专利名称：控制装置的设计方法及控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制装置的设计方法等，特别涉及向控制蓄电池应充电或放电的电力的变换器输出指令值的控制装置的设计方法等。
背景技术：
在蓄电池中，能够充电或放电的电力量是有限的。所以，提出了具备如下控制装置的蓄电装置，该控制装置用于通过反馈蓄电量的计划值与实际的蓄电量的值之间的偏差来控制蓄电池的动作(例如，专利文献I及2)。现有技术文献
专利文献专利文献1:特开2001 — 112176号公报专利文献2 :特开2010 — 41802号公报非专利文献非专利文献1:Doyle, John C. and Glover, Keith and Khargonekar, PramodP.and Francis,Bruce A.著,“State-space solutions to standard H2and H 00 controlproblems，，，IEEE Transactions on Automatic Control, 1989年，第34卷，第8号，p. 831 —847
发明概要发明要解决的问题但是，在以往的控制装置中，有难以将剩余容量变动抑制性、目标值跟随性及鲁棒性这3个性能全部以适当的平衡实现的问题。
发明内容
所以，本发明的目的是解决以往的问题，提供一种控制装置的设计方法，能够设计对蓄电池进行控制以将剩余容量变动抑制性、目标值跟随性及鲁棒性这3个性能全部以适当的平衡实现的控制装置。用于解决问题的手段有关本发明的一技术方案的控制装置的设计方法，该控制装置向控制蓄电池应充电或放电的电力即输出值以使上述蓄电池的蓄电量适合于控制目标值的变换器输出用于指示充电或放电的输出指令值，上述设计方法包括阈值决定步骤，决定在第I控制量的判断中使用的第I阈值、在第2控制量的判断中使用的第2阈值、以及在第3控制量的判断中使用的第3阈值；权重函数设定步骤，设定用于计算上述第I控制量的第I权重函数、用于计算上述第2控制量的第2权重函数、以及用于计算上述第3控制量的第3权重函数；以及传递函数决定步骤，决定以上述控制目标值与上述输出值之差及上述输出值的积分值为输入、以上述输出指令值为输出的上述控制装置的传递函数；在上述传递函数决定步骤中，通过H c 控制理论决定上述传递函数，以使对上述控制目标值与上述输出值之差乘以上述第I权重函数而得到的上述第I控制量比上述第I阈值小，对上述输出值乘以上述第2权重函数而得到的上述第2控制量比上述第2阈值小、并且对上述输出值的积分值乘以上述第3权重函数而得到的上述第3控制量比上述第3阈值小。另外，本发明不仅能够作为这样的控制装置的设计方法实现，还能够作为通过控制装置的设计方法设计的控制装置实现。此外，还能够作为使计算机执行这样的控制装置的设计方法的程序实现。 此外，该程序当然能够经由⑶一 ROM (Compact Disc Read OnlyMemory )等的记录介质及因特网等的传送介质流通。进而，本发明可以作为实现通过这样的控制装置的设计方法设计的控制装置的功能的一部分或全部的半导体集成电路(LSI)实现，或包括这样的控制装置的电力控制装置实现。发明效果通过本发明，能够设计对蓄电池进行控制以将剩余容量变动抑制性、目标值跟随性及鲁棒性这3个性能全部以适当的平衡实现的控制装置。
图1是表示本发明的实施方式的蓄电装置的系统结构的图。图2是表示本发明的实施方式的电力控制装置的功能模块的图。图3是表示本发明的实施方式的控制装置的功能模块的图。图4是表示负载电力、发电装置电力和受电点电力目标值的变化的一例的图。图5是表示通过本发明的实施方式的设计方法设计控制装置作为H c 控制器的情况下所使用的蓄电装置的模型的结构例的模块图。图6是表示本发明的实施方式的控制装置的设计方法的处理的流程的流程图。图7是表示本发明的实施方式的控制装置的设计方法的处理的流程的流程图。图8是表示本发明的实施方式的蓄电装置的模型所具有的参数的例子。图9是表示本发明的实施方式的控制装置的状态空间方程式的例子。图10是表示通过本发明的实施方式的控制装置的设计方法设计的H c 控制器的增益线图。图11是表示通过本发明的实施方式的设计方法设计的控制装置的控制的仿真结果(W3的效果)的图。图12是表示通过本发明的实施方式的设计方法设计的控制装置的控制的仿真结果(W3的副作用)的图。图13是表示通过本发明的实施方式的设计方法设计的控制装置的控制的仿真结果(W4的效果)的图。图14是表示以往的蓄电池的控制装置的结构的模块图。
具体实施例方式(本发明的基础知识)本发明人关于在“背景技术”中记载的控制装置，发现了会发生以下的问题。能量管理系统的蓄电池作为停电等的紧急时的后备用电源使用。此外，该蓄电池通过在白天储存太阳电池的剩余电力，在夜间作为供给电力的电源使用。近年来，提出了将蓄电池与燃气发动机或燃料电池等的发电装置组合的系统。在该系统中，对于仅通过发电装置不能供给的急剧变动的负载的电力需求，通过由响应速度比较快的蓄电池辅助地供给电力，能够使系统整体的电力供需的平衡稳定化。但是，在蓄电池中，能够充电或放电的电力量是有限的。所以，提出了具备如下控制装置的蓄电装置，该控制装置用于通过反馈蓄电量的计划值与实际的蓄电量的值之间的偏差来控制蓄电池的动作(例如，专利文献I及2)。图14是表示在专利文献2中记载的、有关本发明的关联技术的蓄电装置具备的控制装置的结构的模块图。在图14中，控制装置900由蓄电量偏差推定部901、修正量计算部902和蓄电值输出指令部903构成。控制装置900以蓄电值输出计划值、计划蓄电量和实际蓄电量这3个参数为输入，以蓄电值应输出的指令值为输出。控制装置900通过蓄电量偏差推定部901计算计划蓄电量与实际蓄电量的偏差。接着，由修正量计算部902计算将该偏差按单位时间划分的修正量。接着，通过在蓄电值输出指令部903中将该修正量与蓄电装置输出计划值相加，计算蓄电值的输出值。这样，控制装置900由将蓄电量的计划值与实际值的偏差反馈来控制蓄电池的动作的称作PI控制的控制方法构成。这里，所谓PI控制，是古典控制方法中的使用比例动作(Proportional Action)和积分动作(IntegralAction)的控制方式。以下，将控制蓄电池的充电及放电以使蓄电量的计划值与实际值的偏差在较短时间内变小的性能称作目标值跟随性。但是，在有关使用PI控制的关联技术的控制装置中，有难以同时实现目标值跟随性和蓄电池的长寿命化的问题。已知蓄电池的容量的较大的变动会加快蓄电池的劣化，从蓄电池的长寿命化的观点来看抑制蓄电池的容量的变动的性能(以下，称作剩余容量变动抑制性)是非常重要的。即，存在控制装置的剩余容量变动抑制性越高则蓄电装置具备的蓄电池的寿命越延长的关系O此外，电力供需平衡的性能通过30分钟同时同量来评价。30分钟同时同量由每30分钟的受电点的电力目标值和实际的受电点的电力值之差、与合同电力量之比表示。各需求户例如通过与电气业者之间的协定而谋求该值总是在±3%以内。因而，为了使30分钟同时同量接近于0，进一步提高对于受电点的电力目标值的目标值跟随性对于控制装置而言变得重要。因此，为了在抑制蓄电池的容量的变动的同时不使同时同量变差，需要使剩余容量变动抑制性与目标值跟随性这两个性能同时以适当的平衡来实现。但是，这两个性能处于权衡(tradeoff)的关系。这是因为，一般为了提高目标值跟随性而需要频繁地反复进行蓄电池的充放电。因而，为了通过PI控制同时实现剩余容量变动抑制性和目标值跟随性的两个特性，需要通过尝试性的作业来决定PI控制的多个控制参数的值。为了通过这样的尝试性的作业来设计控制装置，在设计控制装置时需要庞大的量的仿真，所以其设计并不容易。此外，除了上述问题以外，在仿真上的控制系统的设想模型(称作标称模型)与实际设备的物理特性之间，因线性近似或老化等的理由而必定有某些误差。因而，对于控制装置，还要求对该误差(称作模型化误差)也不丧失控制的稳定性的性能。以下，将该性能称作
鲁棒性。一般而言，如果要提高目标值跟随性，则模型与实际设备的误差对控制结果带来的影响也变大。结果，鲁棒性下降。因而，在PI控制方式中，因为与前面叙述的同时实现剩余容量变动抑制性和目标值跟随性的课题同样的理由，同时以适当的平衡实现鲁棒性和目标值跟随性这两个性能的设计并不容易。本发明的目的是解决以往的问题，提供一种控制装置的设计方法，能够设计对蓄电池进行控制以将剩余容量变动抑制性、目标值跟随性、及鲁棒性这3个性能全部以适当的平衡实现的控制装置。为了解决这样的问题，有关本发明的一形态的控制装置的设计方法，该控制装置向控制蓄电池应充电或放电的电力即输出值以使上述蓄电池的蓄电量适合于控制目标值的变换器输出用于指示充电或放电的输出指令值，上述设计方法包括阈值决定步骤，决定在第I控制量的判断中使用的第I阈值、在第2控制量的判断中使用的第2阈值、以及在第3控制量的判断中使用的第3阈值；权重函数设定步骤，设定用于计算上述第I控制量的第I权重函数、用于计算上述第2控制量的第2权重函数、以及用于计算上述第3控制量的第3权重函数；以及传递函数决定步骤，决定以上述控制目标值与上述输出值之差及上述输出值的积分值为输入、以上述输出指令值为输出的上述控制装置的传递函数；在上述传递函数决定步骤中，通过H c 控制理论决定上述传递函数，以使对上述控制目标值与上述输出值之差乘以上述第I权重函数而得到的上述第I控制量比上述第I阈值小，对上述输出值乘以上述第2权重函数而得到的上述第2控制量比上述第2阈值小、并且对上述输出值的积分值乘以上述第3权重函数而得到的上述第3控制量比上述第3阈值小。根据该结构，在控制装置的设计阶段中，能够通过设定第I权重函数来调整目标值跟随性。此外，能够通过设定第2权重函数来调整鲁棒性。此外，能够通过设定第3权重函数来调整剩余容量变动抑制性。即，在设计时，能够单独地设定与想要实现适当的平衡的3个性能分别对应的权重函数。此外，例如通过仿真，能够简单地确认根据设定的权重函数计算出的基于H c 控制理论的控制装置具有的剩余容量变动抑制性、目标值跟随性及鲁棒性的平衡。因而，能够设计对蓄电池进行控制以将剩余容量变动抑制性、目标值跟随性及鲁棒性这3个性能全部以适当的平衡实现的控制装置。此外，也可以是，在上述阈值决定步骤中，还决定第4阈值；在上述权重函数设定步骤中，还设定第4权重函数，该第4权重函数用于与上述输出指令值相乘而计算第4控制量；在上述传递函数决定步骤中，还通过H c 控制理论决定上述传递函数，以使上述第4控制量比上述第4阈值小。据此，通过设定第4权重函数，能够更高精度地调整鲁棒性。因而，能够更详细地调整剩余容量变动抑制性、目标值跟随性及鲁棒性的平衡。有关本发明的一形态的控制装置，具备矩阵存储部，存储有系数矩阵，该系数矩阵用于将通过前面所述的控制装置的设计方法决定的上述传递函数表现为状态空间；状态存储部，用于存储表示上述状态空间的内部状态的矢量；运算部，基于上述控制目标值与上述蓄电池的上述输出值之差、上述蓄电池的上述输出值的积分值、存储在上述状态存储部中的内部状态、以及上述系数矩阵，计算上述输出指令值。根据该结构，控制装置通过进行考虑了使蓄电池的剩余容量变动抑制性提高的权重函数的H c 控制，能够将剩余容量变动抑制性、目标值跟随性、及鲁棒性这3个性能以适当的平衡实现。具体而言，也可以是，上述运算部将存储在上述矩阵存储部中的第I系数矩阵与表示某个时刻η的内部状态的矢量相乘而计算第I相乘结果，将存储在上述矩阵存储部中的第2系数矩阵与以在某个时刻η由控制装置取得的(I)上述控制目标值与上述蓄电池的上述输出值之差、及(2)上述蓄电池的上述输出值的积分值为要素的矢量相乘而计算第2相乘结果，通过将上述第I及第2相乘结果相加，计算表示η+1的时刻的内部状态的矢量，通过将表示上述η+1的时刻的内部状态的矢量与存储在上述矩阵存储部中的第3系数矩阵相乘，计算上述输出指令值。据此，运算部能够基于存储在控制装置的矩阵存储部中的系数矩阵，根据某个时 刻的内部状态，具体地计算下个时刻的输出指令值。通过使变换器按照该输出指令值进行蓄电池的充放电，能够将剩余容量变动抑制性、目标值跟随性及鲁棒性这3个性能全部以适当的平衡实现。有关本发明的一形态的电力控制装置具备前面所述的控制装置；变换器，使上述蓄电池充放电，以使上述蓄电池的上述输出值与对应于从上述控制装置输出的上述输出指令值的电力一致；以及积分器，对上述蓄电池的上述输出值进行积分；上述控制装置如果被输入上述控制目标值与上述蓄电池的上述输出值之差、以及由上述积分器积分的上述蓄电池的上述输出值的积分值，则将上述输出指令值向上述变换器输出。根据该结构，电力控制装置能够按照将使蓄电池的剩余容量变动抑制性提高的权重函数包括在内的H c 控制来控制变换器的充放电。因而，能够实现将剩余容量变动抑制性、目标值跟随性及鲁棒性这3个性能全部以适当的平衡实现的电力控制装置。另外，这些全部或具体的形态也可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序或记录介质实现，也可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序及记录介质的任意的组合实现。以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，以下说明的实施方式都是表示本发明的一个具体例。在以下的实施方式中表示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接形态、步骤、步骤的顺序等是一例，并没有限定本发明的意思。此外，关于以下的实施方式的构成要素中的、在表示最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，作为任意的构成要素进行说明。首先，使用图1说明本发明的实施方式的蓄电装置的结构的一例。图1是表示本发明的实施方式的蓄电装置的系统结构的图。如图1所示，本发明的实施方式的蓄电装置200取得受电点电力目标值、由发电装置202发电的电力、以及由负载装置204消耗的电力，向分电盘/配电盘206输出电力。这里，所谓受电点电力目标值，是从需求户侧朝向系统侧的电力(所谓的逆潮电力)与从系统侧朝向需求户侧的电力在受电点208上应平衡的目标值。受电点电力目标值在需求户与电力业者之间事先被设定。此外，所谓发电装置202，例如是太阳能发电装置、风力发电装置、燃料电池热电联产系统等发电装置。此外，所谓负载装置204，是电视机、空调、电动汽车的充电装置等的消耗电力的所有装置。
蓄电装置200具备电力控制装置190和蓄电池199。电力控制装置190具有控制装置100和变换器(inverter) 191。蓄电池199例如是锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池、镍镉电池等任意种类的蓄电池。以下，对蓄电装置200更详细地说明。在图1中，蓄电装置200由蓄电池199和用于将蓄电池199的直流电流变换为交流后将蓄电装置200输出的电力控制为希望的值的电力控制装置190构成。此外，蓄电装置200与负载装置204及发电装置202 —起连接在作为单一的分电盘或配电盘的分电盘/配电盘206上。S卩，蓄电装置200收集蓄电装置200的充放电电力、发电装置202的发电电力及负载装置204的消耗电力。
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蓄电装置200中，从蓄电装置200的外部例如通过用户的操作来设定受电点电力目标值。所谓受电点，是电气业者与需求户的边界，是指上述分电盘或配电盘与配电网连接的部位。此外，所谓受电点电力目标值，是受电点208的电力应取的值。例如在受电点电力目标值为O时,是指受电点208处的电流为O。此外,受电点电力目标值为正时意味着需求户从电气业者买电。另一方面，受电点电力目标值为负时意味着需求户处于向电气业者卖电的状态。蓄电装置200计算并控制蓄电装置200应充放电的电力，以使实际的受电点电力成为与受电点电力目标值相同的值。具体而言，蓄电装置200收集发电装置202、负载装置204及蓄电装置200各自的电力值，通过将收集的电力值合计，计算受电点电力。电力控制装置190通过变换器191调整从蓄电池199充放电的电力，进行反馈控制，以使计算出的值成为与受电点电力目标值相同的值。另外，上述蓄电池199只要是锂离子电池或铅蓄电池、氧化还原流体电池等二次电池，则不限定其形态。上述发电装置202只要是太阳能电池、热电联产系统、燃料电池、燃气涡轮等能够发电的设备，则不限定其形态。上述负载装置204只要是各种家电设备或动力设备等消耗电力的设备，则不限定其形态。此外，也可以代替收集负载装置204的消耗电力的手段，而例如采用通过在受电点设置瓦特计来直接收集受电点电力的手段。此外，上述说明主要是设想有效电力的，在以后的说明中也仅以有效电力为对象进行说明，但也可以将有效电力和无效电力这两个分别作为控制对象。接着，将蓄电装置具备的电力控制装置190的结构表示在图2中。图2是表示电力控制装置190的功能模块的图。如图2所示，电力控制装置190具有控制装置100、与蓄电池199连接的变换器191、积分器192和滤波器193。变换器191使蓄电池199充放电，以使蓄电池199的输出值与从控制装置100输出的输出指令值一致。这里，所谓蓄电池199的输出值，是由蓄电池199输出的电力，可以取正负的值。S卩，在输出值为正的情况下，蓄电池199在放电。另一方面,在输出值为负的情况下，蓄电池199在充电。此外，所谓输出指令值，是为了实际上使蓄电池199充放电由控制装置100决定的蓄电池199的充放电电力即输出值而向控制蓄电池199的充电及放电动作的变换器191输出的指令值。积分器192将变换器191使蓄电池199充放电的输出值进行时间积分。
控制装置100如果被输入控制目标值与蓄电池199的输出值之差、以及由积分器192积分的输出值的积分值，则将输出指令值向变换器191输出。S卩，控制装置100具有取得变换器191的输出的反馈循环。以下，更详细地说明。控制装置100具有两个输入信号和I个输出信号。控制装置100的输入信号中的I个通过以下的式(I)求出。·
(负载装置204的消耗电力值一发电装置202的输出值一受电点电力目标值)X滤波器193的传递函数-蓄电装置200的输出值…式(I)控制装置100在由式(I)求出的输入信号的值为正时，将变换器191的输出调整为正的方向。相反，当由式(I)求出的输入信号的值为负时，将输出调整为负的方向。这里，变换器191是与蓄电池199连接、用于将蓄电池199的充放电控制为希望的值的设备。通过上述反馈循环，蓄电装置的输出值被控制成与以下的式(2)的计算值近似。(负载装置204的消耗电力值一发电装置202的输出值一受电点电力目标值)X滤波器193的传递函数…式(2)这里，所谓滤波器193，是将输入的信号的特定的频率成分取出的信号处理。滤波器193的特性由传递函数示出。例如高通滤波器(高频带通过滤波器；HPF)通过使用抑制较低的频率成分的传递函数，能够仅将输入信号的较高的频率成分输出。在上述情况下，通过使用高通滤波器，通过传递函数的计算，以下的式(3)的计算值越急剧地变化则滤波器193的输出越大，越缓慢地变化则滤波器193的输出为越小的值。(负载装置的消耗电力值一发电装置的输出值一受电点电力目标值)…式(3)S卩，通过使用高通滤波器，蓄电装置200能够进行将电力的急剧的变化消除的噪
声除去。此外，相反在使用低通滤波器(低频带通过滤波器；LPF)的情况下，上述式(3)的计算值越急剧地变化则滤波器193的输出越小，越缓慢地变化则滤波器193的输出为越大的值。通过使用低通滤波器，蓄电装置200能够实现系统整体的电力供需平衡。另外，也可以考虑安装使用将高通滤波器的性质与低通滤波器的性质组合的带通滤波器(频带通过滤波器；BPF)或振幅特性一定的全通滤波器(全频带通过滤波器；APF)等的滤波器193。另外，电力控制装置190也可以不具备滤波器193。但是，通过具备与想要由电力控制装置190控制的电力中较多地包含的频帯对应的适当的滤波器193，电力控制装置190能够进行更正确的电力控制。此外，控制装置100的第2个输入信号是将经由变换器191输出的蓄电池199的输出值通过积分器192积分的值。这相当于通过对充放电的电力取积分来计算充放电的电力的总量。即，蓄电池199的输出值的积分值意味着蓄电池199的容量的变化量。控制装置100通过向使蓄电池199的容量的变化量接近于O的方向控制充放电电力，能够使蓄电池的容量变化变小。接着，参照图3对控制装置100的详细的结构进行说明。如图3所示，控制装置100具备运算部102、矩阵存储部104和状态存储部106。矩阵存储部104存储有系数矩阵，该系数矩阵用于将通过有关本发明的控制装置的设计方法决定的传递函数表现为状态空间。具体而言是RAM (Random Access Memory)>ROM (Read Only Memory)>SRAM (Static RandomAccess Memory)等。另外，关于系数矩阵的决定方法在后面叙述。状态存储部106是用于存储表示状态空间中的内部状态的矢量的存储部。具体而言，与矩阵存储部104同样，是RAM、ROM、SRAM等。另外，关于内部状态的具体例在后面叙述。运算部102基于输入到控制装置100中的控制目标值与蓄电池199的输出值之差e1、蓄电池199的输出值的积分值e2、存储在状态存储部106中的内部状态、以及存储在矩阵存储部104中的系数矩阵，计算输出指令值U。更具体地讲，运算部102将存储在矩阵存储部104中的第I系数矩阵Ak与表示某 个时刻η的内部状态的矢量相乘。接着，将存储在矩阵存储部104中的第2系数矩阵Bk与以控制装置100在某个时刻η取得的ei及e2为要素的矢量相乘。接着，通过将这两个相乘结果相加，计算表示η的下个时刻(即η+1的时刻)的内部状态的矢量。接着，运算部102通过将存储在矩阵存储部104中的第3系数矩阵Ck与表示η+1的时刻的内部状态的矢量相乘，计算η+1的时刻的输出u [η+1]。另外，关于各系数矩阵的计算方法在后面叙述。接着，图4中表示作为负载装置204消耗的电力的负载装置电力、作为发电装置202发电的电力的发电装置电力、以及受电点电力目标值的变化的一例。负载装置电力根据需求户的需求的变动而时时刻刻变化。此外，发电装置电力根据太阳电池、热电联产系统、燃料电池及燃气涡轮等的输出的变动而时时刻刻变化。此外，受电点电力目标值由30分钟单位下的固定值、或单调变化构成。这里，所谓受电点电力目标值，如上述那样，是受电点208的电力应取的值。更具体地讲，是具有能量管理系统的需求户对电气业者事先通告例如在24小时后的30分钟时段中购入或销售多少电力的电力值。为了达到电力供需平衡，需要尽量减小受电点电力目标值与实际的受电点电力之间的误差。该电力供需平衡的性能用上述的30分钟同时同量表示。在同时同量例如超过±3%的情况下，对于从电力公司购入的辅助电力发生适用比通常高的单价的费用的罚金(penalty )。因此，蓄电装置200需要控制充放电电力以尽可能满足30分钟± 3%同时同量。为此，希望控制装置100的目标值跟随性更高。此外，希望控制装置100的鲁棒性更高。进而，如上述那样，为了抑制蓄电池199的劣化，希望控制装置100的剩余容量变动抑制性更闻。所以，以下对用于设计能够使目标值跟随性、剩余容量变动抑制性、及鲁棒性都在比以往技术高的维度下平衡的控制装置100的设计方法进行说明。更具体地讲，作为在控制装置100中使用的控制器的模型而使用H m (H无穷)控制器。H C 控制器是能够同时实现目标值跟随性和鲁棒性的有关本发明的关联技术。将对该H c 控制器追加了用于提高剩余容量变动抑制性的新的权重函数及控制量的H c 控制器作为有关本实施方式的控制装置100使用。在以下的记载中，作为控制装置100的设计方法，说明在安装H c 控制器时需要的各种参数的决定方法。图5是表示在通过本发明的实施方式的设计方法设计被模型化为H c 控制器的控制装置100的情况下使用的蓄电装置的模型的结构例的模块图。通过适当地决定图5所示的滤波器130、控制装置131、控制对象132、积分器133、及权重函数的各模型具有的参数，能够设计控制装置100。以下，更详细地进行说明。K (S)是作为控制装置131的H °o控制器的传递函数。具体而言，相当于图2所示的电力控制装置190具备的控制装置100。P (S)是控制对象132的传递函数。具体而言，相当于图2所示的电力控制装置190具备的变换器191。指令值w是控制目标值。具体而言，是通过上述式(3)计算的值。更具体地讲，指令值w相当于图2所示的负载装置204的消耗电力值一发电装置202的输出值一受电点电力目标值。Y1是控制对象132的输出。具体而言，相当于图2所示的蓄电池的输出值。 F Cs)是滤波器130的传递函数。具体而言，例如通过具有高通特性的传递函数，仅将指令值的高频成分作为H c 控制器的目标值输入。积分器133是将控制对象的输出yi进行时间积分的积分器。y2是积分器133的输出。在被模型化为H 控制器的控制装置131的输入中有ei和e2。作为ei，通过将滤波器130的输出与控制对象132的输出yi的差值向控制装置131输入，实现对目标值输入的反馈构造。此外，将积分器133的输出y2原样作为输入e2向作为H ^ 控制器的控制装置131输入。此外，将向H 控制器的输入G1、控制对象的输出y1、时间积分的输出y2、向控制对象的输入u分别乘以权重函数1、w2、w3、W4而得到的值分别定义为控制量τχ、z2、Z3 > ζ4。权重函数Wp W2、W3、W4分别表示为传递函数。通过将包含在各个传递函数中的增益在频带中增大或减小，能够使控制装置131的特性变化。另外，上述传递函数中包含的s表示拉普拉斯(Laplace)变换的变量。另外，关于控制量Z1' Z2, Z3> Z4、及权重函数W1' V2,W3、W4的详细情况在后面叙述。接着，参照图6及图7表示H c 控制器的设计方法。图6是表示本发明的实施方式的控制装置的设计方法的处理的流程的流程图。如上述那样，控制装置100被模型化为H c 控制器。这里，H c 控制理论是用于构建对干扰信号及模型化误差的影响进行抑制的控制系统的控制理论。具体而言，利用称作H c 范数的范数来评价传递函数，并决定传递函数以使其比希望的值小，由此达到目的性能。更具体地讲，一般以称作受控体(Plant)的通用的控制模型为对象，采用使从干扰信号被输入起到输出评价为止的传递函数的H c 范数小的设计过程。成为通过将控制对象的不确定的部分作为干扰信号处理来抑制模型的不确定性的影响的控制系统。这里，将对于来自设想的标称模型的误差也有效的、不失去稳定性的性质称作鲁棒性(健壮性)。在进行控制系统设计的情况下需要控制对象的模型。但是，多数情况下难以得到控制对象的严密的模型，在得到的模型与现实的控制对象之间不能避免误差。鲁棒控制是对于这样的误差也维持稳定性等的意思，是用于设计强健的控制系统的控制系统设计方法，H c 控制的优点是通过该鲁棒性，不再需要严密的模型化。在以上所述的H C 控制器设计中，首先，基于图5所示的控制模型，决定控制量τχ、z2、Z3、Z4的规格(S102)。所谓控制量Zp Z2, Z3> Z4的规格，例如是与控制量Zp Z2, Z3> Z4各自的上限对应的阈值。此外，也可以将与上限及下限对应的阈值决定为规格。一般优选控制量ZpZ2、Z3、Z4都较接近于O。但是，在实际决定H c 控制器的增益的情况下，使哪个控制量都完全成为O是困难的。因而，需要根据由作为对象系统的蓄电装置200的特性决定的对控制装置100要求的规格，将应重点减小的控制量的阈值决定为更小。例如，如果设想的噪声较多地含有高频带的成分，则可以考虑将相应的控制量Z的阈值决定为在高频带中重点地变小。相反，如果设想的噪声较多地含有低频带的成分，则也可以将相应的控制量Z的阈值决定为在低频带中重点地变小。接着’将权重函数巧^^^各自的值基于其规格进行设定^順)。例如，如果将Z设定为了在高频带中重点地变小，则W的值如式(4)所示，设定为在高频带中具有较大的高通特性的传递函数。[数式I]
权利要求
1.一种控制装置的设计方法，该控制装置向控制蓄电池应充电或放电的电力即输出值以使上述蓄电池的蓄电量适合于控制目标值的变换器，输出用于指示充电或放电的输出指令值，上述设计方法包括阈值决定步骤，决定在第I控制量的判断中使用的第I阈值、在第2控制量的判断中使用的第2阈值、以及在第3控制量的判断中使用的第3阈值；权重函数设定步骤，设定用于计算上述第I控制量的第I权重函数、用于计算上述第2 控制量的第2权重函数、以及用于计算上述第3控制量的第3权重函数；以及传递函数决定步骤，决定以上述控制目标值与上述输出值之差及上述输出值的积分值为输入、以上述输出指令值为输出的上述控制装置的传递函数；在上述传递函数决定步骤中，通过H c 控制理论决定上述传递函数，以使对上述控制目标值与上述输出值之差乘以上述第I权重函数而得到的上述第I控制量比上述第I阈值小、对上述输出值乘以上述第2权重函数而得到的上述第2控制量比上述第2阈值小、并且对上述输出值的积分值乘以上述第3权重函数而得到的上述第3控制量比上述第3阈值小。
2.如权利要求1所述的控制装置的设计方法，在上述阈值决定步骤中，还决定第4阈值；在上述权重函数设定步骤中，还设定第4权重函数，该第4权重函数用于与上述输出指令值相乘而计算第4控制量；在上述传递函数决定步骤中，还通过H c 控制理论决定上述传递函数，以使上述第4控制量比上述第4阈值小。
3.—种控制装置，具备矩阵存储部，存储有用于将通过权利要求1或2所述的控制装置的设计方法决定的上述传递函数表现为状态空间的系数矩阵；状态存储部，用于存储表示上述状态空间的内部状态的矢量；以及运算部，基于上述控制目标值与上述蓄电池的上述输出值之差、上述蓄电池的上述输出值的积分值、存储在上述状态存储部中的内部状态、以及上述系数矩阵，计算上述输出指令值。
4.如权利要求3所述的控制装置，上述运算部将存储在上述矩阵存储部中的第I系数矩阵与表示某时刻η的内部状态的矢量相乘而计算第I相乘结果，将存储在上述矩阵存储部中的第2系数矩阵与下述矢量相乘而计算第2相乘结果，该矢量是以在某时刻η由控制装置取得的(I)上述控制目标值与上述蓄电池的上述输出值之差及(2)上述蓄电池的上述输出值的积分值为要素的矢量，通过将上述第I相乘结果及第2相乘结果相加，计算表示η+1的时刻的内部状态的矢量，通过将表示上述η+1的时刻的内部状态的矢量与存储在上述矩阵存储部中的第3系数矩阵相乘， 计算上述输出指令值。
5.一种电力控制装置，具备权利要求3所述的控制装置；变换器，使上述蓄电池充放电，以使上述蓄电池的上述输出值与对应于从上述控制装置输出的上述输出指令值的电力一致；以及积分器，将上述蓄电池的上述输出值积分；上述控制装置在被输入上述控制目标值与上述蓄电池的上述输出值之差、以及由上述积分器积分的上述蓄电池的上述输出值的积分值时，向上述变换器输出上述输出指令值。
6.一种程序，使计算机执行权利要求1或2所述的控制装置的设计方法中包含的步骤。
7.一种计算机可读取的记录介质，记录有权利要求6所述的程序。
全文摘要
本发明的控制装置的设计方法包括阈值决定步骤(S102a)，决定第1、第2及第3阈值；权重函数设定步骤(S103a)，设定用于与控制目标值和蓄电池的输出值之差相乘而计算第1控制量的第1权重函数、用于与蓄电池的输出值相乘而计算第2控制量的第2权重函数、以及用于与蓄电池的输出值的积分值相乘而计算第3控制量的第3权重函数；以及传递函数决定步骤(S104a)，通过H∞控制理论决定控制装置的传递函数，以使第1控制量、第2控制量及第3控制量分别比第1、第2及第3阈值小。
文档编号H01M10/44GK103004052SQ20128000198
公开日2013年3月27日 申请日期2012年5月28日 优先权日2011年6月30日
发明者宫崎诚也, 工藤贵弘, 山本裕, 永原正章 申请人:松下电器产业株式会社