JP2000330607A - むだ時間を有する制御系の制御装置 - Google Patents

むだ時間を有する制御系の制御装置

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JP2000330607A
JP2000330607A JP11142921A JP14292199A JP2000330607A JP 2000330607 A JP2000330607 A JP 2000330607A JP 11142921 A JP11142921 A JP 11142921A JP 14292199 A JP14292199 A JP 14292199A JP 2000330607 A JP2000330607 A JP 2000330607A
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control system
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JP11142921A
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English (en)
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Ryoichi Hibino
良一 日比野
Yuji Murakishi
裕治 村岸
Masataka Osawa
正敬 大澤
Toshinari Suzuki
俊成 鈴木
Katsumi Kono
克己 河野
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Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 むだ時間を有する制御系に対して適正な推定
状態量を推定すると共にこの推定状態量を用いて制御系
を適正に制御する。 【解決手段】 状態推定器は、現在の操作量を入力する
と共に実際の状態量と推定状態量との誤差を補正するた
めのフィードバック量を入力して推定状態量を求める
が、入力するフィードバック量として状態推定器から出
力される推定状態量にむだ時間の要素を考慮したものと
実際の状態量に基づいて演算されたもの用いる。具体的
には、数回前にサンプリングされた推定状態量を用いて
演算したものをフィードバック量とする。この結果、む
だ時間を有する制御系に対して適正な推定状態量を推定
することができ、この推定状態量に基づいて切換面σを
計算して操作量の値を切り換えることにより制御系を適
正に制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、むだ時間を有する
制御系の制御装置に関し、詳しくは、むだ時間を有する
制御系をオブザーバからの推定状態量を用いて制御する
制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の制御装置としては、エン
ジンの空燃比制御系に対してオブザーバからの推定状態
量を用いてスライディングモード制御を行なうものが提
案されている(例えば、「An Observer-Based Controll
er Design Method for Automotive Fuel-Injection Sys
tems」 Proceeding of the American Control Conferen
ce San Francisco, California, June 1993 など)。
この制御装置は、オブザーバからの状態推定値を用いて
スライディングモード制御を行なうことにより、オブザ
ーバを用いずにスライディングモード制御を行なうこと
により生じる問題、即ちエンジンの空燃比制御系が要求
される応答性に対してむだ時間が無視できないほど大き
いことに基づいて生じるチャタリングを防止することが
できるとされている。なお、オブザーバでは、推定状態
量と実際の状態量の偏差情報に適当なゲインを乗じてフ
ィードバックすることにより状態推定量を推定してい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】自動車の変速機の変速
制御系などの大きなむだ時間の存在を特徴とする制御系
にスライディングモード制御法を適用すると、そのロバ
スト性が大きく減少するという問題があった。通常のス
ライディングモード制御法を適用した際のシミュレーシ
ョン結果として回転数の変化率の時間変化と回転数の時
間変化とを図6に示す。図6に示すように、通常のスラ
イディングモード制御法を適用するだけでは状態量の実
際値は目標値を適正に追従することができない。
【0004】こうした問題に対して、上述のエンジンの
空燃比制御系と同様にオブザーバの適用を考えることも
できる。しかし、この手法では、オブザーバを線形項と
非線形項との単純な加算により構成させており、この加
算による構成にそぐわない制御対象には適用できないこ
と、空燃比センサの時間遅れによるむだ時間などのよう
に単一の要素により決定されるむだ時間しか考慮してお
らず、複数の要素により複雑に決定されるむだ時間を考
慮していないことなどにより、正確な状態量を推定する
ことができず、適正な制御を行なうことができないもの
となってしまう。推定状態量として目標値を使用してス
ライディングモード制御法を適用した際のシミュレーシ
ョン結果として、回転数の変化率の時間変化と回転数の
時間変化とを図7に、推定状態量として状態量の実際値
を使用してスライディングモード制御法を適用した際の
シミュレーション結果として回転数の変化率の時間変化
と回転数の時間変化とを図8に示す。図7および図8に
示すように、推定状態量として目標値や状態量の実際値
を用いてスライディングモード制御法を適用しても、
1.25秒前後の回転数の変化率の実際値が目標値に対
して大きく落ち込み、体感としてショックを与えるもの
となり、適正な制御を行なうことができない。
【0005】本発明のむだ時間を有する制御系の制御装
置は、むだ時間を有する制御系に対して適正な制御を行
なうことを目的の一つとする。また、本発明のむだ時間
を有する制御系の制御装置は、むだ時間を有する制御系
に対して適正な推定状態量を推定することを目的の一つ
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明のむだ時間を有する制御系の制御装置は、上述の目
的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採っ
た。
【0007】本発明のむだ時間を有する制御系の制御装
置は、むだ時間を有する制御系をオブザーバからの推定
状態量を用いて制御する制御装置であって、前記オブザ
ーバによる推定状態量の推定は、実際の状態量と操作量
と該推定時より所定時間以前に推定された推定状態量と
に基づいて行なうことを特徴とする。
【0008】この本発明の制御装置では、現在の推定時
より所定時間以前に推定された推定状態量に基づいて推
定状態量を推定することにより、むだ時間を考慮した推
定状態量を推定することができる。ここで「所定時間以
前に推定された推定状態量」には、直前に推定された推
定状態量以前に推定された推定状態量のうちのいずれか
一つの推定状態量の他、複数の推定状態量も含まれる。
【0009】こうした本発明の制御装置において、前記
オブザーバは、むだ時間に基づいて制御モデルのパラメ
ータを修正しながら前記推定状態量を推定するものであ
るものとすることもできる。こうすれば、むだ時間の大
きさに応じてより適正な推定状態量を推定でき、これに
よりより適正に制御対象を制御することができる。
【0010】また、本発明の制御装置において、前記制
御は、スライディングモード制御法により行なうものと
することもできる。こうすれば、スライディングモード
制御法の特徴的な高いロバスト性を享受することができ
る。
【0011】さらに、本発明の制御装置において、前記
所定時間は、制御系のむだ時間に基づいて設定されるも
のとすることもできる。所定時間をむだ時間に応じて適
当に選ぶことにより、より正確な推定状態量を推定する
ことができ、これにより制御系を適正に制御することが
できる。
【0012】あるいは、本発明の制御装置において、前
記実際の状態量のサンプリングの頻度に対して少ない頻
度で前記所定時間以前に推定された推定状態量をサンプ
リングするものとすることもできる。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例を用いて説明する。図1は、本発明の制御装置を自動
車の自動変速機を制御対象としてスライディングモード
制御法により制御する際の構成を示すブロック図であ
る。図示するように、実施例の制御装置では、状態推定
器(オブザーバ)は、現在の操作量を入力すると共に、
状態量の実際値と推定状態量との誤差を補正するための
フィードバック量を入力して、推定状態量を求めて出力
している。このフィードバック量は、状態量の実際値
と、状態推定器から出力される推定状態量にむだ時間の
要素を考慮したものとの偏差にゲインを乗したものとし
て表わされる。このようにむだ時間の要素を考慮するこ
とにより的確な推定状態量を推定することができる。ス
ライディングモード制御では、状態推定器から出力され
た推定状態量と目標値とに基づいて切換面σを計算し、
切換面σの値に基づいて操作量の値を切り換える。推定
状態量が的確なものであれば、スライディングモード制
御法における操作量の切り換えも的確なものとなり、適
正な制御を行なうことができる。
【0014】こうしたむだ時間の要素を考慮して推定状
態量を推定し自動変速機を制御する制御装置の具体例を
以下に示す。図2は、この具体例のブロック図である。
制御対象モデルとしては、次式(1)および式(2)に
示すように、ギヤトレーン系とむだ時間を組み込んだ油
圧系とに分けてシステム化し、連続時間モデルをサンプ
リング周期 sample ttでゼロ次ホールドにより変換した
ものとした。ここで、XntとXx2は状態量であり、
Ntは変速機の回転数であり、x2は油圧力であり、u
は操作量である。また、nkは、むだ時間を考慮したも
のであり、離散系ではサンプル周期の定数倍に設定する
ことができる。なお、式(1)におけるAsysdやB
sysd,Csysd,Dsysdはギヤトレーン系モ
デルの係数であり、式(2)におけるAhydやBhy
d,Chyd,Dhydは油圧系モデルの係数である。
【0015】
【数1】 ローパスフィルタは、高周波のノイズを除去するために
用いるものであり、具体例では、次式(3)により構成
した。ここで、X_lは状態量であり、u_lはローパ
スフィルタの出力(操作量)である。なお、式(3)に
おけるA_lやB_l,C_l,D_lはローパスフィ
ルタの係数である。
【0016】
【数2】 差分器は、次式(4)および式(5)に示すように、回
転数Ntの前回の値との偏差ΔNtと、ローパスフィル
タを通過した操作量u_lの前回の値との偏差Δuを求
めるものである。
【0017】
【数3】 オブザーバでは、次式(6)および式(7)に示すよう
に、差分器からの回転数の偏差ΔNtと操作量の偏差Δ
uとを用いて推定回転数の偏差ΔNt’と推定回転数N
t’とを演算する。ここで、式(6)の右辺の最終項の
括弧内の第1項のΔNt’(k−nk)は、むだ時間を
考慮した項であり、nkの値のステップだけ前の推定回
転数の偏差(推定状態量の偏差)を用いている。このn
kは、制御対象モデルと同様に、離散系ではサンプル周
期の定数倍に設定することができる。なお、式(6)中
のAobdやBobd,Lはオブザーバの係数である。
【0018】
【数4】 スライディングモード制御では、目標値rおよび目標値
の減少量Δrと、オブザーバからの推定回転数Nt’お
よび推定回転数の偏差ΔNt’とを用いて次式(8)に
より切換面σを計算し、この計算された切換面σの値に
基づいて式(9)により操作量を切り換える。目標値r
および目標値の減少量Δrは式(10)および式(1
1)により表わされる。なお、式(8)中のS1やS
2、式(9)中のγやηはスライディングモード制御に
おけるゲインであり、式(10)および式(11)中の
Koubaiはサンプリング時間の1ステップ当たりの
目標値の減少量である。
【0019】
【数5】 この具体例の各係数を次表1に示す値とし、初期値とし
て表2の値を用いてシミュレーションを行なうと、その
結果は図3として得られる。図示するように、回転数の
変化率は推定値も実際値も目標値を前後するが、回転数
Ntは目標値の少し高い値で目標値の減少と同様に減少
しており、図6ないし図8に示した従来例に比して、適
正に制御されているのが理解できる。
【0020】
【表1】
【表2】 以上、具体例を用いて説明した実施例の制御装置によれ
ば、むだ時間を考慮して推定状態量を推定し、この推定
状態量を用いて求められる操作量を出力することによ
り、大きなむだ時間を有する制御系を適正に制御するこ
とができる。
【0021】実施例における具体例では、オブザーバに
おけるむだ時間は各ステップ毎に更新されるものとした
が、数ステップに1回の割合で更新するものとしてもよ
い。例えば、4ステップに1回の割合で更新するものの
場合、式(6)の右辺の最終項の括弧内は次式(12)
で計算されるk’を用いてΔNt’(k’)−ΔNt
(k’)とすればよい。ここで、式(12)の[k/
4]は、kを4で除した商を意味する。例えば、kが
1,2,3,4,5のときには、[k/4]は0,0,
0,1,1となり、k’はこの[k/4]を4倍するか
ら0,0,0,4,4,となる。
【0022】k’=4・[k/4] (12) こうした制御は、図1における操作量uからフィードバ
ックされるループはスライディングモード制御のために
可能な限り短い間隔のサンプリング時間により行ない、
実際の状態量からフィードバックされる補正のためのル
ープはフィードバック制御系に要求される応答性を実現
可能なサンプリング周期であればよいことを意味する。
【0023】実施例ではスライディングモード制御法を
用いる具体例を用いて本発明の制御装置を説明したが、
スライディングモード制御法を用いないものを具体例と
してもよい。例えば、最適レギュレータ制御を用いるも
のとしてもよい。この場合のブロック図を図4に示す。
フィードバック出力すなわち操作量uは、式(9)に代
えて次式(13)を用いればよい。ここで、Kcは係数
である。なお、式(8)および式(9)以外の式は、こ
の最適レギュレータ制御においても同一である。
【0024】 u=−Kc・ΔNt’(k+1) (13) 表1におけるオブザーバ係数のLだけを0.12に変更
したものを用い、表2の初期値を用いて最適レギュレー
タ制御の具体例についてシミュレーションを行なうと、
その結果は図5のようになる。このシミュレーション結
果から解るように、回転数の変化率であるΔNtと推定
値ΔNt’は目標値近傍を推移し、回転数Ntは目標値
より若干高い値で目標値と同様に推移しており、図6な
いし図8に示した従来例に比して、適正に制御されてい
るのが理解できる。
【0025】すなわち、実施例の制御装置は、スライデ
ィングモード制御法の適用の際にのみ効果を奏するもの
ではなく、その他の制御、例えば最適レギュレータ制御
などに適用した場合も同様に効果を奏するものである。
【0026】以上、本発明の実施の形態について実施例
を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の制御装置を自動車の自動変速機を制
御対象としてスライディングモード制御法により制御す
る際の構成を示すブロック図である。
【図2】 自動変速機をスライディングモード制御法に
より制御する際の構成の具体例を示すブロック図であ
る。
【図3】 図2の具体例のシミュレーション結果として
回転数の変化率の時間変化と回転数の時間変化を例示す
るグラフである。
【図4】 自動変速機を最適レギュレータ制御により制
御する際の構成の具体例を示すブロック図である。
【図5】 図4の具体例のシミュレーション結果として
回転数の変化率の時間変化と回転数の時間変化を例示す
るグラフである。
【図6】 通常のスライディングモード制御法を適用し
た際のシミュレーション結果として回転数の変化率の時
間変化と回転数の時間変化を示すグラフである。
【図7】 推定状態量として目標値を使用してスライデ
ィングモード制御法を適用した際のシミュレーション結
果としての回転数の変化率の時間変化と回転数の時間変
化とを示すグラフである。
【図8】 推定状態量として状態量の実際値を使用して
スライディングモード制御法を適用した際のシミュレー
ション結果としての回転数の変化率の時間変化と回転数
の時間変化とを示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村岸 裕治 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 大澤 正敬 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 鈴木 俊成 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 河野 克己 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3J052 AA04 AA19 CA31 FA01 FB31 LA01 5H004 GA10 GA17 HA08 HB08 JB15 JB24 KA32 KA35 KA72 KA74 KB38 KC17 KC28 LA03 LA12 MA12 9A001 BB06 HH34 JJ77 KK54

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 むだ時間を有する制御系をオブザーバか
    らの推定状態量を用いて制御する制御装置であって、 前記オブザーバによる推定状態量の推定は、実際の状態
    量と操作量と該推定時より所定時間以前に推定された推
    定状態量とに基づいて行なうことを特徴とする制御装
    置。
  2. 【請求項2】 前記オブザーバは、むだ時間に基づいて
    制御モデルのパラメータを修正しながら前記推定状態量
    を推定するものである請求項1記載の制御装置。
JP11142921A 1999-05-24 1999-05-24 むだ時間を有する制御系の制御装置 Pending JP2000330607A (ja)

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JP11142921A JP2000330607A (ja) 1999-05-24 1999-05-24 むだ時間を有する制御系の制御装置
US09/577,160 US6266580B1 (en) 1999-05-24 2000-05-24 Control apparatus and method of control system having dead time

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011163404A (ja) * 2010-02-08 2011-08-25 Honda Motor Co Ltd 自動変速機の制御装置
CN103279128A (zh) * 2013-05-23 2013-09-04 西北工业大学 用于双余度无刷直流电动舵机的滑模控制方法和驱动装置
CN103529709A (zh) * 2013-10-15 2014-01-22 广东电网公司电力调度控制中心 电力系统故障联切装置模型实现方法及其系统
CN104238356A (zh) * 2014-09-26 2014-12-24 贵州大学 扩张状态观测器对时滞系统的观测方法
CN107664951A (zh) * 2016-07-29 2018-02-06 哈尔滨工业大学(威海) 一种抑制舰载稳定平台抖动的装置及其控制方法

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