设备控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术所涉及的设备控制装置具备反馈控制器和基准调节器。反馈控制器被构成为，以使设备的控制量的输出值接近于目标值的方式，通过反馈控制来决定设备的控制输入。基准调节器被构成为，使用包含设备和反馈控制器在内的闭环系统的模型来计算设备的特定状态量的将来的预测值，并根据特定状态量的预测值和被施加在特定状态量上的约束来对被给予反馈控制器的目标值进行修正。详细而言，基准调节器被构成为，搜索评价函数的最佳值，并将使评价函数最佳化的候补修正目标值决定为修正目标值，其中，所述评价函数通过将候补修正目标值设为变量的目标函数、和特定状态量的预测值与约束相抵触的情况下对目标函数施加补偿的补偿函数来进行表示。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】设备控制装置
本专利技术涉及一种设备的控制装置，详细而言，涉及一种以使由设备的状态量施加的约束充足的方式使用基准调节器来对设备的控制量的目标值进行修正的控制装置。
技术介绍
一般的设备控制装置被构成为，在关于设备的控制量而被给予了目标值的情况下，以使该控制量的输出值追随目标值的方式通过反馈控制来决定设备的控制输入。但是，在实际的设备的控制中，关于设备的状态量存在硬件上或控制上的各种各样的约束的情况较多。在这些约束不充足的情况下，可能会产生硬件的破损和控制性能的下降。约束的充足性与输出值相对于目标值的追随性相同，是设备的控制中所要求的重要性能之一。基准调节器为用于满足上述要求的一种有效的装置。基准调节器具备将包含作为控制对象的设备和反馈控制器在内的闭环系统(反馈控制系统)模型化了的预测模型，并通过预测模型来对被施加有约束的状态量的将来值进行预测。而且，根据状态量的预测值和其上被施加的约束来对设备的控制量的目标值进行修正。在基准调节器的设计中被设为重要内容的是修正目标值的计算中所使用的评价函数的内容。如果仅考虑约束的充足性，则能够采用各种各样的评价函数。但是，根据使用哪种评价函数来决定修正目标值，控制量的输出值相对于目标值的追随特性将较大程度地改变，此外，控制量的输出值相对于目标值的变化的过渡响应特性也将较大程度地改变。尤其在为汽车用的内燃机这样的响应特性根据驾驶条件而发生变动的设备的情况下，控制量的输出值相对于目标值的变化的过渡响应特性会根据驾驶条件而较大程度地变动。能够在使约束充足的同时实现良好的过渡响应特性，是对于设备控制装置、尤其是将响应特性根据驾驶条件而变化的设备设为控制对象的设备控制装置而言的重要课题。作为将基准调节器应用于设备的控制中的在先技术的示例，能够列举出下述的专利文献1中所公开的在先技术。该在先技术为涉及多时间段压延装置中的压延材料的张力控制的技术。在专利文献1中公开的在先技术中，通过基准调节器来对规定了压延材料的张力的时间变化的目标轨道数据进行预先运算，并根据压延材料的张力实际成绩值与目标轨道数据的偏差来对压延材料的张力进行控制。但是，该在先技术并非将响应特性根据驾驶条件而变化的设备设为控制对象，此外，由基准调节器实施的目标轨道数据的计算是在离线条件下被实施。因此，即使将该在先技术应用到响应特性根据驾驶条件而变化的设备中，也不能解决在使约束充足的同时实现良好的过渡响应特性这一课题。在先技术文献专利文献专利文献1日本特开2010-253501号公报专利文献2日本特开2010-084523号公报专利文献3日本特开2004-270657号公报
技术实现思路
本申请的专利技术人对于采用哪种评价函数能够实现上述课题进行了锐意研究。而且，对于各种各样的评价函数进行了比较探讨，结果可以总结出，对于设备控制装置的基准调节器而言，下文所述的评价函数为最佳评价函数。该评价函数为，通过将候补修正目标值设为变量的目标函数和补偿函数来表示的评价函数。补偿函数被构成为，在被施加了约束的状态量的预测值与约束相抵触的情况下，对目标函数施加补偿。目标函数被构成为，原始目标值与候补修正目标值之间的距离越小则越取较小的值。根据该评价函数可以确认，能够在使由设备的状态量施加的约束充足的同时实现良好的过渡响应特性。此外，由于该评价函数能够作为无约束的最佳化问题来求解，因此还能够抑制在基准调节器的在线计算上所耗费的计算量从而减小设备控制装置的运算负载。以下，对应用了上述评价装置的本专利技术所涉及的设备控制装置的概要进行说明。本专利技术所涉及的设备控制装置具备反馈控制器和基准调节器。反馈控制器被构成为，以使设备的控制量的输出值接近于目标值的方式，通过反馈控制来决定设备的控制输入。作为控制对象的设备的种类和结构没有限定。但是，本专利技术所涉及的设备控制装置能够特别适合地应用于如汽车用的内燃机这种响应特性根据驾驶条件而变化的设备中。基准调节器被构成为，使用包含设备和反馈控制器在内的闭环系统的模型来计算设备的特定状态量的将来的预测值，并根据特定状态量的预测值和被施加在特定状态量上的约束，来对被给予反馈控制器的目标值进行修正。在修正目标值的计算中基准调节器使用上述评价函数。详细而言，基准调节器被构成为，在使候补修正目标值变化的同时搜索上述评价函数的最佳值，并将使评价函数最佳化的候补修正目标值决定为修正目标值。优选为，作为由基准调节器实施的评价函数的最佳值的搜索方法，采用最速下降法的迭代计算。此外，更加优选为，在采用最速下降法的迭代计算中，通过与评价函数的斜率成比例的更新量来对候补修正目标值进行更新，且每当斜率的符号反转时减小与斜率相乘的比例系数。在本专利技术所涉及的设备控制装置的优选方式中，设备控制装置还具备观测器。观测器被构成为，使用闭环系统的模型来对闭环系统的状态进行推断。在该方式中，基准调节器对由观测器所推断出的特定状态量的推断值与从设备获得的特定状态量的实际值之间的误差进行计算，并根据该误差而对通过补偿函数而被定义的约束的值进行补正。附图说明图1为表示本专利技术的实施方式1所涉及的设备控制装置的目标值追随控制结构的图。图2为表示通过作为比较例的目标值追随控制结构而获得的过渡响应特性的模拟结果的图。图3为表示通过本专利技术的实施方式1所涉及的设备控制装置的目标值追随控制结构而获得的过渡响应特性的模拟结果的图。图4为表示本专利技术的实施方式1所涉及的设备控制装置的评价函数的最佳化算法的程序描述的图。图5为表示柴油发动机的后处理系统的结构的图。图6为表示DOC(柴油机氧化催化剂)内的热传递的图。图7为表示DPF(柴油机颗粒去除装置)内的热传递的图。图8为表示将本专利技术的实施方式1所涉及的设备控制装置应用于图6所示的后处理系统的控制中的情况下的实验结果的图。图9为表示本专利技术的实施方式2所涉及的设备控制装置的目标值追随控制结构的图。图10为表示能够应用本专利技术所涉及的设备控制装置的柴油发动机的控制输入以及控制输出的示例的图。具体实施方式实施方式1以下，参照附图对本专利技术的实施方式1进行说明。图1为表示本实施方式所涉及的设备控制装置的目标值追随控制结构的图。本设备控制装置具备目标值映射图(MAP)、基准调节器(RG)、以及反馈控制器。在作为本设备控制装置的控制对象的设备中，被输入有来自反馈控制器的控制输入u和外来输入d。通过这些输入来决定设备的状态量x和控制输出(控制量的输出值)y。详细而言，设备的状态量x和控制输出y能够通过下面的式(1)来表示。式(1)为将设备模型化的模型式。在该模型式中，f以及g为模型式的函数。各符号的下标k表示离散时间步骤。数学式1xk+1＝f(xk，uk，dk)…(1)yk＝g(xk，uk，dk)xk∈Rn，uk∈R，dk∈Rl，yk∈R反馈控制器以使设备的控制输出y接近于从基准调节器被给予的修正目标值w的方式，通过反馈控制来决定设备的控制输入u。反馈控制器为通过下面的式(2)而表示的比例积分反馈控制器。在式(2)中Kp为比例增益，e为误差。此外，Ki为积分增益，v为误差积分值。另外，在此介绍的比例积分反馈控制器仅为能够在本专利技术中使用的反馈控制器的一个示例。根据所需的系统的响应特性，还能够使用比例积分微分控制器。数学式1uk＝Kpek+Kivk本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备控制装置，其特征在于，具备：反馈控制器，其以使设备的控制量的输出值接近于目标值的方式，通过反馈控制来决定所述设备的控制输入；基准调节器，其使用包含所述设备和所述反馈控制器在内的闭环系统的模型来计算所述设备的特定状态量的将来的预测值，并根据所述预测值和被施加在所述特定状态量上的约束，来对被给予所述反馈控制器的所述目标值进行修正，所述基准调节器搜索评价函数的最佳值，并将使所述评价函数最佳化的候补修正目标值决定为修正目标值，其中，所述评价函数通过将候补修正目标值设为变量的目标函数、和在所述预测值与所述约束相抵触的情况下对所述目标函数施加补偿的补偿函数来进行表示。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设备控制装置，其特征在于，具备：反馈控制器，其以使设备的控制量的输出值接近于目标值的方式，通过反馈控制来决定所述设备的控制输入；基准调节器，其使用包含所述设备和所述反馈控制器在内的闭环系统的模型来计算所述设备的特定状态量的将来的预测值，并根据所述预测值和被施加在所述特定状态量上的约束，来对被给予所述反馈控制器的所述目标值进行修正，所述基准调节器搜索评价函数的最佳值，并将使所述评价函数最佳化的候补修正目标值决定为修正目标值，其中，所述评价函数通过将候补修正目标值设为变量的目标函数、和在所述预测值与所述约束相抵触的情况下对所述目标函数施加补偿的补偿函数来进行表示，所述目标函数通过原始目标值和所述候补修正目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：仲田勇人，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP