(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力の変化方向に対して初期応答が逆方向に振れる逆応答特性を有する制御対象を制御する制御装置であって、 
前記制御対象での逆応答特性を補償する逆応答補償系を有し、
前記逆応答補償系は、制御対象の出力と、不安定零点の一部又は全部を取り除いた制御対象の出力との差である比較値を算出し、算出された比較値を前記制御対象の入力側へフィードバックするように構成されていることを特徴とする逆応答系の制御装置。
【請求項２】
前記制御対象が、一対のドラム間に架け渡された無端のベルトを有すると共に、当該ベルト上を試験用のタイヤが転動するように構成されたタイヤの走行試験装置であり、
前記ドラムの揺動量又は揺動力が制御対象の入力とされ、前記ベルトの位置が制御対象の出力とされていることを特徴とする請求項１に記載の逆応答系の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、逆応答系を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に開示されたようなタイヤの走行試験装置では、一対のドラム間に架け渡されたベルトがタイヤ試験中に蛇行したり、適切な位置からずれたりすることがある。そのため、この走行試験装置では、ベルト位置を実測した上で、ドラムの揺動量を可変としベルト位置の制御を行っている。
この走行試験装置に代表される制御系は、制御対象であるベルトが有する弾性の影響などで、制御初期にベルトが一旦逆方向に移動した後、指令値の方向へ移動するようなことがある（図１のＡで示す部分）。このように、制御時に出力が一旦逆方向に振れる応答をする系を逆応答系という。逆応答系は、線形な動特性を有するものであれば、その伝達関数に不安定零点を有する非最小位相系となっている。
【０００３】
図２に示すように、逆応答系はブロック図で表した場合、最小位相系Ｐ（ｓ）と不安定零点Ｚ（ｓ）に分離できる。
なお、多項式＝０を満たす全ての解の実部が負となるような多項式を最小位相多項式といい、線形システムで伝達関数の分母多項式も分子多項式も共に最小位相多項式であるような系を最小位相系という。つまり、最小位相系は、零点（分子多項式＝０の解）と極（分母多項式＝０の解）の全てが安定（実部が負）な伝達関数で表現された安定な系である。一方、不安定零点とは実部が正となる不安定な零点で、不安定零点を有する伝達関数で表現された系は非最小位相系と呼ばれ、安定極に対して遅い不安定零点が存在すると非最小位相系は逆応答特性を呈するようになる。ここで、逆応答系を最小位相系Ｐ（ｓ）と不安定零点Ｚ（ｓ）とに分離するにあたり、全ての不安定零点を Ｚ（ｓ）に集約するのではなく、一部の不安定零点を Ｚ（ｓ）に集約し、残りの不安定零点をＰ（ｓ）に残した場合、Ｐ（ｓ）は最小位相系とはならず、非最小位相系となる。 
【０００４】
このような逆応答系を制御する技術としては、例えば、特許文献２に開示されたものがある。特許文献２は、インバータで駆動する電動機の脈動検出値をフーリエ変換し、任意周波数の脈動成分を２つのフーリエ係数の形で検出し、学習制御器により脈動を抑制するように学習制御して、ベクトル制御における回転座標系のｄ軸電流指令値あるいはｑ軸電流指令値あるいはｄ軸ｑ軸電流指令値の双方に学習した脈動補償電流を重畳して、脈動を抑制する電動機の脈動抑制装置において、前記２つのフーリエ係数の検出による脈動抑制の学習制御系を、複素ベクトル平面で構成し、前記脈動補償電流を求める手段を備えた電動機の脈動抑制装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２２００６号公報
【特許文献２】再公表２０１０／２４１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した逆応答系では、応答初期に、入力に対して逆方向に動き出すため制御性が悪く、特に、図３に示すように、逆応答系でありながら振動的な挙動（伝達関数の分母の極に「虚数部≫実部」となる振動的な極が存在）を示す場合は、更に制御性が悪化する。 
図４には、図３のように振動的な挙動示す逆応答系に対するＰＩＤ制御のブロック図が示されている。このような制御系は、例えば、特許文献２の図７などにも開示されている。
【０００７】
図５には、図４の制御系を制御した結果（ステップ応答）が示されている。図４の制御系では、逆応答の影響でほとんどＤゲイン（微分ゲイン）を与える事ができず、振動的挙動を抑制できないためＰゲイン（比例ゲイン）も上げることができず、ほとんどがＩゲイン（積分ゲイン）主体で制御系を構成しているため、応答が非常に遅く、且つ、それでも
振動的な応答波形となっている。
【０００８】
まとめれば、逆応答系においては、以下に述べる制御上の問題点が存在する。
(1)制御対象への入力の変化方向とは逆の逆応答が最初に発生するため、非常に制御性能が悪い。 
(2)逆応答系を含む非最小位相系を制御すべく、Ｄ制御（微分制御）を適用しようと考えたとしても、出力波形の変化に応じて制御入力を変化させるＤゲインは上記した逆応答では不安定方向に作用するため、ほとんど与えることができず、特に、図３のように振動的な挙動を示す逆応答系では、Ｄ制御による振動抑制を行うことが不可能な状況である。
【０００９】
(3)Ｄ制御による振動抑制が不可能なため、振動を励起しない範囲でしかＰ制御（比例制御）を実施することができず、制御系の主制御はＩ制御（積分制御）に委ねられるが、Ｉ制御による応答性改善には限界があり、非常にゆっくりとした制御応答しか得ることができない。 
そこで、本発明は上記問題点を鑑み、逆応答系を確実に制御できる制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る逆応答系の制御装置は、入力の変化方向に対して初期応答が逆方向に振れる逆応答特性を有する制御対象を制御する制御装置であって、 前記制御対象での逆応答特性を補償する逆応答補償系を有し、前記逆応答補償系は、制御対象の出力と、不安定零点の一部又は全部を取り除いた制御対象の出力との差である比較値を算出し、算出された比較値を前記制御対象の入力側へフィードバックするように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、前記制御対象が、一対のドラム間に架け渡された無端のベルトを有すると共に、当該ベルト上を試験用のタイヤが転動するように構成されたタイヤの走行試験装置であり、前記ドラムの揺動量又は揺動力が制御対象の入力とされ、前記ベルトの位置が制御対象の出力とされているとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の制御装置によれば、逆応答系を確実に制御可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】逆応答系のステップ応答を示したものである。
【図２】逆応答系のブロック図を示したものである。
【図３】逆応答系のステップ応答を示したものである。
【図４】逆応答系をＰＩＤ制御するブロック図を示したものである。
【図５】図４の制御系で制御を行った結果を示した図である。
【図６】本実施形態の制御系のブロック図を示したものである。
【図７】本実施形態の制御系で制御を行った結果を示した図である。
【図８】タイヤ走行試験装置の概略を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る逆応答系（逆応答系を含む非最小位相系）の制御装置の実施の形態を、図をもとに説明する。
まず、本実施形態の制御装置１を説明する前に、逆応答系２について説明を行う。
図８に示す如く、逆応答系２の代表的な例としては、特許文献１（特開２０１０−１２２００６号公報）に開示されたタイヤＴの走行試験装置５０が挙げられる。
【００１５】
この走行試験装置５０は、駆動モータ５１に連結されて正逆に回転自在とされた駆動ドラム５２と、駆動ドラム５２に対して距離をあけて軸心同士が互いに平行となるように設けられる従動ドラム５３と、駆動ドラム５２と従動ドラム５３との間に架け渡された無端のベルト５４とを有している。ベルト５４の平坦面に形成された路面（試験路面）に試験用のタイヤＴが接地している。走行試験装置５０は、ベルト５４上の試験路面にタイヤＴを接地・転動させてタイヤＴの走行特性を評価できるように構成されている。 
【００１６】
さらに、この走行試験装置５０には、ベルト蛇行防止装置５５が備えられており、このベルト蛇行防止装置５５は、走行試験装置５０に設けられた駆動ドラム５２と従動ドラム
５３とのうち、従動ドラム５３を駆動ドラム５２に対して揺動させることでベルト５４の蛇行、位置ずれを修正している。
ベルト蛇行防止装置５５は、駆動ドラム５２に対して従動ドラム５３を上下方向に沿った揺動軸回りに揺動させ且つその揺動量θ、揺動速度θ’、揺動力などの揺動パラメータに応じてベルト５４の位置を可変とするドラム揺動手段５６と、このドラム揺動手段５６を制御する制御部５７と、を備えている。ベルト蛇行防止装置５５では、ベルト位置をセンサ５８などで実測した上で、従動ドラム５３を揺動させ、ベルト位置の制御を行っている。
【００１７】
この走行試験装置５０に代表される制御系は、ベルト５４が有する弾性の影響などで、応答初期にベルト５４が一旦、指令方向とは逆方向に移動した後、指令値の方向へ移動するようなことがあり（図１、図３を参照）、逆応答系２と考えることができる。
図６は、本発明の実施形態を示したものであって、走行試験装置５０の特性を表現した制御系すなわち逆応答系２、及びこの逆応答系２を制御する制御系をブロック図で示したものである。
【００１８】
制御対象である逆応答系２は、最小位相系Ｐ（ｓ）とこの最小位相系Ｐ（ｓ）の出力が入力される不安定零点Ｚ（ｓ）とから構成される。最小位相系Ｐ（ｓ）は、走行試験装置５０の動特性から不安定零点Ｚ（ｓ）の全部を取り除いたものである。この不安定零点Ｚ（ｓ）の存在により、逆応答系２は逆応答特性を呈するようになる。
ここではＰ（ｓ）を最小位相系としているが、Ｐ（ｓ）の安定極に対して応答が速い不安定零点を含んでいても（遅い不安定零点を含んでいなければ）逆応答を示さないため、安定極に対して遅い不安定零点を含まない概ね最小位相系とし、遅い不安定零点をＺ（ｓ）に一部あるいは全部を集約した形でも以下の議論・効果は成り立つ。
【００１９】
逆応答系２の入力側には、当該逆応答系２を制御するためのＰＩＤ制御器３が設けられている。目標入力値はＰＩＤ制御器３を介した上で逆応答系２へ入力され、逆応答系２が制御されることとなる。
加えて、本実施形態では、この逆応答系２に対して、スミス補償系（むだ時間補償系）の考え方に準拠した逆応答補償系５（逆応答補償部）を設けるようにしている。本願の発明者は、前述した不安定零点Ｚ（ｓ）の一つとして、むだ時間があり、このむだ時間の補償にスミス補償が有益であることに立脚し、本願発明に至った。
【００２０】
図６に示すように、逆応答補償系５は並列的に２つのＰ（ｓ）を備えており、逆応答系２への入力値（ＰＩＤ制御器３の出力）から分岐された信号が、前述した２つのＰ（ｓ）のそれぞれへ入力される。一方側のＰ（ｓ）の出力はそのまま出力され、他方側のＰ（ｓ）の出力はＺ（ｓ）へ入力される。Ｚ（ｓ）からの出力はマイナス値とされて、一方側のＰ（ｓ）の出力に加算される。加算後の信号は、逆応答系２（制御対象）の出力に加えられた上で、ＰＩＤ制御器３の入力へフィードバック（ネガティブフィードバック）される。ここで、逆応答補償系５のＰ（ｓ）、Ｚ（ｓ）は、逆応答系２の最小位相系Ｐ（ｓ）と不安定零点Ｚ（ｓ）と同じ伝達関数で表される。
【００２１】
まとめれば、本実施形態の逆応答補償系５は、逆応答系２である制御対象を模擬する部分（Ｐ（ｓ）＋Ｚ（ｓ））と、不安定零点の全てあるいは一部を集約したＺ（ｓ）を除くことで改善された制御対象Ｐ（ｓ）の差を実際の出力に加算し、入力側へフィードバックすることで、逆応答の影響を受けないＰＩＤ制御を実現するようにしたものである。別の言い方をすれば、逆応答補償系５は、制御対象（Ｐ（ｓ）＋Ｚ（ｓ））の出力と、不安定零点の一部又は全部を取り除いた制御対象の出力（Ｐ（ｓ））との比較値を算出し、算出された比較値（差）を制御対象の入力側へネガティブフィードバックするように構成されたものである。
【００２２】
なお、ＰＩＤ制御器３へのフィードバック値は逆応答系２の出力そのものであるので、図８の走行試験装置５０における位置制御ループ（揺動量θの制御ループ）に対応すると考えられる。
図７には、本実施形態の制御装置による制御結果が示されている。なお、制御条件は、図５の場合と同じとしている。
【００２３】
本実施形態の場合、逆応答補償系５を設けていることで、ＰＩＤ制御器３でのＤ制御及びＰ制御による制御を確実に行うことができ、図７に示されるように速やかな制御応答を得ることができる。なお、図７の応答曲線においては、速やかな制御応答を実現するために、立ち上がり直後は一瞬逆方向に動作しているが、制御対象の性質上、速やかな応答を行うためには逆方向の逆応答が大きくなることは避けられない。このような逆応答が発生しても、実機での適用時にはその影響を受けることは少なく、むしろ、本実施形態の制御装置では、逆応答以降の応答が速やかに制御されていて、非常に有益なものとなる。
【００２４】
以上述べた如く、本発明の制御装置１では、逆応答補償系５を設けているため、制御ゲインを上げることができ高応答化を図ることが可能となる。また、逆応答補償系５によって、制御対象が逆応答を示す不安定零点のない制御系となり、逆応答の影響を受けることなく、ＰＩＤ制御（特に、Ｄ制御、Ｐ制御）を行うことが可能となる。つまり、本発明の制御装置１を用いることで、逆応答系２を確実に制御できるようになる。
【００２５】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【００２６】
例えば、本発明の制御技術は、タイヤＴの走行試験装置５０向けに限定されるものではなく、逆応答系２で表されるシステムであればいずれにも適用可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１    制御装置
２    逆応答系
３    ＰＩＤ制御器
５    逆応答補償系
５０  走行試験装置
５１  駆動モータ
５２  駆動ドラム
５３  従動ドラム
５４  ベルト
５５  ベルト蛇行防止装置
５６  ドラム揺動手段
５７  制御部
５８  センサ
Ｔ    タイヤ
【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図１】
0005541751.tif 000007
【図３】
0005541751.tif 000008
【図７】
0005541751.tif 000009