(57)【要約】【課題】  ＰＩＤ制御装置にさらに素早くスムーズな応答性をもたせる。【解決手段】  ＰＩＤ制御装置７は、制御対象の応答出力値と目標値との偏差に基づいて制御出力を演算するＰＩＤ制御装置であり、偏差に比例した比例値を出力する比例演算手段２０と、偏差の時間積分に比例した積分値を出力する積分演算手段３０と、偏差の時間微分に比例した微分値を出力する微分演算手段４０と、微分値が予め定められた第１規制範囲内にない場合に積分値を無効とする積分演算規制手段５０と、偏差の符号の変化を監視し、符号の変化に応じて微分値が予め定められた第２規制範囲を超えないようさらに演算する微分演算規制手段６０とを備えている。【選択図】      図４
2006023806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の応答出力値と目標値との偏差に基づいて制御出力を演算するＰＩＤ制御装置であって、
前記偏差に比例した比例値を出力する比例演算手段と、
前記偏差の時間積分に比例した積分値を出力する積分演算手段と、
前記偏差の時間微分に比例した微分値を出力する微分演算手段と、
前記微分値が予め定められた第１規制範囲内にない場合に前記積分値を無効とする積分演算規制手段と、
を備えたＰＩＤ制御装置。
【請求項２】
制御対象の応答出力値と目標値との偏差に基づいて制御出力を演算するＰＩＤ制御装置であって、
前記偏差に比例した比例値を出力する比例演算手段と、
前記偏差の時間積分に比例した積分値を出力する積分演算手段と、
前記偏差の時間微分に比例した微分値を出力する微分演算手段と、
前記偏差の符号を監視し、前記偏差の符号に応じて前記微分値が予め定められた第２規制範囲を超えないようさらに演算する微分演算規制手段と、
を備えたＰＩＤ制御装置。
【請求項３】
制御対象の応答出力値と目標値との偏差に基づいて制御出力を演算するＰＩＤ制御装置であって、
前記偏差に比例した比例値を出力する比例演算手段と、
前記偏差の時間積分に比例した積分値を出力する積分演算手段と、
前記偏差の時間微分に比例した微分値を出力する微分演算手段と、
前記微分値が予め定められた第１規制範囲内にない場合に前記積分値を無効とする積分演算規制手段と、
前記偏差の符号を監視し、前記偏差の符号に応じて前記微分値が予め定められた第２規制範囲を超えないようさらに演算する微分演算規制手段と、
を備えたＰＩＤ制御装置。
【請求項４】
前記積分演算規制手段は、前記微分値と前記第１規制範囲の第１上限値及び第１下限値とを比較し、前記微分値が第１規制範囲内にあることを判断するための積分判断手段と、
前記積分判断手段の判断結果を受け取り、前記微分値が前記第１規制範囲内にある場合には前記積分値をそのまま出力し、前記微分値が前記第１規制範囲内にない場合には前記積分値を積分値変換手段に出力する積分切替手段とを備え、
前記積分値変換手段は、前記積分切替手段から出力された前記積分値を予め定められた所定値に変換して出力する、
請求項１または３に記載のＰＩＤ制御装置。
【請求項５】
前記第２規制範囲は、前記偏差の符号が正の場合に採用する正符号側規制範囲と、前記偏差の符号が負の場合に採用する負符号側規制範囲とから構成され、
前記微分演算規制手段は、
前記偏差の符号を監視し、前記偏差の符号に応じて前記微分演算手段からの前記微分値の出力先を切り替える符号監視手段と、
前記偏差の符号が正の場合に、前記符号監視手段から出力された前記微分値が前記正符号側規制範囲内にあるかどうかを判断し、前記微分値の出力先を切り替える正符号側微分切替手段と、
前記偏差の符号が負の場合に、前記符号監視手段から出力された前記微分値が前記負符号側規制範囲内にあるかどうかを判断し、前記微分値の出力先を切り替える負符号側微分切替手段と、
を備えた請求項２から４のいずれかに記載のＰＩＤ制御装置。
【請求項６】
前記正符号側規制範囲は、正符号側上限値と、正符号側下限値とから構成され、
前記正符号側微分切替手段は、前記微分値が前記正符号側規制範囲内にある場合に、前記微分値をそのまま出力し、前記微分値が前記正符号側上限値を上回っている場合に、前記微分値を正符号側上限規制手段に出力し、前記微分値が前記正符号側下限値を下回っている場合に、前記微分値を正符号側下限規制手段に出力し、
前記正符号側上限規制手段は、前記正符号側微分切替手段から出力された前記微分値を前記正符号側上限値に変換して出力し、
前記正符号側下限規制手段は、前記正符号側微分切替手段から出力された前記微分値を前記正符号側下限値に変換して出力し、
前記負符号側規制範囲は、負符号側上限値と、負符号側下限値とから構成され、
前記負符号側微分切替手段は、前記微分値が前記負符号側規制範囲内にある場合に、前記微分値をそのまま出力し、前記微分値が前記負符号側上限値を上回っている場合に、前記微分値を負符号側上限規制手段に出力し、前記微分値が前記負符号側下限値を下回っている場合に、前記微分値を負符号側下限規制手段に出力し、
前記負符号側上限規制手段は、前記負符号側微分切替手段から出力された前記微分値を前記負符号側上限値に変換して出力し、
前記負符号側下限規制手段は、前記負符号側微分切替手段から出力された前記微分値を前記負符号側下限値に変換して出力する、
請求項５に記載のＰＩＤ制御装置。
【請求項７】
前記制御対象は、車両の自動変速機のクラッチ装置である、
請求項１から６のいずれかに記載のＰＩＤ制御装置。
【請求項８】
前記制御対象は、車両の自動変速機の変速装置である、
請求項１から６のいずれかに記載のＰＩＤ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＩＤ制御装置、特に車両の自動変速機の制御に用いられるＰＩＤ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な機器を制御する方式として、従来よりＰＩＤ制御が広く知られている。ＰＩＤ制御は、制御対象の応答出力値と目標値との偏差に基づいて制御出力を演算することで、応答出力値を目標値に近づけ目標値に近い値に保持することを可能としている。ＰＩＤ制御は、偏差に比例した比例値を出力する比例動作（Ｐ動作）、偏差の時間積分に比例した積分値を出力する積分動作（Ｉ動作）、及び偏差の時間微分に比例した微分値を出力する微分動作（Ｄ動作）の３つの動作を組み合わせて制御を行っている。これらの動作はそれぞれパラメータを有しており、適正なパラメータを選定することで動特性の異なる様々な機器の制御が可能となる。また、ＰＩＤ制御はコントローラが線形であるため、ＰＩＤパラメータの影響や安定性等の解析が理論的に行える。したがって、ＰＩＤ制御装置は、制御装置として標準化が容易であるため、様々な分野において利用されている。
【０００３】
ＰＩＤ制御装置は、一般的にプラントの温度制御や流量制御等に利用されているが、その他の分野では例えば車両の自動変速機の制御等で利用されている。自動変速機は、従来のマニュアル車の乾式クラッチ装置及びトランスミッションの動作をそれぞれ自動で行うものがあり、クラッチ装置のトルク伝達及び解除動作にＰＩＤ制御が利用されている。クラッチ装置は、エンジンのトルクが伝達されるフライホイールと、フライホイールに近接して配置されトランスミッション入力シャフトに固定されたクラッチディスク組立体と、クラッチディスク組立体をフライホイールへ押圧するためのプレッシャープレートを有するクラッチカバー組立体とを備えている。
【０００４】
クラッチ装置は、クラッチカバー組立体に固定されたダイヤフラムスプリングによりプレッシャープレートをフライホイール側へ付勢し、クラッチディスク組立体をフライホイールとの間で狭持することでエンジン側からトランスミッション側へトルクを伝達する。その際、クラッチディスク組立体を完全に狭持する手前の状態、いわゆる半クラッチ状態をつくることで、スムーズなクラッチ連結動作が可能となる。また、クラッチ装置は、クラッチディスク組立体を狭持しない状態とすることで、トルク伝達を解除しトランスミッションでのギヤの切替を行える。その際、プレッシャープレートを素早く動作させることで、トルクの伝達が遮断される時間が短くなり、無駄のない自動変速が可能となる。これらのクラッチの連結及び解除動作の制御をＰＩＤ制御により行っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述のように、クラッチ装置におけるＰＩＤ制御は、クラッチの連結時にはスムーズな応答が要求され、解除時には素早い応答が要求される。しかし、クラッチ装置の連結及び解除動作をＰＩＤ制御にて行う場合、期待する応答が得られない場合がある。ここで、素早い応答及びスムーズな応答をさせた場合のＰＩＤ制御の動特性について説明する。
【０００６】
図１に従来のＰＩＤ制御の応答特性図の一例を示す。図１は、ＰＩＤ制御に素早い応答（ステップ応答）をさせた場合の各制御値の一例である。グラフ１−１は、目標値ＳＶ及び応答出力値ＰＶの変化を示す。グラフ１−２〜１−５は、ＰＩＤ制御の制御出力値ＭＶ、比例値ＫＰ、積分値ＫＩ、及び微分値ＫＤを示す。グラフの横軸は、全て時間軸となっている。グラフ１−１に示すように、目標値ＳＶとしてステップ状の信号を入力すると、応答出力値ＰＶを目標値ＳＶに近づけるため各制御値が演算され、制御出力値ＭＶとして出力される。そして制御対象は制御出力値ＭＶに基づいて操作され、動作の結果が応答出力値ＰＶとしてＰＩＤ制御装置に入力され、再度演算がなされる。したがって、グラフ１−１に示すように制御対象からの応答出力値ＰＶは目標値ＳＶから応答遅れを持った特性となる。ここで、グラフ１−１に注目すると、目標値ＳＶに対し応答出力値ＰＶがオーバーシュートする部分ある。これは、応答遅れによって偏差が生じ、偏差の積分値ＫＩが必要以上に蓄積され、制御出力値ＭＶに影響を及ぼしていることが原因と考えられる。
【０００７】
また、図２は従来のＰＩＤ制御装置の応答特性図の一例で、ＰＩＤ制御にスムーズな応答をさせた場合の各制御値の一例である。目標値ＳＶとしてサイン波を入力すると、前述と同様に応答出力値ＰＶは目標値ＳＶから応答遅れを持ち、若干位相が遅れたサイン波となる。ここで、グラフ２−２に注目すると、制御出力値ＭＶに一部乱れが生じていることが分かる。この制御出力値ＭＶが乱れる箇所は、応答遅れによって偏差が生じ、偏差の積分値が大きくなり、応答出力値の位相が進み偏差が０となった場合、または偏差の符号が変化した場合に、積分値ＫＩがリセットされた箇所に対応している。このように、本来、積分値ＫＩは定常偏差をなくすことを目的としているが、応答遅れによる偏差を時間積分するため、意図せぬ制御出力ＭＶとなり、クラッチ装置の制御において素早くスムーズなクラッチ解除、クラッチ連結動作を妨げる原因となり好ましくない。
【０００８】
また、図１のグラフ１−５に注目すると、偏差の符号が変わらずとも微分値ＫＤの正負が入れ替わっている部分がある。これは、目標値ＳＶが変化した直後は偏差が増加するため、Ｄ動作は偏差をなくす方向（正方向）へ操作しようとするが、応答出力値ＰＶが目標値ＳＶへ近づくと偏差が減少するため、Ｄ動作は偏差を増やす方向（負方向）へ操作しようとすることが原因と考えられる。Ｄ動作は、偏差の変化に対し追従を良くする役割とＰ動作のブレーキの役割とを果たすために必要とされているが、不必要な微分値ＫＤによるブレーキはクラッチ装置の制御においては素早いクラッチ解除、クラッチ連結動作を妨げる原因となり好ましくない。
【０００９】
以上より、従来のＰＩＤ制御をクラッチ装置の自動制御に利用した場合、以下のような問題点がある。
◎比較的長い制御時間を有する場合、応答遅れによって生じる偏差の時間積分値が大きくなるため、制御出力値に意図せぬ影響を及ぼす。
◎ステップ応答等の目標値の変化が激しい場合、目標値が正側へ変化した瞬間は偏差が増加するため微分値が「正」となり応答出力値を目標値へ近づけるよう応答するが、目標値が応答出力値に近づくと偏差が減少するため微分値が「負」となり、Ｄ動作が制御出力の操作方向と逆方向へ作用するため素早い応答を阻害する。目標値が負側へ変化した場合も同様である。
【００１０】
本発明の目的は、ＰＩＤ制御装置にさらに素早くスムーズな応答性をもたせることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載のＰＩＤ制御装置は、制御対象の応答出力値と目標値との偏差に基づいて制御出力を演算するＰＩＤ制御装置であり、偏差に比例した比例値を出力する比例演算手段と、偏差の時間積分に比例した積分値を出力する積分演算手段と、偏差の時間微分に比例した微分値を出力する微分演算手段と、微分値が予め定められた第１規制範囲内にない場合に積分値を無効とする積分演算規制手段とを備えている。
【００１２】
ＰＩＤ制御は、前述のようにＰ動作にて制御しきれずに発生する定常偏差をなくすため、Ｉ動作により偏差の時間積分に比例した積分値ＫＩを出力し、応答出力値がさらに目標値に近づくよう作用させている。Ｉ動作は、定常偏差が発生している場合にその効果を発揮するため、定常偏差が発生していない場合には必要がない動作であるといえる。しかし実際は、Ｉ動作では常に偏差の時間積分を行っており、制御時間が比較的長い場合には応答遅れによって生じる偏差の時間積分値が大きくなるため、意図せぬ制御出力値ＭＶを出力し素早くスムーズな応答を阻害する。
【００１３】
このＰＩＤ制御装置では、積分演算規制手段を備えているため、偏差の微分値により定常偏差が発生しているかを判断し、微分値が第１規制範囲内にない場合に積分値を無効とすることができる。すなわち、このＰＩＤ制御装置ではＩ動作が必要な場合にだけ時間積分を行うことができるようになる。したがって、余分な時間積分が蓄積されないため制御出力値を阻害することなく、より素早くスムーズな応答が可能となる。
【００１４】
請求項２に記載のＰＩＤ制御装置は、制御対象の応答出力値と目標値との偏差に基づいて制御出力を演算するＰＩＤ制御装置であり、偏差に比例した比例値を出力する比例演算手段と、偏差の時間積分に比例した積分値を出力する積分演算手段と、偏差の時間微分に比例した微分値を出力する微分演算手段と、偏差の符号を監視し、偏差の符号に応じて微分値が予め定められた第２規制範囲を超えないよう微分値をさらに演算する微分演算規制手段とを備えている。
【００１５】
ＰＩＤ制御は、前述のように偏差の変化に対し追従を良くする役割とＰ動作のブレーキの役割とをＤ動作が担っている。しかし、例えば目標値が急激に変化した場合、目標値が正側へ変化した瞬間は偏差が増加するため微分値が「正」となり応答出力値を目標値へ近づけるよう応答するが、目標値が応答出力値に近づくと偏差が減少するため微分値が「負」となり、Ｄ動作が制御出力の操作方向と逆方向へ作用するため不必要な微分出力により素早い応答を阻害する。
【００１６】
このＰＩＤ制御装置では、微分演算規制手段を備えているため、偏差の符号を監視することによりＤ動作が制御出力の操作方向と逆方向に作用しているかどうかを判断することができる。そして、Ｄ動作が制御出力の操作方向と逆方向に作用している場合に、微分値を第２規制範囲内に制限することができるため、Ｄ動作の逆方向への作用を抑えることができ、より素早い応答が可能となる。
【００１７】
請求項３に記載のＰＩＤ制御装置は、制御対象の応答出力値と目標値との偏差に基づいて制御出力を演算するＰＩＤ制御装置である。偏差に比例した比例値を出力する比例演算手段と、偏差の時間積分に比例した積分値を出力する積分演算手段と、偏差の時間微分に比例した微分値を出力する微分演算手段と、微分値が予め定められた第１規制範囲内にない場合に積分値を無効とする積分演算規制手段と、偏差の符号を監視し、偏差の符号に応じて微分値が予め定められた第２規制範囲を超えないようさらに演算する微分演算規制手段とを備えている。
このＰＩＤ制御装置では、請求項１に記載の積分演算規制手段、及び請求項２に記載の微分演算規制手段を備えているため、より素早くスムーズな応答が可能となる。
【００１８】
請求項４に記載のＰＩＤ制御装置は、請求項１または３において、積分演算規制手段が微分値と第１規制範囲の第１上限値及び第１下限値とを比較し、微分値が第１規制範囲内にあることを判断するための積分判断手段と、積分判断手段の判断結果を受け取り、微分値が第１規制範囲内にある場合には積分値をそのまま出力し、微分値が第１規制範囲内にない場合には積分値を積分値変換手段に出力する積分切替手段とを備えている。積分値変換手段は、積分切替手段から出力された積分値を予め定められた所定値に変換して出力する。
【００１９】
このＰＩＤ制御装置では、積分演算規制手段が積分判断手段を備えているため、微分値が第１規制範囲内にあるかどうかを判断することができる。すなわち、応答出力値と目標値に定常偏差が発生しているかどうかを判断することができる。また、積分演算規制手段が積分切替手段及び積分値変換手段を備えているため、定常偏差が発生していない場合に積分演算手段から出力された積分値を所定値、つまり一定の値として出力することができ、Ｉ動作が不要な場合に積分値を無効とすることができる。
【００２０】
請求項５に記載のＰＩＤ制御装置は、請求項２から４のいずれかにおいて、第２規制範囲は偏差の符号が正の場合に採用する正符号側規制範囲と、偏差の符号が負の場合に採用する負符号側規制範囲とから構成されている。微分演算規制手段は、偏差の符号を監視し、偏差の符号に応じて微分演算手段からの微分値の出力先を切り替える符号監視手段と、偏差の符号が正の場合に、符号監視手段から出力された微分値が正符号側規制範囲内にあるかどうかを判断し、微分値の出力先を切り替える正符号側微分切替手段と、偏差の符号が負の場合に、符号監視手段から出力された微分値が負符号側規制範囲内にあるかどうかを判断し、微分値の出力先を切り替える負符号側微分切替手段とを備えている。
【００２１】
このＰＩＤ制御装置では、符号監視手段、正符号側微分切替手段、負符号側微分切替手段を備えているため、偏差の符号を把握することができ、Ｄ動作が正方向及び負方向のどちらに作用しているのかを微分値の正負により判断し、規制範囲を切り替えることができる。
【００２２】
請求項６に記載のＰＩＤ制御装置は、請求項５において、正符号側規制範囲は、正符号側上限値と、正符号側下限値とから構成されている。正符号側微分切替手段は、微分値が正符号側規制範囲内にある場合に、微分値をそのまま出力し、微分値が正符号側上限値を上回っている場合に、微分値を正符号側上限規制手段に出力し、微分値が正符号側下限値を下回っている場合に、微分値を正符号側下限規制手段に出力する。正符号側上限規制手段は、正符号側微分切替手段から出力された微分値を正符号側上限値に変換して出力する。正符号側下限規制手段は、正符号側微分切替手段から出力された微分値を正符号側下限値に変換して出力する。負符号側規制範囲は、負符号側上限値と、負符号側下限値とから構成されている。負符号側微分切替手段は、微分値が負符号側規制範囲内にある場合に、微分値をそのまま出力し、微分値が負符号側上限値を上回っている場合に、微分値を負符号側上限規制手段に出力し、微分値が負符号側下限値を下回っている場合に、微分値を負符号側下限規制手段に出力する。負符号側上限規制手段は、負符号側微分切替手段から出力された微分値を負符号側上限値に変換して出力する。負符号側下限規制手段は、負符号側微分切替手段から出力された微分値を負符号側下限値に変換して出力する。
【００２３】
このＰＩＤ制御装置では、正符号側上限規制手段、正符号側下限規制手段、負符号側上限規制手段、負符号側下限規制手段を備えているため、偏差の符号に応じて、微分値が第２規制範囲を超えないよう確実に制御することができる。したがって、このＰＩＤ制御装置は、制御出力の操作方向と逆方向にＤ動作が作用する場合に、微分値を抑えることができるため、目標値の変化に対してより素早い応答が可能となる。
【００２４】
請求項７に記載のＰＩＤ制御装置は、請求項１から６のいずれかにおいて、制御対象が車両の自動変速機のクラッチ装置である。
【００２５】
請求項８に記載のＰＩＤ制御装置は、請求項１から６のいずれかにおいて、制御対象が車両の自動変速機の変速装置である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係るＰＩＤ制御装置により、より素早くスムーズな応答が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。本実施形態では、本発明に係るＰＩＤ制御装置を自動変速機のクラッチ装置の制御装置として採用した場合について記載する。
【００２８】
１．クラッチ装置周辺の構成
本発明に係るＰＩＤ制御装置を採用したクラッチ装置周辺の構成について簡単に説明する。図３に本発明に係るＰＩＤ制御装置を採用したクラッチ装置周辺の構成図を示す。クラッチ装置２の周辺は、レリーズ装置４と、駆動装置５と、位置検出装置６と、ＰＩＤ制御装置７とから構成される。クラッチ装置２は、エンジン１からのトルクをトランスミッション３へ伝達及び遮断するためのものである。クラッチ装置２は、例えば、エンジン１側の図示しないフライホイールに近接して配置された環状のクラッチディスク組立体と、クラッチディスク組立体をフライホイール側へ押圧するプレッシャープレートと、プレッシャープレートをクラッチディスク組立体側へ付勢するダイヤフラムスプリングを含むクラッチカバー組立体とを備えている。クラッチ装置２の連結及び解除動作は、ダイヤフラムスプリングを軸方向に弾性変形させて行う。
【００２９】
レリーズ装置４は、クラッチ装置２の連結及び解除動作を操作するためのもので、図示しないレリーズベアリングがダイヤフラムスプリングに連結されている。駆動装置５は、レリーズ装置４の駆動源であり、例えば電動機や油圧シリンダ等が挙げられる。駆動装置５は、レリーズ装置４のレリーズベアリングに連結されるレリーズフォークを駆動させることで、レリーズベアリング及びダイヤフラムスプリングを軸方向に移動させ、クラッチ装置２の連結及び解除動作を行う。位置検出装置６は、レリーズフォークや駆動装置５の軸方向や回転方向の位置を検出するためのものである。クラッチ装置２は、レリーズ装置４、駆動装置５、及び位置検出装置６により連結及び解除動作を行いつつ、連結及び解除動作の状態を検出することができる。
【００３０】
ＰＩＤ制御装置７は、クラッチ装置２の連結及び解除動作を制御するためのものである。ＰＩＤ制御装置７は、駆動装置５及び位置検出装置６に接続されており、位置検出装置６からの位置検出信号である応答出力値ＰＶを受け取り、その応答出力値ＰＶを目標値ＳＶに近づけるために演算を行い、制御出力値ＭＶを駆動装置５に対して出力する。駆動装置５は、ＰＩＤ制御装置７からの制御出力値ＭＶにより必要な量だけレリーズ装置４を駆動させる。このように、クラッチ装置２の連結及び解除動作の制御がＰＩＤ制御装置７により行われる。
【００３１】
２．ＰＩＤ制御装置の構成
図４に本発明の一実施形態としてのＰＩＤ制御装置の制御ブロック図を示す。ＰＩＤ制御装置７は、偏差演算手段１０と、比例演算手段２０と、積分演算手段３０と、微分演算手段４０と、積分演算規制手段５０と、微分演算規制手段６０と、積分値初期化手段７０と、制御出力演算手段８０とから構成される。以下、各手段について詳細を説明する。
【００３２】
（１）偏差演算手段
偏差演算手段１０は、目標値ＳＶと位置検出装置６からの応答出力値ＰＶとの偏差Ｅを演算するためのものである。偏差Ｅは、後述する各手段での演算に用いられる。
【００３３】
（２）比例演算手段
比例演算手段２０は、偏差演算手段１０から出力された偏差Ｅに比例した比例値ＫＰを出力するためのものであり、従来のＰＩＤ制御におけるＰ動作にあたる。
【００３４】
（３）積分演算手段
積分演算手段３０は、偏差演算手段１０から出力された偏差Ｅの時間積分に比例した積分値ＫＩを出力するためのものであり、従来のＰＩＤ制御におけるＩ動作にあたる。
【００３５】
（４）微分演算手段
微分演算手段４０は、偏差演算手段１０から出力された偏差Ｅの時間微分に比例した微分値ＫＤを出力するためのものであり、従来のＰＩＤ制御におけるＤ動作にあたる。
【００３６】
（５）積分演算規制手段
積分演算規制手段５０は、微分値ＫＤが予め定められた数値の範囲（第１規制範囲）内にない場合に、積分演算手段３０から出力される積分値ＫＩを無効にするためのものである。図５に積分演算規制手段のブロック図の一例を示す。積分演算規制手段５０は、積分判断手段５１と、積分切替手段５２と、積分値変換手段５３から構成される。
【００３７】
積分判断手段５１は、微分演算手段４０から出力される微分値ＫＤを第１規制範囲と比較することで、応答出力値ＰＶと目標値ＳＶとに定常偏差が発生しているかどうかを判断するためのものである。第１規制範囲は、上限値をＫＤ１、下限値をＫＤ２とする。上限値ＫＤ１と下限値ＫＤ２は、定常偏差の発生が検知できる値に予め設定される。
【００３８】
積分切替手段５２は、積分判断手段５１からの判断結果に基づいて、積分値ＫＩの有効及び無効を切り替えるためのものである。具体的には、微分値ＫＤが第１規制範囲内にある場合には、定常偏差が発生していると考えられるため、従来のＩ動作と同様に積分値ＫＩをそのまま出力させる。一方、微分値ＫＤが第１規制範囲内にない場合には、Ｉ動作にて偏差を除去する必要がないため、積分値変換手段５３により積分値ＫＩを０に変換して出力する。すなわち、定常偏差が発生している場合にのみ、定常偏差を除去するというＩ動作の働きを有効とし、偏差を除去する必要がない場合には、Ｉ動作の働きを無効とすることができる。
【００３９】
また、積分判断手段５１は、積分値ＫＩが無効中または無効から有効へ切り替えられる場合に、積分演算手段３０に対して積分値ＫＩを０にリセットする指令を出す。これにより、積分値ＫＩを有効なものとしてそのまま出力する際に、積分値ＫＩを無効としていた間の積分値ＫＩがリセットされるため、余分な時間積分が積分値ＫＩに蓄積されない。したがって、制御出力値ＭＶに意図せぬ積分値ＫＩを加えることがないため乱れの少ない素早くスムーズな応答が可能となる。
【００４０】
（６）微分演算規制手段
微分演算規制手段６０は、偏差Ｅの符号により、微分値ＫＤの値が予め定められた数値の範囲（第２規制範囲）を超えないよう微分値ＫＤに対してさらに演算を行うためのものである。図６に微分演算規制手段のブロック図の一例を示す。微分演算規制手段６０は、符号監視手段６１と、正符号側微分切替手段６２と、正符号側上限規制手段６３と、正符号側下限規制手段６４と、負符号側微分切替手段６５と、負符号側上限規制手段６６と、負符号側下限規制手段６７とから構成される。
【００４１】
符号監視手段６１は、偏差Ｅの符号を監視するためのものである。具体的には、偏差Ｅの符号が正の場合には、微分値ＫＤが正符号側微分切替手段６２へ送られ、符号が負の場合には、微分値ＫＤは負符号側微分切替手段６５へ送られる。
【００４２】
正符号側微分切替手段６２は、偏差Ｅの符号が正の場合に、微分値ＫＤが第２規制範囲内にあるかどうかを判断し、微分値ＫＤの出力先を切り替えるためのものである。具体的には、第２規制範囲は、偏差Ｅの符号により異なる設定が可能となっており、符号が正の場合に採用する正符号側規制範囲と、符号が負の場合に採用する負符号側規制範囲とから構成される。正符号側規制範囲は、正符号側上限値ＫＤ３と、正符号側下限値ＫＤ４とから構成される。負符号側規制範囲は、負符号側上限値ＫＤ５と、負符号側下限値ＫＤ６とから構成される。
【００４３】
正符号側微分切替手段６２は、符号監視手段６１から出力される微分値ＫＤを、正符号側上限値ＫＤ３及び正符号側下限値ＫＤ４と比較する。そして、ＫＤ４≦ＫＤ≦ＫＤ３の場合は、正符号側規制範囲内にあるとして微分値をそのまま出力する。ＫＤ３＜ＫＤの場合は、微分値ＫＤが正符号側上限規制手段６３へ出力される。ＫＤ＜ＫＤ４の場合は、微分値ＫＤが正符号側下限規制手段６４へ出力される。
【００４４】
正符号側上限規制手段６３は、正符号側微分切替手段６２から出力される微分値ＫＤを、正符号側上限値に変換して出力するためのものである。正符号側下限規制手段６４は、正符号側微分切替手段６２から出力される微分値ＫＤを、正符号側下限値に変換して出力するためのものである。これにより、偏差Ｅの符号が正の場合に微分値ＫＤをＫＤ４≦ＫＤ≦ＫＤ３の範囲内に制限することができる。したがって、Ｄ動作が制御出力の操作方向と逆方向に作用している場合に、微分値を正符号側規制範囲（第２規制範囲）内に制限することができるため、Ｄ動作の逆方向への作用を抑えることができ、より素早い応答が可能となる。
【００４５】
負符号側微分切替手段６５は、偏差Ｅの符号が負の場合に、微分値ＫＤが第２規制範囲内にあるかどうかを判断し、微分値ＫＤの出力先を切り替えるためのものである。負符号側微分切替手段６５は、符号監視手段６１から出力される微分値ＫＤを、負符号側上限値ＫＤ５及び負符号側下限値ＫＤ６と比較する。そして、ＫＤ６≦ＫＤ≦ＫＤ５の場合は、負符号側規制範囲内にあるとして微分値はそのまま出力される。ＫＤ５＜ＫＤの場合、微分値ＫＤは負符号側上限規制手段６６へ出力される。ＫＤ＜ＫＤ６の場合、微分値ＫＤは負符号側下限規制手段６７へ出力される。
【００４６】
負符号側上限規制手段６６は、負符号側微分切替手段６５から出力される微分値ＫＤを、負符号側上限値に変換して出力するためのものである。負符号側下限規制手段６７は、負符号側微分切替手段６５から出力される微分値ＫＤを、負符号側下限値に変換して出力するためのものである。これにより、偏差Ｅの符号が負の場合に微分値ＫＤをＫＤ６≦ＫＤ≦ＫＤ５の範囲内に制限することができる。したがって、Ｄ動作が制御出力の操作方向と逆方向に作用している場合に、微分値を負符号側規制範囲（第２規制範囲）内に制限することができるため、Ｄ動作の逆方向への作用を抑えることができ、より素早い応答が可能となる。
【００４７】
（７）積分値初期化手段
積分値初期化手段７０は、偏差Ｅが０となった場合、または偏差Ｅの符号が変化した場合に、積分値ＫＩが０になるよう積分演算手段３０に対して指令を出すためのものである。具体的には、積分演算手段３０は、偏差Ｅの時間積分を行っているため、偏差Ｅの符号が正の場合は積分値ＫＩが時間の経過に伴って正側に大きくなり、偏差Ｅの符号が負の場合は同様に時間の経過に伴って負側に大きくなり、制御出力値ＭＶに大きく影響を及ぼす。したがって、どこかの時点で積分値ＫＩを初期化してやる必要があるため、偏差が０になるかまたは偏差が０を通過し符号が変わった場合に積分値を０にするよう積分値初期化手段７０は積分演算手段３０へ指令を出す。積分演算手段３０は、その指令に従って積分値ＫＩをリセットし、新たに時間積分を開始する。
【００４８】
（８）制御出力演算手段
制御出力演算手段８０は、各手段からの出力に基づき制御出力値ＭＶを演算するためのものである。具体的には、制御出力演算手段８０は、各手段から出力された比例値ＫＰと、積分値ＫＩと、微分値ＫＤとの総和を演算し、制御対象へ出力する。本実施形態の場合は、駆動装置５へ制御出力値ＭＶを送ることで、駆動装置５がレリーズ装置４及びクラッチ装置２を操作する。
【００４９】
３．動作
本発明に係るＰＩＤ制御装置の動作について、クラッチ装置の動作と共に説明する。
（１）微分演算規制手段による動作
図７に本実施形態のＰＩＤ制御装置の応答特性図の一例を示す。図７は、ＰＩＤ制御装置に素早い応答（ステップ応答）をさせた場合の一例である。グラフ７−１は、目標値ＳＶ及び応答出力値ＰＶの変化を示している。グラフ７−２〜７−５は、ＰＩＤ制御の各制御値を示す。グラフの横軸は、全て時間軸となっている。
【００５０】
応答出力値ＰＶは、前述のようにレリーズ装置４の軸方向位置を示し、位置検出装置６から出力される。目標値ＳＶ及び応答出力値ＰＶは、ＰＩＤ制御装置７に入力されると、図４に示すように偏差演算手段１０により偏差Ｅが出力され、各手段により制御に必要な演算がなされる。
【００５１】
クラッチ装置２が連結状態から解除状態となる場合、トルク伝達が遮断される時間を短くするために、レリーズ装置４は軸方向に素早く動作させる必要がある。そのときのレリーズ装置４の軸方向位置の目標値ＳＶは、グラフ７−１に示すようにステップ状の信号となる。目標値ＳＶとして、例えば正側に大きく変化するステップ状の信号が入力されると、応答遅れにより正の偏差Ｅが生じる。目標値ＳＶの入力直後は偏差Ｅが増加するため、微分演算手段４０から出力される微分値ＫＤはグラフ７−５に示すように正側の値となり、偏差Ｅをなくす方向（正方向）へ操作しようとする。一方、応答出力値ＰＶが目標値ＳＶへ近づくと偏差Ｅが減少するため、微分値ＫＤはグラフ７−５に示すように負側の値となり、偏差Ｅを増やす方向（負方向）へ操作しようとする。
【００５２】
このように変化する微分値ＫＤは、図６に示すよう微分演算規制手段６０によりさらに演算される。微分演算規制手段６０に入力された微分値ＫＤは、偏差の符号が正であるため、符号監視手段６１から正符号側微分切替手段６２へ出力される。そして、微分値ＫＤは正符号側微分切替手段６２と、正符号側上限規制手段６３と、正符号側下限規制手段６４とによりＫＤ４≦ＫＤ≦ＫＤ３の範囲内に制限される。
【００５３】
したがって、このＰＩＤ制御装置７は、偏差Ｅが微分値ＫＤにより負方向へ操作される際には、予め設定された正符号側下限値ＫＤ４以上に制限されるため、微分値ＫＤによる不必要なブレーキ効果を抑制することができ、より素早い応答が可能となる。クラッチ装置２の連結解除動作においては、レリーズ装置４がクラッチ装置２の連結位置から解除位置へ素早く動作するため、素早く無駄のないクラッチ解除動作を行うことができる。偏差Ｅの符号が負の場合も、同様に素早い応答を可能とする。
【００５４】
（２）積分演算規制手段による動作
図８に本実施形態のＰＩＤ制御装置の応答特性図の一例を示す。図８は、ＰＩＤ制御装置にスムーズな応答をさせた場合の一例である。グラフ８−１は、目標値ＳＶ及び応答出力値ＰＶの変化を示している。グラフ８−２〜８−５は、ＰＩＤ制御の各制御値の変化を示す。グラフの横軸は、全て時間軸となっている。
【００５５】
クラッチ装置２が解除状態から連結状態となる場合は、トルク伝達をスムーズに行うためにレリーズ装置４を軸方向にゆっくり動作させる必要がある。そのときのレリーズ装置４の軸方向位置の目標値ＳＶは、グラフ８−１に示すように、例えば滑らかに変化するサイン波状に変化する信号となる。目標値ＳＶとしてサイン波状の信号がＰＩＤ制御装置７に入力されると、応答遅れにより偏差Ｅが生じる。そして、積分演算手段３０は時間積分を行い積分値ＫＩを出力する。この積分値ＫＩは、応答遅れや定常偏差に関係なく時間積分されているため、不必要な時間積分が蓄積されている。
【００５６】
この積分値ＫＩは、積分演算規制手段５０によりさらに演算される。積分演算規制手段５０の積分判断手段５１は、図５に示すように、微分演算手段ＫＤから出力された微分値ＫＤを監視しており、微分値ＫＤが第１規制範囲内（ＫＤ２≦ＫＤ≦ＫＤ１）にある場合は、積分値ＫＩをそのまま出力する。微分値ＫＤが第１規制範囲内にない場合は、積分値ＫＩを無効とするため０に変換して出力する。本実施形態の場合、ＫＤ１＝１、ＫＤ２＝−１としているため、図８のグラフ８−４、８−５に示すように、微分値ＫＤが−１≦ＫＤ≦１の場合にのみ積分値ＫＩが出力され、それ以外の場合は積分値ＫＩ＝０となっている。また、積分判断手段５１は、積分値ＫＩが無効中または無効から有効へ切り替えられる場合に、積分演算手段３０に対して積分値ＫＩを０にリセットする指令を出す。
【００５７】
したがって、このＰＩＤ制御装置７は不必要な時間積分が蓄積されないため、Ｉ動作本来の定常偏差を減少させる働きを生かしつつ、意図せぬ制御出力値ＭＶの変動を抑えることができる。その結果、図２のグラフ２−２に示すような制御出力値ＭＶの乱れが抑えられる。また、図７のグラフ７−１に示すように、応答出力値ＰＶのオーバーシュートが抑えられる。クラッチ装置２の連結動作においては、レリーズ装置４の軸方向の動きの乱れが抑えられるため、クラッチ装置２の連結及び解除動作がより素早くスムーズな動作となる。
【００５８】
４．作用効果
本発明に係るＰＩＤ制御装置７の作用効果について以下にまとめる。
このＰＩＤ制御装置７では、積分演算規制手段５０を備えているため、偏差Ｅの微分値ＫＤにより定常偏差が発生しているかを判断し、微分値ＫＤが第１規制範囲内にある場合のみ積分演算手段３０により積分値を演算させることができる。つまり、Ｉ動作が必要な場合にだけ時間積分を行うことができるようになる。したがって、余分な時間積分が蓄積されず制御出力値ＭＶによる制御操作を阻害することなく、より素早くスムーズな応答が可能となる。
【００５９】
このＰＩＤ制御装置７では、符号監視手段６１、正符号側微分切替手段６２、負符号側微分切替手段６５を備えているため、偏差の符号に応じて、微分値ＫＤが第２規制範囲を超えないよう確実に制御することができる。したがって、このＰＩＤ制御装置７は、制御出力値ＭＶの操作方向と逆方向にＤ動作が作用する場合に、微分値ＫＤを抑えることができるため、目標値ＳＶの変化に対してより素早い応答が可能となる。
【００６０】
以上より、このＰＩＤ制御装置７では、より素早くスムーズな応答が可能となる。また、このＰＩＤ制御装置７をクラッチ装置２の連結及び解除動作の制御に利用した場合は、スムーズなクラッチ連結動作及び素早く無駄のないクラッチ解除動作を行うことが可能となる。
【００６１】
５．その他の実施形態
本発明は係る上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。そして、本願発明に係るＰＩＤ制御装置７は、車両の自動変速機に限らず、ＰＩＤ制御が用いられているあらゆる機器の制御に対して採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】従来のＰＩＤ制御の応答特性図の一例。
【図２】従来のＰＩＤ制御の応答特性図の一例。
【図３】本発明に係るＰＩＤ制御装置を採用したクラッチ装置周辺の構成図。
【図４】本発明に係るＰＩＤ制御装置の制御ブロック図。
【図５】積分演算規制手段のブロック図の一例。
【図６】微分演算規制手段のブロック図の一例。
【図７】本実施形態のＰＩＤ制御装置の応答特性図の一例。
【図８】本実施形態のＰＩＤ制御装置の応答特性図の一例。
【符号の説明】
【００６３】
１    エンジン
２    クラッチ装置
３    トランスミッション
４    レリーズ装置
５    駆動装置
６    位置検出装置
７    ＰＩＤ制御装置
１０  偏差演算手段
２０  比例演算手段
３０  積分演算手段
４０  微分演算手段
５０  積分演算規制手段
５１  積分判断手段
５２  積分切替手段
５３  積分値変換手段
６０  微分演算規制手段
６１  符号監視手段
６２  正符号側微分切替手段
６３  正符号側上限規制手段
６４  正符号側下限規制手段
６５  負符号側微分切替手段
６６  負符号側上限規制手段
６７  負符号側下限規制手段
７０  積分値初期化手段
８０  制御出力演算手段
ＳＶ  目標値
ＰＶ  応答出力値
ＭＶ  制御出力値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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