(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載された制御対象を回転させる第１のモータと、上記第１のモータの回転角度を検出する角度検出器と、上記第１のモータの回転角速度を検出する第１の角速度検出器と、上記移動体の動揺により発生する外乱を検出し出力を反転させる外乱角度検出部と、上記制御対象を回転させるために指令値を発生させる角速度発生部と、上記角速度発生部の出力である角速度指令を積分して逆極性の角度に変換する反転積分器と、上記反転積分器の出力と上記角度検出器の出力との偏差を演算し上記外乱角度検出部の出力を加算して角度誤差を演算する角度減算器と、上記角度減算器の出力を増幅する角度偏差増幅器と、上記角度偏差増幅器の出力と上記第１の角速度検出器の検出する角速度との偏差を演算する第１の角速度減算器と、上記第１の角速度減算器の出力を増幅し上記第１のモータを駆動させる第１の角速度偏差増幅器と、上記第１のモータのステータ側にロータを有し上記移動体に対して回転する第２のモータと、上記第２のモータの回転角速度を検出する第２の角速度検出器と、上記角速度発生部の出力と上記第２の角速度検出器の検出する角速度との偏差を演算する第２の角速度減算器と、上記第２の角速度減算器の出力を増幅し上記第２のモータを駆動させる第２の角速度偏差増幅器とを具備した空間安定化制御装置。
【請求項２】
移動体に搭載された制御対象を回転させる第１のモータと、上記第１のモータの回転角度を検出する角度検出器と、上記角度検出器の出力を微分して角速度を演算する微分器と、上記移動体の動揺により発生する外乱を検出し出力を反転させる外乱角度検出部と、上記制御対象を回転させるために指令値を発生させる角速度発生部と、上記角速度発生部の出力である角速度指令を積分して逆極性の角度に変換する反転積分器と、上記反転積分器の出力と上記角度検出器の出力との偏差を演算し上記外乱角度検出部の出力を加算して角度誤差を演算する角度減算器と、上記角度減算器の出力を増幅する角度偏差増幅器と、上記角度偏差増幅器の出力と上記微分器の検出する角速度との偏差を演算する第１の角速度減算器と、上記第１の角速度減算器の出力を増幅し上記第１のモータを駆動させる第１の角速度偏差増幅器と、上記第１のモータのステータ側にロータを有し上記移動体に対して回転する第２のモータと、上記第２のモータの回転角速度を検出する角速度検出器と、上記角速度発生部の出力と上記角速度検出器の検出する角速度との偏差を演算する第２の角速度減算器と、上記第２の角速度減算器の出力を増幅し上記第２のモータを駆動させる第２の角速度偏差増幅器とを具備した空間安定化制御装置。
【請求項３】
移動体に搭載された制御対象を回転させる第１のモータと、上記第１のモータの回転角速度を検出する第１の角速度検出器と、上記移動体の動揺により発生する外乱を検出し出力を反転させる外乱角度検出部と、上記外乱角度検出部の出力を微分して角速度を演算する微分器と、上記制御対象を回転させるために指令値を発生させる角速度発生部と、上記角速度発生部の出力の極性を反転させる反転器と、上記反転器の出力と上記第１の角速度検出器の出力との偏差を演算し上記微分器の出力を加算する第１の角速度減算器と、上記第１の角速度減算器の出力を積分し角度誤差を演算する積分器と、上記積分器の出力を増幅する角度偏差増幅器と、上記角度偏差増幅器の出力と上記第１の角速度検出器の検出する角速度との偏差を演算する第２の角速度減算器と、上記第２の角速度減算器の出力を増幅し上記第１のモータを駆動させる第１の角速度偏差増幅器と、上記第１のモータのステータ側にロータを有し上記移動体に対して回転する第２のモータと、上記第２のモータの回転角速度を検出する第２の角速度検出器と、上記角速度発生部の出力と上記第２の角速度検出器の検出する角速度との偏差を演算する第３の角速度減算器と、上記第３の角速度減算器の出力を増幅し上記第２のモータを駆動させる第２の角速度偏差増幅器とからなる空間安定化制御装置。
【請求項４】
移動体に搭載された制御対象を回転させる第１のモータと、上記第１のモータの回転角度を検出する角度検出器と、上記角度検出器の出力を微分して角速度を演算する第１の微分器と、上記移動体の動揺により発生する外乱を検出し出力を反転させる外乱角度検出部と、上記外乱角度検出部の出力を微分して角速度を演算する第２の微分器と、上記制御対象を回転させるために指令値を発生させる角速度発生部と、上記角速度発生部の出力の極性を反転させる反転器と、上記反転器の出力と上記第１の微分器の出力との偏差を演算し上記第２の微分器の出力を加算する第１の角速度減算器と、上記第１の角速度減算器の出力を積分し角度誤差を演算する積分器と、上記積分器の出力を増幅する角度偏差増幅器と、上記角度偏差増幅器の出力と上記第１の微分器の出力する角速度との偏差を演算する第２の角速度減算器と、上記第２の角速度減算器の出力を増幅し上記第１のモータを駆動させる第１の角速度偏差増幅器と、上記第１のモータのステータ側にロータを有し上記移動体に対して回転する第２のモータと、上記第２のモータの回転角速度を検出する角速度検出器と、上記角速度発生部の出力と上記角速度検出器の検出する角速度との偏差を演算する第３の角速度減算器と、上記第３の角速度減算器の出力を増幅し上記第２のモータを駆動させる第２の角速度偏差増幅器とを具備した空間安定化制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータで駆動される移動体に搭載された制御対象の動きを移動体の動揺によらず制御する空間安定化制御装置の改良に関するものである。なお、ここでは説明の便宜上、制御対象としてカメラを例に挙げてその駆動制御について記述する。
【０００２】
【従来技術】
図７は周知の自動車であって、自動車１に搭載されたカメラ部２は、自動車１の動揺に反して空間安定化制御装置３によって制御されことによって、カメラの映像は安定して撮像することができる。図８はカメラ部２と、空間安定化制御装置３の構成を示す図であり、図９はカメラ部２の回転機構図である。
【０００３】
次にカメラ部２の制御を図８及び図９を用いて詳細に説明する。図８において２〜３は図７で示したものと同じである。４はカメラを回転させるモータ、５はモータ４の回転角速度を検出する角速度検出器、６はモータ４の回転角度を検出る角度検出器、７は自動車１の動揺によって発生した外乱角度を検出し出力を反転させる外乱角度検出部、８は外乱角度検出器７の出力と角度検出器６の出力との偏差を演算する角度減算器、９は角度減算器の出力である角度誤差、１０は角度誤差を増幅する角度偏差増幅器、１１は角度偏差増幅器１０の出力と角速度検出器５との偏差を演算する角速度減算器、１２は角速度減算器１１の出力を増幅してモータ４を駆動する角速度偏差増幅器である。
【０００４】
また、図９において、２、４〜６は図８で示したものと同じである。４ａはモータ４の回転側であるモータロータ部、４ｂはモータ４の固定側であるモータステータ部、５ａは角速度検出器５の回転側である角速度検出器ロータ部、５ｂは角速度検出器５の固定側である角速度検出器ステータ部、６ａは角度検出器６の回転側である角度検出器ロータ部、６ｂは角度検出器６の固定側である角度検出器ステータ部、１３は回転部を固定部に対して回転支持するベアリング部である。
【０００５】
次に空間安定化制御装置３の動作について説明する。図７の自動車１の動揺が発生した場合、発生した外乱角度の逆極性分が外乱角度検出部７により検出される。制御系は、この出力を指令値として、角度減算器８を用いた角度帰還路、角速度減算器１１を用いた角速度帰還路により、各減算器８及び１１の出力をそれぞれ零にするように動作することで、モータ４の駆動を通じてカメラは動揺方向と反対方向に回転する。これにより、自動車１の動揺により発生した外乱はうち消されるため、カメラの映像は動揺せずに安定な映像が得られる。
【０００６】
図１０は自動車１の動揺が正弦波状に発生した場合の各検出器５〜７の出力、及び角度誤差９の推移を示す図である。図１０における点Ｐの挙動について図１１及び図１２を用いて詳細に説明する。図１１はカメラ部２の回転部と固定部との摺動部に発生する摩擦トルクの一般的特性を示すもので、静止摩擦トルクは回転の方向が反転すると発生するトルクの極性が反転する特性があること、及び動摩擦トルクは回転角速度の大きさに応じて増減する特性があることが知られている。図１０の点Ｐは、まさにこの回転の方向が反転する動作点であり、図１１に示すとおり静止摩擦トルクの極性が反転する。
【０００７】
図１２は、この影響を説明するためのゲインブロック図であり、図中のＳはラプラス演算子を、Ｊはカメラ部２の回転部分の慣性能率を、Ｔｄは図１２に示す摩擦トルク特性の出力を示す。図１２において、ブロック変換してＴｄ→θεの伝達特性を求めると、数１となる。
【０００８】
【数１】
0004120190.tif 000002
【０００９】
数１から明らかなように、θεの最大値はＳ＝∞の時で、数２を得る。
【００１０】
【数２】
0004120190.tif 000003
【００１１】
Ｔｄは図１２に示す摩擦トルク特性の出力であるから、点Ｐでは静止摩擦トルクＴｓf の極性が瞬間的に変わるので、その出力Ｔｄも瞬間的に、Ｔｄ＝Ｔｓf−（−Ｔｓf）＝２Ｔｓfのトルクとなる。よって、点Ｐでのθεの最大値は、数３となることがわかる。
【００１２】
【数３】
0004120190.tif 000004
【００１３】
数３において、Ｊを大きく、又はＴｓfを小さくすればθεは最小化することはできるものの、Ｊ、及びＴｓfは機械定数であるため機械系により一義的に決定されるため制御不能である。また、ωr・ωiは制御パラメータであるため共に大きくすることでθεは最小化することはできるものの、機械共振周波数の制約から制御系の安定性を考慮するとむやみには大きくできないため有限の定数である。
【００１４】
以上により、θεを最小化することには限界があり、これにより、図１０に示す点Ｐにおいて画像がぶれる等の問題点があった。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような問題は、自動車の動揺の方向が反転した際、カメラ部２の回転部と固定部との摺動部に発生する摩擦トルクの内の静止摩擦トルクの極性が反転して加わってしまうことにより生じる。よって、画像ぶれが静止摩擦トルクに依存しない制御装置の提供が必要であった。
【００１６】
この発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、空間安定化の動作を、カメラ部２の回転部と固定部との摺動部に発生する摩擦トルクの内の静止摩擦領域を避けて動摩擦領域でのみ動作させることにより、自動車の動揺の方向が反転した時でも画像ぶれの少ない空間安定化制御装置を得ることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る空間安定化制御装置は、カメラ部２の回転部と固定部との摺動部の回転機構を２重にして各々の回転方向を等速かつ逆方向に一定回転するよう制御して、カメラ部２の回転部と固定部との摺動部に発生する摩擦トルクの内の静止摩擦領域を避けて動摩擦領域でのみ動作させることによって、自動車の動揺の方向が反転した時でも画像ぶれの少ない空間安定化制御装置を提供できることを特徴とする。
【００１８】
また、第２の発明に係る空間安定化制御装置は、第１の発明に係る空間安定化制御装置の角速度検出器の代わりに角度検出器の出力の微分値を用いて角度制御することにより、自動車の動揺の方向が反転した時でも画像ぶれが少なくかつ低コストな空間安定化制御装置を提供できることを特徴とする。
【００１９】
また、第３の発明に係る空間安定化制御装置は、第１の発明に係る空間安定化制御装置の角度検出器の代わりに角速度検出器のみを用いて角速度制御することにより、自動車の動揺の方向が反転した時でも画像ぶれが少なくかつ低コストな空間安定化制御装置を提供できることを特徴とする。
【００２０】
また、第４の発明に係る空間安定化制御装置は、第１の発明に係る空間安定化制御装置の角速度検出器の代わりに角度検出器のみを用いて角速度制御することにより、自動車の動揺の方向が反転した時でも画像ぶれが少なくかつ低コストな空間安定化制御装置を提供できることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明における空間安定化制御装置の実施の形態１を示す構成図である。図において２〜７、及び９〜１２は従来の空間安定化制御装置と同じものであり、１４は第１のモータ４のステータ側にロータを有し自動車１に対して回転する第２のモータ、１５は第２のモータ１４の回転角速度を検出する第２の角速度検出器、１６はカメラ部２を回転させるために指令値を発生させる角速度発生部、１７は角速度発生部１６の出力と第２の角速度検出器１５の検出する角速度との偏差を演算する第２の角速度減算器、１８は第２の角速度減算器１７の出力を増幅し第２のモータ１４を駆動させる第２の角速度偏差増幅器、１９は角速度発生部１６の出力である角速度指令を積分して逆極性の角度に変換する反転積分器、２０は反転積分器１９の出力と角度検出器６の出力との偏差を演算し外乱角度検出部７の出力を加算して角度誤差を演算する角度減算器である。また、図中同一記号は図８と同一である。
【００２２】
また、図２はカメラ部２の回転機構図である。図において４ａ〜６ａ、４ｂ〜６ｂ、及び１３は従来の回転機構図９と同じものであり、１４ａは第１のモータ４のステータ側に固定され自動車１に対して回転する第２のモータ１４の回転側であるモータロータ部、１４ｂは第２のモータ１４の固定側であるモータステータ部、１５ａは第１のモータ４のステータ側に固定され自動車１に対して回転角速度を検出する第２の角速度検出器１５の回転側である角速度検出器ロータ部、１５ｂは第２の角速度検出器１５の固定側である角速度検出器ステータ部、２１は回転部を固定部に対して回転支持するベアリング部である
【００２３】
次に動作について説明する。図７の自動車１の動揺が発生した場合、図１に示す制御系は、発生した外乱角度の逆極性分を外乱角度検出部７により検出して、この出力を指令値として、角度減算器２０を用いた角度帰還路、及び角速度減算器１１を用いた角速度帰還路により各減算器２０及び１１の出力をそれぞれ零にするように動作する様子は、従来の空間安定化制御装置と同一である。したがって、空間安定化誤差θεの最大値は、従来技術と同様に、数２で表せる。
【００２４】
次に角速度発生部１６，角速度減算器１７、第２の角速度偏差増幅器１８及び反転積分器１９の動作について説明する。角速度発生部１６では、一定速度の角速度指令を発生させる。この値をＶ１とする。角速度発生部１６の出力Ｖ１は、角速度減算器１７に角速度指令として加わり、第２の角速度検出器１５との偏差を演算する。
【００２５】
この出力は、第２の角速度偏差増幅器１８に入力され第２の角速度偏差増幅器１８で増幅されて第２のモータ１４は一定角速度Ｖ１で回転する。一方、角速度発生部１６の出力Ｖ１は、反転積分器１９で積分されて極性を反転され、角度減算器２０に角度指令として角度制御系に加算されるため、同様に、第１のモータ４は一定角速度Ｖ１で回転する。このとき、第１のモータ４と第２のモータ１４は角速度がＶ１と等しく回転方向が反対なため、カメラ部２の視軸は一定方向を向いている。図１１の摩擦特性において、自動車１の動揺により発生した外乱角速度の最大値よりも角速度指令値Ｖ１を大きく設定した場合、摩擦特性の動摩擦領域のみで動作することは容易にわかる。したがって、数２の最大値は、数４となる。
【００２６】
【数４】
0004120190.tif 000005
【００２７】
図１１からわかるとおりＤは角速度に比例するため、自動車１の動揺波形にしたがって空間安定化誤差θεは変化する。この時の様子を図３に示す。数３と数４を比較すると、分子の項は、図１１から明らかなように、２・Ｔsf＞Ｄ  である。以上により、空間安定化誤差θεは、従来技術より向上することは明らかである。
【００２８】
実施の形態２．
図４はこの発明における空間安定化制御装置の実施の形態２を示す構成図である。図において図において２〜４、６〜７、及び９〜１２は従来の空間安定化制御装置と同じものであり、１４〜２０は実施の形態１と同じものである。２２は第１の角度検出器６の出力を微分して角速度を演算する第１の微分器である。また、図中、同一記号は図１と同一である。
【００２９】
次に動作について説明する。第１の微分器２２は、実施の形態１の角速度検出器５の代わりに角度検出器５から角速度を演算するだけで、その他の動作は実施の形態１と全く同様である。
【００３０】
実施の形態３．
図５はこの発明における空間安定化制御装置の実施の形態３を示す構成図である。図において２〜５、７、及び９〜１２は従来の空間安定化制御装置と同じものであり、１４〜１８は実施の形態１と同じものである。２３は外乱角度検出器７の出力を微分して外乱角速度を演算する微分器、２４は角速度発生部１６の出力を反転させる反転器、２５は反転器２４の角速度指令値と第１の角速度検出器５の出力との偏差を演算して微分器２３の出力を加算する第３の角速度減算器、２６は第３の角速度減算器の出力を積分して角度偏差を演算する積分器である。また、図中、同一記号は図１と同一である
【００３１】
次に動作について説明する。本制御系は、実施の形態１の角度検出器６を使用した角度制御系の代わりに角速度検出器５のみを用いた角速度制御系で空間安定化制御系を構成しただけで、その他の動作は実施の形態１と全く同様である。
【００３２】
実施の形態４．
図６はこの発明における空間安定化制御装置の実施の形態４を示す構成図である。図において２〜４、６〜７、及び９〜１２は従来の空間安定化制御装置と同じものであり、１４〜１８は実施の形態１と同じものであり、２３〜２６は実施の形態３と同じものである。２７は角度検出器６の出力を微分して角速度を演算する微分器である。また、図中、同一記号は図１、５と同一である
【００３３】
次に動作について説明する。第２の微分器２７は、実施の形態３の角速度検出器５の代わりに角度検出器６の出力を微分して角速度を生成するだけで、その他の動作は実施の形態３と全く同様である。
【００３４】
【発明の効果】
第１の発明に係わる空間安定化制御装置は、制御対象の回転部と固定部との摺動部の回転機構を２重にして各々の回転方向を等速かつ逆方向に一定回転するよう制御して、制御対象の回転部と固定部との摺動部に発生する摩擦トルクの内の静止摩擦領域を避けて動摩擦領域でのみ動作させることによって、画像ぶれ等の空間安定化制御装置の安定化性能を向上させる効果がある。
【００３５】
また、第２の発明に係わる空間安定化制御装置は、第１の発明に係る空間安定化制御装置の角速度検出器の代わりに角度検出器の出力の微分値を用いて角度制御することにより、低コストでかつ画像ぶれ等の空間安定化制御装置の安定化性能を向上させる効果がある。
【００３６】
また、第３の発明に係わる空間安定化制御装置は、第１の発明に係る空間安定化制御装置の角度検出器の代わりに角速度検出器のみを用いて角速度制御することにより、低コストでかつ画像ぶれ等の空間安定化制御装置の安定化性能を向上させる効果がある。
【００３７】
また、第４の発明に係わる空間安定化制御装置は、第１の発明に係る空間安定化制御装置の角速度検出器の代わりに角度検出器のみを用いて角速度制御することにより、低コストでかつ画像ぶれ等の空間安定化制御装置の安定化性能を向上させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明におけるカメラの空間安定化制御装置の実施の形態１を示す構成図である。
【図２】  この発明におけるカメラ部の回転機構図である。
【図３】  自動車１の動揺が正弦波状に発生した場合の各部の波形を示す図である。
【図４】  この発明におけるカメラの空間安定化制御装置の実施の形態２を示す構成図である。
【図５】  この発明におけるカメラの空間安定化制御装置の実施の形態３を示す構成図である。
【図６】  この発明におけるカメラの空間安定化制御装置の実施の形態４を示す構成図である。
【図７】 この発明の自動車への適用例を示す図である。
【図８】 従来のカメラ部と空間安定化制御装置の構成を示す図である。
【図９】 従来のカメラ部の回転機構図である。
【図１０】  自動車１の動揺が正弦波状に発生した場合の従来の構成における各部の波形を示す図である。
【図１１】  カメラ部の回転部と固定部との摺動部に発生する摩擦トルクの特性を示す図である。
【図１２】 従来のカメラ部と空間安定化制御装置のゲインブロックを示す図である。
【符号の説明】
１  自動車、２  カメラ部、３  空間安定化制御装置、４  モータ、５  角速度検出器、６  角度検出器、７  外乱角度検出部、８  角度減算器、９  角度誤差、１０  角度偏差増幅器、１１  角速度減算器、１２  角速度偏差増幅器、１３  ベアリング、１４  モータ、１５  角速度検出器、１６  角速度発生部、１７  角速度減算器、１８  角速度偏差増幅器、１９  反転積分器、２０  角度減算器、２１  ベアリング、２２  微分器、２３  微分器、２４  反転器、２５  角速度減算器、２６  積分器、２７  微分器。
【図１】
0004120190.tif 000006
【図２】
0004120190.tif 000007
【図３】
0004120190.tif 000008
【図４】
0004120190.tif 000009
【図５】
0004120190.tif 000010
【図６】
0004120190.tif 000011
【図７】
0004120190.tif 000012
【図８】
0004120190.tif 000013
【図９】
0004120190.tif 000014
【図１０】
0004120190.tif 000015
【図１１】
0004120190.tif 000016
【図１２】
0004120190.tif 000017