(57)【要約】【課題】デジタル制御化されたＰＩＤ制御装置の制御動作を低振動化および低騒音化し、制御精度を向上させる。【解決手段】デジタルＰＩＤ制御装置であって、制御対象１の現在のアナログ状態量を検出する検出器２と、現在のアナログ状態量を現在のデジタル状態量に変換するＡＤ変換器１１と、制御対象１の目標のデジタル状態量と現在のデジタル状態量との差分である偏差量を入力とし、制御対象１に対するデジタル操作量を生成するデジタルＰＩＤ制御手段９とを備え、デジタルＰＩＤ制御手段９は、偏差量の絶対値が設定値以下の場合には偏差量を抑圧して出力する積分用不感帯部１２および微分用不感帯部１３のうち少なくとも一方を備え、積分用不感帯部１２の出力に対するデジタル積分演算及び微分用不感帯部１３の出力に対するデジタル微分演算のうち少なくとも一方の演算を実行することによりデジタル操作量を生成する。【選択図】図１
2009181242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象が目標の状態に到達するよう前記制御対象を制御するデジタルＰＩＤ制御装置であって、
前記制御対象の現在の状態を表す現在のアナログ状態量を検出する検出器と、
前記現在のアナログ状態量を現在のデジタル状態量に変換するＡＤ変換器と、
前記制御対象の目標の状態を表す目標のデジタル状態量と前記現在のデジタル状態量との差分である偏差量を入力とし、積分および微分のうち少なくとも一方を演算することにより、前記制御対象に対するデジタル操作量を生成するデジタルＰＩＤ制御手段とを備え、
前記デジタルＰＩＤ制御手段は、
前記偏差量の絶対値が設定値以下の場合には前記偏差量を抑圧して出力する抑圧手段を備え、前記抑圧手段の出力に対するデジタル積分演算及び前記抑圧手段の出力に対するデジタル微分演算のうち少なくとも一方の演算を実行することにより前記デジタル操作量を生成する
ことを特徴とするデジタルＰＩＤ制御装置。
【請求項２】
前記抑圧手段は、前記偏差量の絶対値が前記設定値以下の場合には零値を出力する
ことを特徴とする請求項１記載のデジタルＰＩＤ制御装置。
【請求項３】
前記設定値は、第１設定値および第２設定値のうち少なくとも一方であり、
前記抑圧手段は、さらに、
前記偏差量の絶対値が前記第１設定値より大きく、かつ、前記偏差量が正の場合には、前記偏差量から前記第１設定値を減じた量に比例した量を第１積分抑圧量として出力し、
前記偏差量の絶対値が前記第１設定値より大きく、かつ、前記偏差量が負の場合には、前記偏差量に前記第１設定値を加えた量に比例した量を第２積分抑圧量として出力し、
前記偏差量の絶対値が前記第２設定値より大きく、かつ、前記偏差量が正の場合には、前記偏差量から前記第２設定値を減じた量に比例した量を第１微分抑圧量として出力し、
前記偏差量の絶対値が前記第２設定値より大きく、かつ、前記偏差量が負の場合には、前記偏差量に前記第２設定値を加えた量に比例した量を第２微分抑圧量として出力し、
前記デジタルＰＩＤ制御手段は、前記第１積分抑圧量および前記第２積分抑圧量に対する前記デジタル積分演算、および、前記第１微分抑圧量および前記第２微分抑圧量に対する前記デジタル微分演算のうち少なくとも一方を実行する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のデジタルＰＩＤ制御装置。
【請求項４】
前記設定値は、第１設定値および第２設定値のうち少なくとも一方であり、
前記抑圧手段は、さらに、
前記偏差量の絶対値が前記第１設定値より大きい場合には、前記偏差量に比例した量を積分抑圧量として出力し、
前記偏差量の絶対値が前記第２設定値より大きい場合には、前記偏差量に比例した量を微分抑圧量として出力し、
前記デジタルＰＩＤ制御手段は、前記積分抑圧量に対する前記デジタル積分演算、および、前記微分抑圧量に対する前記デジタル微分演算のうち少なくとも一方を実行する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のデジタルＰＩＤ制御装置。
【請求項５】
前記設定値は、第１設定値および第２設定値のうち少なくとも一方であり、
前記抑圧手段は、さらに、
前記目標のデジタル状態量の変化の度合いが小さく、かつ、前記偏差量の絶対値が前記第１設定値より大きく、かつ、前記偏差量が正の場合には、前記偏差量から前記第１設定値を減じた量に比例した量を第１積分抑圧量として出力し、
前記変化の度合いが小さく、かつ、前記偏差量の絶対値が前記第１設定値より大きく、かつ、前記偏差量が負の場合には、前記偏差量に前記第１設定値を加えた量に比例した量を第２積分抑圧量として出力し、
前記変化の度合いが大きく、かつ、前記偏差量の絶対値が前記第１設定値より大きい場合には、前記偏差量に比例した量を第３積分抑圧量として出力し、
前記目標のデジタル状態量の変化の度合いが小さく、かつ、前記偏差量の絶対値が前記第２設定値より大きく、かつ、前記偏差量が正の場合には、前記偏差量から前記第２設定値を減じた量に比例した量を第１微分抑圧量として出力し、
前記変化の度合いが小さく、かつ、前記偏差量の絶対値が前記第２設定値より大きく、かつ、前記偏差量が負の場合には、前記偏差量に前記第２設定値を加えた量に比例した量を第２微分抑圧量として出力し、
前記変化の度合いが大きく、かつ、前記偏差量の絶対値が前記第２設定値より大きい場合には、前記偏差量に比例した量を第３微分抑圧量として出力し、
前記デジタルＰＩＤ制御手段は、前記第１積分抑圧量、前記第２積分抑圧量および前記第３積分抑圧量に対する前記デジタル積分演算、および、前記第１微分抑圧量、前記第２微分抑圧量および前記第３微分抑圧量に対する前記デジタル微分演算のうち少なくとも一方を実行する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のデジタルＰＩＤ制御装置。
【請求項６】
前記設定値は、第１設定値および第２設定値であり、
前記抑圧手段は、さらに、
前記偏差量の絶対値が前記第１設定値より大きい場合には前記偏差量に比例した量を積分抑圧量として出力し、
前記偏差量の絶対値が前記第２設定値より大きく、かつ、前記偏差量が正の場合には、前記偏差量から前記第２設定値を減じた量に比例した量を第１微分抑圧量として出力し、
前記偏差量の絶対値が前記第２設定値より大きく、かつ、前記偏差量が負の場合には、前記偏差量に前記第２設定値を加えた量に比例した量を第２微分抑圧量として出力し、
前記デジタルＰＩＤ制御手段は、前記積分抑圧量に対する前記デジタル積分演算、および、前記第１微分抑圧量および前記第２微分抑圧量に対する前記デジタル微分演算のうち少なくとも一方を実行する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のデジタルＰＩＤ制御装置。
【請求項７】
前記ＰＩＤ制御装置は、さらに、
前記抑圧手段の出力または前記偏差量のうちいずれか一方を選択する積分セレクタと微分セレクタとのうち少なくとも一方を備え、前記積分セレクタにより選択された一方に対する前記デジタル積分演算、および、前記微分セレクタにより選択された一方に対する前記デジタル微分演算のうち少なくとも一方を実行することにより前記デジタル操作量を生成する
ことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載のデジタルＰＩＤ制御装置。
【請求項８】
前記ＰＩＤ制御装置は、さらに、
前記目標のデジタル状態量の変化を検出し、当該変化の度合いが小さい場合に前記抑圧手段の出力を前記積分セレクタに選択させ前記変化の度合いが大きい場合に前記偏差量を前記積分セレクタに選択させる指示、および、前記変化の度合いが小さい場合に前記抑圧手段の出力を前記微分セレクタに選択させ前記変化の度合いが大きい場合に前記偏差量を前記微分セレクタに選択させる指示のうち少なくとも一方の指示をする目標値変化判定手段を備える
ことを特徴とする請求項７記載のデジタルＰＩＤ制御装置。
【請求項９】
前記デジタルＰＩＤ制御装置は、さらに、
前記目標のデジタル状態量の変化の度合いまたは前記偏差量の大きさに応じて、前記設定値を調整する不感帯幅調整手段を備える
ことを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項に記載のデジタルＰＩＤ制御装置。
【請求項１０】
前記ＰＩＤ制御装置は、さらに、
前記デジタルＰＩＤ制御手段で生成された前記デジタル操作量に従って前記制御対象を駆動するアクチュエータを備える
ことを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１項に記載のデジタルＰＩＤ制御装置。
【請求項１１】
制御対象が目標の状態に到達するよう、前記制御対象の現在の状態と目標の状態との差分であるデジタル偏差量を入力として、積分および微分のうち少なくとも一方を演算することにより、前記制御対象を制御するためのデジタル操作量を出力するデジタルＰＩＤ制御装置の制御方法であって、
前記偏差量の絶対値が設定値以下の場合には前記偏差量を抑圧する抑圧ステップと、
前記抑圧された偏差量を用いたデジタル積分演算及び前記抑圧された偏差量を用いたデジタル微分演算のうち少なくとも一方を実行することにより前記デジタル操作量を生成する操作量生成ステップとを含む
ことを特徴とするデジタルＰＩＤ制御装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＩＤ制御装置に関し、特に、制御対象を低騒音かつ低振動に駆動制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種の位置制御用途等にＰＩＤ制御装置が用いられており、近年では、産業用ロボットアームの位置決めや、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｔｉｌｌ  Ｃａｍｅｒａ：デジタル静止画カメラ、いわゆるデジカメ）の手振れ補正におけるレンズの位置制御等にも用いられている。このＰＩＤ制御自体は、一般的に知られた制御方法であって、制御対象からの帰還値と目標値との差分である偏差を、比例・積分・微分演算することによって操作量を生成し、生成した操作量に応じて制御対象を駆動する制御方法である。一般的なＰＩＤ制御装置の一例は、例えば、特許文献１に開示されている。以下、図８を参照しながら、前記従来のＰＩＤ制御装置について説明する。
【０００３】
図８は、特許文献１に記載されている従来のＰＩＤ制御システムの基本構成図である。ここでは、原理説明に必要な構成要素のみを記載する。図８に記載されたＰＩＤ制御システムは、制御対象３０１と、検出器３０２と、減算器３０３と、ＰＩＤ制御手段３０９と、駆動手段３１０とを備える。ＰＩＤ制御手段３０９は、比例演算部３０４と、積分演算部３０５と、微分演算部３０６と、加算器３０７と、ゲイン乗算部３０８とを備える。
【０００４】
制御対象３０１の具体例としては、例えば、ロボットのアームおよびＤＳＣにおけるレンズが挙げられる。制御対象３０１の現在位置は、具体的には、ホールセンサ等で実現される検出器３０２によって検出され、検出された現在位置は、減算器３０３によって目標値と差分演算され、偏差量として出力される。ＰＩＤ制御手段３０９は、比例演算部３０４、積分演算部３０５、微分演算部３０６およびゲイン乗算部３０８において、減算器３０３から出力された偏差量を入力として、各制御時定数を有する演算を実行し、演算結果を操作量として出力する。駆動手段３１０は、上記演算によって得られた操作量に応じて制御対象３０１を駆動する。
【０００５】
以上の動作によって、制御対象３０１は、目標値に追従すべく制御される。その具体的な制御特性は、ゲイン乗算部３０８の有する比例ゲインをＫｐ、積分演算部３０５の有する積分時間をＴＩ、微分演算部３０６の有する微分時間をＴＤ、不完全微分の微分係数をη、偏差をＥ（ｓ）および操作量をＭＶ（ｓ）とした時、一般には、以下の式１で表現される。
【０００６】
【数１】
2009181242.tif 000003
【０００７】
また、特許文献１においては、一定値以上の偏差量をゼロ偏差として扱う演算を施した後に、積分演算部３０５の演算を実行することによって、制御対象３０１のオーバーシュート削減を図っている。特許文献２においては、目標値入力の経路、あるいは積分演算部３０５の前段に遅れ要素を追加することによって、目標値の急変に対する制御対象のオーバーシュート削減を図っている。以上のように、従来のＰＩＤ制御装置においては、動的な制御性向上が図られている。
【０００８】
上述したＰＩＤ制御をアナログ回路で実現した場合、回路変更、精度管理およびコンパクトな実装が困難であり、また、原則として非線形制御が不可能であるといった欠点が存在する。このため、民生機器等にＰＩＤ制御を適用する場合には、コンピュータ制御によるデジタル処理を基本としたデジタルＰＩＤ制御装置が用いられる。
【特許文献１】特開昭６４−２６２０２号公報
【特許文献２】特開昭６１−１９０６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来のデジタルＰＩＤ制御装置によれば、デジタル制御化された場合に、目標値入力が固定であるにも関わらず、振動や騒音が発生し、制御精度が低下するという課題が存在する。以下、デジタル制御化されたＰＩＤ制御装置の構成を図示した図９を参照しながら、本課題について説明する。
【００１０】
図９は、従来のデジタルＰＩＤ制御システムの基本構成図である。図９では、検出器４０２によって検出された制御対象４０１の現在位置が、ＡＤ変換器４１１によって、量子化されたデジタル値へと変換される。デジタル値化された現在位置情報は、減算器４０３とＰＩＤ制御手段４０９によってデジタル演算され、操作量がデジタル値として出力される。駆動手段４１０は、ＰＩＤ制御手段４０９から出力された操作量を量子化されたデジタル値のまま用いることで、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）に代表されるパルス駆動を行う。あるいは、駆動手段４１０は、前記操作量をＤＡ変換器により、量子化されたアナログ値の操作量へ変換した後、アナログ回路を用いて、リニア駆動かパルス駆動のいずれかを行う。
【００１１】
このような、従来のデジタルＰＩＤ制御装置においては、目標値入力が固定された場合に、減算器４０３の偏差量が完全なゼロとならない場合が存在する。図９では、目標値が１００．０１、ＡＤ変換器４１１出力である現在位置情報が１００．００の場合が示されている。このとき、減算器４０３の偏差量は、定常的に０．０１となり、完全なゼロとはならない。この偏差量がゼロとなりえない要因を、以下、列挙する。（１）図９に記載されたように、マイコン等から指令される目標指令値が、ＡＤ変換器４１１の分解能より細かい場合。（２）特許文献２に示されるように、目標指令値から減算器４０３までの経路に、フィルタ等の何らかの演算処理が挿入されている場合。この場合、演算が有する量子化誤差、演算誤差によって、目標指令値が１００．００であっても、挿入された演算処理出力では１００．０１になる等の誤差が生じるため、偏差量がゼロとなりえない。（３）ＡＤ変換器４１１から減算器４０３までの経路に、フィルタ等の何らかの演算処理が挿入されている場合。この場合、（２）と同様の誤差要因によって、減算器４０３への帰還量の側が１００．０１になる等の誤差を生じるため、偏差量がゼロとなりえない。（４）減算器４０３からＰＩＤ制御手段４０９までの経路に、フィルタ等の何らかの演算処理が挿入されている場合。この場合、（２）と同様の誤差要因によって、減算器４０３からの出力が０であっても、ＰＩＤ制御手段４０９への入力が０．０１になる等の誤差が生じるため、偏差量がゼロでない場合が発生する。
【００１２】
以上のように、目標値が固定され、制御が安定した状態で、偏差量が完全なゼロとならない場合には、残留した偏差量は、積分演算部４０５によって累積を続け、駆動手段４１０の最小分解値に達した時点で、制御対象４０１を駆動する。この駆動は、制御が安定した状態からの駆動であり、本来は不要な駆動操作である。当該駆動操作によって、振動や騒音が発生し、制御精度が低下することとなる。また、デジタル制御化されたＰＩＤ制御装置においては、ＡＤ変換器４１１が用いられるため、現在位置の帰還として、最小分解能での急峻な変化が生じることとなる。ノイズ等による真の変分は、低周波数で微小量であっても、ＡＤ変換器４１１の出力での変分としては、急峻であり、大きさもＡＤ変換器４１１の最小分解能となる。当該変化は、微分演算部４０６において、大きく増幅されるため、結果として不要な駆動操作を生じ、振動や騒音が発生し、制御精度が低下することとなる。
【００１３】
以上述べたように、デジタルＰＩＤ制御装置においては、完全なゼロとならない偏差量が、積分演算部４０５にて累積すること、そして、ＡＤ変換器４１１の出力が、微分演算部４０６にて増幅されることによって、振動や騒音が発生し、制御精度が低下するという課題が存在する。これに対し、制御装置に対する低振動化および低騒音化の要求は常に存在する。とりわけ、ＤＳＣの手ブレ補正に代表される高精度な民生機器に利用する場合、制御精度や騒音への要求は非常に厳しい。
【００１４】
上記課題に鑑み、本発明は、制御動作が低振動化および低騒音化され、制御精度が向上したデジタルＰＩＤ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明に係るデジタルＰＩＤ制御装置は、制御対象が目標の状態に到達するよう前記制御対象を制御するデジタルＰＩＤ制御装置であって、前記制御対象の現在の状態を表す現在のアナログ状態量を検出する検出器と、前記現在のアナログ状態量を現在のデジタル状態量に変換するＡＤ変換器と、前記制御対象の目標の状態を表す目標のデジタル状態量と前記現在のデジタル状態量との差分である偏差量を入力とし、積分および微分のうち少なくとも一方を演算することにより、前記制御対象に対するデジタル操作量を生成するデジタルＰＩＤ制御手段とを備え、前記デジタルＰＩＤ制御手段は、前記偏差量の絶対値が設定値以下の場合には前記偏差量を抑圧して出力する抑圧手段を備え、前記抑圧手段の出力に対するデジタル積分演算及び前記抑圧手段の出力に対するデジタル微分演算のうち少なくとも一方の演算を実行することにより前記デジタル操作量を生成することを特徴とする。
【００１６】
これにより、デジタルＰＩＤ制御手段において、零近傍の偏差量入力時に、抑圧された偏差量を用いて積分演算が実行されるので、完全なゼロとならない偏差による積分演算値の累積を抑制することができる。また、零近傍の偏差量入力時に、抑圧された偏差量を用いて微分演算が実行されるので、ＡＤ変換器出力により生じた偏差による微分演算値の増幅を抑制することができる。よって、デジタル制御化に起因して発生する偏差量零近傍における制御対象の不要な動作、および、同時に発生する雑音や振動が抑制され、制御精度を向上させることができる。
【００１７】
また、前記抑圧手段は、前記偏差量の絶対値が前記設定値以下の場合には零値を出力することが好ましい。
【００１８】
これにより、零近傍の偏差量入力時における積分演算に対する零値入力および微分演算に対する零値入力のうち少なくとも一方がなされるので、完全なゼロとならない偏差が積分演算にて累積することの防止およびＡＤ変換器出力により生じた偏差が微分演算により増幅されることの抑制のうち少なくとも一方がなされる。よって、デジタル制御化に起因して発生する偏差量零近傍における制御対象の不要な突発動作、および、同時に発生する雑音や振動が抑制され、制御精度をさらに向上させることができる。
【００１９】
また、前記設定値は、第１設定値および第２設定値のうち少なくとも一方であり、前記抑圧手段は、さらに、前記偏差量の絶対値が前記第１設定値より大きく、かつ、前記偏差量が正の場合には、前記偏差量から前記第１設定値を減じた量に比例した量を第１積分抑圧量として出力し、前記偏差量の絶対値が前記第１設定値より大きく、かつ、前記偏差量が負の場合には、前記偏差量に前記第１設定値を加えた量に比例した量を第２積分抑圧量として出力し、前記偏差量の絶対値が前記第２設定値より大きく、かつ、前記偏差量が正の場合には、前記偏差量から前記第２設定値を減じた量に比例した量を第１微分抑圧量として出力し、前記偏差量の絶対値が前記第２設定値より大きく、かつ、前記偏差量が負の場合には、前記偏差量に前記第２設定値を加えた量に比例した量を第２微分抑圧量として出力し、前記デジタルＰＩＤ制御手段は、前記第１積分抑圧量および前記第２積分抑圧量に対する前記デジタル積分演算、および、前記第１微分抑圧量および前記第２微分抑圧量に対する前記デジタル微分演算のうち少なくとも一方を実行してもよい。
【００２０】
これにより、偏差量が零近傍でない領域における抑圧手段の線形動作、および、零近傍と零近傍でない領域との境界点における抑圧手段の出力の連続性が確保される。よって、前記境界点を跨ぐような偏差量入力がなされても、積分演算に起因する制御対象の不要な突発動作を抑制でき、微分演算における高調波による振動や雑音の発生を抑制できる。さらに、前記境界点の設定を積分演算および微分演算について独立に設定できるので、制御対象の状態に応じたより高精度な演算が実現できる。
【００２１】
また、前記設定値は、第１設定値および第２設定値のうち少なくとも一方であり、前記抑圧手段は、さらに、前記偏差量の絶対値が前記第１設定値より大きい場合には、前記偏差量に比例した量を積分抑圧量として出力し、前記偏差量の絶対値が前記第２設定値より大きい場合には、前記偏差量に比例した量を微分抑圧量として出力し、前記デジタルＰＩＤ制御手段は、前記積分抑圧量に対する前記デジタル積分演算、および、前記微分抑圧量に対する前記デジタル微分演算のうち少なくとも一方を実行してもよい。
【００２２】
これにより、偏差量が零近傍でない領域において、抑圧手段を通過することにより本来あるべき出力値からのずれ、すなわち歪が存在しないので、積分演算における、制御対象の定常状態における状態と目標状態とのオフセットを抑制できる。さらに、前記境界点の設定を積分演算および微分演算について独立に設定できるので、制御対象の状態に応じたより高精度な演算が実現できる。
【００２３】
また、前記設定値は、第１設定値および第２設定値のうち少なくとも一方であり、前記抑圧手段は、さらに、前記目標のデジタル状態量の変化の度合いが小さく、かつ、前記偏差量の絶対値が前記第１設定値より大きく、かつ、前記偏差量が正の場合には、前記偏差量から前記第１設定値を減じた量に比例した量を第１積分抑圧量として出力し、前記変化の度合いが小さく、かつ、前記偏差量の絶対値が前記第１設定値より大きく、かつ、前記偏差量が負の場合には、前記偏差量に前記第１設定値を加えた量に比例した量を第２積分抑圧量として出力し、前記変化の度合いが大きく、かつ、前記偏差量の絶対値が前記第１設定値より大きい場合には、前記偏差量に比例した量を第３積分抑圧量として出力し、前記目標のデジタル状態量の変化の度合いが小さく、かつ、前記偏差量の絶対値が前記第２設定値より大きく、かつ、前記偏差量が正の場合には、前記偏差量から前記第２設定値を減じた量に比例した量を第１微分抑圧量として出力し、前記変化の度合いが小さく、かつ、前記偏差量の絶対値が前記第２設定値より大きく、かつ、前記偏差量が負の場合には、前記偏差量に前記第２設定値を加えた量に比例した量を第２微分抑圧量として出力し、前記変化の度合いが大きく、かつ、前記偏差量の絶対値が前記第２設定値より大きい場合には、前記偏差量に比例した量を第３微分抑圧量として出力し、前記デジタルＰＩＤ制御手段は、前記第１積分抑圧量、前記第２積分抑圧量および前記第３積分抑圧量に対する前記デジタル積分演算、および、前記第１微分抑圧量、前記第２微分抑圧量および前記第３微分抑圧量に対する前記デジタル微分演算のうち少なくとも一方を実行してもよい。
【００２４】
これにより、制御対象が固定されているような場合には、前記境界点における抑圧手段の入出力特性の連続性が重視され、制御対象が動的変化している場合には、抑圧手段の入出力特性の一致度が重視されるので、効果的に制御対象の不要な突発動作や前記オフセットを抑制でき、また、効果的に制御対象の振動や雑音を抑制できる。さらに、前記境界点の設定を積分演算および微分演算について独立に設定できるので、制御対象の状態に応じたより高精度な演算が実現できる。
【００２５】
また、前記設定値は、第１設定値および第２設定値であり、前記抑圧手段は、さらに、前記偏差量の絶対値が前記第１設定値より大きい場合には前記偏差量に比例した量を積分抑圧量として出力し、前記偏差量の絶対値が前記第２設定値より大きく、かつ、前記偏差量が正の場合には、前記偏差量から前記第２設定値を減じた量に比例した量を第１微分抑圧量として出力し、前記偏差量の絶対値が前記第２設定値より大きく、かつ、前記偏差量が負の場合には、前記偏差量に前記第２設定値を加えた量に比例した量を第２微分抑圧量として出力し、前記デジタルＰＩＤ制御手段は、前記積分抑圧量に対する前記デジタル積分演算、および、前記第１微分抑圧量および前記第２微分抑圧量に対する前記デジタル微分演算のうち少なくとも一方を実行してもよい。
【００２６】
これにより、偏差量が零近傍でない領域において、抑圧手段を通過することにより本来あるべき出力値からのずれ、すなわち歪が存在しないので、積分演算における、制御対象の定常状態における状態と目標状態とのオフセットを抑制できる。また、偏差量が零近傍でない領域における抑圧手段の線形動作、および、零近傍と零近傍でない領域との境界点における抑圧手段の出力の連続性が確保される。よって、前記境界点を跨ぐような偏差量入力がなされても、微分演算における高調波による振動や雑音の発生を抑制できる。さらに、前記境界点の設定を積分演算および微分演算について独立に設定できるので、制御対象の状態に応じたより高精度な演算が実現できる。
【００２７】
また、前記ＰＩＤ制御装置は、さらに、前記抑圧手段の出力または前記偏差量のうちいずれか一方を選択する積分セレクタと微分セレクタとのうち少なくとも一方を備え、前記積分セレクタにより選択された一方に対する前記デジタル積分演算、および、前記微分セレクタにより選択された一方に対する前記デジタル微分演算のうち少なくとも一方を実行することにより前記デジタル操作量を生成してもよい。
【００２８】
これにより、積分演算および微分演算への入力として、偏差量または抑圧手段の出力のいずれかを独立に選択することができる。
【００２９】
また、前記ＰＩＤ制御装置は、さらに、前記目標のデジタル状態量の変化を検出し、当該変化の度合いが小さい場合に前記抑圧手段の出力を前記積分セレクタに選択させ前記変化の度合いが大きい場合に前記偏差量を前記積分セレクタに選択させる指示、および、前記変化の度合いが小さい場合に前記抑圧手段の出力を前記微分セレクタに選択させ前記変化の度合いが大きい場合に前記偏差量を前記微分セレクタに選択させる指示のうち少なくとも一方の指示をする目標値変化判定手段を備えてもよい。
【００３０】
これにより、制御対象の目標状態が動的変化している状態か固定された状態かに応じて積分演算および微分演算への入力について、偏差量または抑圧手段の出力のいずれかを独立に選択できるので、制御対象の状況に応じたより高精度な演算を実行できる。
【００３１】
また、前記デジタルＰＩＤ制御装置は、さらに、前記目標のデジタル状態量の変化の度合いまたは前記偏差量の大きさに応じて、前記設定値を調整する不感帯幅調整手段を備えてもよい。
【００３２】
これにより、制御対象が動的状態か固定状態かにより、また、偏差量の大きさに応じて不感帯幅を調整することができるので、制御対象の状態や制御状況に対応した高精度な積分演算及び微分演算を実行できる。
【００３３】
また、本発明は、上記のような特徴を有するデジタルＰＩＤ制御装置として実現することができるだけでなく、制御対象を駆動するアクチュエータを備えるデジタルＰＩＤ制御装置としても、同様の構成と効果がある。
【００３４】
また、本発明は、このような特徴的な手段を備えるデジタルＰＩＤ制御装置として実現することができるだけでなく、デジタルＰＩＤ制御装置に含まれる特徴的な手段をステップとするデジタルＰＩＤ制御装置の制御方法として実現することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係るデジタルＰＩＤ制御装置によれば、零近傍の偏差量入力時において、積分演算と微分演算との少なくとも一方に抑圧された偏差量、または、零値が入力されるので、完全なゼロとならない偏差量が、積分演算にて累積することを防止することができる。さらに、零近傍の偏差量入力時において、ＡＤ変換器の出力が、微分演算にて増幅されることを防止することが出来る。よって、低騒音化および低振動化が実現でき、制御精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
（実施の形態１）
本実施の形態１におけるデジタルＰＩＤ制御装置は、制御対象の目標のデジタル状態量とＡＤ変換器から出力された現在のデジタル状態量との差分である偏差量を入力とし制御対象に対するデジタル操作量を生成するデジタルＰＩＤ制御手段を備え、デジタルＰＩＤ制御手段は偏差量の絶対値が設定値以下の場合には零値を出力する抑圧手段を備え、抑圧手段の出力に対するデジタル積分演算及び前記抑圧手段の出力に対するデジタル微分演算のうち少なくとも一方の演算を実行することにより前記デジタル操作量を生成する。これにより、零近傍の偏差量入力時において積分演算および微分演算に対する零値入力のうち少なくとも一方がなされるので、不要な偏差量が積分演算にて累積することの防止およびＡＤ変換器出力により生じた偏差量が微分演算により増幅されることの抑制のうち少なくとも一方がなされる。よって、制御対象の不要な突発動作、および、同時に発生する雑音や振動が抑制される。
【００３７】
以下、本発明の実施の形態１に係るデジタルＰＩＤ制御装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３８】
図１は、本発明の実施の形態１に係るデジタルＰＩＤ制御装置を含むデジタルＰＩＤ制御システムの構成例を示すブロック図である。同図におけるデジタルＰＩＤ制御装置は、検出器２と、減算器３と、デジタルＰＩＤ制御手段９と、駆動手段１０と、ＡＤ変換器１１とを備える。
【００３９】
検出器２は、制御対象１の現在の状態を示す現在位置を、現在のアナログ状態量として検出する。
【００４０】
ＡＤ変換器１１は、検出器２で検出された現在位置を、現在のデジタル状態量として量子化されたデジタル値へと変換する。
【００４１】
減算器３は、ＡＤ変換器１１で変換された現在位置のデジタル値と目標指令値との差分を演算し、偏差量としてデジタルＰＩＤ制御手段９へ出力する。
【００４２】
デジタルＰＩＤ制御手段９は、比例演算部４と、積分演算部５と、微分演算部６と、加算器７と、ゲイン乗算部８と、積分用不感帯部１２、微分用不感帯部１３とを備える。
【００４３】
比例演算部４は、デジタル比例演算を実行し、減算器３から出力された偏差量に比例したデジタル量を出力する。
【００４４】
積分演算部５は、デジタル積分演算を実行し、積分用不感帯部１２の出力の積分に比例したデジタル量を出力する。
【００４５】
微分演算部６は、デジタル微分演算を実行し、微分用不感帯部１３の出力の積分に比例したデジタル量を出力する。
【００４６】
積分用不感帯部１２は、抑圧手段としての機能を有し、減算器３により得られた偏差量の絶対値が、設定値以下である場合には、零値を積分演算部５へ出力する。
【００４７】
微分用不感帯部１３は、抑圧手段としての機能を有し、減算器３により得られた偏差量の絶対値が、設定値以下である場合には、零値を微分演算部６へ出力する。なお、偏差量の絶対値が設定値より大きい場合の積分用不感帯部１２および微分用不感帯部１３の出力については、図２を用いて後述する。
【００４８】
加算器７は、比例演算部４、積分演算部５および微分演算部６から出力されたデジタル量を加算する。
【００４９】
ゲイン乗算部８は、加算器７で加算されたデジタル量にゲインを乗じることにより当該デジタル量を調整し、最適なデジタル操作量を出力する。
【００５０】
駆動手段１０は、ゲイン乗算部８から出力されたデジタル操作量に応じて制御対象１をパルス駆動、あるいはリニア駆動する。
【００５１】
以上の動作によって、制御対象１は、目標値に追従すべく制御される。
なお、図１において、目標指令値から減算器３までの経路、ＡＤ変換器１１から減算器３までの経路、あるいは減算器３からデジタルＰＩＤ制御手段９までの経路において、フィルタ等の演算部が存在する場合もあり得るが、必須要件ではないため、本実施例では省略する。もちろん、本省略は当該フィルタ等の存在有無を制約するものではない。
【００５２】
また、本実施例の説明では、ＡＤ変換器１１は減算器３の前段に存在するが、減算器３をアナログ構成として、ＡＤ変換器１１を減算器３の後段に配することも可能であり、ＡＤ変換器１１の位置を制約するものではない。
【００５３】
次に、従来例の制御動作との差異について、図２を用いて説明する。図２（ａ）は、本発明のデジタルＰＩＤ制御装置の有する不感帯部の第１の不感帯特性図であり、図２（ｂ）は、本発明のデジタルＰＩＤ制御装置の有する不感帯部の第２の不感帯特性図である。両図において、横軸は積分用不感帯部１２または微分用不感帯部１３への偏差量入力を、縦軸は積分用不感帯部１２または微分用不感帯部１３からの出力を示す。
【００５４】
第１の不感帯特性１４においては、設定値の２倍である不感帯幅内の入力に対しては、零値を出力する。また、設定値の絶対値より大きい入力に対しては、入力軸に対して不感帯幅分シフトした入出力特性を出力する。具体的には、以下の式２で表される特性となる。
【００５５】
Ｙ＝０    ｉｆ  ｜Ｘ｜＝＜Ｗ
Ｙ＝ｋ×（Ｘ−Ｗ）    ｉｆ  Ｘ＞Ｗ
Ｙ＝ｋ×（Ｘ＋Ｗ）    ｉｆ  Ｘ＜−Ｗ                （式２）
【００５６】
ここで、Ｙは各不感帯部からの出力、Ｘは各不感帯部への偏差量入力、Ｗは設定値、ｋは任意の比例ゲインである。
【００５７】
また、第２の不感帯特性１５においては、設定値の２倍である不感帯幅内の入力に対しては、零値を出力する。また、設定値の絶対値より大きい入力に対しては、入力軸に対してシフトのない入出力比例特性を出力する。具体的には、以下の式３で表される特性となる。
【００５８】
Ｙ＝０    ｉｆ  ｜Ｘ｜＝＜Ｗ
Ｙ＝ｋ×Ｘ    ｉｆ  Ｘ＞Ｗ
Ｙ＝ｋ×Ｘ    ｉｆ  Ｘ＜−Ｗ                        （式３）
【００５９】
ここで、Ｙは各不感帯部からの出力、Ｘは各不感帯部への偏差量入力、Ｗは設定値、ｋは任意の比例ゲインである。
【００６０】
図２に記載されたように、いずれの不感帯特性であっても、不感帯幅以内の入力に対しては、積分用不感帯部１２と微分用不感帯部１３は零値を出力する。その結果、両不感帯部は、不感帯幅以内であれば、ノイズや演算誤差を原因とする不要な偏差量を零値として出力するので、積分演算部５および微分演算部６の出力は変動しない。つまり、制御が安定した状態での不要な偏差の発生に対して、不要な操作量の発生を抑えることで、積分演算部５への不要な偏差量の蓄積がされず、目標指定値が固定された場合における制御対象１の意図しない動きが抑制され、また、ＡＤ変換器１１によって生じた不要な偏差量を微分演算部６が増幅しないので、低振動化および低騒音化が達成される。
【００６１】
また、第１の不感帯特性１４と第２の不感帯特性１５とには、効果の明確な差異が存在する。
【００６２】
第１の不感帯特性１４のメリットは、不感帯幅を跨ぐ入力に対して、出力に段差すなわち高調波が生じないことである。デメリットは、不感帯幅以上の入力全域に渡って、本来あるべき出力値からのずれ、すなわち歪が存在することであり、このことは制御特性に悪影響がでることを意味する。
【００６３】
一方、前記第２の不感帯特性１５のメリットは、不感帯幅以上の入力全域に渡って、本来あるべき出力値からのずれ、すなわち歪が存在しないことである。デメリットは、不感帯幅を跨ぐ入力に対して、出力に段差すなわち高調波が生じることであり、このことは高調波を増幅する微分演算部６で不要な操作量を発生させることを意味する。
【００６４】
このことから、高調波を増幅しない積分用不感帯部１２には第２の不感帯特性１５を持たせ、高調波を増幅する微分用不感帯部１３には第１の不感帯特性１４を持たせることが制御特性の観点からは好ましい。
【００６５】
しかし、積分用不感帯部１２と微分用不感帯部１３の有する不感帯特性を、両不感帯部とも第１の不感帯特性１４とすること、または両不感帯部とも第２の不感帯特性１５とすることも可能である。また、特性上は好ましくはないが、積分用不感帯部１２には第１の不感帯特性１４を持たせ、微分用不感帯部１３には第２の不感帯特性１５を持たせることを制約するものではない。
【００６６】
また、第１の不感帯特性１４と第２の不感帯特性１５とのメリットおよびデメリットについては、目標値の変動有無を視点とした場合、次のように分析される。
【００６７】
目標値の変動がほとんど無い状態、すなわち目標指令値が固定値入力である場合には、不感帯幅以上の偏差量が発生することは考えにくく、仮に不感帯幅を跨ぐ偏差量が入力されても、出力に段差が生じない第１の不感帯特性１４が好ましい。
【００６８】
一方、目標指令値が固定値入力ではなく、大きく変動する場合には、不感帯幅以上の偏差量が入力され得る状態であり、不感帯幅以上の入力全域に渡って、本来あるべき出力値からのずれのない、すなわち、歪が存在しない第２の不感帯特性１５が好ましい。
【００６９】
したがって、目標指令値の変化を検出する目標値変化判定手段を設ける、あるいは目標値を指令する側（マイコンなど）から目標値の変化有無を入力する等の手段によって、目標指令値の変化を検出し、目標指令値が固定値入力の場合には第１の不感帯特性１４を使用し、目標指令値が固定値入力ではない場合には、第２の不感帯特性１５を使用するべく、積分用不感帯部１２と前記微分用不感帯部１３とに不感帯特性の切り替えを設けることが好ましい。
【００７０】
なお、この不感帯特性の切り替えは、積分用不感帯部１２と微分用不感帯部１３とのいずれか片方のみに設けることも可能である。また、目標値を指令する側（マイコンなど）から目標値の変化有無を入力するのではなく、目標値の変化有無に従って、直接、第１の不感帯特性１４か、第２の不感帯特性１５かを選択させることも可能である。
【００７１】
なお、上述した目標値変化判定手段または目標値を指令する側から目標値の変化有無を入力する等の手段によって、目標指令値の変化を検出し、目標指令値の変化状況を判定する判定手段の構成および機能については、それぞれ、実施の形態３および実施の形態２にて後述する。
【００７２】
なお、上述した不感帯特性において、不感帯部への偏差量入力Ｘが設定値Ｗ以内である場合には、不感帯部からの出力として零値を出力することとしているが、この設定値Ｗ以内における不感帯部からの出力は必ずしも零値である必要はない。
【００７３】
図３（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、本発明のデジタルＰＩＤ制御装置の有する不感帯部の第３、第４および第５の不感帯特性図である。第３の不感帯特性１４１、第４の不感帯特性１４２および第５の不感帯特性１５１ともに、不感帯幅以内の出力は、破線で示された入出力比例特性を抑圧した特性となっているが、必ずしも零ではない。図３に記載された不感帯特性は、第２の不感帯特性１５に見られる不感帯と通常領域との境界点における不感帯特性の不連続性や、第１の不感帯特性１４に見られる前記境界点における不感帯特性の急激な変化を緩和している。この不連続性や急激な変化の緩和により、偏差量が前記境界点を跨ぐ場合において、微分用不感帯部１３からの高調波が微分演算部６で必要以上に増幅されることを防止することができる。また、第４の不感帯特性１４２は、不感帯への入力Ｘが設定値Ｗを超えたところから、入力Ｘの増加に伴い破線で示された入出力比例特性に漸近している。これにより、積分演算部５からの出力は、本来あるべき出力値からのずれ、すなわち歪が存在しないので、制御対象１の定常状態における状態と目標状態とのオフセットが抑制される。
【００７４】
なお、式２および式３において、不感帯幅の１／２である設定値Ｗは、積分用不感帯部１２および微分用不感帯部１３のそれぞれにおいて独立な第１設定値Ｗ１および第２設定値Ｗ２が設定されてもよい。
【００７５】
図４は、本発明の実施の形態１に係る変形例を示すデジタルＰＩＤ制御システムの構成例を示すブロック図である。同図におけるデジタルＰＩＤ制御システムは、制御対象１とデジタルＰＩＤ制御装置とを備える。
【００７６】
デジタルＰＩＤ制御装置は、検出器２と、減算器３と、デジタルＰＩＤ制御手段９と、駆動手段１０と、ＡＤ変換器１１と、不感帯幅入力手段１６とを備える。デジタルＰＩＤ制御手段９は、比例演算部４と、積分演算部５と、微分演算部６と、加算器７と、ゲイン乗算部８と、積分用不感帯部１２、微分用不感帯部１３とを備える。
【００７７】
図４におけるデジタルＰＩＤ制御装置は、図１に記載された実施の形態１に係るデジタルＰＩＤ制御装置と比較し、不感帯幅入力手段１６が付加された点のみが異なり、その他の構成要素については機能的に同等である。同じ点は説明を省略し、以下、異なる点のみ説明する。
【００７８】
不感帯幅入力手段１６は、積分用不感帯部１２および微分用不感帯部１３に接続され、積分用不感帯部１２および微分用不感帯部１３の有する不感帯特性における不感帯幅を静的に、あるいは動的に調整する機能を有する。これにより、本発明のデジタルＰＩＤ制御装置は、個々の制御系の特性、および制御条件の変動等に対して、より最適な不感帯幅で動作することができる。例えば、偏差量の大きさに応じて、特に、ノイズや演算誤差の大きい制御条件では、不感帯幅を大きく設定し、ノイズや演算誤差の小さい制御条件では、不感帯幅を小さく設定する。あるいは、目標のデジタル状態量の変化の度合いが小さい場合、例えば、目標指令が固定値入力の状態では、不感帯幅を大きく設定し、目標のデジタル状態量の変化の度合いが大きい場合、例えば、目標指令を変動させる場合には、不感帯幅を小さく設定する。また、低騒音および低振動が重視される状況下では、不感帯幅を大きく設定し、低騒音および低振動が重視されない状況下では、不感帯幅を小さく設定するといった、最適化方法が考えられる。
【００７９】
なお、不感帯幅入力手段１６は、不感帯幅の設定を、積分用不感帯部１２と微分用不感帯部１３とで、独立に設定できるようにしてもよいし、両不感帯部で同一の不感帯幅を設定してもよい。
【００８０】
以上のように、本発明の実施の形態１およびその変形例に係るデジタルＰＩＤ制御装置によれば、積分演算部５の前段に積分用不感帯部１２と、微分演算部６の前段に微分用不感帯部１３との少なくとも一方の不感帯部を備えることにより、制御が安定した状態での不要な偏差の発生に対して、不要な操作量の発生が抑えられ、低振動化および低騒音化が実現される。
【００８１】
なお、本実施の形態では、デジタルＰＩＤ制御手段９は積分用不感帯部１２および微分用不感帯部１３の双方を備える構成をとっているが、デジタルＰＩＤ制御手段９は、積分用不感帯部１２および微分用不感帯部１３のうち少なくとも一方を備えればよい。
【００８２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るデジタルＰＩＤ制御装置は、積分用不感帯機能と微分用不感帯機能の要否を選択できる不感帯要否入力手段を設け、不感帯機能の要否を選択できる点が、実施の形態１に係るデジタルＰＩＤ制御装置と異なる。以下、図５を参照しながら、実施の形態１との違いを説明し、実施の形態１と同一の動作については、説明を省略する。
【００８３】
図５は、本発明の実施の形態２に係るデジタルＰＩＤ制御装置を含むデジタルＰＩＤ制御システムの構成例を示すブロック図である。同図におけるデジタルＰＩＤ制御装置は、検出器２と、減算器３と、デジタルＰＩＤ制御手段９ａと、駆動手段１０と、ＡＤ変換器１１と不感帯要否入力手段１７と、判定手段１７１とを備える。
【００８４】
デジタルＰＩＤ制御手段９ａは、比例演算部４と、積分演算部５と、微分演算部６と、加算器７と、ゲイン乗算部８と、積分用不感帯部１２、微分用不感帯部１３と、セレクタ１８と、セレクタ１９とを備える。
【００８５】
積分演算部５の前段に接続された積分用不感帯部１２と、微分演算部６の前段に接続された微分用不感帯部１３との少なくとも一方の不感帯を備えることで、制御が安定した状態での不要な偏差の発生に対して、不要な操作量の発生が抑えられ、低振動化および低騒音化され、制御精度が向上することは、実施の形態１に係るデジタルＰＩＤ制御装置と目的も働きも同様である。
【００８６】
不感帯要否入力手段１７は、判定手段１７１からの情報を基に、積分用不感帯部１２を使用するか使用しないかを切り替えるセレクタ１８と、微分用不感帯部１３を使用するか使用しないかを切り替えるセレクタ１９に対し、減算器３からの偏差量または各不感帯部の出力の選択を指示する。
【００８７】
判定手段１７１は、例えば、制御対象１が追従すべき目標の状態量の変化をジャイロセンサや角速度センサで計測し、得られた計測値をマイコンなどで解析して得られた目標の状態量の変化の度合いを、不感帯要否入力手段１７へ出力する。
【００８８】
セレクタ１８は、積分セレクタとしての機能を有し、不感帯要否入力手段１７からの指示に従い、積分用不感帯部１２の出力または減算器３からの偏差量を選択し、当該選択された一方を積分演算部５へ出力する。
【００８９】
セレクタ１９は、微分セレクタとしての機能を有し、不感帯要否入力手段１７からの指示に従い、微分用不感帯部１３の出力または減算器３からの偏差量を選択し、当該選択された一方を微分演算部６へ出力する。
【００９０】
前述のとおり、図２に記載された第１の不感帯特性１４および第２の不感帯特性１５ともに、不感帯幅以内の入力に対しては、不要な偏差量の伝播を抑えるというメリットが存在するが、不感帯幅を跨ぐ入力、あるいは不感帯幅以上の入力に対して、デメリットが存在するため、積分用不感帯部１２と微分用不感帯部１３とを常時使用することが、必ずしも最適なデジタルＰＩＤ制御装置とは限らない。
【００９１】
このため、本実施の形態２では、目標値の挙動によって、不感帯幅を跨ぐ入力、あるいは不感帯幅以上の入力が生じる場合には、積分用不感帯部１２と微分用不感帯部１３とを使用しない、あるいは、低騒音および低振動が重視されない局面では、積分用不感帯部１２と微分用不感帯部１３とを使用しない、あるいは、他のノイズ源が動作停止中は、積分用不感帯部１２と微分用不感帯部１３とを使用しない、といった使用によって、両不感帯部の有するデメリット、すなわち歪と段差の悪影響が排除されるので、より最適な制御特性が実現される。
【００９２】
なお、各不感帯部の使用有無の切り替えは、本実施例では、各不感帯部または各不感帯部を通過しない経路を選択する各セレクタを用いて行っているが、不感帯幅を零と設定する手段を設けることによって同様の機能を実現してもよい。
【００９３】
また、この切り替えは、積分用不感帯部１２と微分用不感帯部１３との、いずれか一方のみに用いられてもよい。
【００９４】
また、使用有無の切り替えを指令する不感帯要否入力手段１７は、マイコンや機器の使用者からの指令を伝えるシリアルインターフェース等であってもよい。
【００９５】
また、判定手段１７１は、ジャイロセンサ、角速度センサおよびマイコンを構成要素とする必要はなく、機器の使用者自身が判定することによりその判定機能を有してもよい。
【００９６】
また、実施の形態１でも述べたように、両不感帯が有する不感帯幅を、静的に、あるいは動的に設定可能とする不感帯幅入力手段１６を設けることで、個々の制御系の特性、および制御条件の変動等に対して、より最適な不感帯幅で動作させることができる。
【００９７】
以上のように、本発明の実施の形態２に係るデジタルＰＩＤ制御装置によれば、積分演算部５の前段に接続された積分用不感帯部１２と、微分演算部６の前段に接続された微分用不感帯部１３との少なくとも一方の不感帯を備えることにより、制御が安定した状態での不要な偏差量の発生に対して、不要な操作量の発生を抑えることで、低振動化および低騒音化が実現され、制御精度が向上する。また、各不感帯部の使用有無を切り替える各セレクタが、不感帯要否入力手段１７からの指示により、各不感帯部の使用有無を選択することで、不感帯部の有するデメリット、すなわち、歪と段差の悪影響が排除されるので、より最適な制御特性が実現される。
【００９８】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係るデジタルＰＩＤ制御装置は、制御対象の目標のデジタル状態量の変化の度合いを判定する目標値変化判定手段が設けられ、各不感帯部の不感帯有無の選択および不感帯特性の選択が、目標値変化判定手段によってなされる点が、実施の形態２に係るデジタルＰＩＤ制御装置と異なる。以下、図６を参照しながら、実施の形態２との違いを説明し、実施の形態１および実施の形態２と同一の動作については、説明を省略する。
【００９９】
図６は、本発明の実施の形態３に係るデジタルＰＩＤ制御装置を含むデジタルＰＩＤ制御システムの構成例を示すブロック図である。同図におけるデジタルＰＩＤ制御装置は、検出器２と、減算器３と、デジタルＰＩＤ制御手段９ｂと、駆動手段１０と、ＡＤ変換器１１と目標値変化判定手段２０とを備える。
【０１００】
デジタルＰＩＤ制御手段９ｂは、比例演算部４と、積分演算部５と、微分演算部６と、加算器７と、ゲイン乗算部８と、積分用不感帯部１２１と、微分用不感帯部１３１と、セレクタ１８１と、セレクタ１９１とを備える。
【０１０１】
積分用不感帯部１２１は、前述した第１の不感帯特性１４および第２の不感帯特性１５を有しており、セレクタ１８１の選択により、使用する不感帯特性が切り替わる機能を有する。
【０１０２】
微分用不感帯部１３１は、前述した第１の不感帯特性１４および第２の不感帯特性１５を有しており、セレクタ１９１の選択により、使用する不感帯特性が切り替わる機能を有する。
【０１０３】
なお、積分用不感帯部１２１および微分用不感帯部１３１の有する不感帯特性は、上述した第１の不感帯特性１４および第２の不感帯特性１５に限定されるものではなく、例えば、図３に記載された第３の不感帯特性１４１、第４の不感帯特性１４２および第５の不感帯特性１５１のように不感帯幅内が入出力比例特性に対して抑圧された特性であってもよい。
【０１０４】
セレクタ１８１は、積分セレクタとしての機能を有し、目標値変化判定手段２０からの指示に従い、積分用不感帯部１２１の出力または減算器３からの偏差量を選択し、さらには、積分用不感帯部１２１の出力が選択された場合には、積分用不感帯特性を選択して、当該選択された一方を積分演算部５へ出力する。
【０１０５】
セレクタ１９１は、微分セレクタとしての機能を有し、目標値変化判定手段２０からの指示に従い、微分用不感帯部１３１の出力または減算器３からの偏差量を選択し、さらには、微分用不感帯部１３１の出力が選択された場合には、微分用不感帯特性を選択して、当該選択された一方を微分演算部６へ出力する。
【０１０６】
目標値変化判定手段２０は、制御対象１の目標のデジタル状態量である目標指令値を入力し、当該目標指令値の変化の度合いを判定することにより、各不感帯部の不感帯有無の選択および不感帯特性の選択を各セレクタに指示する。
【０１０７】
積分演算部５の前段に接続された積分用不感帯部１２１と、微分演算部６の前段に接続された微分用不感帯部１３１との少なくとも一方の不感帯を備えることで、制御が安定した状態での不要な偏差量の発生に対して、不要な操作量の発生を抑えて、低振動化および低騒音化が実現され、制御精度が向上すること、および、積分用不感帯部１２１を使用するか使用しないかを切り替える積分用セレクタ１８１と、微分用不感帯部１３１を使用するか使用しないかを切り替える微分用セレクタ１９１を有することは、実施の形態２に係るデジタルＰＩＤ制御装置と目的および機能が同様である。
【０１０８】
ただし、本実施の形態３では、目標指令値の変化を検出する目標値変化判定手段２０によって、各不感帯部の使用有無、さらには、各不感帯部の不感帯特性を選択できる。前述のとおり、第１の不感帯特性１４と第２の不感帯特性１５ともに、不感帯幅以内の入力に対しては、不要な偏差量の伝播を抑えるというメリットが存在するが、不感帯幅を跨ぐ入力、あるいは不感帯幅以上の入力に対して、デメリットが存在するため、積分用不感帯部１２１と微分用不感帯部１３１とを常時使用することが、必ずしも最適なデジタルＰＩＤ制御装置とは限らない。
【０１０９】
このため、本実施の形態３では、目標値変化判定手段２０によって、目標指令値の変化の度合いを検出し、目標値の変動がほとんど無い、すなわち目標値が固定値入力である場合には、不感帯幅以上の偏差量入力が発生することは考えにくいことから、第１の不感帯特性１４と第２の不感帯特性１５のいずれかを使用する。また、目標値が固定値入力ではなく、大きく変動する場合には、不感帯幅以上の偏差量入力が発生しうるものであり、不感帯部の有するデメリット、すなわち歪と段差の悪影響を排除することで、より最適な制御特性が実現されるので、積分用不感帯部１２１と微分用不感帯部１３１とを使用せず、通過させる。この使用有無の切り替えを、本実施例では、各不感帯部または各不感帯部を通過しない経路を選択する各セレクタを用いて行っているが、不感帯幅を０と設定する手段を設けることによって、同様の機能を実現してもよい。
【０１１０】
また、この切り替えは、積分用不感帯部１２１と微分用不感帯部１３１との、いずれか片方のみに用いることも可能であり、こちらも制約するものではない。
【０１１１】
また、目標値変化判定手段２０は、例えば、目標指令値の微分量を一定の閾値と比較する回路、あるいは、サンプリング毎の目標指令値の変化量を一定の閾値と比較する回路等によって実現される。
【０１１２】
目標値変化判定手段２０による切り替えは、実施の形態２に係るデジタルＰＩＤ制御装置における不感帯要否入力手段１７を用いても行えるが、目標値変化判定手段２０を設けることにより、マイコンや機器の使用者からの指令が不要になるというメリットが存在する。
【０１１３】
また、実施の形態２でも述べたように、両不感帯部が有する不感帯幅を、静的に、あるいは動的に設定可能とする不感帯幅入力手段１６を設けることで、個々の制御系の特性、および制御条件の変動等に対して、より最適な不感帯幅で動作させることができる。
【０１１４】
以上のように、本発明の実施の形態３に係るデジタルＰＩＤ制御装置によれば、積分演算部５の前段に接続された積分用不感帯部１２１と、微分演算部６の前段に接続された微分用不感帯部１３１との少なくとも一方の不感帯を備えることにより、制御が安定した状態での不要な偏差量の発生に対して、不要な操作量の発生を抑えることで、低振動化および低騒音化が実現され、制御精度が向上する。また、積分用不感帯部１２１の使用有無および不感帯特性を切り替えるセレクタ１８１と、微分用不感帯部１３１の使用有無および不感帯特性を切り替えるセレクタ１９１とを備え、目標値変化判定手段２０によって、各不感帯部の使用有無および不感帯特性を選択することで、マイコンや機器の使用者の負担を増やすことなく、不感帯部の有するデメリット、すなわち歪と段差の悪影響が排除されるので、より最適な制御特性が実現される。
【０１１５】
なお、セレクタ１８１およびセレクタ１９１は不感帯部の使用有無、さらに使用の場合は不感帯特性の選択を実行することとしているが、不感帯部の使用有無の選択のみ、あるいは、不感帯特性の選択のみのいずれかの機能を有していてもよい。
【０１１６】
図７は、本発明に係るデジタルＰＩＤ制御装置が内蔵されたＤＳＣの機能ブロック図である。同図におけるＤＳＣ３０は、レンズ１Ａと、本発明に係るデジタルＰＩＤ制御装置とを備える。ＤＳＣ３０に内蔵されたデジタルＰＩＤ制御装置は、検出器２Ａおよび２Ｂと、減算器３Ａおよび３Ｂと、デジタルＰＩＤ制御手段９Ａおよび９Ｂと、アクチュエータ１０Ａおよび１０Ｂと、ＡＤ変換器１１Ａおよび１１Ｂとを備える。同図におけるＤＳＣ３０のレンズ１Ａは、２方向の位置が独立して制御されている。レンズ１Ａの現在位置が検出器２Ａおよび２Ｂによって検出され、検出された現在位置は、それぞれ、減算器３Ａおよび３Ｂによって目標値と差分演算され、偏差量として出力される。デジタルＰＩＤ制御手段９Ａおよび９Ｂは、減算器３から出力された偏差量を入力として、デジタルＰＩＤ演算を実行し、演算結果を操作量として出力する。駆動手段として機能するアクチュエータ１０Ａおよび１０Ｂは、上記演算によって得られた操作量に応じてレンズ１Ａを駆動する。
【０１１７】
以上の動作によって、レンズ１Ａは、目標値に追従すべく制御される。
ここで、デジタルＰＩＤ制御手段９Ａおよび９Ｂは、積分演算の入力として実施の形態１ないし３で説明した積分用不感帯部１２または１２１と、微分演算の入力として実施の形態１ないし３で説明した微分用不感帯部１３または１３１、との少なくとも一方の不感帯部を備えることにより、制御が安定した状態での不要な偏差量の発生に対して、不要な操作量の発生が抑えられ、低振動化および低騒音化が実現される。
【０１１８】
なお、本発明に係るデジタルＰＩＤ制御装置は、上記実施の形態およびその変形例に限定されるものではない。各実施の形態における任意の構成要素を組み合わせて実現される別の実施形態や、各実施の形態に対して本発明の主旨を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例や、本発明に係るデジタルＰＩＤ制御装置を内蔵した各種機器も本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明は、位置制御などを行うデジタルＰＩＤ制御装置に有用であり、特に制御対象に対する不要な操作量を抑制することにより低振動化および低騒音化を実現するデジタルＰＩＤ制御装置に用いるのに最適である。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るデジタルＰＩＤ制御装置を含むデジタルＰＩＤ制御システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は本発明のデジタルＰＩＤ制御装置の有する不感帯部の第１の不感帯特性図である。（ｂ）は本発明のデジタルＰＩＤ制御装置の有する不感帯部の第２の不感帯特性図である。
【図３】（ａ）は本発明のデジタルＰＩＤ制御装置の有する不感帯部の第３の不感帯特性図である。（ｂ）は本発明のデジタルＰＩＤ制御装置の有する不感帯部の第４の不感帯特性図である。（ｃ）は本発明のデジタルＰＩＤ制御装置の有する不感帯部の第５の不感帯特性図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る変形例を示すデジタルＰＩＤ制御システムの構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るデジタルＰＩＤ制御装置を含むデジタルＰＩＤ制御システムの構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係るデジタルＰＩＤ制御装置を含むデジタルＰＩＤ制御システムの構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明に係るデジタルＰＩＤ制御装置が内蔵されたＤＳＣカメラの機能ブロック図である。
【図８】特許文献１に記載されている従来のＰＩＤ制御システムの基本構成図である。
【図９】従来のデジタルＰＩＤ制御システムの基本構成図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１、３０１、４０１    制御対象
１Ａ    レンズ
２、２Ａ、２Ｂ、３０２、４０２    検出器
３、３Ａ、３Ｂ、３０３、４０３    減算器
４、３０４、４０４    比例演算部
５、３０５、４０５    積分演算部
６、３０６、４０６    微分演算部
７、３０７、４０７    加算器
８、３０８、４０８    ゲイン乗算部
９、９Ａ、９ａ、９Ｂ、９ｂ    デジタルＰＩＤ制御手段
１０、３１０、４１０    駆動手段
１０Ａ、１０Ｂ    アクチュエータ
１１、１１Ａ、１１Ｂ、４１１    ＡＤ変換器
１２、１２１    積分用不感帯部
１３、１３１    微分用不感帯部
１４    第１の不感帯特性
１５    第２の不感帯特性
１６    不感帯幅入力手段
１７    不感帯要否入力手段
１８、１９、１８１、１９１    セレクタ
２０    目標値変化判定手段
３０    ＤＳＣ
１４１    第３の不感帯特性
１４２    第４の不感帯特性
１５１    第５の不感帯特性
１７１    判定手段
３０９、４０９    ＰＩＤ制御手段
【図１】
2009181242.tif 000004
【図２】
2009181242.tif 000005
【図３】
2009181242.tif 000006
【図４】
2009181242.tif 000007
【図５】
2009181242.tif 000008
【図６】
2009181242.tif 000009
【図７】
2009181242.tif 000010
【図８】
2009181242.tif 000011
【図９】
2009181242.tif 000012