JP2008282159A - Multi-input/multi-output-system control device - Google Patents

Multi-input/multi-output-system control device Download PDF

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Yukio Kuroda
幸男 黒田
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Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To excellently handle a problem of a multi-input/multi-output control system by use of a comparatively simple linear model with respect to a multi-input/multi-output-system control device. <P>SOLUTION: The linear model 50 with a current Ib applied to a secondary battery 28 and a cooling temperature Tc for cooling the secondary battery 28 as model input information and with a battery temperature Tb and battery power Pb of the secondary battery 28 as model output information is constructed inside an ECU (Electronic Control Unit) 30. A model parameter a11 or the like inside a linear expression (refer to an expression (1)) expressing the linear model 50 is acquired by sequential learning using the linear expression. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、多入力多出力の制御系を扱うのに適した多入力多出力系の制御装置に関する。   The present invention relates to a multi-input multi-output control apparatus suitable for handling a multi-input multi-output control system.

従来、例えば特許文献1には、多入力多出力の制御系の特性を学習するニューラルネットモデルを備えた自律移動ロボット走行制御装置が開示されている。この従来の技術では、ニューラルネットモデルを用いて、自律移動ロボットの速度や角速度の目標値を実現できるように当該速度や角速度を制御している。   Conventionally, for example, Patent Document 1 discloses an autonomous mobile robot travel control device including a neural network model that learns the characteristics of a control system with multiple inputs and multiple outputs. In this conventional technique, the speed and angular velocity are controlled using a neural network model so that the target value of the speed and angular velocity of the autonomous mobile robot can be realized.

特開平6−337713号公報JP-A-6-337713 WO2003/103164号公報WO2003 / 103164 特開平7−59269号公報JP-A-7-59269 特開2006−105821号公報JP 2006-105821 A 特開平8−147038号公報JP-A-8-147038 特開平7−83949号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-83949 特開2005−233346号公報JP 2005-233346 A

ところで、ニューラルネットモデルには、非線形な要素が含まれる。このため、ニューラルネットモデルを用いる制御手法によれば、良好な制御精度を得ることはできるものの、学習時間を多く必要とするとともに、当該ニューラルネットモデルがコンピュータ(ECU)のリソース(ROMやRAM)を多く占めてしまう。   By the way, the neural network model includes nonlinear elements. For this reason, according to the control method using the neural network model, although good control accuracy can be obtained, a long learning time is required and the neural network model is a resource (ROM or RAM) of the computer (ECU). Will occupy a lot.

ニューラルネットモデルには、上記のような問題点がある。このため、多入力多出力の制御系の制御対象を、簡素な線形モデルによって記述することができれば良いのであるが、従来の線形モデルでは、多入力多出力の制御系に対して、有効なモデルの構築、制御が困難とされていた。   The neural network model has the above problems. For this reason, it is only necessary to describe the control target of a multi-input multi-output control system using a simple linear model, but the conventional linear model is an effective model for a multi-input multi-output control system. It was difficult to construct and control.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、比較的簡便な線形モデルを用いて、多入力多出力の制御系の問題を良好に扱えるようにした多入力多出力系の制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and uses a relatively simple linear model to make it possible to satisfactorily handle the problems of a multi-input multi-output control system. An object of the present invention is to provide a control device.

第1の発明は、複数の入出力を扱う線形モデルを備える多入力多出力系の制御装置であって、
前記線形モデルは、学習対象となるモデルパラメータを係数とする複数のモデル入力情報の現在値と、学習対象となる他のモデルパラメータを係数とする複数のモデル入力情報の過去値と、学習対象となる他のモデルパラメータを係数とする複数のモデル出力情報の現在値と、学習対象となる他のモデルパラメータを係数とする複数のモデル出力情報の過去値との和によって、所定時間経過後の前記複数のモデル出力情報を表した線形式を含み、
前記多入力多出力系の制御装置は、
前記複数のモデル入力情報および前記複数のモデル出力情報を取得するモデル入出力情報取得手段と、
前記複数のモデル入力情報および前記複数のモデル出力情報が代入された所定サンプリング周期分の前記線形式に基づいて、前記モデルパラメータを算出するパラメータ算出手段と、
を備えることを特徴とする。
A first invention is a control device for a multi-input multi-output system including a linear model that handles a plurality of inputs and outputs,
The linear model includes a current value of a plurality of model input information whose coefficients are model parameters to be learned, a past value of a plurality of model input information whose coefficients are other model parameters to be learned, and a learning target. The sum of the current value of a plurality of model output information using the other model parameter as a coefficient and the past value of the plurality of model output information using the other model parameter as a coefficient as a coefficient, Includes line formats representing multiple model output information,
The control device of the multi-input multi-output system is
Model input / output information acquisition means for acquiring the plurality of model input information and the plurality of model output information;
Parameter calculation means for calculating the model parameter based on the linear format for a predetermined sampling period into which the plurality of model input information and the plurality of model output information are substituted,
It is characterized by providing.

また、第2の発明は、第1の発明において、前記多入力多出力系の制御装置は、
所定時間経過後に目標モデル出力値に到達するまでのシステムの応答性を定める評価関数を表した式と前記線形式とから導出された制御式に基づいて、前記目標モデル出力値が得られるようにするための前記モデル入力情報を算出する制御量算出手段と、
前記制御量算出手段によって算出された前記モデル入力情報となるように当該モデル入力情報を制御する制御手段と、
を更に備えることを特徴とする。
In a second aspect based on the first aspect, the multi-input / multi-output system control device comprises:
The target model output value is obtained based on a control expression derived from an equation representing an evaluation function that determines the responsiveness of the system until the target model output value is reached after a predetermined time has elapsed and the linear form. Control amount calculation means for calculating the model input information for
Control means for controlling the model input information so as to be the model input information calculated by the control amount calculation means;
Is further provided.

また、第3の発明は、第1または第2の発明において、前記多入力多出力系の制御装置は、二次電池の状態を制御する制御装置であって、
前記モデル入力情報は、前記二次電池の状態を決めるためのパラメータであって、
前記モデル出力情報は、前記二次電池の状態を示すパラメータであることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the multi-input multi-output system control device controls a state of a secondary battery,
The model input information is a parameter for determining the state of the secondary battery,
The model output information is a parameter indicating a state of the secondary battery.

また、第4の発明は、第3の発明において、前記二次電池の状態を決めるためのパラメータは、前記二次電池の充電電流、当該二次電池の放電電流、および当該二次電池の冷却温度であって、
前記二次電池の状態を示すパラメータは、前記二次電池の電力、当該二次電池の温度、および当該二次電池の充電量であることを特徴とする。
In a fourth aspect based on the third aspect, the parameters for determining the state of the secondary battery are the charging current of the secondary battery, the discharging current of the secondary battery, and the cooling of the secondary battery. Temperature,
The parameters indicating the state of the secondary battery are the power of the secondary battery, the temperature of the secondary battery, and the charge amount of the secondary battery.

また、第5の発明は、第1または第2の発明において、前記多入力多出力系の制御装置は、電動機を制御する制御装置であって、
前記モデル入力情報は、前記電動機の運転状態を決めるためのパラメータであって、
前記モデル出力情報は、前記電動機の運転状態を示すパラメータであることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first or second aspect, the multi-input multi-output system control device is a control device for controlling an electric motor,
The model input information is a parameter for determining the operating state of the electric motor,
The model output information is a parameter indicating an operating state of the electric motor.

また、第6の発明は、第1または第2の発明において、前記多入力多出力系の制御装置は、自律移動ロボットを制御する制御装置であって、
前記モデル入力情報は、前記自律移動ロボットの運転状態や進路を決めるためのパラメータであって、
前記モデル出力情報は、前記自律移動ロボットの運転状態や進路を示すパラメータであることを特徴とする。
In a sixth aspect based on the first or second aspect, the multi-input multi-output system control device is a control device for controlling an autonomous mobile robot,
The model input information is a parameter for determining the driving state and course of the autonomous mobile robot,
The model output information is a parameter indicating a driving state or a course of the autonomous mobile robot.

第1の発明によれば、線形モデルを、モデルパラメータの逐次学習によって、システムの経時変化などの状態変化やシステムを取り巻く環境変化に適応させることが可能となる。このため、本発明によれば、比較的簡便な線形モデルを用いて、多入力多出力の制御系の問題を良好に扱えるようになる。   According to the first invention, the linear model can be adapted to state changes such as changes in the system over time and environmental changes surrounding the system by sequential learning of model parameters. For this reason, according to the present invention, it is possible to satisfactorily handle the problem of a multi-input multi-output control system using a relatively simple linear model.

第2の発明によれば、逐次学習されたモデルパラメータが反映(すなわち、システムの状態が反映)された制御式に基づいて、現時刻から所定時間経過後における目標モデル出力値に満足させるために現時点で必要とされる複数のモデル入力情報が算出される。そして、当該モデル入力情報となるように所定のアクチュエータが制御される。このように、本発明によれば、線形モデルを利用した適応制御によって、目標値に対して円滑かつ精度の良い制御を実現することができる。   According to the second aspect of the present invention, in order to satisfy the target model output value after a predetermined time has elapsed from the current time, based on the control expression in which the sequentially learned model parameters are reflected (that is, the system state is reflected). A plurality of model input information required at the present time is calculated. And a predetermined actuator is controlled so that it may become the model input information concerned. Thus, according to the present invention, smooth and accurate control can be realized for the target value by adaptive control using a linear model.

第3の発明によれば、多入力多出力の二次電池の制御系において、線形モデルを利用した適応制御によって、目標値に対して円滑かつ精度の良い制御を実現することができる。   According to the third aspect of the present invention, in the control system for a secondary battery with multiple inputs and multiple outputs, smooth and accurate control can be realized with respect to the target value by adaptive control using a linear model.

第4の発明によれば、二次電池の充電電流、放電電流、および冷却温度をモデル入力情報とし、当該二次電池の電力、温度、および充電量をモデル出力情報としたことで、二次電池を目標値に対して円滑かつ精度良く制御することが可能となる。   According to the fourth invention, the secondary battery charging current, discharging current, and cooling temperature are used as model input information, and the secondary battery power, temperature, and charge amount are used as model output information. The battery can be controlled smoothly and accurately with respect to the target value.

第5の発明によれば、多入力多出力の電動機の制御系において、線形モデルを利用した適応制御によって、目標値に対して円滑かつ精度の良い制御を実現することができる。   According to the fifth aspect of the present invention, smooth and accurate control can be realized with respect to the target value by adaptive control using a linear model in a control system for a multi-input multi-output motor.

第6の発明によれば、多入力多出力の自律移動ロボットの制御系において、線形モデルを利用した適応制御によって、目標値に対して円滑かつ精度の良い制御を実現することができる。   According to the sixth invention, in the control system of a multi-input multi-output autonomous mobile robot, it is possible to realize smooth and accurate control over the target value by adaptive control using a linear model.

実施の形態1.
[システム構成]
図1は、本発明の実施の形態1における多入力多出力系の制御装置が適用されたハイブリッド車両の駆動システムを説明するための図である。この駆動システム10は、車両の動力源として内燃機関12と車両駆動用モータ(以下、単に「モータ」)14とを備えている。また、駆動システム10は、駆動力の供給を受けて電力を発生する発電機16も備えている。
Embodiment 1 FIG.
[System configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a hybrid vehicle drive system to which a multi-input multi-output control device according to Embodiment 1 of the present invention is applied. The drive system 10 includes an internal combustion engine 12 and a vehicle drive motor (hereinafter simply “motor”) 14 as a power source of the vehicle. The drive system 10 also includes a generator 16 that receives power and generates electric power.

内燃機関12、モータ14、および発電機16は、動力分割機構18を介して相互に連結されている。動力分割機構18につながるモータ14の回転軸には、減速機20が接続されている。減速機20は、モータ14の回転軸と駆動輪22につながる駆動軸24とを連結している。動力分割機構18は、内燃機関12の駆動力を発電機16側と減速機20側とに分割する装置である。   The internal combustion engine 12, the motor 14, and the generator 16 are connected to each other via a power split mechanism 18. A reduction gear 20 is connected to the rotating shaft of the motor 14 connected to the power split mechanism 18. The speed reducer 20 connects the rotation shaft of the motor 14 and the drive shaft 24 connected to the drive wheels 22. The power split mechanism 18 is a device that splits the driving force of the internal combustion engine 12 into the generator 16 side and the speed reducer 20 side.

モータ14および発電機16は、インバータ26を介して二次電池(バッテリ)28にそれぞれ接続されている。発電機16で発電された電力は、インバータ26を介してモータ14に供給することもできるし、インバータ26を介して二次電池28に充電することもできる。また、二次電池28に充電されている電力は、インバータ26を介してモータ14に供給することができる。   The motor 14 and the generator 16 are connected to a secondary battery (battery) 28 via an inverter 26, respectively. The electric power generated by the generator 16 can be supplied to the motor 14 via the inverter 26, or the secondary battery 28 can be charged via the inverter 26. Further, the electric power charged in the secondary battery 28 can be supplied to the motor 14 via the inverter 26.

図1に示す駆動システム10は、ECU(Electronic Control Unit)30によって制御されている。ECU30は、内燃機関12、モータ14、発電機16、動力分割機構18、インバータ26、および二次電池28等を含む駆動システム10の全体を総合的に制御している。   The drive system 10 shown in FIG. 1 is controlled by an ECU (Electronic Control Unit) 30. The ECU 30 comprehensively controls the entire drive system 10 including the internal combustion engine 12, the motor 14, the generator 16, the power split mechanism 18, the inverter 26, the secondary battery 28, and the like.

二次電池28は、複数のモジュールを直列に接続して構成されている。また、各モジュールは、複数のセルを直列に接続して構成されている。二次電池28には、モジュール毎に、各モジュールの電圧を計測する電圧センサ32や、各モジュールの温度を計測する電池温度センサ34が取り付けられている。これらのセンサ32、34は、ECU30に接続されている。ECU30には、また、二次電池28を流れる電流を計測する電流センサ36が接続されている。   The secondary battery 28 is configured by connecting a plurality of modules in series. Each module is configured by connecting a plurality of cells in series. For each module, the secondary battery 28 is provided with a voltage sensor 32 that measures the voltage of each module and a battery temperature sensor 34 that measures the temperature of each module. These sensors 32 and 34 are connected to the ECU 30. The ECU 30 is also connected to a current sensor 36 that measures the current flowing through the secondary battery 28.

また、図1に示す駆動システム10は、充放電に伴って発熱する二次電池28を冷却するための冷却ファン38を備えている。ECU30は、二次電池28の温度情報に基づいて冷却ファン38の作動を制御することによって、二次電池28の温度管理を実行するようにしている。また、ECU30には、冷却ファン38から二次電池28に送風される空気の温度を計測する温度センサ40が接続されている。   Further, the drive system 10 shown in FIG. 1 includes a cooling fan 38 for cooling the secondary battery 28 that generates heat along with charge and discharge. The ECU 30 controls the temperature of the secondary battery 28 by controlling the operation of the cooling fan 38 based on the temperature information of the secondary battery 28. The ECU 30 is connected to a temperature sensor 40 that measures the temperature of air blown from the cooling fan 38 to the secondary battery 28.

[実施の形態1の線形モデル]
図2は、本発明の実施の形態1で用いられる線形モデル50を表した図である。図2に示す線形モデル50は、ECU30内に仮想的に構築された数理モデルである。より具体的には、線形モデル50は、二次電池28に印加される電流Ibおよび当該二次電池28の冷却のための冷却温度(冷却ファン38による冷却風温度)Tcをモデル入力情報として、二次電池28の電池電力Pbおよび電池温度Tb(モデル出力情報)を算出(出力)するモデルである。
[Linear model of Embodiment 1]
FIG. 2 is a diagram showing the linear model 50 used in the first embodiment of the present invention. A linear model 50 shown in FIG. 2 is a mathematical model virtually constructed in the ECU 30. More specifically, the linear model 50 uses the current Ib applied to the secondary battery 28 and the cooling temperature (cooling air temperature by the cooling fan 38) Tc for cooling the secondary battery 28 as model input information. This is a model for calculating (outputting) battery power Pb and battery temperature Tb (model output information) of the secondary battery 28.

すなわち、本実施形態の線形モデル50は、二次電池28を制御対象として、電池状態(電池電圧、電池の充電状態、電池温度)を決めるためのパラメータ(アクチュエータ)を入力とし、当該電池状態を示すパラメータを出力とする2入力2出力系の線形モデルである。本実施形態では、この線形モデル50を、次の(1a)式のように表すこととしている。

Figure 2008282159
ただし、上記(1a)〜(1c)式において、tは制御開始時点(t=0)からのサンプリング時間(サンプリング回数)であり、dは所定の遅れ時間であり、a11、a12、b11、b12などは何れも逐次学習されるモデルパラメータである。 That is, the linear model 50 according to the present embodiment inputs the parameters (actuator) for determining the battery state (battery voltage, battery charge state, battery temperature) with the secondary battery 28 as a control target. It is a linear model of a two-input two-output system that outputs the indicated parameters. In this embodiment, the linear model 50 is expressed as the following equation (1a).
Figure 2008282159
However, in the above formulas (1a) to (1c), t is a sampling time (sampling number) from the control start time (t = 0), d is a predetermined delay time, and a11, a12, b11, b12 Are model parameters that are sequentially learned.

上記(1a)の行列式を展開すると、上記(1b)および(1c)式のように表すことができる。このような(1b)式によれば、時間d分だけ遅れた時点の電池電力Pb(t+d)を、パラメータa11を係数とする現時点の電池電力Pb(t)と、パラメータa21を係数とする前回の電池電力Pb(t−1)と、パラメータb11を係数とする現時点の電池電流Ib(t)と、パラメータb12を係数とする現時点の冷却温度Tc(t)と、パラメータb21を係数とする前回の電池電流Ib(t−1)と、パラメータb22を係数とする前回の冷却温度Tc(t−1)との和として、線形式で表すことができる。   When the determinant of the above (1a) is expanded, it can be expressed as the above (1b) and (1c). According to the equation (1b), the battery power Pb (t + d) at the time point delayed by the time d is the current battery power Pb (t) with the parameter a11 as a coefficient, and the previous time with the parameter a21 as a coefficient. Battery power Pb (t−1), current battery current Ib (t) with parameter b11 as a coefficient, current cooling temperature Tc (t) with parameter b12 as a coefficient, and previous time with parameter b21 as a coefficient Battery current Ib (t−1) and the previous cooling temperature Tc (t−1) with the parameter b22 as a coefficient can be expressed in a linear form.

また、上記(1c)式によれば、同様に、時間d分だけ遅れた時点の電池温度Tb(t+d)を、パラメータa12を係数とする現時点の電池温度Tb(t)と、パラメータa22を係数とする前回の電池温度Tb(t−1)と、パラメータb13を係数とする現時点の電池電流Ib(t)と、パラメータb14を係数とする現時点の冷却温度Tc(t)と、パラメータb23を係数とする前回の電池電流Ib(t−1)と、パラメータb24を係数とする前回の冷却温度Tc(t−1)との和として、線形式で表すことができる。   Further, according to the above equation (1c), similarly, the battery temperature Tb (t + d) at the time point delayed by time d is the current battery temperature Tb (t) with the parameter a12 as the coefficient, and the parameter a22 is the coefficient. The previous battery temperature Tb (t−1), the current battery current Ib (t) with the parameter b13 as a coefficient, the current cooling temperature Tc (t) with the parameter b14 as a coefficient, and the parameter b23 as a coefficient As the sum of the previous battery current Ib (t−1) and the previous cooling temperature Tc (t−1) with the parameter b24 as a coefficient.

以上のような線形モデル50に含まれる上記モデルパラメータa11、b11等は、以下の(2)式を参照して説明する手法によって算出することができる。尚、ここでは、電池電力Pbを例にとって説明を行うものとするが、電池温度Tbについても同様である。

Figure 2008282159
The model parameters a11, b11 and the like included in the linear model 50 as described above can be calculated by a method described with reference to the following equation (2). Here, the battery power Pb will be described as an example, but the same applies to the battery temperature Tb.
Figure 2008282159

所定のサンプリング周期毎の上記(1b)式は、上記(2)式として順に示しているように、本実施形態のシステム作動中の電池電流Ib(t)および冷却温度Tc(t)の制御値や、電池電力Pb(t)および電池温度Tb(t)の計測値を用いることで、6つのモデルパラメータa11等を変数とする一次方程式として表すことができる。よって、上記(2)式として示すように、サンプリング回数6回分の一次方程式を取得するようにすれば、6つのモデルパラメータa11等を算出できるようになる。   The above equation (1b) for each predetermined sampling period is the control value of the battery current Ib (t) and the cooling temperature Tc (t) during the system operation of the present embodiment, as shown in order as the above equation (2). Alternatively, by using the measured values of the battery power Pb (t) and the battery temperature Tb (t), it can be expressed as a linear equation having six model parameters a11 and the like as variables. Therefore, as shown as the above equation (2), if a linear equation corresponding to six samplings is acquired, six model parameters a11 and the like can be calculated.

上記(2)式に示す手法では、例えば、左辺がPb(d)〜Pd(5+d)となる6つの一次方程式を用いてモデルパラメータa11等を算出した後に、次いで、左辺がPb(1+d)〜Pb(6+d)となる6つの一次方程式を用いてモデルパラメータa11等を算出するというように、モデルパラメータa11等の算出に用いる一次方程式を、サンプリング周期毎に時系列に沿って順次ずらしていく。このような算出手法によれば、モデルパラメータa11等がサンプリング周期毎に逐次算出されるようにすることができる。   In the method shown in the above equation (2), for example, after calculating the model parameter a11 and the like using six linear equations whose left side is Pb (d) to Pd (5 + d), then the left side is Pb (1 + d) to The linear equations used to calculate the model parameters a11 and the like are sequentially shifted along the time series for each sampling period, such as calculating the model parameters a11 and the like using six linear equations of Pb (6 + d). According to such a calculation method, the model parameter a11 and the like can be sequentially calculated for each sampling period.

そして、上記(2)式に示す手法では、上記のように逐次算出されるモデルパラメータa11等を、重み付け最小自乗法によって同定するようにしている。このような手法によれば、ECU30のメモリ消費を抑制しつつ、安定したモデルパラメータa11等の算出が可能となる。本実施形態では、システム作動中に、このようなモデルパラメータa11等の逐次学習をし続けている。その結果、システムの経時変化などの状態変化やシステムを取り巻く環境変化に適応するように、モデルパラメータa11等が上記の重み付け最小自乗法によって逐次同定されていく(書き換えられていく)ようになる。これにより、二次電池28の特性の変化をモデルパラメータa11等に学習させることが可能となる。   In the method shown in the above equation (2), the model parameter a11 and the like sequentially calculated as described above are identified by the weighted least square method. According to such a method, it is possible to stably calculate the model parameter a11 and the like while suppressing the memory consumption of the ECU 30. In the present embodiment, such sequential learning of the model parameter a11 and the like is continued during system operation. As a result, the model parameter a11 and the like are sequentially identified (rewritten) by the above-described weighted least square method so as to adapt to changes in the state such as changes in the system over time and environmental changes surrounding the system. As a result, the change in the characteristics of the secondary battery 28 can be learned by the model parameter a11 or the like.

[実施の形態1の線形モデルを用いた制御系の構築]
本実施形態では、上述した線形モデル50のモデルパラメータa11等の同定結果を利用して、以下に示すような手法によって、目標電池電力Pb_targetおよび目標電池温度Tb_targetを満足できるような電池電流Ib(t)および冷却温度Tc(t)を取得するようにしている。
[Construction of control system using linear model of embodiment 1]
In the present embodiment, the battery current Ib (t (t) that can satisfy the target battery power Pb_target and the target battery temperature Tb_target by the following method using the identification result of the model parameter a11 and the like of the linear model 50 described above. ) And the cooling temperature Tc (t).

本実施形態では、先ず、次の(3)式のように表される評価関数Eを導入するようにしている。この評価関数Eの右辺第1項は、上記線形モデル50の出力値Pb(t)、Tb(t)とその目標値Pb_target、Tb_targetとの差分である。また、右辺第2項は、上記線形モデル50の入力値Ib(t)、Tc(t)についての今回値と前回値との差分である。また、この入力値の差分には、定数γが乗じられている。

Figure 2008282159
In the present embodiment, first, an evaluation function E expressed as the following equation (3) is introduced. The first term on the right side of the evaluation function E is the difference between the output values Pb (t) and Tb (t) of the linear model 50 and the target values Pb_target and Tb_target. The second term on the right side is the difference between the current value and the previous value for the input values Ib (t) and Tc (t) of the linear model 50. The difference between the input values is multiplied by a constant γ.
Figure 2008282159

次いで、上記(3)式の評価関数Eをゼロとおくと、次の(4)式を得ることができる。

Figure 2008282159
このような(4)式によれば、現時刻tからd秒後に電池電力Pbや電池温度Tbの目標値Pb_target、Tb_targetに到達するまでのシステムの応答性を決めることができる。より具体的には、上記(4)式中の定数γの値をゼロに近づけるようにした場合には、電池電力Pbや電池温度Tbがそれらの目標値Pb_target、Tb_targetに比較的急激に到達するような応答速度をシステムに与えることができるようになる。また、定数γの値を正方向に大きくした場合には、電池電力Pbや電池温度Tbがそれらの目標値Pb_target、Tb_targetに比較的緩やかに到達するような応答速度をシステムに与えることができるようになる。このように、定数γは、制御の応答性の味付けを決定するパラメータである。 Next, when the evaluation function E of the above equation (3) is set to zero, the following equation (4) can be obtained.
Figure 2008282159
According to the equation (4), it is possible to determine the responsiveness of the system until reaching the target values Pb_target and Tb_target of the battery power Pb and the battery temperature Tb after d seconds from the current time t. More specifically, when the value of the constant γ in the above equation (4) is made close to zero, the battery power Pb and the battery temperature Tb reach their target values Pb_target and Tb_target relatively rapidly. Such a response speed can be given to the system. Further, when the value of the constant γ is increased in the positive direction, it is possible to give the system a response speed such that the battery power Pb and the battery temperature Tb reach the target values Pb_target and Tb_target relatively slowly. become. Thus, the constant γ is a parameter that determines the seasoning of control responsiveness.

本実施形態では、上記(4)式を上記(1a)式の線形モデル50に代入して整理することによって、次の(5)式のような制御式を得るようにしている。本実施形態では、この(5)式に、目標値Pb_target、Tb_targetやモデル入出力情報の現在値(Ib(t)など)や過去値(Ib(t−1)など)とともに、逐次学習によって更新された最新のモデルパラメータa11等を反映させることによって、システムの最新の状態が反映された状態で、d秒後に目標値Pb_target等を得られるようにするために必要とされるアクチュエータ(冷却ファン38など)の制御量を取得することが可能となる。

Figure 2008282159
In the present embodiment, by substituting the above equation (4) into the linear model 50 of the above equation (1a) and arranging it, a control equation such as the following equation (5) is obtained. In the present embodiment, the target value Pb_target, Tb_target, the current value (such as Ib (t)) and the past value (such as Ib (t-1)) and the past value (such as Ib (t-1)) of the model input / output information are updated in the equation (5) by sequential learning. By reflecting the latest model parameter a11 and the like, the actuator (cooling fan 38) required to obtain the target value Pb_target and the like after d seconds while the latest state of the system is reflected. Etc.) can be acquired.
Figure 2008282159

例えば、二次電池28の最大電力を引き出したいという要求があるときは、目標電池温度Tb_targetを二次電池28の最大許容温度とすればよい。また、特に二次電池28から最大電力を引き出したいという要求がない場合には、目標電池温度Tb_targetは、冷却ファン38による冷却能力(冷却温度Tc)と、その冷却能力を実現する際の電力損失から計算して与えればよい。   For example, when there is a request to extract the maximum power of the secondary battery 28, the target battery temperature Tb_target may be set to the maximum allowable temperature of the secondary battery 28. Further, in particular, when there is no request to draw the maximum power from the secondary battery 28, the target battery temperature Tb_target is the cooling capacity (cooling temperature Tc) by the cooling fan 38 and the power loss when realizing the cooling capacity. Calculate from the above.

[実施の形態1の具体的処理]
図3は、本実施の形態1のシステムにおいて実行されるルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の制御周期(サンプリング周期)毎に周期的に実行されるものとする。図3に示すルーチンでは、先ず、電池電流Ib(t)、冷却温度Tc(t)、電池電力Pb(t)、および電池温度Tb(t)がそれぞれ取得される(ステップ100)。
[Specific Processing in First Embodiment]
FIG. 3 is a flowchart of a routine executed in the system according to the first embodiment. Note that this routine is periodically executed every predetermined control cycle (sampling cycle). In the routine shown in FIG. 3, first, battery current Ib (t), cooling temperature Tc (t), battery power Pb (t), and battery temperature Tb (t) are acquired (step 100).

次に、上記(2)式を参照して説明した手法によって、線形モデル50のモデルパラメータa11等が重み付け最小自乗法によって逐次同定される(ステップ102)。次いで、上記ステップ102において同定された最新のモデルパラメータa11等が代入された上記(5)式に従って、目標値Pb_target、Tb_targetに制御するために必要とされる電池電流Ib(t)および冷却温度Tc(t)が算出される(ステップ104)。   Next, the model parameter a11 and the like of the linear model 50 are sequentially identified by the weighted least square method by the method described with reference to the above equation (2) (step 102). Next, the battery current Ib (t) and the cooling temperature Tc required to control the target values Pb_target and Tb_target according to the above equation (5) into which the latest model parameter a11 and the like identified in step 102 are substituted. (T) is calculated (step 104).

次に、上記ステップ104において取得された電池電流Ib(t)および冷却温度Tc(t)となるように、電池電流Ibおよび冷却ファン38の制御が実行される(ステップ106)。   Next, control of the battery current Ib and the cooling fan 38 is executed so that the battery current Ib (t) and the cooling temperature Tc (t) acquired in step 104 are obtained (step 106).

以上説明した図3に示すルーチンの処理によれば、線形モデル50を、モデルパラメータa11等の逐次学習によって、システムの経時変化などの状態変化やシステムを取り巻く環境変化に適応させることが可能となる。また、上記ルーチンの処理によれば、逐次学習されたモデルパラメータa11等が代入(すなわち、システムの状態が反映)された上記(5)式に従って、現時刻tからd秒後における電池電力Pbや電池温度Tbの目標値Pb_target、Tb_targetを同時に満足させるために現時点で必要とされる電池電流Ib(t)および冷却温度Tc(t)を正確に求めることが可能となる。これにより、二次電池28の許容温度の上限を超えない範囲内で目標電力を出力できるように、電池電流Ibや電池温度(冷却空気温度)を制御することが可能となる。   According to the processing of the routine shown in FIG. 3 described above, the linear model 50 can be adapted to state changes such as changes in the system over time and environmental changes surrounding the system by sequential learning of the model parameter a11 and the like. . Further, according to the processing of the above routine, the battery power Pb after d seconds from the current time t according to the above equation (5) in which the sequentially learned model parameters a11 and the like are substituted (that is, the system state is reflected) It is possible to accurately obtain the battery current Ib (t) and the cooling temperature Tc (t) that are currently required to satisfy the target values Pb_target and Tb_target of the battery temperature Tb at the same time. As a result, the battery current Ib and the battery temperature (cooling air temperature) can be controlled so that the target power can be output within a range not exceeding the upper limit of the allowable temperature of the secondary battery 28.

以上のように、本実施形態のシステムによれば、比較的簡便に構成でき、モデルパラメータa11等が逐次学習される線形モデル50によって、2入力2出力の制御系の問題を良好に扱えるようになる。また、そのような線形モデル50を利用した適応制御によって、目標値に対して円滑かつ精度の良い制御を実現することができる。   As described above, according to the system of the present embodiment, it can be configured relatively easily, and the linear model 50 in which the model parameter a11 and the like are sequentially learned so that the problem of the control system with two inputs and two outputs can be handled well. Become. Further, the adaptive control using such a linear model 50 can realize smooth and accurate control with respect to the target value.

尚、上述した実施の形態1においては、ECU30が、上記ステップ100の処理を実行することにより前記第1の発明における「モデル入出力情報取得手段」が、上記ステップ102の処理を実行することにより前記第1の発明における「パラメータ算出手段」が、それぞれ実現されている。
また、ECU30が、上記ステップ104の処理を実行することにより前記第2の発明における「制御量算出手段」が、上記ステップ106の処理を実行することにより前記第2の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the ECU 30 executes the process of step 100, so that the “model input / output information acquisition means” in the first invention executes the process of step 102. The “parameter calculation means” in the first aspect of the present invention is realized.
Further, when the ECU 30 executes the process of step 104, the “control amount calculation means” in the second invention causes the “control means” in the second invention to execute the process of step 106. , Each has been realized.

実施の形態2.
次に、図4を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
[実施の形態2の線形モデル]
図4は、本発明の実施の形態2で用いられる線形モデル60を表した図である。図4に示す線形モデル60では、上述した実施の形態1の線形モデル50に対し、モデルへの入力情報となる電池電流Ib(t)が、充電、放電時の電池のヒステリシス(I−V特性)を考慮して、充電電流Ii(t)および放電電流Io(t)に分けられている。また、モデルの出力情報として、電池充電量(充電状態SOC)Sc(t)が追加されている。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[Linear Model of Embodiment 2]
FIG. 4 is a diagram showing a linear model 60 used in the second embodiment of the present invention. In the linear model 60 shown in FIG. 4, the battery current Ib (t) serving as input information to the model is the battery hysteresis (I-V characteristics) during charging and discharging, compared to the linear model 50 of the first embodiment described above. ) In consideration of charging current Ii (t) and discharging current Io (t). Further, as the output information of the model, a battery charge amount (charge state SOC) Sc (t) is added.

すなわち、本実施形態の線形モデル60は、3入力3出力系の線形モデルとして構築されている。本実施形態では、線形モデル60を、上述した2入力2出力系の線形モデル50と同様の考え方に基づき、次の(6)式のように表すこととしている。

Figure 2008282159
また、本実施形態の線形モデル60においても、上述した実施の形態1と同様の手法で、モデルパラメータa11等が逐次学習によって同定されるようになっている。 That is, the linear model 60 of the present embodiment is constructed as a three-input three-output linear model. In this embodiment, the linear model 60 is represented as the following equation (6) based on the same concept as the above-described linear model 50 of the two-input two-output system.
Figure 2008282159
Also in the linear model 60 of the present embodiment, the model parameter a11 and the like are identified by sequential learning in the same manner as in the first embodiment.

[実施の形態2の線形モデルを用いた制御系の構築]
本実施形態では、上述した線形モデル60のモデルパラメータa11等の同定結果を利用して、以下に示すような手法によって、目標電池充電量Sc_target、目標電池電力Pb_target、および目標電池温度Tb_targetを満足できるような充電電流Ii(t)、放電電流Io(t)、および冷却温度Tc(t)を取得するようにしている。
[Construction of control system using linear model of embodiment 2]
In the present embodiment, the target battery charge amount Sc_target, the target battery power Pb_target, and the target battery temperature Tb_target can be satisfied by the following method using the identification result of the model parameter a11 and the like of the linear model 60 described above. Such charging current Ii (t), discharging current Io (t), and cooling temperature Tc (t) are obtained.

そのために、本実施形態では、上述した実施の形態1と同様の考え方で、以下の(7)式のように表される評価関数Eを導入するようにしている。

Figure 2008282159
Therefore, in the present embodiment, an evaluation function E expressed as the following expression (7) is introduced based on the same idea as in the first embodiment.
Figure 2008282159

また、本実施形態においても、上述した実施の形態1と同様の手法を用いて、上記(7)式の評価関数Eをゼロとおいた後の式を上記(6)式に代入して整理することによって、次の(8)式の制御式を得るようにしている。

Figure 2008282159
本実施形態においても、上記図3に示すルーチンと同様の処理を実行するようにすれば、線形モデル60を、モデルパラメータa11等の逐次学習によって、システムの経時変化などの状態変化やシステムを取り巻く環境変化に適応させることが可能となる。また、逐次学習されたモデルパラメータa11等が反映された上記(8)式に従って、現時刻tからd秒後における電池充電量Sc、電池電力Pb、および電池温度Tbの目標値Sc_target、Pb_target、Tb_targetを同時に満足させるために現時点で必要とされる充電電流Ii(t)、放電電流Io(t)、および冷却温度Tc(t)を正確に求めることが可能となる。 Also in the present embodiment, using the same method as in the first embodiment, the formula after setting the evaluation function E in the formula (7) to zero is substituted into the formula (6) and rearranged. Thus, the following control expression (8) is obtained.
Figure 2008282159
Also in the present embodiment, if the same processing as the routine shown in FIG. 3 is executed, the linear model 60 is subjected to sequential learning of the model parameter a11 and the like, so as to surround state changes such as system aging and the system. It becomes possible to adapt to environmental changes. Further, according to the above equation (8) that reflects the sequentially learned model parameter a11 and the like, the target values Sc_target, Pb_target, Tb_target of the battery charge amount Sc, the battery power Pb, and the battery temperature Tb after d seconds from the current time t It is possible to accurately obtain the charging current Ii (t), the discharge current Io (t), and the cooling temperature Tc (t) that are currently required to satisfy the above.

電池電力Pb(t)は、より厳密には、電池温度Tb(t)だけでなく、電池の充電状態SOCによっても制約を受けるものである。このため、電池充電量Sc(t)をもモデル出力情報として含んでいる本実施形態の線形モデル60によれば、より正確に電池電力Pb(t)を算出することが可能となる。また、既述したように、線形モデル60への入力値は、二次電池28のI−V特性を考慮して電流項が2つに分けられているので、この点においても、精度の良いモデルの構築が実現されている。   More strictly, the battery power Pb (t) is restricted not only by the battery temperature Tb (t) but also by the state of charge SOC of the battery. For this reason, according to the linear model 60 of this embodiment that also includes the battery charge amount Sc (t) as model output information, the battery power Pb (t) can be calculated more accurately. In addition, as described above, the input value to the linear model 60 is divided into two current terms in consideration of the IV characteristics of the secondary battery 28. Therefore, also in this respect, the accuracy is high. Model construction has been realized.

以上のように、本実施形態のシステムによれば、比較的簡便に構成でき、モデルパラメータa11等が逐次学習される線形モデル60によって、3入力3出力の制御系の問題を良好に扱えるようになる。また、そのような線形モデル60を利用した適応制御によって、上述した実施の形態1に比して更に、目標値に対して円滑かつ精度の良い制御を実現することができる。更に付け加えると、以上説明したように、上述した実施の形態1に比して線形モデルの入出力の本数を増やすという簡便な手法で、モデル精度の向上を確保することもできる。   As described above, according to the system of the present embodiment, the configuration of the control system with three inputs and three outputs can be satisfactorily handled by the linear model 60 in which the model parameter a11 and the like can be sequentially learned. Become. Further, by the adaptive control using such a linear model 60, it is possible to realize smooth and accurate control with respect to the target value as compared with the first embodiment described above. In addition, as described above, improvement in model accuracy can be ensured by a simple method of increasing the number of inputs and outputs of the linear model as compared with the first embodiment described above.

実施の形態3.
次に、図5を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
[実施の形態3の線形モデル]
図5は、本発明の実施の形態3で用いられる線形モデル70を表した図である。本実施形態では、上記図1に示す車両駆動用モータ14を制御対象としている。そこで、本実施形態では、図5に示すように、線形モデル70を、電動機の運転状態を決めるためのパラメータであるモータ14に印加されるd軸電流Idおよびq軸電流Iqをモデル入力情報として、電動機の運転状態を示すパラメータであるモータトルクTqおよびモータ速度(回転速度)θmを算出(出力)するモデルとして構築している。
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[Linear Model of Embodiment 3]
FIG. 5 shows a linear model 70 used in the third embodiment of the present invention. In this embodiment, the vehicle drive motor 14 shown in FIG. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the linear model 70 is obtained using the d-axis current Id and the q-axis current Iq applied to the motor 14 as parameters for determining the operating state of the motor as model input information. The motor torque Tq and the motor speed (rotational speed) θm, which are parameters indicating the operation state of the motor, are constructed as models for calculating (outputting).

すなわち、本実施形態の線形モデル70は、2入力2出力系の線形モデルである。そこで、本実施形態では、このような線形モデル70を、上述した実施の形態1と同様の考え方に基づき、以下の(9)式のように表すこととしている。

Figure 2008282159
本実施形態の線形モデル70においても、上述した実施の形態1と同様の手法で、モデルパラメータa11等が逐次学習によって同定されるようになっている。 That is, the linear model 70 of the present embodiment is a two-input two-output linear model. Therefore, in the present embodiment, such a linear model 70 is represented as the following equation (9) based on the same idea as in the first embodiment.
Figure 2008282159
Also in the linear model 70 of the present embodiment, the model parameter a11 and the like are identified by sequential learning in the same manner as in the first embodiment.

[実施の形態3の線形モデルを用いた制御系の構築]
本実施形態では、上述した線形モデル70のモデルパラメータa11等の同定結果を利用して、以下に示すような手法によって、目標モータトルクTq_targetおよび目標モータ速度θm_targetを満足できるようなd軸電流Id(t)およびq軸電流Iq(t)を取得するようにしている。
[Construction of control system using linear model of Embodiment 3]
In the present embodiment, the identification result of the model parameter a11 and the like of the linear model 70 described above is used, and the d-axis current Id () that satisfies the target motor torque Tq_target and the target motor speed θm_target by the following method. t) and q-axis current Iq (t) are obtained.

そのために、本実施形態では、上述した実施の形態1と同様の考え方で、以下の(10)式のように表される評価関数Eを導入するようにしている。

Figure 2008282159
Therefore, in the present embodiment, an evaluation function E expressed as the following equation (10) is introduced based on the same concept as in the first embodiment.
Figure 2008282159

また、本実施形態においても、上述した実施の形態1と同様の手法を用いて、上記(10)式の評価関数Eをゼロとおいた後の式を上記(9)式に代入して整理することによって、次の(11)式の制御式を得るようにしている。

Figure 2008282159
本実施形態においても、上記図3に示すルーチンと同様の処理を実行するようにすれば、線形モデル70を、モデルパラメータa11等の逐次学習によって、システムの経時変化などの状態変化やシステムを取り巻く環境変化に適応させることが可能となる。また、逐次学習されたモデルパラメータa11等が反映された上記(11)式に従って、現時刻tからd秒後におけるモータトルクTqおよびモータ速度θmの目標値Tq_targetおよびθm_targetを同時に満足させるために現時点で必要とされるd軸電流Id(t)およびq軸電流Iq(t)を正確に求めることが可能となる。 Also in the present embodiment, using the same method as in the first embodiment, the formula after setting the evaluation function E in the formula (10) to zero is substituted into the formula (9) and rearranged. Thus, the following control expression (11) is obtained.
Figure 2008282159
Also in the present embodiment, if the same processing as the routine shown in FIG. 3 is executed, the linear model 70 is subjected to sequential learning of the model parameter a11 and the like so as to surround state changes such as system aging and the system. It becomes possible to adapt to environmental changes. Further, at the present time, in order to satisfy the target values Tq_target and θm_target of the motor torque Tq and the motor speed θm after d seconds from the current time t at the same time in accordance with the above equation (11) reflecting the sequentially learned model parameter a11 and the like. The required d-axis current Id (t) and q-axis current Iq (t) can be accurately obtained.

以上説明した本実施形態のシステムによれば、比較的簡便に構成でき、モデルパラメータa11等が逐次学習される線形モデル70によって、制御対象が上述した二次電池28であるかモータ14であるかの如何を問わず、2入力2出力の制御系の問題を良好に扱えるようになる。また、そのような線形モデル70を利用した適応制御によって、目標値に対して円滑かつ精度の良い制御を実現することができる。   According to the system of the present embodiment described above, whether the control target is the above-described secondary battery 28 or the motor 14 by the linear model 70 in which the model parameter a11 and the like can be sequentially learned can be configured relatively easily. Regardless of the case, the problem of the control system with two inputs and two outputs can be handled satisfactorily. In addition, the adaptive control using such a linear model 70 can realize smooth and accurate control with respect to the target value.

実施の形態4.
次に、図6および図7を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。
[システム構成]
図6は、本発明の実施の形態4における多入力多出力系の制御装置が適用された自律搬送車のシステムを説明するための図である。図6に示す自律搬送車(自律移動ロボット)80は、右車輪82、左車輪84、およびキャスター車輪86により走行する車両である。自律搬送車80は、右車輪82を駆動する右車輪駆動用モータ88と、左車輪84を駆動する左車輪駆動用モータ90とを備えている。
Embodiment 4 FIG.
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 and FIG.
[System configuration]
FIG. 6 is a diagram for explaining an autonomous guided vehicle system to which a multi-input / multi-output control apparatus according to Embodiment 4 of the present invention is applied. An autonomous transport vehicle (autonomous mobile robot) 80 shown in FIG. 6 is a vehicle that travels with a right wheel 82, a left wheel 84, and caster wheels 86. The autonomous transport vehicle 80 includes a right wheel driving motor 88 that drives the right wheel 82 and a left wheel driving motor 90 that drives the left wheel 84.

左右車輪駆動用のモータ88、90は、それぞれECU92に接続されている。左輪トルクτlおよび右輪トルクτrは、当該ECU92によるモータ88、90の制御によって制御されるようになっている。また、ECU92には、自律搬送車80の車両速度vを検出する車速センサ94や車両角速度ωを検出する角速度センサ96が接続されている。   The left and right wheel driving motors 88 and 90 are connected to the ECU 92, respectively. The left wheel torque τl and the right wheel torque τr are controlled by the control of the motors 88, 90 by the ECU 92. The ECU 92 is connected to a vehicle speed sensor 94 that detects the vehicle speed v of the autonomous guided vehicle 80 and an angular speed sensor 96 that detects the vehicle angular speed ω.

以上のように構成された自律搬送車80によれば、左輪トルクτlおよび右輪トルクτrがECU92によって制御されることで、自律搬送車80が任意の速度vで走行することができるようになる。また、ECU92によるモータ88.90の制御によって、右車輪82と左車輪84の回転速度が異なるように制御されることで、自律搬送車80のヨー軸方向の角速度ω、すなわち、自律搬送車80の進路を制御できるようになる。   According to the autonomous guided vehicle 80 configured as described above, the autonomous vehicle 80 can travel at an arbitrary speed v by controlling the left wheel torque τl and the right wheel torque τr by the ECU 92. . Further, by controlling the motor 88.90 by the ECU 92 so that the rotational speeds of the right wheel 82 and the left wheel 84 are different, the angular velocity ω in the yaw axis direction of the autonomous transport vehicle 80, that is, the autonomous transport vehicle 80. You will be able to control the course.

[実施の形態4の線形モデル]
図7は、本発明の実施の形態4で用いられる線形モデル100を表した図である。本実施形態では、上記図6に示す自律搬送車80を制御対象としている。そこで、本実施形態では、図7に示すように、線形モデル100を、自律搬送車80の運転状態や走路(進路)を決めるためのパラメータである左輪トルクτlおよび右輪トルクτrをモデル入力情報として、自律搬送車80の運転状態や走路を示すパラメータである車両速度vおよび車両角速度ωを算出(出力)するモデルとして構築している。
[Linear Model of Embodiment 4]
FIG. 7 is a diagram showing the linear model 100 used in the fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the autonomous guided vehicle 80 shown in FIG. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the linear model 100 is obtained by inputting the left wheel torque τl and the right wheel torque τr, which are parameters for determining the driving state and the running path (route) of the autonomous guided vehicle 80, as model input information. As a model for calculating (outputting) the vehicle speed v and the vehicle angular speed ω, which are parameters indicating the driving state and the running path of the autonomous guided vehicle 80.

すなわち、本実施形態の線形モデル100は、2入力2出力系の線形モデルである。そこで、本実施形態では、このような線形モデル100を、上述した実施の形態1と同様の考え方に基づき、以下の(12)式のように表すこととしている。

Figure 2008282159
本実施形態の線形モデル100においても、上述した実施の形態1と同様の手法で、モデルパラメータa11等が逐次学習によって同定されるようになっている。 That is, the linear model 100 of this embodiment is a two-input two-output linear model. Therefore, in the present embodiment, such a linear model 100 is represented as the following expression (12) based on the same idea as in the first embodiment.
Figure 2008282159
Also in the linear model 100 of the present embodiment, the model parameter a11 and the like are identified by sequential learning in the same manner as in the first embodiment.

[実施の形態4の線形モデルを用いた制御系の構築]
本実施形態では、上述した線形モデル100のモデルパラメータa11等の同定結果を利用して、以下に示すような手法によって、目標車両速度v_targetおよび目標車両角速度ω_targetを満足できるような左輪トルクτl(t)および右輪トルクτr(t)を取得するようにしている。
[Construction of control system using linear model of embodiment 4]
In the present embodiment, the left wheel torque τl (t that satisfies the target vehicle speed v_target and the target vehicle angular speed ω_target by the following method using the identification result of the model parameter a11 and the like of the linear model 100 described above. ) And right wheel torque τr (t).

そのために、本実施形態では、上述した実施の形態1と同様の考え方で、以下の(13)式のように表される評価関数Eを導入するようにしている。

Figure 2008282159
Therefore, in the present embodiment, an evaluation function E expressed as the following expression (13) is introduced based on the same concept as in the first embodiment.
Figure 2008282159

また、本実施形態においても、上述した実施の形態1と同様の手法を用いて、上記(13)式の評価関数Eをゼロとおいた後の式を上記(12)式に代入して整理することによって、次の(14)式の制御式を得るようにしている。

Figure 2008282159
本実施形態においても、上記図3に示すルーチンと同様の処理を実行するようにすれば、線形モデル100を、モデルパラメータa11等の逐次学習によって、システムの経時変化などの状態変化やシステムを取り巻く環境変化に適応させることが可能となる。また、逐次学習されたモデルパラメータa11等が反映された上記(14)式に従って、現時刻tからd秒後における車両速度vおよび車両角速度ωの目標値v_targetおよびω_targetを同時に満足させるために現時点で必要とされる左輪トルクτl(t)および右輪トルクτr(t)を正確に求めることが可能となる。 Also in the present embodiment, using the same method as in the first embodiment, the formula after setting the evaluation function E in the above equation (13) to zero is substituted into the above equation (12) and rearranged. Thus, the following control expression (14) is obtained.
Figure 2008282159
Also in the present embodiment, if the same processing as the routine shown in FIG. 3 is executed, the linear model 100 is subjected to sequential learning of the model parameter a11 and the like so as to surround state changes such as system aging and the system. It becomes possible to adapt to environmental changes. Further, in order to satisfy simultaneously the target values v_target and ω_target of the vehicle speed v and the vehicle angular speed ω after d seconds from the current time t according to the above equation (14) reflecting the sequentially learned model parameter a11 and the like. The required left wheel torque τl (t) and right wheel torque τr (t) can be accurately obtained.

以上説明した本実施形態のシステムによれば、比較的簡便に構成でき、モデルパラメータa11等が逐次学習される線形モデル70によって、制御対象が上述した二次電池28等であるか自律搬送車80であるかの如何を問わず、2入力2出力の制御系の問題を良好に扱えるようになる。また、そのような線形モデル100を利用した適応制御によって、目標値に対して円滑かつ精度の良い制御を実現することができる。   According to the system of the present embodiment described above, it can be configured relatively simply, and the controlled object is the above-described secondary battery 28 or the like by the linear model 70 in which the model parameters a11 and the like are sequentially learned. Regardless of whether or not, the problem of the control system with two inputs and two outputs can be handled well. In addition, the adaptive control using the linear model 100 can realize smooth and accurate control with respect to the target value.

ところで、上述した実施の形態1乃至4においては、モデル入力情報(Ibなど)やモデル出力情報(Pbなど)の過去値として、それらの前回値(t−1)までを線形式や制御式に含めるようにしているが、本発明における線形式やそれから導出される制御式に含まれるモデル入出力情報の過去値は、前回値(t−1)に限られない。すなわち、本発明の線形式や制御式には、必要に応じ、前々回値(t−2)などを含めるようにしてもよい。   By the way, in the first to fourth embodiments described above, the previous values (t−1) of the model input information (Ib and the like) and the model output information (Pb and the like) are converted into a linear form or a control expression. Although included, the past value of the model input / output information included in the line format and the control expression derived therefrom in the present invention is not limited to the previous value (t−1). In other words, the line format and the control expression of the present invention may include a previous value (t-2) or the like as necessary.

本発明の実施の形態1における多入力多出力系の制御装置が適用されたハイブリッド車両の駆動システムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the drive system of the hybrid vehicle to which the control apparatus of the multiple input multiple output system in Embodiment 1 of this invention was applied. 本発明の実施の形態1で用いられる線形モデルを表した図である。It is a figure showing the linear model used in Embodiment 1 of this invention. 本実施の形態1のシステムにおいて実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in the system of this Embodiment 1. FIG. 本発明の実施の形態2で用いられる線形モデルを表した図である。It is a figure showing the linear model used in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3で用いられる線形モデルを表した図である。It is a figure showing the linear model used in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4における多入力多出力系の制御装置が適用された自律搬送車のシステムを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the system of the autonomous guided vehicle to which the control apparatus of the multiple input multiple output system in Embodiment 4 of this invention was applied. 本発明の実施の形態4で用いられる線形モデルを表した図である。It is a figure showing the linear model used in Embodiment 4 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 駆動システム
12 内燃機関
14 車両駆動用モータ
16 発電機
26 インバータ
28 二次電池
30、92 ECU(Electronic Control Unit)
32 電圧センサ
34 電池温度センサ
36 電流センサ
38 冷却ファン
40 温度センサ
50、60、70、100 線形モデル
80 自律搬送車
82 右車輪
84 左車輪
86 キャスター車輪
88 右車輪駆動用モータ
90 左車輪駆動用モータ
a11、b11等 モデルパラメータ
d 遅れ時間
E 評価関数
Ib 電池電流
Id d軸電流
Ii 充電電流
Io 放電電流
Iq q軸電流
Pb 電池電力
Sc 電池充電量
Tb 電池温度
Tc 冷却温度
Tq モータトルク
v 車両速度
γ 定数
θm モータ速度
τl 左輪トルク
τr 右輪トルク
ω 車両角速度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Drive system 12 Internal combustion engine 14 Vehicle drive motor 16 Generator 26 Inverter 28 Secondary battery 30, 92 ECU (Electronic Control Unit)
32 Voltage sensor 34 Battery temperature sensor 36 Current sensor 38 Cooling fan 40 Temperature sensor 50, 60, 70, 100 Linear model 80 Autonomous transport vehicle 82 Right wheel 84 Left wheel 86 Caster wheel 88 Right wheel drive motor 90 Left wheel drive motor a11, b11, etc. Model parameter d Delay time E Evaluation function Ib Battery current Id d-axis current Ii charge current Io discharge current Iq q-axis current Pb battery power Sc battery charge amount Tb battery temperature Tc cooling temperature Tq motor torque v vehicle speed γ constant θm Motor speed τl Left wheel torque τr Right wheel torque ω Vehicle angular speed

Claims (6)

複数の入出力を扱う線形モデルを備える多入力多出力系の制御装置であって、
前記線形モデルは、学習対象となるモデルパラメータを係数とする複数のモデル入力情報の現在値と、学習対象となる他のモデルパラメータを係数とする複数のモデル入力情報の過去値と、学習対象となる他のモデルパラメータを係数とする複数のモデル出力情報の現在値と、学習対象となる他のモデルパラメータを係数とする複数のモデル出力情報の過去値との和によって、所定時間経過後の前記複数のモデル出力情報を表した線形式を含み、
前記多入力多出力系の制御装置は、
前記複数のモデル入力情報および前記複数のモデル出力情報を取得するモデル入出力情報取得手段と、
前記複数のモデル入力情報および前記複数のモデル出力情報が代入された所定サンプリング周期分の前記線形式に基づいて、前記モデルパラメータを算出するパラメータ算出手段と、
を備えることを特徴とする多入力多出力系の制御装置。
A multi-input multi-output control device having a linear model that handles multiple inputs and outputs,
The linear model includes a current value of a plurality of model input information whose coefficients are model parameters to be learned, a past value of a plurality of model input information whose coefficients are other model parameters to be learned, and a learning target. The sum of the current value of a plurality of model output information using the other model parameter as a coefficient and the past value of the plurality of model output information using the other model parameter as a coefficient as a coefficient, Includes line formats representing multiple model output information,
The control device of the multi-input multi-output system is
Model input / output information acquisition means for acquiring the plurality of model input information and the plurality of model output information;
Parameter calculation means for calculating the model parameter based on the linear format for a predetermined sampling period into which the plurality of model input information and the plurality of model output information are substituted,
A multi-input multi-output system control device.
前記多入力多出力系の制御装置は、
所定時間経過後に目標モデル出力値に到達するまでのシステムの応答性を定める評価関数を表した式と前記線形式とから導出された制御式に基づいて、前記目標モデル出力値が得られるようにするための前記モデル入力情報を算出する制御量算出手段と、
前記制御量算出手段によって算出された前記モデル入力情報となるように当該モデル入力情報を制御する制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1記載の多入力多出力系の制御装置。
The control device of the multi-input multi-output system is
The target model output value is obtained based on a control expression derived from an equation representing an evaluation function that determines the responsiveness of the system until the target model output value is reached after a predetermined time has elapsed and the linear form. Control amount calculation means for calculating the model input information for
Control means for controlling the model input information so as to be the model input information calculated by the control amount calculation means;
The multi-input multi-output control apparatus according to claim 1, further comprising:
前記多入力多出力系の制御装置は、二次電池の状態を制御する制御装置であって、
前記モデル入力情報は、前記二次電池の状態を決めるためのパラメータであって、
前記モデル出力情報は、前記二次電池の状態を示すパラメータであることを特徴とする請求項1または2記載の多入力多出力系の制御装置。
The control device of the multi-input multi-output system is a control device that controls the state of the secondary battery,
The model input information is a parameter for determining the state of the secondary battery,
3. The control apparatus for a multi-input multi-output system according to claim 1, wherein the model output information is a parameter indicating a state of the secondary battery.
前記二次電池の状態を決めるためのパラメータは、前記二次電池の充電電流、当該二次電池の放電電流、および当該二次電池の冷却温度であって、
前記二次電池の状態を示すパラメータは、前記二次電池の電力、当該二次電池の温度、および当該二次電池の充電量であることを特徴とする請求項3記載の多入力多出力系の制御装置。
The parameters for determining the state of the secondary battery are the charging current of the secondary battery, the discharging current of the secondary battery, and the cooling temperature of the secondary battery,
4. The multi-input multi-output system according to claim 3, wherein the parameters indicating the state of the secondary battery are the power of the secondary battery, the temperature of the secondary battery, and the charge amount of the secondary battery. Control device.
前記多入力多出力系の制御装置は、電動機を制御する制御装置であって、
前記モデル入力情報は、前記電動機の運転状態を決めるためのパラメータであって、
前記モデル出力情報は、前記電動機の運転状態を示すパラメータであることを特徴とする請求項1または2記載の多入力多出力系の制御装置。
The control device of the multi-input multi-output system is a control device that controls an electric motor,
The model input information is a parameter for determining the operating state of the electric motor,
The multi-input / multi-output control apparatus according to claim 1, wherein the model output information is a parameter indicating an operating state of the electric motor.
前記多入力多出力系の制御装置は、自律移動ロボットを制御する制御装置であって、
前記モデル入力情報は、前記自律移動ロボットの運転状態や進路を決めるためのパラメータであって、
前記モデル出力情報は、前記自律移動ロボットの運転状態や進路を示すパラメータであることを特徴とする請求項1または2記載の多入力多出力系の制御装置。
The multi-input multi-output control device is a control device for controlling an autonomous mobile robot,
The model input information is a parameter for determining the driving state and course of the autonomous mobile robot,
The multi-input multi-output control apparatus according to claim 1, wherein the model output information is a parameter indicating a driving state or a course of the autonomous mobile robot.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP7231102B1 (en) * 2022-09-21 2023-03-01 富士電機株式会社 PLANT RESPONSE ESTIMATION DEVICE, PLANT RESPONSE ESTIMATION METHOD, AND PROGRAM

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