＳ１０９〜１１１と同様に積分操作量ＩＵの演算、微分操作量ＤＵの演算、および、操作量指令値Ｖの演算が行われる。
【００３９】
続くステップＳ２０９では、比較手段Ｃ３において、前記ステップＳ２０８で演算された操作量指令値の絶対値 |Ｖ| が電源電圧ＶＢを越えているか否かを判定し、ＮＯ（ＶＢ≧ |Ｖ| ）である時はステップＳ２１３に進み、また、ＹＥＳ（ＶＢ＜ |Ｖ| ）である時はステップＳ２１０に進み、積分操作量補正手段Ｃ４において、前記式（６）により可変積分ゲインＫＧを演算し、これを積分ゲインＧとして読み込んだ後、ステップＳ２１１に進む。
【００４０】
続くステップＳ２１１では、積分操作量演算手段Ｃ４において、前記式（３）により積分操作量ＩＵの再演算が行われる。
このステップＳ２１２では、操作量指令値演算手段Ｃ７において、前記式（５）により操作量指令値Ｖの再演算が行われた後、ステップＳ２１３に進む。
このステップＳ２１３では、操作量指令値Ｖを駆動手段Ｅ３に出力し、駆動手段Ｅ３では、前述のように電源（バッテリ）電圧ＶＢ（ＤＣ１２Ｖ）による制限のもとに、操作量指令値Ｖに応じた実操作量（アクチュエータ印加電圧）を電動アクチュエータ５に出力することにより、減速機構６を介して制御軸２の回転角を目標のバルブ特性に対応する目標回転角位置に一致させるようなフィードバック制御が行われるようになっている。
【００４１】
以上のように、この発明の実施の形態２では、積分操作量の演算および操作量指令値の演算が２度行われるため、演算容量は大きくなるが、比較手段Ｃ３で比較される積分操作量として、今回の積分操作量Ｖを用いるようにすることで、前回の積分操作量Ｖ-1を用いる場合に比べて、演算間隔の遅れなく積分操作量の演算が行われることで、制御の精度を高めることができるようになるという追加の効果が得られる。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、具体的な構成はこれら発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、発明の実施の形態では、電動アクチュエータにより所定の目標制御量に駆動制御される被制御体として、可変動弁機構における制御軸を例にとり、該制御軸を目標回転角に制御する場合について説明したが、要は、電動アクチュエータを動かす場合に所定の電源電圧の制限を受け、かつ、電動アクチュエータを動かす制御器に積分器を含む電動アクチュエータ駆動制御装置に全て適用することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳細に説明してきたように、本発明請求項１記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、上述のように、第１に、操作量指令電圧値の絶対値と電源電圧値とを比較する比較手段と、該比較手段により操作量指令電圧値の絶対値が電源電圧値より大きいと判断された場合は前記積分操作量を減少させる方向に補正する積分操作量補正手段と、備えている手段としたことで、電源電圧の制限が無い場合の実制御量応答を犠牲にすることなしに、操作量指令値が所定電源電圧値を越えた場合の実制御量応答におけるオーバーシュートを防止することができ、これにより、あらゆる動作要求に対し最適な応答性を得ることができようになる。第２に、前記比較手段が、前回の操作量指令電圧値の絶対値と前記電源電圧値とを比較するように構成されている手段としたことで、今回の操作量指令電圧値を演算した後に電源電圧と比較し、その結果電源電圧値より大きい場合にもう一度積分操作量を演算し、改めて今回の操作量指令電圧値を演算する場合に比べ、演算容量を小さくすることができる。なお、前記制御手段の演算間隔に比べ電動アクチュエータの応答速度が遅いため、前回の操作量指令電圧値と今回の操作量指令電圧値には大差はなく、また、操作量指令電圧値の極性が切り替わる瞬間においても、１演算間隔のみ大きな差がでるが、電動アクチュエータの応答が遅いため実質的には問題はない。第３に、前記積分操作量補正手段が、前記積分操作量の演算で用いられる基本積分ゲインを操作量指令電圧値の絶対値で除算し、該除算結果に対し任意の補正係数を乗算することで前記可変積分ゲインを求めるように構成されている手段としたことで、操作量指令電圧値の絶対値が大きくなるにつれて過度に積分される積分操作量を適正に補正することができるようになる。第４に、前記積分操作量補正手段が、前記基本積分ゲインを減少させる方向に補正された可変積分ゲインを用いることにより積分操作量を減少させるように構成されている手段とし、即ち、積分操作量の演算処理内で補正をかけるようにしたことで、演算処理後の応答に対して補正をかける場合に比べ、制御システムを簡略化することができるようになる。
【００４７】
請求項２記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、請求項１記載の電動アクチュエータ駆動制御装置において、前記積分操作量補正手段で可変積分ゲインを求める際の操作量指令電圧値の絶対値として前回の操作量指令電圧値の絶対値を用いるようにしたことで、演算容量を小さくできるようになる。
【００４８】
請求項３記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、請求項１記載の電動アクチュエータ駆動制御装置において、前記積分操作量補正手段で可変積分ゲインを求める際の操作量指令電圧値の絶対値として今回の操作量指令電圧値の絶対値を用いるようにしたことで、演算間隔の遅れなく積分操作量の演算が行われるため、制御の精度を高めることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の電動アクチュエータ駆動制御装置が適用された可変動弁装置の全体を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１の電動アクチュエータ駆動制御装置における制御内容を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１の電動アクチュエータ駆動制御装置における制御内容を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１の電動アクチュエータ駆動制御装置における電源電圧の制限が無い場合の実制御量応答比較結果を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１の電動アクチュエータ駆動制御装置における電源電圧の制限が無い場合の積分操作量および実制御量比較結果を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１の電動アクチュエータ駆動制御装置における電源電圧の制限が有る場合の実制御量応答比較結果を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１の電動アクチュエータ駆動制御装置における電源電圧の制限が有る場合の積分操作量および実制御量比較結果を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２の電動アクチュエータ駆動制御装置における制御内容を示すフローチャートである。
【図９】従来例の電動アクチュエータ駆動制御装置における電源電圧制限有無時実制御量応答比較結果を示す図である。
【図１０】従来例の電動アクチュエータ駆動制御装置における電源電圧制限有無時操作量比較結果を示す図である。
【図１１】従来例の電動アクチュエータ駆動制御装置における電源電圧の制限が有る場合のトレードオフ有無時実制御量応答比較結果を示す図である。
【図１２】従来例の電動アクチュエータ駆動制御装置における電源電圧の制限が無い場合のトレードオフ有無時実制御量応答比較結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 可変動弁機構
２ 制御軸（被制御体）
３ 回転角度センサ（実制御量検出手段）
４ コントロールユニット（制御手段）
５ 電動アクチュエータ
６ 減速機構
Ｅ１ 最終目標制御量演算器
Ｅ２ ＰＩＤ制御器
Ｅ３ 駆動手段
Ｃ１ 制御偏差演算手段
Ｃ２ 比例操作量演算手段
Ｃ３ 比較手段
Ｃ４ 積分操作量補正手段
Ｃ５ 積分操作量演算手段
Ｃ６ 微分操作量演算手段
Ｃ７ 操作量指令値演算手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動アクチュエータを動かす場合に所定の電源電圧（バッテリ電圧）の制限を受け、かつ、電動アクチュエータ等を動かす制御器に積分器を含む電動アクチュエータ駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述のような電動アクチュエータ駆動制御装置としては、例えば、自動車に搭載される装置として、内燃機関の可変動弁装置において制御軸の回転角制御に用いられる電動アクチュエータ駆動制御装置がある。
この可変動弁装置は、内燃機関のバルブ動作特性、例えばバルブ位相、バルブリフト量を連続的に変化させる可変動弁機構を吸気側バルブ、もしくは、吸気側および排気側バルブ両方を持ち、該可変動弁機構は、制御軸を回転させることでバルブ動作特性を変更できるもので、制御軸の回転角をポテンショメータ等の回転角度センサによって検出し、この検出された実制御軸回転角信号に基づき、可変動弁コントロールユニットでは、実制御軸回転角信号と目標制御軸回転角とを比較し、偏差が零になるように、ＤＣサーボモータ等の電動アクチュエータに駆動電流を出力することにより、制御軸の回転角を目標のバルブ動作特性に対応する目標制御軸回転角に一致させるようなフィードバック制御が行われるようになっている。
そして、前記電動アクチュエータ駆動制御装置では、例えば、積分器を含むＰＩＤ制御器が用いられると共に、電動アクチュエータを動かす場合に所定の電源電圧（バッテリ電圧）の制限を受ける。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動車に搭載される装置においては、上述のように、電動アクチュエータを動かす場合に所定の電源電圧（バッテリ電圧）の制限を受け、かつ、電動アクチュエータ等を動かす制御器に積分器を含むことから、以下に述べるような問題点があった。
【０００４】
即ち、実制御軸回転角信号と目標制御軸回転角との制御偏差が大きく、制御器で演算された電動アクチュエータへの操作量指令値（電圧値）が所定の電源電圧制限値上限（バッテリ電圧）を越えた場合、図１０（電源電圧制限有無時操作量比較結果）に示すように、電動アクチュエータへの実操作量（印加電圧）Ｖは電源電圧制限値上限▲３▼（バッテリ電圧）値の制限を受けて電源電圧制限値上限▲３▼と同等となり、これにより、操作量指令値よりも小さな値となってしまうため、応答遅れが発生する。即ち、制御偏差が大きく、実操作量Ｖ（図１０の▲２▼）が電源電圧制限値上限▲３▼の制限を受けている場合の実制御量応答（図９（電源電圧制限有無時実制御量応答比較結果）の▲２▼）は、電源電圧制限値上限▲３▼の制限が無い理想的な実操作量（図１０▲１▼）が入った場合の実制御量応答（図９の▲１▼）より遅くなると共に、その遅れによりさらに実制御量と目標制御量▲３▼との間に大きな制御偏差が発生するため、その制御偏差を制御器内の積分器が積分することで過度に積分値が演算される結果、制御器で演算される操作量指令値が過度の積分の影響を受け過大となり、図９の▲２▼に示すようにオーバーシュート等を発生させる原因となっていた。
【０００５】
そこで、このオーバーシュート等の応答性の悪化を防止するために、実制御軸回転角信号と目標制御軸回転角との制御偏差が小さく、制御器で演算された電動アクチュエータへの操作量指令値（電圧値）が所定の電源電圧制限値上限▲３▼（バッテリ電圧）を越えない場合の実制御量応答（図１２（電源電圧の制限が無い場合のトレードオフ有無時実制御量応答比較結果）の▲１▼）とのトレードオフ、即ち、制御偏差の積分結果にかける積分ゲインの調整を行うことで、操作量指令値が所定電源電圧値を越えた場合の実制御量応答（図１１（電源電圧の制限が有る場合のトレードオフ有無時実制御量応答比較結果）の▲１▼に示すトレードオフしない場合の実制御量応答）を、オーバーシュートが生じない実制御量応答（図１１の▲２▼に示すトレードオフした場合の実制御量応答）に修正しなければならなかった。
しかしながら、制御偏差の積分結果にかける積分ゲインの調整を行うと、電源電圧の制限が無い場合の実制御量応答が、図１２の▲２▼に示すように実制御量の制御応答性が悪化すると共に、目標制御量▲３▼に収束せずに定常的な偏差がでてしまうという別の問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上述の従来の問題点に着目してなされたもので、電動アクチュエータのフィードバック制御に積分器を含む電動アクチュエータ駆動制御装置において、電源電圧の制限が無い場合の実制御量応答を犠牲にすることなしに、操作量指令値が所定電源電圧値を越えた場合の実制御量応答におけるオーバーシュートを防止し、あらゆる動作要求に対し最適な応答性が得られるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明請求項１記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、所定の電源電圧による制限のもとで駆動制御される電動アクチュエータと、該電動アクチュエータにより所定の目標制御量に駆動制御される被制御体と、該被制御体の実制御量を検出する実制御量検出手段と、該実制御量検出手段で検出された実制御量と前記目標制御量との制御偏差を演算する制御偏差演算手段と、少なくとも該制御偏差演算手段で演算された制御偏差に基づく積分操作量による操作量指令電圧値で前記電動アクチュエータを駆動制御する制御手段と、を備えた電動アクチュエータ駆動制御装置において、前回の前記操作量指令電圧値の絶対値と前記電源電圧値とを比較する比較手段と、該比較手段により前回の前記操作量指令電圧値の絶対値が前記電源電圧値より大きいと判断された場合は、前記積分操作量の演算で用いられる基本積分ゲインを操作量指令電圧値の絶対値で除算し、該除算結果に対し任意の補正係数を乗算することで可変積分ゲインを求め、該可変積分ゲインを用いることにより、前記積分操作量を減少させる方向に補正する積分操作量補正手段と、を備えている手段とした。
【００１１】
請求項２記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、請求項１記載の電動アクチュエータ駆動制御装置において、前記積分操作量補正手段で可変積分ゲインを求める際の操作量指令電圧値の絶対値として前回の操作量指令電圧値の絶対値を用いるようにした。
【００１２】
請求項３記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、請求項１記載の電動アクチュエータ駆動制御装置において、前記積分操作量補正手段で可変積分ゲインを求める際の操作量指令電圧値の絶対値として今回の操作量指令電圧値の絶対値を用いるようにした。
【００１３】
【作用】
本発明請求項１記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、上述のように、第１に、比較手段により操作量指令電圧値の絶対値が電源電圧値より小さいと判断された場合は、制御手段において少なくとも制御偏差演算手段で演算された制御偏差に基づく積分操作量による操作量指令電圧値で前記電動アクチュエータの駆動制御が行われるもので、これにより、最適な実制御量応答が得られる。第２に、比較手段により操作量指令電圧値の絶対値が電源電圧値より大きいと判断された場合は、積分操作量補正手段において、前記制御偏差に基づく積分操作量を減少させる方向に補正する処理がなされるもので、これにより、操作量指令値が所定電源電圧値を越えた場合の実制御量応答におけるオーバーシュートを防止することができる。従って、電源電圧の制限が無い場合の実制御量応答を犠牲にすることなしに、操作量指令値が所定電源電圧値を越えた場合の実制御量応答におけるオーバーシュートを防止することができ、これにより、あらゆる動作要求に対し最適な応答性を得ることができる。第３に、前記比較手段で電源電圧値と比較する操作量指令電圧値の絶対値として前回の操作量指令電圧値の絶対値を用いるようにすることで、今回の操作量指令電圧値を演算した後に電源電圧と比較し、その結果電源電圧値より大きい場合にもう一度積分操作量を演算し、改めて今回の操作量指令電圧値を演算する場合に比べ、演算容量が小さくなる。なお、前記制御手段の演算間隔に比べ電動アクチュエータの応答速度が遅いため、前回の操作量指令電圧値と今回の操作量指令電圧値には大差はなく、また、操作量指令電圧値の極性が切り替わる瞬間においても、１演算間隔のみ大きな差がでるが、電動アクチュエータの応答が遅いため実質的には問題はない。第４に、前記比較手段により前回の操作量指令電圧値の絶対値が電源電圧値より大きいと判断された場合は、積分操作量補正手段において、積分操作量の演算で用いられる基本積分ゲインを操作量指令電圧値の絶対値で除算し、該除算結果に対し任意の補正係数を乗算することで前記可変積分ゲインを求めることにより、操作量指令電圧値の絶対値が大きくなるにつれて過度に積分される積分操作量を適正に補正することができる。第５に、前記比較手段により前回の操作量指令電圧値の絶対値が電源電圧値より大きいと判断された場合は、前記積分操作量補正手段において、基本積分ゲインを減少させる方向に補正された可変積分ゲインを用いることにより積分操作量を減少させる方向に補正する処理がなされるもので、このように積分操作量の演算処理内で補正をかけることで、演算処理後の応答に対して補正をかける場合に比べ、制御システムを簡略化することができる。
【００１７】
請求項２記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、請求項１において、前記積分操作量補正手段で可変積分ゲインを求める際の操作量指令電圧値の絶対値として前回の操作量指令電圧値の絶対値を用いることにより、演算容量が小さくなる。
【００１８】
請求項３記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、請求項１において、前記積分操作量補正手段で可変積分ゲインを求める際の操作量指令電圧値の絶対値として今回の操作量指令電圧値の絶対値を用いることにより、精度が高くなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（発明の実施の形態１）
この発明の実施の形態１は、請求項１および２の発明に対応している。図１は、本発明の実施の形態１の電動アクチュエータ駆動制御装置が適用された可変動弁装置の全体を示す構成図であり、この図において、１は吸気・排気弁のバルブリフト量を変化させる可変動弁機構、２は制御軸（被制御体）、３は回転角度センサ（実制御量検出手段）、４はコントロールユニット（制御手段）、５はＤＣサーボモータで構成される電動アクチュエータ、６は減速機構を示す。
【００２０】
さらに詳述すると、この可変動弁装置は、前記コントロールユニット４において、図示を省略したクランク角センサ、エアフローメータ、水温センサ、エンジン回転数センサ等の各種のセンサからの検出信号（機関運転情報）および各種装置からの要求に応じ、最終目標制御量演算器Ｅ１において目標制御量（目標制御軸回転角）ＲＥＦの演算が行われると共に、ＰＩＤ制御器Ｅ２では、前記目標制御量ＲＥＦと、回転角度センサ３で検出された実制御量（制御軸回転角信号）Ｙとの制御偏差ＥＲＲＯＲに基づいて操作量指令値Ｖが演算され、駆動手段Ｅ３では電源（バッテリ）電圧ＶＢ（ＤＣ１２Ｖ）による制限のもとに、操作量指令値Ｖに応じた実操作量（アクチュエータ印加電圧）を電動アクチュエータ５に出力することにより、減速機構６を介して制御軸２の回転角を目標のバルブ特性に対応する目標回転角位置に一致させるようなフィードバック制御が行われるようになっている。
【００２１】
次に、前記ＰＩＤ制御器Ｅ２の制御内容を、図２のブロック図、および、図３のフローチャートに基づいて詳述する。
まず、ＰＩＤ制御器Ｅ２の制御内容を示す図２のシステム図において、Ｃ１は制御偏差演算手段、Ｃ２は比例操作量演算手段、Ｃ３は比較手段、Ｃ４は積分操作量補正手段、Ｃ５は積分操作量演算手段、Ｃ６は微分操作量演算手段、Ｃ７は操作量指令値演算手段を示す。また、Ｚ-1は前回演算値を保持する０次ホールドである。
【００２２】
次に、ＰＩＤ制御器Ｅ２の制御内容を、図２のシステム図を参照にしつつ、図３のフローチャートに基づいて説明する。
まず、ステップＳ１０１では前記最終目標制御量演算器Ｅ１で演算された目標制御量ＲＥＦを読み込み、ステップＳ１０２では回転角度センサ３で検出された実制御量Ｙを読み込み、ステップＳ１０３では電源電圧ＶＢを読み込む。
【００２３】
続くステップＳ１０４では、前記制御偏差演算手段Ｃ１において、前記目標制御量ＲＥＦから実制御量Ｙを減算することにより、制御偏差ＥＲＲＯＲを演算する。
続くステップＳ１０５では、比例操作量演算手段Ｃ２において、次式（１）により比例操作量ＰＵの演算が行われる。なお、ＰＧは比例ゲインである。
ＰＵ＝ＰＧ×ＥＲＲＯＲ・・・・（１）
【００２４】
続くステップＳ１０６では、比較手段Ｃ３において、前回の操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| が電源電圧ＶＢを越えているか否かを判定し、ＮＯ（ＶＢ≧ |Ｖ-1| ）である時はステップＳ１０７に進み、積分ゲインＧとして基本積分ゲインＩＧを読み込んだ後、ステップＳ１０９に進み、また、ＹＥＳ（ＶＢ＜ |Ｖ-1| ）である時はステップＳ１０８に進み、積分操作量補正手段Ｃ４において、次式（２）により可変積分ゲインＫＧを演算し、これを積分ゲインＧとして読み込んだ後、ステップＳ１０９に進む。なお、Ｈは補正係数である。
ＫＧ＝（ＩＧ／ |Ｖ-1| ）×Ｈ・・・・（２）
【００２５】
続くステップＳ１０９では、積分操作量演算手段Ｃ５において、次式（３）により積分操作量ＩＵの演算が行われる。なお、ＳＴは演算間隔（時間）である。
ＩＵ＝（Ｇ×ＳＴ×ＥＲＲＯＲ）＋前回ＩＵ・・・・（３）
続くステップＳ１１０では、微分操作量演算手段Ｃ６において、次式（４）により微分操作量ＤＵの演算が行われる。なお、ＤＧは微分ゲイン
ＤＵ＝ＤＧ×（ＥＲＲＯＲ−前回ＥＲＲＯＲ）／ＳＴ・・・・（４）
【００２６】
続くステップＳ１１１では、操作量指令値演算手段Ｃ７において、次式（５）により操作量指令値Ｖの演算が行われる。
Ｖ＝ＰＵ＋ＩＵ＋ＤＵ・・・・（５）
続くステップＳ１１２では、操作量指令値Ｖを駆動手段Ｅ３に出力し、駆動手段Ｅ３では、前述のように電源（バッテリ）電圧ＶＢ（ＤＣ１２Ｖ）による制限のもとに、操作量指令値Ｖに応じた実操作量（アクチュエータ印加電圧）を電動アクチュエータ５に出力することにより、減速機構６を介して制御軸２の回転角を目標のバルブ特性に対応する目標回転角位置に一致させるようなフィードバック制御が行われるようになっている。
【００２７】
次に、この発明の実施の形態１の作用・効果を説明する。
（イ）制御偏差小時
制御偏差演算手段Ｃ１で演算された制御偏差ＥＲＲＯＲが小さくて、図５（積分操作量および実操作量比較結果）に示すように、比較手段Ｃ３により操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| が電源電圧値ＶＢ（▲５▼）以下（ＶＢ≧ |Ｖ-1| ）と判断された場合は、積分操作量演算手段Ｃ５では基本積分ゲインＩＧにより、図５の▲４▼に示すように、積分操作量補正手段Ｃ４を備えない場合▲３▼と同様に、最適な積分操作量ＩＵの演算が行われる。
【００２８】
即ち、操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| が電源電圧値ＶＢ以下である場合は、図５（積分操作量および実制御量比較結果）の▲２▼に示すように、積分操作量補正手段Ｃ４を備えない場合▲１▼と同様に、操作量指令値Ｖに応じた実操作量がそのまま出力されるため、図４（電源電圧の制限が無い場合の実制御量応答比較結果）の▲２▼に示すように、積分操作量補正手段Ｃ４を備えない場合▲１▼と同様に、最適な実制御量応答が得られ、目標制御量▲３▼に迅速に収束する。
【００２９】
（ロ）制御偏差大時
制御偏差演算手段Ｃ１で演算された制御偏差ＥＲＲＯＲが大きくて、図７（積分操作量および実操作量比較結果）に示すように、比較手段Ｃ３により操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| が電源電圧値ＶＢ（▲５▼）を越えている（ＶＢ＜ |Ｖ-1| ）と判断された場合は、積分操作量補正手段Ｃ４において、積分操作量ＩＵを減少させるような可変積分ゲインＫＧの演算（前記式（２））が行われ、積分操作量演算手段Ｃ５ではこの可変積分ゲインＫＧに基づいて低減された積分操作量ＩＵ（図７の▲４▼）の演算が行われる。なお、図７の▲３▼は積分ゲインの補正が行われない場合の積分操作量ＩＵを示す。
【００３０】
以上のように、図７の▲２▼に示すように、積分ゲインの補正が行われた場合の実操作量（図７の▲２▼）が、積分ゲインの補正が行われない場合の実操作量（図７の▲１▼）に比べ、電源電圧ＶＢより早めに低下し、これにより、図６（電源電圧の制限が有る場合の制御量応答比較結果）の▲２▼に示すように、オーバーシュートすることなしに、目標制御量▲３▼に収束する。
【００３１】
従って、電源電圧値ＶＢの制限が無い場合の実制御量応答（図４の▲２▼）を犠牲にすることなしに、操作量指令値Ｖが所定電源電圧値ＶＢを越えた場合の実制御量応答（図６の▲２▼）におけるオーバーシュートを防止することができ、これにより、あらゆる動作要求に対し最適な応答性を得ることができるようになるという効果が得られる。
【００３２】
また、前記比較手段Ｃ３で電源電圧値ＶＢと比較する操作量指令値の絶対値として前回の操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| を用いるようにすることで、今回の操作量指令値Ｖを演算した後に電源電圧値ＶＢと比較し、その結果電源電圧値ＶＢを越えている場合にもう一度積分量操作量ＩＵを演算し、改めて今回の操作量指令値Ｖを演算する場合に比べ、演算容量を小さくできるようになる。
【００３３】
なお、前記コントロールユニット４の演算間隔ＳＴに比べ電動アクチュエータ５の応答速度が遅いため、前回の操作量指令値Ｖ-1と今回の操作量指令値Ｖには大差はなく、また、操作量指令値Ｖの極性が切り替わる瞬間においても、１演算間隔のみ大きな差がでるが、電動アクチュエータ５の応答が遅いため実質的には問題はない。
【００３４】
また、前記比較手段Ｃ３により前回の操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| が電源電圧値ＶＢを越えている判断された場合は、積分操作量補正手段Ｃ４において、積分操作量の演算で用いられる基本積分ゲインＩＧを減少させる方向に補正された可変積分ゲインＫＧを用いることにより積分操作量ＩＵを減少させる方向に補正する処理がなされるもので、このように積分操作量ＩＵの演算処理内で補正をかけることで、演算処理後の応答に対して補正をかける場合に比べ、制御システムを簡略化することができるようになる。
【００３５】
また、前記比較手段Ｃ３により前回の操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| が電源電圧値ＶＢを越えていると判断された場合は、積分操作量補正手段Ｃ４において、基本積分ゲインＩＧを前回の操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| で除算して前記可変積分ゲインＫＧを求めることにより、操作量指令値の絶対値Ｖが大きくなるにつれて過度に積分される積分操作量ＩＵを適正に補正することができるようになる。また、前記除算（ＩＧ／ |Ｖ-1| ）は基本積分ゲインと前回操作量指令値の絶対値との比率を表しているだけであるため、この除算結果に対し所定の補正係数Ｈを乗算することにより、適正な積分ゲインを設定できるようになる。
【００３６】
また、前記積分操作量補正手段Ｃ４で可変積分ゲインＫＧを求める際の操作量指令値の絶対値として前回の操作量指令値の絶対値 |Ｖ-1| を用いることにより、演算容量が小さくなる。
【００３７】
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。なお、この他の発明の実施の形態の説明にあたっては、前記発明の実施の形態１と同様の構成部分は図示および説明を省略し、または、同一の符号を付けてその説明を省略する。
（発明の実施の形態２）
この発明の実施の形態２の電動アクチュエータ駆動制御装置は、請求項３の発明に対応している。即ち、この発明の実施の形態２の電動アクチュエータ駆動制御装置は、前記積分操作量補正手段Ｃ４で可変積分ゲインＫＧを求める際の操作量指令値の絶対値として、次式（６）に示すように、今回の操作量指令値の絶対値 |Ｖ| を用いるようにした点が前記発明の実施の形態１とは相違したものである。
ＫＧ＝（ＩＧ／ |Ｖ| ）×Ｈ・・・・（６）
【００３８】
次に、ＰＩＤ制御器Ｅ２の制御内容を、図８のフローチャートに基づいて説明する。
まず、図８のステップＳ２０１〜２０５は、前記発明の実施の形態１における図３のステップＳ１０１〜１０５と同様であるためその説明を省略する。
続くステップＳ２０６、Ｓ２０７、Ｓ２０８では、図３のステップＳ１０９〜１１１と同様に積分操作量ＩＵの演算、微分操作量ＤＵの演算、および、操作量指令値Ｖの演算が行われる。
【００３９】
続くステップＳ２０９では、比較手段Ｃ３において、前記ステップＳ２０８で演算された操作量指令値の絶対値 |Ｖ| が電源電圧ＶＢを越えているか否かを判定し、ＮＯ（ＶＢ≧ |Ｖ| ）である時はステップＳ２１３に進み、また、ＹＥＳ（ＶＢ＜ |Ｖ| ）である時はステップＳ２１０に進み、積分操作量補正手段Ｃ４において、前記式（６）により可変積分ゲインＫＧを演算し、これを積分ゲインＧとして読み込んだ後、ステップＳ２１１に進む。
【００４０】
続くステップＳ２１１では、積分操作量演算手段Ｃ４において、前記式（３）により積分操作量ＩＵの再演算が行われる。
このステップＳ２１２では、操作量指令値演算手段Ｃ７において、前記式（５）により操作量指令値Ｖの再演算が行われた後、ステップＳ２１３に進む。
このステップＳ２１３では、操作量指令値Ｖを駆動手段Ｅ３に出力し、駆動手段Ｅ３では、前述のように電源（バッテリ）電圧ＶＢ（ＤＣ１２Ｖ）による制限のもとに、操作量指令値Ｖに応じた実操作量（アクチュエータ印加電圧）を電動アクチュエータ５に出力することにより、減速機構６を介して制御軸２の回転角を目標のバルブ特性に対応する目標回転角位置に一致させるようなフィードバック制御が行われるようになっている。
【００４１】
以上のように、この発明の実施の形態２では、積分操作量の演算および操作量指令値の演算が２度行われるため、演算容量は大きくなるが、比較手段Ｃ３で比較される積分操作量として、今回の積分操作量Ｖを用いるようにすることで、前回の積分操作量Ｖ-1を用いる場合に比べて、演算間隔の遅れなく積分操作量の演算が行われることで、制御の精度を高めることができるようになるという追加の効果が得られる。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、具体的な構成はこれら発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、発明の実施の形態では、電動アクチュエータにより所定の目標制御量に駆動制御される被制御体として、可変動弁機構における制御軸を例にとり、該制御軸を目標回転角に制御する場合について説明したが、要は、電動アクチュエータを動かす場合に所定の電源電圧の制限を受け、かつ、電動アクチュエータを動かす制御器に積分器を含む電動アクチュエータ駆動制御装置に全て適用することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳細に説明してきたように、本発明請求項１記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、上述のように、第１に、操作量指令電圧値の絶対値と電源電圧値とを比較する比較手段と、該比較手段により操作量指令電圧値の絶対値が電源電圧値より大きいと判断された場合は前記積分操作量を減少させる方向に補正する積分操作量補正手段と、備えている手段としたことで、電源電圧の制限が無い場合の実制御量応答を犠牲にすることなしに、操作量指令値が所定電源電圧値を越えた場合の実制御量応答におけるオーバーシュートを防止することができ、これにより、あらゆる動作要求に対し最適な応答性を得ることができようになる。第２に、前記比較手段が、前回の操作量指令電圧値の絶対値と前記電源電圧値とを比較するように構成されている手段としたことで、今回の操作量指令電圧値を演算した後に電源電圧と比較し、その結果電源電圧値より大きい場合にもう一度積分操作量を演算し、改めて今回の操作量指令電圧値を演算する場合に比べ、演算容量を小さくすることができる。なお、前記制御手段の演算間隔に比べ電動アクチュエータの応答速度が遅いため、前回の操作量指令電圧値と今回の操作量指令電圧値には大差はなく、また、操作量指令電圧値の極性が切り替わる瞬間においても、１演算間隔のみ大きな差がでるが、電動アクチュエータの応答が遅いため実質的には問題はない。第３に、前記積分操作量補正手段が、前記積分操作量の演算で用いられる基本積分ゲインを操作量指令電圧値の絶対値で除算し、該除算結果に対し任意の補正係数を乗算することで前記可変積分ゲインを求めるように構成されている手段としたことで、操作量指令電圧値の絶対値が大きくなるにつれて過度に積分される積分操作量を適正に補正することができるようになる。第４に、前記積分操作量補正手段が、前記基本積分ゲインを減少させる方向に補正された可変積分ゲインを用いることにより積分操作量を減少させるように構成されている手段とし、即ち、積分操作量の演算処理内で補正をかけるようにしたことで、演算処理後の応答に対して補正をかける場合に比べ、制御システムを簡略化することができるようになる。
【００４７】
請求項２記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、請求項１記載の電動アクチュエータ駆動制御装置において、前記積分操作量補正手段で可変積分ゲインを求める際の操作量指令電圧値の絶対値として前回の操作量指令電圧値の絶対値を用いるようにしたことで、演算容量を小さくできるようになる。
【００４８】
請求項３記載の電動アクチュエータ駆動制御装置では、請求項１記載の電動アクチュエータ駆動制御装置において、前記積分操作量補正手段で可変積分ゲインを求める際の操作量指令電圧値の絶対値として今回の操作量指令電圧値の絶対値を用いるようにしたことで、演算間隔の遅れなく積分操作量の演算が行われるため、制御の精度を高めることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の電動アクチュエータ駆動制御装置が適用された可変動弁装置の全体を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１の電動アクチュエータ駆動制御装置における制御内容を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１の電動アクチュエータ駆動制御装置における制御内容を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１の電動アクチュエータ駆動制御装置における電源電圧の制限が無い場合の実制御量応答比較結果を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１の電動アクチュエータ駆動制御装置における電源電圧の制限が無い場合の積分操作量および実制御量比較結果を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１の電動アクチュエータ駆動制御装置における電源電圧の制限が有る場合の実制御量応答比較結果を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１の電動アクチュエータ駆動制御装置における電源電圧の制限が有る場合の積分操作量および実制御量比較結果を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２の電動アクチュエータ駆動制御装置における制御内容を示すフローチャートである。
【図９】従来例の電動アクチュエータ駆動制御装置における電源電圧制限有無時実制御量応答比較結果を示す図である。
【図１０】従来例の電動アクチュエータ駆動制御装置における電源電圧制限有無時操作量比較結果を示す図である。
【図１１】従来例の電動アクチュエータ駆動制御装置における電源電圧の制限が有る場合のトレードオフ有無時実制御量応答比較結果を示す図である。
【図１２】従来例の電動アクチュエータ駆動制御装置における電源電圧の制限が無い場合のトレードオフ有無時実制御量応答比較結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 可変動弁機構
２ 制御軸（被制御体）
３ 回転角度センサ（実制御量検出手段）
４ コントロールユニット（制御手段）
５ 電動アクチュエータ
６ 減速機構
Ｅ１ 最終目標制御量演算器
Ｅ２ ＰＩＤ制御器
Ｅ３ 駆動手段
Ｃ１ 制御偏差演算手段
Ｃ２ 比例操作量演算手段
Ｃ３ 比較手段
Ｃ４ 積分操作量補正手段
Ｃ５ 積分操作量演算手段
Ｃ６ 微分操作量演算手段
Ｃ７ 操作量指令値演算手段
Claims (3)
- 所定の電源電圧による制限のもとで駆動制御される電動アクチュエータと、
該電動アクチュエータにより所定の目標制御量に駆動制御される被制御体と、
該被制御体の実制御量を検出する実制御量検出手段と、
該実制御量検出手段で検出された実制御量と前記目標制御量との制御偏差を演算する制御偏差演算手段と、
少なくとも該制御偏差演算手段で演算された制御偏差に基づく積分操作量による操作量指令電圧値で前記電動アクチュエータを駆動制御する制御手段と、
を備えた電動アクチュエータ駆動制御装置において、
前回の前記操作量指令電圧値の絶対値と前記電源電圧値とを比較する比較手段と、
該比較手段により前回の前記操作量指令電圧値の絶対値が前記電源電圧値より大きいと判断された場合は、前記積分操作量の演算で用いられる基本積分ゲインを操作量指令電圧値の絶対値で除算し、該除算結果に対し任意の補正係数を乗算することで可変積分ゲインを求め、該可変積分ゲインを用いることにより、前記積分操作量を減少させる方向に補正する積分操作量補正手段と、
を備えていることを特徴とする電動アクチュエータ駆動制御装置。 - 前記積分操作量補正手段で可変積分ゲインを求める際の操作量指令電圧値の絶対値として前回の操作量指令電圧値の絶対値を用いるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータ駆動制御装置。
- 前記積分操作量補正手段で可変積分ゲインを求める際の操作量指令電圧値の絶対値として今回の操作量指令電圧値の絶対値を用いるようにしたことを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータ駆動制御装置。
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