JP3866211B2

JP3866211B2 - アクチュエータの制御装置

Info

Publication number: JP3866211B2
Application number: JP2003089777A
Authority: JP
Inventors: 裕司安井; 孝名子下城; 栄二郎島袋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: US7071638B2; CN1519675A; EP1433983A3; JP2004252924A; US20040145321A1; EP1433983A2; CN100385360C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクチュエータの作動に応じて変化する状態値が目標値と一致するように、該アクチュエータの作動を制御するアクチュエータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクチュエータにより駆動される機構として、例えば、図１６に示したように、自動車のエンジンに連結された入力軸１００と一体に回転するカップリングスリーブ１０１と、駆動輪（図示しない）に連結されて入力軸１００に回転自在かつ軸動不可に設けられた被同期ギヤ１０２との間にシンクロナイザリング１０３を設け、シフトホーク１０４を介してアクチュエータ１０５によりカップリングスリーブ１０１を移動させることによって、カップリングスリーブ１０１と被同期ギヤ１０２の連結／遮断を切り換えるようにした変速機の同期機構１１０が知られている。
【０００３】
同期機構１１０において、カップリングスリーブ１０１は中空構造となっており、中空部の内周面にスプライン１１１が形成されている。そして、シンクロナイザリング１０３の外周面にカップリングスリーブ１０１のスプライン１１１と係合可能なスプライン１１２が形成され、被同期ギヤ１０２のシンクロナイザリング１０３と対向する部分の外周面にもカップリングスリーブ１０１のスプライン１１１と係合可能なスプライン１１３が形成されている。
【０００４】
カップリングスリーブ１０１と被同期ギヤ１０２を連結するときは、シフトホーク１０４によりカップリングスリーブ１０１が被同期ギヤ１０２の方向に移動する。そして、カップリングスリーブ１０１とシンクロナイザリング１０３とが接触してシンクロナイザリング１０３が被同期ギヤ１０２に押付けられると、シンクロナイザリング１０３と被同期ギヤ１０２間に生じる摩擦力によって被同期ギヤ１０２の回転速度が増加若しくは減少する。
【０００５】
その結果、カップリングスリーブ１０１の回転数と被同期ギヤ１０２の回転数とが同期して、カップリングスリーブ１０１のスプライン１１１がシンクロナイザリング１０３のスプライン１１２と係合し、さらにカップリングスリーブ１０１が移動してカップリングスリーブ１０１のスプライン１１１が被同期ギヤ１０２のスプライン１１３と係合する。
【０００６】
ここで、カップリングスリーブ１０１がシンクロナイザリング１０３を被同期ギヤ１０２に押付ける際のカップリングスリーブ１０１の移動速度が速すぎると、カップリングスリーブ１０１がシンクロナイザリング１０３と接触したときにカップリングスリーブ１０１が跳ね返されたり、カップリングスリーブ１０１が過大な力で被同期ギヤ１０２に押し込まれて、同期機構１１０が破損するおそれがある。
【０００７】
そこで、従来は、カップリングスリーブ１０１を被同期ギヤ１０２の方向に移動させる際に、両者の距離が所定値以下となったときにカップリングスリーブ１０１の移動速度を低下させるようにしていた。また、アクチュエータ１０５とシフトホーク１０４の間にバネ等の機械的な緩衝機構を設けて、カップリングスリーブ１０１とシンクロナイザリング１０３の接触時の衝撃を減少させる方法も知られている（特許文献１）。
【０００８】
そして、カップリングスリーブ１０１がシンクロナイザリング１０３に接触してからカップリングスリーブ１０１と被同期ギヤ１０２の係合が完了するまでの間は、カップリングスリーブ１０１をシンクロナイザリング１０３に押付ける必要があるが、この押付け力が過大となると同期機構１１０の破損が生じるおそれがある。そのため、該押付け力が予め定められた目標レベルに安定して一致するように、アクチュエータ１０５の作動を制御する必要がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開平２００２−１９５４０６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、アクチュエータの作動に応じて変化する状態値を所定の目標値に安定して一致させることができるアクチュエータの制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、アクチュエータの作動に応じて変化する第１の状態値を把握する第１の状態値把握手段と、該アクチュエータの作動に応じて変化する該第１の状態値と異なる第２の状態値を把握する第２の状態値把握手段と、前記第１の状態値が第１の目標値と一致するように、該第１の状態値と該第１の目標値との偏差の減衰挙動と減衰速度を可変的に指定可能な第１の応答指定型制御を用いて、少なくとも該偏差を第１の状態量として、該第１の状態量を変数とした第１の線形関数により規定される第１の切換関数上の平衡点に該第１の状態量を収束させるように前記アクチュエータを駆動する第１の操作量を決定すると共に、前記第２の状態値が第２の目標値と一致するように、フィードバック処理により前記第１の線形関数の演算係数を変更することによって前記第１の応答指定型制御の応答特性を決定する操作量決定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
かかる本発明によれば、例えば、前記アクチュエータに外乱が加わったときに、前記第１の状態値に基づく前記第１の応答指定型制御では該外乱の影響を排除することが困難であるときには、前記第２の状態値を前記第２の目標値と一致するように、フィードバック処理により前記第１の応答指定型制御の応答特性を決定することによって、前記外乱による影響を排除することができる。さらに、本発明によれば、詳細は後述するが、前記第１の線形関数の演算係数を変更すると外乱に対する抑制能力が変化する。そのため、前記操作量決定手段は、該演算係数を変更することにより、前記第１の応答指定型制御の応答特性を容易に変更することができる。
【００１３】
前記操作量決定手段は、前記演算係数を第２の操作量とし、前記第２の状態値と前記第２の目標値との偏差の減衰挙動と減衰速度を可変的に指定可能な第２の応答指定型制御を用いて、少なくとも該偏差を第２の状態量として、該第２の状態量を変数とした第２の線形関数により規定される第２の切換関数上の平衡点に該第２の状態量を収束させるように、前記第２の操作量を決定することを特徴とする。
【００１４】
かかる本発明によれば、前記第１の応答指定型制御の応答特性を、前記第２の応答指定型制御により決定することによって、前記第１の応答指定型制御の応答特性を発散することなく短時間で目標とする応答特性に収束させることができるため、前記アクチュエータの作動をさらに安定化させることができる。
【００１８】
さらに、本発明によれば、前記操作量決定手段は、前記演算係数を発散することなく短時間で目標値に収束させて、前記第１の応答指定型制御の応答特性を決定することができるため、前記アクチュエータの作動を安定して制御することができる。
【００１９】
また、前記アクチュエータは移動体を移動させる駆動源であり、前記第１の状態値は前記移動体の移動位置であり、前記第２の状態値は前記アクチュエータの作動により前記移動体に働く力の大きさであることを特徴とする。
【００２０】
かかる本発明によれば、前記移動体の位置を制御する前記第１の応答指定型制御の応答特性の設定により、前記移動体に働く力の大きさを制御することができる。そして、このように、１つの制御系である前記第１の応答指定型制御によって、前記移動体の移動位置と前記移動体に働く力の大きさという２つの状態値を制御することにより、該２つの状態値を別個の制御系を切り換えて行う場合に比べて、該２つの状態値間の制御の切換を滑らかに行うことができる。
【００２１】
また、前記アクチュエータは、１軸方向に移動自在に設けられた接触体と連結されて該接触体を移動させ、該接触体と、前記アクチュエータと、該接触体が所定位置に移動したときに該接触体と接触する被接触体とを備えた接触機構の作動を制御して、前記アクチュエータにより前記接触体を前記所定位置を超えて移動させて前記被接触体に押付ける工程を実行し、該工程における前記接触体の目標位置を前記第１の目標値として設定する目標位置設定手段を有し、前記第１の状態値把握手段として、前記接触体の実位置を前記第１の状態値として把握する実位置把握手段を有し、前記第２の状態値把握手段として、前記接触体による前記被接触体に対する押付け力を前記第２の状態値として把握する押付け力把握手段を有することを特徴とする。
【００２２】
かかる本発明によれば、前記操作量決定手段は、前記第１の応答指定型制御により前記接触体の実位置を前記目標位置に収束させると共に、前記押付け力把握手段により把握される押付け力が目標押付け力と一致するように前記第１の応答指定型制御の応答特性を決定する。そして、これにより、前記接触体が移動する経過位置を前記目標位置に収束させつつ、前記接触体による前記被接触体に対する押付け力を前記目標押付け力に維持することができる。そのため、前記接触体による前記被接触体に対する押付け力が過大となることを防止して、安定して前記接触体を前記被接触体に押付けることができる。
【００２３】
また、前記アクチュエータは、供給される電流の大きさに応じて出力が変化する電気アクチュエータであって、前記第１の操作量は該電気アクチュエータへの供給電圧であり、前記押付け力把握手段は、該電気アクチュエータへの供給電流を検出して該供給電流に基づいて前記接触体による前記被接触体に対する押付け力を把握することを特徴とする。
【００２４】
かかる本発明によれば、前記押付け力把握手段は、前記アクチュエータへの供給電流の検出値に基づいて前記接触体による前記被接触体に対する押付け力を容易に把握することができる。そして、前記操作量決定手段は、前記第１の操作量として前記アクチュエータへの供給電圧を調節することにより、前記接触体による前記被接触体に対する押付け力を容易に調節することができる。
【００２５】
また、前記接触機構は、動力の伝達／遮断を切り換える同期機構であり、前記接触体は軸上に一体回転可能に設けられた第１の係合部材であり、前記被接触体は、前記軸に相対回転可能かつ軸動不可な第２の係合部材と該第１の係合部材との間に、該第１の係合部材と該第２の係合部材に対して回転自在且つ前記軸方向に移動自在に設けられて、前記軸が回転した状態で該第１の係合部材と第２の係合部材とに接触したときに生じる摩擦力により、該第１の係合部材と該第２の係合部材の回転数を同期させて該第１の係合部材と該第２の係合部材とを係合可能とする同期部材であることを特徴とする。
【００２６】
かかる本発明によれば、前記アクチュエータにより前記第１の係合部材を前記同期部材に押付けて前記第２の係合部材と係合させる際に、前記操作量決定手段は、前記第１の係合部材の実位置が前記目標位置と一致するように前記第１の操作量を決定すると共に、前記第１の係合部材による前記同期部材に対する押付け力が前記目標押付け力に一致するように、前記演算係数を設定する。そして、これにより、前記第１の係合部材による前記同期部材に対する押付け力が過大となって、前記同期機構の破損が生じることを防止して、前記第１の係合部材と前記第２の係合部材とを安定して係合させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図１〜図１５を参照して説明する。図１は同期機構及びその制御装置の構成図、図２は図１に示した同期機構のモデル化の説明図、図３は図１に示した制御装置の制御ブロック図、図４は図３に示したスライディングモードコントローラの作用を示したグラフ、図５はコンプライアンスパラメータの変更による効果を示したグラフ、図６は到達則ゲインと適応則ゲインの設定条件を示したグラフ、図７は電流フィードバック処理を加えた制御装置の制御ブロック図、図８は制御工程の切換タイミングを示したグラフ、図９はウェーブレット変換フィルタの構成図、図１０はウェーブレット変換フィルタにおけるデシメーション処理の説明図、図１１は制御装置の作動フローチャート、図１２は目標位置とコンプライアンスパラメータの設定テーブルを示した図、図１３は電流フィードバック処理を加えた制御装置の他の例の制御ブロック図、図１４は電流フィードバック処理を加えた制御装置の他の例の制御ブロック図、図１５は工作機械による穴あけ工程を示した図である。
【００２８】
図１を参照して、制御装置１（本発明のアクチュエータの制御装置に相当する）は、自動車の変速機に備えられた同期機構２（本発明の接触機構に相当する）の作動を制御するものであり、マイクロコンピュータやメモリにより構成された電子ユニットである。
【００２９】
同期機構２は、エンジン若しくは電気モータと連結された入力軸５と一体に回転するカップリングスリーブ６（本発明の移動体、接触体及び第１の係合部材に相当する）、駆動輪（図示しない）に連結された出力軸（図示しない）と連結されて入力軸５に回転自在かつ軸動不可に設けられた被同期ギヤ７（本発明の第２の係合部材に相当する）、カップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の間の入力軸５に回転自在且つ入力軸５の軸方向に移動自在に設けられたシンクロナイザリング８（本発明の被接触体及び同期部材に相当する）、及び電気モータ１０（本発明のアクチュエータに相当する）とカップリングスリーブ６とに連結されたシフトホーク１１を備えている。
【００３０】
シフトホーク１１は、電気モータ１０の回転に応じてカップリングスリーブ６を入力軸５の軸方向に移動させる。また、カップリングスリーブ６は中空構造となっており、中空部の内周面にスプライン１２が形成されている。そして、シンクロナイザリング８の外周面にカップリングスリーブ６のスプライン１２と係合可能なスプライン１３が形成され、被同期ギヤ７のシンクロナイザリング８と対向する部分の外周面にもカップリングスリーブ６のスプライン１２と係合可能なスプライン１４が形成されている。
【００３１】
そして、入力軸５と共に回転したカップリングスリーブ６がシフトホーク１１により被同期ギヤ７の方向に移動すると、カップリングスリーブ６とシンクロナイザリング８が接触し、さらにシンクロナイザリング８と被同期ギヤ７も接触する状態となる。このとき、接触により生じる摩擦力により、シンクロナイザリング８を介してカップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の回転数が同期する。
【００３２】
このように、カップリングスリーブ６と被同ギヤ７の回転数が同期した状態で、カップリングスリーブ６をさらに被同期ギヤ７の方向に移動させると、カップリングスリーブ６に形成されたスプライン１２が、シンクロナイザリング８に形成されたスプライン１３を通過して被同期ギヤ７に形成されたスプライン１４と係合する。そして、これにより、入力軸５と出力軸間で動力が伝達される状態となる。
【００３３】
また、電気モータ１０は制御装置１から出力される電圧（Ｖin，本発明の第１の操作量に相当する）の印加により作動し、回転数センサ１５による電気モータ１０の回転数検出信号（Ｅs）が制御装置１に入力される。
【００３４】
制御装置１は、電気モータ１０の電機子に流れる電流（Ｉm，以下、電機子電流という）を検出する電流検出部２０、回転数センサ１５からの回転数検出信号（Ｅs）等に基づいてカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc，本発明の第１の状態値に相当する）を把握する実位置把握部２１（本発明の第１の状態値把握手段及び実位置把握手段に相当する）、カップリングスリーブ６を移動させてシンクロナイザリング８を介して被同期歯車７と係合させる過程におけるカップリングスリーブ６の目標位置（Ｐsc_cmd，本発明の第１の目標値に相当する）を設定する目標位置設定部２２（本発明の目標位置設定手段に相当する）、電気モータ１０に流れる電流の目標値である目標電流（Ｉm_cmd）を設定する目標電流設定部２３、及び電気モータ１０に印加する電圧（Ｖin，本発明の第１の操作量に相当する）を決定する電圧決定部２４（本発明の操作量決定手段に相当する）を備えている。
【００３５】
そして、実位置把握部２１は、カップリングスリーブ６が移動を開始してから、シンクロナイザリング８との接触によりカップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の回転数が同期して、シンクロナイザリング８を介してカップリングスリーブ６と被同期ギヤ７とが係合するまで挙動を、慣性系物体と弾性系物体の衝突とみなしてモデル化し、該モデルに基づいてカップリングスリーブ６の位置を把握する。
【００３６】
図２は該モデルを表したものであり、実位置把握部２１は、カップリングスリーブ６を電気モータ１０やシフトホーク１１（図１参照）を含めて等価慣性がＪmである慣性系物体３０とみなし、シンクロナイザリング８（図１参照）を等価慣性がＭsであってバネ係数がＫsである弾性系物体３１とみなして、カップリングスリーブ６の位置を把握する。なお、図２中、Ｔmは電気モータ１０の出力トルクであり、Ｐsc_defはシンクロナイザリング８（図１参照）の待機位置である。以下、図２に示したモデルを表すモデル式の算出手順について説明する。
【００３７】
先ず、慣性系物体３０が弾性系物体３１に接触する前（カップリングスリーブ６がシンクロナイザリング８に接触する前）の連続時間系のモデル式の導出について説明する。
【００３８】
図１に示した電気モータ１０の運動方程式は以下の式（１）で表される。
【００３９】
【数１】

【００４０】
但し、Ｊm：電気モータ１０及びシフトホーク１１を含めたカップリングスリーブ６の等価慣性、ω：電気モータ１０の回転速度（回転数センサ１５により検出される）、Ｔm：電気モータ１０の出力トルク。
【００４１】
また、電気モータ１０の出力トルク（Ｔm）と電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）との関係は以下の式（２）で表され、電気モータ１０の電機子に生じる電圧（Ｖm，以下、電機子電圧という）と電機子の電気抵抗（Ｒm，以下、電機子抵抗という）との関係は以下の式（３）で表される。
【００４２】
【数２】

【００４３】
但し、Ｉm：電気モータ１０の電機子電流、Ｋm：トルク変換係数。
【００４４】
【数３】

【００４５】
但し、Ｖm：電気モータ１０の電機子電圧、Ｒm：電気モータ１０の電機子抵抗。
【００４６】
したがって、上記式（１）に上記式（２）及び式（３）の関係を適用して、以下の式（４）を得ることができる。
【００４７】
【数４】

【００４８】
さらに、電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）と、電気モータ１０に生じる逆起電力との関係は以下の式（５）で表される。
【００４９】
【数５】

【００５０】
但し、Ｖin：電気モータ１０への印加電圧、Ｋm’：逆起電力定数。
【００５１】
そして、上記式（５）の関係を上記式（４）に適用すると、以下の式（６）を得ることができる。
【００５２】
【数６】

【００５３】
また、電気モータ１０の回転速度（ω）及び回転角度（θ）と、慣性系物体３０の位置（Ｐsc）との関係は、以下の式（７）及び式（８）で表される。
【００５４】
【数７】

【００５５】
【数８】

【００５６】
但し、ω：電気モータ１０の回転速度、θ：電気モータ１０の回転角度、ｔ：電気モータ１０が作動を開始してからの経過時間、Ｒsc：電気モータ１０の回転角度（θ）と慣性系物体３０の間のレバー比及びギヤ比。
【００５７】
したがって、上記式（７），式（８）から、以下の式（９），式（１０），式（１１）を得ることができる。
【００５８】
【数９】

【００５９】
【数１０】

【００６０】
【数１１】

【００６１】
そして、上記式（９），式（１０），式（１１）を上記式（６）に代入すると、以下の式（１２）を得ることができる。
【００６２】
【数１２】

【００６３】
また、同期機構２の制御に必要な要素として、カップリングスリーブ６の位置（Ｐsc）の他に、電気モータ１０に掛かる負荷を検出するための電機子電流（Ｉm，本発明の第２の状態値に相当する）がある。そこで、上記式（４）及び式（１１）から、電機子電流（Ｉm）に関するモデル式である以下の式（１３）を得る。
【００６４】
【数１３】

【００６５】
但し、Ｉm：電気モータ１０の電機子電流。
【００６６】
以上により、電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）を入力とし、カップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）と電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）を出力とする１入力２出力系のモデルは、上記式（１２）と式（１３）により表すことができる。
【００６７】
次に、慣性系物体３０が弾性系物体３１と接触して、弾性系物体３１からの反力を受けるようになったとき（カップリングスリーブ６がシンクロナイザリング８と接触して、シンクロナイザリング８からの反力を受けるようになったとき）の連続時間系のモデル式の導出について説明する。
【００６８】
図２における慣性系物体３１の運動方程式は以下の式（１４）で表される。
【００６９】
【数１４】

【００７０】
但し、Ｍs：弾性系物体３１の等価慣性、Ｐsc_def：弾性系物体３１の待機位置、Ｋsc：弾性系物体３０のバネ定数、Ｆsc：弾性系物体３１が慣性系物体３０から受ける力（弾性系物体３１が慣性系物体３０に与える反力）。
【００７１】
上記式（１４）を反力（Ｆsc）について整理すると、以下の式（１５）の形で表される。
【００７２】
【数１５】

【００７３】
ここで、反力（Ｆsc）は、弾性系物体３１が慣性系物体３０に対して与える反力となり、該反力（Ｆsc）が掛かったときの慣性系物体３０の運動方程式は以下の式（１６）で表される。
【００７４】
【数１６】

【００７５】
この式（１６）を変形すると以下の式（１７）の形となり、電気モータ１０の逆起電力を考慮すると、電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）と電機子電圧（Ｖm）との関係は以下の式（１８）で表される。
【００７６】
【数１７】

【００７７】
【数１８】

【００７８】
また、式（１８）に上記式（１０）及び式（１１）を代入すると以下の式（１９）の形となり、式（１９）を整理して以下の式（２０）を得ることができる。
【００７９】
【数１９】

【００８０】
【数２０】

【００８１】
さらに、電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）については、上記式（１６）に上記式（１１）を代入して、以下の式（２１）を得ることができる。
【００８２】
【数２１】

【００８３】
以上により、弾性系物体３１からの反力を考慮したモデルは、上記式（２０）と式（２１）により表すことができる。
【００８４】
次に、上記式（２０）及び式（２１）により表される連続時間系のモデル式に基づいて、離散時間系のモデル式を導出する。
【００８５】
先ず、連続時間系のモデルの状態変数（ｘ₁，ｘ₂）を以下の式（２２）のように設定すると、上記式（２０）より、連続系のモデルを以下の式（２３）により表すことができる。
【００８６】
【数２２】

【００８７】
【数２３】

【００８８】
ここで、制御装置１のサンプリング周期をＴとすると、上記式（２３）は、オイラー近似により以下の式（２４）の形で表され、式（２４）を変形して以下の式（２５）及び式（２６）を得ることができる。
【００８９】
【数２４】

【００９０】
但し、ｔ：サンプリング時点、Ｔ：サンプリング周期。
【００９１】
【数２５】

【００９２】
【数２６】

【００９３】
さらに、オイラー近似により、上記式（２６）におけるｘ₂(t-T)は以下の式（２７）で表すことができる。
【００９４】
【数２７】

【００９５】
そして、上記式（２５）に上記式（２６）及び式（２７）を代入して整理すると、以下の式（２８）を得ることができる。
【００９６】
【数２８】

【００９７】
式（２８）におけるｔ＝ｋＴとして整理すると、以下の式（２９）の形となり、式（３０）を得ることができる。
【００９８】
【数２９】

【００９９】
【数３０】

【０１００】
そして、上記式（３０）における係数を以下の式（３１）に示したように置き換えると、式（３０）は以下の式（３２）の形で表すことができる。
【０１０１】
【数３１】

【０１０２】
【数３２】

【０１０３】
そこで、制御装置１は、上記式（３２）により表される離散時間系のモデルにおける外乱項ｄを０とした以下の式（３３）で表されるモデルに基づいて、図３に示した構成により設計される。以下、図３に示した制御装置１の構成について説明する。
【０１０４】
【数３３】

【０１０５】
先ず、上記式（３３）で表されるモデルに対して、▲１▼慣性系物体３０の実位置（Ｐsc）を目標位置（Ｐsc_cmd）に迅速に追従させ、▲２▼慣性系物体３０と弾性系物体３１の接触時のコンプライアンス性（ゴムのような弾性）を実現する、スライディングモードコントローラ４０の設計手順について説明する。
【０１０６】
スライディングモードコントローラ４０は、応答指定型制御の一例であるスライディングモード制御（本発明の第１の応答指定型制御に相当する）を用いて、慣性系物体３０の挙動を制御する。そして、スライディングモードコントローラ４０には、上記式（３３）に基づいて実位置把握部２１により算出される慣性系物体３０の実位置（Ｐsc）と、目標位置設定部２２により設定される慣性系物体３０の目標位置（Ｐsc_cmd）と、後述するコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）とが入力される。
【０１０７】
そして、慣性系物体３０の実位置（Ｐsc）と目標位置（Ｐsc_cmd）との偏差（Ｅsc）を以下の式（３４）に示したように定義すると、偏差（Ｅsc）の収束挙動や外乱が偏差（Ｅsc）に与える影響度合を指定する切換関数（σ，本発明の第１の線形関数に相当する）は、式（３４）の状態変数がＰsc(k)とＰsc（k-1）の２つであるため、以下の式（３５）のように定義される。
【０１０８】
【数３４】

【０１０９】
【数３５】

【０１１０】
但し、ＶＰＯＬＥ：コンプライアンスパラメータ（切換関数設定パラメータ）。
【０１１１】
スライディングモードコントローラ４０は、この切換関数（σ）が、σ(k)＝０となるように制御入力を決定する。また、σ(k)＝０は、上記式（３５）から、以下の式（３６）の形に変形することができる。
【０１１２】
【数３６】

【０１１３】
ここで、式（３６）は入力のない１次遅れ系を意味しているため、スライディングモードコントローラ４０は、制御系の応答を上記式（３６）の１次遅れ系に収束させる制御を実行する。
【０１１４】
したがって、図４（ａ）に示したように、縦軸をＥsc(k)とし横軸をＥsc(k-1)とした位相平面を設定すると、上記式（３６）は、該位相平面上の線形関数を意味することがわかる。また、上記式（３６）は入力のない１次遅れ系であるから、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ，本発明の演算係数に相当する）を以下の式（３７）の範囲内に設定して、該１次遅れ系を安定化させれば、時間の経過（ｋ→∞）により偏差（Ｅsc）が必ず０に収束する系となる。
【０１１５】
【数３７】

【０１１６】
このことから、図４（ａ）に示した位相平面上において、偏差の状態量（Ｅsc(k)，Ｅsc（k-1)、本発明の第１の状態量に相当する）が切換関数（σ(k)＝０，本発明の第１の切換関数に相当する）上に載ると、該状態量は入力のない１次遅れ系に拘束されるため、時間の経過と共に位相平面の原点{（Ｅsc(k)，Ｅsc(k-1)）＝（０，０）}に自動的に収束することになる。
【０１１７】
そこで、スライディングモードコントローラ４０は、このような切換関数上での偏差の状態量（Ｅsc(k)，Ｅsc（k-1)）の挙動を利用して、図４（ａ）に示したように、上記式（３５）でσ＝０となるように制御入力（Ｖin）を決定することによって、該状態量を切換関数（σ(k)＝０）上に拘束し、外乱やモデル化誤差の影響を受けることなく、該状態量を位相平面の原点に収束させる。
【０１１８】
なお、偏差の状態量が切換関数に漸近するまでの挙動（図中Ｐ₁からＰ₂までの過程）を到達モードといい、切換関数上を該状態量が自動的に原点方向に収束する挙動（図中Ｐ₂からＰ₀までの過程）をスライディングモードという。
【０１１９】
また、上記式（３６）のコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を正（０＜ＶＰＯＬＥ＜１）に設定すると、式（３６）で表される１次遅れ系は振動安定形となるため、偏差（Ｅsc）を収束させる制御においては好ましくない。そこで、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を−１から０の範囲（−１＜ＶＰＯＬＥ＜０）で決定することにより、偏差（Ｅsc）の収束応答を図４（ｂ）に示したように設定する。図４（ｂ）において、ａ，ｂ，ｃは、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）をそれぞれ−１，−０．８，−０．５に設定した場合の偏差（Ｅsc）の推移を示しており、この場合、ＶＰＯＬＥ＝−１に設定すると、偏差（Ｅsc）は０に収束せずに一定値となる。
【０１２０】
続いて、上記式（３６）の動特性、すなわち、スライディングモードコントローラ４０の応答指定特性について説明する。図５は、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を−０．５，−０．８，−０．９９，−１．０に設定して、σ＝０かつＥsc＝０である状態でステップ外乱Ｄを与えた場合の制御系の応答を示したグラフであり、縦軸を上から偏差（Ｅsc）、切換関数（σ）、外乱（Ｄ）とし、横軸を時間（ｋ）としたものである。
【０１２１】
図５から明らかなように、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の絶対値を小さくするほど、外乱（Ｄ）が偏差（Ｅsc）に与える影響が小さくなり、逆に、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の絶対値を大きくして１に近づけるほど、スライディングモードコントローラが許容する偏差（Ｅsc）が大きくなるという特性がある。そして、このとき、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）に拘わらず切換関数の値（σ）の挙動が同一となっていることから、外乱（Ｄ）に対する許容量（外乱に対する抑制能力）をコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）によって指定できることがわかる。
【０１２２】
そして、図２に示した慣性系物体３０と弾性系物体３１の接触時には、▲１▼慣性系物体３０が弾性系物体３１により跳ね返される、▲２▼慣性系物体３０が過大な衝突力により弾性系物体３１に押し込まれる、という状態となることを回避しつつ慣性系物体３０を弾性系物体３１に押付ける必要がある。
【０１２３】
そこで、上述した特性に着目し、慣性系物体３０と弾性系物体３１の接触時には、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を−１の近傍に設定して外乱に対する偏差（Ｅsc）の許容量を大きくする（外乱に対する抑制能力を低くする）ことによって、慣性系物体３０と弾性系物体３１が接触する際に電気モータ１０の作動によるコンプライアンス性を生じさせることが有効である。
【０１２４】
これにより、慣性系物体３０と弾性系物体３１との接触時に過大な衝撃が生じることを抑制することができ、また、過大な力を弾性系モデル３１に与えることなく、慣性系モデル３０を弾性系モデル３１に押付けることができる、という効果が得られる。
【０１２５】
この効果を図１に示した実際の同期機構１に適用して考察すると、カップリングスリーブ６がシンクロナイザリング８に接触する際に生じる衝撃を和らげることができる。また、過大な力をシンクロナイザリング８に与えることなくカップリングスリーブ６をシンクロナイザリング８に押付けて、カップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の回転数の同期させて係合させることができる。
【０１２６】
次に、スライディングモードコントローラの制御入力（Ｖin）は、以下の式（３８）に示したように、３つの制御入力の総和により設定される。
【０１２７】
【数３８】

【０１２８】
但し、Ｖin(k)：ｋ番目のサンプリング周期における電気モータ１０への印加電圧、Ｕeq(k)：ｋ番目のサンプリング周期における等価制御入力、Ｕrch(k)：ｋ番目の制御サイクルにおける到達則入力、Ｕadp(k)：ｋ番目のサンプリング周期における適応則入力。
【０１２９】
なお、等価制御入力とは偏差の状態量（Ｅsc(k)，Ｅsc（k-1)）を切換関数（σ＝０）上に拘束するための入力であり、到達則入力とは該状態量を該切換関数に載せるための入力であり、適応則入力とはモデル化誤差や外乱を吸収して該状態量を該切換関数に載せるための入力である。
【０１３０】
以下に、等価制御入力（Ｕeq(k)）、到達則入力（Ｕrch(k)）、及び適応則入力（Ｕadp(k)）の設定方法について説明する。
【０１３１】
先ず、等価制御入力（Ｕeq）は、厳密には位相平面上の任意の場所において、偏差の状態量をその場所にホールドする機能を持つ。そのため、等価制御入力（Ｕeq）は、以下の式（３９）を満たす印加電圧（Ｖin）として算出される。
【０１３２】
【数３９】

【０１３３】
式（３９）に上記式（３５）及び式（３４）を代入すると、以下の式（４０）が得られる。
【０１３４】
【数４０】

【０１３５】
そして、式（４０）に上記式（３３）を代入して整理することにより、等価制御入力（Ｕeq）についての以下の式（４１）を得ることができる。
【０１３６】
【数４１】

【０１３７】
次に、到達則入力（Ｕrch）は、以下の式（４２）により算出される。
【０１３８】
【数４２】

【０１３９】
但し、Ｆ：到達則ゲイン、Δ：切換振幅（機械的なバックラッシュやガタ等の非線形特性の吸収パラメータ）。
【０１４０】
また、切換振幅（Δ）をゼロ（Δ＝０）とすれば、上記式（４２）は以下の式（４３）の形で表される。
【０１４１】
【数４３】

【０１４２】
また、適応則入力（Ｕsdp）は、以下の式（４４）により算出される。
【０１４３】
【数４４】

【０１４４】
但し、Ｇ：適応則ゲイン。
【０１４５】
ここで、上記式（４１）の等価制御入力（Ｕeq(k)）、上記式（４３）の到達則入力（Ｕrch(k)）、及び上記式（４４）の適応則入力（Ｕadp(k)）を上記式（３８）に代入して得られる制御入力（Ｕsl(k)）を電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）として上記式（３３）に代入すると、以下の式（４５）が得られる。
【０１４６】
【数４５】

【０１４７】
そして、式（４５）に上記式（３４）及び式（３５）を適用してσについて整理すると、以下の式（４６）を得ることができる。
【０１４８】
【数４６】

【０１４９】
ここで、到達則入力（Ｕrch(k)）と適応則入力（Ｕadp(k)）の役割は、偏差状態量（Ｅsc(k)，Ｅsc(k-1)）を切換関数（σ＝０）上を移動させること、すなわち、上記式（４６）の安定化（σ→０）であるので、上記式（４６）が安定になるように到達則ゲイン（Ｆ）と適応則ゲイン（Ｇ）を決定する必要がある。
【０１５０】
そこで、上記式（４６）をＺ変換すると、以下の式（４７）が得られ、式（４７）を変形して以下の式（４８）が得られる。
【０１５１】
【数４７】

【０１５２】
【数４８】

【０１５３】
この場合、上記式（４８）が安定となる条件は、左辺の第２項と第３項の係数（Ｆ−２，ＧＴ＋１−Ｆ）が、図６の三角領域内に入る組合わせとなるので、これらの係数が該三角領域内に入る組合わせとなるようにＦ，Ｇの値を決定すればよい。
【０１５４】
そして、スライディングモードコントローラ４０は、このようにして決定したＦ，Ｇの値により上記式（４３），式（４４）から到達則入力（Ｕrch(k)）と適応則入力（Ｕadp(k)）をそれぞれ決定し、また、上記式（４１）から等価制御入力（Ｕeq(k)）を決定して、上記式（３８）により電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）を決定する。
【０１５５】
次に、図１を参照して、実際の同期機構２においては、カップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の回転数を同期させるため、一定の力でカップリングスリーブ６をシンクロナイズザリング８に押付ける必要がある。そこで、図２に示したモデルにおいて、慣性系物体３０と弾性系物体３１とが接触した後、一定の押付け力を慣性系物体３０から弾性系物体３１に加える制御を行うための構成が必要となる。
【０１５６】
ここで、慣性系物体３０と弾性系物体３１とが接触した状態での電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）は上記式（２１）により示されるが、回転同期を図っている間は慣性系物体３０の加速度はゼロ（Ｐscの２階微分がゼロ）であると考えられるので、上気式（２１）は以下の式（４９）の形となる。
【０１５７】
【数４９】

【０１５８】
そして、一定の押付け力は、慣性系物体３０が弾性系物体３１から受ける力（Ｆsc）の反力であるから、押付け力を一定に保つためには、以下の式（５０）の関係が成り立てばよい。
【０１５９】
【数５０】

【０１６０】
但し、Ｉm_cmd：目標電流値。
【０１６１】
なお、目標電流値（Ｉm_cmd）が本発明の押付け力の目標値に相当し、電流検出部２０が本発明の押付け力把握手段に相当し、電流検出部２０により検出される電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）が本発明の押付け力に相当する。
【０１６２】
また、上記式（５０）を離散時間化して、実際の電機子電流（Ｉm）と目標電流値（Ｉm_cmd）との偏差（Ｅim）を算出する以下の式（５１）を得ることができる。
【０１６３】
【数５１】

【０１６４】
ここで、上記式（２０）と式（２１）から分かるように、同期機構２は、電気モータ１０に印加する電圧（Ｖin）を入力とし、慣性系物体３０の位置（Ｐsc）と電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）を出力とする１入力２出力系のモデルとして表される。
【０１６５】
しかし、慣性系物体３０と弾性系物体３１が接触するまでは、慣性系物体３０の位置（Ｐsc）の制御のみを行えばよい。そのため、スライディングモードコントローラ４０は、同期機構２を、電気モータ１０への印加電圧（Ｖin）を入力とし慣性系物体３０の位置（Ｐsc）を出力とする１入力１出力系のモデルで表して制御を行えばよい。
【０１６６】
そのため、電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）のフィードバック制御を行なうためには、スライディングモードコントローラ４０を、１入力１出力系のモデルを対象としたものから１入力２出力系のモデルを対象としたものに切り換える必要がある。しかし、このようにスライディングモードコントローラ４０を切り換えると、入力（Ｖin）の不連続性が生じてスライディングモードコントローラ４０を切り換えた時の制御状態を安定化させることが難しい。
【０１６７】
そこで、電圧決定部２４は、スライディングモードコントローラ４０の切り換えを行わず、以下に説明するように、スライディングモードコントローラ４０のコンプライアンス性を設定するコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を、電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）のフィードバックにより調整することによって、慣性系物体３０から弾性系物体３１への押付け力を安定化させる。
【０１６８】
先ず、電機子電流（Ｉm）のフィードバック制御は、▲１▼電機子電流（Ｉm）の目標電流（Ｉm_cmd）に対する速応性、▲２▼押付け力に比例する電機子電流（Ｉm）の安定性、を考慮して以下の式（５２）から式（５７）による簡易型のスライディングモード制御（本発明の第２の応答指定型制御に相当する）を用いて行う。
【０１６９】
【数５２】

【０１７０】
【数５３】

【０１７１】
【数５４】

【０１７２】
【数５５】

【０１７３】
【数５６】

【０１７４】
【数５７】

【０１７５】
但し、Ｌimit：−１〜０の制限処理、Ｆ_Ｉm：到達則ゲイン、Ｇ_Ｉm：適応則ゲイン、ＰＯＬＥ_Ｉm：切換関数設定パラメータ、ＶＰＯＬＥ_bs：ＶＰＯＬＥの基準値、Ｕrch_Ｉm：到達則入力、Ｕadp_Ｉm：適応則入力。
【０１７６】
電流フィードバック系の制御ブロック図を示すと図７のようになる。図７の制御ブロック図では、１入力２出力系のモデルを制御対象とするスライディングモードコントローラを用いる代わりに、１入力１出力のモデルを制御対象とするスライディングモードコントローラ４０の外に電機子電流（Ｉm）を制御する電流フィードバック部５０ａを備えた２重フィードバック系となっている。
【０１７７】
なお、電流フィードバック部５０ａは、図３に示したコンプライアンスパラメータ算出部４１に含まれる。そして、減算器５１により上記式（５２）によって電流偏差（Ｅ_Im，本発明の第２の状態量に相当する）が算出され、切換関数算出部５２により上記式（５３）によって切換関数（σ_Ｉm，本発明の第２の線形関数に相当する）の値が算出され、比例演算器５３により上記式（５４）によって到達則入力（Ｕrch_Ｉm）が算出され、積分器５５及び積分乗算器５６により上記式（５５）によって適応則入力（Ｕadp_Ｉm）が算出される。
【０１７８】
また、加算器５７及び加算器５８により上記式（５６）によって電流フィードバックを反映させたコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ_Ｉm）が算出され、リミッタ５９により上記式（５７）によって制限処理がなされてスライディングモードコントローラ４０に対するコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）が決定される。
【０１７９】
なお、上記式（５５）の切換関数を０（σ_Ｉm(k)＝０）とした切換関数が本発明の第２の切換関数に相当し、上記式（５６）により算出されるコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ_Ｉm）が本発明の第２の操作量に相当する。
【０１８０】
次に、図３に示したコンプライアンスパラメータ算出部４１は、同期機構２の作動を制御するスライディングモードコントローラ４０のコンプライアンス性を設定するコンプライスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を、以下の３つの工程に分けて設定する。
【０１８１】
工程１：目標値追従制御…慣性系物体３０の位置（Ｐsc）制御と慣性系物体３０と弾性系物体３１の接触時のコンプライアンス性の制御。コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を慣性系物体３０の位置（Ｐsc）に応じて決定する。
【０１８２】
工程２：回転同期制御…弾性系物体３１への押付け力の制御。コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を、上述した電気モータ１０の電機子電流のフィードバックにより決定する。
【０１８３】
工程３：静止制御…回転同期後（同期機構２におけるカップリングスリーブ６と被同期ギヤ７の係合が完了した後）の慣性系物体３０の前進挙動を停止する制御。コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を一定に保つ。
【０１８４】
そして、コンプライアンスパラメータ算出部４１は、同期機構２の機械的なバラツキや経年変化等により、工程１から工程２に切り換える位置や、工程２から工程３に切り換えるタイミングのばらつきや変化が生じても、安定して工程の切り換えを行う必要がある。以下に工程の切り換えタイミングを決定する方法について説明する。
【０１８５】
図８の上段のグラフは、各工程の切り換わり時における慣性系物体３０の実位置（Ｐsc，図中ｄ）と目標位置（Ｐsc_cmd，図中ｅ）との偏差（Ｅsc＝Ｐsc−Ｐsc_cmd）の変化を示したものであり、縦軸が慣性系物体３０の実位置（Ｐsc）及び目標位置（Ｐsc_cmd）に設定され、横軸が時間（ｔ）に設定されている。グラフから明らかなように、各工程の切り換え時には、偏差（Ｅsc）が以下のように変化する。
【０１８６】
・工程１から工程２への切り換え時：弾性系物体３１との接触により慣性系物体３０の移動が抑制されて、目標位置（Ｐsc_cmd）に対して実位置（Ｐsc）が遅れる状態となり、偏差（Ｅsc）が負方向に増大する。
【０１８７】
・工程２から工程３への切り換え時：弾性系物体３１と慣性系物体３０の回転同期が終了して、慣性系物体３０の位置（Ｐsc）が目標位置（Ｐsc_cmd）に達すると、偏差（Ｅsc）が正方向に減少する。
【０１８８】
そこで、このような偏差（Ｅsc）の変化を検出することによって各工程の切り換えを行い、図８の下段に示したように、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ，図中ｆ）の値を各工程に応じて設定すればよい。
【０１８９】
しかし、図１に示した実際の同期機構２は、機械的なバックラッシュやガタ、フリクションが大きい制御対象である。そのため、制御装置１のサンプリング周期を短く設定した方が制御性が高くなるが、サンプリング周期を短く設定して偏差（Ｅsc）を算出すると、ＳＮ比が低下して偏差（Ｅsc）の変化を検出し難くなる。そこで、Ｖin決定部２４に備えられたウェーブレット変換フィルタ４３（図３参照）は、以下に説明するように、偏差（Ｅsc）にウェーブレット変換を施して偏差（Ｅsc）の低周波成分のみを抽出することにより、偏差（Ｅsc）の変化を検出し易くする。
【０１９０】
ウェーブレット変換４３を用いたフィルタ（以下、ウェーブレット変換フィルタという）は、図９（ａ）に示した構成を有し、以下の式（５８）によるハーフバンドローパスフィルタ処理とデシメーション処理を２回繰り返すことによってフィルタリングを行う。
【０１９１】
【数５８】

【０１９２】
但し、ｕ：入力データ、η：サンプリング周期の時系列番号。
【０１９３】
図９（ａ）に示した１段目のハーフバンドローパスフィルタ７０は、今回のサンプリング周期入力値（Ｅsc(k)）と前回のサンプリング周期の入力値（Ｅsc(k-1)）に対して上記式（５７）の処理を行い、２段目のハーフバンドローパスフィルタ７１は、１段目のハーフバンドローパスフィルタ７０の出力にデシメーション処理７２を施したＥsc_wv₁(m₁)の今回値と前回値（Ｅsc_wv₁(m₁)とＥsc_wv₁(m₁-1)）に対して、上記式（５８）の処理を行う。
【０１９４】
図９（ｂ）に示したように、ハーフバンドローパスフィルタ７０，７１は、サンプリング周波数の半分（ナイキスト周波数）以上の周波数成分を阻止し、低周波成分のゲインが１より大きいので、低周波成分に対するゲインを増幅する効果が得られる。
【０１９５】
また、図９（ａ）におけるデシメーション処理７２，７３（２↓）は間引き処理であり、図１０（ａ）に示したように、入力データ（ｕ）を１つおきにサンプリングする間引き処理を行う。
【０１９６】
ウェーブレット変換フィルタ４３は、ハーフバンドローパスフィルタ７０，７１による処理とデシメーション処理７２，７３を繰り返し施すことによって、図１０（ｂ）のグラフに示したようにゲインを増幅しつつ低周波成分（Ｅsc_wv）を抽出する。なお、図１０（ｂ）に示したグラフの縦軸はゲイン、横軸は周波数に設定されている。
【０１９７】
そして、これにより、入力信号（Ｅsc）の高周波成分が除去されると共に、入力信号（Ｅsc）に対するゲインが増幅されるため、入力信号（Ｅsc）の低周波成分の変化をＳＮ比を向上させて抽出することができる。
【０１９８】
そして、コンプライアンスパラメータ算出部４１は、偏差（Ｅsc）のウェーブレット変換値（Ｅsc_wv）の変化量であるΔＥsc_wv（＝Ｅsc_wv(m)−Ｅsc_wv(m-1)）を用いて、以下に示すように各工程の切り換えを行う。
【０１９９】
・工程１から工程２への切り換え：Ｐsc＞Ｐsc_def 且つＥsc_wv＞Ｘ_SCCNT
・工程２から工程３への切り換え：Ｐsc＞Ｐsc_def かつ ΔＥsc_wv＞Ｘ_SCDONE
但し、Ｐsc_vp：工程１におけるＶＰＯＬＥ可変開始位置、Ｘ_SCCNT：Ｅsc_wvの接触判定閾値、Ｘ_SCDONE：回転同期完了判定閾値。
【０２００】
なお、上記切換条件におけるＥsc_wv及びΔＥsc_wvが本発明の目標位置に対する実位置の乖離度合に相当し、Ｘ_SCCNT及びＸ_SCDONEが本発明の所定レベルに相当する。
【０２０１】
以上説明した手法により構成された制御装置１により、同期機構７の作動を制御する手順を図１１に示したフローチャートに従って説明する。制御装置１は、自動車のメインコントローラ（図示しない）から変速機のシフトを指示する信号を受信すると、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ２に進む。
【０２０２】
そして、制御装置１は、メインコントローラによって選択されたシフト位置（１速、２速、・・・、ニュートラル）に応じて、目標位置設定部２２により、図１２（ａ）に示したようにカップリングスリーブ６の移動パターンを目標位置（Ｐsc_cmd）として設定する。また、制御装置１は、工程１におけるコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の変更位置（Ｐsc_vp）とシンクロナイザリング８の待機位置（Ｐsc_def）を設定する。
【０２０３】
そして、続くＳＴＥＰ３で、制御装置１は、実位置把握部２１により上記式（３３）によって算出されるカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）と目標位置（Ｐsc_cmd）との偏差（Ｅsc）を算出する。なお、図中ｋはｋ番目のサンプリング周期を意味し、Ｐsc(k)及びＰsc_cmd(k)はそれぞれｋ番目のサンプリング周期におけるカップリングスリーブ６の実位置と目標位置を表す。
【０２０４】
次のＳＴＥＰ４で、制御装置１は、上述したウェーブレット変換フィルタ４３による処理を行って、偏差（Ｅsc）のウェーブレット変換値（Ｅsc_wv）を算出する。なお、図中Ｅsc_wv(m)は、図９（ａ）に示したようにｋ番目のサンプリング周期における偏差（Ｅsc(k)）に基づいて算出されたウェーブレット変換値を表している。
【０２０５】
次のＳＴＥＰ５〜ＳＴＥＰ７は、上述した各工程（工程１，工程２，工程３）の切り換えタイミングを判断する処理であり、ＳＴＥＰ５及びＳＴＥＰ６が工程１から工程２への切り換え条件を設定し、ＳＴＥＰ７は工程２から工程３への切り換え条件を設定している。
【０２０６】
先ず、ＳＴＥＰ５でカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc(k)）が、シンクロナイザリング８の待機位置（Ｐsc_def）を通過するまではＳＴＥＰ２０に分岐し、図１２（ｂ）に示したコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の設定テーブルに従って、コンプライアンスパラメータ算出部４１がコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を０の近傍（例えば−０．２）に設定する。なお、図１２（ｂ）に示した設定テーブルは、縦軸がコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）に設定され、横軸がカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）に設定されている。
【０２０７】
これにより、カップリングスリーブ６の移動を開始してからコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の変更位置（Ｐsc_vp）に到達するまでは、同期機構２のコンプライアンス性が低くなり、外乱の影響を抑制して安定してカップリングスリーブ６を移動させることができる。
【０２０８】
また、カップリングスリーブ６がコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の変更位置（Ｐsc_vp）を通過した時に、コンプライアンスパラメータ算出部４１は、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を−１の近傍（例えば−０．９９）まで低下させる。このように、実際にカップリングスリーブ６とシンクロナイザリング８が接触する直前に予めコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の値を低下させて同期機構２のコンプライアンス性を高めることによって、カップリングスリーブ６がシンクロナイザリング８に接触したときに生じる衝撃を和らげることができる。
【０２０９】
そして、次のＳＴＥＰ６で、上述した工程１から工程２への切り換え条件であるＥsc_wv(m)＞Ｘ_SCCNTが成立したとき、すなわち、カップリングスリーブ６とシンクロナイザリング８との接触が検知されたときにＳＴＥＰ７に進む。ＳＴＥＰ７では、上述した工程２から工程３への切り換え条件であるΔＥsc_wv(m)＞Ｘ_SCDONEが成立したとき、すなわち、カップリングスリーブ６とシンクロナイザリング８との回転同期がなされて、カップリングスリーブ６がシンクロナイザリング８を通過して被同期ギヤ７と係合したときに、ＳＴＥＰ３０に分岐する。
【０２１０】
一方、ＳＴＥＰ７で、ΔＥsc_wv(m)＞Ｘ_SCDONEが成立しないときにはＳＴＥＰ８に進み、コンプライアンスパラメータ算出部４１は、工程１から工程２に切り換えて上述した電流フィードバックによるコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の算出処理を実行する。そして、電圧決定部２４は、このようにして算出したコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を用いてスライディングモードコントローラ４０により電気モータ１０に対する印加電圧（Ｖin）を算出し、該印加電圧（Ｖin）を電気モータ１０に印加する。
【０２１１】
このように、工程２においては、電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）のフィードバック処理により電気モータ１０の電機子電流（Ｉm）が目標電流（Ｉm_cmd）に維持されて、電気モータ１０の出力トルクが一定に制御され、カップリングスリーブ６のシンクロナイザリング８に対する押付け力を安定化させることができる。
【０２１２】
そして、これにより、カップリングスリーブ６が過剰な力でシンクロナイザリング８に押付けられて、同期機構２の破損が生じることを防止することができる。
【０２１３】
また、工程３においては、ＳＴＥＰ３０において、コンプライアンスパラメータ算出部４１によりコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）が一定値（Ｘ_VPOLE_END）に設定される。そして、電圧決定部２４は、該コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ＝Ｘ_VPOLE_END）を用いてスライディングモードコントローラ４０により電気モータ１０に対する印加電圧（Ｖin）を算出し、該印可電圧（Ｖin）を電気モータ１０に印可してカップリングスリーブ６の移動を速やかに停止する。
【０２１４】
これにより、カップリングスリーブ６と被同期ギヤ７との係合が完了した後も、カップリングスリーブ６が非同期ギヤ７に過剰な力で押付けられて、同期機構２の破損等が生じることを防止することができる。
【０２１５】
なお、本実施の形態では、上述したように、慣性系物体３０の位置（Ｐsc）が目標位置（Ｐsc_cmd）に到達したときに、工程１による慣性系物体３０の位置に応じてコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を決定する制御から、工程２による弾性系物体３０への押付け力（モータ１０の電機子電流の大きさに比例する）に応じてコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を決定する制御に切り換えたが、アクチュエータによって駆動する機構の仕様によっては、電気モータ１０の電気子電流（Ｉm）の変化に応じて、制御態様の切換条件を設定してもよい。
【０２１６】
また、本実施の形態では、図７に示した構成により、電流フィードバック部５０ａにおいて、上述した演算処理を行ってコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を決定したが、他の構成として、図１３に示したように、電流偏差（Ｉm−Ｉm_cmd）とコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）との関係を予め設定した相関マップ６０を備えた電流フィードバック部５０ｂを用い、該相関マップ６０に電流偏差（Ｉm−Ｉm_cmd）を適用してコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を決定するようにしてもよい。
【０２１７】
また、さらに他の構成として、図１４に示した電流フィードバック部５０ｃにより、Ｉ−ＰＤ制御を行ってコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）を決定してもよい。なお、減算器５１，加算器５８，リミッタ５９は、図７に示した電流フィードバック部５０ａにおける同一符号の構成と同様である。
【０２１８】
電流フィードバック部５０ｃにおいては、以下の式（５９）及び式（６０）を用いてコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ(k)）が算出される。具体的には、比例演算器６１により以下の式（５９）の右辺の第２項の演算が行われ、Ｚ変換器６２と減算器６３と微分演算器６４とにより式（５９）の右辺の第３項の演算が行われ、減算器５１と積分乗算器６６とにより式（５９）の右辺の第４項の演算が行われる。
【０２１９】
【数５９】

【０２２０】
但し、ＶＰＯＬＥ_Im(k)：ｋ番目のサンプリング周期におけるコンプライアンスパラメータ）、ＶＰＯＬＥ_bs：コンプライアンスパラメータの基準値、ＫＩＭＰ：比例項のフィードバックゲイン、ＫＩＭＤ：微分項のフィードバックゲイン、ＫＩＭＩ：積分項のフィードバックゲイン、Ｉm(k)：ｋ番目のサンプリング周期におけるモータ１０の電機子電流。
【０２２１】
【数６０】

【０２２２】
但し、Ｉm_cmd：目標電流値。
【０２２３】
そして、加算器６７と加算器６８と加算器５８とにより、上記式（５９）の右辺の各項の加算が行われてＶＰＯＬＥ_Im(k)が算出され、リミッタ５９により上記式（５７）の制限処理が行われて、コンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ(k)）が決定される。
【０２２４】
また、本実施の形態では、図１に示したように、カップリングスリーブ６を入力軸５側に設け、被同期ギヤ７を駆動軸と連結した同期機構２を対象としたが、カップリングスリーブを出力軸側に設けて、被同期ギヤを入力軸と連結した同期機構に対しても本発明の適用が可能である。
【０２２５】
また、本実施の形態では、電圧決定部２４は、外乱等の影響を考慮した適応則入力を有する適応スライディングモードを用いたが、該適応則入力を省略した一般のスライディングモード制御を用いるようにしてもよく、また、バックステッピング制御等の他の種類の応答指定型制御を用いることもできる。また、電圧決定部２４は、スライディングモード制御を用いて電流フィードバック処理を行ったが、スライディングモード制御を用いずに電流フィードバック処理を行う場合にも、本発明の効果を得ることができる。
【０２２６】
また、本実施の形態では、実位置把握部２１は、図２に示したモデルに基づいてカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）を把握したが、位置センサを設けて該位置センサの位置検出信号とモータ１０とカップリングスリーブ６間のレバー比等から、直接的にカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）を把握するようにしてもよい。
【０２２７】
また、本実施の形態では、自動車の変速機に備えられた同期機構２に対して本発明を適用した例を示したが、本発明の適用対象はこれに限られない。例えば、図１５は、ワーク８０に対してエンドミル８１によって穴あけ加工を施す工作機械を、エンドミル８１側を慣性系物体としワーク８０側を弾性系物体としてモデル化し、本発明を適用した例を示している。なお、エンドミル８１はチャック８２により上下移動アクチュエータ８３に取り付けられている。
【０２２８】
図１５に示したように、上述した同期機構２に対する制御の場合と同様に、穴あけ加工を施す工程は以下の３つに分けられる。
【０２２９】
・工程１：エンドミル８１がワーク８０に接触するまで、エンドミル８１の先端を短時間でワーク８０に到達させ、かつ、エンドミル８１とワーク８０の接触時の衝撃を抑制する。
【０２３０】
・工程２：エンドミル８１に一定の押付け力（Ｆc）を加えながらワーク８０を切削する。
【０２３１】
・工程３：ワーク８０の穴あけが終了してワーク８０からの抗力がなくなると、エンドミル８１が急激に下降するため、チャック８２がワーク８０に衝突しないようにエンドミル８１の下降を停止する。
【０２３２】
そして、エンドミル８１の実位置（Ｐy）を図１に示した同期機構２におけるカップリングスリーブ６の実位置（Ｐsc）に置換え、工程１におけるコンプライアンスパラメータ（ＶＰＯＬＥ）の変更位置（Ｐy_vp，同期機構２の制御におけるＰsc_vpに相当する）と、ワーク８０の待機位置（Ｐy_def，同期機構２の制御におけるＰsc_defに相当する）等を設定して、上下移動アクチュエータ８３の作動を制御することによって、穴あけ時間の短縮を図ると共にエンドミル８１とワーク８０の接触時の衝撃を和らげることができる。
【０２３３】
また、工程２において、エンドミル８１よりワーク８０に過剰な押付け力が加わることを防止して、エンドミル８１の押付け力を所定の目標押付け力に維持することができ、工程３において、エンドミル８１の速やかに停止させることができる。
【０２３４】
なお、本実施の形態では、本発明のアクチュエータとして電気モータ１０を用いた例を示したが、他の種類の電気アクチュエータや、空圧や油圧アクチュエータを用いた場合であっても、本発明の適用が可能である。
【０２３５】
また、本実施の形態では、本発明の第１の状態値がアクチュエータにより移動される物体の位置であり、本発明の第２の状態値が該物体に働く力の大きさである例を示したが、他の種類の状態値を採用してアクチュエータの作動を制御する場合にも本発明の適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】同期機構及びその制御装置の構成図。
【図２】図１に示した同期機構のモデル化の説明図。
【図３】図１に示した制御装置の制御ブロック図。
【図４】図３に示したスライディングモードコントローラの挙動を示したグラフ。
【図５】コンプライアンスパラメータの変更による効果を示したグラフ。
【図６】到達則ゲインと適応則ゲインの設定条件を示したグラフ。
【図７】電流フィードバック処理を加えた制御装置の制御ブロック図。
【図８】制御工程の切換タイミングを示したグラフ。
【図９】ウェーブレット変換フィルタの構成図。
【図１０】ウェーブレット変換フィルタにおけるデシメーション処理の説明図。
【図１１】制御装置の作動フローチャート。
【図１２】目標位置とコンプライアンスパラメータの設定テーブルを示した図。
【図１３】電流フィードバック処理を加えた制御装置の他の例の制御ブロック図。
【図１４】電流フィードバック処理を加えた制御装置の他の例の制御ブロック図。
【図１５】工作機械による穴あけ工程を示した図。
【図１６】従来の同期機構の構成図。
【符号の説明】
１…制御装置、２…同期機構、５…入力軸、６…カップリングスリーブ、７…被同期ギヤ、８…シンクロナイザリング、１０…モータ、１１…シフトホーク、１５…回転数センサ、２０…電流検出部、２１…実位置把握部、２２…目標位置設定部、２３…目標電流設定部、２４…電圧決定部、３０…慣性系物体、３１…弾性系物体

Claims

アクチュエータの作動に応じて変化する第１の状態値を把握する第１の状態値把握手段と、該アクチュエータの作動に応じて変化する該第１の状態値と異なる第２の状態値を把握する第２の状態値把握手段と、
前記第１の状態値が第１の目標値と一致するように、該第１の状態値と該第１の目標値との偏差の減衰挙動と減衰速度を可変的に指定可能な第１の応答指定型制御を用いて、少なくとも該偏差を第１の状態量として、該第１の状態量を変数とした第１の線形関数により規定される第１の切換関数上の平衡点に該第１の状態量を収束させるように前記アクチュエータを駆動する第１の操作量を決定すると共に、前記第２の状態値が第２の目標値と一致するように、フィードバック処理により前記第１の線形関数の演算係数を変更することによって前記第１の応答指定型制御の応答特性を決定する操作量決定手段とを備えたことを特徴とするアクチュエータの制御装置。
前記操作量決定手段は、前記演算係数を第２の操作量とし、前記第２の状態値と前記第２の目標値との偏差の減衰挙動と減衰速度を可変的に指定可能な第２の応答指定型制御を用いて、少なくとも該偏差を第２の状態量として、該第２の状態量を変数とした第２の線形関数により規定される第２の切換関数上の平衡点に該第２の状態量を収束させるように、前記第２の操作量を決定することを特徴とする請求項１記載のアクチュエータの制御装置。
前記アクチュエータは移動体を移動させる駆動源であり、
前記第１の状態値は前記移動体の移動位置であり、
前記第２の状態値は前記アクチュエータの作動により前記移動体に働く力の大きさであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアクチュエータの制御装置。
前記アクチュエータは、１軸方向に移動自在に設けられた接触体と連結されて該接触体を移動させ、該接触体と、前記アクチュエータと、該接触体が所定位置に移動したときに該接触体と接触する被接触体とを備えた接触機構の作動を制御して、前記アクチュエータにより前記接触体を前記所定位置を超えて移動させて前記被接触体に押付ける工程を実行し、
該工程における前記接触体の目標位置を前記第１の目標値として設定する目標位置設定手段を有し、
前記第１の状態値把握手段として、前記接触体の実位置を前記第１の状態値として把握する実位置把握手段を有し、
前記第２の状態値把握手段として、前記接触体による前記被接触体に対する押付け力を前記第２の状態値として把握する押付け力把握手段を有することを特徴とする請求項３記載のアクチュエータの制御装置。
前記アクチュエータは、供給される電流の大きさに応じて出力が変化する電気アクチュエータであって、前記第１の操作量は該電気アクチュエータへの供給電圧であり、
前記押付け力把握手段は、該電気アクチュエータへの供給電流を検出して該供給電流に基づいて前記接触体による前記被接触体に対する押付け力を把握することを特徴とする請求項４記載のアクチュエータの制御装置。
前記接触機構は、動力の伝達／遮断を切り換える同期機構であり、
前記接触体は軸上に一体回転可能に設けられた第１の係合部材であり、前記被接触体は、前記軸に相対回転可能かつ軸動不可な第２の係合部材と該第１の係合部材との間に、該第１の係合部材と該第２の係合部材に対して回転自在且つ前記軸方向に移動自在に設けられて、前記軸が回転した状態で該第１の係合部材と第２の係合部材とに接触したときに生じる摩擦力により、該第１の係合部材と該第２の係合部材の回転数を同期させて該第１の係合部材と該第２の係合部材とを係合可能とする同期部材であることを特徴とする請求項４又は請求項５記載のアクチュエータの制御装置。