JP7027760B2 - フィードバック制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御対象をフィードバック制御するフィードバック制御装置に関する。

従来より、各種制御対象の操作量をＰＩ（又はＰＩＤ）演算により求めて、各種制御対象をフィードバック制御することが行われている。

ＰＩ演算によりフィードバック制御される制御対象の中には、複数の動作モードを有し、動作モードにより行うべきＰＩ演算が異なり、且つ、動作モードの切替前後で与えるべき操作量が異なる制御対象（例えば、昇圧動作と降圧動作とが可能な昇降圧装置）が存在している。そのような制御対象を、動作モードの切替時に、実行するＰＩ演算を単に切り替える（変更する）ことでフィードバック制御すると、切替直後のＰＩ演算結果（操作量）がほぼ“０”となるため、制御対象をスムーズに制御することができない。

なお、本明細書で説明する技術に関連する技術が記載されている文献としては、以下の特許文献１、２を例示できる。

特開２００９－２０１３１８号公報 特開２０１０－１０４１７６号公報

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、複数の動作モードを有し、動作モードにより行うべきＰＩ演算が異なり、且つ、動作モードの切替（変更）前後で与えるべき操作量も異なる制御対象を良好にフィードバック制御できるフィードバック制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一例に係るフィードバック制御装置は、制御対象の出力値と目標値の偏差に基づき、前記制御対象の操作量をＰＩ演算により算出する、動作開始時に出力する操作量である操作量初期値を設定可能な複数の操作量算出手段であって、それぞれ、前記制御対象の、異なる動作モードに対応づけられている複数の操作量算出手段と、前記複数の操作量算出手段の中の、変更先動作モードに対応づけられている操作量算出手段である変更先操作量算出手段を動作させることで前記制御対象の動作モードを前記変更先動作モードに変更する変更手段と、前記変更手段によって前記制御対象の動作モードが前記変更先動作モードに変更される前に、前記制御対象の動作モードの前記変更先動作モードへの変更直後に前記変更先操作量算出手段が出力すべき操作量を求めて前記変更先操作量算出手段に前記操作量初期値として設定する操作量初期値設定手段と、を備える。

すなわち、本発明の一例に係るフィードバック制御装置は、制御対象の動作モードの変更先動作モードへの変更前（切替前）に、変更先動作モードに対応づけられている変更先操作量算出手段に、動作モードの変更直後に出力すべき操作量が設定される構成を有している。従って、本発明のフィードバック制御装置によれば、複数の動作モードを有し、動作モードにより行うべきＰＩ演算が異なり、且つ、動作モードの切替前後で与えるべき操
作量が異なる制御対象を、良好に（動作モードの変更後に制御対象の出力が短時間で安定する形で）フィードバック制御することができる。

本発明の一例に係るフィードバック制御装置は、様々な形で実現できる。例えば、フィードバック制御装置を、変更手段及び操作量初期値設定手段として動作する変更・操作量初期値設定手段、すなわち、複数の操作量算出手段の中の変更先操作量算出手段を動作させることにより制御対象の動作モードを変更先動作モードに変更する前に、動作モードの変更直後に変更先操作量算出手段が出力すべき操作量を求めて前記変更先操作量算出手段に前記操作量初期値として設定する変更・操作量初期値設定手段を備えた装置として実現しても良い。また、フィードバック制御装置を、『前記操作量初期値設定手段が、前記変更手段とは独立して動作する手段である』装置として実現しても良い。

また、フィードバック制御装置の操作量算出手段は、ハードウェア回路（オペアンプ等からなるＰＩ制御器）であっても、ソフトウェア的に実現された手段（プロセッサを中心とした制御ユニットの一機能として実装された手段）であっても良い。さらに、操作量算出手段が行うＰＩ演算は、ＰＩＤ演算であってもよいし、フィードバック制御装置に、『各操作量算出手段が、前記偏差の時間積分項の初期値を設定可能な手段であり、前記操作量初期値設定手段が、算出した前記操作量を前記時間積分項の初期値として前記変更先操作量算出手段に設定する手段である』構成を採用しておいてもよい。

また、フィードバック制御装置を、『前記制御対象が、昇圧及び降圧が可能な、ＰＷＭ信号により制御されるＤＣ／ＤＣ変換回路を含み、動作モードとして、ＤＣ／ＤＣ変換回路が昇圧動作を行う昇圧モードと、ＤＣ／ＤＣ変換回が降圧動作を行う降圧モードとを有する装置であり、前記操作量が、前記ＤＣ／ＤＣ変換回路に供給されるＰＷＭ信号のデューティ比である』装置として実現してもよい。

本発明によれば、複数の動作モードを有し、動作モードにより行うべきＰＩ演算が異なり、動作モードの変更前後で与えるべき操作量も異なる制御対象を良好にフィードバック制御できるフィードバック制御装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るフィードバック制御装置の概略構成及び使用形態の図である。 図２は、実施形態に係るフィードバック制御装置の初期値設定部が実行する初期値設定処理の流れ図である。 図３は、制御対象が昇降圧装置である場合における初期値設定処理のステップＳ１０２の処理の内容を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係るフィードバック制御装置１０の概略構成及び使用形態を示す。

本実施形態に係るフィードバック制御装置１０は、制御対象３０をフィードバック制御するための装置である。図示してあるように、フィードバック制御装置１０は、主要な構成要素として、Ｎ（≧２）個のＰＩ演算部１１と制御部１２と初期値設定部１３とを備える。なお、フィードバック制御装置１０内の各部は、通常、プロセッサとその周辺素子からなるユニットの一機能として実現されるものである。ただし、フィードバック制御装置
１０の一部（例えば、ＰＩ演算部１１）又は全てをハードワイヤードロジック回路により構成してもよい。

フィードバック制御装置１０が制御する制御対象３０は、複数の動作モードを有し、動作モードにより行うべきＰＩ演算が異なり、且つ、動作モードの切替前後で与えるべき操作量が異なる装置である。この制御対象３０としては、例えば、昇圧動作と降圧動作とが可能な昇降圧チョッパと、操作量として入力されるデューティ比からＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路とにより構成された昇降圧装置を例示できる。

フィードバック制御装置１０内の各ＰＩ演算部１１は、制御対象３０の出力値と目標値の偏差に基づき、制御対象３０の操作量を、ユニークなＰＩ演算により算出するユニットである。ここで、ユニークなＰＩ演算とは、使用されている比例ゲイン及び／又は積分ゲインの値が他のＰＩ演算部１１とは異なっているＰＩ演算のことである。

フィードバック制御装置１０内の各ＰＩ演算部１１は、制御対象３０の、異なる動作モードに対応付けられている。また、各ＰＩ演算部１１は、ＰＩ演算の開始／停止を外部から制御可能に構成されている。さらに、各ＰＩ演算部１１は、ＰＩ演算の開始時に出力する操作量を外部から指定可能に構成されている。より具体的には、ＰＩ演算部１１は、偏差の時間積分項の初期値を設定可能なように構成されている。

制御部１２は、目標値に基づき、制御対象３０の動作モードの変更の要否を判断し、動作モードの変更が必要であると判断した場合に、現動作モード用のＰＩ演算部１１のＰＩ演算を停止させて変更先動作モード用のＰＩ演算部１１のＰＩ演算を開始させる制御と、制御対象３０の動作モードを変更先動作モードに変更するための制御とを行うユニットである。この制御部１２は、目標値以外の情報も参照することにより、制御対象３０の動作モードの変更の要否を判断するものであってもよい。

初期値設定部１３は、フィードバック制御装置１０の電源が投入されると、図２に示した手順の初期値設定処理を開始するユニットである。

すなわち、初期値設定部１３は、通常は、ステップＳ１０１にて、目標値が変化することを監視している。そして、初期値設定部１３は、目標値が変化した場合（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）には、制御部１２による制御対象３０の動作モードの変更要否の判断アルゴリズムと同様のアルゴリズムにて、制御対象３０の動作モードが変更される可能性があるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。

制御対象３０の動作モードが変更される可能性がないと判断した場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）、初期値設定部１３は、ステップＳ１０１に戻って、再び、目標値が変化することを監視する。一方、制御対象３０の動作モードが変更される可能性があると判断した場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）、初期値設定部１３は、変更先動作モードを特定し、変更先動作モードへの変更直後における操作量の適正値である初期操作量を算出する（ステップＳ１０３）。

なお、制御対象３０が上記昇降圧装置である場合、制御対象３０（昇降圧装置）の昇圧／降圧モードの切替（変更）は、基本的には、入力電圧≒出力電圧となったときに行われることになる。ただし、動作モードが切り替わる入力電圧と出力電圧との関係は、図３に示したように、出力電力が大電力（例えば、６ｋＷ）である場合（図３（Ａ））と、出力電力が小電力（例えば、１ｋＷ）である場合（図３（Ｂ））とで異なる場合がある。そのため、制御対象３０が昇降圧装置である場合、ステップＳ１０２（図２）では、動作モードが切り替わる制御対象３０（昇降圧装置）の入力電圧と出力電圧との関係を出力電力別
に記憶したテーブル等を用いて、制御対象３０（昇降圧装置）の動作モードが変更される可能性があるか否かが判断される。

また、制御対象３０が昇降圧装置である場合、ステップＳ１０３では、変更先動作モードにおける初期操作量（昇圧／降圧モード変更直後におけるデューティ比の適正値）を、入力電圧、出力電圧等から算出するための理論式や、初期操作量と入力電圧、出力電圧等との間の対応関係を記憶したテーブルを用いて、初期操作量が算出される。

図２に示してあるように、初期操作量の算出（ステップＳ１０３）を終えた初期値設定部１３は、算出した初期操作量を、変更先動作モードに対応づけられているＰＩ演算部１１に、動作開始時に出力する操作量の初期値として設定する（ステップＳ１０４）。そして、初期値設定部１３は、ステップＳ１０１以降の処理を再び開始する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るフィードバック制御装置１０では、制御対象３０の動作モードの変更先動作モードへの変更前に、変更先動作モード用のＰＩ演算部１１に、動作モードの変更直後に出力すべき操作量が設定される。従って、本実施形態に係るフィードバック制御装置１０によれば、複数の動作モードを有し、動作モードにより行うべきＰＩ演算が異なり、動作モードの切替前後で与えるべき操作量も異なる制御対象を、良好に（動作モードの変更後に制御対象の出力が短時間で安定する形で）フィードバック制御することができる。

《変形形態》
上記した実施形態に係るフィードバック制御装置１０は、各種の変形を行えるものである。例えば、ＰＩ演算部１１は、ＰＩＤ演算を行うものであってもよい。また、ＰＩ演算部１１は、動作開始時に出力する操作量の初期値を設定（指定）可能なユニットでありさえすれば、偏差の時間積分項の初期値を設定可能なユニットではなくてもよい。

また、フィードバック制御装置１０を、制御部１２が初期値設定部１３としても動作する装置、すなわち、制御部１２が、制御対象３０の動作モードを変更先動作モードへ変更する前に、変更先動作モード用のＰＩ演算部１１に、動作開始時に出力すべき操作量（操作量の初期値）を設定する装置に変形しても良い。ただし、フィードバック制御装置１０をそのような装置に変形した場合、制御対象３０の動作モードの変更が、操作量の初期値の設定に要する時間分、遅れることになる。そのため、上記した、制御部１２と初期値設定部１３とが独立して動作する構成を採用しておくことが好ましい。

１０ フィードバック制御装置
１１ ＰＩ演算部
１２ 制御部
１３ 初期値設定部

Claims (3)

1. 昇圧及び降圧が可能な、ＰＷＭ信号により制御されるＤＣ／ＤＣ変換回路を含み、動作モードとして、ＤＣ／ＤＣ変換回路が昇圧動作を行う昇圧モードと、ＤＣ／ＤＣ変換回路が降圧動作を行う降圧モードとを有する制御対象をフィードバック制御し、該制御対象の操作量は、前記ＤＣ／ＤＣ変換回路に供給されるＰＷＭ信号のデューティ比である、フィードバック制御装置であって、
   前記制御対象の出力値と目標値の偏差に基づき、前記制御対象の操作量をＰＩ演算により算出する、動作開始時に出力する操作量である操作量初期値を設定可能な複数の操作量算出手段であって、それぞれ、前記制御対象の、異なる動作モードに対応づけられている複数の操作量算出手段と、
   前記複数の操作量算出手段の中の、変更先動作モードに対応づけられている操作量算出手段である変更先操作量算出手段を動作させることで前記制御対象の動作モードを前記変更先動作モードに変更する変更手段と、
   前記制御対象の動作モードが変更される可能性があると判断した場合、前記変更手段によって前記制御対象の動作モードが前記変更先動作モードに変更される前に、前記制御対象の入力電圧と出力電圧に基づいて、前記制御対象の動作モードの前記変更先動作モードへの変更直後に前記変更先操作量算出手段が出力すべき操作量を求めて前記変更先操作量算出手段に前記操作量初期値として設定する操作量初期値設定手段と、
   を備えることを特徴とするフィードバック制御装置。
2. 前記操作量初期値設定手段が、前記変更手段とは独立して動作する手段である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のフィードバック制御装置。
3. 各操作量算出手段が、前記偏差の時間積分項の初期値を設定可能な手段であり、
   前記操作量初期値設定手段が、求めた前記操作量を前記時間積分項の初期値として前記変更先操作量算出手段に設定する手段である、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィードバック制御装置。

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