(57)【要約】【課題】制御装置の演算処理負荷の増加を抑制しつつ、制御対象の制御精度を向上させることができるフィードバック制御装置を提供する。【解決手段】制御ＣＰＵが割込時間設定部として割込時間設定処理を行うに際して、ステップ１１０でＰＷＭ信号出力回路からの割込信号に基づいてＰＷＭ信号出力回路のＰＷＭ信号の出力があったことを認識する。次に、ステップ１２０において、制御ＣＰＵは割込信号が入力された時の現在時刻に対して所定時間αを加算することによりフィードバック演算部によるデューティ比の算出時期を設定する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の動作状態を検出し、該動作状態に対応して一定周期で変化する検出信号を出力する検出手段と、
前記検出信号の前記一定周期に相当する前記検出信号の平均値を算出する平均値算出部と、
前記制御対象の動作状態の目標値と、前記平均値とに基づいて前記制御対象の動作状態を目標値となるように制御するための制御指令値を算出するフィードバック演算部と、
前記フィードバック演算部の制御指令値に基づいて前記一定周期にて前記制御対象を制御するための制御信号を出力する出力手段と、
を備えたフィードバック制御装置において、
前記フィードバック演算部による前記制御指令値の算出を、前記出力手段の制御信号の出力時期に同期して実行させるようにした
ことを特徴とするフィードバック制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のフィードバック制御装置において、
前記検出手段の検出信号を、前記一定周期よりも短いＡ／Ｄ変換周期毎に取り込み、その取り込んだ検出信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記Ａ／Ｄ変換手段にて得られた前記検出信号の１周期時間分のデジタル値を順次記憶する記憶手段と、を備え、
前記平均値算出部は、前記記憶手段から前記検出信号の１周期時間分のデジタル値を取り込み、該取り込んだデジタル値を平均することにより平均値を算出し、
前記フィードバック演算部は、前記制御対象の動作状態の目標値と、前記平均値とに基づいて前記制御指令値を算出する
ことを特徴とするフィードバック制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のフィードバック制御装置において、
前記フィードバック演算部による前記制御指令値の算出時期を、前記出力手段の制御信号の出力時期に同期させて設定する設定部と、
前記設定部によって設定された時期に前記フィードバック演算部による前記制御指令値の算出処理を実行させる起動部と、
を備えることを特徴とするフィードバック制御装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のフィードバック制御装置において、
前記同期の時期は、少なくとも前記フィードバック演算部の演算に要する実行時間を含む所定時間だけ前記出力手段の出力時期よりも早い時期に設定されている
ことを特徴とするフィードバック制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御対象の動作状態を目標動作状態に制御するためのフィードバック制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電磁弁や電磁式のアクチュエータには、例えばその動力源としてリニアソレノイドが設けられており、電磁弁の開度やアクチュエータの変位量を調整する際には、その変位量を検出し、その検出変位量が目標変位量となるようにフィードバック制御が行われる。この変位量はリニアソレノイドを流れる電流値に基づいて検出することができるため、リニアソレノイドの通電電流値を検出し、その通電電流値が目標変位量に応じた目標電流値となるようにフィードバック制御が行われるようになっている。
【０００３】
このような誘導性負荷に流れる電流をフィードバック制御する技術として、例えば特許文献１に示される制御装置が提案されている。この制御装置は、自動車に搭載された電磁弁に組み込まれたリニアソレノイド制御装置である。このリニアソレノイド制御装置において、制御ＣＰＵは例えばホストＣＰＵから入力される目標電流値とリニアソレノイドに実際に流れた実電流値（検出電流値）との偏差に基づき、リニアソレノイドをデューティ駆動するためのデューティ比を算出するフィードバック演算を実行する。ＰＷＭ信号出力回路は、制御ＣＰＵによって算出されたデューティ比に対応したＰＷＭ信号を所定の一定周期にて出力することで、スイッチング素子をデューティ駆動することによりリニアソレノイドを通電駆動する。また、リニアソレノイドの通電経路に設けられた電流検出用抵抗の両端電圧はＡ／Ｄ変換器にてＡ／Ｄ変換され、リニアソレノイドに流れた電流を表す検出電流値として、Ａ／Ｄデータ受渡用ＲＡＭに入力される。制御ＣＰＵはＰＷＭ信号出力回路から出力されるＰＷＭ信号の一定周期よりも短い周期にてＡ／Ｄ変換器を起動させる。そして、制御ＣＰＵは、Ａ／Ｄデータ受渡用ＲＡＭからＰＷＭ信号のｍ周期時間（ｍは整数）分の複数の検出電流値を取り込み、該取り込んだ検出電流値を算術平均することにより、ｍ周期時間内の平均電流値を算出する。この後、制御ＣＰＵは、前記ＰＷＭ信号の一定周期よりも長い所定周期毎に平均電流値と目標電流値とに基づきフィードバック演算を行い、ＰＷＭ信号用のデューティ比を算出する。そして、このように算出された最新のデューティ比がＰＷＭ信号出力回路の各出力周期に反映されてそのデューティ比に応じたＰＷＭ信号が出力され、リニアソレノイドが通電駆動されることとなる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３０８１０７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の制御方法では、制御ＣＰＵによるフィードバック演算は、ＰＷＭ信号の一定周期よりも長い所定周期にて実行されるため、ＰＷＭ信号の複数の出力周期にわたって同一のデューティ比によるＰＷＭ信号が出力されることとなる。従って、デューティ比が保持されている期間においては、検出電流値が変化して平均電流値が変化しても新たなデューティ比の算出が行われず、前回のデューティ比に応じたＰＷＭ信号に基づいてリニアソレノイドが通電駆動されるため、リニアソレノイドの制御精度が低下するという問題がある。
【０００６】
このような問題を解決するために、制御ＣＰＵによるフィードバック演算の周期をＰＷＭ信号の一定周期よりも短く設定して新たなデューティ比を算出し、その新たなデューティ比をＰＷＭ信号に反映させることが考えられる。ところが、この場合には制御ＣＰＵの演算処理負荷が大きくなるため、優先度の高い他の割込処理をも行うことができる演算処理能力の高い制御装置を用いたり、又はリニアソレノイド専用の制御装置を用いなければならず、これらの場合にはコストが高くなる。また、フィードバック演算をＰＷＭ信号の一定周期よりも短い周期で実行するものでは、その演算結果をＰＷＭ信号の各出力周期に反映させることができるものの、演算結果を反映させるまでの期間が長くなる。そのため、算出されたデューティ比が、ＰＷＭ信号の出力タイミングにおいて必要とされる値とは異なってしまうおそれがあり、リニアソレノイドの制御精度が低下するという問題もある。
【０００７】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、制御装置の演算処理負荷の増加を抑制しつつ、制御対象の制御精度を向上させることができるフィードバック制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、制御対象の動作状態を検出し、該動作状態に対応して一定周期で変化する検出信号を出力する検出手段と、前記検出信号の前記一定周期に相当する前記検出信号の平均値を算出する平均値算出部と、前記制御対象の動作状態の目標値と、前記平均値とに基づいて前記制御対象の動作状態を目標値となるように制御するための制御指令値を算出するフィードバック演算部と、前記フィードバック演算部の制御指令値に基づいて前記一定周期にて前記制御対象を制御するための制御信号を出力する出力手段と、を備えたフィードバック制御装置において、前記フィードバック演算部による前記制御指令値の算出を、前記出力手段の制御信号の出力時期に同期して実行させるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、フィードバック演算部による制御指令値の算出処理は出力手段からの制御信号の出力時期に同期して実行されるため、制御指令値が出力手段の制御信号に反映されるまでの時間は一定となり、制御対象の制御精度が向上する。また、フィードバック演算は出力手段の制御信号の出力時期に同期して１回のみ実行されるため、演算処理負荷の増加を抑制することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフィードバック制御装置において、前記検出手段の検出信号を、前記一定周期よりも短いＡ／Ｄ変換周期毎に取り込み、その取り込んだ検出信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段にて得られた前記検出信号の１周期時間分のデジタル値を順次記憶する記憶手段と、を備え、前記平均値算出部は、前記記憶手段から前記検出信号の１周期時間分のデジタル値を取り込み、該取り込んだデジタル値を平均することにより平均値を算出し、前記フィードバック演算部は、前記制御対象の動作状態の目標値と、前記平均値とに基づいて前記制御指令値を算出することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、制御対象を制御するに当たって、フィードバック演算部が制御に用いる制御対象の動作状態を表すデジタル値が、検出信号に対して遅れを生じることはない。よって、制御対象の動作状態を示す平均値も検出信号に対して遅れがなく、制御指令値が良好に算出され、制御対象の制御精度が向上する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のフィードバック制御装置において、前記フィードバック演算部による前記制御指令値の算出時期を、前記出力手段の制御信号の出力時期に同期させて設定する設定部と、前記設定部によって設定された時期に前記フィードバック演算部による前記制御指令値の算出処理を実行させる起動部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
この構成のように、設定部によってフィードバック演算部による制御指令値の算出時期を、出力回路の制御信号の出力時期に同期させて設定し、設定部によって設定された時期にフィードバック演算部による制御指令値の算出処理を実行させることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のフィードバック制御装置において、前記同期の時期は、少なくとも前記フィードバック演算部の演算に要する実行時間を含む所定時間だけ前記出力手段の出力時期よりも早い時期に設定されていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、フィードバック演算部によって算出された最新の制御指令値を出力手段の制御信号の出力時期に反映させることができ、制御対象の制御精度が向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明が適用されたリニアソレノイド制御装置１０の構成を表すブロック図である。
【００１７】
本実施形態のリニアソレノイド制御装置１０は、自動車に搭載されたエンジンを目標状態に制御するために、エンジンに設けられたリニアソレノイド２４を通電制御するとともに、エンジンの燃料噴射制御及び点火制御等の制御をも実施するものである。
【００１８】
リニアソレノイド制御装置１０には制御ＩＣ１２が備えられている。この制御ＩＣ１２は、例えば変速機コントロール用のＣＰＵによって算出されたリニアソレノイド２４に流すべき電流を表すデータ（目標電流値）に従い、リニアソレノイド２４に流れる電流をフィードバック制御する。
【００１９】
制御ＩＣ１２は、制御ＣＰＵ１４とＰＷＭ信号出力回路１６とデータ受渡用ＲＡＭ１８とを備えている。制御ＣＰＵ１４は、リニアソレノイド２４をＰＷＭ信号にてデューティ駆動するための制御指令値としてのデューティ比を算出し、その検出結果をＰＷＭデータ（駆動データ）としてＰＷＭ信号出力回路１６に出力する。
【００２０】
ＰＷＭ信号出力回路１６は、制御ＣＰＵ１４からリニアソレノイド２４に対するＰＷＭデータを読み込み、リニアソレノイド２４をデューティ駆動するための制御信号としてのＰＷＭ信号ＳＧ１を生成する。また、ＰＷＭ信号出力回路１６はＰＷＭ信号ＳＧ１の出力開始時期に制御ＣＰＵ１４に対して割込信号ＷＳ１を出力するようになっている。
【００２１】
一方、制御対象となるリニアソレノイド２４は、バッテリの正極（電源電圧Ｖｂ）からバッテリの負極（グランド）に至る電源ライン中に配設されている。電源ラインにおけるリニアソレノイド２４の電源Ｖｂ側には、スイッチング手段としてのＦＥＴ２２が設けられている。このＦＥＴ２２のゲート端子にはＰＷＭ信号ＳＧ１が入力される。ＰＷＭ信号ＳＧ１がＨレベルであるときにＦＥＴ２２はオン状態となり、バッテリからリニアソレノイド２４への通電経路を通電させる。逆に、ＰＷＭ信号ＳＧ１がＬレベルであるときにＦＥＴ２２はオフ状態となり、リニアソレノイド２４の通電経路を遮断する。
【００２２】
また、リニアソレノイド２４のグランド側には、検出手段としての電流検出用抵抗２６が設けられている。つまり、所定の電位差を生じる電源ライン中に、誘導性負荷としてのリニアソレノイド２４およびスイッチング素子としてのＦＥＴ２２が直列に接続され、この直列回路に対し電流検出用抵抗２６が直列に接続されている。この抵抗２６は、リニアソレノイド２４に流れる電流を検出するためのものである。
【００２３】
電流検出用抵抗２６の両端はＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換手段）２８に接続されている。Ａ／Ｄ変換器２８は、制御ＣＰＵ１４から一定のＡ／Ｄ変換周期にて出力される起動信号ＫＳに基づいて起動される。Ａ／Ｄ変換器２８は、制御ＣＰＵ１４によって起動される毎に、リニアソレノイド２４に流れた電流を表す電流検出信号（電圧）を順に取り込んでデジタル値に変換し、Ａ／Ｄ変換が完了すると制御ＣＰＵ１４に対して割込信号ＷＳ２を出力する。
【００２４】
制御ＣＰＵ１４は、Ａ／Ｄ変換器２８から入力される割込信号ＷＳ２に基づいてＡ／Ｄ割込処理を実行する。このＡ／Ｄ割込処理では、Ａ／Ｄ変換器２８によって変換されたデジタル値をデータ受渡用ＲＡＭ１８に順次格納するとともに、データ受渡用ＲＡＭ１８に格納されたＰＷＭ信号ＳＧ１の１周期時間分に相当するデジタル値を平均することによりリニアソレノイド２４に流れる通電電流の平均電流値を算出する。また、制御ＣＰＵ１４はこの平均電流値の算出処理の後に、Ａ／Ｄ変換器２８の次回の起動時刻の設定処理を行う。
【００２５】
更に、制御ＣＰＵ１４は、ＰＷＭ信号出力回路１６から入力される割込信号ＷＳ１の出力時期に同期させて、前記リニアソレノイド２４を制御するためのデューティ比の算出を行うようになっている。
【００２６】
次に、リニアソレノイド制御装置１０の作用を説明する。
図１に示されるように、制御ＣＰＵ１４での機能構成として、フィードバック（以下、Ｆ／Ｂ）演算部３０と、割込時間設定部３２と、Ｆ／Ｂ演算起動部３４と、平均値算出部３６とを有する。
【００２７】
平均値算出部３６は、Ａ／Ｄ変換器２８によって変換されたデジタル値をデータ受渡用ＲＡＭ１８に順次格納するとともに、データ受渡用ＲＡＭ１８に格納されたＰＷＭ信号ＳＧ１の１周期時間分に相当するデジタル値を平均することによりリニアソレノイド２４に流れる平均電流値を算出する。
【００２８】
Ｆ／Ｂ演算部３０は、リニアソレノイド２４の目標電流値と平均値算出部３６によって算出された平均電流値とを入力し、この目標電流値と平均電流値とに基づいてリニアソレノイド２４の通電電流が目標電流値となるように制御するためのデューティ比を算出する。
【００２９】
割込時間設定部３２は、ＰＷＭ信号出力回路１６の割込信号ＷＳ１に基づいて、フィードバック演算部３０によるデューティ比の算出時期を、ＰＷＭ信号出力回路１６のＰＷＭ信号ＳＧ１の出力時期に同期するように設定する。
【００３０】
割込時間設定部３２での割込時間設定処理に関し、より詳しくは、図２に示すように、制御ＣＰＵ１４は、ステップ１１０で割込信号ＷＳ１に基づいてＰＷＭ信号出力回路１６のＰＷＭ信号ＳＧ１の出力があったことを認識する。次に、ステップ１２０において、割込信号ＷＳ１が入力された時の現在時刻に対して所定時間αを加算することによりフィードバック演算部３０によるデューティ比の算出時期を設定する。この所定時間αは、ＰＷＭ信号ＳＧ１の出力周期ωから少なくともフィードバック演算部３０の演算に要する実行時間βだけ減算した値に設定される。
【００３１】
Ｆ／Ｂ演算起動部３４は、割込時間設定部３２によって設定された時刻になると、フィードバック演算部３０によるデューティ比の算出処理を起動させる。Ｆ／Ｂ演算起動部３４によるフィードバック演算部３０の起動処理に関し、より詳しくは、図３に示すように、制御ＣＰＵ１４は、ステップ２１０でフィードバック演算部３０を実行してＰＷＭ信号のデューティ比を算出し、ステップ２２０にてその算出したＰＷＭデューティ比をレジスタに設定して処理を終了する。
【００３２】
この図２、図３の処理を図式化したのが図４である。図４に示すように、ＰＷＭ信号出力回路１６の割込信号ＷＳ１が入力されると、そのときの現在時刻に対して所定時間αを加算することによりフィードバック演算部３０の起動時間が設定される。そして、時間が経過してその設定された起動時間になると、フィードバック演算部３０が起動されてＰＷＭ信号のデューティ比が算出される。
【００３３】
さて、本実施の形態は、以下の効果がある。
・  フィードバック演算部３０によるデューティ比の算出処理はＰＷＭ信号出力回路１６からのＰＷＭ信号ＳＧ１の出力時期に同期して実行されるため、デューティ比がＰＷＭ信号出力回路１６のＰＷＭ信号ＳＧ１に反映されるまでの時間は一定となり、リニアソレノイド２４の制御精度が向上する。また、フィードバック演算部３０によるフィードバック演算はＰＷＭ信号出力回路１６のＰＷＭ信号ＳＧ１の出力時期に同期して１回のみ実行されるため、制御ＣＰＵ１４の演算処理負荷の増加を抑制することができる。
【００３４】
・  リニアソレノイド２４を制御するに当たって、フィードバック演算部３０が制御に用いるデジタル値が、検出信号に対して遅れを生じることはない。よって、リニアソレノイド２４の通電電流を示す平均電流値も検出信号に対して遅れがなく、デューティ比が良好に算出され、リニアソレノイド２４の制御精度が向上する。
【００３５】
・  フィードバック演算部３０によって算出された最新のデューティ比をＰＷＭ信号出力回路１６のＰＷＭ信号ＳＧ１の出力時期に反映させることができ、リニアソレノイド２４の制御精度が向上する。
【００３６】
なお、実施の形態は、次のように変更してもよい。
・  フィードバック演算部３０の起動時間を設定する際の所定時間αを固定値と従って、他の優先度の高い割込処理の量に応じて所定時間αを可変とするようにしてもよい。
【００３７】
・  上記実施形態では、リニアソレノイド２４のフィードバック制御装置に具体化したが、これに限定されず、制御対象の動作状態を検出して目標値となるようにフィードバック制御を行うものに具体化することができる。
【００３８】
次に、上記各実施形態から把握できる他の技術的思想を、以下に記載する。
・  制御対象の動作状態を検出手段にて検出して一定周期で変化する検出信号を出力する工程と、前記検出信号の前記一定周期に相当する前記検出信号の平均値信号を算出する平均値算出工程と、前記制御対象の動作状態の目標値と、前記平均値信号とに基づいて前記制御対象の動作状態を目標値となるように制御するための制御指令値を算出するフィードバック演算工程と、前記制御指令値に基づいて前記一定周期にて前記制御対象を制御するための制御信号を出力する出力工程と、を備えたフィードバック制御方法において、前記フィードバック演算工程を、前記出力工程における制御信号の出力時期に同期して実行させるようにしたことを特徴とするフィードバック制御方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたリニアソレノイド制御装置の構成を表す機能ブロック図。
【図２】制御装置が実行する起動時間設定制御を示すフローチャート。
【図３】制御装置が実行するフィードバック演算処理を示すフローチャート。
【図４】フィードバック演算の実行タイミングを示す説明図。
【符号の説明】
１２…制御ＩＣ、１４…制御部としての制御ＣＰＵ、１６…出力手段としてのＰＷＭ信号出力回路、１８…記憶手段としてのデータ受渡用ＲＡＭ、２４…リニアソレノイド、２６…電流検出用抵抗、２８…Ａ／Ｄ変換器、３０…フィードバック演算部、３２…割込時間設定部、３６…平均値算出部、ＷＳ１，ＷＳ２…割込信号、β…実行時間。
【図１】
2004185543.tif 000003
【図２】
2004185543.tif 000004
【図３】
2004185543.tif 000005
【図４】
2004185543.tif 000006