JP6545428B1 - Control device of power converter - Google Patents
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Abstract
出力値(X)の指令値(Xr)が変化すると、フィードフォワード制御への切替条件を示す閾値(Xth)が設定される。指令値(Xr)が上昇した場合には、閾値(Xth)は、変化後の指令値(Xr)よりも高く設定される。出力値(X)が閾値(Xth)以下の期間では、フィードバック制御が選択されて、指令値(Xr)に対する出力値(X)の偏差に基づいて電力変換器の制御量が設定される。出力値(X)が閾値(Xth)より大きい期間(Tff)では、フィードフォワード制御が選択されて、電力変換器の制御量が、予め定められたフィードフォワード制御量に設定される。When the command value (Xr) of the output value (X) changes, a threshold value (Xth) indicating a condition for switching to feedforward control is set. When the command value (Xr) increases, the threshold value (Xth) is set higher than the command value (Xr) after the change. In a period in which the output value (X) is equal to or less than the threshold (Xth), feedback control is selected, and the control amount of the power converter is set based on the deviation of the output value (X) from the command value (Xr). In a period (Tff) in which the output value (X) is larger than the threshold (Xth), feedforward control is selected, and the control amount of the power converter is set to a predetermined feedforward control amount.
Description
本発明は、電力変換器の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device of a power converter.
特許第5412658号公報(特許文献1)には、DC/DCコンバータの制御において、フィードバック制御と、ニューロ制御等の機械学習制御によるフィードフォワード制御とを組み合わせることで、オーバーシュートやアンダーシュートを軽減させる技術が記載されている。 Japanese Patent No. 5412658 (patent document 1) reduces overshoot and undershoot by combining feedback control and feedforward control by machine learning control such as neuro control in control of a DC / DC converter. The technology is described.
特許文献1では、フィードフォワード制御量は、あるサンプリングにおける制御目標値と学習履歴から算出した制御予測値との偏差に、ゲインαを乗算することで算出される。このゲインαは、最初(一番目)のアンダーシュート又はオーバーシュートを抑制するための因子A(ゼロ以外の正の値)を減衰関数に従って減少するように、具体的には、A・exp(−λ・n)に従って、第n番目のサンプリングにおけるゲインが設定される。ここで、λは、二番目のオーバーシュート又はアンダーシュートを減衰させるための因子(ゼロ以外の正の値)とされる。これにより、最初のアンダーシュート又はオーバーシュートの抑制と、その後のオーバーシュート又はアンダーシュートに対する過補償との両立が図られる。
In
特許文献1のフィードフォワード制御では、シミュレーションや制御理論により事前に決定される係数A及びβの選択によっては、ゲインが不適切となることによって、オーバーシュート又はアンダーシュートの軽減効果が期待できないことが懸念される。
In the feed-forward control of
更に、フィードフォワード制御が不十分でオーバーシュート又はアンダーシュートが発生すると、フィードバック制御によって補償される制御態様であるため、オーバーシュート又はアンダーシュートが速やかに抑制できない虞がある。 Furthermore, if the feedforward control is insufficient and overshoot or undershoot occurs, the overshoot or undershoot may not be suppressed promptly because the control mode is a control mode that is compensated by feedback control.
又、特許文献1では、各サンプリングでの制御予測値が機械学習によって求められるため、演算負荷が制御の応答速度に影響することも懸念される。
Further, in
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、演算負荷を高めることなく、オーバーシュート又はアンダーシュートを抑制するためのフィードフォワード制御機能を有する電力変換器の制御装置を提供することである。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an electric power having a feedforward control function to suppress overshoot or undershoot without increasing computational load. It is providing a control device of a converter.
本発明のある局面によれば、制御量に応じて出力値が変化する電力変換器の制御装置は、制御切替部と、制御信号生成部とを備える。制御切替部は、出力値の指令値とは異なる閾値と、出力値との比較に従って、制御量を予め定められたフィードフォワード制御量に固定するフィードフォワード制御と、出力値及び指令値の偏差から制御量を演算するフィードバック制御とを切替える。制御信号生成部は、制御切替部によって設定された制御量に基づいて、電力変換器の制御信号を生成する。指令値の変化に応じて、閾値が指令値よりも高い値に設定される第1の期間と、閾値が指令値よりも低い値に設定される第2の期間との少なくとも一方が設けられる。制御切替部は、第1の期間では、出力値が閾値以下の場合にはフィードバック制御を選択する一方で、出力値が閾値よりも高い場合にはフィードフォワード制御を選択し、第2の期間では、出力値が閾値以上の場合にはフィードバック制御を選択する一方で、出力値が閾値よりも低い場合にはフィードフォワード制御を選択する。 According to an aspect of the present invention, a control device of a power converter whose output value changes according to a control amount includes a control switching unit and a control signal generation unit. The control switching unit fixes the control amount to a predetermined feedforward control amount according to a comparison between the output value and a threshold value different from the command value of the output value, feedforward control, and deviation of the output value and the command value It switches to feedback control which calculates a control amount. The control signal generation unit generates a control signal of the power converter based on the control amount set by the control switching unit. At least one of a first period in which the threshold value is set to a value higher than the command value and a second period in which the threshold value is set to a value lower than the command value are provided according to the change in the command value. The control switching unit selects feedback control when the output value is equal to or less than the threshold in the first period, and selects feedforward control when the output value is higher than the threshold in the second period. When the output value is equal to or higher than the threshold value, feedback control is selected, and when the output value is lower than the threshold value, feed forward control is selected.
本発明によれば、指令値の変化時に閾値を超えたオーバーシュート又はアンダーシュートが発生すると、フィードバック制御から、制御量が予め定められたフィードフォワード制御量に固定されるフィードフォワード制御へ切替えることによって制御量を速やかに変更することで、オーバーシュート又はアンダーシュートを抑制するためのフィードフォワード制御機能を実現できる。 According to the present invention, when overshoot or undershoot exceeding the threshold occurs when the command value changes, the feedback control is switched to feedforward control in which the control amount is fixed to a predetermined feedforward control amount. By rapidly changing the control amount, it is possible to realize a feedforward control function for suppressing overshoot or undershoot.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一又は相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.
実施の形態1.
(基本的な制御構成)
図1は、実施の形態1に係る電力変換器の制御装置50の構成を説明する機能ブロック図である。以下、本実施の形態では、制御対象となる電力変換器としてDC/DCコンバータを例示して説明する。
(Basic control configuration)
FIG. 1 is a functional block diagram for explaining a configuration of
図1を参照して、制御装置50の制御対象である電力変換器の一例として示されるDC/DCコンバータ11は、負荷に対して、出力電圧及び出力電流の積で示される直流電力を供給する。
Referring to FIG. 1, DC /
制御装置50は、DC/DCコンバータ11の出力値Xを、指令値Xrに制御する。制御される出力値Xは、例えば、出力電圧であるが、出力電流、又は、直流電力等とすることも可能である。制御装置50は、出力制御部100と、学習制御部110とを備える。出力値Xは、図示しないセンサによって検出されて、当該センサによる検出値は、制御装置50へ入力される。
出力制御部100は、フラグ判定部5と、フィードフォワード(FF)制御量算出部6と、減算部7と、フィードバック(FB)制御量算出部8と、制御切替部9と、スイッチング制御信号発生部10とを有する。学習制御部110は、ニューラルネットワークデータファイル111と、学習データ処理部112と、学習データファイル113と、学習データ抽出部114とを有する。
The
制御装置50は、ハードウェアとしては、図示しない、演算装置、記憶装置、入力回路、及び、出力回路を含むように構成することができる。例えば、演算装置は、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等によって構成することができる。
The
図1に記載された、制御装置50を構成する各機能ブロックは、代表的には、上記演算装置が、ROM(Read Only Memory)等の記憶装置に記憶されたソフトウェア(プログラム)を実行し、かつ、記憶装置、入力回路、及び出力回路等の他のハードウェアと協働することにより、各機能を実現することができる。また、各機能ブロックによる機能の一部又は全部について、専用の電子回路(ハードウェア)によって実現することも可能である。又、出力制御部100及び学習制御部110の機能を実現するためのハードウェアは、同一のチップに搭載されてもよく、複数のチップに分割して搭載されてもよい。
Typically, the above-mentioned arithmetic device executes software (program) stored in a storage device such as a ROM (Read Only Memory), as shown in FIG. In addition, each function can be realized by cooperating with other hardware such as a memory device, an input circuit, and an output circuit. Further, some or all of the functions of the functional blocks can be realized by dedicated electronic circuits (hardware). The hardware for realizing the functions of the
出力制御部100は、フィードバック制御及びフィードフォワード制御の選択によって出力値Xを指令値Xrに制御する。特に、出力制御部100では、指令値Xrの変化に追従して出力値Xを制御する際に発生するオーバーシュート又はアンダーシュートを抑制するように、フィードバック制御及びフィードフォワード制御が切替えられる。
The
まず、出力制御部100による基本的な制御動作について説明する。以下では、出力制御部100による制御動作は、一定の時間刻みΔt毎、即ち、制御周期毎に実行されるものとし、今回の制御周期を第n番目(n:自然数)、前回の制御周期を第(n−1)番目と表記する。以下では、添字(n),(n−1)を付記することにより、特定の制御周期での値であることを示すものとする。
First, a basic control operation by the
減算部7は、各制御周期において、指令値Xrから検出された出力値Xを減算することによって、偏差ΔXを算出する。従って、ΔX(n)=Xr(n)−X(n)で示される。算出された偏差ΔX(n)は、FB制御量算出部8へ入力される。
The subtraction unit 7 calculates the deviation ΔX by subtracting the detected output value X from the command value Xr in each control cycle. Accordingly, ΔX (n) = Xr (n) −X (n). The calculated deviation ΔX (n) is input to the FB
図2は、FB制御量算出部8の構成をさらに説明する機能ブロック図である。
図2を参照して、FB制御量算出部8は、比例動作部8A、積分動作部8B、微分動作部8C、加算部8D、及び、リミッタ8Eを有する。FIG. 2 is a functional block diagram further illustrating the configuration of the FB control
Referring to FIG. 2, the FB control
比例動作部8Aは、比例ゲインKp及び偏差ΔX(n)の積を比例制御量として出力する。積分動作部8Bは、偏差ΔX(1)〜ΔX(n)の積分値及び積分ゲインKiの積を積分制御量として出力する。微分動作部8Cは、偏差ΔX(n)及びΔX(n−1)の差分値と微分ゲインKdとの積を微分制御量として出力する。
The
加算部8Dは、比例制御量、積分制御量、及び、微分制御量を加算してFB制御量DTfbを算出する。FB制御量DTfbは、リミッタ8Eによって、0〜1.0の範囲内に制限される。即ち、加算部8Dの出力値が1より大きいと、DTfb=1.0に修正される。同様に、加算部8Dの出力値が負であると、DTfb=0に修正されるが、加算部8Dの出力値が0〜1.0の範囲内であれば、当該出力値がそのままDTfbとされる。
The
FB制御量算出部8は、各制御周期においてFB制御量DTfbを算出する(0≦DTfb≦1.0)。FB制御量DTfb(n)は、図1の制御切替部9へ入力される。
The FB control
図2の構成例では、FB制御量算出部8は、いわゆるPID(Proportional Integral Differential)制御によってフィードバック制御を実現するが、これ以外の手法でフィードバック制御が実現されてもよい。比例ゲインKp、積分ゲインKi及び微分ゲインKdは、後述するように、DC/DCコンバータ11の動作開始時に、予め保持されたゲイン値がFB制御量算出部8へ読み込まれる。
In the configuration example of FIG. 2, the FB control
再び図1を参照して、フラグ判定部5は、フィードフォワード制御及びフィードバック制御の切替等に用いる複数のフラグを設定する。
Referring again to FIG. 1, the
FF制御量算出部6は、フラグ判定部5によって設定されたフラグFffに応じて、FF制御量DTff及びFF制御の作動判定に用いられる閾値Xthを生成する。
According to the flag Fff set by the
制御切替部9は、出力値Xと、FF制御量算出部6からの閾値Xthとの比較に基づき、FF制御量算出部6からのFF制御量DTff及びFB制御量算出部8からのFB制御量DTfbの一方を選択的に、当該制御周期での制御量DTとして出力する。
The
スイッチング制御信号発生部10は、各制御周期において、制御切替部9から出力された制御量DTに従って、DC/DCコンバータ11の制御信号を生成する。例えば、DC/DCコンバータ11は、トランジスタ等のスイッチング素子(図示せず)のデューティ比、即ち、一定周波数でオンオフされるスイッチング素子の各スイッチング周期でのオン時間の比率によって、出力値Xを制御するように構成される。従って、スイッチング制御信号発生部10が発生する制御信号は、制御量DTによって示されるデューティ比を有する、上記スイッチング素子のオンオフ制御信号、より具体的には、デューティ比が変化する電圧パルス信号とすることができる。本実施の形態では、スイッチング素子のデューティ比を高くすると出力値Xが上昇し、当該デューティ比を低くすると出力値Xが低下するものとする。
Switching control
図3は、フラグ判定部5の動作を説明するフローチャートである。図3に示されるフローチャートに従う制御処理は、制御周期毎に実行される。
FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the
図3を参照して、フラグ判定部5は、指令値Xrが変化した制御周期を抽出するためのフラグFffと、指令値Xrの上昇後の期間、及び、低下後の期間のいずれであるかを判別するためのフラグFwとの設定を制御する。更に、フラグFqは、後述するフィードフォワード制御の動作期間を制限するために用いられる。
Referring to FIG. 3,
フラグ判定部5は、ステップ(以下、単に「S」と表記する)100により、当該制御周期での指令値Xrを受け取ると、S110により、前回の制御周期での指令値Xrp(以下、前回指令値Xrpとも称する)との間に、Xr>Xrpが成立するか否かを判定する。
When the
Xr>Xrpのとき(S110のYES判定時)、即ち、今回の制御周期で指令値Xrが上昇した場合には、S120により、フラグFff=1,Fw=1、Fq=0に設定される。これに対して、Xr≦Xrpのとき(S110のNO判定時)には、S150により、S110とは反対に、Xr<Xrpが成立するか否かが判定される。 If Xr> Xrp (YES in S110), that is, if the command value Xr rises in the current control cycle, the flags Fff = 1, Fw = 1, and Fq = 0 are set in S120. On the other hand, when Xr ≦ Xrp (at the time of NO determination at S110), it is determined at S150 whether or not Xr <Xrp holds, contrary to S110.
フラグ判定部5は、Xr<Xrpのとき(S150のYES判定時)、即ち、今回の制御周期で指令値Xrが低下した場合には、S120により、フラグFff=1,Fw=−1、Fq=0に設定される。
When Xr <Xrp (when YES in S150), that is, when command value Xr decreases in the current control cycle,
Xr=Xrpのとき、即ち、指令値Xrが前回の制御周期から変わらないときは、S110及びS150ともNO判定とされるので、S170により、Fff=0に設定される。S170では、フラグFw及びFqは、現在の値のまま維持される。 When Xr = Xrp, that is, when the command value Xr does not change from the previous control cycle, NO is determined in both S110 and S150, so Fff = 0 is set in S170. In S170, the flags Fw and Fq are maintained at the current values.
フラグ判定部5は、S120,S160、又は、S170の処理後、S130により、フラグFff,Fw,Fq、指令値Xr、及び、前回指令値Xrpを出力する。更に、S140では、次回の制御周期に備えて、Xrp=Xrとされる。
After the process of S120, S160 or S170, the
この結果、フラグFffは、指令値Xrが変化(上昇又は低下)した制御周期においてのみ「1」とされる一方で、その他の制御周期では「0」とされる。フラグFqは、指令値Xrが変化(上昇又は低下)した制御周期において「0」にクリアされる。 As a result, the flag Fff is set to "1" only in the control cycle in which the command value Xr has changed (increased or decreased), and is set to "0" in the other control cycles. The flag Fq is cleared to "0" in a control cycle in which the command value Xr has changed (increased or decreased).
フラグFwは、指令値Xrが上昇した制御周期において「1」に設定される一方で、指令値Xrが低下した制御周期以降において「−1」に設定される。フラグFwは、指令値Xrが変化しない制御周期では、値が変化しない。従って、DC/DCコンバータ11の運転開始時に、指令値Xrが0(初期値)から正値に設定されることでFw=1に設定されると、その後は、指令値Xrが低下するまでFw=1に維持される。指令値Xrが低下されると、Fw=−1に更新されて、指令値Xrが上昇されるまで、Fw=−1に維持される。このように、DC/DCコンバータ11の制御開始後は、フラグFwは「1」又は「−1」に設定される。
The flag Fw is set to “1” in the control cycle in which the command value Xr has risen, and is set to “−1” after the control cycle in which the command value Xr has fallen. The value of the flag Fw does not change in a control cycle in which the command value Xr does not change. Therefore, when Fw is set to 1 when command value Xr is set from 0 (initial value) to a positive value at the start of operation of DC /
再び図1を参照して、FF制御量算出部6は、フラグ判定部5によって設定されたフラグFff=1の制御周期において、FF制御量DTff及び閾値Xthを生成する。即ち、FF制御量算出部6は、指令値Xrが変化(上昇又は低下)した制御周期において、FF制御量DTff及び閾値Xthを算出する。FF制御量DTffは、フラグFwの値が変化するまで維持される固定値であり、少なくとも、指令値Xr及び前回指令値Xrpをから算出される。例えば、指令値Xr及び前回指令値Xrpを変数として、FF制御量DTff及び閾値Xthを出力する、ルックアップテーブル等を予め作成することが可能である。
Referring back to FIG. 1, FF control
或いは、指令値Xrが変化(上昇又は低下)した制御周期において、オーバーシュート又はアンダーシュートの許容限界、即ち、偏差ΔX(ΔX=Xr−X)の絶対値の許容上限値を示す許容シュート量Xmshをさらに設定することも可能である。許容シュート量Xmshは、指令値Xrに対する出力値Xの偏差の絶対値の許容上限値を示すものである。従って、閾値Xthは、閾値Xrh及び指令値Xrとの差分の絶対値が許容シュート量Xmshよりも小さくなるように設定されることになる。又、FF制御量DTffは、指令値Xr、前回指令値Xrp、及び、許容シュート量Xmshから算出されてもよい。この場合にも、指令値Xr、前回指令値Xrp、及び、許容シュート量Xmshを変数とするルックアップテーブル等を予め作成することが可能である。 Alternatively, in a control cycle in which command value Xr changes (increases or decreases), an allowable limit of overshoot or undershoot, ie, an allowable upper limit of an absolute value of deviation ΔX (ΔX = Xr−X) It is also possible to set The allowable chute amount Xmsh indicates the allowable upper limit of the absolute value of the deviation of the output value X from the command value Xr. Therefore, the threshold value Xth is set such that the absolute value of the difference between the threshold value Xrh and the command value Xr is smaller than the allowable chute amount Xmsh. The FF control amount DTff may be calculated from the command value Xr, the previous command value Xrp, and the allowable chute amount Xmsh. Also in this case, it is possible to create in advance a lookup table or the like in which the command value Xr, the previous command value Xrp, and the allowable chute amount Xmsh are variables.
指令値Xrが変化しない制御周期では、FF制御量DTff及び閾値Xthの値は維持されるので、FF制御量算出部6は、全ての制御周期においてFF制御量DTffの算出処理を実行する必要がない。
In the control cycle in which the command value Xr does not change, the values of the FF control amount DTff and the threshold value Xth are maintained, so the FF control
閾値Xthは、指令値Xrが上昇した制御周期では、Xth>Xrに設定されて、フラグFw=1の期間中にはその値が維持される。反対に、閾値Xthは、指令値Xrが低下した制御周期では、Xth<Xrに設定されて、フラグFw=−1の期間中にはその値が維持される。即ち、Fw=1の期間は「第1の期間」に相当し、Fw=−1の期間は「第2の期間」に相当する。 The threshold value Xth is set to Xth> Xr in the control cycle in which the command value Xr is increased, and the value is maintained during the flag Fw = 1. Conversely, the threshold value Xth is set to Xth <Xr in a control cycle in which the command value Xr is lowered, and the value is maintained during the flag Fw = -1. That is, the period of Fw = 1 corresponds to the “first period”, and the period of Fw = −1 corresponds to the “second period”.
図4は、制御切替部9の動作を説明するフローチャートである。図4に示されるフローチャートに従う制御処理は、制御周期毎に実行される。
FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation of the
図4を参照して、制御切替部9は、S200により、FF制御量算出部6からFF制御量DTff及び閾値Xth、FB制御量算出部8からFB制御量DTfb、フラグ判定部5からフラグFwを受け取る。更に、今回の制御周期での出力値Xも、S200により、制御切替部9へ入力される。
Referring to FIG. 4,
制御切替部9は、S210では、フラグFw=1であるか否かを判定する。Fw=1の期間では(S210のYES判定時)、S220により、出力値Xが閾値Xthよりも高いか否か、即ち、上述のように指令値Xrよりも高く設定された閾値Xthを上回るオーバーシュートが発生しているか否かが判定される。
At S210, the
これに対して、Fw=1でない、即ち、Fw=−1の期間では(S210のNO判定時)には、S260により、出力値Xが閾値Xthよりも低いか否か、即ち、上述のように指令値Xrよりも低く設定された閾値Xthを下回るアンダーシュートが発生しているか否かが判定される。 On the other hand, in the period of not Fw = 1, that is, in the period of Fw = -1 (at the time of NO determination of S210), whether or not the output value X is lower than the threshold Xth according to S260 It is determined whether an undershoot below the threshold value Xth set lower than the command value Xr has occurred.
S220におけるX>Xthの検出時(S220のYES判定時)には、フィードフォワード制御が選択されて、S230により、制御量DT=DTffに設定される。同様に、S260におけるX<Xthの検出時(S260のYES判定時)にも、フィードフォワード制御が選択されて、S270により、制御量DT=DTffに設定される。 At the time of detection of X> Xth at S220 (at the time of YES determination at S220), feedforward control is selected, and at S230, the control amount DT = DTff is set. Similarly, at the time of detection of X <Xth at S260 (at the time of YES determination at S260), feedforward control is selected, and at S270, the control amount DT = DTff is set.
一方で、S220におけるX>Xthの非検出時(S220のNO判定時)、及び、S260におけるX<Xthの非検出時(S260のNO判定時)の各々では、フィードバック制御が選択されて、S270により、制御量DT=DTfbに設定される。 On the other hand, feedback control is selected in each of non-detection of X> Xth in S220 (NO determination in S220) and non-detection of X <Xth in S260 (NO determination in S260), respectively. Thus, the control amount DT = DTfb is set.
更に、制御切替部9は、S240により、S230、S250、又は、S270により設定された制御量DT(デューティ比)を、スイッチング制御信号発生部10(図1)へ出力して、当該制御周期での処理を終了する。
Furthermore, the
図4の制御処理によれば、指令値Xrが上昇した後の期間では、閾値Xth(Xth>Xr)よりも出力値Xが高いオーバーシュートの発生期間において、フィードフォワード制御が選択される一方で、それ以外の期間では、フィードバック制御が選択される。反対に、指令値Xrが低下した後の期間では、閾値Xth(Xth<Xr)よりも出力値Xが低いアンダーシュートの発生期間において、フィードフォワード制御が選択される一方で、それ以外の期間では、フィードバック制御が選択される。 According to the control process of FIG. 4, in a period after the command value Xr rises, while feedforward control is selected in an overshoot occurrence period in which the output value X is higher than the threshold value Xth (Xth> Xr), In other periods, feedback control is selected. On the contrary, in the period after the command value Xr decreases, feedforward control is selected in the occurrence period of the undershoot where the output value X is lower than the threshold value Xth (Xth <Xr), while in the other period , Feedback control is selected.
この結果、実施の形態1に係る制御装置では、指令値Xrの変化時にも初期的にはフィードバック制御で対応する一方で、閾値Xthを超えたオーバーシュート、又は、アンダーシュートの発生時には、フィードバック制御からフィードフォワード制御へ切替えることができる。従って、特許文献1の様に、指令値Xrの変更時にフィードフォワード制御及びフィードバック制御を加算する場合と比較して、閾値Xthを超えてオーバーシュート又はアンダーシュートが発生した場合に、制御量DTを速やかに変更することで、出力値Xを速やかに指令値Xrへ近付けることができる。又、ゲインの不適合等の要因によってフィードフォワード制御が過剰となることで、指令値Xrの変化直後における、出力値Xの偏差ΔXが発生することを防止できる。
As a result, in the control device according to the first embodiment, even when the command value Xr changes, the feedback control is initially coped with, but when overshoot or undershoot occurs that exceeds the threshold value Xth, feedback control is performed. Can be switched to feed forward control. Therefore, when overshoot or undershoot occurs exceeding the threshold value Xth as compared with the case where the feedforward control and the feedback control are added when changing the command value Xr as in
尚、上述のように、指令値Xrの変化には、DC/DCコンバータ11の運転開始時の制御周期において、指令値Xrが0(初期値)から、本来の目標値に相当する正値(或いは、負値)に設定される変化が含まれる。即ち、DC/DCコンバータ11の制御開始後において指令値Xrが一定に保持される場合にも、当該運転開始時の制御周期で設定されたFF制御量DTff及び閾値Xthに従った、上述のフィードバック制御及びフィードフォワード制御の切替によって、指令値Xrに対するオーバーシュート又はアンダーシュートを抑制するように、出力値Xを制御することができる。
As described above, in the control cycle at the start of operation of DC /
或いは、図5のフローチャートに従って制御切替部9を動作させることで、フィードフォワード制御の選択をさらに制限することも可能である。
Alternatively, it is possible to further restrict the selection of feedforward control by operating the
図5は、制御切替部9の動作の変形例を説明するフローチャートである。図5に示されるフローチャートに従う制御処理は、図4の制御処理に代えて、制御周期毎に実行することができる。
FIG. 5 is a flowchart for explaining a modification of the operation of the
図5を参照して、制御切替部9は、図4に加えて、フラグFqに係るS205,S225,S255,S265,S275をさらに実行する。図3で説明したように、フラグFqは、指令値Xrが変化した制御周期において「0」にクリアされる。
Referring to FIG. 5, in addition to FIG. 4,
制御切替部9は、S220のYES判定時、又は、S260のYES判定時、即ち、フィードフォワード制御が選択されると、S225,S275により、フラグFq=1に設定する。一方で、制御切替部9は、S220のNO判定時、又は、S260のNO判定時、即ち、フィードバック制御の選択時には、S265により、フラグFq=1であるか否かを判定し、Fq=1のとき(S265のYES判定時)には、S255により、Fq=2に設定する。
The
従って、フラグFqは、指令値Xrが変化した制御周期で「0」に設定された後、閾値Xthよりも大きいオーバーシュート又はアンダーシュートの発生によりフィードフォワード制御が動作すると「1」に設定される。その後、フィードフォワード制御の適用によって、オーバーシュート又はアンダーシュートが収まってフィードバック制御が再び選択されると、フラグFq=2に設定される。フラグFq=2になると、S265がNO判定となるので、フラグFqの値はそれ以上増加しない。 Therefore, the flag Fq is set to "1" when the feedforward control is operated due to the occurrence of overshoot or undershoot larger than the threshold value Xth after the flag Fq is set to "0" in the control cycle in which the command value Xr changes. . Thereafter, when the overshoot or undershoot is settled and feedback control is selected again by application of feed forward control, the flag Fq is set to 2. When the flag Fq = 2, S265 returns NO, and the value of the flag Fq does not further increase.
制御切替部9は、S200に代えて実行されるS202により、S200と同様のFF制御量DTff、閾値Xth、FB制御量DTfb、フラグFw、及び、出力値Xに加えて、フラグFqを受け取ると、まず、S205により、フラグFq=2であるか否かを判定する。Fq=2であると(S205のYES判定時)、出力値X及び閾値Xthに関わらずフィードバック制御が選択されて、S245により、制御量DT=DTfbに設定される。
When the
フラグFq=2でないとき(S205のNO判定時)には、図4と同様のS210以降の処理が、フラグFqを制御するための上記S225,S255,S265,S275を加えて実行される。 When the flag Fq is not 2 (when the determination is NO in S205), the processing of S210 onward similar to that of FIG. 4 is executed with the addition of S225, S255, S265, and S275 for controlling the flag Fq.
このように、図5に示された制御処理によれば、制御切替部9は、指令値Xrが変化(上昇又は低下)した後の期間において、最初に発生したオーバーシュート又はアンダーシュートに対してのみフィードフォワード制御を適用し、以降では、X>Xr(S220)のオーバーシュート、又は、X<Xr(S260)のアンダーシュートが発生しても、フィードフォワード制御の再選択が禁止されて、フィードバック制御が選択されることになる。
As described above, according to the control process shown in FIG. 5, the
(学習を用いたFF制御量の設定)
実施の形態1に係る電力変換器の制御装置では、指令値Xrが変化(上昇又は低下)した制御周期で設定された閾値Xth及びFF制御量DTffが維持されるので、制御周期毎に更新することによる演算負荷の増大が回避される一方で、これらの閾値Xth及びFF制御量DTffを適正値に設定することが制御精度に影響する。以下では、過去実績の学習(代表例としては、ニューラルネットワークによる学習)によって、閾値Xth及びFF制御量DTffを高精度に設定する手法について説明する。(Setting of FF control amount using learning)
In the control device of the power converter according to the first embodiment, the threshold value Xth and the FF control amount DTff set in the control cycle in which the command value Xr changes (increases or decreases) is maintained, and thus updating is performed every control cycle. While setting the threshold Xth and the FF control amount DTff to appropriate values affects the control accuracy while avoiding an increase in calculation load due to the above. In the following, a method of setting the threshold value Xth and the FF control amount DTff with high accuracy by learning of the past results (representative example, learning by a neural network) will be described.
図6は、DC/DCコンバータ11の制御開始時における制御装置50の制御動作を説明するフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart for explaining the control operation of the
図6を参照して、制御装置50は、S300により、フラグ判定部5が図3で用いる前回指令値Xrp=0に初期化するとともに、S310により、制御量DT=0に初期化する。S310では、更に、許容シュート量Xmshを設定するためのパラメーラαが設定される。尚、許容シュート量Xmshは、指令値Xr及びパラメータαの積によって設定される(Xmsh=Xr・α)。
Referring to FIG. 6,
更に、S310では、閾値Xthの初期値として、Xth=X0が設定される。尚、後述のように、指令値Xrが変更されると、FF制御量算出部8によって閾値Xthが新たに設定されるので、初期値X0が有効である期間は限定的である。従って、指令値Xrが変化するまではフィードバック制御のみを用いるように、初期値X0は、閾値Xthが通常設定される範囲よりも大きい値とすることが好ましい。
Furthermore, in S310, Xth = X0 is set as an initial value of the threshold Xth. As described later, since the threshold value Xth is newly set by the FF control
制御装置50は、S320では、後述する学習データ抽出部114で求められるシュート量Xsh=0に初期化するとともに、S330では、FB制御量算出部8(図2)で用いる比例ゲインKp、積分ゲインKi、及び、微分ゲインKdの値を設定する。更に、制御装置50は、S340では、後述する学習データ処理部112に関する初期値として、FF制御量算出部6がFF制御量DTff及び閾値Xthを設定するためのニューラルネットワークモデルの構造を決めるためのパラメータ値を設定する。具体的には、ニューラルネットワークモデルの入力層のニューロン数(例えば、3個)、中間層(隠れ層)の数、中間層(隠れ層)の各層におけるニューロン数、及び、出力層のニューロン数(例えば、2個)を設定する。
In S320,
図7は、FF制御量算出部6によるニューラルネットワークモデルを用いた制御処理を説明するフローチャートである。図7に示された制御処理は、各制御周期において実行される。
FIG. 7 is a flow chart for explaining control processing using a neural network model by the FF control
図7を参照して、FF制御量算出部6は、S400により、フラグ判定部5からフラグFff,Fwと、今回の制御周期の指令値Xr及び前回指令値Xrpを受け取る。さらに、S410では、図6のS310で設定されたパラメータαと、S400で読み込まれた指令値Xrから、許容シュート量Xmsh=Xr・αが設定される。更に、S420では、フラグFff=1であるか否かが判定される。
Referring to FIG. 7, the FF control
Fff=1のとき(S420のYES判定時)、即ち、指令値Xrが変化(上昇又は低下)した制御周期において、FF制御量算出部6は、S430により、ニューラルネットワークデータファイル111からニューラルネットワークモデルを読み込む。
When Fff = 1 (YES in S420), that is, in the control cycle in which the command value Xr changes (increases or decreases), the FF control
図8には、FF制御量算出部8で用いられるニューラルネットワークモデルの構成例を説明する概念図が示される。
FIG. 8 shows a conceptual diagram for explaining a configuration example of the neural network model used in the FF control
図8を参照して、ニューラルネットワークモデル120は、入力層を構成するK個(K:2以上の整数)のニューロンと、出力層を構成するL個(L:自然数)のニューロンと、入力層及び出力層の間に接続された隠れ層を構成する複数のニューロンとを含む。更に、隠れ層は、M層に亘って最大J個(M,J:2以上の整数)のニューロンが相互接続されて構成される。上述の個数パラメータK,L,M,Jを決定することにより、ニューラルネットワークモデル120の構造が設定される。このように、入力層、隠れ層、出力層の数、及び、各層のニューロン数によって、ニューラルネットワークモデル120の構造を任意に設定することができる。図8中に円記号で表記した各ニューロンには、活性化関数が入力される。例えば、活性化関数にはシグモイド関数を用いることができるが、公知の任意の活性化関数を適用することができる。
Referring to FIG. 8,
図8の例では、K=3,かつ、L=2であり、入力層には、3個のニューロンN11〜N13が配置されるとともに、出力層には、ニューロンN21,N22が配置される。入力層及び出力層の数、並びに、隠れ層及び各相のニューロン数が、図6のS340で設定されることで、ニューラルネットワークモデル120の構造が設定される。更に、S430では、ニューラルネットワークデータファイル111から各ニューロン間での重み係数が読み出されることで、ニューラルネットワークモデル120が確定される。
In the example of FIG. 8, K = 3 and L = 2, and three neurons N11 to N13 are disposed in the input layer, and neurons N21 and N22 are disposed in the output layer. The number of input layers and output layers, and the number of hidden layers and neurons in each phase are set in S340 of FIG. 6 to set the structure of the
後述するように、各重み係数は、過去の実績値から得られた複数の学習データを用いた機械学習によって決定されて、ニューラルネットワークデータファイル111のその値が格納されている。 As described later, each weighting factor is determined by machine learning using a plurality of learning data obtained from past actual values, and the value of the neural network data file 111 is stored.
再び図7を参照して、FF制御量算出部8は、S440により、ニューラルネットワークモデル120の入力層に、指令値Xr、前回指令値Xrp、及び、許容シュート量Xmshを設定する。具体的には、図8のニューラルネットワークモデル120において、ニューロンN11に指令値Xrが入力され、ニューロンN12に前回指令値Xrpが入力され、ニューロンN13には、S410で算出された許容シュート量Xmshが入力される。
Referring again to FIG. 7, the FF control
FF制御量算出部8は、S450では、S430で読み込まれた重み係数が設定されたニューラルネットワークモデル120に対して、S440での指令値Xr、前回指令値Xrp、及び、許容シュート量Xmshを入力層に設定することにより、出力層にて閾値Xth及びFF制御量DTffを求める。具体的には、図8のニューラルネットワークモデル120において、ニューロンN21に閾値Xthが得られるとともに、N22にFF制御量DTffが得られる。
In S450, the FF control
FF制御量算出部8は、S460では、S450で求められた閾値Xth及びFF制御量DTffを制御切替部9へ出力する。
In S460, the FF control
一方で、Fff=0のとき(S420のNO判定時)、即ち、指令値Xrが変化していない制御周期では、FF制御量算出部6は、S430〜S450をスキップして、S460に処理を進める。従って、ニューラルネットワークモデルを用いた処理は実行されず、現在の指令値Xrへの変化後の最初の制御周期で求められた閾値Xth及びFF制御量DTffが、更新されることなく、S460により制御切替部9へ出力される。
On the other hand, when Fff = 0 (NO in S420), that is, in a control cycle in which the command value Xr does not change, the FF control
次に、学習制御部110によるニューラルネットワーク学習について説明する。図9には、ニューラルネットワークモデル120における機械学習での入力値及び出力値を説明する概念図が示される。
Next, neural network learning by the
図9を参照して、指令値Xrが変化する毎に、実際の制御実績におけるシュート量Xshが求められる。そして、当該制御実績における、指令値Xr、変化前の指令値Xr、並びに、フィードフォワード制御に用いられた閾値Xth及びFF制御量DTffが、シュート量Xshと共に学習データとして抽出される。 Referring to FIG. 9, every time the command value Xr changes, the chute amount Xsh in the actual control result is obtained. Then, the command value Xr, the command value Xr before change, the threshold value Xth used for feedforward control, and the FF control amount DTff in the control result are extracted as learning data together with the chute amount Xsh.
そして、シュート量Xshは、入力層のニューロンN13への入力値とされる。指令値Xr、前回指令値Xrp、閾値Xth、及び、FF制御量DTffは、図8と同様に、それぞれ、ニューロンN11、N12、N21及びN22の値とされる。 Then, the shoot amount Xsh is taken as an input value to the neuron N13 of the input layer. The command value Xr, the previous command value Xrp, the threshold value Xth, and the FF control amount DTff are respectively set to the values of the neurons N11, N12, N21 and N22 as in FIG.
図10は、学習データ抽出部114による制御処理を説明するフローチャートである。図10に示された制御処理は、制御周期毎に実行される。
FIG. 10 is a flowchart illustrating control processing by the learning
図10を参照して、学習データ抽出部114は、S500により、出力制御部100が当該制御周期で用いた、指令値Xr、前回指令値Xrp、フラグFff,Fw、閾値Xth、FF制御量DTff、及び、出力値Xを受け取ると、S510により、フラグFff=0であるか否かを判定する。
Referring to FIG. 10, in S500, the learning
Fff=0の制御周期(S510のYES判定時)には、シュート量、即ち、指令値Xrに対する偏差ΔXの最大値(絶対値)を抽出するためのS520〜S540が実行される。学習データ抽出部114は、シュート量を抽出するための変数PTとして、出力値Xから指令値Xrを減算した値と、フラグFwとの積を求める(PT=Fw・(X−Xr))。上述のように、フラグFwは、指令値Xrが上昇すると、指令値Xrが低下するまでの期間「1」に設定される。このため、Fw=1の期間では、Fw・(X−Xr)=X−Xrであり、指令値Xrに対するオーバーシュート量が変数PTとされる。
In a control cycle of Fff = 0 (when YES in S510), S520 to S540 for extracting the shoot amount, that is, the maximum value (absolute value) of the deviation ΔX with respect to the command value Xr, are executed. The learning
一方で、フラグFwは、指令値Xrの低下後に、指令値Xrが上昇するまでの期間「−1」に設定される。このため、Fw=−1の期間では、Fw・(X−Xr)=Xr−Xであり、指令値Xrに対するアンダーシュート量が変数PTとされる。 On the other hand, the flag Fw is set to a period "-1" until the command value Xr rises after the command value Xr decreases. Therefore, in the period of Fw = −1, Fw · (X−Xr) = Xr−X, and the undershoot amount with respect to the command value Xr is set as the variable PT.
学習データ抽出部114は、S530では、S520で算出した変数PTを、シュート量Xshと比較する。後述のように、シュート量Xshは、S580により、フラグFff=1の制御周期、即ち、指令値Xrの変化(上昇又は低下)に応じて、0に初期化(Xsh=0)される。そして、PT>Xshであると(S530のYES判定時)には、S540により、Xsh=PTに更新される。一方で、PT≦Xshのときには(S530のNO判定時)には、シュート量Xshの現在の値が維持される。
In S530, the learning
一方で、フラグFff=1の制御周期(S550のNO判定時)では、S550により、シュート量Xsh>0であるか否かが判定される。Xsh>0であれば(S550のYES判定時)、S570により、S500で受け取った、指令値Xr、前回指令値Xrp、閾値Xth、及び、FF制御量DTffと、シュート量Xshが、学習データとして出力される。出力された学習データは、セット毎に区別して学習データファイル113へ書き込まれる。そして、S580により、シュート量Xsh=0に初期化される。
On the other hand, in the control cycle of the flag Fff = 1 (at the time of NO determination at S550), it is determined at S550 whether or not the shoot amount Xsh> 0. If Xsh> 0 (YES in S550), the command value Xr, the previous command value Xrp, the threshold value Xth, the FF control amount DTff, and the shoot amount Xsh received in S500 in S570 as learning data in S570. It is output. The output learning data is separately written for each set into the learning
この結果、フラグFff=1の制御周期で、指令値Xrの上昇又は低下に応じて、閾値Xth及びFF制御量DTffが設定されると、次に、フラグFff=1となって閾値Xth及びFF制御量DTffが更新されるまでの期間において、S520〜S540により、オーバーシュート量(X−Xr)の最大値、又は,アンダーシュート量(Xr−X)の最大値が実績のシュート量Xshとして抽出される。そして、求められたシュート量Xshと、制御に用いられた、指令値Xr、前回指令値Xrp、閾値Xth、及び、FF制御量DTffとが、1セットの学習データとして抽出される。抽出された学習データは、セット毎に学習データファイル113へ格納される。 As a result, when the threshold Xth and the FF control amount DTff are set in response to the increase or decrease of the command value Xr in the control cycle of the flag Fff = 1, then the flag Fff = 1 is set to the threshold Xth and the FF In the period until the control amount DTff is updated, the maximum value of the overshoot amount (X-Xr) or the maximum value of the undershoot amount (Xr-X) is extracted as the actual shoot amount Xsh by S520 to S540. Be done. Then, the obtained shoot amount Xsh and the command value Xr, the previous command value Xrp, the threshold value Xth, and the FF control amount DTff used for control are extracted as one set of learning data. The extracted learning data is stored in the learning data file 113 for each set.
図1に示された学習データ処理部112は、学習データファイル113に格納された学習データを用いて、図8に示されたニューラルネットワークモデル120の各ニューロン間の重み係数を決定する。
The learning
図11は、学習データ処理部112による制御処理を説明するフローチャートである。図11に示された制御処理は、機械学習の実行指示が生成される毎に実行される。例えば、当該実行指示は、電力変換器(DC/DCコンバータ11)の起動時に生成することができる。或いは、定期的(1日毎、1週間毎等)に実行指示を生成することも可能である。これにより、前回の機械学習以降に新たに蓄積された学習データを加えて、ニューラルネットワークモデル120内の重み係数を更新することが可能となる。
FIG. 11 is a flowchart illustrating control processing by the learning
図11を参照して、学習データ処理部112は、S600により、図9に示されたニューラルネットワークモデル120の構造を設定する。上述のように、ニューラルネットワークモデル120の入力層には、入力層に指令値Xr、変化前の前回指令値Xrp、及び、制御実績として得られたシュート量Xshが設定される。出力層には、当該シュート量Xshが発生した際に用いられた、閾値Xth及びFF制御量DTffが設定される。
Referring to FIG. 11, the learning
学習データ処理部112は、S610により、ニューラルネットワークモデル120内の複数のニューロン間の重み係数の初期値を、例えば乱数を用いて設定する。上述のように、各ニューロンの関数には、例えば、シグモイド関数を用いることができる。
At S610, the learning
学習データ処理部112は、S620により、学習データファイル113から、学習データの1セットを構成する指令値Xr、前回指令値Xrp、シュート量Xsh、閾値Xth、及び、FF制御量DTffを読み込む。S630では、学習データのセット毎に、入力層に、指令値Xr、前回指令値Xrp、及び、シュート量Xshを与えることにより、ニューラルネットワークモデル120の出力層で得られる閾値Xth及びFF制御量DTffと、学習データの閾値Xth及びFF制御量DTffとの誤差が解消するように、例えば、誤差逆伝搬法を用いて、ニューラルネットワークモデル120の重み係数が修正される。
At S620, the learning
学習データ処理部112は、S640により、上記誤差の二乗平均値(二乗平均誤差)による収束判定を実行する。例えば、合計Nセットの学習データ(N:2以上の自然数)のうちのi番目のセット(i:1≦i≦Nの自然数)の学習データでの閾値Xth及びFF制御量DTffについて、出力層で得られた計算値βiと、実際の学習データYiとを用いて、二乗誤差Ei=(Yi−βi)2を定義すると、i=1からi=NまでのEiを積算したΣEiの平均値(ΣEi)/Nが、予め定められた判定値ε(例えば、0.001)よりも小さくなると、S640をYES判定とすることができる。The learning
二乗平均誤差が収束しないとき、(ΣEi)/N>εのときには、S640がNO判定とされて、S630により重み係数が修正される。S630及びS640の処理は、二乗平均誤差が収束する重み係数が得られるまで繰り返される。 When the root mean square error does not converge, if (.SIGMA.Ei) / N> .epsilon., S640 is determined as NO, and the weighting factor is corrected in S630. The processes of S630 and S640 are repeated until a weighting factor is obtained at which the mean squared error converges.
二乗平均誤差が収束したとき(S640のYES判定時)の重み係数は、S650により、ニューラルネットワークデータファイル111に書き出される。この重み係数は、図7のS430において、FF制御量算出部6がニューラルネットワークデータファイル111から読み込むことにより、閾値Xth及びFF制御量DTffの設定に用いられる。
The weighting factor when the root mean square error converges (at the time of YES determination at S640) is written out to the neural network data file 111 at S650. The weighting factor is used for setting the threshold value Xth and the FF control amount DTff as the FF control
このように、本実施の形態に係る電力変換器の制御装置では、指令値Xrが変化(上昇又は低下)した制御周期での設定後に固定的に用いられる閾値Xth及びFF制御量DTffについて、過去の実績データを用いた学習(ニューラルネットワーク学習)を用いて適切な値に設定することができる。これにより、制御周期毎に更新することによる演算負荷の増大を回避するとともに、制御精度の向上を図ることができる。 As described above, in the control device of the power converter according to the present embodiment, the threshold value Xth and the FF control amount DTff fixedly used after setting in the control cycle in which the command value Xr changes (increases or decreases) It can be set to an appropriate value using learning (neural network learning) using actual results data of. As a result, it is possible to avoid an increase in calculation load due to updating for each control cycle and to improve control accuracy.
(制御動作例の説明)
次に、図12〜図16を用いて、実施の形態1に係る電力変換器の制御装置による制御動作の例を説明する。(Description of control operation example)
Next, an example of the control operation by the control device for the power converter according to the first embodiment will be described using FIGS. 12 to 16.
図12及び図13には、指令値Xrの上昇に応じたオーバーシュートを抑制する際の制御動作例が示される。図12には、比較例としてフィードバック制御のみで対応した場合の動作例が示される一方で、図13では、実施の形態1に係るフィードバック制御及びフィードフォワード制御の切替で対応した動作例が示される。図12及び図13の縦軸には、上昇後の指令値Xrに許容シュート量Xmshを加算した値(Xr+Xsmh)が、併せて示される。 FIGS. 12 and 13 show an example of the control operation when suppressing the overshoot in accordance with the increase of the command value Xr. FIG. 12 shows an operation example corresponding to only feedback control as a comparative example, while FIG. 13 shows an operation example corresponding to switching between feedback control and feedforward control according to the first embodiment. . The vertical axis in FIG. 12 and FIG. 13 also shows a value (Xr + Xsmh) obtained by adding the allowable chute amount Xmsh to the command value Xr after the increase.
図12を参照して、指令値Xrの上昇に応じて、FB制御量算出部8によって算出されたFB制御量DTfbを用いて出力値Xが制御される。図12では、フィードバック制御が継続的に用いられる一方で、フィードフォワード制御は用いられていない。出力値Xは、許容シュート量Xmshよりも大きいオーバーシュートの発生後、上昇後の指令値Xrに整定している。
Referring to FIG. 12, in accordance with the increase of command value Xr, output value X is controlled using FB control amount DTfb calculated by FB control
図13を参照して、実施の形態1では、指令値Xrが上昇した制御周期で設定された閾値Xthに対して、X>Xthの期間では、フィードフォワード制御が選択される。従って、制御切替部9(図1)は、図中の期間Tffでは、FF制御量DTffを制御量DTとする一方で、Tff以外の期間では、FB制御量DTffを制御量DTとする。 Referring to FIG. 13, in the first embodiment, feedforward control is selected in a period of X> Xth with respect to threshold value Xth set in a control cycle in which command value Xr is increased. Therefore, the control switching unit 9 (FIG. 1) sets the FF control amount DTff as the control amount DT in a period Tff in the drawing, and sets the FB control amount DTff as the control amount DT in a period other than Tff.
図14には、制御切替部9によって設定された制御量DTの推移を図12及び図13で比較するための波形図が示される。
FIG. 14 shows a waveform chart for comparing the transition of the control amount DT set by the
図14の縦軸には、制御量(即ち、デューティ比)DTが示される。横軸は、図12及び図13の横軸を拡大した時間軸である。又、図14中において、点線は図12(比較例)における制御量DTの推移を示し、実線は、図13(実施の形態1)における制御量DTの推移を示している。 The controlled variable (ie, the duty ratio) DT is shown on the vertical axis of FIG. The horizontal axis is a time axis obtained by enlarging the horizontal axes of FIGS. 12 and 13. Further, in FIG. 14, the dotted line indicates the transition of the control amount DT in FIG. 12 (comparative example), and the solid line indicates the transition of the control amount DT in FIG. 13 (first embodiment).
時刻t0において、指令値Xrが上昇されると、実施の形態1においても、上昇後の指令値Xrに対するフィードバック制御によって出力値の制御が開始される。このため、実線及び点線の間で、制御量DTが一致する期間が生じる。又、上述のように、時刻t0に対応する制御周期において、FF制御量算出部8では、上昇後の指令値Xrに対応するための閾値Xth及びFF制御量DTffが算出される。
When command value Xr is increased at time t0, also in the first embodiment, control of the output value is started by feedback control on command value Xr after the increase. Therefore, a period occurs in which the control amount DT matches between the solid line and the dotted line. Further, as described above, in the control cycle corresponding to time t0, the FF control
実施の形態1(実線)では、X>Xthになるのに応じて、フィードフォワード制御が適用される期間Tffが設けられる。これにより、特に、期間Tffの開始時において、出力値Xを低下させる、即ち、オーバーシュートを抑制するために、制御量DTが、FF制御量DTffまで急激に低下される。これにより、図13に示したように、出力値Xの上昇が急激に抑制される。これに対して、フィードバック制御では、制御量DTの減少も緩やかなものとなるので、図12に示されたように、オーバーシュート量も比較的大きくなってしまう。 In the first embodiment (solid line), a period Tff in which feed forward control is applied is provided as X> Xth. Thereby, particularly at the start of the period Tff, the control amount DT is rapidly reduced to the FF control amount DTff in order to reduce the output value X, that is, to suppress an overshoot. As a result, as shown in FIG. 13, the rise of the output value X is rapidly suppressed. On the other hand, in the feedback control, the decrease of the control amount DT is also gradual, so that the overshoot amount also becomes relatively large as shown in FIG.
期間Tffを通じて、FF制御量DTffは、時刻t0の制御周期で設定された値が維持されているので、FF制御量DTffを算出するための演算処理は不要である。又、許容シュート量Xmshを入力層への入力値に含むニューラルネットワークモデル120を用いて閾値Xthを設定することで、閾値Xthに従ってフィードフォワード制御の適用を開始することにより、オーバーシュート量を許容シュート量Xmshよりも小さくすることができていることが理解される。
Since the FF control amount DTff is maintained at the value set at the control cycle at time t0 throughout the period Tff, the calculation process for calculating the FF control amount DTff is unnecessary. Also, by setting the threshold value Xth using the
フィードフォワード制御の適用によって出力値Xが低下して、X<Xthになると、フィードフォワード制御が適用される期間Tffは終了される。そして、当該時点での偏差ΔX(ΔX=Xr−X)に従ってフィードバック制御が再開される。以降では、図13に示したように、フィードバック制御によって、出力値Xは、上昇後の指令値Xrに整定する。 When the output value X decreases due to the application of feedforward control and X <Xth, the period Tff in which the feedforward control is applied is ended. Then, feedback control is resumed according to the deviation ΔX (ΔX = Xr−X) at that time. Thereafter, as shown in FIG. 13, the output value X is settled to the command value Xr after the increase by feedback control.
図15及び図16には、指令値Xrの低下に応じたアンダーシュートを抑制する際の制御動作例が示される。図15には、図13と同様に、比較例としてフィードバック制御のみで対応した場合の動作例が示される。一方で、図16には、図14と同様に、実施の形態1に係るフィードバック制御及びフィードフォワード制御の切替で対応した動作例が示される。図15及び図16の縦軸には、上昇後の指令値Xrから許容シュート量Xmshを減算した値(Xr−Xsmh)が、併せて示される。 FIGS. 15 and 16 show an example of the control operation when suppressing the undershoot according to the decrease of the command value Xr. Similar to FIG. 13, FIG. 15 shows an operation example in the case of dealing with only feedback control as a comparative example. On the other hand, FIG. 16 shows an operation example corresponding to switching between feedback control and feedforward control according to the first embodiment, as in FIG. The vertical axis in FIG. 15 and FIG. 16 also shows a value (Xr−Xsmh) obtained by subtracting the allowable chute amount Xmsh from the command value Xr after the increase.
図15を参照して、指令値Xrの低下に応じて、FB制御量算出部8によって算出されたFB制御量DTfbを用いて出力値Xが制御される。図15では、図13と同様に、フィードバック制御が継続的に用いられる。この結果、出力値Xは、許容シュート量Xmshよりも大きいアンダーシュートの発生後、低下後の指令値Xrに整定している。
Referring to FIG. 15, in accordance with the decrease of command value Xr, output value X is controlled using FB control amount DTfb calculated by FB control
図16を参照して、実施の形態1では、指令値Xrが低下した制御周期で設定された閾値Xthに対して、X<Xthの期間では、フィードフォワード制御が選択される。従って、制御切替部9(図1)は、図中の期間Tffでは、FF制御量DTffを制御量DTとする一方で、Tff以外の期間では、FB制御量DTfbを制御量DTとする。 Referring to FIG. 16, in the first embodiment, feedforward control is selected in a period of X <Xth with respect to threshold value Xth set in the control cycle in which command value Xr is decreased. Therefore, the control switching unit 9 (FIG. 1) sets the FF control amount DTff as the control amount DT in the period Tff in the drawing, and sets the FB control amount DTfb as the control amount DT in the period other than Tff.
フィードフォワード制御の適用により、出力値Xの低下が急激に抑制されて、期間Tffでは、出力値Xは上昇に転じている。これにより、図13及び図14で説明したのと同様に、アンダーシュート量を許容シュート量Xmshよりも小さくすることができていることが理解される。 The reduction of the output value X is rapidly suppressed by the application of feedforward control, and the output value X turns to increase in the period Tff. Thus, it is understood that the undershooting amount can be made smaller than the allowable chute amount Xmsh, as described with reference to FIGS. 13 and 14.
尚、図示は省略しているが、図16においても、FF制御量DTffは、指令値Xrの低下時に設定された値が維持されているので、期間Tff内では、FF制御量DTffを算出するための演算処理は不要である。 Although illustration is omitted, also in FIG. 16, since the FF control amount DTff is maintained at the value set at the time of decrease of the command value Xr, the FF control amount DTff is calculated in the period Tff. No arithmetic processing is required.
フィードフォワード制御の適用によって出力値Xが上昇、即ち、X>Xthになると、フィードフォワード制御が適用される期間Tffは終了される。そして、当該時点での偏差ΔX(ΔX=Xr−X)に従ってフィードバック制御が再開される。以降では、フィードバック制御によって、出力値Xは、低下後の指令値Xrに整定する。 When the output value X rises, that is, X> Xth due to the application of the feedforward control, the period Tff in which the feedforward control is applied is ended. Then, feedback control is resumed according to the deviation ΔX (ΔX = Xr−X) at that time. Thereafter, the output value X settles to the command value Xr after reduction by feedback control.
図12及び図13の比較、並びに、図15及び図16の比較から理解されるとおり、実施の形態1によれば、指令値Xrの上昇、及び、指令値Xrの低下の両方に対応して、許容シュート量Xmshに対応して設定される閾値Xthに従うフィードフォワード制御及びフィードバック制御の切替によって、オーバーシュート量、及び、アンダーシュート量を許容シュート量Xmsh以下に抑制することが可能となる。又、フィードフォワード制御の適用期間において、特許文献1のように、制御周期毎にFF制御量を演算する必要がないので、演算処理についても軽減することができる。
As understood from the comparison of FIG. 12 and FIG. 13 and the comparison of FIG. 15 and FIG. 16, according to the first embodiment, both the increase of the command value Xr and the decrease of the command value Xr The overshoot amount and the undershoot amount can be suppressed to the allowable shoot amount Xmsh or less by switching between feedforward control and feedback control according to the threshold value Xth set corresponding to the allowable chute amount Xmsh. In addition, since it is not necessary to calculate the FF control amount for each control cycle as in
実施の形態1の変形例.
実施の形態1では、DC/DCコンバータ11の運転中の制御実績に基づく学習データを用いた機械学習によって、FF制御量算出部8が閾値Xth及びFF制御量DTffを設定した。実施の形態1の変形例では、制御装置の使用開始前において、初期の学習データを収集するための学習データ生成制御について説明する。Modification of
In the first embodiment, the FF control
図17は、実施の形態1の変形例に係る電力変換器の制御装置の構成を説明する機能ブロック図である。 FIG. 17 is a functional block diagram for explaining a configuration of a control device of a power converter according to a modification of the first embodiment.
図17を参照して、実施の形態1の変形例に係る制御装置51は、出力制御部100Aと、学習制御部110Aと、学習データ生成制御部130とを含む。
Referring to FIG. 17,
学習制御部110Aは、図1の学習制御部110のうちの、学習データファイル113及び学習データ抽出部114を含む。学習データファイル113には、学習データ生成制御を実行するための、指令値Xr、閾値Xth、及び、FF制御量DTffによって構成されるテストパラメータのセットが複数個、即ち、複数のテストパターン分、予め格納されている。
The
学習データ生成制御部130は、パラメータ設定部12を含む。パラメータ設定部12は、学習データファイル113から上記複数のテストパターンを順に読み出して、読み出したテストパターンでの指令値Xr、閾値Xth、及び、FF制御量DTffに従って、DC/DCコンバータ11の出力を制御する。そして、当該制御動作において、学習データ抽出部114が実施の形態1で説明したように動作することによって、1個のテストパターンに対応して、1セットの学習データが抽出される。抽出された学習データは、学習データファイル113へ書き込まれる。
The learning data
即ち、出力制御部100Aは、図1の出力制御部100と比較して、FF制御量算出部6の配置が省略される点で異なる。制御切替部9に対しては、パラメータ設定部12が、学習データファイル113から読み出した閾値Xth、及び、FF制御量DTffが与えられる。
That is, the
同様に、指令値Xrについても、パラメータ設定部12が学習データファイル113から読み出したテストパラメータの値が、減算部7及びフラグ判定部5へ入力される。即ち、制御装置51では、パラメータ設定部12が、学習データファイル113から次のテストパターンを読み込む毎に、指令値Xrが変化(上昇又は低下)することになる。
Similarly, as for the command value Xr, the value of the test parameter read out from the learning
図18は、実施の形態1の変形例に係る電力変換器の制御装置51による学習データ生成制御開始時の動作を説明するフローチャートである。
FIG. 18 is a flowchart for explaining an operation at the start of learning data generation control by the
図18を参照して、制御装置51は、S710により、パラメータ設定部12で用いられる間隔時間Tintを設定する。間隔時間Tintは、上述したテストパターンの切替周期に対応する。間隔時間Tintは、テストパラメータを用いた制御動作によって、出力値Xが指令値Xrに整定するのに要する時間よりも長くなるように、予め予測設定される。
Referring to FIG. 18,
更に、制御装置51は、S720により、図6のS300と同様に、フラグ判定部5で用いられる前回指令値Xrp=0に初期化する。又、S730では、図6のS320と同様に、学習データ抽出部114に関するシュート量Xsh=0に初期化される。更に、制御装置51は、S740では、図6のS330と同様に、FB制御量算出部8(図2)で用いる比例ゲインKp、積分ゲインKi、及び、微分ゲインKdの値を設定する。
Further, the
図18では、通常の制御開始時(図6)とは異なり、FF制御量DTff及び閾値Xthは、テストパターン毎に予め決まっているため、S310及びS340の処理は実行されず、代わりに、S710により、テストパターンの切替タイミングを指定するための間隔時間Tintが設定されることになる。 In FIG. 18, unlike the normal control start time (FIG. 6), the FF control amount DTff and the threshold value Xth are previously determined for each test pattern, and thus the processing of S310 and S340 is not executed. Thus, the interval time Tint for specifying the test pattern switching timing is set.
図19は、パラメータ設定部12の学習データ生成制御中の動作を説明するフローチャートである。図19に示される制御処理は、学習データ生成制御の開始に応じて起動される。
FIG. 19 is a flow chart for explaining the operation in the learning data generation control of the
図19を参照して、パラメータ設定部12は、S800により、現在時刻Txを取得するとともに、S810では、旧時刻Tp=Txに更新する。S810は、間隔時間Tintの経過を検知するためのタイマ値が初期化された状態に相当する。更に、パラメータ設定部12は、上述した複数のテストパターンの1個のテストパターンについてのテストパラメータを学習データファイル113から読み出す。これにより、1パターン分の指令値Xr、閾値Xth、及び、FF制御量DTffが読み出される。
Referring to FIG. 19, the
パラメータ設定部12は、S820により、1個のテストパターンを読み出すと、S830により、学習データファイル113に予め格納された複数のテストパターンの全てを読み出し済であるか否かを判定する。
After reading one test pattern in S820, the
全テストパターンの読み出しが完了するまで(S830のNO判定時)、パラメータ設定部12は、S820で読み出したテストパラメータ(指令値Xr、閾値Xth、及び、FF制御量DTff)を用いた、DC/DCコンバータの制御動作を実行する。
The
パラメータ設定部12は、S850により、現在時刻Txを取得するとともに、S860により、S810で設定された旧時刻Tp及び現在時刻Tx(S860)の時間差を、S710で設定された間隔時間Tintと比較する。|Tx−Tp|<Tintの間(S860のYES判定時)には、S820で読み出された、指令値Xr、閾値Xth、及び、FF制御量DTffがパラメータ設定部12から出力される。
The
出力制御部100Aは、S870で出力された指令値Xr、閾値Xth、及び、FF制御量DTffを用いて、DC/DCコンバータ11の出力値Xを制御する。この際に、実施の形態1で説明した学習データ抽出部114では、図10の制御処理が実行される。
The
|Tx−Tp|≧Tintになると(S860のNO判定時)、即ち、S820で読み出されたテストパラメータ(指令値Xr、閾値Xth、及び、FF制御量DTff)を用いた、DC/DCコンバータの制御が、間隔時間Tint継続されると、処理は、S800へ戻される。 DC / DC converter using test parameters (command value Xr, threshold value Xth, and FF control amount DTff) read out at S820 when | Tx−Tp | ≧ Tint (when NO at S860) When the control of is continued for the interval time Tint, the process is returned to S800.
そして、S800及びS810により、旧時刻Tpが、次のテストパターンによる制御動作の開始時間を示すように更新されるとともに、S820により、次のテストパターンを学習データファイル113から読み出す。これにより、1パターン分の指令値Xr、閾値Xth、及び、FF制御量DTffが読み出される。S820でのテストパターンの切替に応じて、出力制御部100Aでは、指令値Xrの変化に応じてフラグFff=1に設定される制御周期が生じるので、図10のS570(学習データ抽出部114)により、1セットの学習データが学習データファイル113へ書き込まれる。
Then, at S800 and S810, the old time Tp is updated so as to indicate the start time of the control operation according to the next test pattern, and at S820, the next test pattern is read from the learning
全テストパターンの読み出しが完了するまで(S830のNO判定時)、S850〜S870及びS800〜S830の処理が繰り返される。これにより、テストパターンの切替毎に、指令値Xrの変更(上昇又は下降)に対応する出力値Xの制御が実行されて、1セットの学習データが、学習データファイル113へ書き込まれる。
The processes of S850 to S870 and S800 to S830 are repeated until reading of all the test patterns is completed (at the time of NO determination of S830). Thus, control of the output value X corresponding to the change (rising or lowering) of the command value Xr is executed each time the test pattern is switched, and one set of learning data is written to the learning
パラメータ設定部12は、学習データファイル113から全テストパターンの読み出しが完了すると(S830のYES判定時)、S840により、DC/DCコンバータ11の停止を指示する。これにより、複数のテスタパターンを用いた学習データ収集のための学習データ生成制御が終了される。
When the reading of all the test patterns from the learning
このように、実施の形態1の変形例に係る電力変換器の制御装置によれば、FF制御量算出部8が閾値Xth及びFF制御量DTffを設定するためのニューラルネットワークモデルによる機械学習のための初期の学習データを収集することが可能である。
As described above, according to the control device of the power converter according to the modification of the first embodiment, the FF control
実施の形態2.
実施の形態1ではDC/DCコンバータ11の運転中に制御実績に基づく学習データを抽出したが、運転中における学習データを蓄積しない構成とすることも可能である。Second Embodiment
In the first embodiment, the learning data based on the control result is extracted during the operation of the DC /
図20は、実施の形態2に係る電力変換器の制御装置の構成を説明する機能ブロック図である。 FIG. 20 is a functional block diagram for explaining a configuration of a control device of a power converter according to the second embodiment.
図20を参照して、実施の形態2に係る制御装置52は、図1と同様の出力制御部100と、学習制御部110Bとを備える。学習制御部110Bは、図1の学習制御部110のうちの、ニューラルネットワークデータファイル111、学習データ処理部112、及び、学習データファイル113を含む。
Referring to FIG. 20,
学習データファイル113には、複数セットの学習データが予め格納される。例えば、工場出荷前に実施の形態1の変形例で説明した学習データ生成制御を実行することによって、複数セットの学習データを得ることができる。 The learning data file 113 stores a plurality of sets of learning data in advance. For example, a plurality of sets of learning data can be obtained by executing the learning data generation control described in the modification of the first embodiment before factory shipment.
学習データ処理部112は、図11の制御処理を実行することによって、図8及び図9に示されたニューラルネットワークモデル120の重み係数を算出して、ニューラルネットワークデータファイル111へ書き込む。一方で、実施の形態2の学習制御部110Bでは、学習データ抽出部114が配置されていないため、DC/DCコンバータ11の運転中に学習データは蓄積されない。
The learning
図21は、実施の形態2に係る電力変換器の制御装置52の制御開始時における制御動作を説明するフローチャートである。
FIG. 21 is a flow chart for explaining the control operation at the start of control of the
図21を参照して、制御装置52は、図6と同様のS300により、フラグ判定部5が図3で用いる前回指令値Xrp=0に初期化するとともに、図6と同様のS310により、制御量DT=0に初期化する。更に、S310では、許容シュート量Xmshを設定するためのパラメーラα、及び、閾値Xthの初期値(Xth=X0)が設定される。
Referring to FIG. 21,
更に、制御装置52は、図3と同様のS330により、FB制御量算出部8で用いる比例ゲインKp、積分ゲインKi、及び、微分ゲインKdの値を設定する。一方で、実施の形態2では、学習データ抽出部114が不要であるので、シュート量Xsh=0に初期化するための図3でのS320は実行されない。
Further, the
制御装置52は、S340では、学習データ処理部112に対して、ニューラルネットワークモデル120の構造を決めるためのパラメータ値、具体的には、ニューラルネットワークモデルの入力層のニューロン数(例えば、3個)、中間層(隠れ層)の数、中間層(隠れ層)の各層におけるニューロン数、及び、出力層のニューロン数(例えば、2個)を設定する。更に、学習データ処理部112に対して、学習データファイル113に予め格納された学習データを用いた機械学習の実行指示を生成することにより、ニューラルネットワークモデル120の各ニューロン間の重み係数が設定される。
In S340, the
このように、実施の形態2に係る電力変換器の制御装置では、DC/DCコンバータ11の運転中に制御実績に基づく学習データを蓄積しなくても、実施の形態1と同様のフィードフォワード制御及びフィードバック制御の切替による出力値Xの制御により、アンダーシュート及びオーバーシュートを抑制することが可能である。
As described above, in the control device of the power converter according to the second embodiment, the feedforward control similar to that of the first embodiment is performed without accumulating learning data based on the control result during the operation of the DC /
実施の形態2に係る電力変換器の制御装置では、学習データファイル113に格納された学習データは増加しないので、図11の制御処理の起動指示(即ち、機械学習の実行指示)は、電力変換器(DC/DCコンバータ11)の起動毎に生成することができる。或いは、ニューラルネットワークデータファイル111を不揮発性メモリで構成することにより、学習データ処理部112によって求められる重み係数を、直接、ニューラルネットワークデータファイル111に格納することも可能である。この場合には、図21のS340において重み係数を併せて読み出すことにより、学習データ処理部112、及び、学習データファイル113の配置を省略することも可能である。
In the controller of the power converter according to the second embodiment, the learning data stored in the learning data file 113 does not increase, so the start instruction of the control process of FIG. Can be generated each time the controller (DC / DC converter 11) starts up. Alternatively, by configuring the neural network data file 111 with a non-volatile memory, it is possible to directly store the weighting coefficient obtained by the learning
実施の形態3.
実施の形態3では、実施の形態1で説明したフィードフォワード制御及びフィードバック制御の切替の変形例を説明する。実施の形態3では、図1に示した構成において、制御切替部9の動作が実施の形態1(図4)から変更される。その他の制御機能については、実施の形態1と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。Third Embodiment
In the third embodiment, a modification of the switching between the feedforward control and the feedback control described in the first embodiment will be described. In the third embodiment, in the configuration shown in FIG. 1, the operation of the
図22は、実施の形態3に係る電力変換器の制御装置における制御切替部の動作を説明するフローチャートである。図22に示されるフローチャートに従う制御処理は、制御周期毎に実行される。 FIG. 22 is a flowchart for explaining the operation of the control switching unit in the control device of the power converter according to the third embodiment. The control process according to the flowchart shown in FIG. 22 is executed every control cycle.
図22を参照して、制御切替部9は、S900により、FF制御量DTff、閾値Xth、FB制御量DTfb、フラグFw,Fff、及び、出力値Xを受け取る。
Referring to FIG. 22, at S900,
制御切替部9は、S910では、フラグFff=1であるか否かを判定し、Fff=1の制御周期では(S910のYES判定時)、S920により、前回周期での出力値を示す変数Xp(以下、前回出力値Xpとも称する)を初期化する(Xp=0)。Fff=0の制御周期では(S910のNO判定時)、S920はスキップされて、前回出力値Xpの値が維持される。
制御切替部9は、図4のS210,S250,S260と同様のS930,S940,S992により、フラグFwが「1」及び「0」のいずれであるか、並びに、閾値Xth及び出力値Xの比較を行う。
The
制御切替部9は、Fw=1(S930のYES判定時)、かつ、X>Xth(S940のYES判定時)のときには、S950により、出力値Xと前回出力値Xpとを比較する。そして、X>Xpのとき(S950のYES判定時)、即ち、出力値Xの上昇中には、S960により、制御量DT=DTffに設定する。即ち、フィードフォワード制御が選択される。これに対して、X≦Xpのとき(S950のNO判定時)、即ち出力値Xが上昇から低下に転じたときには、閾値Xthを超えるオーバーシュートが発生していても、S945より、制御量DT=DTfbに設定される。即ち、フィードバック制御が選択される。
When Fw = 1 (when YES in S930) and X> Xth (when YES in S940), the
同様に、制御切替部9は、Fw=−1(S930のNO判定時)、かつ、X<Xth(S992のYES判定時)のときには、S994により、出力値Xと前回出力値Xpとを比較する。そして、X<Xpのとき(S994のYES判定時)、即ち、出力値Xの低下中には、S996により、制御量DT=DTffに設定する。これに対して、X≧Xpのとき(S994のNO判定時)、即ち出力値Xが低下から上昇に転じたときには、閾値Xthを超えるアンダーシュートが発生していても、S945により、制御量DT=DTfbに設定される。
Similarly, when Fw = −1 (when NO at S930) and X <Xth (when YES at S992),
更に、制御切替部9は、S960、S945、又は、S996による制御量DTの設定後、S970により、Xp=Xとして、次回の制御周期で用いられる前回出力値Xpを設定する。制御切替部9は、S980により、制御量DT(デューティ比)をスイッチング制御信号発生部10(図1)へ出力して、当該制御周期での処理を終了する。
Furthermore, after setting the control amount DT in S960, S945, or S996, the
次に、図23及び図24を用いて、制御切替部9の動作を実施の形態1及び実施の形態3の間で比較する。図23には、オーバーシュートに対する実施の形態1での制御切替部9の動作が示され、図24には、オーバーシュートに対する実施の形態3での制御切替部9の動作が示される。
Next, the operation of the
図23に示されるように、実施の形態1では、出力値X及び閾値Xthの比較により、X>Xthとなる、時刻tx〜tyの期間において、制御量DT=DTffと設定されて、フィードフォワード制御が選択される。一方で、X≦Xthである時刻txまでの期間、及び、時刻ty以降の期間では、制御量DT=DTfbと設定されて、フィードバック制御が選択される。 As shown in FIG. 23, in the first embodiment, control amount DT = DTff is set in the period from time tx to ty where X> Xth by comparison of output value X and threshold value Xth, and the feedforward is performed. Control is selected. On the other hand, in the period up to time tx where X ≦ Xth and the period after time ty, the control amount DT = DTfb is set, and feedback control is selected.
これに対して、図24に示されるように、実施の形態3では、X>Xthとなる時刻tx〜tyの期間のうち、出力値Xが上昇中である時刻tx〜ty♯の期間においてのみ、制御量DT=DTffと設定されて、フィードフォワード制御が選択される。一方で、時刻tx〜tyの期間のうち、出力値Xが低下に転じた時刻ty♯〜tyの期間では、時刻txまでの期間、及び、時刻ty以降の期間と同様に、制御量DT=DTfbと設定されて、フィードバック制御が選択される。 On the other hand, as shown in FIG. 24, in the third embodiment, of the period from time tx to ty where X> Xth, only in the period from time tx to ty # in which the output value X is rising. The control amount DT = DTff is set, and feedforward control is selected. On the other hand, in the period from time t # to ty, in the period from time tx to ty, when the output value X turns to decrease, the control amount DT =, similarly to the period up to time tx and the period after time ty. It is set as DTfb, and feedback control is selected.
従って、実施の形態3に係る電力変換器の制御装置では、指令値Xrとの偏差ΔXに依存せず、固定された制御量(DTff)が適用されるフィードフォワード制御の適用期間を、オーバーシュート又はアンダーシュートが拡大している期間に限定することができる。この結果、実施の形態1で説明した、フィードフォワード制御からフィードバック制御への切替によるオーバーシュート及びアンダーシュートの速やかな抑制効果を維持するとともに、オーバーシュート又はアンダーシュートの抑制後における指令値Xrへの制御安定性を高めることができる。 Therefore, the control device of the power converter according to the third embodiment overshoots the application period of feedforward control to which the fixed control amount (DTff) is applied without depending on the deviation ΔX from the command value Xr. Alternatively, it can be limited to a period in which the undershoot is widening. As a result, the effect of suppressing overshoot and undershoot quickly by switching from feedforward control to feedback control as described in the first embodiment is maintained, and command value Xr after suppression of overshoot or undershoot is suppressed. Control stability can be enhanced.
実施の形態1〜3で説明した電力変換器の制御装置は、例えば、電力系統に適用することができる。 The control device of the power converter described in the first to third embodiments can be applied to, for example, a power system.
図25は、本実施の形態に係る電力変換器の制御装置の適用例を説明するブロック図である。 FIG. 25 is a block diagram for explaining an application example of a control device of a power converter according to the present embodiment.
図25を参照して、実施の形態1及びその変形例、実施の形態2、又は、実施の形態3に係る制御装置によって出力値が制御されるDC/DCコンバータ11は、風力発電機710と、直流送電線720との間でDC/DC電力変換を実行する。通常、DC/DCコンバータ11には、複数の風力発電機710から集電された直流電力が入力される。更に、直流送電線720と、交流送電線740との間には、DC/AC変換器(インバータ)720が配置される。例えば、交流送電線740は、電力系統の陸上送電のために配置される。即ち、DC/DCコンバータ11は、電力系統に接続されることになる。
Referring to FIG. 25, DC /
風力発電機710は洋上等に配置されるが、気象条件(風力)に依存して発電電力が変化するため、DC/DCコンバータ11への入力電圧変動は比較的大きい。DC/DCコンバータ11への入力電圧変動に応じて、直流送電線720の電圧変動が大きくなると、交流送電線740の電圧変動によって電力系統の動作が不安定になることが懸念される。
Although the
しかしながら、上述した制御装置50〜52を用いて、例えば、DC/DCコンバータ11の出力電圧を出力値Xとして制御することにより、風力発電機710による発電量が変動しても、DC/DCコンバータ11から直流送電線720への出力電圧のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制することが可能となるので、電力系統を安定化することが可能となる。又、交流送電線740で事故が発生すると、直流送電線720の直流電圧が急激に上昇することが懸念されるが、このような電圧変動についても、指令値Xrに対するコンバータ11の出力値X(出力電圧)のオーバーシュートを抑制するように、本実施の形態に係る制御装置によってDC/DCを制御することで、電圧変動を抑制することが可能となる。このような状況を含めて、直流送電線720での電圧変動を制御によって抑制することにより、直流送電線720に配設される平滑コンデンサの容量を減少することができるので、装置の小型化及び低コスト化を図ることも可能となる。
However, for example, by controlling the output voltage of the DC /
尚、本実施の形態に係る電力変換器の制御装置について、実施の形態1及びその変形例、並びに、実施の形態2及び3では、制御対象としてDC/DCコンバータを例示したが、御対象はDC/DCコンバータに限定されるものではなく、AC/DCコンバータ、DC/ACコンバータ等の他の電力変換器を制御対象することも可能である。即ち、制御量に応じて出力値が変化する電力変換器であれば、任意の回路構成及び入出力特性(非線形特性を含む)の電力変換器の出力値(電圧、電流、又は、電力等)を、実施の形態1及びその変形例、実施の形態2、又は、実施の形態3に係る制御装置によって制御することが可能である。 In the control device for a power converter according to the present embodiment, a DC / DC converter has been exemplified as a control target in the first embodiment and its modifications, and in the second and third embodiments. The invention is not limited to the DC / DC converter, and it is also possible to control other power converters such as an AC / DC converter and a DC / AC converter. That is, in the case of a power converter whose output value changes according to the control amount, the output value (voltage, current, power, etc.) of the power converter of any circuit configuration and input / output characteristics (including non-linear characteristics) Can be controlled by the control device according to the first embodiment and its modification, the second embodiment, or the third embodiment.
又、本実施の形態では、オーバーシュート、及び、アンダーシュートの両方に対して閾値Xthを設定してフィードフォワード制御を適用したが、オーバーシュート、又は、アンダーシュートの一方にのみ、本実施の形態と同様のフィードフォワード制御及びフィードバック制御の切替を適用することも可能である。例えば、フラグ判定部5及びFF制御量算出部6による動作を、指令値Xrの低下時には、閾値Xth及びFF制御量DTffが設定されずにフィードバック制御が固定的に選択されるようにすることで、本実施の形態を、オーバーシュートのみに対応する制御に変形することも可能である。同様に、指令値Xrの上昇時には、閾値Xth及びFF制御量DTffが設定されずにフィードバック制御が固定的に選択されるようにすることで、本実施の形態を、アンダーシュートのみに対応する制御に変形することも可能である。
Further, in the present embodiment, the feedforward control is applied by setting the threshold value Xth for both overshoot and undershoot, but the present embodiment can be applied to only one of the overshoot or the undershoot. It is also possible to apply switching between feedforward control and feedback control similar to the above. For example, the operations by the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is indicated not by the above description but by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.
5 フラグ判定部、6 FF制御量算出部、7 減算部、8 FB制御量算出部、8A 比例動作部、8B 積分動作部、8C 微分動作部、8D 加算部、8E リミッタ、9 制御切替部、10 スイッチング制御信号発生部、11 コンバータ、12 パラメータ設定部、50〜52 制御装置、100,100A 出力制御部、110,110A,110B 学習制御部、111 ニューラルネットワークデータファイル、112 学習データ処理部、113 学習データファイル、114 学習データ抽出部、120 ニューラルネットワークモデル、130 初期学習データ生成制御部、710 風力発電機、720 直流送電線、740 交流送電線、DT 制御量(デューティ比)、DTfb FB制御量、DTff FF制御量、Xth 閾値、Fff,Fq,Fw フラグ、Kd 微分ゲイン、Ki 積分ゲイン、Kp 比例ゲイン、N11〜N13,N21,N22 ニューロン、Tff フィードフォワード適用期間、Tint 間隔時間、X 出力値、Xmsh 許容シュート量、Xp 前回出力値、Xr 指令値、Xrp 前回指令値、Xsh シュート量。
5 flag determination unit, 6 FF control amount calculation unit, 7 subtraction unit, 8 FB control amount calculation unit, 8A proportional operation unit, 8B integration operation unit, 8C differentiation operation unit, 8D addition unit, 8E limiter, 9 control switching unit, DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記出力値の指令値とは異なる閾値と前記出力値との比較に従って、前記制御量を予め定められたフィードフォワード制御量に固定するフィードフォワード制御と、前記出力値及び前記指令値の偏差から前記制御量を演算するフィードバック制御とを切替える制御切替部と、
前記制御切替部によって、前記フィードバック制御又は前記フィードフォワード制御によって設定された前記制御量に従って、前記電力変換器の制御信号を生成する制御信号生成部とを備え、
前記指令値の変化に応じて、前記閾値が前記指令値よりも高い値に設定される第1の期間と、前記閾値が前記指令値よりも低い値に設定される第2の期間との少なくとも一方が設けられ、
前記制御切替部は、前記第1の期間では、前記出力値が前記閾値以下の場合には前記フィードバック制御を選択する一方で、前記出力値が前記閾値よりも高い場合には前記フィードフォワード制御を選択し、前記第2の期間では、前記出力値が前記閾値以上の場合には前記フィードバック制御を選択する一方で、前記出力値が前記閾値よりも低い場合には前記フィードフォワード制御を選択する、電力変換器の制御装置。A control device for a power converter, the output value of which changes in accordance with a control amount,
Feedforward control for fixing the control amount to a predetermined feedforward control amount according to a comparison between the output value and a threshold value different from the command value of the output value, and the deviation from the output value and the command value A control switching unit that switches between feedback control that calculates a control amount and
A control signal generation unit that generates a control signal of the power converter according to the control amount set by the feedback control or the feedforward control by the control switching unit;
According to a change of the command value, at least a first period in which the threshold is set to a value higher than the command value, and a second period in which the threshold is set to a value lower than the command value One is provided,
The control switching unit selects the feedback control when the output value is less than or equal to the threshold in the first period, and the feedforward control when the output value is higher than the threshold. In the second period, the feedback control is selected when the output value is the threshold or more in the second period, and the feedforward control is selected when the output value is lower than the threshold. Power converter control unit.
前記第2の期間は、前記指令値の低下後に、前記指令値が上昇に転じるまで設けられる、請求項1記載の電力変換器の制御装置。The first period is provided until the command value turns to decrease after the command value increases.
The control device of the power converter according to claim 1, wherein the second period is provided until the command value turns to increase after the command value decreases.
前記フィードフォワード制御量は、前記指令値の変化前の値及び変化後の値と、前記許容シュート量から、前記フィードフォワード制御の開始前に設定される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換器の制御装置。The threshold is set such that an absolute value of a difference from the command value is smaller than a preset allowable chute amount.
5. The feedforward control amount according to claim 1, wherein the feedforward control amount is set before the start of the feedforward control from a value before change and a value after change of the command value and the allowable chute amount. The control device of the power converter according to claim 1.
前記第1又は第2の期間の開始に応じて、前記学習制御部によって学習された前記対応関係を用いて、前記指令値の変化前の値及び変化後の値、並びに、予め設定された許容シュート量から、前記閾値及び前記フィードフォワード制御量を算出するフィードフォワード制御量算出部とをさらに備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換器の制御装置。From the threshold used for control, the feedforward control amount, the value before change of the command value and the value after change, and the command value generated for the output value in the first or second period A learning control unit that learns a correspondence between learning data including a shoot amount which is a maximum value of deviation;
According to the start of the first or second period, using the correspondence relationship learned by the learning control unit, a value before change and a value after change of the command value, and a preset allowance The control device of the power converter according to any one of claims 1 to 4, further comprising: a feedforward control amount calculation unit that calculates the threshold value and the feedforward control amount from a chute amount.
前記フィードフォワード制御量算出部は、前記第1又は第2の期間の開始に応じて、前記学習制御部によって学習された前記ニューラルネットワークモデルの前記入力層に、前記指令値の変化前の値及び変化後の値並びに前記許容シュート量を入力したときの、前記出力層での出力値を用いて、前記閾値及び前記フィードフォワード制御量を算出する、請求項6記載の電力変換器の制御装置。The learning control unit outputs a value before the change of the command value and a value after the change, an input layer to which the chute amount is input, an output to which the threshold value used for control and the feedforward control amount are input. Learning the correspondence by obtaining weighting coefficients between neurons of a neural network model having a layer;
The feedforward control amount calculation unit may calculate a value before the change of the command value in the input layer of the neural network model learned by the learning control unit in response to the start of the first or second period. The control device of a power converter according to claim 6, wherein the threshold value and the feedforward control amount are calculated using an output value in the output layer when a value after change and the allowable chute amount are input.
前記学習制御部は、前記電力変換器の運転中に前記学習データ抽出部によって抽出された前記学習データを蓄積するとともに、蓄積された前記学習データを加えて前記対応関係の学習を更新する、請求項6又は7に記載の電力変換器の制御装置。It further comprises a learning data extraction unit that extracts the learning data in the first or second period according to the end of the first or second period,
The learning control unit accumulates the learning data extracted by the learning data extraction unit during operation of the power converter, and adds the accumulated learning data to update the learning of the correspondence relationship. Item 8. A control device of a power converter according to item 6 or 7.
前記指令値、前記閾値、及び、前記フィードフォワード制御量が予め定められた複数のテストパターンが時間間隔を置いて順次読み出される学習データ生成制御を実行する学習データ生成制御部とをさらに備え、
前記学習データ抽出部は、前記学習データ生成制御において、前記複数のテストパターン間の切替による前記指令値の変化に応じて設けられる前記第1又は第2の期間が終了する毎に前記学習データを抽出する、請求項6又は7に記載の電力変換器の制御装置。A learning data extraction unit that extracts the learning data in the first or second period according to the end of the first or second period;
The system further includes a learning data generation control unit that executes learning data generation control in which a plurality of test patterns in which the command value, the threshold value, and the feedforward control amount are predetermined are sequentially read at time intervals.
The learning data extraction unit controls the learning data each time the first or second period provided in response to a change in the command value due to switching between the plurality of test patterns is completed in the learning data generation control. The control apparatus of the power converter of Claim 6 or 7 which extracts.
前記出力値は、前記DC/DCコンバータの出力電圧であり、
前記制御量は、前記スイッチング素子のオンオフ期間比を示すデューティ比であり、
前記制御信号は、前記スイッチング素子のオンオフ制御信号である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の制御装置。The power converter includes a DC / DC converter having a switching element,
The output value is an output voltage of the DC / DC converter,
The control amount is a duty ratio indicating an on / off period ratio of the switching element,
The control device according to any one of claims 1 to 10, wherein the control signal is an on / off control signal of the switching element.
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