特許 5951321 電子制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5951321

(24)【登録日】2016年6月17日

(45)【発行日】2016年7月13日

(54)【発明の名称】電子制御装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 13/00 20060101AFI20160630BHJP

【ＦＩ】

   G05B13/00 A

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-80186(P2012-80186)

(22)【出願日】2012年3月30日

(65)【公開番号】特開2013-210811(P2013-210811A)

(43)【公開日】2013年10月10日

【審査請求日】2015年3月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000141901

【氏名又は名称】株式会社ケーヒン

(74)【代理人】

【識別番号】100145023

【弁理士】

【氏名又は名称】川本 学

(74)【代理人】

【識別番号】100153349

【弁理士】

【氏名又は名称】武山 茂

(72)【発明者】

【氏名】杉森 滋彦

【審査官】 青山 純

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１６６４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２５６００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１００６１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｂ １３／００ − １３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スライディングモード制御処理を実行することにより、制御対象機器からの制御量が目標量となるよう前記制御対象機器に操作量を出力するスライディングモードコントローラ部を備え、
前記スライディングモードコントローラ部は、複数の状態量を変数とする切換関数により切換線又は切換平面を規定して、前記複数の状態量が前記切換線又は前記切換平面において平衡状態に収束するように制御入力を算出すると共に、前記制御入力に基づく前記操作量を前記制御対象機器に出力する電子制御装置において、
前記複数の状態量は、第１の状態量と第２の状態量とから成り、前記スライディングモードコントローラ部は、前記制御量と前記目標量との偏差である偏差量を前記第１の状態量に設定すると共に前記偏差量の変化量である偏差変化量を前記第２状態量に設定した前記切換関数を用いて、前記スライディングモード制御処理を一定の時間周期で実行しながら、前記一定の時間周期毎に、今回の周期で検出した前記制御量と前記目標量との偏差である今回偏差量と、前記今回偏差量と前記今回の周期よりも以前の過去の周期で算出した過去偏差量との差である今回偏差変化量と、を算出し、前記今回偏差量と前記今回偏差変化量とを前記第１の状態量及び前記第２の状態量に代入して前記切換関数の値を算出し、
前記切換関数は、前記偏差変化量に乗算される係数を含み、前記係数は、前記第１の状態量及び前記第２の状態量が前記スライディングモード制御における平衡状態に収束する収束特性を規定する減衰特性成分と、前記一定の時間周期の周期長と同一の時間長を有する時間成分と、から成り、
前記スライディングモードコントローラ部は、前記一定の時間周期毎に、前記目標量に対する前記制御量の安定度合いを判断し、前記目標量に対して前記制御量が安定した状態にあると判断したときには、前記偏差変化量を算出するための前記今回の周期と前記過去の周期との時間間隔を、前記一定の時間周期の周期長と同一の時間長ずつ延長自在であることを特徴とする電子制御装置。

【請求項2】

前記スライディングモードコントローラ部は、前記目標量に対する前記制御量の前記安定度合いに応じて前記減衰特性成分を変更自在であることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。

【請求項3】

前記スライディングモードコントローラ部は、前記偏差変化量を算出するための前記今回の周期と前記過去の周期との時間間隔を、前記制御対象機器における前記操作量が入力されてから制御量を出力するまでの応答遅れ時間以上に設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子制御装置に関し、特に、車両の制御対象機器に対してスライディングモード制御を実行する電子制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動二輪車等の車両の内燃機関用の電子制御装置、例えば、電子制御スロットル装置においては、スロットル弁を駆動することで、その制御に関する制御量を所望の目標値にフィードバック制御することが行われるようになってきている。

【0003】

かかるフィードバック制御の処理において、例えばＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ−Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御を用いることが一般的であるが、そのＰＩＤ制御は、一般に、外乱等に影響に対する制御の安定性を確保することが困難であったり、入力項に係わるゲイン設定が難しい等の傾向が見受けられる。

【0004】

そこで、車両の内燃機関用の電子制御装置において、切換関数を用いて、その制御に関する制御量を所望の目標値に制御するスライディングモード制御を適用することが提案されてきている。

【0005】

特許文献１は、スライディングモード制御を利用したコントローラに関し、制御量とその目標値との偏差、及びかかる偏差の時間微分値（偏差の変化速度）を状態量とする切換関数を用いることを提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開昭６３−１４８３０２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明者の検討によれば、特許文献１における構成を電子制御スロットル装置に適用したとすれば、その制御量としてのスロットル弁の開度量をその目標値に収束するように制御するために、スライディングモード制御処理により制御入力を生成し、その制御入力に基づいて操作量を決定し、スロットル弁のアクチュエータを作動させるように構成することが考えられる。

【0008】

このようにスライディングモード制御を用いた電子制御スロットル装置によれば、原理的には、制御対象であるスロットル弁の複数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上に、かかる複数の状態量を到達させ、更にそれらの状態量を切換平面上に拘束しつつ切換平面上の平衡点(各状態量がそれぞれの目標値に合致する点)に収束させるように構成することができる。ここで、スライディングモード制御は、原理的には、状態量を切換平面上に到達させさえすれば、かかる状態量は外乱等の影響をほとんど受けることなく、極めて安定に切換平面上の平衡点に収束させることができるという特性を有している。

【0009】

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１における構成においては、制御量とその目標値との偏差、及びかかる偏差の時間微分値（偏差の変化速度）を状態量とする切換関数を用いる構成を有するものであるため、かかる偏差の変化速度を演算するには、現在の偏差から前回の偏差を引き、それをサンプリングタイム(時間間隔)で除することで
、偏差の変化速度を求めることが必要となる。このため、かかる時間間隔の計測と時間間隔で除する演算処理が煩雑となり、構成が煩雑なものとなると共にランプ応答性等の制御の応答性が低減される傾向があると考えられ、改良の余地がある。

【0010】

本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、演算処理を簡素化することができると共に、ランプ応答性等の制御応答性を向上させたスライディングモード制御を実行することができる電子制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

以上の目的を達成するべく、本発明は、第１の局面において、スライディングモード制御処理を実行することにより、制御対象機器からの制御量が目標量となるよう前記制御対象機器に操作量を出力するスライディングモードコントローラ部を備え、前記スライディングモードコントローラ部は、複数の状態量を変数とする切換関数により切換線又は切換平面を規定して、前記複数の状態量が前記切換線又は前記切換平面において平衡状態に収束するように制御入力を算出すると共に、前記制御入力に基づく前記操作量を前記制御対象機器に出力する電子制御装置において、前記複数の状態量は、第１の状態量と第２の状態量とから成り、前記スライディングモードコントローラ部は、前記制御量と前記目標量との偏差である偏差量を前記第１の状態量に設定すると共に前記偏差量の変化量である偏差変化量を前記第２状態量に設定した前記切換関数を用いて、前記スライディングモード制御処理を一定の時間周期で実行しながら、前記一定の時間周期毎に、今回の周期で検出した前記制御量と前記目標量との偏差である今回偏差量と、前記今回偏差量と前記今回の周期よりも以前の過去の周期で算出した過去偏差量との差である今回偏差変化量と、を算出し、前記今回偏差量と前記今回偏差変化量とを前記第１の状態量及び前記第２の状態量に代入して前記切換関数の値を算出し、前記切換関数は、前記偏差変化量に乗算される係数を含み、前記係数は、前記第１の状態量及び前記第２の状態量が前記スライディングモード制御における平衡状態に収束する収束特性を規定する減衰特性成分と、前記一定の時間周期の周期長と同一の時間長を有する時間成分と、から成り、前記スライディングモードコントローラ部は、前記一定の時間周期毎に、前記目標量に対する前記制御量の安定度合いを判断し、前記目標量に対して前記制御量が安定した状態にあると判断したときには、前記偏差変化量を算出するための前記今回の周期と前記過去の周期との時間間隔を、前記一定の時間周期の周期長と同一の時間長ずつ延長自在であることを特徴とする電子制御装置である。

【0014】

また、本発明は、かかる第１の局面に加えて、前記スライディングモードコントローラ部は、前記目標量に対する前記制御量の前記安定度合いに応じて前記減衰特性成分を変更自在であることを第２の局面とする。

【0015】

また、本発明は、かかる第１又は第２の局面に加えて、 前記スライディングモードコントローラ部は、前記偏差変化量を算出するための前記今回の周期と前記過去の周期との時間間隔を、前記制御対象機器における前記操作量が入力されてから制御量を出力するまでの応答遅れ時間以上に設定することを第３の局面とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明の第１の局面における電子制御装置においては、スライディングモードコントローラ部が、制御量と目標量との偏差である偏差量を第１の状態量に設定すると共に偏差量の変化量である偏差変化量を第２状態量に設定した切換関数を用いて、スライディングモ
ード制御処理を一定の時間周期で実行しながら、一定の時間周期毎に、今回の周期で検出した制御量と目標量との偏差である今回偏差量と、今回偏差量と今回の周期よりも以前の過去の周期で算出した過去偏差量との差である今回偏差変化量と、を算出し、今回偏差量と今回偏差変化量とを第１の状態量及び第２の状態量に代入して切換関数の値を算出することにより、偏差の時間微分値（偏差の変化速度）自体を計算することが無くなるため、演算処理を簡素化することができると共に、ランプ応答性等の制御応答性を向上させたスライディングモード制御を実行することができる。

【0017】

更に、本発明の第１の局面における電子制御装置においては、切換関数が、偏差変化量に乗算される係数を含み、かかる係数が、第１の状態量及び第２の状態量がスライディングモード制御における平衡状態に収束する収束特性を規定する減衰特性成分と、一定の時間周期の周期長と同一の時間長を有する時間成分と、から成るものであるため、第１の状態量及び第２の状態量を平衡状態へと導くと共に、かかる状態量の内の一方の偏差変化量を一定の制御周期の周期長で除することができ、演算処理を確実に簡素化することができる。

【0018】

更に、本発明の第１の局面における電子制御装置においては、スライディングモードコントローラ部が、一定の時間周期毎に、目標量に対する制御量の安定度合いを判断し、目標量に対して制御量が安定した状態にあると判断したときには、偏差変化量を算出するための今回の周期と過去の周期との時間間隔を、一定の時間周期の周期長と同一の時間長ずつ延長自在であることにより、目標量に対する制御量が安定している場合に最適な状態で、確実に偏差変化量を算出することができる。

【0019】

また、、本発明の第２の局面における電子制御装置においては、スライディングモードコントローラ部が、目標量に対する制御量の安定度合いに応じて減衰特性成分を変更自在であることにより、偏差変化量に乗算される係数の値を変更でき、制御量に含まれるノイズ成分の影響を排して外乱の影響を受けにくい態様で、切換関数の値を算出することができる。

【0020】

また、、本発明の第３の局面における電子制御装置においては、スライディングモードコントローラ部が、偏差変化量を算出するための今回の周期と過去の周期との時間間隔を、制御対象機器における操作量が入力されてから制御量を出力するまでの応答遅れ時間以上に設定することにより、制御量が出力されない無駄時間を考慮してかかる時間間隔を設定することができ、確実に偏差変化量を算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本発明の実施形態において、スライディングモード制御を実行する電子制御装置の構成を示すブロック図である。

【図2】図２（ａ）は、本実施形態における電子制御装置のスライディングモードコントローラ部の算出処理の流れを示すフローチャートであり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のフローチャートの算出処理中の切換関数の算出処理の流れを示すフローチャートである。

【図3】図３は、本実施形態における電子制御装置のスライディングモードコントローラ部の算出処理中の切換関数の算出処理を説明するタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における電子制御装置につき、詳細に説明する。

【0023】

〔電子制御装置の構成〕
まず、図１を参照して、本実施形態におけるスライディングモード制御を実行する電子制御装置の構成につき、詳細に説明する。

【0024】

図１は、本実施形態において、スライディングモード制御を実行する電子制御装置の構成を示すブロック図である。

【0025】

図１に示すように、本実施形態における電子制御装置１は、図示を省略する車両、典型的には自動二輪車や自動四輪車に搭載され、車両に搭載されたバッテリから供給される電力を利用して動作し、車両の各種構成要素を制御自在な制御装置であり、図示を省略するメモリ等を備える。また、電子制御装置１は、目標量算出部１０と、スライディングモードコントローラ部２０と、を備えている。スライディングモードコントローラ部２０は、切換関数算出部２２、制御入力算出部２４、及び操作量処理部２６を備えている。かかる目標量算出部１０、スライディングモードコントローラ部２０、切換関数算出部２２、制御入力算出部２４、及び操作量処理部２６は、いずれも演算処理装置の機能ブロックとして示す。また、電子制御装置１は、入力機器３０に電気的に接続された入力検出器４０、並びに互いに電気的に接続された制御対象機器５０及び制御量検出器６０に対して、各々電気的に接続されている。かかる制御対象機器５０は、アクチュエータ５２と、アクチュエータ５２で駆動される制御対象部材５４と、を有する。なお、アクチュエータ５２は、制御対象機器５０の外部に別体に設けられていてもよい。また、制御量検出器６０は、制御対象機器５０に内蔵されていてもよい。

【0026】

ここで、本実施形態における電子制御装置１が自動二輪車や自動四輪車といった車両に搭載される場合には、入力機器３０は、典型的には、運転者がアクセル操作量を与えるアクセルペダルやアクセルグリップであり、入力検出器４０は、入力機器３０に与えられた操作位置や印加された入力量、つまりアクセルペダルやアクセルグリップのアクセル開度を電気的に検出する検出器である。また、かかる場合、制御対象機器５０は、典型的には、内燃機関に対する空気量を制御する電子制御スロットル装置であって、アクチュエータ５２は電動モータであり、制御対象部材５４はスロットルバルブである。かかる場合、典型的には、電動モータであるアクチュエータ５２は、スロットルバルブである制御対象部材５４の動作位置、つまり開度を可変とする。また、制御量検出器６０は、制御対象部材５４の開度といった動作位置を検出する検出器である。

【0027】

詳しくは、入力機器３０は、それに与えられた操作位置や印加された入力量を電気信号として入力検出器４０に出力し、入力検出器４０は、かかる電気信号から入力機器３０に印加された入力量を検出し、検出した入力検出量を電気信号として目標量算出部１０に出力する。また、制御量検出器６０は、制御対象部材５４の動作位置を検出して、検出した動作位置を電気信号として目標量算出部１０に出力する。

【0028】

目標量算出部１０は、入力検出器４０に電気的に接続されており、入力検出器４０からの電気信号を受け、入力検出器４０が検出した入力検出値に応じて目標量を算出する。かかる目標量は、アクチュエータ５２の駆動を介し制御対象部材５４に対して、入力機器３０に印加された入力量に応じた所要の動作位置を与えるための値である。目標量算出部１０は、算出した目標量を電気信号として切換関数算出部２２及び制御入力算出部２４に各々出力する。

【0029】

切換関数算出部２２は、目標量算出部１０及び制御量検出器６０に各々電気的に接続されており、目標量算出部１０及び制御量検出器６０からの各々の電気信号を受け、目標量算出部１０が算出した目標量、及び制御量検出器６０が検出した制御対象部材５４の動作位置に応じて切換関数σを具体的に規定して、切換関数σの値を算出する。この際、制御量検出器６０が検出した制御対象部材５４の動作位置は、スライディングモード制御にお
いて制御対象量となる制御量として取り扱われる。

【0030】

ここで、かかる切換関数σは、各々が状態量である偏差量ｅ及び偏差変化量Δｅ、並びに係数Ｇを用いて以下の数式（数１）で与えられる。なお、切換関数σの数式やそれに関連する演算式は、電子制御装置１内のメモリに予めデータやプログラムとして格納されている。

【0031】

【数1】

【0032】

具体的には、数式（数１）において、偏差量ｅは、スライディングモード制御の各制御周期（時間に関する周期）における目標量と制御量との差、つまり、スライディングモード制御の各制御周期において、目標量から制御量を引いて算出される値である。偏差変化量Δｅは、スライディングモード制御の特定の制御周期における偏差量とその特定周期から所定の過去の制御周期における偏差量との差、つまり、スライディングモード制御の特定の制御周期において、その時点で算出される偏差量から、その時点から所定の過去時点で算出された偏差量を引いて算出される値である。また、係数Ｇは、切換関数σの傾き、つまり、横軸を偏差量ｅ及び縦軸を偏差変化量Δｅとした直交座標系で切換関数σをその直交座標系の原点を通るように表した切換線の傾きを与えるものであり、減衰特性成分ｇを周期長Δｔで除した以下の数式（数２）で与えられる。

【0033】

【数2】

【0034】

具体的には、数式（数２）において、減衰特性成分ｇは、切換線の傾きの大きさを調整自在とする係数Ｇの成分で、切換線上の制御量の座標である偏差量ｅ及び偏差変化量Δｅの組が、切換関数σが表される直交座標系の原点に収束する収束速度、つまり、切換線上に拘束された偏差量ｅ及びそれに対応する偏差変化量Δｅが、スライディングモード制御における平衡状態を各々示す値であるゼロに収束する収束速度に関する収束特性を規定する係数成分である。また、数式（数２）において、周期長Δｔは、スライディングモード制御が実行される制御の時間周期の値であり、本実施形態では、一定値として設定される。つまり、周期長Δｔは、スライディングモード制御が実行される一定の時間周期の周期長と同一の時間長を有する係数Ｇの成分であり、係数Ｇは、１／時間の次元を有する。なお、かかる周期長Δｔは、数ミリ秒のオーダである。

【0035】

よって、切換関数算出部２２は、スライディングモード制御の各制御周期において、偏差量ｅの時間微分値である偏差変化速度を算出することなく、切換関数σを具体的に規定して、切換関数σの値を算出する。切換関数算出部２２は、算出した切換関数σの値、並びにその算出時に算出した各状態量である偏差量ｅ及びそれに対応する偏差変化量Δｅを電気信号として制御入力算出部２４に各々出力する。

【0036】

制御入力算出部２４は、目標量算出部１０及び切換関数算出部２２に各々電気的に接続されており、目標量算出部１０及び切換関数算出部２２からの各々の電気信号を受け、目標量算出部１０が算出した目標量、並びに切換関数算出部２２が算出した切換関数σの値、偏差量ｅ及びそれに対応する偏差変化量Δｅに応じて制御入力量を算出する。

【0037】

ここで、かかる制御入力量には、等価則入力量、到達則入力量、及び非線形則入力量が含まれる。

【0038】

具体的には、等価則入力量は、各々が状態量である偏差量ｅ及びそれに対応する偏差変化量Δｅを切換線上に拘束するための制御入力量の成分である。到達則入力量は、各々が状態量である偏差量ｅ及びそれに対応する偏差変化量Δｅを切換線に近づけてそれに到達させるための制御入力量の成分である。また、非線形則入力量は、切換関数σに関するモデル化誤差を抑制するための制御入力量の成分である。制御入力算出部２４は、目標量算出部１０が算出した目標量、並びに切換関数算出部２２が算出した切換関数σの値、偏差量ｅ及びそれに対応する偏差変化量Δｅを対応して用いて、等価則入力量、到達則入力量、及び非線形則入力量を各々算出し、これらの和を用いて制御入力量を算出する。制御入力算出部２４は、算出した制御入力量を電気信号として操作量処理部２６に出力する。

【0039】

操作量処理部２６は、制御入力算出部２４に電気的に接続されており、制御入力算出部２４からの電気信号を受け、アクチュエータ５２を駆動して制御対象部材５４を移動させるための操作量を算出する。かかる操作量は、アクチュエータ５２が制御対象部材５４を目標量に対応する目標位置に向かって収束するように動かす移動量であり、制御入力算出部２４が算出した制御入力量に対応する値である。操作量処理部２６は、算出した操作量を電気信号としてアクチュエータ５２に出力する。

【0040】

アクチュエータ５２は、操作量処理部２６に電気的に接続されており、操作量処理部２６からの電気信号を受け、操作量処理部２６が算出した操作量に応じて制御対象部材５４を目標位置に向かって移動させ、対応して、制御対象部材５４は、目標位置に向かって移動される。制御量検出器６０は、かかるアクチュエータ５２により移動させられた制御対象部材５４の動作位置を検出して、検出した動作位置を電気信号として目標量算出部１０に出力する。

【0041】

〔スライディングモード制御処理〕
以上の構成を有する電子制御装置１は、以下に示すスライディングモード制御処理を実行することによって、その演算処理を簡素化し、ランプ応答性等の制御応答性を向上させたスライディングモード制御処理を実行する。以下、図２に示すフローチャート及び図３に示すタイミングチャートを参照して、かかるスライディングモード制御処理を実行する際の主として操作量を算出するまでの電子制御装置１の動作につき、詳細に説明する。

【0042】

図２（ａ）は、本実施形態における電子制御装置のスライディングモードコントローラ部の算出処理の流れを示すフローチャートであり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のフローチャートの算出処理中の切換関数の算出処理の流れを示すフローチャートである。また、図３は、本実施形態における電子制御装置のスライディングモードコントローラ部の算出処理中の切換関数の算出処理を説明するタイミングチャートである。

【0043】

図２（ａ）に示すフローチャートは、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り替えられたタイミングで開始となり、スライディングモードコントローラ部２０の算出処理はステップＳ１の処理に進む。スライディングモード制御処理、つまりスライディングモードコントローラ部２０の算出処理は、イグニッションスイッチがオン状態である間、一定の制御周期毎に繰り返し実行される。

【0044】

ステップＳ１の処理では、切換関数算出部２２が、目標量算出部１０が算出した目標量、及び制御量検出器６０が検出した制御対象部材５４の動作位置である制御量に応じ数式（数１）を用いて切換関数σを具体的に規定し、切換関数σの値を算出する。

【0045】

具体的には、図２（ｂ）に示すＳ１０の処理では、切換関数算出部２２が、今回の制御周期よりも（ｎ−１）番目前の制御周期において得られた偏差量ｅの値を、今回の制御周期よりもｎ番目前の制御周期において得られた偏差量ｅの値として繰り下げて更新する。ここで、図３を参照して、今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋがｋ番目であるとすると、ｋ番目の制御周期Ｋ＝ｋで算出される偏差量ｅは、ｅ（ｋ）で示され、ｋ番目の制御周期Ｋ＝ｋよりもｄ番目前の制御周期Ｋ＝（ｋ−ｄ）において算出された偏差量ｅは、ｅ（ｋ−ｄ）で示される。つまり、今回の制御周期ｋで、偏差量ｅ（ｋ）を算出して、それを最新の偏差量ｅとしてメモリに格納しようとすると、今回の制御周期ｋより１つ前の制御周期Ｋ＝（ｋ−１）で算出してメモリに格納した偏差量ｅ（ｋ−１）及び今回の制御周期ｋより１つ前の制御周期Ｋ＝（ｋ−１）よりも更に前の各制御周期Ｋ＝（ｋ−２）、…、（ｋ−ｄ）、…、１で算出して今回の制御周期ｋより１つ前の制御周期Ｋ＝（ｋ−１）でメモリに格納した偏差量ｅ（ｋ−２）、…、ｅ（ｋ−ｄ）、…、ｅ（１）がメモリに存在しているために、不要にメモリに格納されたこれらの値が上書きされることがないように、これらの制御周期Ｋの番号を各々１つずつ繰り下げて、これらの値をメモリに格納して更新する。この結果、ステップＳ１０の処理が終了した時点でメモリに格納されている偏差量ｅは、ｅ（ｋ−１）、…、ｅ（ｋ−ｄ）、…、ｅ（１）となる。なお、ｋは正の整数、並びにｄ及びｎは１以上でＮ以下の正の整数であり、Ｎは典型的にはｋ−１である。これにより、ステップＳ１０の処理は完了し、スライディングモードコントローラ部２０の算出処理中の切換関数の算出処理はステップＳ１１の処理に進む。

【0046】

ステップＳ１１の処理では、切換関数算出部２２が、目標量算出部１０が算出した目標量から、制御量検出器６０が検出した制御対象部材５４の動作位置である制御量を引いて、偏差変Δｅを算出する。ここで、図３を参照して、今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋがｋ番目であるとすると、ｋ番目の制御周期Ｋ＝ｋで算出される偏差量ｅは、ｅ（ｋ）で示される。つまり、今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋで偏差量ｅ（ｋ）が算出され、算出された偏差量ｅ（ｋ）は、メモリに格納される。この結果、ステップＳ１１の処理が終了した時点でメモリに格納されている偏差量ｅは、ｅ（ｋ）、ｅ（ｋ−１）、…、ｅ（１）となる。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、スライディングモードコントローラ部２０の算出処理中の切換関数の算出処理はステップＳ１２の処理に進む。

【0047】

ステップＳ１２の処理では、切換関数算出部２２が、目標量算出部１０が算出した目標量に対する制御量検出器６０が検出した制御対象部材５４の動作位置である制御量の安定度合いを判断する。具体的には、切換関数算出部２２は、制御量を目標量で除した値の絶対値が、所定量未満であるか否かを判断する。判断の結果、制御量を目標量で除した値の絶対値が所定量未満である場合には、切換関数算出部２２は、目標量に対する制御量が安定していると判断して、スライディングモードコントローラ部２０の算出処理中の切換関数の算出処理をステップＳ１３の処理に進める。一方、判断の結果、制御量を目標量で除した値の絶対値が所定量以上である場合には、切換関数算出部２２は、目標量に対する制御量が不安定であると判断して、スライディングモードコントローラ部２０の算出処理中の切換関数の算出処理をステップＳ１５の処理に進める。

【0048】

ステップＳ１３の処理では、切換関数算出部２２が、今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋよりもｄ番目前の制御周期Ｋ＝（ｋ−ｄ）における偏差量ｅ（ｋ−ｄ）を算出するためのｄ番目を意味するｄの値にｄ２を設定してメモリに格納する。ｄ２の値は、０＜ｄ１＜ｄ２＜Ｎを満足する正の整数である。つまり、目標量に対する制御量が不安定であると判断された場合のステップＳ１５において偏差量ｅ（ｋ−ｄ）を算出するためにｄの値に設定されるｄ１よりも、ｄ２は大きい。これは、ステップＳ１３の処理は、目標量に対する制御量が安定であると判断された場合に実行さ
れるものであるため、各制御周期Ｋにおける偏差量ｅの値自体の時間的は変動がより少ないと考えられることを考慮して、ｄに相対的に大きなｄ２の値を設定して、今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋからより遡った制御周期Ｋ＝ｋ−ｄ２における偏差量ｅ（ｋ−ｄ２）を用いて、今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋにおける偏差変化量Δｅ（ｋ）を算出することとしたものである。また、かかるｄの値を設定する際には、アクチュエータ５２に操作量が入力されてから制御量検出器６０が制御量を出力するまでの応答遅れ時間を考慮して、ｄの値を設定することが好ましい。というのは、制御量が出力されない無駄時間よりも短い時間間隔で今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理で偏差量ｅや偏差変化量Δｅを算出しようとしても、制御量自体が検出され得ないので、今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理が無駄になってしまうからである。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、スライディングモードコントローラ部２０の算出処理中の切換関数の算出処理はステップＳ１４の処理に進む。

【0049】

ステップＳ１４の処理では、切換関数算出部２２が、切換関数σを示す数式（数１）において用いられ、かつ数式（数２）で規定される係数Ｇに、所定ゲイン値Ｇ２を設定する。所定ゲイン値Ｇ２は、目標量に対する制御量が安定であると判断された場合であることを考慮して、目標量に対する制御量が不安定であると判断された場合のステップＳ１６における所定ゲイン値Ｇ１とは異なった値に設定することが可能である。つまり、かかる係数Ｇは、目標量に対する制御量の安定度合いに応じて変更自在である。例えば、制御量に制御量検出器６０の検出時のノイズ成分が含まれているため安定しない場合等には、係数Ｇを相対的に小さくすれば、切換関数σの値における偏差変化量Δｅの項中の制御量の変動の影響が小さくなり、切換関数σの値中の変動要因が低減される。一方で、制御量が安定している場合には、係数Ｇを相対的に大きくしてもかまわない。ここで、係数Ｇに関しては、周期長Δｔは、スライディングモード制御処理が実行される一定の時間周期に等しいため一定値となるから、係数Ｇを変更するには、目標量に対する制御量の安定度合いを考慮して減衰特性成分ｇの値を変更することになる。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、スライディングモードコントローラ部２０の算出処理中の切換関数の算出処理はステップＳ１７の処理に進む。

【0050】

ステップＳ１５の処理では、切換関数算出部２２が、今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋよりもｄ番目前の制御周期Ｋ＝（ｋ−ｄ）における偏差量ｅ（ｋ−ｄ）を算出するためのｄ番目を意味するｄの値にｄ１を設定してメモリに格納する。ｄ１の値は、０＜ｄ１＜ｄ２＜Ｎを満足する正の整数である。つまり、目標量に対する制御量が安定であると判断された場合のステップＳ１３において偏差量ｅ（ｋ−ｄ）を算出するためにｄの値に設定されるｄ２よりも、ｄ１は小さい。これは、ステップＳ１５の処理は、目標量に対する制御量が不安定であると判断された場合に実行されるものであるため、各制御周期Ｋにおける偏差量ｅの値自体の時間的は変動がより大きいと考えられることを考慮して、ｄに相対的に小さなｄ１の値を設定して、今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋからより接近した制御周期Ｋ＝ｋ−ｄ１における偏差量ｅ（ｋ−ｄ１）を用いて、今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋにおける偏差変化量Δｅ（ｋ）を算出することとしたものである。これにより、ステップＳ１５の処理は完了し、スライディングモードコントローラ部２０の算出処理中の切換関数の算出処理はステップＳ１６の処理に進む。

【0051】

ステップＳ１６の処理では、切換関数算出部２２が、切換関数σを示す数式（数１）において用いられ、かつ数式（数２）で規定される係数Ｇに、所定ゲイン値Ｇ１を設定する。所定ゲイン値Ｇ１は、目標量に対する制御量が不安定であると判断された場合であることを考慮して、目標量に対する制御量が安定であると判断された場合のステップＳ１４に
おける所定ゲイン値Ｇ２とは異なった値に設定することが可能である。つまり、かかる係数Ｇは、目標量に対する制御量の安定度合いに応じて変更自在である。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、スライディングモードコントローラ部２０の算出処理中の切換関数の算出処理はステップＳ１７の処理に進む。

【0052】

ステップＳ１７の処理では、切換関数算出部２２が、ステップＳ１１の処理で算出された今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋでの偏差量ｅ（ｋ）から、ステップＳ１３の処理で設定されたｄの値であるｄ２を用いた今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋよりもｄ２番目前の制御周期Ｋ＝（ｋ−ｄ２）における偏差量ｅ（ｋ−ｄ２）又はステップＳ１５の処理で設定されたｄの値であるｄ１を用いた今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋよりもｄ１番目前の制御周期Ｋ＝（ｋ−ｄ１）における偏差量ｅ（ｋ−ｄ１）を引いて今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋにおける偏差変化量Δｅ（ｋ）を算出し、算出した値をメモリに格納する。これにより、ステップＳ１７の処理は完了し、スライディングモードコントローラ部２０の算出処理中の切換関数の算出処理はステップＳ１８の処理に進む。

【0053】

ステップＳ１８の処理では、切換関数算出部２２が、ステップＳ１１の処理で算出された今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋでの偏差量ｅ（ｋ）に対して、ステップＳ１４の処理で設定された係数Ｇの値であるＧ２をステップＳ１７の処理で算出された今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋでの偏差変化量Δｅ（ｋ）に掛けた値又はステップＳ１６の処理で設定された係数Ｇの値であるＧ１をステップＳ１７の処理で算出された今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋでの偏差変化量Δｅ（ｋ）に掛けた値を足して、切換関数σを具体的に規定すると共にその値を算出し、算出した切換関数σの値をメモリに格納する。これにより、ステップＳ１７の処理は完了すると共にステップＳ１の処理も完了し、スライディングモードコントローラ部２０の算出処理は図２（ａ）に示すステップＳ２の処理に進む。

【0054】

ステップＳ２の処理では、制御入力算出部２４が、目標量算出部１０が算出した目標量、並びに切換関数算出部２２がステップＳ１の処理で各々算出した今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋでの切換関数σの値、偏差量ｅ（ｋ）及び偏差変化量Δｅ（ｋ）に応じて、等価則入力量、到達則入力量及び非線形則入力量を含む制御入力量を算出する。

【0055】

具体的には、制御入力算出部２４が、各々、ステップＳ２１の処理で、今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋでの偏差量ｅ（ｋ）及び今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋでの偏差変化量Δｅ（ｋ）を切換線上に拘束するための等価則入力量ＵＥを算出し、ステップＳ２２の処理で、今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋでの偏差量ｅ（ｋ）及び今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋでの偏差変化量Δｅ（ｋ）を切換線に近づけてそれに到達させるための到達則入力量ＵＲを算出し、及び、ステップＳ２３の処理で、切換関数σに関するモデル化誤差を抑制するための非線形則入力量ＵＮを算出する。そして、ステップＳ２４の処理で、制御入力算出部２４が、このように各々算出した等価則入力量ＵＥ、到達則入力量ＵＲ、及び非線形則入力量ＵＮを足し合わせて今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋでの制御入力量を算出し、算出したその値をメモリに格納する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、スライディングモードコントローラ部２０の算出処理はステップＳ３の処理に進む。

【0056】

ステップＳ３の処理では、操作量処理部２６が、ステップＳ２４の処理で算出された今回のスライディングモードコントローラ部２０の算出処理の制御周期Ｋ＝ｋでの制御入力量に応じて、アクチュエータ５２を駆動して制御対象部材５４を目標量に対応する目標位置に向かって移動させるための操作量を算出する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、今回の制御周期Ｋ＝ｋでのスライディングモードコントローラ部２０の算出処理は終了する。よって、今回の制御周期Ｋ＝ｋでは、アクチュエータ５２が、かかる操作量に応じて制御対象部材５４を目標位置に向かって移動させ、対応して、制御対象部材５４は、目標位置に向かって収束するように移動されることになる。

【0057】

以上の本実施形態の構成によれば、スライディングモードコントローラ部２０が、制御量と目標量との偏差である偏差量ｅを第１の状態量に設定すると共に偏差量の変化量である偏差変化量Δｅを第２状態量に設定した切換関数σを用いて、スライディングモード制御処理を一定の時間周期で実行しながら、一定の時間周期毎に、今回の周期で検出した制御量と目標量との偏差である今回偏差量ｅ（ｋ）と、今回偏差量ｅ（ｋ）と今回の周期よりも以前の過去の周期で算出した過去偏差量ｅ（ｋ−ｄ）との差である今回偏差変化量Δｅ（ｋ）と、を算出し、今回偏差量ｅ（ｋ）と今回偏差変化量Δｅ（ｋ）とを第１の状態量及び第２の状態量に代入して切換関数σの値を算出することにより、偏差の時間微分値（偏差の変化速度）自体を計算することが無くなるため、演算処理を簡素化することができると共に、ランプ応答性等の制御応答性を向上させたスライディングモード制御を実行することができる。

【0058】

また、切換関数σが、偏差変化量Δｅに乗算される係数Ｇを含み、かかる係数Ｇが、第１の状態量ｅ及び第２の状態量Δｅがスライディングモード制御における平衡状態に収束する収束特性を規定する減衰特性成分ｇと、一定の時間周期の周期長と同一の時間長を有する時間成分Δｔと、から成るものであるため、第１の状態量ｅ及び第２の状態量Δｅを平衡状態へと導くと共に、かかる状態量ｅ、Δｅの内の一方の偏差変化量Δｅを一定の制御周期の周期長Δｔで除することができ、演算処理を確実に簡素化することができる。

【0059】

また、スライディングモードコントローラ部２０が、一定の時間周期毎に、目標量に対する制御量の安定度合いを判断し、目標量に対して制御量が安定した状態にあると判断したときには、偏差変化量Δｅを算出するための今回の周期と過去の周期との時間間隔を、一定の時間周期の周期長と同一の時間長Δｔずつ延長自在であることにより、目標量に対する制御量が安定している場合に最適な状態で、確実に偏差変化量Δｅを算出することができる。

【0060】

また、スライディングモードコントローラ部２０が、目標量に対する制御量の安定度合いに応じて減衰特性成分ｇを変更自在であることにより、偏差変化量Δｅに乗算される係数Ｇの値を変更でき、制御量に含まれるノイズ成分の影響を排して外乱の影響を受けにくい態様で、切換関数σの値を算出することができる。

【0061】

また、スライディングモードコントローラ部２０が、偏差変化量Δｅを算出するための今回の周期と過去の周期との時間間隔を、制御対象機器５０における操作量が入力されてから制御量を出力するまでの応答遅れ時間以上に設定することにより、制御量が出力されない無駄時間を考慮してかかる時間間隔を設定することができ、確実に偏差変化量Δｅを算出することができる。

【0062】

なお、以上の本実施形態では、目標量に対する制御量の安定度合いを判断するために、制御量を目標量で除した値の絶対値が所定量未満であるか否かで判断したが、目標量と制御量との比で判断してもよいし、場合によっては、切換関数の値がゼロ近傍に維持されているか否かで判断してもよい。

【0063】

また、本発明においては、構成要素の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

【産業上の利用可能性】

【0064】

以上のように、本発明においては、演算処理を簡素化することができると共に、ランプ応答性等の制御応答性を向上させたスライディングモード制御を実行することができる電子制御装置を提供することができ、その汎用普遍的な性格から自動二輪車等の車両におけるスライディングモード制御を行う電子制御装置に広範に適用され得るものと期待される。

【符号の説明】

【0065】

１…電子制御装置
１０…目標量算出部
２０…スライディングモードコントローラ部
２２…切換関数算出部
２４…制御入力算出部
２６…操作量処理部
３０…入力機器
４０…入力検出器
５０…制御対象機器
５２…アクチュエータ
５４…制御対象部材
６０…制御量検出器

【図1】

【図2】

【図3】