25.1 : 制御構成

制御構成は、自動車のクルーズコントロールシステムにとって非常に重要です。制御は、道路状況に関係なく一定のペースを維持するために時間の経過と共に速度を管理し、設計目標を達成します。従来の制御システムでは、固定構成設計で制御の配置が事前に決定されていました。システムパフォーマンスの変更は、補償と呼ばれます。

制御システムの補償にはさまざまな構成がありますが、最も一般的なのは、制御がプロセスと連携する直列補償またはカスケード補償です。直列補償では、制御はプラントと直列に配置され、システムのダイナミクスを変更して特定のパフォーマンス基準を満たします。一方、フィードバック補償では、制御をマイナーフィードバック経路に配置します。この方法では、一次 フィードバックループに直接影響を与えることなく、システムの動作を微調整できます。

状態フィードバック制御では、制御信号を生成するために、一定の実ゲインを通じて状態変数をフィードバックします。この方法は、特定のパフォーマンス要件を持つ制御システムを設計するのに効果的です。ただし、状態変数の測定や推定が必要なため、高次システムではコストがかかったり、実用的でない場合があります。状態フィードバック制御は、閉ループ極を目的の位置に配置し、過渡状態と定常状態のパフォーマンスを向上させることを目的としています。

その他の構成には、直列フィードバック補償があります。これは、直列制御とフィードバック 制御を組み合わせて、両方の利点を活用します。フィードフォワード補償では、フィードフォワード制御を閉ループシステムと直列に配置し、リファレンス入力に直接対処してパフォーマンスを向上させます。

前述の構成に加えて、制御構成の自由度がシステムパフォーマンスに大きく影響します。シリーズ、フィードバック、および状態フィードバックは、特定のパフォーマンス基準を満たす上で制限のある 1 自由度 (1DOF) 制御構成です。これらの構成では、パラメータの変化に対する感度が低かったり、ステップ応答で過剰なオーバーシュートが発生したりすることがあります。対照的に、2 自由度 (2DOF) 構成では、望ましいパフォーマンス基準を達成するための柔軟性が向上します。2DOF システムでは、フィードバック経路と参照追跡経路を個別に調整できるため、システムダイナミクスをより適切に制御でき、パラメータの変化に対する堅牢性が向上します。

要約すると、1DOF 構成はよりシンプルで実装が簡単ですが、最新の制御システムの厳しいパフォーマンス要件を必ずしも満たすとは限りません。2DOF 構成は柔軟性が高いため、特に自動車のクルーズコントロールなど、正確なパフォーマンスと堅牢性が重要なアプリケーションでは、高度な制御システム設計において貴重なツールとなります。