JP2017041223A - Feedback control simulation device, control device, feedback control simulation method, and feedback control simulation program - Google Patents

Feedback control simulation device, control device, feedback control simulation method, and feedback control simulation program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To generate a control signal for accurately controlling an object to be controlled without performing complicate calculation.SOLUTION: A feedback control simulation device 12 includes: a control model 16 corresponding to a control object 20; and a controller 18 for a control model for, on the basis of a target value r of an output signal yto be output from the control model 16 and an output signal youtput from the control model 16 in a state that a virtual disturbance dv is input to the control model 16, generating a control signal usuch that the output signal youtput from the control model 16 becomes the target value r, and for outputting the control signal uto the control model 16.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、フィードバック制御シミュレーション装置、制御装置、フィードバック制御シミュレーション方法、及びフィードバック制御シミュレーションプログラムに関する。   The present invention relates to a feedback control simulation device, a control device, a feedback control simulation method, and a feedback control simulation program.

従来、出力の目標値と実際の出力値を比較して自動的に出力値と目標値が一致するように制御するフィードバック制御シミュレーション装置が知られている(例えば特許文献1、2参照)。また、出力に変動を起こさせるような外乱を予測し、これを前もって打ち消すように制御するフィードフォワード制御装置が知られている。さらに、フィードバック制御とフィードフォワード制御を組み合わせた装置が知られている(例えば特許文献3〜5参照)。   Conventionally, there is known a feedback control simulation device that compares an output target value with an actual output value and performs control so that the output value automatically matches the target value (see, for example, Patent Documents 1 and 2). There is also known a feed-forward control device that predicts a disturbance that causes a change in output and cancels the disturbance in advance. Furthermore, an apparatus that combines feedback control and feedforward control is known (see, for example, Patent Documents 3 to 5).

フィードバック制御やフィードフォワード制御は、様々な分野の技術に適用され、例えば車両の運転支援システムにも適用される。近年、運転支援システムでは、先行車追従や前方車両との衝突回避、車線維持などが実用化されている。このように、運転支援の適用範囲は拡がってきているが、事故のない運転の実現には到っていない。事故の発生原因には、危険の見落としや急な飛び出しに対する注意不足といったものがある。これらの原因に対処するには、広い範囲に複数存在する注意点を同時に考慮した運転を行う必要がある。このことから、複数の注意点を考慮するために、対処すべき要素を足し合わせることができる人工ポテンシャル法を用いた制御が考案されている。しかしながら、運転支援システムの最終目標といえる全自動運転を考える場合、経路計画を行う人工ポテンシャル法では、自由な経路や速度設定を行うのが困難である。   Feedback control and feedforward control are applied to technologies in various fields, for example, a vehicle driving support system. In recent years, driving support systems have been put to practical use such as following a preceding vehicle, avoiding a collision with a preceding vehicle, and maintaining a lane. As described above, the application range of driving assistance has been expanded, but it has not yet been realized that driving without accidents. Causes of accidents include oversight of danger and insufficient attention to sudden jumps. In order to cope with these causes, it is necessary to perform driving in consideration of a plurality of caution points in a wide range at the same time. For this reason, in order to consider a plurality of cautions, a control using an artificial potential method has been devised that can add up the elements to be dealt with. However, when considering fully automatic driving, which is the final goal of the driving support system, it is difficult to set a free route and speed with the artificial potential method that performs route planning.

特表2009−21334号公報Special table 2009-21334 gazette 特表2009−521751号公報JP-T 2009-521751 特開2010−282618号公報JP 2010-282618 A 特開2010−218008号公報JP 2010-218008 A 特開2014−13607号公報JP 2014-13607 A

例えば従来では、まずポテンシャル法により障害物を回避するための軌道を計算するステップ、計算された軌道に制御対象を追従させるような動作(ハンドル操作量等)を決定するステップ、の2ステップの制御を行う場合が多く、計算が複雑である、という問題がある。   For example, conventionally, two-step control is first performed: a step of calculating a trajectory for avoiding an obstacle by the potential method, and a step of determining an operation (such as a handle operation amount) that causes the control target to follow the calculated trajectory. There is a problem that calculation is complicated.

本発明は、複雑な計算をすることなく制御対象を精度良く制御するための制御信号を生成することができるフィードバック制御シミュレーション装置、制御装置、フィードバック制御シミュレーション方法、及びフィードバック制御シミュレーションプログラムを提供することを目的としている。   The present invention provides a feedback control simulation device, a control device, a feedback control simulation method, and a feedback control simulation program capable of generating a control signal for accurately controlling a controlled object without performing complicated calculations. It is an object.

上記課題を解決するため、請求項1記載の発明のフィードバック制御シミュレーション装置は、制御対象に対応する制御モデルと、前記制御モデルから出力される第1の出力信号の目標値と、前記制御モデルに仮想外乱を入力させた状態で前記制御モデルから出力された第2の出力信号と、に基づいて、前記制御モデルから出力された前記第1の出力信号が前記目標値となるような制御信号を生成して前記制御モデルに出力する制御モデル用コントローラと、を備える。   In order to solve the above-described problem, a feedback control simulation apparatus according to a first aspect of the present invention provides a control model corresponding to a control target, a target value of a first output signal output from the control model, and the control model. Based on the second output signal output from the control model in a state where a virtual disturbance is input, a control signal such that the first output signal output from the control model becomes the target value. A control model controller that generates and outputs the control model to the control model.

請求項2記載の発明は、前記制御モデル用コントローラから出力された前記制御信号を前記制御対象に出力するための制御信号出力部を備える。   The invention according to claim 2 includes a control signal output unit for outputting the control signal output from the control model controller to the control target.

請求項3記載の発明は、前記仮想外乱に基づいて、前記制御モデルに仮想外乱を入力させた状態と等価な状態を得るために前記制御信号に加算する信号である等価仮想外乱を生成する等価仮想外乱生成部を備え、前記制御信号出力部は、前記制御信号と前記等価仮想外乱とを加算した制御信号を前記制御対象に出力する。   According to a third aspect of the present invention, an equivalent virtual disturbance that is a signal added to the control signal to obtain a state equivalent to a state in which the virtual disturbance is input to the control model is generated based on the virtual disturbance. A virtual disturbance generation unit is provided, and the control signal output unit outputs a control signal obtained by adding the control signal and the equivalent virtual disturbance to the control target.

請求項4記載の発明は、前記制御モデルから出力された前記第1の出力信号を、前記制御対象を制御する制御対象用コントローラに出力するための出力信号出力部を備える。   A fourth aspect of the invention includes an output signal output unit for outputting the first output signal output from the control model to a control target controller that controls the control target.

請求項5記載の発明は、前記制御対象は移動体であり、前記目標値は前記移動体の目標軌道であり、前記仮想外乱は前記移動体が移動する際に障害となる障害物を仮想した外乱であり、前記第1の出力信号は前記障害物を回避した障害物回避軌道である。   According to a fifth aspect of the present invention, the object to be controlled is a moving body, the target value is a target trajectory of the moving body, and the virtual disturbance virtualizes an obstacle that becomes an obstacle when the moving body moves. It is a disturbance, and the first output signal is an obstacle avoidance trajectory avoiding the obstacle.

請求項6記載の発明は、前記仮想外乱は、ポテンシャル関数から得られた外乱である。   According to a sixth aspect of the present invention, the virtual disturbance is a disturbance obtained from a potential function.

請求項7記載の発明は、前記移動体は車両であり、前記ポテンシャル関数は、前記車両に斥力を与える関数である。   According to a seventh aspect of the invention, the moving body is a vehicle, and the potential function is a function that gives a repulsive force to the vehicle.

請求項8記載の発明は、前記ポテンシャル関数は、前記車両が進入する交差点入り口で前記斥力が最大となるように設定された関数である。   According to an eighth aspect of the present invention, the potential function is a function set so that the repulsive force becomes maximum at an intersection entrance where the vehicle enters.

請求項9記載の発明は、前記移動体は2つのアームであり、互いのアームを前記障害物とみなして前記ポテンシャル関数を設定する。   According to a ninth aspect of the present invention, the movable body has two arms, and the potential function is set by regarding each arm as the obstacle.

請求項10記載の発明の制御装置は、請求項4記載のフィードバック制御シミュレーション装置と、前記フィードバック制御シミュレーション装置の前記制御モデルから出力された前記第1の出力信号に基づいて前記制御対象を制御する制御対象用コントローラと、を備える。   A control device according to a tenth aspect of the invention controls the control target based on the feedback control simulation device according to the fourth aspect and the first output signal output from the control model of the feedback control simulation device. A control target controller.

請求項11記載の発明は、前記制御対象用コントローラが、前記制御対象の逆モデルである。   In the invention described in claim 11, the controller to be controlled is an inverse model of the object to be controlled.

請求項12記載の発明のフィードバック制御シミュレーション方法は、コンピュータが、制御対象に対応する制御モデルから出力される第1の出力信号の目標値と、前記制御モデルに仮想外乱を入力させた状態で前記制御モデルから出力された第2の出力信号と、に基づいて、前記制御モデルから出力された前記第1の出力信号が前記目標値となるような制御信号を生成して前記制御モデルに出力するステップを含む。   The feedback control simulation method according to claim 12 is a method in which a computer inputs a target value of a first output signal output from a control model corresponding to a control target and a virtual disturbance to the control model. Based on the second output signal output from the control model, a control signal is generated such that the first output signal output from the control model becomes the target value and is output to the control model. Includes steps.

請求項13記載の発明のフィードバック制御シミュレーションプログラムは、コンピュータを、請求項1〜9の何れか1項に記載のフィードバック制御シミュレーション装置を構成する各手段として機能させるためのフィードバック制御シミュレーションプログラムである。   A feedback control simulation program according to a thirteenth aspect of the present invention is a feedback control simulation program for causing a computer to function as each means constituting the feedback control simulation apparatus according to any one of the first to ninth aspects.

本発明によれば、複雑な計算をすることなく制御対象を精度良く制御するための制御信号を生成することができる、という効果を有する。   According to the present invention, there is an effect that it is possible to generate a control signal for accurately controlling an object to be controlled without performing complicated calculations.

第1実施形態に係る制御装置10のブロック図である。It is a block diagram of control device 10 concerning a 1st embodiment. フィードバック制御シミュレーション装置で実行されるフィードバック制御シミュレーション処理のフローチャートである。It is a flowchart of the feedback control simulation process performed with a feedback control simulation apparatus. 第2実施形態に係るフィードバック制御シミュレーション装置のブロック図である。It is a block diagram of the feedback control simulation apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係るフィードバック制御シミュレーション装置のブロック図である。It is a block diagram of the feedback control simulation apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係るフィードバック制御シミュレーション装置のブロック図である。It is a block diagram of the feedback control simulation apparatus which concerns on 4th Embodiment. 障害物からの斥力について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the repulsion from an obstruction. 障害物の周りに発生するポテンシャル場について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the potential field generate | occur | produced around an obstruction. ポテンシャル関数について説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating a potential function. 駐車車両追い抜きのシミュレーション結果について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the simulation result of parking vehicle overtaking. 無信号交差点通過のシミュレーション結果について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the simulation result of a no-signal intersection passing. 第5実施形態に係るモジュールのコンセプトについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating the concept of the module which concerns on 5th Embodiment. 第5実施形態に係るフィードバック制御シミュレーション装置のブロック図である。It is a block diagram of the feedback control simulation apparatus which concerns on 5th Embodiment. アームの衝突回避における偏差抑制入力について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the deviation suppression input in the collision avoidance of an arm. アームの衝突回避について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the collision avoidance of an arm. ポテンシャル場の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a potential field. アームの衝突回避のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the collision avoidance of an arm. アームの衝突回避のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the collision avoidance of an arm. 第6実施形態に係る制御装置10のブロック図である。It is a block diagram of the control apparatus 10 which concerns on 6th Embodiment. 第7実施形態に係るフィードバック制御シミュレーション装置のブロック図である。It is a block diagram of the feedback control simulation apparatus which concerns on 7th Embodiment. 第8実施形態に係る制御装置のブロック図である。It is a block diagram of a control device concerning an 8th embodiment. 第9実施形態に係る制御装置のブロック図である。It is a block diagram of a control device concerning a 9th embodiment.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例について説明する。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)   (First embodiment)

図1には、本実施形態に係る制御装置10のブロック図を示した。図1に示すように、制御装置10は、フィードバック制御シミュレーション装置12及び制御対象用コントローラ14を備える。   In FIG. 1, the block diagram of the control apparatus 10 which concerns on this embodiment was shown. As shown in FIG. 1, the control device 10 includes a feedback control simulation device 12 and a control target controller 14.

フィードバック制御シミュレーション装置12は、制御モデル16及び制御モデル用コントローラ18を備える。   The feedback control simulation device 12 includes a control model 16 and a control model controller 18.

制御モデル16は、制御対象20に対応する制御モデル、すなわち制御対象20のシミュレーションモデルである。   The control model 16 is a control model corresponding to the control target 20, that is, a simulation model of the control target 20.

制御対象20としては、例えば自動車、飛翔体(ドローン等)、産業用ロボット、ヒューマノイドロボット等の移動体が適用されるが、これに限られるものではない。本実施形態では、制御対象20が移動体の場合について説明する。   As the control object 20, for example, a mobile object such as an automobile, a flying object (such as a drone), an industrial robot, or a humanoid robot is applied, but is not limited thereto. In the present embodiment, a case where the control target 20 is a moving body will be described.

制御モデル用コントローラ18は、制御モデル16から出力される第1の出力信号としての出力信号yの目標値rと、制御モデル16に仮想外乱dvを入力させた状態で制御モデル16から出力されたフィードバック制御用の第2の出力信号としての出力信号yと、に基づいて、制御モデル16から出力された出力信号yが目標値rに追従するような制御信号uを生成して制御モデル16に出力する。なお、フィードバック制御用の出力信号yは、出力信号yだけでなく、出力信号y以外の観測量も含む信号である。 Control model controller 18 is output from the first and the target value r of the output signal y M as the output signal, the control model 16 in a state in which the input virtual disturbance dv the control model 16 which is output from the control model 16 the output signal y m as a second output signal for feedback control was based on the output signal y M output from the control model 16 generates a control signal u M such as to follow the target value r Output to the control model 16. The output signal y m for feedback control, not only the output signal y M, a signal including observables other than the output signal y M.

すなわち、制御モデル用コントローラ18は、制御対象20のシミュレーションモデルである制御モデル16に対してフィードバック制御を行い、出力信号yが目標値rを追従するような制御信号uを生成して制御モデル16に出力する。 That is, the control model controller 18 controls performs feedback control on the control model 16 is a simulation model of the target 20, and generates and controls signals u M as the output signal y M to follow the target value r control Output to model 16.

ここで、目標値rは、一例として移動体である制御対象20の目標軌道である。また、仮想外乱dvは、一例として制御対象20が移動する際に障害となる障害物を仮想した外乱である。また、出力信号yは、障害物を回避した障害物回避軌道である。なお、仮想外乱は、ポテンシャル関数から得られた外乱を適用することができるが、制御対象20が移動する際に障害となる障害物を仮想した外乱であれば、これに限られるものではない。 Here, the target value r is, for example, a target trajectory of the control target 20 that is a moving body. Further, the virtual disturbance dv is a disturbance in which an obstacle that becomes an obstacle when the control target 20 moves is assumed as an example. The output signal y M is a obstacle avoidance route that avoids obstacles. Note that the disturbance obtained from the potential function can be applied to the virtual disturbance. However, the disturbance is not limited to this as long as the obstacle is an obstacle that becomes an obstacle when the control target 20 moves.

また、フィードバック制御シミュレーション装置12は、制御モデル16から出力された出力信号yを、制御対象20を制御する制御対象用コントローラ14に出力するための制御信号出力部22を備える。 The feedback control simulation apparatus 12 includes a control signal output section 22 for outputting an output signal y M output from the control model 16, the control target controller 14 for controlling the controlled object 20.

制御対象用コントローラ14は、フィードバック制御シミュレーション装置12から出力された出力信号yと、制御対象20から出力されたフィードバック制御用の出力信号yと、に基づいて、制御対象20から出力された出力信号yが制御モデル16から出力された出力信号yに追従するような制御信号uを生成して制御対象20に出力する。なお、フィードバック制御用の出力信号yは、出力信号yだけでなく、出力信号y以外の観測量も含む信号である。 Control target controller 14, the output signal y M outputted from the feedback control simulation apparatus 12, and the output signal y r for feedback control output from the control object 20, based on, output from the controlled object 20 output signal y R is to generate a control signal u R as follows the output signal y M output from the control model 16 and outputs to the controlled object 20. The output signal y r for feedback control, not only the output signal y R, is a signal including observables other than the output signal y R.

すなわち、制御対象用コントローラ14は、制御モデル16から出力された出力信号yを用いて制御対象20に対してフィードバック制御を行う。 In other words, the control target controller 14 performs feedback control on the control target 20 using the output signal y M output from the control model 16.

制御モデル用コントローラ18は、例えばCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、及び不揮発性メモリ等を含むコンピュータで構成することができる。この場合、後述するフィードバック制御シミュレーション処理をコンピュータに実行させるフィードバック制御シミュレーションプログラムを、例えばROMに記憶しておき、CPUにこれを読み込んで実行させる。なお、フィードバック制御シミュレーションプログラムは、CD−ROMやDVD−ROM等の記録媒体により提供するようにしてもよい。   The control model controller 18 can be configured by a computer including, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and a nonvolatile memory. In this case, a feedback control simulation program that causes the computer to execute a feedback control simulation process described later is stored in, for example, the ROM, and is read and executed by the CPU. The feedback control simulation program may be provided by a recording medium such as a CD-ROM or DVD-ROM.

次に、制御モデル用コントローラ18において実行されるフィードバック制御シミュレーション処理を図2に示すフローチャートを参照して説明する。   Next, feedback control simulation processing executed in the control model controller 18 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、ステップS100では、制御モデル16から出力される出力信号yの目標値rを入力する。 First, in step S100, and inputs a target value r of the output signal y M output from the control model 16.

ステップS102では、制御モデル16に仮想外乱dvを入力させた状態で制御モデル16から出力されたフィードバック制御用の出力信号yを入力する。 At step S102, and inputs an output signal y m for feedback control output from the control model 16 in a state in which the input virtual disturbance dv the control model 16.

ステップS104では、ステップS100で入力した目標値rと、ステップS102で入力した出力信号yと、に基づいて、出力信号yが目標値rを追従するような制御信号uを生成して制御モデル16に出力する。 In step S104, the target value r entered in step S100, the output signal y m input at step S102, based on, it generates a control signal u M as the output signal y M to follow the target value r Output to the control model 16.

これにより、制御モデル16は、制御信号uに応じた出力信号yを制御対象用コントローラ14に出力する。そして、制御対象用コントローラ14は、制御モデル16から出力された出力信号yと、制御対象20から出力されたフィードバック制御用の出力信号yと、に基づいて、制御対象20から出力された出力信号yが制御モデル16から出力された出力信号yに追従するような制御信号uを生成して制御対象20に出力する。 Thus, the control model 16 outputs an output signal y M corresponding to the control signal u M to the control target controller 14. Then, the control target controller 14, the output signal y M output from the control model 16, and the output signal y r for feedback control output from the control object 20, on the basis, which is output from the control object 20 output signal y R is to generate a control signal u R as follows the output signal y M output from the control model 16 and outputs to the controlled object 20.

このように、制御対象20は、シミュレーションによるフィードバック制御によって生成された出力信号yに基づいてフィードバック制御される。 Thus, the controlled object 20 is feedback-controlled based on the output signal y M generated by the feedback control by simulation.

制御モデル16が制御対象20に精度良く対応していれば、仮想外乱dvが無い場合は、実際の制御対象20の出力信号yを目標値rに精度良く追従させることができる。また、適切な仮想外乱dvを与えることにより、移動体を障害物から回避させるための軌道である出力信号yがフィードバック制御シミュレーションにより自動的に計算され、移動体である制御対象20の軌道である出力信号yがこれに追従することにより、前記移動体は精度よく障害物を回避できる。シミュレーション環境は、フィードバック制御にとって理想的な環境であるため、仮想外乱dvを与えてもフィードバック制御シミュレーションは一般に安定である。 In the control model 16 is only to accurately correspond to the controlled object 20, if the virtual disturbance dv is not, can be accurately follow the actual target value r output signal y R of the controlled object 20. Further, by giving an appropriate virtual disturbance dv, an output signal y M that is a trajectory for avoiding the moving object from the obstacle is automatically calculated by the feedback control simulation, and the trajectory of the control object 20 that is the moving object is calculated. by certain output signal y R to follow this, the moving body can be avoided accurately obstacle. Since the simulation environment is an ideal environment for feedback control, the feedback control simulation is generally stable even if a virtual disturbance dv is given.

(第2実施形態)   (Second Embodiment)

次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

図3には、本実施形態に係るフィードバック制御シミュレーション装置12Aのブロック図を示した。図3のフィードバック制御シミュレーション装置12Aが図1のフィードバック制御シミュレーション装置12と異なるのは、制御モデル用コントローラ18から出力された制御信号uを制御対象20に出力するための出力信号出力部24を備えている点、制御モデル16から出力された出力信号yを制御対象用コントローラ14に出力するための制御信号出力部22が省略されている点である。その他の構成は図1のフィードバック制御シミュレーション装置12と同様なので、詳細な説明は省略する。 FIG. 3 shows a block diagram of the feedback control simulation apparatus 12A according to the present embodiment. The feedback control simulation device 12A in FIG. 3 is different from the feedback control simulation device 12 in FIG. 1 in that an output signal output unit 24 for outputting the control signal u M output from the control model controller 18 to the control target 20 is provided. that it includes, in that the control signal output section 22 for outputting an output signal y M output from the control model 16 to the control target controller 14 is omitted. Since other configurations are the same as those of the feedback control simulation apparatus 12 of FIG. 1, detailed description thereof is omitted.

また、出力信号yを制御対象用コントローラ14に出力するための制御信号出力部22が省略されているため、図3の構成では、制御対象用コントローラ14も省略されている。 Further, since the control signal output section 22 for outputting an output signal y M to the control target controller 14 are omitted, in the configuration of FIG. 3 have been omitted also controlled object controller 14.

このように、本実施形態では、シミュレーションによるフィードバック制御によって制御モデル用コントローラ18により生成された制御信号uが制御対象20に出力される。すなわち、制御対象20は、制御モデル用コントローラ18により生成された制御信号uに基づいてフィードフォワード制御されることとなる。 Thus, in the present embodiment, the control signal u M generated by the control model controller 18 by the feedback control by simulation is output to the controlled object 20. That is, the control target 20 is subjected to feedforward control based on the control signal u M generated by the control model controller 18.

制御対象20が例えば自動運転が可能な自動車である場合、制御信号uは、例えば自動車の向きを操作するハンドルのハンドル操作量とすることができる。この場合、従来のように障害物を回避するための軌道を計算してから、計算された軌道に制御対象を追従させるためのハンドル操作量を決定する等の複雑な計算をする必要がなく、シミュレーションによるフィードバック制御により自動車が障害物に衝突するのを回避することが可能なハンドル操作量を少ない計算量でダイレクトに求めることができる。 If the controlled object 20 is an automobile that can be automatically operated for example, the control signal u M may be, for example, a steering wheel operation amount of the steering wheel to operate the vehicle orientation. In this case, it is not necessary to calculate a trajectory for avoiding an obstacle as in the past, and then to perform a complicated calculation such as determining a handle operation amount for causing the control target to follow the calculated trajectory. The amount of steering wheel operation that can avoid the collision of an automobile with an obstacle by feedback control through simulation can be directly obtained with a small amount of calculation.

(第3実施形態)   (Third embodiment)

次に、本発明の第3実施形態について説明する。なお、第1実施形態及び第2実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 1st Embodiment and 2nd Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

図4には、本実施形態に係るフィードバック制御シミュレーション装置12Bのブロック図を示した。図4のフィードバック制御シミュレーション装置12Bは、図1のフィードバック制御シミュレーション装置12と、図3のフィードバック制御シミュレーション装置12Aと、を組み合わせた装置である。すなわち、フィードバック制御シミュレーション装置12Bは、制御モデル16から出力された出力信号yを制御対象用コントローラ14に出力するための制御信号出力部22と、制御モデル用コントローラ18から出力された制御信号uを制御対象20に出力するための出力信号出力部24と、を備えている。 FIG. 4 shows a block diagram of the feedback control simulation apparatus 12B according to the present embodiment. The feedback control simulation device 12B of FIG. 4 is a device that combines the feedback control simulation device 12 of FIG. 1 and the feedback control simulation device 12A of FIG. That is, feedback control simulation apparatus 12B includes a control signal output section 22 for outputting an output signal y M output from the control model 16 to the control target controller 14, control signals u which is output from the control model controller 18 And an output signal output unit 24 for outputting M to the controlled object 20.

そして、制御モデル用コントローラ18から出力された制御信号uと、制御対象用コントローラ14から出力された制御信号uと、が加算されて制御対象20に出力される。 Then, the control signal u M output from the control model controller 18 and the control signal u R output from the control target controller 14 are added and output to the control target 20.

このように、本実施形態では、シミュレーションによるフィードバック制御によって生成された出力信号yが制御対象用コントローラ14に入力され、制御対象用コントローラ14から出力された制御信号uと、制御対象用コントローラ14により生成された制御信号uとが加算された制御信号により制御対象20が制御されるため、制御対象20の出力信号yを出力信号yに精度良く追従させることができる。 Thus, in the present embodiment, the output signal y M generated by the feedback control by simulation is input to the controlled object controller 14, a control signal u R which is outputted from the control target controller 14, the controller for the control object since the control signal u M generated by the 14 control object 20 is controlled by a control signal added, it is possible to accurately track the output signal y M output signals y R of the controlled object 20.

(第4実施形態)   (Fourth embodiment)

次に、本発明の第4実施形態について説明する。第4実施形態では、障害物回避を考慮した自動運転制御システムに本発明を適用した場合について説明する。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, a case where the present invention is applied to an automatic driving control system that considers obstacle avoidance will be described.

図5には、本実施形態に係るフィードバック制御シミュレーション装置30のブロック図を示した。なお、図5の構成は、第3実施形態で説明した図4の構成に相当する。   FIG. 5 shows a block diagram of the feedback control simulation apparatus 30 according to the present embodiment. The configuration in FIG. 5 corresponds to the configuration in FIG. 4 described in the third embodiment.

以下では、「PD」を制御モデル用コントローラPDと称し、「P」を制御モデルPと称し、「PID」を制御対象用コントローラPIDと称し、「P」を制御対象Pと称する。 In the following, referred to as "PD" control model controller PD, referred to as control model P M to "P M", referred to as a control target controller PID to "PID", referred to as the control object P R to "P R" .

図5に示すように、目標値決定部32から出力された目標値rから、制御モデルPから出力された出力信号q(以下では、qの上付きバーを便宜上このように記載する)を減算した信号が偏差として制御モデルPDに出力される。なお、制御モデル用コントローラPDと、目標値rから出力信号qを減算する部分と、が図4の制御モデル用コントローラ18に相当する。 As shown in FIG. 5, from the target value r outputted from target value decision unit 32, output signal q outputted from the control model P M - (hereinafter, for convenience thus described the superscript bar q) A signal obtained by subtracting is output to the control model PD as a deviation. The control model controller PD and the part for subtracting the output signal q from the target value r correspond to the control model controller 18 in FIG.

制御モデル用コントローラPDから出力された制御信号は、仮想外乱発生部34から出力された仮想外乱dvと加算されて座標変換部36に出力される。座標変換部36により座標変換された制御信号u(以下では、uの上付きバーを便宜上このように記載する)は、制御モデルPに出力される。 The control signal output from the control model controller PD is added to the virtual disturbance dv output from the virtual disturbance generation unit 34 and output to the coordinate conversion unit 36. Coordinate converted control signal u by a coordinate transformation unit 36 - (hereinafter, for convenience thus described the superscript bar u) is output to the control model P M.

制御対象Pは、制御信号uによって制御される。制御対象Pから出力された出力信号には、外乱dが加算されて出力信号qとして出力される。なお、制御対象Pは、図4の制御対象20に相当する。 Control target P R is controlled by the control signal u. The output signal outputted from the control target P R, disturbance d is outputted as an output signal q is added. Incidentally, the control target P R corresponds to the controlled object 20 in FIG.

制御対象用コントローラPIDは、出力信号qから出力信号qを減算した信号に基づいて制御信号を生成し、座標変換部38に出力する。座標変換部38で座標変換された制御信号は、フィードバック制御シミュレーション装置30の座標変換部36から出力された制御信号uと加算されて制御信号uとして制御対象Pに出力される。なお、制御対象用コントローラPIDと、出力信号qから出力信号qを減算する部分と、が図4の制御対象用コントローラ14に相当する。 The control target controller PID generates a control signal based on a signal obtained by subtracting the output signal q from the output signal q and outputs the control signal to the coordinate conversion unit 38. Coordinate converted control signal at the coordinate converter 38, a control signal outputted from the coordinate converter 36 of the feedback control simulation apparatus 30 u - is output is added to the controlled object P R as a control signal u. Note that the control target controller PID and the part of subtracting the output signal q from the output signal q correspond to the control target controller 14 of FIG.

ここで、制御対象Pは実車両、制御モデルPは実車両に対応するシミュレーションモデルである。従って、目標値rは実車両の位置及び速度を表す目標値であり、制御信号uは実車両の駆動制動力及び舵角を制御する制御信号であり、出力信号qは実車両の位置及び速度を表す出力信号である。なお、以下では、制御モデルPを単に車両と称する場合がある。 Here, the control object P R is the real vehicle, control model P M is a simulation model corresponding to the actual vehicle. Therefore, the target value r is a target value representing the position and speed of the actual vehicle, the control signal u is a control signal for controlling the driving braking force and the steering angle of the actual vehicle, and the output signal q is the position and speed of the actual vehicle. Is an output signal. In the following, simply referred to as a vehicle control model P M.

仮想外乱発生部34は、シミュレーション上で走行する車両に障害物からの斥力を与えるための仮想外乱dvを出力する。仮想外乱dv、すなわち障害物からの斥力は、予め設定したポテンシャル関数から計算することができ、障害物が複数存在する場合は、それぞれの障害物からの斥力の和をとる。ポテンシャル関数をU、位置をq^とおくと、力F^は下記(1)式のように表すことができる。なお、数式内のボールド表示の記号はベクトルであることを表しており、本文中では該当の記号に「^」を付して表している。   The virtual disturbance generator 34 outputs a virtual disturbance dv for applying a repulsive force from an obstacle to the vehicle traveling on the simulation. The virtual disturbance dv, that is, the repulsive force from the obstacle, can be calculated from a preset potential function. If there are a plurality of obstacles, the sum of the repulsive forces from the respective obstacles is taken. If the potential function is U and the position is q ^, the force F ^ can be expressed as the following equation (1). It should be noted that the bold display symbol in the mathematical expression represents a vector, and in the text, the symbol is represented by “^”.

・・・(1) ... (1)

制御モデル用コントローラPDには、経路を辿らせつつ仮想外乱dvの影響を受けるものを用いる。実車両である制御対象Pには、フィードバック制御シミュレーション装置30において計算された制御信号uに基づく制御信号uが入力されるため、制御対象用コントローラPIDには、外乱dや制御モデルPの誤差を抑えることを目的としたものを用いる。図6には、目標値及び制御モデルPに加える力を決定する際の決定方法を示した。障害物40からの斥力、すなわちポテンシャル関数による斥力42(Force of potential)の影響で車両44が目標位置46から遅れることを防ぐため、車両44が目標経路48に沿った方向に進んだ距離だけ目標位置を目標経路48上で進ませる。そして、その目標位置46に設定された目標速度を車両44の目標速度とする。次に、目標値、すなわち目標位置及び目標速度と車両44の位置及び速度との偏差からPD制御(比例微分制御)により、目標経路48を維持する力50(Cource keeping force)を計算する。次に、ポテンシャル関数からの斥力42を加える。そして、これらの力を足し合わせ、足し合わせた力を制御モデルPの座標に変換し、前方向を駆動力、横方向の力をコーナリングパワーで除算したものを舵角とし、これらを制御モデルP及び制御対象Pに出力する。 As the control model controller PD, one that is affected by the virtual disturbance dv while following the path is used. The control object P R is the real vehicle, the control signals calculated in the feedback control simulation apparatus 30 u - for control signals based on the u is input, the control target controller PID, disturbance d and control model P M The one intended to suppress the error is used. FIG. 6 shows a determination method in determining the force applied to the target value and the control model P M. In order to prevent the vehicle 44 from being delayed from the target position 46 due to the repulsive force from the obstacle 40, that is, the repulsive force 42 (Force of potential) due to the potential function, the target is the distance traveled by the vehicle 44 in the direction along the target route 48. The position is advanced on the target path 48. Then, the target speed set at the target position 46 is set as the target speed of the vehicle 44. Next, a force 50 (course keeping force) for maintaining the target path 48 is calculated by PD control (proportional derivative control) from the target value, that is, the deviation between the target position and target speed and the position and speed of the vehicle 44. Next, a repulsive force 42 from the potential function is applied. The sum of these forces, and converts the combined force added to the coordinates of the control model P M, and forward the driving force, those lateral forces divided by the cornering power and steering angle, the control of these models and it outputs the P M and the control object P R.

次に、駐車車両や歩行者を追い抜く場合の例について説明する。   Next, an example of overtaking a parked vehicle or a pedestrian will be described.

道の端に車が駐車しているとき、安全な距離を置いて追い抜く運転が求められる。また、駐車車両の影からの飛び出しを考慮した減速が必要になる。歩行者がいる場合においても同様に、安全な距離での追い抜きと飛び出しを考慮した減速を行う必要がある。そこで、障害物から離れる向きに力を加えるポテンシャル関数を考える。下記(2)式に、障害物に近いほど大きくなるポテンシャル関数を示した。ここで、Kは障害物までの距離、A、αは定数である。   When a car is parked at the end of the road, driving over a safe distance is required. In addition, it is necessary to decelerate in consideration of popping out of the shadow of the parked vehicle. Similarly, when there is a pedestrian, it is necessary to perform deceleration in consideration of overtaking and jumping out at a safe distance. Therefore, consider a potential function that applies force in the direction away from the obstacle. The following equation (2) shows a potential function that increases as the distance from the obstacle increases. Here, K is the distance to the obstacle, and A and α are constants.

・・・(2) ... (2)

上記(2)式のポテンシャル関数では、車両が近くに存在する場合にのみ大きな斥力をかけるため、安全な距離を保つことはできるものの、離れた場所から近づく場合に、早い段階から回避行動を起こすことが困難である。そこで、図7に示すように、障害物40を車両の幅だけ大きくした長方形とし、車両の進行方向である図7において右方向と反対向き、すなわち左向きに突起したエッジ52を取り付ける。図7は道路を上から見た図であり、車両は図7において右方向に進んでおり、車両と接触する位置に障害物40があるものとする。この場合、上記(2)式のポテンシャル関数を用いると、図7のような等高線でポテンシャル場54が描ける。ポテンシャル場54は内側に行くほど対数的に大きくなる。このようなポテンシャル関数を用いることにより、障害物40に近づくほど大きな斥力が車両にかかるようになるが、このままでは急ブレーキがかかるようになってしまう。そこで、障害物40との相対速度が大きくなるほど、障害物40に近づいた位置を仮の位置としてポテンシャル関数を計算する。その結果、ポテンシャル場54は図7のようになり、早い段階から障害物を回避することができる。   In the potential function of the above equation (2), a large repulsive force is applied only when the vehicle is present nearby, so a safe distance can be maintained, but when approaching from a distant place, an avoidance action is initiated from an early stage. Is difficult. Therefore, as shown in FIG. 7, the obstacle 40 is formed into a rectangle that is enlarged by the width of the vehicle, and an edge 52 protruding in the direction opposite to the right direction in FIG. 7, that is, the left direction, is attached. FIG. 7 is a view of the road as viewed from above, and the vehicle is moving in the right direction in FIG. 7, and it is assumed that there is an obstacle 40 at a position contacting the vehicle. In this case, the potential field 54 can be drawn with contour lines as shown in FIG. The potential field 54 increases logarithmically as it goes inward. By using such a potential function, a greater repulsive force is applied to the vehicle as the obstacle 40 is approached, but sudden braking is applied as it is. Therefore, as the relative speed with the obstacle 40 increases, the potential function is calculated using the position approaching the obstacle 40 as a temporary position. As a result, the potential field 54 is as shown in FIG. 7, and obstacles can be avoided from an early stage.

具体的には、エッジ52の突起側に車両がある場合、障害物40との相対速度に応じて小さくなる擬距離を用いる。擬距離は、位置q^=[X Y]を下記(3)式と置き換えた場合における障害物40との距離である。このとき、車両の進行方向は図7においてX軸の方向であり、Vは車両の速度、Vobは障害物の速度、Xobは車両進行方向における障害物40の位置、βは定数である。 Specifically, when there is a vehicle on the protrusion side of the edge 52, a pseudo distance that becomes smaller according to the relative speed with the obstacle 40 is used. The pseudorange is a distance from the obstacle 40 when the position q ^ = [XY] is replaced with the following equation (3). At this time, the traveling direction of the vehicle is the direction of the X axis in FIG. 7, V is the speed of the vehicle, V ob is the speed of the obstacle, X ob is the position of the obstacle 40 in the traveling direction of the vehicle, and β is a constant. .

・・・(3) ... (3)

擬距離を用いることにより、障害物40に早く近づくほど障害物40とより近くにあった場合におけるポテンシャル関数の値が適用される。   By using the pseudo distance, the value of the potential function in the case where the obstacle 40 is closer to the obstacle 40 is applied as it approaches the obstacle 40 earlier.

図7では、上記(2)、(3)式から、車両が40km/hで走行中の場合における障害物40のポテンシャル関数が表すポテンシャル場54を、障害物40から離間するに従って10から対数的に減らしていった等高線で表している。 In Figure 7, the logarithm above (2), the potential field 54 indicating the potential function of the obstacle 40 when the equation (3), the vehicle is traveling at 40 km / h, from 105 as the distance from the obstacle 40 This is represented by contour lines that were reduced.

次に、無信号交差点を通過する場合の例について説明する。   Next, an example in the case of passing through a no-signal intersection will be described.

無信号交差点の優先側について考える。無信号交差点では歩行者の急な飛び出しがあったときにおいても停止することができるように、交差点に入る前に減速を行う必要がある。そのため、ポテンシャル関数によって交差点に入るまでに制御モデルPに進行方向と逆向きの力を加えることを考える。無信号交差点におけるポテンシャル関数の式を下記(4)式に示した。また、図8には、制限速度が25km/hの場合における下記(4)式をグラフで表したものを示した。ここで、速度の比例ゲインをP、目標速度をVr、道幅をw、交差点の中心をXu、交差点に入るときに求められる最小速度をVm、Xu通過時の速度をVX=Xuとする。図8では、交差点の中心Xu=0としている。また、aは定数である。 Consider the priority side of a no-signal intersection. It is necessary to decelerate before entering the intersection so that it is possible to stop at a no-signal intersection when a pedestrian suddenly jumps out. Therefore, consider adding the traveling direction and opposite force on the control model P M before entering the intersection by the potential function. The formula of the potential function at the no-signal intersection is shown in the following formula (4). FIG. 8 is a graph showing the following expression (4) when the speed limit is 25 km / h. Here, the proportional gain of speed is P V , the target speed is Vr, the road width is w, the center of the intersection is Xu, the minimum speed obtained when entering the intersection is Vm, and the speed when passing through Xu is V X = Xu . . In FIG. 8, the intersection center Xu = 0. A is a constant.

・・・(4) ... (4)

このポテンシャル関数は、力の最大値が目標速度に比例した距離だけ交差点入り口より前になる。こうすることで、交差点入り口付近で最小速度とすることができる。また、このポテンシャルにおいても擬距離を用いて、車両の速度が速い場合において早くから減速できるようにする。   This potential function is before the intersection entrance by a distance where the maximum force is proportional to the target speed. In this way, the minimum speed can be set near the intersection entrance. Also in this potential, pseudorange is used so that the vehicle can be decelerated early when the vehicle speed is high.

次に、駐車車両を追い抜く場合のシミュレーションについて説明する。   Next, a simulation for overtaking a parked vehicle will be described.

駐車車両がある場合において、図5のフィードバック制御シミュレーション装置30において実行されるシミュレーション部分のみについて検証した結果を図9に示した。図9に示すように、車両の軌道が、目標軌道56(Reference cource)上に存在する障害物40としての駐車車両を回避した回避軌道58(Simulation)となっていることが判る。このことから、本実施形態に係るフィードバック制御シミュレーション装置30と仮想外乱としてポテンシャル関数を用いることにより、追い抜き運転が可能であることが確認された。   FIG. 9 shows the result of verifying only the simulation portion executed in the feedback control simulation apparatus 30 of FIG. 5 when there is a parked vehicle. As shown in FIG. 9, it can be seen that the trajectory of the vehicle is an avoidance trajectory 58 (Simulation) that avoids a parked vehicle as an obstacle 40 existing on the target trajectory 56 (Reference course). From this, it was confirmed that the overtaking operation is possible by using the feedback control simulation apparatus 30 according to the present embodiment and the potential function as the virtual disturbance.

次に、無信号交差点を通過する場合のシミュレーションについて説明する。   Next, a simulation when passing through a no-signal intersection will be described.

無信号交差点を通過する場合において、図5のフィードバック制御シミュレーション装置30において実行されるシミュレーション部分のみについて検証した結果を図10に示した。   FIG. 10 shows the result of verifying only the simulation portion executed in the feedback control simulation apparatus 30 of FIG. 5 when passing through a no-signal intersection.

図10は、交差点の中心Xu=100とした場合のシミュレーション結果(Simulation)の他に、比較対象として、道路の制限速度を目標速度とした結果(Regulation speed)、実際の人間がドライバーの場合の運転データ(Driving data)を示した。   In addition to the simulation result (simulation) when the intersection center Xu = 100, FIG. 10 shows the result of the road speed limit as the target speed (Regulation speed) as a comparison target. The driving data was shown.

なお、運転データは、31個のデータから、対向車両を考慮した減速があるデータ、減速の少ないデータを除いた5個のデータの平均値を用いた。   As the driving data, an average value of five data obtained by removing 31 data from data with deceleration considering oncoming vehicles and data with low deceleration is used.

図10に示すように、シミュレーション結果(Simulation)は、実際の運転データ(Driving data)と同様の減速が再現できていることが判る。加速時に差が見られるが、このときはポテンシャル関数からの力が0であることから、速度維持のためのPD制御が、人間が運転する際の加速動作を再現できていないためであると考えられる。   As shown in FIG. 10, it can be seen that the simulation result (Simulation) reproduces the same deceleration as the actual driving data (Driving data). There is a difference at the time of acceleration. At this time, the force from the potential function is 0, so it is considered that the PD control for maintaining the speed cannot reproduce the acceleration operation at the time of driving. It is done.

このように、ポテンシャル関数によりシミュレーション上で車両に力を加える自動運転制御システムに本発明を適用可能であることが判った。また、障害物の追い抜きや無信号交差点の通過時におけるポテンシャル関数を設定し、シミュレーションによってその有効性が確認できた。   Thus, it has been found that the present invention can be applied to an automatic driving control system that applies a force to a vehicle on a simulation by a potential function. Moreover, the potential function when passing an obstacle or passing through a no-signal intersection was set, and its effectiveness was confirmed by simulation.

なお、本実施形態では、第3実施形態で説明した形態を障害物回避を考慮した自動運転制御に適用した場合の具体例について説明したが、図5において、制御対象用コントローラPID及び座標変換部38を含む制御部39を省略した構成としてもよい。この場合、第2実施形態で説明した形態を自動運転制御に適用した構成となる。   In the present embodiment, a specific example in which the form described in the third embodiment is applied to automatic driving control in consideration of obstacle avoidance has been described. However, in FIG. 5, the control target controller PID and the coordinate conversion unit The control unit 39 including 38 may be omitted. In this case, the configuration described in the second embodiment is applied to automatic operation control.

(第5実施形態)   (Fifth embodiment)

次に、本発明の第5実施形態について説明する。第5実施形態では、モジュール化された多体システムの衝突回避制御に本発明を適用した場合の具体例について説明する。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the fifth embodiment, a specific example when the present invention is applied to collision avoidance control of a modularized multi-body system will be described.

まず、本実施形態に係るモジュールのコンセプトについて説明する。   First, the concept of the module according to the present embodiment will be described.

コンセプトの概要を図11に示した。ハードウェアのモジュールに対して、それを動作させるための動力学モデルやコントローラをソフトウェア上でモジュール化してハードウェアに与え、ハードウェアとソフトウェアを併せて1つのモジュールとして扱う。このモジュールをModel−Contained Module(MCM)と定義する。以下では、このモジュールをMCMと称する。   An overview of the concept is shown in FIG. For a hardware module, a dynamic model and a controller for operating the hardware module are modularized on the software and given to the hardware, and the hardware and the software are handled together as one module. This module is defined as Model-Contained Module (MCM). Hereinafter, this module is referred to as MCM.

図11では、回転ジョイント(Rotational joint)のモジュールをMCM1としている。MCM1は、回転ジョイントのハードウェアH、ハードウェアHをモデル化したモデルP、モデルPを制御するコントローラCをモジュール化したものである。 In FIG. 11, the module of the rotation joint (Rotational joint) is MCM1. MCM1 is for hardware H R of the rotary joint, model P R models the hardware H R, the controller C R which controls the model P R and modularized.

同様に、MCM2は、直動ジョイント(Linear joint)のハードウェアH、ハードウェアHをモデル化したモデルP、モデルPを制御するコントローラCをモジュール化したものである。そして、MCM1及びMCM2を結合することにより、ハードウェアH、Hを組み合わせたハードウェアが構成されると共に、モデルP、Pを組み合わせたソフトウェアが構成される。 Similarly, MCM2 is for hardware H L of prismatic joint (Linear joint), model P L modeling the hardware H L, the controller C L for controlling the model P L and modularized. By combining MCM1 and MCM2, hardware H R, together with the hardware is constructed by combining the H L, model P R, software that combines P L constituted.

MCMでハードウェアを構成した場合、ソフトウェア上でもモジュールを結合することによって、ハードウェアに対応した動力学モデルやコントローラを得ることができる。これにより、モデル作成や制御器設計の工程が簡略化される。本実施形態では、MCMの検証用に回転ジョイントと直動ジョイントのハードウェアを作成し、専用の動力学モデルを与えてMCMとして扱う。   When hardware is configured with MCM, a dynamic model or controller corresponding to the hardware can be obtained by combining modules on software. This simplifies the process of model creation and controller design. In this embodiment, hardware for a rotary joint and a direct acting joint is created for MCM verification, and a dedicated dynamic model is given to handle it as an MCM.

次に、MCMに与えるモデルについて説明する。   Next, a model given to the MCM will be described.

従来、MCMに逆動力学モデルを与えて制御を行う方法が知られているが、本実施形態では、MCMのコンセプトの拡張性を検証するために、ポテンシャル法を用いた制御器をMCMに与えて制御を行う。ポテンシャル法は、障害物にポテンシャル関数を持たせ、ポテンシャル関数の勾配に応じた反発力を仮想空間で加えることにより衝突回避を考慮した経路設計を行う手法である。本実施形態では、MCMで2つのアームを構成し、互いに障害物とみなして扱う。MCMに与えるポテンシャル関数Uを下記(5)式に示す。   Conventionally, a method of performing control by giving an inverse dynamic model to the MCM is known, but in this embodiment, in order to verify the expandability of the concept of the MCM, a controller using a potential method is given to the MCM. Control. The potential method is a method of designing a path in consideration of collision avoidance by giving a potential function to an obstacle and applying a repulsive force according to the gradient of the potential function in a virtual space. In the present embodiment, two arms are configured by the MCM, and are treated as obstacles. The potential function U given to the MCM is shown in the following equation (5).

・・・(5) ... (5)

上記(5)式におけるrは、MCM同士の距離、aはポテンシャル場の勾配を調整する定数である。MCM同士の距離が小さくなるほどポテンシャル関数の勾配が大きくなる。反発力f^は、上記(5)式の勾配である下記(6)式で表される。   In the above equation (5), r is the distance between the MCMs, and a is a constant that adjusts the gradient of the potential field. The gradient of the potential function increases as the distance between the MCMs decreases. The repulsive force f ^ is expressed by the following equation (6), which is the gradient of the above equation (5).

・・・(6) ... (6)

また、上記(5)式のAを下記(7)式のように定義することにより、MCM同士の相対速度vに応じてポテンシャル関数の勾配を変化させる。ここで、Bはポテンシャル場の勾配を調整する定数、cは相対速度の影響を調整する定数である。 Further, by defining A in the above equation (5) as in the following equation (7), the gradient of the potential function is changed according to the relative speed v r between the MCMs. Here, B is a constant for adjusting the gradient of the potential field, and c is a constant for adjusting the influence of the relative velocity.

・・・(7) ... (7)

MCMが高速で近づくとポテンシャル場が大きくなり、より早い段階で減速が始まる。また、互いに静止している場合はポテンシャル場が小さくなり、影響が軽減される。   As the MCM approaches at high speed, the potential field increases and deceleration begins earlier. In addition, when the two are stationary, the potential field is reduced and the influence is reduced.

次に、本実施形態に係るフィードバック制御シミュレーション装置の構成について説明する。   Next, the configuration of the feedback control simulation apparatus according to the present embodiment will be described.

図12には、本実施形態に係るフィードバック制御シミュレーション装置70のブロック図を示した。なお、図12の構成は、第1実施形態で説明した図1のフィードバック制御シミュレーション装置12に相当する。以下では、「PD」を制御モデル用コントローラPDと称し、「P」を制御モデルPと称する。   FIG. 12 shows a block diagram of a feedback control simulation apparatus 70 according to the present embodiment. The configuration in FIG. 12 corresponds to the feedback control simulation apparatus 12 in FIG. 1 described in the first embodiment. Hereinafter, “PD” is referred to as a control model controller PD, and “P” is referred to as a control model P.

一般的なポテンシャル法は、目的地に引力ポテンシャルを与えることで自動的に経路設計をする。ロボットアームではユーザが所望する軌道を自由に設計して追従させることを目的とすることが多い。そのため、自動で経路を決定してしまう引力ポテンシャルとの相性が悪い。そこで、本実施形態では、ユーザが自らアームの目標関節角度θinを与えて軌道を生成し、逆動力学モデルP−1でアームの駆動に必要なトルクτを求めてプラントモデルである制御モデルPに出力する。制御モデルPからはアームの出力関節角度θoutが出力される。制御モデル用コントローラPDは、出力関節角度θoutと目標関節角度θinとの偏差に基づいてPD制御を行うことにより制御モデルPを制御する。このように、2自由度系で制御を行う。また、制御モデル用コントローラPDから出力されたトルクτに、ポテンシャル場から発生する外力fをトルク変換器で変換した仮想外乱dvを加えてプラントモデルPに与えることにより、衝突回避を考慮した動作の補正を行う構成としている。ここで、制御モデル用コントローラPD及び逆動力学モデルP−1が、図1の制御モデル用コントローラ18に相当する。また、制御モデルPは図1の制御モデル16に相当する。 A general potential method automatically designs a route by giving an attractive potential to a destination. In many cases, a robot arm is intended to freely follow a trajectory desired by a user. Therefore, it is not compatible with the attractive potential that automatically determines the route. Therefore, in this embodiment, the user generates the trajectory by giving the target joint angle θ in of the arm himself, and obtains the torque τ necessary for driving the arm with the inverse dynamic model P −1 and is a control model that is a plant model. Output to P. An output joint angle θ out of the arm is output from the control model P. Controller PD control model controls the control model P by performing the PD control based on the deviation between the output joint angle theta out and the target joint angle theta in. In this way, control is performed in a two-degree-of-freedom system. Further, by adding a virtual disturbance dv obtained by converting the external force f generated from the potential field to the torque τ output from the control model controller PD and applying it to the plant model P, an operation in consideration of collision avoidance is performed. The correction is performed. Here, the control model controller PD and the inverse dynamic model P- 1 correspond to the control model controller 18 of FIG. The control model P corresponds to the control model 16 of FIG.

なお、出力関節角度θoutを実機のプラントを制御するコントローラに入力することにより第1実施形態と同様の形態となり、トルクτを実機のプラントに入力することにより第2実施形態と同様の形態となり、これらの形態を組み合わせることで第3実施形態と同様の形態となる。 The output joint angle θ out is input to the controller that controls the actual plant, and the form is the same as that of the first embodiment, and the torque τ is input to the actual plant and the form is the same as that of the second embodiment. By combining these forms, a form similar to that of the third embodiment is obtained.

次に、出力関節角度θoutと目標関節角度θinとの偏差を抑制するための偏差抑制入力について説明する。 Next, a deviation suppression input for suppressing a deviation between the output joint angle θ out and the target joint angle θ in will be described.

例えばアームの先端の目標軌道を、図13に示すような開始点Startから終了点Goalまでの目標軌道72とした場合、障害物40のポテンシャル場54からの外力Fにより出力関節角度θoutと目標関節角度θinとの偏差が拡大し過ぎる場合がある。この偏差を制御モデル用コントローラPDのPD制御により修正する場合、偏差が大きいために制御モデルPに過度なトルクτが入力され、オーバーシュートが起こり得る。 For example, when the target trajectory at the tip of the arm is a target trajectory 72 from the start point Start to the end point Goal as shown in FIG. 13, the output joint angle θ out and the target by the external force F from the potential field 54 of the obstacle 40. In some cases, the deviation from the joint angle θ in is too large. When this deviation is corrected by the PD control of the control model controller PD, since the deviation is large, an excessive torque τ is input to the control model P, and overshoot may occur.

そこで、偏差の拡大を防ぐ方法として、偏差に応じて、目標関節角度θinの進行速度を遅延させる。目標関節角度θinを生成する際に使用する5次多項式補間で用いる多項式を下記(8)式のように設定する。ここで、θは初期角度、θは最終角度、tは開始時間、tは終了時間、Δtはサンプリング時間、dは定数である。 Therefore, as a method of preventing the deviation from expanding, the advance speed of the target joint angle θ in is delayed according to the deviation. A polynomial used in the fifth-order polynomial interpolation used for generating the target joint angle θ in is set as shown in the following equation (8). Here, θ 0 is an initial angle, θ f is a final angle, t 0 is a start time, t f is an end time, Δt is a sampling time, and d is a constant.

・・・(8) ... (8)

上記(8)式の変数tを目標値誤差e、すなわち偏差eの大きさに応じて、入力する目標関節角度θinの進行速度を変える。これにより、偏差eが大きい場合は目標関節角度θinの進行速度が遅くなり、偏差eが無い場合は目標関節角度θinの進行速度が元の速度となるようにする。これにより、オーバーシュートが抑制される。 Above (8) of the variable t of the target value error e, namely in accordance with the magnitude of the deviation e, change the traveling speed of the target joint angle theta in the input. As a result, when the deviation e is large, the progress speed of the target joint angle θ in is slow, and when there is no deviation e, the progress speed of the target joint angle θ in is the original speed. Thereby, overshoot is suppressed.

次に、シミュレーション結果について説明する。   Next, simulation results will be described.

前述した相対速度によって変化するポテンシャル場と偏差抑制入力を組み合わせて、減速しながら衝突回避動作をし、オーバーシュートが軽減されるか否かを検証するために2 つのシミュレーションを行った。   Two simulations were performed to verify whether or not the overshoot is reduced by performing the collision avoidance operation while decelerating by combining the potential field that changes with the relative speed and the deviation suppression input.

第1のシミュレーションでは、上記(5)式の係数Aを定数にした変化しないポテンシャル場を用いてシミュレーションを行った。また、第2のシミュレーションでは、上記(7)式の係数Aを相対速度によって変化するポテンシャル場と偏差抑制入力とを組み合わせてシミュレーションを行った。   In the first simulation, the simulation was performed using a potential field that does not change with the coefficient A in the above equation (5) being a constant. In the second simulation, the simulation was performed by combining the potential field that changes the coefficient A in the above equation (7) with the relative speed and the deviation suppression input.

図14に示すように、回転ジョイント74を3つ組み合わせた2本のアーム76A、76Bを交差させた場合における衝突回避動作をシミュレーションした。   As shown in FIG. 14, a collision avoidance operation in the case where two arms 76A and 76B in which three rotary joints 74 are combined is crossed is simulated.

回転ジョイント74は、MCMの検証用として製作した実機のパラメータを用いた。ポテンシャル関数を与えたアーム1つ分のポテンシャル場は図15のようになった。   For the rotary joint 74, parameters of an actual machine manufactured for MCM verification were used. The potential field for one arm giving the potential function is as shown in FIG.

第1、第2のシミュレーションの結果を図16、17に示した。図中の小さい番号から順にアーム76A、76Bは動作する。ただし、7番より大きい番号の記載は省略している。また、左のアーム76Bの先端の最高速度とアーム76A、76B間の最短距離を以下の表1に示した。   The results of the first and second simulations are shown in FIGS. The arms 76A and 76B operate in order from the smallest number in the figure. However, the description of numbers greater than 7 is omitted. The maximum speed at the tip of the left arm 76B and the shortest distance between the arms 76A and 76B are shown in Table 1 below.

図16、17に示すように、どちらも衝突せずに初期姿勢から目標姿勢に移動できている。また、上記表1に示すように、衝突回避動作時の最高速度は第2のシミュレーションの方が遅い。これは、相対速度によってポテンシャル場が大きくなり、アームが早めの段階で外力を受けたからである。また、表1のアーム間の最短距離は第2のシミュレーションの方が大きい。これは、相対速度に応じて変化するポテンシャル場による減速と偏差抑制入力による適度なPD制御によるものである。さらに、PD制御が適度に作用しているので、目標姿勢に注目すると図17は、図16に比べてオーバーシュートが抑えられていることが分かる。以上のことから、アーム同士の間隔を広く保ちつつ、かつ、減速しながら衝突回避動作を行うことができることが判った。   As shown in FIGS. 16 and 17, both can move from the initial posture to the target posture without colliding. Further, as shown in Table 1 above, the maximum speed during the collision avoidance operation is slower in the second simulation. This is because the potential field is increased by the relative velocity, and the arm receives an external force at an early stage. The shortest distance between the arms in Table 1 is larger in the second simulation. This is due to moderate PD control by the deceleration by the potential field that changes according to the relative speed and the deviation suppression input. Furthermore, since PD control is operating moderately, when attention is paid to the target posture, FIG. 17 shows that overshoot is suppressed compared to FIG. From the above, it was found that the collision avoidance operation can be performed while maintaining a wide interval between the arms and decelerating.

このように、相対速度によって変化するポテンシャル場と偏差によって進行速度が変化する偏差抑制入力を組み合わせることにより、シミュレーション上で良好な衝突回避動作が可能であることが確認できた。   Thus, it was confirmed that a good collision avoidance operation was possible on the simulation by combining the potential field that changes depending on the relative speed and the deviation suppression input that changes the traveling speed due to the deviation.

(第6実施形態)   (Sixth embodiment)

次に、本発明の第6実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。   Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

図18には、本実施形態に係る制御装置10Aのブロック図を示した。図18の制御装置10Aが図1の制御装置10と異なるのは、制御対象20を制御する制御対象用コントローラが、制御対象の逆モデル14Aで構成されている点である。その他の構成は図1のフィードバック制御シミュレーション装置12と同様なので、詳細な説明は省略する。   FIG. 18 shows a block diagram of a control device 10A according to the present embodiment. The control device 10A in FIG. 18 is different from the control device 10 in FIG. 1 in that the control target controller that controls the control target 20 is configured by an inverse model 14A of the control target. Since other configurations are the same as those of the feedback control simulation apparatus 12 of FIG. 1, detailed description thereof is omitted.

このように、本実施形態では、制御対象の逆モデル14Aが制御対象20を制御する。ここで、「制御対象の逆モデル」とは、制御対象からの出力信号(例えば制御対象20からの出力信号y)を入力すると、その出力信号が得られるような、制御対象へ入力される制御信号(例えば制御対象20へ入力される制御信号u)を出力するモデルである。精度の良い制御対象の逆モデルがあれば、外乱等が無い環境では、これをフィードフォワード的に用いることにより制御量を目標値に精度良く一致させることができる。すなわち、図18の制御装置10Aは、図1の制御装置10において実際に制御対象20のフィードバック制御を行っている部分を、制御対象の逆モデルを用いたフィードフォワード制御で置き換えたものである。なお、制御対象の逆モデル14Aとしては、例えば制御モデル16の逆モデルを用いることができるが、これに限られるものではない。 As described above, in the present embodiment, the controlled object inverse model 14 </ b> A controls the controlled object 20. Here, the “inverse model of the control target” is input to the control target so that when the output signal from the control target (for example, the output signal y R from the control target 20) is input, the output signal is obtained. This is a model that outputs a control signal (for example, a control signal u R input to the controlled object 20). If there is an accurate inverse model of the control target, in an environment where there is no disturbance or the like, the control amount can be matched with the target value with high accuracy by using it in a feedforward manner. That is, the control device 10A in FIG. 18 is obtained by replacing the portion of the control device 10 in FIG. 1 that actually performs feedback control of the control target 20 with feed-forward control using an inverse model of the control target. Note that, as the inverse model 14A to be controlled, for example, the inverse model of the control model 16 can be used, but is not limited thereto.

(第7実施形態)   (Seventh embodiment)

次に、本発明の第7実施形態について説明する。なお、第2実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。   Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 2nd Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

図19には、本実施形態に係るフィードバック制御シミュレーション装置12Cのブロック図を示した。   FIG. 19 shows a block diagram of a feedback control simulation apparatus 12C according to the present embodiment.

図19に示すように、本実施形態に係るフィードバック制御シミュレーション装置12Cは、等価仮想外乱生成部60を備えている。   As illustrated in FIG. 19, the feedback control simulation apparatus 12 </ b> C according to the present embodiment includes an equivalent virtual disturbance generation unit 60.

等価仮想外乱生成部60には、仮想外乱dvが入力される。そして、等価仮想外乱生成部60は、入力された仮想外乱dvに基づいて等価仮想外乱dv1を生成する。ここで、等価仮想外乱dv1は、制御モデル16に仮想外乱dvを入力させた状態と等価な状態を得るために、制御モデル用コントローラ18から出力された制御信号uに加算する信号である。 The virtual disturbance dv is input to the equivalent virtual disturbance generation unit 60. Then, the equivalent virtual disturbance generation unit 60 generates an equivalent virtual disturbance dv1 based on the input virtual disturbance dv. Here, the equivalent virtual disturbance dv1, in order to obtain a state equivalent to a state of being entered virtual disturbance dv the control model 16, a signal to be added to the control signal u M output from the control model for the controller 18.

制御信号出力部24は、制御モデル用コントローラ18から出力された制御信号uに等価仮想外乱dv1を加算した制御信号uを制御モデル16及び制御対象20に出力する。 Control signal output unit 24 outputs a control signal u m obtained by adding an equivalent virtual disturbance dv1 to the control signal u M output from the control model for the controller 18 to the control model 16 and the controlled object 20.

このように、本実施形態では、シミュレーションによるフィードバック制御によって制御モデル用コントローラ18により生成された制御信号uに等価仮想外乱dv1を加算した制御信号uが制御対象20に出力される。すなわち、制御対象20は、制御信号uに基づいてフィードフォワード制御されることとなる。 As described above, in this embodiment, the control signal u m obtained by adding the equivalent virtual disturbance dv1 to the control signal u M generated by the control model controller 18 by feedback control by simulation is output to the control target 20. That is, the control object 20 becomes to be feed-forward control based on the control signal u m.

制御対象20が例えば自動運転が可能な自動車である場合、制御信号uは、例えば自動車の向きを操作するハンドルのハンドル操作量とすることができる。この場合、従来のように障害物を回避するための軌道を計算してから、計算された軌道に制御対象を追従させるためのハンドル操作量を決定する等の複雑な計算をする必要がなく、シミュレーションによるフィードバック制御により自動車が障害物に衝突するのを回避することが可能なハンドル操作量を少ない計算量でダイレクトに求めることができる。 If the controlled object 20 is an automobile that can be automatically operated for example, the control signal u m can be, for example, a steering wheel operation amount of the steering wheel to operate the vehicle orientation. In this case, it is not necessary to calculate a trajectory for avoiding an obstacle as in the past, and then to perform a complicated calculation such as determining a handle operation amount for causing the control target to follow the calculated trajectory. The amount of steering wheel operation that can avoid the collision of an automobile with an obstacle by feedback control through simulation can be directly obtained with a small amount of calculation.

(第8実施形態)   (Eighth embodiment)

次に、本発明の第8実施形態について説明する。なお、第3実施形態及び第7実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。   Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 3rd Embodiment and 7th Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

図20には、本実施形態に係る制御装置10Bのブロック図を示した。図20の制御装置10Bは、図4に示す制御装置10のフィードバック制御シミュレーション装置12Bに代えて図19のフィードバック制御シミュレーション装置12Cが設けられた構成である。また、制御モデル16から出力された出力信号yは、制御信号出力部22から制御対象用コントローラ14に出力される。 FIG. 20 shows a block diagram of a control device 10B according to the present embodiment. A control device 10B of FIG. 20 has a configuration in which a feedback control simulation device 12C of FIG. 19 is provided instead of the feedback control simulation device 12B of the control device 10 shown in FIG. The output signal y M output from the control model 16 is output from the control signal output section 22 to the control target controller 14.

制御対象用コントローラ14は、制御モデル16から出力された出力信号yと、制御対象20から出力された第3の出力信号としての出力信号yと、に基づいて、制御信号uを生成して出力する。 Control target controller 14, the output signal y M output from the control model 16, and the output signal y r as a third output signal output from the controlled object 20, on the basis, generating a control signal u R And output.

制御対象20には、制御対象用コントローラ14から出力された制御信号uと、制御モデル用コントローラ18から出力された制御信号uに等価仮想外乱dv1を加算した制御信号uと、が加算された制御信号が入力される。 The control target 20 includes a control signal u R output from the control target controller 14 and a control signal u m obtained by adding the equivalent virtual disturbance dv1 to the control signal u M output from the control model controller 18. The controlled signal is input.

このように、本実施形態では、シミュレーションによるフィードバック制御によって制御モデル用コントローラ18により生成された制御信号uに等価仮想外乱dv1が加算された制御信号uが、制御対象用コントローラ14から出力された制御信号uに加算されて制御対象20に出力される。これにより、制御対象20の出力信号yを出力信号yに精度良く追従させることができる。 As described above, in the present embodiment, the control signal u m obtained by adding the equivalent virtual disturbance dv1 to the control signal u M generated by the control model controller 18 by feedback control by simulation is output from the control target controller 14. is output to the controlled object 20 the control signal is added to u R. This makes it possible to accurately track the output signal y M output signals y R of the controlled object 20.

(第9実施形態)   (Ninth embodiment)

次に、本発明の第9実施形態について説明する。なお、第8実施形態と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。   Next, a ninth embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as 8th Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

図21には、本実施形態に係る制御装置10Cのブロック図を示した。図21に示すように、制御装置10Cは、等価仮想外乱生成部60及び制御対象コントローラ14を備えた構成である。   FIG. 21 shows a block diagram of a control device 10C according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 21, the control device 10 </ b> C includes an equivalent virtual disturbance generation unit 60 and a control target controller 14.

このように、本実施形態では、制御対象用コントローラ14から出力された制御信号uに等価仮想外乱生成部60から出力された等価仮想外乱dv1が加算された制御信号が制御対象20に出力される。これにより、制御対象20を精度良く制御することができる。 Thus, in this embodiment, the control signal equivalent virtual disturbance dv1 output from the equivalent virtual disturbance generator 60 to the control signal u R which is outputted from the control target controller 14 is added is outputted to the controlled object 20 The Thereby, the controlled object 20 can be controlled with high accuracy.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to this embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.

10 制御装置
12、12A、12B、30、70 フィードバック制御シミュレーション装置
14 制御対象用コントローラ
16 制御モデル
18 制御モデル用コントローラ
20 制御対象
22 制御信号出力部
24 出力信号出力部
70 フィードバック制御シミュレーション装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Control apparatus 12, 12A, 12B, 30, 70 Feedback control simulation apparatus 14 Control object controller 16 Control model 18 Control model controller 20 Control object 22 Control signal output part 24 Output signal output part 70 Feedback control simulation apparatus

Claims (13)

制御対象に対応する制御モデルと、
前記制御モデルから出力される第1の出力信号の目標値と、前記制御モデルに仮想外乱を入力させた状態で前記制御モデルから出力された第2の出力信号と、に基づいて、前記制御モデルから出力された前記第1の出力信号が前記目標値となるような制御信号を生成して前記制御モデルに出力する制御モデル用コントローラと、
を備えたフィードバック制御シミュレーション装置。
A control model corresponding to the controlled object;
Based on the target value of the first output signal output from the control model and the second output signal output from the control model in a state where a virtual disturbance is input to the control model, the control model A controller for a control model that generates a control signal such that the first output signal output from the target value becomes the target value and outputs the control signal to the control model;
A feedback control simulation apparatus comprising:
前記制御モデル用コントローラから出力された前記制御信号を前記制御対象に出力するための制御信号出力部
を備えた請求項1記載のフィードバック制御シミュレーション装置。
The feedback control simulation apparatus according to claim 1, further comprising: a control signal output unit configured to output the control signal output from the control model controller to the control target.
前記仮想外乱に基づいて、前記制御モデルに仮想外乱を入力させた状態と等価な状態を得るために前記制御信号に加算する信号である等価仮想外乱を生成する等価仮想外乱生成部を備え、
前記制御信号出力部は、前記制御信号と前記等価仮想外乱とを加算した制御信号を前記制御対象に出力する
請求項2記載のフィードバック制御シミュレーション装置。
An equivalent virtual disturbance generation unit that generates an equivalent virtual disturbance that is a signal to be added to the control signal in order to obtain a state equivalent to a state in which the virtual disturbance is input to the control model based on the virtual disturbance;
The feedback control simulation apparatus according to claim 2, wherein the control signal output unit outputs a control signal obtained by adding the control signal and the equivalent virtual disturbance to the control target.
前記制御モデルから出力された前記第1の出力信号を、前記制御対象を制御する制御対象用コントローラに出力するための出力信号出力部
を備えた請求項1〜3の何れか1項に記載のフィードバック制御シミュレーション装置。
The output signal output part for outputting the said 1st output signal output from the said control model to the control object controller which controls the said control object is given in any one of Claims 1-3 Feedback control simulation device.
前記制御対象は移動体であり、前記目標値は前記移動体の目標軌道であり、前記仮想外乱は前記移動体が移動する際に障害となる障害物を仮想した外乱であり、前記第1の出力信号は前記障害物を回避した障害物回避軌道である
請求項1〜4の何れか1項に記載のフィードバック制御シミュレーション装置。
The control object is a moving object, the target value is a target trajectory of the moving object, and the virtual disturbance is a disturbance that virtually imagines an obstacle that becomes an obstacle when the moving object moves. The feedback control simulation apparatus according to claim 1, wherein the output signal is an obstacle avoidance trajectory that avoids the obstacle.
前記仮想外乱は、ポテンシャル関数から得られた外乱である
請求項5記載のフィードバック制御シミュレーション装置。
The feedback control simulation apparatus according to claim 5, wherein the virtual disturbance is a disturbance obtained from a potential function.
前記移動体は車両であり、前記ポテンシャル関数は、前記車両に斥力を与える関数である
請求項6記載のフィードバック制御シミュレーション装置。
The feedback control simulation apparatus according to claim 6, wherein the moving body is a vehicle, and the potential function is a function that applies a repulsive force to the vehicle.
前記ポテンシャル関数は、前記車両が進入する交差点入り口で前記斥力が最大となるように設定された関数である
請求項7記載のフィードバック制御シミュレーション装置。
The feedback control simulation apparatus according to claim 7, wherein the potential function is a function set so that the repulsive force is maximized at an entrance of an intersection where the vehicle enters.
前記移動体は2つのアームであり、互いのアームを前記障害物とみなして前記ポテンシャル関数を設定する
請求項6記載のフィードバック制御シミュレーション装置。
The feedback control simulation apparatus according to claim 6, wherein the moving body includes two arms, and the potential function is set by regarding each arm as the obstacle.
請求項4記載のフィードバック制御シミュレーション装置と、
前記フィードバック制御シミュレーション装置の前記制御モデルから出力された前記第1の出力信号に基づいて前記制御対象を制御する制御対象用コントローラと、
を備えた制御装置。
A feedback control simulation apparatus according to claim 4,
A control target controller for controlling the control target based on the first output signal output from the control model of the feedback control simulation device;
A control device comprising:
前記制御対象用コントローラが、前記制御対象の逆モデルである
請求項10記載の制御装置。
The control device according to claim 10, wherein the control target controller is an inverse model of the control target.
コンピュータが、
制御対象に対応する制御モデルから出力される第1の出力信号の目標値と、前記制御モデルに仮想外乱を入力させた状態で前記制御モデルから出力された第2の出力信号と、に基づいて、前記制御モデルから出力された前記第1の出力信号が前記目標値となるような制御信号を生成して前記制御モデルに出力するステップ
を含むフィードバック制御シミュレーション方法。
Computer
Based on the target value of the first output signal output from the control model corresponding to the control target, and the second output signal output from the control model in a state where a virtual disturbance is input to the control model. A feedback control simulation method comprising: generating a control signal such that the first output signal output from the control model becomes the target value and outputting the control signal to the control model.
コンピュータを、
請求項1〜9の何れか1項に記載のフィードバック制御シミュレーション装置を構成する各手段として機能させるためのフィードバック制御シミュレーションプログラム。
Computer
The feedback control simulation program for functioning as each means which comprises the feedback control simulation apparatus of any one of Claims 1-9.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6239209B1 (en) * 2017-03-31 2017-11-29 三菱電機株式会社 sewing machine
JP2019074080A (en) * 2017-10-16 2019-05-16 三菱重工業株式会社 Wind power generator and control method of the same and control program
WO2020067460A1 (en) * 2018-09-27 2020-04-02 オムロン株式会社 Control device
CN111625950A (en) * 2020-05-20 2020-09-04 北京百度网讯科技有限公司 Automatic driving simulation scene reconstruction method, device, equipment and medium
JP2021103108A (en) * 2019-12-25 2021-07-15 楽天グループ株式会社 Information processing device, information processing method, and program
WO2024143194A1 (en) * 2022-12-27 2024-07-04 川崎重工業株式会社 Robot system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1097316A (en) * 1996-08-06 1998-04-14 Trw Inc Movement plan and control method for system followed by many mobile objects
JPH10214102A (en) * 1996-11-29 1998-08-11 Woodward Governor Co Method and device for estimating and controlling nonlinear disturbance inside feedback control system
JP2003316403A (en) * 2002-04-24 2003-11-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Dynamic air data generation method and equipment thereof
JP2012137999A (en) * 2010-12-27 2012-07-19 Toyota Motor Corp Driving support device and driving support method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1097316A (en) * 1996-08-06 1998-04-14 Trw Inc Movement plan and control method for system followed by many mobile objects
JPH10214102A (en) * 1996-11-29 1998-08-11 Woodward Governor Co Method and device for estimating and controlling nonlinear disturbance inside feedback control system
JP2003316403A (en) * 2002-04-24 2003-11-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Dynamic air data generation method and equipment thereof
JP2012137999A (en) * 2010-12-27 2012-07-19 Toyota Motor Corp Driving support device and driving support method

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6239209B1 (en) * 2017-03-31 2017-11-29 三菱電機株式会社 sewing machine
WO2018179398A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-04 三菱電機株式会社 Sewing machine
CN110050093A (en) * 2017-03-31 2019-07-23 三菱电机株式会社 Sewing machine
JP2019074080A (en) * 2017-10-16 2019-05-16 三菱重工業株式会社 Wind power generator and control method of the same and control program
CN112513747B (en) * 2018-09-27 2022-05-24 欧姆龙株式会社 Control device
JP2020052810A (en) * 2018-09-27 2020-04-02 オムロン株式会社 Control unit
CN112513747A (en) * 2018-09-27 2021-03-16 欧姆龙株式会社 Control device
WO2020067460A1 (en) * 2018-09-27 2020-04-02 オムロン株式会社 Control device
US11467547B2 (en) 2018-09-27 2022-10-11 Omron Corporation Control device
JP2021103108A (en) * 2019-12-25 2021-07-15 楽天グループ株式会社 Information processing device, information processing method, and program
JP7078601B2 (en) 2019-12-25 2022-05-31 楽天グループ株式会社 Information processing equipment, information processing methods, and programs
CN111625950A (en) * 2020-05-20 2020-09-04 北京百度网讯科技有限公司 Automatic driving simulation scene reconstruction method, device, equipment and medium
CN111625950B (en) * 2020-05-20 2023-09-05 北京百度网讯科技有限公司 Automatic driving simulation scene reconstruction method, device, equipment and medium
WO2024143194A1 (en) * 2022-12-27 2024-07-04 川崎重工業株式会社 Robot system

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