JP2009301377A - パラメータ同定装置およびパラメータ同定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】パラメータを効率的に同定する。
【解決手段】モデル１２の出力と実機１０の出力波形との差を時間毎に抽出したものを得る。また、パラメータを公差範囲内にて変動させた場合のモデル出力の上下限を時間毎に抽出したものを得る。得られた２つの抽出したものを比較し、パターンマッチングすることにより、誤差を効果的に減少させることができるパラメータを抽出する。そして、抽出されたパラメータについてさらに同定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モデル出力と、実機出力の比較に基づき、モデルにおける複数のパラメータを同定するパラメータ同定装置およびそのプログラムに関する。

従来より、各種の装置、システムの動作を、モデルを用いてシミュレーションし、その結果を利用して設計や制御を行う手法が広く採用されている。

例えば、非特許文献１には、実機出力とモデル出力の誤差の２乗和からパラメータを同定することが記載されている。すなわち、Ｊ＝∫（ｘ_ｒ−ｘ_ｍ）^２ｄｔ（ｔ＝ｔ_０〜ｔ_１）を求め、このＪからパラメータの感度を評価することが記載されている。なお、ｘ_ｒは実機出力、ｘ_ｍはモデル出力、ｔ_０は評価開始時刻、ｔ_１は評価終了時刻である。

また、車両自動変速機の油圧系についてのモデルパラメータの同定は、特許文献１などに記載がある。

特開２００８−９６８２号公報 「システム同定入門（システム制御情報ライブラリー）」片山徹著、システム制御情報学会編集、朝倉書店１９９４年発行

非特許文献１では、実機出力とモデル出力の誤差を、波形の評価対象の区間において平均的に２乗誤差で評価する。このため、同定の精度を上げるためには、多くの繰り返し計算が必要である。特に、同定するパラメータが多くなると、パラメータ同定の精度を上げるのは難しい。

本発明は、モデル出力と、実機出力の比較に基づき、モデルにおける複数のパラメータを同定するパラメータ同定装置であって、パラメータを公差範囲内にて変動させた場合のモデル出力の上下限を時間毎に抽出したものと、モデル出力と実機波形との差を時間毎に抽出したものとを比較し、パターンマッチングすることにより、誤差を効果的に減少させることができるパラメータを抽出し、抽出されたパラメータについてさらに同定することを特徴とする。

また、前記パターンマッチングを、対象区間を限定して行うことが好適である。

また、前記パターンマッチングは、比較対象となる抽出したもの同士の誤差を評価して行うことが好適である。

また、本発明は、モデル出力と、実機出力の比較に基づき、モデルにおける複数のパラメータを同定するためのパラメータ同定プログラムであって、コンピュータに、パラメータを公差範囲内にて変動させた場合のモデル出力の上下限を時間毎に抽出したものと、モデル出力と実機波形との差を時間毎に抽出したものとを比較させ、パターンマッチングすることにより、誤差を効果的に減少させることができるパラメータを抽出させ、抽出されたパラメータについてさらに同定させる、ことを特徴とする。

本発明によれば、パターンマッチングにより選択したパラメータについて、同定作業を行うため、効率的なパラメータ同定を行うことができる。また、注目する時間領域を決定しておくことで、他の領域に不要な影響を与えないパラメータ同定が可能になる。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１には、本実施形態の同定装置の概要を示してある。指令値は、実機１０およびモデル１２に入力される。この指令値に応じて実機１０およびモデル１２から出力が得られる。実機１０の出力は、センサにおいて計測することによって得られ、モデル１２からの出力は、計算によって得られる。得られた出力は、差演算器１４に入力され、両者の誤差が算出される。この誤差は、同定（最適化）装置１６に入力され、パラメータの最適化演算がなされ、新しいパラメータが得られる。そして、得られたパラメータがモデル１２に供給され、パラメータが更新される。そして、誤差が減少する方向にパラメータの更新が繰り返され、パラメータが最適化される。この図では、実機１０の出力とモデル１２の出力との誤差を基に、モデル１２内の（ａ）〜（ｄ）のパラメータを最適化して同定することを示している。

ここで、パラメータ同定装置は、モデル１２、差演算器１４および同定（最適化）装置１６から構成されるが、通常これらは汎用のコンピュータにプログラムをインストールすることで構成される。そして、指令値および実機出力がコンピュータに入力され、演算が行われる。すなわち、コンピュータにアプリケーションプログラムをインストールし、適宜データやインストラクションを入力することで、コンピュータが目的とする処理を実行し、パラメータが同定される。また、同定されたパラメータを利用する制御装置が実際の装置、例えば車両に搭載され、車両の自動変速機への油圧制御が行われる。パラメータ同定装置を同定対象となる装置に対応して設け、適宜同定作業を行い、制御装置におけるパラメータを変更することも好適である。この場合、制御装置（制御用コンピュータ）にプログラムをインストールし、使用される。

図２には、本実施形態において、同定の対象の一例となる油圧系の概略構成を示す。このように、車両には、エンジン２０が搭載されており、このエンジン２０に自動変速機２２が接続されている。そして、自動変速機２２からの出力によってタイヤ２４が回転され、車両が走行する。

この自動変速機２２には、変速を行うための油圧制御系２６が設けられている。油圧ポンプからのオイルは油圧調整弁によって所定のライン圧（元圧）に調整される。この油圧調整弁からの出力は、供給電流によって開度が制御されるリニアソレノイド弁３２、オリフィス・流路を介しクラッチパック３６に供給される。このクラッチパック３６は供給油圧によって内部のピストンに対するクラッチ圧が変化し、これによってクラッチ板の係合解放が制御される。例えば、１速から２速への変速指令が出されたときには、上述のリニアソレノイド弁３２への電流値が変更され、クラッチパック３６におけるクラッチ圧が変更されて、１速のギヤへの接続が解放され、２速のギヤへ接続されて変速が行われる。

このような油圧制御系のモデルを用いてクラッチ圧が算出される。ここで、この油圧制御系２６は、変速指令（油圧指令）がＥＣＵ３０に入力され、ＥＣＵ３０は指令に応じてリニアソレノイド弁３２への電流値を変更する。これによって、オリフィス・流路３４を介しクラッチパック３６へ供給される油圧が変更され、クラッチパック３６におけるクラッチ圧が制御される。

なお、エンジン２０の出力軸と、クラッチパック３６の入力の間には、トルクコンバータが配置されており、このトルクコンバータの出力側であるタービンに接続された軸がクラッチパック３６の入力軸になる。

このような油圧系では、入力は油圧指令値であり、出力はクラッチパックへの供給油圧になる。

図３には、実施形態の動作のフローチャートが示されている。まず、指令値および実機の出力についてのデータを入力する（Ｓ１１）。入力されたデータは、コンピュータのメモリに記憶される。次に、入力された指令値を、モデル１２に入力し、その出力を得る。例えば、クラッチパックに油圧を供給する油圧系についてのシミュレーションであれば、油圧指令値が指令値に当たり、実機に油圧指令値を与え得られたクラッチパックへの供給油圧が実機の出力に該当し、変速動作の開始から終了までの期間の時系列データが対象となる。

次に、パラメータ同定前のモデルに指令値を入力指定し、各時刻におけるモデル出力変動を算出する（Ｓ１２）。指令値は、対象期間における時系列データであり、時間毎の指令値を入力することで時間毎の出力を得る。ここで、各パラメータは、確からしいと思われる値を初期値として与えておく。

そして、このようにして得られたパラメータ同定前のモデル出力と、上述のようにして入力されている実機出力の比較結果に基づき着目する時間領域を決定する（Ｓ１３）。例えば、モデル出力変動と、実機出力波形を同時に表示して、ユーザに提示し、ユーザからの着目する時間領域の入力を受ける。また、コンピュータによって、差の大きな区間を抽出してこの区間を着目する時間領域に設定してもよいし、差の大きな区間を表示してユーザの着目する時間領域選択の入力を受けてその時間領域を設定してもよい。

例えば、油圧系システムのパラメータの同定前の一致度を比較した結果を図４に示す。全体的によく合致しているが、一部の丸で囲った部分の合致度が低い。特に、丸（実線）で囲った１．８秒から１．９秒辺りは、油圧系システムの挙動に大きく関与するため、一致度を向上させたいという要求がある。そこで、これら丸で囲った区間を着目する時間領域として設定する。この場合、２つの時間領域を設定したが、１つの時間領域のみを着目する時間領域としてもよいし、３以上の区間を選択してもよい。

次に、複数のパラメータについて、１つずつ別々に変化させて、それぞれのパラメータを１つだけ変化させた場合のモデル出力を得る（Ｓ１４）。この場合の変化幅は、各パラメータについて変化が許容される範囲である公差の範囲内とする。

次に、得られた各パラメータを個別に変化させて得られた各時刻のモデル出力の波形と、実機の出力波形との差を算出する（Ｓ１５）。これによって、差がパラメータの数だけ得られる。

例として、探索する５つの物理パラメータＡ〜Ｅに対して、物理的に取りうる値（公差範囲）での変動を与えた時のモデル出力を図５から図９の上段に示す。今回の例では、パラメータＡ〜Ｅは、それぞれ（Ａ）ドライバ回路２次伝達関数、（Ｂ）リターンスプリングバネ初期荷重、（Ｃ）リニアソレノイドバネ初期荷重、（Ｄ）リニアソレノイド入力側開口幅、（Ｅ）リニアソレノイドクリアランスである。モデル出力に変動が大きいパラメータ程、パラメータ変動に対する感度が大きいことを示している。

ここで、各パラメータにおいて、各時刻毎にモデル出力の最大値と最小値との差を算出したものが図５から図９の下段である。これらの図から、各々のパラメータが、モデル出力のどの時間領域に対して変動をもたらしているかを見ることができ、差の形状はパラメータによって大きく異なる。

また、実機出力波形と、モデル出力波形との最大誤差を各時刻毎に算出したものが図１０の下段（ΔＸＲｅａｌ）であり、図４丸で示した一致度の低い時間領域で値が大きくなっている。

そして、得られた差、特に着目する時間領域における差の形状について、Ｓ１５において得られた差の形状とパターンマッチングを行い、同定パラメータを選択する（Ｓ１６）。

すなわち、図５〜９の差の形状と似通っている誤差パターンを持つパラメータをパターンマッチングにより探索する。今回の例では、図９に示したパラメータＥが選択される。なお、油圧系の例では、パラメータを、５つのみを示しているが、通常の油圧系の例では、パラメータが２１個ある場合もある。

図９のパラメータＥにおいては、図４で一致度の高い０．７秒から１．７秒の時間領域に対する感度は低く、パラメータを変化させてもその時間領域には効果がないため、このパラメータＥを変更してもこの区間における同定による一致度を下げることがない。このように、注目する時間領域以外において、差が少ないことを同定パラメータ選択の要素とすることも好適である。

このようにして、同定するパラメータを選択した場合には、その選択されたパラメータについて同定の処理を行う（Ｓ１７）。すなわち、この例ではパラメータＥについての同定を行う。このパラメータＥのみに対して同定を行った結果を図１１に示す。０から０．８秒、１．８から２秒における誤差が減少しており、それ以外に影響は与えていない。

そして、このような選択されたパラメータについての同定を終了した場合には、その同定結果が十分なもの（ＯＫ）かを判定する（Ｓ１８）。そして、同定結果がＯＫであれば、処理を終了するが、ＯＫでなければＳ１６に戻り、他のパラメータを選択し、Ｓ１７の同定作業を行う。

このように、本実施形態によれば、パラメータの同定を行う上で、同定精度をより向上させるために、同定作業を行うパラメータを選択する。このパラメータの選択は、各パラメータを公差範囲内にて変動させた場合のモデル出力の最大誤差を時間毎に抽出したもの（図５〜図９の下段）と、同定前のモデル出力（図４の実線）と実機波形（図４の点線）との差を時間毎に抽出したもの（図１０）とを比較し、パターンマッチングすることにより、誤差を効果的に減少させることができるパラメータを選択する。

特に、このパラメータを選択する際に着目する時間領域を特定する。従って、着目する時間領域における同定誤差を効果的に減少させることが可能である。さらに、着目する時間領域以外において、モデル出力の最大誤差が小さいものを選択することで、着目しない（実機との一致度が良い）時間領域の波形を悪化させることが防止できる。

このように、誤差の時間パターンに着目することにより、従来の評価（例えば、全時間区間の２乗平均誤差）では、過小評価された誤差が発生している領域に重点を置いて、効果のあるパラメータを選択することが可能となる。

なお、パターンマッチングの手法としては、例えば図１０下段と図５から図９下段（ΔＸ_Ｅ）との２乗誤差の最小値をとるパラメータを選択するもの等がある。

すなわち、
Ｊ＝∫（ΔＸ_Ｅ−ΔＸ_Ｒｅａｌ）２ｄｔ（ｔ＝ｔ_０〜ｔ_１）
ここで、この例では、ｔ_０＝０，ｔ_１＝２．２，ΔＸ_Ｅ：図９下段、ΔＸ_Ｒｅａｌ：図１０下段である。

システム構成を示す図である。 油圧系の構成を示す図である。 処理の手順を示すフローチャートである。 同定前の比較結果を示す図である。 パラメータＡによる変動を示す図である。 パラメータＢによる変動を示す図である。 パラメータＣによる変動を示す図である。 パラメータＤによる変動を示す図である。 パラメータＥによる変動を示す図である。 実機波形との誤差を示す図である。 パラメータＥのみの同定結果を示す図である。

符号の説明

１０ 実機、１２ モデル、１４ 差演算器、１６ 同定（最適化）装置。

Claims (4)

1. モデル出力と、実機出力の比較に基づき、モデルにおける複数のパラメータを同定するパラメータ同定装置であって、
   パラメータを公差範囲内にて変動させた場合のモデル出力の上下限を時間毎に抽出したものと、モデル出力と実機波形との差を時間毎に抽出したものとを比較し、パターンマッチングすることにより、誤差を効果的に減少させることができるパラメータを抽出し、抽出されたパラメータについてさらに同定することを特徴とするパラメータ同定装置。
2. 請求項１に記載のパラメータ同定装置において、
   前記パターンマッチングを、対象区間を限定して行うことを特徴とするパラメータ同定装置。
3. 請求項１または２に記載のパラメータ同定装置において、
   前記パターンマッチングは、比較対象となる抽出したもの同士の誤差を評価して行うことを特徴とするパラメータ同定装置。
4. モデル出力と、実機出力の比較に基づき、モデルにおける複数のパラメータを同定するためのパラメータ同定プログラムであって、
   コンピュータに、
   パラメータを公差範囲内にて変動させた場合のモデル出力の上下限を時間毎に抽出したものと、モデル出力と実機波形との差を時間毎に抽出したものとを比較させ、
   パターンマッチングすることにより、誤差を効果的に減少させることができるパラメータを抽出させ、
   抽出されたパラメータについてさらに同定させる、
   ことを特徴とするパラメータ同定プログラム。

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