アクチュエータの制御装置
【課題】アクチュエータの動作限界付近での入力外乱抑圧性能を向上させる。
【解決手段】入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器（スライディングモード制御器）と、そのフィードバック制御器で生成した制御入力と入力制限値との差にゲインを乗じた値を上記フィードバック制御器の入力側にフィードバックするアンチワインドアップ制御器とを備えたアクチュエータの制御装置において、上記入力制限値を、アクチュエータの動作限界値から決定される入力量に、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器で補償すべき入力外乱を加えた値に設定する。このような設定により、アクチュエータの動作限界値まで制御入力の演算が可能になり、その動作限界付近での入力外乱抑圧性能が向上する。
【解決手段】入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器（スライディングモード制御器）と、そのフィードバック制御器で生成した制御入力と入力制限値との差にゲインを乗じた値を上記フィードバック制御器の入力側にフィードバックするアンチワインドアップ制御器とを備えたアクチュエータの制御装置において、上記入力制限値を、アクチュエータの動作限界値から決定される入力量に、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器で補償すべき入力外乱を加えた値に設定する。このような設定により、アクチュエータの動作限界値まで制御入力の演算が可能になり、その動作限界付近での入力外乱抑圧性能が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータの制御装置に関し、例えば、車両に搭載される自動化マニュアルトランスミッションなどのアクチュエータの制御に利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータの駆動を制御する装置においては、例えば、目標値と実ストロークとの偏差が０となるように制御入力を算出して制御対象に与える制御（フィードバック制御）を行っている。アクチュエータのフィードバック制御系では、制御入力の飽和が生じた場合、制御対象が指令値に追従できなくなって出力応答にオーバーシュート（いわゆる、ワインドアップ現象）が生じる。こうしたワインドアップ現象が生じると、制御性能劣化や制御系の不安定化を引き起こすことがある。その対策の１つとして、フィードバック制御系にアンチワインドアップ制御器を設けている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
アンチワインドアップ制御器としては、例えば、フィードバック制御器で生成した制御入力と、アクチュエータの動作限界値で制限した入力値との差にゲインを乗じた値をフィードバックすることにより、ワインドアップ現象を抑制するものがある。
【０００４】
また、アクチュエータの制御装置において、フィードバック制御器として、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器（例えば、スライディングモード制御器）が適用されている。スライディングモード制御器は、制御対象の状態量を変数とする切換関数によって表される切換超平面に、制御対象の状態量を切換入力（非線形入力）によって収束させる（切換関数の値を０に収束させる）とともに、等価制御入力（線形入力）によって切換関数上を滑る（スライディング）ようにして、制御対象の状態量を超切換平面上に拘束する制御器である。このようなスライディングモード制御器では、入力外乱や制御対象の特性変化などに対するロバスト性を十分に確保しながら、制御対象の状態量を切換超平面上に安定して拘束することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−００５１５３号公報
【特許文献２】特開２００４−２４０５１６号公報
【特許文献３】特許第３３８７４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器とアンチワインドアップ制御器とを備えたアクチュエータ制御装置において、入力外乱による出力変動が生じた場合、アクチュエータの動作限界値まで制御入力を生成することができなくなり、その動作限界値付近での入力外乱抑圧性能が低下する場合がある。
【０００７】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器とアンチワインドアップ制御器とを備えたアクチュエータの制御装置において、入力外乱抑圧性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器と、前記フィードバック制御器で生成された制御入力とその制御入力を入力制限値で制限した制限入力（＝入力制限値）とが入力されるアンチワインドアップ制御器と、を備えたアクチュエータの制御装置において、前記入力制限値を、アクチュエータ動作に必要な入力量と入力外乱とから設定することを技術的特徴としている。より具体的には、上記入力制限値を、アクチュエータの動作限界値から決定される入力量に、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器で補償すべき入力外乱を加えた値に設定することを特徴としている。
【０００９】
本発明において、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器の具体的な例として、スライディングモード制御器を挙げることができる。また、アンチワインドアップ制御器の具体的な構成として、例えば、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器（スライディングモード制御器）で生成した制御入力と入力制限値との差にゲインを乗じた値を、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器の入力側にフィードバックするという構成を挙げることができる。
【００１０】
本発明によれば、アンチワインドアップ制御器への入力制限値を、アクチュエータ動作に必要な入力量と入力外乱とから設定しているので、アクチュエータの動作限界付近での入力外乱抑圧性能を向上させることができる。この点に以下に説明する。
【００１１】
まず、従来制御では、アクチュエータ動作確保に必要な出力量（アクチュエータの動作限界値（飽和特性））のみを考慮して入力制限値を設定している。このような設定では、入力外乱によって入出力特性が変動した場合に、アクチュエータの動作限界値まで制御入力を生成できなくなるので（図５及び図６参照）、動作限界値付近での外乱抑圧性能を十分に発揮できない可能性がある。
【００１２】
これに対し、例えば図５及び図６に示すように、入力制限値を、アクチュエータの動作限界値から決定される入力量（従来制御の入力制限値）に、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器（例えば、スライディングモード制御器）で補償すべき入力外乱（補償入力外乱範囲の半分）を加えた値とすることにより、アクチュエータの動作限界値まで制御入力の演算が可能になる。これによって、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器（スライディングモード制御器）の演算余裕代ができるので、アクチュエータの動作限界付近での入力外乱抑圧性能が向上する。
【００１３】
そして、このようにして入力制限値を決定（設定）した上で、所望のアンチワインドアップ性能（オーバーシュート抑制）が得られるように、アンチワインドアップ制御器を調整（例えば、上記制御入力と制限入力との差に乗じるゲインをチューニング）することによって、入力外乱抑圧性能とアンチワインドアップ効果とを両立することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器とアンチワインドアップ制御器とを備えたアクチュエータの制御装置において、入力制限値を、アクチュエータ動作に必要な入力量と入力外乱とから設定しているので、入力外乱抑圧性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用するアクチュエータが搭載された車両の概略構成図である。
【図２】セレクトアクチュエータ、シフトアクチュエータ及びクラッチアクチュエータの作動油流量（油圧）を制御する油圧制御回路の構成、及び、ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】アクチュエータ制御装置の制御系の構成を示す制御ブロック図である。
【図４】図３の制御系に用いるアンチワインドアップ制御器の構成を示す図である。
【図５】入力制限値の説明図である。
【図６】入力制限値の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
この例では、シフト変速（ギヤ段切り替え）が自動化された自動化マニュアルトランスミッションを対象としており、その自動化マニュアルトランスミッションのアクチュエータ（自動クラッチのアクチュエータも含む）を制御する制御装置に本発明を適用した例について説明する。
【００１８】
まず、自動化マニュアルトランスミッションが搭載された車両について、図１を参照して説明する。この例の車両には、エンジン１、自動クラッチ２、上記自動化マニュアルトランスミッション３、油圧制御回路４００、及び、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００などが搭載されている。
【００１９】
エンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関であって、その出力軸であるクランクシャフト１１は自動クラッチ２（摩擦クラッチ２０）に連結されている。
【００２０】
自動クラッチ２は、乾式単板の摩擦クラッチ２０及びクラッチ操作装置２００を備えている。摩擦クラッチ２０は、エンジン１のクランクシャフト１１に連結されるフライホイール、クラッチディスク、プレッシャプレート、ダイヤフラムスプリング、及び、クラッチカバーなどを備えている（例えば、特開２０１０−２０３５８６公報参照）。
【００２１】
クラッチ操作装置２００は、レリーズベアリング、レリーズフォーク、及び、油圧式のクラッチアクチュエータ２０１などを備えており、そのクラッチアクチュエータ２０１の駆動力（前進・後進運動）をレリーズフォーク及びレリーズベアリングを介してダイヤフラムスプリングに与えることにより、上記摩擦クラッチ２０のプレッシャプレートを変位させることによって、当該プレッシャプレートとフライホイールとの間にクラッチディスクを強く挟む状態（クラッチ係合状態）、または、プレッシャプレートをクラッチディスクから引き離す状態（クラッチ切断状態）に設定することができる（例えば、特開２０１０−２０３５８６公報参照）。なお、クラッチアクチュエータ２０１の駆動（作動油流量制御）は油圧制御回路４００及びＥＣＵ１００によって制御される。
【００２２】
自動化マニュアルトランスミッション３は、例えば前進６段・後進１段の平行歯車式変速機などの一般的な手動変速機と同様の構成を有している。
【００２３】
自動化マニュアルトランスミッション３（以下、「トランスミッション３」ともいう）は、シンクロメッシュ機構３００を備えた常時噛み合い式の有段変速機であって、入力軸３１及び出力軸３２と、これら入力軸３１及び出力軸３２に設けられた減速比の異なる６組のギヤ対３１１，３１２・・３１６とを備えており、それらギヤ対３１１，３１２・・３１６のうちの１つが選択されて動力伝達状態となることにより、前進６段の変速比が設定される。なお、図１には、３組のギヤ対３１１（ギヤ３１１ａと３１１ｂ）、ギヤ対３１２（ギヤ３１２ａと３１２ｂ）及びギヤ対３１６（３１６ａと３１６ｂ）のみを模式的に示している。
【００２４】
ギヤ対３１１，３１２・・３１６を構成する一方（入力軸側）のギヤ３１１ａ，３１２ａ・・３１６ａは、トランスミッション３の入力軸３１に一体的に回転または空転するように支持されており、他方（出力軸側）のギヤ３１１ｂ，３１２ｂ・・３１６ｂは、トランスミッション３の出力軸３２に一体的に回転または空転するように支持されている。この例では、入力軸側のギヤ３１１ａ，３１２ａ・・３１６ａが入力軸３１と一体的に回転するように支持されており、出力軸側のギヤ３１１ｂ，３１２ｂ・・３１６ｂが出力軸３２に対して空転するように支持されている。
【００２５】
そして、これらのギヤ対３１１，３１２・・３１６のギヤ３１１ａ，３１２ａ・・３１６ａとギヤ３１１ｂ，３１２ｂ・・３１６ｂとが、それぞれ、常に噛み合うように配置されており、ギヤ対３１１，３１２・・３１６のうちの１つのギヤ対、例えばギヤ対３１１の出力軸側のギヤ３１１ｂを、シンクロメッシュ機構３００によって出力軸３２の連結することによりギヤ対３１１が動力伝達状態となり、そのギヤ対に対応するギヤ段（例えば第１速（１ｓｔ））を得ることができる。
【００２６】
また、ギヤ対３１６の入力軸側のギヤ３１６ｂをシンクロメッシュ機構３００によって出力軸３２に連結することによりギヤ対３１６が動力伝達状態となり、そのギヤ対に対応するギヤ段（例えば第６速（６ｔｈ））を得ることができる。なお、図示はしないが、例えば、トランスミッション３の入力軸３１には後進ギヤ対が設けられており、その後進ギヤ対がカウンタシャフトに設けられたアイドルギヤが噛み合うことによって後進ギヤ段を設定できるようになっている。
【００２７】
トランスミッション３の入力軸３１は上記摩擦クラッチ２０（クラッチディスク）に連結されている。また、トランスミッション３の出力軸３２の回転は、ディファレンシャルギヤ５及び車軸６などを介して駆動輪７に伝達される。
【００２８】
シンクロメッシュ機構３００は、セレクトアクチュエータ３０１及びシフトアクチュエータ３０２を駆動源としている。それらセレクトアクチュエータ３０１及びシフトアクチュエータ３０２の各駆動（作動油流量制御）は油圧制御回路４００及びＥＣＵ１００によって制御される。
【００２９】
油圧制御回路４００は、図２に示すように、セレクトソレノイドバルブ４０１、シフトソレノイドバルブ４０２、クラッチソレノイドバルブ４０３、及び、オイルポンプ４０４などを備えている。セレクトソレノイドバルブ４０１、シフトソレノイドバルブ４０２及びクラッチソレノイドバルブ４０３はいずれもリニアソレノイドバルブである。また、オイルポンプ４０４としては、エンジン１の作動によって駆動される機械式オイルポンプや電動オイルポンプが用いられる。
【００３０】
セレクトソレノイドバルブ４０１は、ＥＣＵ１００からの指令信号（駆動電流）に応じて、上記自動化マニュアルトランスミッション３のセレクトアクチュエータ３０１に供給する作動油の流量（油圧：セレクトアクチュエータ３０１のストローク）を調整するように構成されている。このセレクトアクチュエータ３０１のピストンロッドがセレクト方向に前進または後退することにより、上記自動化マニュアルトランスミッション３のシンクロメッシュ機構３００のセレクト操作が行われる（例えば、特開２０１０−２０３５８６公報参照）。セレクトアクチュエータ３０１のピストンロッドの移動量（セレクトストローク）はセレクトストロークセンサ５０１によって検出される。
【００３１】
シフトソレノイドバルブ４０２は、ＥＣＵ１００からの指令信号（駆動電流）に応じて上記自動化マニュアルトランスミッション３のシフトアクチュエータ３０２に供給する作動油の流量（油圧：シフトアクチュエータ３０２のストローク）を調整するように構成されている。このシフトアクチュエータ３０２のピストンロッドがシフト方向に前進または後退することにより、上記自動化マニュアルトランスミッション３のシンクロメッシュ機構３００のシフト操作が行われる（例えば、特開２０１０−２０３５８６公報参照）。シフトアクチュエータ３０２のピストンロッドの移動量（シフトストローク）はシフトストロークセンサ５０２によって検出される。
【００３２】
クラッチソレノイドバルブ４０３は、ＥＣＵ１００からの指令信号（駆動電流）に応じて、上記自動クラッチ２のクラッチアクチュエータ２０１に供給する作動油の流量（油圧：クラッチアクチュエータ２０１のストローク）を調整するように構成されている。このクラッチアクチュエータ２０１のピストンロッドが前進または後退することにより自動クラッチ２（摩擦クラッチ２）の切断または係合操作が行われる。クラッチアクチュエータ２０１のピストンロッドの移動量（クラッチストローク）はクラッチストロークセンサ５０３によって検出される。
【００３３】
なお、セレクトソレノイドバルブ４０１、シフトソレノイドバルブ４０２、及び、クラッチソレノイドバルブ４０３の各駆動制御時には駆動電流が連続的に供給される。また、例えばＰＷＭ等の高速な電流ＯＮ−ＯＦＦ制御（デューティ制御）であっても出力は実質的に連続となるので、このような場合の通電制御も含まれる。
【００３４】
−ＥＣＵ−
次に、ＥＣＵ１００について図２を参照して説明する。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、バックアップＲＡＭなどを備えている。
【００３５】
ＲＯＭには、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、例えばエンジンの停止時などにおいて、その保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００３６】
また、ＥＣＵ１００は、後述するアクチュエータ制御装置を構成するスライディングモード制御器（ＳＭＣ）１０１、アンチワインドアップ制御器（ＡＷＣ）１０２、オブザーバ１０３、リミッタ１０４、及び、加減算器１５などを備えている。
【００３７】
ＥＣＵ１００には、エンジン１の運転状態を検出する各種センサが接続されている。さらに、ＥＣＵ１００には、上記したセレクトストロークセンサ５０１、シフトストロークセンサ５０２及びクラッチストロークセンサ５０３などが接続されている。
【００３８】
そして、ＥＣＵ１００は、エンジン運転状態を検出する各種センサの出力信号に基づいて、吸入空気量制御（スロットルバルブの開度制御）、燃料噴射量制御（インジェクタの開閉制御）などを含むエンジン１の各種制御、及び、各アクチュエータ３０１，３０２，２０１の駆動制御などを実行する。
【００３９】
−アクチュエータ制御装置−
次に、アクチュエータ制御装置について図３を参照して説明する。図３はアクチュエータ制御装置の制御系の構成を示す制御ブロック図である。
【００４０】
この図３の制御系において、制御対象Ｔは、上記自動化マニュアルトランスミッション３の各アクチュエータ（セレクトアクチュエータ３０１、シフトアクチュエータ３０２）であり、そのアクチュエータの作動油流量（油圧）を制御するように構成されている。ただし、この例では、アクチュエータの作動油流量はソレノイドバルブ（セレクトソレノイドバルブ４０１、シフトソレノイドバルブ４０２）によって調整されるので、そのソレノイドバルブの駆動電流の変動（駆動電流ばらつき）を入力外乱として扱っている。
【００４１】
図３に示す制御系（アクチュエータ制御装置）は、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器としてのスライディングモード制御器（ＳＭＣ）１０１、アンチワインドアップ制御器（ＡＷＣ）１０２、オブザーバ（観測器）１０３、リミッタ１０４、及び、加減算器１０５などによって構成されている。
【００４２】
オブザーバ１０３は、スライディングモード制御器１０１で生成された制御入力ｕ（もしくは、リミッタ１０４にて制限された制御入力［ｕ-］）、及び、制御対象Ｔの実ストロークｙ（例えば、ストロークセンサ５０１，５０２の検出値）に基づいて、推定状態量［ｘ０＾］（ストローク変位）、［ｘ１＾］（ストローク変位速度）、［ｘ２＾］（ストローク変位加速度）、及び、推定ストローク［ｙ＾］を推定する。このオブザーバ１０３で推定された推定状態量（［ｘ０＾］、［ｘ１＾］、［ｘ２＾］）はスライディングモード制御器１０１に入力され、推定ストローク［ｙ＾］は加減算器１０５に入力される。
【００４３】
なお、上記［ｘ０＾］、［ｘ１＾］、［ｘ２＾］、［ｙ＾］は、推定値を表現する一般的な表記である「ハット」の代わりに以後使用するものとし、図面（図３）では一般的な表記を使用するものとする。また、［ｕ-］は、「ｕアッパーバー」の代わりに以後使用するものとし、図面（図３）では一般的な表記を使用するものとする。
【００４４】
アンチワインドアップ制御器１０２は、ワインドアップ現象を抑制するための一般的な制御器であって、図４に示すように、減算器１２１及び増幅器１２２などによって構成されている。
【００４５】
アンチワインドアップ制御器１０２の減算器１２１には、スライディングモード制御器１０１で生成された制御入力ｕ（リミッタ前の制御入力）と、リミッタ１０４で制御入力ｕが制限された場合に、その制限後の制御入力［ｕ-］（リミッタ後の制御入力＝入力制限値）とが入力され、これら制御入力の偏差ｅawc（［ｕ-］−ｕ）が算出される。そして、その偏差ｅawcに、増幅器１２２において所定のゲインｋａｗｃを乗じることによって帰還信号ｕawcが生成される。この帰還信号ｕawcは加減算器１０５に入力（スライディングモード制御器１０１の入力側にフィードバック）される。
【００４６】
ここで、スライディングモード制御器１０１で生成された制御入力ｕがリミッタ１０４の制限値（入力制限値）を超えない範囲では、リミッタ前の制御入力ｕとリミッタ後の制御入力［ｕ-］とは同じであり、上記偏差ｅuawcは０となる（帰還信号ｕawc＝０）。
【００４７】
一方、制御入力ｕがリミッタ１０４の制限値以上になった場合（飽和状態になった場合）は、偏差ｕawcは負の値（［ｕ-］−ｕ＜０）となり、負の値の帰還信号ｕawcが加減算器１０５に入力される。上記リミッタ１０４の入力制限値については後述する。
【００４８】
そして、このような構成のアンチワインドアップ制御器１０２において、上記ｅawc（［ｕ-］−ｕ）に乗じるゲインｋａｗｃをチューニングすることによって、ワインドアップ現象（オーバーシュート）を抑制することができる。
【００４９】
加減算器１０５は、目標ストローク（目標値）ｒ、上記オブザーバ１０３が推定した推定ストローク［ｙ＾］（実ストローク（出力）ｙ）、及び、上記アンチワインドアップ制御器１０２からの帰還信号ｕawcが入力される。加減算器１０５では、目標ストロークｒと推定ストローク［ｙ＾］との偏差（ｒ−［ｙ＾］）が算出される。
【００５０】
その偏差算出の際に、スライディングモード制御器１０１で生成された制御入力ｕがリミッタ１０４の制限値を超えない場合には、アンチワインドアップ制御器１０２からの帰還信号ｕawcは０であるので、制御対象Ｔの出力と目標値との偏差（ｒ−［ｙ＾］）がそのままスライディングモード制御器１０１に入力される。一方、制御入力ｕがリミッタ１０４の制限値以上になった場合には、上記偏差（ｒ−［ｙ＾］）に帰還信号ｕawc（負の値）が加算されるので、上記偏差（ｒ−［ｙ＾］）から帰還信号ｕawcを減じた値（（ｒ−［ｙ＾］）−ｕawc）がスライディングモード制御器１０１に入力される。つまり、制御入力ｕがリミッタ１０４の上限制限値で制限された場合（飽和状態になった場合）、スライディングモード制御器１０１に入力される制御偏差は、制御対象Ｔの出力と目標値との偏差（ｒ−［ｙ＾］）よりも小さくなる。
【００５１】
スライディングモード制御器１０１は、例えば、制御対象Ｔの状態量に目標値ｒと出力ｙとの差の積分値ｚを付加した拡大系を用いて構成した１型サーボ系の公知の制御器であって、制御対象Ｔの状態量を変数とする切換関数（σ（ｘ）＝Ｓｘ）によって表される切換超平面Ｓに、制御対象Ｔの状態量を切換入力（非線形入力）ｕnlによって収束させる（切換関数の値を０に収束させる（σ（ｘ）→０））とともに、等価制御入力（線形入力）ｕeqによって切換関数上を滑る（スライディング）ようにして、制御対象Ｔの状態量を超切換平面Ｓ上に拘束するフィードバック制御器である。
【００５２】
このようなスライディングモード制御器１０１では、入力外乱（マッチング条件を満たす外乱：上記した駆動電流ばらつき）に対しロバスト性を補償しながら、制御対象Ｔの状態量を切換超平面上に安定して拘束することができる。そして、このスライディングモード制御器１０１で生成された制御入力ｕ（ｕ＝ｕeq＋ｕnl）がリミッタ１０４を通じて制御対象Ｔに与えられる。
【００５３】
−入力制限値について−
次に、リミッタ１０４の入力制限値について図５及び図６を参照して説明する。
【００５４】
図５及び図６において、横軸は入力（ソレノイドバルブの駆動電流）であり、縦軸は出力（ストローク（作動油流量））である。また、図５に示す実線は、流量要求値（ストローク要求値）から駆動電流を求めるためのマップ（入出力特性マップ）である。なお、この図５に示す入出力特性マップは、ノミナル品を用いて実験・計算等によって算出されており、ＥＣＵ１００内に記憶されている。
【００５５】
まず、図５及び図６に示すように、従来制御では、アクチュエータの動作限界値から決定される入力量（アクチュエータ動作に必要な入力量（サーボ性能確保流量））のみを考慮して入力制限値を設定している。このような設定では、入出力の実特性がマップ特性（図５の実線）に対しずれが生じていない場合（入力外乱による入出力特性の変動がない場合）には、アクチュエータの動作限界値まで制御入力を生成することができるので、制御入力の演算（スライディングモード制御器１０１の演算）が動作限界値付近まで可能になる。しかし、入力外乱によって入出力特性が変動した場合、例えば図５に示すようにマップ特性（実線）に対し実特性（破線）がずれた場合（同じ入力値（電流値）に対して出力（流量）が低い側にばらついた場合）、動作限界値まで制御入力を生成できなくなるので（図６参照）、動作限界値付近の制御入力の演算結果は外乱抑圧性能を十分に発揮できない可能性がある。
【００５６】
このような点を考慮し、この例では、図５及び図６に示すように、リミッタ１０４の入力制限値を、アクチュエータの動作限界値から決定される入力量（アクチュエータ動作に必要な入力量（サーボ性能確保流量））と、スライディングモード制御器１０１で補償すべき入力外乱（駆動電流ばらつき）とから設定する。つまり、従来制御の入力制限値に、補償入力外乱範囲の半分（１／２）を加えた値をリミッタ１０４の入力制限値とする。このように、入力外乱を考慮してリミッタ１０４の入力制限値を設定することにより、図６に示すように、アクチュエータの動作限界値まで制御入力の演算が可能となり、これによってスライディングモード制御器１０１の演算余裕代ができるので、アクチュエータの動作限界付近での入力外乱抑圧性能が向上する。
【００５７】
そして、このようにしてリミッタ１０４の入力制限値を決定（設定）した上で、所望のアンチワインドアップ性能（オーバーシュート抑制）が得られるように、アンチワインドアップ制御器１０２の増幅器１２２のゲインｋａｗｃを実験・シミュレーション等によってチューニングすることによって、入力外乱抑圧性能とアンチワインドアップ効果とを両立することができる。
【００５８】
なお、以上の例では、自動化マニュアルトランスミッション３のセレクトアクチュエータ３０１及びシフトアクチュエータ３０２の制御の例について説明したが、自動クラッチ２のクラッチアクチュエータ２０１についても同様な制御を適用することができる。
【００５９】
−他の実施形態−
以上の例では、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器として、スライディングモード制御器を用いているが、本発明はこれに限られることなく、制御対象の出力を目標値に一致させるフィードバック制御を実行する制御器であって、入力外乱を抑圧する性能を持つフィードバック制御器であれば、他の任意の構成の入力外乱抑圧型制御器を適用してもよい。また、アンチワインドアップ制御器についても、図４に示す構成のものに限られることなく、一般に用いられている他の構成のアンチワインドアップ制御器を適用してもよい。
【００６０】
以上の例では、自動化マニュアルトランスミッションのアクチュエータ制御装置について説明したが、本発明はこれに限られることなく、例えば、クラッチ及びブレーキと遊星歯車装置とを用いてギヤ段を設定する自動変速機や、変速比を無段階に調整するベルト式の無段変速機（ＣＶＴ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）などの他の変速機のアクチュエータ制御にも本発明は適用可能である。
【００６１】
また、本発明は、油圧アクチュエータに限られることなく、電動式や負圧式（空気式）のアクチュエータなどの制御にも適用可能であり、さらに、変速機のほか、例えば内燃機関、制動装置（ブレーキ）などの各種機器・装置を駆動するアクチュエータの制御装置にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器と、アンチワインドアップ制御器とを備えたアクチュエータの制御装置に利用可能であり、例えば、車両に搭載される自動化マニュアルトランスミッションなどのアクチュエータの制御に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
２ 自動クラッチ
２０１ クラッチアクチュエータ
３ 自動化マニュアルトランスミッション
３０１ セレクトアクチュエータ
３０２ シフトアクチュエータ
１００ ＥＣＵ
１０１ スライディングモード制御器（入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器）
１０２ アンチワインドアップ制御器
１０４ リミッタ
Ｔ 制御対象
４００ 油圧制御回路
４０１ セレクトソレノイドバルブ
４０２ シフトソレノイドバルブ
４０３ クラッチソレノイドバルブ
５０１ セレクトストロークセンサ
５０２ シフトストロークセンサ
５０３ クラッチストロークセンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータの制御装置に関し、例えば、車両に搭載される自動化マニュアルトランスミッションなどのアクチュエータの制御に利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータの駆動を制御する装置においては、例えば、目標値と実ストロークとの偏差が０となるように制御入力を算出して制御対象に与える制御（フィードバック制御）を行っている。アクチュエータのフィードバック制御系では、制御入力の飽和が生じた場合、制御対象が指令値に追従できなくなって出力応答にオーバーシュート（いわゆる、ワインドアップ現象）が生じる。こうしたワインドアップ現象が生じると、制御性能劣化や制御系の不安定化を引き起こすことがある。その対策の１つとして、フィードバック制御系にアンチワインドアップ制御器を設けている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
アンチワインドアップ制御器としては、例えば、フィードバック制御器で生成した制御入力と、アクチュエータの動作限界値で制限した入力値との差にゲインを乗じた値をフィードバックすることにより、ワインドアップ現象を抑制するものがある。
【０００４】
また、アクチュエータの制御装置において、フィードバック制御器として、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器（例えば、スライディングモード制御器）が適用されている。スライディングモード制御器は、制御対象の状態量を変数とする切換関数によって表される切換超平面に、制御対象の状態量を切換入力（非線形入力）によって収束させる（切換関数の値を０に収束させる）とともに、等価制御入力（線形入力）によって切換関数上を滑る（スライディング）ようにして、制御対象の状態量を超切換平面上に拘束する制御器である。このようなスライディングモード制御器では、入力外乱や制御対象の特性変化などに対するロバスト性を十分に確保しながら、制御対象の状態量を切換超平面上に安定して拘束することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−００５１５３号公報
【特許文献２】特開２００４−２４０５１６号公報
【特許文献３】特許第３３８７４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器とアンチワインドアップ制御器とを備えたアクチュエータ制御装置において、入力外乱による出力変動が生じた場合、アクチュエータの動作限界値まで制御入力を生成することができなくなり、その動作限界値付近での入力外乱抑圧性能が低下する場合がある。
【０００７】
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器とアンチワインドアップ制御器とを備えたアクチュエータの制御装置において、入力外乱抑圧性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器と、前記フィードバック制御器で生成された制御入力とその制御入力を入力制限値で制限した制限入力（＝入力制限値）とが入力されるアンチワインドアップ制御器と、を備えたアクチュエータの制御装置において、前記入力制限値を、アクチュエータ動作に必要な入力量と入力外乱とから設定することを技術的特徴としている。より具体的には、上記入力制限値を、アクチュエータの動作限界値から決定される入力量に、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器で補償すべき入力外乱を加えた値に設定することを特徴としている。
【０００９】
本発明において、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器の具体的な例として、スライディングモード制御器を挙げることができる。また、アンチワインドアップ制御器の具体的な構成として、例えば、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器（スライディングモード制御器）で生成した制御入力と入力制限値との差にゲインを乗じた値を、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器の入力側にフィードバックするという構成を挙げることができる。
【００１０】
本発明によれば、アンチワインドアップ制御器への入力制限値を、アクチュエータ動作に必要な入力量と入力外乱とから設定しているので、アクチュエータの動作限界付近での入力外乱抑圧性能を向上させることができる。この点に以下に説明する。
【００１１】
まず、従来制御では、アクチュエータ動作確保に必要な出力量（アクチュエータの動作限界値（飽和特性））のみを考慮して入力制限値を設定している。このような設定では、入力外乱によって入出力特性が変動した場合に、アクチュエータの動作限界値まで制御入力を生成できなくなるので（図５及び図６参照）、動作限界値付近での外乱抑圧性能を十分に発揮できない可能性がある。
【００１２】
これに対し、例えば図５及び図６に示すように、入力制限値を、アクチュエータの動作限界値から決定される入力量（従来制御の入力制限値）に、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器（例えば、スライディングモード制御器）で補償すべき入力外乱（補償入力外乱範囲の半分）を加えた値とすることにより、アクチュエータの動作限界値まで制御入力の演算が可能になる。これによって、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器（スライディングモード制御器）の演算余裕代ができるので、アクチュエータの動作限界付近での入力外乱抑圧性能が向上する。
【００１３】
そして、このようにして入力制限値を決定（設定）した上で、所望のアンチワインドアップ性能（オーバーシュート抑制）が得られるように、アンチワインドアップ制御器を調整（例えば、上記制御入力と制限入力との差に乗じるゲインをチューニング）することによって、入力外乱抑圧性能とアンチワインドアップ効果とを両立することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器とアンチワインドアップ制御器とを備えたアクチュエータの制御装置において、入力制限値を、アクチュエータ動作に必要な入力量と入力外乱とから設定しているので、入力外乱抑圧性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用するアクチュエータが搭載された車両の概略構成図である。
【図２】セレクトアクチュエータ、シフトアクチュエータ及びクラッチアクチュエータの作動油流量（油圧）を制御する油圧制御回路の構成、及び、ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】アクチュエータ制御装置の制御系の構成を示す制御ブロック図である。
【図４】図３の制御系に用いるアンチワインドアップ制御器の構成を示す図である。
【図５】入力制限値の説明図である。
【図６】入力制限値の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
この例では、シフト変速（ギヤ段切り替え）が自動化された自動化マニュアルトランスミッションを対象としており、その自動化マニュアルトランスミッションのアクチュエータ（自動クラッチのアクチュエータも含む）を制御する制御装置に本発明を適用した例について説明する。
【００１８】
まず、自動化マニュアルトランスミッションが搭載された車両について、図１を参照して説明する。この例の車両には、エンジン１、自動クラッチ２、上記自動化マニュアルトランスミッション３、油圧制御回路４００、及び、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００などが搭載されている。
【００１９】
エンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関であって、その出力軸であるクランクシャフト１１は自動クラッチ２（摩擦クラッチ２０）に連結されている。
【００２０】
自動クラッチ２は、乾式単板の摩擦クラッチ２０及びクラッチ操作装置２００を備えている。摩擦クラッチ２０は、エンジン１のクランクシャフト１１に連結されるフライホイール、クラッチディスク、プレッシャプレート、ダイヤフラムスプリング、及び、クラッチカバーなどを備えている（例えば、特開２０１０−２０３５８６公報参照）。
【００２１】
クラッチ操作装置２００は、レリーズベアリング、レリーズフォーク、及び、油圧式のクラッチアクチュエータ２０１などを備えており、そのクラッチアクチュエータ２０１の駆動力（前進・後進運動）をレリーズフォーク及びレリーズベアリングを介してダイヤフラムスプリングに与えることにより、上記摩擦クラッチ２０のプレッシャプレートを変位させることによって、当該プレッシャプレートとフライホイールとの間にクラッチディスクを強く挟む状態（クラッチ係合状態）、または、プレッシャプレートをクラッチディスクから引き離す状態（クラッチ切断状態）に設定することができる（例えば、特開２０１０−２０３５８６公報参照）。なお、クラッチアクチュエータ２０１の駆動（作動油流量制御）は油圧制御回路４００及びＥＣＵ１００によって制御される。
【００２２】
自動化マニュアルトランスミッション３は、例えば前進６段・後進１段の平行歯車式変速機などの一般的な手動変速機と同様の構成を有している。
【００２３】
自動化マニュアルトランスミッション３（以下、「トランスミッション３」ともいう）は、シンクロメッシュ機構３００を備えた常時噛み合い式の有段変速機であって、入力軸３１及び出力軸３２と、これら入力軸３１及び出力軸３２に設けられた減速比の異なる６組のギヤ対３１１，３１２・・３１６とを備えており、それらギヤ対３１１，３１２・・３１６のうちの１つが選択されて動力伝達状態となることにより、前進６段の変速比が設定される。なお、図１には、３組のギヤ対３１１（ギヤ３１１ａと３１１ｂ）、ギヤ対３１２（ギヤ３１２ａと３１２ｂ）及びギヤ対３１６（３１６ａと３１６ｂ）のみを模式的に示している。
【００２４】
ギヤ対３１１，３１２・・３１６を構成する一方（入力軸側）のギヤ３１１ａ，３１２ａ・・３１６ａは、トランスミッション３の入力軸３１に一体的に回転または空転するように支持されており、他方（出力軸側）のギヤ３１１ｂ，３１２ｂ・・３１６ｂは、トランスミッション３の出力軸３２に一体的に回転または空転するように支持されている。この例では、入力軸側のギヤ３１１ａ，３１２ａ・・３１６ａが入力軸３１と一体的に回転するように支持されており、出力軸側のギヤ３１１ｂ，３１２ｂ・・３１６ｂが出力軸３２に対して空転するように支持されている。
【００２５】
そして、これらのギヤ対３１１，３１２・・３１６のギヤ３１１ａ，３１２ａ・・３１６ａとギヤ３１１ｂ，３１２ｂ・・３１６ｂとが、それぞれ、常に噛み合うように配置されており、ギヤ対３１１，３１２・・３１６のうちの１つのギヤ対、例えばギヤ対３１１の出力軸側のギヤ３１１ｂを、シンクロメッシュ機構３００によって出力軸３２の連結することによりギヤ対３１１が動力伝達状態となり、そのギヤ対に対応するギヤ段（例えば第１速（１ｓｔ））を得ることができる。
【００２６】
また、ギヤ対３１６の入力軸側のギヤ３１６ｂをシンクロメッシュ機構３００によって出力軸３２に連結することによりギヤ対３１６が動力伝達状態となり、そのギヤ対に対応するギヤ段（例えば第６速（６ｔｈ））を得ることができる。なお、図示はしないが、例えば、トランスミッション３の入力軸３１には後進ギヤ対が設けられており、その後進ギヤ対がカウンタシャフトに設けられたアイドルギヤが噛み合うことによって後進ギヤ段を設定できるようになっている。
【００２７】
トランスミッション３の入力軸３１は上記摩擦クラッチ２０（クラッチディスク）に連結されている。また、トランスミッション３の出力軸３２の回転は、ディファレンシャルギヤ５及び車軸６などを介して駆動輪７に伝達される。
【００２８】
シンクロメッシュ機構３００は、セレクトアクチュエータ３０１及びシフトアクチュエータ３０２を駆動源としている。それらセレクトアクチュエータ３０１及びシフトアクチュエータ３０２の各駆動（作動油流量制御）は油圧制御回路４００及びＥＣＵ１００によって制御される。
【００２９】
油圧制御回路４００は、図２に示すように、セレクトソレノイドバルブ４０１、シフトソレノイドバルブ４０２、クラッチソレノイドバルブ４０３、及び、オイルポンプ４０４などを備えている。セレクトソレノイドバルブ４０１、シフトソレノイドバルブ４０２及びクラッチソレノイドバルブ４０３はいずれもリニアソレノイドバルブである。また、オイルポンプ４０４としては、エンジン１の作動によって駆動される機械式オイルポンプや電動オイルポンプが用いられる。
【００３０】
セレクトソレノイドバルブ４０１は、ＥＣＵ１００からの指令信号（駆動電流）に応じて、上記自動化マニュアルトランスミッション３のセレクトアクチュエータ３０１に供給する作動油の流量（油圧：セレクトアクチュエータ３０１のストローク）を調整するように構成されている。このセレクトアクチュエータ３０１のピストンロッドがセレクト方向に前進または後退することにより、上記自動化マニュアルトランスミッション３のシンクロメッシュ機構３００のセレクト操作が行われる（例えば、特開２０１０−２０３５８６公報参照）。セレクトアクチュエータ３０１のピストンロッドの移動量（セレクトストローク）はセレクトストロークセンサ５０１によって検出される。
【００３１】
シフトソレノイドバルブ４０２は、ＥＣＵ１００からの指令信号（駆動電流）に応じて上記自動化マニュアルトランスミッション３のシフトアクチュエータ３０２に供給する作動油の流量（油圧：シフトアクチュエータ３０２のストローク）を調整するように構成されている。このシフトアクチュエータ３０２のピストンロッドがシフト方向に前進または後退することにより、上記自動化マニュアルトランスミッション３のシンクロメッシュ機構３００のシフト操作が行われる（例えば、特開２０１０−２０３５８６公報参照）。シフトアクチュエータ３０２のピストンロッドの移動量（シフトストローク）はシフトストロークセンサ５０２によって検出される。
【００３２】
クラッチソレノイドバルブ４０３は、ＥＣＵ１００からの指令信号（駆動電流）に応じて、上記自動クラッチ２のクラッチアクチュエータ２０１に供給する作動油の流量（油圧：クラッチアクチュエータ２０１のストローク）を調整するように構成されている。このクラッチアクチュエータ２０１のピストンロッドが前進または後退することにより自動クラッチ２（摩擦クラッチ２）の切断または係合操作が行われる。クラッチアクチュエータ２０１のピストンロッドの移動量（クラッチストローク）はクラッチストロークセンサ５０３によって検出される。
【００３３】
なお、セレクトソレノイドバルブ４０１、シフトソレノイドバルブ４０２、及び、クラッチソレノイドバルブ４０３の各駆動制御時には駆動電流が連続的に供給される。また、例えばＰＷＭ等の高速な電流ＯＮ−ＯＦＦ制御（デューティ制御）であっても出力は実質的に連続となるので、このような場合の通電制御も含まれる。
【００３４】
−ＥＣＵ−
次に、ＥＣＵ１００について図２を参照して説明する。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、バックアップＲＡＭなどを備えている。
【００３５】
ＲＯＭには、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、例えばエンジンの停止時などにおいて、その保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００３６】
また、ＥＣＵ１００は、後述するアクチュエータ制御装置を構成するスライディングモード制御器（ＳＭＣ）１０１、アンチワインドアップ制御器（ＡＷＣ）１０２、オブザーバ１０３、リミッタ１０４、及び、加減算器１５などを備えている。
【００３７】
ＥＣＵ１００には、エンジン１の運転状態を検出する各種センサが接続されている。さらに、ＥＣＵ１００には、上記したセレクトストロークセンサ５０１、シフトストロークセンサ５０２及びクラッチストロークセンサ５０３などが接続されている。
【００３８】
そして、ＥＣＵ１００は、エンジン運転状態を検出する各種センサの出力信号に基づいて、吸入空気量制御（スロットルバルブの開度制御）、燃料噴射量制御（インジェクタの開閉制御）などを含むエンジン１の各種制御、及び、各アクチュエータ３０１，３０２，２０１の駆動制御などを実行する。
【００３９】
−アクチュエータ制御装置−
次に、アクチュエータ制御装置について図３を参照して説明する。図３はアクチュエータ制御装置の制御系の構成を示す制御ブロック図である。
【００４０】
この図３の制御系において、制御対象Ｔは、上記自動化マニュアルトランスミッション３の各アクチュエータ（セレクトアクチュエータ３０１、シフトアクチュエータ３０２）であり、そのアクチュエータの作動油流量（油圧）を制御するように構成されている。ただし、この例では、アクチュエータの作動油流量はソレノイドバルブ（セレクトソレノイドバルブ４０１、シフトソレノイドバルブ４０２）によって調整されるので、そのソレノイドバルブの駆動電流の変動（駆動電流ばらつき）を入力外乱として扱っている。
【００４１】
図３に示す制御系（アクチュエータ制御装置）は、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器としてのスライディングモード制御器（ＳＭＣ）１０１、アンチワインドアップ制御器（ＡＷＣ）１０２、オブザーバ（観測器）１０３、リミッタ１０４、及び、加減算器１０５などによって構成されている。
【００４２】
オブザーバ１０３は、スライディングモード制御器１０１で生成された制御入力ｕ（もしくは、リミッタ１０４にて制限された制御入力［ｕ-］）、及び、制御対象Ｔの実ストロークｙ（例えば、ストロークセンサ５０１，５０２の検出値）に基づいて、推定状態量［ｘ０＾］（ストローク変位）、［ｘ１＾］（ストローク変位速度）、［ｘ２＾］（ストローク変位加速度）、及び、推定ストローク［ｙ＾］を推定する。このオブザーバ１０３で推定された推定状態量（［ｘ０＾］、［ｘ１＾］、［ｘ２＾］）はスライディングモード制御器１０１に入力され、推定ストローク［ｙ＾］は加減算器１０５に入力される。
【００４３】
なお、上記［ｘ０＾］、［ｘ１＾］、［ｘ２＾］、［ｙ＾］は、推定値を表現する一般的な表記である「ハット」の代わりに以後使用するものとし、図面（図３）では一般的な表記を使用するものとする。また、［ｕ-］は、「ｕアッパーバー」の代わりに以後使用するものとし、図面（図３）では一般的な表記を使用するものとする。
【００４４】
アンチワインドアップ制御器１０２は、ワインドアップ現象を抑制するための一般的な制御器であって、図４に示すように、減算器１２１及び増幅器１２２などによって構成されている。
【００４５】
アンチワインドアップ制御器１０２の減算器１２１には、スライディングモード制御器１０１で生成された制御入力ｕ（リミッタ前の制御入力）と、リミッタ１０４で制御入力ｕが制限された場合に、その制限後の制御入力［ｕ-］（リミッタ後の制御入力＝入力制限値）とが入力され、これら制御入力の偏差ｅawc（［ｕ-］−ｕ）が算出される。そして、その偏差ｅawcに、増幅器１２２において所定のゲインｋａｗｃを乗じることによって帰還信号ｕawcが生成される。この帰還信号ｕawcは加減算器１０５に入力（スライディングモード制御器１０１の入力側にフィードバック）される。
【００４６】
ここで、スライディングモード制御器１０１で生成された制御入力ｕがリミッタ１０４の制限値（入力制限値）を超えない範囲では、リミッタ前の制御入力ｕとリミッタ後の制御入力［ｕ-］とは同じであり、上記偏差ｅuawcは０となる（帰還信号ｕawc＝０）。
【００４７】
一方、制御入力ｕがリミッタ１０４の制限値以上になった場合（飽和状態になった場合）は、偏差ｕawcは負の値（［ｕ-］−ｕ＜０）となり、負の値の帰還信号ｕawcが加減算器１０５に入力される。上記リミッタ１０４の入力制限値については後述する。
【００４８】
そして、このような構成のアンチワインドアップ制御器１０２において、上記ｅawc（［ｕ-］−ｕ）に乗じるゲインｋａｗｃをチューニングすることによって、ワインドアップ現象（オーバーシュート）を抑制することができる。
【００４９】
加減算器１０５は、目標ストローク（目標値）ｒ、上記オブザーバ１０３が推定した推定ストローク［ｙ＾］（実ストローク（出力）ｙ）、及び、上記アンチワインドアップ制御器１０２からの帰還信号ｕawcが入力される。加減算器１０５では、目標ストロークｒと推定ストローク［ｙ＾］との偏差（ｒ−［ｙ＾］）が算出される。
【００５０】
その偏差算出の際に、スライディングモード制御器１０１で生成された制御入力ｕがリミッタ１０４の制限値を超えない場合には、アンチワインドアップ制御器１０２からの帰還信号ｕawcは０であるので、制御対象Ｔの出力と目標値との偏差（ｒ−［ｙ＾］）がそのままスライディングモード制御器１０１に入力される。一方、制御入力ｕがリミッタ１０４の制限値以上になった場合には、上記偏差（ｒ−［ｙ＾］）に帰還信号ｕawc（負の値）が加算されるので、上記偏差（ｒ−［ｙ＾］）から帰還信号ｕawcを減じた値（（ｒ−［ｙ＾］）−ｕawc）がスライディングモード制御器１０１に入力される。つまり、制御入力ｕがリミッタ１０４の上限制限値で制限された場合（飽和状態になった場合）、スライディングモード制御器１０１に入力される制御偏差は、制御対象Ｔの出力と目標値との偏差（ｒ−［ｙ＾］）よりも小さくなる。
【００５１】
スライディングモード制御器１０１は、例えば、制御対象Ｔの状態量に目標値ｒと出力ｙとの差の積分値ｚを付加した拡大系を用いて構成した１型サーボ系の公知の制御器であって、制御対象Ｔの状態量を変数とする切換関数（σ（ｘ）＝Ｓｘ）によって表される切換超平面Ｓに、制御対象Ｔの状態量を切換入力（非線形入力）ｕnlによって収束させる（切換関数の値を０に収束させる（σ（ｘ）→０））とともに、等価制御入力（線形入力）ｕeqによって切換関数上を滑る（スライディング）ようにして、制御対象Ｔの状態量を超切換平面Ｓ上に拘束するフィードバック制御器である。
【００５２】
このようなスライディングモード制御器１０１では、入力外乱（マッチング条件を満たす外乱：上記した駆動電流ばらつき）に対しロバスト性を補償しながら、制御対象Ｔの状態量を切換超平面上に安定して拘束することができる。そして、このスライディングモード制御器１０１で生成された制御入力ｕ（ｕ＝ｕeq＋ｕnl）がリミッタ１０４を通じて制御対象Ｔに与えられる。
【００５３】
−入力制限値について−
次に、リミッタ１０４の入力制限値について図５及び図６を参照して説明する。
【００５４】
図５及び図６において、横軸は入力（ソレノイドバルブの駆動電流）であり、縦軸は出力（ストローク（作動油流量））である。また、図５に示す実線は、流量要求値（ストローク要求値）から駆動電流を求めるためのマップ（入出力特性マップ）である。なお、この図５に示す入出力特性マップは、ノミナル品を用いて実験・計算等によって算出されており、ＥＣＵ１００内に記憶されている。
【００５５】
まず、図５及び図６に示すように、従来制御では、アクチュエータの動作限界値から決定される入力量（アクチュエータ動作に必要な入力量（サーボ性能確保流量））のみを考慮して入力制限値を設定している。このような設定では、入出力の実特性がマップ特性（図５の実線）に対しずれが生じていない場合（入力外乱による入出力特性の変動がない場合）には、アクチュエータの動作限界値まで制御入力を生成することができるので、制御入力の演算（スライディングモード制御器１０１の演算）が動作限界値付近まで可能になる。しかし、入力外乱によって入出力特性が変動した場合、例えば図５に示すようにマップ特性（実線）に対し実特性（破線）がずれた場合（同じ入力値（電流値）に対して出力（流量）が低い側にばらついた場合）、動作限界値まで制御入力を生成できなくなるので（図６参照）、動作限界値付近の制御入力の演算結果は外乱抑圧性能を十分に発揮できない可能性がある。
【００５６】
このような点を考慮し、この例では、図５及び図６に示すように、リミッタ１０４の入力制限値を、アクチュエータの動作限界値から決定される入力量（アクチュエータ動作に必要な入力量（サーボ性能確保流量））と、スライディングモード制御器１０１で補償すべき入力外乱（駆動電流ばらつき）とから設定する。つまり、従来制御の入力制限値に、補償入力外乱範囲の半分（１／２）を加えた値をリミッタ１０４の入力制限値とする。このように、入力外乱を考慮してリミッタ１０４の入力制限値を設定することにより、図６に示すように、アクチュエータの動作限界値まで制御入力の演算が可能となり、これによってスライディングモード制御器１０１の演算余裕代ができるので、アクチュエータの動作限界付近での入力外乱抑圧性能が向上する。
【００５７】
そして、このようにしてリミッタ１０４の入力制限値を決定（設定）した上で、所望のアンチワインドアップ性能（オーバーシュート抑制）が得られるように、アンチワインドアップ制御器１０２の増幅器１２２のゲインｋａｗｃを実験・シミュレーション等によってチューニングすることによって、入力外乱抑圧性能とアンチワインドアップ効果とを両立することができる。
【００５８】
なお、以上の例では、自動化マニュアルトランスミッション３のセレクトアクチュエータ３０１及びシフトアクチュエータ３０２の制御の例について説明したが、自動クラッチ２のクラッチアクチュエータ２０１についても同様な制御を適用することができる。
【００５９】
−他の実施形態−
以上の例では、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器として、スライディングモード制御器を用いているが、本発明はこれに限られることなく、制御対象の出力を目標値に一致させるフィードバック制御を実行する制御器であって、入力外乱を抑圧する性能を持つフィードバック制御器であれば、他の任意の構成の入力外乱抑圧型制御器を適用してもよい。また、アンチワインドアップ制御器についても、図４に示す構成のものに限られることなく、一般に用いられている他の構成のアンチワインドアップ制御器を適用してもよい。
【００６０】
以上の例では、自動化マニュアルトランスミッションのアクチュエータ制御装置について説明したが、本発明はこれに限られることなく、例えば、クラッチ及びブレーキと遊星歯車装置とを用いてギヤ段を設定する自動変速機や、変速比を無段階に調整するベルト式の無段変速機（ＣＶＴ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）などの他の変速機のアクチュエータ制御にも本発明は適用可能である。
【００６１】
また、本発明は、油圧アクチュエータに限られることなく、電動式や負圧式（空気式）のアクチュエータなどの制御にも適用可能であり、さらに、変速機のほか、例えば内燃機関、制動装置（ブレーキ）などの各種機器・装置を駆動するアクチュエータの制御装置にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器と、アンチワインドアップ制御器とを備えたアクチュエータの制御装置に利用可能であり、例えば、車両に搭載される自動化マニュアルトランスミッションなどのアクチュエータの制御に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
２ 自動クラッチ
２０１ クラッチアクチュエータ
３ 自動化マニュアルトランスミッション
３０１ セレクトアクチュエータ
３０２ シフトアクチュエータ
１００ ＥＣＵ
１０１ スライディングモード制御器（入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器）
１０２ アンチワインドアップ制御器
１０４ リミッタ
Ｔ 制御対象
４００ 油圧制御回路
４０１ セレクトソレノイドバルブ
４０２ シフトソレノイドバルブ
４０３ クラッチソレノイドバルブ
５０１ セレクトストロークセンサ
５０２ シフトストロークセンサ
５０３ クラッチストロークセンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器と、前記フィードバック制御器で生成された制御入力とその制御入力を入力制限値で制限した制限入力とが入力されるアンチワインドアップ制御器と、を備えたアクチュエータの制御装置において、
前記入力制限値を、アクチュエータ動作に必要な入力量と入力外乱とから設定することを特徴とするアクチュエータの制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のアクチュエータの制御装置において、
前記入力制限値を、アクチュエータの動作限界値から決定される入力量に、前記入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器で補償すべき入力外乱を加えた値に設定することを特徴とするアクチュエータの制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のアクチュエータの制御装置において、
前記入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器は、スライディングモード制御器であることを特徴とするアクチュエータの制御装置。
【請求項１】
入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器と、前記フィードバック制御器で生成された制御入力とその制御入力を入力制限値で制限した制限入力とが入力されるアンチワインドアップ制御器と、を備えたアクチュエータの制御装置において、
前記入力制限値を、アクチュエータ動作に必要な入力量と入力外乱とから設定することを特徴とするアクチュエータの制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のアクチュエータの制御装置において、
前記入力制限値を、アクチュエータの動作限界値から決定される入力量に、前記入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器で補償すべき入力外乱を加えた値に設定することを特徴とするアクチュエータの制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のアクチュエータの制御装置において、
前記入力外乱抑圧性能を持つフィードバック制御器は、スライディングモード制御器であることを特徴とするアクチュエータの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１１３５８８（Ｐ２０１２−１１３５８８Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６３２３８（Ｐ２０１０−２６３２３８）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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