(57)【要約】【課題】積分制御器の出力が発散しない多重系モータの制御装置及び移動体を提供する。【解決手段】本発明の一形態に係る多重系モータの制御装置は、速度指令と実速度との偏差に基づいて、多重系モータ５１の一つの系をそれぞれ制御する、第１の制御系１１と第２の制御系２１とを備え、第１の制御系１１は、多重系モータ５１の一つの系をＰＩ制御し、第２の制御系２１は、多重系モータ５１の他の一つの系をＰ制御する。これにより、積分制御器の出力が発散しない多重系モータの制御装置及び移動体を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重系モータの制御装置であって、
速度指令と実速度との偏差に基づいて、前記多重系モータの一つの系をそれぞれ制御する、第１の制御系と第２の制御系とを備え、
前記第１の制御系は、前記多重系モータの一つの系をＰＩ制御し、
前記第２の制御系は、前記多重系モータの他の一つの系をＰ制御する多重系モータの制御装置。
【請求項２】
前記第１の制御系は、前記偏差を比例定数倍する第１の比例制御器と、前記偏差を積分する第１の積分制御器と、前記第１の比例制御器が算出した値と前記第１の積分制御器が算出した値とを加算する第１の比較器と、を備え、
前記第２の制御系は、前記偏差を比例定数倍する第２の比例制御器を備える請求項１に記載の多重系モータの制御装置。
【請求項３】
前記第１の制御系は、第１の電源装置から電源が供給され、前記第１の積分制御器を動作させるか否かを切り替える第１の切替器と、前記第１の電源装置の電圧値が入力され、前記第１の切替器を制御する第１の切替制御器と、をさらに備え、
前記第２の制御系は、第２の電源装置から電源が供給され、前記偏差を積分する第２の積分制御器と、前記第２の比例制御器が算出した値と前記第２の積分制御器が算出した値とを加算する第２の比較器と、前記第２の積分制御器を動作させるか否かを切り替える第２の切替器と、前記第２の電源装置の電圧値が入力され、前記第２の切替器を制御する第２の切替制御器と、をさらに備え、
前記第１の切替制御器と前記第２の切替制御器とは、第１の電源装置の電圧値と第２の電源装置の電圧値とを比較し、残量の多い側の電源装置から電源が供給される制御系の積分制御器を動作させる請求項２に記載の多重系モータの制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多重系モータの制御装置を備える移動体。
【請求項５】
前記移動体は倒立制御型の同軸二輪車であって、
前記同軸二輪車の姿勢を検出する姿勢検出器と、
前記姿勢検出器の検出値に基づいて速度指令を生成する倒立制御器と、
を備える請求項４に記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重系モータの制御装置及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、特許文献１乃至４に開示されているように、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、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、他の制御系がモータを制御できる。
このような制御装置においては、定常偏差を低減するために、各々の制御系が積分制御器を備え、Ｐ（Proportional：比例）Ｉ（Integral：積分）制御又はＰＩＤ（Derivative：微分）制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２６２８８号公報
【特許文献２】特開２０００−２１３６６６号公報
【特許文献３】特開平１１−１５０９８６号公報
【特許文献４】特開２００３−２１６２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の制御装置のように制御系がそれぞれ積分制御器を備える構成とした場合、制御系の相互間で誤差が生じるため、図６に示すように、上位の制御器から各々の制御系に入力される速度指令が拮抗する。そのため、図７に示すように、積分制御器の出力が発散する。
【０００５】
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、積分制御器の出力が発散しない多重系モータの制御装置及び移動体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態に係る多重系モータの制御装置は、多重系モータの制御装置であって、速度指令と実速度との偏差に基づいて、前記多重系モータの一つの系をそれぞれ制御する、第１の制御系と第２の制御系とを備え、前記第１の制御系は、前記多重系モータの一つの系をＰＩ制御し、前記第２の制御系は、前記多重系モータの他の一つの系をＰ制御する。
【０００７】
上述の多重系モータの制御装置において、前記第１の制御系は、前記偏差を比例定数倍する第１の比例制御器と、前記偏差を積分する第１の積分制御器と、前記第１の比例制御器が算出した値と前記第１の積分制御器が算出した値とを加算する第１の比較器と、を備え、前記第２の制御系は、前記偏差を比例定数倍する第２の比例制御器を備えること、が好ましい。
【０００８】
上述の多重系モータの制御装置において、前記第１の制御系は、第１の電源装置から電源が供給され、前記第１の積分制御器を動作させるか否かを切り替える第１の切替器と、前記第１の電源装置の電圧値が入力され、前記第１の切替器を制御する第１の切替制御器と、をさらに備え、前記第２の制御系は、第２の電源装置から電源が供給され、前記偏差を積分する第２の積分制御器と、前記第２の比例制御器が算出した値と前記第２の積分制御器が算出した値とを加算する第２の比較器と、前記第２の積分制御器を動作させるか否かを切り替える第２の切替器と、前記第２の電源装置の電圧値が入力され、前記第２の切替器を制御する第２の切替制御器と、をさらに備え、前記第１の切替制御器と前記第２の切替制御器とは、第１の電源装置の電圧値と第２の電源装置の電圧値とを比較し、残量の多い側の電源装置から電源が供給される制御系の積分制御器を動作させること、が好ましい。
【０００９】
本発明の一形態に係る移動体は、上述の多重系モータの制御装置を備える。
上述の移動体において、前記移動体は倒立制御型の同軸二輪車であって、前記同軸二輪車の姿勢を検出する姿勢検出器と、前記姿勢検出器の検出値に基づいて速度指令を生成する倒立制御器と、を備えること、が好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
以上、説明したように、本発明によると、積分制御器の出力が発散しない多重系モータの制御装置及び移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る多重系モータの制御装置のブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る多重系モータの制御装置を用いた移動体を概略的に示す図である。
【図３】実施の形態１に係る多重系モータの制御装置の移動体への適用例を示すブロック図である。
【図４】実施の形態２に係る多重系モータの制御装置のブロック図である。
【図５】実施の形態２に係る多重系モータの制御装置における、一方の制御系の積分制御器に動作をさせる流れを示すフローチャート図である。
【図６】２重化された制御系夫々に入力される速度指令と実速度との関係を概略的に示す図である。
【図７】２重化された制御系夫々でＰＩ制御した場合の、積分制御器からの出力を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１に係る多重系モータの制御装置及び移動体を説明する。先ず、多重系モータの制御装置について説明する。
【００１４】
本実施の形態の多重系モータの制御装置１は、図１に示すように、第１の制御系１１、第２の制御系２１、バッテリ３１及び４１、多重系モータ５１、速度検出器６１を備える。
【００１５】
ここで、本実施の形態の多重系モータ５１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５１の一方の系を制御し、第２の制御系２１は多重系モータ５１の他方の系を制御する。
【００１６】
第１の制御系１１は、比較器１２、速度制御器１３、電流制御器１４、インバータ１５、を備え、バッテリ３１から供給される電源によって動作する。
比較器１２は、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、速度検出器６１から出力される当該多重系モータ５１の実速度を示す信号と、が入力される。比較器１２は、これらの速度指令から実速度を減算し、減算した値を示す信号を速度制御器１３に出力する。つまり、比較器１２は、所謂偏差を算出する。ちなみに、速度検出器６１は、多重系モータ５１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５１の実速度を取得する。
【００１７】
速度制御器１３は、比例制御器１３１、積分制御器１３２、比較器１３３を備える。比例制御器１３１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１３１は、この減算した値を予め設定されている比例定数倍する。つまり、比例制御器１３１は、偏差を比例定数倍し、算出した値を示す信号を比較器１３３に出力する。
【００１８】
積分制御器１３２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１３２は、この減算した値を足し合わせていく。つまり、積分制御器１３２は、偏差を足し合わせ、算出した値を示す信号を比較器１３３に出力する。
【００１９】
比較器１３３は、比例制御器１３１及び積分制御器１３２から、当該算出した値を示す信号が入力される。比較器１３３は、入力される相互の値を加算し、加算した値を示す信号を電流制御器１４に出力する。
【００２０】
電流制御器１４には、当該加算した値を示す信号が入力される。電流制御器１４は、当該加算した値に基づいて、多重系モータ５１に供給する電圧値を算出する。そして、電流制御器１４は、算出した電圧値を示す信号をインバータ１５に出力する。
【００２１】
インバータ１５には、当該算出した電圧値を示す信号が入力される。インバータ１５は、バッテリ３１から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、算出した電圧値を多重系モータ５１の一方の系に供給する。これにより、多重系モータ５１の一方の系は第１の制御系１１によってＰＩ制御される。
【００２２】
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おり、比較器２２、速度制御器２３、電流制御器２４、インバータ２５、を備え、バッテリ４１から供給される電源によって動作する。しかし、速度制御器２３は、比例制御器２３１を備え、積分制御器や比較器が省略されている。これにより、多重系モータ５１の他方の系は第２の制御系２１によってＰ制御される。
【００２３】
このように本実施の形態の制御装置１は、第１の制御系１１の速度制御器１３に積分制御器１３２を設け、第２の制御系２１の速度制御器２３からは積分制御器を省略した。つまり、本実施の形態の制御装置１は、第１の制御系１１が多重系モータ５１の一方の系をＰＩ制御し、第２の制御系２１が多重系モータ５１の他方の系をＰ制御するので、上位の制御器から第１の制御系１１及び第２の制御系２１に入力される速度指令が拮抗することが無い。そのため、第１の制御系１１の積分制御器１３２の出力が発散しない。つまり、第２の制御系２１では定常偏差が残るが、第１の制御系１１の定常偏差を低減することができ、全体としては定常偏差を低減することができる。
【００２４】
次に、上述の多重系モータの制御装置を用いた移動体について説明する。
移動体２としては、例えば図２に示すような倒立制御型の同軸二輪車を用いることができる。つまり、移動体２は、ステッププレート３に搭乗した搭乗者が前方に荷重を移動させると、当該移動体２の倒立状態を維持しつつ前方に加速し、搭乗者が後方に荷重を移動させると、当該移動体２の倒立状態を維持しつつ後方に加速するように、左右の多重系モータを制御する。そして、移動体２は、ステッププレート３に搭乗した搭乗者が左右方向に荷重を移動させると、当該ステッププレート３が左右方向に回転し、この回転角度に基づいて移動体２がステッププレート３の回転方向に旋回するように、左右の多重系モータを制御する。
【００２５】
このような移動体２は、図３に示すような制御システムを備える。つまり、制御システムは、当該移動体２の前後方向への傾動量を検出する姿勢検出器７１及び７２、ステッププレート３の左右方向への回転量を検出する角度検出器８１及び８２、制御装置１、バッテリ３１及び４１、左右の多重系モータ５１Ｌ及び５１Ｒ、左右の多重系モータ５１Ｌ、５１Ｒの実速度をそれぞれ検出する速度検出器６１Ｌ及び６１Ｒ等を備える。
ここで、姿勢検出器７１、７２は、加速度センサやジャイロセンサ等を備える。また、角度検出器８１、８２は、ポテンショメータ等を備える。
【００２６】
本実施の形態の制御装置１は、上述した第１の制御系１１、第２の制御系２１を備える。これらの制御系１１、２１は、上位の制御器として倒立制御器を備える。詳細には、第１の制御系１１には、姿勢検出器７１、速度検出器６１Ｌ、６１Ｒ及び角度検出器８１から検出値を示す信号が入力される。第１の制御系１１は、入力される検出値に基づいて、左側の多重系モータ５１Ｌの一方の系を制御するために、上述した比較器１２Ｌ、速度制御器１３Ｌ、電流制御器１４Ｌ、インバータ１５Ｌに加え、倒立制御器１６Ｌを備える。さらに第１の制御系１１は、入力される検出値に基づいて、右側の多重系モータ５１Ｒの一方の系を制御するために、上述した比較器１２Ｒ、速度制御器１３Ｒ、電流制御器１４Ｒ、インバータ１５Ｒに加え、倒立制御器１６Ｒを備える。
【００２７】
一方、第２の制御系２１には、姿勢検出器７２、速度検出器６１Ｌ、６１Ｒ及び角度検出器８２から検出値を示す信号が入力される。第２の制御系２１は、入力される検出値に基づいて、左側の多重系モータ５１Ｌの他方の系を制御するために、上述した比較器２２Ｌ、速度制御器２３Ｌ、電流制御器２４Ｌ、インバータ２５Ｌに加え、倒立制御器２６Ｌを備える。さらに第２の制御系２１は、入力される検出値に基づいて、右側の多重系モータ５１Ｒの他方の系を制御するために、上述した比較器２２Ｒ、速度制御器２３Ｒ、電流制御器２４Ｒ、インバータ２５Ｒに加え、倒立制御器２６Ｒを備える。
【００２８】
つまり、搭乗者が移動体２を前進又は後進させるために、移動体２を前後方向に傾動させると、当該移動体２の傾動量を姿勢検出器７１及び７２が検出し、検出値を示す信号が左右の倒立制御器１６Ｌ、１６Ｒ及び２６Ｌ、２６Ｒにそれぞれ入力される。また、搭乗者が移動体２を右側又は左側に旋回させるために、ステッププレート３を旋回方向に回転させると、当該ステッププレート３の回転量を角度検出器８１及び８２が検出し、検出値を示す信号が左右の倒立制御器１６Ｌ、１６Ｒ及び２６Ｌ、２６Ｒにそれぞれ入力される。左右の倒立制御器１６Ｌ、１６Ｒ及び２６Ｌ、２６Ｒは、入力される検出値に基づいて、倒立制御を維持しつつ、移動体２が前進又は後進、さらに旋回するように、左右の多重系モータ５１Ｌ、５１Ｒの速度指令を生成する。左右の倒立制御器１６Ｌ、１６Ｒ及び２６Ｌ、２６Ｒは、生成した速度指令を示す信号を左右の比較器１２Ｌ、１２Ｒ及び２２Ｌ、２２Ｒに出力する。第１の制御系１１及び第２の制御系２１の以後の動作は、上述したので省略するが、第１の制御系１１は、倒立制御器１６Ｌ（１６Ｒ）が生成した速度指令と速度検出器６１Ｌ（６１Ｒ）から入力される多重系モータ５１Ｌ（５１Ｒ）の実速度とに基づいて、多重系モータ５１Ｌ（５１Ｒ）の一方の系をＰＩ制御する。一方、第２の制御系２１は、倒立制御器２６Ｌ（２６Ｒ）が生成した速度指令と速度検出器６１Ｌ（６１Ｒ）から入力される多重系モータ５１Ｌ（５１Ｒ）の実速度とに基づいて、多重系モータ５１Ｌ（５１Ｒ）の他方の系をＰ制御する。
【００２９】
このような制御装置１を用いた移動体２は、所望の動作を精度良く実現することができる。
【００３０】
＜実施の形態２＞
実施の形態１の多重系モータの制御装置１は、第１の制御系１１のみに積分制御器１３２を搭載したので、第１の制御系１１の消費電力が大きくなる。
【００３１】
そこで、本実施の形態の多重系モータの制御装置１０は、図４に示すように、第１の制御系１１と同様に、第２の制御系２１も、積分制御器２３２、比較器２３３を備える構成とし、第１の制御系１１に電源を供給するバッテリ３１又は第２の制御系２１に電源を供給するバッテリ４１のバッテリ残量の多い側のバッテリが電源を供給する制御系の積分制御器を動作させる。
【００３２】
詳細には、第１の制御系１１は、実施の形態１の構成に加え、さらに切替器１３４、バッテリ３１の電圧検出器１３５、切替制御器１３６を備える。切替器１３４は、積分制御器１３２と比較器１３３との間に設けられている。切替器１３４は、切替制御器１３６の制御に基づいて、積分制御器１３２を動作させるか否かを切り替えるスイッチ素子である。切替制御器１３６は、第２の制御系２１の切替制御器２３６との間で、有線又は無線によって相互に信号の入出力ができる構成とされている。切替制御器１３６は、電圧検出器１３５からバッテリ３１の電圧値を示す信号が入力され、当該電圧値と第２の制御系２１の切替制御器２３６から入力されるバッテリ４１の電圧値とに基づいて、切替器１３４を制御する。
【００３３】
一方、第２の制御系２１は、実施の形態１の構成に加えて、さらに積分制御器２３２、比較器２３３、切替器２３４、バッテリ４１の電圧検出器２３５、切替制御器２３６を備える。つまり、第１の制御系１１と略同様に、切替制御器２３６が、電圧検出器２３５からバッテリ４１の電圧値を示す信号が入力され、当該電圧値と第１の制御系１１の切替制御器１３６から入力されるバッテリ３１の電圧値とに基づいて、切替器２３４を制御する。
【００３４】
つまり、第１の制御系１１及び第２の制御系２１は、図５に示すように動作する。先ず、第１の制御系１１の切替制御器１３６は、電圧検出器１３５からバッテリ３１の電圧値を取得する（Ｓ１）。同様に、第２の制御系２１の切替制御器２３６は、電圧検出器２３５からバッテリ４１の電圧値を取得する（Ｓ２）。そして、切替制御器１３６、２３６は、相互のバッテリの電圧値を比較して（Ｓ３）、バッテリ残量の多い側のバッテリを判定し、当該バッテリが電源を供給する側の制御系の積分制御器が動作するように切替器を制御し、他方側の制御系の積分制御器は動作しないように切替器を制御する（Ｓ４）。これにより、バッテリの片減りを軽減することができる。
【００３５】
以上、本発明に係る多重系モータの制御装置及び移動体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、移動体に用いているが、用いる装置は特に限定されない。
上記実施の形態の多重系モータの制御装置は、２重系モータを例に説明したが、系の数は特に限定されない。
【符号の説明】
【００３６】
１  多重系モータの制御装置
２  移動体
３  ステッププレート
１０  制御装置
１１  第１の制御系
１２（１２Ｌ、１２Ｒ）  比較器
１３（１３Ｌ、１３Ｒ）  速度制御器
１４（１４Ｌ、１４Ｒ）  電流制御器
１５（１５Ｌ、１５Ｒ）  インバータ
１６Ｌ、１６Ｒ  倒立制御器
２１  第２の制御系
２２（２２Ｌ、２２Ｒ）  比較器
２３（２３Ｌ、２３Ｒ）  速度制御器
２４（２４Ｌ、２４Ｒ）  電流制御器
２５（２５Ｌ、２５Ｒ）  インバータ
２６Ｌ、２６Ｒ  倒立制御器
３１、４１  バッテリ
５１（５１Ｌ、５１Ｒ）  多重系モータ
６１（６１Ｌ、６１Ｒ）  速度検出器
７１、７２  姿勢検出器
８１、８２  角度検出器
１３１  比例制御器、１３２  積分制御器、１３３  比較器、１３４  切替器、１３５  電圧検出器、１３６  切替制御器
２３１  比例制御器、２３２  積分制御器、２３３  比較器、２３４  切替器、２３５  電圧検出器、２３６  切替制御器
【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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