(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータの駆動用モータの駆動電流を電流センサにより検出すると共に、前記モータの速度を負荷変動に関わらず所定の速度にする際の前記モータに対する駆動制御出力値と前記駆動電流との関係をマップ化した駆動制御出力−駆動電流マップを設け、
前記モータを所定の速度まで加速する際には前記モータに対する駆動制御出力値を所定の割合で増大し、かつ前記モータに対して出力している実駆動制御出力値とその時の駆動電流を検出し、前記マップに基づき該検出された駆動電流に対応する前記駆動制御出力値を判定値として、前記実駆動制御出力値と前記判定値とを比較して、
前記実駆動制御出力値が前記判定値以上になったら加速制御を終了することを特徴とするアクチュエータの速度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータの速度制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ベッドにおいて、図７に示されるように各部位（例えば全体・背・膝）をモータ駆動アクチュエータ１１ａ・１１ｂ・１１ｃにより変位可能にした電動ベッドがある。図において、固定ベース１２とその上方に位置する可動台１３とが平行リンクを介して連結されていると共に、その可動台１３には、背板１３ａが傾動自在に連結され、膝板１３ｂが山形に折れ曲がり自在に連結されている。そして、各アクチュエータ１１ａを適宜駆動することにより、対応する可動台１３・背板１３ａ・膝板１３ｂがそれぞれ変位するようになっている。
【０００３】
上記したようなベッドシステムにあっては、各部位を変位させる際の動作を円滑化するためにアクチュエータ１１ａ・１１ｂ・１１ｃに対して何らかの速度制御を行っている。例えば、動作開始時には動作速度を徐々に上昇させるソフトスタート制御、所定の速度（目標速度）に達したら定速度に保つ定速度制御、そして設定された位置に達した際に自動的に停止させる自動停止制御などの各機能をもたせると良い。
【０００４】
従来の電動モータ駆動アクチュエータにあっては、そのモータの回転速度を回転センサのパルス周期から算出することができ、その回転速度に応じてＰＷＭ制御によるデューティ制御を行うようにしたものがある。そのようなアクチュエータにおける定速度制御までの速度制御の一例を、図８を参照して以下に示す。
【０００５】
図に示されるように、動作開始時には一定の割合で駆動デューティ比を上昇させて上記ソフトスタートを行う。そして、目標速度Ｖｏよりも低く設定されたソフトスタート終了判定速度Ｖｓに達したら、ソフトスタート制御から定速度制御に移行する。この定速度制御にあっては、目標速度Ｖｏにモータ速度（実回転速度）を合わせるように、例えばフィードバック制御を行うものであって良い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような速度制御を行うにはモータの場合には回転センサを設けるようにしており、その場合には回転センサが一般に高価であり、またその制御回路も複雑化するため、速度制御を行うアクチュエータが高騰化するという問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、速度制御を行うアクチュエータの低廉化を実現するために、本発明に於いては、アクチュエータの駆動用モータの駆動電流を電流センサにより検出すると共に、前記モータの速度を負荷変動に関わらず所定の速度にする際の前記モータに対する駆動制御出力値と前記駆動電流との関係をマップ化した駆動制御出力−駆動電流マップを設け、前記モータを所定の速度まで加速する際には前記モータに対する駆動制御出力値を所定の割合で増大し、かつ前記モータに対して出力している実駆動制御出力値とその時の駆動電流を検出し、前記マップに基づき該検出された駆動電流に対応する前記駆動制御出力値を判定値として、前記実駆動制御出力値と前記判定値とを比較して、前記実駆動制御出力値が前記判定値以上になったら加速制御を終了するものとした。
【０００８】
このように、モータを所定の速度にする際の駆動制御出力−駆動電流マップを設けて、モータに対する駆動制御出力値を所定の割合で増大してモータ速度を上昇させる加速制御を行って、その際の実駆動制御出力値と、マップから求められる検出駆動電流に対応する前記駆動制御出力値を判定値とを比較することから、実駆動制御出力値が判定値よりも低い場合には目標速度に達していないと判断できると共に、実駆動制御出力値が判定値よりも高い場合には目標速度以上であると判断でき、その目標速度以上であると判断した場合には加速制御を終了して、その後の定速度制御などに移行することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明が適用されたベッドシステムにおける任意の１部位（例えば従来例で示した各部位のいずれか１つ）に対する位置調整用電動アクチュエータの要部概略制御回路図である。図に示されるように、制御ユニット１には、上昇・下降用操作スイッチＳＷ１・ＳＷ２と、モータ２と、モータ２に連動するポテンショメータ３とが接続されている。
【００１１】
制御ユニット１内には、モータ２の駆動を制御するためのＣＰＵ１ａが設けられている。上記各スイッチＳＷ１・ＳＷ２からの操作信号がＣＰＵ１ａの各入力端子Ｉ１・Ｉ２に入力し、それら各信号応じて対称部位を上昇／下降させるための各制御信号がＣＰＵ１ａの各出力端子Ｏ１・Ｏ２から出力される。それら各出力端子Ｏ１・Ｏ２にはそれぞれトランジスタＱ１・Ｑ２が接続され、各トランジスタＱ１・Ｑ２により各リレーＲＹ１・ＲＹ２がオン／オフし、各リレーＲＹ１・ＲＹ２の状態に応じてモータ２が正逆転するようになっている。
【００１２】
また、ＣＰＵ１ａには各センサ端子Ｓ１・Ｓ２・Ｓ３・Ｓ４が設けられており、その１つの端子Ｓ１によりポテンショメータ３に電圧が印加され、その印加電圧を端子Ｓ２により検出すると共に、ポテンショメータ電圧を端子Ｓ３により検出するようになっている。そして、モータ２に流れる電流を検出するための電流センサ４が設けられており、その電流値信号がＣＰＵ１ａのセンサ端子Ｓ４に入力するようになっている。
【００１３】
次に、本アクチュエータによるモータ駆動制御要領について図２のフロー図を参照して以下に示す。まず第１ステップＳＴ１で、いずれかの操作スイッチＳＷ１・ＳＷ２が操作されている（オン）か否かを判別し、操作されている場合には第２ステップＳＴ２に進み、そこでモータ電流Ｉｍを検出し、第３ステップＳＴ３に進む。第３ステップＳＴ３では、起動時に行うソフトスタート制御が終了したか否かを判別する。ソフトスタート制御処理が終了していない場合にはソフトスタート制御処理を行うべく第４ステップＳＴ４に進む。
【００１４】
このソフトスタート制御処理にあっては、起動時のショックを防止するように例えば定速度制御おける目標速度（定速度）に達するまでの速度上昇を緩やかにするべく、モータ２に対する駆動出力制御値を所定の割合で徐々に増大するものである。本図示例では、駆動制御出力値としてのＰＷＭ制御における駆動デューティ比Ｄｍの増加率（ΔＤｍ）を予め定めておく。なお、速度はモータ２の角速度であって良い。
【００１５】
第４ステップＳＴ４では、駆動制御出力−駆動電流マップとしての図３に示される駆動デューティ比−モータ電流マップに基づき、上記第２ステップＳＴ２で検出されたモータ電流Ｉｍに対応する判定駆動デューティ比Ｄｈを求める。
【００１６】
ここで、図３に示されるマップの算出方法について示す。このマップは、負荷（モータ電流Ｉｍ）が変化した場合にモータ２を目標速度で定速度制御するための駆動デューティ比Ｄｍを求めてマップ化したものである。
【００１７】
定速度制御にあっては、負荷が変化することによる速度−トルク特性の変化を速度制御のパラメータとして使用することができる。すなわち、負荷の速度−トルク特性が図４（ａ）のＴＬ１で示されるような場合に目標速度ω１に対する定速度制御を行う際にはポイントＰ１に基づき制御することになる。この時、負荷の変動により速度−トルク特性が図のＴＬ２に示されるように変化した場合には、ポイントＰ１を通るモータの速度−トルク特性が図のＴＭ１に示されるものとすると、上記ポイントＰ１がＴＬ１とＴＭ１との交点である平衡点Ｐ１ａに移る。この平衡点Ｐ１ａにあっては速度がω２になる。
【００１８】
新たな負荷の速度−トルク特性ＴＬ２に対して速度を目標速度ω１にするためには、変動した負荷の速度−トルク特性ＴＬ２とモータの速度−トルク特性との交点である平衡点がＰ１ａが図に示されるポイントＰ２になるように、モータの速度−トルク特性がＴＭ２になるように変えることになる。これにより、ポイントＰ１がポイントＰ２になり、このモータの速度−トルク特性の変更は、速度可変要素であるモータ電圧を操作することにより可能である。このようにして定速度制御を行うことができる。
【００１９】
トルク（負荷）の変化はモータ電流が変化したことと同じなため、本制御にあってはモータ電流Ｉｍを使用し、図４（ａ）の各ポイントＰ１・Ｐ２に対応させて、モータ駆動電圧とモータ電流Ｉｍとの関係を図４（ｂ）に示されるようにマップ化することができる。ここで、モータ駆動電圧の増減を行う際には駆動デューティ比Ｄｍの増減により行うので、図３のマップを作成することができる。また、誤判定を防止するために判定対象のモータ電流Ｉｍは所定値（Ｉｍ０）以上としておくと良い。
【００２０】
そして、第４ステップＳＴ４の次の第５ステップＳＴ５では、第４ステップＳＴ４で求めた判定駆動デューティ比Ｄｈがその時（今サイクル時）の出力駆動デューティ比Ｄｍに対して小さいか否かを判別する。
【００２１】
この時の出力駆動デューティ比Ｄｍに対して、第２ステップＳＴ２で検出された検出モータ電流が図３に示されるようなＩｍ１であった場合には対応する判定駆動デューティ比Ｄｈは図に示されるＤｈ１になる。この場合には、判定駆動デューティ比Ｄｈ１が出力駆動デューティ比Ｄｍ以下であり（Ｄｈ１≦Ｄｍ）、したがって出力駆動デューティ比Ｄｍが実モータ電流Ｉｍ１に対して大きくなっていることから目標速度に達していると判別できる。逆に、検出モータ電流がＩｍ２であった場合には判定駆動デューティ比ＤｈがＤｈ２になり、この場合には目標速度に達していないと判別できる。
【００２２】
判定駆動デューティ比Ｄｈ１が出力駆動デューティ比Ｄｍ以下の場合には上記したように定速度に対する目標速度に達したことから、第６ステップＳＴ６に進み、そこでソフトスタート制御の終了を、例えばフラグを立てることにより設定する。それに対して、判定駆動デューティ比Ｄｈ１が出力駆動デューティ比Ｄｍを越えている場合には第７ステップＳＴ７に進む。
【００２３】
第７ステップＳＴ７では、ソフトスタート制御を実行するべく、前記したように駆動デューティ比Ｄｍを所定の割合（ΔＤｍ）で増加させる。その増加した駆動デューティ比Ｄｍに基づいて、次の第８ステップＳＴ８でＰＷＭ出力による制御を行う。例えば駆動デューティ比Ｄｍの初期値を０として、第７ステップＳＴ７を繰り返すことにより、図５に示されるように、所定の制御サイクル時間毎に駆動デューティ比ＤｍがΔＤｍずつ増加し、それに伴って検出モータ電流Ｉｍも増大し、モータ速度が上昇する。
【００２４】
そして、上記したように検出モータ電流値Ｉｍに対応する判定駆動デューティ比Ｄｈと駆動デューティ比Ｄｍとを比較して、判定駆動デューティ比Ｄｈが図５の想像線に示されるようになったら、上記したように目標速度に達したと判定して第６ステップＳＴ６に進む。その第６ステップＳＴ６ではソフトスタート終了の設定が行われるため、その場合には第３ステップＳＴ３から第９ステップＳＴ９に進む。その第９ステップＳＴ９では、定速度制御の処理を行う。
【００２５】
本図示例では、定速度制御を、高価な回転センサを用いることなく、安価なポテンショメータ３を用いて行うようにしている。すなわち、上記ポテンショメータ３により検出されたポテンショ電圧Ｖｐの定速度動作時における変化が図６の実線に示されるようになる場合には、そのポテンショ電圧変化率はΔＶｐ／Δｔとなる。本発明によれば、検出されたポテンショ電圧変化率ΔＶｐ／Δｔと本来の定速度動作時の変化率ΔＶ／Δｔとの偏差（速度偏差）に応じて駆動出力（駆動デューティ比）の補正を行うことにより、定速度制御を行うことができる。このようにして駆動デューティ比Ｄｍを補正処理したら第８ステップＳＴ８に進み、その補正処理された駆動デューティ比Ｄｍに基づいて上記と同様にＰＷＭ出力による制御を行う。
【００２６】
また、第１ステップＳＴ１でスイッチ操作が無くなったと判別された場合には第１０ステップＳＴ１０に進む。その第１０ステップＳＴ１０では定速度制御中であるか否かを判別し、定速度制御中でない場合には第１ステップＳＴ１に戻り、この場合には他の割り込み処理を待つことになる。第１０ステップＳＴ１０で定速度制御中であると判別された場合には第１１ステップＳＴ１１に進み、そこでソフトストップ処理を行う。このソフトストップ処理にあっては、上記ソフトスタート処理と同様に、例えば停止するまでの速度低下を緩やかにして停止時のショックを防止するように、一定の割合で駆動デューティ比を減少させる。この場合も次に第８ステップＳＴ８に進み、そこで、第１１ステップＳＴ１１で算出された駆動デューティ比Ｄｍに基づいて上記と同様にＰＷＭ出力による制御を行う。
【００２７】
【発明の効果】
このように本発明によれば、目標速度まで速度を上昇する際に駆動制御出力値を所定の割合で増大し、その駆動制御出力値がその時の駆動電流に応じて駆動制御出力−駆動電流マップから求められるマップ駆動制御出力値以上になったら、目標速度以上になったと判断して加速制御を終了することにより、アクチュエータの速度を上昇させる際の制御を行うことができる。したがって、モータの場合に高価な回転センサを設けることなく、上記加速制御から定速度制御に移行することができ、速度制御可能なアクチュエータを低廉化し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたベッドシステムにおける任意の１部位に対する位置調整用電動アクチュエータの要部概略制御回路図。
【図２】本発明に基づく制御フローを示す図。
【図３】駆動デューティ比とモータ電流との関係を示す図。
【図４】（ａ）は速度制御の要領を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）に基づき作成されたモータ駆動電圧とモータ電流の関係を示す図。
【図５】本発明に基づく制御要領を説明するタイムチャートを示す図。
【図６】定速度制御におけるポテンショ電圧の時間変化を示す図。
【図７】電動ベッドの一例を示す模式的側面図。
【図８】従来の速度制御の例を示す説明図。
【符号の説明】
１  制御ユニット１
１ａ  ＣＰＵ
２  モータ
３  ポテンショメータ
４  電流センサ
１１ａ・１１ｂ・１１ｃ  アクチュエータ
１２  固定台
１３  可動台、１３ａ  背板、１３ｂ  膝板
【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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【図７】
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【図８】
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