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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024153333
(43)【公開日】2024-10-29
(54)【発明の名称】パラメータ調整装置及びパラメータ調整方法
(51)【国際特許分類】
G05B 13/02 20060101AFI20241022BHJP
G05B 11/32 20060101ALI20241022BHJP
【ＦＩ】
G05B13/02 A
G05B11/32 F
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023067152
(22)【出願日】2023-04-17
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2024-05-16
(71)【出願人】
【識別番号】000000170
【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110004222
【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100166006
【弁理士】
【氏名又は名称】泉 通博
(74)【代理人】
【識別番号】100154070
【弁理士】
【氏名又は名称】久恒 京範
(74)【代理人】
【識別番号】100153280
【弁理士】
【氏名又は名称】寺川 賢祐
(74)【代理人】
【識別番号】100167793
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 学
(72)【発明者】
【氏名】平野 寿明
【テーマコード（参考）】
5H004
【Ｆターム（参考）】
5H004GA30
5H004GB12
5H004HA07
5H004HB07
5H004KB01
5H004KB12
5H004KB32
5H004KC01
5H004KC31
5H004KC34
5H004LA12
(57)【要約】
【課題】少ない計算量で制御パラメータを決定する。
【解決手段】パラメータ調整装置３０は、閉ループ制御システム１から、第１制御パラメータの初期値を設定したフィードバック補償器２２と、第２制御パラメータの初期値を設定したフィードフォワード補償器２３との制御により制御対象１０に入力される入力データ及び制御対象１０が出力する出力データを取得する取得部３２２と、入力データと、第２目標値と出力データとの偏差をフィードバック補償器２２に入力して得られた値と、の差を示す第１評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、第１制御パラメータに調整する第１調整部３２３と、入力データと、第２目標値をフィードフォワード補償器２３に入力して得られた値との差を示す第２評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、第２制御パラメータに調整する第２調整部３２４と、を有する。
【選択図】図３
【解決手段】パラメータ調整装置３０は、閉ループ制御システム１から、第１制御パラメータの初期値を設定したフィードバック補償器２２と、第２制御パラメータの初期値を設定したフィードフォワード補償器２３との制御により制御対象１０に入力される入力データ及び制御対象１０が出力する出力データを取得する取得部３２２と、入力データと、第２目標値と出力データとの偏差をフィードバック補償器２２に入力して得られた値と、の差を示す第１評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、第１制御パラメータに調整する第１調整部３２３と、入力データと、第２目標値をフィードフォワード補償器２３に入力して得られた値との差を示す第２評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、第２制御パラメータに調整する第２調整部３２４と、を有する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両の制御対象と、前記制御対象の出力データ及び前記出力データの第１目標値に基づいてフィードバック制御するフィードバック補償器と、前記第１目標値に基づいてフィードフォワード制御するフィードフォワード補償器と、を有する閉ループ制御システムから、前記フィードバック補償器の第１制御パラメータの初期値を設定した前記フィードバック補償器と、前記フィードフォワード補償器の第２制御パラメータの初期値を設定した前記フィードフォワード補償器との制御により前記制御対象に入力される入力データ及び前記制御対象が出力する出力データを取得する取得部と、
前記入力データと、所定の応答特性に設計された規範モデル及び前記出力データに基づく第２目標値と前記出力データとの偏差を前記フィードバック補償器に入力して得られた値と、の差を示す第１評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第１評価関数の最小値に対応する前記第１制御パラメータに調整する第１調整部と、
前記入力データと、前記第２目標値を前記フィードフォワード補償器に入力して得られた値との差を示す第２評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第２評価関数の最小値に対応する前記第２制御パラメータに調整する第２調整部と、
を有するパラメータ調整装置。
前記入力データと、所定の応答特性に設計された規範モデル及び前記出力データに基づく第２目標値と前記出力データとの偏差を前記フィードバック補償器に入力して得られた値と、の差を示す第１評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第１評価関数の最小値に対応する前記第１制御パラメータに調整する第１調整部と、
前記入力データと、前記第２目標値を前記フィードフォワード補償器に入力して得られた値との差を示す第２評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第２評価関数の最小値に対応する前記第２制御パラメータに調整する第２調整部と、
を有するパラメータ調整装置。
【請求項2】
前記取得部は、前記規範モデルの逆伝達関数に前記出力データを入力することにより、前記第２目標値を取得する、
請求項１に記載のパラメータ調整装置。
請求項１に記載のパラメータ調整装置。
【請求項3】
前記フィードバック補償器は、比例器と積分器と微分器とを含み、
前記フィードフォワード補償器は、前記制御対象のモデルの一次遅れ系伝達関数と前記規範モデルとを用いた伝達関数を含み、
前記取得部は、前記第１制御パラメータの初期値として、前記比例器の比例ゲインの初期値、前記積分器の積分ゲインの初期値及び前記微分器の微分ゲインの初期値を前記フィードバック補償器に設定し、前記第２制御パラメータの初期値として、前記一次遅れ系伝達関数のパラメータの初期値を前記フィードフォワード補償器に設定した前記閉ループ制御システムから前記入力データ及び前記出力データを取得する、
請求項１又は２に記載のパラメータ調整装置。
前記フィードフォワード補償器は、前記制御対象のモデルの一次遅れ系伝達関数と前記規範モデルとを用いた伝達関数を含み、
前記取得部は、前記第１制御パラメータの初期値として、前記比例器の比例ゲインの初期値、前記積分器の積分ゲインの初期値及び前記微分器の微分ゲインの初期値を前記フィードバック補償器に設定し、前記第２制御パラメータの初期値として、前記一次遅れ系伝達関数のパラメータの初期値を前記フィードフォワード補償器に設定した前記閉ループ制御システムから前記入力データ及び前記出力データを取得する、
請求項１又は２に記載のパラメータ調整装置。
【請求項4】
前記フィードバック補償器は、比例器と積分器と微分器とを含み、
前記取得部は、前記第１制御パラメータの初期値として、前記比例器の比例ゲインの初期値と前記積分器の積分ゲインの初期値とを前記フィードバック補償器に設定した前記閉ループ制御システムから、前記入力データ及び前記出力データを取得する、
請求項１又は２に記載のパラメータ調整装置。
前記取得部は、前記第１制御パラメータの初期値として、前記比例器の比例ゲインの初期値と前記積分器の積分ゲインの初期値とを前記フィードバック補償器に設定した前記閉ループ制御システムから、前記入力データ及び前記出力データを取得する、
請求項１又は２に記載のパラメータ調整装置。
【請求項5】
前記取得部は、前記制御対象である前記車両の操舵部に入力される操舵角を前記入力データとして取得し、前記車両のヨーレートを前記出力データとして取得する、
請求項１又は２のいずれか一項に記載のパラメータ調整装置。
請求項１又は２のいずれか一項に記載のパラメータ調整装置。
【請求項6】
コンピュータが実行する、
車両の制御対象と、前記制御対象の出力データ及び前記出力データの第１目標値に基づいてフィードバック制御するフィードバック補償器と、前記第１目標値に基づいてフィードフォワード制御するフィードフォワード補償器と、を有する閉ループ制御システムから、前記フィードバック補償器の第１制御パラメータの初期値を設定した前記フィードバック補償器と、前記フィードフォワード補償器の第２制御パラメータの初期値を設定した前記フィードフォワード補償器との制御により前記制御対象に入力される入力データ及び前記制御対象が出力する出力データを取得するステップと、
前記入力データと、所定の応答特性に設計された規範モデル及び前記出力データに基づく第２目標値と前記出力データとの偏差を前記フィードバック補償器に入力して得られた値と、の差を示す第１評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第１評価関数の最小値に対応する前記第１制御パラメータに調整するステップと、
前記入力データと、前記第２目標値を前記フィードフォワード補償器に入力して得られた値との差を示す第２評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第２評価関数の最小値に対応する前記第２制御パラメータに調整するステップと、
を有するパラメータ調整方法。
車両の制御対象と、前記制御対象の出力データ及び前記出力データの第１目標値に基づいてフィードバック制御するフィードバック補償器と、前記第１目標値に基づいてフィードフォワード制御するフィードフォワード補償器と、を有する閉ループ制御システムから、前記フィードバック補償器の第１制御パラメータの初期値を設定した前記フィードバック補償器と、前記フィードフォワード補償器の第２制御パラメータの初期値を設定した前記フィードフォワード補償器との制御により前記制御対象に入力される入力データ及び前記制御対象が出力する出力データを取得するステップと、
前記入力データと、所定の応答特性に設計された規範モデル及び前記出力データに基づく第２目標値と前記出力データとの偏差を前記フィードバック補償器に入力して得られた値と、の差を示す第１評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第１評価関数の最小値に対応する前記第１制御パラメータに調整するステップと、
前記入力データと、前記第２目標値を前記フィードフォワード補償器に入力して得られた値との差を示す第２評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第２評価関数の最小値に対応する前記第２制御パラメータに調整するステップと、
を有するパラメータ調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、パラメータ調整装置及びパラメータ調整方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１のパラメータ調整装置は、制御対象への入力データと制御対象の出力データと所望の応答特性を示す規範モデルとに基づいて、当該入力データを決定するためのフィードバック補償器及びフィードフォワード補償器の制御パラメータを決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－１１２３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来のパラメータ調整装置においては、規範モデルを含む評価関数の最適化問題を、非線形最適化手法を用いて解くことにより制御パラメータを決定する。このため、選択した最適化手法の複雑度が大きければ大きいほど、計算量が多くなるという問題があった。
【0005】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、少ない計算量で制御パラメータを決定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第１の態様に係るパラメータ調整装置は、車両の制御対象と、前記制御対象の出力データ及び前記出力データの第１目標値に基づいてフィードバック制御するフィードバック補償器と、前記第１目標値に基づいてフィードフォワード制御するフィードフォワード補償器と、を有する閉ループ制御システムから、前記フィードバック補償器の第１制御パラメータの初期値を設定した前記フィードバック補償器と、前記フィードフォワード補償器の第２制御パラメータの初期値を設定した前記フィードフォワード補償器との制御により前記制御対象に入力される入力データ及び前記制御対象が出力する出力データを取得する取得部と、前記入力データと、所定の応答特性に設計された規範モデル及び前記出力データに基づく第２目標値と前記出力データとの偏差を前記フィードバック補償器に入力して得られた値と、の差を示す第１評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第１評価関数の最小値に対応する前記第１制御パラメータに調整する第１調整部と、前記入力データと、前記第２目標値を前記フィードフォワード補償器に入力して得られた値との差を示す第２評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第２評価関数の最小値に対応する前記第２制御パラメータに調整する第２調整部と、を有する。
【0007】
前記取得部は、前記規範モデルの逆伝達関数に前記出力データを入力することにより、前記第２目標値を取得してもよい。
【0008】
前記フィードバック補償器は、比例器と積分器と微分器とを含み、前記フィードフォワード補償器は、前記制御対象のモデルの一次遅れ系伝達関数と前記規範モデルとを用いた伝達関数を含み、前記取得部は、前記第１制御パラメータの初期値として、前記比例器の比例ゲインの初期値、前記積分器の積分ゲインの初期値及び前記微分器の微分ゲインの初期値を前記フィードバック補償器に設定し、前記第２制御パラメータの初期値として、前記一次遅れ系伝達関数のパラメータの初期値を前記フィードフォワード補償器に設定した前記閉ループ制御システムから前記入力データ及び前記出力データを取得してもよい。
【0009】
前記フィードバック補償器は、比例器と積分器と微分器とを含み、前記取得部は、前記第１制御パラメータの初期値として、前記比例器の比例ゲインの初期値と前記積分器の積分ゲインの初期値とを前記フィードバック補償器に設定した前記閉ループ制御システムから、前記入力データ及び前記出力データを取得してもよい。
【0010】
前記取得部は、前記制御対象である前記車両の操舵部に入力される操舵角を前記入力データとして取得し、前記車両のヨーレートを前記出力データとして取得してもよい。
【0011】
本発明の第２の態様に係るパラメータ調整方法は、コンピュータが実行する、車両の制御対象と、前記制御対象の出力データ及び前記出力データの第１目標値に基づいてフィードバック制御するフィードバック補償器と、前記第１目標値に基づいてフィードフォワード制御するフィードフォワード補償器と、を有する閉ループ制御システムから、前記フィードバック補償器の第１制御パラメータの初期値を設定した前記フィードバック補償器と、前記フィードフォワード補償器の第２制御パラメータの初期値を設定した前記フィードフォワード補償器との制御により前記制御対象に入力される入力データ及び前記制御対象が出力する出力データを取得するステップと、前記入力データと、所定の応答特性に設計された規範モデル及び前記出力データに基づく第２目標値と前記出力データとの偏差を前記フィードバック補償器に入力して得られた値と、の差を示す第１評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第１評価関数の最小値に対応する前記第１制御パラメータに調整するステップと、前記入力データと、前記第２目標値を前記フィードフォワード補償器に入力して得られた値との差を示す第２評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第２評価関数の最小値に対応する前記第２制御パラメータに調整するステップと、を有する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、少ない計算量で制御パラメータを決定するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本実施形態に係るパラメータ調整システムＳを説明するための図である。
【図2】二自由度制御器２０の構成を示す図である。
【図3】パラメータ調整装置３０の構成を示す図である。
【図4】第１制御パラメータを調整するためのブロック図である。
【図5】第２制御パラメータを調整するためのブロック図である。
【図6】パラメータ調整装置３０における処理シーケンスの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
＜パラメータ調整システムＳの概要＞
図１は、本実施形態に係るパラメータ調整システムＳを説明するための図である。図１に示すパラメータ調整システムＳは、閉ループ制御システム１とパラメータ調整装置３０とを備える。閉ループ制御システム１は、制御対象１０と二自由度制御器２０とを有する。パラメータ調整システムＳは、パラメータ調整装置３０が、制御対象１０に入力された入力データと制御対象１０が出力した出力データとに基づいて、二自由度制御器２０が有する補償器の制御パラメータを調整するためのシステムである。
図１は、本実施形態に係るパラメータ調整システムＳを説明するための図である。図１に示すパラメータ調整システムＳは、閉ループ制御システム１とパラメータ調整装置３０とを備える。閉ループ制御システム１は、制御対象１０と二自由度制御器２０とを有する。パラメータ調整システムＳは、パラメータ調整装置３０が、制御対象１０に入力された入力データと制御対象１０が出力した出力データとに基づいて、二自由度制御器２０が有する補償器の制御パラメータを調整するためのシステムである。
【0015】
閉ループ制御システム１は、例えば、車両に搭載された制御システムである。閉ループ制御システム１においては、車両が備える制御対象１０の出力データと、出力データの目標値である第１目標値とに基づいて、二自由度制御器２０が制御対象１０への入力データを決定する処理を実行する。一例として、制御対象１０が車両の操舵部である場合、入力データはタイヤの操舵角であり、出力データはヨーレートである。二自由度制御器２０は、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御器を有するフィードバック補償器と、制御対象のモデルの一次遅れ系伝達関数と所定の応答特性に設計された規範モデルとを用いたフィードフォワード補償器とを有する。
【0016】
パラメータ調整装置３０は、例えば、１又は複数の情報処理装置である。パラメータ調整装置３０は、制御対象１０から取得した一組の入力データ及び出力データに基づいて、二自由度制御器２０が有するフィードバック補償器及びフィードフォワード補償器の制御パラメータを調整する処理を実行する。パラメータ調整装置３０は、一組の入力データ及び出力データを二自由度制御器２０から取得してもよい。一組の入力データ及び出力データは、一回の実験により得られたデータであり、例えば、二自由度制御器２０を一定時間（例えば１５秒）動作させることにより制御対象１０に入力された複数の入力データと、当該複数の入力データに基づいて制御対象１０が出力した複数の出力データである。制御パラメータは、例えば、フィードバック補償器が有するＰＩＤ制御器のパラメータ、及びフィードフォワード補償器が有する一時遅れ系伝達関数のパラメータである。
【0017】
制御パラメータを最適値に調整するためには、対象の制御器の評価関数の出力値が最小になるように制御パラメータを決定することが考えられる。制御器の評価関数は、例えば、ＶＲＦＴ（Virtual Reference Feedback Tuning）又はＦＲＩＴ（Fictitious Reference Iterative Tuning）等のデータ駆動制御を用いて設計できる。ＶＲＦＴを用いた評価関数においては、最小二乗法等の線形最適化を用いることにより、評価関数の出力値を最小にするための制御パラメータを決定できる。一方で、ＦＲＩＴを用いた評価関数においては、ガウスニュートン法等の非線形最適化を用いることにより評価関数の出力値を最小にするための制御パラメータを決定する。このため、ＦＲＩＴを用いた評価関数の場合には、ＶＲＦＴを用いた評価関数よりも計算の複雑度が大きいことにより計算量が大きくなる。
【0018】
そこで、パラメータ調整装置３０は、ＶＲＦＴに基づくフィードバック補償器の評価関数の出力値及びＶＲＦＴに基づくフィードフォワード補償器の評価関数の出力値が、それぞれ最小になるように制御パラメータを決定し、二自由度制御器２０に設定する。このように動作することで、パラメータ調整装置３０は、最小二乗法を用いて制御パラメータを調整できるため、非線形最適化を用いた制御パラメータの調整よりも計算量を少なくすることができる。
以下、二自由度制御器２０及びパラメータ調整装置３０の構成及び動作を詳細に説明する。
以下、二自由度制御器２０及びパラメータ調整装置３０の構成及び動作を詳細に説明する。
【0019】
＜二自由度制御器２０の構成＞
図２は、二自由度制御器２０の構成を示す図である。二自由度制御器２０は、規範モデル２１と、フィードバック補償器２２と、フィードフォワード補償器２３と、を有する。図２においては、入力データｕ（ｓ）、出力データｙ（ｓ）及び第１目標値ｒ（ｓ）が示されている。
図２は、二自由度制御器２０の構成を示す図である。二自由度制御器２０は、規範モデル２１と、フィードバック補償器２２と、フィードフォワード補償器２３と、を有する。図２においては、入力データｕ（ｓ）、出力データｙ（ｓ）及び第１目標値ｒ（ｓ）が示されている。
【0020】
規範モデル２１は、所定の応答特性に設計されたモデルであり、規範モデル２１をＴｄとすると、式（１）のように与えることができる。
【数1】
【0021】
フィードバック補償器２２は、比例器と積分器と微分器とを含み、制御対象１０の出力データｙ（ｓ）及び出力データｙ（ｓ）の第１目標値ｒ（ｓ）に基づいてフィードバック制御する。第１目標値ｒ（ｓ）は、車両が備えるＥＣＵ（Electronic Control Unit）から取得してもよいし、パラメータ調整装置３０から取得してもよい。フィードバック補償器２２をＣｆｂ、フィードバック補償器２２が有するＰＩＤ制御器の比例ゲインをｋｐ、積分ゲインをｋｉ、微分ゲインをｋｄとすると、フィードバック補償器２２は、式（２）のように表現できる。
以下の説明においては、比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉ及び微分ゲインＫｄを第１制御パラメータという。
【数2】
【0022】
フィードフォワード補償器２３は、制御対象１０のモデルの一次遅れ系伝達関数と規範モデルＴｄとを用いた伝達関数を含み、第１目標値ｒ（ｓ）に基づいてフィードフォワード制御する。制御対象１０が車両の操舵部である場合、フィードフォワード補償器２３（Ｃｆｆ）は、車速ｖと式（１）に示す規範モデルＴｄと式（３）に示す車両モデルの一次遅れ系伝達関数Ｐｓとを用いて、式（４）のように表現できる。
式（３）及び式（４）に示す変数Ｔ及び変数Ｋは、車両の重心位置から前輪までの距離ｌｆ、重心位置から後輪までの距離ｌｒ、前輪のコーナリングパワーＫｆ、後輪のコーナリングパワーＫｒ、ヨー慣性モーメントＩを用いて、式（５）及び式（６）のように表される。
以下の説明においては、変数Ｔと、変数Ｋ／車速ｖとを第２制御パラメータという。
【数3】
【数4】
【0023】
＜パラメータ調整装置３０の構成＞
図３は、パラメータ調整装置３０の構成を示す図である。パラメータ調整装置３０は、記憶部３１と制御部３２とを有する。制御部３２は、送信部３２１と取得部３２２と第１調整部３２３と第２調整部３２４とを有する。
図３は、パラメータ調整装置３０の構成を示す図である。パラメータ調整装置３０は、記憶部３１と制御部３２とを有する。制御部３２は、送信部３２１と取得部３２２と第１調整部３２３と第２調整部３２４とを有する。
【0024】
記憶部３１は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶媒体を有する。記憶部３１は、制御部３２が実行するプログラムを記憶している。記憶部３１は、制御部３２がフィードバック補償器２２及びフィードフォワード補償器２３の制御パラメータを調整するための各種の情報を記憶している。一例として、記憶部３１は、第１制御パラメータの初期値と第２制御パラメータの初期値とを記憶している。
【0025】
制御部３２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサである。制御部３２は、記憶部３１に記憶されたプログラムを実行することにより、送信部３２１、取得部３２２、第１調整部３２３及び第２調整部３２４として機能する。制御部３２は、１つのプロセッサで構成されていてもよいし、複数のプロセッサ又は１以上のプロセッサと電子回路との組み合わせにより構成されていてもよい。
以下、制御部３２により実現される各部の構成を説明する。
以下、制御部３２により実現される各部の構成を説明する。
【0026】
送信部３２１は、フィードバック補償器２２に第１制御パラメータの初期値を送信することにより、第１制御パラメータの初期値を設定する。送信部３２１は、例えば、第１制御パラメータの初期値として、比例器の比例ゲインＫｐの初期値、積分器の積分ゲインＫｉの初期値及び微分器の微分ゲインＫｄの初期値をフィードバック補償器２２に設定する。
【0027】
送信部３２１は、フィードフォワード補償器２３に第２制御パラメータの初期値を送信することにより、第２制御パラメータの初期値を設定する。送信部３２１は、例えば、第２制御パラメータの初期値として、一次遅れ系伝達関数Ｐｓのパラメータである「変数Ｔ」の初期値及び「変数Ｋ／車速ｖ」の初期値をフィードフォワード補償器２３に設定する。
【0028】
送信部３２１は、後述する第１調整部３２３が調整した第１制御パラメータをフィードバック補償器２２に送信することにより、第１制御パラメータを最適値に更新する。送信部３２１は、後述する第２調整部３２４が調整した第２制御パラメータをフィードフォワード補償器２３に送信することにより、第２制御パラメータを最適値に更新する。
【0029】
取得部３２２は、閉ループ制御システム１から、フィードバック補償器２２とフィードフォワード補償器２３との制御により制御対象１０に入力される入力データ及び制御対象１０が出力する出力データを取得する。具体的には、制御対象１０が車両の操舵部である場合、取得部３２２は、車両の操舵部に入力される操舵角を入力データとして取得し、車両のヨーレートを出力データとして取得する。取得部３２２は、入力データ及び出力データを、閉ループ制御システム１が有する制御対象１０又は二自由度制御器２０のいずれか一方から取得する。
【0030】
取得部３２２は、例えば、送信部３２１が第１制御パラメータの初期値を設定したフィードバック補償器２２と、送信部３２１が第２制御パラメータの初期値を設定したフィードフォワード補償器２３との制御による制御対象１０の入力データ及び出力データを取得する。制御対象１０の入力データ及び出力データは、閉ループ制御システム１を一定時間動作させることにより二自由度制御器２０から制御対象１０に入力された複数の入力データ、及び当該複数の入力データに基づいて制御対象１０が出力した複数の出力データ（いわゆる一組の入力データ及び出力データ）である。
【0031】
取得部３２２は、第１制御パラメータの初期値として、比例ゲインＫｐの初期値と積分器の積分ゲインＫｉの初期値をフィードバック補償器２２に設定した閉ループ制御システムから、入力データ及び出力データを取得してもよい。すなわち、取得部３２２は、比例ゲインＫｐの初期値と積分ゲインＫｉの初期値を設定し、微分ゲインＫｄの初期値を設定していないフィードバック補償器２２の制御による入力データ及び出力データを取得してもよい。取得部３２２がこのように動作することで、閉ループ制御システム１は、入力データ及び出力データを算出するための計算量を少なくできる。
【0032】
また、取得部３２２は、規範モデルＴｄの逆伝達関数１／Ｔｄに出力データを入力することにより、第２目標値を取得してもよい。第２目標値は、第１調整部３２３及び第２調整部３２４が制御パラメータの最適解を算出するために用いる、出力データの目標値である。
【0033】
第１調整部３２３は、ＶＲＦＴに基づく第１評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、フィードバック補償器２２の第１制御パラメータを、第１評価関数の最小値に対応する第１制御パラメータに調整する。第１評価関数は、入力データと、規範モデルＴｄ及び出力データに基づく第２目標値と出力データとの偏差をフィードバック補償器２２に入力して得られた値と、の差を示す。
以下、第１調整部３２３が第１制御パラメータを調整する方法を詳細に説明する。
以下、第１調整部３２３が第１制御パラメータを調整する方法を詳細に説明する。
【0034】
図４は、第１制御パラメータを調整するためのブロック図である。図４においては、第２目標値ｒｃ、入力データｕ０、出力データｙ０が示されている。第２目標値ｒｃは、出力データｙ０を規範モデルＴｄの逆伝達関数「１／Ｔｄ」に入力することで得られる。また、図４に示すフィードバック補償器２２及び制御対象１０は、閉ループ制御システム１が有するフィードバック補償器２２及び制御対象１０と同じである。
【0035】
第１評価関数Ｊ１は、プレフィルタＦを用いて式（７）のように表現できる。第１評価関数Ｊ１の出力値が最小になるときに、フィードバック補償器２２（式（７）に示すＣｆｂ）に含まれるＰＩＤ制御器の各ゲインが最適な値になると考えられる。プレフィルタＦは、一例として、式（８）のように与える。また、偏差ｅｃを式（９）のように与える。
【数5】
【0036】
そして、式（２）を変形して式（１０）のように表し、式（７）の右辺に式（９）及び式（１０）を用いて展開すると、式（１１）のように表される。
【数6】
【0037】
ここで、疑似逆行列Ａ＋は式（１２）のように表されるため、式（１２）を用いて第１制御パラメータである比例ゲインｋｐ、積分ゲインｋｉ、微分ゲインｋｄを式（１３）のように求めることができる。
第１調整部３２３がこのように動作することで、フィードバック補償器２２の第１制御パラメータの最適値を、最小二乗法を用いて算出することができる。その結果、ＦＲＩＴ等の非線形最適化を用いた制御パラメータの調整よりも少ない計算量で第１制御パラメータの最適値を算出することができる。
以上、第１調整部３２３が第１制御パラメータを調整する方法を説明した。
【数7】
以上、第１調整部３２３が第１制御パラメータを調整する方法を説明した。
【0038】
第２調整部３２４は、ＶＲＦＴに基づく第２評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、フィードフォワード補償器２３の第２制御パラメータを、第２評価関数の最小値に対応する第２制御パラメータに調整する。第２評価関数は、入力データと、第２目標値ｒｃをフィードフォワード補償器２３に入力して得られた値との差を示す。
以下、第２調整部３２４が第２制御パラメータを調整する方法を詳細に説明する。
以下、第２調整部３２４が第２制御パラメータを調整する方法を詳細に説明する。
【0039】
図５は、第２制御パラメータを調整するためのブロック図である。図５においては、第２目標値ｒｃ、入力データｕ０、出力データｙ０が示されている。図５に示すフィードフォワード補償器２３及び制御対象１０は、閉ループ制御システム１が有するフィードバック補償器２２及び制御対象１０と同じである。
【0040】
第２評価関数Ｊ２は、式（１４）のように表現できる。第２評価関数Ｊ２の出力値が最小になるときに、フィードフォワード補償器２３（式（１４）に示すＣｆｆ）に含まれる車両モデルの一次遅れ伝達関数のパラメータが最適な値になると考えられる。
【数8】
【0041】
式（４）を変形して式（１５）のように表し、式（１４）の右辺に式（１５）を用いて展開すると、式（１６）のように表される。
【数9】
【0042】
そして、式（１２）及び式（１６）から、疑似逆行列を用いて式（１７）のように第２制御パラメータである「変数Ｔ」及び「変数Ｋ／車速ｖ」を求めることができる。
第２調整部３２４がこのように動作することで、フィードフォワード補償器２３の第２制御パラメータの最適値を、最小二乗法を用いて算出することができる。その結果、非線形最適化を用いた制御パラメータの調整よりも少ない計算量で第２制御パラメータの最適値を算出することができる。
以上、第２調整部３２４が第２制御パラメータを調整する方法を説明した。
【数10】
以上、第２調整部３２４が第２制御パラメータを調整する方法を説明した。
【0043】
＜パラメータ調整装置３０における処理シーケンス＞
図６は、パラメータ調整装置３０における処理シーケンスの例を示す図である。図６に示す処理シーケンスは、パラメータ調整装置３０が第１制御パラメータ及び第２制御パラメータを変更する動作を示す。
図６は、パラメータ調整装置３０における処理シーケンスの例を示す図である。図６に示す処理シーケンスは、パラメータ調整装置３０が第１制御パラメータ及び第２制御パラメータを変更する動作を示す。
【0044】
第１調整部３２３及び第２調整部３２４は、一時遅れ系の規範モデルＴｄをプレフィルタＦに設定する（Ｓ１１）。送信部３２１は、記憶部３１に記憶された第１制御パラメータの初期値をフィードバック補償器２２に設定し（Ｓ１２）、記憶部３１に記憶された第２制御パラメータの初期値をフィードフォワード補償器２３に設定する（Ｓ１３）。取得部３２２は、閉ループ制御システム１から、一組の入力データ及び出力データを取得する（Ｓ１４）。
【0045】
第１調整部３２３は、最小二乗法を用いることにより、第１評価関数Ｊ１の出力値を最小値にする第１制御パラメータを算出する（Ｓ１５）。第２調整部３２４は、最小二乗法を用いることにより、第２評価関数Ｊ２の出力値を最小値にする第２制御パラメータを算出する（Ｓ１６）。送信部３２１は、第１調整部３２３が算出した第１制御パラメータをフィードバック補償器２２に送信し、第２調整部３２４が算出した第２制御パラメータをフィードフォワード補償器２３に送信することにより、第１制御パラメータ及び第２制御パラメータを変更する（Ｓ１７）。
【0046】
＜パラメータ調整装置３０による効果＞
以上説明したように、パラメータ調整装置３０は、車両の制御対象１０と、制御対象１０の出力データ及び出力データの第１目標値に基づいてフィードバック制御するフィードバック補償器２２と、第１目標値に基づいてフィードフォワード制御するフィードフォワード補償器２３と、を有する閉ループ制御システム１から、フィードバック補償器２２の第１制御パラメータの初期値を設定したフィードバック補償器２２と、フィードフォワード補償器２３の第２制御パラメータの初期値を設定したフィードフォワード補償器２３との制御により制御対象１０に入力される入力データ及び制御対象が出力する出力データを取得する取得部３２２を有する。
以上説明したように、パラメータ調整装置３０は、車両の制御対象１０と、制御対象１０の出力データ及び出力データの第１目標値に基づいてフィードバック制御するフィードバック補償器２２と、第１目標値に基づいてフィードフォワード制御するフィードフォワード補償器２３と、を有する閉ループ制御システム１から、フィードバック補償器２２の第１制御パラメータの初期値を設定したフィードバック補償器２２と、フィードフォワード補償器２３の第２制御パラメータの初期値を設定したフィードフォワード補償器２３との制御により制御対象１０に入力される入力データ及び制御対象が出力する出力データを取得する取得部３２２を有する。
【0047】
そして、パラメータ調整装置３０が有する第１調整部３２３が、入力データと、所定の応答特性に設計された規範モデル２１及び出力データに基づく第２目標値と出力データとの偏差をフィードバック補償器２２に入力して得られた値と、の差を示す第１評価関数Ｊ１の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、第１評価関数Ｊ１の最小値に対応する第１制御パラメータに調整し、パラメータ調整装置３０が有する第２調整部３２４が、入力データと、第２目標値ｒｃをフィードフォワード補償器２３に入力して得られた値との差を示す第２評価関数Ｊ２の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、第２評価関数Ｊ２の最小値に対応する第２制御パラメータに調整する。
【0048】
パラメータ調整装置３０がこのように構成されることで、線形最適化手法である最小二乗法を用いて二自由度制御器２０の制御パラメータを更新することができるため、非線形最適化を用いたパラメータ制御よりも計算量を少なくすることができる。その結果、例えば、ＦＲＩＴを用いたパラメータ制御よりも少ない計算量で、車両の操舵角及びヨーレートを制御することができる。さらに、パラメータ調整装置３０においては、一組の入力データ及び出力データ（すなわち１回の実験データ）に基づいて制御パラメータを算出することができるため、走行中に制御パラメータを算出することを防げる。
【0049】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。
【符号の説明】
【0050】
１ 閉ループ制御システム
１０ 制御対象
２０ 二自由度制御器
２１ 規範モデル
２２ フィードバック補償器
２３ フィードフォワード補償器
３０ パラメータ調整装置
３１ 記憶部
３２ 制御部
３２１ 送信部
３２２ 取得部
３２３ 第１調整部
３２４ 第２調整部
１０ 制御対象
２０ 二自由度制御器
２１ 規範モデル
２２ フィードバック補償器
２３ フィードフォワード補償器
３０ パラメータ調整装置
３１ 記憶部
３２ 制御部
３２１ 送信部
３２２ 取得部
３２３ 第１調整部
３２４ 第２調整部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【手続補正書】
【提出日】2024-03-08
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両の制御対象と、前記制御対象の出力データ及び前記出力データの第１目標値に基づいてフィードバック制御するフィードバック補償器と、前記第１目標値に基づいてフィードフォワード制御するフィードフォワード補償器と、を有する閉ループ制御システムから、前記フィードバック補償器の第１制御パラメータの初期値を設定した前記フィードバック補償器と、前記フィードフォワード補償器の第２制御パラメータの初期値を設定した前記フィードフォワード補償器との制御により前記制御対象に入力される入力データ及び前記制御対象が出力する出力データを取得し、所定の応答特性に設計された規範モデルの逆伝達関数に前記出力データを入力することにより第２目標値を取得する取得部と、
前記入力データと、前記第２目標値と前記出力データとの偏差を前記フィードバック補償器に入力して得られた値と、の差を示す第１評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第１評価関数の最小値に対応する前記第１制御パラメータに調整する第１調整部と、
前記入力データと、前記第２目標値を前記フィードフォワード補償器に入力して得られた値との差を示す第２評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第２評価関数の最小値に対応する前記第２制御パラメータに調整する第２調整部と、
を有するパラメータ調整装置。
前記入力データと、前記第２目標値と前記出力データとの偏差を前記フィードバック補償器に入力して得られた値と、の差を示す第１評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第１評価関数の最小値に対応する前記第１制御パラメータに調整する第１調整部と、
前記入力データと、前記第２目標値を前記フィードフォワード補償器に入力して得られた値との差を示す第２評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第２評価関数の最小値に対応する前記第２制御パラメータに調整する第２調整部と、
を有するパラメータ調整装置。
【請求項2】
前記フィードバック補償器は、比例器と積分器と微分器とを含み、
前記フィードフォワード補償器は、前記制御対象のモデルの一次遅れ系伝達関数と前記規範モデルとを用いた伝達関数を含み、
前記取得部は、前記第１制御パラメータの初期値として、前記比例器の比例ゲインの初期値、前記積分器の積分ゲインの初期値及び前記微分器の微分ゲインの初期値を前記フィードバック補償器に設定し、前記第２制御パラメータの初期値として、前記一次遅れ系伝達関数のパラメータの初期値を前記フィードフォワード補償器に設定した前記閉ループ制御システムから前記入力データ及び前記出力データを取得する、
請求項１に記載のパラメータ調整装置。
前記フィードフォワード補償器は、前記制御対象のモデルの一次遅れ系伝達関数と前記規範モデルとを用いた伝達関数を含み、
前記取得部は、前記第１制御パラメータの初期値として、前記比例器の比例ゲインの初期値、前記積分器の積分ゲインの初期値及び前記微分器の微分ゲインの初期値を前記フィードバック補償器に設定し、前記第２制御パラメータの初期値として、前記一次遅れ系伝達関数のパラメータの初期値を前記フィードフォワード補償器に設定した前記閉ループ制御システムから前記入力データ及び前記出力データを取得する、
請求項１に記載のパラメータ調整装置。
【請求項3】
前記フィードバック補償器は、比例器と積分器と微分器とを含み、
前記取得部は、前記第１制御パラメータの初期値として、前記比例器の比例ゲインの初期値と前記積分器の積分ゲインの初期値とを前記フィードバック補償器に設定した前記閉ループ制御システムから、前記入力データ及び前記出力データを取得する、
請求項１に記載のパラメータ調整装置。
前記取得部は、前記第１制御パラメータの初期値として、前記比例器の比例ゲインの初期値と前記積分器の積分ゲインの初期値とを前記フィードバック補償器に設定した前記閉ループ制御システムから、前記入力データ及び前記出力データを取得する、
請求項１に記載のパラメータ調整装置。
【請求項4】
前記取得部は、前記制御対象である前記車両の操舵部に入力される操舵角を前記入力データとして取得し、前記車両のヨーレートを前記出力データとして取得する、
請求項１に記載のパラメータ調整装置。
請求項１に記載のパラメータ調整装置。
【請求項5】
コンピュータが実行する、
車両の制御対象と、前記制御対象の出力データ及び前記出力データの第１目標値に基づいてフィードバック制御するフィードバック補償器と、前記第１目標値に基づいてフィードフォワード制御するフィードフォワード補償器と、を有する閉ループ制御システムから、前記フィードバック補償器の第１制御パラメータの初期値を設定した前記フィードバック補償器と、前記フィードフォワード補償器の第２制御パラメータの初期値を設定した前記フィードフォワード補償器との制御により前記制御対象に入力される入力データ及び前記制御対象が出力する出力データを取得し、所定の応答特性に設計された規範モデルの逆伝達関数に前記出力データを入力することにより第２目標値を取得するステップと、
前記入力データと、前記第２目標値と前記出力データとの偏差を前記フィードバック補償器に入力して得られた値と、の差を示す第１評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第１評価関数の最小値に対応する前記第１制御パラメータに調整するステップと、
前記入力データと、前記第２目標値を前記フィードフォワード補償器に入力して得られた値との差を示す第２評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第２評価関数の最小値に対応する前記第２制御パラメータに調整するステップと、
を有するパラメータ調整方法。
車両の制御対象と、前記制御対象の出力データ及び前記出力データの第１目標値に基づいてフィードバック制御するフィードバック補償器と、前記第１目標値に基づいてフィードフォワード制御するフィードフォワード補償器と、を有する閉ループ制御システムから、前記フィードバック補償器の第１制御パラメータの初期値を設定した前記フィードバック補償器と、前記フィードフォワード補償器の第２制御パラメータの初期値を設定した前記フィードフォワード補償器との制御により前記制御対象に入力される入力データ及び前記制御対象が出力する出力データを取得し、所定の応答特性に設計された規範モデルの逆伝達関数に前記出力データを入力することにより第２目標値を取得するステップと、
前記入力データと、前記第２目標値と前記出力データとの偏差を前記フィードバック補償器に入力して得られた値と、の差を示す第１評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第１評価関数の最小値に対応する前記第１制御パラメータに調整するステップと、
前記入力データと、前記第２目標値を前記フィードフォワード補償器に入力して得られた値との差を示す第２評価関数の最小値を、最小二乗法を用いて求めることにより、前記第２評価関数の最小値に対応する前記第２制御パラメータに調整するステップと、
を有するパラメータ調整方法。