(57)【要約】【課題】回転対象物につき、応答性が経年的な摩耗による影響を受けない駆動制御を行う。【解決手段】実施形態によれば、回転対象物駆動制御システム１００は、アクチュエータ５によって駆動される駆動ローラ３との摩擦によって回転駆動される回転対象物１を所定の角度位置となるように駆動制御する。回転対象物駆動制御システム１００は、所定の目標角度にもとづいて角度位置目標値を出力する回転対象物制御回路１０と、回転対象物制御回路１０からの角度位置目標値と回転対象物１の現在角度位置とに基づいてアクチュエータ５を駆動制御するアクチュエータ制御装置２０と、駆動ローラ３の摩耗による駆動ローラ３の直径の減少に対応するために駆動ローラ３の速度が補正後の速度となるように、回転対象物制御回路１０またはアクチュエータ制御装置２０における制御演算値を補正する補正部４０とを有する。【選択図】図３
2016168176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータによって駆動される駆動ローラとの摩擦によって回転駆動され前記駆動ローラと接触する部分の外形が円筒形状である回転対象物を所定の角度位置となるように駆動制御する回転対象物駆動制御システムであって、
所定の目標角度にもとづいて角度位置目標値を出力する回転対象物制御回路と、
前記回転対象物制御回路からの角度位置目標値と、前記回転対象物の現在角度位置とに基づいて、前記アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御装置と、
前記駆動ローラの摩耗による前記駆動ローラの直径の減少に対応するために前記駆動ローラの速度が補正後の速度となるように、前記回転対象物制御回路または前記アクチュエータ制御装置における制御演算値を補正する補正値を算出し出力する補正部と、
を備えことを特徴とする回転対象物駆動制御システム。
【請求項２】
前記補正部は、前記駆動ローラの単位回転角あたりの前記回転対象物の回転角の比の、現在の値に対する当初の値の比として前記補正値を算出し該補正値を用いて補正することを特徴とする請求項１に記載の回転対象物駆動制御システム。
【請求項３】
前記制御演算値は、前記回転対象物制御回路からの角度位置目標値変更速度であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転対象物駆動制御システム。
【請求項４】
前記制御演算値は、前記アクチュエータ制御装置における速度制御目標値であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転対象物駆動制御システム。
【請求項５】
前記駆動ローラの回転角度を検出する回転検出器と、
前記アクチュエータ制御装置から前記アクチュエータに出力されるエネルギー供給速度を検出するエネルギー供給速度検出器と、
をさらに備え、
前記アクチュエータ制御装置は、
前記回転対象物制御回路からの角度位置目標値と前記回転対象物の現在の角度位置との差に基づいて速度指令値を算出する位置制御器と、
前記速度指令値に、前記補正値を乗じて補正後速度指令値を算出する乗算器と、
前記補正後速度指令値と前記回転検出器の信号との差に基づいてエネルギー供給速度指令値を算出する速度制御器と、
前記エネルギー供給速度指令値と前記エネルギー供給速度検出器からの信号の差に基づいてエネルギー供給指令値を算出するエネルギー量制御器と、
前記エネルギー供給指令を受けて、前記アクチュエータにエネルギーを供給するエネルギー供給部と、
を有することを特徴とする請求項４に記載の回転対象物駆動制御システム。
【請求項６】
前記回転対象物制御回路は、
前記補正値の経年的な変化を記憶するデータ保存部と、
前記補正値の経年的変化を将来に外挿して、前記駆動ローラの摩耗の交換必要時期を予測する摩耗予測部と、
を具備することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の回転対象物駆動制御システム。
【請求項７】
前記回転対象物制御回路は、前記補正値が所定の範囲となった時点で、交換を要する摩耗と判定して警告信号を出力する摩耗判定部をさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の回転対象物駆動制御システム。
【請求項８】
アクチュエータによって駆動される駆動ローラとの摩擦によって回転駆動され前記駆動ローラに対向する部分の外形が円筒形状である回転対象物を所定の角度位置となるように駆動制御する回転対象物駆動制御方法であって、
回転対象物制御回路が、角度位置目標値を設定する角度位置目標値算出ステップと、
補正部が、補正値を算出する補正値算出ステップと、
前記角度位置目標値算出ステップと前記補正値算出ステップの後に、前記補正値により前記角度位置目標値の変更速度を補正し、前記回転対象物制御回路から前記アクチュエータ制御装置に出力する角度位置目標値エネルギー指令値算出ステップと、
前記補正後の変更速度に基づいて前記回転対象物制御回路から出力された前記角度位置目標値を受け入れて、前記アクチュエータ制御装置がアクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動ステップと、
を有することを特徴とする回転対象物駆動制御方法。
【請求項９】
アクチュエータによって回転駆動される回転対象物を所定の角度位置となるように駆動制御する回転対象物駆動制御方法であって、
補正部が、補正値を算出する補正値算出ステップと、
回転対象物制御回路が、角度位置目標値を設定し、アクチュエータ制御装置に出力する角度位置指令ステップと、
前記アクチュエータ制御装置が、前記補正部からの信号により速度制御目標値を補正しながらアクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動ステップと、
を有することを特徴とする回転対象物駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、回転対象物の駆動制御システムおよび駆動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線治療のための装置として、患者の周りを回転することにより周方向の任意の位置から患者に対して粒子線を照射する回転機構がある。この回転機構は、粒子線照射部を含めた部分が回転軸周りを周方向に、所定の角度範囲にわたり回転するものである。回転機構の中心軸近傍に、患者が横になっているベッドがアクセスする。この状態で、回転機構は、患者の周りを回転することにより、周方向の任意の場所から粒子線を照射する。
【０００３】
重量物である回転機構は、外形がほぼ円筒状である。回転機構は、複数のローラによって自重が支持されている。各ローラは、外形が円筒状であり、軸方向を回転機構と同じ軸方向に向けて互いに平行に配されている。回転機構がローラに支持されている部分の外形は円筒状である。ローラのうち、駆動用のローラの軸には、アクチュエータとして電動機が機械的に接続されている。アクチュエータの駆動力がローラに伝達され、ローラが回転することにより、回転機構が摩擦駆動される。回転機構は、駆動制御装置により、回転角度の位置決めがなされる。ここで、回転角度とは、回転機構が回転軸まわりのどの角度にある状態かという角度位置を意味する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−８３０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
回転機構の回転角度は、回転角度の目標値と実際の回転角度との差に基づいてモータ駆動装置により制御される。回転機構は重量物であり、アクチュエータにより回転駆動されるローラによって摩擦駆動されることから、回転機構とローラの摩擦面は、経年的に摩耗によって減少することが考えられる。
【０００６】
たとえば、回転機構が回転することにより重心位置がずれると、第１の駆動ローラの摩擦力の方が、第２の駆動ローラの摩擦力よりも大きくなる。この結果、第１の駆動ローラの表面の摩耗の程度は、第２の駆動ローラの表面の摩耗の程度より多くなる。この偏りの傾向が定常的に存在する場合、第１の駆動ローラの直径は第２の駆動ローラの直径より小さくなる。直径の異なる第１の駆動ローラと第２の駆動ローラとで摩擦駆動する場合、一方には滑りが生ずる。この滑りも摩擦面の摩耗を促進する原因となる。径の小さい方が駆動トルクは大きくなることから、直径の小さな第１の駆動ローラが主体に駆動し、第２の駆動ローラに滑りが生じ摩耗が進むことにより、第１の駆動ローラの直径に近づく。このサイクルを繰り返すことによって、第１の駆動ローラおよび第２の駆動ローラの直径が減少していく。
【０００７】
このように、ローラあるいは回転機構の径が減少することが予想されるが、これは、ローラの回転角度に対する回転機構の回転角度の比の大きさを減少させることになる。すなわち、所定の目標角度が与えられた場合に、実際の回転角度の変化が、想定している回転対象物の動きよりも遅れることになる。このことは、回転機構を駆動制御する上で、好ましくない影響を与える。
【０００８】
この放射線治療のための回転機構のように、重量物である回転対象物を駆動制御する上で、駆動制御における応答遅れに対する対応が課題となっている。
【０００９】
そこで、本発明の実施形態は、回転対象物について、駆動制御の応答性が経年的な摩耗による影響を受けない駆動制御を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本実施形態は、アクチュエータによって駆動される駆動ローラとの摩擦によって回転駆動され前記駆動ローラと接触する部分の外形が円筒形状である回転対象物を所定の角度位置となるように駆動制御する回転対象物駆動制御システムであって、所定の目標角度にもとづいて角度位置目標値を出力する回転対象物制御回路と、前記回転対象物制御回路からの角度位置目標値と、前記回転対象物の現在角度位置とに基づいて、前記アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御装置と、前記駆動ローラの摩耗による前記駆動ローラの直径の減少に対応するために前記駆動ローラの速度が補正後の速度となるように、前記回転対象物制御回路または前記アクチュエータ制御装置における制御演算値を補正する補正値を算出し出力する補正部と、を備えことを特徴とする。
【００１１】
また、本実施形態は、アクチュエータによって駆動される駆動ローラとの摩擦によって回転駆動され前記駆動ローラに対向する部分の外形が円筒形状である回転対象物を所定の角度位置となるように駆動制御する回転対象物駆動制御方法であって、回転対象物制御回路が、角度位置目標値を設定する角度位置目標値算出ステップと、補正部が、補正値を算出する補正値算出ステップと、前記角度位置目標値算出ステップと前記補正値算出ステップの後に、前記補正値により前記角度位置目標値の変更速度を補正し、前記回転対象物制御回路から前記アクチュエータ制御装置に出力する角度位置目標値エネルギー指令値算出ステップと、前記補正後の変更速度に基づいて前記回転対象物制御回路から出力された前記角度位置目標値を受け入れて、前記アクチュエータ制御装置がアクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動ステップと、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本実施形態は、アクチュエータによって回転駆動される回転対象物を所定の角度位置となるように駆動制御する回転対象物駆動制御方法であって、補正部が、補正値を算出する補正値算出ステップと、回転対象物制御回路が、角度位置目標値を設定し、アクチュエータ制御装置に出力する角度位置指令ステップと、前記アクチュエータ制御装置が、前記補正部からの信号により速度制御目標値を補正しながらアクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態によれば、回転対象物について、駆動制御の応答性が経年的な摩耗による影響を受けない駆動制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る回転対象物駆動制御システムおよびその対象とする回転対象物の全体構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る回転対象物駆動制御システムの回転対象物制御回路の構成を中心に示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態に係る回転対象物駆動制御システムのアクチュエータ制御装置の構成を中心に示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態に係る回転対象物駆動制御システムの動作による回転対象物の状態の時間的変化の例を示すグラフであり、（ａ）は回転対象物の角度位置目標値、（ｂ）は指令値算出部出力、（ｃ）は回転対象物の角度位置の時間的変化である。
【図５】回転対象物の角度位置目標値に対する回転対象物の角度位置の時間的変化を説明するための概念的なグラフであり、補正がない場合を示す。
【図６】回転対象物の角度位置目標値に対する回転対象物の角度位置の時間的変化を説明するための概念的なグラフであり、補正がある場合を示す。
【図７】第１の実施形態に係る回転対象物駆動制御方法の手順を示すフロー図である。
【図８】第２の実施形態に係る回転対象物駆動制御システムの回転対象物制御回路の構成を中心に示すブロック図である。
【図９】第２の実施形態に係る回転対象物駆動制御システムのアクチュエータ制御装置の構成を中心に示すブロック図である。
【図１０】回転速度指令信号の補正前、補正後の値の時間的変化の例を説明するための概念的なグラフである。
【図１１】回転対象物の角度位置目標値に対する回転対象物の角度位置の時間的変化を説明するための概念的なグラフである。
【図１２】第２の実施形態に係る回転対象物駆動制御方法の手順を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転対象物駆動制御システムおよび回転対象物駆動制御方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る回転対象物駆動制御システム１００およびその対象とする回転対象物１の全体構成を示すブロック図である。回転対象物１は、中心軸を水平にしており、たとえば、放射線治療のための装置として、患者の周りを回転することにより周方向の任意の位置から患者に対して粒子線を照射する回転機構である。
【００１７】
回転対象物１の表面近傍には、回転対象物１の回転角度を測定する回転位置センサ２が、固定支持されている。回転対象物１は、中心軸を水平にした２台の駆動ローラ３ａ、３ｂおよび中心軸を水平にした２台の従動ローラ４ａ、４ｂによって下方から支持されている。回転対象物１の、駆動ローラ３ａ、３ｂ、および従動ローラ４ａ、４ｂと接触する部分の外形は円筒状である。この接触部分に回転対象物１の自重がかかり、摩擦力により回転対象物１は回転駆動される。
【００１８】
水平方向の写像でみると、駆動ローラ３ａの中心軸と駆動ローラ３ｂの中心軸は、回転対象物１の中心軸を挟んで対称の位置にある。従動ローラ４ａの中心軸と従動ローラ４ｂの中心軸も同様に、回転対象物１の中心軸を挟んで対称の位置にある。また、駆動ローラ３ａおよび駆動ローラ３ｂが回転対象物１の軸方向の一方の側に、従動ローラ４ａおよび従動ローラ４ｂが回転対象物１の軸方向の反対側に配されている。
【００１９】
駆動ローラ３ａは、その軸に直接に、あるいは減速機構６（図３）を介してアクチュエータ５ａに結合している。同様に、駆動ローラ３ｂは、減速機構６を介してアクチュエータ５ｂに結合している。アクチュエータ５ａ、５ｂは、例えば、電動モータ、油圧式動力機構による回転駆動装置などである。なお、速度が適切な範囲であれば、減速機構を介さずに直結してもよい。
【００２０】
回転対象物駆動制御システム１００は、回転対象物１が所定の回転位置となるように、アクチュエータ５ａ、５ｂの回転駆動を制御する。回転対象物駆動制御システム１００は、回転対象物制御回路１０およびアクチュエータ制御装置２０を有する。アクチュエータ制御装置２０は、構成を同じくするアクチュエータ制御装置２０ａおよびアクチュエータ制御装置２０ｂを有する。
【００２１】
回転位置センサ２の出力は、回転対象物制御回路１０およびアクチュエータ制御装置２０のそれぞれに入力される。アクチュエータ制御装置２０からはアクチュエータ５ａ、５ｂにエネルギーが供給される。エネルギーは、たとえば、電動モータの場合は電力、油圧式動力機構による回転駆動装置の場合は所定の圧力の作動油である。
【００２２】
アクチュエータ５ａおよびこれに駆動される駆動ローラ３ａの回転位置を測定するために回転検出器７ａが設けられている。回転検出器７ａはたとえば、レゾルバであり、アクチュエータ５ａまたは駆動ローラ３ａに取り付けられる。回転検出器７ａの信号は、アクチュエータ制御装置２０にフィードバック信号として出力される。アクチュエータ５ｂまたは駆動ローラ３ｂにも、図示しないが、同様に回転位置を測定する回転検出器が設けられており、その信号は、アクチュエータ制御装置２０にフィードバック信号として出力される。
【００２３】
図２は、第１の実施形態に係る回転対象物駆動制御システム１００の回転対象物制御回路１０の構成を中心に示すブロック図である。回転対象物制御回路１０は、回転速度目標値保存部１１、回転対象物角度目標値保存部１２、指令値算出部１３、データ保存部１５、摩耗予測部１６、摩耗判定部１７、および通知部１８を有する。回転速度目標値保存部１１は、回転対象物１の回転速度の目標値、すなわち回転速度目標値を保存する。回転対象物角度目標値保存部１２は、回転対象物１の角度位置の目標値である角度位置目標値を保存する。
【００２４】
指令値算出部１３は、回転速度目標値保存部１１から回転対象物１の回転速度目標値を、また、回転対象物角度目標値保存部１２から回転対象物１の角度位置目標値のそれぞれを読み出し、アクチュエータ制御装置２０への指令信号に変換する。具体的には、回転速度目標値および角度位置目標値は、所定のレベルのアナログ値あるいはディジタル値である。指令値算出部１３は、この所定のレベルの信号を、パルス信号に変換して、アクチュエータ制御装置２０に出力する。
【００２５】
回転対象物制御回路１０は、アクチュエータ制御装置２０によって行われる回転対象物１の角度位置制御の目標値の設定をおこなうものであるが、その設定の方法として指令値算出部１３から出力されるパルス信号は、角度位置目標値と回転速度目標値に応じたものである。
【００２６】
たとえば、１パルスによって、アクチュエータ制御装置２０は、回転対象物１の角度位置をΔθの角度分だけ進めるようにアクチュエータ制御装置２０のゲインが設定されているとする。この場合、第１のパルスを受けて、アクチュエータ制御装置２０によって回転対象物１はΔθだけ進むことになる。次に、第２のパルスが回転対象物制御回路１０からアクチュエータ制御装置２０に出力されれば、回転対象物１はさらにΔθだけ進むことになる。このように、パルスがｎ回発せられれば回転対象物１はさらにｎΔθだけ進むことになる。
【００２７】
ここで、パルスが発せられる時間間隔がΔｔで一定であるとすると、平均的な回転対象物１の回転速度は、（ｎ・Δθ）／（ｎ・Δｔ）＝Δθ／Δｔとなる。すなわち、１パルスにより進む回転対象物１の角度Δθが設定されていれば、パルスの発生回数によって、目標角度位置に到達し、かつ、パルスの発生間隔によって回転対象物１の回転速度が得られる。
【００２８】
データ保存部１５は、回転対象物１の角度位置を測定する回転位置センサ２からの回転位置信号を受け入れる。データ保存部１５は、回転位置信号を順次、トレンドデータとして保存する。なお、目的は経年的な変化を把握することであるので、所定の期間ごと、あるいは所定の回数ごとに保管することでもよい。摩耗予測部１６は、回転位置信号の時間変化から回転速度を演算し、回転速度のトレンドを求め将来に外挿する。この結果と、交換必要条件とから、交換必要時期を予測する。摩耗判定部１７は、摩耗予測部１６による交換必要時期の所定期間前になったときに摩耗条件となった旨を判定し、通知部１８がこれを運転員、操作員あるいは保守メンバーに通知する。
【００２９】
図２に示される補正部４０は、補正設定部４１および補正演算部４２を有する。補正演算部４２は、摩耗予測部１６から回転対象物１の回転速度のトレンドデータを受け入れ、補正内容を算出し、補正設定部４１およびデータ保存部１５に出力する。回転対象物１の前回の速度をｖｉとすると、補正値ｃは、次の式（１）で与えられる。
ｃ＝ｖｉ／ｖｉ＋１                          …（１）
ここで、速度ｖｉは、前回の速度ではなく、所定の回数前の速度であってもよい。
【００３０】
ここで、摩耗により駆動ローラの直径が減少しているとすれば、ｖｉ＞ｖｉ＋１である。したがって、ｃ＞１である。補正設定部４１は、補正演算部４２で算出した補正値ｃを受けて、指令値算出部１３に出力する。
【００３１】
補正設定部４１から補正値ｃを受け入れた指令値算出部１３は、パルス出力であるΔｔを次の式（２）によって補正する。すなわち、補正後のパルス出力間隔は、補正前のパルス出力間隔より短くなる。
Δｔｃ＝Δｔ／ｃ                        …（２）
この結果、指令値算出部１３は、Δｔｃ間隔で、アクチュエータ制御装置２０に、補正された回転対象物１の角度位置目標値、すなわち指令信号としてパルス信号を出力する。
【００３２】
図３は、第１の実施形態に係る回転対象物駆動制御システムのアクチュエータ制御装置２０の構成を中心に示すブロック図である。アクチュエータ制御装置２０は、エネルギー指令値算出部３０およびエネルギー供給部５０を有する。
【００３３】
エネルギー指令値算出部３０は、第１減算器３１、位置制御器３２、第２減算器３３、速度制御器３４、第３減算器３５、およびエネルギー量制御器３６を有する。
【００３４】
第１減算器３１は、回転対象物制御回路１０の指令値算出部１３からの角度位置目標値信号と、回転対象物１の角度位置を検出する回転位置センサ２からのフィードバック信号である角度位置信号を受け入れる。いずれの信号もパルス信号である。第１減算器３１は、角度位置目標値からフィードバックされた角度位置を減じて、角度位置偏差を出力する。位置制御器３２は、角度位置偏差を入力として受け入れ、角度位置偏差の大きさに応じた回転速度目標値の信号、すなわち回転速度指令信号を出力する。
【００３５】
第２減算器３３は、位置制御器３２からの回転速度指令信号と、アクチュエータ５の回転速度を検出するレゾルバ７からのフィードバック信号であるアクチュエータ回転速度信号を受け入れる。第２減算器３３は、回転速度指令信号からアクチュエータ回転速度信号を減じて、回転速度偏差を出力する。速度制御器３４は、回転速度偏差を入力として受け入れ、回転速度偏差信号の大きさに応じたエネルギー供給速度指令信号を出力する。
【００３６】
第３減算器３５は、速度制御器３４からのエネルギー供給速度指令信号と、エネルギー供給部５０から供給されるエネルギー量を検出するエネルギー供給速度検出器５０ａからのフィードバック信号であるエネルギー供給速度信号を受け入れる。エネルギー供給速度検出器５０ａは、エネルギーが電力である場合はたとえば電流変換器（ＣＴ）である。あるいは、油圧式動力機構の場合は、たとえばサーボ弁の位置などである。
【００３７】
第３減算器３５は、エネルギー供給速度指令信号からエネルギー供給速度信号を減じて、エネルギー供給速度偏差を出力する。エネルギー量制御器３６は、エネルギー供給速度偏差を入力として受け入れ、エネルギー供給速度偏差信号の大きさに応じたエネルギー供給部５０へのエネルギー供給指令信号を出力する。
【００３８】
エネルギー供給部５０は、エネルギー量制御器３６からの指令を受けて、エネルギー供給速度を制御するとともに、そのエネルギー供給速度でアクチュエータ５にエネルギーを供給する。ここで、アクチュエータが電気式モータの場合は、電流値を制御しながら電力を供給する。あるいは、アクチュエータが油圧式動力機械の場合は、圧入する油量を制御しながら作動油を供給する。
【００３９】
図４は、第１の実施形態に係る回転対象物駆動制御システムの動作による回転対象物の状態の時間的変化の例を示すグラフであり、（ａ）は回転対象物の角度位置目標値、（ｂ）は指令値算出部出力、（ｃ）は回転対象物の角度位置の時間的変化である。
【００４０】
図４（ａ）に示すように、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、およびｔ５ごとに、回転対象物の角度位置目標値を、それぞれθ１、θ２、θ３、θ４およびθ５に順次設定する。具体的には、回転対象物制御回路１０の指令値算出部１３が、アクチュエータ制御装置２０に、図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、およびｔ５に、パルス信号を出力する。ここでは、１パルスあたりの回転対象物１の角度位置変化分をΔθとすると、次のように、それぞれの角度の差は、Δθである。
θ５−θ４＝θ４−θ３＝θ３−θ２＝θ２−θ１＝Δθ
【００４１】
このような目標値の変更に対して、回転対象物１の角度位置が変化する。この時間的な変化の様子は、アクチュエータ制御装置２０、アクチュエータ５、駆動ローラ３および回転対象物１の応答性に依存する。アクチュエータ制御装置２０は演算回路であるので、機械的な部分に比べて十分な応答性を有する。
【００４２】
機械的な部分は、アクチュエータ５、駆動ローラ３および回転対象物１のそれぞれに存在する遊びなどの微小なギャップ等による遅れがある。アクチュエータ５およびこれに結合する駆動ローラ３の動作は、時間的に集積されて回転対象物１の角度位置となる。すなわち、回転対象物１は、積分要素とみなされる。また、回転対象物１の角度位置は回転位置センサにより、アクチュエータ制御装置２０にフィードバックされている。
【００４３】
以上より、目標値の変化に対する回転対象物１の角度位置の変化の特性は、マクロには、ほぼ１次遅れ特性で近似できると考えられる。この結果、図４（ｃ）に示すように、回転対象物の角度位置は、図４（ａ）で示される回転対象物の角度位置目標値のそれぞれの変更に対して、１次遅れ特性によって応答する。
【００４４】
図５は、回転対象物の角度位置目標値に対する回転対象物の角度位置の時間的変化を説明するための概念的なグラフであり、補正がない場合を示す。今、回転対象物駆動制御システム１００からΔｔ１ごとに目標値がΔθずつ、θ１、θ２、θ３と順次上昇する場合を考える。目標値はステップ的に変化することから、回転対象物１の角度位置θは、図５中の破線で示される曲線Ａのように、ステップ入力に対する１次遅れ特性をもって追従すると考える。
【００４５】
ステップ入力に対する１次遅れ特性の応答は、無限時間でステップ入力値に到達するので、ステップ入力のある時間間隔Δｔ１後は、必ずステップ入力値との偏差が存在する。この偏差は、一次遅れの時定数が短ければこの偏差は小さく、一次遅れの時定数が長ければこの偏差は小さくなる。
【００４６】
次に、駆動ローラ３の表面の摩耗により径が小さくなった場合を考える。この場合も同様に一次遅れ特性で応答する。しかしながら、同じ回転対象物駆動制御システム１００の出力に対して、元の径の場合と同様に駆動ローラ３が回転しても、回転対象物１の回転速度は小さくなる。この時間的な応答を実線の曲線Ｂで示す。このように、目標値が変更されてΔｔ１の後の目標値との偏差は、曲線Ａの場合より大きくなる。この結果、目標値が変更されるにつれて、順次、目標値との偏差が大きくなる。
【００４７】
図６は、回転対象物の角度位置目標値に対する回転対象物の角度位置の時間的変化を説明するための概念的なグラフであり、補正がある場合を示す。図６中の２点鎖線で示す曲線Ｂは、図５中の曲線Ｂと同じ応答である。図６中の実線で示す曲線Ｃは、補正がある場合を示す。
【００４８】
補正は、図２で説明したように、指令値算出部１３は、補正設定部４１から受け入れた補正値ｃで補正したパルス出力の時間間隔Δｔ２でパルスを出力する。当初の時間間隔Δｔ１より短い時間間隔Δｔ２で出力された回転対象物の角度位置目標値に対して、その都度、一次遅れ特性応答することから、図６の曲線Ｃに示すように回転対象物１の応答性が向上する。
【００４９】
なお、図６は、図示の便宜上、Δｔ２をΔｔ１より極端に短くしており、そのために、曲線Ｃで示す応答特性は、図５の曲線Ａで示す応答特性よりも良くなっているが、本来、曲線Ｃの応答特性が、曲線Ａの応答特性と同じレベルであれば良く、Δｔ２は、そのように設定される。
【００５０】
図７は、第１の実施形態に係る回転対象物駆動制御方法の手順を示すフロー図である。まず、回転対象物制御回路１０が回転角度指令信号を作成する（ステップＳ０１）。具体的には、回転速度目標値保存部１１に保存された目標速度情報および回転対象物角度目標値保存部１２に保存された回転対象物の角度位置目標値の情報に基づいて回転角度の指令値を算出する。この指令値を出力する回転角度指令信号はパルス列情報である。
【００５１】
また、補正部４０が、回転角度指令信号を補正する（ステップＳ０２）。具体的には、補正演算部４２が、摩耗予測部１６から回転対象物１の回転速度のトレンドデータを受け入れ、補正値ｃを算出する。補正演算部４２は、補正設定部４１に補正値ｃを出力する。回転対象物制御回路１０の指令値算出部１３は、補正値ｃを受けて、パルス列情報を修正する。なお、ステップＳ０２がステップＳ０１よりも前であってもよい。ステップＳ０１およびステップＳ０２の次に、回転対象物制御回路１０が回転角度指令信号をアクチュエータ制御装置２０に出力する（ステップＳ０３）。
【００５２】
ステップＳ０３の次に、アクチュエータ制御装置２０の位置制御器３２が補正した回転角度指令信号と回転対象物１の回転角度信号との差に基づいて速度指令信号を作成する（ステップＳ０４）。次に、アクチュエータ制御装置２０の速度制御器３４が速度指令信号と、アクチュエータ５の速度信号との差に基づいてエネルギー供給指令値を作成する（ステップＳ０５）。次に、アクチュエータ制御装置２０のエネルギー量制御器３６がエネルギー供給指令値と、エネルギー供給信号との差に基づいてエネルギー供給指令値を出力する（ステップＳ０６）。
【００５３】
エネルギー量制御器３６からの供給指令に基づいて、エネルギー供給部５０がアクチュエータ５にエネルギーを供給する（ステップＳ０７）。アクチュエータ５は駆動ローラ３を駆動し、回転対象物１が回転駆動される（ステップＳ０８）。
【００５４】
以上のように、本実施形態によれば、回転対象物１の角度位置の制御において、駆動制御の応答性が、経年的な摩耗による影響を受けない駆動制御を行うことが可能となる。
【００５５】
［第２の実施形態］
図８は、第２の実施形態に係る回転対象物駆動制御システムの回転対象物制御回路の構成を中心に示すブロック図である。本実施形態は第１の実施形態の変形である。本第２の実施形態は、補正部４０による補正の方法が異なる。補正部４０は、第１の実施形態と同様に、第１の実施形態と同様の機能を有する補正演算部４２および補正設定部４１を有する。
【００５６】
補正部４０は、図８に示すように、アクチュエータ制御装置２０内に設けられて、エネルギー指令値算出部３０内で、補正の設定結果を受け渡す。
【００５７】
図９は、第２の実施形態に係る回転対象物駆動制御システムのアクチュエータ制御装置の構成を中心に示すブロック図である。本第２の実施形態におけるエネルギー指令値算出部３０は、位置制御器３２と第２減算器３３との間に、乗算器４３が設けられている点が、第１の実施形態と異なる点である。
【００５８】
本実施形態では、位置制御器３２の出力である回転速度指令信号は、乗算器４３に入力され、補正設定部４１の出力である補正値ｃが乗じられる。補正された回転速度指令信号は、第２減算器３３に入力される。このように、角度位置の目標値に至る速度を補正する。なお、角度位置目標値に至る速度を補正するという点では、第１の実施形態と同様であるが、補正個所が第１の実施形態とは異なる。
【００５９】
図１０は、回転速度指令信号の補正前、補正後の値の時間的変化の例を説明するための概念的なグラフである。第１減算器３１は、回転対象物制御回路１０からの角度位置目標値の信号から、フィードバック信号である角度位置信号を減じて、角度位置偏差を出力する。
【００６０】
図１０に示すように、角度位置目標値の信号がステップ状に増加する直前は、角度位置偏差は減少している。一方、角度位置目標値の信号がステップ状に増加する直後は、偏差信号にこの増加分が加わる。その後、フィードバック信号である角度位置信号が角度位置目標値の信号に近づくにつれて減少していく。図１０において、破線で示す曲線Ｂ１は、補正前の回転速度指令信号である。一方、図１０において、実線で示す曲線Ａ１は、補正後の回転速度指令信号である。曲線Ａ１は、角度位置偏差に補正設定部４１からの補正値ｃを乗じたものである。
【００６１】
図１１は、回転対象物１の角度位置目標値に対する回転対象物１の角度位置の時間的変化を説明するための概念的なグラフである。破線で示す曲線Ｂ２は、補正がない場合の回転対象物１の角度位置である。実線で示す曲線Ａ２は、補正後の回転対象物１の角度位置であり、補正前に比べて、回転対象物１の角度位置目標値への追従性が向上している。
【００６２】
図１２は、第２の実施形態に係る回転対象物駆動制御方法の手順を示すフロー図である。第１の実施形態と異なる前半のステップについて説明する。まず、回転対象物制御回路１０が回転角度指令信号を作成しアクチュエータ制御装置２０に出力する（ステップＳ１１）。次に、アクチュエータ制御装置２０の位置制御器３２が補正した角度位置目標値信号と回転対象物１の角度位置信号との差に基づいて速度指令信号を作成する（ステップＳ１２）。
【００６３】
次に、アクチュエータ制御装置２０の補正部４０が、速度指令信号を補正値により補正し補正後速度指令信号を出力する（ステップＳ１３）。アクチュエータ制御装置２０の速度制御器が補正後の速度指令信号と、アクチュエータの速度信号との差に基づいてエネルギー供給指令値を作成する（ステップＳ１４）。
【００６４】
以上のように、本実施形態によれば、回転対象物１の角度位置の制御において、駆動制御の応答性が、経年的な摩耗による影響を受けない駆動制御を行うことが可能となる。
【００６５】
［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
【００６６】
たとえば、各実施形態では、回転対象物制御回路１０の指令値算出部１３の出力、および回転対象物１の回転位置センサ２の出力がパルス信号の場合を示したが、これには限定されない。たとえば、アナログ信号、ディジタル信号を問わず、角度位置の指令信号および現在値信号のレベルを示す信号でもよい。
【００６７】
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６８】
１…回転対象物、２…回転位置センサ、３、３ａ、３ｂ…駆動ローラ、４ａ、４ｂ…従動ローラ、５、５ａ、５ｂ…アクチュエータ、６…減速機構、７、７ａ…回転検出器、１０…回転対象物制御回路、１１…回転速度目標値保存部、１２…回転対象物角度目標値保存部、１３…指令値算出部、１５…データ保存部、１６…摩耗予測部、１７…摩耗判定部、１８…通知部、２０、２０ａ、２０ｂ…アクチュエータ制御装置、３０…エネルギー指令値算出部、３１…第１減算器、３２…位置制御器、３３…第２減算器、３４…速度制御器、３５…第３減算器、３６…エネルギー量制御器、４０…補正部、４１…補正設定部、４２…補正演算部、４３…乗算器、５０…エネルギー供給部、５０ａ…エネルギー供給速度検出器、１００…回転対象物駆動制御システム
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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