(57)【要約】【課題】出力推定値にオフセットが発生すること、又は出力推定値がドリフトすることを抑制することができるアクチュエータの状態推定装置を提供する。【解決手段】アクチュエータの状態を測定する状態測定部と、前記状態測定部が測定した前記アクチュエータの状態の測定値に基づいて前記アクチュエータの状態を推定する状態推定部と、を備え、前記状態推定部は、前回推定した前記アクチュエータの状態の推定値と前記測定値との誤差の複数の異なる周波数成分に対してそれぞれ異なるゲインを乗算した乗算値に基づいて前記推定値を補正することで今回の推定値を取得する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータの状態を測定する状態測定部と、
前記状態測定部が測定した前記アクチュエータの状態の測定値に基づいて前記アクチュエータの状態を推定する状態推定部と、
を備え、
前記状態推定部は、前回推定した前記アクチュエータの状態の推定値と前記測定値との誤差の複数の異なる周波数成分に対してそれぞれ異なるゲインを乗算した乗算値に基づいて前記推定値を補正することで今回の推定値を取得する状態推定装置。
【請求項２】
前記アクチュエータの状態は、前記アクチュエータの位置、速度、加速度又は荷重を示す請求項１に記載の状態推定装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、空圧シリンダであり、
前記状態推定部は、前記空圧シリンダのピストンの荷重又はバルブへの指令出力信号及び前記乗算値に基づいて前記今回の推定値を取得する請求項１又は請求項２に記載の状態推定装置。
【請求項４】
前記状態推定部は、前記ピストンの加速度を積分することで前記アクチュエータの速度推定値を算出し、算出した前記速度推定値の積分値と前記乗算値とに基づいて前記今回の推定値を取得し、
前記アクチュエータの速度が所定の範囲内にある場合、前記速度推定値をゼロにリセットするリセット部をさらに有する請求項３に記載の状態推定装置。
【請求項５】
前記状態推定部は、カルマンフィルタ又は状態オブザーバである請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、状態推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、電動機等のアクチュエータの動作を制御するために、センサを用いてアクチュエータの状態量を推定する状態推定装置が知られている。例えば、アクチュエータの状態推定装置は、センサからの入力信号、あるいは動力源への指令出力信号に基づいてカルマンフィルタを適用することによって、アクチュエータの位置、速度、加速度又は荷重等の状態量を推定する。そして、状態推定装置は、推定した状態量（出力推定値）と測定した状態量（出力測定値）との誤差をフィードバックして推定誤差をゼロに収束させる。その際、推定誤差をゼロに収束させる速度は、カルマンゲインの設定値に依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１２２３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、出力推定値と出力測定値との誤差に乗算するカルマンゲインの値を大きく設定すると推定誤差はゼロに速く収束するが、出力推定値が振動的に変化する場合がある。一方、カルマンゲインの値を小さく設定すると推定値は振動しないが、推定誤差がゼロに収束する速度が遅くなり、出力推定値が常にオフセットを持つ、あるいはドリフトする場合がある。このような問題はカルマンフィルタに限られた問題ではなく、出力推定値と出力測定値との誤差にゲインを乗算する状態オブザーバを用いた場合にも共通する問題である。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、出力推定値にオフセットが発生すること、又は出力推定値がドリフトすることを抑制することができるアクチュエータの状態推定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、アクチュエータの状態を測定する状態測定部と、前記状態測定部が測定した前記アクチュエータの状態の測定値に基づいて前記アクチュエータの状態を推定する状態推定部と、を備え、前記状態推定部は、前回推定した前記アクチュエータの状態の推定値と前記測定値との誤差の複数の異なる周波数成分に対してそれぞれ異なるゲインを乗算した乗算値に基づいて前記推定値を補正することで今回の推定値を取得する状態推定装置である。
【０００７】
また、本発明の一態様は、上述の状態推定装置であって、前記アクチュエータの状態は、前記アクチュエータの位置、速度、加速度又は荷重を示す。
【０００８】
また、本発明の一態様は、上述の状態推定装置であって、前記アクチュエータは、空圧シリンダであり、前記状態推定部は、前記空圧シリンダのピストンの荷重又はバルブへの指令出力信号及び前記乗算値に基づいて前記今回の推定値を取得する。
【０００９】
また、本発明の一態様は、上述の状態推定装置であって、前記状態推定部は、前記ピストンの加速度を積分することで前記アクチュエータの速度推定値を算出し、算出した前記速度推定値の積分値と前記乗算値とに基づいて前記今回の推定値を取得し、前記アクチュエータの速度が所定の範囲内にある場合、前記速度推定値をゼロにリセットするリセット部をさらに有する。
【００１０】
また、本発明の一態様は、上述の状態推定装置であって、前記状態推定部は、カルマンフィルタ又は状態オブザーバである。
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、出力推定値にオフセットが発生すること、又は出力推定値がドリフトすることを抑制することができるアクチュエータの状態推定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態における状態推定装置７及び空圧シリンダ２を備える空圧システム１の概略構成の一例を示す図である。
【図２】本実施形態における状態推定装置７の構成概略の一例を示す図である。
【図３】本実施形態における状態推定部２００の処理を示すフローチャート図である。
【図４】本実施形態の変形例における状態推定装置７Ａの構成概略の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く場合がある。
【００１４】
実施形態におけるアクチュエータの状態推定装置は、前回推定したアクチュエータの状態の推定値とアクチュエータの状態の測定値との誤差の複数の異なる周波数成分に対してそれぞれ異なるゲインを乗算した乗算値に基づいて上記推定値を補正することで今回の推定値を取得する。すなわち、状態推定装置は、アクチュエータの状態の測定値に基づいて推定された推定値である事前推定値とアクチュエータの状態の測定値との誤差を複数の周波数成分に分割又は分類する。そして、状態推定装置は、分割又は分類した上記誤差のそれぞれに対して異なるゲインを乗算した乗算値に基づいて事前推定値を補正することでアクチュエータの状態の事後推定値を取得する。
以下、実施形態におけるアクチュエータの状態推定装置を、図面を用いて説明する。
なお、本実施形態では、アクチュエータが空圧シリンダである場合について説明するが、アクチュエータはこれに限定されない。例えば、アクチュエータは電動モータでもよい。
【００１５】
図１は、本実施形態における状態推定装置７及び空圧シリンダ２を備える空圧システム１の概略構成の一例を示す図である。
図１に示すように、空圧システム１は、空圧シリンダ２、エアサーボバルブ５及び状態推定装置７を備える。
【００１６】
空圧シリンダ２は、枠体３５、ピストン５０、シリンダロッド４０、第１圧力室２０、第２圧力室２１、第１圧力センサ１０、第２圧力センサ１１及び状態測定部３０を備える。なお、以下の記載においては、図面の表示に従って、第１圧力室２０側を上方向、第２圧力室２１側を下方向と表す場合がある。しかしながら、上記記載は空圧シリンダ２を第１圧力室２０側が上方向となるものに限定するものではない。
【００１７】
ピストン５０は、枠体３５内を上下方向に摺動自在に嵌挿されている。
シリンダロッド４０は、ピストン５０に連結されている。シリンダロッド４０は枠体３５を密閉状に貫通して外部に延出している。
枠体３５は、密閉された筒体であり、ピストン５０を挟んで第１圧力室２０及び第２圧力室２１を備えている。
第１圧力室２０には、エアサーボバルブ５からポートＰ１を通して圧力エアが給排される。第２圧力室２１には、エアサーボバルブ５からポートＰ２を通して圧力エアが給排される。
【００１８】
第１圧力センサ１０は、第１圧力室２０内のエア圧力を測定する。第１圧力センサ１０は、測定した第１圧力室２０内のエア圧力（以下、「第１圧力測定値」という。）Ｐｈ１を状態推定装置７に出力する。
第２圧力センサ１１は、第２圧力室２１内のエア圧力を測定する。第２圧力センサ１１は、測定した第２圧力室２１内のエア圧力（以下、「第２圧力測定値」という。）Ｐｈ２を状態推定装置７に出力する。
【００１９】
状態測定部３０は、アクチュエータの状態を測定する。例えば、状態測定部３０は、ピストン５０の位置を測定する。状態測定部３０は、測定したピストン５０の位置（以下、「位置測定値」という。）Ｈｈを状態推定装置７に出力する。なお、状態測定部３０が測定するピストンの位置は、枠体３５に対するピストン５０の相対位置であってもよいし、絶対位置であってもよい。また、状態測定部３０は、シリンダロッド４０が枠体３５からどの位置まで出ているかを示すシリンダロッド位置をアクチュエータの状態として測定してもよい。
【００２０】
エアサーボバルブ５（動力源）は、状態推定装置７からの指令出力信号に基づいて、第１圧力室２０及び第２圧力室２１の圧力を制御する。すなわち、エアサーボバルブ５は、状態推定装置７からの指令出力信号に基づいて第１圧力室２０に圧力エアを供給、又は排気する。状態推定装置７からの指令出力信号に基づいて第２圧力室２１に圧力エアを供給、又は排気する。
【００２１】
例えば、第１圧力センサ１０に圧力エアが供給されることで第１圧力測定値Ｐｈ１が第２圧力測定値Ｐｈ２より高い値になった場合、ピストン５０及びシリンダロッド４０は下方向に移動する。一方、第２圧力センサ１１に圧力エアが供給されることで第２圧力測定値Ｐｈ２が第２圧力測定値Ｐｈ２より低い値になった場合、ピストン５０及びシリンダロッド４０は上方向に移動する。
【００２２】
状態推定装置７は、第１圧力測定値Ｐｈ１、第２圧力測定値Ｐｈ２及び位置測定値Ｈｈに基づいてアクチュエータの現在の状態量を推定する。状態推定装置７は、推定したアクチュエータの現在の状態量に基づいてエアサーボバルブ５を制御してもよい。例えば、状態推定装置７は、エアサーボバルブ５の開度を制御することでピストン５０及びシリンダロッド４０を上下方向に移動させる。例えば、アクチュエータの状態量は、少なくともピストン５０の位置、ピストン５０の速度、ピストン５０の加速度及びピストン５０の荷重のいずれかである。以下、本実施形態における状態推定装置７について具体的に説明する。
【００２３】
図２は、本実施形態における状態推定装置７の構成概略の一例を示す図である。
図２に示すように、状態推定装置７は、位置制御部７１、速度制御部７２、荷重制御部７３、演算器８１〜８３及び制御部１００を備える。なお、状態推定装置７の各部は、ハードウェアにより実現されてもよく、ソフトウェアにより実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実現されてもよい。また、プログラムが実行されることにより、コンピュータが、状態推定装置７の一部として機能してもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。
【００２４】
位置制御部７１は、演算器８１において演算されるアクチュエータの位置の指令値である位置指令値と制御部１００から出力される位置補正値との位置差分値ΔＨに基づいて速度指令値を演算器８２に出力する。速度指令値は、アクチュエータの速度の指令値である。位置補正値は、位置測定値Ｈｈ、又は位置測定値Ｈｈと第１圧力測定値Ｐｈ１と第２圧力測定値Ｐｈ２とに基づいて推定されたアクチュエータの位置を示す位置推定値Ｈｓである。
【００２５】
演算器８２は、位置制御部７１から出力される速度指令値と、制御部１００から出力される速度補正値との速度差分値ΔＶを算出する。演算器８２は、演算した速度差分値ΔＶを速度制御部７２に出力する。速度補正値は、位置測定値Ｈｈを微分することで算出された速度算出値Ｖｈ、又は位置測定値Ｈｈと第１圧力測定値Ｐｈ１と第２圧力測定値Ｐｈ２とに基づいて推定されたアクチュエータの速度を示す速度推定値Ｖｓである。
【００２６】
速度制御部７２は、演算器８２から出力された速度差分値ΔＶに基づいて荷重指令値を演算器８３に出力する。荷重指令値は、アクチュエータの荷重の指令値である。
演算器８３は、速度制御部７２から出力される荷重指令値と、制御部１００から出力される荷重補正値との荷重差分値ΔＡを算出する。演算器８２は、演算した荷重差分値ΔＡを荷重制御部７３に出力する。荷重補正値は、第１圧力測定値Ｐｈ１と第２圧力測定値Ｐｈ２とに基づいて算出された荷重算出値Ａｈ、又は位置測定値Ｈｈと第１圧力測定値Ｐｈ１と第２圧力測定値Ｐｈ２とに基づいて推定されたアクチュエータの荷重を示す荷重推定値Ａｓである。
【００２７】
荷重制御部７３は、演算器８３から出力された荷重差分値ΔＡに基づいてエアサーボバルブ５に指令出力信号を出力する。例えば、指令出力信号は、エアサーボバルブ５の開度を示す情報である。
【００２８】
以下に、本実施形態における制御部１００について説明する。
制御部１００は、スイッチ部９１〜９３、微分器９４、演算部１０１、演算部１０２、荷重演算部１０３及び状態推定部２００を備える。
スイッチ部９１は、状態測定部３０から出力される位置測定値Ｈｈと、状態推定部２００から出力される位置推定値Ｈｓとのいずれかを位置補正値として演算器８１に出力する。位置補正値として、位置測定値Ｈｈ及び位置推定値Ｈｓのどちらを選択するかは、ユーザによって指示されてもよいし、プログラムを実行することによって指示されてもよい。
【００２９】
微分器９４は、状態測定部３０から出力される位置測定値Ｈｈを微分することで速度算出値Ｖｈを演算する。微分器９４は、演算した速度算出値Ｖｈをスイッチ部９２に出力する。
スイッチ部９２は、微分器９４から出力される速度算出値Ｖｈと、状態推定部２００から出力される速度推定値Ｖｓとのいずれかを速度補正値として演算器８２に出力する。速度補正値として、速度算出値Ｖｈ及び速度推定値Ｖｓのどちらを選択するかは、ユーザによって指示されてもよいし、プログラムを実行することによって指示されてもよい。
【００３０】
スイッチ部９２は、荷重演算部１０３から出力される荷重算出値Ａｈと、状態推定部２００から出力される荷重推定値Ａｓとのいずれかを荷重補正値として演算器８３に出力する。荷重補正値として、荷重算出値Ａｈ及び荷重推定値Ａｓのどちらを選択するかは、ユーザによって指示されてもよいし、プログラムを実行することによって指示されてもよい。
【００３１】
演算部１０１は、第１圧力センサ１０から出力される第１圧力測定値Ｐｈ１に基づいて、ピストン５０に対する下方向の第１荷重Ｌ１を算出する。例えば、演算部１０１は、第１圧力測定値Ｐｈ１にピストン５０上部の受圧面積Ｓ１を乗算することで第１荷重Ｌ１を算出する。
【００３２】
演算部１０２は、第２圧力センサ１１から出力される第２圧力測定値Ｐｈ２に基づいて、ピストン５０に対する上方向の第２荷重Ｌ２を算出する。例えば、演算部１０１は、第２圧力測定値Ｐｈ２にピストン５０下部の受圧面積Ｓ２を乗算することで第２荷重Ｌ２を算出する。
【００３３】
荷重演算部１０３は、演算部１０１で算出された第１荷重Ｌ１と演算部１０２で算出された第２荷重Ｌ２とに基づいて、ピストンに対する総荷重である荷重算出値Ａｈを算出する。例えば、荷重演算部１０３は、演算部１０１で算出された第１荷重Ｌ１から演算部１０２で算出された第２荷重Ｌ２を減算することで荷重算出値Ａｈを算出する。荷重演算部１０３は、算出した荷重算出値Ａｈをスイッチ部９３及び状態推定部２００に出力する。
【００３４】
以下、本実施形態における状態推定部２００について説明する。
例えば、状態推定部２００は、カルマンフィルタ又は状態オブザーバである。
状態推定部２００は、演算器８３〜８８、積分器１１１、積分器１１２、フィルタ部１２０、ゲイン部１３０及び変換部１４０を備える。
【００３５】
演算器８６は、状態測定部３０から出力される位置測定値Ｈｈと積分器１１２から出力される位置推定値Ｈｓとの差分値である推定誤差ΔＨｔを演算し、演算した推定誤差ΔＨｔをフィルタ部１２０に出力する。
【００３６】
フィルタ部１２０は、推定誤差ΔＨｔを複数の周波数帯域に分ける。本実施形態では、高周波の周波数帯域と低周波の周波数帯域の２つの帯域に推定誤差ΔＨｔを分割するが、フィルタ部１２０はこれに限定されない。すなわち、フィルタ部１２０は、複数の周波数帯域に分ける機能を有していればよく、分ける周波数帯域の数には特に限定されない。
【００３７】
フィルタ部１２０は、第１フィルタ部１２１及び第２フィルタ部１２２を備える。
第１フィルタ部１２１は、演算器８６によって演算された推定誤差ΔＨｔの高周波成分（以下、「高周波推定誤差ΔＨｆｈ」という。）を抽出し、抽出した高周波推定誤差ΔＨｆｈをゲイン部１３０に出力する。例えば、高周波推定誤差ΔＨｆｈとは、遮断周波数以上の周波数帯域の推定誤差ΔＨｔである。例えば、第１フィルタ部１２１は、バンドパスフィルタ又はハイパスフィルタである。
【００３８】
第２フィルタ部１２２は、演算器８６によって演算された推定誤差ΔＨｔの低周波成分（以下、「低周波推定誤差ΔＨｆｌ」という。）を抽出し、抽出した低周波推定誤差ΔＨｆｌをゲイン部１３０に出力する。例えば、低周波推定誤差ΔＨｆｌとは、遮断周波数未満の周波数帯域の推定誤差ΔＨｔである。例えば、第１フィルタ部１２１は、ローパスフィルタである。
【００３９】
ゲイン部１３０は、フィルタ部１２０で振り分けた帯域毎にそれぞれ異なるゲインを乗算する。すなわち、ゲイン部１３０は、高周波成分の推定誤差ΔＨｔに乗算するゲインを低く設定し、低周波成分の推定誤差ΔＨｔに乗算するゲインを高く設定する。これによりゲイン部１３０は、高周波成分の推定誤差ΔＨｔに乗算するゲインを低く設定することで、推定誤差ΔＨｔの振動を抑制し、且つ低周波成分の推定誤差ΔＨｔに乗算するゲインを高く設定することで推定誤差ΔＨｔのオフセットを抑制する。以下、本実施形態におけるゲイン部１３０について具体的に説明する。
【００４０】
ゲイン部１３０は、第１ゲイン部１３１及び第２ゲイン部１３２を備える。
第１ゲイン部１３１は、第１フィルタ部１２１から出力された高周波推定誤差ΔＨｆｈにゲインＧ１を乗算し、乗算した第１の値（ΔＨｆｈ×Ｇ１）を演算器８７に出力する。第１ゲイン部１３１は、第２フィルタ部１２２から出力された低周波推定誤差ΔＨｆｌにゲインＧ２を乗算し、乗算した第２の値（ΔＨｆｈ×Ｇ２）を演算器８７に出力する。なお、ゲインＧ１は、ゲインＧ２よりも低い値に設定されている。
【００４１】
第２ゲイン部１３２は、第１フィルタ部１２１から出力された高周波推定誤差ΔＨｆｈにゲインＧ３を乗算し、乗算した第３の値（ΔＨｆｈ×Ｇ３）を演算器８８に出力する。第２ゲイン部１３２は、第２フィルタ部１２２から出力された低周波推定誤差ΔＨｆｌにゲインＧ４を乗算し、乗算した第４の値（ΔＨｆｈ×Ｇ４）を演算器８８に出力する。なお、ゲインＧ３は、ゲインＧ４よりも低い値に設定されている。
【００４２】
演算器８７は、第１ゲイン部１３１が算出した第１の値（ΔＨｆｈ×Ｇ１）と第２の値（ΔＨｆｈ×Ｇ２）とを加算し、加算した値を荷重推定誤差として演算器８４に出力する。  演算器８８は、第２ゲイン部１３２が算出した第３の値（ΔＨｆｈ×Ｇ３）と第４の値（ΔＨｆｈ×Ｇ４）とを加算し、加算した値を速度推定誤差として演算器８５に出力する。
【００４３】
演算器８４は、演算器８７から出力された荷重推定誤差と荷重演算部１０３から出力された荷重算出値Ａｈとを加算し、加算した値を積分器１１１及び変換部１４０に出力する。
積分器１１１は、荷重推定誤差と荷重算出値Ａｈとの加算値を積分することで、荷重推定誤差と荷重算出値Ａｈとの加算値をアクチュエータの速度と同じ単位系に変換する。
演算器８５は、積分器１１１によって積分された荷重推定誤差及び荷重算出値Ａｈの加算値と演算器８８から出力された速度推定誤差とを加算し、加算した値を速度推定値Ｖｓとしてスイッチ部９２及び積分器１１２に出力する。
【００４４】
積分器１１２は、演算器８５から出力された速度推定値Ｖｓを積分することで位置推定値Ｈｓを算出する。すなわち、積分器１１２は、演算器８５から出力された速度推定値Ｖｓを積分することで速度推定値Ｖｓをアクチュエータの位置と同じ単位系である位置推定値Ｈｓに変換する。積分器１１２は、算出した位置推定値Ｈｓを演算器８６に出力する。
【００４５】
変換部１４０は、演算器８４から出力された荷重推定誤差と荷重算出値Ａｈとの加算値をアクチュエータの荷重と同じ単位系に変換し、変換した値を荷重推定値Ａｓとしてスイッチ部９３に出力する。例えば、変換部１４０は、演算器８４から出力された荷重推定誤差と荷重算出値Ａｈとの加算値に所定の係数を乗算することでアクチュエータの荷重と同じ単位系に変換する。
【００４６】
以下、本実施形態における状態推定部２００の処理について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態における状態推定部２００の処理を示すフローチャート図である。
演算器８６は、状態測定部３０から出力される位置測定値Ｈｈを取得する。演算器８６は、積分器１１２から出力される位置推定値Ｈｓを取得する（ステップＳ１０１）。演算器８６は、取得した位置測定値Ｈｈと位置推定値Ｈｓとの差分値である推定誤差ΔＨｔを演算し、演算した推定誤差ΔＨｔを第１フィルタ部１２１及び第２フィルタ部１２２に出力する（ステップＳ１０２）。
【００４７】
第１フィルタ部１２１は、演算器８６によって演算された推定誤差ΔＨｔから高周波推定誤差ΔＨｆｈを抽出し、抽出した高周波推定誤差ΔＨｆｈを第１ゲイン部１３１及び第２ゲイン部１３２に出力する。第２フィルタ部１２２は、演算器８６によって演算された推定誤差ΔＨｔから低周波推定誤差ΔＨｆｌを抽出し、抽出した低周波推定誤差ΔＨｆｌを第１ゲイン部１３１及び第２ゲイン部１３２に出力する（ステップＳ１０３）。
【００４８】
第１ゲイン部１３１は、第１フィルタ部１２１から出力された高周波推定誤差ΔＨｆｈにゲインＧ１を乗算することで第１の値（ΔＨｆｈ×Ｇ１）を算出する。第１ゲイン部１３１は、第２フィルタ部１２２から出力された低周波推定誤差ΔＨｆｌにゲインＧ２を乗算することで第２の値（ΔＨｆｈ×Ｇ２）を算出する。第２ゲイン部１３２は、第１フィルタ部１２１から出力された高周波推定誤差ΔＨｆｈにゲインＧ３を乗算することで第３の値（ΔＨｆｈ×Ｇ３）を算出する。第２ゲイン部１３２は、第２フィルタ部１２２から出力された低周波推定誤差ΔＨｆｌにゲインＧ４を乗算することで第４の値（ΔＨｆｈ×Ｇ４）を算出する（ステップＳ１０４）。
【００４９】
状態推定部２００は、荷重推定誤差（第１の値（ΔＨｆｈ×Ｇ１）と第２の値（ΔＨｆｈ×Ｇ２）との加算値）及び荷重演算部１０３から出力された荷重算出値Ａｈに基づいて荷重推定値Ａｓを算出する（ステップＳ１０５）。
【００５０】
状態推定部２００は、上記荷重推定誤差と荷重算出値Ａｈとの加算値を積分する。そして、状態推定部２００は、積分した値に演算器８８から出力された速度推定誤差（第３の値（ΔＨｆｈ×Ｇ３）と第４の値（ΔＨｆｈ×Ｇ４）との加算値）を加算することで速度推定値Ｖｓを算出する（ステップＳ１０６）。
【００５１】
状態推定部２００は、算出した速度推定値Ｖｓを積分することで位置推定値Ｈｓを算出する（ステップＳ１０７）。
【００５２】
上述したように、本実施形態におけるアクチュエータの状態推定装置７は、前回推定したアクチュエータの状態の推定値（前回の推定値）とアクチュエータの状態の測定値との誤差を算出する。そして、状態推定装置７は、算出した誤差を複数の異なる周波数成分に分ける。状態推定装置７は、分けた複数の周波数成分に対してそれぞれ異なるゲインを乗算し、乗算した乗算値に基づいて前回の推定値を補正することで今回の推定値を取得する。具体的には、状態推定装置７は、前回の推定値と測定値との誤差を高周波数帯域の成分と低周波数帯域の成分とに分ける。そして、状態推定装置７は、高周波数帯域の成分に低いゲインを乗算することでアクチュエータの状態の推定値が振動することを抑制する。また、状態推定装置７は、低周波数帯域の成分に高いゲインを乗算することで誤差を速くゼロに収束させ、推定値にオフセットが発生すること、又は推定値がドリフトすることを抑制することができる。
【００５３】
上述の実施形態において、状態測定部３０は、推定値に発生するオフセットをより速く抑制するために、速度推定値Ｖｓをゼロにリセットするリセット部をさらに備えてもよい。例えば、状態測定部３０は、アクチュエータの速度が所定の範囲内になる場合、積分器１１１の積分値をゼロにリセットする。
【００５４】
図４は、本実施形態の変形例における状態推定装置７Ａの構成を示す。以下に説明する部分を除いては、状態推定装置７と共通の構成及び機能を有するため、図２に示した構成と略同一の構成及び機能の部分に同一の符号を付け、以下相違点を除き説明を省略する。
【００５５】
状態推定装置７Ａは、エアサーボバルブ５等のアクチュエータの動力源に出力する指令出力信号及び位置測定値Ｈｈに基づいてアクチュエータの将来の状態量を推定する。状態推定装置７Ａは、推定したアクチュエータの将来の状態量に基づいてエアサーボバルブ５に新たな指令出力信号を出力することで、エアサーボバルブ５を制御する。すなわち、本変形例の状態推定装置７Ａは、荷重測定値である第１圧力測定値Ｐｈ１及び第２圧力測定値Ｐｈ２を用いず、エアサーボバルブ５等の動力源への指令出力信号を用いてアクチュエータの状態量を推定する。以下、本実施形態における状態推定装置７Ａについて具体的に説明する。
【００５６】
図４に示すように、状態推定装置７Ａは、位置制御部７１、速度制御部７２、加速度制御部７３Ａ、演算器８１〜８３及び制御部１００Ａを備える。なお、状態推定装置７Ａの各部は、ハードウェアにより実現されてもよく、ソフトウェアにより実現されてもよく、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにより実現されてもよい。また、プログラムが実行されることにより、コンピュータが、状態推定装置７Ａの一部として機能してもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。
【００５７】
荷重制御部７３は、演算器８４から出力された荷重差分値ΔＡに基づいてエアサーボバルブ５に指令出力信号を出力する。また、荷重制御部７３は、指令出力信号を制御部１００Ａに出力する。
【００５８】
以下に、本実施形態における制御部１００Ａについて説明する。
制御部１００Ａは、スイッチ部９１〜９３、微分器９４、荷重演算部１０３Ａ及び状態推定部２００を備える。
荷重演算部１０３Ａは、加速度制御部７３Ａから供給される指令出力信号に基づいて荷重算出値Ａｈを算出する。荷重演算部１０３Ａは、算出した荷重算出値Ａｈをスイッチ部９３及び状態推定部２００に出力する。なお、本実施形態では、状態推定装置７又は状態推定装置７Ａを空圧システム１に適用した例を説明したため「荷重」との表記を使用したが、上記「荷重」との表記は、本発明を限定するものではない。すなわち、速度を微分することで得られる値を示す表記（例えば、加速度）であればよい。
【００５９】
上述した実施形態における状態推定装置７又は状態推定装置７Ａをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【００６０】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００６１】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム及び方法における動作、手順、ステップ及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６２】
１  空圧システム
２  空圧シリンダ
５  エアサーボバルブ
７  状態推定装置
３０  状態測定部
７１  位置制御部
７２  速度制御部
７３  荷重制御部
８１〜８３  演算器
１００  制御部
９１〜９３  スイッチ部
９４  微分器９４
１０１、１０２  演算部
１０３  荷重演算部
２００  状態推定部
【図１】
2017033464.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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