JP5961422B2 - Sliding mode controller - Google Patents

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Description

本発明は、スライディングモード制御装置に関する。   The present invention relates to a sliding mode control device.

例えば、自動二輪車には、DBW(Drive By Wire)技術でスロットルバルブを制御する電子制御スロットルバルブ装置が搭載されているものがある。電子制御スロットルバルブ装置では、スロットルバルブの開度が所望の目標量になるようにDBWの制御量をフィードバック制御する。   For example, some motorcycles are equipped with an electronically controlled throttle valve device that controls the throttle valve using DBW (Drive By Wire) technology. In the electronically controlled throttle valve device, the control amount of the DBW is feedback controlled so that the opening degree of the throttle valve becomes a desired target amount.

ここで、フィードバック制御の代表例としては、PID制御があげられる。PID制御では、出力値と目標量との偏差、積分、及び微分で制御対象をコントロールする。ところが、PID制御では、外乱が加わったときに制御の安定性を確保し難い。また、制御入力の算出に使用するゲインの設定が難しい。   Here, a typical example of feedback control is PID control. In PID control, a control target is controlled by deviation, integration, and differentiation between an output value and a target amount. However, in PID control, it is difficult to ensure control stability when a disturbance is applied. In addition, it is difficult to set the gain used to calculate the control input.

そこで、近年では、スライディングモード制御を用いてスロットルバルブを制御する方法が提案されている。スライディングモード制御では、制御対象、例えばスロットルバルブの複数の状態量を変数とする切換関数を定義し、切換関数によって規定される切換平面上に複数の状態量を収束させ、さらに複数の状態量を切換平面上に拘束しながら切換平面上の平衡点に収束させる。ここで、平衡点とは、各状態量がそれぞれの目標量に合致する点である。スライディングモード制御では、状態量を切換平面上に収束させさえすれば、状態量は外乱等の影響を殆ど受けることなく、極めて安定して切換平面上の平衡点に各状態量を収束させることができる。   Therefore, in recent years, a method for controlling the throttle valve using the sliding mode control has been proposed. In the sliding mode control, a switching function having a plurality of state quantities of a control target, for example, a throttle valve as a variable, is defined, and a plurality of state quantities are converged on a switching plane defined by the switching function. While constraining on the switching plane, it converges to an equilibrium point on the switching plane. Here, the equilibrium point is a point where each state quantity matches each target quantity. In sliding mode control, as long as the state quantity is converged on the switching plane, the state quantity is hardly affected by disturbances and the like, and each state quantity can be converged to the equilibrium point on the switching plane very stably. it can.

例えば、スロットルバルブの開度をスライディングモード制御するときには、スロットルバルブの実際の開度をDBWの制御量とし、制御量が目標量に収束するような制御入力を所定の制御サイクルごとに算出し、制御入力に応じてスロットルバルブのアクチュエータに駆動指令信号を出力する。   For example, when sliding mode control of the throttle valve opening is performed, the actual throttle valve opening is set as the DBW control amount, and a control input that converges the control amount to the target amount is calculated for each predetermined control cycle. A drive command signal is output to the throttle valve actuator in response to the control input.

ところで、切換平面を構築するうえで用いた制御対象モデルには、実際の制御対象との間にモデル化誤差が存在する。このために、複数の状態量を切換平面上に到達させることができなくなることがある。そこで、従来では、複数の状態量を切換平面上に収束させるために、制御入力に切換関数の値の積算値を用いて計算される積算項を設けることによって、定常偏差を解消して複数の状態量を切換平面状に収束させている。   By the way, in the controlled object model used for constructing the switching plane, there is a modeling error between the actual controlled object. For this reason, a plurality of state quantities may not be able to reach the switching plane. Therefore, conventionally, in order to converge a plurality of state quantities on the switching plane, by providing an integration term calculated using the integrated value of the value of the switching function in the control input, the steady-state deviation can be eliminated and the plurality of state quantities can be eliminated. The state quantity is converged on the switching plane.

特開2002−251205JP2002-251205

しかしながら、従来では、制御サイクルごとに切換関数の値を加算することによって積算項を計算していたので、状態量が切換平面の近傍に到達するまでに積算項が大きくなり過ぎて、複数の状態量がオーバーシュートしてしまうことがあった。状態量のオーバーシュートが大きくなると、再び切換平面に到達するまでに時間がかかると共に、ハンチングを起こし易くなる。このために、従来のスライディングモード制御では、スロットルバルブを目標開度に速やかに収束させることが困難であった。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、スライディングモード制御に
おける目標量への収束性を向上させることを目的とする。
However, in the past, since the integration term was calculated by adding the value of the switching function for each control cycle, the integration term becomes too large until the state quantity reaches the vicinity of the switching plane, and a plurality of states The amount sometimes overshooted. When the overshoot of the state quantity increases, it takes time to reach the switching plane again, and hunting is likely to occur. For this reason, in the conventional sliding mode control, it is difficult to quickly converge the throttle valve to the target opening.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to improve convergence to a target amount in sliding mode control.

本発明によれば、制御対象部材を操作するアクチュエータと、前記アクチュエータで前記制御対象部材を操作した結果を制御量として検出する制御量検出器と、前記アクチュエータに与える操作量を、制御量が目標量に一致するように演算するスライディングモードコントローラ部と、を含み、前記スライディングモードコントローラ部は、前記制御対象部材の状態量を変数とする切換関数によって規定される切換平面に前記状態量が収束するように制御入力を算出するものであって、前記制御入力には、積算成分として、前記状態量を代入して算出した切換関数の値に基づく積算値が含まれており、前記積算値は、前記制御量の変化と前記切換関数の値の両方が各々に対して予め定められた範囲の内にあるときには、前回算出した積算値に、今回の切換関数の値に応じた値を加算して算出し、前記制御量の変化が予め定められた範囲の外にあるときには前回算出した積算値を今回の積算値とすることを特徴とするスライディングモード制御装置が提供される。
According to the present invention, the control amount is the target of the actuator that operates the control target member, the control amount detector that detects the result of operating the control target member by the actuator as the control amount, and the operation amount to be given to the actuator A sliding mode controller unit that calculates to match the amount, and the sliding mode controller unit converges the state quantity on a switching plane defined by a switching function having the state quantity of the control target member as a variable. The control input includes an integrated value based on the value of the switching function calculated by substituting the state quantity as an integrated component, and the integrated value is When both the change in the controlled variable and the value of the switching function are within a predetermined range for each, the integrated value calculated last time is Calculated by adding the value corresponding to the current of the switching function value, characterized in that the integrated value previously calculated between the current accumulated value when outside the range of variation of the control quantity is predetermined A sliding mode controller is provided.

また、本発明によれば、前記切換関数の値が予め定められた範囲の外にあるときには、積算値を減少させる係数を前回算出した積算値に掛けて今回の積算値の値を減少させることを特徴とする請求項1に記載のスライディングモード制御装置が提供される。Further, according to the present invention, when the value of the switching function is out of a predetermined range, the current integrated value is decreased by multiplying the previously calculated integrated value by a coefficient for decreasing the integrated value. A sliding mode control device according to claim 1 is provided.

さらに、本発明によれば、制御対象部材を操作するアクチュエータと、前記アクチュエータで前記制御対象部材を操作した結果を制御量として検出する制御量検出器と、前記アクチュエータに与える操作量を、制御量が目標量に一致するように演算するスライディングモードコントローラ部と、を含み、前記スライディングモードコントローラ部は、前記制御対象部材の状態量を変数とする切換関数によって規定される切換平面に前記状態量が収束するように制御入力を算出するものであって、前記制御入力には、積算成分として、前記状態量を代入して算出した切換関数の値に基づく積算値が含まれており、前記積算値は、前記制御量の変化と前記切換関数の値の両方が各々に対して予め定められた範囲の内にあるときには、前回算出した積算値に、今回の切換関数の値に応じた値を加算して算出し、前記切換関数の値が予め定められた範囲の外にあるときには、積算値を減少させる係数を前回算出した積算値に掛けた値を今回の積算値とすることを特徴とするスライディングモード制御装置が提供される。 Furthermore, according to the present invention, an actuator for operating a control target member, a control amount detector for detecting a result of operating the control target member with the actuator as a control amount, and an operation amount to be given to the actuator, And a sliding mode controller unit that calculates so as to match the target amount, and the sliding mode controller unit has the state quantity on a switching plane defined by a switching function having the state quantity of the member to be controlled as a variable. The control input is calculated so as to converge, and the control input includes an integrated value based on a value of a switching function calculated by substituting the state quantity as an integrated component, and the integrated value Is calculated the previous time when both the change in the control amount and the value of the switching function are within a predetermined range for each. Calculated by adding a value corresponding to the value of the current switching function to the calculated value, and when the value of the switching function is outside the predetermined range, the previously calculated integrated value for decreasing the integrated value A sliding mode control device is provided in which the value multiplied by is used as the current integrated value .

本発明によれば、制御量の変化と切換関数の値のいずれか一方が、所定の範囲外にあるときは、積算成分の絶対値の増加が抑制されるので、制御対象機器に入力される操作量を算出するために使用する積算成分が大きくなり過ぎることが防止される。これによって、オーバーシュートが抑制されるので、目標量への収束性が向上する。   According to the present invention, when either one of the change in the control amount or the value of the switching function is outside the predetermined range, the increase in the absolute value of the integrated component is suppressed, and therefore input to the control target device. It is possible to prevent the integrated component used for calculating the manipulated variable from becoming too large. Thereby, since overshoot is suppressed, the convergence to the target amount is improved.

図1は、本発明の実施の形態に係るスライディングモード制御装置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a sliding mode control apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施の形態に係るスライディングモード制御装置におけるスライディングモードコントローラ部の処理のフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart of the process of the sliding mode controller unit in the sliding mode control apparatus according to the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施の形態に係るスライディングモード制御装置における到達則入力の演算処理のフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart of the reaching law input calculation process in the sliding mode control apparatus according to the embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施の形態に係るスライディングモード制御装置における処理の一例を示すタイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart showing an example of processing in the sliding mode control apparatus according to the embodiment of the present invention.

本発明を実施するための形態について以下に詳細に説明する。
図1に本実施形態に係るスライディングモード制御装置の概略構成を示す。
スライディングモード制御装置である電子制御装置1は、運転者が入力機器2を操作した結果が入力検出器3を介して入力され、操作結果から目標量を算出する目標量算出部11と、目標量算出部11の出力が接続されるスライディングモードコントローラ部12とを含んで構成されている。スライディングモードコントローラ部12の出力は、制御対象機器13に接続されている。さらに、制御対象機器13の制御量が制御量検出器14を介してスライディングモードコントローラ部12にフィードバックされるように構成されている。
The form for implementing this invention is demonstrated in detail below.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a sliding mode control apparatus according to the present embodiment.
The electronic control device 1, which is a sliding mode control device, includes a target amount calculation unit 11 that calculates a target amount from an operation result when a result of operation of the input device 2 by the driver is input via the input detector 3, And a sliding mode controller unit 12 to which the output of the calculation unit 11 is connected. The output of the sliding mode controller unit 12 is connected to the control target device 13. Further, the control amount of the control target device 13 is fed back to the sliding mode controller unit 12 via the control amount detector 14.

入力機器2としては、例えば、自動二輪車のスロットルグリップがある。この場合の入力検出器3は、スロットルグリップの操作量を検出するアクセルポジションセンサになる。
目標量算出部11は、入力検出器3の出力に基づいて制御対象機器13の目標量を算出する。目標量は、例えば、スロットルバルブの開度であり、目標量算出部11に予め記憶されているマップなどを用いて算出される。
As the input device 2, for example, there is a throttle grip of a motorcycle. The input detector 3 in this case is an accelerator position sensor that detects the operation amount of the throttle grip.
The target amount calculation unit 11 calculates the target amount of the control target device 13 based on the output of the input detector 3. The target amount is, for example, the opening of the throttle valve, and is calculated using a map or the like stored in advance in the target amount calculation unit 11.

スライディングモードコントローラ部12は、CPU(Central Processing Unit)やメモリなどを有し、切換関数算出部21と、制御入力算出部22と、操作量処理部23とに機能分割される。   The sliding mode controller unit 12 includes a CPU (Central Processing Unit), a memory, and the like, and is functionally divided into a switching function calculation unit 21, a control input calculation unit 22, and an operation amount processing unit 23.

切換関数算出部21は、目標量PRと、制御量POとが入力され、制御量POから目標量PRを引いて偏差量e(k)を算出すると共に、後述する処理によって切換関数σの今回値σ(k)を算出する。切換関数σの今回値σ(k)と偏差量e(k)は、制御入力算出部22に出力される。
制御入力算出部22は、目標量PRと、切換関数σの今回値σ(k)と、偏差量e(k)と、制御量POとが入力され、制御入力量USMを算出する。制御入力量USMは、操作量処理部23に出力される。
操作量処理部23は、制御入力量USMが入力され、操作量MMを算出して制御対象機器13に出力する。
The switching function calculation unit 21 receives the target amount PR and the control amount PO, calculates the deviation amount e (k) by subtracting the target amount PR from the control amount PO, and performs the current switching function σ by the process described later. The value σ (k) is calculated. The current value σ (k) and the deviation amount e (k) of the switching function σ are output to the control input calculation unit 22.
The control input calculation unit 22 receives the target amount PR, the current value σ (k) of the switching function σ, the deviation amount e (k), and the control amount PO, and calculates the control input amount USM. The control input amount USM is output to the operation amount processing unit 23.
The operation amount processing unit 23 receives the control input amount USM, calculates the operation amount MM, and outputs it to the control target device 13.

制御対象機器13は、アクチュエータ25と、制御対象部材26とを含んで構成されている。制御対象機器13がスロットルバルブ装置である場合には、アクチュエータ25がモータになり、操作量MMはモータのPWM(pulse width modulation)制御におけるデューティになる。また、制御対象部材26は、モータの回転によって回動するスロットルバルブになり、制御量検出器14はスロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサになる。この場合の制御量検出器14の制御量POは、スロットルバルブの実際の開度になる。   The control target device 13 includes an actuator 25 and a control target member 26. When the control target device 13 is a throttle valve device, the actuator 25 is a motor, and the operation amount MM is a duty in PWM (pulse width modulation) control of the motor. The control target member 26 is a throttle valve that is rotated by the rotation of the motor, and the control amount detector 14 is a throttle opening sensor that detects the opening of the throttle valve. In this case, the control amount PO of the control amount detector 14 is the actual opening of the throttle valve.

次に、電子制御装置1における処理について、以下に説明する。
まず、図2にスライディングモードコントローラ部12における処理、即ち制御入力量USMを算出する処理と、操作量MMを算出する処理のフローチャートを示す。
ステップS101に示すように、最初に切換関数算出部21が切換関数σの今回値σ(k)を算出する。切換関数σの今回値σ(k)は、例えば、σ(k)=e(k)+η(Δe(k)/Δt)の式を用いて算出される。なお、kは、制御を行う周期(制御サイクル)ごとに加算される整数である。例えば、現在の制御サイクルがk回目である場合、1回前の制御サイクルの制御量POと目標量PRの偏差は、e(k−1)になる。さらに、ηは、制御サイクルと制御要件に応じて決定されるゲインである。Δe(k)/Δtは、今回の偏差eと、nサイクル前の偏差eとの差を時間で割り算して得られる偏差速度である。
Next, processing in the electronic control device 1 will be described below.
First, FIG. 2 shows a flowchart of processing in the sliding mode controller unit 12, that is, processing for calculating the control input amount USM and processing for calculating the operation amount MM.
As shown in step S101, the switching function calculation unit 21 first calculates the current value σ (k) of the switching function σ. The current value σ (k) of the switching function σ is calculated using, for example, an equation of σ (k) = e (k) + η (Δe (k) / Δt). Note that k is an integer added every control cycle (control cycle). For example, when the current control cycle is the kth, the deviation between the control amount PO and the target amount PR of the previous control cycle is e (k−1). Furthermore, η is a gain determined according to the control cycle and control requirements. Δe (k) / Δt is a deviation speed obtained by dividing the difference between the current deviation e and the deviation e before n cycles by time.

ここで、この実施の形態では、切換関数σを算出するのに用いられる制御対象機器13(制御対象部材26)の状態量の変数がe(k)とΔe(k)の2つなので、スライディングモード制御における切換平面は切換線になる。従って、スライディングモードコントローラ部12は、状態量(e(k),Δe(k))を切換線に拘束し、かつ切換関数σをゼロに収束させるように制御を行う。   Here, in this embodiment, since there are two state quantity variables, e (k) and Δe (k), for the control target device 13 (control target member 26) used to calculate the switching function σ, sliding is performed. The switching plane in mode control becomes a switching line. Accordingly, the sliding mode controller unit 12 performs control so that the state quantities (e (k), Δe (k)) are constrained to the switching line and the switching function σ is converged to zero.

続いて、ステップS102で、制御入力算出部22が等価則入力UEを算出する。等価則入力UEは、制御対象機器13(制御対象部材26)の状態量(e(k),Δe(k)
)を切換関数σ=0に拘束するための入力である。
Subsequently, in step S102, the control input calculation unit 22 calculates an equivalent law input UE. The equivalence law input UE is a state quantity (e (k), Δe (k) of the control target device 13 (control target member 26).
) To the switching function σ = 0.

さらに、ステップS103で、制御入力算出部22が到達則入力URを算出する。到達則入力URの算出処理は、後に詳細を説明する。   Further, in step S103, the control input calculation unit 22 calculates the reaching law input UR. Details of the process for calculating the reaching law input UR will be described later.

続いて、ステップS104で、制御入力算出部22が非線形則入力UNを算出する。非線形則入力UNは、状態量(e(k),Δe(k))を切換関数σ=0に収束させるにあたり、制御対象モデルの誤差等の影響を排除するための入力である。   Subsequently, in step S104, the control input calculation unit 22 calculates a nonlinear law input UN. The nonlinear law input UN is an input for eliminating the influence of the error of the controlled object model when the state quantity (e (k), Δe (k)) is converged to the switching function σ = 0.

そして、ステップS105で、制御入力算出部22が制御入力量USMを算出する。制御入力量USMは、等価則入力UEと、到達則入力URと、非線形則入力UNの和である。
さらに、ステップS106で、操作量処理部23が、制御入力量USMに基づいて、操作量MMを算出する。制御対象機器13のアクチュエータ25を駆動させる場合、操作量MMにはアクチュエータ25のデューティ値が用いられる。
In step S105, the control input calculation unit 22 calculates the control input amount USM. The control input amount USM is the sum of the equivalent law input UE, the reaching law input UR, and the nonlinear law input UN.
Further, in step S106, the operation amount processing unit 23 calculates the operation amount MM based on the control input amount USM. When the actuator 25 of the control target device 13 is driven, the duty value of the actuator 25 is used as the operation amount MM.

この結果、アクチュエータ25が操作量MMに応じて駆動され、制御対象機器13の動作が制御される。制御対象機器13がスロットルバルブ装置である場合には、アクチュエータ25であるモータが回転し、減速機構を介して連結された制御対象部材26であるスロットルバルブが回動する。スロットルバルブの開度の情報は、制御量検出器14で検出され、制御量POとしてスライディングモードコントローラ部12に入力される。以降は、制御サイクルごとに前記の処理を繰り返して制御対象機器13の制御を行う。   As a result, the actuator 25 is driven according to the operation amount MM, and the operation of the control target device 13 is controlled. When the control target device 13 is a throttle valve device, the motor, which is the actuator 25, rotates, and the throttle valve, which is the control target member 26 connected via the speed reduction mechanism, rotates. Information on the opening degree of the throttle valve is detected by the control amount detector 14 and input to the sliding mode controller unit 12 as the control amount PO. Thereafter, the above process is repeated for each control cycle to control the control target device 13.

ここで、ステップS103の到達則入力URの算出処理の詳細について、図3を参照して説明する。
まず、ステップS201では、前処理として、スライディングモードコントローラ部12のメモリに格納されているn−1制御サイクル前の制御量POのデータをn制御サイクル前の制御量POに移し変える。この処理は、全ての制御サイクル前の制御量POのデータについて実施される。
Here, details of the process of calculating the reaching law input UR in step S103 will be described with reference to FIG.
First, in step S201, as preprocessing, the data of the control amount PO before the n-1 control cycle stored in the memory of the sliding mode controller unit 12 is transferred to the control amount PO before the n control cycle. This process is performed on the data of the control amount PO before all control cycles.

続くステップS202では、制御入力算出部22が今回の制御量POからn制御サイクル前の制御量POを引いて、制御量変化の今回値DPOを算出する。
ステップS203で、制御量変化の今回値DPOが下限値LP1(第1の所定値)以上であれば、制御入力算出部22は現在の状態が通常制御範囲内にあると判定して、ステップS204に進む。さらに、ステップS204で、制御量変化の今回値DPOが上限値UP1(第2の所定値)以下であれば、制御入力算出部22は現在の状態が通常範囲内にあると判定してステップS205に進む。
In subsequent step S202, the control input calculation unit 22 calculates the current value DPO of the control amount change by subtracting the control amount PO before n control cycles from the current control amount PO.
In step S203, if the current value DPO of the control amount change is equal to or greater than the lower limit value LP1 (first predetermined value), the control input calculation unit 22 determines that the current state is within the normal control range, and step S204. Proceed to Furthermore, if the current value DPO of the control amount change is equal to or smaller than the upper limit value UP1 (second predetermined value) in step S204, the control input calculation unit 22 determines that the current state is within the normal range, and step S205. Proceed to

続いて、ステップS205において、切換関数σの今回値σ(k)が下限値LS1(第3の所定値)以上であれば、制御入力算出部22は現在の状態が通常制御範囲内にあると判定してステップS206に進む。さらに、ステップS206で、切換関数σの今回値σ(k)が上限値US1(第4の所定値)以下であれば、制御入力算出部22は現在の状態が通常制御範囲内にあると判定してステップS207に進む。   Subsequently, in step S205, if the current value σ (k) of the switching function σ is equal to or greater than the lower limit LS1 (third predetermined value), the control input calculation unit 22 determines that the current state is within the normal control range. Determine and proceed to step S206. Furthermore, if the current value σ (k) of the switching function σ is equal to or lower than the upper limit value US1 (fourth predetermined value) in step S206, the control input calculation unit 22 determines that the current state is within the normal control range. Then, the process proceeds to step S207.

ステップS207は、制御量変化が通常制御範囲内にあり、かつ切換関数σが通常範囲内にある場合に実施される積算処理である。この場合、制御入力算出部22は、前回積算値SSG(k−1)としてメモリに記憶されている値に、切換関数σの今回値σ(k)に第1の所定係数C1(積算値演算係数)を掛算した値を加算して今回積算値SSG(k)とする。   Step S207 is an integration process performed when the change in the control amount is within the normal control range and the switching function σ is within the normal range. In this case, the control input calculation unit 22 sets the first predetermined coefficient C1 (integrated value calculation) to the current value σ (k) of the switching function σ to the value stored in the memory as the previous integrated value SSG (k−1). The value multiplied by the coefficient is added to obtain the current integrated value SSG (k).

この後、ステップS211に進んで、制御入力算出部22が切換関数σの今回値σ(k)から切換関数σの前回値σ(k−1)を引いて、切換関数σの今回変化量を算出する。
続くステップS212では、制御入力算出部22が切換関数σの今回値σ(k)に第1のゲイン値(比例項ゲイン値)を掛算して比例項を算出する。また、今回積算値SSG(k)に第2のゲイン値(積算項ゲイン値)を掛算して積算項を算出する。さらに、ステップS211で算出した切換関数σの今回変化量に第3のゲイン値(微分項ゲイン値)を掛算して微分項を算出する。なお、比例項、積算項及び微分項のゲインは、一定の値でも良いし、メモリに予め記憶されているマップを例えばエンジンの回転数と吸気圧で検索することによって決定しても良い。
そして、ステップS213で、制御入力算出部22が比例項と積算項と微分項の和を算出し、さらに和に第4のゲイン値(到達則演算ゲイン値)を掛算して到達則入力URを演算する。
Thereafter, the process proceeds to step S211, where the control input calculation unit 22 subtracts the previous value σ (k−1) of the switching function σ from the current value σ (k) of the switching function σ, thereby obtaining the current change amount of the switching function σ. calculate.
In subsequent step S212, the control input calculation unit 22 calculates the proportional term by multiplying the current value σ (k) of the switching function σ by the first gain value (proportional term gain value). Also, the integration term is calculated by multiplying the current integration value SSG (k) by the second gain value (integration term gain value). Furthermore, a differential term is calculated by multiplying the current change amount of the switching function σ calculated in step S211 by a third gain value (differential term gain value). Note that the gains of the proportional term, the integration term, and the differential term may be constant values, or may be determined by searching a map stored in advance in the memory based on, for example, the engine speed and the intake pressure.
In step S213, the control input calculation unit 22 calculates the sum of the proportional term, the integration term, and the derivative term, and further multiplies the sum by the fourth gain value (reaching law calculation gain value) to obtain the reaching law input UR. Calculate.

ここで、ステップS203で、制御量変化の今回値DPOが下限値LP1より小さかったときは、通常制御範囲外であると判定してステップS208を実施する。同様に、制御量変化の今回値DPOが上限値UP1より大きかったときも、通常制御範囲外とみなしてステップS208を実施する。ステップS208は、制御量の変化が通常制御範囲外にあるときに実施されるもので、今回値を前回値に加算、即ち積算処理を行わずに、積算成分を抑制する処理である。具体的には、制御入力算出部22が前回積算値SSG(k−1)をそのまま今回積算値SSG(k)に置き換える。そして、以降は、前記と同様の処理が行われる。   Here, when the current value DPO of the control amount change is smaller than the lower limit value LP1 in step S203, it is determined that it is out of the normal control range, and step S208 is performed. Similarly, when the current value DPO of the control amount change is larger than the upper limit value UP1, it is regarded as outside the normal control range, and step S208 is performed. Step S208 is performed when the change in the control amount is outside the normal control range, and is a process for suppressing the integrated component without adding the current value to the previous value, that is, without performing the integration process. Specifically, the control input calculation unit 22 replaces the previous integrated value SSG (k−1) with the current integrated value SSG (k) as it is. Thereafter, the same processing as described above is performed.

また、ステップS205で、切換関数σの今回値σ(k)が下限値LS1より小さかったときは、通常制御範囲外であると判定してステップS209を実施する。ステップS209は、切換関数σの今回値σ(k)が通常制御範囲外にあるときに実施されるもので、今回値を前回値に加算、即ち積算処理を行わずに、積算成分を抑制する処理である。具体的には、制御入力算出部22が前回積算値SSG(k−1)に第2の係数C2を掛算して今回積算値SSG(k)を算出する。第2の係数C2は、今回積算値を徐々にゼロ、又は切換平面に収束しているときの積算値に引き戻す役割を担う係数であり、例えば0≦C2<1の範囲の値が用いられる。そして、以降は、前記と同様の処理が行われる。   If the current value σ (k) of the switching function σ is smaller than the lower limit value LS1 in step S205, it is determined that it is out of the normal control range, and step S209 is performed. Step S209 is performed when the current value σ (k) of the switching function σ is outside the normal control range, and the current value is added to the previous value, that is, the integration component is suppressed without performing the integration process. It is processing. Specifically, the control input calculation unit 22 calculates the current integrated value SSG (k) by multiplying the previous integrated value SSG (k−1) by the second coefficient C2. The second coefficient C2 is a coefficient that plays a role of gradually returning the current integrated value to zero or returning to the integrated value when converged on the switching plane. For example, a value in a range of 0 ≦ C2 <1 is used. Thereafter, the same processing as described above is performed.

さらに、ステップS206で、切換関数σの今回値σ(k)が上限値US1より大きかったときは、通常制御範囲外であると判定してステップS210を実施する。ステップS210は、切換関数σの今回値σ(k)が通常制御範囲外にあるときに実施されるもので、今回値を前回値に加算、即ち積算処理を行わずに、積算成分を抑制する処理である。具体的には、制御入力算出部22が前回積算値SSG(k−1)に第3の係数C3を掛算して今回積算値SSG(k)を算出する。第3の係数C3は、今回積算値を徐々にゼロ、又は切換平面に収束しているときの積算値に引き戻す役割を担う係数であり、例えば0≦C3<1の範囲の値が用いられる。そして、以降は、前記と同様の処理が行われる。   Furthermore, when the current value σ (k) of the switching function σ is larger than the upper limit value US1 in step S206, it is determined that the current value is outside the normal control range, and step S210 is performed. Step S210 is performed when the current value σ (k) of the switching function σ is outside the normal control range. The current value is added to the previous value, that is, the integrated component is suppressed without performing the integration process. It is processing. Specifically, the control input calculation unit 22 calculates the current integrated value SSG (k) by multiplying the previous integrated value SSG (k−1) by the third coefficient C3. The third coefficient C3 is a coefficient that plays a role of gradually returning the current integrated value to zero or returning to the integrated value when it converges on the switching plane. For example, a value in the range of 0 ≦ C3 <1 is used. Thereafter, the same processing as described above is performed.

次に、図4を参照して、制御装置の処理の具体例についてタイミングチャートを用いて説明する。横軸は時間の経過を示し、縦軸は上から、制御対象部材26がスロットルバルブである場合の開度情報と切換関数σの値を示している。
時間t1以前では、スロットルバルブの開度の目標量PRと制御量POとが略一致している。即ち、時間t1では、状態量(e(k),Δe(k))は切換平面上にあり、制御量POは目標量PRに到達している。従って、偏差e(k)と、偏差速度Δe(k)/Δtがゼロであり、制御量変化の今回値DPOもゼロになる。
Next, with reference to FIG. 4, a specific example of processing of the control device will be described using a timing chart. The horizontal axis indicates the passage of time, and the vertical axis indicates from the top the opening information and the value of the switching function σ when the control target member 26 is a throttle valve.
Prior to time t1, the target amount PR of the throttle valve opening and the control amount PO substantially coincide. That is, at time t1, the state quantities (e (k), Δe (k)) are on the switching plane, and the control amount PO has reached the target amount PR. Accordingly, the deviation e (k) and the deviation speed Δe (k) / Δt are zero, and the current value DPO of the control amount change is also zero.

続く時間t1から時間t2までの間では、目標量PRは大きくなったが、制御対象機器13は目標量PRの変化に未だ追従していない。このために、制御量POはゼロのままで
ある。従って、制御対象機器13の目標量PRと制御量POの間に偏差(=e(k))が生じ、偏差の変化量Δe(k)も発生する。その結果、切換関数σの今回値σ(k)がゼロでなくなる。このときの切換関数σの今回値σ(k)は、負の値とする。
The target amount PR has increased from time t1 to time t2, but the control target device 13 has not yet followed the change in the target amount PR. For this reason, the control amount PO remains zero. Accordingly, a deviation (= e (k)) occurs between the target amount PR and the control amount PO of the control target device 13, and a deviation change amount Δe (k) also occurs. As a result, the current value σ (k) of the switching function σ is not zero. The current value σ (k) of the switching function σ at this time is a negative value.

しかしながら、この段階では、制御量の変化の今回値DPOは、上限値UP1及び下限値LP1で規定される通常制御範囲間にある。さらに、切換関数σの今回値σ(k)は上限値US1及び下限値LS1で規定される通常制御範囲間にある。この場合には、図3のステップS207に従って今回積算値SSG(k)が算出される。即ち、切換関数σの今回値σ(k)に第1の所定係数C1を掛算した結果に、前回積算値SSG(k−1)を加算した値が今回積算値SSG(k)になる。このケースでは、前回積算値SSG(k−1)が負の値であり、切換関数σの今回値σ(k)も負の値なので、今回積算値SSG(k)も負の値で絶対値が大きくなる。   However, at this stage, the current value DPO of the change in the control amount is between the normal control ranges defined by the upper limit value UP1 and the lower limit value LP1. Further, the current value σ (k) of the switching function σ is between the normal control ranges defined by the upper limit value US1 and the lower limit value LS1. In this case, the current integrated value SSG (k) is calculated according to step S207 in FIG. That is, the value obtained by multiplying the current value σ (k) of the switching function σ by the first predetermined coefficient C1 and the previous integrated value SSG (k−1) is the current integrated value SSG (k). In this case, since the previous integrated value SSG (k−1) is a negative value and the current value σ (k) of the switching function σ is also a negative value, the current integrated value SSG (k) is also a negative value and an absolute value. Becomes larger.

時間t2で目標量PRが急激に大きくなると、目標量PRと制御量POの間の偏差が大きくなる。その結果、例えば、切換関数σの今回値σ(k)が下限値LS1を下回り、上限値US1及び下限値LS1で規定される通常制御範囲外になる。この場合には、図3のステップS209に従って今回積算値SSG(k)が算出される。即ち、今回積算値SSG(k)は、前回積算値SSG(k−1)に第2の所定係数C2を掛けた値になる。ここでの第2の所定係数C2は、積算値をゼロに引き戻すような係数である。従って、今回積算値SSG(k)は、絶対値の増加が抑制され、時間の経過に伴って徐々にゼロに近づくように変化する。   When the target amount PR suddenly increases at time t2, the deviation between the target amount PR and the control amount PO increases. As a result, for example, the current value σ (k) of the switching function σ falls below the lower limit value LS1, and falls outside the normal control range defined by the upper limit value US1 and the lower limit value LS1. In this case, the current integrated value SSG (k) is calculated according to step S209 of FIG. That is, the current integration value SSG (k) is a value obtained by multiplying the previous integration value SSG (k−1) by the second predetermined coefficient C2. Here, the second predetermined coefficient C2 is a coefficient that brings the integrated value back to zero. Therefore, the current integrated value SSG (k) changes such that the increase in absolute value is suppressed and gradually approaches zero as time passes.

そして、時間t3で、目標量PRの急激な増加に遅れて、制御量POが増加し始めると、制御量POの変化量も増加し始める。制御量POが増加することによって目標量PRと制御量POの間に偏差が減少するので、切換関数σの今回値σ(k)がゼロに近づくように変化し始める。   At time t3, when the control amount PO starts to increase behind the rapid increase of the target amount PR, the change amount of the control amount PO also starts to increase. Since the deviation between the target amount PR and the control amount PO decreases as the control amount PO increases, the current value σ (k) of the switching function σ begins to change so as to approach zero.

時間t3から時間t4の間では、目標量PRと制御量POの偏差が大きいので、目標量PRに制御量POが急速に追いつくようにアクチュエータ25が操作される。この結果、制御量変化の今回値DPOが大きく増大する。そして、時間t4で、制御量変化の今回値DPOが上限値UP1を超え、上限値UP1及び下限値LP1で規定される通常制御範囲外になる。この場合には、図3のステップS208に従って今回積算値SSG(k)が算出される。即ち、今回積算値SSG(k)は前回積算値SSG(k−1)をそのまま使用するので、積算値が一定に保たれる。   Between time t3 and time t4, since the deviation between the target amount PR and the control amount PO is large, the actuator 25 is operated so that the control amount PO quickly catches up with the target amount PR. As a result, the current value DPO of the control amount change greatly increases. At time t4, the current value DPO of the control amount change exceeds the upper limit value UP1, and is outside the normal control range defined by the upper limit value UP1 and the lower limit value LP1. In this case, the current integrated value SSG (k) is calculated according to step S208 in FIG. That is, since the current integration value SSG (k) uses the previous integration value SSG (k−1) as it is, the integration value is kept constant.

ここで、今回積算値SSG(k)に前回積算値SSG(k−1)をそのまま使用するのは、過渡状態から定常状態へ復帰したときに目標量PRに制御量POを速やかに収束させるためである。例えば、積算値をさらに小さい値にする場合、オーバーシュートを防止することができるが、切換平面に到達するまでの時間が長くなって、収束速度が遅くなる。   Here, the reason why the previous integrated value SSG (k−1) is used as it is for the current integrated value SSG (k) is to quickly converge the control amount PO to the target amount PR when the transient state returns to the steady state. It is. For example, when the integrated value is set to a smaller value, overshoot can be prevented, but the time to reach the switching plane becomes longer and the convergence speed becomes slower.

そして、前回値σ(k−1)を用いて算出した今回積算値と、切換関数σの今回値σ(k)とを用いて到達則入力URを算出し、到達則入力URを含む制御入力によってアクチュエータ25を駆動させると、制御量POに目標量PRが近づく。その結果、制御量変化の今回値DPOが減少し、時間t5で制御量変化の今回値DPOが上限値UP1を下回り、通常制御範囲内に収まる。これに対して、切換関数σの今回値σ(k)は、下限値LS1を下回っており、通常制御範囲外である。従って、この時間帯では、図3のステップS209に従って今回積算値SSG(k)が算出される。即ち、今回積算値SSG(k)は、前回積算値SSG(k−1)に第2の所定係数C2を掛けた値になる。その結果、今回積算値SSG(k)は、絶対値の増加が抑制され、時間の経過に伴って徐々にゼロに近づくように変化する。   Then, the reaching law input UR is calculated using the current integrated value calculated using the previous value σ (k−1) and the current value σ (k) of the switching function σ, and the control input including the reaching law input UR. When the actuator 25 is driven by this, the target amount PR approaches the control amount PO. As a result, the current value DPO of the control amount change decreases, and at the time t5, the current value DPO of the control amount change falls below the upper limit value UP1 and falls within the normal control range. On the other hand, the current value σ (k) of the switching function σ is below the lower limit LS1, and is outside the normal control range. Therefore, in this time zone, the current integrated value SSG (k) is calculated according to step S209 of FIG. That is, the current integration value SSG (k) is a value obtained by multiplying the previous integration value SSG (k−1) by the second predetermined coefficient C2. As a result, the current integrated value SSG (k) changes such that the increase in absolute value is suppressed and gradually approaches zero as time passes.

時間t6で切換関数σの今回値σ(k)が下限値LS1を超えて通常制御範囲内に収まるようになると、今回積算値SSG(k)は、図3のステップS207に従って算出される。即ち、切換関数σの今回値σ(k)に第1の所定係数C1を掛算した結果に前回積算値SSG(k−1)に加算した値が今回積算値SSG(k)になる。   When the current value σ (k) of the switching function σ exceeds the lower limit LS1 and falls within the normal control range at time t6, the current integrated value SSG (k) is calculated according to step S207 in FIG. That is, a value obtained by multiplying the current value σ (k) of the switching function σ by the first predetermined coefficient C1 and added to the previous integrated value SSG (k−1) becomes the current integrated value SSG (k).

なお、目標量PRが下向きに変動し、切換関数σの今回値σ(k)が上限値US1を超えて通常制御範囲外になった場合には、図3のステップS210が実施され、今回積算値SSG(k)は、前回積算値SSG(k−1)に第3の所定係数C3を掛けた値になる。その結果、今回積算値SSG(k)は、徐々にゼロに近づくように変化する。   Note that when the target amount PR fluctuates downward and the current value σ (k) of the switching function σ exceeds the upper limit value US1 and falls outside the normal control range, step S210 in FIG. The value SSG (k) is a value obtained by multiplying the previous integrated value SSG (k−1) by the third predetermined coefficient C3. As a result, the current integrated value SSG (k) changes so as to gradually approach zero.

以上、説明したように、この実施の形態では、スライディングモードコントローラ部12が制御入力量USMの計算に使用する到達則入力の積算成分を算出するにあたり、制御量変化の今回値DPO及び切換関数σの今回値σ(k)がそれぞれに設定された所定の通常制御範囲内にあれば、積算処理によって今回積算値SSG(k)を算出するようにし、目標量PRと制御量POに差がある状態が継続する程、到達則入力URが大きくなって目標量PRに近づき易くする。これに対して、制御量変化の今回値DPOと、切換関数σの今回値σ(k)のいずれか一方が、通常制御範囲外にあるときは、積算成分の絶対値の増加を抑制することによって、積算成分が大きくなり過ぎることを防止し、オーバーシュートを抑制できる。従って、目標量への収束性を向上できる。   As described above, in this embodiment, in calculating the integrated component of the reaching law input used by the sliding mode controller unit 12 for calculating the control input amount USM, the current value DPO of the control amount change and the switching function σ If the current value σ (k) is within a predetermined normal control range set for each of the current values σ (k), the current integrated value SSG (k) is calculated by integration processing, and there is a difference between the target amount PR and the control amount PO. As the state continues, the reaching law input UR is increased to easily approach the target amount PR. In contrast, when either the current value DPO of the control amount change or the current value σ (k) of the switching function σ is outside the normal control range, the increase in the absolute value of the integrated component is suppressed. Therefore, it is possible to prevent the integrated component from becoming too large and suppress overshoot. Therefore, the convergence to the target amount can be improved.

特に、切換関数σの今回値σ(k)が通常制御範囲外にあるときには、状態量(e(k),Δe(k))が切換平面から大きく離れており、到達するまでに時間を要する状態にあるので、積算処理を継続すると、状態量(e(k),Δe(k))が切換平面に到達したときには到達入力URの積算項が大きくなり過ぎてしまい、大きくオーバーシュートしてしまう可能性がある。そこで、この実施の形態では、そのような状況下では、今回積算値SSG(k)の絶対値を徐々に減少させることによって、状態量(e(k),Δe(k))が切換平面に到達したときに積算項の過大にならないようにした。これによって、切換平面近傍におけるハンチングを大幅に抑制できるようになる。   In particular, when the current value σ (k) of the switching function σ is outside the normal control range, the state quantities (e (k), Δe (k)) are far away from the switching plane, and it takes time to reach them. If the state quantity (e (k), Δe (k)) reaches the switching plane, the integration term of the arrival input UR becomes too large and excessively overshoots if the integration process is continued. there is a possibility. Therefore, in this embodiment, under such circumstances, the state quantities (e (k), Δe (k)) are changed to the switching plane by gradually decreasing the absolute value of the current integrated value SSG (k). The total term is not excessive when it reaches. As a result, hunting in the vicinity of the switching plane can be greatly suppressed.

これに対して、制御量変化の今回値DPOが通常制御範囲外にあるときは、制御量POが大きく変化しているので、この段階で今回積算値SSG(k)の絶対値を徐々に減少させると、状態量(e(k),Δe(k))を切換平面に速やかに到達させることが困難になる。このために、前回積算値SSG(k−1)を今回積算値SSG(k)として保持することによって、積算成分が大きくなり過ぎることを防止する一方で、切換平面への到達速度が小さくなり過ぎることが防止される。   On the other hand, when the current value DPO of the control amount change is out of the normal control range, the control amount PO has changed greatly. At this stage, the absolute value of the current integrated value SSG (k) is gradually decreased. As a result, it becomes difficult to make the state quantities (e (k), Δe (k)) reach the switching plane quickly. For this reason, holding the previous integrated value SSG (k−1) as the current integrated value SSG (k) prevents the integrated component from becoming too large, while the arrival speed to the switching plane becomes too low. It is prevented.

なお、本発明は、実施の形態に限定されずに広く応用できる。
例えば、制御対象機器12は、スロットルバルブ装置に限定されない。また、アクチュエータ25はモータ以外であっても良く、操作量MMはアクチュエータ25以外の機器を動作させる指令であっても良い。
Note that the present invention can be widely applied without being limited to the embodiments.
For example, the control target device 12 is not limited to a throttle valve device. The actuator 25 may be other than a motor, and the operation amount MM may be a command for operating a device other than the actuator 25.

1 電子制御装置(スライディングモード制御装置)
2 入力検出器
11 目標量算出部
12 スライディングモードコントローラ部
13 制御対象機器
14 制御量検出器
21 切換関数算出部
22 制御入力算出部
23 操作量処理部
25 アクチュエータ
26 制御対象部材
1 Electronic control device (sliding mode control device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Input detector 11 Target amount calculation part 12 Sliding mode controller part 13 Control object apparatus 14 Control amount detector 21 Switching function calculation part 22 Control input calculation part 23 Operation amount process part 25 Actuator 26 Control object member

Claims (3)

制御対象部材を操作するアクチュエータと、
前記アクチュエータで前記制御対象部材を操作した結果を制御量として検出する制御量検出器と、
前記アクチュエータに与える操作量を、制御量が目標量に一致するように演算するスライディングモードコントローラ部と、
を含み、
前記スライディングモードコントローラ部は、
前記制御対象部材の状態量を変数とする切換関数によって規定される切換平面に前記状態量が収束するように制御入力を算出するものであって、前記制御入力には、積算成分として、前記状態量を代入して算出した切換関数の値に基づく積算値が含まれており、
前記積算値は、
前記制御量の変化と前記切換関数の値の両方が各々に対して予め定められた範囲の内にあるときには、前回算出した積算値に、今回の切換関数の値に応じた値を加算して算出し、
前記制御量の変化が予め定められた範囲の外にあるときには前回算出した積算値を今回の積算値とすることを特徴とするスライディングモード制御装置。
An actuator for operating a member to be controlled;
A control amount detector for detecting a result of operating the member to be controlled by the actuator as a control amount;
A sliding mode controller that calculates an operation amount to be applied to the actuator so that a control amount matches a target amount;
Including
The sliding mode controller unit
A control input is calculated so that the state quantity converges on a switching plane defined by a switching function having the state quantity of the control target member as a variable, and the control input includes the state as an integrated component. The integrated value based on the value of the switching function calculated by substituting the quantity is included,
The integrated value is
When both the change in the control amount and the value of the switching function are within a predetermined range for each, the value corresponding to the value of the current switching function is added to the previously calculated integrated value. Calculate
A sliding mode control apparatus characterized in that when the change in the control amount is outside a predetermined range, the previously calculated integrated value is set as the current integrated value .
前記切換関数の値が予め定められた範囲の外にあるときには、積算値を減少させる係数を前回算出した積算値に掛けて今回の積算値の値を減少させることを特徴とする請求項1に記載のスライディングモード制御装置。 Wherein when the switching function value is outside the predetermined range, to claim 1, characterized in the coefficients for reducing the integrated value to decrease the value of the current integrated value by multiplying the integrated value previously calculated The sliding mode control device described. 制御対象部材を操作するアクチュエータと、An actuator for operating a member to be controlled;
前記アクチュエータで前記制御対象部材を操作した結果を制御量として検出する制御量検出器と、A control amount detector for detecting a result of operating the member to be controlled by the actuator as a control amount;
前記アクチュエータに与える操作量を、制御量が目標量に一致するように演算するスライディングモードコントローラ部と、A sliding mode controller that calculates an operation amount to be applied to the actuator so that a control amount matches a target amount;
を含み、Including
前記スライディングモードコントローラ部は、The sliding mode controller unit
前記制御対象部材の状態量を変数とする切換関数によって規定される切換平面に前記状態量が収束するように制御入力を算出するものであって、前記制御入力には、積算成分として、前記状態量を代入して算出した切換関数の値に基づく積算値が含まれており、A control input is calculated so that the state quantity converges on a switching plane defined by a switching function having the state quantity of the control target member as a variable, and the control input includes the state as an integrated component. The integrated value based on the value of the switching function calculated by substituting the quantity is included,
前記積算値は、The integrated value is
前記制御量の変化と前記切換関数の値の両方が各々に対して予め定められた範囲の内にあるときには、前回算出した積算値に、今回の切換関数の値に応じた値を加算して算出し、When both the change in the control amount and the value of the switching function are within a predetermined range for each, the value corresponding to the value of the current switching function is added to the previously calculated integrated value. Calculate
前記切換関数の値が予め定められた範囲の外にあるときには、積算値を減少させる係数を前回算出した積算値に掛けて今回の積算値の値を減少させることを特徴とするスライディングモード制御装置。When the value of the switching function is outside a predetermined range, a sliding mode control device that reduces a value of the current integrated value by multiplying a previously calculated integrated value by a coefficient for decreasing the integrated value. .
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