JP2014016796A - Vehicle positioning control device and vehicle positioning control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スライディングモード制御に従って車両の位置決め制御を行う車両位置決め制御装置及び車両位置決め制御方法に関し、特に、減速器を構成する歯車のバックラッシュのように不連続に変化する強い非線形性を持つ要素を含む車両に適用した場合に、スライディングモード制御のロバスト性の悪化を避けつつ、チャタリングを抑制できるようにしたものである。 The present invention relates to a vehicle positioning control device and a vehicle positioning control method for performing vehicle positioning control in accordance with sliding mode control, and more particularly to an element having strong nonlinearity that changes discontinuously like a backlash of a gear constituting a speed reducer. When applied to a vehicle including the above, chattering can be suppressed while avoiding deterioration of the robustness of the sliding mode control.
本発明に関係する従来の技術としては、例えば、特許文献１に記載された制御方法がある。即ち、特許文献１に記載された制御方法は、産業用ロボットの各軸を駆動するモータのように負荷パラメータが大きく変動し、非線形要素を含む制御対象にスライディングモード制御を適用したものである。具体的には、推定パラメータに基づいたシステムモデル式を用いて算出した外乱算出値や、外乱オブザーバによる外乱推定値を用いて、スライディングモード制御の切換制御のゲイン調整を行うことで、チャタリングを抑制するようにしている。 As a conventional technique related to the present invention, for example, there is a control method described in Patent Document 1. In other words, the control method described in Patent Document 1 applies sliding mode control to a control target that includes a nonlinear element, in which a load parameter varies greatly like a motor that drives each axis of an industrial robot. Specifically, chattering is suppressed by adjusting the gain of sliding mode control switching control using disturbance calculation values calculated using system model formulas based on estimated parameters and disturbance observer estimated values. Like to do.
ここで、上記従来の技術において、制御対象としている産業用ロボット等を駆動する場合にモータに加わる負荷イナーシャや非線形項は、切換制御の動特性に比べて比較的遅く滑らかに変動する。従って、そのような制御対象に上記従来の技術を適用することには大きな不具合はない。
しかしながら、上記従来の技術を、歯車のバックラッシュのような不連続に変化する強い非線形性を持つ要素を含むシステムに適用すると、チャタリングが発生するという問題点が顕在化してしまう。
Here, in the above-described conventional technique, when driving an industrial robot or the like to be controlled, the load inertia and the nonlinear term applied to the motor fluctuate relatively slowly and smoothly compared to the dynamic characteristics of the switching control. Therefore, there is no major problem in applying the conventional technique to such a control target.
However, when the above-described conventional technique is applied to a system including an element having a strong non-linearity that changes discontinuously such as a gear backlash, a problem that chattering occurs becomes obvious.
本発明は、このような従来の技術が有する未解決の問題点に着目してなされたものであって、減速器を構成する歯車のバックラッシュのように不連続に変化する強い非線形性を持つ要素を含む車両に適用した場合であっても、スライディングモード制御のロバスト性の悪化を避けつつ、チャタリングを抑制できる車両位置決め制御装置及び車両位置決め制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such unsolved problems of the prior art, and has a strong non-linearity that changes discontinuously like a backlash of a gear constituting the speed reducer. It is an object of the present invention to provide a vehicle positioning control device and a vehicle positioning control method capable of suppressing chattering while avoiding deterioration of robustness of sliding mode control even when applied to a vehicle including elements.
上記課題を解決するため、本発明の一態様である車両位置決め制御装置及び車両位置決め制御方法は、車両の目標軌道と実際の軌道との偏差である追従誤差を検出し、車両が目標軌道を追従するように追従誤差に基づきスライディングモード制御に従って当該車両を制御する一方、追従誤差の変化率に基づいて、スライディングモード制御の指令値の切り換えに用いる近似切換関数の傾きを調整するようにした。 In order to solve the above problems, a vehicle positioning control device and a vehicle positioning control method according to an aspect of the present invention detect a tracking error that is a deviation between a target trajectory of a vehicle and an actual trajectory, and the vehicle follows the target trajectory. As described above, the vehicle is controlled according to the sliding mode control based on the tracking error, and the inclination of the approximate switching function used for switching the command value of the sliding mode control is adjusted based on the change rate of the tracking error.
本発明によれば、スライディングモード制御の指令値の切換に用いる近似切換関数の傾きが、追従誤差の変化率に基づいて可変となっているため、スライディングモード制御のロバスト性を損なうことなく、ゲイン調整の遅れを少なくしてチャタリングを抑制することが可能となる。 According to the present invention, since the slope of the approximate switching function used for switching the command value of the sliding mode control is variable based on the change rate of the tracking error, the gain of the sliding mode control is not impaired. Chattering can be suppressed by reducing the adjustment delay.
以下、本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
（構成）
図１は、本発明に係る車両位置決め制御装置及び車両位置決め制御方法を適用した車両の概略構成図である。
即ち、この車両１００は、走行するための駆動源としての電気モータ１と、その電気モータ１で発生した回転トルクを減速して駆動輪である前輪４ＦＬ、４ＦＲ側の車軸２Ａに伝達する減速器２と、を有している。従って、電気モータ１で発生した駆動トルクは、減速器２で減速されて車軸２Ａに伝達し、その車軸２Ａに伝達された駆動トルクによって前輪４ＦＬ、４ＦＲが回転駆動する。なお、電気モータ１には、その電気モータ１の回転速度を検出するためのレゾルバ３が設けられていて、そのレゾルバ３から出力された検出信号は、図示しないＣＰＵやインタフェース回路などから構成された車両位置決め制御コントローラ１４に供給されるようになっている。
Embodiments of the present invention will be described below.
(First embodiment)
(Constitution)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vehicle to which a vehicle positioning control device and a vehicle positioning control method according to the present invention are applied.
That is, the
また、前輪及び後輪としての車輪４ＦＬ〜４ＲＲのそれぞれには、ブレーキアクチュエータ５ＦＬ〜５ＲＲと、ブレーキディスク６ＦＬ〜６ＲＲとが設置されていて、これにより、車輪４ＦＬ〜４ＲＲのそれぞれに制動トルクが発生するようになっている。
そして、車輪４ＦＬ〜４ＲＲには、それぞれの回転速度を検出する車輪速センサ７ＦＬ〜７ＲＲが設けられていて、それら車輪速センサ７ＦＬ〜７ＲＲから出力された検出信号は、車両位置決め制御コントローラ１４に供給されるようになっている。
In addition, brake actuators 5FL to 5RR and brake disks 6FL to 6RR are installed on the wheels 4FL to 4RR as front wheels and rear wheels, respectively, thereby generating braking torque on the wheels 4FL to 4RR. It is supposed to be.
The wheels 4FL to 4RR are provided with wheel speed sensors 7FL to 7RR for detecting respective rotational speeds, and the detection signals output from the wheel speed sensors 7FL to 7RR are supplied to the vehicle
また、車両１００は、ドライバによって操舵可能なステアリングホイール８を有し、ドライバがステアリングホイール８を操舵すると、ステアリングコラム８Ａを含む操舵系を介して転舵輪としての前輪４ＦＬ、４ＦＲに転舵角が発生するようになっている。なお、ステアリングコラム８Ａ以外の操舵系については、公知の構成が適用されるものであるため、ここでの図示及び詳細な説明は省略する。
In addition, the
そしてステアリングコラム８Ａには、操舵角を検出するための操舵角センサ９が設けられていて、その操舵角センサ９から出力された検出信号が、車両位置決め制御コントローラ１４に供給されるようになっている。
また、車両１００の運転席近傍の位置には、ドライバ操作可能な例えばタッチパネル式の入力装置１０が設置されている。そして、ドライバは、その入力装置１０を操作することで、この車両１００の位置決め制御における目標距離と到達時間などを指定することができる。入力装置１０に入力された情報は、車両位置決め制御コントローラ１４に供給されるようになっている。
The
Further, for example, a touch panel
車両１００には、アクセルペダル、ブレーキペダルも設けられている。図１には、模式的にアクセル・ブレーキペダル１１として図示している。ドライバは、これらペダルを操作することで、車両１００を加速又は減速させることができる。なお、アクセル・ブレーキペダル１１には、それらペダル操作の状態を検出するストロークセンサ１１Ａが設けられていて、ストロークセンサ１１Ａから出力された検出信号は、車両位置決め制御コントローラ１４に供給されるようになっている。なお、アクセル・ブレーキペダル１１には、外部からの制御信号に応じてそれらアクセルペダル及びブレーキペダルの踏み込み反力を調整可能なペダル反力アクチュエータ１１Ｂが設けられている。
The
さらに、車両１００は、前後方向の加速度を検出する前後加速度センサ１２を有している。前後加速度センサ１２から出力された検出信号は、車両位置決め制御コントローラ１４に供給されるようになっている。
さらに、車両１００は、車両位置決め制御コントローラ１４とは別に、図示しないＣＰＵやインタフェース回路などから構成されたローカルコントローラ１３を有している。このローカルコントローラ１３は、上位コントローラとしての車両位置決め制御コントローラ１４から供給される指令信号に応じて所定の演算処理を実行し、電気モータ１、ブレーキアクチュエータ５ＦＬ〜５ＲＲ、ペダル反力アクチュエータ１１Ｂのそれぞれに対して制御信号を出力するようになっている。
Further, the
In addition to the
図２は、本実施形態における制御系の全体構成を示すブロック図である．
即ち、図２は、車両１００の位置決め制御系全体の構成を示しており、位置決め制御系の機能としては、目標軌道生成部２００と、追従制御部としてのモデル追従制御部３００と、を有している。これら各機能は、実際には、車両位置決め制御コントローラ１４、ローカルコントローラ１３、電気モータ１、ブレーキアクチュエータ５ＦＬ〜５ＲＲ、車輪速センサ７ＦＬ〜７ＲＲ等を含んで構成されている。
FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the control system in the present embodiment.
That is, FIG. 2 shows the configuration of the entire positioning control system of the
目標軌道生成部２００には、車両１００の目標軌道を求めるのに必要な情報として目標距離Ｌ及び目標到達時間Ｔｆとが入力されるようになっている。なお、これら目標距離Ｌ及び目標到達時間Ｔｆは、ドライバが入力装置１０を操作することで入力される。
目標軌道生成部２００は、目標距離Ｌを目標到達時間Ｔｆで移動するための目標軌道ｒを生成し、その目標軌道ｒをモデル追従制御部３００に供給する。
A target distance L and a target arrival time Tf are input to the target
The target
モデル追従制御部３００は、目標軌道生成部が出力した目標軌道ｒに追従するように、車両１００を制御する。具体的には、目標軌道ｒは、走行距離Ｌと車速Ｖとの関係を決めたものであって、その関係に沿って車両１００を走行させることで、目標距離Ｌを目標到達時間Ｔｆで移動させるということになる。ただし、走行中の外乱（減速器２に含まれる歯車のバックラッシュ、路面の凹凸、横風など）や、車両１００の部材などの経時劣化に起因したパラメータの変動等によって、車両１００の実際の走行距離Ｌｖに対する実際の車速Ｖｖの関係は、目標軌道ｒからずれることがある。よって、モデル追従制御部３００は、目標軌道ｒ通りに車両１００が移動するように、実際の走行距離Ｌｖ、車速Ｖｖを監視しつつ、スライディングモード制御に従って、車両１００の電気モータ１による駆動トルク、ブレーキアクチュエータ５ＦＬ〜５ＲＲによる制動トルクを制御するようになっている。
The model follow-up
図３は、モデル追従制御部３００の具体的構成を示すブロック図である。
即ち、モデル追従制御部３００は、車両１００の目標軌道ｒ（Ｌｒ、Ｖｒ）と、実軌道ｒｖ（Ｌｖ、Ｖｖ）との偏差である追従誤差ｅを算出する減算器３１０と、その追従誤差ｅに基づいてスライディングモード制御を実行するスライディングモード制御部３２０とを備えている。
ここで、目標軌道ｒに時間ｔの概念を加えることで、これを目標軌道ｒ（ｔ）と表記する。その目標軌道ｒ（ｔ）は、目標走行距離Ｌｒ（ｔ）と目標車速Ｖｒ（ｔ）とで構成される２次元ベクトル（Ｌｒ（ｔ）、Ｖｒ（ｔ））で表すことができる。ただし、ここでは一例として目標軌道ｒの状態量を２次元ベクトルとして説明しているが、そのベクトルの次元数は、例えば舵角やヨーレートなどを加えて３以上としてもよく、任意に設定することができる。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a specific configuration of the model following
That is, the model follow-up
Here, by adding the concept of time t to the target trajectory r, this is expressed as the target trajectory r (t). The target trajectory r (t) can be represented by a two-dimensional vector (Lr (t), Vr (t)) composed of the target travel distance Lr (t) and the target vehicle speed Vr (t). However, here, the state quantity of the target trajectory r is described as a two-dimensional vector as an example. However, the number of dimensions of the vector may be set to 3 or more, for example, by adding a steering angle, a yaw rate, etc. Can do.
そして、車両１００の状態の観測値として、実際の走行距離Ｌｖ（ｔ）及び実際の車速Ｖｖ（ｔ）が、スライディングモード制御部３２０内の線形状態フィードバック部３３０で線形のゲイン調整がされた後に減算器３１０に供給され、そして、減算器３１０において下記（１）式に従って追従誤差ｅ（ｔ）が演算される。
ｅ（ｔ）＝［Ｌｒ（ｔ）−Ｌｖ（ｔ）、Ｖｒ（ｔ）−Ｖｖ（ｔ）］Ｔ ……（１）
この追従誤差ｅがスライディングモード制御部３２０内の非線形フィードバック部３４０に供給され、その追従誤差ｅに対する非線形（切り換え）のゲイン調整を行って求められた指令値が、減算器３５０に供給される。そして、減算器３５０の出力に基づいて、車両１００の電気モータ１又はブレーキアクチュエータ５ＦＬ〜５ＲＲが制御されることになる。
After the actual travel distance Lv (t) and the actual vehicle speed Vv (t) are linearly adjusted by the linear
e (t) = [Lr (t) −Lv (t), Vr (t) −Vv (t)] T (1)
The follow-up error e is supplied to the
スライディングモード制御部３２０によるスライディングモード制御が適切に実行されれば、所望の動特性で、追従誤差ｅ（ｔ）は０に収束することになる。
ここで、スライディングモード制御の制御量は、任意の状態から切換え超平面Ｓ＝０に到達するための切換え制御入力Ｕｓｗと、切換え超平面上に状態量を拘束されてから等価的に発生する等価制御入力Ｕｓｑとで構成されている。そして、等価制御入力Ｕｓｑは、線形状態フィードバックであり、主として目標値（目標軌道ｒ）に追従する働きを持っている。これに対し、切り換え制御入力Ｕｓｗは、非線形（切換え）フィードバックであり、主として不確かさに対するシステムのロバスト性を保つ働きを持っている。車両における不確かとは、例えば、減速器２に含まれる歯車のバックラッシュや路面凹凸などの外乱や、車両構成部品の経時劣化に起因したパラメータ変動等が考えられる。図３には、外乱やパラメータ変動が制御系に加わっている様子を概念的に示している。
If the sliding mode control by the sliding
Here, the control amount of the sliding mode control is equivalent to the switching control input Usw for reaching the switching hyperplane S = 0 from an arbitrary state and equivalently generated after the state amount is constrained on the switching hyperplane. And a control input Usq. The equivalent control input Usq is a linear state feedback and mainly has a function of following the target value (target trajectory r). On the other hand, the switching control input Usw is non-linear (switching) feedback, and mainly has a function of maintaining the robustness of the system against uncertainty. Uncertainties in the vehicle may include, for example, disturbances such as backlash of the gears included in the
ここで，切換え制御入力Ｕｓｗに用いる切換え関数に、図４に示すような理想的な関数を用いると、チャタリング現象が発生する。上述したように、図４に示す関数は、無限の速さで不連続な切換えをする理想的な数式モデルを用いた関数であるため、有限時間で連続に変化する現実の制御対象との間に隔たりがあるからである。
このため、実際のスライディングモード制御では、図５、図６に示すような近似切換関数を用いることが多い。
Here, if an ideal function as shown in FIG. 4 is used for the switching function used for the switching control input Usw, a chattering phenomenon occurs. As described above, the function shown in FIG. 4 is a function using an ideal mathematical model that performs discontinuous switching at an infinite speed, and therefore, between a real control object that continuously changes in a finite time. This is because there is a gap.
For this reason, in actual sliding mode control, an approximate switching function as shown in FIGS. 5 and 6 is often used.
ここで，図５は平滑化関数と呼ばれ，下記（２）式や（３）式を用いることが多い。また、図６は飽和関数と呼ばれ、下記（４）式で表すことができる。なお、（２）〜（４）式は、いずれもσを入力とし、ｙを出力とする関数である。また、各式中のδは、正の定数であり、近似切換関数の傾きを調整するためのパラメータである。
そして、（２）式、（４）式においては、定数δが０に近づく程、傾きが大きくなり、近似切換関数の形は、図４に示した理想的な関数の形に近づく。また、（３）式においては、定数δが無限大∞に近づくほど、傾きが大きくなり、近似切換関数の形は、図４に示した理想的な関数の形に近づく。
Here, FIG. 5 is called a smoothing function, and the following formulas (2) and (3) are often used. FIG. 6 is called a saturation function, and can be expressed by the following equation (4). Note that equations (2) to (4) are all functions having σ as input and y as output. Also, δ in each equation is a positive constant and is a parameter for adjusting the slope of the approximate switching function.
In equations (2) and (4), the slope increases as the constant δ approaches 0, and the shape of the approximate switching function approaches that of the ideal function shown in FIG. In equation (3), as the constant δ approaches infinity ∞, the slope increases, and the shape of the approximate switching function approaches that of the ideal function shown in FIG.
そして、本実施形態では、追従誤差ｅ（ｔ）に基づいて、非線形フィードバック部３４０における近似切換関数の傾きを調整する傾き調整部３６０を有している。
傾き調整部３６０の具体的な構成は、図７に示すようになっている。即ち、傾き調整部３６０は、追従誤差ｅ（ｔ）のノルム｜ｅ（ｔ）｜を算出するノルム算出部４００と、ノルム｜ｅ（ｔ）｜を擬似微分することで追従誤差変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔを算出する微分器４１０と、追従誤差変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔに定数ゲインＫを乗じる乗算器４２０と、乗算器４２０の出力を積分する積分器４３０と、を備えている。
And in this embodiment, it has the
A specific configuration of the
積分器４３０は、初期値、上限飽和値、下限飽和値のそれぞれ設定可能になっていて、積分器４３０の出力値（Ｋ×ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔ）を、設定された初期値から積分して傾き調整用のパラメータδを演算し、そのパラメータδを図３の非線形フィードバック部３４０に供給する。なお、積分器４３０は、上限飽和値及び下限飽和値が設定されているため、パラメータδは、積分結果が上限飽和値を上回るとその上限飽和値に固定され、積分結果が下限飽和値を下回るとその下限飽和値に固定される。
そして、スライディングモード制御部３２０は、パラメータδに応じて、近似切換関数の傾きを調整する。
The
Then, the sliding
具体的には、近似切換関数として上記（３）式を用いている場合には、パラメータδが大きくなるほど近似切換関数の傾きは大きくなることから、スライディングモード制御部３２０は、積分器４３０の出力であるパラメータδをそのまま用いるだけで、積分器４３０の出力値の増加に応じて近似切換関数の傾きを大きくし、減少に応じて近似切換関数の傾きを小さくすることができる。これに対し、近似切換関数として上記（２）式、（４）式を用いている場合には、パラメータδが小さくなるほど近似切換関数の傾きは大きくなることから、スライディングモード制御部３２０は、積分器４３０の出力であるパラメータδの例えば逆数を近似式内のパラメータとして用いることで、積分器４３０の出力値の増加に応じて近似切換関数の傾きを大きくし、減少に応じて近似切換関数の傾きを小さくすることができる。ここで、近似切換関数として（２）式を用いた場合における積分器４３０の出力∫（Ｋ×ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔ）ｄｔと、近似切換関数内のパラメータδとの関係は、図１０に示すようになる。図１０中、δ０は積分器４３０の初期値、δＵは積分器４３０の上限飽和値、δＬは積分器４３０の下限飽和値である。
Specifically, when the above equation (3) is used as the approximate switching function, the slope of the approximate switching function increases as the parameter δ increases, so the sliding
（動作）
次に、動作を説明する。
なお、ここでは、近似切換関数として、上記（２）式に示す関数を用いた場合について説明している。
即ち、走行中の車両１００に外乱が入力された結果、目標軌道ｒ（ｔ）と実軌道ｒｖ（ｔ）との間に追従誤差ｅが生じたものとし、そのときノルム算出部４００が算出したノルム｜ｅ（ｔ）｜が、図８に示すようなものであったとする。
(Operation)
Next, the operation will be described.
Here, the case where the function shown in the above equation (2) is used as the approximate switching function is described.
That is, as a result of the disturbance being input to the traveling
このようなノルム｜ｅ（ｔ）｜に基づいて微分器４１０が算出した追従誤差変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔは、図９のようになる。
図９において、追従誤差変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔが正の領域（図９の上側の領域）では、追従誤差が増大傾向にある。逆に、追従誤差変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔが負の領域（図９の下側の領域）では、追従誤差が減少傾向にある。
The follow-up error change rate d | e (t) | / dt calculated by the
In FIG. 9, the tracking error tends to increase in the region where the tracking error change rate d | e (t) | / dt is positive (the upper region in FIG. 9). Conversely, the tracking error tends to decrease in the region where the tracking error change rate d | e (t) | / dt is negative (the lower region in FIG. 9).
そして、その追従誤差変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔに乗算器４２０で定数ゲインＫが乗じら、乗算器４２０の出力が積分器４３０において積分され、積分器４３０の出力が非線形フィードバック部３４０に供給される。
すると、近似切換関数内で用いられるパラメータδは、近似切換関数として上記（２）式を用いた場合には図１０に示すような特性を有しているため、近似切換関数の傾きは、追従誤差ｅが増大傾向にある場合はパラメータδが減少して増大し、逆に、追従誤差ｅが減少傾向にある場合はパラメータδが増加して傾きが減少する。
Then, the tracking error change rate d | e (t) | / dt is multiplied by a constant gain K by a
Then, the parameter δ used in the approximate switching function has a characteristic as shown in FIG. 10 when the above equation (2) is used as the approximate switching function. When the error e tends to increase, the parameter δ decreases and increases. Conversely, when the tracking error e tends to decrease, the parameter δ increases and the slope decreases.
このように、本実施形態の構成であると、近似切換関数の傾きは、追従誤差ｅの変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔの大きさに応じて変化する。このため、減速器２に含まれる歯車のバックラッシュのように、強い非線形性を持つ不確かさにより急激な追従誤差ｅの変化が生じた場合には、近似切換関数の傾きは素早く調整されて大きくなる。逆に、追従誤差ｅの変化が遅ければ、近似関数の傾きの変化も遅い。
Thus, with the configuration of the present embodiment, the slope of the approximate switching function changes according to the rate of change d | e (t) | / dt of the tracking error e. For this reason, when a sudden change in the follow-up error e occurs due to uncertainties with strong nonlinearity, such as a gear backlash included in the
さらに、本実施の形態では、図１０に示すような特性でパラメータδを調整しているため、例えば、その初期値δ０を適宜設定することで、追従誤差ｅ（ｔ）が小さい状態から急激に追従誤差変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔが増大した場合においても、近似切換関数の傾き調整に遅れが生じ難い。
また、本実施の形態では、追従誤差ｅ（ｔ）の変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔをそのまま用いるのではなく、それを積分器４３０で積分した値に基づいて近似切換関数の傾きを調整する構成であるため、追従誤差変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔが急変動しても近似切換関数の傾きが振動的に変化することは生じ難い。
Furthermore, in this embodiment, since the parameter δ is adjusted with the characteristics shown in FIG. 10, for example, by setting the initial value δ 0 as appropriate, the follow-up error e (t) is rapidly increased from a small state. Even when the follow-up error change rate d | e (t) | / dt increases, there is little delay in adjusting the slope of the approximate switching function.
Further, in this embodiment, the rate of change d | e (t) | / dt of the tracking error e (t) is not used as it is, but the slope of the approximate switching function is based on the value obtained by integrating it with the
さらに、近似切換関数の傾きに上限飽和値δＵを設けているので、電気モータ１やブレーキアクチュエータ５ＦＬ〜５ＲＲの応答性よりも速く切り換えられることを防止するのに好適な構成であり、この結果、近似切換関数の指令値の切り換えに対する電気モータ１やブレーキアクチュエータ５ＦＬ〜５ＲＲの応答遅れに起因するチャタリング現象を抑制することができる。
さらに、近似切換関数の傾きに下限飽和値δＬを設けているので、近似切換関数の傾きが過剰に緩くなって不確かさに対するロバスト性が悪化することを防止する上でも有利な構成となっている。
Furthermore, since the upper limit saturation value [delta] U to the slope of the approximate switching function, a suitable configuration to prevent being switched faster than the response of the electric motor 1 and the brake actuator 5FL-5RR, this result The chattering phenomenon caused by the response delay of the electric motor 1 and the brake actuators 5FL to 5RR with respect to the switching of the command value of the approximate switching function can be suppressed.
Furthermore, the approximate since switching function of the slope is provided with a lower saturation value [delta] L in, becomes approximate advantageous even on to prevent the robustness deteriorates switching function of inclination relative uncertainty becomes excessively loose structure Yes.
図１１には、（ａ）追従誤差ｅ（ｔ）のノルム｜ｅ（ｔ）｜、（ｂ）追従誤差変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔ、（ｃ）近似切換関数内の傾きパラメータδの時間変化の一例を示す波形図である。
そして、図１１（ａ）に示すように、時刻ｔ１において減速器２においてシフトの切り換えが生じてその減速器２に含まれる歯車のバックラッシュが生じたとすると、追従誤差ｅ（ｔ）のノルム｜ｅ（ｔ）｜は、時刻ｔ１の直後に瞬間的に大きくなる。
FIG. 11 shows (a) the norm of the tracking error e (t) | e (t) |, (b) the tracking error rate of change d | e (t) | / dt, and (c) the slope parameter in the approximate switching function. It is a wave form diagram which shows an example of the time change of (delta).
Then, as shown in FIG. 11 (a), if the shift of the
このため、変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔは、図１１（ｂ）に示すように正負を挟んで激しく変化し、パラメータδも、図１１（ｃ）に示すように比較的速やかに変化する。このため、電気モータ１やブレーキアクチュエータ５ＦＬ〜５ＲＲの応答遅れに起因したチャタリングは発生していない。よって、バックラッシュに起因した追従誤差ｅ（ｔ）は比較的短時間で収束し、ノルム｜ｅ（ｔ）｜も小さくなり、近似切換関数の傾きも小さくなって元の状態に戻る。 For this reason, the rate of change d | e (t) | / dt changes drastically between positive and negative as shown in FIG. 11B, and the parameter δ also relatively quickly as shown in FIG. 11C. Change. For this reason, chattering due to the response delay of the electric motor 1 and the brake actuators 5FL to 5RR does not occur. Therefore, the follow-up error e (t) caused by backlash converges in a relatively short time, the norm | e (t) | becomes smaller, the inclination of the approximate switching function becomes smaller, and the original state is restored.
一方、時刻ｔ２に若干のピークを持った外乱が入力したとしても、その外乱による追従誤差ｅ（ｔ）のノルム｜ｅ（ｔ）｜の変化はさほど大きくないため、追従誤差変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔは正負それぞれの側に若干変化するだけであり、従って、パラメータδもさほど変化しない。従って、近似切換関数の傾きもさほど大きくならないから、ロバスト性が悪化するようなことも防止できている。 On the other hand, even if a disturbance having a slight peak is input at time t2, the change in norm | e (t) | of tracking error e (t) due to the disturbance is not so large, and the tracking error change rate d | e (T) | / dt only slightly changes to the positive and negative sides, and therefore the parameter δ does not change so much. Therefore, since the slope of the approximate switching function does not increase so much, it is possible to prevent the robustness from deteriorating.
（第１実施形態の効果）
（１）車両１００の目標軌道ｒ（ｔ）と車両の実軌道ｒｖ（ｔ）との偏差である追従誤差ｅ（ｔ）に基づいてスライディングモード制御に従って車両１００を制御する一方で、追従誤差ｅ（ｔ）の変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔに基づいて、スライディングモード制御の指令値の切り換えに用いる近似切換関数の傾きを調整するようにしたため、スライディングモード制御のロバスト性を損なうことなく、ゲイン調整の遅れを少なくしてチャタリングを抑制することが可能となる。
(Effect of 1st Embodiment)
(1) While the
これに対し、上記従来の技術においては、外乱がある程度大きくならないとゲイン調整の効果が期待できない。つまり、スライディングモード制御の切り換えを行う際に、切換制御の動特性に近いか、それ以上の速さの変動に対する切換制御のゲイン調整が遅れてしまう。また、外乱オブザーバを用いて外乱を推定する場合においても、その外乱推定自体に遅れが生じるため、やはりゲイン調整が遅れてしまう。 On the other hand, in the conventional technique, the gain adjustment effect cannot be expected unless the disturbance is increased to some extent. That is, when the sliding mode control is switched, the gain adjustment of the switching control with respect to the fluctuation of the speed close to the dynamic characteristic of the switching control or more than that is delayed. Also, when estimating a disturbance using a disturbance observer, a delay occurs in the disturbance estimation itself, so that the gain adjustment is also delayed.
さらに、上記従来の技術では、推定パラメータに基づいたシステムモデル式を用いて外乱を算出してゲイン調整を行うので、適切なゲイン調整を行うには、システムモデル式のパラメータ推定の精度が重要となる。しかし、一般に非線形システムのモデルパラメータを精度良く推定することは困難である。そのため、推定式やモデル式から算出した不確かな外乱値を用いてゲイン調整を行うことになる。このことも、上記のような強い非線形性を持つ要素を含むシステムにスライディングモード制御を適用するとチャタリングの抑制が困難となる原因となっている。 Furthermore, in the above-described conventional technology, the gain is adjusted by calculating the disturbance using the system model expression based on the estimation parameter. Therefore, the accuracy of the parameter estimation of the system model expression is important for the appropriate gain adjustment. Become. However, it is generally difficult to accurately estimate model parameters of a nonlinear system. Therefore, the gain adjustment is performed using an uncertain disturbance value calculated from the estimation formula or the model formula. This is also a cause of difficulty in suppressing chattering when sliding mode control is applied to a system including an element having strong nonlinearity as described above.
さらに、スライディングモード制御の切換関数は、無限の速さで不連続に値が変化する理想的な数式モデルである。これに対し、現実の制御対象は、有限時間内で連続的に値が変化するので、切り換えの指令値に対して実際の挙動に遅れが生じてしまう。この遅れもチャタリング発生の原因となる。なお、これに対処するために、切り換え関数の近似関数（切換近似関数）として、連続的に値が変化する例えば平滑化関数や飽和関数等を用いてチャタリングを抑制する方法もあるが、近似切換関数を用いた場合、その近似切換関数の傾きを小さく（緩く）して切換ゲインを下げれば、チャタリングを抑制できるものの、不確かさに対するロバスト性が悪化してしまう。つまり、スライディングモード制御の特徴である不確かさに対するロバスト性を発揮することができないことになる。 Furthermore, the switching function of the sliding mode control is an ideal mathematical model whose value changes discontinuously at an infinite speed. On the other hand, since the value of the actual control object continuously changes within a finite time, the actual behavior is delayed with respect to the switching command value. This delay also causes chattering. In order to cope with this, there is a method of suppressing chattering by using, for example, a smoothing function or a saturation function whose value continuously changes as an approximation function (switching approximation function) of the switching function. When a function is used, chattering can be suppressed if the slope of the approximate switching function is made small (relaxed) to lower the switching gain, but robustness against uncertainty is deteriorated. That is, the robustness against the uncertainty that is a feature of the sliding mode control cannot be exhibited.
（２）傾き調整部３６０は、変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔの増加に応じて近似切換関数の傾きを大きくし、変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔの減少に応じて近似切換関数の傾きを小さくする調整を行うため、傾きを適切に調整することができる。
（３）傾き調整部３６０は、追従誤差ｅ（ｔ）の変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔを積分する積分器４３０を備え、その積分器４３０の出力値に基づいて近似切換関数の傾きを調整するようにしたため、変化率ｄ｜ｅ（ｔ）｜／ｄｔが急変動しても近似切換関数の傾きが振動的に変化することは生じ難い。
（４）傾き調整部３６０は、積分器４３０の出力値の増加に応じて近似切換関数の傾きを大きくし、積分器４３０の出力値の減少に応じて近似切換関数の傾きを小さくする調整を行うため、傾きを適切に調整することができる。
(2) The
(3) The
(4) The
（５）積分器４３０は、その出力値を上限飽和値δＵ以下に制限するため、アクチュエータの応答性よりも速く切り換えられることを防止するのに好適な構成であり、この結果、近似切換関数による指令値の切り換えに対するアクチュエータの応答遅れに起因するチャタリング現象を抑制することができる。
さらに、積分器４３０は、その出力値を下限飽和値δＬ以上に制限するため、近似切換関数の傾きが過剰に緩くなって不確かさに対するロバスト性が悪化することを防止する上でも有利である。
(5)
Furthermore, the
（６）目標軌道生成部２００は、車両１００の目標軌道ｒとして、目標走行距離Ｌｒを目標車速Ｖｒで移動する目標軌道ｒを生成し、モデル追従制御部３００は、車両１００が目標軌道ｒを追従するように、少なくとも車両１００の電気モータ１及びブレーキアクチュエータ５ＦＬ〜５ＲＲを制御することで車速Ｖを制御するようにしたため、車両１００を目標とする位置に目標とする時間で到達させる位置決め制御を行う上で、スライディングモード制御のロバスト性を損なうことなく、ゲイン調整の遅れを少なくしてチャタリングを抑制することが可能となる。
(6) The target
（変形例）
上記第１実施形態では、本発明に係る車両位置決め装置及び車両位置決め制御方法を、電気モータ１を駆動源とした車両１００に適用した場合について説明したが、本発明が適用し得る車両はこれに限定されるものではなく、内燃機関を駆動源とした車両や、内燃機関及び電気モータの両方を駆動源とした所謂ハイブリッド車両であっても、本願発明は適用可能である。
また、上記第１実施形態では、積分部４３０を設けた構成になっているが、積分器４３０の代わりにローパスフィルタを用いることも可能である。また、乗算器４２０の定数ゲインＫを小さめにすることで、積分器４３０を省略する構成も可能である。
(Modification)
In the first embodiment, the case where the vehicle positioning device and the vehicle positioning control method according to the present invention are applied to the
In the first embodiment, the
１ 電気モータ、２ 減速器、２Ａ 車軸、３ レゾルバ、４ＦＬ〜４ＲＲ 車輪、５ＦＬ〜５ＲＲ ブレーキアクチュエータ、６ＦＬ〜６ＲＲ ブレーキディスク、７ＦＬ〜７ＲＲ 車輪速センサ、８ ステアリングホイール、８Ａ ステアリングコラム、９ 操舵角センサ、１０ 入力装置、１１ アクセル・ブレーキペダル、１１Ａ ストロークセンサ、１１Ｂ ペダル反力アクチュエータ、１２ 前後加速度センサ、１３ ローカルコントローラ、１４ 車両位置決め制御コントローラ、１００ 車両、２００ 目標軌道生成部、３００ モデル追従制御部、３１０ 減算器、３２０ スライディングモード制御部、３３０ 線形状態フィードバック部、３４０ 非線形フィードバック部、３５０ 減算器、３６０ 傾き調整部、４００ ノルム算出部、４１０ 微分器、４２０ 乗算器、４３０ 積分器
1 electric motor, 2 speed reducer, 2A axle, 3 resolver, 4FL to 4RR wheel, 5FL to 5RR brake actuator, 6FL to 6RR brake disc, 7FL to 7RR wheel speed sensor, 8 steering wheel, 8A steering column, 9 steering angle sensor DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記目標軌道と前記車両の実際の軌道との偏差である追従誤差を検出する追従誤差検出部と、
前記車両が前記目標軌道を追従するように前記追従誤差に基づきスライディングモード制御に従って当該車両を制御する追従制御部と、
前記追従誤差の変化率を求める追従誤差変化率算出部と、
前記追従誤差変化率算出部が求めた前記変化率に基づいて、前記追従制御部における前記スライディングモード制御の指令値の切り換えに用いる近似切換関数の傾きを調整する傾き調整部と、を備えたことを特徴とする車両位置決め制御装置。 A target trajectory generator for generating a target trajectory of the vehicle;
A tracking error detector that detects a tracking error that is a deviation between the target track and the actual track of the vehicle;
A follow-up control unit for controlling the vehicle according to sliding mode control based on the follow-up error so that the vehicle follows the target trajectory;
A follow-up error change rate calculating unit for obtaining a change rate of the follow-up error;
An inclination adjustment unit that adjusts an inclination of an approximate switching function used for switching the command value of the sliding mode control in the tracking control unit based on the change rate obtained by the tracking error change rate calculation unit. A vehicle positioning control device.
前記追従制御部は、前記車両が前記目標軌道を追従するように、少なくとも前記車両の車速を制御する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両位置決め制御装置。 The target trajectory generation unit generates a target trajectory that moves a target distance by a target arrival time as a target trajectory of the vehicle,
6. The vehicle positioning control device according to claim 1, wherein the tracking control unit controls at least a vehicle speed of the vehicle so that the vehicle follows the target track.
前記追従誤差の変化率を求め、前記追従誤差変化率算出部が求めた前記変化率に基づいて、前記スライディングモード制御の指令値の切り換えに用いる近似切換関数の傾きを調整することを特徴とする車両位置決め制御方法。 Vehicle positioning control that detects a tracking error, which is a deviation between a target track of the vehicle and an actual track of the vehicle, and controls the vehicle according to sliding mode control based on the tracking error so that the vehicle tracks the target track. In the method
A change rate of the tracking error is obtained, and an inclination of an approximate switching function used for switching the command value of the sliding mode control is adjusted based on the change rate obtained by the follow-up error change rate calculation unit. Vehicle positioning control method.
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|---|---|---|---|---|
| CN106301052A (en) * | 2016-09-28 | 2017-01-04 | 国网天津市电力公司 | A kind of sliding moding structure Delta modulator approach of improvement |
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106301052A (en) * | 2016-09-28 | 2017-01-04 | 国网天津市电力公司 | A kind of sliding moding structure Delta modulator approach of improvement |
| CN106301052B (en) * | 2016-09-28 | 2019-06-11 | 国网天津市电力公司 | A kind of improved sliding moding structure Delta modulator approach |
| CN109032137A (en) * | 2018-07-24 | 2018-12-18 | 西北工业大学 | More Euler-Lagrange system distributed tracking control methods |
| CN109032137B (en) * | 2018-07-24 | 2020-11-06 | 西北工业大学 | Distributed tracking control method for multi-Euler-Lagrange system |
| CN111208735A (en) * | 2020-02-26 | 2020-05-29 | 江苏大学 | Low-switching gain robust ultra-spiral sliding mode control method for series-parallel automobile electrophoretic coating conveying mechanism |
| CN111208735B (en) * | 2020-02-26 | 2022-12-16 | 江苏大学 | Low-switching gain robust super-spiral sliding mode control method for coating conveying mechanism |
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