(57)【要約】制御の目的に従って第１の制御コマンドを生成する第１のコントローラーを備えた、機械を制御する制御システムのためのシステム及び方法であって、第２の制御コマンドと第３の制御コマンドとの組み合わせとして制御入力を生成する第２のコントローラーは、制御の目的に従って第２の制御コマンドを生成し、利得の、第１の制御コマンドと第２の制御コマンドとの差との積を用いて、第３の制御コマンドを生成し、モーターは、制御入力に従って機械を制御する。
2021509873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械を制御する制御システムであって、
制御の目的に従って第１の制御コマンドを生成する第１のコントローラーと、
第２の制御コマンドと第３の制御コマンドとの組み合わせとして制御入力を生成する第２のコントローラーであって、前記制御の目的に従って前記第２の制御コマンドを生成し、利得の、前記第１の制御コマンドと前記第２の制御コマンドとの差との積を用いて、前記第３の制御コマンドを生成する、第２のコントローラーと、
前記制御入力に従って前記機械を制御するモーターと、
を備える、制御システム。
【請求項２】
前記第１の制御コマンド及び前記第２の制御コマンドは、前記機械の同じ物理量に対して同じ前記制御の目的を達成する値を指定する、請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記第２のコントローラーは、該コントローラーの設計者によって決定された制約セットが課される前記第２のコマンドを生成し、前記第１のコントローラー及び前記第２のコントローラーによって生成される同じ物理量に対する前記値は、前記第１のコントローラーが前記制約を違反しない場合は同じであり、前記第１のコントローラーが前記制約を違反する場合は異なる、請求項１に記載の制御システム。
【請求項４】
前記第１のコントローラー及び前記第２のコントローラーは参照軌跡を受け取り、前記制御の目的は、前記参照軌跡を辿るように前記機械の状態を変化させることである、請求項１に記載の制御システム。
【請求項５】
前記利得は、前記制御システムの漸近的安定性を保証するように選択される、請求項１に記載の制御システム。
【請求項６】
前記利得は、前記制御システムの固有値の符号、前記制御システムに対するリアプノフ関数の存在、ボード基準の満足及びナイキスト基準の満足のうちの１つ又はそれらの組み合わせを含む安定性基準を満足させるように調整される、請求項５に記載の制御システム。
【請求項７】
前記利得は、安定性関数の解に従って決定される、請求項５に記載の制御システム。
【請求項８】
前記安定性関数は、リカッチ方程式及び制御リアプノフ関数のうちの一方又はそれらの組み合わせを含む、請求項７に記載の制御システム。
【請求項９】
前記制御の目的は、前記機械の操縦者の目的であり、前記第１のコントローラーは、前記制御の目的に従って前記第１の制御コマンドを生成するように前記操縦者から入力を受け取り、前記第２のコントローラーは、前記制御の目的の推定値に従って前記第２の制御コマンドを生成する、請求項１に記載の制御システム。
【請求項１０】
前記機械は、前記第１の制御コマンドを生成するように前記第１のコントローラーに前記入力を提供する前記操縦者によって操作されている車両である、請求項９に記載の制御システム。
【請求項１１】
機械を制御する制御システムであって、
前記機械の操縦者の制御の目的に従って第１の制御コマンドを生成する第１のコントローラーと、
第２の制御コマンドと第３の制御コマンドとの組み合わせとして制御入力を生成する第２のコントローラーであって、前記制御の目的の推定値に従って前記第２の制御コマンドを生成し、利得の、前記第１の制御コマンドと前記第２の制御コマンドとの差との積を用いて、前記第３の制御コマンドを生成する、第２のコントローラーと、
前記制御入力に従って前記機械を制御するモーターと、
を備える、制御システム。
【請求項１２】
前記車両のステアリングホイールに印加されたトルクの入力を示す信号を受信する受信機と、
前記受信された信号を、前記車両の内部状態に基づいて前記車両の所望の進行方向にマッピングするマッパーと、
前記車両の現在の進行方向の測定値を含む車両データを得るセンサーと、
前記車両の前記現在の進行方向が、前記車両の前記所望の進行方向を追跡するように、前記車両の前記運動を制御するフィードバックコントローラーと、
を更に備える、請求項１１に記載の制御システム。
【請求項１３】
前記フィードバックコントローラーは、前記車両の前記現在の進行方向と前記車両の前記所望の進行方向との間の誤差を低減するようにトルクの値を求め、前記求められたトルクに基づいて、モーターに前記車両の前記車輪を回転させるように命令する、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１４】
前記所望の進行方向は、該所望の進行方向が規定の制約を違反すると判断された場合、制約強制アルゴリズムによって変更される、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１５】
前記リファレンスガバナーは、前記所望の進行方向、前記車両システムの前記内部状態、前記フィードバックコントローラーの前記内部状態、又はこれらの任意の組み合わせのうちの１つにより、規定の制約の違反がもたらされることになる場合、前記所望の進行方向の量を変更する、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１６】
前記規定の制約は、前記車輪の運動に対する制約、ステアリングホイールの運動に対する制約、前記ステアリングホイール及び前記車輪の作動に対する制約、及び前記車輪の前記運動に対する前記ステアリングホイールの相対運動に対する制約からなる群からのものである、請求項１５に記載の制御システム。
【請求項１７】
履歴ステアリング角度の、前記車両の履歴速度を伴う前記車両の所望の履歴進行方向へのマッピングを含む関数を記憶するメモリであって、前記マッピングは前記車両の速度に基づいて変化する、メモリと、
前記関数と前記車両の現在の測定された速度とを用いて前記車両の前記所望の進行方向を求めるコンバーターであって、前記関数は、前記ステアリング角度、前記車両の前記現在の進行方向、及び前記車両の周囲の環境に基づいて、前記車両の前記所望の進行方向を生成するようにトレーニングされたニューラルネットワークであり、前記車両の前記現在の測定された速度は前記車両データから得られる、コンバーターと、
を更に備える、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１８】
前記利得は、前記制御システムの漸近的安定性を保証するように選択され、前記利得は、安定性関数の解に従って決定され、前記安定性関数は、リカッチ方程式及び制御リアプノフ関数のうちの一方又は組み合わせを含む、請求項１１に記載の制御システム。
【請求項１９】
車両の運動を制御する方法であって、該方法は、該方法を実施する記憶された命令と結合されたプロセッサを使用し、前記命令は、前記プロセッサによって実行されると、該方法の少なくともいくつかのステップを実行し、該方法は、
前記車両のステアリングホイールのステアリング角度を示す信号を受信することと、
マッパーを用いて、前記車両の内部状態に基づいて、前記受信された信号を前記車両の所望の進行方向にマッピングすることと、
センサーを介して車両データを受信することであって、前記車両データは、前記車両の現在の進行方向の測定値を含む、受信することと、
前記車両の前記現在の進行方向が、前記車両の前記所望の進行方向を追跡するように、複製コントローラーを用いて前記車両の前記運動を制御することであって、前記複製コントローラーは、第１の複製制御コマンドと第２の複製制御コマンドとの組み合わせとして制御入力を生成し、前記複製コントローラーは、前記車両の前記所望の進行方向に従って前記第１の複製制御コマンドを生成し、利得の、公称制御コマンドと前記第１の複製制御コマンドとの差との積を用いて、前記第２の複製制御コマンドを生成し、前記公称制御コマンドは、公称コントローラーにより、前記車両の操縦者からの入力に基づいて生成される、制御することと、
を含む、方法。
【請求項２０】
前記公称コントローラー及び前記複製コントローラーにとっての前記車両の前記所望の進行方向は同じである、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、包括的には、制御応用に関し、より詳細には、安定性要件及び実行可能性要件が課される動的システムを制御する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械を制御するように設計された従来のコントローラーは、実行可能制御をもたらすとともに機械−コントローラーシステムの安定性を確保する必要がある。制御の実行可能性要件により、機械の状態等の制御変数が制約又は他の要件を満足させることが確実になる。具体的には、実行可能制御は、機械の制御変数を、不等式、等式及び整数制約を含む場合がある、システムの制約を満足させる全てのあり得る点の組（制御される変数の値の組）によって形成される実行可能領域に置く。
【０００３】
システムが安定しているという要件により、所望の制御目的に従って制御される機械がその目的に従って作用することが確実になる。動的システムを記述する微分方程式又は差分方程式の均衡解に対応する様々なタイプの安定性を考慮することができる。１つのタイプは、均衡点の近くの解の安定性に関する。具体的には、均衡点の近くで開始する解が永久に均衡点の近くにとどまる場合、システムは安定している。
【０００４】
通常、従来のコントローラーは、安定しているように設計される。しかしながら、いくつかの従来のコントローラーは、例えば、制約を強制する困難さ及び／又は制約セットの変化に起因して、常に実行可能とは限らない。そのために、安定したコントローラーをそれらの制御の実行可能性を確保するように適合させる必要がある。その目的を達成する１つの従来の手法は、コントローラーの制御法則を変更することによる。しかしながら、従来のレガシーコントローラーの変更は常に可能であるとは限らない。別の従来の選択肢は、コントローラーの出力を変更することである。しかしながら、こうした変更は、コントローラーと機械とを相互接続する制御ループを干渉し、コントローラーの動作を不安定にする、すなわち、システムを実行可能にするが安定はさせない可能性がある。
【０００５】
別の従来の手法は、コントローラーへの入力を変更して、その変更された入力に作用しているレガシーコントローラーが実行可能制御をもたらすことを確実にするというものである。こうした変更は、通常、リファレンスガバナーによって実行される。しかしながら、状況によっては、リファレンスガバナーの使用は可能ではない。こうした状況の１つの典型的な例は、人間の操縦者が、自身の頭の中で形成された所望の制御目的を用いて、制御されるシステムに作用している制御ループに関与する場合である。当然ながら、実行可能性を保証するように操縦者の要求を変更することは困難である。
【０００６】
最後の手段である従来の選択肢は、コントローラーを全体的に交換することであるが、この選択肢もまた、状況によっては利用可能ではない。例えば、半自律走行車の場合、車両の運転者は交代することができず、運転者が自身の希望に従って車両を操縦することができる、すなわち、運転者が操作する運転システムの制御が安定している間、運転者の操作の予測不能性により、車両の衝突に至る実行不可能な制御コマンドがもたらされる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、コントローラーを交換することも、コントローラーの動作を変更することも、コントローラーの入力を変更することもなしにコントローラーの実行可能性に対処する、システム及び方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、制御応用、特に、安定性要件及び実行可能性要件が課される動的システムを制御する方法及び装置に関する。
【０００９】
いくつかの実施の形態は、コントローラーを交換する、コントローラーの動作を変更する、及び／又はコントローラーの入力を変更するという選択肢なしに、コントローラーの実行可能性に対処する必要がある、という認識に基づく。例えば、こうしたコントローラーは、制御ループから切り離すことができるとともに、実行可能制御を達成するように変更することができ及び／又は他の方法で調整することができる、異なるコントローラーを用いて複製することができる動作を有することができる。特に、制御ループからコントローラーを切り離すことは、コントローラーを全体的に交換することとは異なる可能性がある。切り離されたコントローラーはその切離しに気付かない可能性があり、制御を担当しているコントローラーのように作用するためである。車両制御の場合、切り離されたコントローラーの一例は、運転者が車両の進行方向を制御しているという印象を運転者に持たせたままで車両の車輪から分離される、ステアリングホイールとすることができる。同様に、交換されたコントローラーの一例は、ステアリングホイールを完全に排除し、運転者（このときは乗員）に車両の自律運転制御に頼る以外の選択肢を与えないことである。
【００１０】
不都合なことに、切り離されたコントローラーは、制御される機械との接続を失うため、すなわち、コントローラーは機械を制御し続けるため、不安定になる可能性があるが、制御される機械は複製コントローラーによって制御されるため、切り離されたコントローラーの制御コマンドに反応しない。
【００１１】
こうした不安定性を回避する少なくとも１つの方法は、元のコントローラーと複製コントローラーとの間で制御を切り替えることとすることができる。例えば、運転者が慎重に行動する、すなわち、実行可能制御をもたらす入力を提供する場合、この手法により、運転者が責任を負うことになる。しかしながら、運転者が無謀に行動する、すなわち、実行不可能制御をもたらす入力を提供する場合、この手法により、制御は、自律又は半自律運転システム等、複製コントローラーに切り替わる。
【００１２】
不都合なことに、この切り替え制御方法は、実施が困難である可能性がある。例えば、運転者の未来の慎重な挙動又は無謀な挙動を予測することは困難である。運転者は、何が慎重であり、又は何が慎重でないのかに関して自身の意見を有する可能性があり、それは、複製コントローラーの規則とは異なる可能性がある。さらに、複数のフィードバック及び／又は制御ループを必要とする切り替え制御方法を実施するにはコストがかかる。そのために、いくつかの実施の形態は、システムの安定性及び制御の実行可能性のバランスを提供するように、元のコントローラー及び複製コントローラーの制御を単一制御ループに融合することが望まれる、という認識に基づく。
【００１３】
双方のコントローラー、すなわち、元のコントローラー及び複製コントローラーが、同じ制御の目的を有する、例えば、制御される機械の同じ物理量を制御することを目的とする場合、こうした融合により、安定した制御コマンドと実行可能制御コマンドとの組み合わせを提供することができる。こうした組み合わせは制御のスペクトルとして視覚化することができ、スペクトルの一方の端部は安定制御であり、すなわち、元のコントローラーが、安定しているが実行不可能である可能性がある制御を提供し、スペクトルの他方の端部は実行可能制御であり、すなわち、複製コントローラーが、実行可能であるが不安定である可能性がある制御を提供する。そのために、いくつかの実施の形態は、このスペクトル上に、制御スペクトルの安定端部と実行可能端部との間に融合された制御を配置するつまみ又はスライダーとして作用する、元のコントローラー及び複製コントローラーの制御コマンドの組み合わせに対する規則が必要とされる、という理解に基づく。
【００１４】
いくつかの実施の形態は、こうしたスライダーは、利得の、元のコントローラー及び複製コントローラーの制御コマンドの差との積と組み合わされる、一方のコントローラー、すなわち元のコントローラー又は複製コントローラーのいずれかの出力を用いて実施することができる、という認識に基づく。スライダーの差成分は、当然ながら、実行可能制御及び安定制御の組み合わせをもたらす。実際には、差がゼロである場合、元のコントローラーの安定制御は、複製コントローラーの実行可能制御と同じであり、したがって、安定であるとともに実行可能である。言い換えれば、差が小さいほど、融合された制御が安定であるとともに実行可能である可能性が高くなる。
【００１５】
元のコントローラーと複製コントローラーとの制御コマンドの差に作用する利得は、元のコントローラーによって生成される制御コマンド又は複製コントローラーによって生成される制御コマンドに対して異なる重点を置くスライダーとして作用する。例えば、利得が無限に大きい場合、融合された制御は元のコントローラーに従う。利得がゼロである場合、融合された制御は複製コントローラーに従う。利得の他の値は、元のコントローラー及び複製コントローラーの出力のバランスをとる。
【００１６】
本開示のいくつかの実施の形態は、制御ループからコントローラーを切り離し、その動作を、異なるが、同じ目的を有する実行可能コントローラーを用いて複製することにより、制御の安定性と実行可能性とのバランスをとることを含む。これは、利得の、第１の制御コマンドと第２の制御コマンドとの差との積によって実現される。バランス及び安定性は、運転者の挙動のモデルを用いてその時点で決定することができ、このモデルは、未来に学習することができる可能性がある。多くの態様の中でも特に、本開示の少なくとも１つの一意かつ新規の態様は、利得の差との積を通しての組み合わせである。
【００１７】
したがって、いくつかの実施の形態は、機械を制御する制御システムを開示する。本制御システムは、制御の目的に従って第１の制御コマンドを生成する第１のコントローラーと、第２の制御コマンドと第３の制御コマンドとの組み合わせとして制御入力を生成する第２のコントローラーであって、制御の目的に従って第２の制御コマンドを生成し、利得の、第１の制御コマンドと第２の制御コマンドとの差との積を用いて、第３の制御コマンドを生成する、第２のコントローラーと、制御入力に従って機械を制御するモーターとを備える。
【００１８】
本開示の一実施の形態によれば、機械を制御する制御システムは、制御の目的に従って第１の制御コマンドを生成する第１のコントローラーを備えることができる。第２の制御コマンド及び第３の制御コマンドの組み合わせとして制御入力を生成する第２のコントローラーは、制御の目的に従って第２の制御コマンドを生成することができ、利得の、第１の制御コマンドと第２の制御コマンドとの差との積を用いて、第３の制御コマンドを生成することができる。最後に、モーターを使用して、制御入力に従って機械を制御することができる。
【００１９】
本開示の別の実施の形態によれば、機械を制御する制御システムは、機械の操縦者の制御の目的に従って第１の制御コマンドを生成する第１のコントローラーを備える。第２の制御コマンドと第３の制御コマンドとの組み合わせとして制御入力を生成する第２のコントローラーは、制御の目的の推定値に従って第２の制御コマンドを生成し、利得の、第１の制御コマンドと第２の制御コマンドとの差との積を用いて、第３の制御コマンドを生成する。制御入力に従って機械を制御するモーターを備える。
【００２０】
本開示の別の実施の形態によれば、機械を制御する制御システムは、制御の目的に従って第１の制御コマンドを生成する第１のコントローラーを備える。制御の目的は、機械の操縦者の目的である。第１のコントローラーは、操縦者から入力を受け取って、制御の目的に従って第１の制御コマンドを生成する。第２の制御コマンドと第３の制御コマンドとの組み合わせとして制御入力を生成する第２のコントローラーは、制御の目的の推定値に従って第２の制御コマンドを生成し、利得の、第１の制御コマンドと第２の制御コマンドとの差との積を用いて、第３の制御コマンドを生成する。制御入力に従って機械を制御するモーターを備える。
【００２１】
本開示の別の実施の形態によれば、車両の運動を制御する方法は、本方法を実施する記憶された命令と結合されたプロセッサを使用し、命令は、プロセッサによって実行されると、本方法の少なくともいくつかのステップを実行する。本方法は、車両のステアリングホイールのステアリング角度を示す信号を受信することを含む。本方法は、マッパーを用いて、車両の内部状態に基づいて、受信された信号を車両の所望の進行方向にマッピングすること、センサーを介して車両データを受信することであって、車両データは、車両の現在の進行方向の測定値を含む、受信すること、および車両の現在の進行方向が、車両の所望の進行方向を追跡するように、複製コントローラーを用いて車両の運動を制御することを含む。複製コントローラーは、第１の複製制御コマンドと第２の複製制御コマンドとの組み合わせとして制御入力を生成する。複製コントローラーは、車両の所望の進行方向に従って第１の複製制御コマンドを生成し、利得の、公称制御コマンドと第１の複製制御コマンドとの差との積を用いて、第２の複製制御コマンドを生成する。公称制御コマンドは、公称コントローラーにより、車両の操縦者からの入力に基づいて生成される。
【００２２】
ここに開示されている実施形態は、添付図面を参照して更に説明される。示されている図面は、必ずしも一律の縮尺というわけではなく、その代わり、一般的に、ここに開示されている実施形態の原理を示すことに強調が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】本開示の実施形態による、機械を制御する制御システムを示すフロー図である。
【図１Ｂ】本開示の実施形態による、内部制御アーキテクチャを含む特徴を更に提供する、図１Ａの方法のいくつかのフロープロセスステップのブロック図である。
【図１Ｃ】本開示の実施形態による、利得の、公称コントローラー及び複製コントローラーの制御コマンドの差との積と組み合わされた、一方のコントローラー（公称コントローラー）の出力を用いて実施することができるスライダーを説明する、制御システムの概略を概念的に示す概略図である。
【図１Ｄ】本開示の実施形態による、物理的なステアリングシステムの概略図である。
【図２】本開示の実施形態による、リファレンスガバナー、第１のコントローラー、複製コントローラー及びステアリングシステムを備える、機械を制御する制御システムを示すブロック図である。
【図３Ａ】本開示の実施形態による、リファレンスガバナー、第１のコントローラー、複製コントローラー及びフィードバックコンポーネントを備える、機械を制御する制御システムを示すブロック図である。
【図３Ｂ】本開示の実施形態による、リファレンスガバナー、第１のコントローラー、複製コントローラー、フィードバックコンポーネント及び誤差計算部を備える、機械を制御する制御システムを示すブロック図である。
【図４】本開示の実施形態による、図１Ｂの自律モード受信機を示すブロック図である。
【図５】本開示の実施形態による、図１Ｂの手動モード受信機を示すブロック図である。
【図６】本開示の実施形態による、図１Ｂのマッパーを示すブロック図である。
【図７】本開示の実施形態による、図１Ｂの誤差及びフィードバックの組み合わせを示すブロック図である。
【図８】本開示の実施形態による、図１Ｂの制約強制スキームを示すブロック図である。
【図９Ａ】本開示の実施形態による、追跡コントローラーとして設計することができる、図１Ｂのフィードバックコントローラーを示すブロック図である。
【図９Ｂ】本開示の実施形態による、追跡コントローラーとして設計することができる、図１Ｂのフィードバックコントローラーを示すブロック図である。
【図１０】本開示のいくつかの実施形態による、ニューラルネットワークのトレーニングの概略図である。
【図１１Ａ】本開示の実施形態による方法及びシステムのいくつかの技法を実施するのに用いることができるコンピューティング装置を示す概略図である。
【図１１Ｂ】本開示の実施形態による方法及びシステムのいくつかの技法を実施するのに用いることができるモバイルコンピューティング装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
上記で明らかにされた図面は、ここに開示されている実施形態を記載しているが、この論述において言及されるように、他の実施形態も意図されている。この開示は、限定ではなく代表例として例示の実施形態を提示している。ここに開示されている実施形態の原理の範囲及び趣旨に含まれる非常に多くの他の変更及び実施形態を当業者は考案することができる。
【００２５】
概略
本開示は、制御応用、特に、安定性要件及び実行可能性要件が課される動的システムを制御する方法及び装置に関する。
【００２６】
本開示のいくつかの実施形態は、機械を制御する制御システムを含む。本制御システムは、制御の目的に従って第１の制御コマンドを生成する第１のコントローラーを備えることができる。第２の制御コマンド及び第３の制御コマンドの組み合わせとして制御入力を生成する第２のコントローラーは、制御の目的に従って第２の制御コマンドを生成することができ、利得の、第１の制御コマンドと第２の制御コマンドとの差との積を用いて、第３の制御コマンドを生成することができる。最後に、モーターを使用して、制御入力に従って機械を制御することができる。
【００２７】
図１Ａは、本開示の実施形態による、機械を制御する制御システムを示すフロー図である。本システムによって達成されることが期待される目的である所望の参照入力１０１、例えば、車両システムに対する車両進行方向が、第１のコントローラー１０２及び第２のコントローラー１０５に渡される。第１のコントローラー１０２は、交換されるべきではない操縦者又はレガシーコントローラーである。第１のコントローラー１０２は、システムから受信されるフィードバック１１７と、参照入力１０１と、快適さの目的、安全性の目的等の他の目的１０４に基づいて、コマンドを決定することができる。第２のコントローラー１０５は、第１のコントローラー１０２の複製とすることができる。第２のコントローラー１０５は、システムから受信されるフィードバック及び誤差の組み合わせ１１３と、参照入力１０１と、第１のコントローラーの目的１０４とは異なる可能性がある、第２のコントローラー１０５の他の目的１０８とに基づき、コマンドを決定することができる。誤差信号１１１は、第１のコントローラーによって送信されるコマンドと第２のコントローラーによって送信されるコマンドとの差である。誤差１１１信号及びフィードバック１１７信号の組み合わせ１１３は、システム１１９と連携する第１のコントローラー１０２及び第２のコントローラー１０５の動作が安定しているように決定される。この組み合わせは、図１Ｃに示し以下に記載する利得に従って選択される。
【００２８】
図１Ｂは、本開示の実施形態による特徴を更に提供する、半自律走行自動車に適用される図１Ａの方法のいくつかのフロープロセスステップのブロック図である。経路計画アルゴリズム又は特徴１２５が、所望の車両進行方向１２７を決定する。所望の車両進行方向１２７は、運転者の内心既知の進行方向に近いと想定される。運転者の所望の進行方向は、運転者の頭の中にあるため完全に知ることはできないが、経路プランナー１２５によって提供される道路情報と経時的に学習された運転者挙動とに基づいて推定することができる。特に、これは、マッパー１３８を用いて、トルクセンサー１３４によって測定される運転者の入力と他の環境知識とを所望の車両進行方向１２７にマッピングすることによって、行うことができる。所望の進行方向１２７は、リファレンスガバナーと称される制約強制スキーム１４２に渡される。
【００２９】
リファレンスガバナーは、設計者によって重要とみなされる制約又は他の目的に基づいて安全な進行方向を決定する。制約許容可能な、変更された進行方向は、追跡コントローラー１２９に渡され、追跡コントローラー１２９は、変更された所望の進行方向１４２に従う、すなわち、測定された車両進行方向１４４を変更された所望の進行方向１４２に可能な限り近づけ、システム動作全体、すなわちシステム１００Ｂ全体が安定することを確実にする、という目的に基づき、ＥＰＳトルクコマンド１４５を決定する。安定性は、追跡コントローラー１２９の出力と、ステアリングホイール１３２においてトルクセンサー１３４によって測定される運転者のトルクとを比較することによって達成され、これを誤差１４０と呼ぶ。誤差１４０に、システム１００Ｂ全体の安定性を確保するように変更される利得１４１が乗算される。このように、実行可能なＥＰＳモーターコマンド１４５が生成される。制約強制スキーム１４２により、モーターコマンドが制約許容可能であることが確実になり、利得１４１により、モーターコマンドがシステム１００Ｂ全体の安定した動作を可能にすることが確実になる。ＥＰＳコマンドはラックモーター１４６に送信され、ラックモーター１４６はステアリングラック１４７を作動させ、ステアリングラック１４７は車輪１４９を作動させる。自動車では、多くの場合、運転者１３０が作動させるステアリングホイール１３２とステアリングラック１４７との間に機械的結合があることに留意されたい。機械的結合がない場合、このシステムは、ステアバイワイヤシステムと称される。
【００３０】
図１Ｃは、本開示の実施形態による、利得の、公称コントローラーの制御コマンドと複製コントローラーの制御コマンドとの差との積と組み合わされた、一方のコントローラー（公称コントローラー）の出力を用いて実施することができるスライダーを説明する、制御システムの概念的概略に示す概略図である。通常、複製コントローラーの目的は、システムの目的に従って実行可能性を確保することである。したがって、誤差に対する利得がゼロに設定される場合、システム動作は実行可能である。システム動作は、目的に従って実行可能である可能性があるが、それは、システム動作全体が安定していることを意味しない。全体的な安定性のために、運転者又は第１のコントローラーは、満足しておりかつ安定していなければならない。例えば、ゼロの利得により、第２のコントローラー入力に全ての重みが置かれ、これにより、システム動作の実行可能性が完全に確保されるが、運転者の入力は無視され、運転者は不満を感じ、したがって、システム全体が不安定になる。
【００３１】
例えば、無限大の利得により、第１のコントローラー入力に全ての重みが置かれ、これにより、第１のコントローラーは常にシステムの全体的な安定性を確保するため、システムの安定性が完全に確保され、例えば、運転者は、自身が完全に制御しているため常に満足しているが、システムの実行可能性は確保されない。２つの組み合わせにより、制御の実行可能性と安定性とのバランスが提供される。差に作用する利得の値により、異なるコントローラーの選好のバランスがとられる。スライダーが無限大の利得値から非負の利得値まで及ぶ連続した領域である安定性領域の最右になるように、利得が決定される。安定性領域は、第１のコントローラーの挙動を測定してモデルを形成し、その後、推定されたモデルに対する複製モデルの近接性を比較して、利得がシステム全体の安定性を確保する領域を決定する、推定アルゴリズムに従って決定することができる。
【００３２】
図１Ｄは、本開示の実施形態による、物理的なステアリングシステムの概略図である。物理的なステアリングシステム１００Ｄは、ステアリングホイール１６０を或る特定の方向１６１に作動させる運転者を含むことができる。ステアリングホイールは、ステアリングコラム１６２を介して車輪に接続することができ、この場合、運転者は、車輪を作動させる。ステアリングコラム１６２が存在しない場合、センサー及びモーターから構成された電気系統がステアリングコラムの挙動を模倣し、この種の構成はステアバイワイヤと称される。ステアリングコラム１６２及び車輪１６５を接続するシャフト１６３は、ラックモーター１６４により作動する。ラックモーターは、ステアリングホイールを作動させて、車輪の方向１７２を変更する。同時に、ステアリングホイールシャフトは、車輪の方向がステアリングホイールの方向に対応するように作動するため、ステアリングホイールの方向１７４が変更される。
【００３３】
実験から、ステアリング制御システムを有する自律動作車両のための方法を設計することができることが理解される。ステアリング制御システムは、追跡コントローラーに渡される所望の進行方向を含むことができ、この追跡コントローラーは、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）モーターに信号を渡して、所望の進行方向の追跡を確実にする。さらに、自律動作の場合、自律動作は所望の参照信号を追跡するため、リファレンスガバナータイプの手法を用いることができる。具体的には、リファレンスガバナーは、制約強制スキームとしてのみ、追跡コントローラーに適用されるアドオンスキームとすることができ、制約許容可能とみなすことができる追跡コントローラーに対する参照入力を決定する。
【００３４】
実験から、ステアリング制御システムを有する手動動作車両のための方法を設計することができることが更に理解される。例えば、ステアリング制御システムは、増幅器を用いて増幅することができるステアリングホイールにおけるトルクを測定することができ、この増幅器は、支援トルクを運転者に提供するために、ＥＰＳモーターに信号を渡す。
【００３５】
しかしながら、上記の実験されたステアリング制御システムから、これらのステアリング制御システムは双方とも、本開示の実施形態とは根本的に異なることも理解される。例えば、本発明者らは、２つの実験上のステアリング制御システムを本開示の実施形態と比較したとき、多くの問題の中でも特に、少なくとも１つの問題を認識した。すなわち、半自律走行車両において制約を強制するために、すなわち、自律システムが運転者を支援する場合、運転者入力を無視する必要がある場合がある。運転者入力を無視することは、運手者は常に車両を十分に制御していなければならないため、許容不可である。運転者は、制御ループに含まれない場合、車両の動作から切り離され、それにより、運転者は不安定になり、例えば、車両が自律システムの目的に従って操縦されている間、運転者は、不安定にステアリングホイールを動かす。したがって、車両、運転者及び自律システムを含むシステム全体の安定性を確実にすることにより、同時に、運転者が車両を制御していることが確実になる。
【００３６】
運転者が制御しているという要件と制約が強制されるという要件との間で、バランスを達成しなければならない。運転者が、制約が強制されるように運転している場合、車両コントローラーは、運転者の経路を変更するように対策を講じる必要はない。運転者が、制約が強制されていないように運転している場合、車両コントローラーは、安定性が保証される程度までのみ対策を講じることができる。
【００３７】
図２は、本開示の実施形態による、リファレンスガバナー、第１のコントローラー、複製コントローラー及びステアリングシステムを備える、車両を制御する制御システムを示すブロック図である。所望の角度２０１が第１のコントローラー２２１に渡され、この第１のコントローラー２２１は人間の操縦者である。同時に、所望の角度の推定値２０２がリファレンスガバナー２０３に渡され、このリファレンスガバナー２０３は、安全な、又は制約許容可能な角度を決定し、この角度は複製コントローラー２０５に渡され、この複製コントローラー２０５は第１のコントローラー２２１の複製である。複製コントローラー及び第１のコントローラーは、ステアリングシステム２２９からフィードバックを受信し、複製コントローラーは、第１のコントローラーからの所望の入力と所望の制御目的とに従って制御コマンドをステアリングシステム２２９に送信する。ステアリングホイールとステアリングシステムとの間に機械的結合が存在する場合、操縦者は、機械的接続２２３を介してステアリングシステム２２９を直接作動させる。
【００３８】
図３Ａは、本開示の実施形態による、リファレンスガバナー、第１のコントローラー、複製コントローラー及びフィードバックコンポーネントを備える、機械を制御する制御システムを示すブロック図である。所望の参照値３０１が第１のコントローラー３２１に渡され、この第１のコントローラー３２１は人間の操縦者である可能性がある。同時に、同じ参照値又はその推定値がリファレンスガバナー３０３に渡され、このリファレンスガバナー３０３は、安全な、又は制約許容可能な角度を決定し、この角度は複製コントローラー３０５に渡され、この複製コントローラー３０５は第１のコントローラー３２１の複製である。複製コントローラー及び第１のコントローラーは、制御対象のシステムからフィードバック信号３１７を受信し、複製コントローラーは、第１のコントローラーからの所望の入力と所望の制御目的とに従って制御コマンドをシステム３１９に送信する。
【００３９】
図３Ｂは、本開示の実施形態による、リファレンスガバナー、第１のコントローラー、複製コントローラー、フィードバックコンポーネント及び誤差計算部を備える、機械を制御する制御システムを示すブロック図である。所望の参照値３５１が第１のコントローラー３７１に渡され、この第１のコントローラー３７１は人間の操縦者である可能性がある。同時に、同じ参照値又はその推定値がリファレンスガバナー３５３に渡され、このリファレンスガバナー３５３は、安全な、又は制約許容可能な角度を決定し、この角度は複製コントローラー３５５に渡され、この複製コントローラー３５５は第１のコントローラー３７１の複製である。複製コントローラー及び第１のコントローラーは、制御対象のシステムからフィードバック信号３６７を受信し、複製コントローラーは、制御コマンドをシステム３６９に送信する。複製コントローラーは、所望の制御目的と、誤差信号及びフィードバック信号の組み合わせ３６３とに従って、制御コマンドを決定する。誤差信号３６１は、第１のコントローラー及び第２のコントローラーのコマンドの差である。上記組み合わせは、システム動作全体が安定しているように決定される。これは、第１のコントローラー３７１、複製コントローラー３５５及びシステム３６９の間の相互接続が安定していることを意味する。
【００４０】
図４は、本開示の実施形態による、自律モード受信機（すなわち、図１Ｂの１２７）を示すブロック図である。自律モード受信機は、方法４００を含むことができ、方法４００において、車両の所望の進行方向４０５は、経路計画スキームから受信することができ、自律モード受信機４１０まで直接渡して、経路計画アルゴリズムから受信された所望の車両進行方向４１５として出力することができる。
【００４１】
図５は、本開示の実施形態による、図１Ｂの手動モード受信機１３４を示すブロック図である。手動モード受信機は、方法５００を含むことができ、方法５００において、入力であるトルク信号５０５は、ステアリングホイールにアタッチされたセンサーから受信することができ、手動モード受信機５１０まで直接渡して、トルクセンサーから受信されたステアリングホイールにかかるトルクの測定値５１５として出力することができる。
【００４２】
図６は、本開示の実施形態による、図１Ｂのマッパー１３８を示すブロック図である。マッパーは、方法６００を含むことができ、方法６００において、マッパーは、車両の状態及び車両の周囲の環境６２０に関する追加情報とともに、ステアリングホイールトルク信号６０５を受信する。マッパーは、運転者の所望の車両進行方向６１５を推定するのに用いることができるプログラミングされたスキーム６１０とともに内部メモリ６１２を有することができる。スキーム自体は、較正エンジニアの経験を通して決定される、予めプログラミングされたマップとすることができ、このスキームは、利用可能なトルクセンサー及び環境データから所望の進行方向を推定する少なくとも１つの方法である。さらに、スキームは、車両の運転を通して運転者の挙動に基づいてそれ自体変更する、洗練された学習アルゴリズムとすることができる。
【００４３】
ステアリングホイールにかかる運転者のトルクから車両進行方向を決定することができる方法の非限定的な例として、マッパーは、運転者がステアリングホイールを作動させているトルクを用いて実行しようと試みている場合がある操作のタイプを示す車両状態とともに、測定されたトルクから進行方向を決定することができる。これらの状態は、限定するものではないが、車両の位置、車両の速度、現在の車両進行方向、車輪の瞬時方向、車両の計画された経路、道路上の天候条件、及び、例えば車内ムード認識システムによって決定される運転者の心理状態を含むことができる。さらに、状態は、直接測定することもできるし、車両データから間接的に推定することもできる。ステアリングホイールにかかる運転者のトルクから車両進行方向を決定することができる方法のより具体的で非限定的な例として、運転者を、入力が所望の進行方向であるとともに、出力がステアリングホイールトルクであり、車両の状態に依存する制御システムとしてモデル化することができ、このモデルの逆を、ステアリングホイールトルク及び他の車両状態から所望の進行方向へのマップとして用いることができる。
【００４４】
マッパーは、ステアリング入力を車両進行方向にマッピングすることに必ずしも限定されない。別の実施形態では、マッパーは、ステアリング入力を所望のステアリングホイール角度にマッピングし、これは、マッパーが利用可能な環境データがない場合に好ましい。ステアリング角度は、車両進行方向と同じ方法で用いることができ、すなわち、ステアリング角度は、経路計画アルゴリズムの出力とすることができ、追跡コントローラーは、所望のステアリング入力を追跡するように設計することができる。
【００４５】
図７は、本開示の実施形態による、図１Ｂの誤差計算並びに誤差及びフィードバックの組み合わせ１４３を示すブロック図である。この組み合わせは方法７００を含むことができ、方法７００において、この組み合わせは、第１のコントローラーコマンド７０５及び複製コントローラーコマンド７０７並びにフィードバック測定値７２０を受信する。この組み合わせは、利得７１２の値に基づいてこれらの２つの信号の組み合わせ７１５を出力し、上記利得は、フィードバック７２０と誤差との組み合わせにおいて第１のコントローラーに置かれた重みの量に比例する。
【００４６】
図８は、本開示の実施形態による、図１Ｂの制約強制スキーム１４２を示すブロック図である。上述したように、制約強制スキームは、方法８００を含むことができ、方法８００において、スキーム自体は、リファレンスガバナーと呼ぶことができ、これは、制約を考慮に入れることなく設計されたフィードバックコントローラーにアドオンされるように設計される制約強制スキームである。リファレンスガバナー８１０は、所望の車両進行方向８０５を受信し、この所望の車両進行方向を、制約許容可能な車両進行方向８１５に変更する。これは、参照入力、すなわち、所望の車両進行方向８０５及びステアリングホイールシステムの現在の状態８２０を、内部メモリ８１２に記憶された安全な参照入力／現在の状態ペアのセットと比較することによって行われる。参照入力が安全ではないとみなされる場合、安全であるとみなすことができる最も近い参照入力が選択され、変更された参照入力８１５として渡される。
【００４７】
図９Ａは、本開示の実施形態による、追跡コントローラーとして設計することができる、図１Ｂの追跡コントローラー１２９を示すブロック図である。フィードバックコントローラー／追跡コントローラーは、方法９００を含むことができ、方法９００において、追跡コントローラー９１０は、所望の車両進行方向９０５、及び現在の、測定された車両の進行方向９２０と、ステアリングシステム状態及び追跡コントローラーのコントローラー状態９１２の測定値又は推定値との双方を受信する。追跡コントローラーは、この情報を用いて、ＥＰＳモーターのためのアクチュエーター信号９１５を求めるように設計され、これにより、測定された進行方向９２０が所望の進行方向９０５を漸近的に近似することが確実になる。
【００４８】
図９Ｂは、追跡コントローラー及びリファレンスガバナーの動作の一例示の実施態様を示している。これらの動作は、以下で記載するように、リンクされる。追跡コントローラー９６４は、以下の微分方程式を用いてステアリングシステムの動作をモデル化することができるという認識で設計され、
【数１】
2021509873.tif 000003
ここで、Ｘは、ステアリングシステムの内部状態９７１を表しており、Ｕは、アクチュエーターへのモーターコマンド９６７であり、内部状態は、ステアリングホイールの位置、車輪の位置、及びそれらの変化率を含むが、必ずしもこれらに限定されるものではない。車両の進行方向又は追跡変数９７４、すなわち、所望の変数９５５を追跡するのに必要ないずれかの数量を表す変数は、以下の代数方程式によって表すことができる。
【数２】
2021509873.tif 000004
【００４９】
モーターコマンドＵは、以下の別の微分方程式に対する解を通じて追跡コントローラー９６４によって求められ、
【数３】
2021509873.tif 000005
ここで、
【数４】
2021509873.tif 000006
は、コントローラーの内部状態９６５を表しており、これは、必ずしもいずれかの特定の物理的数量を表しているわけではなく、
【数５】
2021509873.tif 000007
は、典型的に、内部状態は直接測定せず、推定アルゴリズム９７２を介して推定しなければならないので、内部状態Ｘの推定された値を表しており、Ｒは、追跡されているいずれかの数量９５５の所望の進行方向又は所望の値を表す。代数方程式
【数６】
2021509873.tif 000008
とともに、微分方程式（３）は、値Ｙが所望の値Ｒを追跡するように、すなわち、これら２つの間の差９７５が小さいままであるようにＹがＲを近似するように設計される。
【００５０】
方程式（１）及び（２）によって記述されるシステムは、制約を受ける。例えば、車輪は、或る特定の量を超えた回転からは物理的に制約される。システムに対する他の制約は、ステアリングホイール又は車輪の変化率に対する制約を含むが、しかしながら、原理的に、制約は、内部状態Ｘ及び
【数７】
2021509873.tif 000009
並びに所望の値Ｒに対する任意のものとすることができ、数学的には、制約は、タプル
【数８】
2021509873.tif 000010
が制約セットＣ内に存在しなければならない集合構成要素関係によって記述することができる。
【数９】
2021509873.tif 000011
【００５１】
リファレンスガバナー９５８は、（５）において制約忠実性を確実にするように、値ＲをＲから変更された値Ｖ９６１に変更するように設計される。１つの実施形態では、タプル
【数１０】
2021509873.tif 000012
が制約を満たさない場合、リファレンスガバナーは、
【数１１】
2021509873.tif 000013
となるように最も近いＶを選択し、ここで、
【数１２】
2021509873.tif 000014
は、推定された状態９７２のみをリファレンスガバナーが利用可能とすることができることを示すのに用いられた。
【００５２】
図１０は、本開示のいくつかの実施形態による、ニューラルネットワークのトレーニングの概略図を示している。トレーニングは、センサー入力及び対応する進行方向、例えば、挙動のシーケンスのトレーニングセットを用いて、（この例の場合）ニューラルネットワーク挙動を生成する。一般に、機械学習アルゴリズムのトレーニングは、時に「学習」アルゴリズムと称されるトレーニングアルゴリズムを適用することを含む。トレーニングセットは、入力の１つ以上のセット及び出力の１つ以上のセットを含むことができ、入力の各セットは、出力のセットに対応する。トレーニングセット内の出力のセット１００２は、例えばニューラルネットワークの場合、入力の対応するセット１００１がニューラルネットワークに入力されるときに生成されることが所望される出力のセットを含む。
【００５３】
例えば、１つの実施形態は、ニューラルネットワークをトレーニングする。トレーニング１０１０は、学習を通じて得られた方法においてともに組み合わせられると、センサーデータ１００１のシーケンスを、左折又は右折等の所望の進行方向にマッピングする関数をもたらす関数１０２０の係数又は成分を用いて関数を構築することを伴う。
【００５４】
別の実施形態は、報酬を用いてニューラルネットワークをトレーニングする。トレーニング１０１０は、センサーデータ１００１のシーケンスを、報酬１００４を用いて、車両の経路１００３等の、車両の進行方向を示す未来の軌跡１００２にマッピングすることを伴い、ここで、深層ニューラルネットワークの報酬は、事前に規定されている。報酬は、例えば、所望の運転スタイルに基づいて、及び／又は、車両の運動の仕様に対して、選択することができる。
【００５５】
いくつかの実施形態では、ニューラルネットワークは、結果として得られるネットワークの動的な時間的挙動を可能にするリカレントニューラルネットワークの形態のエンコーダーネットワーク及びデコーダーネットワークからなる。長期短期記憶リカレントニューラルネットワーク又は積重リカレントニューラルネットワーク等のリカレントニューラルネットワークの種々のバージョンを利用することができる。リカレントニューラルネットワークは、いくつかの層を有することができる。各層は、全結合とすることもできるし、畳み込みとすることもできる。
【００５６】
トレーニングデータは、車載センサーからの入力時系列信号と、例えば、必ずしもそうではないが、車両に対するデカルト座標のシーケンス、又は車両の進行方向角度のシーケンスとして与えられる、所望の出力車両軌跡とを含むことができる。加えて、トレーニングデータは、例えば、車両の乗員によって与えられる所望の速度プロファイルを含むことができ、入力データは、トレーニングされている現在の運転スタイルに従ってラベル付けすることができる。いくつかのニューラルネットワークは、好ましい運転スタイルの数に従ってトレーニングすることができ、対応するラベル付けされたデータは、ニューラルネットワークを全ての運転スタイルに調整する。
【００５７】
例えば、車両の操縦者又は別のユーザーは、用いられることになる運転スタイルを選択することができ、又は、操縦者は、車両の現在のユーザーに適した運転スタイルを車両に判定させることを選択することができ、その場合、この運転スタイルは、車両のメモリから選択される。出力軌跡は、速度情報を含むことができ、又は、出力軌跡を、時間情報が付随することなく記述することができる。時系列信号は、車両の運動に対する制約を示す情報を計算するためにエンコーダーネットワークに送信される。次いで、この情報は、所望の軌跡に一致する出力軌跡を生成するためにデコーダーネットワークに渡される。生成された軌跡と所望の軌跡との間の不一致は、ニューラルネットワーク重みを更新するための教師信号を提供する。トレーニングは、モーメンタム付与確率的勾配降下アルゴリズム等の、オフザシェルフのフィードフォワードニューラルネットワークトレーニングアルゴリズムを介して達成することができる。デコーダーネットワーク及びエンコーダーネットワークはともにトレーニングされる。なぜならば、これら２つのネットワークが別個にトレーニングされた場合、エンコーダーネットワークのための出力ターゲットが存在しないとともにデコーダーネットワークのための入力信号が存在しないことになるためである。さらに、リカレントニューラルネットワークの構造により、過去の軌跡を観測することによって未来の軌跡を学習することができることが確実になる。
【００５８】
また、ネットワークのトレーニングは、異なる運転スタイルを模倣するシミュレートされたデータを用いて行うこともできる。そのような手法を用いると、現実の運転者に完全には相当しないものの、トレーニング段階及びデータ収集の量は、大幅に削減することができる。
【００５９】
特徴
制御システムの態様は、フィードバックコントローラーが、車両の現在の進行方向と車両の所望の進行方向との間の誤差を低減するトルクの値を求めることができ、モーターに、求められたトルクに基づいて車両の車輪を回転させるようにコマンドすることを含むことができる。所望の進行方向は、規定の制約を違反すると判断された場合、制約強制アルゴリズムによって変更され得る。また、リファレンスガバナーは、所望の進行方向、車両システムの内部状態、フィードバックコントローラーの内部状態、又はこれらの任意の組み合わせのうちの１つが、規定の制約の違反を結果的に引き起こす場合、所望の進行方向の或る量を変更することができる。制約は、車輪の運動に対する制約、ステアリングホイールの運動に対する制約、ステアリングホイール及び車輪の作動に対する制約、車輪の運動に対するステアリングホイールの相対運動に対する制約からなる群からのものである。
【００６０】
さらにまた、一態様は、履歴ステアリング角度の、車両の履歴速度を伴う車両の所望の履歴進行方向へのマッピングを含む関数を記憶するメモリを備えることができる。コンバーターは、この関数及び車両の現在の測定された速度を用いて車両の所望の進行方向を求め、車両の現在の測定された速度は、車両データから得られる。マッピングは、車両の速度に基づいて変化する。
【００６１】
また、関数は、ステアリング角度、車両の現在の進行方向、及び車両の周囲の環境に基づいて車両の所望の進行方向を生成するようにトレーニングされたニューラルネットワークとすることができる可能性がある。さらにまた、関数は、ステアリングシステムの逆モデルを含むことができる。
【００６２】
方法の一態様は、モーターコマンドによる或る量の作動により車両ステアリングシステムの車輪の方向が回転するように、車両の現在の進行方向と車両の所望の進行方向との間の誤差を低減させるために、フィードバックコントローラーが、微分方程式に対する解に基づいてモーターコマンドを決定することを含むことができる。また、本方法の一態様は、受信信号が、車両の速度に基づいて車両の所望の進行方向にマッピングされることを含むことができる。
【００６３】
図１１Ａは、本開示の実施形態による方法及びシステムのいくつかの技法を実施するのに用いることができるコンピューティング装置１１００を非限定例として示す概略図である。コンピューティング装置又はデバイス１１００は、ラップトップ、デスクトップ、ワークステーション、パーソナルデジタルアシスタント、サーバー、ブレードサーバー、メインフレーム、及び他の適切なコンピューター等の様々な形態のデジタルコンピューターを表す。
【００６４】
コンピューティングデバイス１１００は、電力源１１０８、プロセッサ１１０９、メモリ１１１０、記憶デバイス１１１１を備えることができる。これらは全てバス１１５０に接続されている。さらに、高速インターフェース１１１２、低速インターフェース１１１３、高速拡張ポート１１１４及び低速接続ポート１１１６をバス１１５０に接続することができる。また、低速拡張ポート１１１５がバス１１５０と接続されている。特定の用途に応じて、共通のマザーボードに実装することができる様々な構成要素の構成が考えられる。またさらに、入力インターフェース１１１７を、バス１１５０を介して外部受信機１１０６及び出力インターフェース１１１８に接続することができる。受信機１１１９を、バス１１５０を介して外部送信機１１０７及び送信機１１２０に接続することができる。外部メモリ１１０４、外部センサー１１０３、機械１１０２及び環境１１０１もバス１１５０に接続することができる。さらに、１つ以上の外部入力／出力デバイス１１０５をバス１１５０に接続することができる。ネットワークインターフェースコントローラー（ＮＩＣ）１１２１は、バス１１５０を通じてネットワーク１１２２に接続するように適合することができ、特にデータ又は他のデータは、コンピューターデバイス１１００の外部のサードパーティーディスプレイデバイス、サードパーティー画像デバイス、及び／又はサードパーティー印刷デバイス上にレンダリングすることができる。
【００６５】
メモリ１１１０は、コンピューターデバイス１１００によって実行可能な命令、履歴データ、並びに本開示の方法及びシステムによって利用することができる任意のデータを記憶することができると考えられる。メモリ１１１０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又は他の任意の適したメモリシステムを含むことができる。メモリ１１１０は、単数若しくは複数の揮発性メモリユニット及び／又は単数若しくは複数の不揮発性メモリユニットとすることができる。メモリ１１１０は、磁気ディスク又は光ディスク等の別の形態のコンピューター可読媒体とすることもできる。
【００６６】
図１１Ａを引き続き参照すると、記憶デバイス１１１１は、コンピューターデバイス１１００によって用いられる補助データ及び／又はソフトウェアモジュールを記憶するように適合することができる。例えば、記憶デバイス１１１１は、本開示に関して上述したような履歴データ及び他の関連データを記憶することができる。加えて又は代替的に、記憶デバイス１１１１は、本開示に関して上述したようなデータと同様の履歴データを記憶することができる。記憶デバイス１１１１は、ハードドライブ、光ドライブ、サムドライブ、ドライブのアレイ、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。さらに、記憶デバイス１１１１は、ストレージエリアネットワーク又は他の構成におけるデバイスを含めて、フロッピーディスクデバイス、ハードディスクデバイス、光ディスクデバイス、若しくはテープデバイス、フラッシュメモリ若しくは他の同様の固体メモリデバイス、又はデバイスのアレイ等のコンピューター可読媒体を含むことができる。命令は情報担体に記憶することができる。命令は、１つ以上の処理デバイス（例えば、プロセッサ１１０９）によって実行されると、上記で説明した方法等の１つ以上の方法を実行する。
【００６７】
システムは、任意選択で、このシステムをディスプレイデバイス１１２５及びキーボード１１２４に接続するように適合されたディスプレイインターフェース又はユーザーインターフェース（ＨＭＩ）１１２３にバス１１５０を通じてリンクすることができる。ディスプレイデバイス１１２５は、特に、コンピューターモニター、カメラ、テレビ、プロジェクター、又はモバイルデバイスを含むことができる。
【００６８】
図１１Ａを引き続き参照すると、コンピューターデバイス１１００は、バス１１５０を通じてプリンターインターフェース（図示せず）に接続するとともに、印刷デバイス（図示せず）に接続するように適合されたユーザー入力インターフェース１１１７を備えることができる。印刷デバイスは、特に、液体インクジェットプリンター、固体インクプリンター、大型商用プリンター、サーマルプリンター、ＵＶプリンター、又は昇華型プリンターを含むことができる。
【００６９】
高速インターフェース１１１２は、コンピューティングデバイス１１００の帯域幅消費型動作を管理する一方、低速インターフェース１１１３は、より低い帯域幅消費型動作を管理する。そのような機能の割り当ては一例にすぎない。いくつかの実施態様では、高速インターフェース１１１２は、メモリ１１１０、ユーザーインターフェース（ＨＭＩ）１１２３に結合することができ、（例えば、グラフィックスプロセッサ又はアクセラレーターを通じて）キーボード１１２４及びディスプレイ１１２５に結合することができ、高速拡張ポート１１１４に結合することができる。この高速拡張ポートは、バス１１５０を介して様々な拡張カード（図示せず）を受容することができる。この実施態様では、低速インターフェース１１１３は、バス１１５０を介して記憶デバイス１１１１及び低速拡張ポート１１１５に結合されている。様々な通信ポート（例えば、ＵＳＢ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、イーサネット、無線イーサネット）を含むことができる低速拡張ポート１１１５は、１つ以上の入力／出力デバイス１１０５、及びキーボード１１２４、ポインティングデバイス（図示せず）、スキャナー（図示せず）のような他のデバイスに結合することもできるし、スイッチ又はルーター等のネットワーク接続デバイスに、例えば、ネットワークアダプターを通じて結合することもできる。
【００７０】
図１１Ａを引き続き参照すると、コンピューティングデバイス１１００は、この図に示すように、複数の異なる形態で実施することができる。例えば、このコンピューティングデバイスは、標準的なサーバー１１２６として実施することもできるし、そのようなサーバーが複数個ある一群のサーバーとして実施することもできる。加えて、このコンピューティングデバイスは、ラップトップコンピューター１１２７等のパーソナルコンピューターにおいて実施することができる。このコンピューティングデバイスは、ラックサーバーシステム１１２８の一部として実施することもできる。或いは、コンピューティングデバイス１１００からの構成要素は、モバイルコンピューティングデバイス１１９９等のモバイルデバイス（図示せず）における他の構成要素と組み合わせることができる。そのようなデバイスのそれぞれは、コンピューティングデバイス１１００及びモバイルコンピューティングデバイス１１９９のうちの１つ以上を含むことができ、システム全体は、互いに通信する複数のコンピューティングデバイスから構成することができる。
【００７１】
モバイルコンピューティングデバイス１１９９は、他の構成要素の中でも特に、プロセッサ１１６１、メモリ１１６２、入力／出力デバイス１１６３、通信インターフェース１１６４を接続するバス１１９５を備える。バス１１９５は、追加の記憶装置を提供するマイクロドライブ又は他のデバイス等の記憶デバイス１１６５にも接続することができる。
【００７２】
図１１Ｂを参照すると、プロセッサ１１６１は、メモリ１１６２に記憶された命令を含む命令をモバイルコンピューティングデバイス１１９９内で実行することができる。プロセッサ１１６１は、個別の複数のアナログプロセッサ及びデジタルプロセッサを含むチップのチップセットとして実施することができる。プロセッサ１１６１は、例えば、モバイルコンピューティングデバイス１１９９によって実行されるユーザーインターフェース、アプリケーションの制御、及びモバイルコンピューティングデバイス１１９９による無線通信等のモバイルコンピューティングデバイス１１９９の他の構成要素の協調を行うことができる。
【００７３】
プロセッサ１１６１は、ディスプレイ１１６８に結合された制御インターフェース１１６６及びディスプレイインターフェース１１６７を通じてユーザーと通信することができる。ディスプレイ１１６８は、例えば、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）液晶ディスプレイ若しくはＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）ディスプレイ、又は他の適切なディスプレイ技術とすることができる。ディスプレイインターフェース１１６７は、ディスプレイ１１６８を駆動してグラフィカル情報及び他の情報をユーザーに提示する適切な回路部を備えることができる。制御インターフェース１１６６は、ユーザーからコマンドを受信し、それらのコマンドをプロセッサ１１６１にサブミットするために変換することができる。加えて、外部インターフェース１１６９は、モバイルコンピューティングデバイス１１９９と他のデバイスとの近領域通信を可能にするために、プロセッサ１１６１との通信を提供することができる。外部インターフェース１１６９は、いくつかの実施態様では、例えば、有線通信を提供することもできるし、他の実施態様では、無線通信を提供することもでき、複数のインターフェースも用いることができる。
【００７４】
図１１Ｂを引き続き参照すると、メモリ１１６２は、モバイルコンピューティングデバイス１１９９内に情報を記憶する。メモリ１１６２は、単数若しくは複数のコンピューター可読媒体、単数若しくは複数の揮発性メモリユニット、又は単数若しくは複数の不揮発性メモリユニットのうちの１つ以上として実施することができる。拡張メモリ１１７０も設けることができ、拡張インターフェース１１６９を通じてモバイルコンピューティングデバイス１１９９に接続することができる。この拡張インターフェースは、例えば、ＳＩＭＭ（シングルインラインメモリモジュール）カードインターフェースを含むことができる。拡張メモリ１１７０は、モバイルコンピューティングデバイス１１９９の予備の記憶空間を提供することもできるし、モバイルコンピューティングデバイス１１９９のアプリケーション又は他の情報を記憶することもできる。具体的には、拡張メモリ１１７０は、上記で説明したプロセスを実行又は補足する命令を含むことができ、セキュアな情報も含むことができる。したがって、例えば、拡張メモリ１１７０は、モバイルコンピューティングデバイス１１９９のセキュリティモジュールとして提供することができ、モバイルコンピューティングデバイス１１９９のセキュアな使用を可能にする命令を用いてプログラミングすることができる。加えて、ハッキング不可能な方法でＳＩＭＭカード上に識別情報を配置するようなセキュアなアプリケーションを、追加の情報とともにＳＩＭＭカードを介して提供することができる。
【００７５】
メモリ１１６２は、後述するように、例えば、フラッシュメモリ及び／又はＮＶＲＡＭメモリ（不揮発性ランダムアクセスメモリ）を含むことができる。いくつかの実施態様では、命令は情報担体に記憶される。これらの命令は、１つ以上の処理デバイス（例えば、プロセッサ１１６１）によって実行されると、上記で説明した方法等の１つ以上の方法を実行する。命令は、１つ以上のコンピューター可読媒体又は機械可読媒体（例えば、メモリ１１６２、拡張メモリ１１７０、又はプロセッサ１１６１上のメモリ）等の１つ以上の記憶デバイスによって記憶することもできる。いくつかの実施態様では、命令は、例えば、送受信機１１７１又は外部インターフェース１１６９を介して伝播信号で受信することができる。
【００７６】
図１１Ｂは、本開示の実施形態による方法及びシステムのいくつかの技法を実施するのに用いることができるモバイルコンピューティング装置を示す概略図である。モバイルコンピューティング装置又はデバイス１１９９は、パーソナルデジタルアシスタント、携帯電話、スマートフォン、及び他の同様のコンピューティングデバイス等の様々な形態のモバイルデバイスを表すことを意図している。モバイルコンピューティングデバイス１１９９は、必要に応じてデジタル信号処理回路部を備えることができる通信インターフェース１１６４を通じて無線で通信することができる。通信インターフェース１１６４は、特に、ＧＳＭ音声呼（モバイル通信用グローバルシステム）、ＳＭＳ（ショートメッセージサービス）、ＥＭＳ（エンハンストメッセージングサービス）、若しくはＭＭＳメッセージング（マルチメディアメッセージングサービス）、ＣＤＭＡ（符号分割多元接続）、ＴＤＭＡ（時分割多元接続）、ＰＤＣ（パーソナルデジタルセルラー）、ＷＣＤＭＡ（登録商標）（広帯域符号分割多元接続）、ＣＤＭＡ２０００、又はＧＰＲＳ（汎用パケット無線サービス）等の様々なモード又はプロトコルの下で通信を提供することができる。そのような通信は、例えば、無線周波数を用いる送受信機１１７１を通じて行うことができる。加えて、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＷｉＦｉ、又は他のそのような送受信機（図示せず）等を用いて短距離通信を行うことができる。加えて、ＧＰＳ（全地球測位システム）受信機モジュール１１７３が、モバイルコンピューティングデバイス１１９９上で動作するアプリケーションによって適宜用いることができる追加のナビゲーションデータ及びロケーション関連無線データをモバイルコンピューティングデバイス１１９９に提供することができる。
【００７７】
モバイルコンピューティングデバイス１１９９は、ユーザーから発話情報を受信して使用可能なデジタル情報に変換することができるオーディオコーデック１１７２を用いて聴覚的に通信することもできる。オーディオコーデック１１７２は、例えば、モバイルコンピューティングデバイス１１９９のハンドセット内のスピーカー等を通じて、ユーザー向けの可聴音を同様に生成することができる。そのような音は、音声通話からの音を含むことができ、録音された音（例えば、音声メッセージ、音楽ファイル等）を含むことができ、モバイルコンピューティングデバイス１１９９上で動作するアプリケーションによって生成された音も含むことができる。
【００７８】
図１１Ｂを引き続き参照すると、モバイルコンピューティングデバイス１１９９は、この図に示すように、複数の異なる形態で実施することができる。例えば、このモバイルコンピューティングデバイスは、携帯電話１１７４として実施することができる。また、このモバイルコンピューティングデバイスは、スマートフォン１１７５、パーソナルデジタルアシスタント、又は他の同様のモバイルデバイスの一部として実施することもできる。
【００７９】
実施形態
以下の説明は、例示的な実施形態のみを提供し、本開示の範囲も、適用範囲も、構成も限定することを意図していない。そうではなく、例示的な実施形態の以下の説明は１つ以上の例示的な実施形態を実施することを可能にする説明を当業者に提供する。添付の特許請求の範囲に明記されているような開示された主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく要素の機能及び配置に行うことができる様々な変更が意図されている。
【００８０】
以下の説明では、実施形態の十分な理解を提供するために、具体的な詳細が与えられる。しかしながら、当業者は、これらの具体的な詳細がなくても実施形態を実施することができることを理解することができる。例えば、開示された主題におけるシステム、プロセス、及び他の要素は、実施形態を不必要な詳細で不明瞭にしないように、ブロック図形式の構成要素として示される場合がある。それ以外の場合において、既知のプロセス、構造、及び技法は、実施形態を不明瞭にしないように不必要な詳細なしで示される場合がある。さらに、様々な図面における同様の参照符号及び名称は、同様の要素を示す。
【００８１】
また、個々の実施形態は、フローチャート、フロー図、データフロー図、構造図、又はブロック図として描かれるプロセスとして説明される場合がある。フローチャートは、動作を逐次的なプロセスとして説明することができるが、これらの動作の多くは、並列又は同時に実行することができる。加えて、これらの動作の順序は、再配列することができる。プロセスは、その動作が完了したときに終了することができるが、論述されない又は図に含まれない追加のステップを有する場合がある。さらに、特に説明される任意のプロセスにおける全ての動作が全ての実施形態において行われ得るとは限らない。プロセスは、方法、関数、手順、サブルーチン、サブプログラム等に対応することができる。プロセスが関数に対応するとき、その関数の終了は、呼び出し側関数又はメイン関数へのその機能の復帰に対応することができる。
【００８２】
さらに、開示された主題の実施形態は、少なくとも一部は手動又は自動のいずれかで実施することができる。手動実施又は自動実施は、機械、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、又はそれらの任意の組み合わせを用いて実行することもできるし、少なくとも援助することができる。ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア又はマイクロコードで実施されるとき、必要なタスクを実行するプログラムコード又はプログラムコードセグメントは、機械可読媒体に記憶することができる。プロセッサが、それらの必要なタスクを実行することができる。
【００８３】
さらに、本開示の実施形態及び本明細書において説明された機能動作は、本明細書に開示された構造及びそれらの構造的均等物を含むデジタル電子回路部、有形に具現化されたコンピューターソフトウェア若しくはファームウェア、コンピューターハードウェア、又はそれらのうちの１つ以上のものの組み合わせにおいて実施することができる。さらに、本開示のいくつかの実施形態は、データ処理装置によって実行されるか又はデータ処理装置の動作を制御する１つ以上のコンピュータープログラム、すなわち、有形の非一時的プログラム担体上に符号化されたコンピュータープログラム命令の１つ以上のモジュールとして実施することができる。またさらに、プログラム命令は、データ処理装置による実行のために、適した受信機装置への送信用の情報を符号化するように生成される人工的に生成された伝播信号、例えば、機械によって生成された電気信号、光信号、又は電磁信号において符号化することができる。コンピューター記憶媒体は、機械可読記憶デバイス、機械可読記憶デバイス基板、ランダムアクセスメモリデバイス若しくはシリアルアクセスメモリデバイス、又はそれらのうちの１つ以上のものの組み合わせとすることができる。
【００８４】
本開示の実施形態によれば、用語「データ処理装置」は、データを処理する全ての種類の装置、デバイス、及び機械を包含することができ、例として、プログラマブルプロセッサ、コンピューター、又は複数のプロセッサ若しくはコンピューターを含む。装置は、専用論理回路部、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を備えることができる。装置は、ハードウェアに加えて、問題になっているコンピュータープログラムの実行環境を作り出すコード、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、又はそれらのうちの１つ以上の組み合わせを構成するコードも有することができる。
【００８５】
コンピュータープログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、モジュール、ソフトウェアモジュール、スクリプト、又はコードと呼称又は記載される場合もある）は、コンパイラー型言語若しくはインタープリター型言語、又は宣言型言語若しくは手続型言語を含む任意の形態のプログラミング言語で記述することができ、スタンドアローンプログラムとしての形態、又は、モジュール、コンポーネント、サブルーチン、若しくはコンピューティング環境における使用に適した他のユニットとしての形態を含む任意の形態で配備することができる。コンピュータープログラムは、ファイルシステムにおけるファイルに対応する場合があるが、必ずしも対応する必要はない。プログラムは、他のプログラム又はデータ、例えば、マークアップ言語ドキュメントに記憶された１つ以上のスクリプトを保持するファイルの一部分に記憶することもできるし、問題となっているプログラムに専用化された単一のファイルに記憶することもできるし、複数のコーディネートファイル、例えば、１つ以上のモジュール、サブプログラム、又はコード部分を記憶するファイルに記憶することもできる。コンピュータープログラムは、１つのコンピューター上で実行されるように配備することもできるし、１つのサイトに配置された複数のコンピューター上で、又は、複数のサイトにわたって分散されて通信ネットワークによって相互接続された複数のコンピューター上で実行されるように配備することもできる。コンピュータープログラムの実行に適したコンピューターは、例として、汎用マイクロプロセッサ若しくは専用マイクロプロセッサ若しくはそれらの双方、又は他の任意の種類の中央処理装置を含む。一般に、中央処理装置は、リードオンリーメモリ若しくはランダムアクセスメモリ又はそれらの双方から命令及びデータを受け取る。コンピューターの必須素子は、命令を遂行又は実行する中央処理装置と、命令及びデータを記憶する１つ以上のメモリデバイスとである。一般に、コンピューターは、データを含むか、又は、データを記憶する１つ以上のマスストレージデバイス、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、若しくは光ディスクからのデータの受信若しくはそれらへのデータの転送若しくはそれらの双方を行うように作動結合される。ただし、コンピューターは、必ずしもそのようなデバイスを有するとは限らない。その上、コンピューターは、別のデバイスに組み込むことができ、例えば、数例を挙げると、モバイル電話機、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、モバイルオーディオプレーヤー若しくはモバイルビデオプレーヤー、ゲームコンソール、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、又はポータブル記憶デバイス、例えば、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）フラッシュドライブに組み込むことができる。
【００８６】
ユーザーとのインタラクションを提供するために、本明細書において説明した主題の実施形態は、ユーザーに情報を表示するディスプレイデバイス、例えば、ＣＲＴ（陰極線管）モニター又はＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モニターと、ユーザーがコンピューターに入力を提供することができるキーボード及びポインティングデバイス、例えば、マウス又はトラックボールとを有するコンピューター上で実施することができる。他の種類のデバイスを用いて、ユーザーとのインタラクションを同様に提供することができ、例えば、ユーザーに提供されるフィードバックは、任意の形態の感覚フィードバック、例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、又は触覚フィードバックとすることができ、ユーザーからの入力は、音響入力、音声入力、又は触覚入力を含む任意の形態で受信することができる。加えて、コンピューターは、ユーザーによって用いられるデバイスに文書を送信すること及びこのデバイスから文書を受信することによって、例えば、ウェブブラウザーから受信された要求に応答してユーザーのクライアントデバイス上のウェブブラウザーにウェブページを送信することによって、ユーザーとインタラクトすることができる。
【００８７】
本明細書において説明した主題の実施形態は、バックエンド構成要素を、例えばデータサーバーとして備えるコンピューティングシステム、又はミドルウェア構成要素、例えば、アプリケーションサーバーを備えるコンピューティングシステム、又はフロントエンド構成要素、例えば、ユーザーが本明細書において説明した主題の実施態様とインタラクトすることをできるようにするグラフィカルユーザーインターフェース又はウェブブラウザーを有するクライアントコンピューターを備えるコンピューティングシステム、又は１つ以上のそのようなバックエンド構成要素、ミドルウェア構成要素、若しくはフロントエンド構成要素の任意の組み合わせを備えるコンピューティングシステムにおいて実施することができる。システムのこれらの構成要素は、任意の形態又は媒体のデジタルデータ通信、例えば、通信ネットワークによって相互接続することができる。通信ネットワークの例には、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）及びワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、例えば、インターネットがある。
【００８８】
コンピューティングシステムは、クライアント及びサーバーを備えることができる。クライアント及びサーバーは、一般的に互いにリモートであり、通常、通信ネットワークを通じてインタラクトする。クライアント及びサーバーの関係は、それぞれのコンピューター上で動作するとともに互いにクライアントサーバー関係を有するコンピュータープログラムによって生じる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年6月26日(2020.6.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
安定性要件及び実行可能性要件が課される動的システムである機械を制御する制御システムであって、
制御の目的に従って第１の制御コマンドを生成する第１のコントローラーと、
第２の制御コマンドと第３の制御コマンドとの組み合わせとして制御入力を生成する第２のコントローラーと、
前記制御入力に従って前記機械を制御するモーターと、
を備え、
前記第２のコントローラーは、同じ前記制御の目的に従って前記第２の制御コマンドを生成し、利得の、前記第１の制御コマンドと前記第２の制御コマンドとの差との積を用いて、前記第３の制御コマンドを生成する
制御システム。
【請求項２】
前記第１の制御コマンド及び前記第２の制御コマンドは、前記機械の同じ物理量に対して同じ前記制御の目的を達成する値を指定する、請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記第２のコントローラーは、前記第２のコントローラーの設計者によって決定された制約のセットが課される前記第２の制御コマンドを生成し、前記第１のコントローラー及び前記第２のコントローラーによって生成される同じ物理量に対する値は、前記第１のコントローラーが前記制約を違反しない場合は同じであり、前記第１のコントローラーが前記制約を違反する場合は異なる、請求項１に記載の制御システム。
【請求項４】
前記第１のコントローラー及び前記第２のコントローラーは参照軌跡を受け取り、前記制御の目的は、前記参照軌跡を辿るように前記機械の状態を変化させることである、請求項１に記載の制御システム。
【請求項５】
前記利得は、前記制御システムの漸近的安定性を保証するように選択される、請求項１に記載の制御システム。
【請求項６】
前記利得は、前記制御システムの固有値の符号、前記制御システムに対するリアプノフ関数の存在、ボード基準の満足及びナイキスト基準の満足のうちの１つ又はそれらの組み合わせを含む安定性基準を満足させるように調整される、請求項５に記載の制御システム。
【請求項７】
前記利得は、安定性関数の解に従って決定される、請求項５に記載の制御システム。
【請求項８】
前記安定性関数は、リカッチ方程式及び制御リアプノフ関数のうちの一方又はそれらの組み合わせを含む、請求項７に記載の制御システム。
【請求項９】
前記制御の目的は、前記機械の操縦者の目的であり、前記第１のコントローラーは、前記制御の目的に従って前記第１の制御コマンドを生成するように前記操縦者から入力を受け取り、前記第２のコントローラーは、前記制御の目的の推定値に従って前記第２の制御コマンドを生成する、請求項１に記載の制御システム。
【請求項１０】
前記機械は、前記第１の制御コマンドを生成するように前記第１のコントローラーに前記入力を提供する前記操縦者によって操作されている車両である、請求項９に記載の制御システム。
【請求項１１】
安定性要件及び実行可能性要件が課される動的システムである機械を制御する制御システムであって、
前記機械の操縦者の制御の目的に従って第１の制御コマンドを生成する第１のコントローラーと、
第２の制御コマンドと第３の制御コマンドとの組み合わせとして制御入力を生成する第２のコントローラーと、
前記制御入力に従って前記機械を制御するモーターと、
を備え、
前記第２のコントローラーは、同じ前記制御の目的の推定値に従って前記第２の制御コマンドを生成し、利得の、前記第１の制御コマンドと前記第２の制御コマンドとの差との積を用いて、前記第３の制御コマンドを生成する
制御システム。
【請求項１２】
車両のステアリングホイールに印加されたトルクの入力を示す信号を受信する受信機と、
前記受信された信号を、前記車両の内部状態に基づいて前記車両の所望の進行方向にマッピングするマッパーと、
前記車両の現在の進行方向の測定値を含む車両データを得るセンサーと、
前記車両の前記現在の進行方向が、前記車両の前記所望の進行方向を追跡するように、前記車両の運動を制御するフィードバックコントローラーと、
を更に備える、請求項１１に記載の制御システム。
【請求項１３】
前記フィードバックコントローラーは、前記車両の前記現在の進行方向と前記車両の前記所望の進行方向との間の誤差を低減するようにトルクの値を求め、前記求められたトルクに基づいて、モーターに前記車両の車輪を回転させるように命令する、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１４】
前記所望の進行方向は、該所望の進行方向が規定の制約を違反すると判断された場合、制約強制アルゴリズムによって変更される、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１５】
リファレンスガバナーは、前記所望の進行方向、前記車両の前記内部状態、前記フィードバックコントローラーの前記内部状態、又はこれらの任意の組み合わせのうちの１つにより、規定の制約の違反がもたらされることになる場合、前記所望の進行方向の量を変更する、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１６】
前記規定の制約は、車輪の運動に対する制約、ステアリングホイールの運動に対する制約、前記ステアリングホイール及び前記車輪の作動に対する制約、及び前記車輪の前記運動に対する前記ステアリングホイールの相対運動に対する制約からなる群からのものである、請求項１５に記載の制御システム。
【請求項１７】
履歴ステアリング角度の、前記車両の履歴速度を伴う前記車両の所望の履歴進行方向へのマッピングを含む関数を記憶するメモリであって、前記マッピングは前記車両の速度に基づいて変化する、メモリと、
前記関数と前記車両の現在の測定された速度とを用いて前記車両の前記所望の進行方向を求めるコンバーターであって、前記関数は、ステアリング角度、前記車両の前記現在の進行方向、及び前記車両の周囲の環境に基づいて、前記車両の前記所望の進行方向を生成するようにトレーニングされたニューラルネットワークであり、前記車両の前記現在の測定された速度は前記車両データから得られる、コンバーターと、
を更に備える、請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１８】
前記利得は、前記制御システムの漸近的安定性を保証するように選択され、前記利得は、安定性関数の解に従って決定され、前記安定性関数は、リカッチ方程式及び制御リアプノフ関数のうちの一方又は組み合わせを含む、請求項１１に記載の制御システム。
【請求項１９】
車両の運動を制御する方法であって、該方法は、該方法を実施する記憶された命令と結合されたプロセッサを使用し、前記命令は、前記プロセッサによって実行されると、該方法の少なくともいくつかのステップを実行し、該方法は、
前記車両のステアリングホイールのステアリング角度を示す信号を受信することと、
マッパーを用いて、前記車両の内部状態に基づいて、前記受信された信号を前記車両の所望の進行方向にマッピングすることと、
センサーを介して車両データを受信することであって、前記車両データは、前記車両の現在の進行方向の測定値を含む、受信することと、
前記車両の前記現在の進行方向が、前記車両の前記所望の進行方向を追跡するように、複製コントローラーを用いて前記車両の前記運動を制御することであって、前記複製コントローラーは、第１の複製制御コマンドと第２の複製制御コマンドとの組み合わせとして制御入力を生成し、前記複製コントローラーは、前記車両の前記所望の進行方向に従って前記第１の複製制御コマンドを生成し、利得の、公称制御コマンドと前記第１の複製制御コマンドとの差との積を用いて、前記第２の複製制御コマンドを生成し、前記公称制御コマンドは、公称コントローラーにより、前記車両の操縦者からの入力に基づいて生成される、制御することと、
を含み、
前記公称コントローラー及び前記複製コントローラーにとっての前記車両の前記所望の進行方向は同じである、方法。
【国際調査報告】
2021509873.tif 000032
2021509873.tif 000033