JP2009512007A

JP2009512007A - オブザーバによって物理系システムの状態を決定する方法

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Publication number: JP2009512007A
Application number: JP2008534124A
Authority: JP
Inventors: トマスシェール; ペテルルェルケンス
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2009-03-19
Also published as: ATE441881T1; EP1934658A2; EP1934658B1; CN101283316A; WO2007039860A2; US20080275575A1; WO2007039860A3; DE602006008968D1

Abstract

オブザーバ18を使用することにより物理系システム2の状態の推定を決定する方法が記載され、前記オブザーバは、前記物理系システムの数学的モデル6を含む。オブザーバ18は、前記数学的モデルのエンティティY1b,Y2b,Y3b,...の推定値を提供するために、前記物理系システムの少なくとも一つのエンティティY1,Y2,Y3,...の値と、前記物理系システムへも供給される入力エンティティINの値と、を供給される。少なくとも１つの推定値Y1bは、誤り値e1を提供するために、関連される所与の参照値Y1refと比較される。所与の参照値Y1refは、関連される監視されるエンティティY1と比較され、等しくなる場合ttrigに、誤り値e1は、推定値Y1b,Y2b,Y3b,...の補正に関して使用される。

Description

本発明は、請求項１の前文に記載のオブザーバを用いることにより物理系システムの推定される状態を決定する方法、及び請求項３の前文に記載のオブザーバ、に関する。

上述の種類の方法は、"Observer-based Resolver Conversion in Industrial Servo Systems",PCIM 2001 Conference,June 21,2001,Nurnberg,Germany,by George Ellis and Dr. Jens Krah(http://www.motionvillage.com/welcome_center/articles/pcim2001rd_observer.pdf)の記事において開示されている。

オブザーバは、他の状態の測定に基づきシステムの内部状態を決定するのに一般的に使用される。オブザーバは、しばしば、センサを実装することが実用的でない又は高価すぎるので、観察される状態が測定され得ないような場合に適用され得る。オブザーバは、測定される信号の品質を単純に向上させるのにも使用され得る。例えば、リゾルバは、モータ位置を測定するが、そうする場合に、かなりの位相遅延を加える。オブザーバは、このような位相遅延を取り除く。オブザーバに物理系システムへ供給されるのと同一の入力データを供給することによって、オブザーバは、特定のエンティティの推定値すなわち当該システムの状態を決定し、これらは、この推定値の少なくとも１つを参照値と比較することによって当該システムを制御するのに使用され得る。

従来技術の方法は、モデル化されるシステムの対応するエンティティの推定値との比較のために、システムのエンティティの値を供給するアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）の使用を必要としている。オブザーバを用いたＡＤＣの使用の不利な点は、これらが時間遅延を生じさせ、制限された変換速度及び制限された解像度のみを可能にし、全体としてシステムの複雑性及び費用を増加させることである。

本発明の目的は、上述の従来技術の欠点を解決することである。

本発明の目的は、請求項１に記載の方法を提供することによって達成される。

したがって、何のＡＤＣも必要とされず、ＡＤＣの使用と関連付けられる全ての不利な点は取り除かれる。

本発明の上述の目的は、請求項３に記載のオブザーバを提供することによっても達成される。

本発明は、添付の図面を参照にして、以下の例証的な実施例の説明から更に徐々に明らかになる。

図１に示される従来技術の回路の図は、基本的に、物理系システム２及びオブザーバ４を示す。オブザーバ４は、物理系システム２の数学的モデル６、クロック８、除算部１０、ベクトル乗算器１２、タイマ１４、及びアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）１６を含む。

クロック８は、数学的モデルすなわちモデル化されたシステム６に、クロックパルスclkを供給する。モデル６は、各クロックパルスを用いて、評価され、すなわち、最近の入力値及び以前の評価された値に依存し、モデル６のエンティティの値を決定する。モデル６は、モデル６のエンティティのうちの特定のエンティティY1b,Y2b,Y3b,...が物理系システム２のエンティティY1,Y2,Y3,...に対応するように設計される。モデル６は、物理系システム２へも供給される入力INを供給される。したがって、モデル６の各評価を含む、適切に設計されたモデル６を用いた場合、モデル６の前記特定のエンティティY1b,Y2b,Y3b,...は、物理系システム２の対応するエンティティY1,Y2,Y3,...の値と同一である値を有するべきである。したがって、前記モデルの前記特定のエンティティY1b,Y2b,Y3b,...の値は、推定値と呼ばれ、簡略性のために、Y1b,Y2b,Y3b,...ともここでは呼ばれる。

推定値Y1b,Y2b,Y3b,...は、物理系システムのエンティティY1,Y2,Y3,...の測定が必要とされ得る物理系システムのエンティティY1,Y2,Y3,...の値を用いる代わりに、制御目的のためなどの更なる処理に関して使用され得る。こうすることによって、全体として回路は、導入及び維持に関して低減された費用を有して物理的に相対的に簡素にされ得る。

しかし、モデル６は、完璧であり得なく、すなわち、物理系システム２に正確に同一に動作し得ない。したがって、以下に説明されるように、実際値と関連される推定値との間の差を補償することは知られている。

物理系システム２の少なくとも一つのエンティティ、例えばY1、が監視される。実際に、監視されるエンティティY1は測定され、この測定値は、ＡＤＣ１６によってデジタル値Y1dへ変換される。モデル６は、前記エンティティY1に対応するモデル６のエンティティの推定値（Y1b)を提供するように設計される。

推定値Y1bは、推定される差すなわち差e1を提供するために、除算部10によってデジタル値Y1dから除算される。

乗算器１２は、e1をベクトルkにより乗算する。ベクトルkの要素k1,k2,k3,...は、モデルの異なるエンティティY1b,Y2b,Y3b,...のそれぞれと関連付けられる。結果として、乗算器１２は、差e1倍のベクトルkの各要素ki(i=1,2,3,...)からなるベクトルcを提供する。ベクトルcは、モデル６へ供給される。ベクトルcは、記憶され、そしてタイマ１４による固定間隔を用いて発生される各イベントTrig1によりリフレッシュされる。ＡＤＣ１６、除算部１０及び乗算器１２を動作させるのに必要であるのはトリガーイベントTrig1においてのみである。

ベクトルcの要素c1,c2,c3,...は、モデル６のエンティティY1b,Y2b,Y3b,...のそれぞれを補償するために使用され、特にこれらを加えることによってY1b+c1,Y2b+c2,Y3b+c3,...のそれぞれを得るために、また差e1が低減されるように、使用される。

図１に示される従来技術のオブザーバ４を用いたＡＤＣの使用は、欠点を有している。この使用は、時間遅延を導入し、制限された変換速度及び制限された解像度のみを可能にし、そして複雑性を増加させる。

図２において示される回路は、従来技術のオブザーバ４の欠点を緩和するために従来技術のオブザーバ４とは異なる、本発明に従うオブザーバ１８を含む。

図２に示されるオブザーバ１８は、図１に示されるオブザーバ４とは、オブザーバ４のタイマ１４及びＡＤＣ１６が省略され、比較器２０が加えられる点において、相違する。更に、物理系システムの監視されるエンティティY1の実時間の値の代わりに、前記エンティティY1と関連付けられる所与の参照値Y1refが、除算部１０へ供給される。比較器２０は、バイナリ出力を提供するために、物理系システム２のアナログの種類のエンティティY1とそれに関連付けられる参照値Y1refとを比較し、これらの値の論理レベルは、比較される値Y1及びY1refが等しくなる場合に変化する。このようなレベル変化の発生は、図１を参照して説明される推定値の補償を実行するために、モデル６をトリガーするのに使用される。

比較される値Y1及びY1refが等しくなる場合、除算要素１０へ供給される値は、Y1b及びY1と同一である。したがって、その場合に、オブザーバ１８は、Y1b及びY1の同一の等しい値に関して、図１のオブザーバ４と同じ仕方で動作する。しかし、両方のオブザーバの間における主な且つ有利な相違点は、図２のオブザーバ１８が、高価で、時間制限的で、複雑性を増加させるアナログ・デジタル変換器を使用しないことである。

従来技術のオブザーバ４を用いる場合、Trig1によって表されるトリガーイベントは、規則的な固定間隔で発生する。本発明に従うオブザーバ１８を用いる場合、Trig2によって表されるトリガーイベントは、事前には未知であり且つ概ね不規則である時間において発生する。

Trig2の変化は特定の観察時間内において十分頻繁に発生することを考慮されなければならない。したがって、参照値Y1refは物理系システム２の関連付けられるエンティティY1の値範囲内において適切に選択されなければならない。このことは、設計事項及び回路の所要な仕様であり、本質的に本発明の一部分ではない。

図３は、物理系システム２の前記１つのエンティティY1及び前記１つのエンティティY1に対応するモデル６のエンティティY1bの時間図を示す。

図３によって例示されるように、時間ttrigにおいて、比較器２０は、エンティティすなわち入力間の差の符号の変化に直面し、その場合に結果として、補償ベクトルcが計算され、推定エンティティY1b,Y2b,Y3b,...の値は、この値に補償ベクトルcの適切な要素c1,c2,c3,...を加えることによって、補償される。

推定値Y1b,Y2b,Y3b,...の補償ステップを実行するのを可能にするために、物理系システム２の監視されるエンティティY1の値は、少なくとも一度、参照値Y1refになる、及び／又は通過する（横断する）べきである。

上述の本発明に従う方法及びオブザーバは、当業者によって、請求項によって記載される本発明の範囲から逸脱することなく、修正され得る。

例えば、上述の方法及びオブザーバは、いかなる数の監視されるエンティティY1,Y2,Y3,...、所与の参照値Y1b,Y2b,Y3b,...、推定値Y1b,Y2b,Y3b,...、及び差e1,e2,e3...のそれぞれに関しても適用され得る。トリガーイベント(Trig2)は、この場合、いずれかの監視されるエンティティY1,Y2,Y3,...がそれに関連付けられる参照値Y1ref,Y2ref,Y3ref,...のそれぞれに等しくなることの発生によって規定される。

図１は、従来技術のオブザーバによって観察される物理系システムの回路図を示す。図２は、本発明に従うオブザーバによって観察される、図１の物理系システムの回路図を示す。図３は、物理系システムのエンティティ及び図２のオブザーバのモデル化されたシステムの対応するエンティティの時間図を示す。

Claims

オブザーバを使用することにより物理系システムの推定される状態を決定する方法であって、前記物理系システムの数学的モデルを含む前記オブザーバは、監視されるべきエンティティを供給され、前記数学的モデルは、前記物理系システムへも供給される入力エンティティの値を供給され、前記数学的モデルの及び前記数学的モデルによるエンティティの推定値を提供するために、トリガーイベントの発生において、監視されるエンティティに関連される値は、誤り値を提供するために、前記監視されるエンティティの関連される推定値と比較され、そして前記誤り値は、前記推定値の補正に関して使用される、方法において、前記監視されるエンティティに関連される値は所与の参照値であり、前記監視されるエンティティは前記参照値と比較され、前記トリガーイベントは、前記監視されるエンティティが前記参照値と等しくなることの発生である、方法。
請求項１に記載の方法であって、前記物理系システムの２つ以上のエンティティが監視され、前記監視されるエンティティが、前記監視されるエンティティに関連される所与の参照値とそれぞれ比較され、そして前記トリガーイベントは、いずれかの監視されるエンティティが該エンティティに関連される参照値と等しくなることの発生である、方法。
物理系システムの推定される状態を決定するオブザーバであって、前記物理系システムの数学的モデルを含む前記オブザーバは、監視されるべき前記システムのエンティティを供給され、前記数学的モデルは、前記物理系システムへも供給される入力エンティティの値を供給され、前記数学的モデルの及び前記数学的モデルによるエンティティの推定値を提供するために、トリガーイベントの発生において、除算手段は、誤り値を提供するために、監視されるエンティティに関連される値から、前記関連される監視されるエンティティの前記推定値を除算し、そして前記誤り値は、前記推定値の補正に関して使用される、オブザーバにおいて、前記監視されるエンティティを所与の参照値と比較する比較器手段が提供され、前記比較器手段は、前記監視されるエンティティが前記参照値と等しくなる場合に前記トリガーイベントの発生を決定する、オブザーバ。
請求項３に記載のオブザーバであって、前記数学モデルが、前記物理系システムの２つ以上のエンティティを供給され、前記比較器手段は前記監視されるエンティティと関連付けられる所与の参照値と各監視されるエンティティを比較するように構成され、そして前記比較器手段は、いずれかの監視されるエンティティが該エンティティに関連される参照値と等しくなる場合に前記トリガーイベントの発生を決定する、オブザーバ。