JP5928299B2 - Optimization model construction method and construction apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、数理最適化手法を利用して制御対象であるプラントの制御性能を最適化する際に用いる最適化用モデルの構築方法及び構築装置に関する発明である。   The present invention relates to an optimization model construction method and construction apparatus used when optimizing the control performance of a plant to be controlled using a mathematical optimization technique.

例えば、特許文献1(特開平11−353298号公報)に記載されているように、エンジンのような非線形特性を持つ対象の制御に遺伝的アルゴリズムを適用し、遺伝的アルゴリズムにおける複数個体の評価をオンラインで行う際に、細分化された評価領域毎に局所的な予備評価値を算出し、これらを総合的に評価して、総合的評価値を算出するようにしたものがある。   For example, as described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-353298), a genetic algorithm is applied to control a target having nonlinear characteristics such as an engine, and evaluation of a plurality of individuals in the genetic algorithm is performed. When performing online, a local preliminary evaluation value is calculated for each subdivided evaluation region, and these are comprehensively evaluated to calculate a comprehensive evaluation value.

特開平11−353298号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-353298

ところで、本出願人は、数理最適化手法を利用して制御対象であるプラントの制御性能を最適化するように制御器出力を算出し、この制御器出力を用いてプラントの制御性能の限界値の算出や制御器の設計を行う技術を研究しているが、その研究過程で次のような新たな課題が判明した。   By the way, the present applicant calculates the controller output so as to optimize the control performance of the plant to be controlled using a mathematical optimization method, and uses this controller output to limit the control performance of the plant. We are researching the technology to calculate the controller and design the controller, but the following new problems were found in the research process.

例えば、エンジンを搭載した車両の場合、暖機後のエンジンの燃料消費特性は、エンジントルクとエンジン回転速度の二つの変数を入力として燃料消費量を出力とする2入力1出力の非線形な関数で表現することができる。しかし、この2入力1出力の特性は、強い非線形性を持つため、そのまま数式モデル化して最適化用モデルを構築すると、最適化する際の計算負荷(つまり制御性能を最適化するように制御器出力を算出する際の計算負荷)が大きくなるという問題がある。   For example, in the case of a vehicle equipped with an engine, the fuel consumption characteristic of the engine after warm-up is a non-linear function with two inputs and one output that uses two variables of engine torque and engine speed as inputs and outputs fuel consumption. Can be expressed. However, since the characteristics of the two inputs and one output have strong non-linearity, when an optimization model is built by directly formulating a mathematical model, the calculation load (that is, the controller is optimized so as to optimize the control performance). There is a problem that the calculation load (when calculating the output) increases.

また、エンジンの燃料消費特性は、温度の影響も受けるため、エンジンの冷間始動直後のように温度変化が比較的大きいときに、エンジントルクとエンジン回転速度の二つを入力変数とする最適化用モデルでは、最適化の誤差が大きくなる可能性がある。このため、エンジンの冷間始動直後のように温度変化が比較的大きいときには、温度も入力変数として加えて、エンジントルクとエンジン回転速度と温度の三つを入力変数とする最適化用モデルを構築するべきであるが、入力変数が増加すると、更に非線形性が強くなって最適化する際の計算負荷が更に大きくなるため、最適化計算が実用的な時間で完了しない可能性がある。   In addition, since the fuel consumption characteristics of the engine are also affected by temperature, when the temperature change is relatively large, such as immediately after the cold start of the engine, the engine torque and the engine rotation speed are two input variables. There is a possibility that the error of optimization is large in the model for use. For this reason, when the temperature change is relatively large, such as immediately after the cold start of the engine, the temperature is also added as an input variable, and an optimization model is constructed that uses engine torque, engine speed, and temperature as input variables. However, if the input variables increase, the nonlinearity becomes stronger and the calculation load when the optimization is further increased. Therefore, the optimization calculation may not be completed in a practical time.

これらの対策として、粗い線形近似(原点近傍での線形モデル等)を行って計算負荷を軽減する方法があるが、非線形性を省略し過ぎると、正しい最適解を得られなくなる可能性がある。また、上記特許文献1の技術を利用して、複雑な非線形性を持つプラントにも適用可能な遺伝的アルゴリズム等の発見的手法を用いて制御性能を最適化するようにしたとしても、局所的な最適解しか得られない可能性がある。   As a countermeasure for these, there is a method of reducing calculation load by performing rough linear approximation (such as a linear model near the origin). However, if nonlinearity is omitted too much, a correct optimum solution may not be obtained. Even if the control performance is optimized using a heuristic technique such as a genetic algorithm that can be applied to a plant having complicated nonlinearity by using the technique of the above-mentioned Patent Document 1, the local performance is not limited. There is a possibility that only an optimal solution can be obtained.

そこで、本発明が解決しようとする課題は、数理最適化手法を利用して制御対象であるプラントの制御性能を最適化する際の精度を確保しながら計算負荷を軽減することができるようにすることにある。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to reduce the computational load while ensuring the accuracy when optimizing the control performance of the plant to be controlled using the mathematical optimization method. There is.

上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、数理最適化手法を利用して制御対象であるプラントの制御性能を最適化する際に用いる最適化用モデルを構築する方法であって、プラントの特性のうちの複数のパラメータを複数の入力変数とする特性を数式モデル化して最適化用モデルを構築する際に、複数の入力変数のうちの少なくとも二つの入力変数の関係を拘束することで入力変数の数を低減するようにしたものである。或は、請求項3のように、複数の入力変数のうちの少なくとも一つの入力変数の時間挙動を予め記憶又は記録しておき、該入力変数を固定値に設定すると共に該入力変数の時間挙動に基づいて所定タイミング毎に固定値を変化させることで入力変数の数を低減するようにしても良い。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a method for constructing an optimization model used when optimizing the control performance of a plant to be controlled using a mathematical optimization method. When the optimization model is constructed by modeling the characteristics of the plant characteristics that use multiple parameters as multiple input variables, the relationship between at least two of the multiple input variables is constrained In this way, the number of input variables is reduced. Alternatively, as in claim 3, the time behavior of at least one of the plurality of input variables is stored or recorded in advance, and the input variable is set to a fixed value and the time behavior of the input variable is set. Based on the above, the number of input variables may be reduced by changing the fixed value at every predetermined timing.

このように、最適化用モデルを構築する際に入力変数の数を低減することで、最適化用モデルの非線形性を適度に弱くすることができ、これにより、最適化する際の精度を確保しながら(最適化の精度を許容範囲内に維持しながら)、計算負荷を軽減することができる。   In this way, by reducing the number of input variables when building the optimization model, the nonlinearity of the optimization model can be moderately weakened, thereby ensuring the accuracy of optimization. However, the calculation load can be reduced while maintaining the optimization accuracy within an allowable range.

図1は本発明の一実施例におけるシステムの概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a system in an embodiment of the present invention. 図2は入力変数の数を低減する際の処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing the flow of processing when the number of input variables is reduced. 図3は拘束条件を利用した入力変数低減の一例を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining an example of input variable reduction using constraint conditions. 図4は入力変数固定による入力変数低減の一例を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining an example of input variable reduction by fixing input variables. 図5は時間挙動に基づいた入力変数低減の一例を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of input variable reduction based on time behavior.

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図1に基づいてシステムの概略構成を説明する。
Hereinafter, an embodiment embodying a mode for carrying out the present invention will be described.
First, a schematic configuration of the system will be described with reference to FIG.

制御対象であるプラント(例えばエンジンを搭載した車両)の制御性能の算出や制御器の設計を行うためのコンピュータ11が設けられている。このコンピュータ11には、キーボードやマウス等の入力装置12と、DVDやCD等の記憶媒体の記憶データを読み書きする記憶媒体ドライブ装置13と、液晶ディスプレイ等の表示装置14等が接続されている。   A computer 11 is provided for calculating control performance of a plant to be controlled (for example, a vehicle equipped with an engine) and designing a controller. Connected to the computer 11 are an input device 12 such as a keyboard and a mouse, a storage medium drive device 13 for reading and writing data stored in a storage medium such as a DVD and a CD, a display device 14 such as a liquid crystal display, and the like.

次に、プラントの制御性能の限界値の算出方法と制御器の設計方法を説明する。
まず、作業者が、プラント(例えばエンジンを搭載した車両)の特性(例えばエンジンの燃料消費特性とバッテリの損失特性)や制約条件(例えばバッテリ残量の制約条件)を数式モデル化して最適化用モデルを構築し、この最適化用モデルを数理計画問題(例えば混合整数計画問題)として表現して、最適化しようとする制御性能(例えば燃料消費量や排出ガス量)を目的関数として設定すると共に、前提条件となるプラントの負荷出力(例えば走行負荷と車速)と環境条件(例えば温度と風速)を設定する。これらの数理計画問題に関するデータ及び負荷出力と環境条件に関するデータ等は、作業者が入力装置12等を操作してコンピュータ11に入力する(又はコンピュータ11で作成する)。
Next, the calculation method of the limit value of the control performance of a plant and the design method of a controller are demonstrated.
First, an operator uses a mathematical model to optimize the characteristics of a plant (for example, a vehicle equipped with an engine) (for example, engine fuel consumption characteristics and battery loss characteristics) and constraints (for example, battery remaining capacity constraints). A model is constructed, this optimization model is expressed as a mathematical programming problem (for example, mixed integer programming problem), and control performance (for example, fuel consumption and exhaust gas amount) to be optimized is set as an objective function. The plant load output (for example, traveling load and vehicle speed) and environmental conditions (for example, temperature and wind speed), which are prerequisite conditions, are set. Data relating to these mathematical programming problems and data relating to load output and environmental conditions are input to the computer 11 by the operator by operating the input device 12 or the like (or created by the computer 11).

この後、コンピュータ11で、プラントの負荷出力と環境条件を満たす中で目的関数を最適化するように数理計画問題を解いてプラントの制御器出力(例えばエンジン出力)を算出する。   Thereafter, the computer 11 calculates the plant controller output (for example, engine output) by solving the mathematical programming problem so as to optimize the objective function while satisfying the plant load output and the environmental conditions.

この後、プラントの制御性能の限界値を算出する場合には、負荷出力(例えば走行負荷と車速)と環境条件(例えば温度と風速)及び制御器出力(例えばエンジン出力)等を車両シミュレータに入力して、この車両シミュレータでプラントの制御性能の限界値を算出する。   Thereafter, when calculating the limit value of the control performance of the plant, load output (for example, traveling load and vehicle speed), environmental conditions (for example, temperature and wind speed), controller output (for example, engine output), etc. are input to the vehicle simulator. Then, the limit value of the control performance of the plant is calculated with this vehicle simulator.

一方、プラントの制御器を設計する場合には、負荷出力(例えば走行負荷と車速)と環境条件(例えば温度と風速)及び制御器出力(例えばエンジン出力)等を車両シミュレータに入力して、この車両シミュレータで制御器以外のプラント状態(例えばバッテリ残量等)を算出し、制御器出力とプラント状態とに基づいてプラントの制御器を設計する。   On the other hand, when designing a controller for a plant, load output (for example, travel load and vehicle speed), environmental conditions (for example, temperature and wind speed), controller output (for example, engine output), and the like are input to the vehicle simulator. A plant state other than the controller (for example, remaining battery level) is calculated by the vehicle simulator, and a plant controller is designed based on the controller output and the plant state.

このように、数理最適化手法を利用して制御対象であるプラントの制御性能を最適化するように制御器出力を算出し、この制御器出力を用いてプラントの制御性能の限界値の算出や制御器の設計を行う場合に、最適化用モデルの入力変数の数が多いと、非線形性が強くなって最適化する際の計算負荷(つまり制御性能を最適化するように制御器出力を算出する際の計算負荷)が大きくなるという問題がある。   In this way, the controller output is calculated so as to optimize the control performance of the plant to be controlled using the mathematical optimization method, and the limit value of the control performance of the plant is calculated using this controller output. When designing the controller, if the number of input variables in the optimization model is large, the nonlinearity becomes stronger and the calculation load when the optimization is performed (that is, the controller output is calculated to optimize the control performance) There is a problem that the calculation load when doing so increases.

この対策として、本実施例では、プラントの特性のうちの複数のパラメータを入力変数とする特性を数式モデル化して最適化用モデルを構築する際に、プラントの知見に基づいて入力変数の数を低減するようにしている。   As a countermeasure, in this embodiment, when an optimization model is constructed by modeling a characteristic having a plurality of plant characteristics as input variables, the number of input variables is determined based on the knowledge of the plant. I try to reduce it.

以下、図2乃至図5を用いて入力変数の数を低減する際の手順と処理内容を説明する。本実施例では、作業者が図2のステップ101〜107の処理を実行する。   Hereinafter, the procedure and processing contents when reducing the number of input variables will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the worker executes the processing of steps 101 to 107 in FIG.

図2に示すように、まず、ステップ101で、対象の関数(プラントの特性を表現する関数)の入力変数が二つ以上であるか否かを判定し、入力変数が二つ以上ではない(つまり入力変数が一つである)と判定された場合には、入力変数の数を低減する必要がないと判断して、ステップ102以降の処理を実行することなく終了する。   As shown in FIG. 2, first, in step 101, it is determined whether or not there are two or more input variables of the target function (function expressing the plant characteristics), and there are not two or more input variables ( In other words, if it is determined that there is only one input variable), it is determined that there is no need to reduce the number of input variables.

一方、上記ステップ101で、入力変数が二つ以上であると判定された場合には、ステップ102に進み、二つの入力変数の関係を拘束可能であるか否か(例えば二つの入力変数の関係を拘束する条件が有るか否か)を判定する。   On the other hand, if it is determined in step 101 that there are two or more input variables, the process proceeds to step 102 to determine whether the relationship between the two input variables can be constrained (for example, the relationship between the two input variables). Whether or not there is a condition for restraining.

このステップ102で、二つの入力変数の関係を拘束可能であると判定された場合には、ステップ105に進み、拘束条件を利用した入力変数低減を実行する。この場合、二つの入力変数の関係を拘束することで、入力変数の数を低減する。   If it is determined in step 102 that the relationship between the two input variables can be constrained, the process proceeds to step 105, where input variable reduction using constraint conditions is executed. In this case, the number of input variables is reduced by constraining the relationship between the two input variables.

例えば、図3に示すように、暖機後のエンジンの燃料消費特性を数式モデル化して最適化用モデルを構築する場合、一般に(つまり入力変数を低減する前は)、暖機後のエンジンの燃料消費特性は、エンジントルクとエンジン回転速度の二つの変数を入力として燃料消費量を出力とする2入力1出力の関数で表現することができる。   For example, as shown in FIG. 3, when an optimization model is constructed by mathematically modeling fuel consumption characteristics of an engine after warm-up, generally (that is, before the input variable is reduced) The fuel consumption characteristic can be expressed by a function of two inputs and one output in which two variables of engine torque and engine speed are input and fuel consumption is output.

ここで、エンジン動作点(エンジントルクとエンジン回転速度の組み合わせ)を任意に制御可能なシステムでは、各エンジン出力において燃料消費量が最小となるエンジン動作点を繋いだ線を最適動作線とし、この最適動作線上でエンジンを制御するようにしたものがある。この最適動作線上では、各エンジン出力に対してエンジントルクとエンジン回転速度の組み合わせが一意に決まる。   Here, in a system that can arbitrarily control the engine operating point (combination of engine torque and engine speed), the line connecting the engine operating points at which the fuel consumption is minimized at each engine output is defined as the optimum operating line. There is one that controls the engine on the optimum operating line. On this optimum operating line, the combination of engine torque and engine speed is uniquely determined for each engine output.

この点に着目して、最適動作線を拘束条件としてエンジントルクとエンジン回転速度の関係を拘束して、エンジントルクとエンジン回転速度の二つの変数を入力として燃料消費量を出力とする2入力1出力の関数を、エンジン出力を入力として燃料消費量を出力とする1入力1出力の関数に変換することで、入力変数の数を低減する。このエンジン出力を入力として燃料消費量を出力とする1入力1出力の関数を数式モデル化して最適化用モデルを構築する。このようにすれば、最適化の精度を低下させることなく、入力変数の数を低減して最適化の計算負荷を軽減することができる。   Paying attention to this point, the input of fuel consumption is output with two variables of engine torque and engine rotational speed as inputs, constraining the relationship between engine torque and engine rotational speed with the optimum operating line as the constraint condition The number of input variables is reduced by converting the output function into a 1-input 1-output function in which the engine output is an input and the fuel consumption is an output. An optimization model is constructed by formulating a 1-input 1-output function using the engine output as an input and fuel consumption as an output. In this way, the calculation load for optimization can be reduced by reducing the number of input variables without reducing the accuracy of optimization.

尚、モータの消費電力特性を数式モデル化して最適化用モデルを構築する場合には、各モータ出力において消費電力が最小となるモータ動作点(モータトルクとモータ回転速度の組み合わせ)を繋いだ線を最適動作線とし、この最適動作線を拘束条件としてモータトルクとモータ回転速度の関係を拘束して、モータトルクとモータ回転速度の二つの変数を入力として消費電力を出力とする2入力1出力の関数を、モータ出力を入力として消費電力を出力とする1入力1出力の関数に変換することで、入力変数の数を低減するようにしても良い。   When building an optimization model by modeling the power consumption characteristics of the motor, a line connecting the motor operating points (combination of motor torque and motor rotation speed) at which the power consumption is minimized at each motor output Is the optimum operation line, and the relation between the motor torque and the motor rotation speed is constrained using the optimum operation line as a constraint condition, and the two variables of the motor torque and the motor rotation speed are input, and the power consumption is output. The number of input variables may be reduced by converting the above function into a one-input one-output function using the motor output as an input and power consumption as an output.

一方、図2のステップ102で、二つの入力変数の関係を拘束できないと判定された場合には、上記ステップ105の処理を実行することなく、ステップ103に進み、一つの入力変数を固定値に設定して入力変数の数を低減した場合に最適化用モデルを用いた最適化の精度を確保できる(最適化の精度を許容範囲内に維持できる)か否かを判定する。この場合、例えば、一つの入力変数を固定値に設定した場合と固定値に設定しない場合とで関数の出力を比較して最適化の精度を確保できるか否かを判定する。   On the other hand, if it is determined in step 102 in FIG. 2 that the relationship between the two input variables cannot be constrained, the process proceeds to step 103 without executing the processing of step 105, and one input variable is set to a fixed value. When the number of input variables is reduced by setting, it is determined whether or not the optimization accuracy using the optimization model can be ensured (the optimization accuracy can be maintained within an allowable range). In this case, for example, it is determined whether or not optimization accuracy can be ensured by comparing the output of the function when one input variable is set to a fixed value and when it is not set to a fixed value.

このステップ103で、一つの入力変数を固定値に設定して入力変数の数を低減しても最適化の精度を確保できると判定された場合には、ステップ106に進み、入力変数固定による入力変数低減を実行する。この場合、一つの入力変数を固定値に設定することで、入力変数の数を低減する。   If it is determined in step 103 that the accuracy of optimization can be ensured even if one input variable is set to a fixed value and the number of input variables is reduced, the process proceeds to step 106 and input by fixing the input variable is performed. Perform variable reduction. In this case, the number of input variables is reduced by setting one input variable to a fixed value.

例えば、図4に示すように、バッテリの損失特性を数式モデル化して最適化用モデルを構築する場合、一般に(つまり入力変数を低減する前は)、バッテリの損失特性は、バッテリ電圧とバッテリ電流の二つの変数を入力としてバッテリ損失を出力とする2入力1出力の関数で表現することができる。   For example, as shown in FIG. 4, when an optimization model is constructed by modeling a battery loss characteristic as a mathematical model (in general, before the input variable is reduced), the battery loss characteristic is represented by battery voltage and battery current. These two variables can be expressed as a function of two inputs and one output with battery loss as an output.

ここで、バッテリ残量が所定の使用範囲内になるようにバッテリの充放電量を制御するシステムでは、バッテリ残量の使用範囲内でバッテリ電圧が変化するため、バッテリ電圧の変動幅が比較的小さくなる。   Here, in the system that controls the charge / discharge amount of the battery so that the remaining battery level is within the predetermined usage range, the battery voltage changes within the usage range of the remaining battery level. Get smaller.

この点に着目して、バッテリ残量の使用範囲内におけるバッテリ電圧の平均値である平均電圧Vave を求め、入力変数の一つであるバッテリ電圧を平均電圧Vave (固定値)に設定して、バッテリ電圧とバッテリ電流の二つの変数を入力としてバッテリ損失を出力とする2入力1出力の関数を、バッテリ電力(=バッテリ電流×平均電圧Vave )を入力としてバッテリ損失を出力とする1入力1出力の関数に近似変換することで、入力変数の数を低減する。このバッテリ電力を入力としてバッテリ損失を出力とする1入力1出力の関数を数式モデル化して最適化用モデルを構築する。このようにすれば、最適化の精度を確保しながら(最適化の精度を許容範囲内に維持しながら)、簡単に入力変数の数を低減して最適化の計算負荷を軽減することができる。   Focusing on this point, the average voltage Vave, which is the average value of the battery voltage within the usage range of the remaining battery power, is obtained, and the battery voltage, which is one of the input variables, is set to the average voltage Vave (fixed value). A 2-input 1-output function that outputs battery loss as input with two variables of battery voltage and battery current, 1-input 1-output that outputs battery loss with battery power (= battery current x average voltage Vave) as input The number of input variables is reduced by approximating the function to An optimization model is constructed by formulating a function of one input and one output having the battery power as an input and the battery loss as an output. In this way, it is possible to easily reduce the number of input variables and reduce the calculation load of optimization while ensuring the accuracy of optimization (while maintaining the accuracy of optimization within an allowable range). .

一方、図2のステップ103で、一つの入力変数を固定値に設定して入力変数の数を低減すると最適化の精度を確保できないと判定された場合には、上記ステップ106の処理を実行することなく、ステップ104に進み、一つの入力変数の時間挙動を最適化時に利用可能である否かを判定する。この場合、例えば、一つの入力変数の時間挙動を予め複数回測定して記憶又は記録しておき、それらの時間挙動が毎回安定しているか否か(毎回ほぼ同様の挙動を示すか否か)によって、最適化時に利用可能である否かを判定する。   On the other hand, if it is determined in step 103 of FIG. 2 that the accuracy of optimization cannot be ensured by setting one input variable to a fixed value and reducing the number of input variables, the processing of step 106 is executed. Without proceeding to step 104, it is determined whether or not the time behavior of one input variable is available at the time of optimization. In this case, for example, the time behavior of one input variable is measured in advance and stored or recorded several times, and whether or not the time behavior is stable every time (whether or not the same behavior is shown every time). To determine whether it can be used during optimization.

このステップ104で、一つの入力変数の時間挙動を最適化時に利用可能であると判定された場合には、ステップ107に進み、時間挙動に基づいた入力変数低減を実行する。この場合、予め時間挙動を記憶又は記録した一つの入力変数を固定値に設定すると共に、その入力変数の時間挙動に基づいて所定タイミング毎に固定値を変化させることで、入力変数の数を低減する。   If it is determined in step 104 that the time behavior of one input variable can be used at the time of optimization, the process proceeds to step 107, and input variable reduction based on the time behavior is executed. In this case, the number of input variables can be reduced by setting one input variable for which time behavior is stored or recorded in advance to a fixed value and changing the fixed value at each predetermined timing based on the time behavior of the input variable. To do.

例えば、図5に示すように、冷間始動直後のエンジンの燃料消費特性を数式モデル化して最適化用モデルを構築する場合、一般に(つまり入力変数を低減する前は)、冷間始動直後のエンジンの燃料消費特性は、エンジントルクとエンジン回転速度とエンジン冷却水温の三つの変数を入力として燃料消費量を出力とする3入力1出力のエンジンモデルで表現することができる。   For example, as shown in FIG. 5, when an optimization model is constructed by mathematically modeling fuel consumption characteristics of an engine immediately after a cold start, generally (that is, before reducing input variables), The fuel consumption characteristics of the engine can be expressed by a three-input one-output engine model in which three variables of engine torque, engine rotation speed, and engine coolant temperature are input and fuel consumption is output.

ここで、冷間始動直後のエンジン冷却水温の時間挙動は、毎回ほぼ同様の挙動を示すという特性がある。この点に着目し、冷間始動直後のエンジン冷却水温の時間挙動を予め測定して記憶又は記録しておく(例えばエンジン始動後の経過時間とエンジン冷却水温との関係を規定するマップ等をコンピュータ11のROMに記憶しておく)。   Here, the time behavior of the engine coolant temperature immediately after the cold start has a characteristic of showing almost the same behavior every time. Paying attention to this point, the time behavior of the engine coolant temperature immediately after the cold start is measured in advance and stored or recorded (for example, a map that defines the relationship between the elapsed time after the engine start and the engine coolant temperature is stored in the computer) 11 ROM).

そして、実際に最適化を行うときに、第1回目の最適化の演算タイミングT1 では、予め記憶又は記録したエンジン冷却水温の時間挙動を参照して演算タイミングT1 に応じたエンジン冷却水温を固定値C1 とし、現在のエンジン冷却水温を固定値C1 に設定して、エンジン冷却水温C1 におけるエンジンの燃料消費特性を、エンジン出力を入力として燃料消費量を出力とする1入力1出力の関数で表現することで、入力変数の数を低減する。このエンジン出力を入力として燃料消費量を出力とする1入力1出力の関数を数式モデル化して最適化用モデルを構築する。   When the optimization is actually performed, at the first optimization calculation timing T1, the engine cooling water temperature corresponding to the calculation timing T1 is set to a fixed value by referring to the time behavior of the engine cooling water temperature stored or recorded in advance. C1 is set, the current engine coolant temperature is set to a fixed value C1, and the fuel consumption characteristic of the engine at the engine coolant temperature C1 is expressed as a function of one input and one output with the engine output as an input and the fuel consumption as an output. Thus, the number of input variables is reduced. An optimization model is constructed by formulating a 1-input 1-output function using the engine output as an input and fuel consumption as an output.

第2回目の最適化の演算タイミングT2 では、予め記憶又は記録したエンジン冷却水温の時間挙動を参照して演算タイミングT2 に応じたエンジン冷却水温を固定値C2 とし、現在のエンジン冷却水温を固定値C2 に設定して、エンジン冷却水温C2 におけるエンジンの燃料消費特性を、エンジン出力を入力として燃料消費量を出力とする1入力1出力の関数で表現することで、入力変数の数を低減する。このエンジン出力を入力として燃料消費量を出力とする1入力1出力の関数を数式モデル化して最適化用モデルを構築する。   At the calculation timing T2 of the second optimization, the engine cooling water temperature corresponding to the calculation timing T2 is set to a fixed value C2 with reference to the time behavior of the engine cooling water temperature stored or recorded in advance, and the current engine cooling water temperature is set to a fixed value. The number of input variables is reduced by expressing the fuel consumption characteristic of the engine at the engine cooling water temperature C2 as a function of one input and one output with the engine output as an input and the fuel consumption as an output. An optimization model is constructed by formulating a 1-input 1-output function using the engine output as an input and fuel consumption as an output.

以下同様に、第n回目の最適化の演算タイミングTn では、予め記憶又は記録したエンジン冷却水温の時間挙動を参照して演算タイミングTn に応じたエンジン冷却水温を固定値Cn とし、現在のエンジン冷却水温を固定値Cn に設定して、エンジン冷却水温Cn におけるエンジンの燃料消費特性を、エンジン出力を入力として燃料消費量を出力とする1入力1出力の関数で表現することで、入力変数の数を低減する。このエンジン出力を入力として燃料消費量を出力とする1入力1出力の関数を数式モデル化して最適化用モデルを構築する。このようにすれば、エンジン冷却水温を常に一定の固定値に設定する場合に比べて最適化の精度低下を少なくしながら、入力変数の数を低減して最適化の計算負荷を軽減することができる。   Similarly, at the calculation timing Tn for the n-th optimization, the engine cooling water temperature corresponding to the calculation timing Tn is set to a fixed value Cn with reference to the time behavior of the engine cooling water temperature stored or recorded in advance, and the current engine cooling is performed. By setting the water temperature to a fixed value Cn and expressing the fuel consumption characteristics of the engine at the engine cooling water temperature Cn as a function of one input and one output with the engine output as an input and the fuel consumption as an output, the number of input variables Reduce. An optimization model is constructed by formulating a 1-input 1-output function using the engine output as an input and fuel consumption as an output. In this way, it is possible to reduce the number of input variables and reduce the calculation load of optimization while reducing the decrease in optimization accuracy compared to the case where the engine coolant temperature is always set to a fixed value. it can.

尚、予め記憶又は記録したエンジン冷却水温の時間挙動と、実際に最適化を行ったときのエンジン冷却水温の時間挙動とが大きく異なっていると、正しい最適解が得られない可能性があるが、最適化後にエンジン冷却水温の時間挙動を更新して再度最適化を繰り返し実行するようにすれば、正しい最適解に近付けることができる。   Note that if the time behavior of the engine coolant temperature stored or recorded in advance is significantly different from the time behavior of the engine coolant temperature when the optimization is actually performed, the correct optimum solution may not be obtained. If the time behavior of the engine cooling water temperature is updated after optimization and the optimization is repeatedly performed again, the optimal optimal solution can be approached.

一方、上記ステップ104で、一つの入力変数の時間挙動を最適化時に利用できないと判定された場合(つまり上記ステップ102〜104で全て「No」と判定された場合)には、入力変数の数を低減できないと判断して終了する。   On the other hand, if it is determined in step 104 that the time behavior of one input variable cannot be used during optimization (that is, if all the determinations in steps 102 to 104 are “No”), the number of input variables It is judged that it cannot be reduced, and the process ends.

以上説明した本実施例では、プラントの特性のうちの複数のパラメータを入力変数とする特性(例えばエンジンの燃料消費特性やバッテリの損失特性)を数式モデル化して最適化用モデルを構築する際に、プラントの知見(例えば入力変数の拘束や固定が可能か否かや時間挙動等)に基づいて入力変数の数を低減するようにしたので、最適化用モデルの非線形性を適度に弱くすることができ、これにより、最適化する際の精度を確保しながら(最適化の精度を許容範囲内に維持しながら)、計算負荷を軽減することができる。また、数理最適化問題(数理計画問題)の解法に大域的な最適解を得られる手法(例えば内点法や分岐限定法等)を用いることで、局所的な最適解となることを防止できる。   In the present embodiment described above, when an optimization model is constructed by mathematically modeling characteristics (for example, engine fuel consumption characteristics and battery loss characteristics) having a plurality of plant characteristics as input variables. Since the number of input variables is reduced based on plant knowledge (eg whether input variables can be constrained or fixed, temporal behavior, etc.), the nonlinearity of the optimization model should be moderately weakened As a result, the calculation load can be reduced while ensuring the accuracy in optimization (while maintaining the optimization accuracy within an allowable range). In addition, by using a method that can obtain a global optimal solution (such as an interior point method or a branch-and-bound method) for solving a mathematical optimization problem (mathematical programming problem), it is possible to prevent a local optimal solution from being obtained. .

尚、上記実施例では、作業者が図2のステップ101〜107の処理を実行するようにしたが、これに限定されず、コンピュータ11で図2のステップ101〜107の処理を実行するようにしても良い。この場合、ステップ105〜107の処理が特許請求の範囲でいう入力変数低減手段としての役割を果たし、ステップ103の処理が特許請求の範囲でいう判定手段としての役割を果たす。また、必ずしもステップ101〜107の処理を全てコンピュータ11で実行する必要はなく、一部の処理(例えばステップ101,102の処理)を作業者が実行するようにしても良い。   In the above embodiment, the worker executes the processing of steps 101 to 107 in FIG. 2. However, the present invention is not limited to this, and the computer 11 executes the processing of steps 101 to 107 in FIG. 2. May be. In this case, the processing in steps 105 to 107 serves as an input variable reduction means in the claims, and the processing in step 103 serves as determination means in the claims. Further, it is not always necessary to execute all the processes of steps 101 to 107 on the computer 11, and a part of the processes (for example, the processes of steps 101 and 102) may be executed by the worker.

また、本発明の適用可能なプラントは、エンジンのみを動力源とする車両に限定されず、例えば、エンジンとモータを動力源とするハイブリッド車やモータのみを動力源とする電気自動車に本発明を適用しても良い。また、車両(自動車)以外のプラント、例えば、船舶、建設機械、鉄道車両、コージェネレーション等に本発明を適用しても良い。   The plant to which the present invention can be applied is not limited to a vehicle using only an engine as a power source. For example, the present invention is applied to a hybrid vehicle using an engine and a motor as power sources and an electric vehicle using only a motor as a power source. It may be applied. Further, the present invention may be applied to plants other than vehicles (automobiles), for example, ships, construction machines, railway vehicles, cogeneration, and the like.

11…コンピュータ(入力変数低減手段,判定手段)、12…入力装置、13…記憶媒体ドライブ装置、14…表示装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Computer (input variable reduction means, determination means), 12 ... Input device, 13 ... Storage medium drive device, 14 ... Display device

Claims (5)

数理最適化手法を利用して制御対象であるプラントの制御性能を最適化する際に用いる最適化用モデルを構築する方法であって、
前記プラントの特性のうちの複数のパラメータを複数の入力変数とする特性を数式モデル化して前記最適化用モデルを構築する際に、前記複数の入力変数のうちの少なくとも二つの入力変数の関係を拘束することで前記入力変数の数を低減する変数低減処理を行うことを特徴とする最適化用モデルの構築方法。
A method for constructing an optimization model used when optimizing the control performance of a plant to be controlled using a mathematical optimization method,
In constructing the model for optimization plurality of properties that the plurality of input variables parameters and mathematical expression model among the characteristics of the plant, at least two input variables relationship among the plurality of input variables A method for constructing an optimization model, characterized in that variable reduction processing is performed to reduce the number of input variables by restraining .
前記変数低減処理により前記入力変数の数を低減した上で、更に、前記複数の入力変数のうちの少なくとも一つの入力変数の時間挙動を予め記憶又は記録しておき、該入力変数を固定値に設定すると共に該入力変数の時間挙動に基づいて所定タイミング毎に前記固定値を変化させることで前記入力変数の数を低減する別の変数低減処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の最適化用モデルの構築方法。 After reducing the number of the input variables by the variable reduction process, the time behavior of at least one input variable of the plurality of input variables is stored or recorded in advance, and the input variable is set to a fixed value. 2. The variable reduction processing according to claim 1, further comprising: performing another variable reduction process for reducing the number of the input variables by setting and changing the fixed value at each predetermined timing based on the time behavior of the input variables. How to build a model for optimization. 数理最適化手法を利用して制御対象であるプラントの制御性能を最適化する際に用いる最適化用モデルを構築する方法であって、
前記プラントの特性のうちの複数のパラメータを複数の入力変数とする特性を数式モデル化して前記最適化用モデルを構築する際に、前記複数の入力変数のうちの少なくとも一つの入力変数の時間挙動を予め記憶又は記録しておき、該入力変数を固定値に設定すると共に該入力変数の時間挙動に基づいて所定タイミング毎に前記固定値を変化させることで前記入力変数の数を低減する変数低減処理を行うことを特徴とする最適化用モデルの構築方法。
A method for constructing an optimization model used when optimizing the control performance of a plant to be controlled using a mathematical optimization method,
The time behavior of at least one input variable among the plurality of input variables when the optimization model is constructed by modeling the characteristics having the plurality of parameters of the plant characteristics as the plurality of input variables. the previously stored or recorded, a variable reduction to reduce the number of the input variables by changing the fixed value for each predetermined timing based on the time behavior of the input variables and sets the input variable to a fixed value method for constructing a model for optimal reduction you and performs processing.
前記変数低減処理により前記入力変数の数を低減した上で、更に、前記複数の入力変数のうちの少なくとも一つの入力変数を固定値に設定することで前記入力変数の数を低減する別の変数低減処理を行うことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の最適化用モデルの構築方法。 In terms of a reduced number of the input variables by the variable reduction process, further, another variable to reduce the number of the input variables by setting at least one of the input variables of the plurality of input variables to a fixed value method for constructing a model for optimization of any one of claims 1 to 3, characterized in that the reduction process. 数理最適化手法を利用して制御対象であるプラントの制御性能を最適化する際に用いる最適化用モデルを構築する装置であって、
前記プラントの特性のうちの複数のパラメータを複数の入力変数とする特性を数式モデル化して前記最適化用モデルを構築する際に、前記プラントの知見に基づいて前記入力変数の数を低減する入力変数低減手段(11)と、
前記入力変数の数を低減しても前記最適化用モデルを用いた最適化の精度を許容範囲内に維持できるか否かを判定する判定手段(11)とを備え、
前記入力変数低減手段(11)は、前記判定手段(11)により前記最適化の精度を許容範囲内に維持できると判定された場合に、前記入力変数の数を低減することを特徴とする最適化用モデルの構築装置。
An apparatus for constructing an optimization model for use in optimizing the control performance of a plant to be controlled using a mathematical optimization method,
An input for reducing the number of input variables based on the knowledge of the plant when the optimization model is constructed by modeling the characteristics having a plurality of parameters among the characteristics of the plant as a plurality of input variables. Variable reduction means (11) ;
Determination means (11) for determining whether or not the accuracy of optimization using the optimization model can be maintained within an allowable range even if the number of input variables is reduced,
The input variable reduction means (11) reduces the number of input variables when the determination means (11) determines that the accuracy of the optimization can be maintained within an allowable range. Model building device.
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