(57)【要約】    【課題】  外乱の影響により変化し得る指令値に対し、応答遅れが生じることなくその外乱を除去して制御対象を適性に制御することを可能とする。    【解決手段】    制御装置（２）からの指令値を示す制御信号を受信し、修正指令値を示す制御信号を出力する信号処理部（４）と、その信号処理部が出力した制御信号を受信し、制御対象に対する駆動信号を出力する駆動信号出力部（６）とを備え、指令値が変化した場合に、その変化に追従させるように指令値の変動幅よりも小さい範囲で修正指令値を変化させ、指令値が変化した後に変化しない状態が規定時間継続した場合に、修正指令値を指令値と一致させる構成とする。【選択図】    図１
2006018671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御装置からの指令値を示す制御信号を受信し、修正指令値を示す制御信号を出力する信号処理部と、その信号処理部が出力した制御信号を受信し、制御対象に対する駆動信号を出力する駆動信号出力部とを備え、
前記指令値が変化した場合に、その変化に追従させるように前記指令値の変動幅よりも小さい範囲で前記修正指令値を変化させ、前記指令値が変化した後に変化しない状態が規定時間継続した場合に、前記修正指令値を前記指令値と一致させることを特徴とする制御信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動等に用いる制御信号処理装置に関し、より詳細には、外乱による指令値の変動の影響を除去する制御信号処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ等の駆動システムにおいては、ノイズ及び電子波等による電気的な外乱並びに振動及び動特性による機械的外乱が存在し、このような外乱が制御信号に付加されてシステムの応答性能を劣化させ、システムを不安定にするなど悪影響を及ぼすことがある。このような場合、制御対象に対する指令値が変化したときに、それが正常な変化であるか外乱によるものであるかの識別が困難となるので、そのための対策の一つとして、一般にはハードウェアまたはソフトウェア側にフィルタを設けて外乱を除去する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−３１０１４号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記特許文献１に記載のような技術では、外乱ノイズを除去するためのフィルタの数が多ければ多いほどフィルタ処理に時間がかかり、信号の伝達性が悪くなって制御対象の応答性に影響してくるなどの問題が生じ得る。
【０００４】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、外乱の影響により変化し得る指令値に対し、応答遅れが生じることなくその外乱を除去すると共に、指令値に対する偏差を速やかに解消して制御対象を適性に制御することを可能とする制御信号処理装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の制御信号処理装置は、請求項１に示すとおり、制御装置からの指令値を示す制御信号を受信し、修正指令値を示す制御信号を出力する信号処理部と、その信号処理部が出力した制御信号を受信し、制御対象に対する駆動信号を出力する駆動信号出力部とを備え、指令値が変化した場合に、その変化に追従させるように指令値の変動幅よりも小さい範囲で修正指令値を変化させ、指令値が変化した後に変化しない状態が規定時間継続した場合に、修正指令値を指令値と一致させる構成とする。
【０００６】
これによると、制御装置からの指令値が変化した場合に、外乱に起因する指令値の変化分を考慮し、指令値の変動幅よりも小さい範囲で修正指令値を変化させることで、フィルタを用いた場合のような応答遅れを生じさせることなく、外乱を除去することができる。例えば、外乱に起因する指令値の変動分を考慮して指令値に対して適切なヒステリシス幅を設定し、指令値の変動幅よりもヒステリシス幅分だけ小さい範囲で修正指令値を変化させることができる。更に、指令値が頻繁に変更されても修正指令値を直ちに追従させることができるので、制御対象をより高精度に制御することが可能となる。
【０００７】
また、指令値が変化した後に変化しない状態が予め設定した規定時間継続した場合には、修正指令値を指令値に一致させるので、指令値の変化に対して修正指令値を偏差なく追従させることができる。この場合、規定時間を適切に設定することで、外乱の発生を指令値の変化と誤認することなく、適切な制御が可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
このように本発明によれば、外乱の影響により変化し得る指令値に対し、フィルタを用いた場合のような応答遅れが生じることなくその外乱を除去することができ、結果として、指令値が頻繁に変更されても制御対象をより高精度に制御することが可能となる。また、外乱の影響がない場合には、指令値に対する偏差を速やかに解消して制御対象を適性に制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は、本発明の制御信号処理装置の構成を示すブロック図である。ここでは、制御信号処理装置を電動機の回転動作を制御する制御システムに適用した例を示している。図に示すように、この制御信号処理装置１は、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）２からの回転数指令に基づき設定した目標回転数を制御信号として出力する信号処理部４と、その制御信号を受信し、受信した制御信号に基づき電動機３の駆動回路５に対する駆動信号を出力する駆動信号出力部６から構成される。
【００１１】
上記構成の制御信号処理装置１において、ＥＣＵ２から出力される回転数指令（以下、指令値Ｘ）は、電動機３の回転動作を変更する際に変化するが、この変化と同時に或いはこの変化とは別に、電気的ノイズ等の外乱の影響を受けて変化する場合がある。このとき、信号処理部４には、外乱の影響が付加された指令値Ｘ（以下、指令値Ｙ）が制御信号として入力されることになるが、信号処理部４は、指令値Ｙから外乱の影響を除去した認識値（以下、指令値Ｚ）を目標回転数として生成し、駆動信号出力部６に対して出力する。更に、駆動信号出力部６は、信号処理部４からの制御信号に従って電動機３の駆動回路５に対して駆動信号を出力する。
【００１２】
より詳細には、信号処理部４に入力される指令値Ｙが変化した場合、その変化量が、予め外乱の影響を考慮して設定したヒステリシス幅よりも大きいときには、その変化量よりもヒステリシス幅分だけ小さい変化量で指令値Ｚ（修正指令値）を指令値Ｙに追従させるべく変化させる。一方、指令値Ｙの変化量がヒステリシス幅よりも小さいときには、指令値Ｙの変化が外乱のみに起因する可能性が高いと判断して、指令値Ｚを直ちに変化させることはない。また、指令値Ｙに変化がなかった際においてのみ信号処理部４が経過時間を測定し、指令値Ｙが変化することなく経過時間が予め設定した規定時間に達した場合には、指令値Ｚを指令値Ｙと一致させる。
【００１３】
図２は、本発明の制御信号処理装置を用いた電動機の回転数制御のタイムチャートの一例を示す。図において（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ信号処理部４に入力される指令値Ｙ、信号処理部が出力する指令値Ｚ及び電動機３の回転数Ｒの経時変化を示している。ここで、図２（Ａ）及び（Ｂ）における各ポイント（Ｙ１、Ｚ１等）は、それぞれ指令値Ｙの入力タイミング及び指令値Ｚの出力タイミングを示している。
【００１４】
なお、説明の便宜上、ここでは指令値Ｙの入力タイミングと同時にそれに対応する指令値Ｚが出力されるものとする。また、各ポイント間の時間間隔をΔＴ＝１とし、指令値Ｙが変化することなく経過時間が予め設定した規定時間ΔＴ＝５に達したときに指令値Ｚを指令値Ｙと一致させるものとする。更に、時間０における指令値Ｚの値（Ｖｚ０）は、指令値Ｙの値（Ｖｙ０）に一致しているものとする。
【００１５】
信号処理部４に認識される指令値Ｙは、図２（Ａ）に示すように、時間Ｔ１（ポイントＹ４）においてＶｙ０からＶｙ１へと変化する。ここでの変化量ΔＶｙ１（＝｜Ｖｙ１−Ｖｙ０｜）は、予め外乱の影響を考慮して設定したヒステリシス幅ΔＶよりも大きく、この変化は、ＥＣＵ２の回転数指令が変化したことによる指令値Ｙの変化であると認識される。そこで、経過時間がリセットされ、その後の経過時間の測定を待機することになる。続いて、ポイントＹ５、Ｙ６では、指令値Ｙの値（Ｖｙ１）が指令値Ｙの前回値（Ｖｙ１）と等しく指令値Ｙに変化がないので、それぞれ経過時間が測定され、規定時間に達しているか否かが判定される。ここで、ポイントＹ６での経過時間はΔＴ＝２であり、規定時間（ΔＴ＝５）には達していない。
【００１６】
また、指令値Ｙは、時間Ｔ２（ポイントＹ７）においてＶｙ１からＶｙ２へと変化する。ここでの変化量ΔＶｙ２（＝｜Ｖｙ２−Ｖｙ１｜）は、ヒステリシス幅ΔＶよりも小さく、この変化は、外乱の影響のみによって指令値Ｙが変化した可能性があると認識される。そこで、経過時間がリセットされ、その後の経過時間の測定を待機することになる。続いて、ポイントＹ８〜Ｙ１０では、指令値Ｙの値（Ｖｙ２）が指令値Ｙの前回値（Ｖｙ２）と等しく指令値Ｙに変化がないので、それぞれ経過時間が測定され、規定時間に達しているか否かが判定される。ここで、ポイントＹ１０での経過時間はΔＴ＝３であり、規定時間（ΔＴ＝５）には達していない。
【００１７】
更に、指令値Ｙは、時間Ｔ３（ポイントＹ１１）においてＶｙ２からＶｙ１へと変化する。ここでの変化量ΔＶｙ２（＝｜Ｖｙ１−Ｖｙ２｜）は、ヒステリシス幅ΔＶよりも小さく、この変化は、外乱の影響のみによって指令値Ｙが変化した可能性があると認識される。そこで、経過時間がリセットされ、その後の経過時間の測定を待機することになる。続いて、ポイントＹ１２〜Ｙ１６では、指令値Ｙの値（Ｖｙ１）が指令値Ｙの前回値（Ｖｙ１）と等しく指令値Ｙに変化がないので、それぞれ経過時間が測定され、規定時間に達しているか否かが判定される。ここでは、ポイントＹ１６での経過時間がΔＴ＝５となり、規定時間（ΔＴ＝５）に到達する。
【００１８】
一方、指令値Ｚは、図２（Ｂ）に示すように、時間Ｔ１における指令値Ｙの変化に対応して、その指令値Ｙの値（Ｖｙ１）からヒステリシス幅ΔＶを減じた値（Ｖｚ１＝Ｖｙ１−ΔＶ）となるように指令値Ｙに追従して増加する。一方、時間Ｔ２及び時間Ｔ３における指令値Ｙの変化については、ともに外乱の影響のみによる可能性があるので、指令値Ｚは指定地Ｙの変化に対応して直ちに変化することはない。
【００１９】
ここで、上述のように、指令値ＹのポイントＹ４〜Ｙ６間及びポイントＹ７〜Ｙ１０間では、指令値Ｙは変化しないが、この間の経過時間は、それぞれ規定時間（ΔＴ＝５）に満たないので、指令値Ｚを指令値Ｙと一致させることはない。最終的には、指令値ＹのポイントＹ１１〜Ｙ１６間において経過時間が規定時間（ΔＴ＝５）に達したときに、指令値ＺはＶｚ１からＶｚ２までヒステリシス幅ΔＶ分だけ増加する。これにより、時間Ｔ４において、指令値Ｚのトータルの変化量ΔＶｚ２（＝ΔＶｚ１＋ΔＶ）は、指令値Ｙの時間Ｔ１における指令値Ｙの変化量ΔＶｙ１と等しくなり、指令値Ｚの値（Ｖｚ２）は、指令値Ｙの値（Ｖｙ１）と一致することになる。
【００２０】
また、電動機３の回転数Ｒについては、図２（Ｃ）に示すように、時間Ｔ１において、指令値ＺのＶｚ０からＶｚ１への変化に基づき目標回転数がＲ２に設定され、Ｒ０から目標回転数Ｒ２に向けて一定割合で上昇を開始する。更に、時間Ｔ４において、指令値ＺのＶｚ１からＶｚ２への変化に基づき電動機３の目標回転数がＲ３に設定され、Ｒ１から目標回転数Ｒ３に向けて一定割合で上昇する。結果として、回転数Ｒは、時間Ｔ１において直ちに目標回転数をＲ３に設定した場合と同様の上昇カーブを示し、応答遅れや偏差が生じることなく時間Ｔ５において目標回転数Ｒ３に到達することになる。
【００２１】
図３は、図１に示した信号処理部による指令値Ｙの認識処理を示すフロー図である。まず、新たな指令値Ｙと現在の指令値Ｚとの差の絶対値（｜指令値Ｙ−指令値Ｚ｜）が変化量ΔＶｙとして設定される（ＳＴ１０１）。次に、その変化量ΔＶｙが、予め設定したヒステリシス幅ΔＶと比較される（ＳＴ１０２）。
【００２２】
その変化量ΔＶｙがヒステリシス幅ΔＶよりも大きい場合には、新たな指令値Ｙと現在の指令値Ｚの大きさが比較される（ＳＴ１０３）。そこで、新たな指令値Ｙが、現在の指令値Ｚよりも大きい場合には、新たな指令値Ｚとして新たな指令値Ｙからヒステリシス幅ΔＶを減じた値（指令値Ｙ−ヒステリシス幅）が設定される（ＳＴ１０４）。一方、新たな指令値Ｙが、現在の指令値Ｚ以下である場合には、新たな指令値Ｚとして新たな指令値Ｙにヒステリシス幅ΔＶを加えた値（指令値Ｙ＋ヒステリシス幅）が設定される（ＳＴ１０５）。次に、所定の規定時間の初期値にセットされ、その後の経過時間の測定を待機する（ＳＴ１０６）。
【００２３】
ＳＴ１０２において、ΔＶｙがヒステリシス幅ΔＶ以下である場合には、新たな指令値Ｙが前回値と同一であるか否かが判断される（ＳＴ１０９）。新たな指令値Ｙが前回値と同一である（即ち、指令値Ｙが変化していない）場合には、経過時間の測定を開始し、予め設定した規定時間に達しているか否かが判定される（ＳＴ１１０）。そこで、経過時間が規定時間に達している場合には、新たな指令値Ｚとして今回の新たな指令値Ｙを設定し（ＳＴ１１１）、更に、所定の規定時間の初期値にセットされ、その後の経過時間の測定を待機する（ＳＴ１１３）。一方、経過時間が規定時間以下である場合には、そのまま時間測定を継続する（ＳＴ１１２）。また、ＳＴ１０９において、新たな指令値Ｙが前回値と同一でない場合には、新たな指令値Ｚが設定されることなく、所定の規定時間の初期値にセットされ、その後の経過時間の測定を待機する（ＳＴ１１４）。
【００２４】
最終的に、指令値Ｙから外乱の影響を除去した認識値である新たな指令値Ｚに対応する目標回転数を取得し（ＳＴ１０７）、そこで、指令値Ｙの前回値として新たな指令値Ｙを設定し（ＳＴ１０８）、一連の指令値Ｙの認識処理が終了する。
【００２５】
なお、ここでは、説明の便宜上、指令値Ｙの１回の認識処理について示したが、実際には上記と同様の認識処理を繰り返し実行することが可能である。
【００２６】
図４は、図３に示した指令値Ｙの認識処理の変更例を示すフロー図である。図３の場合と同様に、まず、新たな指令値Ｙと現在の指令値Ｚとの差の絶対値（｜指令値Ｙ−指令値Ｚ｜）が変化量ΔＶｙとして設定される（ＳＴ２０１）。次に、その変化量ΔＶｙが、予め設定したヒステリシス幅ΔＶと比較される（ＳＴ２０２）。
【００２７】
その変化量ΔＶｙがヒステリシス幅ΔＶよりも大きい場合には、新たな指令値Ｚとして新たな指令値Ｙが設定される（ＳＴ２０４）。次に、所定の規定時間の初期値にセットされ、その後の経過時間の測定を待機する（ＳＴ２０６）。
【００２８】
ＳＴ２０２において、変化量ΔＶｙがヒステリシス幅ΔＶ以下である場合には、新たな指令値Ｙが前回値と同一であるか否かが判断される（ＳＴ２０９）。次に、新たな指令値Ｙが前回値と同一である場合には、経過時間の測定を開始し、予め設定した規定時間に達しているか否かが判定される（ＳＴ２１０）。そこで、経過時間が規定時間に達している場合には、新たな指令値Ｚとして新たな指令値Ｙを設定し（ＳＴ２１１）、更に、所定の規定時間の初期値にセットされ、その後の経過時間の測定を待機する（ＳＴ２１３）。一方、経過時間が規定時間以下である場合には、そのまま時間測定を継続する（ＳＴ２１２）。また、ＳＴ２０９において、新たな指令値Ｙが前回値と同一でない場合には、新たな指令値Ｚが設定されることなく、所定の規定時間の初期値にセットされ、その後の経過時間の測定を待機する（ＳＴ２１４）。
【００２９】
最終的に、指令値Ｙから外乱の影響を除去した認識値である新たな指令値Ｚに対応する目標回転数を取得し（ＳＴ２０７）、そこで、指令値Ｙの前回値として新たな指令値Ｙを設定し（ＳＴ２０８）、一連の指令値Ｙの認識処理が終了する。
【００３０】
本発明を実施例に基づいて詳細に説明したが、これらの実施例はあくまでも例示であって本発明は実施例によって限定されるものではない。当業者であれば特許請求の範囲によって定められる本発明の技術的思想を逸脱することなく様々な変形若しくは変更が可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施例では、本発明の制御信号処理装置を電動機の制御に用いた例を示したが、これに限らず種々の制御対象に適用可能である。また、回転数の変化が一定な割合でないものの制御についても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の制御信号処理装置は、外乱の影響により変化し得る指令値に対し、応答遅れが生じることなくその外乱を除去すると共に、指令値に対する偏差を速やかに解消して制御対象を適性に制御することが可能であり、モータ駆動等に用いる制御信号処理装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の制御信号処理装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の制御信号処理装置を用いた電動機の回転数制御のタイムチャート
【図３】図１に示した信号処理部による指令値Ｙの認識処理を示すフロー図
【図４】図３に示した指令値Ｙの認識処理の変更例を示すフロー図
【符号の説明】
【００３３】
１  制御信号処理装置
２  ＥＣＵ
３  電動機
４  信号処理部
５  駆動回路
６  駆動信号出力部
【図１】
2006018671.tif 000003
【図２】
2006018671.tif 000004
【図３】
2006018671.tif 000005
【図４】
2006018671.tif 000006