負荷適応型制御ループ切り替え方法及び負荷適応型帰還制御装置
【課題】従来の制御ループの切り替え方法では、制御ループの切り替え時に制御対象回路が不安定になる問題があった。
【解決手段】本発明の制御ループの切り替え方法は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１に第１の誤差値ＥＲＲ１を加算して第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を更新し、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２に第２の誤差値ＥＲＲ１を加算して第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を更新し、更新後の第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２とのうち小さな値を示す誤差積分値に基づきＰＷＭ信号のデューティ比を決定し、更新後の第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１とＩＮＴＧ２第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値で更新後の第１の誤差積分値ＩＮＴＧと第２の誤差積分値ＩＮＴＧ１のうちＰＷＭ信号のデューティ比の決定に用いられなかった誤差積分値を更新する。
【解決手段】本発明の制御ループの切り替え方法は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１に第１の誤差値ＥＲＲ１を加算して第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を更新し、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２に第２の誤差値ＥＲＲ１を加算して第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を更新し、更新後の第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２とのうち小さな値を示す誤差積分値に基づきＰＷＭ信号のデューティ比を決定し、更新後の第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１とＩＮＴＧ２第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値で更新後の第１の誤差積分値ＩＮＴＧと第２の誤差積分値ＩＮＴＧ１のうちＰＷＭ信号のデューティ比の決定に用いられなかった誤差積分値を更新する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御ループの切り替え方法及び帰還制御装置に関し、特に複数の制御ループを負荷の状況に応じて切り替えて１つの制御対象を制御する負荷適応型制御ループの切り替え方法及び負荷適応型帰還制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路では、負帰還制御により、制御対象回路の出力状態を安定的に制御することが多く行われる。このような負帰還制御を用いる帰還制御装置では、制御対象回路の出力状態のモードに応じて複数の制御ループを切り替えて利用する場合がある。このように、制御ループを切り替えて制御対象回路の動作モードを切り替える技術が特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１では、モータから得られる帰還値に基づきモータを制御するＰＩ制御モードと、速度制御手段より供給される制御信号に基づきモータを制御する速度負荷トルク推定制御モードと、を切り替えながらモータを制御するモータ速度制御装置が開示されている。ＰＩ制御モードは主にモータの通常回転動作において用いられ、速度負荷トルク推定制御モードは主にモータを低速で回転させる低速回転動作において用いられる。
【０００４】
特許文献１に記載のモータ速度制御装置は、周波数発電機と、周期計測手段と、比較手段と、速度制御手段と、補正手段と、駆動手段と、速度負荷トルク推定手段と、を有する。周波数発電機は、モータの回転速度に比例した周波数信号を発生する。周期計測手段は、周波数信号の周期を計測しモータの平均回転速度に比例した平均速度信号を出力する。比較手段は、速度指令信号と速度帰還信号の差分を求める。速度制御手段は、比較手段の出力に比例・積分の制御補償を行い制御信号を出力する。補正手段は、制御信号を補正し補正信号を出力する。駆動手段は、補正信号に応じた駆動電流をモータに供給する。速度負荷トルク推定手段は、制御信号よりモータの回転速度を推定し得られた速度推定信号を速度帰還信号として比較手段に出力し、平均速度信号と速度推定信号とを比較しその速度誤差により負荷トルク推定信号を生成して補正手段に出力する。
【０００５】
そして、特許文献１に記載のモータ速度制御装置は、ＰＩ制御モードから速度負荷トルク推定制御モードに切り替える際に、負荷トルク推定信号を速度制御手段における積分値に基づいて初期化し、その後積分値をゼロで初期化する。また、速度負荷トルク推定制御モードからＰＩ制御モードに移行するときは、速度制御手段における積分値を負荷トルク推定信号に基づいて初期化する。
【０００６】
特許文献１のモータ速度制御装置は、上記構成により、ＰＩ制御モードと速度負荷トルク推定制御モードとの切り替え時に、モータに発生する負荷トルクを補償するＤＣ成分の連続性を保つ。そして、特許文献１のモータ速度制御装置は、移行時にモータの動作を安定させると共に、移行を高速かつ正確に行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１７４４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、ＰＩ制御モードと速度負荷トルク推定制御モードとを切り換えた時に、モータに発生する負荷トルクを補償するＤＣ成分の連続性を保つことができる。しかし、特許文献１では、外部から与えられる指示（例えば、モード切り替え指示）により制御モードを切り換える。つまり、特許文献１では、モータの負荷トルク、つまり制御対象回路の負荷状態が変動したことに応じて制御モードを切り換えることができない問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる負荷適応型制御ループ切り替え方法の一態様は、制御対象回路の出力状態から得られる第１の帰還データと第１の制御ループ指示値との誤差を示す第１の誤差値に基づき前記制御対象回路の出力状態を制御する出力信号を生成して、前記制御対象回路から得られる第１の帰還データを前記第１の制御ループ指示値に近づける第１の制御ループと、前記制御対象回路の出力状態から得られる第２の帰還データと第２の制御ループ指示値との誤差を示す第２の誤差値に基づき前記制御対象回路の出力状態を制御する前記出力信号を生成して、前記制御対象回路から得られる第２の帰還データを前記第２の制御ループ指示値に近づける第２の制御ループと、を有する負荷適応型帰還制御装置の制御ループ切り替え方法であって、第１の誤差積分値に現周期で得られた前記第１の誤差値を加算して前記第１の誤差積分値を更新し、第２の誤差積分値に現周期で得られた前記第２の誤差値を加算して前記第２の誤差積分値を更新し、更新後の前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値に基づき前記出力前記を生成し、更新後の前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値で更新後の前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値のうち前記出力信号の生成に用いられなかった誤差積分値を更新する。
【００１０】
本発明にかかる負荷適応型帰還制御装置の一態様は、第１の誤差積分値を保持し、制御対象回路の出力状態から得られる第１の帰還データと第１の制御ループ指示値との誤差を示す第１の誤差値を、保持している前記第１の誤差積分値に加算して前記第１の誤差積分値を更新する第１の誤差積分器と、第２の誤差積分値を保持し、前記制御対象回路の出力状態から得られる第２の帰還データと第２の制御ループ指示値との誤差を示す第２の誤差値を、保持している前記第２の誤差積分値に加算して前記第２の誤差積分値を更新する第２の誤差積分器と、前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値を制御値として出力する選択部と、前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値により前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち前記制御値として用いられなかた誤差積分値を更新する積分値更新部と、
前記制御値に基づき出力信号を生成して前記制御対象回路の出力状態を制御する出力信号生成部と、を有する。
【００１１】
本発明にかかる負荷適応型制御ループ切り替え方法及び負荷適応型帰還制御装置では、制御ループにおいて生成される複数の誤差積分値のうち最も小さい誤差積分値に基づきＰＷＭ信号のデューティ比を決定する制御値を生成すると共に最も小さい誤差積分値により他の誤差積分値を更新する。これにより、本発明にかかる負荷適応型制御ループ切り替え方法及び負荷適応型帰還制御装置は、一方の制御ループによる制御対象回路の出力状態が他方の制御ループによる制御対象回路の出力状態を満たしたことに応じて、制御値として利用される誤差積分値が切り替えられる。つまり、本発明にかかる負荷適応型制御ループ切り替え方法及び負荷適応型帰還制御装置では、制御対象回路の負荷の状況に応じて制御ループの切り替えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる負荷適応型制御ループ切り替え方法及び負荷適応型帰還制御装置によれば、制御対象回路の負荷の状況に応じて制御ループの切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかる帰還制御装置のブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかる帰還制御装置における制御値の決定手順を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１にかかる帰還制御装置の制御特性を示すグラフである。
【図４】実施の形態１にかかる帰還制御装置において誤差積分値の代入処理を行わずに制御ループの切り替えを行った場合の制御特性を示すグラフである。
【図５】実施の形態２にかかる帰還制御装置のブロック図である。
【図６】実施の形態２にかかる帰還制御装置の制御特性を示すグラフである。
【図７】実施の形態３にかかる帰還制御装置のブロック図である。
【図８】実施の形態４にかかる帰還制御装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本発明にかかる帰還制御装置は、制御対象回路の負荷の状態に応じて制御ループの切り換えを行う負荷適応型帰還制御装置である。以下の説明では、この負荷適応型帰還制御装置を単に帰還制御装置と称して説明を行う。また、以下の説明では、制御対象回路を制御する出力信号としてＰＷＭ信号を生成する帰還制御装置について説明するが、本発明における出力信号は、ＰＷＭ信号に限られず、アナログ信号である場合も含む。
【００１５】
図１に実施の形態１にかかる帰還制御装置のブロック図を示す。図１に示すように、実施の形態１にかかる帰還制御装置は、モータを制御対象回路２０とするものである。また、図１では、制御対象回路２０の出力状態に応じた帰還データを生成する回路として、第１の測定部２１及び第２の測定部２２を示した。第１の測定部２１は、モータの回転速度を検出して、モータの回転速度に応じた第１の帰還データＦＢ１を出力する。第２の測定部２２は、モータを駆動する駆動電流を検出し、駆動電流の大きさに応じた第２の帰還データＦＢ２を出力する。
【００１６】
図１に示すように、帰還制御装置１は、第１の誤差算出部１０、第１の誤差積分器１１、第２の誤差算出部１２、第２の誤差積分器１３、比較部１４、選択部１５、積分値更新部１６、ＰＷＭ信号生成部１７を有する。
【００１７】
第１の誤差算出部１０は、第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１と第１の帰還データＦＢ１との間の誤差を示す第１の誤差値ＥＲＲ１を算出する。第１の誤差積分器１１は、第１の誤差値ＥＲＲ１を積分した第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を生成する。より具体的には、第１の誤差積分器１１は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を保持し、ＰＷＭ信号の周期毎に保持している第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１に誤差値ＥＲＲ１を加算することで第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を更新する。
【００１８】
第２の誤差算出部１２は、第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２と第２の帰還データＦＢ２との間の誤差を示す第２の誤差値ＥＲＲ２を算出する。第２の誤差積分器１３は、第２の誤差値ＥＲＲ２を積分した第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を生成する。より具体的には、第２の誤差積分器１３は、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を保持し、ＰＷＭ信号の周期毎に保持している第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２に誤差値ＥＲＲ２を加算することで第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を更新する。
【００１９】
比較部１４は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２とを比較して、最も小さい誤差積分値に該当する誤差積分値を判定し、最も小さい誤差積分値を示す選択信号ＳＥＬを出力する。実施の形態１にかかる帰還制御装置１では、誤差積分値は２つである。そのため、実施の形態１にかかる帰還制御装置１の比較部１４は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２とのうち小さい方の誤差積分値を示す選択信号ＳＥＬを出力する。
【００２０】
選択部１５は、選択信号ＳＥＬに応じて第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２とのいずれか一方を選択し、選択した誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして出力する。より具体的には、選択部１５は、選択信号ＳＥＬにより示される値が小さい誤差積分値を選択し、選択した誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして出力する。
【００２１】
積分値更新部１６は、選択信号ＳＥＬに応じて第１の誤差積分器１１と第２の誤差積分器１３とのいずれか一方を選択し、選択した側の誤差積分器に保持されている誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢで更新する。より具体的には、積分値更新部１６は、選択信号ＳＥＬにより示される値が小さい側の誤差積分値を保持している誤差積分器以外の誤差積分器を選択し、選択した誤差積分器に保持されている誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢで更新する。
【００２２】
ＰＷＭ信号生成部１７は、制御値ＣＮＴ＿ＦＢに基づきＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。そして、ＰＷＭ信号生成部１７は、決定されたデューティ比のＰＷＭ信号を制御対象回路２０に与える。
【００２３】
帰還制御装置１は、第１の制御ループと第２の制御ループとのいずれか一方を用いて制御対象回路２０の出力状態を制御する。この第１の制御ループは、第１の誤差算出部１０、第１の誤差積分器１１、選択部１５、ＰＷＭ信号生成部１７、制御対象回路２０、第１の測定部２１を含む。また、第２の制御ループは、第２の誤差算出部１２、第２の誤差積分器１３、選択部１５、ＰＷＭ信号生成部１７、制御対象回路２０、第２の測定部２２を含む。
【００２４】
第１の制御ループは、制御対象回路２０の出力状態から得られる第１の帰還データＦＢ１と第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１との誤差を示す第１の誤差値ＥＲＲ１に基づきデューティ比が決定されるＰＷＭ信号を生成する。より具体的には、第１の制御ループでは、第１の誤差値ＥＲＲ１から第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を生成し、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１によりＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。そして、第１の制御ループを用いて動作する帰還制御装置１は、このＰＷＭ信号を用いて制御対象回路２０の出力状態を制御し、制御対象回路２０から得られる第１の帰還データＦＢ１を第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１に近づける。なお、実施の形態１では、第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１としてモータの回転数を指示する定回転指示値を用いる。
【００２５】
第２の制御ループは、制御対象回路２０の出力状態から得られる第２の帰還データＦＢ２と第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２との誤差を示す第２の誤差値ＥＲＲ２に基づきデューティ比が決定されるＰＷＭ信号を生成する。より具体的には、第２の制御ループでは、第２の誤差値ＥＲＲ２から第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を生成し、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２によりＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。そして、第２の制御ループを用いて動作する帰還制御装置１は、制御対象回路２０から得られる第２の帰還データＦＢ２を第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２に近づける。なお、実施の形態１では、第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２としてモータを駆動する駆動電流の大きさを指示する定電流指示値を用いる。
【００２６】
ここで、帰還制御装置１における制御値ＣＮＴ＿ＦＢの決定手順についてさらに詳細に説明する。図２に、実施の形態１にかかる帰還制御装置１における制御値ＣＮＴ＿ＦＢの決定手順を示すフローチャートを示す。なお、帰還制御装置１は、ＰＷＭ信号の周期毎にこの決定手順を繰り返し実行する。
【００２７】
図２に示すように、帰還制御装置１は、まず、第１の制御ループの誤差値ＥＲＲ１を算出する（ステップＳ１）。続いて、第１の制御ループの第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を更新する（ステップＳ２）。より具体的には、ステップＳ２では、第１の誤差積分器１１に保持されている第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１にステップＳ１で算出された第１の誤差値ＥＲＲ１を加算することで第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１の値を更新する。
【００２８】
続いて、帰還制御装置１は、第２の制御ループの誤差値ＥＲＲ２を算出する（ステップＳ３）。続いて、第２の制御ループの第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を更新する（ステップＳ４）。より具体的には、ステップＳ４では、第２の誤差積分器１３に保持されている第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２にステップＳ３で算出された第２の誤差値ＥＲＲ２を加算することで第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２の値を更新する。
【００２９】
続いて、帰還制御装置１は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２とのうち最も小さな誤差積分値を判定する（ステップＳ５）。実施の形態１では誤差積分値は２つであるため、ステップＳ５では、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２との大小関係に基づき、どちらの誤差積分値が小さいかを判定する。
【００３０】
そして、ステップＳ５において第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１が第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２以下であると判断された場合（ステップＳ５のＹＥＳの枝）、制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を出力する（ステップＳ６）。また、この場合、第２の制御ループの第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１で更新する（ステップＳ７）。
【００３１】
一方、ステップＳ５において第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２の方が第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１よりも大きい判断された場合（ステップＳ５のＮＯの枝）、制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を出力する（ステップＳ８）。また、この場合、第２の制御ループの第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２で更新する（ステップＳ９）。
【００３２】
続いて、実施の形態１にかかる帰還制御装置１の動作について説明する。図３に実施の形態１にかかる帰還制御装置１の制御特性を示すグラフを示す。図３に示すように、帰還制御装置１は、モータの回転速度が低い期間はモータを定電流動作により駆動する。定電流駆動では、帰還制御装置１は、第２の制御ループを用いて、駆動電流の大きさを示す第２の帰還データＦＢ２が第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２となるようにＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。一方、帰還制御装置１は、モータの回転速度が第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１となる期間はモータを定回転動作により駆動する。定回転動作では、帰還制御装置１は、第１の制御ループを用いて、モータの回転速度を示す第１の帰還データＦＢ１が第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１となるようにＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。
【００３３】
ここで、定電流駆動を行う回転動作領域（例えば、定電流動作領域）と定回転駆動を行う回転動作領域（例えば、定回転動作領域）との切り替え動作について説明する。まず、帰還制御装置１では、図２のステップＳ６〜Ｓ９の動作によって、ＰＷＭ信号の周期の開始時点において第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２とが同一の値となっている。
【００３４】
モータの回転速度が第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１（例えば、定回転指示値）で示される回転速度よりも遅い場合、定電流動作領域における定電流駆動が行われる。定電流動作領域では、モータの回転速度が第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１で示される回転速度より遅いため、第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１と第１の帰還データＦＢ１との差が大きい。つまり、定電流動作領域においては、第１の誤差値ＥＲＲ１が大きくなる。一方、定電流動作領域においては、モータが第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２で示される値に応じた大きさの駆動電流で駆動されるため、第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２と第２の帰還データＦＢ２との差は小さい。つまり、定電流動作領域においては、第２の誤差値ＥＲＲ２は第１の誤差値ＥＲＲ１よりも小さくなる。つまり、定電流動作領域では、図２のステップＳ４が終了した時点において、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１よりも大きくなる。従って、定電流動作領域においては、帰還制御装置１は、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を制御値ＣＮＴ＿ＦＢとする。そして、帰還制御装置１は、制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして選択した第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２により第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を更新する。
【００３５】
そして、定電流動作を継続するとモータの回転速度が徐々に速くなり、第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１と第１の帰還データＦＢ１との誤差が小さくなる。そして、第１の誤差値ＥＲＲ１と第２の誤差値ＥＲＲ２との大小関係が逆転した時点で、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１が第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２との大小関係も逆転する。これにより、帰還制御装置１は、制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして用いる誤差積分値を第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２から第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１に切り替える。つまり、帰還制御装置１は、利用する制御ループを第２の制御ループから第１の制御ループに切り替える。このとき、帰還制御装置１では、非選択状態の制御ループ中の誤差積分値を選択状態の制御ループ中の誤差積分値により常に更新しているため、制御ループの切り替え時に制御値ＣＮＴ＿ＦＢが不連続になることがない。そのため、帰還制御装置１では、回転速度が安定させながら制御ループの切り替えを行うことができる。
【００３６】
そして、定回転動作領域においては、モータの回転速度が第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１とほぼ等しく、駆動電流と第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２で示される値との差が定電流動作領域の場合よりも大きくなる。つまり、定回転動作領域においては、第１の誤差値ＥＲＲ１が小さく、第２の誤差値ＥＲＲ２が大きくなる。これにより、定回転動作領域では、図２のステップＳ４が終了した時点において、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１は、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２よりも大きくなる。従って、定回転動作領域においては、帰還制御装置１は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を制御値ＣＮＴ＿ＦＢとする。そして、帰還制御装置１は、制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして選択した第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１により第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を更新する。
【００３７】
また、定回転動作中にモータの負荷トルクが大きくなる等の原因によりモータの回転速度が低下した場合、帰還制御装置１では、第１の誤差値ＥＲＲ１が第２の誤差値ＥＲＲ２よりも大きくなる。このとき、帰還制御装置１では、定回転動作領域において、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２が第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１により更新されている。そのため、誤差値の大小関係の逆転に伴い、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２との大小関係も逆転する。そして、この誤差積分値の大小関係の逆転が生じると、帰還制御装置１は、制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして利用する誤差積分値を第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１から第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２に切り替える。つまり、つまり、帰還制御装置１は、利用する制御ループを第１の制御ループから第２の制御ループに切り替え、モータの駆動方式を定回転動作から定電流動作に切り替える。このとき、帰還制御装置１では、非選択状態の制御ループ中の誤差積分値を選択状態の制御ループ中の誤差積分値により常に更新しているため、制御ループを第１の制御ループから第２の制御ループに切り替えた場合においても制御値ＣＮＴ＿ＦＢが不連続になることがない。そのため、帰還制御装置１では、回転速度が安定させながら制御ループの切り替えを行うことができる。
【００３８】
ここで、比較例として、帰還制御装置１において誤差積分値の代入処理を行わずに制御ループの切り替えを行った場合の動作について説明する。図４に、実施の形態１にかかる帰還制御装置１において誤差積分値の代入処理を用いない場合の制御特性を示す。図４に示すように、誤差積分値の代入処理を行わない場合、制御ループの切り替え時にモータの回転速度が不安定になる。これは、誤差積分値の代入処理を行わない場合、制御ループの切り替え時に制御値ＣＮＴ＿ＦＢの値が不連続になるためである。
【００３９】
まず、定電流動作領域から定回転動作領域に切り替える場合、つまり、制御ループを第２の制御ループから第１の制御ループに切り替えた場合について説明する。この場合、定回転動作に利用される第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１は、定電流動作領域において第１の誤差値ＥＲＲ１が積分されることで大きな値となっている。つまり、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１は、回転速度を上昇させることを指示する値となっている。そのため、第２の制御ループから第１の制御ループの切り替わり時に、モータの回転速度が第１の制御ループ指示値で示される値よりも速くなり、回転速度が収束するまでに時間を要する。
【００４０】
続いて、定回転動作領域から定電流動作領域に切り替える場合、つまり、制御ループを第１の制御ループから第２の制御ループに切り替えた場合について説明する。この場合、定電流動作に利用される第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２は、定回転動作領域において第２の誤差値ＥＲＲ２が積分されることで大きな値又は小さな値となっている。つまり、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２は、駆動電流を小さくすること又は大きくすることを指示する値となっている。そのため、第１の制御ループから第２の制御ループの切り替わり時に、モータの駆動電流が第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２で示される値よりも小さくなるか大きくなるかのいずれかの状態となり、モータの回転速度が定電流にて駆動される状態に収束するまでに時間を要する。なお、図３では、定回転動作中に第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２が大きな値となり、定電流動作に移行した後に駆動電流が第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２で示される値よりも小さくなる場合を示すものである。
【００４１】
上記説明より、実施の形態１にかかる帰還制御装置１では、複数の制御ループのそれぞれに設けられる誤差積分値のうち最も小さな誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢとすると共に、最も小さな誤差積分値で他の誤差積分値を常に更新する。これにより、帰還制御装置１では、誤差値の大小関係が逆転したことに応じて制御ループが切り替わる。つまり、実施の形態１にかかる帰還制御装置１は、制御対象回路２０の出力状態（又は負荷状態）に応じて制御ループを切り換える負荷適応型帰還制御装置として動作することができる。また、帰還制御装置１では、当該制御ループの切り替わり時の制御値ＣＮＴ＿ＦＢの連続性を確保することができる。また、帰還制御装置１では、制御値ＣＮＴ＿ＦＢの連続性が確保されることから、制御ループの切り替わり時に制御対象回路２０の出力状態の安定性を維持することができる。
【００４２】
また、実施の形態１にかかる帰還制御装置１では、モータの起動不良を回避することができる。まず、モータは、駆動回路がＰＷＭ信号に応じて生成する駆動信号に基づき動作する。そして、モータの停止状態において大きなトルク負荷がかかっている場合において、定回転動作のみでモータを起動する場合、モータが回転しないため駆動回路はトルク負荷より大きなトルクをモータに与えるために大きな駆動電流を流す。しかし、駆動回路を構成するトランジスタを焼損から保護するために、許容される駆動電流によってもモータが回転しない場合、駆動電流を小さくする処理が行われる。このような制限が行われた場合、モータのトルク負荷が小さくなってもモータの駆動電流が制限されているためにモータが起動できない場合がある。なお、このような起動不良を回避するために定電流動作のみによりモータを制御した場合、モータのトルク変動によってモータの回転速度が変動するため、モータを定回転速度で制御することができない問題がある。しかし、実施の形態１にかかる帰還制御装置１では、モータのトルク負荷が大きく、モータが停止状態を維持する場合においてはモータを定電流動作により駆動回路の焼損を防止しながら、定電流動作において出力される駆動電流によりモータが回転可能な程度にモータトルク負荷が小さくなった時点でモータを起動することができる。そして、モータが所望の回転速度に達した時点でモータを定回転動作により制御することができる。
【００４３】
実施の形態２
実施の形態２では、実施の形態１にかかる帰還制御装置１を用いて電源回路を制御する例について説明する。そこで、図２に、実施の形態２にかかる帰還制御装置２のブロック図を示す。図２に示すように、帰還制御装置２を構成する機能ブロックは実施の形態１にかかる帰還制御装置１と実質的に同じものである。そこで、実施の形態２の説明では、実施の形態１と同じ構成要素については、実施の形態１の説明と同じ符号を用いて説明を省略する。
【００４４】
図２に示すように、実施の形態２にかかる帰還制御装置２は、制御対象回路２３として電源回路を制御する。また、制御対象回路の変更に合わせて、第１の測定部２１及び第２の測定部２２は、第１の測定部２４及び第２の測定部２５に変更される。第１の測定部２４は、電源回路の出力電圧をモニタし、出力電圧に応じた第１の帰還データＦＢ１を出力する。第２の測定部２５は、電源回路の出力電流をモニタし、出力電流に応じた第２の帰還データＦＢ２を出力する。また、実施の形態２では、制御対象回路の変更に伴い、帰還制御装置２には、第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１として定電圧指示値が入力され、第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２として定電流指示値が入力される。
【００４５】
続いて、実施の形態２における帰還制御装置２の動作について説明する。そこで、図６に実施の形態２にかかる帰還制御装置２の制御特性を示すグラフを示す。図６に示すように、実施の形態２にかかる帰還制御装置２では、電源回路の出力電圧が第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１に達するまでの期間は定電流動作を行う。そして、出力電圧に対応する第１の帰還データＦＢ１と第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１との誤差を示す第１の誤差値ＥＲＲ１と、出力電流に対応する第２の帰還データＦＢ２と第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２との誤差を示す第２の誤差値ＥＲＲ２と、の大小関係の逆転に伴い第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２との大小関係が逆転したことに応じて、帰還制御装置２は、制御ループを第２の制御ループから第１の制御ループへと切り替える。また、電源回路が出力電流を供給する負荷回路で消費される負荷電流が増加して、出力電圧が低下して第１の誤差値ＥＲＲ１と、第２の誤差値ＥＲＲ２と、の大小関係の逆転に伴い第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２との大小関係が逆転したことに応じて、帰還制御装置２は、制御ループを第１の制御ループから第２の制御ループへと切り替える。
【００４６】
このとき、実施の形態２にかかる帰還制御装置２では、制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして利用する誤差積分値により制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして選択されない誤差積分値を常に更新する。そのため、実施の形態２においても帰還制御装置１では、制御ループの切り替え時に制御値ＣＮＴ＿ＦＢの連続性が確保され、出力電圧の安定性が維持される。
【００４７】
また、制御対象回路が電源回路である場合、電源回路を構成するトランジスタの焼損を避けるために電源回路はフの字特性とすることがある。このようなフの字特性を有する電源回路の場合、負荷回路の動作開始時の負荷電流が大きい場合に出力電圧が十分に上昇せずに起動不良となる場合がある。しかし、実施の形態２にかかる帰還制御装置２を利用することとで、動作開始時の負荷電流が大きい場合であっても、定電流動作により起動可能になった時点で、負荷回路を起動することができ、かつ定電流動作モードから定電圧動作モードへ切り替わった時に、過大な出力キャパシタや出力電圧クランプ回路(出力過電圧保護回路)を用いる事なく、出力にスパイク状の過電圧が発生する事を抑制することが出来る。
【００４８】
このように、本発明にかかる帰還制御装置では、制御対象回路が電源回路であったとしても、制御ループの切り替え時に制御対象回路の出力状態の安定性を確保することができる。また、実施の形態２の説明は、本発明にかかる帰還制御装置は、制御対象回路が複数の制御ループの切り替えにより制御されるものであれば、制御ループの切り替え時に制御対象回路の出力状態を安定に維持することを示すものである。
【００４９】
実施の形態３
実施の形態３にかかる帰還制御装置３のブロック図を図７に示す。なお、実施の形態３の説明では、実施の形態１と同じ構成要素に実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００５０】
図７に示すように、実施の形態３にかかる帰還制御装置３は、実施の形態１にかかる帰還制御装置１に３つ目の制御ループに対応した機能ブロックを追加下ものである。具体的には、帰還制御装置３は、帰還制御装置１に、第３の誤差算出部３０及び第３の誤差積分器３１を追加したものである。また、帰還制御装置３は、第３の誤差積分器３１の追加に伴い、比較部１４、選択部１５、積分値更新部１６に代えて比較部３２、選択部３３、積分値更新部３４を備える。
【００５１】
また、図７に示すように、実施の形態３では、３つ目の制御ループを構成するために、第３の測定部２６が追加される。第３の測定部２６は、モータの温度をモニタし、温度に対応した第３の帰還データＦＢ３を出力する。さらに、実施の形態３にかかる帰還制御装置３には、第３の制御ループに対する指示値として、第３の制御ループ指示値ＣＮＴ３が与えられる。第３の制御ループ指示値ＣＮＴ３は、モータの温度、駆動対象物或いは環境温度を指定する温度制御指示値である。
【００５２】
第３の誤差算出部３０は、第３の制御ループ指示値ＣＮＴ３と第３の帰還データＦＢ３との間の誤差を示す第３の誤差値ＥＲＲ３を算出する。第３の誤差積分器３１は、第３の誤差値ＥＲＲ３を積分した第３の誤差積分値ＩＮＴＧ３を生成する。より具体的には、第３の誤差積分器３１は、第３の誤差積分値ＩＮＴＧ３を保持し、ＰＷＭ信号の周期毎に保持している第３の誤差積分値ＩＮＴＧ３に誤差値ＥＲＲ３を加算することで第３の誤差積分値ＩＮＴＧ３を更新する。
【００５３】
比較部３２は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１から第３の誤差積分値ＩＮＴＧ３の値を比較して、最も小さい誤差積分値に該当する誤差積分値を判定し、最も小さい誤差積分値を示す選択信号ＳＥＬを出力する。
【００５４】
選択部３３は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２、及び第３の誤差積分値ＩＮＴＧ３のうち選択信号ＳＥＬで示された誤差積分値を選択し、選択した誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして出力する。
【００５５】
積分値更新部３４は、第１の誤差積分器１１、第２の誤差積分器１３、及び、第３の誤差積分器３１のうち選択信号ＳＥＬで示された誤差積分値を保持する誤差積分器以外の誤差積分器を選択し、選択した誤差積分器に保持されている誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢで更新する。つまり、積分値更新部３４により誤差積分値が更新された後は、第１の誤差積分器１１、第２の誤差積分器１３、及び、第３の誤差積分器３１に保持されている誤差積分値は、更新前に最も小さな値の誤差積分値と等しくなる。
【００５６】
実施の形態３にかかる帰還制御装置３では、３つの制御ループに基づき動作するが、積分値更新部３４の動作により誤差値を加算する前の３つの誤差積分値が常に同じ値に維持される。これにより、実施の形態３にかかる帰還制御装置３では、３つの制御ループの間で制御ループを切り替えた場合においても、実施の形態１と同様に制御値ＣＮＴ＿ＦＢの連続性を確保することができる。そして、帰還制御装置３においても、実施の形態１にかかる帰還制御装置１と同様に、制御ループの切り替わり時に制御値ＣＮＴ＿ＦＢの連続性が確保されることから、制御ループの切り替えに伴う制御対象回路の出力状態の安定性を向上させることができる。
【００５７】
実施の形態４
実施の形態４にかかる帰還制御装置４のブロック図を図８に示す。なお、実施の形態４の説明では、実施の形態１と同じ構成要素に実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００５８】
図８に示すように、実施の形態４にかかる帰還制御装置４は、実施の形態１にかかる帰還制御装置１にＰＷＭ信号のデューティ比を外部から直接制御する非線形ＰＷＭ回転制御値を入力する経路を追加したものである。具体的には、帰還制御装置４は、帰還制御装置１に、ＰＷＭデューティキャプチャ部４１が追加される。また、帰還制御装置４は、ＰＷＭデューティキャプチャ部４１の追加に伴い、比較部１４、選択部１５、積分値更新部１６に代えて比較部４２、選択部４３、積分値更新部４４を備える。
【００５９】
また、図８に示すように、実施の形態４にかかる帰還制御装置４には、非線形ＰＷＭ回転制御値が外部ＰＷＭ制御信号ＣＮＴ４として与えられる。例えば、この外部ＰＷＭ制御信号ＣＮＴ４は、ＰＷＭ信号である。そして、帰還制御装置４、外部ＰＷＭ制御信号ＣＮＴ４に基づき動作する場合、外部ＰＷＭ制御信号ＣＮＴ４と同じＰＷＭ信号を出力する。
【００６０】
ＰＷＭデューティキャプチャ部４１は、外部ＰＷＭ制御信号ＣＮＴ４のデューティ比に対応する誤差積分値ＩＮＴＧ４を第４の誤差積分値として出力する。つまり、誤差積分値ＩＮＴＧ４を制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして利用した場合、ＰＷＭ信号生成部１７は、外部ＰＷＭ制御信号ＣＮＴ４と同じデューティ比のＰＷＭ信号を出力する。なお、誤差積分値ＩＮＴＧ４は、正確には誤差に制御信号と帰還データとの誤差を積算したものではなく、他の誤差積分値に相当する値として生成されるものである。
【００６１】
比較部４２は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２、及び誤差積分値ＩＮＴＧ４を比較して、最も小さい誤差積分値に該当する誤差積分値を判定し、最も小さい誤差積分値を示す選択信号ＳＥＬを出力する。
【００６２】
選択部４３は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２、及び誤差積分値ＩＮＴＧ４のうち選択信号ＳＥＬで示された誤差積分値を選択し、選択した誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして出力する。
【００６３】
積分値更新部４４は、第１の誤差積分器１１及び第２の誤差積分器１３のうち選択信号ＳＥＬで示された誤差積分値を保持する誤差積分器以外の誤差積分器を選択し、選択した誤差積分器に保持されている誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢで更新する。より具体的には、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１又は第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２が最も小さな誤差積分値である場合、積分値更新部４４は、大きな値を有する誤差積分値を小さな値を有する誤差積分値で更新する。また、積分値更新部４４は、誤差積分値ＩＮＴＧ４が最も小さな値である場合、誤差積分値ＩＮＴＧ４により第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１及び第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を更新する。
【００６４】
実施の形態４にかかる帰還制御装置４では、２つの制御ループに加え外部入力による制御にも対応する。このとき、帰還制御装置４では、積分値更新部４４の動作により誤差値を加算する前の２つの誤差積分値が常に同じ値に維持され、かつ、最も小さな誤差積分値が制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして生成される。これにより、実施の形態４にかかる帰還制御装置４では、２つの制御ループと外部入力による制御との間で制御方式を切り替えた場合においても、実施の形態１と同様に制御値ＣＮＴ＿ＦＢの連続性を確保することができる。そして、帰還制御装置４においても、実施の形態１にかかる帰還制御装置１と同様に、制御方式の切り替わり時に制御値ＣＮＴ＿ＦＢの連続性が確保されることから、制御方式の切り替えに伴う制御対象回路の出力状態の安定性を向上させることができる。
【００６５】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１〜４ 帰還制御装置
１０、１２、３０ 誤差算出部
１１、１３ 誤差積分器
１４、３２、４２ 比較部
１５、３３、４３ 選択部
１６、３４、４４ 積分値更新部
１７ ＰＷＭ信号生成部
２０、２３ 制御対象回路
２１、２２、２４、２５、２６ 測定部
４１ デューティキャプチャ部
４４ 積分値更新部
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御ループの切り替え方法及び帰還制御装置に関し、特に複数の制御ループを負荷の状況に応じて切り替えて１つの制御対象を制御する負荷適応型制御ループの切り替え方法及び負荷適応型帰還制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路では、負帰還制御により、制御対象回路の出力状態を安定的に制御することが多く行われる。このような負帰還制御を用いる帰還制御装置では、制御対象回路の出力状態のモードに応じて複数の制御ループを切り替えて利用する場合がある。このように、制御ループを切り替えて制御対象回路の動作モードを切り替える技術が特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１では、モータから得られる帰還値に基づきモータを制御するＰＩ制御モードと、速度制御手段より供給される制御信号に基づきモータを制御する速度負荷トルク推定制御モードと、を切り替えながらモータを制御するモータ速度制御装置が開示されている。ＰＩ制御モードは主にモータの通常回転動作において用いられ、速度負荷トルク推定制御モードは主にモータを低速で回転させる低速回転動作において用いられる。
【０００４】
特許文献１に記載のモータ速度制御装置は、周波数発電機と、周期計測手段と、比較手段と、速度制御手段と、補正手段と、駆動手段と、速度負荷トルク推定手段と、を有する。周波数発電機は、モータの回転速度に比例した周波数信号を発生する。周期計測手段は、周波数信号の周期を計測しモータの平均回転速度に比例した平均速度信号を出力する。比較手段は、速度指令信号と速度帰還信号の差分を求める。速度制御手段は、比較手段の出力に比例・積分の制御補償を行い制御信号を出力する。補正手段は、制御信号を補正し補正信号を出力する。駆動手段は、補正信号に応じた駆動電流をモータに供給する。速度負荷トルク推定手段は、制御信号よりモータの回転速度を推定し得られた速度推定信号を速度帰還信号として比較手段に出力し、平均速度信号と速度推定信号とを比較しその速度誤差により負荷トルク推定信号を生成して補正手段に出力する。
【０００５】
そして、特許文献１に記載のモータ速度制御装置は、ＰＩ制御モードから速度負荷トルク推定制御モードに切り替える際に、負荷トルク推定信号を速度制御手段における積分値に基づいて初期化し、その後積分値をゼロで初期化する。また、速度負荷トルク推定制御モードからＰＩ制御モードに移行するときは、速度制御手段における積分値を負荷トルク推定信号に基づいて初期化する。
【０００６】
特許文献１のモータ速度制御装置は、上記構成により、ＰＩ制御モードと速度負荷トルク推定制御モードとの切り替え時に、モータに発生する負荷トルクを補償するＤＣ成分の連続性を保つ。そして、特許文献１のモータ速度制御装置は、移行時にモータの動作を安定させると共に、移行を高速かつ正確に行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１７４４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１では、ＰＩ制御モードと速度負荷トルク推定制御モードとを切り換えた時に、モータに発生する負荷トルクを補償するＤＣ成分の連続性を保つことができる。しかし、特許文献１では、外部から与えられる指示（例えば、モード切り替え指示）により制御モードを切り換える。つまり、特許文献１では、モータの負荷トルク、つまり制御対象回路の負荷状態が変動したことに応じて制御モードを切り換えることができない問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる負荷適応型制御ループ切り替え方法の一態様は、制御対象回路の出力状態から得られる第１の帰還データと第１の制御ループ指示値との誤差を示す第１の誤差値に基づき前記制御対象回路の出力状態を制御する出力信号を生成して、前記制御対象回路から得られる第１の帰還データを前記第１の制御ループ指示値に近づける第１の制御ループと、前記制御対象回路の出力状態から得られる第２の帰還データと第２の制御ループ指示値との誤差を示す第２の誤差値に基づき前記制御対象回路の出力状態を制御する前記出力信号を生成して、前記制御対象回路から得られる第２の帰還データを前記第２の制御ループ指示値に近づける第２の制御ループと、を有する負荷適応型帰還制御装置の制御ループ切り替え方法であって、第１の誤差積分値に現周期で得られた前記第１の誤差値を加算して前記第１の誤差積分値を更新し、第２の誤差積分値に現周期で得られた前記第２の誤差値を加算して前記第２の誤差積分値を更新し、更新後の前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値に基づき前記出力前記を生成し、更新後の前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値で更新後の前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値のうち前記出力信号の生成に用いられなかった誤差積分値を更新する。
【００１０】
本発明にかかる負荷適応型帰還制御装置の一態様は、第１の誤差積分値を保持し、制御対象回路の出力状態から得られる第１の帰還データと第１の制御ループ指示値との誤差を示す第１の誤差値を、保持している前記第１の誤差積分値に加算して前記第１の誤差積分値を更新する第１の誤差積分器と、第２の誤差積分値を保持し、前記制御対象回路の出力状態から得られる第２の帰還データと第２の制御ループ指示値との誤差を示す第２の誤差値を、保持している前記第２の誤差積分値に加算して前記第２の誤差積分値を更新する第２の誤差積分器と、前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値を制御値として出力する選択部と、前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値により前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち前記制御値として用いられなかた誤差積分値を更新する積分値更新部と、
前記制御値に基づき出力信号を生成して前記制御対象回路の出力状態を制御する出力信号生成部と、を有する。
【００１１】
本発明にかかる負荷適応型制御ループ切り替え方法及び負荷適応型帰還制御装置では、制御ループにおいて生成される複数の誤差積分値のうち最も小さい誤差積分値に基づきＰＷＭ信号のデューティ比を決定する制御値を生成すると共に最も小さい誤差積分値により他の誤差積分値を更新する。これにより、本発明にかかる負荷適応型制御ループ切り替え方法及び負荷適応型帰還制御装置は、一方の制御ループによる制御対象回路の出力状態が他方の制御ループによる制御対象回路の出力状態を満たしたことに応じて、制御値として利用される誤差積分値が切り替えられる。つまり、本発明にかかる負荷適応型制御ループ切り替え方法及び負荷適応型帰還制御装置では、制御対象回路の負荷の状況に応じて制御ループの切り替えることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明にかかる負荷適応型制御ループ切り替え方法及び負荷適応型帰還制御装置によれば、制御対象回路の負荷の状況に応じて制御ループの切り替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかる帰還制御装置のブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかる帰還制御装置における制御値の決定手順を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１にかかる帰還制御装置の制御特性を示すグラフである。
【図４】実施の形態１にかかる帰還制御装置において誤差積分値の代入処理を行わずに制御ループの切り替えを行った場合の制御特性を示すグラフである。
【図５】実施の形態２にかかる帰還制御装置のブロック図である。
【図６】実施の形態２にかかる帰還制御装置の制御特性を示すグラフである。
【図７】実施の形態３にかかる帰還制御装置のブロック図である。
【図８】実施の形態４にかかる帰還制御装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本発明にかかる帰還制御装置は、制御対象回路の負荷の状態に応じて制御ループの切り換えを行う負荷適応型帰還制御装置である。以下の説明では、この負荷適応型帰還制御装置を単に帰還制御装置と称して説明を行う。また、以下の説明では、制御対象回路を制御する出力信号としてＰＷＭ信号を生成する帰還制御装置について説明するが、本発明における出力信号は、ＰＷＭ信号に限られず、アナログ信号である場合も含む。
【００１５】
図１に実施の形態１にかかる帰還制御装置のブロック図を示す。図１に示すように、実施の形態１にかかる帰還制御装置は、モータを制御対象回路２０とするものである。また、図１では、制御対象回路２０の出力状態に応じた帰還データを生成する回路として、第１の測定部２１及び第２の測定部２２を示した。第１の測定部２１は、モータの回転速度を検出して、モータの回転速度に応じた第１の帰還データＦＢ１を出力する。第２の測定部２２は、モータを駆動する駆動電流を検出し、駆動電流の大きさに応じた第２の帰還データＦＢ２を出力する。
【００１６】
図１に示すように、帰還制御装置１は、第１の誤差算出部１０、第１の誤差積分器１１、第２の誤差算出部１２、第２の誤差積分器１３、比較部１４、選択部１５、積分値更新部１６、ＰＷＭ信号生成部１７を有する。
【００１７】
第１の誤差算出部１０は、第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１と第１の帰還データＦＢ１との間の誤差を示す第１の誤差値ＥＲＲ１を算出する。第１の誤差積分器１１は、第１の誤差値ＥＲＲ１を積分した第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を生成する。より具体的には、第１の誤差積分器１１は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を保持し、ＰＷＭ信号の周期毎に保持している第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１に誤差値ＥＲＲ１を加算することで第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を更新する。
【００１８】
第２の誤差算出部１２は、第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２と第２の帰還データＦＢ２との間の誤差を示す第２の誤差値ＥＲＲ２を算出する。第２の誤差積分器１３は、第２の誤差値ＥＲＲ２を積分した第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を生成する。より具体的には、第２の誤差積分器１３は、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を保持し、ＰＷＭ信号の周期毎に保持している第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２に誤差値ＥＲＲ２を加算することで第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を更新する。
【００１９】
比較部１４は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２とを比較して、最も小さい誤差積分値に該当する誤差積分値を判定し、最も小さい誤差積分値を示す選択信号ＳＥＬを出力する。実施の形態１にかかる帰還制御装置１では、誤差積分値は２つである。そのため、実施の形態１にかかる帰還制御装置１の比較部１４は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２とのうち小さい方の誤差積分値を示す選択信号ＳＥＬを出力する。
【００２０】
選択部１５は、選択信号ＳＥＬに応じて第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２とのいずれか一方を選択し、選択した誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして出力する。より具体的には、選択部１５は、選択信号ＳＥＬにより示される値が小さい誤差積分値を選択し、選択した誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして出力する。
【００２１】
積分値更新部１６は、選択信号ＳＥＬに応じて第１の誤差積分器１１と第２の誤差積分器１３とのいずれか一方を選択し、選択した側の誤差積分器に保持されている誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢで更新する。より具体的には、積分値更新部１６は、選択信号ＳＥＬにより示される値が小さい側の誤差積分値を保持している誤差積分器以外の誤差積分器を選択し、選択した誤差積分器に保持されている誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢで更新する。
【００２２】
ＰＷＭ信号生成部１７は、制御値ＣＮＴ＿ＦＢに基づきＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。そして、ＰＷＭ信号生成部１７は、決定されたデューティ比のＰＷＭ信号を制御対象回路２０に与える。
【００２３】
帰還制御装置１は、第１の制御ループと第２の制御ループとのいずれか一方を用いて制御対象回路２０の出力状態を制御する。この第１の制御ループは、第１の誤差算出部１０、第１の誤差積分器１１、選択部１５、ＰＷＭ信号生成部１７、制御対象回路２０、第１の測定部２１を含む。また、第２の制御ループは、第２の誤差算出部１２、第２の誤差積分器１３、選択部１５、ＰＷＭ信号生成部１７、制御対象回路２０、第２の測定部２２を含む。
【００２４】
第１の制御ループは、制御対象回路２０の出力状態から得られる第１の帰還データＦＢ１と第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１との誤差を示す第１の誤差値ＥＲＲ１に基づきデューティ比が決定されるＰＷＭ信号を生成する。より具体的には、第１の制御ループでは、第１の誤差値ＥＲＲ１から第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を生成し、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１によりＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。そして、第１の制御ループを用いて動作する帰還制御装置１は、このＰＷＭ信号を用いて制御対象回路２０の出力状態を制御し、制御対象回路２０から得られる第１の帰還データＦＢ１を第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１に近づける。なお、実施の形態１では、第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１としてモータの回転数を指示する定回転指示値を用いる。
【００２５】
第２の制御ループは、制御対象回路２０の出力状態から得られる第２の帰還データＦＢ２と第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２との誤差を示す第２の誤差値ＥＲＲ２に基づきデューティ比が決定されるＰＷＭ信号を生成する。より具体的には、第２の制御ループでは、第２の誤差値ＥＲＲ２から第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を生成し、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２によりＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。そして、第２の制御ループを用いて動作する帰還制御装置１は、制御対象回路２０から得られる第２の帰還データＦＢ２を第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２に近づける。なお、実施の形態１では、第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２としてモータを駆動する駆動電流の大きさを指示する定電流指示値を用いる。
【００２６】
ここで、帰還制御装置１における制御値ＣＮＴ＿ＦＢの決定手順についてさらに詳細に説明する。図２に、実施の形態１にかかる帰還制御装置１における制御値ＣＮＴ＿ＦＢの決定手順を示すフローチャートを示す。なお、帰還制御装置１は、ＰＷＭ信号の周期毎にこの決定手順を繰り返し実行する。
【００２７】
図２に示すように、帰還制御装置１は、まず、第１の制御ループの誤差値ＥＲＲ１を算出する（ステップＳ１）。続いて、第１の制御ループの第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を更新する（ステップＳ２）。より具体的には、ステップＳ２では、第１の誤差積分器１１に保持されている第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１にステップＳ１で算出された第１の誤差値ＥＲＲ１を加算することで第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１の値を更新する。
【００２８】
続いて、帰還制御装置１は、第２の制御ループの誤差値ＥＲＲ２を算出する（ステップＳ３）。続いて、第２の制御ループの第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を更新する（ステップＳ４）。より具体的には、ステップＳ４では、第２の誤差積分器１３に保持されている第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２にステップＳ３で算出された第２の誤差値ＥＲＲ２を加算することで第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２の値を更新する。
【００２９】
続いて、帰還制御装置１は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２とのうち最も小さな誤差積分値を判定する（ステップＳ５）。実施の形態１では誤差積分値は２つであるため、ステップＳ５では、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２との大小関係に基づき、どちらの誤差積分値が小さいかを判定する。
【００３０】
そして、ステップＳ５において第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１が第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２以下であると判断された場合（ステップＳ５のＹＥＳの枝）、制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を出力する（ステップＳ６）。また、この場合、第２の制御ループの第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１で更新する（ステップＳ７）。
【００３１】
一方、ステップＳ５において第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２の方が第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１よりも大きい判断された場合（ステップＳ５のＮＯの枝）、制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を出力する（ステップＳ８）。また、この場合、第２の制御ループの第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２で更新する（ステップＳ９）。
【００３２】
続いて、実施の形態１にかかる帰還制御装置１の動作について説明する。図３に実施の形態１にかかる帰還制御装置１の制御特性を示すグラフを示す。図３に示すように、帰還制御装置１は、モータの回転速度が低い期間はモータを定電流動作により駆動する。定電流駆動では、帰還制御装置１は、第２の制御ループを用いて、駆動電流の大きさを示す第２の帰還データＦＢ２が第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２となるようにＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。一方、帰還制御装置１は、モータの回転速度が第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１となる期間はモータを定回転動作により駆動する。定回転動作では、帰還制御装置１は、第１の制御ループを用いて、モータの回転速度を示す第１の帰還データＦＢ１が第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１となるようにＰＷＭ信号のデューティ比を決定する。
【００３３】
ここで、定電流駆動を行う回転動作領域（例えば、定電流動作領域）と定回転駆動を行う回転動作領域（例えば、定回転動作領域）との切り替え動作について説明する。まず、帰還制御装置１では、図２のステップＳ６〜Ｓ９の動作によって、ＰＷＭ信号の周期の開始時点において第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２とが同一の値となっている。
【００３４】
モータの回転速度が第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１（例えば、定回転指示値）で示される回転速度よりも遅い場合、定電流動作領域における定電流駆動が行われる。定電流動作領域では、モータの回転速度が第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１で示される回転速度より遅いため、第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１と第１の帰還データＦＢ１との差が大きい。つまり、定電流動作領域においては、第１の誤差値ＥＲＲ１が大きくなる。一方、定電流動作領域においては、モータが第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２で示される値に応じた大きさの駆動電流で駆動されるため、第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２と第２の帰還データＦＢ２との差は小さい。つまり、定電流動作領域においては、第２の誤差値ＥＲＲ２は第１の誤差値ＥＲＲ１よりも小さくなる。つまり、定電流動作領域では、図２のステップＳ４が終了した時点において、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１よりも大きくなる。従って、定電流動作領域においては、帰還制御装置１は、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を制御値ＣＮＴ＿ＦＢとする。そして、帰還制御装置１は、制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして選択した第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２により第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を更新する。
【００３５】
そして、定電流動作を継続するとモータの回転速度が徐々に速くなり、第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１と第１の帰還データＦＢ１との誤差が小さくなる。そして、第１の誤差値ＥＲＲ１と第２の誤差値ＥＲＲ２との大小関係が逆転した時点で、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１が第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２との大小関係も逆転する。これにより、帰還制御装置１は、制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして用いる誤差積分値を第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２から第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１に切り替える。つまり、帰還制御装置１は、利用する制御ループを第２の制御ループから第１の制御ループに切り替える。このとき、帰還制御装置１では、非選択状態の制御ループ中の誤差積分値を選択状態の制御ループ中の誤差積分値により常に更新しているため、制御ループの切り替え時に制御値ＣＮＴ＿ＦＢが不連続になることがない。そのため、帰還制御装置１では、回転速度が安定させながら制御ループの切り替えを行うことができる。
【００３６】
そして、定回転動作領域においては、モータの回転速度が第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１とほぼ等しく、駆動電流と第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２で示される値との差が定電流動作領域の場合よりも大きくなる。つまり、定回転動作領域においては、第１の誤差値ＥＲＲ１が小さく、第２の誤差値ＥＲＲ２が大きくなる。これにより、定回転動作領域では、図２のステップＳ４が終了した時点において、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１は、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２よりも大きくなる。従って、定回転動作領域においては、帰還制御装置１は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１を制御値ＣＮＴ＿ＦＢとする。そして、帰還制御装置１は、制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして選択した第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１により第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を更新する。
【００３７】
また、定回転動作中にモータの負荷トルクが大きくなる等の原因によりモータの回転速度が低下した場合、帰還制御装置１では、第１の誤差値ＥＲＲ１が第２の誤差値ＥＲＲ２よりも大きくなる。このとき、帰還制御装置１では、定回転動作領域において、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２が第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１により更新されている。そのため、誤差値の大小関係の逆転に伴い、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２との大小関係も逆転する。そして、この誤差積分値の大小関係の逆転が生じると、帰還制御装置１は、制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして利用する誤差積分値を第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１から第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２に切り替える。つまり、つまり、帰還制御装置１は、利用する制御ループを第１の制御ループから第２の制御ループに切り替え、モータの駆動方式を定回転動作から定電流動作に切り替える。このとき、帰還制御装置１では、非選択状態の制御ループ中の誤差積分値を選択状態の制御ループ中の誤差積分値により常に更新しているため、制御ループを第１の制御ループから第２の制御ループに切り替えた場合においても制御値ＣＮＴ＿ＦＢが不連続になることがない。そのため、帰還制御装置１では、回転速度が安定させながら制御ループの切り替えを行うことができる。
【００３８】
ここで、比較例として、帰還制御装置１において誤差積分値の代入処理を行わずに制御ループの切り替えを行った場合の動作について説明する。図４に、実施の形態１にかかる帰還制御装置１において誤差積分値の代入処理を用いない場合の制御特性を示す。図４に示すように、誤差積分値の代入処理を行わない場合、制御ループの切り替え時にモータの回転速度が不安定になる。これは、誤差積分値の代入処理を行わない場合、制御ループの切り替え時に制御値ＣＮＴ＿ＦＢの値が不連続になるためである。
【００３９】
まず、定電流動作領域から定回転動作領域に切り替える場合、つまり、制御ループを第２の制御ループから第１の制御ループに切り替えた場合について説明する。この場合、定回転動作に利用される第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１は、定電流動作領域において第１の誤差値ＥＲＲ１が積分されることで大きな値となっている。つまり、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１は、回転速度を上昇させることを指示する値となっている。そのため、第２の制御ループから第１の制御ループの切り替わり時に、モータの回転速度が第１の制御ループ指示値で示される値よりも速くなり、回転速度が収束するまでに時間を要する。
【００４０】
続いて、定回転動作領域から定電流動作領域に切り替える場合、つまり、制御ループを第１の制御ループから第２の制御ループに切り替えた場合について説明する。この場合、定電流動作に利用される第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２は、定回転動作領域において第２の誤差値ＥＲＲ２が積分されることで大きな値又は小さな値となっている。つまり、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２は、駆動電流を小さくすること又は大きくすることを指示する値となっている。そのため、第１の制御ループから第２の制御ループの切り替わり時に、モータの駆動電流が第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２で示される値よりも小さくなるか大きくなるかのいずれかの状態となり、モータの回転速度が定電流にて駆動される状態に収束するまでに時間を要する。なお、図３では、定回転動作中に第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２が大きな値となり、定電流動作に移行した後に駆動電流が第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２で示される値よりも小さくなる場合を示すものである。
【００４１】
上記説明より、実施の形態１にかかる帰還制御装置１では、複数の制御ループのそれぞれに設けられる誤差積分値のうち最も小さな誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢとすると共に、最も小さな誤差積分値で他の誤差積分値を常に更新する。これにより、帰還制御装置１では、誤差値の大小関係が逆転したことに応じて制御ループが切り替わる。つまり、実施の形態１にかかる帰還制御装置１は、制御対象回路２０の出力状態（又は負荷状態）に応じて制御ループを切り換える負荷適応型帰還制御装置として動作することができる。また、帰還制御装置１では、当該制御ループの切り替わり時の制御値ＣＮＴ＿ＦＢの連続性を確保することができる。また、帰還制御装置１では、制御値ＣＮＴ＿ＦＢの連続性が確保されることから、制御ループの切り替わり時に制御対象回路２０の出力状態の安定性を維持することができる。
【００４２】
また、実施の形態１にかかる帰還制御装置１では、モータの起動不良を回避することができる。まず、モータは、駆動回路がＰＷＭ信号に応じて生成する駆動信号に基づき動作する。そして、モータの停止状態において大きなトルク負荷がかかっている場合において、定回転動作のみでモータを起動する場合、モータが回転しないため駆動回路はトルク負荷より大きなトルクをモータに与えるために大きな駆動電流を流す。しかし、駆動回路を構成するトランジスタを焼損から保護するために、許容される駆動電流によってもモータが回転しない場合、駆動電流を小さくする処理が行われる。このような制限が行われた場合、モータのトルク負荷が小さくなってもモータの駆動電流が制限されているためにモータが起動できない場合がある。なお、このような起動不良を回避するために定電流動作のみによりモータを制御した場合、モータのトルク変動によってモータの回転速度が変動するため、モータを定回転速度で制御することができない問題がある。しかし、実施の形態１にかかる帰還制御装置１では、モータのトルク負荷が大きく、モータが停止状態を維持する場合においてはモータを定電流動作により駆動回路の焼損を防止しながら、定電流動作において出力される駆動電流によりモータが回転可能な程度にモータトルク負荷が小さくなった時点でモータを起動することができる。そして、モータが所望の回転速度に達した時点でモータを定回転動作により制御することができる。
【００４３】
実施の形態２
実施の形態２では、実施の形態１にかかる帰還制御装置１を用いて電源回路を制御する例について説明する。そこで、図２に、実施の形態２にかかる帰還制御装置２のブロック図を示す。図２に示すように、帰還制御装置２を構成する機能ブロックは実施の形態１にかかる帰還制御装置１と実質的に同じものである。そこで、実施の形態２の説明では、実施の形態１と同じ構成要素については、実施の形態１の説明と同じ符号を用いて説明を省略する。
【００４４】
図２に示すように、実施の形態２にかかる帰還制御装置２は、制御対象回路２３として電源回路を制御する。また、制御対象回路の変更に合わせて、第１の測定部２１及び第２の測定部２２は、第１の測定部２４及び第２の測定部２５に変更される。第１の測定部２４は、電源回路の出力電圧をモニタし、出力電圧に応じた第１の帰還データＦＢ１を出力する。第２の測定部２５は、電源回路の出力電流をモニタし、出力電流に応じた第２の帰還データＦＢ２を出力する。また、実施の形態２では、制御対象回路の変更に伴い、帰還制御装置２には、第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１として定電圧指示値が入力され、第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２として定電流指示値が入力される。
【００４５】
続いて、実施の形態２における帰還制御装置２の動作について説明する。そこで、図６に実施の形態２にかかる帰還制御装置２の制御特性を示すグラフを示す。図６に示すように、実施の形態２にかかる帰還制御装置２では、電源回路の出力電圧が第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１に達するまでの期間は定電流動作を行う。そして、出力電圧に対応する第１の帰還データＦＢ１と第１の制御ループ指示値ＣＮＴ１との誤差を示す第１の誤差値ＥＲＲ１と、出力電流に対応する第２の帰還データＦＢ２と第２の制御ループ指示値ＣＮＴ２との誤差を示す第２の誤差値ＥＲＲ２と、の大小関係の逆転に伴い第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２との大小関係が逆転したことに応じて、帰還制御装置２は、制御ループを第２の制御ループから第１の制御ループへと切り替える。また、電源回路が出力電流を供給する負荷回路で消費される負荷電流が増加して、出力電圧が低下して第１の誤差値ＥＲＲ１と、第２の誤差値ＥＲＲ２と、の大小関係の逆転に伴い第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１と第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２との大小関係が逆転したことに応じて、帰還制御装置２は、制御ループを第１の制御ループから第２の制御ループへと切り替える。
【００４６】
このとき、実施の形態２にかかる帰還制御装置２では、制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして利用する誤差積分値により制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして選択されない誤差積分値を常に更新する。そのため、実施の形態２においても帰還制御装置１では、制御ループの切り替え時に制御値ＣＮＴ＿ＦＢの連続性が確保され、出力電圧の安定性が維持される。
【００４７】
また、制御対象回路が電源回路である場合、電源回路を構成するトランジスタの焼損を避けるために電源回路はフの字特性とすることがある。このようなフの字特性を有する電源回路の場合、負荷回路の動作開始時の負荷電流が大きい場合に出力電圧が十分に上昇せずに起動不良となる場合がある。しかし、実施の形態２にかかる帰還制御装置２を利用することとで、動作開始時の負荷電流が大きい場合であっても、定電流動作により起動可能になった時点で、負荷回路を起動することができ、かつ定電流動作モードから定電圧動作モードへ切り替わった時に、過大な出力キャパシタや出力電圧クランプ回路(出力過電圧保護回路)を用いる事なく、出力にスパイク状の過電圧が発生する事を抑制することが出来る。
【００４８】
このように、本発明にかかる帰還制御装置では、制御対象回路が電源回路であったとしても、制御ループの切り替え時に制御対象回路の出力状態の安定性を確保することができる。また、実施の形態２の説明は、本発明にかかる帰還制御装置は、制御対象回路が複数の制御ループの切り替えにより制御されるものであれば、制御ループの切り替え時に制御対象回路の出力状態を安定に維持することを示すものである。
【００４９】
実施の形態３
実施の形態３にかかる帰還制御装置３のブロック図を図７に示す。なお、実施の形態３の説明では、実施の形態１と同じ構成要素に実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００５０】
図７に示すように、実施の形態３にかかる帰還制御装置３は、実施の形態１にかかる帰還制御装置１に３つ目の制御ループに対応した機能ブロックを追加下ものである。具体的には、帰還制御装置３は、帰還制御装置１に、第３の誤差算出部３０及び第３の誤差積分器３１を追加したものである。また、帰還制御装置３は、第３の誤差積分器３１の追加に伴い、比較部１４、選択部１５、積分値更新部１６に代えて比較部３２、選択部３３、積分値更新部３４を備える。
【００５１】
また、図７に示すように、実施の形態３では、３つ目の制御ループを構成するために、第３の測定部２６が追加される。第３の測定部２６は、モータの温度をモニタし、温度に対応した第３の帰還データＦＢ３を出力する。さらに、実施の形態３にかかる帰還制御装置３には、第３の制御ループに対する指示値として、第３の制御ループ指示値ＣＮＴ３が与えられる。第３の制御ループ指示値ＣＮＴ３は、モータの温度、駆動対象物或いは環境温度を指定する温度制御指示値である。
【００５２】
第３の誤差算出部３０は、第３の制御ループ指示値ＣＮＴ３と第３の帰還データＦＢ３との間の誤差を示す第３の誤差値ＥＲＲ３を算出する。第３の誤差積分器３１は、第３の誤差値ＥＲＲ３を積分した第３の誤差積分値ＩＮＴＧ３を生成する。より具体的には、第３の誤差積分器３１は、第３の誤差積分値ＩＮＴＧ３を保持し、ＰＷＭ信号の周期毎に保持している第３の誤差積分値ＩＮＴＧ３に誤差値ＥＲＲ３を加算することで第３の誤差積分値ＩＮＴＧ３を更新する。
【００５３】
比較部３２は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１から第３の誤差積分値ＩＮＴＧ３の値を比較して、最も小さい誤差積分値に該当する誤差積分値を判定し、最も小さい誤差積分値を示す選択信号ＳＥＬを出力する。
【００５４】
選択部３３は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２、及び第３の誤差積分値ＩＮＴＧ３のうち選択信号ＳＥＬで示された誤差積分値を選択し、選択した誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして出力する。
【００５５】
積分値更新部３４は、第１の誤差積分器１１、第２の誤差積分器１３、及び、第３の誤差積分器３１のうち選択信号ＳＥＬで示された誤差積分値を保持する誤差積分器以外の誤差積分器を選択し、選択した誤差積分器に保持されている誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢで更新する。つまり、積分値更新部３４により誤差積分値が更新された後は、第１の誤差積分器１１、第２の誤差積分器１３、及び、第３の誤差積分器３１に保持されている誤差積分値は、更新前に最も小さな値の誤差積分値と等しくなる。
【００５６】
実施の形態３にかかる帰還制御装置３では、３つの制御ループに基づき動作するが、積分値更新部３４の動作により誤差値を加算する前の３つの誤差積分値が常に同じ値に維持される。これにより、実施の形態３にかかる帰還制御装置３では、３つの制御ループの間で制御ループを切り替えた場合においても、実施の形態１と同様に制御値ＣＮＴ＿ＦＢの連続性を確保することができる。そして、帰還制御装置３においても、実施の形態１にかかる帰還制御装置１と同様に、制御ループの切り替わり時に制御値ＣＮＴ＿ＦＢの連続性が確保されることから、制御ループの切り替えに伴う制御対象回路の出力状態の安定性を向上させることができる。
【００５７】
実施の形態４
実施の形態４にかかる帰還制御装置４のブロック図を図８に示す。なお、実施の形態４の説明では、実施の形態１と同じ構成要素に実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。
【００５８】
図８に示すように、実施の形態４にかかる帰還制御装置４は、実施の形態１にかかる帰還制御装置１にＰＷＭ信号のデューティ比を外部から直接制御する非線形ＰＷＭ回転制御値を入力する経路を追加したものである。具体的には、帰還制御装置４は、帰還制御装置１に、ＰＷＭデューティキャプチャ部４１が追加される。また、帰還制御装置４は、ＰＷＭデューティキャプチャ部４１の追加に伴い、比較部１４、選択部１５、積分値更新部１６に代えて比較部４２、選択部４３、積分値更新部４４を備える。
【００５９】
また、図８に示すように、実施の形態４にかかる帰還制御装置４には、非線形ＰＷＭ回転制御値が外部ＰＷＭ制御信号ＣＮＴ４として与えられる。例えば、この外部ＰＷＭ制御信号ＣＮＴ４は、ＰＷＭ信号である。そして、帰還制御装置４、外部ＰＷＭ制御信号ＣＮＴ４に基づき動作する場合、外部ＰＷＭ制御信号ＣＮＴ４と同じＰＷＭ信号を出力する。
【００６０】
ＰＷＭデューティキャプチャ部４１は、外部ＰＷＭ制御信号ＣＮＴ４のデューティ比に対応する誤差積分値ＩＮＴＧ４を第４の誤差積分値として出力する。つまり、誤差積分値ＩＮＴＧ４を制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして利用した場合、ＰＷＭ信号生成部１７は、外部ＰＷＭ制御信号ＣＮＴ４と同じデューティ比のＰＷＭ信号を出力する。なお、誤差積分値ＩＮＴＧ４は、正確には誤差に制御信号と帰還データとの誤差を積算したものではなく、他の誤差積分値に相当する値として生成されるものである。
【００６１】
比較部４２は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２、及び誤差積分値ＩＮＴＧ４を比較して、最も小さい誤差積分値に該当する誤差積分値を判定し、最も小さい誤差積分値を示す選択信号ＳＥＬを出力する。
【００６２】
選択部４３は、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１、第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２、及び誤差積分値ＩＮＴＧ４のうち選択信号ＳＥＬで示された誤差積分値を選択し、選択した誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして出力する。
【００６３】
積分値更新部４４は、第１の誤差積分器１１及び第２の誤差積分器１３のうち選択信号ＳＥＬで示された誤差積分値を保持する誤差積分器以外の誤差積分器を選択し、選択した誤差積分器に保持されている誤差積分値を制御値ＣＮＴ＿ＦＢで更新する。より具体的には、第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１又は第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２が最も小さな誤差積分値である場合、積分値更新部４４は、大きな値を有する誤差積分値を小さな値を有する誤差積分値で更新する。また、積分値更新部４４は、誤差積分値ＩＮＴＧ４が最も小さな値である場合、誤差積分値ＩＮＴＧ４により第１の誤差積分値ＩＮＴＧ１及び第２の誤差積分値ＩＮＴＧ２を更新する。
【００６４】
実施の形態４にかかる帰還制御装置４では、２つの制御ループに加え外部入力による制御にも対応する。このとき、帰還制御装置４では、積分値更新部４４の動作により誤差値を加算する前の２つの誤差積分値が常に同じ値に維持され、かつ、最も小さな誤差積分値が制御値ＣＮＴ＿ＦＢとして生成される。これにより、実施の形態４にかかる帰還制御装置４では、２つの制御ループと外部入力による制御との間で制御方式を切り替えた場合においても、実施の形態１と同様に制御値ＣＮＴ＿ＦＢの連続性を確保することができる。そして、帰還制御装置４においても、実施の形態１にかかる帰還制御装置１と同様に、制御方式の切り替わり時に制御値ＣＮＴ＿ＦＢの連続性が確保されることから、制御方式の切り替えに伴う制御対象回路の出力状態の安定性を向上させることができる。
【００６５】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１〜４ 帰還制御装置
１０、１２、３０ 誤差算出部
１１、１３ 誤差積分器
１４、３２、４２ 比較部
１５、３３、４３ 選択部
１６、３４、４４ 積分値更新部
１７ ＰＷＭ信号生成部
２０、２３ 制御対象回路
２１、２２、２４、２５、２６ 測定部
４１ デューティキャプチャ部
４４ 積分値更新部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象回路の出力状態から得られる第１の帰還データと第１の制御ループ指示値との誤差を示す第１の誤差値に基づき前記制御対象回路の出力状態を制御する出力信号を生成して、前記制御対象回路から得られる第１の帰還データを前記第１の制御ループ指示値に近づける第１の制御ループと、
前記制御対象回路の出力状態から得られる第２の帰還データと第２の制御ループ指示値との誤差を示す第２の誤差値に基づき前記制御対象回路の出力状態を制御する前記出力信号を生成して、前記制御対象回路から得られる第２の帰還データを前記第２の制御ループ指示値に近づける第２の制御ループと、を有する負荷適応型帰還制御装置の制御ループ切り替え方法であって、
第１の誤差積分値に現周期で得られた前記第１の誤差値を加算して前記第１の誤差積分値を更新し、
第２の誤差積分値に現周期で得られた前記第２の誤差値を加算して前記第２の誤差積分値を更新し、
更新後の前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値に基づき前記出力前記を生成し、
更新後の前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値で更新後の前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値のうち前記出力信号の生成に用いられなかった誤差積分値を更新する制御ループ切り替え方法。
【請求項２】
前記制御対象回路の出力状態から得られる第３の帰還データと第３の制御ループ指示値との誤差を示す第３の誤差値に基づき前記制御対象回路の出力状態を制御する前記出力信号を生成して、前記制御対象回路から得られる第３の帰還データを前記第３の制御ループ指示値に近づける第３の制御ループをさらに備え、
第３の誤差積分値に現周期で得られた前記第３の誤差値を加算して前記第３の誤差積分値を更新し、
更新後の前記第１の誤差積分値から前記第３の誤差積分値のうち最も小さな値を示す誤積分値に基づき前記出力信号を生成し、
更新後の前記第１の誤差積分値から前記第３の誤差積分値のうち最も小さな値を示す誤差積分値で更新後の前記第１の誤差積分値から前記第３の誤差積分値のうち前記出力信号の生成に用いられなかった誤差積分値を更新する請求項１に記載の制御ループ切り替え方法。
【請求項３】
外部から入力される制御信号に対応する第４の誤差積分値を生成し、
更新後の前記第１、第２の誤差積分値と前記第４の誤差積分値のうち最も小さな値を示す誤差積分値に基づき前記出力信号を生成し、
更新後の前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値と前記第４の誤差積分値のうち最も小さな値を示す誤差積分値で更新後の前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値のうち前記出力信号の生成に用いられなかった誤差積分値を更新する請求項１又は２に記載の制御ループの切り替え方法。
【請求項４】
第１の誤差積分値を保持し、制御対象回路の出力状態から得られる第１の帰還データと第１の制御ループ指示値との誤差を示す第１の誤差値を、保持している前記第１の誤差積分値に加算して前記第１の誤差積分値を更新する第１の誤差積分器と、
第２の誤差積分値を保持し、前記制御対象回路の出力状態から得られる第２の帰還データと第２の制御ループ指示値との誤差を示す第２の誤差値を、保持している前記第２の誤差積分値に加算して前記第２の誤差積分値を更新する第２の誤差積分器と、
前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値を制御値として出力する選択部と、
前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値により前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち前記制御値として用いられなかた誤差積分値を更新する積分値更新部と、
前記制御値に基づき出力信号を生成して前記制御対象回路の出力状態を制御する出力信号生成部と、
を有する負荷適応型帰還制御装置。
【請求項１】
制御対象回路の出力状態から得られる第１の帰還データと第１の制御ループ指示値との誤差を示す第１の誤差値に基づき前記制御対象回路の出力状態を制御する出力信号を生成して、前記制御対象回路から得られる第１の帰還データを前記第１の制御ループ指示値に近づける第１の制御ループと、
前記制御対象回路の出力状態から得られる第２の帰還データと第２の制御ループ指示値との誤差を示す第２の誤差値に基づき前記制御対象回路の出力状態を制御する前記出力信号を生成して、前記制御対象回路から得られる第２の帰還データを前記第２の制御ループ指示値に近づける第２の制御ループと、を有する負荷適応型帰還制御装置の制御ループ切り替え方法であって、
第１の誤差積分値に現周期で得られた前記第１の誤差値を加算して前記第１の誤差積分値を更新し、
第２の誤差積分値に現周期で得られた前記第２の誤差値を加算して前記第２の誤差積分値を更新し、
更新後の前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値に基づき前記出力前記を生成し、
更新後の前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値で更新後の前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値のうち前記出力信号の生成に用いられなかった誤差積分値を更新する制御ループ切り替え方法。
【請求項２】
前記制御対象回路の出力状態から得られる第３の帰還データと第３の制御ループ指示値との誤差を示す第３の誤差値に基づき前記制御対象回路の出力状態を制御する前記出力信号を生成して、前記制御対象回路から得られる第３の帰還データを前記第３の制御ループ指示値に近づける第３の制御ループをさらに備え、
第３の誤差積分値に現周期で得られた前記第３の誤差値を加算して前記第３の誤差積分値を更新し、
更新後の前記第１の誤差積分値から前記第３の誤差積分値のうち最も小さな値を示す誤積分値に基づき前記出力信号を生成し、
更新後の前記第１の誤差積分値から前記第３の誤差積分値のうち最も小さな値を示す誤差積分値で更新後の前記第１の誤差積分値から前記第３の誤差積分値のうち前記出力信号の生成に用いられなかった誤差積分値を更新する請求項１に記載の制御ループ切り替え方法。
【請求項３】
外部から入力される制御信号に対応する第４の誤差積分値を生成し、
更新後の前記第１、第２の誤差積分値と前記第４の誤差積分値のうち最も小さな値を示す誤差積分値に基づき前記出力信号を生成し、
更新後の前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値と前記第４の誤差積分値のうち最も小さな値を示す誤差積分値で更新後の前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値のうち前記出力信号の生成に用いられなかった誤差積分値を更新する請求項１又は２に記載の制御ループの切り替え方法。
【請求項４】
第１の誤差積分値を保持し、制御対象回路の出力状態から得られる第１の帰還データと第１の制御ループ指示値との誤差を示す第１の誤差値を、保持している前記第１の誤差積分値に加算して前記第１の誤差積分値を更新する第１の誤差積分器と、
第２の誤差積分値を保持し、前記制御対象回路の出力状態から得られる第２の帰還データと第２の制御ループ指示値との誤差を示す第２の誤差値を、保持している前記第２の誤差積分値に加算して前記第２の誤差積分値を更新する第２の誤差積分器と、
前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値を制御値として出力する選択部と、
前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち小さな値を示す誤差積分値により前記第１の誤差積分値と前記第２の誤差積分値とのうち前記制御値として用いられなかた誤差積分値を更新する積分値更新部と、
前記制御値に基づき出力信号を生成して前記制御対象回路の出力状態を制御する出力信号生成部と、
を有する負荷適応型帰還制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２５２６６９（Ｐ２０１２−２５２６６９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２７０７４（Ｐ２０１１−１２７０７４）
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（５１１１３８１１３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（５１１１３８１１３）
【Ｆターム（参考）】
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