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

パラメータ同定装置およびパラメータ同定プログラム Download PDF

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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−xdt(t=t〜t)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は実機出力、xはモデル出力、tは評価開始時刻、t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)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−ΔXReal)2dt(t=t〜t
ここで、この例では、t=0,t=2.2,ΔX:図9下段、ΔXReal: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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