JP2003150202A - 制御装置 - Google Patents
制御装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 制御対象出力の目標値に対する制御対象出力
のオーバーシュートおよびアンダーシュートを防止可能
な制御装置を提供する。 【解決手段】 制御対象制御手段と、制御対象出力検知
手段と、制御対象出力目標値設定手段と、制御対象への
制御量の入力を演算する制御入力演算手段とを備え、制
御対象出力目標値と制御対象出力値を参照することによ
り制御入力演算手段によって算出される制御入力に基づ
いて、制御対象制御手段により制御対象を制御する制御
装置において、制御入力演算手段では、制御対象出力目
標値と制御対象出力値との偏差が制御入力演算されると
ともに、その演算の積分演算に、制御対象出力目標値と
制御対象出力値と今回および前回の制御入力値とを参照
することにより判定される、前回演算値保持を含む制限
が加えられることを特徴とする制御装置。
のオーバーシュートおよびアンダーシュートを防止可能
な制御装置を提供する。 【解決手段】 制御対象制御手段と、制御対象出力検知
手段と、制御対象出力目標値設定手段と、制御対象への
制御量の入力を演算する制御入力演算手段とを備え、制
御対象出力目標値と制御対象出力値を参照することによ
り制御入力演算手段によって算出される制御入力に基づ
いて、制御対象制御手段により制御対象を制御する制御
装置において、制御入力演算手段では、制御対象出力目
標値と制御対象出力値との偏差が制御入力演算されると
ともに、その演算の積分演算に、制御対象出力目標値と
制御対象出力値と今回および前回の制御入力値とを参照
することにより判定される、前回演算値保持を含む制限
が加えられることを特徴とする制御装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、制御装置に関し、
とくに、目標値に応じて制御入力値を演算および出力す
るに際し、ＰＩＤ演算を伴うフィードバック制御により
制御対象を制御するようにした制御装置に関する。
とくに、目標値に応じて制御入力値を演算および出力す
るに際し、ＰＩＤ演算を伴うフィードバック制御により
制御対象を制御するようにした制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＰＩＤ制御装置は、たとえば図
１に示すような構成を有する。すなわち、制御対象１を
制御する制御対象制御手段２への制御入力Ｕを、制御対
象出力目標値設定手段３からの目標値Ｒと制御対象出力
検出手段４により検出される制御対象出力検出値Ｙによ
り、ＰＩＤ制御器５を含む制御入力演算手段６によって
演算し、目標値に応じて制御対象１を制御するようにし
ている。
１に示すような構成を有する。すなわち、制御対象１を
制御する制御対象制御手段２への制御入力Ｕを、制御対
象出力目標値設定手段３からの目標値Ｒと制御対象出力
検出手段４により検出される制御対象出力検出値Ｙによ
り、ＰＩＤ制御器５を含む制御入力演算手段６によって
演算し、目標値に応じて制御対象１を制御するようにし
ている。
【０００３】すなわち、制御入力演算は、たとえば図３
に示すように、制御対象出力（検出値）Ｙと制御対象出
力目標値Ｒとの偏差から、制御入力ＵのＰＩＤ演算を、 Ｕ＝ＵP ＋ＵI ＋ＵD により行うようにしている。ここで、 ＵP ：比例演算項 ＵI ：積分演算項 ＵD ：微分演算項 である。
に示すように、制御対象出力（検出値）Ｙと制御対象出
力目標値Ｒとの偏差から、制御入力ＵのＰＩＤ演算を、 Ｕ＝ＵP ＋ＵI ＋ＵD により行うようにしている。ここで、 ＵP ：比例演算項 ＵI ：積分演算項 ＵD ：微分演算項 である。
【０００４】ところが、単にこのような一般的な構成で
は、目標値に対し、制御対象出力Ｙがオーバーシュート
およびアンダーシュートすることがある。また、制御入
力演算の段階においても、過渡応答がオーバーシュート
することがある。さらに、制御対象に飽和特性が存在す
る場合、たとえば、制御対象としてのアクチュエータや
駆動回路に飽和特性が存在する場合、ワインドアップと
呼ばれる振動や行き過ぎ現象が生じることがあるが、こ
れを防止あるいは抑制するためにアンチワインドアップ
コントローラと呼ばれるＰＩＤ制御装置を構成しようと
する場合、そのためのＰＩＤ演算の積分演算動作の的確
な判定が難しいという問題がある。
は、目標値に対し、制御対象出力Ｙがオーバーシュート
およびアンダーシュートすることがある。また、制御入
力演算の段階においても、過渡応答がオーバーシュート
することがある。さらに、制御対象に飽和特性が存在す
る場合、たとえば、制御対象としてのアクチュエータや
駆動回路に飽和特性が存在する場合、ワインドアップと
呼ばれる振動や行き過ぎ現象が生じることがあるが、こ
れを防止あるいは抑制するためにアンチワインドアップ
コントローラと呼ばれるＰＩＤ制御装置を構成しようと
する場合、そのためのＰＩＤ演算の積分演算動作の的確
な判定が難しいという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、制御対象出力の目標値に対する制御対象出力のオー
バーシュートおよびアンダーシュートを防止することに
あり、そのために、とくに制御入力演算の積分に対し
て、最適な積分演算停止・更新条件を与えて積分演算動
作を制御するために適切な判定を行うことができるよう
にした制御装置を提供することにある。
は、制御対象出力の目標値に対する制御対象出力のオー
バーシュートおよびアンダーシュートを防止することに
あり、そのために、とくに制御入力演算の積分に対し
て、最適な積分演算停止・更新条件を与えて積分演算動
作を制御するために適切な判定を行うことができるよう
にした制御装置を提供することにある。
【０００６】また同時に、本発明の課題は、上記制御装
置を用いて、制御対象に飽和特性が存在するために生じ
るワインドアップ現象を適切に抑制可能なアンチワイン
ドアップコントローラを容易に構成できるようにするこ
とにある。
置を用いて、制御対象に飽和特性が存在するために生じ
るワインドアップ現象を適切に抑制可能なアンチワイン
ドアップコントローラを容易に構成できるようにするこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る制御装置は、制御対象を制御する制御
対象制御手段と、制御対象の出力を検知する制御対象出
力検知手段と、制御対象出力の目標値を設定する制御対
象出力目標値設定手段と、制御対象への制御量の入力を
演算する（たとえば、ＰＩＤ演算する）、少なくとも積
分演算を含む制御入力演算手段とを備え、制御対象出力
目標値設定手段により設定された制御対象出力の目標値
と、制御対象出力検知手段により検知された制御対象出
力値を参照することにより制御入力演算手段によって算
出される制御入力に基づいて、制御対象制御手段により
制御対象を制御する制御装置において、前記制御入力演
算手段では、制御対象出力目標値と制御対象出力値との
偏差が前記制御入力演算されるとともに、その演算の積
分演算に、制御対象出力目標値と制御対象出力値と今回
および前回の制御入力値とを参照することにより判定さ
れる、前回演算値保持を含む制限が加えられることを特
徴とするものからなる。
に、本発明に係る制御装置は、制御対象を制御する制御
対象制御手段と、制御対象の出力を検知する制御対象出
力検知手段と、制御対象出力の目標値を設定する制御対
象出力目標値設定手段と、制御対象への制御量の入力を
演算する（たとえば、ＰＩＤ演算する）、少なくとも積
分演算を含む制御入力演算手段とを備え、制御対象出力
目標値設定手段により設定された制御対象出力の目標値
と、制御対象出力検知手段により検知された制御対象出
力値を参照することにより制御入力演算手段によって算
出される制御入力に基づいて、制御対象制御手段により
制御対象を制御する制御装置において、前記制御入力演
算手段では、制御対象出力目標値と制御対象出力値との
偏差が前記制御入力演算されるとともに、その演算の積
分演算に、制御対象出力目標値と制御対象出力値と今回
および前回の制御入力値とを参照することにより判定さ
れる、前回演算値保持を含む制限が加えられることを特
徴とするものからなる。
【０００８】上記制限制御のより具体的な態様として、
たとえば、上記制御入力演算手段において、制御対象へ
の制御入力演算値が上限値または下限値に到達したとき
あるいはそれらを越えたとき、上記演算の前回積分演算
値が保持されるようにし、その積分演算値の保持解除に
ついては、（ａ）制御入力演算値が上限値に到達したと
きあるいはそれらを越えたときの積分演算値の保持解除
は、制御入力値の今回値が前回値より小さく、かつ、制
御対象出力値が制御対象出力目標値以上となった場合
に、（ｂ）制御入力演算値が下限値に到達したときある
いはそれらを越えたときの積分演算値の保持解除は、制
御入力値の今回値が前回値より大きく、かつ、制御対象
出力値が制御対象出力目標値以下となった場合に、それ
ぞれ行うようにすることができる。
たとえば、上記制御入力演算手段において、制御対象へ
の制御入力演算値が上限値または下限値に到達したとき
あるいはそれらを越えたとき、上記演算の前回積分演算
値が保持されるようにし、その積分演算値の保持解除に
ついては、（ａ）制御入力演算値が上限値に到達したと
きあるいはそれらを越えたときの積分演算値の保持解除
は、制御入力値の今回値が前回値より小さく、かつ、制
御対象出力値が制御対象出力目標値以上となった場合
に、（ｂ）制御入力演算値が下限値に到達したときある
いはそれらを越えたときの積分演算値の保持解除は、制
御入力値の今回値が前回値より大きく、かつ、制御対象
出力値が制御対象出力目標値以下となった場合に、それ
ぞれ行うようにすることができる。
【０００９】このような本発明に係る制御装置において
は、制御入力演算値の演算の際に、つまり、制御対象出
力目標値と制御対象出力値との偏差が制御入力演算され
る際に、制御入力演算値が通常の制御可能範囲内にある
ときには、そのとき演算された制御入力演算値に更新さ
れてその制御入力演算値に基づいて制御対象が制御され
るが、制御入力演算値が通常の制御可能範囲内から外れ
た場合には、その不適切な制御入力演算値に基づいて制
御が行われないように、使用される制御入力値として前
回の制御入力演算値に保持される。したがって、過大
な、あるいは過小な制御入力演算値が実際に使用される
ことはなく、制御対象出力はオーバーシュート、アンダ
ーシュートすることなく、的確に目標値に制御すること
が可能になる。また、制御対象に飽和特性が存在する場
合にも、ワインドアップ現象を抑制することが可能にな
る。
は、制御入力演算値の演算の際に、つまり、制御対象出
力目標値と制御対象出力値との偏差が制御入力演算され
る際に、制御入力演算値が通常の制御可能範囲内にある
ときには、そのとき演算された制御入力演算値に更新さ
れてその制御入力演算値に基づいて制御対象が制御され
るが、制御入力演算値が通常の制御可能範囲内から外れ
た場合には、その不適切な制御入力演算値に基づいて制
御が行われないように、使用される制御入力値として前
回の制御入力演算値に保持される。したがって、過大
な、あるいは過小な制御入力演算値が実際に使用される
ことはなく、制御対象出力はオーバーシュート、アンダ
ーシュートすることなく、的確に目標値に制御すること
が可能になる。また、制御対象に飽和特性が存在する場
合にも、ワインドアップ現象を抑制することが可能にな
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態を、図面を参照しながら説明する。本発明において
は、制御全体の構成は図１に示したものと同じであるの
で、前述の図１についての説明に準じる。本発明におい
ては、少なくとも積分演算を含む制御入力演算手段が、
たとえば図２に示すように構成される。
形態を、図面を参照しながら説明する。本発明において
は、制御全体の構成は図１に示したものと同じであるの
で、前述の図１についての説明に準じる。本発明におい
ては、少なくとも積分演算を含む制御入力演算手段が、
たとえば図２に示すように構成される。
【００１１】図２において、制御対象出力目標値設定手
段３（図１参照）により設定された制御対象出力目標値
Ｒと、制御対象出力検出手段４（図１参照）により検出
される制御対象出力（検出値）Ｙとの偏差（Ｒ−Ｙ）に
ついて、制御入力演算手段１１によって制御入力ＵがＰ
ＩＤ演算され、演算された制御入力に基づいて制御対象
１が制御される。
段３（図１参照）により設定された制御対象出力目標値
Ｒと、制御対象出力検出手段４（図１参照）により検出
される制御対象出力（検出値）Ｙとの偏差（Ｒ−Ｙ）に
ついて、制御入力演算手段１１によって制御入力ＵがＰ
ＩＤ演算され、演算された制御入力に基づいて制御対象
１が制御される。
【００１２】この制御入力演算手段１１による制御入力
ＵのＰＩＤ演算の積分演算は、次のような条件付き動作
を伴い、条件によって次のような演算判定動作が行わ
れ、所定の制限が加えられる。制御入力演算値Ｕが、通
常条件（実用条件）の範囲内にあるときには、すなわ
ち、制御入力演算値が制御対象に対して入力可能な場合
で、制御対象を実際に制御可能な上限値Ｕｍａｘと下限
値Ｕｍｉｎの間にある次式を満たしているときには、積
分項ＵI は演算された積分項ＵI ’に更新され、それに
基づいた制御入力により制御対象１が制御される。Ｕｍ
ｉｎ＜Ｕ＜Ｕｍａｘのとき（通常条件）、 ＵI ＝ＵI ’（更新）
ＵのＰＩＤ演算の積分演算は、次のような条件付き動作
を伴い、条件によって次のような演算判定動作が行わ
れ、所定の制限が加えられる。制御入力演算値Ｕが、通
常条件（実用条件）の範囲内にあるときには、すなわ
ち、制御入力演算値が制御対象に対して入力可能な場合
で、制御対象を実際に制御可能な上限値Ｕｍａｘと下限
値Ｕｍｉｎの間にある次式を満たしているときには、積
分項ＵI は演算された積分項ＵI ’に更新され、それに
基づいた制御入力により制御対象１が制御される。Ｕｍ
ｉｎ＜Ｕ＜Ｕｍａｘのとき（通常条件）、 ＵI ＝ＵI ’（更新）
【００１３】制御入力演算値Ｕが制御対象への制御入力
として実用の範囲外（制御入力演算値が制御対象に対し
て入力不可能な場合）であるときには、積分項は以下の
条件により、更新、保持動作を行う。つまり、保持動作
の場合には、制限が加えられることになる。
として実用の範囲外（制御入力演算値が制御対象に対し
て入力不可能な場合）であるときには、積分項は以下の
条件により、更新、保持動作を行う。つまり、保持動作
の場合には、制限が加えられることになる。
【００１４】制御対象への制御入力演算値Ｕが上限値Ｕ
ｍａｘに到達したときあるいはそれらを越えたとき、す
なわち、 Ｕ≧Ｕｍａｘ の条件のときには、 Ｕ（今回値）≧Ｕ（前回値） の場合、 ＵI （今回値）＝ＵI （前回値） として、ＰＩＤ演算の前回積分演算値が保持され、過大
な演算値とならないように制限が加えられ、それに基づ
いた制御入力により制御対象１が制御される。
ｍａｘに到達したときあるいはそれらを越えたとき、す
なわち、 Ｕ≧Ｕｍａｘ の条件のときには、 Ｕ（今回値）≧Ｕ（前回値） の場合、 ＵI （今回値）＝ＵI （前回値） として、ＰＩＤ演算の前回積分演算値が保持され、過大
な演算値とならないように制限が加えられ、それに基づ
いた制御入力により制御対象１が制御される。
【００１５】この前回積分演算値の保持による制限の解
除は、Ｕ（今回値）＜Ｕ（前回値）でかつ、 Ｙ≧Ｒ の場合、保持を解除して、 ＵI ＝ＵI ’ として積分項ＵI は演算された積分項ＵI ’に更新さ
れ、それに基づいた制御入力により制御対象１が制御さ
れる。
除は、Ｕ（今回値）＜Ｕ（前回値）でかつ、 Ｙ≧Ｒ の場合、保持を解除して、 ＵI ＝ＵI ’ として積分項ＵI は演算された積分項ＵI ’に更新さ
れ、それに基づいた制御入力により制御対象１が制御さ
れる。
【００１６】制御対象への制御入力演算値Ｕが下限値Ｕ
ｍｉｎに到達したときあるいはそれらを越えたとき、す
なわち、 Ｕ≦Ｕｍｉｎ の条件のときには、 Ｕ（今回値）≦Ｕ（前回値） の場合、 ＵI （今回値）＝ＵI （前回値） として、ＰＩＤ演算の前回積分演算値が保持され、過小
な演算値とならないように制限が加えられ、それに基づ
いた制御入力により制御対象１が制御される。
ｍｉｎに到達したときあるいはそれらを越えたとき、す
なわち、 Ｕ≦Ｕｍｉｎ の条件のときには、 Ｕ（今回値）≦Ｕ（前回値） の場合、 ＵI （今回値）＝ＵI （前回値） として、ＰＩＤ演算の前回積分演算値が保持され、過小
な演算値とならないように制限が加えられ、それに基づ
いた制御入力により制御対象１が制御される。
【００１７】この前回積分演算値の保持による制限の解
除は、 Ｕ（今回値）＞Ｕ（前回値）でかつ、 Ｙ≦Ｒ の場合、保持を解除して、 ＵI ＝ＵI ’ として積分項ＵI は演算された積分項ＵI ’に更新さ
れ、それに基づいた制御入力により制御対象１が制御さ
れる。
除は、 Ｕ（今回値）＞Ｕ（前回値）でかつ、 Ｙ≦Ｒ の場合、保持を解除して、 ＵI ＝ＵI ’ として積分項ＵI は演算された積分項ＵI ’に更新さ
れ、それに基づいた制御入力により制御対象１が制御さ
れる。
【００１８】このような積分判定動作にしたがい積分演
算が制限されることにより、ＰＩＤ演算による制御入力
演算値Ｕが過大あるいは過小な値となることが防止さ
れ、不適切な制御入力が発せられることが防止されて、
制御対象出力の目標値に対する制御対象出力のオーバー
シュートおよびアンダーシュートの発生が防止される。
算が制限されることにより、ＰＩＤ演算による制御入力
演算値Ｕが過大あるいは過小な値となることが防止さ
れ、不適切な制御入力が発せられることが防止されて、
制御対象出力の目標値に対する制御対象出力のオーバー
シュートおよびアンダーシュートの発生が防止される。
【００１９】また、制御対象に飽和特性が存在する場合
にあっても、上記演算判定動作を含む制御により、制御
対象への制御入力が常に適切な範囲内の値に保たれるこ
とになり、制御対象に飽和特性が存在するために生じる
ワインドアップ現象が適切に抑制され、そのためのアン
チワインドアップコントローラが容易に構成できるよう
になる。
にあっても、上記演算判定動作を含む制御により、制御
対象への制御入力が常に適切な範囲内の値に保たれるこ
とになり、制御対象に飽和特性が存在するために生じる
ワインドアップ現象が適切に抑制され、そのためのアン
チワインドアップコントローラが容易に構成できるよう
になる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の制御装置
によれば、簡便な構成でありながら、制御対象出力のオ
ーバーシュートおよびアンダーシュートを効率よく防止
でき、制御対象出力を安定した過渡状態にて精度良く目
標値に制御できるようになる。また、この制御装置の構
成を用いて、所望のアンチワインドアップコントローラ
を容易に構成することもできる。
によれば、簡便な構成でありながら、制御対象出力のオ
ーバーシュートおよびアンダーシュートを効率よく防止
でき、制御対象出力を安定した過渡状態にて精度良く目
標値に制御できるようになる。また、この制御装置の構
成を用いて、所望のアンチワインドアップコントローラ
を容易に構成することもできる。
【図１】本発明に係る制御装置および従来の制御装置に
おける基本構成を示すブロック図である。
おける基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施態様に係る制御装置の主要部の
ブロック図である。
ブロック図である。
【図３】従来の制御装置のブロック図である。
１ 制御対象
２ 制御対象制御手段
３ 制御対象出力目標値設定手段
４ 制御対象出力検出手段
５ ＰＩＤ制御器
６、１１ 制御入力演算手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 菅原 啓
群馬県伊勢崎市寿町20番地 サンデン株式
会社内
Ｆターム(参考） 5H004 GA01 GA03 GA11 KA52 KB02
KB04 KB06 LB05
Claims (2)
- 【請求項１】 制御対象を制御する制御対象制御手段
と、制御対象の出力を検知する制御対象出力検知手段
と、制御対象出力の目標値を設定する制御対象出力目標
値設定手段と、制御対象への制御量の入力を演算する、
少なくとも積分演算を含む制御入力演算手段とを備え、
制御対象出力目標値設定手段により設定された制御対象
出力の目標値と、制御対象出力検知手段により検知され
た制御対象出力値を参照することにより制御入力演算手
段によって算出される制御入力に基づいて、制御対象制
御手段により制御対象を制御する制御装置において、前
記制御入力演算手段では、制御対象出力目標値と制御対
象出力値との偏差が前記制御入力演算されるとともに、
その演算の積分演算に、制御対象出力目標値と制御対象
出力値と今回および前回の制御入力値とを参照すること
により判定される、前回演算値保持を含む制限が加えら
れることを特徴とする制御装置。 - 【請求項２】 前記制御入力演算手段においては、制御
対象への制御入力演算値が上限値または下限値に到達し
たときあるいはそれらを越えたとき、前記演算の前回積
分演算値が保持され、その積分演算値の保持解除を、
（ａ）制御入力演算値が上限値に到達したときあるいは
それらを越えたときの積分演算値の保持解除は、制御入
力値の今回値が前回値より小さく、かつ、制御対象出力
値が制御対象出力目標値以上となった場合に、（ｂ）制
御入力演算値が下限値に到達したときあるいはそれらを
越えたときの積分演算値の保持解除は、制御入力値の今
回値が前回値より大きく、かつ、制御対象出力値が制御
対象出力目標値以下となった場合に、それぞれ行うこと
を特徴とする、請求項１の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001351394A JP2003150202A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | 制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001351394A JP2003150202A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | 制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003150202A true JP2003150202A (ja) | 2003-05-23 |
Family
ID=19163713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001351394A Pending JP2003150202A (ja) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | 制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003150202A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015093175A1 (ja) * | 2013-12-20 | 2015-06-25 | 日産自動車株式会社 | 電動機の制御装置および電動機の制御方法 |
-
2001
- 2001-11-16 JP JP2001351394A patent/JP2003150202A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015093175A1 (ja) * | 2013-12-20 | 2015-06-25 | 日産自動車株式会社 | 電動機の制御装置および電動機の制御方法 |
| JPWO2015093175A1 (ja) * | 2013-12-20 | 2017-03-16 | 日産自動車株式会社 | 電動機の制御装置および電動機の制御方法 |
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