(57)【要約】【課題】Ｈ∞制御の制御系を容易に設計可能な制御系設計装置を提供する。【解決手段】制御系設計装置６は、制御対象Ｐに対応し且つ制御系の制御設計に用いる設計用伝達関数を取得する設計用伝達関数取得部６１と、Ｈ∞制御で用いる２種類の重み関数Ｗｓ，Ｗｔを取得する重み関数取得部６２と、前記設計用伝達関数及び前記２種類の重み関数を用いて、Ｈ∞制御の伝達関数を取得するＨ∞制御伝達関数取得部６３と、前記Ｈ∞制御の伝達関数が所定の条件を満たしているかどうかを判定する安定判定部６４と、を備える。制御系設計装置６は、安定判定部６４で前記Ｈ∞制御の伝達関数が前記所定の条件を満たしていると判定されるまで、重み関数取得部６２によって、前記重み関数を変更するとともに、Ｈ∞制御伝達関数取得部６３によって、前記設計用伝達関数及び前記変更された重み関数を用いてＨ∞制御の伝達関数を取得する。【選択図】図１
2020160716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象に対するＨ∞制御の制御系を設計するための制御系設計装置であって、
前記制御対象に対応し且つ前記制御系の制御設計に用いる設計用伝達関数を取得する設計用伝達関数取得部と、
Ｈ∞制御で用いる２種類の重み関数を取得する重み関数取得部と、
前記設計用伝達関数及び前記２種類の重み関数を用いて、Ｈ∞制御の伝達関数を取得するＨ∞制御伝達関数取得部と、
前記Ｈ∞制御の伝達関数が所定の条件を満たしているかどうかを判定する判定部と、を備え、
前記判定部で前記Ｈ∞制御の伝達関数が前記所定の条件を満たしていると判定されるまで、前記重み関数取得部によって、前記重み関数を変更するとともに、前記Ｈ∞制御伝達関数取得部によって、前記設計用伝達関数及び前記変更された重み関数を用いてＨ∞制御の伝達関数を取得する、制御系設計装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御系設計装置において、
前記重み関数取得部は、前記２種類の重み関数が交差する周波数を変化させるように、前記２種類の重み関数を変更する、制御系設計装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の制御系設計装置において、
前記所定の条件は、前記Ｈ∞制御の伝達関数の安定性を判定するための安定条件である、制御系設計装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の制御系設計装置において、
前記設計用伝達関数取得部は、複数の条件下で前記制御対象に対応する伝達関数を取得し、該取得した複数の伝達関数から前記設計用伝達関数を選択する、制御系設計装置。
【請求項５】
供試体に対して駆動力を与える制御対象と、
前記制御対象をＨ∞制御する制御装置と、
前記制御装置に対し、求めたＨ∞制御の伝達関数を出力する、請求項１から４のいずれか一つに記載の制御系設計装置と、
を備える、試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象の制御系を設計するための制御系設計装置及びそれを備えた試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御対象を制御する場合には種々の制御方法があるが、近年、Ｈ∞制御と呼ばれる制御理論によって、産業機器等を制御する制御系が構築される場合がある。このＨ∞制御では、ノルムによって伝達関数を評価し、前記ノルムが所望の値よりも小さくなるようにすることにより、目的の性能が得られる。
【０００３】
上述のＨ∞制御を用いて構築された制御系を有する制御装置として、例えば特許文献１に開示されるモータ制御装置が知られている。このモータ制御装置は、第１の制御手段とともに電動モータを制御する第２の制御手段として、Ｈ∞制御器を有する。これにより、電動モータの駆動に伴う振動及び外乱の抑制を行い、前記電動モータを目標トルク値に追従して駆動させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２５２０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のようにＨ∞制御によって制御系を構築する場合、該制御対象の制御条件等が変わるたびに制御系を設計し直す必要がある。一般的に、制御系を設計する際には、専門知識が要求されるとともに、最適な伝達関数を求めるための手間がかかる。そのため、Ｈ∞制御によって構築された制御系を容易に設計可能な装置が望まれている。
【０００６】
本発明の目的は、Ｈ∞制御の制御系を容易に設計可能な制御系設計装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る制御系設計装置は、制御対象に対するＨ∞制御の制御系を設計するための制御系設計装置である。この制御系設計装置は、前記制御対象に対応し且つ前記制御系の制御設計に用いる設計用伝達関数を取得する設計用伝達関数取得部と、Ｈ∞制御で用いる２種類の重み関数を取得する重み関数取得部と、前記設計用伝達関数及び前記２種類の重み関数を用いて、Ｈ∞制御の伝達関数を取得するＨ∞制御伝達関数取得部と、前記Ｈ∞制御の伝達関数が所定の条件を満たしているかどうかを判定する判定部と、を備える。前記制御系設計装置は、前記判定部で前記Ｈ∞制御の伝達関数が前記所定の条件を満たしていると判定されるまで、前記重み関数取得部によって、前記重み関数を変更するとともに、前記Ｈ∞制御伝達関数取得部によって、前記設計用伝達関数及び前記変更された重み関数を用いてＨ∞制御の伝達関数を取得する（第１の構成）。
【０００８】
これにより、制御対象が変わった場合や制御条件が変わった場合でも、設計用伝達関数及び重み関数を用いて、Ｈ∞制御の伝達関数を求めることができる。しかも、求めた伝達関数が所定の条件を満たすまで、重み関数を変更して伝達関数を求めることにより、前記所定の条件を満たした、Ｈ∞制御の最適な伝達関数を容易に求めることができる。
【０００９】
したがって、上述の構成により、Ｈ∞制御の最適な伝達関数を、専門知識がなくても容易に求めることが可能な制御系設計装置が得られる。
【００１０】
前記第１の構成において、前記重み関数取得部は、前記２種類の重み関数が交差する周波数を変化させるように、前記２種類の重み関数を変更する（第２の構成）。これにより、Ｈ∞制御の伝達関数を求める際に用いられる２種類の重み関数を、それらが交差する周波数をパラメータとして変えることができる。よって、判定部の判定結果に応じて、前記２種類の重み関数を容易に変更することができる。したがって、Ｈ∞制御の伝達関数を容易に繰り返し求めることができる。
【００１１】
前記第１または第２の構成において、前記所定の条件は、前記Ｈ∞制御の伝達関数の安定性を判定するための安定条件である（第３の構成）。これにより、Ｈ∞制御の伝達関数として、安定性を有する最適な伝達関数を求めることができる。
【００１２】
前記第１から第３の構成のうちいずれか一つの構成において、前記設計用伝達関数取得部は、複数の条件下で前記制御対象の伝達関数を取得し、該取得した複数の伝達関数から前記設計用伝達関数を選択する（第４の構成）。
【００１３】
これにより、複数の条件下で得られる制御対象の伝達関数の中から、設計用伝達関数を選択し、該設計用伝達関数を用いてＨ∞制御の伝達関数を求めることができる。よって、制御対象の制御条件等を変えた場合でも、必要な条件におけるＨ∞制御の伝達関数を容易に求めることができる。
【００１４】
本発明の一実施形態に係る試験装置は、供試体に対して駆動力を与える制御対象と、前記制御対象をＨ∞制御する制御装置と、前記制御装置に対し、求めたＨ∞制御の伝達関数を出力する、第１から第４の構成のうちいずれか一つに記載の制御系設計装置と、を備える（第５の構成）。
【００１５】
これにより、供試体の試験装置において、前記供試体に駆動力を与える制御対象をＨ∞制御する制御装置に対し、制御系設計装置で求めたＨ∞制御の伝達関数を出力することができる。よって、制御対象をＨ∞制御によって制御することができるため、試験装置を精度良く駆動することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一実施形態に係る制御系設計装置は、判定部でＨ∞制御の伝達関数が所定の条件を満たしていると判定されるまで、重み関数取得部によって、重み関数を変更するとともに、Ｈ∞伝達関数取得部によって、設計用伝達関数及び前記変更された重み関数を用いてＨ∞制御の伝達関数を取得する。これにより、所定の条件を満たし且つＨ∞制御に最適な伝達関数を容易に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態１に係る制御系設計装置を備えた試験装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る制御装置のブロック線図である。
【図３】図３は、重み関数の一例を示す図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る制御系設計装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、実施形態２に係る制御系設計装置を備えた試験装置の概略構成を示す図１相当図である。
【図６】図６は、実施形態２に係る制御系設計装置の動作の一例を示す図４相当図である。
【図７】図７は、実施形態３に係る制御系設計装置を備えた試験装置の概略構成を示す図１相当図である。
【図８】図８は、実施形態３に係る制御系設計装置の動作の一例を示す図４相当図である。
【図９】図９は、実施形態４に係る制御系設計装置を備えた試験装置の概略構成を示す図１相当図である。
【図１０】図１０は、実施形態４に係る制御装置のブロック線図である。
【図１１】図１１は、制御対象にランダム信号を入力して測定した周波数特性の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、ステップ応答の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、制御系設計装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、制御系設計装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、入力部によって表示される画面の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１９】
＜実施形態１＞
（全体構成）
図１は、本発明の実施形態１に係る制御系設計装置６を備えた試験装置１の概略構成を機能ブロックで示す図である。この試験装置１は、自動車のモータなどの供試体Ｍの特性を試験するための試験装置である。なお、試験装置１で試験する供試体Ｍは、モータ以外の回転体であってもよい。
【００２０】
具体的には、試験装置１は、制御装置２と、モータ駆動回路３と、電動モータ４と、トルク検出器５と、制御系設計装置６とを備える。
【００２１】
制御装置２は、入力指令であるモータトルク指令ｒと後述のフィードバック値とを用いて、モータ駆動回路３に対する駆動指令を生成する。制御装置２は、トルク検出器５の出力値を用いてモータトルク指令ｒに対して負帰還するフィードバックループ１０を有する（図２参照）。なお、制御装置２が前記駆動指令を生成する構成は、従来と同様であるため、制御装置２の詳しい説明は省略する。フィードバックループ１０の構成については後述する。
【００２２】
モータ駆動回路３は、特に図示しないが、複数のスイッチング素子を有する。モータ駆動回路３は、前記駆動指令に基づいて前記複数のスイッチング素子が駆動することにより、電動モータ４の図示しないコイルに電力を供給する。
【００２３】
電動モータ４は、図示しない回転子及び固定子を有する。前記固定子のコイルにモータ駆動回路３から電力が供給されることにより、前記回転子が前記固定子に対して回転する。前記回転子は、図示しない中間軸を介して、供試体Ｍに対し、供試体Ｍと一体で回転可能に連結されている。これにより、前記回転子の回転によって、電動モータ４から供試体Ｍにトルクを出力することができる。なお、電動モータ４の構成は、一般的なモータの構成と同様であるため、電動モータ４の詳しい説明は省略する。
【００２４】
トルク検出器５は、電動モータ４と供試体Ｍとを接続する中間軸に設けられている。トルク検出器５は、電動モータ４から出力されたトルクを検出する。トルク検出器５で検出されたトルクの出力値は、制御装置２にフィードバックループ１０の入力値として入力される。すなわち、トルク検出器５の出力値は、フィードバック制御に用いられる。なお、トルク検出器５の構成は、従来の構成と同様であるため、トルク検出器５の詳しい説明は省略する。
【００２５】
本実施形態において、制御装置２は、図２に示すように、入力指令であるモータトルク指令ｒに対してトルク検出器５の出力値をフィードバックするフィードバックループ１０を有する。すなわち、本実施形態の試験装置１は、制御装置２、モータ駆動回路３、電動モータ４及びトルク検出器５を含み且つ供試体Ｍを含まない制御系によって、電動モータ４の駆動を制御する。
【００２６】
なお、図２において、ｒはモータトルク指令としての目標値であり、ｙはトルク検出器５の出力値である。
【００２７】
また、図２における符号Ｐは制御対象であり、本実施形態では、制御対象Ｐは、モータ駆動回路３、電動モータ４及びトルク検出器５を含む。なお、制御対象Ｐには、電動モータ４と供試体Ｍとを接続する中間軸のうち、電動モータ４からトルク検出器５までの範囲も含む。すなわち、制御対象Ｐは、供試体Ｍに駆動力を与える。
【００２８】
さらに、図２における符号５１はＨ∞制御器である。Ｈ∞制御器５１は、後述する制御系設計装置６によって得られた伝達関数を用いてＨ∞制御を行う。
【００２９】
フィードバックループ１０には、トルク検出器５の出力値が入力される。フィードバックループ１０によって、トルク検出器５の出力値は、フィードバック値としてモータトルク指令ｒに負帰還される。
【００３０】
ところで、上述のような構成を有する制御装置２において制御対象Ｐを制御する際には、Ｈ∞制御器５１でＨ∞制御を行うための伝達関数が必要である。供試体Ｍが変更された場合や供試体Ｍの駆動条件が変わった場合などのように、制御装置２による制御対象Ｐの制御条件が変更された際には、Ｈ∞制御器５１でＨ∞制御に用いる伝達関数を変更する必要がある。
【００３１】
Ｈ∞制御に用いる伝達関数の設計は、専門知識が必要であるとともに、手間がかかる。そのため、制御装置２による制御対象Ｐの制御条件が変更された場合に、制御を簡単に変更することができなかった。
【００３２】
これに対し、本実施形態では、制御装置２におけるＨ∞制御の伝達関数を、制御系設計装置６によって自動設計を行う。以下で、制御系設計装置６の詳しい構成について説明する。なお、以下の説明では、文章表記の都合上、数式及び図において各文字の上に付される“＾”を、各文字の後ろに記載する。
【００３３】
制御系設計装置６は、設計用伝達関数取得部６１と、重み関数取得部６２と、Ｈ∞制御伝達関数取得部６３と、安定判定部６４（判定部）とを備える。
【００３４】
設計用伝達関数取得部６１は、設計用伝達関数を取得する。具体的には、設計用伝達関数取得部６１は、制御対象Ｐの伝達関数Ｇ＾を求めるとともに、求めた伝達関数を低次元化する。このように、伝達関数を低次元化することで、制御対象Ｐの制御における演算負荷を軽減できる。
【００３５】
なお、設計用伝達関数取得部６１は、制御対象Ｐの伝達関数を求める際に、例えば、制御対象Ｐに対してランダム信号を入力して周波数特性Ｇを測定し、その周波数特性から制御対象Ｐの伝達関数Ｇ＾を求める。設計用伝達関数取得部６１は、周波数特性Ｇを用いて、式（１）の評価関数Ｊ０の値が最小になる伝達関数Ｇ＾を求める。具体的には、設計用伝達関数取得部６１は、式（１）の評価関数Ｊ０の値が最小になるように、式（２）に示す伝達関数の一般式における、分母及び分子の次数、ａ1〜ａmの値及びｂ0〜ｂnの値を求める。
【数１】
2020160716.tif 000003
【数２】
2020160716.tif 000004
【００３６】
設計用伝達関数取得部６１は、得られた伝達関数Ｇ＾のうち所定の次数以上の成分を省略する、伝達関数Ｇ＾の低次元化の処理を行う。これにより、設計用伝達関数取得６１は、設計用伝達関数を取得する。このように、伝達関数Ｇ＾の低次元化の処理を行うことにより、計算負荷を軽減することができる。
【００３７】
重み関数取得部６２は、Ｈ∞制御の伝達関数を求める際に用いる重み関数Ｗｔ，Ｗｓを取得する。具体的には、重み関数取得部６２は、Ｗｔの低周波ゲインＧｌＷｔ及び高周波ゲインＧｈＷｔと、Ｗｓの低周波ゲインＧｌＷｓ及び高周波ゲインＧｈＷｓと、重み関数Ｗｔ，Ｗｓが交差する周波数である交差周波数ωｃとを用いて、重み関数Ｗｔ，Ｗｓを以下の式（３）、式（４）のように規定する。重み関数Ｗｔ，Ｗｓの一例を図３に示す。
【数３】
2020160716.tif 000005
【数４】
2020160716.tif 000006
【００３８】
なお、Ｋ１、Ｔ１、Ｔ２は、重み関数Ｗｔの低周波ゲインＧｌＷｔ、高周波ゲインＧｈＷｔ及び交差周波数ωｃの少なくとも一つを含む関数である。また、Ｋ２、Ｔ３、Ｔ４は、重み関数Ｗｓの低周波ゲインＧｌＷｓ、高周波ゲインＧｈＷｓ及び交差周波数ωｃの少なくとも一つを含む関数である。
【００３９】
重み関数取得部６２で得られた重み関数Ｗｔ，Ｗｓは、Ｈ∞制御伝達関数取得部６３でＨ∞制御伝達関数を取得する際に用いられる。重み関数取得部６２は、Ｈ∞制御伝達関数取得部６３で求めたＨ∞制御伝達関数が後述の安定判定部６４で安定性を満たしていないと判定された場合に、交差周波数ωｃをより低い値に設定して、重み関数Ｗｔ，Ｗｓを再度求める。
【００４０】
Ｈ∞制御伝達関数取得部６３は、設計用伝達関数取得部６１で取得した設計用伝達関数と、重み関数取得部６２で求めた重み関数Ｗｔ，Ｗｓとを用いて、Ｈ∞制御伝達関数を取得する。なお、Ｈ∞制御伝達関数取得部６３は、ＭＡＴＬＡＢ（商標登録）などの既存の導出ツールによって最適解を求めることにより、Ｈ∞制御伝達関数を求める。よって、Ｈ∞制御伝達関数取得部６３の詳しい構成及び動作については説明を省略する。
【００４１】
安定判定部６４は、Ｈ∞制御伝達関数取得部６３で取得したＨ∞制御伝達関数の安定性を判定する。具体的には、安定判定部６４は、Ｈ∞制御伝達関数を用いた閉ループの分母の根が安定極の場合には、安定性ありと判定する一方、前記根が不安定極の場合には、安定性なし（不安定である）と判定する。なお、安定判定部６４は、ＭＡＴＬＡＢなどの既存のツールによって、安定性を判定する。
【００４２】
安定判定部６４は、Ｈ∞制御伝達関数が不安定であると判定した場合には、重み関数取得部６２に重み関数Ｗｔ，Ｗｓを修正させる修正指示信号を出力する。これにより、重み関数取得部６２は、交差周波数ωｃを低い値に変更して、新たな重み関数Ｗｔ，Ｗｓを求める。その後、Ｈ∞制御伝達関数取得部６３は、前記修正された重み関数Ｗｔ，Ｗｓを用いて、新たなＨ∞制御伝達関数を算出する。
【００４３】
安定判定部６４でＨ∞制御伝達関数が安定であると判定されるまで、上述の重み関数取得部６２による重み関数Ｗｔ，Ｗｓの修正及びＨ∞制御伝達関数取得部６３によるＨ∞制御伝達関数の算出が繰り返し行われる。
【００４４】
これにより、安定性を有するＨ∞制御伝達関数を、重み関数Ｗｔ，Ｗｓの交差周波数ωｃをパラメータとして自動的に求めることができる。よって、Ｈ∞制御伝達関数を容易に求めることができる。したがって、制御対象ＰのＨ∞制御の制御設計を容易に行うことができる。
【００４５】
（制御系設計装置の動作）
次に、上述の構成を有する制御系設計装置６の動作を、図４に示すフローを用いて説明する。
【００４６】
図４に示すフローがスタートすると、ステップＳＡ１において、制御系設計装置６の設計用伝達関数取得部６１は、制御対象Ｐにランダム信号を入力する。続くステップＳＡ２で、設計用伝達関数取得部６１は、制御対象Ｐにランダム信号を入力した際の出力から周波数特性Ｇを測定する。その後、ステップＳＡ３で、設計用伝達関数取得部６１は、周波数特性Ｇを用いて、既述の式（１）の評価関数Ｊ０が最小になるように制御対象Ｐの伝達関数Ｇ＾を推定し、該伝達関数Ｇ＾を低次元化することにより、設計用伝達関数を取得する。
【００４７】
次に、ステップＳＡ４で、重み関数取得部６２は、Ｗｔの低周波ゲインＧｌＷｔ及び高周波ゲインＧｈＷｔと、Ｗｓの低周波ゲインＧｌＷｓ及び高周波ゲインＧｈＷｓと、重み関数Ｗｔ，Ｗｓが交差する周波数である交差周波数ωｃとを用いて、既述の式（３）及び（４）に示す重み関数Ｗｔ，Ｗｓを求める。
【００４８】
その後、ステップＳＡ５で、Ｈ∞制御伝達関数取得部６３は、ステップＳＡ３で求めた設計用伝達関数及びステップＳＡ４で求めた重み関数Ｗｔ，Ｗｓを用いて、Ｈ∞制御伝達関数を取得する。
【００４９】
続くステップＳＡ６で、安定判定部６４は、ステップＳＡ５で求めたＨ∞制御伝達関数の安定性を判定する。この際、安定判定部６４は、Ｈ∞制御伝達関数を用いた閉ループの分母の根が安定極であるか不安定極であるかによって、Ｈ∞制御伝達関数の安定性を判定する。
【００５０】
Ｈ∞制御伝達関数が安定性を有すると判定された場合（ステップＳＡ６でＹＥＳの場合）には、ステップＳＡ５で求めたＨ∞制御伝達関数を制御対象ＰのＨ∞制御に用いることができるため、このフローを終了する。
【００５１】
一方、Ｈ∞制御伝達関数が安定性を有しないと判定された場合（ステップＳＡ６でＮＯの場合）には、重み関数取得部６２によって、交差周波数ωｃを低くし（ステップＳＡ７）、重み関数Ｗｔ，Ｗｓを再度取得する（ステップＳＡ４）。その後、ステップＳＡ５で、再度取得した重み関数Ｗｔ，Ｗｓを用いて、Ｈ∞制御伝達関数を取得する。
【００５２】
制御系設計装置６は、ステップＳＡ５で得られるＨ∞制御伝達関数がステップＳＡ６で安定性を有すると判定されるまで、ステップＳＡ４からステップＳＡ７の動作を繰り返す。
【００５３】
これにより、安定性を有するＨ∞制御伝達関数を、制御系設計装置６によって、重み関数Ｗｔ，Ｗｓの交差周波数ωｃをパラメータとして自動的に求めることができる。
【００５４】
＜実施形態２＞
図５に、実施形態２に係る制御系設計装置１０６の概略構成を示す。この制御系設計装置１０６は、設計用伝達関数を、制御対象Ｐの全ての制御条件に対して得られた複数の伝達関数の中から選定する点で、実施形態１の制御系設計装置６とは異なる。以下では、実施形態１の構成と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１の構成と異なる構成についてのみ説明する。なお、図５において、符号１０１は、試験装置である。
【００５５】
制御系設計装置１０６は、設計用伝達関数取得部１６１と、重み関数取得部６２と、Ｈ∞制御伝達関数取得部６３と、安定判定部６４とを備える。重み関数取得部６２、Ｈ∞制御伝達関数取得部６３及び安定判定部６４は、実施形態１の制御系設計装置６と同様であるため、詳しい説明を省略する。
【００５６】
設計用伝達関数取得部１６１は、制御対象Ｐの全ての制御条件に対して得られた複数の伝達関数の中から、所定の選定ルールに基づいて、設計用伝達関数を選定する。詳しくは、設計用伝達関数取得部１６１は、伝達関数取得部１６２と、設計用伝達関数選定部１６３とを有する。
【００５７】
伝達関数取得部１６２は、制御対象Ｐの全ての制御条件に対して、伝達関数を取得する。伝達関数取得部１６２が伝達関数を取得する構成は、実施形態１の設計用伝達関数取得部６１と同様の構成であるため、詳しい説明を省略する。伝達関数取得部１６２によって取得された伝達関数は、対応する制御条件と紐づけられた状態で、図示しない記憶部に格納される。なお、前記制御条件は、例えば、供試体Ｍが異なる場合の制御対象Ｐの制御条件や、同じ供試体Ｍでも制御対象Ｐの制御量が異なる場合の制御条件等を含む。
【００５８】
設計用伝達関数選定部１６３は、伝達関数取得部１６２が取得した各制御条件に対応する伝達関数の中から、所定の選定ルールを満たす伝達関数を、設計用伝達関数として選定する。前記所定の選定ルールは、制御対象Ｐの特定の制御条件を満たす伝達関数を選定するルールなどを含む。
【００５９】
このように、設計用伝達関数取得部１６１が複数の伝達関数の中から設計用伝達関数を選定することにより、制御対象Ｐの制御条件が変わった場合でも、その制御条件に応じた伝達関数を、設計用伝達関数として容易に取得することができる。これにより、制御対象Ｐの制御条件が変わった場合でも、制御対象ＰのＨ∞制御の制御設計を容易に行うことができる。
【００６０】
（制御系設計装置の動作）
次に、上述の構成を有する制御系設計装置１０６の動作を、図６に示すフローを用いて説明する。
【００６１】
図６に示すフローがスタートすると、ステップＳＢ１において、制御系設計装置１０６における設計用伝達関数取得部１６１の伝達関数取得部１６２は、所定の制御条件における制御対象Ｐにランダム信号を入力する。続くステップＳＢ２で、伝達関数取得部１６２は、制御対象Ｐにランダム信号を入力した際の出力から周波数特性Ｇを測定する。その後、ステップＳＢ３で、伝達関数取得部１６２は、周波数特性Ｇを用いて、既述の式（１）の評価関数Ｊ０が最小になるように制御対象Ｐの伝達関数Ｇ＾を推定し、該伝達関数Ｇ＾を低次元化することにより、伝達関数を取得する。取得した伝達関数は、図示しない記憶部に、前記所定の制御条件に紐づけされた状態で格納される。
【００６２】
次に、ステップＳＢ４で、設計用伝達関数取得部１６１は、全ての制御条件で制御対象Ｐの伝達関数を取得したかどうかを判定する。なお、制御対象Ｐの全ての制御条件は、図示しない記憶部に予め記憶されていてもよいし、前記記憶部にユーザ等が入力可能であってもよい。
【００６３】
全ての制御条件で制御対象Ｐの伝達関数を取得したと判定された場合（ステップＳＢ４でＹＥＳの場合）には、ステップＳＢ６に進んで、設計用伝達関数選定部１６３は、所定の選定ルールに基づいて、複数の伝達関数から設計用伝達関数を選定する。ステップＳＢ６で、設計用伝達関数選定部１６３が複数の伝達関数から設計用伝達関数を選定した後、ステップＳＢ７以降に進んで、実施形態１と同様、安定性を有するＨ∞制御伝達関数を求める。なお、ステップＳＢ７以降は、実施形態１の制御系設計装置６の動作におけるステップＳＡ４以降と同様であるため、詳しい説明を省略する。
【００６４】
一方、全ての制御条件で制御対象Ｐの伝達関数を取得していないと判定された場合（ステップＳＢ４でＮＯの場合）には、ステップＳＢ５に進んで、他の制御条件に変更した後、制御対象Ｐにランダム信号を入力する（ステップＳＢ１）。その後、制御対象Ｐの周波数特性Ｇを測定して、その結果から伝達関数を取得する。伝達関数取得部１６２は、ステップＳＢ４で、全ての制御条件で制御対象Ｐの伝達関数を取得したと判定されるまで、ステップＳＢ１からＳＢ５の動作を繰り返す。
【００６５】
これにより、制御対象Ｐの制御条件が変わった場合でも、安定性を有するＨ∞制御伝達関数を容易に求めることができる。よって、制御対象Ｐの制御条件によって制約を受けることなく、制御対象ＰのＨ∞制御の制御設計を容易に行うことができる。
【００６６】
＜実施形態３＞
図７に、実施形態３に係る制御系設計装置２０６の概略構成を示す。この制御系設計装置２０６は、制御対象Ｐの全ての制御条件に対して設計用伝達関数を得た後、各設計用伝達関数から安定性を有するＨ∞制御伝達関数を求めて、その中から最適なＨ∞制御伝達関数を選定する点で、実施形態１の制御系設計装置６とは異なる。以下では、実施形態１の構成と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１の構成と異なる構成についてのみ説明する。なお、図７において、符号２０１は、試験装置である。
【００６７】
制御系設計装置２０６は、設計用伝達関数取得部２６１と、重み関数取得部６２と、Ｈ∞制御伝達関数取得部６３と、安定判定部６４と、Ｈ∞制御伝達関数選定部２６５とを備える。重み関数取得部６２、Ｈ∞制御伝達関数取得部６３及び安定判定部６４は、実施形態１の制御系設計装置６と同様であるため、詳しい説明を省略する。
【００６８】
設計用伝達関数取得部２６１は、制御対象Ｐの全ての制御条件に対する設計用伝達関数を取得する。設計用伝達関数取得部２６１が設計用伝達関数を取得する構成は、実施形態１の設計用伝達関数取得部６１と同様の構成であるため、詳しい説明を省略する。設計用伝達関数取得部２６１によって取得された設計用伝達関数は、対応する制御条件と紐づけられた状態で、図示しない記憶部に格納される。なお、前記制御条件は、例えば、供試体Ｍが異なる場合の制御対象Ｐの制御条件や、同じ供試体Ｍでも制御対象Ｐの制御量が異なる場合の制御条件等を含む。
【００６９】
重み関数取得部６２は、設計用伝達関数取得部２６１で取得した設計用伝達関数のそれぞれに対して重み関数Ｗｔ，Ｗｓを取得する。Ｈ∞制御伝達関数取得部６３は、設計用伝達関数取得部２６１で取得した設計用伝達関数のそれぞれに対してＨ∞制御伝達関数を取得する。安定判定部６４は、設計用伝達関数取得部２６１で取得した設計用伝達関数のそれぞれに対応して求めたＨ∞制御伝達関数の安定性を判定する。重み関数取得部６２、Ｈ∞制御伝達関数取得部６３及び安定判定部６４によって得られた、安定性を有するＨ∞制御伝達関数は、対応する制御条件と紐づけられた状態で、前記記憶部に格納される。
【００７０】
Ｈ∞制御伝達関数選定部２６５は、前記記憶部に格納され且つ制御対象Ｐの各制御条件に対応するＨ∞制御伝達関数の中から、所定の選定ルールを満たすＨ∞制御伝達関数を選定する。前記所定の選定ルールは、制御対象Ｐの特定の制御条件を満たす伝達関数を選定するルールなどを含む。なお、Ｈ∞制御伝達関数の選定は、ユーザが行ってもよい。
【００７１】
このように、制御対象Ｐの各制御条件に対する設計用伝達関数を用いて、安定性を有するＨ∞制御伝達関数を求め、それらの中から、最適なＨ∞制御伝達関数を選定することにより、制御対象Ｐの制御条件に応じて、最適なＨ∞制御伝達関数を得ることができる。これにより、制御対象Ｐの制御条件が変化した場合でも、Ｈ∞制御の制御設計を容易に行うことができる。
【００７２】
（制御系設計装置の動作）
次に、上述の構成を有する制御系設計装置２０６の動作を、図８に示すフローを用いて説明する。
【００７３】
図８に示すフローがスタートすると、ステップＳＣ１からＳＣ５で、制御対象Ｐの全ての制御条件に対して設計用伝達関数を取得する。なお、ステップＳＣ１からＳＣ５のフローは、実施形態２のステップＳＢ１からＳＢ５と同様であるため、ステップＳＣ１からＳＣ５の詳しい説明を省略する。ステップＳＣ１からＳＣ５で取得した伝達関数を、制御対象Ｐの各制御条件に紐づけた状態で、図示しない記憶部に格納する。
【００７４】
ステップＳＣ６では、前記記憶部に格納されている伝達関数の中から、一つの伝達関数を、設計用伝達関数として選定する。ステップＳＣ７以降では、ステップＳＣ６で選定した設計用伝達関数を用いて、安定性を有するＨ∞制御伝達関数を求める。設計用伝達関数を用いて安定性を有するＨ∞制御伝達関数を求めるステップＳＣ７〜ＳＣ１０は、実施形態２のステップＳＢ７からＳＢ１０と同様であるため、詳しい説明を省略する。
【００７５】
実施形態２と同様、安定判定部６４によってステップＳＣ９で安定性を有すると判定された場合（ステップＳＣ９でＹＥＳの場合）、そのときのＨ∞制御伝達関数は、制御対象Ｐの各制御条件に紐づけられた状態で、前記記憶部に格納される。
【００７６】
また、ステップＳＣ９で安定性を有すると判定された場合（ステップＳＣ９でＹＥＳの場合）には、ステップＳＣ１１に進んで、記憶部に記憶されている全ての制御条件に対応する伝達関数を用いて演算を行ったかどうかを判定する。
【００７７】
全ての制御条件に対応する伝達関数を用いて演算を行った場合（ステップＳＣ１１でＹＥＳの場合）には、このフローを終了する。一方、全ての制御条件に対応する伝達関数を用いて演算を行っていない場合（ステップＳＣ１１でＮＯの場合）には、ステップＳＣ６に戻って、記憶部に格納されている伝達関数から他の設計用伝達関数を選定する。
【００７８】
これにより、制御対象Ｐの制御条件が変わった場合でも、安定性を有するＨ∞制御伝達関数を容易に求めることができる。よって、制御対象Ｐの制御条件がどのような条件であっても、制御対象ＰのＨ∞制御の制御設計を容易に行うことができる。
【００７９】
＜実施形態４＞
図９に、実施形態４に係る制御系設計装置４０６の概略構成を示す。この制御系設計装置４０６は、制御対象Ｐのむだ時間を推定し、該むだ時間を除いた伝達関数を一次遅れ要素などの各構成要素に分離した後、該伝達関数のパラメータを調整して設計用伝達関数を選択可能である点、及び、重み関数のパラメータも設定可能である点で、実施形態１の制御系設計装置６とは異なる。以下では、実施形態１の構成と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１の構成と異なる構成についてのみ説明する。なお、図９において、符号４０１は、試験装置である。
【００８０】
本実施形態の制御装置４０２は、図１０に示すように、例えば２自由度制御系を有する。すなわち、本実施形態の制御対象Ｐは、フィードフォワードループ４２０を有する。図１０において、符号４１１，４２１は、フィードフォワード系のコントローラであり、符号４１２は、Ｈ∞制御のコントローラである。
【００８１】
制御系設計装置４０６は、設計用伝達関数取得部４６１と、重み関数取得部４６２と、Ｈ∞制御伝達関数取得部６３と、安定判定部６４（判定部）と、２自由度制御系設計部４６５と、入力部４６６と、むだ時間推定装置４０７とを備える。Ｈ∞制御伝達関数取得部６３及び安定判定部６４は、実施形態１の制御系設計装置６と同様であるため、詳しい説明を省略する。
【００８２】
むだ時間推定装置４０７は、制御対象Ｐのむだ時間を推定し、該むだ時間を除いた伝達関数（以下、むだ時間なし伝達関数）を取得する。本実施形態の場合、むだ時間推定装置４０７で取得された伝達関数は、設計用伝達関数取得部４６１で一次遅れ要素などの各構成要素に分離された後に、パラメータが調整されて設計用伝達関数として用いられる。
【００８３】
むだ時間推定装置４０７は、伝達関数取得部４７１と、むだ時間初期値取得部４７２と、周波数特性取得部４７３と、むだ時間演算部４７４と、むだ時間なし伝達関数取得部４７５とを備える。
【００８４】
伝達関数取得部４７１は、制御対象Ｐにランダム信号（信号）を入力して得られた周波数特性Ｇ（応答結果）から、制御対象Ｐの伝達関数Ｇ＾を取得する。制御対象Ｐにランダム信号を入力して得られた周波数特性Ｇの一例を図１１に実線で示す。伝達関数Ｇ＾は、後述のむだ時間初期値取得部４７２でむだ時間初期値Ｌ＾１を取得するために用いられる伝達関数である。前記ランダム信号は、予測できない変動を有する信号である。本実施形態では、前記ランダム信号として、例えばホワイトノイズの信号を用いる。
【００８５】
伝達関数取得部４７１は、式（５）の評価関数Ｊ０の値が最小になる伝達関数Ｇ＾を求める。具体的には、伝達関数取得部４７１は、式（５）の評価関数Ｊ０の値が最小になるように、式（６）に示す伝達関数の一般式における、分母及び分子の次数、ａ0〜ａmの値及びｂ0〜ｂnの値を求める。図１１に、評価関数Ｊ０の値が最小になる伝達関数Ｇ＾を求める際に繰り返し演算で得られる伝達関数の計算結果の一例（計算例）を、破線で示す。
【数５】
2020160716.tif 000007
【数６】
2020160716.tif 000008
【００８６】
むだ時間初期値取得部４７２は、伝達関数取得部４７１で取得した伝達関数Ｇ＾を用いて、制御対象Ｐのむだ時間初期値Ｌ＾１を取得する。具体的には、むだ時間初期値取得部４７２は、伝達関数Ｇ＾を有する制御対象Ｐのモデルに対してステップ信号（所定の入力信号）を入力することにより得られるステップ応答から、むだ時間初期値Ｌ＾１を取得する。図１２に、前記ステップ応答の一例を示す。本実施形態では、図１２に示すように、むだ時間初期値取得部４７２は、前記ステップ応答において、前記ステップ信号の入力時（図１２における時間０）から出力値が閾値Ｘを超えるまでの時間を、むだ時間初期値Ｌ＾１として取得する。閾値Ｘは、例えば、ステップ応答の収束値に対して所定の割合（例えば１０％）の値に設定される。
【００８７】
なお、むだ時間初期値取得部４７２は、前記ステップ応答において、前記ステップ信号の入力時から出力値の移動平均値が閾値を超えるまでの時間を、むだ時間初期値Ｌ＾１として取得してもよい。
【００８８】
ところで、トルク指令によって駆動されるモータにステップ信号を入力した場合、前記モータが加速し続けて該モータの速度上限に達する可能性がある。そのため、前記ステップ信号の調整が必要である。これに対し、上述のように、制御対象Ｐの伝達関数Ｇ＾を求めるとともに、その伝達関数Ｇ＾を有するモデルに対してステップ信号を入力してステップ応答を得ることにより、制御対象Ｐに対してステップ信号を直接入力しなくても、制御対象Ｐのむだ時間初期値Ｌ＾１を取得できる。したがって、前記ステップ信号の調整が不要になり、制御対象Ｐのむだ時間初期値Ｌ＾１を容易に取得できる。
【００８９】
また、上述のようにむだ時間初期値Ｌ＾１を求めることにより、制御対象Ｐの周波数特性Ｇを取得する過程及び伝達関数Ｇ＾を推定する過程の少なくとも一方の過程において、ノイズ処理を行うことにより、伝達関数Ｇ＾を有するモデルのステップ応答にノイズの影響が現れにくくすることができる。
【００９０】
なお、制御対象Ｐに対してステップ信号を入力することにより得られるステップ応答から、むだ時間初期値を取得してもよい。この場合にも、得られたステップ応答において、前記ステップ信号の入力時から出力値が閾値Ｘを超えるまでの時間を、前記むだ時間初期値として取得してもよいし、前記ステップ信号の入力時から出力値の移動平均値が閾値を超えるまでの時間を、前記むだ時間初期値として取得してもよい。
【００９１】
周波数特性取得部４７３は、伝達関数取得部４７１で取得した伝達関数Ｇ＾と、むだ時間初期値取得部４７２で取得したむだ時間初期値Ｌ＾１を用いて求められるむだ時間要素ｅ-L^´1sとを用いて、伝達関数Ｇ＾からむだ時間初期値Ｌ＾１を用いて求められるむだ時間要素を除いたＧ＾／ｅ-L^´1sの周波数特性を求める。周波数特性取得部４７３は、求めた周波数特性から伝達関数Ｇ＾´を求める。
【００９２】
ここで、Ｌ＾´１は、例えば、以下の関係を満たす値である。なお、Ｌ＾´１は、Ｌ＾１を基準とした他の範囲で規定された値であってもよい。また、Ｌ＾´１の代わりに、Ｌ＾１を用いてもよい。
Ｌ＾１ｍｉｎ＝Ｌ＾１−Ｌ＾１／１０
Ｌ＾１ｍａｘ＝Ｌ＾１＋Ｌ＾１／１０
Ｌ＾１ｍｉｎ≦Ｌ＾´１≦Ｌ＾１ｍａｘ
【００９３】
むだ時間演算部４７４は、式（７）の評価関数Ｊの値が最小になるＬ＾´１を求める。
【数７】
2020160716.tif 000009
【００９４】
なお、式（７）において、Ｇ＾／ｅ-L^´1sの導出は、伝達関数取得部４７1で求めたＧ＾を用いてもよいし、制御対象Ｐにランダム信号を入力して得られた周波数特性Ｇを用いてもよい。
【００９５】
むだ時間なし伝達関数取得部４７５は、式（７）の評価関数Ｊを最小とするＧ＾´を、むだ時間なし伝達関数として取得する。
【００９６】
これにより、制御対象Ｐのむだ時間Ｌ＾´１及びむだ時間なし伝達関数Ｇ＾´を精度良く求めることができる。
【００９７】
設計用伝達関数取得部４６１は、むだ時間推定装置４０７で求めたむだ時間なし伝達関数Ｇ＾´を用いて、設計用伝達関数を取得する。具体的には、設計用伝達関数取得部４６１は、むだ時間なし伝達関数Ｇ＾´を一次遅れ要素などの各構成要素に分離する。また、設計用伝達関数取得部４６１は、前記分離された伝達関数の各パラメータに対して後述の入力部４６６によって入力された値に応じて、設計用伝達関数を取得する。
【００９８】
重み関数取得部４６２は、入力部４６６に入力された重み関数Ｗｔ，Ｗｓのパラメータに応じて、重み関数Ｗｔ，Ｗｓを取得する。
【００９９】
２自由度制御系設計部４６５は、安定性を有するＨ∞制御伝達関数を用いて、２自由度制御系を設計する。具体的には、２自由度制御系設計部４６５は、図１０におけるＦ、Ｐ＾、Ｌ＾を設計する。
【０１００】
入力部４６６は、ＧＵＩ（グラフィカルユーザインタフェース）によって、ユーザが操作端末を用いて制御系設計装置４０６に数値等を入力可能に構成されている。入力部４６６を介して制御系設計装置４０６には、設計用伝達関数を取得する際、及び、重み関数Ｗｔ，Ｗｓを取得する際に、数値等を入力可能である。入力部４６６によって表示される画面Ｄの一例を図１５に示す。入力部４６６には、むだ時間を入力するむだ時間入力部４６６ａと、重み関数のゲインを入力するゲイン入力部４６６ｂと、伝達関数の一次遅れ要素などの各構成要素のパラメータを入力するパラメータ入力部４６６ｃとが含まれる。図１５では、入力部４６６によって表示される画面Ｄ上における各入力部の入力箇所に、各入力部の符号を付している。
【０１０１】
なお、入力部４６６によって表示される画面には、制御系設計装置４０６で設計されたデータがデフォルト値として表示されている。前記画面上で、入力部４６６によって、パラメータの値を書き換えることにより、該パラメータを変更することができる。
【０１０２】
上述のように制御系設計装置４０６が入力部４６６を有することにより、ユーザが制御系設計装置４０６に対して数値を入力したり、選択の指示を入力したりすることができる。
【０１０３】
以上のように、本実施形態の制御系設計装置４０６では、設計用伝達関数を取得する際、及び、重み関数Ｗｔ，Ｗｓを取得する際に、入力部４６６に対する入力によってユーザが調整することができる。したがって、制御対象Ｐの制御設計を全て自動で行う場合に比べて、利便性を向上することができる。
【０１０４】
（制御系設計装置の動作）
次に、上述の構成を有する制御系設計装置４０６の動作を、図１３及び図１４に示すフローを用いて説明する。
【０１０５】
図１３及び図１４に示すフローがスタートすると、ステップＳＤ１において、制御系設計装置４０６のむだ時間推定装置４０７の伝達関数取得部４７１は、制御対象Ｐにランダム信号を入力する。続くステップＳＤ２で、伝達関数取得部４７１は、制御対象Ｐにランダム信号を入力した際の出力から周波数特性Ｇを測定する。その後、ステップＳＤ３で、伝達関数取得部４７１は、周波数特性Ｇを用いて、既述の式（５）の評価関数Ｊ０が最小になるように制御対象Ｐの伝達関数Ｇ＾を推定する。
【０１０６】
次に、むだ時間初期値取得部４７２は、伝達関数Ｇ＾を有する制御対象Ｐのモデルに対してステップ信号を入力して、ステップ応答を取得する（ステップＳＤ４）。その後、むだ時間初期値取得部４７２は、前記ステップ応答から、むだ時間初期値Ｌ＾１を取得する（ステップＳＤ５）。この際、むだ時間初期値取得部４７２は、前記ステップ応答において、ステップ信号の入力から出力値が閾値を超えるまでの時間を、むだ時間初期値Ｌ＾１として取得する。
【０１０７】
続くステップＳＤ６では、周波数特性取得部４７３は、ステップＳＤ３で取得した伝達関数Ｇ＾からむだ時間初期値Ｌ＾１を用いて求められるむだ時間要素を除いたＧ＾／ｅ-L^´1sの周波数特性を求める。ここで、Ｌ＾´１は、例えば、以下の関係を満たす値である。
Ｌ＾１ｍｉｎ＝Ｌ＾１−Ｌ＾１／１０
Ｌ＾１ｍａｘ＝Ｌ＾１＋Ｌ＾１／１０
Ｌ＾１ｍｉｎ≦Ｌ＾´１≦Ｌ＾１ｍａｘ
【０１０８】
そして、ステップＳＤ６では、むだ時間演算部４７４は、既述の式（７）の評価関数Ｊが最小になるように制御対象Ｐにおけるむだ時間Ｌ＾´１を求める。また、むだ時間なし伝達関数取得部４７５は、既述の式（７）の評価関数Ｊが最小になるように制御対象Ｐにおけるむだ時間なし伝達関数Ｇ＾´を求める。
【０１０９】
続いて、図１４に示すように、ステップＳＤ７において、制御系設計装置４０６の設計用伝達関数取得部４６１は、むだ時間なし伝達関数Ｇ＾´を一次遅れ要素などの各構成要素に分離する。続くステップＳＤ８で、設計用伝達関数取得部４６１は、入力部４６６に入力された、むだ時間なし伝達関数Ｇ＾´の一次遅れ要素などの各構成要素におけるパラメータを取得する。設計用伝達関数取得部４６１は、取得したパラメータを用いて、制御対象Ｐの設計用伝達関数を求める（ステップＳＤ９）。
【０１１０】
次に、ステップＳＤ１０で、重み関数取得部４６２は、入力部４６６にそれぞれ入力された、Ｗｔの低周波ゲインＧｌＷｔ及び高周波ゲインＧｈＷｔ、Ｗｓの低周波ゲインＧｌＷｓ及び高周波ゲインＧｈＷｓ、及び、重み関数Ｗｔ，Ｗｓが交差する周波数である交差周波数ωｃを取得する。重み関数取得部４６２は、取得した各値を用いて、既述の式（３）及び（４）に示す重み関数Ｗｔ，Ｗｓを求める（ステップＳＤ１１）。
【０１１１】
その後、ステップＳＤ１２で、Ｈ∞制御伝達関数取得部６３は、ステップＳＤ９で求めた設計用伝達関数及びステップＳＤ１１で求めた重み関数Ｗｔ，Ｗｓを用いて、Ｈ∞制御伝達関数を取得する。
【０１１２】
続くステップＳＤ１３で、安定判定部６４は、ステップＳＤ１２で求めたＨ∞制御伝達関数の安定性を判定する。この際、安定判定部６４は、Ｈ∞制御伝達関数を用いた閉ループの分母の根が安定極であるか不安定極であるかによって、Ｈ∞制御伝達関数の安定性を判定する。
【０１１３】
Ｈ∞制御伝達関数が安定性を有すると判定された場合（ステップＳＤ１３でＹＥＳの場合）には、２自由度制御系設計部４６５は、ステップＳＤ１２で求めたＨ∞制御伝達関数を用いて、制御対象Ｐの２自由度制御系を設計する（ステップＳＤ１５）。
【０１１４】
一方、Ｈ∞制御伝達関数が安定性を有しないと判定された場合（ステップＳＤ１３でＮＯの場合）には、重み関数取得部４６２によって、交差周波数ωｃを低くし（ステップＳＤ１４）、重み関数Ｗｔ，Ｗｓを再度取得する（ステップＳＤ１１）。その後、ステップＳＤ１２で、再度取得した重み関数Ｗｔ，Ｗｓを用いて、Ｈ∞制御伝達関数を取得する。
【０１１５】
制御系設計装置６は、ステップＳＤ１２で得られるＨ∞制御伝達関数がステップＳＤ１４で安定性を有すると判定されるまで、ステップＳＤ１１からステップＳＤ１４の動作を繰り返す。
【０１１６】
これにより、安定性を有するＨ∞制御伝達関数を用いた２自由度制御系を、容易に設計できるとともに、設計の際に用いる設計用伝達関数及び重み関数のパラメータを、入力部４６６の入力によって調整することができる。したがって、２自由度制御系を設計する際に、各パラメータを調整することにより、制御対象Ｐの制御を容易に微調整することが可能になる。
【０１１７】
（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【０１１８】
前記各実施形態では、重み関数取得部６２，４６２は、Ｈ∞制御伝達関数が安定性を満たしていない場合に、重み関数Ｗｔ，Ｗｓの交差周波数ωｃを低い値に設定して、重み関数Ｗｔ，Ｗｓを再度求める。しかしながら、重み関数取得部は、Ｈ∞制御伝達関数が安定性を満たしていない場合に、重み関数Ｗｔ，Ｗｓの交差周波数ωｃを高い値に設定してもよいし、重み関数Ｗｔ，ＷｓのゲインＫ１，Ｋ２を変えてもよいし、重み関数Ｗｔ，Ｗｓの形状を変えてもよい。
【０１１９】
前記各実施形態では、重み関数取得部６２，４６２は、図３に示す形状を有する重み関数Ｗｔ，Ｗｓを取得する。しかしながら、重み関数取得部は、Ｈ∞制御伝達関数を求めることができる重み関数であれば、他の形状を有する重み関数を取得してもよい。
【０１２０】
前記各実施形態では、制御系設計装置６，１０６，２０６，４０６は、Ｈ∞制御伝達関数の安定性を判定する安定判定部６４を有する。しかしながら、制御系設計装置は、求めたＨ∞制御伝達関数が制御対象Ｐの制御に適した伝達関数であるかどうかを、他の条件で判定する条件判定部を有していてもよい。
【０１２１】
前記実施形態４では、むだ時間初期値取得部４７２は、伝達関数Ｇ＾を有する制御対象Ｐのモデルに対してステップ信号を入力することにより得られるステップ応答から、むだ時間初期値Ｌ＾１を取得する。しかしながら、むだ時間初期値取得部は、前記モデルにおけるランプ応答から、むだ時間初期値を取得してもよい。すなわち、むだ時間初期取得部は、応答から、むだ時間初期値を取得できれば、前記モデルに対してどのような種類の信号を入力してもよい。
【０１２２】
前記実施形態１では、設計用伝達関数取得部６１は、制御対象Ｐの伝達関数Ｇ＾を求めるとともに、求めた伝達関数を低次元化して、設計用伝達関数を取得する。また、前記実施形態２では、伝達関数取得部１６２は、周波数特性Ｇを用いて、式（１）の評価関数Ｊ０が最小になるように制御対象Ｐの伝達関数Ｇ＾を推定し、該伝達関数Ｇ＾を低次元化することにより、伝達関数を取得する。
【０１２３】
しかしながら、設計用伝達関数取得部は、設計用伝達関数を取得する際に、制御対象の伝達関数を低次元化しなくてもよい。伝達関数取得部は、伝達関数を取得する際に、制御対象の伝達関数を低次元化しなくてもよい。
【０１２４】
前記実施形態４では、むだ時間推定装置４０７は、伝達関数取得部４７１で取得した伝達関数Ｇ＾を用いて、制御対象Ｐのむだ時間初期値Ｌ＾１を取得するむだ時間初期値取得部４７２を有する。しかしながら、むだ時間推定装置は、予め決まったむだ時間初期値を用いて、制御対象Ｐのむだ時間を推定してもよい。
【０１２５】
前記各実施形態では、制御対象Ｐは、モータ駆動回路３、電動モータ４及びトルク検出器５を含む。しかしながら、制御対象は、供試体に駆動力を与えることができる構成を有していれば、他の構成を含んでもよいし、他の構成を有する軸系を含んでいてもよい。
【０１２６】
前記各実施形態では、制御系設計装置６，１０６，２０６，４０６は、試験装置１，１０１，２０１，４０１に設けられている。しかしながら、制御系設計装置は、制御対象の制御設計を必要とする他の装置に設けられていてもよいし、単独で構成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明は、制御対象の制御設計を行う制御系設計装置に利用可能である。
【符号の説明】
【０１２８】
１、１０１、２０１、４０１試験装置
２、４０２  制御装置
３  モータ駆動回路
４  電動モータ
５  トルク検出器
６、１０６、２０６、４０６  制御系設計装置
１０  フィードバックループ
５１  Ｈ∞制御器
６１、１６１、２６１、４６１  設計用伝達関数取得部
６２、４６２  重み関数取得部
６３  Ｈ∞制御伝達関数取得部
６４  安定判定部
１６２  伝達関数取得部
１６３  設計用伝達関数選定部
２６５  Ｈ∞制御伝達関数選定部
４０７  むだ時間推定装置
４１２  Ｈ∞制御のコントローラ
４２０  フィードフォワードループ
４１１、４２１  フィードフォワード系のコントローラ
４６５  ２自由度制御系設計部
４６６  入力部
４６６ａ  むだ時間入力部
４６６ｂ  ゲイン入力部
４６６ｃ  パラメータ入力部
４７１  伝達関数取得部
４７２  むだ時間初期値取得部
４７３  周波数特性取得部
４７４  むだ時間演算部
４７５  むだ時間なし伝達関数取得部
Ｐ  制御対象
Ｍ  供試体
【図１】
2020160716.tif 000010
【図２】
2020160716.tif 000011
【図３】
2020160716.tif 000012
【図４】
2020160716.tif 000013
【図５】
2020160716.tif 000014
【図６】
2020160716.tif 000015
【図７】
2020160716.tif 000016
【図８】
2020160716.tif 000017
【図９】
2020160716.tif 000018
【図１０】
2020160716.tif 000019
【図１１】
2020160716.tif 000020
【図１２】
2020160716.tif 000021
【図１３】
2020160716.tif 000022
【図１４】
2020160716.tif 000023
【図１５】
2020160716.tif 000024