JP2012108730A - Control input setting method of sliding mode control unit - Google Patents
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Abstract
【課題】スライディングモード制御装置において、切換入力の平滑関数パラメータを理論的に決定できるようにする。
【解決手段】平滑関数パラメータδを、定常偏差σと切換入力unlとを座標軸とする座標上で定常偏差限界σeに安全率を見込んだ値σth[σe−安全率]と入力変動最大値dmaxとによって定まる点Paと座標の原点[0,0]とを結ぶ直線Laよりも切換入力軸側の範囲で設定することで、定常偏差限界σeの時に切換入力unlが入力変動最大値dmaxよりも上回るようになり、入力変動に対するロバスト性を確保することができる。このように、平滑関数パラメータδを、σ−unl座標を用いて定常偏差限界σeと入力変動最大値dmaxとに基づいて設定することで、平滑関数パラメータδを理論的に設定することが可能となり、作業者によるチューニング結果やチューニング工数のばらつきを低減することができる。
【選択図】図4In a sliding mode control apparatus, a smoothing function parameter of a switching input can be theoretically determined.
A smoothing function parameter δ, a value σ th [σ e −safety factor] and a fluctuation of input in which a safety factor is expected for a steady deviation limit σ e on a coordinate having a steady deviation σ and a switching input u nl as coordinate axes. by setting the maximum value d max and scope of the switching input shaft side of the straight line La connecting the origin [0,0] of Pa coordinate point determined by the switching input u nl is input when the state deviation limit sigma e It becomes higher than the maximum fluctuation value d max , and robustness against input fluctuation can be ensured. Thus, the smoothing function parameter δ is theoretically set by setting the smoothing function parameter δ based on the steady-state deviation limit σ e and the input fluctuation maximum value d max using the σ− un n coordinates. Thus, variations in tuning results and tuning man-hours by the operator can be reduced.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、アクチュエータなどの制御系に用いられるスライディングモード制御装置の制御入力設定方法に関する。 The present invention relates to a control input setting method for a sliding mode control device used in a control system such as an actuator.
従来、アクチュエータなどの制御系において、制御対象の複数の状態量(例えば、制御対象の変位、変位速度、変位加速度等)を所望の目標状態量に追従する制御として、PID制御等のフィードバック制御が一般に行われている。しかしながら、PID等の従来制御では、外乱や制御対象の特性変化に対するロバスト性を十分に確保することが困難となる場合がある。 Conventionally, in a control system such as an actuator, feedback control such as PID control has been performed as control for tracking a plurality of state quantities (for example, displacement, displacement speed, displacement acceleration, etc.) of a control target to a desired target state quantity. Generally done. However, in conventional control such as PID, it may be difficult to ensure sufficient robustness against disturbances and characteristic changes of the controlled object.
そこで、近年では、アクチュエータ等の制御系の制御に、現在制御の一つであるスライディングモード制御が適用されている。スライディングモード制御は、制御対象の複数の状態量を変数とする切換関数によって表される切換超平面を予め設計しておき、制御対象の状態量を高ゲイン制御によって切換超変面に収束させる(切換関数の値を0に収束させる)とともに、等価制御入力によって状態量を超切換平面上に拘束する制御である(例えば特許文献1〜4参照)。このようなスライディングモード制御によれば、外乱や制御対象の特性変化などに対するロバスト性を十分に確保しながら、制御対象の状態量を切換超平面上に安定して拘束することができる。 Therefore, in recent years, sliding mode control, which is one of the current controls, is applied to control of a control system such as an actuator. In the sliding mode control, a switching hyperplane represented by a switching function having a plurality of state quantities to be controlled as variables is designed in advance, and the state quantity to be controlled is converged on the switching hypervariable plane by high gain control ( The value of the switching function is converged to 0), and the state quantity is constrained on the super switching plane by the equivalent control input (see, for example, Patent Documents 1 to 4). According to such sliding mode control, the state quantity of the controlled object can be stably constrained on the switching hyperplane while sufficiently securing robustness against disturbance, characteristic change of the controlled object, and the like.
スライディングモード制御を用いて制御対象を制御する制御装置においては、制御対象の状態量が切換超平面近傍で高周波振動する現象、いわゆるチャタリングが生じる場合があり、こうしたスライディングモードのチャタリングを抑制するために平滑関数を用いることがある。この場合、ロバスト性を保ちつつ、チャタリングを抑制するには、切換入力ゲイン及び平滑関数のパラメータのチューニング(適合)が必要になるが、平滑関数パラメータを理論的に決定する手法が確立されていない。このため、平滑関数パラメータのチューニングは、作業者が経験に基づき試行錯誤的に行っているのが現状であり、そのチューニング結果やチューニング工数に、どうしても、ばらつきが生じてしまう。また、チューニング後のロバスト性の確認を実機評価にて行う必要がある。 In a control device that controls a controlled object using sliding mode control, a phenomenon in which the state quantity of the controlled object vibrates at a high frequency near the switching hyperplane, so-called chattering, may occur, and in order to suppress such sliding mode chattering A smoothing function may be used. In this case, in order to suppress chattering while maintaining robustness, tuning (adaptation) of parameters of the switching input gain and the smoothing function is required, but a method for theoretically determining the smoothing function parameter has not been established. . For this reason, the tuning of the smooth function parameters is currently performed by the operator on a trial and error basis based on experience, and the tuning results and the tuning man-hours inevitably vary. In addition, it is necessary to confirm the robustness after tuning by actual machine evaluation.
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、制御対象をスライディングモードサーボ制御にて制御するスライディングモード制御装置において、2つの制御入力(等価制御入力、切換入力)のうち、切換入力の平滑関数パラメータを理論的に決定することが可能な制御入力設定方法を実現することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such a situation, and in a sliding mode control apparatus for controlling a controlled object by sliding mode servo control, a switching input of two control inputs (equivalent control input, switching input) is provided. It is an object of the present invention to realize a control input setting method capable of theoretically determining the smoothing function parameter.
本発明は、制御対象の状態量を変数とする切換関数によって設定される切換超平面に前記状態量を収束するための制御入力(等価制御入力(線形入力)、切換入力(非線形入力))を算出して、制御対象をスライディングモードサーボ制御(状態量に誤差積分値z=∫(r−y)dtを含むサーボ制御)にて制御するスライディングモード制御装置に適用される制御入力設定方法を前提としており、このような制御入力設定方法において、スライディングモードのチャタリングを平滑関数を用いて抑制する場合に、その平滑関数パラメータを、定常偏差と切換入力とを座標軸とする座標上で定常偏差限界と入力変動最大値とによって定まる点と座標の原点とを結ぶ直線よりも切換入力軸側の範囲で設定することを技術的特徴としている。 The present invention provides a control input (equivalent control input (linear input), switching input (nonlinear input)) for converging the state quantity on a switching hyperplane set by a switching function having the state quantity to be controlled as a variable. A control input setting method applied to a sliding mode control device that calculates and controls a control target by sliding mode servo control (servo control including an error integral value z = ∫ (r−y) dt in a state quantity) is assumed. In such a control input setting method, when chattering in the sliding mode is suppressed using a smooth function, the smooth function parameter is expressed as a steady deviation limit on a coordinate having a steady deviation and a switching input as coordinate axes. A technical feature is that the setting is made in a range on the switching input axis side of a straight line connecting a point determined by the maximum value of input fluctuation and the origin of coordinates.
本発明によれば、状態量に誤差積分値z=∫(r−y)dtを含むスライディングモードサーボ制御系において、切換入力の平滑関数パラメータδ(後述する(10)式参照)を、定常偏差と切換入力とを座標軸とする座標上(図4参照)で定常偏差限界と入力変動最大値とによって定まる点と座標の原点とを結ぶ直線よりも切換入力軸側の範囲で設定するので、定常偏差限界の時に切換入力(到達入力)が入力変動最大値よりも上回るようになり、入力変動に対するロバスト性を確保することができる。そして、上記座標上の上記直線よりも切換入力軸側の範囲で、かつ、スライディングモードのチャタリングが発生しない範囲で、平滑関数パラメータをなるべく小さい値に設定することで、ロバスト性を確保しながら、チャタリングを抑制することができる。 According to the present invention, in a sliding mode servo control system in which the state quantity includes the error integral value z = ∫ (r−y) dt, the smoothing function parameter δ (see formula (10) described later) of the switching input is expressed as a steady-state deviation. And the switching input on the coordinate (see FIG. 4) on the coordinate axis (see FIG. 4), it is set in the range on the switching input axis side from the straight line connecting the point determined by the steady deviation limit and the input fluctuation maximum value and the origin of the coordinate. At the time of the deviation limit, the switching input (arrival input) becomes higher than the input fluctuation maximum value, and robustness against the input fluctuation can be ensured. And by setting the smoothing function parameter to a value as small as possible in the range where the chattering of the sliding mode does not occur in the range on the switching input axis side than the straight line on the coordinates, while ensuring robustness, Chattering can be suppressed.
なお、上記定常偏差限界は、制御仕様等から与えられた制御目標性能(定常偏差、定常偏差許容時間)から求めることができる。また、入力変動最大値については、入力外乱から設定(想定)することができる。 The steady deviation limit can be obtained from the control target performance (steady deviation, steady deviation allowable time) given from the control specifications and the like. Further, the input fluctuation maximum value can be set (assumed) from an input disturbance.
以上のように、本発明では、切換入力の平滑関数パラメータを、定常偏差と切換入力とを座標軸とする座標を用いて定常偏差限界と入力変動最大値とに基づいて設定するので、チャタリングを抑制する平滑関数パラメータを理論的に設定することができる。これにより、作業者によるチューニング結果及びチューニング工数のばらつきを少なくすることができる。また、チューニング工数の低減化を図ることが可能になる。 As described above, in the present invention, since the smoothing function parameter of the switching input is set based on the steady deviation limit and the input fluctuation maximum value using coordinates with the steady deviation and the switching input as coordinate axes, chattering is suppressed. The smoothing function parameter to be set can be theoretically set. Thereby, the variation in the tuning result and the tuning man-hour by the operator can be reduced. In addition, the number of tuning steps can be reduced.
本発明において、例えば図4に示すように、定常偏差σと切換入力unlとを座標軸とする座標上で、定常偏差限界σeに安全率を見込んだ値σth[σe−安全率]と入力変動最大値dmaxとによって定まる点Paと座標の原点[0,0]とを結ぶ直線Laよりも切換入力軸(縦軸)側の範囲で平滑関数パラメータδを設定するようにしてもよく、このようにすれば、ロバスト性をより確実に確保することができる。 In the present invention, for example, as shown in FIG. 4, a value σ th [σ e −safety factor] in which the safety factor is expected for the steady deviation limit σ e on the coordinates having the steady deviation σ and the switching input un nl as coordinate axes. And the smoothing function parameter δ may be set in a range on the switching input axis (vertical axis) side of the straight line La connecting the point Pa determined by the input fluctuation maximum value d max and the coordinate origin [0, 0]. In this way, robustness can be ensured more reliably.
本発明によれば、スライディングモードサーボ制御の切換入力の平滑関数パラメータを、定常偏差と切換入力とを座標軸とする座標を用いて定常偏差限界と入力変動最大値とに基づいて設定しているので、チャタリングを抑制する平滑関数パラメータを理論的に設定することが可能となり、作業者によるチューニング結果やチューニング工数のばらつきを低減することができる。 According to the present invention, the smoothing function parameter of the switching input of the sliding mode servo control is set based on the steady deviation limit and the input fluctuation maximum value using coordinates with the steady deviation and the switching input as coordinate axes. Thus, it is possible to theoretically set the smoothing function parameter that suppresses chattering, and it is possible to reduce variations in tuning results and tuning man-hours by the operator.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
この例では、シフト変速(ギヤ段切り替え)が自動化された自動化マニュアルトランスミッションを対象としており、その自動化マニュアルトランスミッションのアクチュエータ(自動クラッチのアクチュエータも含む)を制御するスライディングモード制御に、本発明を適用した例について説明する。 In this example, an automatic manual transmission in which shift shifting (gear stage switching) is automated is targeted, and the present invention is applied to a sliding mode control for controlling an actuator (including an actuator of an automatic clutch) of the automated manual transmission. An example will be described.
まず、自動化マニュアルトランスミッションが搭載された車両について、図1を参照して説明する。この例の車両には、エンジン1、自動クラッチ2、上記自動化マニュアルトランスミッション3、油圧制御回路400、及び、ECU(Electronic Control Unit)100などが搭載されている。
First, a vehicle equipped with an automated manual transmission will be described with reference to FIG. The vehicle of this example is equipped with an engine 1, an
エンジン1は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関であって、その出力軸であるクランクシャフト11は自動クラッチ2に連結されている。
The engine 1 is an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine, and a
自動クラッチ2は、乾式単板の摩擦クラッチ20及びクラッチ操作装置200を備えている。摩擦クラッチ20は、エンジン1のクランクシャフト11に連結されるフライホイール、クラッチディスク、プレッシャプレート、ダイヤフラムスプリング、及び、クラッチカバーなどを備えている(例えば、特開2010−203586公報参照)。
The
クラッチ操作装置200は、レリーズベアリング、レリーズフォーク、及び、油圧式のクラッチアクチュエータ201などを備えており、そのクラッチアクチュエータ201の駆動力(前進・後進運動)をレリーズフォーク及びレリーズベアリングを介してダイヤフラムスプリングに与えることにより、上記摩擦クラッチ20のプレッシャプレートを変位させることによって、当該プレッシャプレートとフライホイールとの間にクラッチディスクを強く挟む状態(クラッチ係合状態)、または、プレッシャプレートをクラッチディスクから引き離す状態(クラッチ切断状態)に設定することができる(例えば、特開2010−203586公報参照)。なお、クラッチアクチュエータ201の駆動(作動油流量制御)は油圧制御回路400及びECU100によって制御される。
The
自動化マニュアルトランスミッション3は、例えば前進6段・後進1段の平行歯車式変速機などの一般的な手動変速機と同様の構成を有している。
The automated
自動化マニュアルトランスミッション3(以下、「トランスミッション3」ともいう)は、シンクロメッシュ機構300を備えた常時噛み合い式の有段変速機であって、入力軸31及び出力軸32と、これら入力軸31及び出力軸32に設けられた減速比の異なる6組のギヤ対311,312・・316とを備えており、それらギヤ対311,312・・316のうちの1つが選択されて動力伝達状態となることにより、前進6段の変速比が設定される。なお、図1には、3組のギヤ対311(ギヤ311aと311b)、ギヤ対312(ギヤ312aと312b)及びギヤ対316(316aと316b)のみを模式的に示している。
The automated manual transmission 3 (hereinafter also referred to as “
ギヤ対311,312・・316を構成する一方(入力軸側)のギヤ311a,312a・・316aは、トランスミッション3の入力軸31に一体的に回転または空転するように支持されており、他方(出力軸側)のギヤ311b,312b・・316bは、トランスミッション3の出力軸32に一体的に回転または空転するように支持されている。この例では、入力軸側のギヤ311a,312a・・316aが入力軸31と一体的に回転するように支持されており、出力軸側のギヤ311b,312b・・316bが出力軸32に対して空転するように支持されている。
One (input shaft side)
そして、これらのギヤ対311,312・・316のギヤ311a,312a・・316aとギヤ311b,312b・・316bとが、それぞれ、常に噛み合うように配置されており、ギヤ対311,312・・316のうちの1つのギヤ対、例えばギヤ対311の出力軸側のギヤ311bを、シンクロメッシュ機構300によって出力軸32の連結することによりギヤ対311が動力伝達状態となり、そのギヤ対に対応するギヤ段(例えば第1速(1st))を得ることができる。
The
また、ギヤ対316の入力軸側のギヤ316bをシンクロメッシュ機構300によって出力軸32に連結することによりギヤ対316が動力伝達状態となり、そのギヤ対に対応するギヤ段(例えば第6速(6th))を得ることができる。なお、図示はしないが、例えば、トランスミッション3の入力軸31には後進ギヤ対が設けられており、その後進ギヤ対がカウンタシャフトに設けられたアイドルギヤが噛み合うことによって後進ギヤ段を設定できるようになっている。
Further, by connecting the
トランスミッション3の入力軸31は上記摩擦クラッチ20(クラッチディスク)に連結されている。また、トランスミッション3の出力軸32の回転は、ディファレンシャルギヤ5及び車軸6などを介して駆動輪7に伝達される。
An
シンクロメッシュ機構300は、セレクトアクチュエータ301及びシフトアクチュエータ302を駆動源としている。それらセレクトアクチュエータ301及びシフトアクチュエータ302の各駆動(作動油流量制御)は油圧制御回路400及びECU100によって制御される。
The
油圧制御回路400は、図2に示すように、セレクトソレノイドバルブ401、シフトソレノイドバルブ402、クラッチソレノイドバルブ403、及び、オイルポンプ404などを備えている。セレクトソレノイドバルブ401、シフトソレノイドバルブ402及びクラッチソレノイドバルブ403はいずれもリニアソレノイドバルブである。また、オイルポンプ404としては、エンジン1の作動によって駆動される機械式オイルポンプや電動オイルポンプが用いられる。
As shown in FIG. 2, the
セレクトソレノイドバルブ401は、ECU100からの指令信号(駆動電流)に応じて、上記自動化マニュアルトランスミッション3のセレクトアクチュエータ301に供給する作動油の流量(油圧:セレクトアクチュエータ301のストローク)を調整するように構成されている。このセレクトアクチュエータ301のピストンロッドがセレクト方向に前進または後退することにより、上記自動化マニュアルトランスミッション3のシンクロメッシュ機構300のセレクト操作が行われる(例えば、特開2010−203586公報参照)。セレクトアクチュエータ301のピストンロッドの移動量(セレクトストローク)はセレクトストロークセンサ501によって検出される。
The
シフトソレノイドバルブ402は、ECU100からの指令信号(駆動電流)に応じて上記自動化マニュアルトランスミッション3のシフトアクチュエータ302に供給する作動油の流量(油圧:シフトアクチュエータ302のストローク)を調整するように構成されている。このシフトアクチュエータ302のピストンロッドがシフト方向に前進または後退することにより、上記自動化マニュアルトランスミッション3のシンクロメッシュ機構300のシフト操作が行われる(例えば、特開2010−203586公報参照)。シフトアクチュエータ302のピストンロッドの移動量(シフトストローク)はシフトストロークセンサ502によって検出される。
The
クラッチソレノイドバルブ403は、ECU100からの指令信号(駆動電流)に応じて、上記自動クラッチ2のクラッチアクチュエータ201に供給する作動油の流量(油圧:クラッチアクチュエータ201のストローク)を調整するように構成されている。このクラッチアクチュエータ201のピストンロッドが前進または後退することにより自動クラッチ2(摩擦クラッチ2)の切断または係合操作が行われる。クラッチアクチュエータ201のピストンロッドの移動量(クラッチストローク)はクラッチストロークセンサ503によって検出される。
The
なお、セレクトソレノイドバルブ401、シフトソレノイドバルブ402、及び、クラッチソレノイドバルブ403の各駆動制御時には駆動電流が連続的に供給される。また、例えばPWM等の高速な電流ON−OFF制御(デューティ制御)であっても出力は実質的に連続となるので、このような場合の通電制御も含まれる。
A drive current is continuously supplied during the drive control of the
−ECU−
ECU100は、上記クラッチ操作装置200及び変速操作装置300の制御などを実行する。また、この例のECU100は、下記のスライディングモード制御系を構成するスライディングモードコントローラ(SMC)101、オブザーバ102及びリミッタ103などを備えている(図2参照)。
-ECU-
The
−サーボ型スライディングモード制御系−
次に、上記スライディングモードコントローラ(SMC)101を含むサーボ型スライディングモード制御系について、図3の制御ブロック図を参照して説明する。なお、自動化マニュアルトランスミッション3のセレクトアクチュエータ301の制御とシフトアクチュエータ302の制御とは基本的に同じであるので、この例ではセレクトアクチュエータ301を代表として説明する。
-Servo type sliding mode control system-
Next, a servo type sliding mode control system including the sliding mode controller (SMC) 101 will be described with reference to a control block diagram of FIG. Since the control of the
図3に示すスライディングモード制御系は、上記スライディングモードコントローラ101、オブザーバ102、及び、リミッタ103などによって構成されており、制御対象Tの状態量(例えば、セレクトアクチュエータ301のストローク変位、ストローク変位速度、ストローク変位加速度)を制御する。
The sliding mode control system shown in FIG. 3 includes the sliding
オブザーバ102は、制御対象Tに入力される制御入力u、及び、制御対象Tの実ストロークy(例えばセレクトストロークセンサ501の検出値)に基づいて、推定状態量[x0^](ストローク変位)、[x1^](ストローク変位速度)、[x2^](ストローク変位加速度)、及び、推定ストローク[y^]を推定する。なお、[x0^]、[x1^]、[x2^]、[y^]は、推定値を表現する一般的な表記である「ハット」の代わりに以後使用するものとし、図面(図3)では一般的な表記を使用するものとする。
The
スライディングモードコントローラ101は、スライディングモード制御理論を適用した公知のサーボコントローラであって、目標ストローク(目標値)rと上記推定ストローク[y^](実ストローク(出力)y)との偏差、及び、上記推定状態量([x0^]、[x1^]、[x2^])が入力される。スライディングモードコントローラ101は、上記目標ストロークrと推定ストローク[y^]との偏差及び上記推定状態量に基づいて制御入力uを算出して制御対象Tに与える。制御入力uは、後述する等価制御入力(線形入力)ueqと切換入力(非線形入力)unlとの2つの制御入力で構成される。
The sliding
ここで、この例のサーボ型スライディングモード制御系においては、セレクトアクチュエータ301の作動油流量(油圧)を制御する、セレクトソレノイドバルブ401の駆動電流の変動(駆動電流ばらつき)を入力外乱として扱っている。
Here, in the servo type sliding mode control system of this example, fluctuations in drive current (drive current variation) of the
なお、図3に示すサーボ型スライディングモード制御系において、リミッタ103は、制御対象Tの入力飽和を考慮して設けられている。
In the servo type sliding mode control system shown in FIG. 3, the
−制御入力設定方法−
次に、この例のスライディングモードコントローラ(SMC)101の制御入力設定方法について説明する。
-Control input setting method-
Next, a control input setting method of the sliding mode controller (SMC) 101 of this example will be described.
<SMC設計用モデル式の導出>
応答性と位置決め精度が重要となるためサーボ系を構築する。まず、サーボ系の設計を行うために、目標値rと出力yとの差の積分値(誤差積分値)zの関係式(下記の(1)式)を定義する。
<Derivation of model formula for SMC design>
Since responsiveness and positioning accuracy are important, a servo system is constructed. First, in order to design the servo system, a relational expression (equation (1) below) of the integral value (error integral value) z of the difference between the target value r and the output y is defined.
状態変数に上記(1)の誤差積分値zを付加した拡大系を用いて、1型のサーボ系を構成する(下記の(2)式の状態方程式)。 A type 1 servo system is configured by using an expansion system in which the error integral value z of (1) above is added to the state variables (state equation (2) below).
上記(2)式の展開を行って、下記のベクトル表記の状態方程式((3)式)とする。 The above expression (2) is expanded into the following vector notation state equation (expression (3)).
<等価制御入力ueq>
スライディングモード制御の2つの制御入力のうち、等価制御入力ueqを導出する。等価制御入力ueqについては、線形入力でスライディングモード状態の系の振る舞いを決める。ここでは、切換関数を以下((4)式)のように定義する。
<Equivalent control input u eq >
Of the two control inputs of the sliding mode control, an equivalent control input u eq is derived. For the equivalent control input u eq , the behavior of the sliding mode state system is determined by a linear input. Here, the switching function is defined as follows (Equation (4)).
スライディングモードのときの切換関数は、 The switching function in sliding mode is
であり、その切換関数σ(x)により、上記状態方程式((5)式)を変形していくと、 When the above state equation (formula (5)) is modified by the switching function σ (x),
となる。そして、上記の式から等価制御入力ueqは以下((6)式)のように表すことができる。 It becomes. From the above equation, the equivalent control input u eq can be expressed as follows (Equation (6)).
<切換超平面Sの設計>
切換超平面Sの設計はシステムの零点を利用する設計法を用いる。具体的には、下記の式(式(7))で表される最適制御のフィードバックゲインFregを切換超平面Sとして選定する方法を用いる。
<Design of switching hyperplane S>
The design of the switching hyperplane S uses a design method that utilizes the zeros of the system. Specifically, a method is used in which the feedback gain F reg of optimum control represented by the following equation (Equation (7)) is selected as the switching hyperplane S.
ただし、Pは、任意のQ>0に対するリカッチ方程式(下記(8)式)の解である。 However, P is a solution of the Riccati equation (equation (8) below) for an arbitrary Q> 0.
ここで、この例の制御入力設定方法では安定余裕を指定する設計法を適用する。すなわち、システム零点の実部が[−ε]以下となるように切換超平面Sを設定する。具体的には、下式((9)式)のようにA行列を与え、リカッチ方程式から切換超平面Sを設定する。 Here, in the control input setting method of this example, a design method for specifying a stability margin is applied. That is, the switching hyperplane S is set so that the real part of the system zero is not more than [−ε]. Specifically, the A matrix is given as in the following equation (Equation (9)), and the switching hyperplane S is set from the Riccati equation.
なお、以上の切換平面Sの求め方は一例であって、一般に知られている他の方法で切換平面Sを求めるようにしてもよい。 The above method of obtaining the switching plane S is an example, and the switching plane S may be obtained by other generally known methods.
<切換入力unlの設計>
スライディングモード制御の2つの制御入力のうち、切換入力(到達入力)unlを導出する。具体的には、まず、スライディングモード(σ→0)を実現するために、リアプノフ関数の候補を次式のように選ぶ。
<Design of switching input unl >
Of the two control inputs of the sliding mode control, a switching input (arrival input) unl is derived. Specifically, in order to realize the sliding mode (σ → 0), a Lyapunov function candidate is selected as follows:
このとき、制御入力が下記の条件 At this time, the control input is
を満たすならば、スライディングモードの存在条件として If it satisfies, as the existence condition of sliding mode
が成り立つ。このような条件を踏まえて、切換入力unlを以下のように定義する。 Holds. Based on such conditions, the switching input unl is defined as follows.
ここで、(10)式のksmcは切換入力ゲインであり、この切換入力ゲインksmcが正の値(ksmc>0)となるように選定すれば、上記リアプノフ関数の微分値を負の値とすることができ、安定なスライディングモードの実現が可能になる。 Here, k smc in the equation (10) is a switching input gain. If the switching input gain k smc is selected to be a positive value (k smc > 0), the differential value of the Lyapunov function is negative. Value, and a stable sliding mode can be realized.
なお、チャタリング防止のために平滑関数パラメータδを用いて平滑関数化した。その平滑化した切換入力unlを図4に示す。この図4に示すように、平滑関数パラメータδを大きい値とすれば、切換入力unlはより平滑化されてチャタリングが小さくなるが、ロバスト性は低下する傾向となる。平滑関数パラメータδを小さい値とすれば、ロバスト性を保つことはできるが、チャタリングが大きくなる傾向となる。 In order to prevent chattering, a smoothing function was made using the smoothing function parameter δ. FIG. 4 shows the smoothed switching input unl . As shown in FIG. 4, if the smoothing function parameter δ is set to a large value, the switching input unl is further smoothed to reduce chattering, but the robustness tends to decrease. If the smoothing function parameter δ is set to a small value, robustness can be maintained, but chattering tends to increase.
<パラメータチューニング>
・切換入力設定値のチューニング
切換入力ゲイン(到達入力ゲイン)ksmcを決定する指針として、マッチング条件を満たすばらつきの最大値dmaxよりも切換入力ゲインksmcを大きい値に設定することが挙げられる。このような設定を行うことによりロバスト性を確保することができる。この例では、上述の如く、セレクトソレノイドバルブ401の駆動電流の変動を入力外乱として扱っているので、想定する電流変動の最大値よりも大きな値となるように切換入力ゲインksmcを設定する。
<Parameter tuning>
- as a guide for determining the switching input set value of the tuning switching input gain (reaching input gain) k smc, cited be set to a large value switching input gain k smc than the maximum value d max of the matching condition is satisfied variations . By performing such setting, robustness can be ensured. In this example, as described above, since the fluctuation of the drive current of the
なお、制御の追従性を上げるには切換超平面Sを大きくすればよいが、切換超平面Sを大きな値とすると、切換入力ゲインksmcも大きな値となってしまい、チャタリングを誘発しやすくなるため、この点を考慮して切換入力ゲインksmcを設定する。 It should be noted that the switching hyperplane S may be increased in order to improve control followability. However, if the switching hyperplane S is set to a large value, the switching input gain k smc also becomes a large value, and chattering is likely to be induced. Therefore, the switching input gain k smc is set in consideration of this point.
・平滑関数パラメータδのチューニング
まず、平滑関数パラメータδの決定条件つまりロバスト性能を損なわずにチャタリングを打ち消すための平滑関数パラメータδの必要条件について以下に説明する。
Tuning of Smooth Function Parameter δ First, the condition for determining the smooth function parameter δ, that is, the necessary condition of the smooth function parameter δ for canceling chattering without impairing the robust performance will be described below.
この例の制御入力設定方法では、定常偏差発生時の切換関数σについては状態量の変化量がないと考えられるので、 In the control input setting method of this example, it is considered that there is no change amount of the state quantity for the switching function σ when the steady deviation occurs.
と導くことができる。つまり、これらの式は、誤差eを速度として切換関数σの値が増加することを意味している。 Can lead to. That is, these expressions mean that the value of the switching function σ increases with the error e as a speed.
いま、const=0と仮定し、制御仕様(例えばダイアグノーシス条件)等から与えられた制御目標性能(定常偏差[例えば0.5mm]、定常偏差許容時間[例えば700ms継続])に基づいて、スライディングモードから離れてもよい定常偏差量(定常偏差限界σe)を算出する。ここで、入力外乱を包括できる切換入力unlの大きさは決められているので、想定される入力外乱(上記した駆動電流のばらつき)よりも大きくなるように平滑関数パラメータδを設定すればよい。具体的には、上記定常偏差限界σeに安全率を見込んだ値σth[σe−安全率]を用い、その値σth[σe−安全率]の時に、切換入力unlが入力変動最大値dmaxよりも上回るように平滑関数パラメータδを設定することで、入力変動に対するロバスト性を確保することができる。 Now, assuming that const = 0, sliding based on control target performance (steady deviation [for example, 0.5 mm], steady deviation allowable time [for example, 700 ms duration]) given from control specifications (for example, diagnosis conditions), etc. A steady deviation amount (steady deviation limit σ e ) that may deviate from the mode is calculated. Here, since the magnitude of the switching input u nl that can include the input disturbance is determined, the smoothing function parameter δ may be set to be larger than the assumed input disturbance (the above-described variation in driving current). . More specifically, a value σ th [σ e −safety factor] that anticipates a safety factor is used as the steady deviation limit σ e , and when the value σ th [σ e −safety factor] is satisfied , the switching input unl is input. By setting the smoothing function parameter δ so as to exceed the fluctuation maximum value d max, robustness against input fluctuation can be ensured.
図4を参照して、平滑関数パラメータδの設定方法の具体的な例について説明する。図4には、定常偏差σを横軸とし、切換入力unlを縦軸とする座標を示している。 A specific example of a method for setting the smoothing function parameter δ will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows coordinates with the steady deviation σ as the horizontal axis and the switching input un nl as the vertical axis.
この図4の座標(σ−unl座標)上において、上記定常偏差限界σe(算出値)に安全率を見込んだ値σth[σe−安全率]と入力最大変動値σmax(上記入力外乱の想定値)とによって定まる点をPaとし、その点Paと座標の原点[0,0]とを結ぶ直線Laよりも切換入力unl軸(縦軸)側の範囲で平滑関数パラメータδを設定する。 On the coordinates (σ- unl coordinate) in FIG. 4, a value σ th [σ e −safety factor] that takes into account the safety factor in the steady deviation limit σ e (calculated value) and the input maximum fluctuation value σ max (above The point determined by the input disturbance (assumed value) is Pa, and the smoothing function parameter δ is within the range of the switching input unl axis (vertical axis) side from the straight line La connecting the point Pa and the origin of coordinates [0, 0]. Set.
このようにして平滑関数パラメータδを設定することにより、σth[σe−安全率]の時に切換入力unlが入力変動最大値dmaxよりも上回るようになり、入力変動に対するロバスト性を確保することができる。そして、図4に示す座標の直線Laよりも切換入力unl軸(縦軸)側の範囲で、かつ、スライディングモードのチャタリングが発生しない範囲で平滑関数パラメータδをなるべく小さい値に設定することで、ロバスト性を確保しつつ、チャタリングを抑制することができる。 By setting the smoothing function parameter δ in this way, the switching input un nl exceeds the input fluctuation maximum value d max when σ th [σ e −safety factor], and robustness against input fluctuation is ensured. can do. Then, by setting the smoothing function parameter δ to a value as small as possible within the range on the switching input unl axis (vertical axis) side of the coordinate line La shown in FIG. 4 and in the range where chattering in the sliding mode does not occur. Chattering can be suppressed while ensuring robustness.
以上のように、図4に示す座標を用いて、定常偏差限界σe(算出値)に安全率を見込んだ値σthと入力変動最大値dmax(想定値)とに基づいて平滑関数パラメータδを設定することにより、ロバスト性を確保しつつ、スライディングモードのチャタリングを抑制する平滑関数パラメータδを理論的(可視的)に設定することができるので、作業者(個人差)によるチューニング結果及びチューニング工数のばらつきを少なくすることができるとともに、チューニング工数の低減化を図ることができる。 As described above, using the coordinates shown in FIG. 4, the smoothing function parameter based on the value σ th in which the safety factor is expected in the steady deviation limit σ e (calculated value) and the input fluctuation maximum value d max (assumed value). By setting δ, it is possible to theoretically (visually) set the smoothing function parameter δ that suppresses the chattering of the sliding mode while ensuring the robustness, so that the tuning result by the operator (individual difference) and The variation in tuning man-hours can be reduced, and the tuning man-hours can be reduced.
また、図4に基づいて、平滑関数パラメータδのチューニング結果がロバスト性を満足するか否かを一目で確認することが可能になる。これにより、チューニング後のロバスト性の確認を実機にて評価する、という作業を省略することが可能になる。 Further, based on FIG. 4, it is possible to confirm at a glance whether or not the tuning result of the smoothing function parameter δ satisfies the robustness. This makes it possible to omit the work of evaluating the robustness after tuning with an actual machine.
なお、以上の例では、平滑関数パラメータδを、定常偏差限界σeに安全率を見込んだ値σth[σe−安全率]と入力最大変動値σmaxとによって定まる点Paと座標の原点[0,0]とを結ぶ直線Laよりも切換入力unl軸(縦軸)側の範囲で設定しているが、これに限られることなく、図4に示す座標上で定常偏差限界σeと入力最大変動値σmaxとによって定まる点Pbと座標の原点[0,0]とを結ぶ直線Laよりも切換入力unl軸(縦軸)側の範囲で平滑関数パラメータδを設定するようにしてもよい。このような設定方法を採用しても、定常偏差限界σeの時に切換入力unlが入力変動最大値dmaxよりも上回るようになり、入力変動に対するロバスト性を確保することができる。 In the above example, the smoothing function parameter δ is set to a point Pa determined by a value σ th [σ e −safety factor] that takes into account the safety factor in the steady-state deviation limit σ e and the input maximum fluctuation value σ max and the origin of the coordinates. Although it is set in the range on the switching input unl axis (vertical axis) side from the straight line La connecting [0, 0], the present invention is not limited to this, and the steady deviation limit σ e on the coordinates shown in FIG. And the smoothing function parameter δ is set in a range on the switching input unl axis (vertical axis) side of the straight line La connecting the point Pb determined by the input maximum fluctuation value σ max and the origin [0, 0] of the coordinates. May be. Even if such a setting method is adopted, the switching input unl becomes higher than the input fluctuation maximum value d max when the steady deviation limit σ e is reached, and robustness against the input fluctuation can be ensured.
また、以上の例では、自動化マニュアルトランスミッション3のセレクトアクチュエータ301(シフトアクチュエータ302)の制御の例について説明したが、自動クラッチ2のクラッチアクチュエータ201の制御についても、同様な手法により平滑関数パラメータδを設定してもよい。
In the above example, the control example of the select actuator 301 (shift actuator 302) of the automatic
−他の実施形態−
以上の例では、自動化マニュアルトランスミッションのアクチュエータをスライディングモードサーボ制御にて制御する場合の例について説明したが、本発明はこれに限られることなく、状態量が時間的に変化するものであれば、任意の制御対象の状態量をスライディングモードサーボ制御(状態量に誤差積分値z=∫(r−y)dtを含むサーボ制御)にて制御する場合にも適用可能である。
-Other embodiments-
In the above example, the example in which the actuator of the automated manual transmission is controlled by the sliding mode servo control has been described, but the present invention is not limited to this, as long as the state quantity changes with time, The present invention can also be applied to a case where a state quantity to be controlled is controlled by sliding mode servo control (servo control including an error integral value z = ∫ (ry) dt in the state quantity).
例えば、クラッチ及びブレーキと遊星歯車装置とを用いてギヤ段を設定する自動変速機や、変速比を無段階に調整するベルト式の無段変速機(CVT:Continuously Variable Transmission)などの他の変速機のアクチュエータをスライディングモードサーボ制御(状態量に誤差積分値z=∫(r−y)dtを含むサーボ制御)にて制御する場合にも本発明は適用可能である。また、例えば、内燃機関、制動装置(ブレーキ)、電動機などの各種機器・装置を制御対象としてスライディングモードサーボ制御を行う場合にも適用可能である。 For example, other transmissions such as an automatic transmission that sets a gear stage using a clutch and brake and a planetary gear device, or a belt-type continuously variable transmission (CVT) that continuously adjusts a transmission gear ratio. The present invention can also be applied to the case where the actuator of the machine is controlled by sliding mode servo control (servo control including an error integral value z = ∫ (ry) dt in the state quantity). Further, for example, the present invention can also be applied to the case where sliding mode servo control is performed on various devices and devices such as an internal combustion engine, a braking device (brake), and an electric motor as control targets.
本発明は、例えばアクチュエータなどの制御系に用いられるスライディングモード制御装置の制御入力設定方法に利用可能であり、さらに詳しくは、スライディングモード制御の切換入力(非線形入力)の平滑関数パラメータを設定する方法に有効に利用することができる。 The present invention can be used for a control input setting method of a sliding mode control device used in a control system such as an actuator, and more specifically, a method of setting a smoothing function parameter of a switching input (nonlinear input) of sliding mode control. Can be used effectively.
100 ECU
101 スライディングモードコントローラ
102 オブザーバ
T 制御対象
2 自動クラッチ
201 クラッチアクチュエータ
3 自動化マニュアルトランスミッション
301 セレクトアクチュエータ
302 シフトアクチュエータ
400 油圧制御回路
401 セレクトソレノイドバルブ
402 シフトソレノイドバルブ
403 クラッチソレノイドバルブ
501 セレクトストロークセンサ
502 シフトストロークセンサ
503 クラッチストロークセンサ
100 ECU
DESCRIPTION OF
Claims (2)
スライディングモードのチャタリングを平滑関数を用いて抑制する場合に、その平滑関数パラメータを、定常偏差と切換入力とを座標軸とする座標上で定常偏差限界と入力変動最大値とによって定まる点と座標の原点とを結ぶ直線よりも切換入力軸側の範囲で設定することを特徴とするスライディングモード制御装置の制御入力設定方法。 A sliding mode control device that calculates a control input for converging the state quantity on a switching hyperplane set by a switching function having a state quantity of a controlled object as a variable, and controls the controlled object by sliding mode servo control. A control input setting method to be applied,
When the smoothing function is used to suppress the chattering in the sliding mode, the smooth function parameters are determined by the steady deviation limit and the input fluctuation maximum value on the coordinates with the steady deviation and the switching input as the coordinate axes, and the origin of the coordinates. A control input setting method for a sliding mode control device, characterized in that setting is made in a range on the switching input shaft side with respect to a straight line connecting the two.
前記平滑関数パラメータを、前記座標上で定常偏差限界に安全率を見込んだ値と前記入力変動最大値とによって定まる点と前記座標の原点とを結ぶ直線よりも切換入力軸側の範囲で設定することを特徴とするスライディングモード制御装置の制御入力設定方法。 In the control input setting method of the sliding mode control device according to claim 1,
The smoothing function parameter is set in a range closer to the switching input shaft than a straight line connecting a point determined by a value that allows for a safety factor in a steady deviation limit on the coordinates and the input fluctuation maximum value and the origin of the coordinates. A control input setting method for a sliding mode control device.
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