JP5790508B2

JP5790508B2 - 多重系モータの制御装置及び制御方法

Info

Publication number: JP5790508B2
Application number: JP2012000088A
Authority: JP
Inventors: 優人森; 平　哲也; 哲也平
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2032-01-04
Also published as: JP2013141357A

Description

本発明は、多重系モータの制御装置及び制御方法に関する。

近年、安全性等を向上させるために、多重系モータを複数の制御系で制御する技術がある。つまり、複数の制御系がそれぞれ、多重系モータの一つの系を制御する。これにより、万が一に一つの制御系が動作不能に陥っても、他の制御系が多重系モータを制御できる。

このような制御装置は、偏差を低減するために、例えば多重系モータをＰ（Proportional：比例）Ｉ（Integral：積分）Ｄ（Derivative：微分）制御する。

ここで、特許文献１には、多重系モータの制御モードをＰＩＤ制御、Ｐ制御、ＰＩ制御、ＩＤ制御に切り替え可能な技術が開示されている。但し、どのようなタイミングで制御モードを切り替えるかは開示されていない。

特開２００９−２８６３２３号公報

多重系モータの制御においては、多重系モータの速度をＰＩＤ制御する場合、各々の系の速度を検出するタイミングの精度が高くないと、電流出力が飽和する可能性がある。

詳細には、二重系モータの一方の系の速度を第１の速度制御器で制御し、他方の系の速度を第２の速度制御器で制御する場合、各々の系の速度を検出するタイミングがずれると、一方の系側で検出された速度と、他方の系側で検出された速度とは、図５に示すように、目標速度を挟んで対峙する。

このとき、第１の速度制御器及び第２の速度制御器は速度が目標速度に近づくように、それぞれの系を制御するので、図６に示すように、それぞれの系での電流出力が飽和する。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、電流出力の飽和を抑制する多重系モータの制御装置及び制御方法を提供することを目的とするものである。

本発明の一形態に係る多重系モータの制御装置は、目標速度に基づく速度指令と、実速度と、の偏差に基づいて、多重系モータの一つの系をそれぞれＰＩＤ速度制御する、第１及び第２の速度制御器を備える多重系モータの制御装置であって、前記第１又は第２の速度制御器は、前記実速度が前記目標速度以上であると、積分項を０にする。

本発明の一形態に係る多重系モータの制御方法は、目標速度に基づく速度指令と、実速度と、の偏差に基づいて、多重系モータの一つの系をそれぞれＰＩＤ速度制御する、多重系モータの制御方法であって、前記ＰＩＤ速度制御は、前記実速度が前記目標速度以上であると、積分項を０にする。

以上、説明したように、本発明によると、電流出力の飽和を抑制する多重系モータの制御装置及び制御方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る多重系モータの制御装置のブロック図である。積分ゲイン値と偏差との関係を示す図である。本発明の実施の形態に係る多重系モータの制御装置における、第１の制御系の実速度と目標速度との関係、及び第２の制御系の実速度と目標速度との関係を示す図である。本発明の実施の形態に係る多重系モータの制御装置における、第１の制御系の電流出力と第２の制御系の電流出力との関係を示す図である。一般的な多重系モータの制御装置における、第１の制御系の実速度と目標速度との関係、及び第２の制御系の実速度と目標速度との関係を示す図である。一般的な多重系モータの制御装置における、第１の制御系の電流出力と第２の制御系の電流出力との関係を示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

本発明の実施の形態に係る多重系モータの制御装置及び制御方法を説明する。本実施の形態の多重系モータの制御装置及び制御方法は、例えば多重系モータを備える移動体等に好適に用いることができる。ちなみに、本実施の形態では、ＰＩＤ制御によって多重系モータを制御するが、ＰＩＤ制御自体は既知のため、詳細な説明は省略する。

図１に示すように、制御装置１は、第１の制御系１１、第２の制御系２１、第１の速度検出器３１、第２の速度検出器４１、第１の電流検出器５１、第２の電流検出器６１、多重系モータ７１を備える。

ここで、本実施の形態の多重系モータ７１としては２重系モータを用いる。そのため、第１の制御系１１は多重系モータ７１の一方の系を制御し、第２の制御系２１は多重系モータ７１の他方の系を制御する。

第１の制御系１１は、速度制御器１２、電流制御器１３を備え、バッテリ（図示を省略）から供給される電源によって動作する。速度制御器１２は、比較器１２１、比例制御器１２２、積分制御器１２３、微分制御器１２４、比較器１２５を備え、多重系モータ７１の一方の系を速度ＰＩＤ制御する。

比較器１２１は、多重系モータ７１を目標速度で制御することができるように、上位の制御器（図示を省略）から出力された速度指令を示す信号と、第１の速度検出器３１から出力される当該多重系モータ７１の実速度を示す信号と、が入力される。比較器１２１は、当該目標速度から実速度を減算し、減算した値を示す信号を比例制御器１２２、積分制御器１２３及び微分制御器１２４に出力する。つまり、比較器１２１は、所謂偏差を算出する。ちなみに、第１の速度検出器３１は、多重系モータ７１に設けられたポテンショメータ等の角度検出器の検出値を微分することで、当該多重系モータ７１の実速度を取得する。

比例制御器１２２には、当該減算した値を示す信号が入力される。比例制御器１２２は、この減算した値を予め設定されている比例定数（比例ゲイン）倍する。つまり、比例制御器１２２は、偏差を比例定数倍し、算出した値を示す信号を比較器１２５に出力する。

積分制御器１２３にも、当該減算した値を示す信号が入力される。積分制御器１２３は、この減算した値を足し合わせ、この足し合わせた値を予め設定されている積分定数（積分ゲイン）倍する。つまり、積分制御器１２３は、偏差を足し合わせ、この足し合わせた値を積分定数倍し、算出した値を示す信号を比較器１２５に出力する。

ここで、積分制御器１２３は、実速度が目標速度以上、言い換えると入力された偏差が０以下となると、積分項を０にする。つまり、積分制御器１２３は、積分ゲイン値を０とすると共に、足し合わせた値を一旦、０にリセットする。そのため、積分制御器１２３は、偏差が０以下となると、０の値を示す信号を比較器１２５に出力する。そして、積分制御器１２３は、偏差が再び０より大きくなると、偏差が０以下となる直前の積分項の値に再び偏差を足し合わせていくのではなく、積分項を０にリセットした状態から当該偏差を足し合わせ、この足し合わせた値を積分定数倍し、算出した値を示す信号を比較器１２５に出力する。

ちなみに、積分ゲイン値（Ｋ_Ｄ）は偏差が０以下となった場合に０であれば良く、その他の場合では適宜設定される。例えば、図２に示すように、積分ゲイン値の設定として３つの形態が考えられる。先ず、１つ目の積分ゲイン値の設定方法としては、図２の（１）に示すように、ステップ状に変化させても良い。つまり、積分ゲイン値は、偏差が０以下の場合は０とし、その他の場合は一定の値（Ｋ_１）とする。

次に、２つ目の積分ゲイン値の設定方法としては、図２の（２）に示すように、偏差に比例するように変化させても良い。つまり、積分ゲイン値は、偏差が０以下の場合は０とし、偏差が予め設定した閾値（Ｖ_ｔ）より大きい場合は一定の値（Ｋ_１）とする。そして、偏差が０より大きく閾値以下の場合はＫ_１×ΔＶ／Ｖの値とする。ここで、ΔＶは偏差（目標速度−実速度）であり、Ｖは実速度である。

さらに、３つ目の積分ゲイン値の設定方法としては、図２の（３）に示すように、滑らかに変化させても良い。つまり、積分ゲイン値は、偏差が０以下の場合は０とし、偏差が予め設定した閾値（Ｖ_ｔ）より大きい場合は一定の値（Ｋ_１）とする。そして、偏差が０より大きく閾値以下の場合は−Ｋ_１（ΔＶ−Ｖ_ｔ）／Ｖ_Ｔ ^２＋Ｋ_１とする。

これら（１）〜（３）の設定方法によって設定された積分ゲイン値を用いた場合の目標速度に対する収束性を比較すると、（３）、（２）、（１）の順で目標速度に対する収束性が良い。つまり、（３）の設定方法によって設定された積分ゲイン値を用いた場合が、目標速度に対する収束性が最も良い。

微分制御器１２４にも、当該減算した値を示す信号が入力される。微分制御器１２４は、この減算した値を微分し、微分した値を微分定数（微分ゲイン）倍する。つまり、微分制御器１２４は、偏差を微分し、微分した値を微分定数倍し、算出した値を示す信号を比較器１２５に出力する。

比較器１２５は、比例制御器１２２、積分制御器１２３及び微分制御器１２４から、算出した値を示す信号が入力される。比較器１２５は、入力される値を加算し、加算した値、即ち多重系モータ７１の一方の系に供給する電流目標値を示す信号を電流制御器１３に出力する。

電流制御器１３には、多重系モータ７１の一方の系に供給する電流目標値を示す信号と、第１の電流検出器５１から出力される多重系モータ７１の一方の系に供給されている電流値を示す信号と、が入力される。電流制御器１３は、多重系モータ７１の一方の系に供給する電流目標値を示す信号と、第１の電流検出器５１から出力される多重系モータ７１の一方の系に供給されている電流値を示す信号と、に基づいて、多重系モータ７１の一方の系を電流ＰＩＤ制御する。ここで、電流制御器１３の構成は、本発明の本質的部分でないため、説明を省略する。
このような第１の制御系１１の構成により、多重系モータ７１の一方の系はＰＩＤ制御される。

第２の制御系２１も、図１に示すように、第１の制御系１１と略同様の構成とされているので、重複する説明を省略するが、速度制御器２２、電流制御器２３を備え、バッテリ（図示を省略）から供給される電源によって動作する。

そして、速度制御器２２は、比較器２２１、比例制御器２２２、積分制御器２２３、微分制御器２２４、比較器２２５を備え、上位の制御器（図示を省略）から出力された速度指令を示す信号と、第２の速度検出器４１から出力される当該多重系モータ７１の実速度を示す信号と、に基づいて、多重系モータ７１の他方の系を速度ＰＩＤ制御する。ちなみに、第２の速度検出器４１も、多重系モータ７１に設けられたポテンショメータ等の角度検出器の検出値を微分することで、当該多重系モータ７１の実速度を取得する。

電流制御器２３は、比較器２２５から出力される多重系モータ７１の他方の系に供給する電流目標値を示す信号と、第２の電流検出器６１から出力される多重系モータ７１の他方の系に供給されている電流値を示す信号と、に基づいて、多重系モータ７１の他方の系を電流ＰＩＤ制御する。
このような第２の制御系２１の構成により、多重系モータ７１の他方の系はＰＩＤ制御される。

このように本実施の形態の制御装置１は、図３に示すように、第１の制御系１１の積分制御器１２３又は第２の制御系２１の積分制御器２２３が、実速度が目標速度以上となると、積分項を０とする。つまり、一方の制御系において偏差が０になると、当該制御系の積分制御器は積分項を０とする。そのため、一方の制御系における多重系モータ７１の一方の系の実速度が目標速度で略一定となった状態で、多重系モータ７１の他方の系の実速度が目標速度となるように、他方の制御系は多重系モータ７１の他方の系を制御する。これにより、図４に示すように、第１の制御系１１の電流出力と、第２の制御系２１の電流出力と、の飽和を抑制することができる。しかも、一方の制御系において偏差が０になると、当該制御系の積分制御器は積分項を０とするので、目標速度に対する収束性も向上する。

以上、本発明に係る多重系モータの制御装置及び制御方法の実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。

上記実施の形態の多重系モータの制御装置は、Ｐ制御、Ｉ制御、Ｄ制御を有効にすることを前提としているが、Ｐ制御の比例ゲインを０に設定すると、ＩＤ制御を実現でき、Ｄ制御の微分ゲインを０に設定すると、ＰＩ制御を実現できる。

１制御装置
１１第１の制御系
１２速度制御器
１２１比較器
１２２比例制御器
１２３積分制御器
１２４微分制御器
１２５比較器
１３電流制御器
２１第２の制御系
２２速度制御器
２２１比較器
２２２比例制御器
２２３積分制御器
２２４微分制御器
２２５比較器
２３電流制御器
３１第１の速度検出器
４１第２の速度検出器
５１第１の電流検出器
６１第２の電流検出器
７１多重系モータ

Claims

目標速度に基づく速度指令と、実速度と、の偏差に基づいて、多重系モータの一つの系をそれぞれＰＩＤ速度制御する、第１及び第２の速度制御器を備える多重系モータの制御装置であって、
前記第１又は第２の速度制御器は、前記実速度が前記目標速度以上であり、前記目標速度から前記実速度を引いた偏差が０以下である期間内で、積分項を０にする多重系モータの制御装置。
目標速度に基づく速度指令と、実速度と、の偏差に基づいて、多重系モータの一つの系をそれぞれＰＩＤ速度制御する、多重系モータの制御方法であって、
前記ＰＩＤ速度制御は、前記実速度が前記目標速度以上であり、前記目標速度から前記実速度を引いた偏差が０以下である期間内で、積分項を０にする多重系モータの制御方法。