设备控制系统、方法和计算机可读介质技术方案

设备控制系统具备：设备；执行器，其基于指令值来控制设备的状态；以及运算装置，其使用表示设备的状态的状态信息计算指令值，并将该指令值向执行器输出。运算装置将根据从dy/dt＝f(y，u，d，t)和K4×dy/dt＝K3×yref‑K1×y+K2×((yref‑y)的时间积分)+K5的算式中消去y的时间微分而得到的算式求出的u的值作为上述指令值。

Equipment Control System, Method and Computer Readable Media

【技术实现步骤摘要】
设备控制系统、方法和计算机可读介质
本专利技术涉及设备控制系统、方法和计算机可读介质。
技术介绍
P.L.Lee，G.R.Sullivan，“GenericModelControl(GMC)”，ComputersandChemicalEngineering，12(6)，573-580，1988公开有能够用于设备等的控制的与一般模型控制相关的技术。在该技术中，在设备等的输入向量u(向执行器的指令值)与输出向量y间的关系由以下的式(91)表示的情况下，定义以下的式(92)。这里，y是输出向量，u是输入向量，d是扰动向量，t是时间，是y的时间微分。这里，K1和K2是对角矩阵，是控制设计时所决定的设计因素。另外，yref是y的目标值。而且，将通过将式(92)代入式(91)消去而求出输入向量u的算式作为控制算法。其后，使用通过该控制算法计算的输入向量u来控制设备等。然而，若使用P.L.Lee，G.R.Sullivan，“GenericModelControl(GMC)”，ComputersandChemicalEngineering，12(6)，573-580，1988中的上述控制算法进行控制，则yref和y的系数K1和K2为共用的值，有可能导致y相对于yref的响应超调。而且，若进行用于防止该超调的控制，则有可能导致控制的响应性变得过快。图12是用于对P.L.Lee，G.R.Sullivan，“GenericModelControl(GMC)”，ComputersandChemicalEngineering，12(6)，573-580，1988中的课题进行说明的图。这里，对于目标值x/x＊＝1.0，ε＝0.5则表示超调，ε＝10则表示控制的响应性过快。因此，在P.L.Lee，G.R.Sullivan，“GenericModelControl(GMC)”，ComputersandChemicalEngineering，12(6)，573-580，1988中，可以说响应波形设计的自由度低。这里，有可能导致上述y的响应超调的理由，是如上述那样是由于yref和y的系数K1和K2为共用的值。具体地进行说明，首先，如以下的式(93)那样表示上述式(92)的向量中的第n成分。而且，使yrefn的系数作为单独变量，为k3n，而且成为k1n＝α+β、k2n＝αβ(α和β是实数，且α≥β)，则如以下的式(94)那样表示。这里，若对式(94)进行拉普拉斯变换并进行整理，则如以下的式(95)那样表示。这里，s是复数。而且，在k3n＝0的情况下，成为简单的二次延迟。另外，对式(95)的yrefn施加步进输入时的微分方程式的解由以下的式(96)表示。这里，由图13的实线部(k3n＝k1n)示出式(96)中α＝4、β＝2的情况下的单位时间的y的变动。这样，在使用了式(92)的情况下导致超调。
技术实现思路
本公开目的在于提供防止响应的超调并且适度地抑制响应性的加快而用于提高响应波形设计的自由度的设备控制系统、方法和计算机可读介质。本公开的第一方式的设备控制系统具备：设备；执行器，其基于指令值来控制上述设备的状态；以及运算装置，其使用表示上述设备的状态的状态信息来计算上述指令值，并将该计算出的指令值向上述执行器输出。上述运算装置将根据从以下的式(A1)和式(A2)中消去而得到的算式求解u的值作为上述指令值。这里，y是所述状态信息，u是所述指令值，d是扰动，t是时间，是y的时间微分，这里，K1、K2、K3、K4和K5是对角矩阵，K1、K2和K4不是零矩阵，K1与K3不同，yref是y的目标值。这样在本方式中，使用式(A1)和使系数K1与K3成为不同值的式(A2)求出指令值u。因此，能够防止y的响应的超调，并且适度地抑制响应性的加快，从而能够提高响应波形设计的自由度。另外，上述设备控制系统优选，在将K1、K2和K3的不是零的(i，i)成分设为k1ii、k2ii和k3ii的情况下，k1ii＝αi+βi，k2ii＝αiβi，αi和βi是正的实数，并且，在αi≥βi的情况下，k3ii≤αi。由此，若为如式(A1)那样表示的设备，则线性或者非线性均能够应用，应用范围变广。并且，优选上述K3是零矩阵，上述式(A2)满足以下的式(A3)。由此，与式(A2)相比，进一步简化算式，减少指令值u的计算处理的负荷。并且，也可以是，上述设备是包括燃料电池堆、流量调整阀、以及从上述燃料电池堆进行排气或者排水的排出阀的燃料电池系统，上述执行器是以通过升压转换器来控制上述燃料电池系统的状态的方式构成的电流控制装置，上述设备控制系统还具备氢气压力传感器，上述氢气压力传感器对上述燃料电池堆的氢气压力值进行测定，并将该氢气压力值作为上述状态信息向上述运算装置输出。在这种情况下，也可以是，上述式(A1)是以下的式(A4)，上述式(A3)是以下的式(A5)。这里，P是上述氢气压力值，R是气体常量，T是上述燃料电池堆的温度，V是氢气容积，Qinj是由上述流量调整阀调整过的流量，N是上述燃料电池堆的电池数量，F是法拉第常数，Iu是作为向上述电流控制装置输出的上述指令值的上述燃料电池堆的电流限制值，Qhev是由上述排出阀调整过的流量，Qcrs是渗透流量。这里，Pref是P的目标值，T1和T2是P相对于Pref的响应的时间常数。由此，在燃料电池堆中进行使氢气压力接近目标值的控制时，能够防止压力的响应的超调，并且适度地抑制响应性的加快。并且，优选上述T1和上述T2是满足如下第一条件和第二条件的值，第一条件表示与上述时间常数对应的P从Pref降低的降低量小于第一阈值，第二条件表示针对被上述Iu限制后的上述燃料电池堆的电流最小值的相对于上述时间常数的变化量为第二阈值以内。由此，能够最佳控制燃料电池堆的劣化和动力性能的平衡。另外，也可以是，上述设备控制系统还具备传感器，上述传感器获取上述设备的状态量，并将该获取到的状态量作为上述状态信息向上述运算装置输出，上述运算装置使用从上述传感器获取到的上述状态信息来计算上述指令值。由此，由于使用设备的状态的实测值，所以能够计算更适当的指令值，能够更正确地控制设备的状态。另外，也可以是，上述K1、K2和K4是除去共用的部分的成分之外的剩余的成分为0的行向量。由此，能够容易地缩小为针对多种状态的指标中的重要的一部分指标的响应的控制。例如，在设备为倒立摆的情况下，能够将状态信息缩小为角度，高效地计算指令值。对于本公开的第二方式的设备控制方法而言，在运算装置中，接受表示设备的状态的状态信息的输入，将使用上述状态信息并根据从以下的式(A6)和式(A7)消去而算式求出的u的值计算为指令值，并将上述计算出的指令值向执行器输出，在上述执行器中，基于上述指令值来控制上述设备的状态。这里，y是所述状态信息，u是所述指令值，d是扰动，t是时间，是y的时间微分，这里，K1、K2、K3、K4和K5是对角矩阵，K1、K2和K4不是零矩阵，K1与K3不同，yref是y的目标值。另外，本公开的第三方式的存储使计算机执行处理的程序的计算机可读介质，使计算机执行以下处理，即，接受表示设备的状态的状态信息的输入的处理；将使用上述状态信息根据从以下的式(A8)和式(A9)中消去而得到的算式求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备控制系统，其特征在于，具备：设备；执行器，其基于指令值来控制所述设备的状态；以及运算装置，其使用表示所述设备的状态的状态信息来计算所述指令值，并将该计算出的指令值向所述执行器输出，其中，所述运算装置将根据从以下的式(1)和式(2)中消去

【技术特征摘要】
2018.02.28 JP 2018-0341291.一种设备控制系统，其特征在于，具备：设备；执行器，其基于指令值来控制所述设备的状态；以及运算装置，其使用表示所述设备的状态的状态信息来计算所述指令值，并将该计算出的指令值向所述执行器输出，其中，所述运算装置将根据从以下的式(1)和式(2)中消去而得到的算式求出u的值作为所述指令值，这里，y是所述状态信息，u是所述指令值，d是扰动，t是时间，是y的时间微分，这里，K1、K2、K3、K4和K5是对角矩阵，K1、K2和K4不是零矩阵，K1与K3不同，yref是y的目标值。2.根据权利要求1所述的设备控制系统，其特征在于，在将K1、K2和K3的不是零的(i，i)成分设为k1ii、k2ii和k3ii的情况下，k1ii＝αi+βi，k2ii＝αiβi，αi和βi是正的实数，并且，在αi≥βi的情况下，k3ii≤αi。3.根据权利要求1或2所述的设备控制系统，其特征在于，所述K3是零矩阵，所述式(2)满足以下的式(3)，4.根据权利要求3所述的设备控制系统，其特征在于，所述设备是包括燃料电池堆、流量调整阀、以及从所述燃料电池堆进行排气或者排水的排出阀的燃料电池系统，所述执行器是以通过升压转换器来控制所述燃料电池系统的状态的方式构成的电流控制装置，所述设备控制系统还具备氢气压力传感器，所述氢气压力传感器对所述燃料电池堆的氢气压力值进行测定，并将该氢气压力值作为所述状态信息向所述运算装置输出，所述式(1)是以下的式(4)，所述式(3)是以下的式(5)，这里，P是所述氢气压力值，R是气体常量，T是所述燃料电池堆的温度，V是氢气容积，Qinj是由所述流量调整阀调整过的流量，N是所述燃料电池堆的电池数量，F是法拉第常数，Iu是作为向所述电流控制装置输出的所述指令值的所述燃料电池堆的电流限制值，Qhev是由所述排出阀调整过的流量，Qcrs是渗透流量...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥吉雅宏，坊农哲也，江川稔弘，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP