JPH0695743A - モータの位置決め制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】制御系の高い応答性と安定性とを両立したモー
タの位置決め制御装置を提供することを目的とする。 【構成】モータの位置決め制御装置であるブレーキ制御
装置１０では、偏差演算回路９０において、制御目標ク
ランク角決定回路７４で求められた目標クランク角とク
ランク角度演算回路７８で求められたクランク角との偏
差を求め、前記偏差が所定値以下であれば、第１判定回
路９６から微分回路９２に微分停止信号が導出され、微
分項を０とするため、応答性の高いモータ制御であって
も、目標クランク角近傍で小さい外乱によって大きな微
分項が発生して制御が不安定になることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比例、微分、積分演算
処理を施した後、その演算結果に基づいてモータの回転
位置を制御するモータの位置決め制御装置であって、一
層詳細には、実際に制御された後の制御値と制御目標値
との偏差に基づいて設定する微分項を前記偏差に基づい
て変更するモータの位置決め制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からサーボ制御を行う場合に、応答
性の向上、オーバーシューティングの阻止を目的として
制御目標値と実際に制御された値との偏差に基づいて、
比例・微分・積分制御（以下、ＰＩＤ制御という）が行
われている。例えば、モータを駆動してアクチュエータ
の位置制御を行う場合であれば、前記ＰＩＤ制御により
アクチュエータを速やかに目標位置に制御するととも
に、オーバーシューティングを阻止して目標位置に収束
させることが可能である。

【０００３】しかしながら、偏差が微小（制御値が目標
制御値近傍に収束している）であっても、変化速度（応
答）が早い制御系では微分項により振動が生じるおそれ
がある。

【０００４】そこで、応答が早い系では、微分項の値を
偏差に比例するように設定することにより、制御値が振
動することを阻止している（実公平２−７２４９２号公
報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような対策を施
したＰＩＤ制御であっても、応答が早い系を制御してい
る場合には、上記の対策を講じても小さい外乱によって
大きな微分項の値が発生し、制御系が不安定となるおそ
れがあった。

【０００６】本発明は、この種の問題を解決するために
なされたものであって、制御系の高い応答性と安定性と
を両立したモータの位置決め制御装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、モータの回転位置を検出する位置検出
手段と、モータの目標位置と現在の回転位置との偏差を
算出し、偏差信号として出力する偏差出力手段と、前記
偏差信号が所定範囲内か否かを判定する判定手段と、前
記判定手段において前記偏差信号が所定範囲外と判定さ
れた場合には、前記偏差信号に比例した比例信号と、前
記偏差信号を微分した微分信号と、前記偏差信号を積分
した積分信号とを合成した制御信号を出力し、前記偏差
信号が所定範囲内と判定された場合には、前記偏差信号
に比例した比例信号と、前記信号を積分した積分信号と
を合成した制御信号を出力する制御手段と、を備え、前
記制御信号によりモータを駆動することを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明に係るモータの位置決め制御装置であれ
ば、ＰＩＤ制御を行う場合、偏差検出手段によって検出
された偏差信号が所定範囲以内であるか否かを判定し、
所定範囲外であると判定された場合には、偏差信号に基
づいた比例信号と微分信号と積分信号を合成した制御信
号を出力するため、すなわち、ＰＩＤ制御を行っている
ため、高い応答性を有する。前記偏差信号が所定範囲内
と判定された場合には制御手段が比例信号と積分信号の
みを合成した制御信号を出力するため、応答が早い系で
あっても制御目標値近傍で小さい外乱のために大きな微
分信号が出力され、制御値が振動することはない。した
がって、応答性が高く、安定したモータの位置決め制御
ができる。

【０００９】

【実施例】本発明に係る制御方法について、好適な実施
例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。

【００１０】先ず、モータの位置決め制御装置を適用し
た本実施例に係るブレーキ制御装置について説明する。

【００１１】図１は、本実施例に係るブレーキ制御装置
１０の概略構成図であり、コントロールユニット１２に
よってモジュレータ１４を制御することにより、ブレー
キ圧を制御して最適な制動力を得ている。

【００１２】コントロールユニット１２は、従動輪（前
輪）Ｗｆおよび駆動輪（後輪）Ｗｒの近傍に設けられた
車輪速度センサ１６、１６ａを介して車輪速度を検出
し、前記車輪速度のパルス信号をコントロールユニット
１２に導入する。

【００１３】ブレーキ装置１８は、ハンドル２０に設け
られたブレーキレバー２２によって駆動されるマスタシ
リンダ２４と、前輪Ｗｆを制動するキャリパシリンダ２
６を備え、マスタシリンダ２４とキャリパシリンダ２６
は、モジュレータ１４を介して相互に接続されている。
このマスタシリンダ２４は、ブレーキレバー２２の作用
下に油圧の調節を行って後述するカットバルブに伝達す
るものであり、一方、キャリパシリンダ２６は、このカ
ットバルブによって制御された油圧に基づいてディスク
プレート２８に制動力を付与するものである。

【００１４】前輪Ｗｆのモジュレータ１４は、モジュレ
ータを構成する直流モータ３０に対する電流を付勢、滅
勢させてこの直流モータ３０を駆動制御するためのモー
タコントローラ３２を備える。このモータコントローラ
３２は、コントロールユニット１２と電気的に接続さ
れ、コントロールユニット１２から導出された信号が導
入される。直流モータ３０の駆動軸にはピニオン３４が
連結され、このピニオン３４にギヤ３６が噛合する。ギ
ヤ３６の中心には、クランク軸３８が固定されており、
このクランク軸３８にはクランク腕４０を介してクラン
クピン４２の一端部が連結される。このクランクピン４
２の他端部には、クランク腕４４が連結され、このクラ
ンク腕４４に、クランクピン４２の偏位角度を検出する
ポテンショメータ４６が連結される。

【００１５】クランクピン４２の外周には、カムベアリ
ング４８が回転自在に装着され、このカムベアリング４
８は、リターンスプリング５０を介して上方向に押圧さ
れている。カムベアリング４８の上面には、このカムベ
アリング４８の偏位作用のもとに上下に進退するエキス
パンダピストン５２が当接し、このエキスパンダピスト
ン５２の上下運動の作用下にカットバルブ５４が開閉さ
れる。カットバルブ５４は、カットバルブ収納部５６に
上下変位自在に配置されるとともに、このカットバルブ
５４の上面には、マスタシリンダ２４に連通する入力ポ
ート５８が設けられる一方、カットバルブ収納部５６と
エキスパンダピストン５２の連設部位には、キャリパシ
リンダ２６に連通する出力ポート６０が設けられてい
る。前記入力ポート５８と出力ポート６０は、カットバ
ルブ５４の外周面に画成された連通孔６２を介して連通
している。

【００１６】このように構成されるブレーキ制御装置１
０において、本発明の制御方法に関連するコントロール
ユニット１２およびコントローラ３２の制御構成をブロ
ック図（図２）を参照して説明する。

【００１７】このコントロールユニット１２は、前輪Ｗ
ｆの車輪速度センサ１６および後輪Ｗｒの車輪速度セン
サ１６ａの出力値から車輪速度を演算する車輪速度演算
回路６４と、この車輪の回転速度から車体の走行速度を
演算推定する車体速度演算回路６６と、前記車体の走行
速度と前記車輪の回転速度とにより車輪のスリップ率を
求めるスリップ率演算回路６８と、前記車輪速度から前
輪Ｗｆ、後輪Ｗｒの加減速度を演算する車輪加減速度演
算回路７０と、スリップ率および車輪加減速度からキャ
リパシリンダ２６に付与されるキャリパ圧力の昇減圧量
を決定するキャリパ圧力昇減圧量決定回路７２と、この
キャリパ圧力の昇減圧量に基づいてモジュレータ１４の
クランクピン４２の位置を上昇または下降させた制御目
標である目標クランク角を求める制御目標クランク角決
定回路７４とを備える。

【００１８】モータコントローラ３２は、モジュレータ
１４のクランクピン４２の位置情報を検出するポテンシ
ョメータ４６の出力をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換
回路７６と、前記デジタル値に基づいてクランク角を求
めるクランク角度演算回路７８と、前記クランク角と前
記目標クランク角の偏差に基づいて、ＰＩＤ値を求める
ＰＩＤ決定回路８０と、前記ＰＩＤ値に基づいてパルス
のデューティ比を決定するデューティ比決定回路８１
と、このデューティ比決定回路８１によって決定された
デューティ比に基づいてパルス列を生成するＰＷＭ回路
８２と、このパルス列に従って直流モータ３０を駆動す
るモータドライバ８４とを備えている。

【００１９】前記ＰＩＤ決定回路８０は、図３に示すよ
うに、クランク角度演算回路７８から出力されたクラン
ク角と制御目標クランク角決定回路７４から出力された
目標クランク角とから偏差を演算する偏差演算回路９０
と、前記偏差に基づいて比例信号を導出する比例回路９
１と、前記偏差に基づいて微分信号を導出する微分回路
９２と、前記偏差に基づいて積分信号を導出する積分回
路９４と、前記偏差に基づいて微分動作の停止信号を微
分回路９２に導出する第１判定回路９６と、前記ＰＷＭ
回路８２から導出された信号に基づいて積分動作の停止
信号を導出する第２判定回路９８と、前記偏差、微分信
号、積分信号からＰＩＤ値を求めるＰＩＤ演算回路１０
０とを備える。

【００２０】一方、後輪Ｗｒのモジュレータ１４ａは、
後輪Ｗｒのブレーキペダル２３に連結されたマスタシリ
ンダ２４ａと、後輪Ｗｒのディスクプレート２８ａに連
結されたキャリパシリンダ２６ａとを連通させており、
上述したモジュレータ１４と同一構成からなり、その詳
細な説明は省略する。

【００２１】次に、このように構成されたブレーキ制御
装置１０における制御方法について説明する。

【００２２】先ず、車輪速度センサ１６、１６ａからの
入力信号に基づき、前輪Ｗｆ、後輪Ｗｒの車輪速度を求
め、前記車輪速度から前輪Ｗｆ、後輪Ｗｒの路面に対す
るスリップ率を求め、これに基づき、ブレーキ圧を制限
するアンチロック制御に入るか否かを判断している。

【００２３】アンチロック制御でない（通常制御の）場
合には、リターンスプリング５０の弾発力によってクラ
ンクピン４２は予め設定された上限位置に保持され、こ
のクランクピン４２に装着されたカムベアリング４８が
エキスパンダピストン５２に押し上げられた状態で維持
される。これにより、カットバルブ５４がエキスパンダ
ピストン５２によって押し上げられ、入力ポート５８と
出力ポート６０とが連通する。

【００２４】そこで、ブレーキレバー２２が把持される
ことによりマスタシリンダ２４が付勢され、このマスタ
シリンダ２４によって発生したブレーキ圧は、入力ポー
ト５８、および出力ポート６０を介してキャリパシリン
ダ２６に伝達され、ディスクプレート２８に制動力が付
与される。

【００２５】一方、前記スリップ率によりアンチロック
制御に入ると判断した場合には、図４に示すフローチャ
ートのように制御する。

【００２６】先ず、前記スリップ率、および車輪速度に
基づいて算出された車輪加減速度から、例えば、図示し
ない昇減圧マップ等のテーブルに基づいてブレーキ圧の
増減量、すなわち、クランクピン４２の変位量（目標ク
ランク角θＴ）を設定する。一方、モータコントローラ
３２は、ポテンショメータ４６からの出力信号をＡ／Ｄ
変換回路７６においてアナログ／デジタル信号変換を行
い、クランク角度演算回路７８において前記出力信号に
基づいて現在のクランク角θＣを求める（ステップＳ
１）。

【００２７】ＰＩＤ決定回路８０では、このようにして
求められたクランク角θＣと目標クランク角θＴに基づ
いて以下のようにしてＰＩＤ値を求める。

【００２８】先ず、偏差演算回路９０において、前記目
標クランク角θＴとクランク角θＣの差を偏差Δθとし
て算出する（ステップＳ２）。

【００２９】さらに、第１判定回路９６において、偏差
Δθの絶対値が所定値θＤＨ以上（偏差Δθが所定範囲
外）であるか否かを判定する（ステップＳ３）。

【００３０】前記偏差Δθが所定範囲内であれば、微分
停止信号を微分回路９２に導出し、微分項Ｄθを０とす
る（ステップＳ４）。すなわち、偏差Δθが所定範囲内
であれば、クランクピン４２の位置決めが完了したもの
とみなし微分動作を停止する。したがって、応答性の高
いモータの制御であっても小さい外乱によって大きな微
分項Ｄθが発生することを阻止している。前記偏差Δθ
が所定範囲外であれば、微分回路９２において、今回の
サンプリングで算出された偏差Δθと前回のサンプリン
グで算出された偏差ΔθＰとの差に微分ゲインＫＤを乗
じて微分項Ｄθを求める（ステップＳ５）。

【００３１】続いて、第２判定回路９８において、ＰＭ
Ｗ回路８２から導出され、直流モータ３０の制御信号で
あるＰＷＭ信号値がデューティ比８０％に相当する積分
範囲ＰＷＭＨ以上であるか否かを判定する（ステップＳ
６）（図５参照）。ＰＷＭ信号値がＰＷＭＨ以上であれ
ば、積分回路９４に積分停止信号を導出し、積分値Ｉθ
Ｐを０とする（ステップＳ７）。一方、ＰＷＭ信号値が
ＰＷＭＨ以下であれば、積分回路９４において、前回の
積分値ＩθＰと偏差Δθとの和を今回の積分値ＩθＰと
して設定する（ステップＳ８）。この積分値ＩθＰに積
分ゲインＫＩを乗じて積分項Ｉθを求める（ステップＳ
９）。この積分動作で、図５に示すように、デューティ
比８０％（ＰＷＭＨ）に相当するＰＩＤ値（ＰＩＤａ、
ＰＩＤｂ）によって規定されるＡ部（ＰＩＤｂ≦ＰＩＤ
≦ＰＩＤａ）の範囲内では、ＰＩＤ値の変化に伴ってモ
ータの出力を変位させるが、前記Ａ部の範囲外では、モ
ータの出力によってオーバーシュートの原因となるた
め、ＰＩＤ値が前記Ａ部の範囲外の場合（ＰＷＭ≧ＰＷ
ＭＨ）には、ステップＳ７において積分値ＩθＰを０と
してオーバーシュートを阻止する。

【００３２】そこで、ＰＩＤ演算回路１００において、
求められた偏差Δθ、微分項Ｄθ、積分項Ｉθを加算す
ることによりＰＩＤ値を求める（ステップＳ１０）。ま
た、偏差Δθを前回の偏差ΔθＰに置き換えておく（ス
テップＳ１１）。なお、本実施例では比例回路９１にお
いて、比例ゲインを１として直接偏差Δθを用いてＰＩ
Ｄ値を求めているが、もちろん、比例回路９１によって
偏差Δθに比例ゲインを乗じて比例信号を導出してＰＩ
Ｄ値を求めてもよい。

【００３３】前記ＰＩＤ値をデューティ比決定回路に出
力する。ここで、ＰＩＤ値の正負を判定する（ステップ
Ｓ１２）。ＰＩＤ値が正であれば、後述する回転有効値
ＰＩＤＨ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１
３）。ＰＩＤ値が回転有効値ＰＩＤＨ以上である場合に
は、正転（ブレーキ圧増大方向）フラグを立てる（ステ
ップＳ１４）とともに、ＰＩＤ値に係数ａを乗じたもの
と所定数ｂの和をＰＷＭ信号として求める（ステップＳ
１５）。なお、前記係数ａと所定数ｂは、図５における
Ｂ部の傾きと切片である。

【００３４】前記ステップＳ１２でＰＩＤ値が負である
と判定された場合には、ＰＩＤ値が後述する回転有効値
ＰＩＤＬ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１
６）。ＰＩＤ値が回転有効値ＰＩＤＬ以下である場合に
は、逆転（ブレーキ圧減少方向）フラグを立てる（ステ
ップＳ１７）とともに、ＰＩＤに係数ｃを乗じたものと
所定数ｄの和をＰＷＭ信号として求める（ステップＳ１
８）。なお、前記係数ｂと所定数ｄは、図５におけるＣ
部の傾きと切片である。

【００３５】また、ステップＳ１３においてＰＩＤ値が
回転有効値ＰＩＤＨよりも小さい、あるいはステップＳ
１６においてＰＩＤ値が回転有効値ＰＩＤＬよりも大き
いと判定された場合には、ブレーキフラグを立てる（ス
テップＳ１９）とともに、ＰＷＭ信号を０とする（ステ
ップＳ２０）。

【００３６】なお、回転有効値ＰＩＤＨ、ＰＩＤＬは、
図５に示すようにＰＩＤ値がこれ以下の場合には、デュ
ーティ比を０とする閾値である。すなわち、ＰＩＤ値が
小さい場合には、ノイズの影響が大きくなるため、これ
を阻止するためにＰＩＤＬ＜ＰＩＤ＜ＰＩＤＨであれば
デューティ比を０と設定している。

【００３７】このようにして求められたＰＷＭ信号およ
びフラグに基づいてモータドライバ８４により直流モー
タ３０が駆動する。例えば、正転フラグとＰＷＭ信号が
モータドライバ８４に導出された場合、直流モータ３０
が正転（昇圧）方向に回転され、クランク軸３８を回動
し、クランクピン４２を変位させることにより、エキス
パンダピストン５２が上方に変位し、出力ポート６０の
容量を減少させることにより、キャリパ圧を増大させ
る。また、ブレーキフラグとＰＷＭ信号が導出された場
合には、直流モータ３０を停止させ、エキスパンダピス
トン５２の変位を停止させる。

【００３８】このように本実施例のブレーキ制御装置で
は、ＰＩＤ制御を行う際に、偏差Δθが所定値θＤＨ以
下であれば、第１判定回路９６から微分回路９２に微分
停止信号が導出され、微分項Ｄθを０とするため、応答
性の高いモータ制御であっても、目標クランク角近傍に
クランクピン４２がありながら、図６のＤ部破線のよう
に小さい外乱によって大きな微分項Ｄθが発生して制御
が不安定になることはない。また、偏差Δθが前記所定
値θＤＨ以上であれば、通常の微分動作を行うため、応
答性の良い制御が行われる。さらに、モータの出力値に
相当するデューティ比８０％になるＰＷＭＨよりもＰＷ
Ｍが大きければ、積分項Ｉθを０とするため、図６のＥ
部破線部のようなオーバーシュートを確実に抑制できる
とともに、ＰＷＭがＰＷＭＨ以下になれば再び積分動作
を行うため、定常偏差をなくし、目標値に収束できる。

【００３９】

【発明の効果】本発明に係るモータの位置決め制御装置
によれば、以下の効果が得られる。

【００４０】すなわち、ＰＩＤ制御を行う場合、偏差が
所定範囲内であれば、制御手段が比例信号と積分信号の
みを合成した制御信号を出力するため、応答性が高い系
であっても制御目標値近傍で外乱のために制御された後
の値が振動することはない。また、前記偏差が所定範囲
外の場合には、通常のＰＩＤ制御を行っているために応
答性の高い安定したモータの位置決め制御ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るモータの位置決め制御装置を含む
ブレーキ制御装置の概略構成図である。

【図２】本発明に係るモータの位置決め制御装置を前記
ブレーキ制御装置との関連で説明した構成図である。

【図３】本発明に係るモータの位置決め制御装置のＰＩ
Ｄ決定回路の構成説明図である。

【図４】本発明に係るモータの位置決め制御装置のＰＩ
Ｄ制御方法を示したフローチャートである。

【図５】本発明に係るモータの位置決め制御装置のＰＩ
Ｄ制御方法を示す図である。

【図６】本発明に係るモータの位置決め制御装置のＰＩ
Ｄ制御結果を示す図である。

【符号の説明】

１０…ブレーキ制御装置 １２…コントロールユニット １４…モジュレータ １６、１６ａ…車輪速度センサ ３０…直流モータ ３２…モータコントローラ ４２…クランクピン ４６…ポテンショメータ ７４…制御目標クランク角決定回路 ７８…クランク角度演算回路 ８０…ＰＩＤ決定回路 ８１…デューティ比決定回路 ８２…ＰＷＭ回路 ９０…偏差演算回路 ９１…比例回路 ９２…微分回路 ９４…積分回路 ９６…第１判定回路 ９８…第２判定回路 １００…ＰＩＤ演算回路

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年９月３０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータの回転位置を検出する位置検出手段
   と、 モータの目標位置と現在の回転位置との偏差を算出し、
   偏差信号として出力する偏差出力手段と、 前記偏差信号が所定範囲内か否かを判定する判定手段
   と、 前記判定手段において前記偏差信号が所定範囲外と判定
   された場合には、前記偏差信号に比例した比例信号と、
   前記偏差信号を微分した微分信号と、前記偏差信号を積
   分した積分信号とを合成した制御信号を出力し、前記偏
   差信号が所定範囲内と判定された場合には、前記偏差信
   号に比例した比例信号と、前記信号を積分した積分信号
   とを合成した制御信号を出力する制御手段と、 を備え、前記制御信号によりモータを駆動することを特
   徴とするモータの位置決め制御装置。