CN102177473B - 调节装置 - Google Patents
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Abstract
调节装置(1)包括：调节运算部(14)，对操作信号(MV[n])进行运算输出，以使来自控制对象(2)的处理值(PV)与目标值(SV)一致；以及输出限制部(15)，限制来自调节运算部(14)的操作信号(MV[n])，向控制对象(2)输出，调节运算部(14)至少包含速度型积分调节部或者位置型积分调节部，输出限制部(15)具有输出表示从既定的限制起的脱离程度的限制脱离信号(δ[n])的功能，包括过积分计算部(16)，其基于从调节运算部(14)输出的速度型积分调节信号和限制脱离信号(δ[n])，算出相当于上次控制周期中产生的上次过积分的上次过积分信号，调节运算部(14)具有通过利用上次过积分信号，对自身保存的积分值进行校正来去除上次过积分的功能。
Description
技术领域
本发明涉及搭载在铁路车辆并控制减速度的调节装置。
背景技术
PI或者PID(P：比例、I：积分、D：微分)调节装置(以下称作“调节装置”)输出操作信号，以使控制对象的处理值(process value)(也称作测定值)与目标值一致，但此时，为了避免控制对象处于危险的状态的可能性，采用设有对操作信号进行上下限的限制或变化率的限制的输出限制部的结构。
在操作信号超过输出限制部的限制值并脱离，且从输出限制部向控制对象的输出即带有限制的操作信号饱和的情况下，在积分动作的性质上，若不讲究对策，则限制脱离信号(操作信号-带有限制的操作信号)有的情况下会无限扩大。在之后从饱和恢复时，在将操作信号拉回限制范围的期间、带有限制的操作信号会继续饱和，产生过冲(overshoot)这样的所谓称为复位锁紧(reset windup)的现象。此外，在一般的调节装置中，进行防止该复位锁紧的处理(以下称作“抗复位锁紧处理”)。
例如，在下述专利文献1所示的调节装置中，作为抗复位锁紧处理，在产生饱和时进行将限制脱离信号扩大的方向的积分停止的处理。
专利文献1：日本特许第2531796号公报
发明内容
但是，上述专利文献1所示的调节装置存在的问题是：在向控制对象的带有限制的操作信号刚饱和的状态下，在限制脱离信号比较少 的定时，且调节信号的目标值与处理值的偏差在接近“0”时，在每个控制周期重复饱和与解除饱和，产生带有限制的操作信号细微变动的振荡(hunting)现象。并且，存在的问题是：由于振荡现象，有的情况下会重叠触发(toggle)动作的次数量的过积分，产生复位锁紧。
另外，在专利文献1所示的调节装置中，存在的问题是：通过使速度型积分调节信号为“0”可以防止限制脱离信号的扩大，但由于无法去除产生饱和的周期中的过积分，因此例如在目标值呈阶梯状变化的情况下，会残留与其大小对应的过积分，接下来从饱和恢复时会产生复位锁紧，有可能产生过冲或者下冲(undershoot)。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于得到一种调节装置，即使在向控制对象的带有限制的操作信号刚饱和的状态下，也能使向控制对象的带有限制的操作信号稳定。
为了解决所述问题并达到目的，本发明所涉及的调节装置包括：调节运算部，运算输出操作信号，以使来自控制对象的处理值与目标值一致；输出限制部，限制来自所述调节运算部的所述操作信号，向所述控制对象输出，其特征在于，所述调节运算部至少包含速度型积分调节部或者位置型积分调节部，所述输出限制部具有输出表示从既定的限制起的脱离程度的限制脱离信号的功能，包括过积分计算部，其基于从所述调节运算部输出的速度型积分调节信号和所述限制脱离信号，算出相当于上次控制周期中产生的上次过积分的上次过积分信号，所述调节运算部具有通过利用所述上次过积分信号对自身保存的积分值进行校正，去除所述上次过积分的功能。
(发明效果)
根据本发明所涉及的调节装置，可以取得的效果是：在产生饱和的情况下，由于在下次的控制周期，去除上次控制周期中产生的过积分(上次过积分)，即使在向控制对象的带有限制的操作信号刚饱和的的状态下，也能使向控制对象的带有限制的操作信号稳定。
附图说明
图1是表示实施方式1的调节装置的结构的一个例子的图。
图2是表示实施方式1的过积分计算部的结构的一个例子的图。
图3是表示实施方式1的调节运算部的结构的一个例子的图。
图4是表示实施方式2的调节运算部的结构的一个例子的图。
图5是表示实施方式2的位置型I调节部的结构的一个例子的图。
图6是表示实施方式3的位置型I调节部的结构的一个例子的图。
图7是表示实施方式1的输出限制部的结构的一个例子的图。
图8是表示实施方式4的输出限制部的结构的一个例子的图。
图9是表示实施方式5的调节装置的结构的一个例子的图。
图10是表示实施方式6的输出限制部的结构的一个例子的图。
图11是表示实施方式7的输出限制部的结构的一个例子的图。
图12是表示利用现有的调节装置的动作状态的一个例子的图。
图13是表示利用实施方式1的调节装置的动作状态的一个例子的图。
图14是表示量化部的动作状态的一个例子的图。
标号说明
1调节装置；2控制对象；11、12输入部；13偏差运算部；14调节运算部；15输出限制部；16过积分计算部；17最大值选择部(第一最大值选择部)；18SVMV变换部；21速度型I调节部(速度型积分调节部)；22速度型PD调节部；23、34加法部；24、43积分器；26、36、91、92存储部；27、37、42、52、63减法部；28、44M/A切换开关；31位置型I调节部(位置型积分调节部)；32位置型PD调节部；41、54增益部；51反馈增益部；53带有增益的积分器；60串联连接的一个以上的限制单元；61上下限限制部；62变化率限制部；64、65量化部；66最大值选择部(第二最大值选择部)；71、72、81、82操作信号状态；93绝对值最小值选择部；SV目标值；SV[n]当前的目标值； PV处理值；PV[n]当前的处理值；e[n]偏差；ΔI[n]速度型I调节信号(速度型积分调节信号)；ΔI[n-1]上次速度型I调节信号；MV[n]操作信号；MV2[n]带有限制的操作信号；ARW[n]上次过积分信号；δ[n]限制脱离信号；δ[n-1]上次限制脱离信号；ΔP[n]+ΔD[n]速度型P+D调节信号；ΔMV[n]速度型调节信号；MVI[n]位置型I调节信号(位置型积分调节信号)；MVP[n]+MVD[n]位置型P+D调节信号；Manu手动切换信号；LV最低保证目标值；LV[n]当前的最低保证目标值；M1[n]手动操作信号；M2[n]最低保证操作信号。
具体实施方式
下面，基于附图详细说明本发明所涉及的调节装置的实施方式。另外，本发明不限于本实施方式。
实施方式1.
图1是表示实施方式1的调节装置的结构的一个例子的图。调节装置1的作用是调节向控制对象2的输出即带有限制的操作信号MV2[n]，使得目标值SV(也称作设定值)与控制对象2的处理值PV(也称作测定值)一致。相关图是图1、图2、图3、图7。
本实施方式的调节装置1包括以下部分：对目标值SV进行输入处理的输入部11；对控制对象2的处理值PV进行输入处理的输入部12；算出这些输出的偏差e[n]的偏差运算部13；基于偏差e[n]，对操作信号MV[n]进行运算输出以使偏差消失的调节运算部14；利用既定的限制值来限制该操作信号MV[n]，向控制对象2输出带有限制的操作信号MV2[n]，并且输出表示从既定的限制起的脱离程度的限制脱离信号δ[n]的输出限制部15；以及基于调节运算部14输出的速度型I调节信号ΔI[n]和限制脱离信号δ[n]，算出相当于上次控制周期中产生的过积分(以下称作“上次过积分”)的上 次过积分信号ARW[n]的过积分计算部16。上次过积分信号ARW[n]输入至调节运算部14，通过对自身保存的积分值进行校正，去除上次过积分。
调节装置1在图1中记载为单个的装置，但可以是某一装置的软件的一部分，也可以是连接多个装置而构成的系统。名称也可以不是调节装置，有时称为“**控制装置”或“**控制系统”。
在本说明书中，在信号名之后基本上附加[n]、[n-1]。该n自系统起动后每个控制周期各增加1。即记载为X[n]的情况表示系统起动后，第n控制周期的X的值。也可以仅理解为X[n]是本次的控制周期的值，X[n-1]是上次控制周期的值。将X[n]变换为X[n-1]的单元，在本说明书中以存储部这样的表现来表示。存储部若用脉冲传递函数表示则为“1/Z”。
在输入部11中，从未图示的上位系统输入有经由串行通信或模拟信号等的目标值SV。在输入部12中，从检测控制对象2的处理值PV的未图示的传感器输入有经由串行通信或模拟信号等的处理值。在模拟信号的情况下，需要利用AD转换器将模拟信号变换为数字信号。在该处理中，也可以根据需要加上数字滤波处理、或者利用运算放大器电路的模拟滤波处理。在进行数字滤波处理的情况下，根据需要，以控制周期的数倍的采样周期过采样即可。特别是在来自传感器的信号中噪声分量较多的情况下，对于控制的稳定化而言利用低通滤波器预先去除噪声分量是比较重要的。
在偏差运算部13中，进行e[n]＝当前的目标值SV[n]-当前的处理值PV[n]的运算，求出偏差e[n]。
控制对象2可以是实际上成为被控制的对象的硬件其本身，也可以是包含控制硬件的控制装置的构成。在直接对硬件进行操作的情况下，至少需要有未图示DA转换器或致动器，在对控制硬件的控制装置进行操作的情况下，需要未图示的实际(real)通信单元或模拟信号接口。另外，在对硬件进行控制的控制装置自身也是与调节装置相 同的装置中的软件的情况下，不需要特别的接口单元。
图3是表示实施方式1的调节运算部的结构的一个例子的图。调节运算部14的作用如上所述，基于偏差e[n]，对操作信号MV[n]进行运算输出，以使偏差消失。
调节运算部14包括以下部分：作为利用基于偏差e[n]的速度型I动作(以下称作“I动作”)，输出速度型积分调节信号即速度型I调节信号ΔI[n]的速度型积分调节部的速度型I调节部21；利用基于偏差e[n]的速度型P动作(以下称作“P动作”)及速度型D动作(以下称作“D动作”)，输出速度型P+D调节信号ΔP[n]+ΔD[n](第一速度型调节信号)的速度型PD调节部22；将速度型I调节信号ΔI[n]与速度型P+D调节信号ΔP[n]+ΔD[n]相加，进一步减去上次过积分信号ARW[n]，得到第二速度型调节信号ΔMV[n]的加法部23；以及将其输出变换为位置型信号的操作信号MV[n]的积分器24。
在速度型I调节部21中，进行ΔI[n]＝Kp·(τ/TI)·(e[n]+e[n-1])/2的运算，求出速度型I调节信号ΔI[n]。其中，运算式的各记号为，τ：控制周期，TI：积分时间，Kp：比例增益。
在速度型PD调节部22中，进行ΔP[n]＝Kp·(e[n]-e[n-1])及ΔD[n]＝Kp·(TD/τ)·(e[n]-2e[n-1]+e[n-2])的运算，将其总计，求出速度型P+D调节信号ΔP[n]+ΔD[n]。其中，运算式的记号TD是微分时间。在本说明中，以速度型PD调节部22为例进行了表示，但也可以是没有D动作的速度型P调节部。上述ΔD[n]的数学式是完全微分的式子，但也可以使用一般所使用的不完全微分的式子。另外，不限于速度型PID调节运算，只要能除去速度型积分运算，任何运算皆可。
在加法部23中，进行ΔMV[n]＝ΔI[n]+ΔP[n]+ΔD[n]-ARW[n]的运算，求出速度型调节信号ΔMV[n]。应该强调的是，在该处理中，是为了去除上次过积分，对积分值进行校正，并非 现有的方式所观察到的那样，使速度型I调节信号ΔI[n]为“0”、或者对其进行限制，从而停止或者限制积分。因此，速度型I调节信号的有效值是ΔI[n]，而不是ΔI[n]-ARW[n]。因此在后述的过积分计算部16中，使用ΔI[n]。
在积分器24中，利用MV[n]＝MV[n-1]+ΔMV[n]的运算，将速度型调节信号ΔMV[n]变换为位置型调节信号、即操作信号MV[n]。
图7是表示实施方式1的输出限制部的一个例子的图。输出限制部15的作用如上所述，是利用既定的限制值来限制操作信号MV[n]，向控制对象2输出带有限制的操作信号MV2[n]，并且输出表示从既定的限制起的脱离程度的限制脱离信号δ[n]。
输出限制部15包括以下部分：将操作信号MV[n]的大小限制在既定的范围的上下限限制部61；通过将其输出的变化率限制在既定的范围内，求出带有限制的操作信号MV2[n]，输出至控制对象2的变化率限制部62；以及通过从操作信号MV[n]减去带有限制的操作信号MV2[n]，求出并输出表示从既定的限制起的脱离程度的限制脱离信号δ[n]的减法部63。
为了将上下限限制部61的功能一般化，假设输入信号为X[n]，输出信号为Y[n]来进行说明。在上下限限制部61中，在X[n]高于既定的上限值的情况下，输出既定的上限值的值，在低于既定的下限值的情况下，输出既定的下限值的值，除此之外，将X[n]的值作为Y[n]输出。
为了将变化率限制部62的功能一般化，假设输入信号为X[n]，输出信号为Y[n]来进行说明。在变化率限制部62中，在X[n]高于Y[n-1]+既定的上限值的情况下，输出Y[n-1]+既定的上限值，在X[n]低于Y[n-1]+既定的下限值的情况下，输出Y[n-1]+既定的下限值，除此之外，将X[n]作为Y[n]输出。
在减法部63中，进行δ[n]＝MV2[n]-MV[n]的运算， 求出限制脱离信号δ[n]。
在本说明中，示出了按上下限限制部61、变化率限制部62的顺序构成的例子，但可以仅有任一方，也可以以相反的顺序构成。下面，将上下限限制部61及变化率限制部62称为一个以上的限制单元60。
图2是表示实施方式1的过积分计算部的结构的一个例子的图。如上所述，过积分计算部16的作用是基于速度型I调节信号ΔI[n]和限制脱离信号δ[n]，算出相当于上次过积分的上次过积分信号ARW[n]。
过积分计算部16具有如下部件构成：分别保存速度型I调节信号ΔI[n]和限制脱离信号δ[n]的上次值的存储部91、92；以及在它们的输出即上次速度型I调节信号ΔI[n-1]与上次限制脱离信号δ[n-1]的两信号的符号是不同符号的情况下，选择“0”；在相同符号的情况下，选择这两个信号中绝对值较小的绝对值最小值选择部93。
此外，图2所示的绝对值最小值选择部93的结构是将上述的处理具体化的一个例子。若详细说明，则在上次限制脱离信号δ[n-1]及上次速度型I调节信号ΔI[n-1]的值都是正的值时，通过开关部的上侧的触点输入至最小值选择部(MIN)，选择较小的值(即、绝对值较小的值)。另一方面，在两个信号的值都是负的值时，通过开关部的下侧的触点输入至最大值选择部(MAX)，选择较大的值(即、绝对值较小的值)。并且，在δ[n-1]的值为正，ΔI[n-1]的值为负的情况下，上侧的开关部通过上侧的触点向最小值选择部(MIN)输入δ[n-1]的值，下侧的开关部倒向下侧，因此向最小值选择部(MIN)输出“0”。因此，最小值选择部(MIN)的输出为“0”。同样，最大值选择部(MAX)的输出也为“0”。将最小值选择部(MIN)的输出和最大值选择部(MAX)的输出相加的输出也为“0”。
接下来，分情况说明过积分计算部16的详细的内容。首先，在上次未产生脱离的情况(δ[n-1]＝0的情况)下，由于未产生过 积分，因此需要使上次过积分信号ARW[n]的值为“0”。通过选择绝对值最小值，只要任一个输入为“0”，输出就为“0”，因此满足该条件。
另一方面，在产生了上次脱离的情况下，在上次脱离信号δ[n-1]及上次速度型I调节信号ΔI[n-1]为相同符号，且各绝对值为|δ[n-1]|＜|ΔI[n-1]|的关系时，脱离原因仅在I调节运算。在这种情况下，上次过积分信号ARW[n]的值需要为上次脱离信号δ[n-1]的值。这也可以通过选择绝对值最小值来满足。
另外，在产生了上次脱离的情况下，在上次脱离信号δ[n-1]及上次速度型I调节信号ΔI[n-1]为相同符号，且各绝对值为|δ[n-1]|＞|ΔI[n-1]|的关系时，脱离原因不仅在I调节运算，P调节运算或者D调节运算也有脱离原因。在这种情况下，上次过积分信号ARW[n]的值需要为上次速度型I调节运算输出ΔI[n-1]的值。这也可以通过选择绝对值最小值来满足。
并且，在产生了上次脱离的情况下，在上次脱离信号δ[n-1]及上次速度型I调节信号ΔI[n-1]为不同符号的情况下，I调节运算与脱离原因无关。在这种情况下，由于不产生过积分，因此需要使上次过积分信号ARW[n]的值为“0”。这也可以通过选择绝对值最小值来满足。
此外，如上所述，上次过积分信号ARW[n]输入至调节运算部14，通过对自身保存的积分值进行校正，去除上次过积分。
图12是表示利用现有的调节装置的动作状态的一个例子的图。现有的调节装置，在判断为脱离输出限制部15的限制值，且速度型I调节信号ΔI[n]的值为将限制脱离信号δ[n]扩大的方向的情况下，通过使速度型I调节信号ΔI[n]的值为“0”，进行将积分停止的抗复位锁紧处理。但是，在向控制对象2的带有限制的操作信号刚饱和的状态下，在限制脱离信号比较少的定时，且偏差e[n]在接近“0”时，在每个控制周期重复饱和与解除饱和，带有限制的操作信号MV2 [n]如带有限制的操作信号状态71、72所示，产生细微变动的振荡现象。
图13是表示利用实施方式1的调节装置的动作状态的一个例子的图。实施方式1的调节装置不使速度型I调节信号ΔI[n]为“0”、或者对其进行限制，由于去除上次过积分，因此如操作信号状态81、82所示，可以改善带有限制的操作信号MV2[n]的振荡现象。
如以上说明，根据实施方式1所涉及的调节装置1，在操作信号MV[n]超过了既定的上下限限制值或者变化率限制值的情况下，不使速度型I调节信号ΔI[n]为“0”，或者对其进行限制，由于调节运算部14去除上次控制周期产生的过积分(上次过积分)，因此可以防止振荡现象以及过冲及下冲。其结果是，与现有的调节装置相比，例如不会有由于给控制对象2的处理值PV提供急剧的变化而使控制装置等磨损、损伤等。另外，可以抑制由于振荡现象产生的控制装置的不需要的动作或耗电功率的增加。并且，与产生饱和的控制周期的速度型I调节信号ΔI[n]的量无关，由于在下次的控制周期中，去除上次过积分，因此可以更敏捷地进行从饱和的恢复动作。即，实施方式1所涉及的调节装置1，由于控制对象2的控制性较高，且可以实现稳定的控制，因此可以实现控制对象2的长期使用、耐久性的提高、能量消耗量的降低、安全性的提高、维护成本的降低。
实施方式2.
实施方式1所涉及的调节装置1，由以调节运算部14或速度型I调节部21为代表的调节部构成，但在实施方式2所涉及的调节装置1中，由以位置型积分调节部即位置型I调节部31为代表的调节部构成。仅说明与实施方式1不同的部分。相关图是图1、图2、图4、图5、图7(仅有图3成为图4、图5这点不同)。
图4是表示实施方式2的调节运算部的结构的一个例子的图。调节运算部14的作用如上所述，基于偏差e[n]，对操作信号MV[n]进行运算输出，以使偏差消失。
调节运算部14包括以下部分：基于偏差e[n]，输出速度型I调节信号ΔI[n]及位置型积分调节信号即位置型I调节信号MVI[n]，并且利用上次过积分信号ARW[n]对自身保存的积分值进行校正的位置型I调节部31；基于偏差e[n]输出位置型P+D调节信号MVP[n]+MVD[n](第一位置型调节信号)的位置型PD调节部32；以及将位置型I调节信号MVI[n]与位置型P+D调节信号MVP[n]+MVD[n]相加，求出第二位置型调节信号的操作信号MV[n]的加法部34。
在位置型PD调节部32中，进行MVP[n]＝Kp·e[n]及MVD[n]＝Kp·(TD/τ)·(e[n]-e[n-1])的运算，将其总计，求出位置型P+D调节信号MVP[n]+MVD[n]。在本说明中，以位置型PD调节部32为例进行了表示，但也可以是没有D动作的位置型P调节部。上述MVD[n]的数学式是完全微分的式子，但也可以使用一般所使用的不完全微分的式子。另外，不限于位置型PID调节运算，只要除积分运算以外，任何运算皆可。
在加法部34中，进行MV[n]＝MVI[n]+MVP[n]+MVD[n]的运算，求出操作信号MV[n]。
图5是表示实施方式2的位置型I调节部的结构的一个例子的图。位置型I调节部31的作用如上所述，基于偏差e[n]，输出速度型I调节信号ΔI[n]及位置型I调节信号MVI[n]，并且利用上次过积分信号ARW[n]对自身保存的积分值进行校正。
位置型I调节部31包括以下部分：通过在从目标值减去处理值的偏差e[n]乘以既定的增益，输出速度型I调节信号ΔI[n]的增益部41；进行从速度型I调节信号ΔI[n]减去上次过积分信号ARW[n]的运算的减法部42；以及通过将减法部42的输出积分，求出位置型I调节信号MVI[n]的积分器43。
在增益部41中，进行ΔI[n]＝Kp·(τ/TI)·(e[n]+e[n-1])/2的运算，求出速度型I调节信号ΔI[n]。
在减法部42中，进行ΔI[n]-ARW[n]的运算。
在积分器43中，进行MVI[n]＝MVI[n-1]+减法部42的输出的运算，求出位置型I调节信号MVI[n]。
关于效果与实施方式1相同，此处省略。
实施方式3.
示出与实施方式2所涉及的调节装置1的位置型I调节部31的结构稍微不同的实施方式3。仅说明与实施方式2不同的部分。相关图是图1、图2、图4、图6、图7(仅有图5成为图6这点不同)。该结构为，一般的积分器是带有增益的，在其前后加上修正，就能得到可去除上次过积分的结构。如果使用增益部与积分器分离的结构的积分器，则推荐实施方式2的结构。
图6是表示实施方式3的位置型I调节部的结构的一个例子的图。位置型I调节部31的作用如上所述，基于偏差e[n]，输出速度型I调节信号ΔI[n]及位置型I调节信号MVI[n]，并且利用上次过积分信号ARW[n]对自身保存的积分值进行校正。
位置型I调节部31包括以下部分：通过在从目标值减去处理值的偏差e[n]乘以既定的积分增益，输出速度型I调节信号ΔI[n]的增益部54；进行在上次过积分信号ARW[n]乘以上述既定的积分增益的倒数的运算的反馈增益部51；从偏差e[n]减去反馈增益部51的输出的减法部52；以及在减法部52的输出乘以既定的积分增益，并且进行积分运算并输出位置型I调节信号MVI[n]的带有增益的积分器53。
在增益部54中，进行ΔI[n]＝Kp·(τ/TI)·(e[n]+e[n-1])/2的运算，求出速度型I调节信号ΔI[n]。
在反馈增益部51中，进行ARW[n]·(Ti/τ)/Kp的运算。在减法部52中，进行(e[n]+e[n-1])/2-反馈增益部51的输出的运算。
在带有增益的积分器53中，进行MVI[n]＝MVI[n-1]+减 法部52的输出Kp·(τ/TI)的运算，求出位置型I调节信号MVI[n]。
关于效果与实施方式1相同，此处省略。
实施方式4.
实施方式4所涉及的调节装置，通过将带有限制的操作信号MV2[n]量化，使向控制对象2的输出为阶梯状，使控制对象2的动作频度下降，可以实现控制对象2的进一步长期使用化及降低耗电功率。仅说明与实施方式1不同的部分。相关图是图1、图2、图3、图8、图14(仅有图7成为图8这部分不同)。
图8是表示实施方式4的输出限制部的结构的一个例子的图。输出限制部15的作用如上所述，是利用既定的限制值来限制操作信号MV[n]，向控制对象2输出带有限制的操作信号MV2[n]，并且输出表示从既定的限制起的脱离程度的限制脱离信号δ[n]。
输出限制部15包括以下部分：将操作信号MV[n]的大小限制在既定的范围的上下限限制部61；将其输出的变化率限制在既定的范围内的变化率限制部62；通过将其输出的能取的值限制在既定值的整数倍的范围并量化，求出带有限制的操作信号MV2[n]，输出至控制对象2的量化部64；与量化部64具有相同限制值，将操作信号MV[n]的能取的值限制在既定值的整数倍的范围并量化的量化部65；以及通过从量化部65的输出减去带有限制的操作信号MV2[n]，求出并输出表示从既定的限制起的脱离程度的限制脱离信号δ[n]的减法部63。下面，说明实施方式4所涉及的调节装置1的动作。
图14是表示量化部的动作状态的一个例子的图。此处，为了将量化部64、65的功能一般化，假设输入信号为X[n]，输出信号为Y[n]来进行说明。量化部64、65例如是具有图14所示的输入输出特性的滤波器。输出Y[n]被量化为Nstep的整数倍。另外，具有用于防止相对于输入X[n]而言的颤动(chattering)的滞后(His)特性。可以不具有该滞后特性，但从降低量化的内容即动作次数的观点而言，推荐具有滞后特性。
由于图8的其他部分在实施方式1中已说明，因此省略。另外，实施方式1中已说明，上下限限制部61和变化率限制部62只有哪一个皆可，也可以交换顺序。
通过设置量化部64，向控制对象2的带有限制的操作信号MV2[n]仅以Nstep单位变化。此处，考虑使该量化部64为与上下限限制部61及变化率限制部62同种的滤波器的情况，考虑不需要量化部65。然而，在省略量化部65的情况下，操作信号MV[n]与带有限制的操作信号MV2[n]始终不同，等效于始终产生脱离。在这种情况下，即便在内部欲进行细微运算，由于始终进行通过量化部64、减法部63的上次过积分去除，因此作为结果，仅能以Nstep单位的分辨能力动作。因此，通过设置量化部65，仅在上下限限制部61及变化率限制部62产生了脱离的情况下，脱离信号δ[n]为“0”以外。
即，在上下限限制部61及变化率限制部62不产生脱离的情况下，操作信号MV[n]与变化率限制部62的输出是相等的值。因此，输入至量化部64及量化部65的值相等。另外，由于量化部64及量化部65构成相同，因此量化部64的输出即带有限制的操作信号MV2[n]、与量化部65的输出也相等。
在上下限限制部61及变化率限制部62产生脱离的情况下，减法部63由量化部65的输出减去带有限制的操作信号MV2[n]，生成其值作为限制脱离信号δ[n]。
如以上说明，根据实施方式4所涉及的调节装置1，由于包括：求出带有限制的操作信号MV2[n]并输出至控制对象2的量化部64；以及与量化部64具有相同限制值，将操作信号MV[n]的能取的值限制在既定值的整数倍的范围并量化的量化部65，使向控制对象2的输出呈阶梯状变化，因此可以使控制对象2的动作频度下降。其结果是，可以实现控制对象2的进一步长期使用化、耐久性的提高、能量消耗量的降低、安全性的提高、及维护成本的降低。
实施方式5.
与实施方式4所涉及的调节装置1相比，追加了高位优先功能的是实施方式5所涉及的调节装置1。相关图是图9、图2、图3。
图9是表示实施方式5的调节装置的结构的一个例子的图。调节装置1的作用是调节向控制对象2的输出即带有限制的操作信号MV2[n]，以使控制对象2的处理值PV与在目标值SV和最低保证目标值LV较高的目标值一致。但是，不进行由最低保证目标值LV计算的小于最低保证操作信号M2[n]的输出，始终为最低保证操作信号M2[n]以上。例如，SV是手动操作提供的、LV是从保护装置提供的保护指令。在有保护指令的情况下，应该最低保证相当于LV的处理值的调节装置动作，但即使由LV单纯算出的M2[n]中输出过大，也不进行将带有限制的操作信号减少的方向的调节。
实施方式5所涉及的调节装置1与实施方式1的调节装置1相比，追加了：进行从未图示的上位系统提供的目标值SV与最低保证目标值LV的高位优先选择处理，将选择的目标值输出至调节运算部14的作为第一最大值选择部的最大值选择部17；以及从最低保证目标值LV变换为最低保证操作信号M2[n]的SVMV变换部18，在输出限制部15追加了作为第二最大值选择部的最大值选择部66，对于向控制对象2的输出进行来自调节运算部14的操作信号MV[n]与最低保证操作信号M2[n]的高位优先选择处理。
在SVMV变换部18中，进行从由控制对象2的规格决定的目标值向操作信号的变换。一般而言，使用Y＝A·X+B式的直线特性。例如，进行M2[n]＝LV[N]·A1+B1的运算，求出最低保证操作信号M2[n]。此处，A1、B1为由控制对象2的规格决定的常数。此处，使用一次式，但可以根据控制对象2，使用任何函数。
在最大值选择部17中，选择SV[n]与LV[N]中较大的值。
在最大值选择部66中，选择M2[n]与变化率限制部62的输出中较大的值，输出至量化部64。
输出限制部15所包含的上下限限制部61、变化率限制部62只有哪一个皆可，另外，也可以两者都没有，也可以交换顺序。关于量化部64、65，可以都存在，也可以都没有。
在没有最大值选择部17的结构的情况下，利用最大值选择部66，使最低保证操作信号M2[n]优先并输出，但在其目标值SV与最低保证目标值LV之差较大的情况下，由于产生偏差e[n]，因此来自调节运算部14的操作信号MV[n]被固定在下降侧。因此，来自调节运算部14的操作信号MV[n]无法有效作用。为了有效进行作用，需要通过设有最大值选择部17，输入至调节运算部14的目标值SV[n]也被高位优先处理。
如以上说明，根据实施方式5所涉及的调节装置，通过包括最大值选择部17和SVMV变换部18和最大值选择部66，进行最低保障动作，在不足的情况下，利用调节运算部14的操作信号MV[n]，可以使调节动作有效作用。其结果是，可以安全进行在与保安装置等连系的情况所要求的高位优先动作。
实施方式6.
与实施方式5相比，还装备了手动切换功能的是实施方式6。不仅自动调节，还可以进行手动操作，一般而言是经常要求的事项。此处，提供这样的情况的解决方法。
图9是表示实施方式6的调节装置1的结构的一个例子的图。仅说明与实施方式5不同的部分。相关图是图9、图2、图10(仅图3成为图10这部分不同)。
实施方式6所涉及的调节装置1与实施方式5的调节装置1相比，追加了从当前的目标值SV[n]变换为手动操作信号M1[n]的SVMV变换部18，在调节运算部14追加了：利用手动切换信号Manu，在手动操作时，进行手动操作信号M1[n]-上次控制周期的操作信号MV[n-1]的运算的减法部27；将第二速度型调节信号ΔMV[n]切换至由减法部27运算的既定的信号的M/A切换开关28。
在SVMV变换部18中，进行从由控制对象2的规格决定的目标 值向操作信号的变换。一般而言，使用Y＝A·X+B式的直线特性。例如，进行M1[n]＝SV[n]·A1+B1的运算，求出手动操作信号M1[n]。此处，A1、B1为由控制对象2的规格决定的常数。此处，使用一次式，但可以根据控制对象2，使用任何函数。
图10是表示实施方式6的调节运算部的结构的一个例子的图。与实施方式5不同之处在于，输入手动切换信号Manu，在手动切换信号Manu导通时(手动操作时)，将第二速度型调节信号ΔMV[n]切换至M1[n]-MV[n-1]。通过采用该结构，在手动操作时，操作信号MV[n]一定与M1[n]一致。在期望不使用积分器24自身的情况下，也可以进一步设置将积分器24的输出(操作信号MV[n])切换至M1[n]的既定的开关(未图示)。此外，图10所示的调节运算部14，用M/A切换开关28，对在由减法部27进行的M1[n]-MV[n-1]的运算的输出、与从加法部23输出的信号间进行切换。
如以上说明，根据实施方式6所涉及的调节装置，具有SVMV变换部18；以及在手动操作时将积分器的输入切换至手动操作信号-上次控制周期的操作信号的功能，可以进行无平衡/无波动(bumpless)切换。此处所说的无平衡是指，切换时处理值PV和目标值SV等待平衡后没有必要切换。另外，无波动是指，在切换的瞬间操作信号MV[n]急剧变动，处理值PV没有变动动作。其结果是，与现有的调节装置相比，可以使控制对象2的控制性提高。
实施方式7.
与实施方式6相比，还与位置型的调节部对应的是实施方式7。
图9是表示实施方式7的调节装置1的结构的一个例子的图。仅说明与实施方式6不同的部分。相关图是图9、图2、图11(仅图10成为图11这部分不同)。
图11是表示实施方式7的调节运算部的结构的一个例子的图。与实施方式2不同之处在于，输入手动切换信号Manu，在手动切换 信号Manu导通时，将积分器43的输入切换至M1[n]-MV[n-1]-(MVP[n]+MVD[n])。通过采用该结构，在手动切换信号Manu导通时，操作信号MV[n]一定与M1[n]一致。在期望不使用积分器43自身的情况下，也可以进一步设有将积分器43的输出(操作信号MV[n])切换至M1[n]的既定的开关(未图示)。此外，图11所示的调节运算部14，用M/A切换开关44，对在由减法部37进行的M1[n]-MV[n-1]-(MVP[n]+MVD[n])的信号、与从减法部42输出的信号间进行切换。
此外，各实施方式所涉及的调节装置，是以控制铁路车辆的减速度的调节装置为例进行了说明，但其他包括I调节运算部和输出限制部的调节装置、控制系统都可以适用。此外，本发明，可以在不脱离其内容的范围内实施各种变形。
工业上的实用性
如上所述，本发明所涉及的调节装置对于以控制铁路车辆的减速度的调节装置为代表的，包括I调节运算部和输出限制部的各种调节装置、控制装置、控制系统是有用的。
Claims (8)
1.一种用于铁路车辆并控制减速度的调节装置，包括：调节运算部，其运算输出操作信号，以使来自控制对象的处理值与目标值一致；以及输出限制部，其限制来自所述调节运算部的所述操作信号，向所述控制对象输出，其特征在于，
所述调节运算部至少包含速度型积分调节部或者位置型积分调节部，
所述输出限制部具有输出表示从既定的限制起的脱离程度的限制脱离信号的功能，
包括过积分计算部，其基于从所述调节运算部输出的速度型积分调节信号和所述限制脱离信号，算出相当于上次控制周期中产生的上次过积分的上次过积分信号，
所述调节运算部具有通过利用所述上次过积分信号对自身保存的积分值进行校正，去除所述上次过积分的功能，
所述调节运算部包括：
位置型积分调节部，基于偏差输出速度型积分调节信号及位置型积分调节信号，并且利用所述上次过积分信号对自身保存的积分值进行校正；
所述位置型积分调节部以外的位置型调节部；以及
加法部，将从所述位置型积分调节部以外的位置型调节部输出的第一位置型调节信号与所述位置型积分调节信号相加以算出第二位置型调节信号，将所述第二位置型调节信号作为操作信号输出。
2.如权利要求1所述的调节装置，其特征在于，
所述位置型积分调节部包括增益部，其通过在从目标值减去处理值的偏差乘以既定的增益，输出速度型积分调节信号，
通过对从所述速度型积分调节信号减去所述上次过积分信号的信号进行积分，求出位置型积分调节信号。
3.如权利要求1所述的调节装置，其特征在于，
所述位置型积分调节部包括：
增益部，通过在从目标值减去处理值的偏差乘以既定的积分增益，输出速度型积分调节信号；
减法部，从所述偏差减去在所述上次过积分信号乘以所述既定的积分增益的倒数的信号；以及
带有增益的积分器，其读入所述减法部的输出，乘以所述既定的积分增益，并且进行积分运算，输出位置型积分调节信号。
4.如权利要求1所述的调节装置，其特征在于，
所述输出限制部包括：
串联连接的一个以上的限制单元，其接受所述操作信号，将带有限制的操作信号输出至所述控制对象；以及
减法部，通过从所述操作信号减去所述带有限制的操作信号来求出限制脱离信号，向所述过积分计算部输出。
5.如权利要求4所述的调节装置，其特征在于，
所述调节装置包括：
第一最大值选择部，进行从上位系统提供的目标值与最低保证目标值的高位优先选择处理，将选择的目标值输出至调节运算部；
SVMV变换部，从最低保证目标值变换至最低保证操作信号；以及
输出限制部，至少包含进行所述串联连接的一个以上的限制单元的输入信号与所述最低保证操作信号的高位优先选择处理并输出的第二最大值选择部。
6.如权利要求4所述的调节装置，其特征在于，
所述串联连接的一个以上的限制单元，至少包含将输入信号的大小限制在既定的范围并输出的上下限限制部。
7.如权利要求4所述的调节装置，其特征在于，
所述串联连接的一个以上的限制单元，包含至少将输入信号的变化率限制在既定的范围内并输出的变化率限制部。
8.如权利要求2所述的调节装置，其特征在于，
包括从目标值变换至手动操作信号的SVMV变换部，
所述调节运算部至少包括利用手动切换信号，在手动操作时，进行手动操作信号-上次控制周期中的操作信号-所述第一位置型调节信号的运算的减法部，将所述第二位置型调节信号切换至由所述减法部运算的既定的信号。
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