反馈控制装置的制作方法

本发明涉及通过切换二进制参数的反馈控制对控制对象进行控制的反馈控制装置。

背景技术：

例如，使输入电压升高/降低的升压/降压转换器等包括双信道控制单元，并以切换方式执行各反馈控制(例如，参见专利文献1)。该装置被配置为升高或降低被供给到电容器、二次蓄电池或电池的供电电压，然后执行电力运行动作或再生动作。具体而言，它包括用于执行升压动作的PI控制(Proportional-Integral Control)系统和用于执行降压动作的PI控制系统，并且这些控制系统以切换方式与电力输出单元等连接，以执行上述的各装置动作。另外，执行双信道反馈控制的一些装置在例如恒定电流控制与恒定电压控制之间进行切换的同时执行连续控制。

图4是示出常规的PI控制装置的配置的说明图。该图示出对诸如电容器的控制对象111执行反馈控制(PI控制)的PI控制装置101的示例性配置。

PI控制装置101包括以下元件作为电流控制系统：基准输入部(A)102，从外部接收设定电流值的输入；电流控制部103，使用该设定电流值来执行PI控制；以及电流测量部(A′)104，测量流过控制对象111的电流。

PI控制装置101还包括以下元件作为电压控制系统：基准输入部(B)105，从外部接收设定电压值的输入；电压控制部106，使用该设定电压值来执行PI控制；以及电压测量部(B′)107，测量在控制对象111中生成的电压、或对控制对象111施加的电压。

电流控制部103的输出点和电压控制部106的输出点经由转接开关109与输出控制部108连接。转接开关109与切换确定部110连接，所述切换确定部110根据例如控制对象111的电压输出等来确定上述电流控制与电压控制之间的切换。

输出控制部108包括例如功率半导体元件，并且被配置为向控制对象111输出具有与从电流控制部103或电压控制部106输出的控制信号(输出电压)等对应的大小的电压或电流。

电流控制部103包括：减法器201，确定基准输入部(A)102和电流测量部(A′)104的各自的输出值之间的差；P控制部202，使用减法器201的输出值来确定P控制值；I控制部203，使用减法器201的输出值来确定I控制值；以及加法器204，将P控制部202和I控制部203的各自的输出值加在一起以确定PI控制值。

电压控制部106包括：减法器205，确定基准输入部(B)105和电压测量部(B′)107的各自的输出值之间的差；P控制部206，使用减法器205的输出值来确定P控制值；I控制部207，使用减法器205的输出值来确定I控制值；以及加法器208，将P控制部206和I控制部207的各自的输出值加在一起以确定PI控制值。

图5是示出常规的PID控制(Proportional-Integral-Differential Control)装置的配置的说明图。除了电流控制部121和电压控制部122以外，示出的PID控制装置120具有与图4中的PI控制装置101类似的配置。

电流控制部121包括减法器201、P控制部202、I控制部203和加法器204，并且还包括使用减法器201的输出值来确定D控制值的D控制部210。电流控制部121的加法器204被配置为将P控制部202、I控制部203和D控制部210的各自的输出值加在一起并输出PID控制值。

电压控制部122包括减法器205、P控制部206、I控制部207和加法器208，并且还包括使用减法器205的输出值来确定D控制值的D控制部211。电压控制部122的加法器208被配置为将P控制部206、I控制部207和D控制部211的各自的输出值加在一起并确定PID控制值。

下面，描述动作。

图5中的PID控制装置120除了它使用包括D控制部210及211的各自的输出值的值对控制对象111进行控制以外，以与PI控制装置101类似的方式动作，因此，在此将代表性地描述PI控制装置101的动作。另外，将示例性地描述对控制对象111的充电动作。以下，即使用放电替代充电，也以类似的方式执行控制切换。

当以上述方式通过基准输入部(A)102将设定电流值从外部输入到电流控制部103时，电流控制部103使用电流控制部103中包括的减法器201，确定从电流测量部(A′)104输出的、流过控制对象111的电流的测量值与上述设定电流值的偏差，并将得到的值输入到P控制部202和I控制部203。使用加法器204，将由P控制部202和I控制部203确定出的各值加在一起以确定PI控制值(电流控制值)。

进而，当通过基准输入部(B)105将设定电压值从外部输入到电压控制部106时，电压控制部106使用电压控制部106中包括的减法器205，确定从电压测量部(B′)107输出的、例如控制对象111的电极间的电压的测量值与上述设定电压值的偏差，并将得到的值输入到P控制部206和I控制部207。使用加法器208，将由P控制部206和I控制部207确定出的各值加在一起以确定PI(积分)控制值(电压控制值)。

图6包括示出图4中的PI控制装置的动作的说明图。这些图示出切换确定部110对转接开关109进行控制时的控制动作。

图6(a)示出从PI控制装置101供给到控制对象111的充电电流随时间的变化，其中，纵轴代表电流值而横轴代表经过时间。

图6(b)示出例如与PI控制部101连接的控制对象111的电极间电压随时间的变化，其中，纵轴代表电压值而横轴代表经过时间。

图6(c)示出如上所述的向控制对象111供给充电电流时电流控制随时间的变化，其中，纵轴代表电流控制值而横轴代表经过时间。注意，在图6(c)中，关于电流控制值，示出了从P控制部202输出的P控制值(曲线(1))和从I控制部203输出的I控制值(曲线(2))。

图6(d)示出供给上述充电电流(施加充电电压)时的电压控制随时间的变化，其中，纵轴代表电压控制值而横轴代表经过时间。注意，在图6(d)中，关于电压控制值，示出了从P控制部206输出的P控制值(曲线(3))和从I控制部207输出的I控制值(曲线(4))。

在控制对象111为例如锂离子二次(lithium-ion secondary)蓄电池或电池，并且向控制对象111供给充电电流的情况下，切换确定部110对转接开关109进行控制，以在充电开始时连接电流控制部103与输出控制部108。与输出控制部108连接的电流控制部103执行PI控制，使得被供给到控制对象111的充电电流变为与从基准输入部(A)102输入的设定电流值相等。

在这种情况下，电流控制部103确定由电流测量部(A′)104测量出的测量电流值与上述设定电流值的偏差，并且调整由图6(c)所示的P控制和I控制确定出的电流控制值，以执行恒定电流控制(PI控制)，使得随后的测量电流值被设定为与设定电流值相等并保持恒定。

如上所述，如图6(b)所示，当控制对象111的电压值随着通过恒定电流控制的充电的进行，增加并达到通过基准输入部(B)105输入的设定电压值时，切换确定部110确定为在示出的点P1出现切换条件，并切换转接开关109的连接以连接电压控制部106和输出控制部108。

换句话说，例如，当电压测量部(B′)107的测量电压值达到设定电压值时，切换确定部110在图6(c)中的点P2从刚刚执行的恒定电流控制切换到恒定电压控制。

当电压控制部106通过上述的控制切换与输出控制部108连接时，它确定用于如在图6(b)所示的恒定电压控制期间中示出的那样保持控制对象111的电极间电压恒定的电压控制值。

在紧接着切换确定部110执行了从恒定电流控制到恒定电压控制的切换之后，从电压控制部106输出的电压控制值如在图6(d)所示的点P3(变化期间)示出的那样是不稳定的，具体而言，由I控制确定出的电压控制值明显变化，以致被供给到控制对象111的电压等变得不稳定。

现有技术参照

专利参照

专利参照1：日本专利No.5122199

技术实现要素：

以上述方式配置常规的反馈控制装置，因此具有如下问题：当对二进制参数执行控制切换时，反馈控制值变化，导致对控制对象的控制不稳定。

本发明是为了克服上述问题而完成的，其目的在于提供一种在切换二进制反馈控制时实现平稳连续控制的反馈控制装置。

根据本发明的反馈控制装置，包括：第一控制部，包括第一比例控制部，并且对控制对象执行第一反馈控制；第二控制部，包括第二比例控制部，并且对所述控制对象执行第二反馈控制；积分控制部，被用于所述第一反馈控制和所述第二反馈控制；输出控制部，使用由所述第一控制部和所述积分控制部、或者由所述第二控制部和所述积分控制部生成的控制值，对控制对象进行控制；转接开关，在所述第一控制部和所述积分控制部之间的连接与所述第二控制部与所述积分控制部之间的连接之间进行切换；以及切换确定部，检测所述控制对象的状态，以对所述转接开关的切换动作进行控制，其中，当作为通过所述第一控制部与所述积分控制部之间的所述连接而执行所述第一反馈控制的结果，指示所述控制对象的检测状态的值达到由所述第二反馈控制保持的预设值时，所述切换确定部对所述转接开关进行控制，以连接所述第二控制部与所述积分控制部，并执行向所述第二反馈控制的切换。

此外，所述第一控制部还包括第一微分控制部，所述第二控制部还包括第二微分控制部，对所述控制对象执行作为所述第一反馈控制的第一PID控制，并且，对所述控制对象执行作为所述第二反馈控制的第二PID控制。

此外，在充电电力被供给到所述控制对象或者从所述控制对象放电时，所述第一反馈控制是恒定电流控制并且所述第二反馈控制是恒定电压控制；并且，在所述输出控制部在所述恒定电流控制下执行充放电动作时，所述切换确定部检测到所述控制对象的端子间的电压达到了预设电压时，执行向所述恒定电压控制的切换，在所述恒定电压控制下执行充电动作。

根据本发明，能够减少在执行从第一反馈控制到第二反馈控制的切换时的控制值的变化，并能够实现平稳连续的反馈控制。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的反馈控制装置的配置的说明图。

图2是示出根据本发明的实施例的反馈控制装置的另一配置的说明图。

图3包括示出根据本发明的实施例的反馈控制装置的动作的说明图。

图4是示出常规的PI控制装置的配置的说明图。

图5是示出常规的PID控制装置的配置的说明图

图6是示出图4中的PI控制装置的动作的说明图。

附图标记说明

1：PI控制装置；2：PID控制装置；11：基准输入部(A)；12、12a：电流控制部；13：电流测量部(A′)；14：基准输入部(B)；15、15a：电压控制部；16：电压测量部(B′)；21：控制对象；22：输入转接开关；23：输出转接开关；24：I(积分)控制部；25、42、44：加法器；26：输出控制部；27：u1/u2确定部(切换确定部)；30、32：减法器；31、33：P(比例)控制部；41、43：D(微分)控制部；101：PI控制装置；102：基准输入部(A)；103：电流控制部；104：电流测量部(A′)；105：基准输入部(B)；106：电压控制部；107：电压测量部(B′)；108：输出控制部；109：转接开关；110：u1/u2确定部(切换确定部)；120：PID控制装置；111：控制对象；121：电流控制部；122：电压控制部；201、205：减法器；202、206：P(比例)控制部；203、207：I(积分)控制部；204、208：加法器；210、211：(微分)控制部。

具体实施方式

以下将描述本发明的实施例。

图1是示出根据本发明的实施例的反馈控制装置的配置的说明图。该图示出作为反馈控制装置的示例配置的PI控制装置。

PI控制装置1包括：基准输入部(A)11，从外部接收设定电流值的输入；电流控制部12，经由基准输入部(A)11接收设定电流值的输入，并确定用于保持例如被供给到控制对象21的充电电流恒定的控制值；以及电流测量部(A′)13，测量流过控制对象21的电流，并将例如测量电流值转换成以能够通过减法器30处理的预定形式的信号或者生成该信号。

PI控制装置1还包括：基准输入部(B)14，从外部接收设定电压值的输入；电压控制部15，经由基准输入部(B)14接收设定电压值的输入，并确定用于保持例如被施加到控制对象21的充电电压恒定的控制值；以及电压测量部(B′)16，测量例如控制对象21的电极间电压，并将例如该测量电压值转换成以能够通过减法器32处理的规定形式的信号或者生成该信号。

进而，PI控制装置1包括输入转接开关22、输出转接开关23、I控制部24、加法器25、输出控制部26以及u1/u2确定部27。

控制对象21是由PI控制装置1的输出控制部26对其执行规定的控制的对象，例如是电容器或二次蓄电池或电池等。

在此，将示例性地描述对控制对象21的充电电力的供给。

电流控制部12包括：减法器30，确定从电流测量部(A′)13输入的测量电流值与从基准输入部(A)11输入的设定电流值的偏差；以及P控制部31，使用减法器30的输出值来确定P控制值。

电压控制部15包括：减法器32，确定从电压测量部(B′)16输入的测量电压值与从基准输入部(B)14输入的设定电压值的偏差；以及P控制部33，使用减法器32的输出值来确定P控制值。

减法器30的输出点与P控制部31的输入点以及输入转接开关22的触点u1连接。

减法器32的输出点与P控制部33的输入点以及输入转接开关22的触点u2连接。

输入转接开关22的基极b与确定I控制值的I控制部24的输入点连接，并且被配置为使减法器30和减法器32中的任意一个的输出点与I控制部24的输入点连接。

I控制部24的输出点与加法器25的第一输入点连接。进而，加法器25的第二输入点与输出转接开关23的基极b连接。

P控制部31的输出点与输出转接开关23的触点u1连接，并且，P控制部33的输出点与输出转接开关23的触点u2连接。进行配置，使得P控制部31和P控制部33中的任意一个的输出点与加法器25的第二输入点连接。

加法器25的输出点与输出控制部26的输入点连接，并且被配置为使得向输出控制部26输入由电流控制部12和I控制部24生成的电流控制值(更具体而言，通过将从P控制部31输出的P控制值和从I控制部24输出的I控制值加在一起而获得的PI控制值)、或者由电压控制部15和I控制部24生成的电压控制值(更具体而言，通过将从P控制部33输出的P控制值和从I控制部24输出的I控制值加在一起而获得的PI控制值)中的任意一个。

输出控制部26被配置为根据通过加法器25的加法处理生成的PI控制值对控制对象21进行控制。具体而言，它被配置为向控制对象21供给例如与上述电流控制值对应的充电电流，并且还被配置为向控制对象21施加与上述电压控制值对应的充电电压。

u1/u2确定部27被配置为监视控制对象21的状态，并且，更具体地，它包括用于检测例如控制对象21的电极间电压的电压检测单元、用于检测流过控制对象21的电流(例如，被供给到控制对象21的充电电流等)的值的电流检测单元等，并且被配置为根据通过这些检测单元检测出的值来控制输入转接开关22和输出转接开关23的各自的切换动作。

图2是示出根据本发明的实施例的反馈控制装置的另一配置的说明图。该图示出作为反馈控制装置的另一示例性配置的PID控制装置2。对与图1所示的附图标记相同或对应的部分使用相同的附图标记，并且省略其描述。

PID控制装置2中包括的电流控制部12a包括减法器30和P控制部31，并且还包括确定D(微分)控制值的D控制部41和加法器42。进而，电压控制部15a包括减法器32和P控制部33，并且还包括D控制部43和加法器44。

电流控制部12a的D控制部41所具有的输入点连同P控制部31的输入点，连接于减法器30的输出点和输入转接开关22的触点u1。

D控制部41的输出点与加法器42的第一输入点连接，并且，P控制部31的输出点与加法器42的第二输入点连接。即，D控制部41与P控制部31并联连接，并被连接为接收与P控制部31的输入值相同的输入值(即减法器30的输出值)的输入。此外，进行连接，使得由D控制部41确定出的D控制值被输入到加法器42并与由P控制部31确定出的P控制值相加。

加法器42的输出点与输出转接开关23的触点u1连接。

电压控制部15a的D控制部43所具有的输入点连同P控制部33的输入点，连接于减法器32的输出点和输入转接开关22的触点u2。

D控制部43的输出点与加法器44的第一输入点连接，并且，P控制部33的输出点与加法器44的第二输入点连接。即，D控制部43与P控制部33并联连接，并被连接为接收与P控制部33的输入值相同的输入值(即减法器32的输出值)的输入。此外，进行连接，使得由D控制部43确定出的D控制值被输入到加法器44并与由P控制部33确定出的P控制值相加。

加法器44的输出点与输出转接开关23的触点u2连接。

接下来，将描述动作。

图2所示的PID控制装置2除了它包括D控制部41及43和加法器42及44以外，以与图1中的PI控制装置1类似的方式来配置，并且，关于恒定电流控制与恒定电压控制之间的切换动作，也以类似的方式动作。在此，将代表性地描述图1所示的PI控制装置1的充电动作。注意，也能够以类似的方式执行对两个控制回路进行切换的放电动作，在这种情况下，在以下的描述中，将用“放电”替代“充电”，将用“减少”替代“增加”等等。

图3包括示出根据本发明的实施例的反馈控制装置的动作的说明图。这些图示出在u1/u2确定部27对转接开关22及23进行控制时的控制动作。

在控制对象21为例如锂离子二次蓄电池或电池的情况下，在开始充电时保持该锂离子二次蓄电池或电池的规格等中规定的电流值(通过基准输入部(A)11设定的设定电流值)的同时执行充电。另外，当锂离子二次蓄电池或电池的电极间电压由于该恒定电流充电而增加，并且该电压值达到基于锂离子二次蓄电池或电池的规格等确定出的规定电压(通过基准输入部(B)14设定的设定电压值)时，随着保持该规定电压，连续执行恒定电压充电。

在此，将示例性地描述锂离子二次蓄电池或电池的充电动作中的PI控制。

在图3中，将执行上述恒定电流充电的期间表示为“恒定电流控制期间”，并且，将随着保持设定电压值(上述规定电压)而执行恒定电压充电的期间表示为“恒定电压控制期间”。

注意，从基准输入部(A)11输入的设定电流值和从基准输入部(B)14输入的设定电压值在必要时从外部被输入，并且，例如在充电动作开始前被输入到PI控制装置1并在PI控制装置1中被设定。

图3(a)示出从PI控制装置1供给到控制对象21的电流随时间的变化，其中，纵轴代表电流值而横轴代表经过时间。

图3(b)示出例如与PI控制装置1连接的控制对象21的电极间电压随时间的变化，其中，纵轴代表电压值而横轴代表经过时间。

图3(c)示出在如上所述的向控制对象21供给充电电流时的电流控制随时间的变化，其中，纵轴代表电流控制值而横轴代表经过时间。注意，在图3(c)中，关于电流控制值，示出了从P控制部31输出的P控制值(曲线(5))和从I控制部24输出的I控制值(曲线(6))。

图3(d)示出在供给上述充电电流(施加充电电压)时的电压控制的过渡，其中，纵轴代表电压控制值而横轴代表经过时间。注意，在图3(d)中，关于电压控制，示出了从P控制部33输出的P控制值。在该电压控制中从I控制部24输出的I控制值就如由图3(c)中的恒定电压控制期间所示的曲线(6)指示的那样。

在控制对象21是锂离子二次蓄电池或电池等的情况下，当充电电流要被供给到控制对象21时，为了首先通过恒定电流控制执行充电，u1/u2确定部27使输入转接开关22和输出转接开关23的各自的基极b与触点u1连接。即，电流控制部12的减法器30的输出点与I控制部24的输入点彼此连接，另外，电流控制部12(P控制部31)的输出点和I控制部24的输出点通过加法器25与输出控制部26连接。

在上述的切换连接状态中，从基准输入部(A)11输入的设定电流值连同从电流测量部(A′)13输出的测量电流值被输入到减法器30。

由减法器30确定出的值(偏差)被输入到P控制部31并经由输入转接开关22也被输入到I控制部24，以确定该时间点的P控制值和I控制值。

来自I控制部24的I控制值被输入到加法器25，并且，来自P控制部31的P控制值经由输出转接开关23被输入到加法器25。加法器25根据这些控制值确定PI控制值，并将其输出到输出控制部26。

输出控制部26向控制对象21供给与输入的PI控制值对应的充电电流。该充电电流(通过电流测量部(A′)13测量其大小)作为下一时间点的测量电流值被输出到减法器30。

减法器30确定上述时间点的测量电流值与上述设定电流值(输入基准值)的偏差，并且，将得到的值输出到P控制部31并经由输入转接开关22也输出到I控制部24。

然后，关于新的输入值，P控制部31和I控制部24确定P控制值和I控制值，并且加法器25生成新的PI控制值。该PI控制值被输入到输出控制部26，并且执行反馈控制以施加补偿，如图3(a)所示，使得从输出控制部26被供给到控制对象21的充电电流变为与设定电流值相等(在示出的恒定电流控制期间)。

在恒定电流控制中，如上所述，通过P控制部31、I控制部24、加法器25、输出控制部26、(控制对象21)、电流测量部(A′)13以及减法器30等形成恒定电流控制回路。

如上所述，向控制对象21供给保持恒定的充电电流以图3(b)所示的方式使控制对象21的电极间或者充电端子间的电压值增加。

当u1/u2确定部27识别为控制对象21的电极电压在图3(b)所示的点P4的时刻达到设定电压值时，它使充电动作的控制从恒定电流控制切换到恒定电压控制。具体而言，对输入转接开关22和输出转接开关23进行控制，以便以切换方式从触点u1到触点u2连接开关的各自的基极b。

I控制部24在开始恒定电压控制的点P4的时刻，接收到恒定电流控制的最新的偏差的输入。即，以上述状态执行从恒定电流控制到恒定电压控制的切换，所以I控制部24总是在恒定电流控制回路或恒定电压控制回路中动作，并且如图3(c)中的曲线(6)所示，在控制切换时，使I控制值不大幅变化而继续I控制值的输出。

此外，在点P4的时刻的控制切换中，如上所述，输出转接开关23的触点连接被切换，使得加法器25与P控制部31之间的连接断开，并且P控制部33被连接到加法器25的输入点。即，在图3(c)所示的点P5，用于从P控制部31到加法器25的恒定电流控制的P控制值的输入被中断，并且在图3(d)所示的点P6，用于从P控制部33到加法器25的恒定电压控制的P控制值的输入开始。注意，在充电期间内，上述的点P4～P6具有能够被视为相同时间点的时间长度。

图3中的恒定电流控制期间中动作的控制回路中不包括用于恒定电压控制的反馈控制系统、即电压控制部15等。在恒定电流控制期间，随着充电动作进行，控制对象21的电极间电压接近设定电压值。因此，反馈控制在恒定电流控制期间中不起作用；但是，随着充电进行，在该恒定电流控制期间，由电压控制部15的减法器32确定出的偏差减小，并且，由P控制部33确定出的P控制值也向一个值(根据该值而需要少量的补偿)过渡。

由以上可知，P控制部33能够生成P控制值，所述P控制值用于对要从输出控制部26输出的充电电压进行补偿，使得在点P6的时刻开始恒定电压控制时充电电压与设定电压值相等。

以这种方式，从电压控制部15的P控制部33输出适当的P控制值，另外，如上所述，从I控制部24也输出大体合理的值作为恒定电压控制值。因此，在从恒定电流控制切换到恒定电压控制时，被输入到输出控制部26的PI控制值不会从适当的值大幅偏移。因此，能够连续执行稳定的PI控制。

在图3所示的“恒定电压控制期间”，为了事先使从基准输入部(B)14输入的设定电压值保持恒定为充电电压，如上所述，通过u1/u2确定部27的控制，输入转接开关22和输出转接开关23的各自的基极b的连接从触点u1被切换到触点u2，从而允许电压控制部15等动作以便使用恒定电压控制回路执行反馈控制。

通过P控制部33、I控制部24、加法器25、输出控制部26、(控制对象21)、电压测量部(B′)16以及减法器32等形成上述恒定电压控制回路。

具体而言，电压测量部(B′)16测量例如控制对象21的电极间电压，并且，减法器32确定上述测量电压值与设定电压值的偏差。该偏差被输入到P控制部33和I控制部24，以确定与该偏差对应的P控制值和I控制值。

加法器25接收上述的P控制值和I控制值的输入，并确定用于恒定电压控制的PI控制值。输出控制部26根据用于恒定电压控制的输入的PI控制值，执行控制动作以施加补偿，使得控制对象21的电极或充电端子间的电压变为与设定电压值相等，并向控制对象21供给充电电压。连续执行在上述恒定电压控制下的充电动作，直到例如由电流测量部(A′)13测量到的充电电流值小于预设值。

以这种方式，平稳地切换对控制对象21的控制，并适当地终止一系列的控制动作。

如上所述，根据本实施例，对于恒定电流控制而连接电流控制部12和I控制部24，并且，对于恒定电压控制而连接电压控制部15和I控制部24，以生成PI控制值，并从输出控制部26向控制对象21供给充电电流。因此，能够防止在从恒定电流控制切换到恒定电压控制时PI控制值大幅变化，并能够对控制对象21执行稳定的控制。