(57)【要約】      （修正有）【課題】制御応答性を高めると共に、オーバーシュートが発生するのを抑制できる新規な電動機の制御装置を提供することにある。【解決手段】電動機の状態量を制御指令値にフィードバックする状態フィードバック制御ブロック５１を設けると共に、電動機の外乱を推定する外乱推定ブロック５２と、外乱推定ブロック５２の出力に基づいて外乱抑制信号を生成する外乱抑制ブロック５３を設け、外乱が発生すると電動機の制御量が制御指令値に一致するように外乱抑制信号Ｄｓを制御指令値τ*に反映させる。これによれば、制御応答性を高めると共に、オーバーシュートが発生するのを抑制できる。【選択図】図４
2019017232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位制御装置からの制御指令を電動機に与えて前記電動機の制御量を制御する制御手段を備えた電動機の制御装置において、
前記制御手段に、前記電動機の前記制御量を前記制御指令にフィードバックする状態フィードバック制御ブロックと、前記電動機に作用する外乱を推定する外乱推定ブロックと、前記外乱推定ブロックで推定された前記外乱に基づいて外乱抑制信号を生成する外乱抑制ブロックを設け、前記電動機に前記外乱が作用したときに前記電動機の前記制御量が前記制御指令に一致するように前記外乱抑制信号を前記制御指令に反映させる
ことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機の制御装置において、
前記外乱推定ブロックは、前記電動機に入力される前記制御指令と前記電動機から出力される前記制御量から前記外乱を推定し、
前記外乱抑制ブロックは、前記外乱に外乱抑制係数を乗じて前記外乱抑制信号を生成し、前記制御指令は前記外乱抑制信号を加算されて前記電動機に入力される
ことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電動機の制御装置において、
前記外乱推定ブロックには、前記電動機に入力される前記制御指令としてのトルク指令と、前記電動機から出力される前記制御量としての回転速度が入力され、
前記外乱推定ブロックは、前記回転速度を逆算して逆算トルクを求める逆算トルク演算機能と、前記逆算トルク演算機能によって演算された前記逆算トルクと前記トルク指令の差分から前記外乱を外乱トルクとして推定する推定外乱トルク演算機能を備え、
更に、前記外乱抑制ブロックは、前記外乱トルクに前記外乱抑制係数を乗じて前記トルク指令に加算する
ことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載の電動機の制御装置において、
前記外乱推定ブロックには、前記電動機に入力される前記制御指令としてのトルク指令と、前記電動機から出力される前記制御量としての回転速度が入力され、
前記外乱推定ブロックは、前記電動機の内部状態を推定するための数学的モデルを与えるもので、前記電動機の前記トルク指令と前記電動機の回転速度から前記外乱である外乱トルクを推定するオブザーバ、或いはカルマンフィルタからなる状態推定機能を備え、
更に、前記外乱抑制ブロックは、前記外乱トルクに前記外乱抑制係数を乗じて前記トルク指令に加算する
ことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の電動機の制御装置において、
前記外乱トルクに前記外乱抑制係数を乗じて前記トルク指令に加算する前の前記トルク指令は、前記状態フィードバック制御ブロックによるフィードバックの補正が行われた前記トルク指令である、
ことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項６】
ディスクロータへブレーキバッドを押し付けるピストンと、電動機によって出力される回転運動を直動運動に変換してピストンを推進する回転/直動変換機構と、電動機の回転を制御する電子制御手段とを備えた電動ブレーキ装置において、
前記電子制御手段に、前記電動機の制御量を前記電動機の制御指令にフィードバックする状態フィードバック制御ブロックと、前記電動機に作用する外乱を推定する外乱推定ブロックと、前記外乱推定ブロックで推定された前記外乱に基づいて外乱抑制信号を生成する外乱抑制ブロックを設け、前記電動機に前記外乱が作用したときに前記電動機の前記制御量が前記制御指令に一致するように前記外乱抑制信号を前記制御指令に反映させる
ことを特徴とする電動ブレーキ装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電動ブレーキ装置において、
前記外乱推定ブロックは、前記電動機に入力される前記制御指令と前記電動機から出力される前記制御量から前記外乱を推定し、
前記外乱抑制ブロックは、前記外乱に外乱抑制係数を乗じて前記外乱抑制信号を生成し、前記制御指令は前記外乱抑制信号を加算されて前記電動機に入力される
ことを特徴とする電動ブレーキ装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電動ブレーキ装置において、
前記外乱推定ブロックには、前記電動機に入力される前記制御指令としてのトルク指令と、前記電動機から出力される前記制御量としての回転速度が入力され、
前記外乱推定ブロックは、前記回転速度を逆算して逆算トルクを求める逆算トルク演算機能と、前記逆算トルク演算機能によって演算された前記逆算トルクと前記トルク指令の差分から前記外乱を外乱トルクとして推定する推定外乱トルク演算機能を備え、
更に、前記外乱抑制ブロックは、前記外乱トルクに前記外乱抑制係数を乗じて前記トルク指令に加算する
ことを特徴とする電動ブレーキ装置。
【請求項９】
請求項７に記載の電動ブレーキ装置において、
前記外乱推定ブロックには、前記電動機に入力される前記制御指令としてのトルク指令と、前記電動機から出力される前記制御量としての回転速度が入力され、
前記外乱推定ブロックは、前記電動機の内部状態を推定するための数学的モデルを与えるもので、前記電動機の前記トルク指令と前記電動機の回転速度から前記外乱である外乱トルクを推定するオブザーバ、或いはカルマンフィルタからなる状態推定機能を備え、
更に、前記外乱抑制ブロックは、前記外乱トルクに前記外乱抑制係数を乗じて前記トルク指令に加算する
ことを特徴とする電動ブレーキ装置。
【請求項１０】
ディスクロータへブレーキバッドを押し付けるピストンと、電動機によって出力される回転運動を直動運動に変換してピストンを推進する回転/直動変換機構と、電動機の回転を制御する電子制御手段とを備えた電動ブレーキ装置において、
前記電子制御手段は、
前記電動機の制御量が前記電動機の制御指令に一致していない状態の下で、ブレーキペダルの急操作に伴う前記制御指令の急峻な変更があった場合に、前記電動機の前記制御量が前記制御指令を超えることなく前記制御指令に整定させる機能を有する
ことを特徴とする電動ブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機の制御装置及び電動ブレーキ装置に係り、特にフィードバック制御系を備えた電動機の制御装置及び電動ブレーキ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な産業機械分野においては、電動機によって機械系制御要素を駆動することが行われているが、このような電動機においては、例えば、回転速度、回転位置等の１つ以上の制御量を精度良く高応答で制御することが求められている。そして、このような電動機の制御精度や制御応答性を向上するためには、例えば、特開２００１−２４９７２０号公報(特許文献１)においては、電動機への制御指令値(入力)と電動機の制御量（出力）の偏差を抑制して制御精度を向上するフィードバック制御に加えて、制御指令値に対してフィードフォワード制御を追加することで制御応答性を向上している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２４９７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、高応答性が求められる電動機の制御装置では、定常状態で制御量が制御指令値に精度良く整定されることが求められる。このため、特許文献１に記載されている制御装置では、フィードバック制御系に積分機能を備えることで定常偏差を小さく、或いは無くして、制御量を制御指令値に整定している。しかしながら、積分機能は制御指令値と制御量の偏差を蓄積して動作するため、往々にして制御量が制御指令値を超える現象（本発明では、これをオーバーシュートと呼ぶ）が発生する課題がある。そして、このオーバーシュートの発生は、制御量が制御指令値へ整定する整定時間の増加を招くことになる。
【０００５】
例えば、自動車のブレーキ制御装置として電動機を用いた電動ブレーキ装置においては、ブレーキペダルを踏み込んだ時に、制御応答性が高くないと制動力を速やかにディスクロータに伝えることができないという現象や、オーバーシュートするとディスクロータに制動力がかかりすぎるという現象を生じる。このように、電動ブレーキ装置においては、ブレーキペダルの踏込量に対応した制動力に速やかに整定して、所定の制動動作を得ることが求められている。
【０００６】
本発明の第１の目的は、制御応答性を高めると共に、オーバーシュートが発生するのを抑制できる新規な電動機の制御装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の第２の目的は、ブレーキペダルの踏込量に対応した制動力に速やかに整定して所定の制動動作を得ることができる新規な電動ブレーキ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の特徴は、電動機の回転状態を制御する電動機の制御装置において、電動機の制御量を制御指令値にフィードバックする状態フィードバック制御ブロックを設けると共に、電動機の外乱を推定する外乱推定ブロックと、外乱推定ブロックの出力に基づいて外乱抑制信号を生成する外乱抑制ブロックを設け、外乱が発生すると電動機の制御量が制御指令値に一致するように外乱抑制信号を制御指令値に反映させる、ところにある。
【０００９】
本発明の第２の特徴は、ディスクロータへブレーキバッドを押し付けるピストンと、電動機によって出力される回転運動を直動運動に変換してピストンを推進する回転/直動変換機構と、電動機の回転を制御する電子制御手段とを備えた電動ブレーキ装置において、電子制御手段は、電動機の回転速度を速度指令値にフィードバックする状態フィードバック制御ブロックと、電動機の外乱を推定する外乱推定ブロックと、外乱推定ブロックの出力に基づいて外乱抑制信号を生成する外乱抑制ブロックとを備え、外乱が発生すると電動機の回転速度が速度指令値に一致するように外乱抑制信号を速度指令値に反映させる、ところにある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の第１の特徴によれば、制御応答性を高めると共に、オーバーシュートが発生するのを抑制できる。
【００１１】
本発明の第２の特徴によれば、ブレーキペダルの踏込量に対応した制動力に速やかに整定して所定の制動動作を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明が適用される電動機の機能構成を模式的に表した示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態になる、電動機の制御装置の主たる機能を示す制御ブロック図である。
【図３】図２に示す外乱推定ブロックの主たる機能を示す制御ブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態になる、電動機の制御装置の主たる機能を示す制御ブロック図である。
【図５】外乱推定ブロックの変形例であって、この外乱推定ブロックの主たる機能を示す制御ブロック図である。
【図６】本発明が適用される電動ブレーキ装置の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。
【実施例１】
【００１４】
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図３に基づき説明する。まず、本発明の制御対象である電動機の構成をについて簡単に説明する。図１は、電動機の機能構成を模式的にブロックで示したものである。
【００１５】
図１において、「ｓ」はラプラス演算子、「Ｔ」はトルク時定数、「Ｊ」はイナーシャ、「Ｄ」は粘性摩擦係数を示している。制御対象の電動機ＭＴＲには、図示しない上位制御装置から制御指令値であるトルク指令(τ*)が入力され、トルク時定数(Ｔ)で制御量である電動機トルク(τ)が発生する。発生した電動機トルク(τ)と回転速度(ω)の関係は、イナーシャ(Ｊ)や粘性摩擦係数(Ｄ)を使って運動方程式で表され、図１のブロックのように表される。
【００１６】
ところで、実際の電動機ＭＴＲでは、トルク発生部４０のトルク時定数(Ｔ)の通りに電動機トルク(τ)が発生することは稀であり、イナーシャ(Ｊ)や粘性摩擦係数(Ｄ)が正確に把握できることも少ない。更に、一般に電動機ＭＴＲには何らかの負荷(外乱トルク等)が作用する場合が多く、入力したトルク指令(τ*)がすべて回転速度(ω)に寄与することは殆どないものである。
【００１７】
以下に説明する本実施形態では、これらのパラメータのばらつきや負荷などを、全て外乱トルク(τｄ)として、図1に示すように電動機トルク(τ)に加える形で表すことにする。つまり、電動機トルク(τ)は、外乱トルク(τｄ)を含んだトルクと見做される。そして、このような制御対象は次の（式１）で表される。
【００１８】
【数１】
2019017232.tif 000003
【００１９】
尚、（式１）は複雑であるため、以降では簡略化して（式２）ように表記する。
【００２０】
【数２】
2019017232.tif 000004
【００２１】
ここで、(式２)において、「ｘ」は状態量ベクトル（＝電動機トルクτ、回転速度ω）、「ｕ」は操作量ベクトル（＝トルク指令τ*）、「ｄ」は外乱ベクトル（＝外乱トルクτｄ）、「ｙ」は出力（＝回転速度ω）である。また、「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｎ」は定数行列である。これらの式は、状態方程式として良く知られているものであるので、これ以上の説明は省略する。
【００２２】
次に、本発明の具体的な実施形態の詳細について図面を引用しながら説明する。以下に説明する実施形態は、電動機ＭＴＲに入力するトルク指令(τ*)を生成する場合を示している。
【００２３】
図２は、本発明の第１の実施形態になる制御ブロックを示したものである。図２に示すように、本実施形態の電動機の制御装置５０は回転速度(ω)を速度指令(Ｖ*)に追従させるものである。尚、速度指令(Ｖ*)は上位制御装置から送られてくるものであり、本実施形態では、電動機ＭＴＲは速度指令(Ｖ*)に基づくトルク指令(τ*)に基づいて駆動されるものである。
【００２４】
図２において、制御装置５０は、基本的には、状態フィードバック制御ブロック５１と、外乱推定ブロック５２と、外乱抑制ブロック５３を備えている。尚、図２では、制御ブロックとして示しているが、実際には、マイクロコンピュータのような機器によってソフトウエアによって実行される機能であるので、制御ブロックは「制御機能」として捉えることができる。また、図３以降においても、制御ブロックは「制御機能」として捉えることができる。
【００２５】
ここで、図２に示す状態フィードバック制御ブロック５１は、電動機ＭＴＲの状態量(Ｓ)である回転速度(ω)や電動機トルク(τ)を速度指令(Ｖ*)にフィードバックするものである。
【００２６】
また、外乱推定ブロック５２は、電動機ＭＴＲに入力される第２トルク指令(τ*２)と、外乱トルク(τｄ)を含む電動機トルク(τ)とから、推定外乱トルク(τｅ)を求める(推定する)機能を備えている。この外乱推定ブロック５２は種々の形式のものを使用することができ、本実施形態以外に後述する第３の実施形態にあるように、状態観測器（オブザーバ）やカルマンフィルタ等を使用することも可能である。
【００２７】
更に、外乱推定ブロック５２によって推定された推定外乱トルク(τｅ)は、外乱抑制ブロック５３に与えられ、外乱抑制信号(Ｄｓ)として第１トルク指令(τ*１)に反映される。ここで、第１トルク指令(τ*１)は後述するように、状態フィードバック制御ブロック５１によるフィードバック補正されたトルク指令である。外乱抑制信号(Ｄｓ)は、外乱トルク(τｄ)が発生すると、第１トルク指令(τ*１)を補正して第２トルク指令(τ*２)を生成しており、外乱に対応して電動機ＭＴＲの回転速度(ω)が補正されるようになる。
【００２８】
状態フィードバック制御ブロック５１は、電動機の状態量(Ｓ)に状態フィードゲインを乗じたフィードバック補正値(Ｆｂ)を出力する。そして、状態フィードバック制御ブロック５１からのフィードバック補正値(Ｆｂ)は、速度指令(Ｖ*)に与えられる。ここで、速度指令(Ｖ*)からフィードバック補正値(Ｆｂ)が減じられて、所定の演算を実行して第１トルク指令(τ*１)を生成する。尚、本実施形態においては状態量(Ｓ)として、電動機の回転速度(ω)や電動機トルク(τ)が使用されている。
【００２９】
また、外乱推定ブロック５２は、第１トルク指令(τ*１)を補正した第２トルク指令(τ*２)と回転速度(ω)を入力として、電動機ＭＴＲに作用する外乱トルク(τｄ)を推定外乱トルク(τｅ)として推定する。尚、外乱推定ブロック５２は、後述するように回転速度(ω)から電動機トルク(τ)を求める演算機能を備えている。したがって、電動機ＭＴＲに与えられる第２トルク指令(τ*２)と電動機トルク(τ)とから、外乱トルク(τｄ)である推定外乱トルク(τｅ)を推定することができる。
【００３０】
また、外乱抑制ブロック５３は、外乱推定ブロック５２で推定された推定外乱トルク(τｅ)に、外乱抑制係数(Ｈｖ)を乗じて外乱抑制信号(Ｄｓ)を演算する。外乱抑制係数(Ｈｖ)は固定の値、或いは調整可能な値であっても良いものである。これらは、構築されるシステムに対応して適切な値が使用される。
【００３１】
更に、この外乱抑制信号(Ｄｓ)は、フィードバック補正値(Ｆｂ)によって補正された第１トルク指令(τ*１)に加算されて、外乱に対応した第２トルク指令(τ*２)が生成される。したがって、この第２トルク指令(τ*２)が電動機ＭＴＲを駆動するために入力されるトルク指令となる。ここで、外乱抑制信号(Ｄｓ)は、外乱トルク(τｄ)が発生すると、偏差を蓄積して動作する積分機能を備えたものではなく、直ぐに第１トルク指令(τ*１)を補正して第２トルク指令(τ*２)を生成するように、第１トルク指令(τ*１)に反映されるものである。
【００３２】
次に、本実施形態に使用する外乱推定ブロック５２の構成について説明する。図３は、外乱推定ブロック５２の構成の一例を示したものであり、逆算トルク演算ブロック５４、推定外乱トルク演算ブロック５５、ローパスフィルタブロック５６等から構成されている。
【００３３】
逆算トルク演算ブロック５４は、電動機ＭＴＲの回転速度(ω)を微分し、これにイナーシャ(Ｊ)を乗じて逆算トルク(τｒ)を算出しており、これは、外乱トルク(τｄ)を含む電動機トルク(τ)と実質的に等価なものである。そして、この逆算トルク(τｒ)は、推定外乱トルク演算ブロック５５に入力される。
【００３４】
推定外乱トルク演算ブロック５５には、逆算トルク(τｒ)とは別に、電動機ＭＴＲに入力される第２トルク指令(τ*２)が入力されており、第２トルク指令(τ*２)と逆算トルク(τｒ)の差分を求めている。これによって、外乱トルク(τｄ)である推定外乱トルク(τｅ)が推定される。そして、定常状態では推定外乱トルク(τｅ)が外乱トルク(τｄ)に収束するようになる。推定外乱トルク演算ブロック５５で推定された推定外乱トルク(τｅ)は、ローパスフィルタ５６に入力され、高周波ノイズ等が除去されて、後段の外乱抑制ブロック５３に入力される。
【００３５】
次に、状態フィードバック制御ブロック５１の状態フィードバックゲインと、外乱抑制ブロック５３について説明する。尚、本実施形態では外乱トルク(τｄ)に対して定常偏差を生じないことを前提とするため、電動機ＭＴＲの速度指令(Ｖ*)の変化は零であると規定する。
【００３６】
（式２）の下で外乱トルク(τｄ)に対して定常偏差が生じないような、状態量ベクトル「ｘ」(＝電動機トルクτ、回転速度ω）、操作量ベクトル「ｕ」(＝トルク指令τ*）は一意に定まり、以下の(式３)のように表すことができる。
【００３７】
【数３】
2019017232.tif 000005
【００３８】
そして、（式３）で求まる値を使用して、次の(式４)、(式５)のフィードバック則を施す。
【００３９】
【数４】
2019017232.tif 000006
【００４０】
ここで、「Ｆｖ」は状態フィードバック制御ブロック５１の状態フィードバックゲインである。また、「Ｈｖ」は外乱抑制ブロック５３での外乱抑制係数であり、（式３）を（式４）に代入したときの外乱ベクトル(ｄ)である外乱トルク(τｄ)の係数である。つまり、この外乱抑制ブロック５３の外乱抑制係数(Ｈｖ)が、外乱トルク(τｄ)の作用時に回転速度(ω)を速度指令（Ｖ*）に一致するように設定する、ゲインとして使用されるものである。
【００４１】
尚、状態フィードバックゲイン(Ｆｖ)は、制御系が安定するように適切に選べば良いものである。或いは、極配置や所定の評価関数を最小化（或いは、最大化）することで求めても良いものである。
【００４２】
そして、外乱推定ブロック５２で推定される推定外乱トルク(τｅ)は、定常状態の下では外乱トルク(τｄ)と等しくなるので、このとき(式２)は定常状態において(式６)が成立する。
【００４３】
【数５】
2019017232.tif 000007
【００４４】
更に、(式６)を状態量ベクトル「ｘ」」(＝電動機トルクτ、回転速度ω）について解いて、出力「ｙ」（＝回転速度ω）を求めると、「ｙ＝０」となる。すなわち、定常状態の下では、外乱トルク(τｄ)は、回転速度(ω)に影響を与えないことがわかる。
【００４５】
このように、外乱トルク(τｄ)の影響は定常状態のもとでは除去されるので、外乱トルク(τｄ)に対して定常偏差は生じないことになる。従来の方法では、積分機能を使用することで外乱トルク(τｄ)の影響を除去していたが、積分機能に基づく偏差の蓄積が存在するので、オーバーシュートを生じるという課題があった。これに対して、本実施形態では、積分機能を使用せずに、外乱抑制係数（Ｈｖ）のみでトルク指令を補正することができるので、オーバーシュートを抑制することができるようになるものである。
【００４６】
以上述べた通り、本実施形態によれば、電動機の状態量を制御指令値にフィードバックする状態フィードバック制御ブロックを設けると共に、電動機の外乱を推定する外乱推定ブロックと、外乱推定ブロックの出力に基づいて外乱抑制信号を生成する外乱抑制ブロックを設け、外乱が発生すると電動機の制御量が制御指令値に一致するように外乱抑制信号を制御指令値に反映させる構成とした。これによれば、制御応答性を高めると共に、オーバーシュートが発生するのを抑制できるようになる。
【実施例２】
【００４７】
次に、本発明の第２の実施形態になる電動機の制御装置について説明する。本実施形態は、第１の実施形態に比べて、電動機の速度指令(Ｖ*)を調整する速度指令制御ブロックを付加した点で異なっており、これ以外は第１の実施形態と同じである。
【００４８】
第１の実施形態では、速度指令(Ｖ*)の変化が零であって、外乱トルク(τｄ)の発生に対して定常偏差が生じない制御装置５０を提供するものであった。ところが、速度指令(Ｖ*)の変化が零である場合は稀であるので、速度指令(Ｖ*)が変更される場合にも定常偏差を生じない制御が求められる。
【００４９】
本実施形態は、電動機の速度指令(Ｖ*)が変更(調整)される場合にも、定常偏差を生じない電動機の制御装置を提供するものである。第１の実施形態と異なる点は、速度指令制御ブロック５６によって速度指令(Ｖ*)が変更される点のみであるので、以下では、速度指令制御ブロック５６について説明する。
【００５０】
（式２）において、外乱トルク(τｄ)と速度指令(Ｖ*)の変化に対して定常偏差が生じないような、状態量ベクトル「ｘ」(＝電動機トルクτ、回転速度ω）、操作量ベクトル「ｕ」(＝トルク指令τ*）は一意に定まり、以下の(式７)のように表すことができる。尚、「ｒ」は速度指令(Ｖ*)である。
【００５１】
【数６】
2019017232.tif 000008
【００５２】
そして、（式７）で求まる値を使用して、次の(式８)、(式９)のフィードバック則を施す。
【００５３】
【数７】
2019017232.tif 000009
【００５４】
ここで、「Ｇｖ」は(式７)を（式８）に代入したときの速度指令（Ｖ*）の係数である。つまり、速度指令(Ｖ*)が与えられたとき、回転速度(ω)が速度指令(Ｖ*)に一致するように設定された係数（＝フィードフォワードゲイン）である。尚、第１の実施形態と同様に、状態フィードバック制御ブロック５１の状態フィードバックゲイン(Ｆｖ)は、制御系が安定するように適切に選べば良いものである。或いは、極配置や所定の評価関数を最小化（或いは、最大化）することで求めても良いものである。
【００５５】
そして、外乱推定ブロック５２で推定される推定外乱トルク(τｅ)は、定常状態の下では外乱トルク(τｄ)と等しくなるので、このとき(式２)は定常状態において(式１０)が成立する。
【００５６】
【数８】
2019017232.tif 000010
【００５７】
更に、(式１０)を状態量ベクトル「ｘ」」(＝電動機トルクτ、回転速度ω）について解いて、出力「ｙ」（＝回転速度ω）を求めると、「ｙ＝ｒ」となる。すなわち、定常状態の下では、回転速度(ω)は速度指令(Ｖ*)に一致して、定常偏差を生じないことがわかる。
【００５８】
このように、速度指令(Ｖ*)の変更や外乱トルク(τｄ)の発生があっても、回転速度(ω)は速度指令(Ｖ*)に一致すると共に、定常偏差は生じないことになる。第１の実施形態と同様に、積分機能に基づく偏差の蓄積が存在しないので、オーバーシュートを抑制することができるようになるものである。
【実施例３】
【００５９】
次に、本発明の第３の実施形態になる電動機の制御装置について説明する。本実施形態は、第１の実施形態に使用されている外乱推定ブロック５２を、オブザーバ(状態観測器)やカルマンフィルタ等で構成して、制御システムの状態が直接的に観測できない場合の状態推定を行なうものである。
【００６０】
第１の実施形態、及び第２の実施形態では、外乱推定ブロック５２は図３に示しているように、トルク指令(τ*)と、回転速度(ω)から求めた逆算トルク(τｒ)の差分から推定外乱トルク(τｅ)を求めて(推定して)いる。ところが、図３に示した外乱推定ブロック５２は、近似的にせよ微分演算が必要であり、実際の適用面からすると雑音が殆ど含まれていない場合に限られる。また、外乱トルク(τｄ)のすべてを直接的に推定することは実用面から見ると困難であり、検出センサの追加が生じて製品コストが増大してしまうという課題が発生する。
【００６１】
そこで、本実施形態では、新たな検出センサを追加することなく、また雑音が含まれていても問題なく外乱トルクを推定して、定常偏差を小さく、或いは無くすと共に、オーバーシュートの発生を抑制することができる制御装置を提案するものである。本実施形態になる電動機の制御装置５０の構成は、基本的には第２の実施形態と同様であるが、外乱推定ブロック５２がオブザーバで構成されている点で異なっている。
【００６２】
このオブザーバは、電動機ＭＴＲの内部状態を推定するためのモデルを与えるもので、電動機の制御指令(＝トルク指令)と制御量(＝回転速度)の測定から外乱を推定するものであり、数学的モデルとしてマイクロコンピュータ等の演算装置に実装されている。
【００６３】
図５において、外乱推定ブロック５２Ａは、基本的には入力行列ブロック５８、オブザーバゲインブロック５９、オブザーバシステム行列ブロック６０、及び積分演算ブロック６１から構成されている。入力行列ブロック５８にはトルク指令(τ*)が入力され、オブザーバゲインブロック５９には回転速度(ω)が入力されている。また、オブザーバシステム行列ブロック６０には積分演算ブロック６１の出力である状態外乱トルク(τｄ)が入力されている。入力行列ブロック５８、オブザーバゲインブロック５９、及びオブザーバシステム行列ブロック６０の出力は、それぞれ加算されて積分演算ブロック６１に入力されて状態外乱トルク(τｄ)として出力されている。
【００６４】
そして、入力行列演算ブロック５８における「Ｂ」は、上述した(式２)で示される状態方程式の「Ｂ」で示す定数行列であり、同様に、オブザーバシステム行列ブロック６０における「Ａ」、「Ｃ」、「Ｎ」は(式２)で示される状態方程式の「Ａ」、「Ｃ」、「Ｎ」で示す定数行列である。このように、状態方程式で表される状態外乱トルク(τｄ)の定数行列項「Ｎ」を含めることで、状態外乱トルク(τｄ)を求める(推定する)ことができる。また、オブザーバゲインブロック５９は、外乱トルク(τｄ)が真値に収束するまでの時間の規定や、外乱推定ブロック５２Ａが安定化する値を設定すれば良いものである。
【００６５】
図５に示す外乱推定ブロック５２Ａは、一般には同一次元オブザーバと呼ばれる構成となっているが、必要に応じて最小次元オブザーバや、線形関数オブザーバ等を使用することもでき、更には同一次元オブザーバを最適化した定常カルマンフィルタ等の様々な外乱推定手法を適用しても良いことはいうまでもない。
【００６６】
尚、外乱推定ブロック５２Ａは、外乱トルク(τｄ)を推定する目的に加え、状態フィードバック制御ブロック５１にフィードバック量として与える状態量(Ｓ)を推定する目的で使用することも可能である。
【００６７】
本実施形態によれば、オブザーバゲインブロック５９によって状態外乱トルク(τｄ)は外乱トルク(τｄ)と定常状態で一致する。したがって、定常状態で第２の実施形態における(式１０)が成立することが保証されるため、定常偏差は生じないものとなる。また、第１の実施形態、及び第２の実施形態で説明した外乱推定ブロック５２のような微分を必要としないため雑音に強い利点を備えている。更に、特別な検出センサを付加する必要がないため、製品コストの増大を抑えることができるようになる。
【００６８】
上述した第１の実施形態〜第３の実施形態では、電動機の回転速度を制御量として説明したが、制御量として電動機の回転位置とすることもでき、この場合は、電動機の回転位置を回転位置指令に収束させる構成としても良いものである。
【実施例４】
【００６９】
次に、上述した各実施形態になる電動機の制御装置を電動ブレーキ装置に適用した例を図６に基づき簡単に説明する。図６においては、液圧ブレーキ装置に換えて電動機の回転力によってブレーキキャリパを制御する電動ブレーキ装置の構成を示している。
【００７０】
図６において電動ブレーキ装置は、ブレーキ機能を与えるブレーキキャリパ１０を備えており、このブレーキキャリパ１０を構成するキャリパ本体１１の内部にはピストン１２が配置され、このピストン１２は、第１ブレーキパッド１３を駆動する機能を備えている。また、キャリパ本体１１の一端には第２ブレーキパッド１４が取り付けられており、第１ブレーキパッド１３と第２ブレーキパッド１４の間には、車軸に固定されたディスクロータ１５が配置されている。このディスクロータ１５は、第１ブレーキパッド１３と第２ブレーキパッド１４に挟まれて制動されるものである。
【００７１】
キャリパ本体１１に配置されたピストン１２は、回転/直動変換機構１６を介して減速機構１７と連結されている。回転／直動変換機構１６は滑りねじを使用したものであり、外周に形成した螺旋状のねじ面を有する回転軸と、この回転軸のねじ面に螺合するねじ面を内部に備えた直動部材より構成されている。直動部材はピストン１２と一体的に連結されており、回転軸の回転によって直動部材はピストン１２を回転軸の軸方向に移動することができるものである。
【００７２】
また、本実施形態では回転/直動変換機構１６にはセルフロック機能部が備えられており、回転軸を回転させれば直動部材は直動運動するが、回転軸の回転を停止すれば、直動部材に直動方向に力が作用しても直動部材はその位置を保持するものである。すなわち、回転軸と直動部材は、摩擦角より進み角が小さい螺旋状のねじ面を有しており、これによってセルフロック機能を得ているものである。この種のねじ面を利用した回転／直動変換機構１６は良く知られている。
【００７３】
図６にあるように、回転軸は減速機構１７の大径歯車１８に固定されており、大径歯車１８は小径歯車１９と噛み合っている。小径歯車１９は電動機ＭＴＲによって回転されるものであり、電動機ＭＴＲの回転は小径歯車１９、大径歯車１８に伝えられて減速されるものである。大径歯車１８が回転されることによって、電動機ＭＴＲの回転トルクは増幅されて回転軸に固定された回転／直動変換機構１６に伝えられるものである。
【００７４】
電動機ＭＴＲへの電力(トルク指令)の供給は、上述した図１〜図５に示した電動機制御機能部を備える電子制御手段２０によって制御されており、電動機制御機能部は周知のマイクロプロセッサ２１や入出力回路２２等からなっている。そして、制動動作を行なう場合は、電子制御手段２０から電動機ＭＴＲに所定の電力を供給して電動機ＭＴＲを回転し、この回転は減速機構１７の各歯車１８、１９を介して回転軸を回転させるものである。回転軸が回転すると直動部材及びピストン１２が、図６で左側に移動してブレーキパッド１３を所定の推力(押付力)でディスクロータ１５に押し付けて制動をかけるものである。
【００７５】
そして、この種の電動ブレーキ装置においては、ブレーキペダルを踏み込んだ時に、制御応答性が高くないと制動力を速やかにディスクロータに伝えることができないという現象や、オーバーシュートするとディスクロータに制動力がかかりすぎるという現象を生じる。
【００７６】
また、このような電動ブレーキ装置では、ディスクロータ１５付近に電動機ＭＴＲが設置されることから、電動機ＭＴＲはディスクロータ１５で発生する摩擦熱の影響を受けやすい。更に、制動力を維持するために電動機ＭＴＲを一定位置で保つ場合、電動機ＭＴＲへ電力（トルク指令）を供給し続ける必要があり、電動機ＭＴＲの温度上昇につながる。
このように、電動ブレーキ装置においては、電動機ＭＴＲは温度が上昇しやすい環境下に置かれている。
【００７７】
そして、電動機ＭＴＲの温度が過度に上昇した場合には、例えば、電子制御手段２０による電力（トルク指令）の供給量を一時的に制限するような対策で温度上昇を防ぐことができる。しかしながら、この場合においては電動機ＭＴＲの制御指令と制御量を一致させることができず、定常偏差が生じるようになる。その他にも、機構側の固渋や経年変化による摩擦力の増加などによって、定常偏差が生じる。
【００７８】
このような定常偏差が生じた状態で、例えば、ブレーキペダルの急操作によって制御指令が急峻に変更（いわゆる、ステップ変化）された場合、電子制御手段２０内に積分制御機能が備えられていると、前述の通りオーバーシュートを引き起こし、ディスクロータ１５に制動力がかかりすぎる、或いは電動機ＭＴＲが逆回転し過ぎて機構が破損する、といった現象を生じることがある。
【００７９】
これに対して、本実施形態の電動ブレーキ装置においては、上述した図１〜図５に示した電動機制御機能部を備えることによって、ブレーキペダルの踏込量に対応した制動力に速やかに整定して所定の制動動作を得ることができるようになる。このため、ブレーキペダルを踏み込んだ時に、制動力を速やかにディスクロータに伝えることができないという現象や、オーバーシュートするとディスクロータに制動力がかかりすぎるという現象を低減することが可能となる。
【００８０】
また、電動機ＭＴＲの温度上昇や機構側の固渋や経年変化による摩擦力の増加等によって定常偏差が生じ、ブレーキペダルの急操作に伴う制御指令の急峻な変更が生じた場合であっても、図１〜図５のいずれかに示した電動機制御機能部を備えることによって、ディスクロータ１６に過度な制動力が作用する、或いは電動機ＭＴＲの過度な逆回転を抑制するという効果を奏することが可能となる。
【００８１】
以上述べた通り、本発明によれば、電動機の回転状態を制御する電動機の制御装置において、電動機の制御量を制御指令値にフィードバックする状態フィードバック制御ブロックを設けると共に、電動機の外乱を推定する外乱推定ブロックと、外乱推定ブロックの出力に基づいて外乱抑制信号を生成する外乱抑制ブロックを設け、外乱が発生すると電動機の制御量が制御指令値に一致するように外乱抑制信号を制御指令値に反映させる、構成とした。これによれば、制御応答性を高めると共に、オーバーシュートが発生するのを抑制できる。
【００８２】
また、本発明によれば、ディスクロータへブレーキバッドを押し付けるピストンと、電動機によって出力される回転運動を直動運動に変換してピストンを推進する回転/直動変換機構と、電動機の回転を制御する電子制御手段とを備えた電動ブレーキ装置において、電子制御手段は、電動機の回転速度を速度指令値にフィードバックする状態フィードバック制御ブロックと、電動機の外乱を推定する外乱推定ブロックと、外乱推定ブロックの出力に基づいて外乱抑制信号を生成する外乱抑制ブロックとを備え、外乱が発生すると電動機の回転速度が速度指令値に一致するように外乱抑制信号を速度指令値に反映させる、構成とした。これによれば、ブレーキペダルの踏込量に対応した制動力に速やかに整定して所定の制動動作を得ることができる。
【００８３】
尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１０…ブレーキキャリパ、１１…キャリパ本体、１２…ピストン、１３…第１ブレーキパッド、１４…第２ブレーキパッド、１５…ディスクロータ、１６…回転／直動変換機構、１７…減速機構、１８…大径歯車、１９…小径歯車、２０…電子制御手段、２１…入出力回路、４０…トルク発生部、５０…制御装置、５１…状態フィードバック制御ブロック、５２、５２Ａ…外乱推定ブロック、５３…外乱抑制ブロック、５４…逆算トルク演算ブロック、５５…推定外乱トルク演算ブロック、５６…ローパスフィルタブロック、５７…速度指令制御ブロック、５８…入力行列ブロック、５９…オブザーバゲインブロック、６０…オブザーバシステム行列ブロック、６１…積分演算ブロック。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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