制御装置
【課題】ワインドアップ現象を起こさずに飽和要素を含む制御対象に対し制御機能を限界まで発揮する。
【解決手段】線形制御器５が、制御対象２の操作量を生成するための線形操作量Ｕｅｑを生成すると共に、非線形操作量Ｕｎｌに基づいて線形操作量Ｕｅｑの大きさを制限するの。これにより、非線形操作量Ｕｎｌの大きさを考慮する必要がなくなるので、非線形制御器６はワインドアップしなくなる。またこの結果、非線形制御器６でワインドアップ現象を考慮する必要がなくなるので、線形制御器５でのみ飽和時の影響を考慮すればよくなる。
【解決手段】線形制御器５が、制御対象２の操作量を生成するための線形操作量Ｕｅｑを生成すると共に、非線形操作量Ｕｎｌに基づいて線形操作量Ｕｅｑの大きさを制限するの。これにより、非線形操作量Ｕｎｌの大きさを考慮する必要がなくなるので、非線形制御器６はワインドアップしなくなる。またこの結果、非線形制御器６でワインドアップ現象を考慮する必要がなくなるので、線形制御器５でのみ飽和時の影響を考慮すればよくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飽和特性を有する制御対象を制御するための制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、多くの制御対象には、アクチュエータの最大駆動力やトルク，電気回路の最大電流，機構の有限ストローク長等のように、単数又は複数の飽和要素（拘束条件）が含まれる。そしてこのような飽和要素を考慮せずに制御装置を設計した場合には、制御出力のオーバーシュートやシステムの不安定化が生じることがある。このような背景から、システム設計者は、飽和要素の飽和値を固定値とみなし、固定飽和値を用いた人工的な飽和要素を制御補償器に挿入することにより、飽和要素を考慮して制御装置を設計するようにしている（例えば特許文献１，２，３，４参照）。
【特許文献１】特開平５−１４３１０５号公報
【特許文献２】特開２００１−１９５１０２号公報
【特許文献３】特開平１−１７３２０１号公報
【特許文献４】特開２００４−８６８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、一般的なフィードバック制御では、追従性を確保するために積分演算を含む補償器（積分補償要素）が制御補償器に挿入されるが、積分補償要素が制御補償器に挿入されている場合に飽和要素を制御補償器に挿入した場合には、飽和時においても積分演算が継続されることになるために、位置，速度，電流，温度等の制御変数が目標値に追従せずに時間と共にオーバーシュートや振動的な振る舞いをする、所謂ワインドアップ現象が生じやすい。このような背景から、フィードバック制御系では、ワインドアップ現象を起こさずに飽和特性を有する制御対象に対し制御機能を限界まで発揮できる制御装置の提供が望まれている。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ワインドアップ現象を起こさずに飽和要素を含む制御対象に対し制御機能を限界まで発揮することが可能な制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するために、本発明に係る制御装置は、制御対象の目標出力値、出力値、及び操作量のうちの少なくとも一つを含む制御情報に基づいて制御対象の操作量を生成するための第１中間値を生成する第１中間値生成手段と、制御情報に基づいて制御対象の操作量を生成するための第２中間値を生成すると共に、第１中間値に基づいて第２中間値の大きさを制限する第２中間値生成手段と、第１中間値と第２中間値に基づいて制御対象の操作量を生成し、制御対象に生成した操作量を与える操作量生成手段とを備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る制御装置によれば、制御対象の操作量を生成するための第１中間値に基づいて制御対象の操作量を生成するための第２中間値の大きさを制限するので、第１中間値の大きさを考慮する必要がなくなり、第１中間値生成手段ではワインドアップ現象は発生しなくなる。またこの結果、第１中間値生成手段でワインドアップ現象を考慮する必要がなくなるので、第２中間値生成手段でのみ飽和時の影響を考慮すればよくなる。従って、本発明に係る制御装置によれば、ワインドアップ現象を起こさずに飽和要素を含む制御対象に対し制御機能を限界まで発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の第１乃至第３の実施形態となる制御装置の構成について説明する。
【実施例１】
【０００８】
〔制御装置の構成〕
本発明の第１の実施形態となる制御装置１は、図１に示すように、目標値と制御対象２の出力の差を制御偏差として出力する比較器３と、比較器３から出力された制御偏差の積分演算を行う積分演算器（１／ｓ）と、目標値，制御偏差の積分演算値，及び制御対象２の操作量を用いて状態変数ベクトルを推定するオブザーバ（観測器）４と、目標値，制御偏差の積分演算値，及び制御対象２の出力に従って制御対象２の操作量を生成するための線形入力を第２中間値として演算する線形制御器５と、オブザーバ４により推定された状態変数ベクトルに従って制御対象２の操作量を生成するための非線形入力を第１中間値として演算する非線形制御器６と、第１中間値と第２中間値を加算又は減算した値を操作量として制御対象２に与える加算器７とを備え、フィードバック入力により構成される線形入力と非線形入力から成る操作量を飽和特性を有する制御対象２に与える。なお、振動制御等のように制御対象２の出力を０にしたい制御の場合には上記積分演算器（１／ｓ）は設けなくてもよい。
【０００９】
上記線形制御器５は、図１に示すように、目標値，制御偏差の積分演算値，及び制御対象２の出力を用いて第３中間値を生成する線形な伝達関数行列Ｎと、リミッタ８から出力される第２中間値を用いて第４中間値を生成する線形な伝達関数行列Ｒと、第３中間値と第４中間値に基づいて第５中間値をリミッタ８に与える加算器９と、第５中間値の大きさに基づいて大きさを制限しながら第２中間値を出力するリミッタ８とを備え、アンチワインドアップ制御系を構成する一手法である左既約分解により表現されている。すなわち、線形制御器５が線形な伝達関数行列Ｃで表現される場合、伝達関数行列Ｃ，Ｎ，Ｒの間には以下の数式２に示す関係が成り立つ。
【数２】
【００１０】
なお、本実施形態では、非線形制御器６及び線形制御器５は、スライディングモード制御理論を適用し、スライディングモード制御理論により演算される非線形入力及び線形入力をそれぞれ第１中間値及び第２中間値として演算する。但し、非線形制御器６に非線形制御理論を適用した場合、線形制御理論において適用可能な左既約分解表現をそのまま用いることができない。
【００１１】
そこで、この制御装置１では、スライディングモード制御における線形な操作量である等価制御入力Ｕｅｑを演算する以下に示す数式３と非線形な操作量である非線形入力Ｕｎｌを演算する以下に示す数式４を設け、左既約分解により表現するのは線形な等価制御系のみとし、非線形制御系に対してはアンチワインドアップ機能を付加しないこととする。
【数３】
【数４】
【００１２】
なお、本実施形態は、非線形制御理論の一つであるスライディングモード制御理論を適用したものであるが、線形演算により演算される操作量が含まれる操作量演算方法であれば、本発明は、例えばフィードフォワード制御と線形なフィードバック制御を併用した場合（この場合、フィードフォワード制御はマップやテーブル等を用いることができる）等、任意の制御系に適用することができる。また、この制御は、連続時間，離散時間を問わないため、連続時間制御理論又は離散時間制御理論のどちらにも適用することができる。
【００１３】
また、線形制御器５，非線形制御器６，及び加算器７はそれぞれ、図２に示す本発明に係る第２中間値生成手段１２，第１中間値生成手段１３，及び操作量生成手段１４として機能する。また、伝達関数行列Ｎ，伝達関数行列Ｒ，リミッタ８，及び加算器９はそれぞれ、図３に示す本発明に係る第３中間値生成手段２１，第４中間値生成手段２２，第５中間値生成手段２３，及び第２中間値制限手段２４として機能する。
【００１４】
そして、このような構成を有する制御装置１は、以下に示す操作量生成処理を実行することにより、ワインドアップ現象を生じさせることなく飽和特性を有する制御対象２に対し制御機能を限界まで発揮することを可能にする。以下、図４に示すフローチャートを参照して、この操作量生成処理を実行する際の制御装置１の動作について詳しく説明する。
【００１５】
〔操作量生成処理〕
図４に示すフローチャートは、オブザーバ４に目標値，制御偏差，及び制御対象２の操作量が入力されるのに応じて開始となり、操作量生成処理はステップＳ１の処理に進む。
【００１６】
ステップＳ１の処理では、オブザーバ４が、目標値，制御偏差の積分演算値，制御対象２の出力，及び制御対象２の操作量を用いて状態変数ベクトルＸを推定する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、操作量生成処理はステップＳ２とステップＳ３の処理に進む。
【００１７】
ステップＳ２の処理では、線形制御器５が、上述の数式１を利用して線形操作量（等価制御入力）Ｕｅｑを演算する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、操作量生成処理はステップＳ５の処理に進む。
【００１８】
ステップＳ３の処理では、非線形制御器６が、上述の数式２を利用して非線形操作量（非線形入力）Ｕｎｌを演算する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、操作量生成処理はステップＳ４の処理に進む。なお、ステップＳ２の処理とステップＳ３，４の処理は実際には平行して実行されるものとする。
【００１９】
ステップＳ４の処理では、非線形制御器６が、加算器７によって予め設定された制御対象２の操作量の最大値Ｕｍａｘ及び最小値ＵｍｉｎとステップＳ２の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑを以下の数式５，６に代入することにより、線形操作量Ｕｅｑの最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘ及び最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎを演算する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、操作量生成処理はステップＳ５の処理に進む。
【数５】
【数６】
【００２０】
ステップＳ５の処理では、線形制御器５が、ステップＳ２の処理により演算された線形操作量ＵｅｑがステップＳ４の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑの最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘ以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、ステップＳ２の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑが線形操作量Ｕｅｑの最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘ以上である場合、線形制御器５は、ステップＳ６の処理としてステップＳ２の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑを線形操作量Ｕｅｑの最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘに設定した後、操作量生成処理をステップＳ７の処理に進める。一方、ステップＳ２の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑが線形操作量Ｕｅｑの最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘ未満である場合には、線形制御器５は操作量生成処理をステップＳ５の処理からステップＳ７の処理に進める。
【００２１】
ステップＳ７の処理では、線形制御器５が、ステップＳ２の処理により演算された線形操作量ＵｅｑがステップＳ４の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑの最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎ以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、ステップＳ２の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑが線形操作量Ｕｅｑの最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎ以下である場合、線形制御器５は、ステップＳ８の処理としてステップＳ２の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑを線形操作量Ｕｅｑの最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎに設定した後、操作量生成処理をステップＳ９の処理に進める。一方、ステップＳ２の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑが線形操作量Ｕｅｑの最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎ以下でない場合には、線形制御器５は操作量生成処理をステップＳ７の処理からステップＳ９の処理に進める。
【００２２】
ステップＳ９の処理では、加算器７が、線形制御器５により演算された線形操作量Ｕｅｑと非線形制御器６により演算された非線形操作量Ｕｎｌを加算した値を操作量Ｕとして制御対象２に与える。これにより、ステップＳ９の処理は完了し、操作量生成処理はステップＳ１の処理に戻る。
【００２３】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、線形制御器５が、制御対象２の操作量を生成するための線形操作量Ｕｅｑを生成すると共に、図５に示すように非線形操作量Ｕｎｌに基づいて線形操作量Ｕｅｑの大きさを制限するので、非線形操作量Ｕｎｌの大きさを考慮する必要がなくなり、非線形制御器６ではワインドアップ現象が発生しなくなる。またこの結果、非線形制御器６でワインドアップ現象を考慮する必要がなくなるので、線形制御器５でのみ飽和時の影響を考慮すればよくなる。従って、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、図６に示すように、従来の制御装置とは異なり、ワインドアップ現象を起こさずに飽和要素を含む制御対象に対し制御機能を限界まで発揮することができる。
【００２４】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、線形制御器５は状態変数ベクトルＸと線形操作量Ｕｅｑとが線形関係となる線形演算を行うので、非線形操作量Ｕｎｌと線形操作量Ｕｅｑが混在する場合でも飽和時の制御性能の悪化具合を低下させることができる。また、非線形制御器６は状態変数ベクトルＸと非線形操作量Ｕｎｌが非線形関係となる非線形演算を行うので、非線形制御対象の操作量を生成できると共に、非線形操作量に飽和要素を持たさないため、非線形演算時にワインドアップを考慮する必要がなくなる。またこの結果、非線形演算での飽和時の制御性能の悪化を考える必要がなくなるので、設計及び実装が容易に行えるようになる。
【００２５】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、非線形制御器６はスライディングモード制御理論により演算される非線形入力に基づいて非線形操作量Ｕｎｌを生成し、線形制御器５はスライディングモード制御理論により演算される線形入力に基づいて線形操作量Ｕｅｑを生成するので、ロバストな制御系が構成できると共に、非線形制御理論に対してもワインドアップ現象を低減可能な制御系を容易に構成することができる。
【００２６】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、加算器７は制御対象２の操作量の最大値Ｕｍａｘ及び最小値Ｕｍｉｎを設定し、非線形制御器６は非線形操作量Ｕｎｌの大きさが設定された操作量の範囲内になるように非線形操作量Ｕｎｌを生成するので、線形操作量Ｕｅｑの大きさは制限幅が０を含む範囲内となる。またこれにより、線形操作量Ｕｅｑが飽和する頻度が低下し、制御性能の悪化を低減できる。
【００２７】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、線形制御器５は線形操作量Ｕｅｑの大きさを制限するリミッタ８を備え、リミッタ８は制御対象２の操作量が最大値Ｕｍａｘ以下になるように線形操作量Ｕｅｑを制限するので、非線形操作量Ｕｎｌに基づいて線形操作量Ｕｅｑの大きさを制限する場合にも飽和要素を一ついれればよくなり、マイコンやパーソナルコンピュータを使って演算を行う場合でっても演算時間が長くならず、容易に実装することができる。
【００２８】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、リミッタ８は、演算された線形操作量Ｕｅｑが最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘ以上である場合、演算された線形操作量Ｕｅｑを最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘに設定し、演算された線形操作量Ｕｅｑが最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎ以下である場合には、演算された線形操作量Ｕｅｑを最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎに設定するので、線形操作量Ｕｅｑが不必要に制限されることがなくなり、飽和しない時には所望の制御性能が得られ飽和した時だけ制限を加える制御系を構成することができる。
【００２９】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、リミッタ８は、制御対象２の操作量が最大値Ｕｍａｘ以下になるように線形操作量Ｕｅｑの最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘを変化させるので、線形操作量Ｕｅｑと非線形操作量Ｕｎｌの和が制御対象２の操作量の最大値Ｕｍａｘを越えることがなくなる。またこれにより、制御対象２に操作量が過剰に印加されることがなくなり、制御性能の悪化頻度を低下させることができる。
【００３０】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、線形制御器５は、状態変数ベクトルＸを用いて第３中間値を生成する線形な伝達関数行列Ｎ、リミッタ８から出力される第２中間値を用いて第４中間値を生成する線形な伝達関数行列Ｒと、第３中間値と第４中間値に基づいて第５中間値をリミッタ８に与える加算器９とを備え、リミッタ８は第５中間値に基づいて第２中間値を生成するので、第２中間値が制限された場合であっても制限された情報をフィードバックし、簡単な構造で性能悪化を低減することができる。
【００３１】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、線形制御器５は、アンチワインドアップ制御系を構成する一手法である左既約分解により表現され、左既約分解を用いて第２中間値を生成することができるので、理論的に操作量の飽和を考慮し、簡単な構造で性能悪化を低減できる。
【００３２】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、加算器７は、非線形操作量Ｕｎｌと線形操作量Ｕｅｑの加算又は減算により制御対象２の操作量を生成するので、線形性を保ったまま制御系を構成することができる。
【００３３】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、制御偏差の積分演算値を利用して操作量を演算するので、目標値に制御対象２の出力を追従させたい場合にも定常偏差をなくす操作量を演算し、目標値に対して制御対象２の出力を適切に制御することができる。
【００３４】
また、上記操作量生成処理において、数式２における定数Ｋの値は定数Ｋと制御対象２の操作量の最大値Ｕｍａｘ及び最小値Ｕｍｉｎとが以下に示す数式７を満たすように設定することが望ましい。このように定数Ｋの値を設定することにより、数式５，６により演算される線形操作量の最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘ及び最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎが以下に示す数式８を満たすようになり、線形操作量Ｕｅｑが線形操作量Ｕｅｑの最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘ以上又は最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎ以下になる確率が下がるので、制御対象２の操作量が飽和しにくくなり、操作量が飽和することに伴う制御性能の悪化幅を低減させることができる。
【数７】
【数８】
【実施例２】
【００３５】
本発明の第２の実施形態となる制御装置は、フィードバック入力で構成される線形入力とフィードフォワード入力で構成される非線形入力とから成る操作量を上述の操作量生成処理と同様の方法により演算し、演算された操作量を制御対象２に与える。また、本実施形態では、非線形制御器６は、ニューラルネットワークやファジー制御理論を利用して非線形入力を演算する。なお、本実施形態では、ニューラルネットワークによる非線形フィードフォワード入力，公知の線形フィードバック制御系により演算された線形入力をそれぞれＵｎｎ，Ｕｆｂとした場合、第１の実施形態における非線形操作量Ｕｎｌ及び線形操作量ＵｅｑをそれぞれＵｎｎ，Ｕｆｂに置き換えて上述の操作量生成処理を実行する。また、ニューラルネットワークを利用して非線形入力を演算する場合には、ニューラルネットワークのシグモイド関数の最大値Ｕｓｇ＿ｍａｘと最小値Ｕｓｇ＿ｍｉｎが以下に示す数式９〜１１を満たすようにシグモイド関数の最大値Ｕｓｇ＿ｍａｘと最小値Ｕｓｇ＿ｍｉｎを設定することにより、上述の数式８を満たすニューラルネットワークを構成し、操作量が飽和することに伴う制御性能の悪化幅を低減することができる。
【数９】
【数１０】
【数１１】
【実施例３】
【００３６】
本発明の第３の実施形態となる制御装置は、フィードバック入力で構成される線形入力と、フィードバック入力とフィードフォワード入力で構成される非線形入力とから成る操作量を上述の操作量生成処理と同様の方法により演算し、演算された操作量を制御対象２に与える。また、本実施形態では、非線形制御器６は、ニューラルネットワークを利用して非線形入力を演算する。また、線形制御器５は、スライディングモード制御理論を適用して線形入力を演算する。なお、本実施形態では、ニューラルネットワークによるフィードフォワード入力，スライディングモード制御理論による非線形フィードバック入力，及びスライディングモード制御理論による線形フィードバック入力をそれぞれＵｎｎ’，Ｕｎｌ’，Ｕｅｑ’とした場合、第１の実施形態における非線形操作量Ｕｎｌ及び線形操作量ＵｅｑをそれぞれＵｎｎ’＋Ｕｎｌ’，Ｕｅｑ’に置き換え、上述の操作量生成処理を実行する。
【００３７】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。このように、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図２に示す第２中間値生成手段の内部構成を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態となる操作量演算処理の流れを示すフローチャート図である。
【図５】本発明の実施形態となる操作量演算処理の概要を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態となる制御装置及び従来の制御装置について制御対象の制御量と操作量の関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：制御装置
２：制御対象
３：比較器
４：オブザーバ
５：線形制御器
６：非線形制御器
７，９：加算器
８：リミッタ
Ｎ，Ｒ：伝達関数行列
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飽和特性を有する制御対象を制御するための制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、多くの制御対象には、アクチュエータの最大駆動力やトルク，電気回路の最大電流，機構の有限ストローク長等のように、単数又は複数の飽和要素（拘束条件）が含まれる。そしてこのような飽和要素を考慮せずに制御装置を設計した場合には、制御出力のオーバーシュートやシステムの不安定化が生じることがある。このような背景から、システム設計者は、飽和要素の飽和値を固定値とみなし、固定飽和値を用いた人工的な飽和要素を制御補償器に挿入することにより、飽和要素を考慮して制御装置を設計するようにしている（例えば特許文献１，２，３，４参照）。
【特許文献１】特開平５−１４３１０５号公報
【特許文献２】特開２００１−１９５１０２号公報
【特許文献３】特開平１−１７３２０１号公報
【特許文献４】特開２００４−８６８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、一般的なフィードバック制御では、追従性を確保するために積分演算を含む補償器（積分補償要素）が制御補償器に挿入されるが、積分補償要素が制御補償器に挿入されている場合に飽和要素を制御補償器に挿入した場合には、飽和時においても積分演算が継続されることになるために、位置，速度，電流，温度等の制御変数が目標値に追従せずに時間と共にオーバーシュートや振動的な振る舞いをする、所謂ワインドアップ現象が生じやすい。このような背景から、フィードバック制御系では、ワインドアップ現象を起こさずに飽和特性を有する制御対象に対し制御機能を限界まで発揮できる制御装置の提供が望まれている。
【０００４】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ワインドアップ現象を起こさずに飽和要素を含む制御対象に対し制御機能を限界まで発揮することが可能な制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するために、本発明に係る制御装置は、制御対象の目標出力値、出力値、及び操作量のうちの少なくとも一つを含む制御情報に基づいて制御対象の操作量を生成するための第１中間値を生成する第１中間値生成手段と、制御情報に基づいて制御対象の操作量を生成するための第２中間値を生成すると共に、第１中間値に基づいて第２中間値の大きさを制限する第２中間値生成手段と、第１中間値と第２中間値に基づいて制御対象の操作量を生成し、制御対象に生成した操作量を与える操作量生成手段とを備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る制御装置によれば、制御対象の操作量を生成するための第１中間値に基づいて制御対象の操作量を生成するための第２中間値の大きさを制限するので、第１中間値の大きさを考慮する必要がなくなり、第１中間値生成手段ではワインドアップ現象は発生しなくなる。またこの結果、第１中間値生成手段でワインドアップ現象を考慮する必要がなくなるので、第２中間値生成手段でのみ飽和時の影響を考慮すればよくなる。従って、本発明に係る制御装置によれば、ワインドアップ現象を起こさずに飽和要素を含む制御対象に対し制御機能を限界まで発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照して、本発明の第１乃至第３の実施形態となる制御装置の構成について説明する。
【実施例１】
【０００８】
〔制御装置の構成〕
本発明の第１の実施形態となる制御装置１は、図１に示すように、目標値と制御対象２の出力の差を制御偏差として出力する比較器３と、比較器３から出力された制御偏差の積分演算を行う積分演算器（１／ｓ）と、目標値，制御偏差の積分演算値，及び制御対象２の操作量を用いて状態変数ベクトルを推定するオブザーバ（観測器）４と、目標値，制御偏差の積分演算値，及び制御対象２の出力に従って制御対象２の操作量を生成するための線形入力を第２中間値として演算する線形制御器５と、オブザーバ４により推定された状態変数ベクトルに従って制御対象２の操作量を生成するための非線形入力を第１中間値として演算する非線形制御器６と、第１中間値と第２中間値を加算又は減算した値を操作量として制御対象２に与える加算器７とを備え、フィードバック入力により構成される線形入力と非線形入力から成る操作量を飽和特性を有する制御対象２に与える。なお、振動制御等のように制御対象２の出力を０にしたい制御の場合には上記積分演算器（１／ｓ）は設けなくてもよい。
【０００９】
上記線形制御器５は、図１に示すように、目標値，制御偏差の積分演算値，及び制御対象２の出力を用いて第３中間値を生成する線形な伝達関数行列Ｎと、リミッタ８から出力される第２中間値を用いて第４中間値を生成する線形な伝達関数行列Ｒと、第３中間値と第４中間値に基づいて第５中間値をリミッタ８に与える加算器９と、第５中間値の大きさに基づいて大きさを制限しながら第２中間値を出力するリミッタ８とを備え、アンチワインドアップ制御系を構成する一手法である左既約分解により表現されている。すなわち、線形制御器５が線形な伝達関数行列Ｃで表現される場合、伝達関数行列Ｃ，Ｎ，Ｒの間には以下の数式２に示す関係が成り立つ。
【数２】
【００１０】
なお、本実施形態では、非線形制御器６及び線形制御器５は、スライディングモード制御理論を適用し、スライディングモード制御理論により演算される非線形入力及び線形入力をそれぞれ第１中間値及び第２中間値として演算する。但し、非線形制御器６に非線形制御理論を適用した場合、線形制御理論において適用可能な左既約分解表現をそのまま用いることができない。
【００１１】
そこで、この制御装置１では、スライディングモード制御における線形な操作量である等価制御入力Ｕｅｑを演算する以下に示す数式３と非線形な操作量である非線形入力Ｕｎｌを演算する以下に示す数式４を設け、左既約分解により表現するのは線形な等価制御系のみとし、非線形制御系に対してはアンチワインドアップ機能を付加しないこととする。
【数３】
【数４】
【００１２】
なお、本実施形態は、非線形制御理論の一つであるスライディングモード制御理論を適用したものであるが、線形演算により演算される操作量が含まれる操作量演算方法であれば、本発明は、例えばフィードフォワード制御と線形なフィードバック制御を併用した場合（この場合、フィードフォワード制御はマップやテーブル等を用いることができる）等、任意の制御系に適用することができる。また、この制御は、連続時間，離散時間を問わないため、連続時間制御理論又は離散時間制御理論のどちらにも適用することができる。
【００１３】
また、線形制御器５，非線形制御器６，及び加算器７はそれぞれ、図２に示す本発明に係る第２中間値生成手段１２，第１中間値生成手段１３，及び操作量生成手段１４として機能する。また、伝達関数行列Ｎ，伝達関数行列Ｒ，リミッタ８，及び加算器９はそれぞれ、図３に示す本発明に係る第３中間値生成手段２１，第４中間値生成手段２２，第５中間値生成手段２３，及び第２中間値制限手段２４として機能する。
【００１４】
そして、このような構成を有する制御装置１は、以下に示す操作量生成処理を実行することにより、ワインドアップ現象を生じさせることなく飽和特性を有する制御対象２に対し制御機能を限界まで発揮することを可能にする。以下、図４に示すフローチャートを参照して、この操作量生成処理を実行する際の制御装置１の動作について詳しく説明する。
【００１５】
〔操作量生成処理〕
図４に示すフローチャートは、オブザーバ４に目標値，制御偏差，及び制御対象２の操作量が入力されるのに応じて開始となり、操作量生成処理はステップＳ１の処理に進む。
【００１６】
ステップＳ１の処理では、オブザーバ４が、目標値，制御偏差の積分演算値，制御対象２の出力，及び制御対象２の操作量を用いて状態変数ベクトルＸを推定する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、操作量生成処理はステップＳ２とステップＳ３の処理に進む。
【００１７】
ステップＳ２の処理では、線形制御器５が、上述の数式１を利用して線形操作量（等価制御入力）Ｕｅｑを演算する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、操作量生成処理はステップＳ５の処理に進む。
【００１８】
ステップＳ３の処理では、非線形制御器６が、上述の数式２を利用して非線形操作量（非線形入力）Ｕｎｌを演算する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、操作量生成処理はステップＳ４の処理に進む。なお、ステップＳ２の処理とステップＳ３，４の処理は実際には平行して実行されるものとする。
【００１９】
ステップＳ４の処理では、非線形制御器６が、加算器７によって予め設定された制御対象２の操作量の最大値Ｕｍａｘ及び最小値ＵｍｉｎとステップＳ２の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑを以下の数式５，６に代入することにより、線形操作量Ｕｅｑの最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘ及び最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎを演算する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、操作量生成処理はステップＳ５の処理に進む。
【数５】
【数６】
【００２０】
ステップＳ５の処理では、線形制御器５が、ステップＳ２の処理により演算された線形操作量ＵｅｑがステップＳ４の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑの最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘ以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、ステップＳ２の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑが線形操作量Ｕｅｑの最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘ以上である場合、線形制御器５は、ステップＳ６の処理としてステップＳ２の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑを線形操作量Ｕｅｑの最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘに設定した後、操作量生成処理をステップＳ７の処理に進める。一方、ステップＳ２の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑが線形操作量Ｕｅｑの最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘ未満である場合には、線形制御器５は操作量生成処理をステップＳ５の処理からステップＳ７の処理に進める。
【００２１】
ステップＳ７の処理では、線形制御器５が、ステップＳ２の処理により演算された線形操作量ＵｅｑがステップＳ４の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑの最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎ以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、ステップＳ２の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑが線形操作量Ｕｅｑの最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎ以下である場合、線形制御器５は、ステップＳ８の処理としてステップＳ２の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑを線形操作量Ｕｅｑの最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎに設定した後、操作量生成処理をステップＳ９の処理に進める。一方、ステップＳ２の処理により演算された線形操作量Ｕｅｑが線形操作量Ｕｅｑの最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎ以下でない場合には、線形制御器５は操作量生成処理をステップＳ７の処理からステップＳ９の処理に進める。
【００２２】
ステップＳ９の処理では、加算器７が、線形制御器５により演算された線形操作量Ｕｅｑと非線形制御器６により演算された非線形操作量Ｕｎｌを加算した値を操作量Ｕとして制御対象２に与える。これにより、ステップＳ９の処理は完了し、操作量生成処理はステップＳ１の処理に戻る。
【００２３】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、線形制御器５が、制御対象２の操作量を生成するための線形操作量Ｕｅｑを生成すると共に、図５に示すように非線形操作量Ｕｎｌに基づいて線形操作量Ｕｅｑの大きさを制限するので、非線形操作量Ｕｎｌの大きさを考慮する必要がなくなり、非線形制御器６ではワインドアップ現象が発生しなくなる。またこの結果、非線形制御器６でワインドアップ現象を考慮する必要がなくなるので、線形制御器５でのみ飽和時の影響を考慮すればよくなる。従って、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、図６に示すように、従来の制御装置とは異なり、ワインドアップ現象を起こさずに飽和要素を含む制御対象に対し制御機能を限界まで発揮することができる。
【００２４】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、線形制御器５は状態変数ベクトルＸと線形操作量Ｕｅｑとが線形関係となる線形演算を行うので、非線形操作量Ｕｎｌと線形操作量Ｕｅｑが混在する場合でも飽和時の制御性能の悪化具合を低下させることができる。また、非線形制御器６は状態変数ベクトルＸと非線形操作量Ｕｎｌが非線形関係となる非線形演算を行うので、非線形制御対象の操作量を生成できると共に、非線形操作量に飽和要素を持たさないため、非線形演算時にワインドアップを考慮する必要がなくなる。またこの結果、非線形演算での飽和時の制御性能の悪化を考える必要がなくなるので、設計及び実装が容易に行えるようになる。
【００２５】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、非線形制御器６はスライディングモード制御理論により演算される非線形入力に基づいて非線形操作量Ｕｎｌを生成し、線形制御器５はスライディングモード制御理論により演算される線形入力に基づいて線形操作量Ｕｅｑを生成するので、ロバストな制御系が構成できると共に、非線形制御理論に対してもワインドアップ現象を低減可能な制御系を容易に構成することができる。
【００２６】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、加算器７は制御対象２の操作量の最大値Ｕｍａｘ及び最小値Ｕｍｉｎを設定し、非線形制御器６は非線形操作量Ｕｎｌの大きさが設定された操作量の範囲内になるように非線形操作量Ｕｎｌを生成するので、線形操作量Ｕｅｑの大きさは制限幅が０を含む範囲内となる。またこれにより、線形操作量Ｕｅｑが飽和する頻度が低下し、制御性能の悪化を低減できる。
【００２７】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、線形制御器５は線形操作量Ｕｅｑの大きさを制限するリミッタ８を備え、リミッタ８は制御対象２の操作量が最大値Ｕｍａｘ以下になるように線形操作量Ｕｅｑを制限するので、非線形操作量Ｕｎｌに基づいて線形操作量Ｕｅｑの大きさを制限する場合にも飽和要素を一ついれればよくなり、マイコンやパーソナルコンピュータを使って演算を行う場合でっても演算時間が長くならず、容易に実装することができる。
【００２８】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、リミッタ８は、演算された線形操作量Ｕｅｑが最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘ以上である場合、演算された線形操作量Ｕｅｑを最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘに設定し、演算された線形操作量Ｕｅｑが最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎ以下である場合には、演算された線形操作量Ｕｅｑを最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎに設定するので、線形操作量Ｕｅｑが不必要に制限されることがなくなり、飽和しない時には所望の制御性能が得られ飽和した時だけ制限を加える制御系を構成することができる。
【００２９】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、リミッタ８は、制御対象２の操作量が最大値Ｕｍａｘ以下になるように線形操作量Ｕｅｑの最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘを変化させるので、線形操作量Ｕｅｑと非線形操作量Ｕｎｌの和が制御対象２の操作量の最大値Ｕｍａｘを越えることがなくなる。またこれにより、制御対象２に操作量が過剰に印加されることがなくなり、制御性能の悪化頻度を低下させることができる。
【００３０】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、線形制御器５は、状態変数ベクトルＸを用いて第３中間値を生成する線形な伝達関数行列Ｎ、リミッタ８から出力される第２中間値を用いて第４中間値を生成する線形な伝達関数行列Ｒと、第３中間値と第４中間値に基づいて第５中間値をリミッタ８に与える加算器９とを備え、リミッタ８は第５中間値に基づいて第２中間値を生成するので、第２中間値が制限された場合であっても制限された情報をフィードバックし、簡単な構造で性能悪化を低減することができる。
【００３１】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、線形制御器５は、アンチワインドアップ制御系を構成する一手法である左既約分解により表現され、左既約分解を用いて第２中間値を生成することができるので、理論的に操作量の飽和を考慮し、簡単な構造で性能悪化を低減できる。
【００３２】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、加算器７は、非線形操作量Ｕｎｌと線形操作量Ｕｅｑの加算又は減算により制御対象２の操作量を生成するので、線形性を保ったまま制御系を構成することができる。
【００３３】
また、本発明の第１の実施形態となる制御装置１によれば、制御偏差の積分演算値を利用して操作量を演算するので、目標値に制御対象２の出力を追従させたい場合にも定常偏差をなくす操作量を演算し、目標値に対して制御対象２の出力を適切に制御することができる。
【００３４】
また、上記操作量生成処理において、数式２における定数Ｋの値は定数Ｋと制御対象２の操作量の最大値Ｕｍａｘ及び最小値Ｕｍｉｎとが以下に示す数式７を満たすように設定することが望ましい。このように定数Ｋの値を設定することにより、数式５，６により演算される線形操作量の最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘ及び最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎが以下に示す数式８を満たすようになり、線形操作量Ｕｅｑが線形操作量Ｕｅｑの最大値Ｕｅｑ＿ｍａｘ以上又は最小値Ｕｅｑ＿ｍｉｎ以下になる確率が下がるので、制御対象２の操作量が飽和しにくくなり、操作量が飽和することに伴う制御性能の悪化幅を低減させることができる。
【数７】
【数８】
【実施例２】
【００３５】
本発明の第２の実施形態となる制御装置は、フィードバック入力で構成される線形入力とフィードフォワード入力で構成される非線形入力とから成る操作量を上述の操作量生成処理と同様の方法により演算し、演算された操作量を制御対象２に与える。また、本実施形態では、非線形制御器６は、ニューラルネットワークやファジー制御理論を利用して非線形入力を演算する。なお、本実施形態では、ニューラルネットワークによる非線形フィードフォワード入力，公知の線形フィードバック制御系により演算された線形入力をそれぞれＵｎｎ，Ｕｆｂとした場合、第１の実施形態における非線形操作量Ｕｎｌ及び線形操作量ＵｅｑをそれぞれＵｎｎ，Ｕｆｂに置き換えて上述の操作量生成処理を実行する。また、ニューラルネットワークを利用して非線形入力を演算する場合には、ニューラルネットワークのシグモイド関数の最大値Ｕｓｇ＿ｍａｘと最小値Ｕｓｇ＿ｍｉｎが以下に示す数式９〜１１を満たすようにシグモイド関数の最大値Ｕｓｇ＿ｍａｘと最小値Ｕｓｇ＿ｍｉｎを設定することにより、上述の数式８を満たすニューラルネットワークを構成し、操作量が飽和することに伴う制御性能の悪化幅を低減することができる。
【数９】
【数１０】
【数１１】
【実施例３】
【００３６】
本発明の第３の実施形態となる制御装置は、フィードバック入力で構成される線形入力と、フィードバック入力とフィードフォワード入力で構成される非線形入力とから成る操作量を上述の操作量生成処理と同様の方法により演算し、演算された操作量を制御対象２に与える。また、本実施形態では、非線形制御器６は、ニューラルネットワークを利用して非線形入力を演算する。また、線形制御器５は、スライディングモード制御理論を適用して線形入力を演算する。なお、本実施形態では、ニューラルネットワークによるフィードフォワード入力，スライディングモード制御理論による非線形フィードバック入力，及びスライディングモード制御理論による線形フィードバック入力をそれぞれＵｎｎ’，Ｕｎｌ’，Ｕｅｑ’とした場合、第１の実施形態における非線形操作量Ｕｎｌ及び線形操作量ＵｅｑをそれぞれＵｎｎ’＋Ｕｎｌ’，Ｕｅｑ’に置き換え、上述の操作量生成処理を実行する。
【００３７】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。このように、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】図２に示す第２中間値生成手段の内部構成を示す機能ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態となる操作量演算処理の流れを示すフローチャート図である。
【図５】本発明の実施形態となる操作量演算処理の概要を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態となる制御装置及び従来の制御装置について制御対象の制御量と操作量の関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：制御装置
２：制御対象
３：比較器
４：オブザーバ
５：線形制御器
６：非線形制御器
７，９：加算器
８：リミッタ
Ｎ，Ｒ：伝達関数行列
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飽和特性を有する制御対象の出力を制御するための制御装置であって、
前記制御対象の目標出力値、出力値、及び操作量のうちの少なくとも一つを含む制御情報に基づいて前記制御対象の操作量を生成するための第１中間値を生成する第１中間値生成手段と、
前記制御情報に基づいて前記制御対象の操作量を生成するための第２中間値を生成すると共に、前記第１中間値に基づいて当該第２中間値の大きさを制限する第２中間値生成手段と、
前記第１中間値と前記第２中間値に基づいて制御対象の操作量を生成し、当該制御対象に生成した操作量を与える操作量生成手段と
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置であって、
前記第２中間値生成手段は、前記制御情報と前記第２中間値とが線形関係となる線形演算を行うことを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の制御装置であって、
前記第１中間値生成手段は、前記制御情報と前記第１中間値が非線形関係となる非線形演算を行うことを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の制御装置であって、
前記第１中間値生成手段は、スライディングモード制御理論により演算される非線形入力に基づいて前記第１中間値を生成し、前記第２中間値生成手段は、スライディングモード制御理論により演算される線形入力に基づいて前記第２中間値を生成することを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１項に記載の制御装置であって、
前記操作量生成手段は、前記操作量の大きさが予め定められた飽和操作量以下になるように操作量を生成し、前記第１中間値生成手段は前記第１中間値の大きさが飽和操作量以下になるように第１中間値を生成することを特徴とする制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１項に記載の制御装置であって、
前記第２中間値生成手段は、生成される第２中間値の大きさを制限する第２中間値制限手段を備え、当該第２中間値制限手段は、前記操作量の大きさが飽和操作量以下の大きさになるように第２中間値の大きさを制限することを特徴とする制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の制御装置であって、
前記第２中間値制限手段は、前記飽和操作量と前記第１中間値の大きさに基づいて前記第２中間値の大きさの最大値を飽和第２中間値として生成し、第２中間値の大きさが飽和第２中間値より大きい場合、第２中間値を飽和第２中間値とし、第２中間値の大きさが飽和第２中間値より小さい場合には、生成された第２中間値を出力することを特徴とする制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の制御装置であって、
前記第２中間値制限手段は、前記操作量の大きさが飽和操作量の大きさ以下になるように前記飽和第２中間値を変化させることを特徴とする制御装置。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のうち、いずれか１項に記載の制御装置であって、
前記第２中間値生成手段は、前記制御情報に基づいて、前記第２中間値を生成するための第３中間値を生成する第３中間値生成手段と、前記第２中間値に基づいて前記第２中間値を生成するための第４中間値を生成する第４中間値生成手段と、前記第３中間値と前記第４中間値に基づいて第５中間値を生成する第５中間値生成手段とを備え、前記第２中間値制限手段は前記第５中間値に基づいて前記第２中間値を生成することを特徴とする制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の制御装置であって、
前記第２中間値生成手段が線形な伝達関数行列Ｃと表現される演算手段である場合、以下の数式１で表現される第２中間値生成手段の左既約分解を用いて、前記第３及び第４中間値生成手段をそれぞれ線形な伝達関数行列Ｎ及び伝達関数行列Ｒとすることを特徴とする制御装置。
【数１】
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のうち、いずれか１項に記載の制御装置であって、
前記制御情報は前記目標出力値と前記出力値の差を積分した演算結果を含むことを特徴とする制御装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のうち、いずれか１項に記載の制御装置であって、
前記第１中間値生成手段は、ニューラルネットワーク又はファジー制御理論により演算を行い、演算結果を前記第１中間値とすることを特徴とする制御装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１１のうち、いずれか１項に記載の制御装置であって、
前記第１中間値生成手段は、ニューラルネットワーク又はファジー制御理論によりフィードフォワード演算を行い、演算結果を前記第１中間値とすることを特徴とする制御装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の制御装置であって、
前記第１中間値生成手段は、ニューラルネットワーク又はファジー制御理論により演算されたフィードフォワード演算結果とスライディングモード制御により演算された非線形演算結果に基づいて前記第１中間値を生成することを特徴とする制御装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のうち、いずれか１項に記載の制御装置であって、
前記操作量生成手段は、前記第１中間値と前記第２中間値の加算又は減算により操作量を生成することを特徴とする制御装置。
【請求項１】
飽和特性を有する制御対象の出力を制御するための制御装置であって、
前記制御対象の目標出力値、出力値、及び操作量のうちの少なくとも一つを含む制御情報に基づいて前記制御対象の操作量を生成するための第１中間値を生成する第１中間値生成手段と、
前記制御情報に基づいて前記制御対象の操作量を生成するための第２中間値を生成すると共に、前記第１中間値に基づいて当該第２中間値の大きさを制限する第２中間値生成手段と、
前記第１中間値と前記第２中間値に基づいて制御対象の操作量を生成し、当該制御対象に生成した操作量を与える操作量生成手段と
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置であって、
前記第２中間値生成手段は、前記制御情報と前記第２中間値とが線形関係となる線形演算を行うことを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の制御装置であって、
前記第１中間値生成手段は、前記制御情報と前記第１中間値が非線形関係となる非線形演算を行うことを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の制御装置であって、
前記第１中間値生成手段は、スライディングモード制御理論により演算される非線形入力に基づいて前記第１中間値を生成し、前記第２中間値生成手段は、スライディングモード制御理論により演算される線形入力に基づいて前記第２中間値を生成することを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１項に記載の制御装置であって、
前記操作量生成手段は、前記操作量の大きさが予め定められた飽和操作量以下になるように操作量を生成し、前記第１中間値生成手段は前記第１中間値の大きさが飽和操作量以下になるように第１中間値を生成することを特徴とする制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１項に記載の制御装置であって、
前記第２中間値生成手段は、生成される第２中間値の大きさを制限する第２中間値制限手段を備え、当該第２中間値制限手段は、前記操作量の大きさが飽和操作量以下の大きさになるように第２中間値の大きさを制限することを特徴とする制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の制御装置であって、
前記第２中間値制限手段は、前記飽和操作量と前記第１中間値の大きさに基づいて前記第２中間値の大きさの最大値を飽和第２中間値として生成し、第２中間値の大きさが飽和第２中間値より大きい場合、第２中間値を飽和第２中間値とし、第２中間値の大きさが飽和第２中間値より小さい場合には、生成された第２中間値を出力することを特徴とする制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の制御装置であって、
前記第２中間値制限手段は、前記操作量の大きさが飽和操作量の大きさ以下になるように前記飽和第２中間値を変化させることを特徴とする制御装置。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のうち、いずれか１項に記載の制御装置であって、
前記第２中間値生成手段は、前記制御情報に基づいて、前記第２中間値を生成するための第３中間値を生成する第３中間値生成手段と、前記第２中間値に基づいて前記第２中間値を生成するための第４中間値を生成する第４中間値生成手段と、前記第３中間値と前記第４中間値に基づいて第５中間値を生成する第５中間値生成手段とを備え、前記第２中間値制限手段は前記第５中間値に基づいて前記第２中間値を生成することを特徴とする制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の制御装置であって、
前記第２中間値生成手段が線形な伝達関数行列Ｃと表現される演算手段である場合、以下の数式１で表現される第２中間値生成手段の左既約分解を用いて、前記第３及び第４中間値生成手段をそれぞれ線形な伝達関数行列Ｎ及び伝達関数行列Ｒとすることを特徴とする制御装置。
【数１】
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のうち、いずれか１項に記載の制御装置であって、
前記制御情報は前記目標出力値と前記出力値の差を積分した演算結果を含むことを特徴とする制御装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のうち、いずれか１項に記載の制御装置であって、
前記第１中間値生成手段は、ニューラルネットワーク又はファジー制御理論により演算を行い、演算結果を前記第１中間値とすることを特徴とする制御装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１１のうち、いずれか１項に記載の制御装置であって、
前記第１中間値生成手段は、ニューラルネットワーク又はファジー制御理論によりフィードフォワード演算を行い、演算結果を前記第１中間値とすることを特徴とする制御装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の制御装置であって、
前記第１中間値生成手段は、ニューラルネットワーク又はファジー制御理論により演算されたフィードフォワード演算結果とスライディングモード制御により演算された非線形演算結果に基づいて前記第１中間値を生成することを特徴とする制御装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のうち、いずれか１項に記載の制御装置であって、
前記操作量生成手段は、前記第１中間値と前記第２中間値の加算又は減算により操作量を生成することを特徴とする制御装置。
【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２００７−１１５１０１（Ｐ２００７−１１５１０１Ａ）
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０７０３２（Ｐ２００５−３０７０３２）
【出願日】平成１７年１０月２１日（２００５．１０．２１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２１日（２００５．１０．２１）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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