(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータによって駆動される制御対象物を所望の制御量に制御するための目標値を入力するとともに、前記制御対象物の制御量を検出し、該検出した制御量を所定の利得で前記目標値に負帰還して前記目標値との差分を得て、該差分が０となるように前記モータを駆動する自動制御装置において、
前記制御対象物を外力により駆動する外力モードを有し、前記外力モードに切り換える場合に、前記制御対象物を前記モータによって駆動する場合よりも前記負帰還の利得を小さくする負帰還利得切換手段を備え、
前記負帰還利得切換手段は、前記目標値が前記制御対象物を停止させることを示す値になったことを検出すると、前記外力モードに切り換えることを特徴とする自動制御装置。
【請求項２】
前記制御対象物の制御量はモータの回転速度であることを特徴とする請求項１の自動制御装置。
【請求項３】
モータによって駆動される制御対象物を所望の制御量に制御するための目標値を入力するとともに、前記制御対象物の制御量を検出し、該検出した制御量を所定の利得で前記目標値に負帰還して前記目標値との差分を得て、該差分が０となるように前記モータを駆動する自動制御装置において、
前記制御対象物を外力により駆動する外力モードを有し、前記外力モードに切り換える場合に、前記制御対象物を前記モータによって駆動する場合よりも前記負帰還の利得を小さくする負帰還利得切換手段を備え、
前記負帰還利得切換手段は、前記目標値と前記制御対象物の制御量を示す値との差が所定値以上の場合に外力モードに切り換えることを特徴とする自動制御装置。
【請求項４】
モータによって駆動される制御対象物を所望の制御量に制御するための目標値を入力するとともに、前記制御対象物の制御量を検出し、該検出した制御量を所定の利得で前記目標値に負帰還して前記目標値との差分を得て、該差分が０となるように前記モータを駆動する自動制御装置において、
前記制御対象物を外力により駆動する外力モードを有し、前記外力モードに切り換える場合に、前記制御対象物の制御量を所定の利得で前記目標値に正帰還することにより前記制御対象物を前記モータによって駆動する場合よりも前記負帰還の利得を小さくする負帰還利得切換手段を備えたことを特徴とする自動制御装置。
【請求項５】
前記正帰還に遅れ要素を加えたことを特徴とする請求項４の自動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動制御装置に係り、特に制御対象物をモータによって自動制御するとともに、手動等の外力による制御を可能にする自動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、制御対象物の位置や速度等が目標値の任意の変化に追従するように追従制御する自動制御装置が知られている。このような自動制御装置は、例えばテレビカメラのズームレンズの駆動制御に応用される。カメラにおいてズームレンズをモータにより駆動する場合、自動制御装置は、このモータの回転速度を操作部の操作によって指示された目標値の変化に追従させ、ズームレンズを所望された速度で移動させる。
【０００３】
このような自動制御装置では、外乱（外力）がズームレンズ等の制御対象物の位置や速度等の制御対象に影響を与えるときは、その量を検出して負のフィードバックを行い、外乱の影響を小さくするように作用する。仮にこのフィードバックを正にしたとすると、外乱が検出されたとき、操作部の操作がなくとも制御対象物は誤差を増大する方向に動作してしまい、非制御状態となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、通常、自動制御装置は、制御対象が負荷変動等の外乱に対して影響を受け難いように負のフィードバックにより構成される。しかし、場合によっては、制御された状態に対して変更を加えたいことがあり、このとき制御の目標値を操作するよりも手動力等の外力で操作したほうが良い場合がある。例えば、上記カメラのズームレンズの駆動制御の例においては、モータによってズームレンズを駆動するオートモードの場合にも、カメラマンの手動力によってズームレンズを駆動できるようにした方が微調整ができるため便利である。
【０００５】
このような場合に従来の自動制御装置では、自動制御装置の制御を解除させない限り手動による操作ができず、オートモードにおいて手動操作したい場合にはマニュアルモードへの切り換え操作が必要であり、この切り換え操作に手間を要していた。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、制御対象物の位置や速度等が目標値の任意の変化に追従するように追従制御する自動制御装置において、自動制御のモードを機械的な切り換えなしに切り換えて制御の目的を変更し、手動力等の外力による制御を可能にする自動制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、モータによって駆動される制御対象物を所望の制御量に制御するための目標値を入力するとともに、前記制御対象物の制御量を検出し、該検出した制御量を所定の利得で前記目標値に負帰還して前記目標値との差分を得て、該差分が０となるように前記モータを駆動する自動制御装置において、前記制御対象物を外力により駆動する外力モードを有し、前記外力モードに切り換える場合に、前記制御対象物を前記モータによって駆動する場合よりも前記負帰還の利得を小さくする負帰還利得切換手段を備え、前記負帰還利得切換手段は、前記目標値が前記制御対象物を停止させることを示す値になったことを検出すると、前記外力モードに切り換えることを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、モータによって制御対象物を駆動している場合の負帰還の利得を小さくすることにより、負帰還によって生じるモータの制動力を低減させ、外力（例えば、手動力）による制御対象物の駆動を可能にする。これにより、即座にモータから手動による制御対象物の駆動が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る自動制御装置の好ましい実施の形態について詳説する。
図１は本発明に係る自動制御装置の構成要素を示した原理図であり、同図にはサーボモータ１２の回転角度又は回転速度等を自動制御する自動制御装置が示されている。自動制御装置は、主として誤差増幅器１０、フィードバックＡ、フィードバックＢから構成される。誤差増幅器１０の出力側には、サーボモータ１２が接続され、誤差増幅器１０の出力によって回転したサーボモータ１２の制御量（回転角度、回転速度等）は、フィードバックＡ及びフィードバックＢによって誤差増幅器１０の入力側にフィードバックされるようになっている。
【０００９】
従って、自動制御装置にサーボモータ１２の制御量の目標を示す目標値が入力されると、この目標値にはフィードバックＡとフィードバックＢによってサーボモータ１２の制御量がフィードバックされて誤差増幅器１０に入力される。
ところで、上記フィードバックＡは、正のフィードバックであり、誤差増幅器１０の入力側において、サーボモータ１２の制御量に所定の利得をかけた値を目標値に加算している。一方、フィードバックＢは、負のフィードバックであり、誤差増幅器１０の入力側において、サーボモータ１２の制御量に所定の利得をかけた値を目標値から減算している。
【００１０】
このように構成された自動制御装置によれば、フィードバックＢによって行われる負のフィードバックは、サーボモータ１２の制御量に対して外乱（外力）の影響を少なくし、サーボモータ１２を目標値に追従させるように作用する。一方、フィードバックＡによって行われる正のフィードバックは、外力（手動力等）を受け付け、外力に従ってサーボモータ１２が回転するように作用する。従って、これらの正と負のフィードバックを適宜な割合で行うようにすれば、外力に対するサーボモータ１２の動作感度の調整を行うことができる。
【００１１】
例えば、正のフィードバックの利得を負のフィードバックの利得に対して相対的に小さくすることにより、或いは、正のフィードバックを遮断することにより、外力は受け付けられずサーボモータ１２は目標値で制御される。逆に、正のフィードバックの利得を負のフィードバックの利得に対して相対的に大きくすることにより、サーボモータ１２は外力により動作しやすくなる。
【００１２】
また、サーボモータ１２の回転速度を回転速度検出器（タコメータ）で検出し、この回転速度をサーボモータ１２の制御量とした場合には、図２に示すように回転速度に比例したフィードバックがかかる。従って、フィードバックＢによってかけられる負のフィードバックは、回転速度が大きいほど外力に対して大きな抵抗となり、図３に示す粘性抵抗と同様の分布となることから疑似的に粘性負荷として外力に対して作用させることができる。
【００１３】
更に、図４に示すようにフィードバックＡに遅れ要素１４を付加することにより疑似的に慣性負荷を与えることも可能である。尚、同図において図１と同一の構成要素には同一番号を付している。この遅れ要素１４の作用について説明すると、一般的な角運動方程式においてトルクＴは、角速度ω、角加速度ω’、慣性モーメントＪとすると、
Ｔ＝Ｊω’…（１）
で与えられる。尚、図５（Ａ）に示すように一定のトルクＴを時刻０からｔa まで与えると、図５（Ｂ）に示すように角速度ωは角加速度ω’＝（ω−０）／ｔa の割合で直線的に増加する。
【００１４】
そして、上式（１）から慣性モーメントＪは、
Ｊ＝Ｔ／ω’…（２）
で表されることから、トルクＴは角加速度ω’が一定ならば慣性モーメントＪに比例する。
ここでフィードバックＡによる正のフィードバックの利得が小さい場合と大きい場合を比較すると、図６に示すようにサーボモータ１２を所定の角速度ωまで回転させるのに要するトルクＴは利得が小さい程大きくなる。そこで、図６に示すように遅れ要素１４を正のフィードバックに付加することにより、外力によりトルクが与えられた初期の段階では、正のフィードバックが小さく図７（Ａ）に示すように初期の段階で大きなトルクＴを要し、時間が経過するとともに正のフィードバックが大きくなりトルクＴが小さくなる傾向を示す。尚、図７（Ｂ）に遅れ要素が無い場合のトルクを示す。従って、遅れ要素１４によって擬似的に慣性負荷が与えられ、サーボモータ１２を外力で回転させる場合に、慣性モーメントが大きい操作感を与えることができる。
【００１５】
また、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように遅れ要素１４のおくれの大きさを変えることにより、操作感を変更、調整することが可能となる。
次に、上記自動制御装置をテレビカメラのレンズ部のズーム制御又はフォーカス制御に適用した場合の適用例を図９に示す。同図に示すカメラのレンズ部２０は、サーボモータ２２又は手動によって駆動される。サーボモータ２２は、上記図１に示した自動制御装置と同様に誤差増幅器２４の出力側に接続され、誤差増幅器２４から出力される駆動電圧によって回転する。また、サーボモータ２２にはタコメータ２５が装着され、サーボモータ２２の回転速度が制御量としてタコメータ２５によって検出される。そして、このタコメータ２５から出力された検出信号はフィードバック回路２６及びフィードバック回路２８を介して誤差増幅器２４の入力側に所定の利得でフィードバックされる。
【００１６】
上記フィードバック回路２６及びフィードバック回路２８は、それぞれ上記図１に示したフィードバックＡ及びフィードバックＢの作用と等しく、フィードバック回路２６は、誤差増幅器２４の入力側に入力される目標値信号に加算器３０を介してフィードバック信号を加算する（正のフィードバック）。また、フィードバック回路２８は、上記目標値信号に減算器３２を介してフィードバック信号を減算する（負のフィードバック）。
【００１７】
尚、フィードバック回路２６と加算器３０の間にＣＰＵ３８によってオン・オフ制御されるスイッチＳＷ２が接続される。また、フィードバック回路２６から出力されるフィードバック信号（外力検出信号）は、Ａ／Ｄ変換器４０を介してＣＰＵ３８に入力される。
上記誤差増幅器２４に入力側に入力される上記目標値信号は操作部３４から出力される。この操作部３４は、操作された操作量に応じてサーボモータ２２の回転速度の目標値を示す目標値信号を出力する。そして、この目標値信号はＣＰＵ３８によってオン・オフ制御されるスイッチＳＷ１を介して誤差増幅器２４に入力される。また、同時に操作部３４から出力された目標値信号は、Ａ／Ｄ変換器３６を介してＣＰＵ３８に入力される。
【００１８】
ＣＰＵ３８は、上記目標値信号と外力検出信号に基づいてスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２のオン・オフを制御し、オートモードと手動モードを以下のように切り換える。
図１０は、上記ＣＰＵ３８の処理内容の一例を示したフローチャートである。ＣＰＵ３８は動作を開始すると、まず上記目標値信号から制御の目標値を検出し、この目標値が０Ｖか否かを判定する（ステップＳ１０）。ＮＯの場合、即ち、操作部３４の操作が行われている場合、スイッチＳＷ１をオンにし、スイッチＳＷ２をオフにする（ステップＳ１２）。これにより、フィードバック回路２６による正のフィードバックが行われず、フィードバック回路２８による負のフィードバックのみが行われる。従って、レンズ部２０は操作部３４の操作に基づいてサーボモータ２２によって制御される（オートモード）。
【００１９】
一方、ＹＥＳの場合、即ち、操作部３４の操作が停止している場合、スイッチＳＷ１をオフにし、スイッチＳＷ２をオンにする（ステップＳ１４）。これにより、目標値信号が遮断されるともに、フィードバック回路２６によって正のフィードバックが行われ、レンズ部２０は手動による動作が可能となる（手動モード）。
【００２０】
即ち、ＣＰＵ３８は、操作部３４が操作されている場合には、オートモードによりサーボモータ２２によってレンズ部２０を駆動するようにし、操作部３４が操作されていない場合には、手動モードに切り換え、手動によってレンズ部２０の操作を可能にする。
尚、上記説明では、目標値が０Ｖか否かでオートモードから手動モードに切り換えるようにしたが、レンズ部２０が停止しているか否かを判定して、レンズ部２０が停止している場合にオートモードから手動モードに切り換えるようにしてもよい。
【００２１】
また、上記ＣＰＵ３８の処理の他の例として、外力検出信号によって外力が加えられたことを検出した場合に、上記オートモードから手動モードに切り換えるようにしてもよい。外力検出信号によって外力が加えられたことを検出する方法としては、例えば、外力検出信号と目標値信号とを比較し、これらの差が所定値より大きい場合には外力が加えられたと判断する。
【００２２】
また、操作し易い押しボタンスイッチをカメラに設置し、このボタンスイッチのオン・オフをＣＰＵ３８で検出して上記オートモードから手動モードへの切り換えを行うようにしてもよい。
このように、上記自動制御装置をテレビカメラのレンズ制御に適用することにより、モータと手動によるレンズ操作の切り換えを機械的クラッチ機構なしで行うことができるため、コスト、操作性において優れている。
【００２３】
尚、上記図９に示した自動制御装置をテレビカメラのレンズ制御に適用する場合においても、図４に示したようにフィードバック回路２６の後段に遅れ要素を入れるようにしてもよい。また、進み要素を入れてもよい。また、フィードバック回路２８に遅れや進み要素を入れても同様の効果が得られる。
また、上記説明では、モータによって制御対象物（レンズ部２０）を制御する場合には、負のフィードバックのみをかけ、手動により制御対象物を操作可能にする場合には、負のフィードバックに正のフィードバックを付加するようにしていたが、これに限らず、手動により制御対象物を操作可能にする場合には上記負のフィードバックより利得の小さな負のフィードバックに切り換えるようにしても上記正のフィードバックを付加する場合と同様の効果が得られる。
【００２４】
また、正のフィードバックを負のフィードバックより大きくする応用も考えられる。この場合、手動で制御対象物を僅かに動かせば、強制的に静止させるまで動きつづけるという動作も可能となる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、モータによって制御対象物を駆動している場合よりも負帰還の利得を小さくし、負帰還によって生じるモータの制動力を低減させることにより、外力（例えば、手動力）による制御対象物の駆動を可能にしたため、制御対象物のモータによって自動制御している場合でも、クラッチ等による機械的な切り換えなしに外力による操作を即座に行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る自動制御装置の構成要素を示した原理図である。
【図２】図２は、回転速度とフィードバック信号の関係を示した図である。
【図３】図３は、粘性抵抗による速度と摩擦力の関係を示した図である。
【図４】図４は、図１の正のフィードバックに遅れ要素を加えた場合を示した原理図である。
【図５】図５は、角速度とトルク（外力）の関係を示した図である。
【図６】図６（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ正のフィードバックが小さい場合と大きい場合のトルクを示した図である。
【図７】図７（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ遅れ要素がある場合と無い場合のトルクを示した図である。
【図８】図８（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ遅れ要素が大きい場合と小さい場合のトルクを示した図である。
【図９】図９は、本発明に係る自動制御装置をカメラのレンズ駆動に適用した場合を示した図である。
【図１０】図１０は、図９におけるＣＰＵの処理を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１０、２４…誤差増幅器
１２、２２…サーボモータ
１４…遅れ要素
２０…レンズ部
２５…タコメータ
２６、２８…フィードバック回路
３０…加算器
３２…減算器
３４…操作部
３８…ＣＰＵ
【図１】
0003823455.tif 000002
【図２】
0003823455.tif 000003
【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】
0003823455.tif 000008
【図８】
0003823455.tif 000009
【図９】
0003823455.tif 000010
【図１０】
0003823455.tif 000011