CN104981743A - 控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的控制装置具备并行工作的多个运算装置。向在信号的传递的顺序中最初的运算装置输入控制量的传感器值，从信号的传递的顺序中最后的运算装置输出对操作量的校正量。运算装置具有处理所输入的传感器值而得到输出的控制器，运算装置具有：使输入延迟预定步长的延迟因子和处理延迟了的输入而得到输出的控制器。

Description

控制装置

技术领域

本发明涉及控制装置，尤其涉及处理物理现象的控制装置，详细而言，涉及通过反馈控制来决定控制对象的操作量的控制装置。

背景技术

计算装置的运算能力能够通过提高核的工作频率而提高。但是，因计算装置所放置的环境，有时无法提高工作频率。另外，从功率利用系数的观点来看，由工作频率的高频率化带来的高性能化有限。因此，近年来，例如如日本特开2010-160537号公报所公开那样，在1个半导体芯片上搭载多个核的多核型的并行计算装置受到关注。根据多核型的并行计算装置，只要是处理相同量的运算，与单核型的计算装置相比较，工作频率就可以低。进而，通过将应处理的任务分配给多个核进行并行计算，与由单一的核进行计算的情况相比较，能够缩短运算时间。

作为能够有效地利用这样的并行计算装置的一个用途，能举出实时控制装置。为了控制复杂的控制对象的动作、状态，在实时控制装置中，使用需要很多数值计算的控制算法。特别地，在作为实时控制装置的一种的车辆控制装置的情况下，为了响应市场或规定的要求，控制算法逐年大规模且复杂化。因此，能预测如下的状况：运算负荷增大，如果是单核型的中央运算处理装置(CPU)，则几乎在控制周期内完不成运算。并行计算装置对实时控制装置的应用，作为用于避免这样的状况成为现实的有效的手段而受到期待。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-160537号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，如果仅仅是将并行计算装置应用到控制装置，则无法谋求充分的性能的提高。以往的控制算法的并行化在软件的设计阶段进行。但是，在控制算法的有序性强的情况下，在软件的设计阶段、也就是说源代码级下的并行化有限。根据阿姆达尔(amdahl)定律，在使用N个核执行可并行化的部分的执行时间的比例为a的程序的情况下，总体的性能提高率S用S＝1/((1-a)+a/N)来表示。由此可知，在可并行化的部分少的程序的情况下，1步长(step)内的性能提高很困难。另外，在各步长中，进行相对于传感器输入的促动器(actuator)输出，因此活用多核的并行性对输入数据进行流处理也很困难。进而，在并行化中伴随额外开销，因此，以构思或模块为单位，分割为运算量少的细粒度任务进行的并行化、环的分割进行的并行化也有限。这是因为越增加分割数，则在核间的运算的同步、运算结果的通信等的成本就越增加，因此通过并行计算所期待的性能显现不出来。

在源代码级将有序性强的控制算法进行并行化很困难的情况，能够从实时控制装置、特别从处理物理现象的控制装置的控制逻辑来具体地说明。那样的控制装置的控制对象多多少少具有滞后时间，因此，作为控制算法，能够采用处理滞后时间类的控制理论。滞后时间类控制的代表性的控制，是使用将控制对象模型化了的预测模型进行反馈控制的内部模型控制(IMC)。以下，说明在以往的控制装置中使用的内部模型控制的控制逻辑和其并行化中的问题。

图6是表示在以往的控制装置中使用的一般的内部模型控制的控制逻辑的框图。控制对象2具有滞后时间L，因此，其传递函数可以用Pe^-Ls表示。在内部模型控制中，构筑使用了将控制对象2模型化了的预测模型102和IMC滤波器101的反馈系统。预测模型102是将控制对象2的滞后时间L也包含在内模型化后的预测模型，因此，其传递函数可以用Me^-Ls表示。预测模型102的传递函数Me^-Ls和控制对象2的真正的传递函数Pe^-Ls完全一致是理想的，但是实际上在两者之间存在模型化误差。IMC滤波器101的传递函数Cimc作为预测模型102的传递函数的最小相位因子的倒数而构成。IMC滤波器101基于控制量的目标值r算出对控制对象2的促动器的操作量u。与操作量u一起向控制对象2输入干扰d，从控制对象2得到受到该干扰d的影响的控制量的传感器值y。传感器值是指通过传感器计测出的控制量的计测值。预测模型102与控制对象2并联配置，操作量u也并行地输入至预测模型102。并且，传感器值y和预测模型102的输出之差，经由用传递函数Cdis标记的干扰补偿器103反馈给目标值r。

在图6所示的控制逻辑中，在预测模型102、IMC滤波器101以及干扰补偿器103这3个控制器的运算中存在有序性。运算的有序性通过将各控制器的处理在时间轴上排列能够明确。图7是表示将上述的控制逻辑安装在以往的单核型的计算装置的情况下的各控制器的运算的时间性的关系的图。图7中的横轴是时间轴，在时间轴上，排列有1步长的处理。如该图所示，逐步地执行操作量u向控制对象2的输出、预测模型(Me^-Ls)102的运算、与传感器值y的减法运算、干扰补偿器(Cdis)103的运算、与目标值r的减法运算、IMC滤波器(Cimc)101的运算，并算出与下一步长对应的操作量u′。

上述的控制逻辑能够安装于多核型的计算装置。在多核型的计算装置中安装上述的控制逻辑的情况下，需要将1步长的处理分割为多个任务而分配给各核。这里，对3个控制器的每一个进行了离散化后，将各自作为任务进行分割而分配给3个核。另外，传感器值y的加减法运算和目标值r的加减法运算包含在前后的任务的任一个中。图8是表示利用这样的方法对多个核进行处理的分配的情况下的各处理的时间性的关系的图。各核仅处理一部分任务即可，因此如果与由单核执行全部的处理的情况相比较，每1核的运算时间缩短。然而，即使是在由多个核进行处理的情况下，也保持运算的有序性，因此，直至与某个控制器对应的任务结束为止，无法开始与下一控制器对应的任务。也就是说，不能由多个核同时执行任务，在计算装置整体中无法将1步长的处理高速化。由此可知，即便是将上述的控制逻辑安装在多核型的计算装置上，结果只能进行源代码级下的并行化，因此难以实现并行化带来的运算时间的大幅的缩短。

接着考虑的是，不是源代码级，而是在控制逻辑的阶段进行并行化。这里，着眼于内部模型控制中的操作量的更新式。下面的式(1)是与图6所示的控制逻辑对应的操作量的更新式。构成更新式的变量以及传递函数，与图6所示的控制逻辑中的变量和各控制器的传递函数对应。

[式1]

u＝{r-(y-u*M(s)e^-Ls)*Cdis(s)}*Cimc(s)…(1)

从上述的更新式可知，伴随图8所示的任务间的输入输出的运算的有序性，起因于更新式中的括弧内部的加减法运算。也就是说，对多个因子进行的加减法运算，成为核间的默认的同步，但是这通过括弧括起来而在任务间产生逐步的顺序。因此，为了消除起因于括弧的有序性，将括弧展开而分割成与各变量r、y、u有关的项。这样，通过将式(1)变形，得到由下面的式(2)表示的更新式。

[式2]

u＝r*Cimc(s)-y*Cdis(s)*Cimc(s)+u*M(s)^-Ls*Cdis(s)Cimc(s)…(2)

图9是表示与式(2)对应的控制逻辑的框图。从式(1)和式(2)的关系可知，图9所示的控制逻辑相当于将图6所示的控制逻辑进行等效变换后的控制逻辑。在该等效变换中，复制1个干扰补偿器(Cdis)和2个IMC滤波器(Cimc)。根据图9所示的控制逻辑，操作量u经由预测模型(Me^-Ls)112、干扰补偿器(Cdis)113以及IMC滤波器(Cimc)114再次反馈给操作量u，同时，传感器值y经由干扰补偿器(Cdis)115、以及IMC滤波器(Cimc)116反馈给操作量u。

在式(2)中，将未被括弧括起来的各变量r、y、u的项的运算分别作为任务进行分割，将各任务分配给3个核。另外，从各任务的输出算出与下一步长对应的操作量u′的加减法运算分配给某一个核。图10是表示用这样的方法对多个核进行处理的分配的情况下的各处理的时间性的关系的图。图10中的横轴是时间轴，在时间轴上排列有1步长的处理。在该图中，分配给核1的任务为任务1，分配给核2的任务包括任务2、3，分配给核3的任务包括任务4、5、6。各核中的任务的输入为变量r、y、u，因此，不需要为了开始某任务而等待其他任务的结束。也就是说，在将图9所示的控制逻辑安装在多核型的计算装置上的情况下，能够由各核同时并行地开始运算。

然而，实际上，图10所示的流程的每1步长的运算时间，与图7或图8所示的流程的每1步长的运算时间相比较，不会变短。原因是，在包括操作量u的项的任务中包含与全部控制器有关的运算。也就是说，包含预测模型(Me^-Ls)的运算(任务4)、干扰补偿器(Cdis)的运算(任务5)、以及IMC滤波器(Cimc)的运算(任务6)。这样，与以往的单核的处理相比没有变化。不仅如此，由于将各核中的任务的运算结果汇集到1个核来执行加减法运算，因此追加相应的成本，由此每1步长的运算时间反而有可能增加。

另外，在包括传感器值y的项的任务中，包含干扰补偿器(Cdis)的运算(任务2)和IMC滤波器(Cimc)的运算(任务3)。因此，包括传感器值y的项的任务的处理所花费的时间，次于包括操作量u的项的任务的处理所花费的时间长度。假设包括操作量u的项的任务的处理所花费的时间能够缩短，则接下来，包括传感器值y的项任务的处理时间的缩短化成为课题。只要是使任务分散到多个核进行并行运算，就希望分配给各核的任务尽可能小且均等。

本发明鉴于上述那样的课题而完成，其目的在于，在通过反馈控制决定控制对象的操作量以使得控制对象的控制量接近目标值的控制装置中，通过与反馈控制有关的运算的并行化来谋求运算时间的缩短。

用于解决课题的手段

本发明涉及的控制装置构成为，通过反馈控制决定控制对象的操作量，以使得控制量接近目标值。本发明中的反馈控制例如包含PI控制、PID控制、内部模型控制以及基于史密斯法的控制。

本发明涉及的控制装置具备并行工作的多个运算装置。优选，本发明涉及的控制装置安装于具有多个核的多核处理器，对多个运算装置的每一个使用不同的核。但是，多个运算装置的每一个也可以作为单核或多核的处理器而构成。

这些运算装置构成为，在运算装置间按顺序传递信号。另外，这些运算装置构成为，向信号的传递的顺序中最初的运算装置输入控制量的传感器值，从信号的传递的顺序中最后的运算装置输出对操作量的校正量。也就是说，这些运算装置构成用于将控制量的传感器值反馈给下一步长的操作量的闭环。

在信号的传递的顺序中最初的运算装置具有处理控制量的传感器值而得到输出的控制器。除此以外的运算装置具有：使输入延迟预定步长的延迟因子、处理由延迟因子延迟了的输入而得到输出的控制器。由各延迟因子延迟的步长数优选为1步长。通过延迟因子的总个数和控制装置的控制周期确定运算装置间的信号的传递中的总延迟时间。该总延迟时间，是为了控制器的并行运算而在本发明中新导入的延迟时间。另一方面，在包括控制装置和控制对象的以往的控制系统中，存在原来包含控制对象的滞后时间的潜在的延迟时间。在本发明涉及的控制装置具备的运算装置中，用于并行化的总延迟时间在控制性能上不发生问题的范围内进行选择。具体而言，用于并行化的总延迟时间越小越优选，特别地，优选设为稳定时间的一半以下。

优选各运算装置构成为，使控制设备的运算量在运算装置间均等。在本发明中的反馈控制为内部模型控制或相当于其等效变换的控制的情况下，控制器中能够包含IMC滤波器、干扰补偿器等因子。

另外，如果在本发明中的反馈控制为内部模型控制或相当于其等效变换的控制，则优选具备以下这样的第2闭环。

第2闭环构成为，具备并行工作的多个运算装置，在运算装置间按顺序传递信号。另外，向信号的传递的顺序中最初的运算装置输入控制对象的操作量，从信号的传递的顺序中最后的运算装置输出对操作量的校正量。

构成第2闭环的运算装置的每一个具有：使输入延迟预定步长的延迟因子、处理由延迟因子延迟了的输入而得到输出的控制器。由各延迟因子延迟的步长数优选为1步长。由延迟因子的总个数和控制装置的控制周期确定运算装置间的信号的传递中的总延迟时间。第2闭环具备的运算装置构成为，使延迟因子的总延迟时间和控制器具有的总滞后时间的合计时间，与控制对象具有的滞后时间和由第1闭环的延迟因子产生的总延迟时间的合计时间相等。

构成第2闭环的各运算装置优选构成为，使控制设备的运算量在运算装置间均等。在控制器中，能够包含忽略了滞后时间的控制对象的预测模型、滞后时间因子、IMC滤波器、干扰补偿器等因子。滞后时间因子具有的滞后时间，为从控制对象具有的滞后时间和由第1闭环的延迟因子产生的总延迟时间的合计时间中，减去由第2闭环的延迟因子产生的总延迟时间得到的时间。将这些因子适当组合构成控制器。优选，将包含去除了滞后时间的预测模型的控制设备、包含滞后时间因子的控制设备、包含IMC滤波器的控制设备、包含干扰补偿器的控制设备分开设置。

发明的效果

如上所述，在本发明的控制装置中，将与反馈控制有关的运算分割为多个运算装置而进行分配。进而，向信号的传递的顺序中第2个以后的运算装置导入预定步长量的延迟因子，向这些运算装置的控制器输入预定步长前的其他的运算装置的输出。因此，各运算装置能够同时开始运算，而不用等待其他的运算装置的运算结束。也就是说，根据本发明涉及的控制装置，通过与反馈控制有关的运算的并行化，缩短作为控制装置整体的运算时间。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的控制装置中的内部模型控制的控制逻辑的框图。

图2是表示控制系统整体的潜在的延迟时间的细目的示意图的图。

图3是表示将图1所示的控制逻辑安装在多核型的计算装置的情况下的各控制器的运算的时间性的关系的图。

图4是表示在本发明的发明过程中研究的控制装置的内部模型控制的控制逻辑的框图。

图5是表示将图4所示的控制逻辑安装在多核型的计算装置的情况下的各控制器的运算的时间性的关系的图。

图6是表示在以往的控制装置中所使用的一般的内部模型控制的控制逻辑的框图。

图7是表示将图6所示的控制逻辑安装在单核型的计算装置的情况下的各控制器的运算的时间性的关系的图。

图8是表示将图6所示的控制逻辑安装在多核型的计算装置的情况下的各控制器的运算的时间性的关系的图。

图9是表示将图6所示的控制逻辑进行等效变换得到的内部模型控制的控制逻辑的框图。

图10是表示将9所示的控制逻辑安装在多核型的计算装置的情况下的各控制器的运算的时间性的关系的图。

具体实施方式

首先，在本发明的实施方式的说明之前，说明在本发明的发明过程中研究过的控制装置(以下为参考装置)。

在参考装置中的内部模型控制的控制逻辑的研究中，着眼于前述的式(2)中的操作量u的项。在操作量u的项中包含预测模型的传递函数Me^-Ls，在预测模型的传递函数Me^-Ls中，包含滞后时间L。这里，若假设滞后时间L比控制周期T的3个周期量长，则在式(2)中，从e^-Ls中取出3个e^-Ts分配给各因子，由此能够得到下面的式(3)表示的操作量u的更新式。其中，这里假设与内部模型控制有关的传递函数都为线性传递函数。

[式3]

u＝r*Cimc(s)-y*Cdis(s)*Cimc(s)

+u*e^-TsM(s)*e^-Tse^-(L-4T)s*e^-TsCdis(s)*e^-TsCimc(s)…(3)

图4是表示参考装置中的内部模型控制的控制逻辑的框图。图4所示的控制逻辑与上述的式(3)对应。并且，从式(2)和式(3)的关系可知，图4所示的控制逻辑相当于将图9所示的控制逻辑进行了等效变换得到的控制逻辑。

在参考装置中，控制量的目标值r输入到IMC滤波器(Cimc)11。从IMC滤波器11输出的操作量u与干扰d一起输入到作为控制对象的控制对象(Pe^-Ls)2。在参考装置中构筑2个闭环。第1闭环是，根据从控制对象2输出的控制量的传感器值y算出校正量，将该校正量反馈给下一步长的操作量u的闭环。第2闭环是，根据进入到控制对象2之前的操作量u算出校正量，将该校正量反馈给下一步长的操作量u的闭环。

在第2闭环中，按照信号的传递的顺序，排列有第1运算装置31、第2运算装置32、第3运算装置33以及第4运算装置34。操作量u输入到第1运算装置31，从第4运算装置34输出对下一步长的操作量u的校正量。第1运算装置31包括延迟因子(D)18和控制器(M)12。第2运算装置32包括延迟因子(D)19和控制器(e^-(L-4T)s)13。第3运算装置33包括延迟因子(D)20和控制器(Cdis)14。第4运算装置34包括延迟因子(D)21和控制器(Cimc)15。

延迟因子(D)18、19、20、21是将输入的信号延迟1步长而输出的因子。式(3)中的e^-Ts通过安装时的离散化而置换为延迟因子(D)。通过这样的结构，向控制器12输入1步长前的操作量u，向控制器13输入1步长前的控制器12的输出，向控制器14输入1步长前的控制器13的输出，向控制器15输入1步长前的控制器14的输出。控制器12相当于从预测模型(Me^-Ls)中分离了滞后时间因子(e^-LS)的控制器。也就是说，是忽略了滞后时间因子(e^-LS)的预测模型。控制器13相当于从滞后时间因子(e^-LS)分离了4控制周期量的延迟因子(e^-TS)。其中，在控制器13中，使用将滞后时间因子(e^-(L-4T)s)通过Pade近似变换为有理函数的控制器。控制器14与干扰补偿器对应，控制器15与IMC滤波器对应。

在第1闭环中设置有第5运算装置35。第5运算装置35包括控制器(Cdis)16和控制器(Cimc)17。控制器16与干扰补偿器对应，控制器17与IMC滤波器对应。传感器值y输入到控制器16，从控制器17输出对下一步长的操作量u的校正量。在第5运算装置35中，在控制器16和控制器17之间逐步地进行运算。

参考装置安装在多核型的计算装置。在安装中，IMC滤波器11、第1运算装置31、第2运算装置32、第3运算装置33、第4运算装置34以及第5的运算装置35各自由不同的核实现。也就是说，将目标值r变换为操作量u的IMC滤波器的运算、反馈操作量u的第2闭环的传递函数的运算、反馈传感器值y的第1闭环的传递函数的运算分别作为任务被分割，并且，针对与第2闭环的传递函数有关的运算，与4个控制器有关的全部运算分别作为任务而被进一步分割，各任务被分配给共6个核。

图5是表示将图4所示的控制逻辑安装在多核型的计算装置的情况下的各控制器的运算的时间性的关系的图。图5中的横轴是时间轴，在时间轴上排列有1步长的处理。在该图中，分配给核1的任务为与IMC滤波器11的运算有关的任务1，其输入为目标值r。分配给核2的任务为与控制器16的运算有关的任务2和与控制器17的运算有关的任务3，其输入为传感器值y。在核2中，任务2和任务3被逐步地处理。

对与第2闭环的与4个控制器的运算有关的任务进行分配而分配给核3、4、5、6。分配给核3的任务为与控制器12的运算有关的任务4。向任务4输入由延迟因子18延迟了1步长的操作量u、即，操作量u的前次值。分配给核4的任务为与控制器13的运算有关的任务5。向任务5输入由延迟因子19延迟了1步长的任务4的输出。分配给核5的任务为与控制器14的运算有关的任务6。向任务6输入由延迟因子20延迟了1步长的任务5的输出。并且，对核6分配与控制器15的运算有关的任务7。向任务7输入由延迟因子21延迟了1步长的任务6的输出。另外，根据任务1、3、7的输出算出与下一步长对应的操作量u′的加减法运算，被分配给某一个核，优选分配给运算量最少的核。在图5的例子中，由核5进行用于操作量u′的算出的加减法运算。

在步长的开始的同时，从输入端口向任务1读入目标值r，从输入端口向任务2读入传感器值y。另外，在步长的开始的同时，从延迟因子向任务4、5、6、7读入各输出的前次值。其中，在最初的步长中，作为时刻0的初始值而设定的值从延迟因子读入到任务4、5、6、7。不管怎样，在核3、4、5、6的运算中，与核1、2的运算同样，不需要为了开始任务而等待其他的核中的任务的结束。由此，核3、4、5、6能够与核1、2一起同时并行地开始运算，而不用等待其他的核的运算结束。

在以上所述的参考装置中，与内部模型控制有关的运算、详细而言，将反馈操作量u的第2闭环的运算分配给核3、4、5、6，由这些核3、4、5、6同时并行地进行运算。由此，根据参考装置，与以往相比较，1步长的处理所需要的运算时间能够缩短，能够提高作为装置整体的运算速度。

然而，参考装置有进一步的改善的余地。在图5中，核2逐步地处理任务2和任务3，但是，任务2是与核5要处理的任务6基本上相同的运算量，任务3是与核6要处理的任务7基本上相同的运算量。由此，若将核间的运算量相比较，则仅核2比其他核更突出，运算量多。因此，在参考装置中，装置整体的运算速度由核2的运算时间律速。这是指如果能够缩短核2的运算时间，则装置整体的运算速度能够进一步提高。

本发明的实施方式的控制装置是参考装置的改良型，实施用于进一步提高装置整体的运算速度的改良。

首先，从本实施方式的控制装置中实施的改良的要点进行说明。

在前述的式(3)中的传感器值y的项中包含由传递函数Cdis和传递函数Cimc表示的2个因子。这些因子在因子间具有有序性，因此，为了能够进行并行化需要导入延迟时间。但是，由于在传感器值y的项中不包含滞后时间因子，因此，不能如操作量u的项那样从滞后时间因子中取出延迟时间。

因此，在本实施方式中，着眼于以往的控制系统中原来存在的潜在的延迟时间。图2是表示控制系统整体的潜在的延迟时间的细目的示意图的图。如该图所示，在一般的控制系统中，除了控制对象具有的滞后时间(Plant)以外还存在各种延迟。例如，作为起因于硬件的延迟，能举出传感器的延迟(sensor)和A/D变换的延迟(A/D)，作为起因于软件的延迟，能举出平台(platform)的延迟(P/F)和任务起动的延迟(A)、或滞后时间的模型化误差。

一般地，为了将起因于从输入端口读入的传感器值的逐步的项分割为n个因子，需要控制周期T的n-1倍的延迟时间。在因子间配置1控制周期量的延迟因子，在第2个以后的因子的输入中，使用其最跟前的因子的1步长前的输出。由此，各因子能够不用等待其他因子的运算结束而开始运算，因此能够同时并行运算分割后的n个因子。只要新导入的用于并行化的延迟时间比控制系统整体的潜在的延迟时间足够小，则延迟时间的导入对控制性能带来的影响也被抑制为低。在式(3)所示的更新式的情况下，由于传感器值y的项能够分割为2个因子，因此导入的延迟时间可以是1控制周期量。只要是1控制周期量的延迟时间，就相对于潜在的延迟时间足够小，因此对控制性能带来的影响也收敛在误差的范围内。

在该情况下，在实际的控制装置中进行处理的输入值成为使传感器值y延迟了1控制周期量的值。为了抑制由延迟时间的导入带来的对控制性能的影响，优选对与传感器值y的项处于并行的关系的操作量u的项也导入同样的延迟时间。对此，将预测模型的滞后时间修正与导入的延迟时间相应的量，通过将预测模型的传递函数从Me^-Ls修正为Me^-(L+T)s，能够进行对应。另外，与这些修正一致地，干扰补偿器的传递函数Cdis也需要重新设计。将重新设计出的干扰补偿器的传递函数标记为Cdis2。

通过对式(3)加上以上的变更，能够得到由下面的式(4)表示的新的更新式。

[式4]

u＝r*Cimc(s)-y*Cdis2(s)*e^-TsCimc(s)

+u*e^-TsM(s)*e^-Tse^-((L-4T)+T)s*e^-TsCdis(s)*e^-TsCimc(s)…(4)

图1是表示本实施方式的控制装置中的内部模型控制的控制逻辑的框图。图1所示的控制逻辑与上述的式(4)对应。并且，从式(3)和式(4)的关系可知，图1所示的控制逻辑相当于对图4所示的参考装置的控制逻辑进行了修正得到的控制逻辑。此外，在图1所示的控制逻辑中，标注与图4所示的控制逻辑的因子相同的标号的因子，是在结构中与参考装置的控制逻辑的因子相同的因子。

在本实施方式的控制装置中，与参考装置相同，构筑2个闭环。第1闭环，是根据从控制对象2输出的控制量的传感器值y算出校正量，并将该校正量反馈给下一步长的操作量u的闭环。第2闭环，是根据进入控制对象2之前的操作量u算出校正量，并将该校正量反馈给下一步长的操作量u的闭环。

在第2闭环中，按照信号的传递的顺序，排列有第1运算装置41、第2运算装置42、第3运算装置43以及第4运算装置44。其中，第1运算装置41以及第4运算装置44，与图4所示的参考装置的第1运算装置31以及第4运算装置34相同，与参考装置相比没有变更。但是，在第2运算装置42以及第3运算装置43中，包含从参考装置的第2运算装置32以及第3运算装置33进行的变更。在第2运算装置42的控制器24中，使用对参考装置的控制器13具有的滞后时间因子e^-(L-4T)s追加了1控制周期量的延迟因子e^-Ts后的滞后时间因子e^-((L-4T)+T)s。另外，在第3运算装置43的控制器25中使用了修正后的干扰补偿器的传递函数Cdis2。

在第1闭环中，按照信号的传递的顺序，排列有第5运算装置45和第6运算装置46。传感器值输入到第5运算装置45，从第6运算装置46输出对下一步长的操作量u的校正量。第5运算装置45仅包括控制器(Cdis2)23。控制器23与修正后的干扰补偿器对应。另一方面，第6运算装置46包括延迟因子(D)22和控制器(Cimc)17。延迟因子22是使输入的信号延迟1步长而输出的因子。式(4)中的y的项的e^-Ts通过安装时的离散化而置换为延迟因子。通过这样的结构，向控制器17输入1步长前的控制器23的输出。

本实施方式的控制装置安装在多核型的计算装置中。在安装中，IMC滤波器11、第1运算装置41、第2运算装置42、第3运算装置43、第4运算装置44、第5运算装置45、以及第6运算装置46各自由不同的核实现。也就是说，将目标值r变换为操作量u的IMC滤波器的运算、与第2闭环的4个控制器有关的运算、与第1闭环的2个控制器有关的运算分别作为任务被分割，各任务被分配给共7个核。

图3是表示将图1所示的控制逻辑安装在多核型的计算装置的情况下的各控制器的运算的时间性的关系的图。图3中的横轴是时间轴，在时间轴上排列有1步长的处理。在该图中，分配给核1的任务为与IMC滤波器11的运算有关的任务1，其输入为从输入端口读入的目标值r。

将与第1闭环的2个控制器的运算有关的任务进行分配而分配给核2、3。分配给核2的任务为与控制器23的运算有关的任务2，其输入为从输入端口读入的传感器值y。分配给核3的任务为与控制器17的运算有关的任务5。向任务3输入由延迟因子22延迟了1步长的任务2的输出。

将与第2闭环的4个控制器的运算有关的任务进行分配而分配给核4、5、6、7。向分配给核4的与控制器12的运算有关的任务4输入由延迟因子18延迟了1步长的操作量u。向分配给核5的与控制器24的运算有关的任务5输入由延迟因子19延迟了1步长的任务4的输出。向分配给核6的与控制器25的运算有关的任务6输入由延迟因子20延迟了1步长的任务5的输出。并且，向分配给核7的与控制器15的运算有关的任务7输入了由延迟因子21延迟了1步长的任务6的输出。另外，根据任务1、3、7的输出算出与下一步长对应的操作量u′的加减法运算，被分配给某一个核，优选分配给运算量最少的核。在图3的例子中，由核3进行用于操作量u′的算出的加减法运算。

在与步长的开始的同时，从输入端口向任务1读入目标值r，从输入端口向任务2读入传感器值y。另外，在与步长的开始的同时，从延迟因子向任务3、4、5、6、7读入各输出的前次值。其中，在最初的步长中，作为时刻0的初始值而设定的值从延迟因子读入到任务3、4、5、6、7中。不管怎样，全部的核都不需要为了开始任务而等待其他的核中的任务结束，在各步长中，能够同时并行地开始运算。

如以上所述那样，在本实施方式的控制装置中，将反馈传感器值y的第1闭环的运算分配给核2、3，并且将反馈操作量u的第2闭环的运算分配给核4、5、6、7，在包含这些核的全部的核中同时并行地进行运算。在全部的核中进行任务的分配以使得运算量大致均等，因此，任一个核的运算时间不会突出变长。由此，根据本实施方式的控制装置，即使与参考装置相比较，也能够缩短1步长的处理所需要的运算时间，能够进一步提高作为装置整体的运算速度。

此外，本实施方式的控制装置能够将汽车用的内燃机作为控制对象。内燃机既可以是火花点火式发动机，也可以是柴油发动机。例如，如果控制对象为火花点火式发动机，则能够将控制量设为转矩，将操作量设为节流阀(throttle)。另外，如果控制对象为火花点火式发动机，则能够将控制量设为转矩，将操作量设为燃料喷射量。在控制对象为增压发动机的情况下，能够将控制量设为增压压力，将操作量设为废气旁通阀开度或可变喷嘴开度。另外，在控制对象为带有EGR装置的发动机的情况下，能够将控制量设为EGR率，将操作量设为EGR开度。

在控制对象为内燃机的情况下，控制装置的控制周期T，还能够与内燃机的燃烧循环同步而变更。当然，控制装置的控制周期T也可以为固定值。例如，也可以以内燃机的最大允许转速时的燃烧循环为基准来设定控制周期T。

进而，本实施方式的控制装置的控制对象并不限定于内燃机。例如，也能够应用到内燃机和电动马达组合而成的混合系统、燃料电池系统。本实施方式的控制装置适合要求实时的在线控制的控制对象、特别适合移动体的动力装置的控制，作为搭载于移动体的控制装置特别有用。当然，本实施方式的控制装置不限于移动体的动力装置，能够应用于固定式设备也包含在内的宽范围的控制对象。

但是，本发明不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进行各种变形来实施。例如，与内部模型控制有关的传递函数如果都为线性传递函数，则第5运算装置45的控制器23和第6运算装置46的控制器17能够调换。另外，第1至第4运算装置41、42、43、44具有的各控制器12、24、25、15也能够互相调换。

另外，第1闭环的延迟因子22使输入延迟的步长数，如上述的实施方式那样优选1步长，但是也能够将延迟步长数设为多个步长。同样地，第2闭环的各延迟因子18、19、20、21使输入延迟的步长数，如上述的实施方式那样，优选1步长，但是通过调整控制器24具有的滞后时间，也能够将延迟步长数设为多个步长。在该情况下，由延迟因子17、18、19产生的总延迟时间和控制器12具有的滞后时间的合计时间与控制对象2具有的滞后时间和由第1闭环的延迟因子22产生的延迟时间的合计时间相等即可。

在上述的实施方式中，将本发明应用到通过内部模型控制而决定控制对象的操作量的控制装置，但是，能够应用本发明的控制算法并不限定于内部模型控制。除了内部模型控制和可等效变换的基于史密斯法的控制之外，还能够应用到PI控制、PID控制等各种反馈控制。

标号说明

2 控制对象

11 IMC 滤波器

12、15、17、23、24、25 控制器

18、19、20、21、22 延迟因子

41、42、43、44、45、46 运算装置

Claims (7)

1.一种控制装置，通过反馈控制决定控制对象的操作量，以使得所述控制对象的控制量接近目标值，其特征在于，

具备并行工作的多个运算装置，

所述多个运算装置构成为，在运算装置间按顺序传递信号，向信号的传递的顺序中最初的运算装置输入所述控制量的传感器值，从信号的传递的顺序中最后的运算装置输出对所述操作量的校正量，

所述最初的运算装置具有处理所述控制量的传感器值而得到输出的控制器，

所述最初的运算装置以外的运算装置具有：使输入延迟预定步长的延迟因子、和处理由所述延迟因子延迟了的输入而得到输出的控制器。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述控制装置安装于具有多个核的多核处理器，

对所述多个运算装置的每一个使用不同的核。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

所述多个运算装置构成为，使控制设备的运算量在运算装置间均等。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其特征在于，

所述控制装置构成为，通过内部模型控制决定所述控制对象的操作量，

所述多个运算装置具有的控制器的某一个包含IMC滤波器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置，其特征在于，

所述控制装置构成为，通过内部模型控制决定所述控制对象的操作量，

所述多个运算装置具有的控制器的某一个包含干扰补偿器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置，其特征在于，

所述控制对象为内燃机，所述控制装置的控制周期以所述内燃机的最大允许转速时的燃烧循环为基准而设定。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置，其特征在于，

所述控制对象为内燃机，所述控制装置的控制周期与所述内燃机的燃烧循环同步而变更。