(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に往復運動する可動鉄片と、
前記可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、前記磁気吸引力によって前記可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、
前記可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサと
を備えた電磁アクチュエータ制御装置であって、
前記可動鉄片の目標位置に対応する位置指令と前記変位情報との偏差に基づいて、前記磁気吸引力に対応する磁気吸引力指令を出力するフィードバック制御器と、
前記磁気吸引力指令および前記変位情報に基づいて、第１および第２の供給電流指令を出力する電流補償器と、
前記第１の供給電流指令に基づいて、前記第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、
前記第２の供給電流指令に基づいて、前記第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器とを有し、
前記電流補償器は、
前記磁気吸引力指令の符号に応じて、前記第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、前記可動鉄片を前記目標位置に位置させるための前記一方の電磁石に対する供給電流に対応した供給電流指令を算出するとともに、前記他方の電磁石に対する供給電流を零値とする供給電流指令を算出し、
更に、
前記磁気吸引力指令の絶対値が第１の所定値以下である第１の条件を判定する第１の条件判定部と、前記磁気吸引力指令の時間変化率の絶対値が第２の所定値以上である第２の条件を判定する第２の条件判定部とを備え、
前記第１および第２の条件が共に成立する場合には、前記磁気吸引力指令の絶対値に反比例する大きさの補助磁気吸引力指令を算出し、
前記第１および第２の条件の少なくとも一方が不成立となる場合には、前記補助磁気吸引力指令を零値とし、
前記補助磁気吸引力指令および前記変位情報に基づいて、前記第１および第２の電磁石が発生する前記磁気吸引力の向きに対応した第１および第２の補助供給電流指令を算出し、
前記第１の供給電流指令は、前記第１の補助供給電流指令が重畳されて出力され、前記第２の供給電流指令は、前記第２の補助供給電流指令が重畳されて出力されることを特徴とする電磁アクチュエータ制御装置。
【請求項２】
所定方向に往復運動する可動鉄片と、
前記可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、前記磁気吸引力によって前記可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、
前記可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサと
を備えた電磁アクチュエータ制御装置であって、
前記可動鉄片の目標位置に対応する位置指令と前記変位情報との偏差に基づいて、前記磁気吸引力に対応する磁気吸引力指令を出力するフィードバック制御器と、
前記磁気吸引力指令および前記変位情報に基づいて、第１および第２の供給電流指令を出力する電流補償器と、
前記第１の供給電流指令に基づいて、前記第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、
前記第２の供給電流指令に基づいて、前記第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器とを有し、
前記電流補償器は、
前記磁気吸引力指令の符号に応じて、前記第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、前記可動鉄片を前記目標位置に位置させるための前記一方の電磁石に対する供給電流に対応した供給電流指令を算出するとともに、前記他方の電磁石に対する供給電流を零値とする供給電流指令を算出し、
前記位置指令は、前記磁気吸引力指令が零値となる時点において、前記磁気吸引力指令の時間変化率が零値となるように軌道設計されることを特徴とする電磁アクチュエータ制御装置。
【請求項３】
所定方向に往復運動する可動鉄片と、
前記可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、前記磁気吸引力によって可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、
前記可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサと
を備えた電磁アクチュエータ制御装置において、
前記磁気吸引力に対応する磁気吸引力指令と前記変位情報とに基づいて、第１および第２の供給電流指令を出力する電流補償器と、
前記第１の供給電流指令に基づいて、前記第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、
前記第２の供給電流指令に基づいて、前記第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器と、
前記可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、前記磁気吸引力指令と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第１の伝達関数要素と、
前記位置指令に基づいてフィードバックループ位置指令を出力する第２の伝達関数要素と、
前記フィードバックループ位置指令と前記変位情報との偏差に基づいて、フィードバックループ磁気吸引力指令を出力するフィードバック制御器とを有し、
前記電流補償器は、
前記フィードフォワードループ磁気吸引力指令および前記フィードバックループ磁気吸引力指令を加算した前記磁気吸引力指令の符号に応じて、前記第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、前記可動鉄片を前記目標位置に位置させるための前記一方の電磁石に対する供給電流に対応した供給電流指令を算出するとともに、前記他方の電磁石に対する供給電流を零値とする供給電流指令を算出し、
前記第２の伝達関数要素は、
前記電流補償器、前記第１および第２の電力増幅器、前記第１および第２の電磁石、前記可動鉄片、および前記変位センサと同等の入出力関係を有する第３の伝達関数要素と、前記可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、前記磁気吸引力指令と同等の磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第４の伝達関数要素との極零相殺を許容した直列結合で、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たないことを特徴とし、
前記位置指令は、前記フィードフォワードループ磁気吸引力指令が零値となる時点において、前記フィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率が零値となるように軌道設計されることを特徴とする電磁アクチュエータ制御装置。
【請求項４】
所定方向に往復運動する可動鉄片と、
前記可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、前記磁気吸引力によって、可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、
前記可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサと
を備えた電磁アクチュエータ制御装置において、
前記磁気吸引力に対応する磁気吸引力指令と前記変位情報とに基づいて、第１および第２の供給電流指令を出力する電流補償器と、
前記第１の供給電流指令に基づいて、前記第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、
前記第２の供給電流指令に基づいて、前記第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器と、
前記可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、前記磁気吸引力指令と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第１の伝達関数要素と、
前記位置指令に基づいてフィードバックループ位置指令を出力する第２の伝達関数要素と、
前記変位情報に基づいて前記可動鉄片の可動速度を算出して速度情報を出力する第５の伝達関数要素と、
前記フィードフォワードループ磁気吸引力指令を入力する第６の伝達関数要素と、
前記フィードバックループ位置指令および前記変位情報の偏差を入力し、フィードバックループ速度指令を出力するフィードバック位置制御器と、
前記フィードバックループ速度指令、前記速度情報、および、前記第６の伝達関数要素の出力指令に基づいて、フィードバックループ磁気吸引力指令を出力するフィードバック速度制御器とを有し、
前記電流補償器は、
前記フィードフォワードループ磁気吸引力指令および前記フィードバックループ磁気吸引力指令を加算した前記磁気吸引力指令の符号に応じて、前記第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、前記可動鉄片を前記目標位置に位置させるための前記一方の電磁石に対する供給電流に対応した供給電流指令を算出するとともに、前記他方の電磁石に対する供給電流を零値とする供給電流指令を算出し、
前記第２の伝達関数要素は、
前記電流補償器、前記第１および第２の電力増幅器、前記第１および第２の電磁石、前記可動鉄片、および前記変位センサと同等の入出力関係を有する第３の伝達関数要素と、前記可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、前記磁気吸引力指令と同等の磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第４の伝達関数要素との極零相殺を許容した直列結合で、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たず、
前記第６の伝達関数要素は、
前記第３および第５の伝達関数要素が直列結合されたものであることを特徴とし、
前記位置指令は、前記フィードフォワードループ磁気吸引力指令が零値となる時点において、前記フィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率が零値となるように軌道設計されることを特徴とする電磁アクチュエータ制御装置。
【請求項５】
所定方向に往復運動する可動鉄片と、
前記可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、前記磁気吸引力によって、可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、
前記可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサと
を備えた電磁アクチュエータ制御装置において、
前記磁気吸引力に対応するフィードフォワードループ磁気吸引力指令と前記変位情報とに基づいて、第１および第２のフィードフォワードループ供給電流指令を出力するフィードフォワード電流補償器と、
前記磁気吸引力に対応するフィードバックループ磁気吸引力指令と前記変位情報とに基づいて、第１および第２のフィードバックループ供給電流指令を出力するフィードバック電流補償器と、
前記第１のフィードフォワードループ供給電流指令および前記第１のフィードバックループ供給電流指令を加算した第１の供給電流指令に基づいて、前記第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、
前記第２のフィードフォワードループ供給電流指令および前記第２のフィードバックループ供給電流指令を加算した第２の供給電流指令に基づいて、前記第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器と、
前記可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、前記磁気吸引力と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第１の伝達関数要素と、
前記位置指令に基づいてフィードバックループ位置指令を出力する第２の伝達関数要素と、
前記フィードバックループ位置指令および前記変位情報の偏差に基づいて、前記フィードバックループ磁気吸引力指令を出力するフィードバック制御器とを有し、
前記フィードフォワード電流補償器は、
前記フィードフォワードループ磁気吸引力指令の符号に応じて、前記第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、前記可動鉄片を前記目標位置に位置させるための前記一方の電磁石に対する供給電流に対応したフィードフォワードループ供給電流指令を算出するとともに、前記他方の電磁石に対する供給電流を零値とするフィードフォワードループ供給電流指令を算出し、
前記フィードバック電流補償器は、
前記フィードバックループ磁気吸引力指令の符号に応じて、前記第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、前記可動鉄片を前記目標位置に位置させるための前記一方の電磁石に対する供給電流に対応したフィードバックループ供給電流指令を算出するとともに、前記他方の電磁石に対する供給電流を零値とするフィードバックループ供給電流指令を算出し、
前記第２の伝達関数要素は、
前記フィードフォワード電流補償器、前記第１および第２の電力増幅器、前記第１および第２の電磁石、前記可動鉄片、および前記変位センサと同等の入出力関係を有する第３の伝達関数要素と、前記可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、前記磁気吸引力と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第４の伝達関数要素との極零相殺を許容した直列結合で、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たないことを特徴とする電磁アクチュエータ制御装置。
【請求項６】
所定方向に往復運動する可動鉄片と、
前記可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、前記磁気吸引力によって、可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、
前記可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサと
を備えた電磁アクチュエータ制御装置において、
前記磁気吸引力に対応するフィードフォワードループ磁気吸引力指令と前記変位情報とに基づいて、第１および第２のフィードフォワードループ供給電流指令を出力するフィードフォワード電流補償器と、
前記磁気吸引力に対応するフィードバックループ磁気吸引力指令と前記変位情報とに基づいて、第１および第２のフィードバックループ供給電流指令を出力するフィードバック電流補償器と、
前記第１のフィードフォワードループ供給電流指令および前記第１のフィードバックループ供給電流指令を加算した第１の供給電流指令に基づいて、前記第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、
前記第２のフィードフォワードループ供給電流指令および前記第２のフィードバックループ供給電流指令を加算した第２の供給電流指令に基づいて、前記第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器と、
前記可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、前記磁気吸引力と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力し、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第１の伝達関数要素と、
前記位置指令に基づいてフィードバックループ位置指令を出力する第２の伝達関数要素と、
前記変位情報に基づいて前記可動鉄片の可動速度を算出して速度情報を出力する第５の伝達関数要素と、
前記フィードフォワードループ磁気吸引力指令を入力する第６の伝達関数要素と、
前記フィードバックループ位置指令および前記変位情報の偏差を入力し、フィードバックループ速度指令を出力するフィードバック位置制御器と、
前記フィードバックループ速度指令、前記速度情報、および、前記第６の伝達関数要素の出力指令に基づいて、前記フィードバックループ磁気吸引力指令を出力するフィードバック速度制御器とを有し、
前記フィードフォワード電流補償器は、
前記フィードフォワードループ磁気吸引力指令の符号に応じて、前記第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、前記可動鉄片を前記目標位置に位置させるための前記一方の電磁石に対する供給電流に対応したフィードフォワードループ供給電流指令を算出するとともに、前記他方の電磁石に対する供給電流を零値とするフィードフォワードループ供給電流指令を算出し、
前記フィードバック電流補償器は、
前記フィードバックループ磁気吸引力指令の符号に応じて、前記第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、前記可動鉄片を前記目標位置に位置させるための前記一方の電磁石に対する供給電流に対応したフィードバックループ供給電流指令を算出するとともに、前記他方の電磁石に対する供給電流を零値とするフィードバックループ供給電流指令を算出し、
前記第２の伝達関数要素は、
前記フィードフォワード電流補償器、前記第１および第２の電力増幅器、前記第１および第２の電磁石、前記可動鉄片、および前記変位センサと同等の入出力関係を有する第３の伝達関数要素と、前記可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、前記磁気吸引力と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第４の伝達関数要素との極零相殺を許容した直列結合で、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たず、
前記第６の伝達関数要素は、
前記第３および第５の伝達関数要素が直列結合されたものであることを特徴とする電磁アクチュエータ制御装置。
【請求項７】
前記フィードフォワード電流補償器は、
前記フィードフォワードループ磁気吸引力指令の絶対値が第１の所定値以下である第１の条件を判定する第１の条件判定部と、前記フィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率の絶対値が第２の所定値以上である第２の条件を判定する第２の条件判定部とを備え、
前記第１および第２の条件が共に成立する場合には、前記フィードフォワードループ磁気吸引力指令の絶対値に反比例する大きさの補助磁気吸引力指令を算出し、
前記第１および第２の条件の少なくとも一方が不成立となる場合には、前記補助磁気吸引力指令を零値とし、
前記補助磁気吸引力指令および前記変位情報に基づいて、前記第１および第２の電磁石が発生する前記磁気吸引力の向きに対応した第１および第２の補助供給電流指令を算出し、
前記第１のフィードフォワードループ供給電流指令は、前記第１の補助供給電流指令が重畳されて出力され、前記第２のフィードフォワードループ供給電流指令は、前記第２の補助供給電流指令が重畳されて出力されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電磁アクチュエータ制御装置。
【請求項８】
前記位置指令は、前記フィードフォワードループ磁気吸引力指令が零値となる時点において、前記フィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率が零値となるように軌道設計されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電磁アクチュエータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁アクチュエータを用いて可動鉄片の位置決め制御を行う電磁アクチュエータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開昭５２−９８６０号公報に示された従来の電磁アクチュエータ制御装置は、電磁アクチュエータ制御回路を２個用いて装置を構成している。図１３は、従来の電磁アクチュエータ制御回路を示す回路図である。図１４は、２個の電磁アクチュエータ制御回路を示す等価回路図である。
【０００３】
図１３において、１は可動鉄片３を有する電磁石、４は電磁石１の巻線抵抗のみによって電流が制限されるときの電磁石１に必要な電流を与えるために要する電圧よりも十分に高い出力電圧を示す直流電源、１０１および１０２は電磁石１のフライホイールダイオード、１０３および１０４は入力制御電圧に応答して電磁石１を付勢し、かつ消勢するスイッチとして働くスイッチングトランジスタである。
【０００４】
続いて、１０５、１０６、１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１４、および１１５は抵抗、１０７はツェナダイオード、１１３は電磁石１の巻線電流に比例する抵抗１０８からの電流フィードバック電圧および所望の巻線電流を表す抵抗１１０にかかる電圧を入力として、シュミットトリガとして作動する演算増幅器、１１６は抵抗１１４を介して演算増幅器１１３の出力により駆動され、抵抗１１５を介してスイッチングトランジスタ１０３を駆動するトランジスタである。
【０００５】
図１４において、１００は図１３に示す電磁アクチュエータ制御回路において直流電源４を除いた部分を簡略化した等価回路である。また、図１３のスイッチングトランジスタ１０３および１０４を、それぞれオン−オフスイッチ１０３および１０４で表記している。
【０００６】
また、１２０も同様に、図１３に示す電磁アクチュエータ制御回路において直流電源４を除いた部分を簡略化した等価回路であり、１２１および１２２は、１０１および１０２にそれぞれ機能的に対応するフライホイールダイオード、１２３および１２４は、１０３および１０４にそれぞれ機能的に対応するスイッチングトランジスタを簡略化したオン−オフスイッチ、２は電磁アクチュエータ制御回路１００における電磁石１と同様に、可動鉄片３を有する電磁石である。
【０００７】
また、図１３で図示されており、図１４の電磁アクチュエータ制御回路１００、１２０に図示されていない構成要素及び入力信号は、スイッチングトランジスタ１０３、１０４、１２３、１２４の動作を制御している。
【０００８】
これらの電磁アクチュエータ制御回路１００、１２０は、ダイオード１３０を介して直流電源４に結合され、かつコンデンサ１３１によってシャントされている。
【０００９】
次に、従来の電磁アクチュエータ制御装置の動作について説明する。
【００１０】
一方の電磁アクチュエータ制御回路１００において、スイッチングトランジスタ１０４が非導通状態のとき、電磁石１および直流電源４は、ダイオード１０１、１０２と直列に接続されるが、この両ダイオード１０１、１０２は電磁石１の巻線に電流（巻線電流）が流れるのを防ぐ働きをする。
【００１１】
また、入力信号が与えられてスイッチングトランジスタ１０４が導通したとき、電磁石１は、スイッチングトランジスタ１０３、１０４と直列に直流電源４に接続され、ここで、スイッチングトランジスタ１０３は、入力信号および電磁石１の巻線電流に比例する電流フィードバック電圧に基づいて導通と非導通とが制御される。
【００１２】
もし、スイッチングトランジスタ１０３が導通されるならば、直流電源４の全電圧からダイオード１３０の順方向電圧降下と、スイッチングトランジスタ１０３、１０４の各コレクタ−エミッタ電圧とを引いた電圧値が電磁石１の巻線に印加され、この印加電圧をＥ[Ｖ]、電磁石１のインダクタンスをＬ[Ｈ]とすると、電磁石１の巻線電流は、最初にＥ／Ｌ[Ａ／ｓ]の変化率で上昇する。
【００１３】
ここで、スイッチングトランジスタ１０３が非道通状態になると、電磁石１の巻線電流は、急激に停止することができずにダイオード１０２にスイッチされ、電磁石１→スイッチングトランジスタ１０４→ダイオード１０２→電磁石１という受動的な電流ループを形成し、十分に低い速度で巻線電流が減衰する。
【００１４】
したがって、電磁石１を付勢するときには、スイッチングトランジスタ１０４は継続的に導通され、スイッチングトランジスタ１０３は、電磁石１の巻線電流を所望の値に維持するように間欠的に導通される。
【００１５】
次に、入力信号によりスイッチングトランジスタ１０３、１０４が共に非導通状態となると、電磁石１の巻線電流は急激に停止することができずに、ダイオード１０１、１０２にスイッチされ、ダイオード１０１、１０２が導通状態となって、直流電源４の全電圧が電磁石１に対して電流の流れと逆極性で印加されるために、巻線電流は初期の付勢時と同じ高速度で減衰し、また、両ダイオード１０１、１０２によって巻線電流の逆流が防止される。
【００１６】
したがって、電磁石１を消勢する場合、スイッチングトランジスタ１０３、１０４は共に非導通状態に制御される。
【００１７】
このような電磁アクチュエータ制御回路１００の動作により、電磁石１の巻線電流が制御され、電磁石１と可動鉄片３との間に働く磁気吸引力が制御される。また、電磁アクチュエータ制御回路１２０においても、電磁アクチュエータ制御回路１００と同様の動作によって電磁石２の巻線電流が制御され、電磁石２と可動鉄片３との間に働く磁気吸引力が制御される。
【００１８】
したがって、この両者の電磁石が作用する磁気吸引力が同方向で逆向きとように電磁石１、２と可動鉄片３とを配置することにより、可動鉄片３の両方向機械運動を達成することができる。
【００１９】
このような電磁アクチュエータ制御回路において、電磁石への供給電流（巻線電流）Ｉ[Ａ]と、印加電圧Ｅ[Ｖ]と、インダクタンスＬ[Ｈ]との間には、以下の式（１）のような関係が成立する。
【００２０】
|dI/dt|  ≦   E/L          ・・・    （１）
【００２１】
したがって、所定の電磁石に対して電磁アクチュエータ制御回路に接続する直流電源電圧を設定すると、電磁石への供給電流Ｉの時間変化率は、式（１）を満足する範囲内で許容される。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電磁アクチュエータ制御装置は以上のように、電磁アクチュエータを用いて可動鉄片の機械運動を達成するような系において、可動鉄片の高速な位置決め制御を実現するため、電磁石への供給電流の時間変化率の絶対値｜ｄＩ／ｄｔ｜の最大値を大きくする場合には、常に式（１）が成立するように、直流電源電圧を高電圧に設定しなければならないという問題点があった。
【００２３】
また、供給電流の時間変化率の絶対値｜ｄＩ／ｄｔ｜が、式（２）となる期間が発生した場合、この期間においては、電磁石に印加電圧飽和が発生して所望の供給電流制御を実現できなくなり、可動鉄片の高速な位置決め制御においてダンピング特性が劣化する等の制御性能の低下を招くという問題点があった。
【００２４】
|dI/dt|  ＞   E/L          ・・・    （２）
【００２５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、供給電流の時間変化率の絶対値の最大値を極力低減して、直流電源電圧を低電圧化し、印加電圧飽和の発生と制御性能の低下とを防止することのできる電磁アクチュエータ制御装置を得ることを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電磁アクチュエータ制御装置は、所定方向に往復運動する可動鉄片と、可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、磁気吸引力によって可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサとを備えた電磁アクチュエータ制御装置であって、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令と変位情報との偏差に基づいて、磁気吸引力に対応する磁気吸引力指令を出力するフィードバック制御器と、磁気吸引力指令および変位情報に基づいて、第１および第２の供給電流指令を出力する電流補償器と、第１の供給電流指令に基づいて、第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、第２の供給電流指令に基づいて、第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器とを有し、電流補償器は、磁気吸引力指令の符号に応じて、第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、可動鉄片を目標位置に位置させるための一方の電磁石に対する供給電流に対応した供給電流指令を算出するとともに、他方の電磁石に対する供給電流を零値とする供給電流指令を算出し、更に、磁気吸引力指令の絶対値が第１の所定値以下である第１の条件を判定する第１の条件判定部と、磁気吸引力指令の時間変化率の絶対値が第２の所定値以上である第２の条件を判定する第２の条件判定部とを備え、第１および第２の条件が共に成立する場合には、磁気吸引力指令の絶対値に反比例する大きさの補助磁気吸引力指令を算出し、第１および第２の条件の少なくとも一方が不成立となる場合には、補助磁気吸引力指令を零値とし、補助磁気吸引力指令および変位情報に基づいて、第１および第２の電磁石が発生する磁気吸引力の向きに対応した第１および第２の補助供給電流指令を算出し、第１の供給電流指令は、第１の補助供給電流指令が重畳されて出力され、第２の供給電流指令は、第２の補助供給電流指令が重畳されて出力されるものである。
【００２８】
この発明に係る電磁アクチュエータ制御装置は、所定方向に往復運動する可動鉄片と、可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、磁気吸引力によって可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサとを備えた電磁アクチュエータ制御装置であって、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令と変位情報との偏差に基づいて、磁気吸引力に対応する磁気吸引力指令を出力するフィードバック制御器と、磁気吸引力指令および変位情報に基づいて、第１および第２の供給電流指令を出力する電流補償器と、第１の供給電流指令に基づいて、第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、第２の供給電流指令に基づいて、第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器とを有し、電流補償器は、磁気吸引力指令の符号に応じて、第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、可動鉄片を目標位置に位置させるための一方の電磁石に対する供給電流に対応した供給電流指令を算出するとともに、他方の電磁石に対する供給電流を零値とする供給電流指令を算出し、位置指令は、磁気吸引力指令が零値となる時点において、磁気吸引力指令の時間変化率が零値となるように軌道設計されるものである。
【００２９】
また、この発明に係る電磁アクチュエータ制御装置は、所定方向に往復運動する可動鉄片と、可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、磁気吸引力によって可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサとを備えた電磁アクチュエータ制御装置において、磁気吸引力に対応する磁気吸引力指令と変位情報とに基づいて、第１および第２の供給電流指令を出力する電流補償器と、第１の供給電流指令に基づいて、第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、第２の供給電流指令に基づいて、第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器と、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、磁気吸引力指令と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第１の伝達関数要素と、位置指令に基づいてフィードバックループ位置指令を出力する第２の伝達関数要素と、フィードバックループ位置指令と変位情報との偏差に基づいて、フィードバックループ磁気吸引力指令を出力するフィードバック制御器とを有し、電流補償器は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令およびフィードバックループ磁気吸引力指令を加算した磁気吸引力指令の符号に応じて、第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、可動鉄片を目標位置に位置させるための一方の電磁石に対する供給電流に対応した供給電流指令を算出するとともに、他方の電磁石に対する供給電流を零値とする供給電流指令を算出し、第２の伝達関数要素は、電流補償器、第１および第２の電力増幅器、第１および第２の電磁石、可動鉄片、および変位センサと同等の入出力関係を有する第３の伝達関数要素と、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、磁気吸引力指令と同等の磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第４の伝達関数要素との極零相殺を許容した直列結合で、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たないことを特徴とし、位置指令は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令が零値となる時点において、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率が零値となるように軌道設計されるものである。
【００３０】
また、この発明に係る電磁アクチュエータ制御装置は、所定方向に往復運動する可動鉄片と、可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、磁気吸引力によって、可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサとを備えた電磁アクチュエータ制御装置において、磁気吸引力に対応する磁気吸引力指令と変位情報とに基づいて、第１および第２の供給電流指令を出力する電流補償器と、第１の供給電流指令に基づいて、第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、第２の供給電流指令に基づいて、第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器と、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、磁気吸引力指令と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第１の伝達関数要素と、位置指令に基づいてフィードバックループ位置指令を出力する第２の伝達関数要素と、変位情報に基づいて可動鉄片の可動速度を算出して速度情報を出力する第５の伝達関数要素と、フィードフォワードループ磁気吸引力指令を入力する第６の伝達関数要素と、フィードバックループ位置指令および変位情報の偏差を入力し、フィードバックループ速度指令を出力するフィードバック位置制御器と、フィードバックループ速度指令、速度情報、および、第６の伝達関数要素の出力指令に基づいて、フィードバックループ磁気吸引力指令を出力するフィードバック速度制御器とを有し、電流補償器は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令およびフィードバックループ磁気吸引力指令を加算した磁気吸引力指令の符号に応じて、第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、可動鉄片を目標位置に位置させるための一方の電磁石に対する供給電流に対応した供給電流指令を算出するとともに、他方の電磁石に対する供給電流を零値とする供給電流指令を算出し、第２の伝達関数要素は、電流補償器、第１および第２の電力増幅器、第１および第２の電磁石、可動鉄片、および変位センサと同等の入出力関係を有する第３の伝達関数要素と、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、磁気吸引力指令と同等の磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第４の伝達関数要素との極零相殺を許容した直列結合で、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たず、第６の伝達関数要素は、第３および第５の伝達関数要素が直列結合されたものであることを特徴とし、位置指令は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令が零値となる時点において、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率が零値となるように軌道設計されるものである。
【００３２】
また、この発明に係る電磁アクチュエータ制御装置は、所定方向に往復運動する可動鉄片と、可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、磁気吸引力によって、可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサとを備えた電磁アクチュエータ制御装置において、磁気吸引力に対応するフィードフォワードループ磁気吸引力指令と変位情報とに基づいて、第１および第２のフィードフォワードループ供給電流指令を出力するフィードフォワード電流補償器と、磁気吸引力に対応するフィードバックループ磁気吸引力指令と変位情報とに基づいて、第１および第２のフィードバックループ供給電流指令を出力するフィードバック電流補償器と、第１のフィードフォワードループ供給電流指令および第１のフィードバックループ供給電流指令を加算した第１の供給電流指令に基づいて、第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、第２のフィードフォワードループ供給電流指令および第２のフィードバックループ供給電流指令を加算した第２の供給電流指令に基づいて、第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器と、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、磁気吸引力と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第１の伝達関数要素と、位置指令に基づいてフィードバックループ位置指令を出力する第２の伝達関数要素と、フィードバックループ位置指令および変位情報の偏差に基づいて、フィードバックループ磁気吸引力指令を出力するフィードバック制御器とを有し、フィードフォワード電流補償器は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の符号に応じて、第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、可動鉄片を目標位置に位置させるための一方の電磁石に対する供給電流に対応したフィードフォワードループ供給電流指令を算出するとともに、他方の電磁石に対する供給電流を零値とするフィードフォワードループ供給電流指令を算出し、フィードバック電流補償器は、フィードバックループ磁気吸引力指令の符号に応じて、第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、可動鉄片を目標位置に位置させるための一方の電磁石に対する供給電流に対応したフィードバックループ供給電流指令を算出するとともに、他方の電磁石に対する供給電流を零値とするフィードバックループ供給電流指令を算出し、第２の伝達関数要素は、フィードフォワード電流補償器、第１および第２の電力増幅器、第１および第２の電磁石、可動鉄片、および変位センサと同等の入出力関係を有する第３の伝達関数要素と、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、磁気吸引力と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第４の伝達関数要素との極零相殺を許容した直列結合で、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たないものである。
【００３３】
また、この発明に係る電磁アクチュエータ制御装置は、所定方向に往復運動する可動鉄片と、可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、磁気吸引力によって、可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサとを備えた電磁アクチュエータ制御装置において、磁気吸引力に対応するフィードフォワードループ磁気吸引力指令と変位情報とに基づいて、第１および第２のフィードフォワードループ供給電流指令を出力するフィードフォワード電流補償器と、磁気吸引力に対応するフィードバックループ磁気吸引力指令と変位情報とに基づいて、第１および第２のフィードバックループ供給電流指令を出力するフィードバック電流補償器と、第１のフィードフォワードループ供給電流指令および第１のフィードバックループ供給電流指令を加算した第１の供給電流指令に基づいて、第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、第２のフィードフォワードループ供給電流指令および第２のフィードバックループ供給電流指令を加算した第２の供給電流指令に基づいて、第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器と、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、磁気吸引力と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力し、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第１の伝達関数要素と、位置指令に基づいてフィードバックループ位置指令を出力する第２の伝達関数要素と、変位情報に基づいて可動鉄片の可動速度を算出して速度情報を出力する第５の伝達関数要素と、フィードフォワードループ磁気吸引力指令を入力する第６の伝達関数要素と、フィードバックループ位置指令および変位情報の偏差を入力し、フィードバックループ速度指令を出力するフィードバック位置制御器と、フィードバックループ速度指令、速度情報、および、第６の伝達関数要素の出力指令に基づいて、フィードバックループ磁気吸引力指令を出力するフィードバック速度制御器とを有し、フィードフォワード電流補償器は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の符号に応じて、第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、可動鉄片を目標位置に位置させるための一方の電磁石に対する供給電流に対応したフィードフォワードループ供給電流指令を算出するとともに、他方の電磁石に対する供給電流を零値とするフィードフォワードループ供給電流指令を算出し、フィードバック電流補償器は、フィードバックループ磁気吸引力指令の符号に応じて、第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、可動鉄片を目標位置に位置させるための一方の電磁石に対する供給電流に対応したフィードバックループ供給電流指令を算出するとともに、他方の電磁石に対する供給電流を零値とするフィードバックループ供給電流指令を算出し、第２の伝達関数要素は、フィードフォワード電流補償器、第１および第２の電力増幅器、第１および第２の電磁石、可動鉄片、および変位センサと同等の入出力関係を有する第３の伝達関数要素と、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、磁気吸引力と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第４の伝達関数要素との極零相殺を許容した直列結合で、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たず、第６の伝達関数要素は、第３および第５の伝達関数要素が直列結合されたものである。
【００３４】
また、この発明に係る電磁アクチュエータ制御装置のフィードフォワード電流補償器は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の絶対値が第１の所定値以下である第１の条件を判定する第１の条件判定部と、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率の絶対値が第２の所定値以上である第２の条件を判定する第２の条件判定部とを備え、第１および第２の条件が共に成立する場合には、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の絶対値に反比例する大きさの補助磁気吸引力指令を算出し、第１および第２の条件の少なくとも一方が不成立となる場合には、補助磁気吸引力指令を零値とし、補助磁気吸引力指令および変位情報に基づいて、第１および第２の電磁石が発生する磁気吸引力の向きに対応した第１および第２の補助供給電流指令を算出し、第１のフィードフォワードループ供給電流指令は、第１の補助供給電流指令が重畳されて出力され、第２のフィードフォワードループ供給電流指令は、第２の補助供給電流指令が重畳されて出力されるものである。
【００３５】
また、この発明に係る電磁アクチュエータ制御装置の位置指令は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令が零値となる時点において、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率が零値となるように軌道設計されるものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
【００３７】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。図１はこの発明の実施の形態１を示すブロック構成図である。
【００３８】
図１において、電磁アクチュエータ制御装置は、磁気吸引力を発生させる電磁石を２個備えており、電磁石１は、可動鉄片３に対してその所定の可動方向の向きに磁気吸引力を発生し、また、電磁石２は、可動鉄片に対して電磁石１が発生する磁気吸引力と逆向きに磁気吸引力を発生するように、電磁石１、２は、対向して設置されている。
【００３９】
続いて、電磁アクチュエータ制御装置は、電磁石１、２が発生する磁気吸引力によって所定方向に往復運動する可動鉄片３と、可動鉄片３の可動方向の変位を計測し、変位情報ｙを出力する変位センサ９とを備えている。
【００４０】
また、変位センサ９からの変位情報ｙおよび可動鉄片３に対するステップ状の位置指令ｒに基づいて磁気吸引力指令ｕｒを出力するフィードバック制御器５と、磁気吸引力指令ｕｒおよび変位センサ９からの変位情報ｙに基づいて電磁石１、２に対する供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒを出力する電流補償器６と、供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒに基づいて電磁石１、２にそれぞれ供給電流（巻線電流）Ｉ１、Ｉ２を供給する電力増幅器７、８とを備えている。
【００４１】
図２は、この発明の実施の形態１による動作特性を示す特性図である。なお、位置指令ｒの遷移開始時間をｔ＝０として、図２内の時間軸を統一している。
【００４２】
図２において、図２（ａ）は、磁気吸引力指令ｕｒの時間波形２０１と磁気吸引力指令の絶対値｜ｕｒ｜に対する閾値２０１１とを示す。図２（ｂ）は、磁気吸引力指令の時間変化率ｄｕｒ／ｄｔの時間波形２０２と、磁気吸引力指令の時間変化率の絶対値｜ｄｕｒ／ｄｔ｜に対する閾値２０２１とを示す。
【００４３】
また、図２（ｃ）は、正の磁気吸引力指令ｕｒ（＞０）を実現するための加速側の電磁石に対する供給電流指令Ｉｉｒの時間波形２０３と、補助的な磁気吸引力指令を実現するための加速側の電磁石に対する補助供給電流指令の時間波形２０４とを示す。図２（ｄ）は、負の磁気吸引力指令ｕｒ（＜０）を実現するための減速側の電磁石に対する供給電流指令Ｉｊｒの時間波形２０５と、補助的な磁気吸引力指令を実現するための減速側の電磁石に対する補助供給電流指令の時間波形２０６とを示す。
【００４４】
また、図２（ｅ）は、供給電流指令Ｉｉｒの時間変化率の時間波形２０７と、供給電流指令Ｉｉｒに補助供給電流指令を重畳した場合の供給電流指令の時間変化率の時間波形２０８とを示す。図２（ｆ）は、供給電流指令Ｉｊｒの時間変化率の時間波形２０９と、供給電流指令Ｉｊｒに補助供給電流指令を重畳した場合の供給電流指令の時間変化率の時間波形２１０とを示す。
【００４５】
次に、図１とともに、図２を参照しながら、この発明の実施の形態１による動作について説明する。
【００４６】
可動鉄片３への位置指令ｒが出力装置（図示せず）から出力されると、フィードバック制御器５は、位置指令ｒと、変位センサ９から出力される可動鉄片３の所定の基準位置からの変位量を示す変位情報ｙとの偏差に基づいて、偏差が無くなるように可動鉄片３を位置させるために必要な磁気吸引力を算出し、対応する磁気吸引力指令ｕｒを出力する。
【００４７】
電流補償器６は、磁気吸引力指令ｕｒと変位情報ｙとに基づいて、電磁石１、２に供給する電流を算出して、対応する供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒを出力する。
【００４８】
電力増幅器７、８は、供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒに基づいて、電磁石１、２にそれぞれ供給電流Ｉ１、Ｉ２を出力する。
【００４９】
電磁石１、２は、供給電流Ｉ１、Ｉ２が流れると、磁気吸引力を発生し、可動鉄片３は、磁気吸引力によって位置指令ｒで指定のあった位置に動作する。
【００５０】
変位センサ９は、可動鉄片３の位置を感知し、対応する変位情報ｙを出力する。
【００５１】
このように、位置指令ｒと、現在の変位（変位情報ｙ）とを調整しながら可動鉄片３の位置決め制御が行われる。
【００５２】
次に、この発明の実施の形態１による動作について詳細に説明する。
【００５３】
可動鉄片３の位置決め制御は、フィードバック制御器５から出力された磁気吸引力指令が正値、または負値によって、電磁石１、２に対応する供給電流を供給することにより行われる。
【００５４】
例えば、図２における正の磁気吸引力指令ｕｒ（＞０）を実現するための加速側の電磁石に対する供給電流指令Ｉｉｒを図１における供給電流指令Ｉ１ｒとし、負の磁気吸引力指令（＜０）を実現するための減速側の電磁石に対する供給電流指令Ｉｊｒを供給電流指令Ｉ２ｒとし、磁気吸引力指令ｕｒにしたがって、可動鉄片３を正負方向に動作させる。
【００５５】
この場合、フィードバック制御器５で算出された磁気吸引力指令ｕｒは、ほぼ図２（ａ）に示すような時間波形となり、その時間変化率ｄｕｒ／ｄｔは、ほぼ図２（ｂ）に示すような時間波形となる。
【００５６】
電流補償器６は、磁気吸引力指令ｕｒが正値の場合、可動鉄片３が正方向に動作するように、可動鉄片３の変位情報ｙを考慮し、正方向に動作させる電磁石１または電磁石２のどちらか一方に供給する電流を算出して、対応する供給電流指令（図２（ｃ）２０３）を出力して、電磁石１または電磁石２のどちらか一方を付勢させ、付勢されない他方の電磁石は、供給電流が流れないため消勢される。
【００５７】
また、磁気吸引力指令ｕｒが負値の場合、可動鉄片３が負方向に動作するように、変位情報ｙを考慮しながら、負方向に動作させる電磁石１または電磁石２のどちらか一方に供給する電流を算出して、対応する供給電流指令（図２（ｄ）２０５）を出力して、電磁石１または電磁石２のどちらか一方を付勢させ、正方向に動作させる電磁石は、供給電流が流れないため消勢される。
【００５８】
このように、電流補償器６は、磁気吸引力指令ｕｒと可動鉄片３の変位情報ｙに基づいて、電磁石１、２に対する供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒを算出し、電力増幅器７、８に対して出力する。
【００５９】
供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒは、磁気吸引力指令ｕｒが正値の場合に正方向に磁気吸引可能な電磁石（電磁石１または電磁石２）を付勢するために、電磁石が発生する磁気吸引力と正の磁気吸引力指令ｕｒ（＞０）が一致するように可動鉄片３の変位情報ｙも考慮して算出され、磁気吸引力指令ｕｒが負値の場合に負方向に磁気吸引可能な電磁石（電磁石１または電磁石２）を付勢するために、電磁石が発生する磁気吸引力と負の磁気吸引力指令ｕｒ（＜０）が一致するように可動鉄片３の変位情報ｙも考慮して算出される。
【００６０】
図２において、磁気吸引力指令ｕｒの正負方向（符号）を判断指標として算出された加速側の電磁石ｉの供給電流指令２０３および減速側の電磁石ｊの供給電流指令２０５の時間変化率は、加速側の電磁石ｉを付勢した状態から消勢し、減速側の電磁石ｊを消勢した状態から付勢する期間において、急激に増減し、その時間波形は、波形２０７および波形２０９に示す通りとなる。
【００６１】
通常、電力増幅器７、８の電流制御帯域は、可動鉄片３の位置制御帯域に比べて充分高く設定されているため、電磁石１、２に対する供給電流Ｉｉ（例えば、Ｉ１）、Ｉｊ（例えば、Ｉ２）の時間波形は、供給電流指令２０３、２０５の時間波形とほぼ同一となり、電磁石１、２の印加電圧は、供給電流指令の時間変化率２０７、２０９に巻線のインダクタンスを乗じた値となる。
【００６２】
したがって、可動鉄片３の運動の正負（加減速）切換時点の近傍で、正方向側の電磁石の印加電圧は急下降し、負方向側の電磁石の印加電圧は急上昇することになる。
【００６３】
通常、電力増幅器７、８は、その電源電圧を超えた電圧を出力することができないため、供給電流指令２０３、２０５に対して所望の電流制御を実現するためには、可動鉄片３の運動の正負（加減速）切換時点の近傍における印加電圧の急上昇および急下降を許容範囲内にするために、充分高い電源電圧を電力増幅器７、８に対して用いなければならない。
【００６４】
しかし、各電磁石の最大印加電圧が、電力増幅器７、８に使用している電源電圧を超えてしまい印加電圧飽和が発生すると、供給電流指令２０３、２０５に対して所望の電流制御を実現できなくなるため、可動鉄片３に対する加速と減速のバランスが崩れて位置決め制御の性能が低下してしまう。
【００６５】
そこで、電流補償器６は、供給電流指令２０３、２０５の他に、補助供給電流指令が算出される。まず、電流補償器６は、図２（ａ）に示すような磁気吸引力指令の絶対値｜ｕｒ｜に対する閾値２０１１と、図２（ｂ）に示すような磁気吸引力指令の時間変化率の絶対値｜ｄｕｒ／ｄｔ｜の閾値２０２１とが設定される。
【００６６】
この設定により、電流補償器６は、磁気吸引力指令の絶対値｜ｕｒ｜が閾値２０１１以下という条件と、磁気吸引力指令の時間変化率の絶対値｜ｄｕｒ／ｄｔ｜が閾値２０２１以上という条件とを共に満たす時間ｔ（磁気吸引力の正負の切換時点）において、磁気吸引力指令ｕｒの絶対値|ｕｒ|に反比例するような補助磁気吸引力指令を算出する。
【００６７】
また、両方の条件、または、いずれか一方の条件を満たさない時間ｔにおいては、補助磁気吸引力指令を零値とし、制御期間中、常に連続な波形となるように補助磁気吸引力指令を算出する。
【００６８】
続いて、補助磁気吸引力指令と、変位情報ｙとに基づいて、補助供給電流指令２０４、２０６を算出し、電流補償器６は、補助供給電流指令２０４、２０６を供給電流指令２０３、２０５に重畳して出力する。
【００６９】
このように、補助供給電流指令２０４、２０６が重畳された場合、補助供給電流指令２０４、２０６によって可動鉄片３に作用する磁気吸引力は、正方向側と負方向側とで（加速側と減速側）お互いに打ち消し合い、可動鉄片３に作用する磁気吸引力は、磁気吸引力指令ｕｒの時間波形とほぼ同一波形となるので、補助供給電流指令２０４、２０６による磁気吸引力への影響は無く、可動鉄片３の位置決め制御が成立する。
【００７０】
また、電磁石ｉ、電磁石ｊに対する供給電流Ｉｉ、Ｉｊの時間波形は、供給電流指令２０３、２０５に補助供給電流指令２０４、２０６を重畳した時間波形とほぼ同一となるので、電磁石ｉ、電磁石ｊの印加電圧は、補助供給電流指令２０４、２０６を重畳した場合の供給電流指令の時間変化率２０８、２１０に巻線のインダクタンスを乗じた値となる。
【００７１】
したがって、可動鉄片３の運動の正負（加減速）切換時点（磁気吸引力指令が零値となる時点）の近傍において、印加電圧の急下降および急上昇を大幅に抑制することができ、各電磁石の最大印加電圧を低電圧化するので、印加電圧飽和とそれによる制御性能の低下とを防止することができる。
【００７２】
以上のように、電流補償器６は、２個の電磁石１、２のどちらか一方のみ電流を供給し、他方の電磁石１、２の電流を零値とするような供給電流指令２０３、２０５を算出するので、消費電力を低減することができる。
【００７３】
また、各電磁石の供給電流の時間変化率の絶対値を低減し、印加電圧の急下降および急上昇を大幅に抑制することができ、各電磁石の最大印加電圧を低電圧化するので、印加電圧飽和とそれによる制御性能の低下とを防止することができる。
【００７４】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、供給電流指令に補助供給電流指令を重畳させて電磁石の最大印加電圧を低減させたが、補助供給電流指令を重畳せずに、磁気吸引力指令が零値となる時点において、その時間変化率ｄｕｒ／ｄｔが零値となるように位置指令ｒの軌道設計を行ってもよい。
【００７５】
図１とともに、図３および図４を参照しながら、この発明の実施の形態２について説明する。
【００７６】
まず、この発明の実施の形態２による構成は、図１と同様である。図３は、この発明の実施の形態２による動作特性を示す特性図である。なお、位置指令ｒの遷移開始時間ｔ＝０として、図３内の時間軸を統一している。
【００７７】
図３において、図３（ａ）は、可動鉄片３の位置指令ｒの時間波形３０１と、遷移終了時間ｔ＝ｔｅにおける遷移量Δｒとを示す。なお、ここでは、遷移開始時間ｔ＝０における位置指令をｒ＝０としている。
【００７８】
図３（ｂ）は、位置指令ｒの１階時間変化率ｄｒ／ｄｔの時間波形３０２を示す。また、図３（ｃ）は、位置指令ｒの２階時間変化率ｄ２ｒ／ｄｔ２の時間波形３０３を示し、図３（ｄ）は、位置指令ｒの３階時間変化率ｄ３ｒ／ｄｔ３の時間波形３０４を示す。
【００７９】
図３（ｃ）、（ｄ）において、時刻ｔ＝βｔｅ（ただし、０＜β＜１）における位置指令ｒの２階時間変化率をｄ２ｒ／ｄｔ２＝０、３階時間変化率をｄ３ｒ／ｄｔ３＝αとする。
【００８０】
図４は、この発明の実施の形態２による動作特性を示す特性図であり、前述（図１）の電流補償器６の入出力波形およびその時間変化率の波形を示す。なお、位置指令ｒの遷移開始時間ｔ＝０として、図４内の時間軸を統一している。
【００８１】
図４において、前述（図２参照）と同様のものについては、同一符号を付して、詳述を省略する。
【００８２】
ここで、電磁アクチュエータ制御装置に入力される位置指令ｒの軌道設計について説明する。
【００８３】
図３（ａ）〜（ｄ）の各時間波形になるように位置指令ｒの軌道設計を行うと、磁気吸引力指令ｕｒが零値となる時点において、その時間変化率ｄｕｒ／ｄｔを零値とすることができ、このような時間波形にするためには、以下の式（３）〜式（１０）の境界条件を満足しなければならない。
【００８４】
r(0) = 0                     ・・・    （３）
r(te) = Δr                   ・・・    （４）
dr(0)/dt = 0                 ・・・    （５）
dr(te)/dt = 0                 ・・・    （６）
d2r(0)/dt2 = 0                ・・・    （７）
d2r(βte)/dt2 = 0              ・・・    （８）
d2r(te)/dt2 = 0                ・・・    （９）
d3r(βte)/dt3 = α             ・・・  （１０）
【００８５】
この８個の境界条件を満足する位置指令ｒの軌道は、時間ｔに対する７次多項式を用いて、式（１１）〜式（１３）のように表すことができる。
【００８６】
0003886825.tif 000002
【００８７】
ここで、ａ０〜ａ７は、位置指令ｒの軌道が８個の境界条件を満足するように導出された定数係数であり、２個の設計パラメータα、βを含む。
【００８８】
そこで、磁気吸引力指令ｕｒが零値となる時点における磁気吸引力指令の時間変化率ｄｕｒ／ｄｔが零値となるように、２個の設計パラメータα、βを設定する。
【００８９】
この設定により、電流補償器６に入力する電磁石１、２に対する磁気吸引力指令ｕｒと、電流補償器６から出力する磁気吸引力指令ｕｒを実現するための加速側の電磁石に対する供給電流指令Ｉｉｒと、磁気吸引力指令ｕｒを実現するための減速側の電磁石に対する供給電流指令Ｉｊｒとの各時間波形は、それぞれ図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような時間波形となる。
【００９０】
この供給電流指令の時間変化率は、図２（ｅ）、（ｆ）の時間波形２０７、２０９のような供給電流指令の時間変化率の急激な増減が無くなって、図４（ｄ）、（ｅ）のような時間波形となり、供給電流指令の時間変化率の絶対値|ｄＩｉｒ／ｄｔ|、|ｄＩｊｒ／ｄｔ|の最大値を低減することができる。
【００９１】
ここで、前述の通り、電力増幅器７、８の電流制御帯域は、通常、可動鉄片３の位置制御帯域に比べて充分高く設定されているため、加速側の電磁石ｉに対する供給電流Ｉｉおよび減速側の電磁石ｊに対する供給電流Ｉｊもそれぞれ図４（ｂ）、（ｃ）における時間波形とほぼ同一波形となり、各電磁石の供給電流の時間変化率の絶対値の最大値を低減することができる。
【００９２】
したがって、電磁石ｉ、電磁石ｊの印加電圧は、図４（ｄ）、（ｅ）における時間波形に巻線のインダクタンスを乗じた値となり、各電磁石の最大印加電圧を低減することができ、印加電圧飽和とそれによる制御性能の低下とを防止することができる。
【００９３】
以上のように、位置指令ｒの軌道設計を行うことによって、補助供給電流指令を重畳しなくても各電磁石の最大印加電圧を低減することができ、印加電圧飽和とそれによる制御性能の低下とを防止することができる。
【００９４】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、２では、フィードバック制御系のみで制御系設計を行ったが、これにフィードフォワード制御系を付加してもよい。
【００９５】
図５〜図７を参照しながら、この発明の実施の形態３について説明する。
【００９６】
図５は、この発明の実施の形態３の構成を示すブロック構成図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、同一符号を付して、詳述を省略する。
【００９７】
図５において、電流補償器６、電力増幅器７、８、電磁石１、２、可動鉄片３、および変位センサ９からなる要素を以下構成要素の集合２１と呼ぶ。
【００９８】
電磁アクチュエータ制御装置は、前述の図１に加えて、位置指令ｒを入力し、位置指令ｒを実現するための磁気吸引力とほぼ等しいフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆを出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない伝達関数要素Ａ２２を備えている。ここで、安定とは、伝達関数要素のすべての極が、複素左半平面に存在することを言い、プロパーとは、伝達関数要素の分母の次数が、分子の次数以上であることを言う。
【００９９】
また、位置指令ｒを入力し、構成要素の集合２１とほぼ同等の入出力関係（入出力特性）を示し、伝達関数要素Ａとの極零相殺を許容した直列結合が、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない伝達関数要素Ｂとした場合に、伝達関数要素Ａ２２および伝達関数要素Ｂの直列結合要素ＢＡ２３を備えている。ここで、極零相殺とは、２つの伝達関数要素が直列結合した場合に、極と零点が消去されることである。
【０１００】
次に、この発明の実施の形態３による動作について説明する。
【０１０１】
図５に示した２自由度制御系において、電磁アクチュエータ制御装置に位置指令ｒが入力されると、伝達関数要素Ａ２２は、この位置指令ｒを実現するための磁気吸引力とほぼ等しいフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆを出力する。また、直列結合要素２３も位置指令ｒを入力する。
【０１０２】
フィードバック制御器５は、直列結合要素２３の出力であるフィードバックループ位置指令と、変位センサ９からの変位情報ｙとの偏差（フィードバックループ位置偏差）を入力し、偏差が無くなるように可動鉄片３を動作させるための磁気吸引力に対応するフィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂを出力する。
【０１０３】
続いて、伝達関数要素Ａ２２からのフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆと、フィードバック制御器５からのフィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂとの加算値（磁気吸引力指令ｕｒ）を電流補償器６に入力させ、電流補償器６は、磁気吸引力指令ｕｒと、変位情報ｙとに基づいて、電磁石１、２への供給電流を算出し、対応する供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒを出力し、電磁石１、２が発生する磁気吸引力によって、可動鉄片３の位置決め制御が行われる。
【０１０４】
この複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない伝達関数要素Ａ２２は、例えば、以下の式（１４）のように構成される。
【０１０５】
【数１】
0003886825.tif 000003
【０１０６】
式（１４）においては、可動鉄片３の質量Ｍ[ｋｇ]と、可動鉄片３の動作周波数よりも高く設定したカットオフ周波数ω[ｒａｄ／ｓ]とを用いる。
【０１０７】
また、伝達関数要素Ｂは、例えば、以下の式（１５）のように構成される。
【０１０８】
【数２】
0003886825.tif 000004
【０１０９】
式（１５）において、設計パラメータａ、ｂは、伝達関数要素Ｂの周波数特性と構成要素の集合２１の実際の周波数応答特性とがほぼ一致するように設定される。
【０１１０】
このとき、伝達関数要素Ａ、Ｂの直列結合要素２３の伝達関数は、式（１６）のように構成され、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない。
【０１１１】
【数３】
0003886825.tif 000005
【０１１２】
ここで、式（１４）〜式（１６）において、伝達関数要素Ａ２２と伝達関数要素Ｂとを直列結合することによって、直列結合要素２３の伝達関数は、伝達関数要素Ａの零点（ｓ＝０）と、伝達関数要素Ｂの極（ｓ＝０）とが相殺されている。
【０１１３】
なお、伝達関数要素Ａ２２は、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たないことが前提であるが、伝達関数要素Ｂは、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たないように設定できるとは限らないため、伝達関数要素Ａと伝達関数要素Ｂとの極零相殺を許容した直列結合要素２３は、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない必要がある。したがって、伝達関数要素Ａとともに、伝達関数要素Ｂも複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たなければ、極零相殺を考慮する必要はない。
【０１１４】
以上のように、位置指令ｒは、一方で伝達関数要素Ａ２２および構成要素の集合２１を経て可動鉄片３の変位（変位情報ｙ）を発生させ、他方で伝達関数要素Ａおよび伝達関数要素Ｂの直列結合要素２３を経てフィードバックループ位置指令を生成する。
【０１１５】
したがって、構成要素の集合２１と伝達関数要素Ｂの入出力特性が一致している場合、フィードバックループ位置偏差が零となり、フィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂも零となるので、可動鉄片３を変位させる磁気吸引力指令ｕｒは、伝達関数要素Ａを経由したフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆに依存され、フィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂとフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆとの加算値である磁気吸引力指令ｕｒは、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆとほぼ一致する。
【０１１６】
また、構成要素の集合２１と伝達関数要素Ｂとの入出力特性のずれ、外乱の影響等によってフィードバックループ位置偏差が零以外となる場合のみ、フィードバック制御器５が機能してフィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂも零以外となる。
【０１１７】
この場合、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆと、フィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂとを加算して入出力特性などのずれに対応させ、位置指令ｒで指定された位置に可動鉄片３を動作させる。
【０１１８】
電流補償器６は、磁気吸引力指令ｕｒと可動鉄片３の変位情報ｙに基づいて、電磁石１、２に対する供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒを算出し、電力増幅器７、８に対して出力する。これらの供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒは、具体的には磁気吸引力指令ｕｒが正値の場合に正方向に磁気吸引可能な電磁石（電磁石１または電磁石２）を付勢するために、電磁石が発生する磁気吸引力と正の磁気吸引力指令ｕｒ（＞０）が一致するように可動鉄片３の変位情報ｙも考慮して算出され、磁気吸引力指令ｕｒが負値の場合に負方向に磁気吸引可能な電磁石（電磁石１または電磁石２）を付勢するために、電磁石が発生する磁気吸引力と負の磁気吸引力指令ｕｒ（＜０）が一致するように可動鉄片３の変位情報ｙも考慮して算出される。
【０１１９】
電力増幅器７、８の電流制御帯域は、通常、可動鉄片３の位置制御帯域に比べて充分高く設定されているため、加速側の電磁石に対する電流指令Ｉｉｒおよび減速側の電磁石に対する電流指令Ｉｊｒを入力された各電力増幅器は、それぞれ供給電流指令Ｉｉｒとほぼ同一波形の供給電流Ｉｉを加速側の電磁石ｉに対して供給し、供給電流指令Ｉｊｒとほぼ同一波形の供給電流Ｉｊを減速側の電磁石ｊに対して供給して、可動鉄片３に対して所望の磁気吸引力を作用させることで、可動鉄片３の位置決め制御が実現される。
【０１２０】
次に、フィードフォワード制御系を組み込んだ電磁アクチュエータに入力される位置指令ｒの軌道設計について説明する。
【０１２１】
図６は、この発明の実施の形態３による動作特性を示す特性図である。なお、位置指令ｒの遷移開始時間ｔ＝０として、図６内の時間軸を統一している。
【０１２２】
図６において、前述（図３）と同様のものについては、同一符号を付す。
【０１２３】
図６（ａ）において、位置指令ｒの時間波形３０１と、遷移開始時間ｔ＝０から遷移終了時間ｔ＝ｔｅまでの遷移量△ｒとを示す（ここでは、遷移開始時間ｔ＝０における位置指令ｒをｒ＝０としている）。
【０１２４】
また、図６（ｂ）〜（ｄ）に、この位置指令ｒの時間波形に対する１階時間変化率ｄｒ／ｄｔの時間波形３０２と、２階時間変化率ｄ２ｒ／ｄｔ２の時間波形３０３と、３階時間変化率ｄ３ｒ／ｄｔ３の時間波形３０４とを示す。
【０１２５】
また、図６（ｃ）、（ｄ）において、時刻ｔ＝βｔｅ（ただし、０＜β＜１）における位置指令ｒの２階時間変化率をｄ２ｒ（βｔｅ）／ｄｔ２＝０、３階時間変化率をｄ３ｒ（βｔｅ）／ｄｔ３＝０とする。
【０１２６】
続いて、図７は、この発明の実施の形態３による動作特性を示す特性図である。なお、位置指令ｒの遷移開始時間ｔ＝０として、図７の時間軸を統一している。
【０１２７】
図７において、前述（図２、図４参照）と同様のものについては、同一符号を付して、詳述を省略する。
【０１２８】
図７（ａ）は、伝達関数要素Ａの出力波形（フィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間波形）７０１を示す。
【０１２９】
電磁アクチュエータ制御回路に入力される位置指令ｒの時間波形や各種時間変化率の時間波形が図６（ａ）〜（ｄ）の時間波形となるように、位置指令ｒの軌道設計を行う。
【０１３０】
図６（ａ）〜（ｄ）の各時間波形になるように位置指令ｒの軌道設計を行うと、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆが零値となる時点において、その時間変化率ｄｕｒｆｆ／ｄｔを零値とすることができ、このような時間波形にするためには、以下の式（３）〜式（９）、式（１７）の境界条件を満足しなければならない。
【０１３１】
r(0) = 0                      ・・・    （３）
r(te) = Δr                    ・・・    （４）
dr(0)/dt = 0                  ・・・    （５）
dr(te)/dt = 0                  ・・・    （６）
d2r(0)/dt2 = 0                 ・・・    （７）
d2r(βte)/dt2 = 0               ・・・    （８）
d2r(te)/dt2 = 0                 ・・・    （９）
d3r(βte)/dt3 = 0               ・・・  （１７）
【０１３２】
この８個の境界条件を満足する位置指令ｒの軌道は、時間ｔに対する７次多項式を用いて、式（１１）、式（１３）および式（１８）のように表すことができる。
【０１３３】
0003886825.tif 000006
【０１３４】
ここで、ｂ０〜ｂ７は、位置指令ｒの軌道が８個の境界条件を満足するように導出された定数係数であり、設計パラメータβを含む。
【０１３５】
そこで、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆが零値となる時点におけるフィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率ｄｕｒｆｆ／ｄｔが零値となるように設計パラメータβを設定する。
【０１３６】
例えば、伝達関数要素Ａ２２が式（１４）のように構成された場合、伝達関数要素Ａ２２は、２階時間微分およびカットオフ周波数ω[ｒａｄ／ｓ]の２次ローパス・フィルタの機能を実現する。
【０１３７】
したがって、伝達関数要素Ａ２２に対して、２階時間変化率の時間波形が図６（ｃ）の時間波形で与えられる位置指令ｒを入力すると、図６（ｃ）における時間波形に対して２次ローパス・フィルタが機能し、出力のフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆの時間波形は、図７（ａ）における時間波形となる。
【０１３８】
前述のように、電流補償器６への入力である磁気吸引力指令ｕｒは、伝達関数要素Ｂと構成要素の集合２１との入出力特性が一致していれば、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆとほぼ一致するため、設計パラメータβの設定により、磁気吸引力指令ｕｒを実現するための加速側の電磁石に対する供給電流指令Ｉｉｒと、磁気吸引力指令ｕｒを実現するための減速側の電磁石に対する供給電流指令Ｉｊｒとの各時間波形は、それぞれ図７（ｂ）、（ｃ）に示すような時間波形となる。
【０１３９】
また、供給電流指令の時間変化率は、時間変化率の急激な増減が無くなって、図７（ｄ）、（ｅ）のような時間波形となり、供給電流指令の時間変化率の絶対値|ｄＩｉｒ／ｄｔ|、|ｄＩｊｒ／ｄｔ|の最大値を低減することができる。
【０１４０】
前述の通り、電力増幅器７、８の電流制御帯域は、通常、可動鉄片３の位置制御帯域に比べて充分高く設定されているため、加速側の電磁石ｉに対する供給電流Ｉｉおよび減速側の電磁石ｊに対する供給電流Ｉｊもそれぞれ図７（ｂ）、（ｃ）における時間波形とほぼ同一波形となる。
【０１４１】
したがって、電磁石ｉ、電磁石ｊの印加電圧は、図７（ｄ）、（ｅ）における時間波形に巻線のインダクタンスを乗じた値となるので、各電磁石の最大印加電圧を低減することができ、印加電圧飽和とそれによる制御性能の低下とを防止することができる。
【０１４２】
以上のように、通常、２自由度制御系を構成するにあたって必要な制御対象の逆システム設計が不要となるので、容易に制御系設計を行うことができる。
【０１４３】
また、磁気吸引力指令ｕｒは、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆに依存され、位置指令ｒと伝達関数要素Ａ２２との依存度が高くなるため、各電磁石の最大印加電圧の低減をより容易に実現することができる。
【０１４４】
また、各電磁石の供給電流の時間変化率の絶対値の最大値を低減し、最大印加電圧を低減することができ、印加電圧飽和とそれによる制御性能の低下とを防止することができる。
【０１４５】
実施の形態４．
なお、上記実施の形態１〜３では、可動鉄片３の変位情報ｙを用いたが、更に速度情報を用いてもよい。
【０１４６】
図８を参照しながら、この発明の実施の形態４について説明する。
【０１４７】
図８は、この発明の実施の形態４の構成を示すブロック構成図である。図８において、前述（図１、図５参照）と同様のものについては、同一符号を付して詳述を省略する。
【０１４８】
図８において、電磁アクチュエータ制御装置は、変位センサ９からの変位情報ｙを入力して、変位情報ｙを近似的に微分、または可動鉄片３の可動方向の速度を計測する速度センサを付加することにより得られる可動鉄片３の速度情報を出力とする入出力関係を示す伝達関数要素Ｃ２７と、伝達関数要素Ａ２２から出力されたフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆを入力する、伝達関数要素Ｂおよび伝達関数要素Ｃの直列結合要素２８とを備えている。
【０１４９】
また、直列結合要素２３から出力されたフィードバックループ位置指令および変位情報ｙの位置偏差（フィードバックループ位置偏差）を入力するフィードバック位置制御器２５と、フィードバック位置制御器２５から出力されたフィードバックループ速度指令、直列結合要素２８の出力指令および伝達関数要素Ｃ２７から出力された速度情報を加減算した速度偏差（フィードバックループ速度偏差）を入力し、フィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂを出力するフィードバック速度制御器２６とを備えている。
【０１５０】
次に、この発明の実施の形態４による動作について説明する。
【０１５１】
図８に示した２自由度制御系において、可動鉄片３の位置指令ｒは、伝達関数要素Ａ、構成要素の集合２１を経て、可動鉄片３の変位を発生させる。また、位置指令ｒは、直列結合要素２３を経て、可動鉄片３に対するフィードバックループ位置指令を生成させる。
【０１５２】
伝達関数要素Ｃは、変位センサ９からの変位情報ｙを入力し、可動鉄片３の可動方向の速度を示した速度情報を出力する。
【０１５３】
フィードバック位置制御器２５は、フィードバックループ位置偏差を入力して、位置の偏差が無くなるように可動鉄片３を位置させるためのフィードバックループ速度指令を出力する。
【０１５４】
フィードバック速度制御器２６は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令を入力した直列結合要素２８からの出力指令と速度情報とフィードバックループ速度指令との間で加減算されたフィードバックループ速度偏差を入力し、速度の偏差が無くなるように可動鉄片３を位置させるために必要な磁気吸引力を算出し、位置偏差と速度偏差とに対応したフィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂを出力する。
【０１５５】
電流補償器６は、フィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂと、伝達関数要素Ａからのフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆとを加算した磁気吸引力指令ｕｒを入力し、電磁石１、２に供給する電流を算出して、対応する供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒを出力し、電磁石１、２が発生する磁気吸引力によって、可動鉄片３の位置決め制御が行われる。
【０１５６】
構成要素の集合２１と伝達関数要素Ｂとの入出力特性が一致している場合、フィードバック位置制御器２５に入力されるフィードバックループ位置偏差と、出力されるフィードバックループ速度指令とが共に零となる。
【０１５７】
このとき、更に、伝達関数要素Ｃから出力される速度情報と、直列結合要素２８の出力指令が一致するため、フィードバック速度制御器２６の入出力であるフィードバックループ速度偏差と、フィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂが共に零となる。
【０１５８】
したがって、可動鉄片３を変位させる磁気吸引力指令ｕｒは、伝達関数要素Ａを経由したフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆに依存されることとなり、フィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂとフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆとの加算値である磁気吸引力指令ｕｒは、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆとほぼ一致する。
【０１５９】
また、構成要素の集合２１と伝達関数要素Ｂとの入出力特性のずれや外乱の影響等によって、フィードバックループ位置偏差が零以外となる場合のみ、フィードバック位置制御器２５とフィードバック速度制御器２６とが機能してフィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂは零以外の値を持つ。
【０１６０】
この場合、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆと、フィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂとを加算して入出力特性などのずれに対応させ、位置指令ｒで指定された位置に可動鉄片３を動作させる。
【０１６１】
電流補償器６は、磁気吸引力指令ｕｒと可動鉄片３の変位情報ｙに基づいて、電磁石１、２に対する供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒを算出し、電力増幅器７、８に対して出力する。これらの供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒは、具体的には磁気吸引力指令ｕｒが正値の場合に正方向に磁気吸引可能な電磁石（電磁石１または電磁石２）を付勢するために、電磁石が発生する磁気吸引力と正の磁気吸引力指令ｕｒ（＞０）が一致するように可動鉄片３の変位情報ｙも考慮して算出され、磁気吸引力指令ｕｒが負値の場合に負方向に磁気吸引可能な電磁石（電磁石１または電磁石２）を付勢するために、電磁石が発生する磁気吸引力と負の磁気吸引力指令ｕｒ（＜０）が一致するように可動鉄片３の変位情報ｙも考慮して算出される。
【０１６２】
電力増幅器７、８の電流制御帯域は、通常、可動鉄片３の位置制御帯域に比べて充分高く設定されているため、加速側の電磁石に対する電流指令Ｉｉｒおよび減速側の電磁石に対する電流指令Ｉｊｒを入力された各電力増幅器は、それぞれ供給電流指令Ｉｉｒとほぼ同一波形の供給電流Ｉｉを加速側の電磁石に対して供給し、供給電流指令Ｉｊｒとほぼ同一波形の供給電流Ｉｊを減速側の電磁石に対して供給して、可動鉄片３に対して所望の磁気吸引力を作用させることで、可動鉄片３の位置決め制御が実現される。
【０１６３】
また、前述（実施の形態３参照）の通り、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆが零値となる時点において、その時間変化率ｄｕｒｆｆ／ｄｔが零値となるように位置指令ｒの軌道設計を行うと、供給電流指令の時間変化率は、図７（ｄ）（ｅ）のように急激な増減が無くなり、供給電流指令の時間変化率の絶対値｜ｄＩｉｒ／ｄｔ｜、｜ｄＩｊｒ／ｄｔ｜の最大値を低減することができる。
【０１６４】
前述のとおり、電力増幅器７、８の電流制御帯域は、通常、可動鉄片３の位置制御帯域に比べて充分高く設定されているため、加速側の電磁石ｉに対する供給電流Ｉｉおよび減速側の電磁石ｊに対する供給電流Ｉｊの各時間波形は、それぞれ図７（ｂ）、（ｃ）における時間波形とほぼ同一波形となるので、電磁石ｉ、電磁石ｊの印加電圧は、図７（ｄ）、（ｅ）における時間波形に巻線のインダクタンスを乗じた値となり、各電磁石の最大印加電圧を低電圧化し、印加電圧飽和とそれによる制御性能の低下とを阻止することができる。
【０１６５】
以上のように、通常、２自由度制御系を構成するにあたって必要な制御対象の逆システム設計が不要となるので、容易に制御系設計を行うことができる。
【０１６６】
また、位置フィードバックループの内側に速度フィードバックループを施すことにより、２自由度制御系におけるフィードバック制御の制御性を向上させることができる。
【０１６７】
また、磁気吸引力指令ｕｒは、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆに依存され、位置指令ｒと伝達関数要素Ａ２２との依存度が高くなるため、各電磁石の最大印加電圧の低減をより容易に実現することができる。
【０１６８】
また、各電磁石の供給電流の時間変化率の絶対値の最大値を低減し、最大印加電圧を低減することができ、印加電圧飽和とそれによる制御性能の低下とを防止することができる。
【０１６９】
実施の形態５．
なお、上記実施の形態１〜４では、一つの電流補償器を用いて供給電流指令を算出したが、フィードフォワード制御とフィードバック制御に対応させて電流補償器を２つに分けてもよい。
【０１７０】
図９および図１０を参照しながら、この発明の実施の形態５について説明する。
【０１７１】
図９は、この発明の実施の形態５の構成を示すブロック構成図である。図９において、前述（図１、図５、図８参照）と同様のものについては、同一符号を付して詳述を省略する。
【０１７２】
図９において、電磁アクチュエータ制御装置は、前述（実施の形態３参照、図５）電流補償器６の代わりに、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆを入力し、電磁石１、２への供給電流を算出するフィードフォワード電流補償器２９と、フィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂを入力し、電磁石１、２への供給電流を算出するフィードバック電流補償器３０とを備えている。
【０１７３】
なお、フィードフォワード電流補償器２９と、電力増幅器７、８と、電磁石１、２と、可変鉄片３と、変位センサ９とで構成される要素を、以下構成要素の集合３１と呼ぶ。
【０１７４】
また、伝達関数要素Ｂは、構成要素の集合３１とほぼ同等の入出力関係を示し、伝達関数要素Ａとの極零相殺を許容した直列結合が複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない伝達関数要素であり、例えば、前述の式（１５）のように構成される。式（１５）において、設計パラメータａ、ｂは、伝達関数要素Ｂの周波数特性と構成要素の集合３１の実際の周波数応答特性とがほぼ一致するように設定される。また、直列結合要素２３は、伝達関数要素Ａと伝達関数要素Ｂとの直列結合した伝達関数要素である。
【０１７５】
次に、この発明の実施の形態５による動作について説明する。
【０１７６】
図９において、電磁アクチュエータ制御装置に位置指令ｒが入力されると、伝達関数要素Ａ２２は、この位置指令ｒを実現するための磁気吸引力とほぼ等しいフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆを出力する。
【０１７７】
フィードフォワード電流補償器２９は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆと変位情報ｙとに基づいて、電磁石１、２に対する供給電流を算出し、対応するフィードフォワードループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｆ、Ｉ２ｒｆｆを出力する。ここで、フィードフォワード電流補償器２９は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆの符号に応じて、付勢させる電磁石１、２を決定し、電磁石１または電磁石２のどちらか一方への供給電流を算出する。
【０１７８】
例えば、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆが正値の場合、可動鉄片３が正方向に動作するように、可動鉄片３の変位情報ｙを考慮し、正方向に動作させる電磁石１または電磁石２のどちらか一方に供給する電流を算出して、対応する供給電流指令を出力する。
【０１７９】
また、直列結合要素２３も位置指令ｒを入力し、フィードバック制御器５は、直列結合要素２３の出力であるフィードバックループ位置指令と、変位センサ９からの変位情報ｙとの偏差（フィードバックループ位置偏差）を入力し、偏差が無くなるように可動鉄片３を動作させるための磁気吸引力に対応するフィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂを出力する。
【０１８０】
フィードバック電流補償器３０は、フィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂと変位情報ｙとを入力し、電磁石１、２に供給する電流に対応するフィードバックループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｂ、Ｉ２ｒｆｂを出力する。ここで、フィードフォワード電流補償器２９と同様に、フィードバック電流補償器３０は、フィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂの符号に応じて、付勢させる電磁石１、２を決定し、電磁石１または電磁石２のどちらか一方への供給電流を算出する。
【０１８１】
電磁石１、２に入力される供給電流Ｉ１、Ｉ２は、フィードフォワードループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｆ、Ｉ２ｒｆｆとフィードバックループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｂ、Ｉ２ｒｆｂとを電磁石毎にそれぞれ加算し、電力増幅器７、８から出力され、電磁石１、２が発生する磁気吸引力によって、可動鉄片３の位置決め制御が行われる。
【０１８２】
このように、位置指令ｒは、一方で伝達関数要素Ａ２２および構成要素の集合３１を経て可動鉄片３の変位を発生させ、他方で伝達関数要素Ａおよび伝達関数要素Ｂの直列結合要素２３を経てフィードバックループ位置指令を生成する。
【０１８３】
したがって、構成要素の集合３１と伝達関数要素Ｂの入出力特性が一致している場合、フィードバックループ位置偏差が零となり、フィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂも零となり、フィードバック電流補償器３０から出力されるフィードバックループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｂ、Ｉ２ｒｆｂも共に零となる。
【０１８４】
したがって、可動鉄片３を変位させる磁気吸引力指令は、伝達関数要素Ａを経由したフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆに依存されることとなり、電磁石１、２を流れる供給電流Ｉ１、Ｉ２は、フィードフォワードループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｆ、Ｉ２ｒｆｆに依存されることとなり、フィードバックループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｂ、Ｉ２ｒｆｂとフィードフォワードループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｆ、Ｉ２ｒｆｆとの加算値である供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒは、フィードフォワードループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｆ、Ｉ２ｒｆｆとほぼ一致する。
【０１８５】
また、構成要素の集合３１と伝達関数要素Ｂとの入出力特性のずれ、外乱の影響等によってフィードバックループ位置偏差が零以外となる場合のみ、フィードバック制御器５とフィードバック電流補償器３０とが機能してフィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂやフィードバックループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｂ、Ｉ２ｒｆｂも零以外の値を持つ。
【０１８６】
この場合、フィードフォワード電流補償器２９とフィードバック電流補償器３０とからそれぞれ出力される供給電流指令（フィードフォワードループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｆ、Ｉ２ｒｆｆ、フィードバックループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｂ、Ｉ２ｒｆｂ）を電磁石毎にそれぞれ加算して、入出力特性などのずれに対応させ、位置指令ｒで指定された位置に可動鉄片３を動作させる。
【０１８７】
電力増幅器７、８の電流制御帯域は、通常、可動鉄片３の位置制御帯域に比べて充分高く設定されているため、加速側の電磁石ｉに対する電流指令Ｉｉｒおよび減速側の電磁石ｊに対する電流指令Ｉｊｒを入力された各電力増幅器は、それぞれ供給電流指令Ｉｉｒとほぼ同一波形の供給電流Ｉｉを加速側の電磁石ｉに対して供給し、供給電流指令Ｉｊｒとほぼ同一波形の供給電流Ｉｊを減速側の電磁石ｊに対して供給して、可動鉄片３に対して所望の磁気吸引力を作用させることで、可動鉄片３の位置決め制御が実現される。
【０１８８】
次に、位置指令ｒの軌道設計について説明する。
【０１８９】
図１０は、この発明の実施の形態５による動作特性を示す特性図である。なお、位置指令ｒの遷移開始時間ｔ＝０として、図１０内の時間軸を統一している。
【０１９０】
図１０において、前述（図７参照）と同様のものについては、同一符号を付して詳述を省略する。
【０１９１】
図１０（ｂ）は、正のフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆ（＞０）を実現するための加速側の電磁石ｉに対するフィードフォワードループ供給電流指令Ｉｉｒｆｆの時間波形１００１を示し、図１０（ｃ）は、負のフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆ（＜０）を実現するための減速側の電磁石ｊに対するフィードフォワードループ供給電流指令Ｉｊｒｆｆの時間波形１００２を示す。
【０１９２】
また、図１０（ｄ）は、加速側の電磁石ｉに対するフィードフォワードループ供給電流指令の時間変化率ｄＩｉｒｆｆ／ｄｔの時間波形１００３を示し、図１０（ｅ）は、減速側の電磁石ｊに対するフィードフォワードループ供給電流指令の時間変化率ｄＩｊｒｆｆ／ｄｔの時間波形１００４を示す。
【０１９３】
前述（実施の形態３参照）のとおり、電磁アクチュエータ制御回路に入力される位置指令ｒの時間波形や各種時間変化率の時間波形が図６（ａ）〜（ｄ）の時間波形となるように、位置指令ｒの軌道設計を行う。
【０１９４】
図６（ａ）〜（ｄ）の各時間波形となるように位置指令ｒの軌道設計を行うと、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆが零値となる時点において、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率ｄｕｒｆｆ／ｄｔを零値とすることができる。
【０１９５】
軌道設計が行われると、フィードフォワード電流補償器２９が出力するフィードフォワードループ供給電流指令Ｉｉｒｆｆ、Ｉｊｒｆｆは、それぞれ図１０（ｂ）、（ｃ）に示す時間波形となり、その時間変化率ｄＩｉｒｆｆ／ｄｔ、ｄＩｊｒｆｆ／ｄｔは、図１０（ｄ）、（ｅ）に示すように、時間変化率の急激な増減の無い時間波形となり、フィードフォワードループ供給電流指令の時間変化率の絶対値｜ｄＩｉｒｆｆ／ｄｔ｜、｜ｄＩｊｒｆｆ／ｄｔ｜の最大値を低減することができる。
【０１９６】
前述のように、供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒ（Ｉｉｒ、Ｉｊｒ）は、フィードフォワード供給電流指令Ｉ１ｒｆｆ、Ｉ２ｒｆｆ（Ｉｉｒｆｆ、Ｉｊｒｆｆ）とほぼ一致し、通常、電力増幅器７、８の電流制御帯域は、可動鉄片３の位置制御帯域に比べて充分高く設定されているため、加速側の電磁石ｉに対する供給電流Ｉｉおよび減速側の電磁石ｊに対する供給電流Ｉｊもそれぞれ供給電流指令Ｉｉｒｆｆ、Ｉｊｒｆｆの時間波形（図１０（ｂ）、（ｃ））とほぼ同一波形となる。
【０１９７】
したがって、電磁石ｉ、電磁石ｊの印加電圧は、供給電流指令の時間変化率ｄＩｉｒｆｆ／ｄｔ、ｄＩｊｒｆｆ／ｄｔにインダクタンスを乗じた値となるので、各電磁石の最大印加電圧を低減することができ、印加電圧飽和とそれによる制御性能の低下とを防止することができる。
【０１９８】
なお、位置指令ｒの軌道設計の代わりに、後述するように、フィードフォワード電流補償器２９でフィードフォワードループ供給電流指令に補助供給電流指令を重畳して、各電磁石の最大印加電圧を低減させてもよい。
【０１９９】
以上のように、通常、２自由度制御系を構成するにあたって必要な制御対象の逆システム設計が不要となるので、容易に制御系設計を行うことができる。
【０２００】
また、入出力特性のずれや外乱の影響などが無い場合、供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒは、フィードフォワードループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｆ、Ｉ２ｒｆｆとほぼ一致し、位置指令ｒ、伝達関数要素Ａ２２、およびフィードフォワード電流補償器２９のみに依存するため、各電磁石の最大印加電圧の低減がより容易となる。
【０２０１】
また、各電磁石の供給電流の時間変化率の絶対値の最大値を低減し、各電磁石の最大印加電圧を低減することができ、印加電圧飽和とそれによる制御性能の低下とを防止することができる。
【０２０２】
実施の形態６．
なお、上記実施の形態５では、実施の形態３で説明した構成に対して、電流補償器を分けて構成したが、上記実施の形態４で説明した構成に対して、電流補償器を分けて構成してもよい。
【０２０３】
図１１および図１２を参照しながら、この発明の実施の形態６について説明する。
【０２０４】
図１１は、この発明の実施の形態６の構成を示すブロック構成図である。図１２は、この発明の実施の形態６による動作特性を示す特性図である。なお、位置指令ｒの遷移開始時間ｔ＝０として、図１２内の時間軸を統一している。
【０２０５】
図１１において、前述（図１、図５、図８、図９参照）と同様のものについては、同一符号を付して詳述を省略する。
【０２０６】
図１１において、電磁アクチュエータ制御装置は、前述（実施の形態４参照）の図８の電流補償器６の代わりに、前述（実施の形態５  図９参照）のフィードフォワード電流補償器２９と、フィードバック電流補償器３０とを備えている。
【０２０７】
次に、この発明の実施の形態６による動作について説明する。
【０２０８】
図１１において、電磁アクチュエータ制御装置に位置指令ｒが入力されると、伝達関数要素Ａ２２は、この位置指令ｒを実現するための磁気吸引力とほぼ等しいフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆを出力する。
【０２０９】
フィードフォワード電流補償器２９は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆと変位情報ｙとに基づいて、電磁石１、２に対する供給電流を算出し、対応するフィードフォワードループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｆ、Ｉ２ｒｆｆを出力する。
【０２１０】
また、位置指令ｒは、直列結合要素２３を経て、可動鉄片３に対するフィードバックループ位置指令を生成させる。
【０２１１】
伝達関数要素Ｃは、変位センサ９からの変位情報ｙを入力し、可動鉄片３の可動方向の速度を示した速度情報を出力する。
【０２１２】
フィードバック位置制御器２５は、フィードバックループ位置偏差を入力して、位置の偏差が無くなるように可動鉄片３を位置させるためのフィードバックループ速度指令を出力する。
【０２１３】
フィードバック速度制御器２６は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令を入力した直列結合要素２８からの出力指令と速度情報とフィードバックループ速度指令とを加減算したフィードバックループ速度偏差を入力し、速度の偏差が無くなるように可動鉄片３を位置させるために必要な磁気吸引力を算出し、位置偏差と速度偏差に対応したフィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂを出力する。
【０２１４】
フィードバック電流補償器３０は、フィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂと変位情報ｙとを入力し、電磁石１、２に供給する電流に対応するフィードバックループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｂ、Ｉ２ｒｆｂを出力する。
【０２１５】
電磁石１、２に入力される供給電流Ｉ１、Ｉ２は、フィードフォワードループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｆ、Ｉ２ｒｆｆとフィードバックループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｂ、Ｉ２ｒｆｂとを電磁石毎にそれぞれ加算し、電力増幅器７、８から出力される。
【０２１６】
このように、位置指令ｒは、一方で伝達関数要素Ａ２２および構成要素の集合３１を経て可動鉄片３の変位を発生させ、他方で伝達関数要素Ａおよび伝達関数要素Ｂの直列結合要素２３を経てフィードバックループ位置指令を生成する。
【０２１７】
したがって、構成要素の集合３１と伝達関数要素Ｂの入出力特性が一致している場合、フィードバックループ位置偏差とフィードバックループ速度指令とが零となり、更に、速度情報と、直列結合要素２８との出力が一致するため、フィードバック速度制御器２６の出力であるフィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂが零となる。
【０２１８】
また、フィードバック電流補償器３０から出力されるフィードバックループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｂ、Ｉ２ｒｆｂも零となる。
【０２１９】
したがって、可動鉄片３を変位させる磁気吸引力は、伝達関数要素Ａを経由したフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆに依存されることとなり、電磁石１、２を流れる供給電流Ｉ１、Ｉ２は、フィードフォワードループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｆ、Ｉ２ｒｆｆに依存されることとなり、フィードバックループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｂ、Ｉ２ｒｆｂとフィードフォワードループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｆ、Ｉ２ｒｆｆとの加算値である供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒは、フィードフォワードループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｆ、Ｉ２ｒｆｆとほぼ一致する。
【０２２０】
また、構成要素の集合３１と伝達関数要素Ｂとの入出力特性のずれ、外乱の影響等によってフィードバックループ位置偏差が零以外となる場合のみ、フィードバック位置制御器２５とフィードバック速度制御器２６とフィードバック電流補償器３０とが機能して、フィードバックループ磁気吸引力指令ｕｒｆｂやフィードバックループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｂ、Ｉ２ｒｆｂも零以外の値を持つ。
【０２２１】
この場合、フィードフォワード電流補償器２９とフィードバック電流補償器３０とからそれぞれ出力される供給電流指令（フィードフォワードループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｆ、Ｉ２ｒｆｆ、フィードバックループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｂ、Ｉ２ｒｆｂ）を電磁石毎にそれぞれ加算して、入出力特性などのずれに対応させ、位置指令ｒで指定された位置に可動鉄片３を動作させる。
【０２２２】
電力増幅器７、８の電流制御帯域は、通常、可動鉄片３の位置制御帯域に比べて充分高く設定されているため、加速側の電磁石ｉに対する電流指令Ｉｉｒおよび減速側の電磁石ｊに対する電流指令Ｉｊｒを入力された各電力増幅器は、それぞれ供給電流指令Ｉｉｒとほぼ同一波形の供給電流Ｉｉを加速側の電磁石ｉに対して供給し、供給電流指令Ｉｊｒとほぼ同一波形の供給電流Ｉｊを減速側の電磁石ｊに対して供給して、可動鉄片３に対して所望の磁気吸引力を作用させることで、可動鉄片３の位置決め制御が実現される。
【０２２３】
次に、フィードフォワードループ供給電流指令に重畳される補助供給電流指令について説明する。
図１２は、この発明の実施の形態６による動作特性を示す特性図である。なお、位置指令ｒの遷移開始時間ｔ＝０として、図１２内の時間軸を統一している。
【０２２４】
図１２において、前述（図７、図１０参照）と同様のものについては、同一符号を付す。
【０２２５】
図１２において、図１２（ａ）は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆの時間波形７０１と、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の絶対値｜ｕｒｆｆ｜に対する閾値７０１１とを示し、図１２（ｂ）は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率ｄｕｒｆｆ／ｄｔの時間波形１２０１と、フィードフォワード磁気吸引力指令の時間変化率の絶対値｜ｄｕｒｆｆ／ｄｔ｜に対する閾値１２０１１とを示す。
【０２２６】
また、図１２（ｃ）は、正のフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆ（＞０）を実現するための加速側の電磁石ｉに対するフィードフォワードループ供給電流指令Ｉｉｒｆｆの時間波形１００１と、補助的なフィードフォワードループ磁気吸引力指令を実現するための加速側の電磁石ｉに対する補助供給電流指令の時間波形１２０２とを示し、図１２（ｄ）は、負のフィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆ（＜０）を実現するための減速側の電磁石ｊに対するフィードフォワードループ供給電流指令Ｉｊｒｆｆの時間波形１００２と、補助的なフィードフォワードループ磁気吸引力指令を実現するための減速側の電磁石ｊに対する補助供給電流指令の時間波形１２０３とを示す。
【０２２７】
また、図１２（ｅ）は、加速側の電磁石ｉに対するフィードフォワードループ供給電流指令の時間変化率ｄＩｉｒｆｆ／ｄｔの時間波形１００３と、フィードフォワードループ供給電流指令Ｉｉｒｆｆに対して補助供給電流指令を重畳したフィードフォワードループ供給電流指令の時間変化率の時間波形１２０４とを示し、図１２（ｆ）は、減速側の電磁石ｊに対するフィードフォワードループ供給電流指令の時間変化率ｄＩｊｒｆｆ／ｄｔの時間波形１００４と、フィードフォワードループ供給電流指令Ｉｊｒｆｆに対して補助供給電流指令を重畳したフィードフォワードループ供給電流指令の時間変化率の時間波形１２０５とを示す。
【０２２８】
図１２において、フィードフォワード電流補償器２９で算出された加速側の電磁石ｉの供給電流指令１００１および減速側の電磁石ｊの供給電流指令１００２の時間変化率は、加速側の電磁石ｉを付勢した状態から消勢し、減速側の電磁石ｊを消勢した状態から付勢する期間において、急激に増減し、その時間波形は、波形１００３および波形１００４に示す通りとなる。
【０２２９】
前述のように、構成要素の集合３１と伝達関数要素Ｂの入出力特性が一致している場合には、供給電流指令Ｉｉｒ、Ｉｊｒは、フィードフォワードループ供給電流指令Ｉｉｒｆｆ、Ｉｊｒｆｆと同一波形となり、各電磁石の印加電圧は、フィードフォワードループ供給電流指令の時間変化率にインダクタンスを乗じた値となる。
【０２３０】
したがって、可動鉄片３の運動の正負（加減速）切換時点の近傍で、正方向側の電磁石の印加電圧は急下降し、負方向側の電磁石の印加電圧は急上昇することになる。
【０２３１】
通常、電力増幅器７、８は、その電源電圧を超えた電圧を出力することができないため、供給電流指令に対して所望の電流制御を実現するためには、可動鉄片３の運動の正負（加減速）切換時点の近傍における印加電圧の急上昇および急下降を許容範囲内にするために、充分高い電源電圧を電力増幅器７、８に対して用いなければならない。
【０２３２】
しかし、各電磁石の最大印加電圧が、電力増幅器７、８に使用している電源電圧を超えてしまい印加電圧飽和が発生すると、供給電流指令Ｉｉｒ、Ｉｊｒに対して所望の電流制御を実現できなくなるため、可動鉄片３に対する加速と減速のバランスが崩れて位置決め制御の性能が低下してしまう。
【０２３３】
そこで、フィードフォワード電流補償器２９は、フィードフォワードループ供給電流指令１００１、１００２の他に、補助供給電流指令が算出される。まず、図１２に示すように、フィードフォワード電流補償器２９は、図１２（ａ）に示すようなフィードフォワードループ磁気吸引力指令の絶対値｜ｕｒｆｆ｜に対する閾値７０１１と、図１２（ｂ）に示すようなフィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率の絶対値｜ｄｕｒｆｆ／ｄｔ｜の閾値１２０１１とが設定される。
【０２３４】
この設定により、フィードフォワード電流補償器２９は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の絶対値｜ｕｒｆｆ｜が閾値７０１１以下という条件と、磁気吸引力指令の時間変化率の絶対値｜ｄｕｒｆｆ／ｄｔ｜が閾値１２０１１以上という条件とを共に満たす時間ｔ（フィードフォワードループ磁気吸引力の正負の切換時点）において、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆの絶対値|ｕｒｆｆ|に反比例するような補助磁気吸引力指令を算出する。
【０２３５】
また、両方の条件、または、いずれか一方の条件を満たさない時間ｔにおいては、補助磁気吸引力指令を零値とし、制御期間中、常に連続な波形となるように補助磁気吸引力指令を算出する。
【０２３６】
続いて、補助磁気吸引力指令と、変位情報ｙとに基づいて、補助供給電流指令１２０２、１２０３を算出し、フィードフォワードループ供給電流指令１００１、１００２に重畳して出力する。
【０２３７】
このように、補助供給電流指令１２０２、１２０３が重畳された場合、補助供給電流指令１２０２、１２０３によって可動鉄片３に作用する磁気吸引力は、正方向側と負方向側と（加速側と減速側）でお互いに打ち消し合い、可動鉄片３に作用する磁気吸引力は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆの時間波形とほぼ同一波形となるので、補助供給電流指令１２０２、１２０３による磁気吸引力への影響は無く、可動鉄片３の位置決め制御が成立する。
【０２３８】
また、電磁石ｉ、電磁石ｊに対する供給電流Ｉｉ、Ｉｊの時間波形は、フィードフォワードループ供給電流指令１００１、１００２に補助供給電流指令１２０２、１２０３を重畳した時間波形とほぼ同一となるので、電磁石ｉ、電磁石ｊのの印加電圧は、補助供給電流指令１２０２、１２０３を重畳した場合のフィードフォワードループ供給電流指令の時間変化率１２０４、１２０５に巻線のインダクタンスを乗じた値となる。
【０２３９】
したがって、可動鉄片３の運動の正負（加減速）切換時点（フィードフォワードループ磁気吸引力指令が零値となる時点）の近傍において、各電磁石の印加電圧の急下降および急上昇を大幅に抑制することができ、最大印加電圧を低電圧化するので、印加電圧飽和とそれによる制御性能の低下とを防止することができる。
【０２４０】
補助供給電流指令を重畳する方法の他にも、前述（実施の形態５参照）のように、フィードフォワードループ磁気吸引力指令ｕｒｆｆが零値となる時点において、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率ｄｕｒｆｆ／ｄｔが零値となるように位置指令ｒの軌道設計を行えば、各電磁石の最大印加電圧を低電圧化するので、印加電圧飽和とそれによる制御性能の低下とを防止することができる。
【０２４１】
以上のように、通常、２自由度制御系を構成するにあたって必要な制御対象の逆システム設計が不要となるので、容易に制御系設計を行うことができる。
【０２４２】
また、位置フィードバックループの内側に速度フィードバックループを施すことにより、２自由度制御におけるフィードバック制御の制御性を向上させることができる。
【０２４３】
また、入出力特性のずれや外乱の影響などが無い場合、供給電流指令Ｉ１ｒ、Ｉ２ｒは、フィードフォワードループ供給電流指令Ｉ１ｒｆｆ、Ｉ２ｒｆｆとほぼ一致し、位置指令ｒ、伝達関数要素Ａ２２、およびフィードフォワード電流補償器２９のみに依存するため、各電磁石の最大印加電圧の低減がより容易となる。
【０２４４】
また、フィードフォワードループ供給電流指令の時間変化率の絶対値の最大値を低減し、各電磁石の印加電圧の急下降および急上昇を大幅に抑制し、各電磁石の最大印加電圧を低電圧化して、印加電圧飽和とそれによる制御性能の低下とを防止することができる。
【０２４５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、所定方向に往復運動する可動鉄片と、可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、磁気吸引力によって可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサとを備えた電磁アクチュエータ制御装置であって、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令と変位情報との偏差に基づいて、磁気吸引力に対応する磁気吸引力指令を出力するフィードバック制御器と、磁気吸引力指令および変位情報に基づいて、第１および第２の供給電流指令を出力する電流補償器と、第１の供給電流指令に基づいて、第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、第２の供給電流指令に基づいて、第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器とを有し、電流補償器は、磁気吸引力指令の符号に応じて、第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、可動鉄片を目標位置に位置させるための一方の電磁石に対する供給電流に対応した供給電流指令を算出するとともに、他方の電磁石に対する供給電流を零値とする供給電流指令を算出するので、電磁石全体の消費電力を低減することのできる電磁アクチュエータ制御装置が得られる効果がある。
また、電流補償器は、磁気吸引力指令の絶対値が第１の所定値以下である第１の条件を判定する第１の条件判定部と、磁気吸引力指令の時間変化率の絶対値が第２の所定値以上である第２の条件を判定する第２の条件判定部とを備え、第１および第２の条件が共に成立する場合には、磁気吸引力指令の絶対値に反比例する大きさの補助磁気吸引力指令を算出し、第１および第２の条件の少なくとも一方が不成立となる場合には、補助磁気吸引力指令を零値とし、補助磁気吸引力指令および変位情報に基づいて、第１および第２の電磁石が発生する磁気吸引力の向きに対応した第１および第２の補助供給電流指令を算出し、第１の供給電流指令は、第１の補助供給電流指令が重畳されて出力され、第２の供給電流指令は、第２の補助供給電流指令が重畳されて出力されるので、電磁石の最大印加電圧を低電圧化し、印加電圧飽和の発生とそれによる制御性能の低下を防止することのできる電磁アクチュエータ制御装置が得られる効果がある。
【０２４７】
また、この発明によれば、所定方向に往復運動する可動鉄片と、可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、磁気吸引力によって可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサとを備えた電磁アクチュエータ制御装置であって、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令と変位情報との偏差に基づいて、磁気吸引力に対応する磁気吸引力指令を出力するフィードバック制御器と、磁気吸引力指令および変位情報に基づいて、第１および第２の供給電流指令を出力する電流補償器と、第１の供給電流指令に基づいて、第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、第２の供給電流指令に基づいて、第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器とを有し、電流補償器は、磁気吸引力指令の符号に応じて、第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、可動鉄片を目標位置に位置させるための一方の電磁石に対する供給電流に対応した供給電流指令を算出するとともに、他方の電磁石に対する供給電流を零値とする供給電流指令を算出するので、電磁石全体の消費電力を低減することのできる電磁アクチュエータ制御装置が得られる効果がある。
また、位置指令は、磁気吸引力指令が零値となる時点において、磁気吸引力指令の時間変化率が零値となるように軌道設計されるので、最大印加電圧を低電圧化し、印加電圧飽和の発生とそれによる制御性能の低下を防止することのできる電磁アクチュエータ制御装置が得られる効果がある。
【０２４８】
また、この発明によれば、所定方向に往復運動する可動鉄片と、可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、磁気吸引力によって可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサとを備えた電磁アクチュエータ制御装置において、磁気吸引力に対応する磁気吸引力指令と変位情報とに基づいて、第１および第２の供給電流指令を出力する電流補償器と、第１の供給電流指令に基づいて、第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、第２の供給電流指令に基づいて、第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器と、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、磁気吸引力指令と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第１の伝達関数要素と、位置指令に基づいてフィードバックループ位置指令を出力する第２の伝達関数要素と、フィードバックループ位置指令と変位情報との偏差に基づいて、フィードバックループ磁気吸引力指令を出力するフィードバック制御器とを有し、電流補償器は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令およびフィードバックループ磁気吸引力指令を加算した磁気吸引力指令の符号に応じて、第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、可動鉄片を目標位置に位置させるための一方の電磁石に対する供給電流に対応した供給電流指令を算出するとともに、他方の電磁石に対する供給電流を零値とする供給電流指令を算出し、第２の伝達関数要素は、電流補償器、第１および第２の電力増幅器、第１および第２の電磁石、可動鉄片、および変位センサと同等の入出力関係を有する第３の伝達関数要素と、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、磁気吸引力指令と同等の磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第４の伝達関数要素との極零相殺を許容した直列結合で、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たないので、磁気吸引力指令がフィードフォワードループ磁気吸引力指令とほぼ同等となり、フィードフォワードループ磁気吸引力指令は、位置指令と第１の伝達関数要素のみに依存するので、各電磁石の最大印加電圧の低減をより容易に実現することのできる電磁アクチュエータ制御装置が得られる効果がある。
また、位置指令は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令が零値となる時点において、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率が零値となるように軌道設計されるので、電磁石の最大印加電圧を低電圧化し、印加電圧飽和の発生とそれによる制御性能の低下を防止することのできる電磁アクチュエータ制御装置が得られる効果がある。
【０２４９】
また、この発明によれば、所定方向に往復運動する可動鉄片と、可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、磁気吸引力によって、可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサとを備えた電磁アクチュエータ制御装置において、磁気吸引力に対応する磁気吸引力指令と変位情報とに基づいて、第１および第２の供給電流指令を出力する電流補償器と、第１の供給電流指令に基づいて、第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、第２の供給電流指令に基づいて、第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器と、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、磁気吸引力指令と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第１の伝達関数要素と、位置指令に基づいてフィードバックループ位置指令を出力する第２の伝達関数要素と、変位情報に基づいて可動鉄片の可動速度を算出して速度情報を出力する第５の伝達関数要素と、フィードフォワードループ磁気吸引力指令を入力する第６の伝達関数要素と、フィードバックループ位置指令および変位情報の偏差を入力し、フィードバックループ速度指令を出力するフィードバック位置制御器と、フィードバックループ速度指令、速度情報、および、第６の伝達関数要素の出力指令に基づいて、フィードバックループ磁気吸引力指令を出力するフィードバック速度制御器とを有し、電流補償器は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令およびフィードバックループ磁気吸引力指令を加算した磁気吸引力指令の符号に応じて、第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、可動鉄片を目標位置に位置させるための一方の電磁石に対する供給電流に対応した供給電流指令を算出するとともに、他方の電磁石に対する供給電流を零値とする供給電流指令を算出し、第２の伝達関数要素は、電流補償器、第１および第２の電力増幅器、第１および第２の電磁石、可動鉄片、および変位センサと同等の入出力関係を有する第３の伝達関数要素と、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、磁気吸引力指令と同等の磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第４の伝達関数要素との極零相殺を許容した直列結合で、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たず、第６の伝達関数要素は、第３および第５の伝達関数要素が直列結合されたので、２自由度の位置制御でのフィードバック位置制御の制御性を向上するとのできる電磁アクチュエータ制御装置が得られる効果がある。
また、位置指令は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令が零値となる時点において、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率が零値となるように軌道設計されるので、電磁石の最大印加電圧を低電圧化し、印加電圧飽和の発生とそれによる制御性能の低下を防止することのできる電磁アクチュエータ制御装置が得られる効果がある。
【０２５１】
また、この発明によれば、所定方向に往復運動する可動鉄片と、可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、磁気吸引力によって、可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサとを備えた電磁アクチュエータ制御装置において、磁気吸引力に対応するフィードフォワードループ磁気吸引力指令と変位情報とに基づいて、第１および第２のフィードフォワードループ供給電流指令を出力するフィードフォワード電流補償器と、磁気吸引力に対応するフィードバックループ磁気吸引力指令と変位情報とに基づいて、第１および第２のフィードバックループ供給電流指令を出力するフィードバック電流補償器と、第１のフィードフォワードループ供給電流指令および第１のフィードバックループ供給電流指令を加算した第１の供給電流指令に基づいて、第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、第２のフィードフォワードループ供給電流指令および第２のフィードバックループ供給電流指令を加算した第２の供給電流指令に基づいて、第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器と、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、磁気吸引力と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第１の伝達関数要素と、位置指令に基づいてフィードバックループ位置指令を出力する第２の伝達関数要素と、フィードバックループ位置指令および変位情報の偏差に基づいて、フィードバックループ磁気吸引力指令を出力するフィードバック制御器とを有し、フィードフォワード電流補償器は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の符号に応じて、第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、可動鉄片を目標位置に位置させるための一方の電磁石に対する供給電流に対応したフィードフォワードループ供給電流指令を算出するとともに、他方の電磁石に対する供給電流を零値とするフィードフォワードループ供給電流指令を算出し、フィードバック電流補償器は、フィードバックループ磁気吸引力指令の符号に応じて、第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、可動鉄片を目標位置に位置させるための一方の電磁石に対する供給電流に対応したフィードバックループ供給電流指令を算出するとともに、他方の電磁石に対する供給電流を零値とするフィードバックループ供給電流指令を算出し、第２の伝達関数要素は、フィードフォワード電流補償器、第１および第２の電力増幅器、第１および第２の電磁石、可動鉄片、および変位センサと同等の入出力関係を有する第３の伝達関数要素と、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、磁気吸引力と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第４の伝達関数要素との極零相殺を許容した直列結合で、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たないので、各電磁石の最大印加電圧の低減をより容易に実現することのできる電磁アクチュエータ制御装置が得られる効果がある。
【０２５２】
また、この発明によれば、所定方向に往復運動する可動鉄片と、可動鉄片の運動方向に対して互いに逆向きの磁気吸引力を発生し、磁気吸引力によって、可動鉄片を往復運動させる第１および第２の電磁石と、可動鉄片の変位を計測して変位情報を出力する変位センサとを備えた電磁アクチュエータ制御装置において、磁気吸引力に対応するフィードフォワードループ磁気吸引力指令と変位情報とに基づいて、第１および第２のフィードフォワードループ供給電流指令を出力するフィードフォワード電流補償器と、磁気吸引力に対応するフィードバックループ磁気吸引力指令と変位情報とに基づいて、第１および第２のフィードバックループ供給電流指令を出力するフィードバック電流補償器と、第１のフィードフォワードループ供給電流指令および第１のフィードバックループ供給電流指令を加算した第１の供給電流指令に基づいて、第１の電磁石に第１の供給電流を出力する第１の電力増幅器と、第２のフィードフォワードループ供給電流指令および第２のフィードバックループ供給電流指令を加算した第２の供給電流指令に基づいて、第２の電磁石に第２の供給電流を出力する第２の電力増幅器と、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、磁気吸引力と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力し、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第１の伝達関数要素と、位置指令に基づいてフィードバックループ位置指令を出力する第２の伝達関数要素と、変位情報に基づいて可動鉄片の可動速度を算出して速度情報を出力する第５の伝達関数要素と、フィードフォワードループ磁気吸引力指令を入力する第６の伝達関数要素と、フィードバックループ位置指令および変位情報の偏差を入力し、フィードバックループ速度指令を出力するフィードバック位置制御器と、フィードバックループ速度指令、速度情報、および、第６の伝達関数要素の出力指令に基づいて、フィードバックループ磁気吸引力指令を出力するフィードバック速度制御器とを有し、フィードフォワード電流補償器は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の符号に応じて、第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、可動鉄片を目標位置に位置させるための一方の電磁石に対する供給電流に対応したフィードフォワードループ供給電流指令を算出するとともに、他方の電磁石に対する供給電流を零値とするフィードフォワードループ供給電流指令を算出し、フィードバック電流補償器は、フィードバックループ磁気吸引力指令の符号に応じて、第１または第２の電磁石のうちの付勢される一方の電磁石と消勢される他方の電磁石とを決定し、可動鉄片を目標位置に位置させるための一方の電磁石に対する供給電流に対応したフィードバックループ供給電流指令を算出するとともに、他方の電磁石に対する供給電流を零値とするフィードバックループ供給電流指令を算出し、第２の伝達関数要素は、フィードフォワード電流補償器、第１および第２の電力増幅器、第１および第２の電磁石、可動鉄片、および変位センサと同等の入出力関係を有する第３の伝達関数要素と、可動鉄片の目標位置に対応する位置指令に基づいて、磁気吸引力と同等のフィードフォワードループ磁気吸引力指令を出力する複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たない第４の伝達関数要素との極零相殺を許容した直列結合で、複素平面において閉右半面および無限遠点に極を持たず、第６の伝達関数要素は、第３および第５の伝達関数要素が直列結合されたので、２自由度の位置制御でのフィードバック位置制御の制御性を向上することのできる電磁アクチュエータ制御装置が得られる効果がある。
【０２５３】
また、この発明によれば、フィードフォワード電流補償器は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の絶対値が第１の所定値以下である第１の条件を判定する第１の条件判定部と、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率の絶対値が第２の所定値以上である第２の条件を判定する第２の条件判定部とを備え、第１および第２の条件が共に成立する場合には、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の絶対値に反比例する大きさの補助磁気吸引力指令を算出し、第１および第２の条件の少なくとも一方が不成立となる場合には、補助磁気吸引力指令を零値とし、補助磁気吸引力指令および変位情報に基づいて、第１および第２の電磁石が発生する磁気吸引力の向きに対応した第１および第２の補助供給電流指令を算出し、第１のフィードフォワードループ供給電流指令は、第１の補助供給電流指令が重畳されて出力され、第２のフィードフォワードループ供給電流指令は、第２の補助供給電流指令が重畳されて出力されるので、電磁石の最大印加電圧を低電圧化し、印加電圧飽和の発生とそれによる制御性能の低下を防止することのできる電磁アクチュエータ制御装置が得られる効果がある。
【０２５４】
さらに、この発明によれば、位置指令は、フィードフォワードループ磁気吸引力指令が零値となる時点において、フィードフォワードループ磁気吸引力指令の時間変化率が零値となるように軌道設計されるので、最大印加電圧を低電圧化し、印加電圧飽和の発生とそれによる制御性能の低下を防止することのできる電磁アクチュエータ制御装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１を示すブロック構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による動作を説明する特性図である。
【図３】  この発明の実施の形態２による動作を説明する特性図である。
【図４】  この発明の実施の形態２による動作を説明する特性図である。
【図５】  この発明の実施の形態３を示すブロック構成図である。
【図６】  この発明の実施の形態３による動作を説明する特性図である。
【図７】  この発明の実施の形態３による動作を説明する特性図である。
【図８】  この発明の実施の形態４を示すブロック構成図である。
【図９】  この発明の実施の形態５を示すブロック構成図である。
【図１０】  この発明の実施の形態５による動作を説明する特性図である。
【図１１】  この発明の実施の形態６を示すブロック構成図である。
【図１２】  この発明の実施の形態６による動作を説明する特性図である。
【図１３】  従来の電磁アクチュエータ制御回路を示す回路図である。
【図１４】  従来の電磁アクチュエータ制御回路を示す等価回路図である。
【符号の説明】
１、２  電磁石、３  可動鉄片、５  フィードバック制御器  ６  電流補償器、７、８  電力増幅器、９  変位センサ、２１  構成要素の集合、２２  伝達関数要素Ａ、２３  伝達関数要素Ａと伝達関数要素Ｂとの直列結合要素、２５  フィードバック位置制御器、２６  フィードバック速度制御器、２７  伝達関数要素Ｃ、２８  伝達関数要素Ｂと伝達関数要素Ｃとの直列結合要素、２９  フィードフォワード電流補償器、３０  フィードバック電流補償器、３１  構成要素の集合。
【図１】
0003886825.tif 000007
【図２】
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【図３】
0003886825.tif 000009
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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