(57)【要約】【課題】制御系の安定性を向上することができる電動式アクチュエータおよび電動モータ装置を提供する。【解決手段】この電動式アクチュエータＤＡの制御装置２は、アクチュエータ制御機能部２４と、電流制御機能部２７と、アクチュエータ制御機能部２４の操作量を制限するトルク制限部２５と、電流制御機能部２７の操作量を制限する電圧制限機能部２８とを備える。制御装置２は、トルク制限部２５によって制限された操作量と、電圧制限機能部２８によって制限された操作量とに基づいて、アクチュエータ制御機能部２４における演算結果である操作量がトルク制限部２５によって制限された操作量に近づくように、アクチュエータ制御機能部２４の演算値を補償するアクチュエータ制御飽和補償機能部２６を有する。【選択図】図２
2019050649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータと、この電動モータの回転運動を変換する作動機構と、前記電動モータを制御する制御装置とを備える電動式アクチュエータにおいて、
前記制御装置は、
前記電動モータのトルクまたはこのトルクに相当する値を操作量とし、与えられた指令値に対して、前記電動モータの角度またはこの角度に相当する値を追従制御するアクチュエータ制御機能部と、
前記電動モータの電圧を操作量とし、与えられた指令値に対して、前記電動モータの電流を追従制御する電流制御機能部と、
前記アクチュエータ制御機能部の操作量を制限するアクチュエータ制限機能部と、
前記電流制御機能部の操作量を制限する電圧制限機能部と、を備え、
前記制御装置は、前記アクチュエータ制限機能部によって制限された操作量と、前記電圧制限機能部によって制限された操作量とに基づいて、前記アクチュエータ制御機能部の演算値を補償する制御飽和補償機能部を有する電動式アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の電動式アクチュエータにおいて、
前記制御飽和補償機能部は、前記アクチュエータ制限機能部によって制限される前後の操作量の差分に定められたゲインを乗算した値と、前記電圧制限機能部によって制限される前後の操作量の差分に定められたゲインを乗算した値との総和を、前記アクチュエータ制御機能部の演算値に加算または減算する電動式アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電動式アクチュエータにおいて、
前記制御飽和補償機能部により補償される前記アクチュエータ制御機能部の演算値が、前記アクチュエータ制御機能部の制御指令値と、この制御指令値に追従制御するフィードバック値との偏差の積分値である電動式アクチュエータ。
【請求項４】
電動モータと、この電動モータを制御する制御装置とを備える電動モータ装置において、
前記制御装置は、
与えられた電流指令値に対して前記電動モータの電流を追従制御することで、前記電動モータの電圧を操作量として出力する電流フィードバック制御機能部と、
与えられた指令値に対して、前記電動モータの角速度またはこの角速度の積分値に相当する物理量を追従制御することで、前記電流指令値を操作量として出力する上位フィードバック制御機能部と、
前記電流フィードバック制御機能部から出力される操作量を制限する電圧制限機能部と、
前記上位フィードバック制御機能部から出力される操作量を制限する電流制限機能部と、を備え、
前記制御装置は、前記電流制限機能部によって制限された操作量と、前記電圧制限機能部によって制限された操作量とに基づいて、前記上位フィードバック制御機能部における演算結果を補償する制御飽和補償機能部を有する電動モータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動式アクチュエータおよび電動モータ装置に関し、制御系の安定性向上の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動式アクチュエータとして、以下の技術が提案されている。
１．電動モータ、直動機構および減速機を使用した電動ブレーキ用アクチュエータ（特許文献１）。
２．遊星ローラ機構および電動モータを使用した電動アクチュエータ（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３２７１９０号公報
【特許文献２】特開２００６−１９４３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２のような、電動式アクチュエータにおいて、電動モータの電流または電圧の最大値により操作量が制限され、特に積分動作を含むコントローラにおいて動作が不安定となるワインドアップ現象が問題となる場合がある。特に、高速な動作を必要とする電動ブレーキ装置のような、応答性を重視して制御ゲインを高く設定しなければならず、かつ電動モータが小型で低慣性であり角速度が高速になりやすいシステムにおいて、前記操作量の制限が頻繁に発生するため、前記ワインドアップ現象が発生する場合が多い。
【０００５】
前記電動式アクチュエータにおいて、一般に、良好なモータ出力を得る目的で、モータ電流を所望の電流ベクトル指令値に対して追従制御する電流制御系と、アクチュエータの荷重または位置を制御する荷重制御系または位置制御系と、を別に制御器によって構成する場合が多い。
【０００６】
前記の構成の場合において、従来のワインドアップ補償を行う場合、例えば、荷重制御系または位置制御系では最大モータトルクまたは最大モータ電流等の制約で操作量の制限が発生し、電流制御系では主に駆動電圧の制約で操作量の制限が発生する。すなわち、電流制御系の上位制御系に相当する荷重制御系または位置制御系においては、電流制御系の操作量制限の影響も受ける。このため、従来の操作量制限に対するワインドアップ補償では、制御系の安定性を十分に確保できない問題が生じる場合がある。
【０００７】
この発明の目的は、制御系の安定性を向上することができる電動式アクチュエータおよび電動モータ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の電動式アクチュエータＤＡは、電動モータ４と、この電動モータ４の回転運動を変換する作動機構６と、前記電動モータ４を制御する制御装置２とを備える電動式アクチュエータにおいて、
前記制御装置２は、
前記電動モータ４のトルクまたはこのトルクに相当する値を操作量とし、与えられた指令値に対して、前記電動モータ４の角度またはこの角度に相当する値を追従制御するアクチュエータ制御機能部２４と、
前記電動モータ４の電圧を操作量とし、与えられた指令値に対して、前記電動モータ４の電流を追従制御する電流制御機能部２７と、
前記アクチュエータ制御機能部２４の操作量を制限するアクチュエータ制限機能部２５と、
前記電流制御機能部２７の操作量を制限する電圧制限機能部２８と、を備え、
前記制御装置２は、前記アクチュエータ制限機能部２５によって制限された操作量と、前記電圧制限機能部２８によって制限された操作量とに基づいて、前記アクチュエータ制御機能部２４の演算値を補償する制御飽和補償機能部２６を有する。
前記トルクに相当する値は、制御上トルクに換算できる値であり、例えば、電流である。前記電動モータのトルクまたはこのトルクに相当する値を、総称して「トルク相当値」と称す。
前記角度に相当する値は、制御上角度に換算できる値であり、例えば、電動モータの回転子位置、電動式アクチュエータの直動位置、または電動式アクチュエータの推定荷重である。前記電動モータの角度またはこの角度に相当する値を、総称して「角度相当値」と称す。
【０００９】
この構成によると、アクチュエータ制御機能部２４は、入力された指令値に対して角度相当値を追従制御することで、トルク相当値を操作量として出力する。アクチュエータ制限機能部２５は、アクチュエータ制御機能部２４から出力された前記トルク相当値である操作量を制限する。例えば、前記トルク相当値の最大値が閾値以下に制限される。アクチュエータ制限機能部２５は、例えば、入力されたトルク相当値が閾値以上のとき閾値に制限され、入力されたトルク相当値が閾値未満のとき前記トルク相当値は制限されることなく前記トルク相当値をそのまま出力する。後述する電圧制限機能部２８の操作量の制限についても同じである。前記閾値は、設計等によって任意に定める閾値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な閾値を求めて定められる。
【００１０】
電流制御機能部２７は、入力された指令値に対して電動モータ４の電流を追従制御することで、電動モータ４の電圧を操作量として出力する。電圧制限機能部２８は、電流制御機能部２７から出力されたモータ電圧である操作量を制限する。
【００１１】
特に、制御飽和補償機能部２６は、アクチュエータ制限機能部２５（アクチュエータ制御系の操作量制限）によって制限された操作量と、電圧制限機能部２８（電流制御系の操作量制限）によって制限された操作量とに基づいて、アクチュエータ制御機能部２４の演算値を補償する。すなわち、アクチュエータ制御系の操作量制限だけでなく電流制御系の操作量制限の影響を加味して、アクチュエータ制御機能部２４に入力される指令値と、この指令値に追従制御するフィードバック値との偏差に対し、アクチュエータ制御機能部２４で演算される演算結果である操作量を、アクチュエータ制限機能部２５によって制限された操作量に近づける補償が行われる。これによりワインドアップ現象が解消し、制御系の安定性を向上することができる。したがって、ワインドアップ現象に起因する電動式アクチュエータＤＡの振動を抑制することが可能となる。
【００１２】
前記制御飽和補償機能部２６は、前記アクチュエータ制限機能部２５によって制限される前後の操作量の差分に定められたゲインを乗算した値と、前記電圧制限機能部２８によって制限される前後の操作量の差分に定められたゲインを乗算した値との総和を、前記アクチュエータ制御機能部２４の演算値に加算または減算してもよい。このようにアクチュエータ制御機能部２４の演算値を補償することができる。
前記各ゲインは、それぞれ設計等によって任意に定めるゲインであって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切なゲインを求めて定められる。
【００１３】
前記制御飽和補償機能部２６により補償される前記アクチュエータ制御機能部２４の演算値が、前記アクチュエータ制御機能部２４の制御指令値と、この制御指令値に追従制御するフィードバック値との偏差の積分値であってもよい。この場合、アクチュエータ制御機能部２４の制御指令値と、この制御指令値に追従制御するフィードバック値との偏差を無くす積分値を安定して収束させることができる。
【００１４】
この発明の電動モータ装置は、電動モータ４と、この電動モータ４を制御する制御装置２とを備える電動モータ装置において、
前記制御装置２は、
与えられた電流指令値に対して前記電動モータ４の電流を追従制御することで、前記電動モータ４の電圧を操作量として出力する電流フィードバック制御機能部２７と、
与えられた指令値に対して、前記電動モータ４の角速度またはこの角速度の積分値に相当する物理量を追従制御することで、前記電流指令値を操作量として出力する上位フィードバック制御機能部２４と、
前記電流フィードバック制御機能部２７から出力される操作量を制限する電圧制限機能部２８と、
前記上位フィードバック制御機能部２４から出力される操作量を制限する電流制限機能部２５と、を備え、
前記制御装置２は、前記電流制限機能部２５によって制限された操作量と、前記電圧制限機能部２８によって制限された操作量とに基づいて、前記上位フィードバック制御機能部２４における演算結果を補償する制御飽和補償機能部２６を有する。
【００１５】
この構成によると、電流制限機能部２５は、上位フィードバック制御機能部２４から出力される操作量を制限する。例えば、電流指令値またはこの電流指令値に相当する値（電流指令値等）の最大値が閾値以下に制限される。電流制限機能部２５は、例えば、入力された電流指令値等が閾値以上のとき閾値に制限され、入力された電流指令値等が閾値未満のとき前記電流指令値等は制限されることなくそのまま出力する。電圧制限機能部２８の操作量の制限についても同じである。
【００１６】
前記閾値は、設計等によって任意に定める閾値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方等により適切な閾値を求めて定められる。
電圧制限機能部２８は、電流フィードバック制御機能部２７から出力されるモータ電圧である操作量を制限する。
【００１７】
特に、制御飽和補償機能部２６は、電流制限機能部２５（上位の操作量制限）によって制限された操作量と、電圧制限機能部２８（下位の操作量制限）によって制限された操作量とに基づいて、上位フィードバック制御機能部２４における演算結果を補償する。すなわち、上位の操作量制限だけでなく下位の操作量制限の影響を加味して、上位フィードバック制御機能部２４に入力される指令値と、この指令値に追従制御するフィードバック値との偏差に対し、上位フィードバック制御機能部２４における演算結果である操作量を、電流制限機能部２５によって制限された操作量に近づける補償が行われる。これによりワインドアップ現象が解消し、制御系の安定性を向上することができる。したがって、ワインドアップ現象に起因する電動モータ装置の振動を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の電動式アクチュエータは、電動モータと、この電動モータの回転運動を変換する作動機構と、前記電動モータを制御する制御装置とを備える電動式アクチュエータにおいて、前記制御装置は、前記電動モータのトルクまたはこのトルクに相当する値を操作量とし、与えられた指令値に対して、前記電動モータの角度またはこの角度に相当する値を追従制御するアクチュエータ制御機能部と、前記電動モータの電圧を操作量とし、与えられた指令値に対して、前記電動モータの電流を追従制御する電流制御機能部と、前記アクチュエータ制御機能部の操作量を制限するアクチュエータ制限機能部と、前記電流制御機能部の操作量を制限する電圧制限機能部と、を備え、前記制御装置は、前記アクチュエータ制限機能部によって制限された操作量と、前記電圧制限機能部によって制限された操作量とに基づいて、前記アクチュエータ制御機能部の演算値を補償する制御飽和補償機能部を有する。このため、制御系の安定性を向上することができる。
【００１９】
この発明の電動モータ装置は、電動モータと、この電動モータを制御する制御装置とを備える電動モータ装置において、前記制御装置は、与えられた電流指令値に対して前記電動モータの電流を追従制御することで、前記電動モータの電圧を操作量として出力する電流フィードバック制御機能部と、与えられた指令値に対して、前記電動モータの角速度またはこの角速度の積分値に相当する物理量を追従制御することで、前記電流指令値を操作量として出力する上位フィードバック制御機能部と、前記電流フィードバック制御機能部から出力される操作量を制限する電圧制限機能部と、前記上位フィードバック制御機能部から出力される操作量を制限する電流制限機能部と、を備え、前記制御装置は、前記電流制限機能部によって制限された操作量と、前記電圧制限機能部によって制限された操作量とに基づいて、前記上位フィードバック制御機能部における演算結果を補償する制御飽和補償機能部を有する。このため、制御系の安定性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施形態に係る電動式アクチュエータを備えた電動ブレーキ装置を概略示す図である。
【図２】同電動式アクチュエータの制御系のブロック図である。
【図３】同電動式アクチュエータの制御飽和補償機能部の例を示すブロック図である。
【図４】（Ａ）は同電動式アクチュエータの動作例を示す図、（Ｂ）は従来手法による電動式アクチュエータの動作例を示す図である。
【図５】この発明の他の実施形態に係る電動式アクチュエータの制御系のブロック図である。
【図６】同電動式アクチュエータの制御飽和補償機能部の例を示すブロック図である。
【図７】この発明のさらに他の実施形態に係る電動式アクチュエータの制御飽和補償機能部の例を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施形態に係る電動モータ装置の制御系の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
この発明の実施形態に係る電動式アクチュエータを備えた電動ブレーキ装置を図１ないし図４と共に説明する。この電動ブレーキ装置は例えば車両に搭載される。
図１に示すように、この電動ブレーキ装置１は、電動式アクチュエータＤＡと、摩擦ブレーキＢＲとを備える。先ず、電動式アクチュエータＤＡおよび摩擦ブレーキＢＲの構造について説明する。
【００２２】
＜電動式アクチュエータＤＡおよび摩擦ブレーキＢＲの構造＞
図１および図２に示すように、電動式アクチュエータＤＡは、アクチュエータ本体ＡＨと、後述する制御装置２とを備える。アクチュエータ本体ＡＨは、電動モータ４と、減速機構５と、作動機構である直動機構６と、パーキングブレーキ機構７と、角度センサＳａと、荷重センサＳｂとを有する。電動モータ４と、この電動モータ４を制御する制御装置２とで電動モータ装置ＤＭが構成される。
電動モータ４は、永久磁石式の同期電動機により構成すると省スペースで高トルクとなり好適である。
【００２３】
図１に示すように、摩擦ブレーキＢＲは、車両の車輪と連動して回転するブレーキロータ８と、このブレーキロータ８と接触して制動力を発生させる摩擦材９とを有する。この摩擦材９はブレーキロータ近傍に配置される。摩擦材９をアクチュエータ本体ＡＨにより操作してブレーキロータ８に押圧し、摩擦力によって制動力を発生させる機構を用いることができる。前記ブレーキロータ８および摩擦材９は、例えば、ブレーキディスクおよびキャリパを用いたディスクブレーキ装置であってもよく、あるいはドラムおよびライニングを用いたドラムブレーキ装置であってもよい。
【００２４】
減速機構５は、電動モータ４の回転を減速する機構であり、一次歯車１２、中間歯車１３、および三次歯車１１を含む。この例では、減速機構５は、電動モータ４のロータ軸４ａに取り付けられた一次歯車１２の回転を、中間歯車１３により減速して、回転軸１０の端部に固定された三次歯車１１に伝達可能としている。
【００２５】
直動機構６は、減速機構５で出力される回転運動を送りねじ機構により直動部１４の直線運動に変換して、ブレーキロータ８に対して摩擦材９を当接離隔させる機構である。直動部１４は、回り止めされ且つ矢符Ａ１にて表記する軸方向に移動自在に支持されている。直動部１４のアウトボード側端に摩擦材９が設けられる。電動モータ４の回転を減速機構５を介して直動機構６に伝達することで、回転運動が直線運動に変換され、それが摩擦材９の押圧力に変換されることによりブレーキ力を発生させる。なお電動ブレーキ装置１を車両に搭載した状態で、車両の車幅方向外側をアウトボード側といい。車両の車幅方向中央側をインボード側という。
【００２６】
パーキングブレーキ機構７のアクチュエータ１６として、例えば、リニアソレノイドが適用される。アクチュエータ１６によりロック部材１５を進出させて中間歯車１３に形成された係止孔（図示せず）に嵌まり込ませることで係止し、中間歯車１３の回転を禁止することで、パーキングロック状態にする。ロック部材１５を前記係止孔から離脱させることで中間歯車１３の回転を許容し、アンロック状態にする。
【００２７】
図２に示すように、角度センサＳａは、電動モータ４の回転の角度を検出する。角度センサＳａは、例えば、レゾルバまたは磁気エンコーダ等を用いると高性能かつ信頼性が高く好適であるが、光学式のエンコーダ等の各種センサを適用することもできる。前記角度センサＳａを用いずに、例えば、後述する制御装置２において、電動モータ４の電圧と電流との関係等からモータ角度を推定するような角度センサレス推定を用いることもできる。
【００２８】
荷重センサＳｂは、直動機構６の荷重が作用する所定部位の変位または変形を検出する。このような荷重センサＳｂとして、例えば、磁気センサ、歪センサ、圧力センサ等を用いることができる。前記荷重センサＳｂを用いずに、制御装置２において、モータ角度および電動ブレーキ装置剛性、モータ電流および電動式アクチュエータＤＡの効率等から荷重センサレス推定を行ってもよい。
本実施形態のように電動ブレーキ装置を構成する場合、ブレーキを実装する車輪のホイールトルクまたは電動ブレーキ装置を搭載する車両の前後力を検出するセンサ等、その他外部センサであってもよい。また、サーミスタ等の各種センサ類を要件に応じて別途設けてもよい。
【００２９】
＜制御装置２について＞
各制御装置２は、対応する電動モータ４を制御する。各制御装置２に、電源装置３と、各制御装置２の上位制御手段である上位ＥＣＵ１７とが接続されている。電源装置３は、電動モータ４および制御装置２に電力を供給する。電源装置３は、例えば、この電動ブレーキ装置１（図１）を搭載する車両の低圧（例えば１２Ｖ）バッテリ等を適用し得る。
【００３０】
上位ＥＣＵ１７として、例えば、車両全般を制御する電気制御ユニットが適用される。上位ＥＣＵ１７は、各制御装置２の統合制御機能を有する。上位ＥＣＵは「ＶＣＵ」とも称される。上位ＥＣＵ１７は指令手段１７ａを備え、この指令手段１７ａは、図示外のブレーキ操作手段の操作量に応じて変化するセンサの出力に応じて、各制御装置２に目標とする指令値（例えば、後述する荷重指令値）をそれぞれ出力する。なお指令手段１７ａは、ブレーキ操作手段の操作に依ることなく、例えば、自動運転車両における制動を判断して各制御装置２に指令値をそれぞれ出力することも可能である。
【００３１】
各制御装置２は、制御演算を行う各種制御演算機能部と、モータドライバ１８とを備える。前記各種制御演算機能部は、例えば、マイクロコンピュータ等のプロセッサ、または、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等の演算器および周辺回路により構成される。前記各種制御演算機能部は、各種推定機能部と、荷重制御系の制御器１９と、電流制御系の制御器２０とを備える。
前記各種推定機能部は、荷重推定機能部２１と、モータ運動推定機能部２２と、電流推定機能部２３とを有する。
【００３２】
荷重推定機能部２１は、荷重センサＳｂの出力等から、直動機構６の軸方向荷重（推定荷重）を推定する機能を有する。もしくは荷重センサレス推定を行う場合、荷重推定機能部２１は、モータ角度および電流等の情報を用いて直動機構６の軸方向荷重（推定荷重）を推定するよう構成してもよい。
【００３３】
モータ運動推定機能部２２は、角度センサＳａの出力等から、電動モータ４の回転運動状態を推定する機能を有する。モータ運動推定機能部２２は、位置・位相推定部２２ａおよび角速度推定部２２ｂのいずれか一方または両方を有する。位置・位相推定部２２ａにおいて、例えば、角度センサＳａとしてレゾルバまたはエンコーダのような所定の角度領域を一周期として検出するセンサを用いる場合、前記角度センサＳａの出力から電動モータ４の回転子の位相を推定し、この回転子における位相の変動量の積算値を総回転角度（位置）として推定してもよい。また角速度推定部２２ｂにおいて、前記位相ないし前記位置の微分に相当する値を角速度として推定してもよい。あるいは、前記角度センサレス推定を行う場合、電動モータ４の電圧および電流から前記位相または角速度等を推定してもよい。
【００３４】
電流推定機能部２３は、例えば、電動モータ４の相電流の通電経路上に設けた電流センサ（図示せず）等を用いてモータ電流を推定してもよい。前記電流センサとして、シャント抵抗およびアンプのような接触式センサ等、または、通電経路近傍に配置した磁気センサのような非接触式センサ等を用いることができる。
【００３５】
前記電流センサは、例えば、モータ相電流の三相を検出するよう配置してもよく、二相を検出して三相総和ゼロの関係から残り一相を検出するよう配置してもよい。もしくは、電圧およびモータコイル特性から電流を推定する電流センサレス推定としてもよく、あるいは、例えば、プラス側ないしマイナス側の電源電流を検出する電流センサ、電圧、およびモータコイル特性からモータ相電流を推定するような、電流センサおよび電流センサレス推定の併用であってもよい。
【００３６】
荷重制御系の制御器１９は、アクチュエータ制御機能部２４と、トルク制限部２５と、後述するアクチュエータ制御飽和補償機能部２６とを有する。
【００３７】
上位フィードバック制御機能部であるアクチュエータ制御機能部２４は、電流制御系の制御器２０の上位に位置する制御器の例として、アクチュエータ荷重を制御する例を示す。この例のアクチュエータ制御機能部２４は、目標とするアクチュエータの荷重指令値（指令値）に対して、前記推定荷重を追従させるように操作量を制御する。前記操作量は、例えば、目標とする電動モータ４のトルクであってもよく、あるいは、トルクに相当する値として電流（電流ノルム）であってもよい。特に、前者のモータトルクを操作量とする場合、後述の電流制御機能部２７は、トルク（トルク指令値）を電流（電流指令値）に変換する電流変換器２７ａ（図３）の機能を有していてもよい。
【００３８】
トルク制限部２５は、アクチュエータ制限機能部および電流制限機能部に相当する。トルク制限部２５は、アクチュエータ制御機能部２４から出力される操作量を制限する。トルク制限部２５は、例えば、電動モータ４の電流の大きさが閾値以下となるよう目標トルクを制限する機能であってもよい。例えば、目標トルクの最大値が閾値以下に制限される。トルク制限部２５は、例えば、入力された目標トルクが閾値以上のとき閾値に制限され、入力された目標トルクが閾値未満のとき前記目標トルクは制限されることなくそのまま出力する。
あるいは、トルク制限部２５は、アクチュエータ制御機能部２４から出力される操作量を電流とする場合は、前記電流を制限する機能であってもよい。前記電流制限は、例えば交流電流から所定の座標変換によって得られた電流ベクトルについて、電流ノルムを制限する機能であってもよく、前記電流ベクトルを形成する軸電流や前記交流電流を直接制限する機能とすることもできる。
【００３９】
電流制御系の制御器２０は、電流制御機能部２７と、電圧制限機能部２８と、電流制御飽和補償機能部２９とを有する。
【００４０】
電流フィードバック制御機能部である電流制御機能部２７は、前記電流指令値（指令値）に対して、電流推定機能部２３で推定される電流を追従させるように、電動モータ４の電圧を制御する機能とし得る。この制御演算において、例えば、所定の回転軸における直交軸上の電流ベクトルを指令値および制御量としてもよく、三相交流の電流を指令値および制御量としてもよいが、特に電流ベクトルを用いる前者において回転子磁束と一致するｄ軸およびこのｄ軸と直交するｑ軸にそれぞれ相当する軸電流を用いると、簡潔かつ高性能な電流制御系を容易に構成できて好ましい。
【００４１】
電圧制限機能部２８は、電流制御機能部２７の操作量を制限する。電圧制限機能部２８は、例えば、後述のモータドライバ１８にてＰＷＭ制御を行う場合、デューティ比の最小値および最大値（例えば、０％と１００％）を設定するものであってもよい。もしくは、電源装置３の消費電力の許容値が定められている場合、電圧制限機能部２８は、所定の角速度または電流条件において消費電力が所定値を下回るような電圧制限としてもよい。
【００４２】
電流制御飽和補償機能部２９は、電圧制限機能部２８において発生した操作量の制限による影響で、電流制御機能部２７の積分値の大きさが過剰に増大し、制御演算の安定性が低下することを防止する。すなわち、電流制御飽和補償機能部２９は、電圧制限機能部２８によって制限された操作量を用いて、電流制御機能部２７における積分器を含む状態量を安定化するコントローラとして実装し得る。
【００４３】
アクチュエータ制御飽和補償機能部２６は、トルク制限部２５において発生した操作量の制限による影響、および電圧制限機能部２８において発生した操作量の制限による影響で、アクチュエータ制御機能部２４の積分値の大きさが過剰に増大し、制御演算の安定性が低下することを防止する。すなわち、トルク制限部２５によって制限された操作量、および電圧制限機能部２８によって制限された操作量を用いて、電流制御機能部２７における積分器を含む状態量を安定化するコントローラとしてアクチュエータ制御飽和補償機能部２６を実装することができる。
【００４４】
このアクチュエータ制御飽和補償機能部２６において、トルク制限部２５にて制限される前後の操作量、および電圧制限機能部２８にて制限される前後の操作量から、アクチュエータ制御機能部２４の積分値を含む状態量を補償する。換言すれば、アクチュエータ制御飽和補償機能部２６は、トルク制限部２５によって制限された操作量と、電圧制限機能部２８によって制限された操作量とに基づいて、アクチュエータ制御機能部２４における演算結果である操作量がトルク制限部２５によって制限された操作量に近づくように、アクチュエータ制御機能部２４の演算値を補償する。
【００４５】
モータドライバ１８は、例えば、ＦＥＴ等のスイッチ素子を用いたハーフブリッジ回路を構成し、所定のデューティ比によりモータ印加電圧を決定するＰＷＭ制御を行う構成とすると安価で高性能となり好適である。あるいは、変圧回路等を設け、ＰＡＭ制御を行う構成とすることもできる。
【００４６】
＜飽和補償制御の例＞
図３は、この電動式アクチュエータの制御飽和補償機能部の例を示すブロック図である。
アクチュエータ荷重を制御するアクチュエータ制御機能部２４（図２）として、アクチュエータ制御ＰＩＤコントローラ２４ａが実装されている。アクチュエータ制御飽和補償機能部２６として、飽和補償ゲイン１，３が実装されている。電流制御機能部２７として、電流変換器２７ａおよび電流制御ＰＩコントローラ２７ｂが実装され、電流制御飽和補償機能部２９（図２）として、飽和補償ゲイン２が実装されている。
【００４７】
アクチュエータ制御飽和補償機能部２６は、トルク制限部２５にて制限される前後の操作量に差分にトルク制限補償部２６ａ（図２）である飽和補償ゲイン１を乗算した値と、電圧制限機能部２８にて制限される前後の操作量の差分に電圧制限補償部２６ｂ（図２）である飽和補償ゲイン３を乗算した値との総和を、アクチュエータ制御ＰＩＤコントローラ２４ａの演算値に加算または減算する。各飽和補償ゲイン１，２，３は、各ゲインごとに適宜値を設定するものとし、異なる値でもよく、同じ値を用いてもよい（後述の図６、図７についても同じ）。
【００４８】
＜電動式アクチュエータの動作例＞
図４（Ａ）は、この電動式アクチュエータの動作例を示す。アクチュエータ荷重の点線は、指令手段１７ａ（図２）から与えられる荷重指令値である。アクチュエータ荷重の実線は、荷重推定機能部２１（図２）の推定荷重である。アクチュエータ制御操作量は、例えば、目標とする電動モータのトルクであり、モータ制御操作量は、例えば、モータ電圧ノルムである。これらアクチュエータ荷重、アクチュエータ制御操作量およびモータ制御操作量の例は、図４（Ｂ）についても同様である。
図４（Ａ）によれば、アクチュエータ制御操作量およびモータ制御操作量がそれぞれ制限された状態においても、適切な飽和補償が行えることで、良好な応答特性を維持できる。
【００４９】
これに対して図４（Ｂ）は従来手法による電動式アクチュエータの動作例を示す。この従来手法によれば、モータ制御操作量が上限値に飽和する影響で、アクチュエータ制御操作量が変動し易くなり、アクチュエータ荷重の応答が振動的になる。
【００５０】
＜作用効果＞
以上説明した電動式アクチュエータＤＡによれば、アクチュエータ制御飽和補償機能部２６は、トルク制限部（アクチュエータ制御系の操作量制限）２５によって制限された操作量と、電圧制限機能部（電流制御系の操作量制限）２８によって制限された操作量とに基づいて、アクチュエータ制御機能部２４の演算値を補償する。すなわち、アクチュエータ制御系の操作量制限だけでなく電流制御系の操作量制限の影響を加味して、アクチュエータ制御機能部２４に入力される指令値と、この指令値に追従制御するフィードバック値との偏差に対し、アクチュエータ制御機能部２４で演算される演算結果である操作量を、トルク制限部２５によって制限された操作量に近づける補償が行われる。これによりワインドアップ現象が解消し、制御系の安定性を向上することができる。したがって、ワインドアップ現象に起因する電動式アクチュエータＤＡの振動を抑制することが可能となる。
【００５１】
＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００５２】
図５に示すように、アクチュエータ制御飽和補償機能部２６において、トルク制限部２５にて制限される前後の操作量、および電流制御飽和補償機能部２９による補償値から、アクチュエータ制御機能部２４の積分値を含む状態量を補償してもよい。この例のアクチュエータ制御機能部２４は、アクチュエータ荷重を制御する例を示すが、電流制御系の上位に相当し得る制御系を設けてもよい。例えば、アクチュエータ荷重制御に代えてアクチュエータ位置制御を設けてもよい。
【００５３】
図６は、この電動式アクチュエータの制御飽和補償機能部の例を示すブロック図である。アクチュエータ制御機能部２４（図５）として、アクチュエータ制御ＰＩＤコントローラ２４ａが実装されている。アクチュエータ制御飽和補償機能部２６（図５）として、飽和補償ゲイン１，３が実装されている。電流制御機能部２７として、電流変換器２７ａおよび電流制御ＰＩコントローラ２７ｂが実装され、電流制御飽和補償機能部２９（図５）として、飽和補償ゲイン２が実装されている。
同図６では、図３の例に対し、アクチュエータ制御系の操作量飽和と、電流制御系の操作量飽和補償とに基づいて、アクチュエータ制御系の飽和補償を構成する例を示す。
【００５４】
図７は、図３の例に対し、異なる制御系を適用する例を示す。この図７の例では、アクチュエータ制御機能部として、アクチュエータ制御積分コントローラ２４ｂが実装され、アクチュエータの状態量を推定する状態推定器３０と、アクチュエータ制御機能部の操作量に対して、状態推定器３０で推定された状態量に基づく値を追従させるアクチュエータ制御状態フィードバックコントローラ３１とを備える。このような制御系においても、ワインドアップ現象が解消し、制御系の安定性を向上することができる。なお、制御系については、図３、図６、図７の例によらず、任意の構成を適用することができる。
【００５５】
図８は、電動モータ制御系の構成例を示すブロック図である。
この電動モータ制御系は、モータ電流制御系３１と、モータ電流を操作量とし前記モータ電流制御系３１の上位となるモータ角速度制御系３２と、モータ角速度を操作量とし前記モータ角速度制御系３２の上位となるモータ角度制御系３３とを備える。前記モータ角速度は、例えば、所定の運動変換機構を介した速度等、等価な別の物理量であってもよい。前記モータ角度制御系３２におけるフィードバック値であるモータ角度は、位置等の等価な別の物理量であってもよい。また、例えば、モータ電流制御系３１の上位にモータ角度制御系３３を配置してもよい。
【００５６】
その他、図示していない電流センサ等の構成は必要に応じて適宜設けることができる。また、各機能部は便宜上ブロックとして設けているものであり、必要に応じて統合・分割してもよく、あるいは所定の機能部を適宜省略等してもよい。
【００５７】
直動機構６の変換機構部として、遊星ローラ、ボールねじ等の各種ねじ機構、ボールランプ等の傾斜を利用した機構等を用いることができる。
【００５８】
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５９】
２…制御装置
４…電動モータ
６…直動機構（作動機構）
２４…アクチュエータ制御機能部
２５…トルク制限部（アクチュエータ制限機能部、電流制限機能部）
２６…アクチュエータ制御飽和補償機能部（制御飽和補償機能部）
２７…電流制御機能部
２８…電圧制限機能部
【図１】
2019050649.tif 000003
【図２】
2019050649.tif 000004
【図３】
2019050649.tif 000005
【図４】
2019050649.tif 000006
【図５】
2019050649.tif 000007
【図６】
2019050649.tif 000008
【図７】
2019050649.tif 000009
【図８】
2019050649.tif 000010