JP5966308B2 - 誘導性負荷制御装置 - Google Patents
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Description
図10は、従来の誘導性負荷駆動制御装置が適用される閉ループ制御系の概略構成の一例を示すブロック図である。
図10において、リニアソレノイドなどの誘導性負荷105の一端には、誘導性負荷105を駆動する駆動回路103が接続され、誘導性負荷105の他端には、電流検出抵抗107が直列接続されている。そして、駆動回路103の前段には、PWM制御をアナログ処理で行う駆動制御回路102が接続され、駆動制御回路102の前段には、D/Aコンバータ101が接続されている。
そして、誘導性負荷105に流れる電流の目標値を示す電流値制御情報FCは、D/Aコンバータ101にてアナログデータに変換された後、駆動制御回路102に入力される。また、誘導性負荷105のインダクタンスLに流れる電流Ifは電流検出抵抗107に流れ、誘導性負荷105に流れる負荷電流Ifの平均値IAVRが平均電流検出回路104にて検出され、駆動制御回路102に入力される。
また、駆動制御回路102は、誘導性負荷105に流れる電流Ifの平均値IAVRが電流値制御情報FCで示される目標値に一致するようにPWM信号を生成し、駆動回路103のスイッチング素子をオン/オフ制御することで、誘導性負荷105に流れる電流IfをPWM制御する。
図11において、誘導性負荷105の一端には駆動回路103が接続され、誘導性負荷105の他端には電流検出抵抗107が直列接続されている。そして、駆動回路103の前段には、PWM制御をデジタル処理で行う駆動制御回路112が接続されている。
また、電流検出抵抗107の両端には平均電流検出回路114が接続され、平均電流検出回路114の出力側はA/Dコンバータ111を介して駆動制御回路112に接続されている。
図12において、誘導性負荷105の電流Ifは、PWM信号がハイレベルの時に増加するとともに、PWM信号がロウレベルの時に減少し、その電流Ifの平均値IAVRが電流値制御情報FCで示される目標値に一致するように制御される。
なお、PWM信号の状態(ハイレベル、ロウレベル)は、駆動回路103に使用されるスイッチング素子の機能によって決定され、上の例では、PWM信号の状態がハイレベルの時にオン、PWM信号の状態がロウレベルの時にオフに移行するスイッチング素子を前提としている。
図13において、直接リニアソレノイド121を制御する駆動回路とこの駆動回路を制御するための駆動制御回路とを一体化した駆動制御装置124が、変速機全体を制御する電子制御ユニット122内に構成されている。
また、ソレノイドへの指令値が変更されたときに、一時的に目標指令値よりオーバーシュートさせた後に目標指令値に戻す手段と、油温を検出する手段と、前記オーバーシュートの程度を、前記油温に依存して決定する手段とを備えた自動変速機の油圧制御装置が知られている(例えば、特許文献4参照)。
このため、図11に示す誘導性負荷駆動制御装置では、要求事項2を実現するためには、PID補償制御の微分制御(D制御)のチューニングを行うことで、実現することができるが、一方で要求事項1を満足することは困難となり、要求事項1と要求事項2とはトレードオフの関係となる。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、オーバーシュート、アンダーシュート及びリンギングを抑制しながら電流目標値に短時間で到達することができる誘導性負荷制御装置を提供することを目的としている。
を備えている。
y(n)=F0×y(n-1)+F1×(e1(n)−e1(n-1))+F2×e1(n)
で表されるフィルタ出力y(n)を出力する。
d(n)=C0×e2(n)+C1×e2(n-1)+d(n-1)
で表される補償出力d(n)を出力する。
また、本発明に係る誘導性負荷制御装置の第4の態様は、前記誘導性負荷制御部は、前記PI補償器の出力をPWM変換するPWM変換回路と、該PWM変換回路から出力されるPWM信号が入力されるとともに、バッテリに接続され前記誘導性負荷に電流を供給するパワースイッチとをさらに備え、前記選択条件検出部は、前記選択条件として前記PWM変換回路から出力されるPWM信号のPWM周波数、前記バッテリのバッテリ電圧、前記誘導性負荷の寄生負荷抵抗を検出する。
フィルタパラメータを選択して目標値フィルタに組込むことにより、誘導性負荷制御装置自体で、目標値フィルタのパラメータ設定を行うことができ、自動変速機に組込んだ場合に、自動変速機の電子制御ユニットでのパラメータ調整を簡易化することができる。
このため、誘導性負荷制御装置を自動変速機に組込んだ場合に、電子制御ユニットの制御プログラムの最適化処理期間を短縮することができるとともに、電子制御ユニットの演算処理負荷を軽減することができる。
図1は本発明の第1の実施形態を示すブロック図であって、図中、1は自動変速機などに使用するリニアソレノイド等の誘導性負荷2を制御する誘導性負荷制御装置である。
この誘導性負荷制御装置1は、外部のECU(Electronic Control Unit)から電流目標値e1(n)が入力される微分特性を有する目標値フィルタ3と、この目標値フィルタ3のフィルタ出力が入力される誘導性負荷制御部4とを備えている。
加算器3eから出力されるフィルタ出力y(n)は、外部に出力されると共に、ラッチ回路3fに供給されて前回サンプリング時のフィルタ出力y(n-1)としてラッチされる。
この目標値フィルタ3のフィルタ出力y(n)は、下記(1)式で表すことができる。
y(n)=F0×y(n-1)+F1×(e1(n)−e1(n-1))+F2×e1(n)………(1)
d(n)=C0×e2(n)+C1×e2(n-1)+d(n-1) …………(2)
ここで、C0及びC1は補償パラメータ、e2(n-1)は前回サンプリング時の電流偏差、d(n−1)は前回サンプリング時の補償出力d(n)である。
すなわち、選択条件としては、PWM変換回路44から出力されるPWM信号の周波数fpwmとパワースイッチ回路45に供給されるバッテリ7のバッテリ電圧Vbatと、誘導性負荷2の寄生負荷抵抗RLとが設定されている。
先ず、図3において、目標値フィルタ3が使用するフィルタパラメータF0〜F2及びPI補償器43が使用する補償パラメータC0,C1を設定するパラメータ選択処理部62について説明する。
このパラメータ選択処理部62では、選択条件検出部61のバッテリ電圧検出回路61aで図5のバッテリ7のバッテリ電圧Vbatを検出する。これと同時に、負荷抵抗検出回路61bで、バッテリ電圧検出回路61aで検出したバッテリ電圧Vbatと図5のシャント抵抗Rsの端子電圧でなる電流検出電圧Vsとシャント抵抗Rsの抵抗値Rsより寄生負荷抵抗RL(=Rs×(Vbat−Vs)/Vs)を算出する。さらに、PWM周波数設定回路61cでパワースイッチ回路45のPWM信号の動作周波数fpwmを設定する。
このパラメータ選択処理部62では、入力されたバッテリ電圧Vbat、寄生負荷抵抗RL及びPWM周波数fpwmの選択条件をもとに、パラメータ記憶部5を参照して、選択条件に合致するフィルタパラメータF0〜F2及び補償パラメータC0,C1を選択する。すなわち、選択条件が、例えばPWM周波数fpwmが50Hzであり、バッテリ電圧Vbatが10Vであり、寄生負荷抵抗RLが4Ωであるときには、図4に示すパラメータマップを参照することにより、補償パラメータC0=0.49、C1=−0.19、フィルタパラメータF0=0.28、F1=4.6、F2=0.48が選択される。
これにより、誘導性負荷2の作動状態に対応した目標値フィルタ3でのフィルタ処理及びPI補償器43でのPI補償処理が可能となる。
このように、図3の目標値フィルタ3及びPI補償器43で、最適なパラメータが設定されている状態で、外部のECUから図6及び図7に示すステップ状の電流目標値e1(n)が目標値フィルタ3に入力されると、この目標値フィルタ3で微分特性となる例えばハイパスフィルタ処理が行われる。
すなわち、誘導性負荷制御部4では、誘導性負荷2に流れる負荷電流Ifの平均電流Imが平均電流検出回路41で検出され、この平均電流Imとフィルタ出力y(n)との電流偏差e2(n)が減算器42で算出される。
そして、この電流偏差e2(n)がPI補償器43に入力される。このため、PI補償器43では、設定されたパラメータC0=0.50,C1=−0.19に基づいて前述した(2)式のPI補償演算処理が行われて、補償出力d(n)が算出される。
同様に、時点t2でも、電流目標値e1(n)の変化量が時点t1よりは大きいが比較的小さいので、比較的小さい微分波形となり、平均電流検出回路41で検出される平均電流の立ち上がりが比較的早くなる。
そして、目標値フィルタ3を設けた場合の誘導性負荷2に流れる電流リップル応答波形は、図8に示すようになり、電流目標値に応答性よく追従したものとなる。
この結果、上記第1の実施形態によると、微分特性を有する目標値フィルタ3を設けることにより、前述したオーバーシュート/アンダーシュート/リンギングを生じることが無いことが要求される要求事項1と、短時間に電流目標値に到達する高速応答性が要求される要求事項2とを同時に満足することができる。
さらに、誘導性負荷制御部4の電流偏差e2(n)の補償部をPI補償器43として比例及び積分補償のみを行うようにしているので、目標値フィルタ3の微分特性に対して過剰となる微分補償を行うことがないので、安定した補償制御を行うことができる。
この第2の実施形態では、電流目標値の増減によって目標値フィルタ3及びPI補償器43の立ち上がり用パラメータと立ち下がり用パラメータとを個別に設定するようにしたものである。
すなわち、第2の実施形態では、図9に示すように、パラメータ記憶部5に目標値フィルタ3に対する立ち上がり用パラメータF0u〜F2uと立ち下がり用パラメータF0d〜F2dとを記憶するともに、PI補償器43に対する立ち上がり用パラメータC0u,C1uと立ち下がり用パラメータC0d,C1dを記憶する。
また、上記第1及び第2の実施形態においては、誘導性負荷制御装置1及び誘導性負荷2を自動変速機の油圧制御装置に組込む場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の制御機器の油圧制御装置に組込むこともできる。さらにいえば、誘導性負荷を制御するものであればよく、油圧制御装置に限定するものでもない。
2…誘導性負荷
3…目標値フィルタ
4…誘導性負荷制御部
5…パラメータ記憶部
6…パラメータ選択部
7…バッテリ
41…平均電流検出回路
42…減算器
43…PI補償器
44…PWM変換回路
45…パワースイッチ回路
61…選択条件検出部
61a…バッテリ電圧検出回路
61b…負荷抵抗検出回路
61c…PWM周波数設定回路
62…パラメータ選択処理部
71…目標値変化検出部
Claims (6)
- 誘導性負荷を制御する誘導性負荷制御装置であって、
前記誘導性負荷に供給する電流目標値が入力されて複数のフィルタパラメータを使用して微分特性を発揮する目標値フィルタと、
前記誘導性負荷に流れる負荷電流を検出する電流検出部と、該電流検出部で検出した負荷電流と前記目標値フィルタのフィルタ出力との偏差を補償する複数の補償パラメータを使用して補償処理を行うPI補償器とを少なくとも有して前記誘導性負荷に供給する電流を制御する誘導性負荷制御部と、
前記目標値フィルタの各フィルタパラメータと前記PI補償器の各補償パラメータとを複数の選択条件毎に格納するパラメータ記憶部と、
前記選択条件を検出する選択条件検出部と、
該選択条件検出部で検出された選択条件に基づいて前記パラメータ記憶部から当該選択条件に合致する各フィルタパラメータ及び各補償パラメータを選択して前記目標値フィルタ及び前記PI補償器に組込むパラメータ選択処理部と
を備えていることを特徴とする誘導性負荷制御装置。 - 前記目標値フィルタは、入力される電流目標値をe1(n)とし、前回サンプリング時の電流目標値をe1(n-1)とし、フィルタ出力をy(n)とし、前回フィルタ出力値をy(n-1)とし、前記フィルタパラメータをF0、F1及びF2としたとき、
y(n)=F0×y(n-1)+F1×(e1(n)−e1(n-1))+F2×e1(n)
で表されるフィルタ出力y(n)を出力することを特徴とする請求項1に記載の誘導性負荷制御装置。 - 前記PI補償器は、入力される偏差をe2(n)とし、前回サンプリング時の偏差をe2(n-1)とし、補償出力をd(n)とし、前回補償出力をd(n-1)とし、パラメータをC0、C1としたときに、
d(n)=C0×e2(n)+C1×e2(n-1)+d(n-1)
で表される補償出力d(n)を出力することを特徴とする請求項1又は2に記載の誘導性負荷制御装置。 - 前記誘導性負荷制御部は、前記PI補償器の出力をPWM変換するPWM変換回路と、該PWM変換回路から出力されるPWM信号が入力されるとともに、バッテリに接続され前記誘導性負荷に電流を供給するパワースイッチとをさらに備え、
前記選択条件検出部は、前記選択条件として前記PWM変換回路から出力されるPWM信号のPWM周波数、前記バッテリのバッテリ電圧、前記誘導性負荷の寄生負荷抵抗を検出することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の誘導性負荷制御装置。 - 前記電流目標値の増減を検出する目標値変化検出部を有し、
前記パラメータ記憶部は、前記目標値フィルタのフィルタパラメータを前記電流目標値の立ち上がり用パラメータ及び立ち下がり用パラメータに分けて記憶し、
前記パラメータ選択処理部は、前記目標値変化検出部で電流目標値の減少を検出したときに前記立ち下がりパラメータを選択し、前記電流目標値の増加を検出したときに前記立ち上がりパラメータを選択することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の誘導性負荷制御装置。 - 前記目標値変化検出部は、今回の電流目標値e1(n)から前回の電流目標値e1(n-1)を減算した値の符号が負であるときに目標値の減少と判定し、今回の電流目標値e1(n)から前回の電流目標値e1(n-1)を減算した値の符号が正であるときに目標値の増加と判定することを特徴とする請求項5に記載の誘導性負荷制御装置。
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