JP6239210B1 - Control device, equipment and control program - Google Patents
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Abstract
制御装置において、第1処理部(51)は、第1処理として、制御のための出力値の演算をデジタル演算装置(21)で実行する。第2処理部(52)は、第2処理として、第1処理の演算精度を上げるために第1処理部(51)に入力される入力値の演算であり、演算量が多いほど第1処理の演算精度が上がる演算をデジタル演算装置(21)で実行する。スケジュール処理部(54)は、デジタル演算装置(21)の使用時間と第1処理の演算精度との制約に合わせて、第2処理部(52)に対し、第2処理の演算量および演算頻度の少なくともいずれかを調整する。In the control device, the first processing unit (51) executes the calculation of the output value for control by the digital arithmetic device (21) as the first processing. The second processing unit (52) calculates the input value input to the first processing unit (51) in order to increase the calculation accuracy of the first processing as the second processing. The digital arithmetic unit (21) executes an arithmetic operation that increases the operational accuracy of. The schedule processing unit (54) sets the calculation amount and calculation frequency of the second process to the second processing unit (52) in accordance with the restriction between the usage time of the digital calculation device (21) and the calculation accuracy of the first process. Adjust at least one of the following.
Description
本発明は、制御装置、機器および制御プログラムに関するものである。 The present invention relates to a control device, a device, and a control program.
電動機および電力制御装置等のパワーエレクトロニクス機器は、一般的に、スイッチング素子と制御装置との組み合わせを用いて実現される。制御装置の制御機構の一部または多くの部分は、一般的に、マイクロコンピュータで動作するソフトウェアにより実現される。 Power electronics equipment such as an electric motor and a power control device is generally realized using a combination of a switching element and a control device. A part or many parts of the control mechanism of the control device are generally realized by software operating on a microcomputer.
近年のパワーエレクトロニクス機器に対する要求は、以前に増して高くなっている。特に、低損失性および小型化が求められている。 The demand for power electronics equipment in recent years is higher than before. In particular, low loss and downsizing are required.
要求を満たすために、より低損失の素子を高いスイッチング速度で制御することが必要である。より短時間での制御を実施する必要がある。 In order to meet the requirements, it is necessary to control the lower loss elements at high switching speeds. It is necessary to perform control in a shorter time.
一方で、制御に関して考慮すべき事項が増えている。多入力、多出力および多制約条件を加味して、電気的および物理的に低ノイズの制御を実現するために、モデル予測制御等の複雑な制御を実現する必要がある。モデル予測制御については、非特許文献1に記載されている。 On the other hand, matters to be considered regarding control are increasing. In order to realize electrically and physically low noise control in consideration of multiple inputs, multiple outputs, and multiple constraints, it is necessary to realize complex control such as model predictive control. Model predictive control is described in Non-Patent Document 1.
コスト低減を目的として、単一のマイクロコンピュータで、制御だけでなく、制御に付随する、通信または異常監視等の処理を実現する必要があることも多い。そのようなケースでは、高応答または短処理時間の制御に加えて、低応答または長処理時間の、制御以外の処理を実現する必要があることが多い。 For the purpose of cost reduction, it is often necessary to realize not only control but also communication or abnormality monitoring associated with control with a single microcomputer. In such a case, it is often necessary to realize processing other than control with low response or long processing time in addition to control with high response or short processing time.
したがって、制御のための処理の時間を、制御品質を適切に保つよう確保しつつ、他の必要な処理の時間を確保する必要がある。 Therefore, it is necessary to secure other necessary processing time while ensuring the processing time for control so as to keep the control quality appropriately.
特許文献1および特許文献2には、タスクのスケジューリングに関する技術が記載されている。 Patent Documents 1 and 2 describe techniques related to task scheduling.
特許文献3には、残存時間に応じて処理の一部を省略する技術が記載されている。 Patent Document 3 describes a technique that omits a part of the processing according to the remaining time.
特許文献1および特許文献2に記載の技術では、制御のための処理の時間を調整する機構が設けられていない。よって、制御以外の必要な処理の時間を確保することができない。 In the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2, a mechanism for adjusting the processing time for control is not provided. Therefore, it is not possible to secure a necessary processing time other than the control.
特許文献3に記載の技術では、制御品質を維持するための機構が設けられていない。よって、残存時間が僅少になるケースが多くなると、制御品質が落ちる。そして、モータの脱調等、想定制御シーケンスから逸脱する事象が発生する。 In the technique described in Patent Document 3, a mechanism for maintaining control quality is not provided. Therefore, when the remaining time becomes short, the control quality deteriorates. Then, an event deviating from the assumed control sequence occurs, such as motor step-out.
本発明は、制御のための処理の時間を、制御品質を適切に保つよう確保しつつ、他の必要な処理の時間を確保することを目的とする。 It is an object of the present invention to secure other necessary processing time while ensuring the processing time for control so as to keep the control quality appropriately.
本発明の一態様に係る制御装置は、
第1処理として、制御のための出力値の演算をデジタル演算装置で実行する第1処理部と、
第2処理として、前記第1処理の演算精度を上げるために前記第1処理部に入力される入力値の演算であり、演算量が多いほど前記第1処理の演算精度が上がる演算を前記デジタル演算装置で実行する第2処理部と、
前記デジタル演算装置の使用時間と前記第1処理の演算精度との制約に合わせて、前記第2処理部に対し、前記第2処理の演算量および演算頻度の少なくともいずれかを調整するスケジュール処理部とを備える。A control device according to one aspect of the present invention includes:
As a first process, a first processing unit that executes calculation of an output value for control by a digital arithmetic device;
The second process is a calculation of an input value input to the first processing unit in order to increase the calculation accuracy of the first process, and an operation in which the calculation accuracy of the first process increases as the calculation amount increases. A second processing unit executed by the arithmetic device;
A schedule processing unit that adjusts at least one of the calculation amount and the calculation frequency of the second processing with respect to the second processing unit in accordance with the restriction between the usage time of the digital arithmetic device and the calculation accuracy of the first processing. With.
本発明では、第1処理として、制御のための出力値の演算が実行される。第2処理として、第1処理の演算精度を上げるための入力値の演算であり、演算量が多いほど第1処理の演算精度が上がる演算が実行される。デジタル演算装置の使用時間と第1処理の演算精度との制約に合わせて、第2処理の演算量および演算頻度の少なくともいずれかが調整される。このため、制御のための処理の時間を、制御品質を適切に保つよう確保しつつ、他の必要な処理の時間を確保することができる。 In the present invention, calculation of an output value for control is executed as the first process. The second process is an input value calculation for increasing the calculation accuracy of the first process, and an operation in which the calculation accuracy of the first process increases as the calculation amount increases. At least one of the calculation amount and the calculation frequency of the second process is adjusted according to the restriction between the usage time of the digital calculation device and the calculation accuracy of the first process. For this reason, it is possible to secure other necessary processing time while ensuring the processing time for control so as to appropriately maintain the control quality.
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。なお、本発明は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、以下に説明する実施の形態は、部分的に実施されても構わない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals. In the description of the embodiments, the description of the same or corresponding parts will be omitted or simplified as appropriate. The present invention is not limited to the embodiments described below, and various modifications can be made as necessary. For example, the embodiment described below may be partially implemented.
実施の形態1.
本実施の形態について、図1から図12を用いて説明する。Embodiment 1 FIG.
This embodiment will be described with reference to FIGS.
***構成の説明***
図1を参照して、本実施の形態に係る機器10の構成を説明する。*** Explanation of configuration ***
With reference to FIG. 1, the structure of the apparatus 10 which concerns on this Embodiment is demonstrated.
機器10は、具体的には、パワーエレクトロニクス機器である。機器10は、同期モータ11と、スイッチング素子12と、制御装置13とを備える。
The device 10 is specifically a power electronics device. The device 10 includes a
同期モータ11は、非同期モータに置き換えられてもよいし、電力制御装置等に置き換えられてもよい。すなわち、機器10は、制御対象の要素として、電動機または電力制御装置等の任意の要素を備えていてよい。
The
スイッチング素子12は、同期モータ11に入力される電流を調整するための素子である。スイッチング素子12は、例えば、MOSFETである。「MOSFET」は、Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistorの略語である。
The
制御装置13は、ゲート信号線14を介してスイッチング素子12のゲート電圧を制御することにより、同期モータ11の回転を制御する装置である。制御装置13の制御機構の一部または多くの部分は、マイクロコンピュータで動作するソフトウェアにより実現される。
The
図2を参照して、本実施の形態に係る制御装置13のハードウェア構成を説明する。
With reference to FIG. 2, the hardware configuration of the
制御装置13は、マイクロコンピュータ、あるいは、マイクロコンピュータを含む装置である。制御装置13は、デジタル演算装置21を備えるとともに、メモリ22、リアルタイムクロック23、ADコンバータ24、シリアル通信デバイス25、汎用IO26、パルス幅変調器27、フラッシュROM28、ウォッチドッグタイマ29および割り込みコントローラ30といった他のハードウェアを備える。「AD」は、Analog to Digitalの略語である。「IO」は、Input/Outputの略語である。「ROM」は、Read Only Memoryの略語である。図中、「RTC」は、Real Time Clockの略語である。「GPIO」は、General Purpose Input/Outputの略語である。「PWM」は、Pulse Width
Modulatorの略語である。「WDT」は、Watchdog Timerの略語である。デジタル演算装置21は、バス31を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。The
Abbreviation for Modulator. “WDT” is an abbreviation for Watchdog Timer. The digital
デジタル演算装置21は、本実施の形態ではプロセッサである。プロセッサは、各種処理を行うICである。「IC」は、Integrated Circuitの略語である。プロセッサは、例えば、CPUである。「CPU」は、Central Processing Unitの略語である。
The digital
メモリ22は、例えば、RAMである。「RAM」は、Random Access Memoryの略語である。
The
ADコンバータ24は、同期モータ11のセンサ値を取得するためのデバイスである。
The
シリアル通信デバイス25は、入出力ポート32を介して外部からの動作要求を受け取るためのデバイスである。
The
パルス幅変調器27は、入出力ポート32を介してスイッチング素子12のゲート電圧をPWMにより制御するためのデバイスである。「PWM」は、Pulse Width Modulationの略語である。
The
図3は、PWMによるゲート電圧制御の例を示している。 FIG. 3 shows an example of gate voltage control by PWM.
PWM制御では、多くの場合、固定のキャリア周期が設定される。キャリア周期に対するオン時間の比率であるデューティ比によって通電比が調節されて、電圧または電流が制御される。これにより、交流波が生成されて、同期モータ11を制御することが可能となる。
In PWM control, a fixed carrier cycle is often set. The energization ratio is adjusted by the duty ratio, which is the ratio of the on time to the carrier period, and the voltage or current is controlled. As a result, an AC wave is generated and the
実際には、出力したいリファレンス波41に対し、キャリア波42が比較される。キャリア波42がリファレンス波41を上回る時間帯のみを通電時間に設定することで、PWM波形43が実現される。大局的に見ると、PWM波形43によって生成される電圧はリファレンス波41と一致する。
Actually, the
図4を参照して、本実施の形態に係る制御装置13の機能構成を説明する。
With reference to FIG. 4, the functional configuration of the
制御装置13は、機能要素として、第1処理部51と、第2処理部52と、第3処理部53と、スケジュール処理部54とを備える。第1処理部51、第2処理部52、第3処理部53およびスケジュール処理部54の機能は、ソフトウェアにより実現される。
The
第1処理部51は、直接出力を制御するフィードフォワード制御部61と、フィードバック制御部62へセンサ値を提供するセンサ値取得部64とを有する。
The
第2処理部52は、フィードフォワード制御部61の動作を、センサ値を確認しながら大局的に制御するフィードバック制御部62を有する。
The
第3処理部53は、制御以外の処理として、通信処理を実行する通信処理部63を有する。
The
スケジュール処理部54は、スケジューリングのための誤差の見積もり値の演算を行う制御精度予測部65と、スケジュールの立案を行うスケジューリング実行部66とを有する。
The
フラッシュROM28には、第1処理部51、第2処理部52、第3処理部53およびスケジュール処理部54の機能を実現するプログラムである制御プログラムが記憶されている。制御プログラムは、メモリ22にロードされ、デジタル演算装置21によって実行される。
The
第1処理部51、第2処理部52、第3処理部53およびスケジュール処理部54の処理の結果を示す情報、データ、信号値および変数値は、メモリ22、または、デジタル演算装置21内のレジスタまたはキャッシュメモリに記憶される。
Information, data, signal values, and variable values indicating the processing results of the
制御装置13は、デジタル演算装置21を代替する複数のデジタル演算装置を備えていてもよい。これら複数のデジタル演算装置は、制御プログラムの実行を分担する。それぞれのデジタル演算装置は、デジタル演算装置21と同じように、プロセッサである。
The
制御プログラムは、磁気ディスクおよび光ディスクといった可搬記録媒体に記憶されてもよい。 The control program may be stored in a portable recording medium such as a magnetic disk and an optical disk.
***動作の説明***
引き続き図4を参照して、本実施の形態に係る制御装置13の動作を説明する。制御装置13の動作は、本実施の形態に係る制御方法に相当する。*** Explanation of operation ***
With continued reference to FIG. 4, the operation of the
第1処理部51は、第1処理として、制御のための出力値の演算をデジタル演算装置21で実行する。第1処理は、任意の高応答処理でよいが、本実施の形態ではフィードフォワード制御の処理である。具体的には、第1処理は、同期モータ11の制御のためにスイッチング素子12に出力される信号のデューティ比の演算である。第1処理は、フィードフォワード制御部61により実行される。
The
第2処理部52は、第2処理として、第1処理の演算精度を上げるために第1処理部51に入力される入力値の演算であり、演算量が多いほど第1処理の演算精度が上がる演算をデジタル演算装置21で実行する。第2処理は、任意の準高応答処理でよいが、本実施の形態ではフィードバック制御の処理である。第2処理は、任意の制御方式を用いる処理でよいが、本実施の形態ではモデル予測制御を用いる処理である。具体的には、第2処理は、センサ値取得部64により取得された同期モータ11の位置センサの測定値に応じた、第1処理部51に入力される動作指令値の演算である。第2処理は、フィードバック制御部62により実行される。
The
第3処理部53は、第3処理として、第1処理および第2処理とは別の処理をデジタル演算装置21で実行する。第3処理は、任意の低応答処理でよいが、本実施の形態では通信処理である。具体的には、第3処理は、同期モータ11の制御に直接関わらない通信処理である。第3処理は、通信処理部63により実行される。
The
スケジュール処理部54は、デジタル演算装置21の使用時間と第1処理の演算精度との制約に合わせて、第2処理部52に対し、第2処理の演算量および演算頻度の少なくともいずれかを調整する。本実施の形態では、第2処理の演算量および演算頻度の両方が調整される。
The
スケジュール処理部54は、デジタル演算装置21の使用時間と第1処理の演算精度との制約に合わせて、さらに、第3処理部53に第3処理の少なくとも一部を実行させるかどうかを決定する。具体的には、スケジュール処理部54は、デジタル演算装置21の使用時間と第1処理の演算精度との制約に合わせて、第3処理部53に第3処理を実行させるか第3処理の一部を実行させるか第3処理を実行させないかを決定する。
The
なお、あらかじめ決定された時間が第3処理のために確保され、残りの時間がスケジュール処理部54により第1処理および第2処理に割り当てられてもよい。すなわち、スケジュール処理部54は、第1処理および第2処理の実行にかかる時間がデジタル演算装置21の使用時間の上限値から第3処理のために確保された時間を引いて得られる残り時間内に収まり、かつ、第1処理の演算精度が閾値を上回るように、第2処理の演算量および演算頻度の少なくともいずれかを調整してもよい。
Note that a predetermined time may be reserved for the third process, and the remaining time may be allocated to the first process and the second process by the
図5から図12を参照して、制御装置13の動作の詳細を説明する。
The details of the operation of the
図5は、フィードフォワード制御部61の動作例を示している。
FIG. 5 shows an operation example of the
この例において、フィードフォワード制御部61は、フィードバック制御部62から動作指令値として動作モードと、電圧指令値と、同期モータ11の測定機械角および測定時刻とを受け取る。フィードフォワード制御部61は、機械角予測器71を用いた内部演算によって、同期モータ11の予測機械角θを算出する。フィードフォワード制御部61は、デューティ値変換72を実行して、予測機械角θと電圧指令値とに対して3相デューティ比を算出する。動作モードは、稼動状態および停止状態のいずれかの値をとる。フィードフォワード制御部61は、動作モード判断73を実行して、動作モードが稼動状態の場合に3相デューティ比を出力する。フィードフォワード制御部61は、動作モードが停止状態の場合は3相デューティ比を出力しない。
In this example, the
図6は、フィードバック制御部62の入出力例を示している。
FIG. 6 shows an input / output example of the
フィードバック制御部62は、センサ値取得部64から得た位置センサ値とスケジューリング実行部66から得た演算精度とを入力として受け、動作指令値をフィードフォワード制御部61へ出力する。
The
フィードバック制御部62は、スケジューリング実行部66により決定される動作計画に基づいて制御を行う。
The
フィードバック制御部62が行う制御は、以下のような性質を満たす必要がある。
・スケジューリング実行部66が指定する精度および実施頻度等のスケジュール要素を変更しても動作するアルゴリズムが用いられていること。
・演算の程度に対して制御品質が何らかの尺度で見積もれること。
・演算の程度に対して必要な時間が導出できること。
・フィードバック制御部62が動作しない期間でもフィードフォワード制御部61がある程度の制御品質で動作すること。The control performed by the
An algorithm that can operate even if the schedule elements such as the accuracy and the execution frequency specified by the
-Control quality can be estimated on some scale with respect to the degree of computation.
・ Determine the time required for the degree of computation.
The
このような性質を満たす制御として、モデル予測制御を用いることができる。モデル予測制御は、Receding Horizon制御とも呼ばれる。 Model predictive control can be used as control satisfying such properties. Model predictive control is also called Receding Horizon control.
モデル予測制御は、最適解を探索するアルゴリズムを含んでいる。探索演算を実施する回数によって、得られる結果の精度が変化する。演算が繰り返し実施されるため、探索演算を繰り返すと実施回数分演算時間がかかる。 Model predictive control includes an algorithm for searching for an optimal solution. The accuracy of the obtained result varies depending on the number of times the search operation is performed. Since the calculation is repeatedly performed, it takes a calculation time for the number of executions when the search calculation is repeated.
モデル予測制御の手順を簡単に説明する。
・制御ホライズンに相当する一定時間分の制御プランに基づく、予測ホライズンに相当する一定時間分の制御予測が、プラントモデルをもとに実施される。予測ホライズンと制御ホライズンとの間のギャップは固定値等で埋められる。
・予測結果が評価関数にかけられて良し悪しが計測される。
・評価関数をもとに、制御プランを解空間として用いた最適化探索が実施される。The procedure of model predictive control will be briefly described.
A control prediction for a fixed time corresponding to the predicted horizon based on a control plan for a fixed time corresponding to the control horizon is performed based on the plant model. The gap between the predicted horizon and the control horizon is filled with a fixed value or the like.
・ The prediction result is applied to the evaluation function to measure good or bad.
Based on the evaluation function, an optimization search using the control plan as a solution space is performed.
モデル予測制御の詳細については、非特許文献1を参照されたい。 Refer to Non-Patent Document 1 for details of model predictive control.
図4に示したように、通信処理部63は、現在の処理負荷および割り込みに応じて、デッドライン、要求処理時間、最低処理時間およびエラー応答時間を提示する。具体的には、通信処理部63は、通信要求が来た際に、通信種別ごとに必要な処理およびデッドラインが異なるので、メッセージ解析直後に要求処理時間、最低処理時間およびエラー応答時間の概算見積もりを追加する。
As shown in FIG. 4, the
デッドラインとは、目標応答時刻のことである。要求処理時間とは、通信処理部63が現在保持しているすべてのリクエストを処理できる時間のことである。最低処理時間とは、通信処理部63が現在保持している高優先度のリクエストを処理できる時間のことである。エラー応答時間とは、通信処理部63が処理できないリクエストに対してエラーを返却するのに必要な時間のことである。
A deadline is a target response time. The request processing time is a time during which all requests currently held by the
通信処理部63は、スケジューリング実行部66からエラーが通知された場合、処理を予定しているリクエストに対して実処理を行わず、エラーを返却する処理を実施する。例えば、通信処理部63は、フラッシュROM28上に置かれた設定値の読み出しを通信元から要求された場合に、スケジューリング実行部66によってエラーが通知されているとフラッシュROM28の読み出しを行わずにエラーを返却する。
When an error is notified from the
制御精度予測部65は、フィードバック制御部62の制御の実行時間を予測するアルゴリズムを持つ。制御精度予測部65は、このアルゴリズムを用いて、要求処理時間に対するスケジュール候補を探索する。スケジューリング実行部66は、要求処理時間に対して制御精度予測部65の結果からスケジュールを決定するスケジューリングを実行する。
The control
制御精度予測部65は、発生し得る「あるべき制御状態」からの乖離見積もり量が小さいほど、精度が高いと判断する。本実施の形態では、フィードバックによる乖離補正と、演算誤差とを主な要因とした精度劣化を測る尺度として、乖離見積もり量が算出されるが、別の尺度が用いられてもよい。
The control
本実施の形態では、制御精度予測部65は、以下の情報に基づき、スケジュールを評価し探索する。
・制御対象の要素で保証すべき制御品質、すなわち、演算精度
・イテレーション回数および実行周期に対する計算所要時間、すなわち、演算量および演算頻度に応じた演算時間
・フィードバックを行わなかった場合の信頼性低下シーケンス、すなわち、フィードバック制御を使用しなかった場合に制御品質が標準品質まで低下するまでの時間In the present embodiment, the control
・ Control quality to be assured by the element to be controlled, that is, calculation accuracy, calculation time for iteration count and execution cycle, that is, calculation time according to the calculation amount and calculation frequency, reliability decrease when feedback is not performed Sequence, i.e. the time until the control quality drops to standard quality when feedback control is not used
図7は、制御精度予測部65による推定誤差の演算例を、時間に対する誤差見積もり量のグラフで示している。誤差見積もり量は、前述した乖離見積もり量に相当する。
FIG. 7 shows a calculation example of the estimation error by the control
誤差見積もり量が増えることにより、精度が悪化する。一方、フィードバック制御部62によるフィードバックが発生することにより、精度が回復する。フィードバックのイテレーション回数および実行周期が変更されることで、実線で表された変化パターンを、破線で表された変化パターンに変えることができる。
As the estimated error amount increases, the accuracy deteriorates. On the other hand, the accuracy is restored by the occurrence of feedback by the
以下、制御精度予測部65による見積もりの例を説明する。
Hereinafter, an example of estimation by the control
時刻nにおける内部状態の予想誤差をEEi(n)とする。外界との相互作用においての誤差悪化見積もり係数をEEextとする。フィードバックが発生せず、フィードフォワード制御部61が単体で動作する際の誤差の単位時間経過に対する遷移は、
EEi(n+1)=EEi(n)*EEext
と表現される。Let EEi (n) be the prediction error of the internal state at time n. Let EEext be the error deterioration estimation coefficient in the interaction with the outside world. The transition with respect to the unit time lapse of the error when the
EEi (n + 1) = EEi (n) * EEext
It is expressed.
フィードバック発生時は、誤差見積もり量の減少が発生する。フィードバック制御部62による処理の寄与度をFEとする。入力値の誤差見積もり値をEEipとする。演算誤差をEEcとする。フィードバックが発生したときの誤差は、
EEi(n+1)=(1−FE)*EEi(n)*EEext+FE*EEc*EEip
と定式化される。When feedback occurs, the estimated error amount decreases. The contribution of processing by the
EEi (n + 1) = (1-FE) * EEi (n) * EEext + FE * EEc * EEip
Is formulated.
デッドラインの時刻をd、最後のフィードバックからの経過時間をc、フィードバック周期をyとする。上記の漸化式から、デッドライン時点での誤差見積もり量は以下の式で算出できる。
図8を参照して、制御精度予測部65によるスケジュール探索の動作を説明する。
With reference to FIG. 8, the operation of the schedule search by the control
ステップS101において、制御精度予測部65は、スケジュールが要求処理時間treqを満たす周期yおよび演算回数xの条件を探索する。
In step S <b> 101, the control
評価演算1回あたりの計算見積もり時間をtev、フィードフォワード制御部61の周期あたりの動作時間をthとする。デッドラインまでの時間tresは、
ステップS102において、制御精度予測部65は、最良精度のスケジュールを探索する。
In step S102, the control
スケジュールを周期yおよび演算回数xの組み合わせとする。演算誤差EEcを演算回数xの関数EEc(x)とする。デッドライン時点での誤差見積もり値EEd(y,x,d,c)は以下の式で決定できる。
制御精度予測部65は、EEdの結果が最小となるような周期yおよび演算回数xの組み合わせを探索する。
The control
なお、探索については固定パターンを用いたほうが高速なケースが多い。このため、実際には、よく使用するデッドラインdおよび経過時間cの値と要求処理時間treqとに対して周期yおよび演算回数xを導出するマップを用意しておくとよい。 In many cases, it is faster to use a fixed pattern for searching. Therefore, in practice, it is preferable to prepare a map for deriving the cycle y and the number of operations x with respect to the frequently used deadline d and elapsed time c values and the requested processing time treq.
図9に、マップの構成例を示す。制御精度予測部65は、マップを探索し、該当する組み合わせがあれば、その組み合わせの値を使用する。制御精度予測部65は、マップの範囲外については、上述のアルゴリズムまたは他の簡易アルゴリズムを使用する。
FIG. 9 shows a configuration example of the map. The control
図10を参照して、スケジューリング実行部66によるスケジュール決定の動作を説明する。
With reference to FIG. 10, the operation of schedule determination by the
ステップS201において、スケジューリング実行部66は、通信処理部63から通知された要求処理時間を確保するための最良精度のスケジュールを探索する。
In step S <b> 201, the
ステップS202において、スケジューリング実行部66は、要求処理時間を確保できるスケジュールが要求精度を満たすかどうかを判定する。
In step S202, the
ステップS202で要求精度が満たされていれば、ステップS203において、スケジューリング実行部66は、要求処理時間を確保できるスケジュールを結果として出力する。
If the required accuracy is satisfied in step S202, in step S203, the
ステップS202で要求精度が満たされていなければ、ステップS204において、スケジューリング実行部66は、通信処理部63から通知された最低処理時間を確保するための最良精度のスケジュールを探索する。
If the required accuracy is not satisfied in step S202, in step S204, the
ステップS205において、スケジューリング実行部66は、最低処理時間を確保できるスケジュールが要求精度を満たすかどうかを判定する。
In step S205, the
ステップS205で要求精度が満たされていれば、ステップS206において、スケジューリング実行部66は、最低処理時間を確保できるスケジュールを結果として出力する。
If the required accuracy is satisfied in step S205, in step S206, the
ステップS205で要求精度が満たされていなければ、ステップS207において、スケジューリング実行部66は、通信処理部63へエラーを返却し、通信処理部63の処理をエラー返却のみに限定させる。これにより、要求精度を確保し、制御の安全性を担保することができる。なお、通信処理部63の処理を優先し、制御処理を異常系処理に移行させることで安全性を担保することもできる。
If the required accuracy is not satisfied in step S205, in step S207, the
上記のように、スケジュール処理部54は、第1処理の実行にかかる時間を固定時間とみなす。スケジュール処理部54は、第3処理の実行にかかる時間を要求処理時間として第3処理部53から通知される。ステップS201において、スケジュール処理部54は、第2処理の実行にかかる時間がデジタル演算装置21の使用時間の上限値から固定時間と要求処理時間とを引いて得られる第1残り時間内に収まり、かつ、第1処理の演算精度が閾値を上回る、第2処理の演算量および演算頻度の組み合わせを探索する。これにより、ステップS202において、スケジュール処理部54は、第2処理の演算量および演算頻度を調整する。
As described above, the
スケジュール処理部54は、第3処理の一部の実行にかかる時間を最低処理時間として第3処理部から通知される。ステップS202において、第2処理の実行にかかる時間が第1残り時間内に収まり、かつ、第1処理の演算精度が閾値を上回る、第2処理の演算量および演算頻度の組み合わせがなければ、ステップS204の処理が行われる。ステップS204において、スケジュール処理部54は、第2処理の実行にかかる時間がデジタル演算装置21の使用時間の上限値から固定時間と最低処理時間とを引いて得られる第2残り時間内に収まり、かつ、第1処理の演算精度が閾値を上回る、第2処理の演算量および演算頻度の組み合わせを探索する。これにより、ステップS206において、スケジュール処理部54は、第2処理の演算量および演算頻度を調整する。
The
ステップS205において、第2処理の実行にかかる時間が第2残り時間内に収まり、かつ、第1処理の演算精度が閾値を上回る、第2処理の演算量および演算頻度の組み合わせがなければ、ステップS207の処理が行われる。ステップS207において、スケジュール処理部54は、第2処理の実行にかかる時間がデジタル演算装置21の使用時間の上限値から固定時間を引いて得られる第3残り時間内に収まり、かつ、第1処理の演算精度が閾値を上回る、第2処理の演算量および演算頻度の組み合わせを探索する。これにより、ステップS207において、スケジュール処理部54は、第2処理の演算量および演算頻度を調整する。
In step S205, if there is no combination of the amount of calculation and the calculation frequency of the second process within which the time taken to execute the second process falls within the second remaining time and the calculation accuracy of the first process exceeds the threshold value, step The process of S207 is performed. In step S207, the
図11を参照して、制御装置13の機能要素間の協調動作例を説明する。
With reference to FIG. 11, an example of cooperative operation between the functional elements of the
ステップS301およびステップS302において、スケジューリング実行部66は、各時点でのスケジュールに基づき、フィードフォワード制御部61を駆動する。ステップS321において、スケジューリング実行部66は、通信処理部63から要求を受ける。ステップS331において、スケジューリング実行部66は、スケジュールを見直す。ステップS341において、スケジューリング実行部66は、図10のステップS201以降の処理を行う。必要であれば、ステップS342において、スケジューリング実行部66は、図10のステップS204以降の処理を行う。ステップS332において、スケジューリング実行部66は、スケジューリングを実行し、周期および演算回数を設定する。ステップS351において、スケジューリング実行部66は、通信処理部63に動作許可を発行する。ステップS361において、通信処理部63は、実処理を実行する。この処理は、低優先度処理であるため、常にフィードフォワード制御部61およびフィードバック制御部62の処理にプリエンプトされる。
In step S301 and step S302, the
ステップS303およびステップS304において、スケジューリング実行部66は、各時点でのスケジュールに基づき、フィードフォワード制御部61を駆動する。ステップS311において、スケジューリング実行部66は、その時点でのスケジュールに基づき、フィードバック制御部62を駆動する。ステップS305およびステップS306において、スケジューリング実行部66は、各時点でのスケジュールに基づき、フィードフォワード制御部61を駆動する。
In step S303 and step S304, the
図示していないが、デッドライン経過後、スケジューリング実行部66は、再度スケジュールを見直し、動作を継続する。
Although not shown, after the deadline has elapsed, the
図12を参照して、適切なスケジュールが見つからず、エラー応答を実施する例を説明する。 With reference to FIG. 12, an example in which an appropriate schedule is not found and an error response is performed will be described.
ステップS351に代わるステップS451において、スケジューリング実行部66は、通信処理部63にエラー応答を発行する。ステップS361に代わるステップS461において、通信処理部63は、エラー処理を実行する。
In step S451 instead of step S351, the
***実施の形態の効果の説明***
上記の動作により、制御対象要素の制御については最低限度の制御品質を担保できる。また、通信処理等の低応答処理に必要な時間を極力確保することができる。時間が確保できない場合にはエラー処理を実施することができる。*** Explanation of the effect of the embodiment ***
With the above operation, a minimum control quality can be secured for the control of the control target element. In addition, the time required for low response processing such as communication processing can be ensured as much as possible. If time cannot be secured, error processing can be performed.
本実施の形態では、第1処理として、制御のための出力値の演算が実行される。第2処理として、第1処理の演算精度を上げるための入力値の演算であり、演算量が多いほど第1処理の演算精度が上がる演算が実行される。デジタル演算装置21の使用時間と第1処理の演算精度との制約に合わせて、第2処理の演算量および演算頻度の少なくともいずれかが調整される。このため、制御のための処理の時間を、制御品質を適切に保つよう確保しつつ、他の必要な処理の時間を確保することができる。
In the present embodiment, calculation of an output value for control is executed as the first process. The second process is an input value calculation for increasing the calculation accuracy of the first process, and an operation in which the calculation accuracy of the first process increases as the calculation amount increases. At least one of the calculation amount and the calculation frequency of the second process is adjusted according to the restriction between the usage time of the
本実施の形態では、デジタル演算装置21によって実現されるスイッチング制御システムが、制御対象要素の制御にあたり以下の要素を具備する。
・制御頻度および制御精度の少なくともいずれかを調節可能なフィードバック制御部62・フィードバック制御部62により制御されるが、一定範囲内では自立的に動作するフィードフォワード制御部61
・演算量に基づき制約を実現可能なスケジュールとフィードバック制御部62の演算精度との組み合わせを探索する制御精度予測部65
・制御精度予測部65の探索結果に基づきスケジューリングおよび演算精度指定を実施するスケジューリング実行部66In the present embodiment, the switching control system realized by the digital
A
A control
A
本実施の形態によれば、デジタル演算装置21によって実現されるスイッチング制御システムにおいて、制御処理のために使用する時間を、制御品質を適切に保つよう確保しつつ、必要な他の処理の時間を確保することができる。
According to the present embodiment, in the switching control system realized by the digital
本実施の形態では、スケジュール処理部54に制御精度および処理時間に基づいた計画を演算する処理を設け、制御精度と制御以外の処理のための時間とのバランスを取ったスケジュールを決定することができる。
In the present embodiment, the
本実施の形態では、スイッチング制御システムでスケジューリングおよび演算精度指定の探索にテーブルを使用することで、効率を高めることができる。 In the present embodiment, the efficiency can be improved by using a table for searching for scheduling and calculation accuracy designation in the switching control system.
本実施の形態では、スイッチング制御システムでスケジューリング不可の場合に制御以外の処理としてエラー処理を実行することで負荷を軽減し、制御精度を担保することができる。 In this embodiment, when scheduling is impossible in the switching control system, error processing is executed as processing other than control, thereby reducing the load and ensuring control accuracy.
***他の構成***
本実施の形態では、第1処理部51、第2処理部52、第3処理部53およびスケジュール処理部54の機能がソフトウェアにより実現されるが、変形例として、第1処理部51、第2処理部52、第3処理部53およびスケジュール処理部54の機能がソフトウェアとハードウェアとの組み合わせにより実現されてもよい。すなわち、第1処理部51、第2処理部52、第3処理部53およびスケジュール処理部54の機能の一部が専用の電子回路により実現され、残りがソフトウェアにより実現されてもよい。*** Other configurations ***
In the present embodiment, the functions of the
専用の電子回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックIC、GA、FPGAまたはASICである。「GA」は、Gate Arrayの略語である。「FPGA」は、Field−Programmable Gate Arrayの略語である。「ASIC」は、Application Specific Integrated Circuitの略語である。 The dedicated electronic circuit is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, a logic IC, a GA, an FPGA, or an ASIC. “GA” is an abbreviation for Gate Array. “FPGA” is an abbreviation for Field-Programmable Gate Array. “ASIC” is an abbreviation for Application Specific Integrated Circuit.
別の変形例として、第1処理部51、第2処理部52、第3処理部53およびスケジュール処理部54の機能がハードウェアにより実現されてもよい。すなわち、デジタル演算装置21は、本実施の形態ではプロセッサであるが、FPGA等の演算装置であってもよい。
As another modification, the functions of the
10 機器、11 同期モータ、12 スイッチング素子、13 制御装置、14 ゲート信号線、21 デジタル演算装置、22 メモリ、23 リアルタイムクロック、24 ADコンバータ、25 シリアル通信デバイス、26 汎用IO、27 パルス幅変調器、28 フラッシュROM、29 ウォッチドッグタイマ、30 割り込みコントローラ、31 バス、32 入出力ポート、41 リファレンス波、42 キャリア波、43 PWM波形、51 第1処理部、52 第2処理部、53 第3処理部、54 スケジュール処理部、61 フィードフォワード制御部、62 フィードバック制御部、63 通信処理部、64 センサ値取得部、65 制御精度予測部、66 スケジューリング実行部、71 機械角予測器、72 デューティ値変換、73 動作モード判断。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 apparatus, 11 synchronous motor, 12 switching element, 13 control apparatus, 14 gate signal line, 21 digital arithmetic unit, 22 memory, 23 real time clock, 24 AD converter, 25 serial communication device, 26 general purpose IO, 27
Claims (7)
第2処理として、前記第1処理の演算精度を上げるために前記第1処理部に入力される入力値の演算であり、演算量が多いほど前記第1処理の演算精度が上がる演算を前記デジタル演算装置で実行する第2処理部と、
第3処理として、前記第1処理および前記第2処理とは別の処理を前記デジタル演算装置で実行する第3処理部と、
前記第1処理の実行にかかる時間を固定時間とみなし、前記第3処理の実行にかかる時間を要求処理時間として前記第3処理部から通知され、前記第2処理の実行にかかる時間が前記デジタル演算装置の使用時間の上限値から前記固定時間と前記要求処理時間とを引いて得られる第1残り時間内に収まり、かつ、前記第1処理の演算精度が閾値を上回る、前記第2処理の演算量および演算頻度の組み合わせを探索することで、前記第2処理の演算量および演算頻度を調整するスケジュール処理部と
を備える制御装置。 As a first process, a first processing unit that executes calculation of an output value for control by a digital arithmetic device;
The second process is a calculation of an input value input to the first processing unit in order to increase the calculation accuracy of the first process, and an operation in which the calculation accuracy of the first process increases as the calculation amount increases. A second processing unit executed by the arithmetic device;
As a third process, a third processing unit that executes a process different from the first process and the second process by the digital arithmetic device;
The time required to execute the first process is regarded as a fixed time, the time required to execute the third process is notified from the third processing unit as the required processing time, and the time required to execute the second process is the digital time. In the second process, the calculation time of the second process is within a first remaining time obtained by subtracting the fixed time and the required processing time from the upper limit value of the use time of the arithmetic device , and the calculation accuracy of the first process exceeds a threshold value . by searching for a combination of computing amount and calculating the frequency control device and a schedule processing section for adjusting the operation amount and the operation frequency at the second processing.
前記第2処理は、フィードバック制御の処理である請求項1から3のいずれか1項に記載の制御装置。 The first process is a process of feedforward control,
The second process, the control device according to any one of claims 1 3 is a process feedback control.
前記制御装置により制御される電動機と
を備える機器。 A control device according to any one of claims 1 to 5 ;
A device comprising an electric motor controlled by the control device.
制御のための出力値の演算である第1処理と、
前記第1処理の演算精度を上げるための入力値の演算であり、演算量が多いほど前記第1処理の演算精度が上がる演算である第2処理と、
前記第1処理および前記第2処理とは別の処理である第3処理と、
前記第1処理の実行にかかる時間を固定時間とみなし、前記第3処理の実行にかかる時間を要求処理時間として通知され、前記第2処理の実行にかかる時間が前記デジタル演算装置の使用時間の上限値から前記固定時間と前記要求処理時間とを引いて得られる第1残り時間内に収まり、かつ、前記第1処理の演算精度が閾値を上回る、前記第2処理の演算量および演算頻度の組み合わせを探索することで、前記第2処理の演算量および演算頻度を調整するスケジューリングと
を実行させる制御プログラム。 In a computer equipped with a digital arithmetic device,
A first process that is a calculation of an output value for control;
A second process that is a calculation of an input value for increasing the calculation accuracy of the first process, and the calculation accuracy of the first process increases as the calculation amount increases;
A third process which is a process different from the first process and the second process;
The time required to execute the first process is regarded as a fixed time, the time required to execute the third process is notified as the required processing time, and the time required to execute the second process is equal to the usage time of the digital arithmetic device . The amount of computation and the computation frequency of the second processing that fall within the first remaining time obtained by subtracting the fixed time and the requested processing time from the upper limit, and the computation accuracy of the first processing exceeds a threshold value by searching for a combination, the control program for executing the scheduling for adjusting the amount of computation and calculation frequency at the second processing.
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