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公開番号2025104463
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-10
出願番号2023222286
出願日2023-12-28
発明の名称制御装置及び制御方法
出願人株式会社東芝,東芝デバイス&ストレージ株式会社
代理人弁理士法人志賀国際特許事務所
主分類G05B 13/02 20060101AFI20250703BHJP(制御;調整)
要約【課題】MPCと比較して演算量を軽減できる制御装置を提供することである。
【解決手段】実施形態の制御装置は、制御器と、予測器と、補正器と、を持つ。制御器は、指令値と、制御対象から出力される出力値とに基づいて制御値を生成する。予測器は、制御対象に入力される入力値と、制御対象の予測モデルとに基づいて出力値を予測し、出力値の予測結果を示す予測値を生成する。補正器は、指令値、出力値及び予測値に基づいて制御値を補正する。制御対象に入力される入力値は、補正器によって補正された制御値である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
指令値と、制御対象から出力される出力値とに基づいて制御値を生成する制御器と、
前記制御対象に入力される入力値と、前記制御対象の予測モデルとに基づいて前記出力値を予測し、前記出力値の予測結果を示す予測値を生成する予測器と、
前記指令値、前記出力値及び前記予測値に基づいて前記制御値を補正する補正器と、
を備え、
前記制御対象に入力される前記入力値は、前記補正器によって補正された前記制御値である、制御装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記補正器は、
前記出力値が前記予測値よりも前記指令値から遠い場合に、前記出力値が前記指令値に近づくように前記制御値を補正し、
前記出力値が前記予測値よりも前記指令値に近い場合に、前記出力値が前記指令値から遠ざかるように前記制御値を補正する、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記補正器は、
前記出力値が前記予測値よりも前記指令値から遠い場合に、正負の符号のうち前記制御値と同じ符号を有する第１補正値を生成するとともに、前記第１補正値を前記制御値に加算し、
前記出力値が前記予測値よりも前記指令値に近い場合に、前記正負の符号のうち前記制御値とは異なる符号を有する第２補正値を生成するとともに、前記第２補正値を前記制御値に加算する、請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記指令値、前記出力値、及び前記補正器から入力される制御パラメータに基づいて前記制御値を生成し、
前記補正器は、
前記出力値が前記予測値よりも前記指令値から遠い場合に、前記制御値の変化量が第１の変化量から第２の変化量に向かって大きくなる第１制御パラメータを前記制御パラメータとして前記制御器に出力し、
前記出力値が前記予測値よりも前記指令値に近い場合に、前記制御値の変化量が前記第１の変化量から第３の変化量に向かって小さくなる第２制御パラメータを前記制御パラメータとして前記制御器に出力する、請求項２に記載の制御装置。
【請求項５】
前記補正器は、前記指令値、前記出力値及び前記予測値が条件式（３）を満たす場合に、前記出力値が前記予測値よりも前記指令値から遠いと判定し、
条件式（３）において、Ｓｒは前記指令値であり、Ｓｙ１は前記出力値であり、Ｓｙ２は前記予測値である、請求項２に記載の制御装置。
TIFF
2025104463000012.tif
10
170
【請求項６】
前記補正器は、前記指令値、前記出力値及び前記予測値が条件式（４）を満たす場合に、前記出力値が前記予測値よりも前記指令値に近いと判定し、
条件式（４）において、Ｓｒは前記指令値であり、Ｓｙ１は前記出力値であり、Ｓｙ２は前記予測値である、請求項２に記載の制御装置。
TIFF
2025104463000013.tif
10
170
【請求項７】
前記出力値と前記予測値との偏差に基づいて異常を検出する異常検出器をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項８】
前記制御器は、前記指令値及び前記出力値に基づいてＰＩＤ制御を行うことにより、前記制御値を生成するか、または、前記制御器は、前記指令値、前記出力値、及び機械学習によって得られた制御モデルに基づいて前記制御値を生成する、請求項１から６のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項９】
前記補正器は、前記指令値、前記出力値及び前記予測値に基づいて、前記予測モデルに含まれる外乱パラメータを補正する、請求項１から６のいずれか一項に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記制御対象は、モータを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の制御装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、制御装置及び制御方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
フィードバック制御の一手法として、モデル予測制御（ＭＰＣ：Model Predictive Control）が一般的に知られている。ＭＰＣでは、指令値、制御対象の出力値、及び制御対象の予測モデルに基づいて、現時刻から未来の時刻までの予測区間における制御対象の振る舞いを予測することにより、予測区間に含まれる各時刻に制御対象に入力すべき入力値を算出し、さらに予測区間において指令値と出力値との間の誤差の面積が最小となる入力値を探索する処理が行われる。このようなＭＰＣでは、予測処理と最適化問題を解く処理とを行う必要があるため、制御装置の演算量が膨大となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２３－１５１８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、ＭＰＣと比較して演算量を軽減できる制御装置及び制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の制御装置は、制御器と、予測器と、補正器と、を持つ。制御器は、指令値と、制御対象から出力される出力値とに基づいて制御値を生成する。予測器は、制御対象に入力される入力値と、制御対象の予測モデルとに基づいて出力値を予測し、出力値の予測結果を示す予測値を生成する。補正器は、指令値、出力値及び予測値に基づいて制御値を補正する。制御対象に入力される入力値は、補正器によって補正された制御値である。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
第１の実施形態の制御装置の構成を示すブロック図。
第１の実施形態の制御装置の動作を示すフローチャート。
第１の実施形態の制御装置の第１の変形例を示すブロック図。
第１の実施形態の制御装置の第２の変形例を示すブロック図。
第１の実施形態の制御装置の適用例を示すブロック図。
図５に示される適用例の変形例を示すブロック図。
第２の実施形態の制御装置の構成を示すブロック図。
第２の実施形態の制御装置の適用例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態の制御装置を、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の制御装置１０Ａの構成を模式的に示すブロック図である。制御装置１０Ａは、制御対象２０を所定の制御サイクルでフィードバック制御する装置である。後述するように、制御対象２０は、例えばＤＣモータ等を含むが、以下では、まず、制御対象２０が何であるかを特定せずに、制御装置１０Ａの基本的な構成について説明する。
【０００９】
制御対象２０は、制御対象２０に入力される制御入力値Ｓｕに応答して、制御出力値Ｓｙ１を出力する。制御入力値Ｓｕは、制御装置１０Ａから制御対象２０に出力される操作量である。制御入力値Ｓｕは、制御対象２０に入力される入力値の一例である。制御出力値Ｓｙ１は、制御対象２０から出力される出力値の一例である。
【００１０】
制御装置１０Ａには、指令値Ｓｒ及び制御出力値Ｓｙ１が入力される。例えば、指令値Ｓｒは、上位制御装置（図示省略）から制御装置１０Ａに入力される。制御装置１０Ａは、制御出力値Ｓｙ１が指令値Ｓｒに近づくように制御入力値Ｓｕを制御する。制御装置１０Ａは、制御器１１と、予測器１２と、補正器１３と、を備える。
（【００１１】以降は省略されています）

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