制御装置
【課題】 本発明は、例えばモータに自動車のエンジンの動作を模擬させたシステムにおけるモータの制御等、制御対象物の制御を行なう制御装置に関し、制御系の遅れ時間を高精度に補償した制御を行なう。
【解決手段】 制御対象物の動作速度を第1の角度に変換し、制御系の遅れ時間に相当する時間をその動作速度に応じた第2の角度に変換し、第1の角度と第2の角度とを加算して第3の角度を生成し、その第3の角度を、その制御対象物の制御対象要素を指令値通りに制御するための指令値に変換して、その指令値に基づいて制御対象物を制御する。
【解決手段】 制御対象物の動作速度を第1の角度に変換し、制御系の遅れ時間に相当する時間をその動作速度に応じた第2の角度に変換し、第1の角度と第2の角度とを加算して第3の角度を生成し、その第3の角度を、その制御対象物の制御対象要素を指令値通りに制御するための指令値に変換して、その指令値に基づいて制御対象物を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えばモータに自動車のエンジンの動作を模擬させたシステムにおけるモータの制御等、制御対象物の制御を行なう制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、制御対象物に指令値通りの動作を行なわせるために、その制御対象物の動作を計測して計測値を求め、その計測値が指令値と一致するように制御対象物を制御する、いわゆるフィードバック制御が行なわれている。
【0003】
このフィードバック制御の場合、指令値の入力タイミングからその指令値が反映された計測値の入力タイミングまでの遅れ時間が制御対象物の動作に影響を与え、正確な制御を行なうことができない場合がある。
【0004】
これを解消するために、従来より、例えば応答遅れ時間を学習してその応答遅れ時間学習値をディレイ時間として設定する提案や、制御系等による制御遅れを補償する補償回路の提案、フィードフォワードによる遅れ補正を行なう提案がなされている。
【0005】
しかしながら、近年では制御はデジタル的に一定の制御時間間隔ごとに行なわれるため、例えば遅れ時間が0.0123456789secであって制御時間間隔が0.01sec間隔であった場合、遅れ時間0.01secに相当する補償を行なうことになり、0.0023456789sec分の補償誤差が生じる。制御時間間隔が0.001sec間隔であったとしても、遅れ時間0.012secに相当する補償を行なうことになるため、0.0003456789sec相当の誤差が生じる。近年では、極めて高精度な制御を行なうことが要求されることも多い。ところが、無視できるレベルの誤差で遅れ時間を設定できる程度に制御時間間隔を狭めることは、制御装置の動作速度等の関係から困難な場合も多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2006−177246号公報
【特許文献2】特開平9−131070号公報
【特許文献3】特開2005−192336号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上記事情に鑑み、制御系の遅れ時間を高精度に補償した制御を行なうことが可能な制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成する本発明の制御装置は、
角度の入力を受けその角度に基づいて、制御対象物の制御対象要素を指令値通りに制御するための指令値を生成する指令部と、
制御対象物の制御対象要素を計測した第1の計測値を生成する第1の計測部と、
指令値と第1の計測値との双方を入力し指令値と第1の計測値とが一致するように制御対象物の動作を制御する制御部と、
制御対象物の動作速度を計測する第2の計測器と、
上記動作速度を第1の角度に変換する第1の角度変換部と、
制御部への指令値の入力タイミングからその指令値が反映された第1の計測値の制御部への入力タイミングまでの遅れ時間に相当する時間を上記動作速度に応じた第2の角度に変換する第2の角度変換部と、
上記第1の角度と上記第2の角度とを加算して第3の角度を生成する加算部とを有し、
上記指令部が、上記第3の角度の入力を受けその第3の角度に基づいて指令値を生成するものであることを特徴とする。
【0009】
ここで、本発明の制御装置は、例えば、制御対象物がモータであり、指令部がモータの出力トルクを制御するためのトルク指令値を生成するものであり、第1の計測部がモータの出力トルクを計測してトルク計測値を生成するものであり、第2の計測部が、モータの回転速度を計測するものであってもよい。
【発明の効果】
【0010】
上記指令部には角度が入力され、その角度に基づいて指令値が生成される。指令値の生成は一定の制御時間間隔で行なわれるシステムであっても、角度自体は十分な桁数の数値で設定できるように、その指令部を構成することは容易である。
【0011】
本発明は、動作速度と遅延時間をそれぞれ角度に変換して、互いに加算し、その加算した角度を指令部に入力する構成としたため、指令部からはその遅延時間が正確に反映された指令値を生成することができ、高精度な制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の一実施形態の制御装置の制御対象であるモータを含む、自動車のシミュレートシステムを示す図である。
【図2】比較例としての制御装置を示すブロック図である。
【図3】トルク指令値とトルク計測値の一例を示す図である。
【図4】本発明の一実施形態の制御装置のブロック図である。
【図5】図4に1つのブロックで示す遅れ時間・進角変換部の内部構成を示したブロック図である。
【図6】図4に示す制御装置における、トルク指令値とトルク計測値の一例を示す図である。
【図7】演算周期ごとに直接的に補償しようとした場合の誤差の説明図である。
【図8】演算周期分解能と角度分解能との関係を示した図である。
【図9】シミュレート結果を示した図である。
【図10】図9の区間Xについて時間軸(横軸)を拡大して示した図である。
【図11】図9の区間Yについて時間軸(横軸)を拡大して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【0014】
図1は、本発明の一実施形態の制御装置の制御対象であるモータを含む、自動車のシミュレートシステムを示す図である。
【0015】
この図1には、自動車のエンジン模擬用のモータ10が示されている。このモータ10は、本発明の一実施形態の制御装置(後述する)が制御対象としているモータである。このモータ10の出力軸には、自動車のトランスミッション20が接続されている。また、このモータ10の出力軸には、その出力軸のトルクと回転速度を計測する計測器50が備えられている。さらに、このシステム1には、左右の車輪模擬用の2台のモータ30,40が接続されている。
【0016】
2台のモータ30,40からは、様々な道路条件、例えば平坦なアスファルト面、登り坂等における車輪の負荷が模擬される。また、モータ10はエンジン模擬用であって、実物のエンジンによるトルク変動を伴う出力と同等の出力が生成される。
【0017】
ここでは、エンジン模擬用のモータ10を制御する制御装置について説明する。
【0018】
尚、モータ30,40の制御は公知の従来通りのものを用いることとし、ここでは、それらのモータ30,40の制御についての説明は割愛する。
【0019】
以下では、図1に示すシステム1のモータ10の制御を担う制御装置に関し、先ずは比較例の制御装置を説明し、その後、本発明の一実施形態としての制御装置を説明する。
【0020】
図2は、比較例としての制御装置を示すブロック図である。
【0021】
この制御装置100Aには、モータ制御器110が備えられている。このモータ制御器110から出力された制御信号はインバータ60に入力され、インバータ60はその制御信号に応じてモータ10を駆動する。モータ10の出力軸はトランスミッション20に連結されており、その出力軸のトルクと回転速度を計測する計測器50が備えられている。その計測器50で計測されたトルク計測値は、モータ制御器110にフィードバックされる。
【0022】
また、計測器50で計測されたモータ10の回転速度はクランク角度演算器120に入力されて、その回転速度[r/min]が、時間積算によりクランク角度[deg]に変換される。このクランク角度は、エンジンモデル130に入力される。このエンジンモデル130は、入力されたクランク角度に基づいてトルク指令値を生成する演算器である。このエンジンモデル130で生成されたトルク指令値はモータ制御器110に入力される。モータ制御器110はエンジンモデル130で生成されたトルク指令値と計測器50で計測されたトルク計測値の入力を受け、トルク計測値がトルク指令値と一致するように制御するための制御信号が生成される。この制御信号は、上述の通り、インバータ60に入力され、インバータ60は、モータ10をその制御信号に応じて駆動する。
【0023】
図3は、トルク指令値とトルク計測値の一例を示す図である。
【0024】
ここでは、4サイクルエンジンの動作を模擬しており、クランク角度0[deg]〜720[deg]の中でトルクが大きく4回上下動している。
【0025】
この図3では、トルク計測値は、トルク指令値に比べ遅れている。この遅れは、モータ制御器110にトルク指令値が入力されてから、そのモータ制御器110に、そのトルク指令値が反映されたトルク計測値が入力されるまでの間の時間遅れである。すなわち、この場合、トランスミッション20には、モータ10から意図したタイミングよりも遅れたタイミングでトルクが伝達されることになり、その分シミュレートに誤差を生じ高精度なシミュレートが行なわれない。
【0026】
以下に説明する実施形態の制御装置は、エンジンモデル130から、トルク指令値を、この遅れ時間相当分だけ早いタイミングでモータ制御器110に供給することにある。この実施形態の制御装置では、その遅れ時間相当分の時間を角度に変換し、その角度分だけ補正したクランク角度を算出して補正後のクランク角度をエンジンモデル130に入力する構成とし、この構成により、制御装置の演算周期の分解能に左右されない正確な補償を実現している。
【0027】
図4は、本発明の一実施形態の制御装置のブロック図である。この図4に示す制御装置100Bは、図2に示す比較例の制御装置100Aと同一の構成要素に、さらに遅れ時間・進角変換部140と加算器150が追加されている。この遅れ時間・進角変換部140は、本発明にいう第2の角度変換部の一例に相当する。また、加算器150は、本発明にいう加算部の一例に相当する。さらに、モータ制御器110、クランク角度演算器120、およびエンジンモデル130は、本発明にいう、それぞれ、制御部、第1の角度変換部、および指令部の各一例に相当する。また、計測器50は、本発明にいう第1の計測器の一例と第2の計測器の一例との双方に相当する。
【0028】
図5は、図4に1つのブロックで示す遅れ時間・進角変換部の内部構成を示したブロック図である。
【0029】
この遅れ時間・進角変換部140には、計測器50で計測された回転速度[r/min]が入力され、また、上述の遅れ時間に相当する時間[s]が設定されている。
【0030】
この遅れ時間・進角変換部140では、入力されてきた回転速度[r/min]に(2π/60)が乗算されて角速度[rad/s]が求められ、この角速度[rad/s]に遅れ時間に相当する時間[s]が乗算され、さらに(360/2π)が乗算されて、遅れ時間を角度に変換した補正値[deg]が生成される。図4にも示す加算器150では、この補正値[deg]が、クランク角度演算器120により算出されたクランク角度[deg]に加算されることにより、クランク角度[deg]がその補正値[deg]だけ進められたクランク角度に補正される。この補正後のクランク角度[deg]は、図4に示すエンジンモデル130に入力される。したがって、エンジンモデル130からは、本来のタイミングよりもその補正値[deg]分だけ進んだ、進角済みのトルク指令値が出力される。
【0031】
図6は、図4に示す制御装置における、トルク指令値とトルク計測値の一例を示す図である。
【0032】
この図6には、上から順に、本来のタイミングのトルク指令値と、トルク計測値と、進角済みのトルク指令値が示されている。進角済みのトルク指令値は、本来のタイミングのトルク指令値に対し上述の補正値[deg]だけ進んでいる。したがってトルク計測値は本来のタイミングのトルク指令値とほとんど誤差なしに一致している。
【0033】
図4に示す制御装置100Bの場合、遅れ時間に相当する時間を一度設定しておくだけで、その時間が、演算周期ごとにその時点の回転速度に応じた角度補正値[deg]に変換され、その角度補正値[deg]によりクランク角度[deg]が補正される。このように、本実施形態の制御装置100Bによれば、遅れ時間が容易に補償される。
【0034】
また、以下に説明するように、本実施形態の場合、極めて高精度な補正が行なわれる。
【0035】
図7は、演算周期ごとに直接的に補償しようとした場合の誤差の説明図である。また、図8は、演算周期分解能と角度分解能との関係を示した図である。
【0036】
ここでは、回転速度=1000[r/min]の場合について例示する。
【0037】
この図7のNo.1〜No.5のいずれも、回転速度=1000[r/min]であって、かつ遅れ時間=0.0123456789[s]であるとする。これらの回転速度=1000[r/min]と遅れ時間=0.0123456789[s]とから、その遅れ時間をその回転速度に応じた角度[deg]に変換すると、「遅れ時間による設定したい角度=74.0740734[deg]となる。No.1〜No.5における制御周期を、それぞれ0.01[s]、0.001[s]、…、0.000001[s]とすると、その制御周期[s]に応じた固定演算周期で設定した遅れ時間は、それぞれ、0.01[s]、0.012[s]、…、0.012345[s]となり、またそれらの各固定演算周期で設定した遅れ時間[s]を角度[deg]に変換すると、それぞれ、60[deg]、72[deg]、…、74.07[deg]となる。すなわち、制御周期=0.01[s]の場合、遅れ時間=0.0123456789[s]をそのまま設定することはできず、遅れ時間=0.01[s]の設定となる。あるいは角度[deg]で設定する場合、その遅れ時間=0.01[s]に対応した角度=60[deg]となる。すなわち、遅れ時間=0.0123456789[s]に対応する設定したい角度は、74.0750734[deg]であるにもかかわらず、固定演算周期=0.01[s]に対応する角度は60[deg]となり、間に誤差(74.0750734[deg]−60[deg]=14.0750734[deg])が生じる。角度の制御目標精度を0.05[deg]とすると、制御周期は、No.4の0.00001[s]程度にする必要がある。制御周期=0.00001[s]であれば、誤差は、74.0740734−74.04=0.034[deg]となり、制御目標精度0.05[deg]未満となる。このように極めて短かい制御周期で動作する制御装置を構成するのは難しく、実現できたとしても高価となるおそれがある。
【0038】
これに対し、図4に示す制御装置100Bを、例えばdouble型=64ビットで演算を行なう装置として構成すると、15桁の小数まで設定することができ、設定したい角度=74.0740734[deg]を、十分な余裕を持って全桁設定可能であり、制御周期が例えば0.01[s]であってもその0.01[s]ごとに極めて正確な補正角度を得て、極めて正確な補正後のクランク角度[deg]を生成し、高精度な制御を行なうことができる。
【0039】
図9は、シミュレート結果を示した図である。
【0040】
ここには、上から順に、クランク角度、本来のタイミングのトルク指令値、トルク計測値、進角済みのトルク指令値について、エンジンが停止した状態からエンジンを始動し、アイドル回転速度を維持するまでの間の、各時間波形が示されている。
【0041】
また、図10,図11は、図9の、それぞれ区間X、区間Yについて時間軸(横軸)を拡大して示した図である。
【0042】
区間Xと区間Yとでは回転速度が少し異なっており、そのため、波形の周期(クランク角度0[deg]〜720[deg]の間の時間長)が異なっている。
【0043】
本実施形態の場合、このように波形の周期(クランク角度0[deg]〜720[deg]の間の時間長)が異なっていても、進角済みのトルク指令値は、常に遅れ時間分に相当する角度だけ正確に進んだトルク指令値となっており、したがって、トルク計測値は、回転速度の変動があっても、本来のタイミングのトルク指令値と常に位相も一致した同一の波形が得られる。
【0044】
尚、上述の実施形態の場合、図5に示すように、遅れ時間に相当する時間[s]は固定値として設定されているが、制御対象物や制御対象要素によっては、条件によって遅れ時間が変化するものもある。その場合は、遅れ時間に相当する時間の、条件ごとのマップを作成しておいて、その時間を条件に応じて変更する構成としてもよい。
【0045】
また、上述の実施形態は、トルク指令値を与えモータ10にエンジントルクを模擬させる例であるが、本発明は、これに限られるものではなく、回転系であるか往復移動する並進系であるかを問わず、様々な制御対象物を制御する制御装置に適用可能である。
【符号の説明】
【0046】
1 システム
10,30,40 モータ
20 トランスミッション
50 計測器
60 インバータ
100A,100B 制御装置
110 モータ制御器
120 クランク角度演算器
130 エンジンモデル
140 遅れ時間・進角変換部
150 加算器
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えばモータに自動車のエンジンの動作を模擬させたシステムにおけるモータの制御等、制御対象物の制御を行なう制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、制御対象物に指令値通りの動作を行なわせるために、その制御対象物の動作を計測して計測値を求め、その計測値が指令値と一致するように制御対象物を制御する、いわゆるフィードバック制御が行なわれている。
【0003】
このフィードバック制御の場合、指令値の入力タイミングからその指令値が反映された計測値の入力タイミングまでの遅れ時間が制御対象物の動作に影響を与え、正確な制御を行なうことができない場合がある。
【0004】
これを解消するために、従来より、例えば応答遅れ時間を学習してその応答遅れ時間学習値をディレイ時間として設定する提案や、制御系等による制御遅れを補償する補償回路の提案、フィードフォワードによる遅れ補正を行なう提案がなされている。
【0005】
しかしながら、近年では制御はデジタル的に一定の制御時間間隔ごとに行なわれるため、例えば遅れ時間が0.0123456789secであって制御時間間隔が0.01sec間隔であった場合、遅れ時間0.01secに相当する補償を行なうことになり、0.0023456789sec分の補償誤差が生じる。制御時間間隔が0.001sec間隔であったとしても、遅れ時間0.012secに相当する補償を行なうことになるため、0.0003456789sec相当の誤差が生じる。近年では、極めて高精度な制御を行なうことが要求されることも多い。ところが、無視できるレベルの誤差で遅れ時間を設定できる程度に制御時間間隔を狭めることは、制御装置の動作速度等の関係から困難な場合も多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2006−177246号公報
【特許文献2】特開平9−131070号公報
【特許文献3】特開2005−192336号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上記事情に鑑み、制御系の遅れ時間を高精度に補償した制御を行なうことが可能な制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成する本発明の制御装置は、
角度の入力を受けその角度に基づいて、制御対象物の制御対象要素を指令値通りに制御するための指令値を生成する指令部と、
制御対象物の制御対象要素を計測した第1の計測値を生成する第1の計測部と、
指令値と第1の計測値との双方を入力し指令値と第1の計測値とが一致するように制御対象物の動作を制御する制御部と、
制御対象物の動作速度を計測する第2の計測器と、
上記動作速度を第1の角度に変換する第1の角度変換部と、
制御部への指令値の入力タイミングからその指令値が反映された第1の計測値の制御部への入力タイミングまでの遅れ時間に相当する時間を上記動作速度に応じた第2の角度に変換する第2の角度変換部と、
上記第1の角度と上記第2の角度とを加算して第3の角度を生成する加算部とを有し、
上記指令部が、上記第3の角度の入力を受けその第3の角度に基づいて指令値を生成するものであることを特徴とする。
【0009】
ここで、本発明の制御装置は、例えば、制御対象物がモータであり、指令部がモータの出力トルクを制御するためのトルク指令値を生成するものであり、第1の計測部がモータの出力トルクを計測してトルク計測値を生成するものであり、第2の計測部が、モータの回転速度を計測するものであってもよい。
【発明の効果】
【0010】
上記指令部には角度が入力され、その角度に基づいて指令値が生成される。指令値の生成は一定の制御時間間隔で行なわれるシステムであっても、角度自体は十分な桁数の数値で設定できるように、その指令部を構成することは容易である。
【0011】
本発明は、動作速度と遅延時間をそれぞれ角度に変換して、互いに加算し、その加算した角度を指令部に入力する構成としたため、指令部からはその遅延時間が正確に反映された指令値を生成することができ、高精度な制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の一実施形態の制御装置の制御対象であるモータを含む、自動車のシミュレートシステムを示す図である。
【図2】比較例としての制御装置を示すブロック図である。
【図3】トルク指令値とトルク計測値の一例を示す図である。
【図4】本発明の一実施形態の制御装置のブロック図である。
【図5】図4に1つのブロックで示す遅れ時間・進角変換部の内部構成を示したブロック図である。
【図6】図4に示す制御装置における、トルク指令値とトルク計測値の一例を示す図である。
【図7】演算周期ごとに直接的に補償しようとした場合の誤差の説明図である。
【図8】演算周期分解能と角度分解能との関係を示した図である。
【図9】シミュレート結果を示した図である。
【図10】図9の区間Xについて時間軸(横軸)を拡大して示した図である。
【図11】図9の区間Yについて時間軸(横軸)を拡大して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【0014】
図1は、本発明の一実施形態の制御装置の制御対象であるモータを含む、自動車のシミュレートシステムを示す図である。
【0015】
この図1には、自動車のエンジン模擬用のモータ10が示されている。このモータ10は、本発明の一実施形態の制御装置(後述する)が制御対象としているモータである。このモータ10の出力軸には、自動車のトランスミッション20が接続されている。また、このモータ10の出力軸には、その出力軸のトルクと回転速度を計測する計測器50が備えられている。さらに、このシステム1には、左右の車輪模擬用の2台のモータ30,40が接続されている。
【0016】
2台のモータ30,40からは、様々な道路条件、例えば平坦なアスファルト面、登り坂等における車輪の負荷が模擬される。また、モータ10はエンジン模擬用であって、実物のエンジンによるトルク変動を伴う出力と同等の出力が生成される。
【0017】
ここでは、エンジン模擬用のモータ10を制御する制御装置について説明する。
【0018】
尚、モータ30,40の制御は公知の従来通りのものを用いることとし、ここでは、それらのモータ30,40の制御についての説明は割愛する。
【0019】
以下では、図1に示すシステム1のモータ10の制御を担う制御装置に関し、先ずは比較例の制御装置を説明し、その後、本発明の一実施形態としての制御装置を説明する。
【0020】
図2は、比較例としての制御装置を示すブロック図である。
【0021】
この制御装置100Aには、モータ制御器110が備えられている。このモータ制御器110から出力された制御信号はインバータ60に入力され、インバータ60はその制御信号に応じてモータ10を駆動する。モータ10の出力軸はトランスミッション20に連結されており、その出力軸のトルクと回転速度を計測する計測器50が備えられている。その計測器50で計測されたトルク計測値は、モータ制御器110にフィードバックされる。
【0022】
また、計測器50で計測されたモータ10の回転速度はクランク角度演算器120に入力されて、その回転速度[r/min]が、時間積算によりクランク角度[deg]に変換される。このクランク角度は、エンジンモデル130に入力される。このエンジンモデル130は、入力されたクランク角度に基づいてトルク指令値を生成する演算器である。このエンジンモデル130で生成されたトルク指令値はモータ制御器110に入力される。モータ制御器110はエンジンモデル130で生成されたトルク指令値と計測器50で計測されたトルク計測値の入力を受け、トルク計測値がトルク指令値と一致するように制御するための制御信号が生成される。この制御信号は、上述の通り、インバータ60に入力され、インバータ60は、モータ10をその制御信号に応じて駆動する。
【0023】
図3は、トルク指令値とトルク計測値の一例を示す図である。
【0024】
ここでは、4サイクルエンジンの動作を模擬しており、クランク角度0[deg]〜720[deg]の中でトルクが大きく4回上下動している。
【0025】
この図3では、トルク計測値は、トルク指令値に比べ遅れている。この遅れは、モータ制御器110にトルク指令値が入力されてから、そのモータ制御器110に、そのトルク指令値が反映されたトルク計測値が入力されるまでの間の時間遅れである。すなわち、この場合、トランスミッション20には、モータ10から意図したタイミングよりも遅れたタイミングでトルクが伝達されることになり、その分シミュレートに誤差を生じ高精度なシミュレートが行なわれない。
【0026】
以下に説明する実施形態の制御装置は、エンジンモデル130から、トルク指令値を、この遅れ時間相当分だけ早いタイミングでモータ制御器110に供給することにある。この実施形態の制御装置では、その遅れ時間相当分の時間を角度に変換し、その角度分だけ補正したクランク角度を算出して補正後のクランク角度をエンジンモデル130に入力する構成とし、この構成により、制御装置の演算周期の分解能に左右されない正確な補償を実現している。
【0027】
図4は、本発明の一実施形態の制御装置のブロック図である。この図4に示す制御装置100Bは、図2に示す比較例の制御装置100Aと同一の構成要素に、さらに遅れ時間・進角変換部140と加算器150が追加されている。この遅れ時間・進角変換部140は、本発明にいう第2の角度変換部の一例に相当する。また、加算器150は、本発明にいう加算部の一例に相当する。さらに、モータ制御器110、クランク角度演算器120、およびエンジンモデル130は、本発明にいう、それぞれ、制御部、第1の角度変換部、および指令部の各一例に相当する。また、計測器50は、本発明にいう第1の計測器の一例と第2の計測器の一例との双方に相当する。
【0028】
図5は、図4に1つのブロックで示す遅れ時間・進角変換部の内部構成を示したブロック図である。
【0029】
この遅れ時間・進角変換部140には、計測器50で計測された回転速度[r/min]が入力され、また、上述の遅れ時間に相当する時間[s]が設定されている。
【0030】
この遅れ時間・進角変換部140では、入力されてきた回転速度[r/min]に(2π/60)が乗算されて角速度[rad/s]が求められ、この角速度[rad/s]に遅れ時間に相当する時間[s]が乗算され、さらに(360/2π)が乗算されて、遅れ時間を角度に変換した補正値[deg]が生成される。図4にも示す加算器150では、この補正値[deg]が、クランク角度演算器120により算出されたクランク角度[deg]に加算されることにより、クランク角度[deg]がその補正値[deg]だけ進められたクランク角度に補正される。この補正後のクランク角度[deg]は、図4に示すエンジンモデル130に入力される。したがって、エンジンモデル130からは、本来のタイミングよりもその補正値[deg]分だけ進んだ、進角済みのトルク指令値が出力される。
【0031】
図6は、図4に示す制御装置における、トルク指令値とトルク計測値の一例を示す図である。
【0032】
この図6には、上から順に、本来のタイミングのトルク指令値と、トルク計測値と、進角済みのトルク指令値が示されている。進角済みのトルク指令値は、本来のタイミングのトルク指令値に対し上述の補正値[deg]だけ進んでいる。したがってトルク計測値は本来のタイミングのトルク指令値とほとんど誤差なしに一致している。
【0033】
図4に示す制御装置100Bの場合、遅れ時間に相当する時間を一度設定しておくだけで、その時間が、演算周期ごとにその時点の回転速度に応じた角度補正値[deg]に変換され、その角度補正値[deg]によりクランク角度[deg]が補正される。このように、本実施形態の制御装置100Bによれば、遅れ時間が容易に補償される。
【0034】
また、以下に説明するように、本実施形態の場合、極めて高精度な補正が行なわれる。
【0035】
図7は、演算周期ごとに直接的に補償しようとした場合の誤差の説明図である。また、図8は、演算周期分解能と角度分解能との関係を示した図である。
【0036】
ここでは、回転速度=1000[r/min]の場合について例示する。
【0037】
この図7のNo.1〜No.5のいずれも、回転速度=1000[r/min]であって、かつ遅れ時間=0.0123456789[s]であるとする。これらの回転速度=1000[r/min]と遅れ時間=0.0123456789[s]とから、その遅れ時間をその回転速度に応じた角度[deg]に変換すると、「遅れ時間による設定したい角度=74.0740734[deg]となる。No.1〜No.5における制御周期を、それぞれ0.01[s]、0.001[s]、…、0.000001[s]とすると、その制御周期[s]に応じた固定演算周期で設定した遅れ時間は、それぞれ、0.01[s]、0.012[s]、…、0.012345[s]となり、またそれらの各固定演算周期で設定した遅れ時間[s]を角度[deg]に変換すると、それぞれ、60[deg]、72[deg]、…、74.07[deg]となる。すなわち、制御周期=0.01[s]の場合、遅れ時間=0.0123456789[s]をそのまま設定することはできず、遅れ時間=0.01[s]の設定となる。あるいは角度[deg]で設定する場合、その遅れ時間=0.01[s]に対応した角度=60[deg]となる。すなわち、遅れ時間=0.0123456789[s]に対応する設定したい角度は、74.0750734[deg]であるにもかかわらず、固定演算周期=0.01[s]に対応する角度は60[deg]となり、間に誤差(74.0750734[deg]−60[deg]=14.0750734[deg])が生じる。角度の制御目標精度を0.05[deg]とすると、制御周期は、No.4の0.00001[s]程度にする必要がある。制御周期=0.00001[s]であれば、誤差は、74.0740734−74.04=0.034[deg]となり、制御目標精度0.05[deg]未満となる。このように極めて短かい制御周期で動作する制御装置を構成するのは難しく、実現できたとしても高価となるおそれがある。
【0038】
これに対し、図4に示す制御装置100Bを、例えばdouble型=64ビットで演算を行なう装置として構成すると、15桁の小数まで設定することができ、設定したい角度=74.0740734[deg]を、十分な余裕を持って全桁設定可能であり、制御周期が例えば0.01[s]であってもその0.01[s]ごとに極めて正確な補正角度を得て、極めて正確な補正後のクランク角度[deg]を生成し、高精度な制御を行なうことができる。
【0039】
図9は、シミュレート結果を示した図である。
【0040】
ここには、上から順に、クランク角度、本来のタイミングのトルク指令値、トルク計測値、進角済みのトルク指令値について、エンジンが停止した状態からエンジンを始動し、アイドル回転速度を維持するまでの間の、各時間波形が示されている。
【0041】
また、図10,図11は、図9の、それぞれ区間X、区間Yについて時間軸(横軸)を拡大して示した図である。
【0042】
区間Xと区間Yとでは回転速度が少し異なっており、そのため、波形の周期(クランク角度0[deg]〜720[deg]の間の時間長)が異なっている。
【0043】
本実施形態の場合、このように波形の周期(クランク角度0[deg]〜720[deg]の間の時間長)が異なっていても、進角済みのトルク指令値は、常に遅れ時間分に相当する角度だけ正確に進んだトルク指令値となっており、したがって、トルク計測値は、回転速度の変動があっても、本来のタイミングのトルク指令値と常に位相も一致した同一の波形が得られる。
【0044】
尚、上述の実施形態の場合、図5に示すように、遅れ時間に相当する時間[s]は固定値として設定されているが、制御対象物や制御対象要素によっては、条件によって遅れ時間が変化するものもある。その場合は、遅れ時間に相当する時間の、条件ごとのマップを作成しておいて、その時間を条件に応じて変更する構成としてもよい。
【0045】
また、上述の実施形態は、トルク指令値を与えモータ10にエンジントルクを模擬させる例であるが、本発明は、これに限られるものではなく、回転系であるか往復移動する並進系であるかを問わず、様々な制御対象物を制御する制御装置に適用可能である。
【符号の説明】
【0046】
1 システム
10,30,40 モータ
20 トランスミッション
50 計測器
60 インバータ
100A,100B 制御装置
110 モータ制御器
120 クランク角度演算器
130 エンジンモデル
140 遅れ時間・進角変換部
150 加算器
【特許請求の範囲】
【請求項1】
角度の入力を受け該角度に基づいて、制御対象物の制御対象要素を指令値通りに制御するための該指令値を生成する指令部と、
前記制御対象物の制御対象要素を計測した第1の計測値を生成する第1の計測部と、
前記指令値と前記第1の計測値との双方を入力し該指令値と該第1の計測値とが一致するように前記制御対象物の動作を制御する制御部と、
前記制御対象物の動作速度を計測する第2の計測器と、
前記動作速度を第1の角度に変換する第1の角度変換部と、
前記制御部への前記指令値の入力タイミングから該指令値が反映された前記第1の計測値の該制御部への入力タイミングまでの遅れ時間に相当する時間を前記動作速度に応じた第2の角度に変換する第2の角度変換部と、
前記第1の角度と前記第2の角度とを加算して第3の角度を生成する加算部とを有し、
前記指令部が、前記第3の角度の入力を受け該第3の角度に基づいて前記指令値を生成するものであることを特徴とする制御装置。
【請求項2】
前記制御対象物がモータであり、
前記指令部が前記モータの出力トルクを制御するためのトルク指令値を生成するものであり、
前記第1の計測部が前記モータの出力トルクを計測してトルク計測値を生成するものであり、
前記第2の計測部が、前記モータの回転速度を計測するものであることを特徴とする請求項1記載の制御装置。
【請求項1】
角度の入力を受け該角度に基づいて、制御対象物の制御対象要素を指令値通りに制御するための該指令値を生成する指令部と、
前記制御対象物の制御対象要素を計測した第1の計測値を生成する第1の計測部と、
前記指令値と前記第1の計測値との双方を入力し該指令値と該第1の計測値とが一致するように前記制御対象物の動作を制御する制御部と、
前記制御対象物の動作速度を計測する第2の計測器と、
前記動作速度を第1の角度に変換する第1の角度変換部と、
前記制御部への前記指令値の入力タイミングから該指令値が反映された前記第1の計測値の該制御部への入力タイミングまでの遅れ時間に相当する時間を前記動作速度に応じた第2の角度に変換する第2の角度変換部と、
前記第1の角度と前記第2の角度とを加算して第3の角度を生成する加算部とを有し、
前記指令部が、前記第3の角度の入力を受け該第3の角度に基づいて前記指令値を生成するものであることを特徴とする制御装置。
【請求項2】
前記制御対象物がモータであり、
前記指令部が前記モータの出力トルクを制御するためのトルク指令値を生成するものであり、
前記第1の計測部が前記モータの出力トルクを計測してトルク計測値を生成するものであり、
前記第2の計測部が、前記モータの回転速度を計測するものであることを特徴とする請求項1記載の制御装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2012−135159(P2012−135159A)
【公開日】平成24年7月12日(2012.7.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−286847(P2010−286847)
【出願日】平成22年12月24日(2010.12.24)
【出願人】(000145806)株式会社小野測器 (230)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年7月12日(2012.7.12)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年12月24日(2010.12.24)
【出願人】(000145806)株式会社小野測器 (230)
【Fターム(参考)】
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