(57)【要約】【課題】高い精度でＰＩＤ制御器ゲイン値を調整する。【解決手段】ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する制御装置において、制御対象へ入力される入力情報が所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、前記制御対象から出力される出力情報が所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した場合、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するためにゲイン値の演算処理を許可するかを判定する許可部と、前記許可部による判定に従って、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、を備える。【選択図】図１
2020149176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する制御装置において、
制御対象へ入力される入力情報が所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、前記制御対象から出力される出力情報が所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した場合、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するためにゲイン値の演算処理を許可するかを判定する許可部と、
前記許可部による判定に従って、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記制御対象の所望の出力値を演算する演算部を備え、
前記ゲイン値調整部は、前記演算された所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を演算することを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の制御装置において、
前記制御対象への入力情報は、前記ＰＩＤ制御器の出力信号、アクチュエータ駆動信号及びセンサ出力信号の少なくとも一つであることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の制御装置において、
前記制御対象からの出力情報は、センサ出力信号及び前記ＰＩＤ制御器へのフィードバック信号の少なくとも一つであることを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の制御装置において、
前記許可部は、ΔＴｕ、ΔＵ、ΔＴｙ、ΔＹ、及び制御目標が所定時間ΔＴｒ内に変化した量Δｒに基づいて、ゲイン値の演算処理を許可するかを判定することを特徴とする制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の制御装置において、
前記許可部は、過去に前記制御対象への入力情報及び前記制御対象からの出力情報の少なくとも一方が変化するように制御目標が変化した場合の前記制御対象への入力情報が所定時間内ΔＴｕ０で変化した量ΔＵ０及び前記制御対象からの出力情報が所定時間内ΔＴｙ０で変化した量ΔＹ０の少なくとも一方に基づいて、ΔＵ、ΔＹの少なくとも一つを決定することを特徴とする制御装置。
【請求項７】
請求項２に記載の制御装置において、
前記許可部は、前記制御対象への入力情報及び前記制御対象からの出力情報の少なくとも一方が変化するように制御目標が変化した場合の前記演算部の出力値が所定時間内ΔＴｙｄで変化した量ΔＹｄに基づいて、ΔＹを決定することを特徴とする制御装置。
【請求項８】
請求項１に記載の制御装置において、
前記ゲイン値調整部は、ＩＦＴ又はＦＲＩＴを用いて構成されることを特徴とする制御装置。
【請求項９】
請求項１に記載の制御装置において、
少なくとも、プラントの温度を制御する装置、自動運転車を制御する装置、ロボットを制御する装置、及び飛行体を制御する装置のいずれかであることを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置に関し、特に、制御装置のパラメータを調節する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開２００８−２３４３２６（特許文献１）及び特開２０１８−１２４７００（特許文献２）がある。特許文献１には、「目標値信号と制御対象の出力信号との差分信号を出力する減算器と、差分信号が入力されるＰＩＤ制御器と、ＰＩＤ制御器の出力信号が入力される制御対象とから構成される制御システムにおけるＰＩＤ制御器の制御パラメータを調整する方法であって、制御対象への入力信号及び出力信号を通過域が互いに異なる複数のフィルタを用いてそれぞれ処理することによりフィルタ毎に処理後入力信号及び処理後出力信号を取得し、これらの信号を用いてＰＩＤ制御器の制御パラメータである比例ゲインｐ１、積分ゲインｐ２、微分ゲインｐ３を要素とするベクトルｐを反証することにより、ＰＩＤ制御器の制御パラメータを調整する方法であって、差分信号から評価値ｚ１を得るための第１の重み関数Ｖを定数とする」ＰＩＤ制御器の制御パラメータの調整方法が記載されている（要約参照）。
【０００３】
また、特許文献２には、「制御対象を計測したセンサのセンシング信号を処理し、前記制御対象の計測値を取得する計測値取得部と、前記制御対象の目標値、およびＰＩＤパラメータを記憶する記憶部と、前記制御対象の計測値と前記制御対象の目標値との偏差、および前記ＰＩＤパラメータを用いて操作量を算出する操作量算出部と、前記操作量算出部が算出した操作量を出力する出力部と、前記制御対象の計測値の変動幅を検出する変動幅検出部と、前記変動幅検出部が検出した前記制御対象の計測値の変動幅に応じて前記ＰＩＤパラメータを更新する更新部と、を備え、前記更新部は、前記変動幅検出部が検出した前記制御対象の計測値の変動幅が、第１の幅よりも大きければ、前記記憶部に記憶している前記ＰＩＤパラメータを更新する第１の更新処理を行い、前記変動幅検出部が検出した前記制御対象の計測値の変動幅が、第２の幅よりも小さければ、前記記憶部に記憶している前記ＰＩＤパラメータを更新する第２の更新処理を行う、ＰＩＤ制御装置。」と記載されている（請求項１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３４３２６号公報
【特許文献２】特開２０１８−１２４７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した特許文献１は、ＰＩＤ制御器ゲイン値の調整処理を起動する条件を規定するものではない。また、前述した特許文献２は、ＰＩＤ制御器ゲイン値の調整をするにあたり、制御対象からの出力（計測値）の振動幅に基づいて更新しており、制御対象の出力（計測値）が振動しないシステムを対象とするものではない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する制御装置において、制御対象へ入力される入力情報が所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、前記制御対象から出力される出力情報が所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した場合、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するためにゲイン値の演算処理を許可するかを判定する許可部と、前記許可部による判定に従って、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、高い精度でＰＩＤ制御器ゲイン値を調整できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１〜７における制御装置の全体図である。
【図２】実施例１〜７における制御装置のシステム構成図である。
【図３】実施例１における制御装置と制御対象を示す図である。
【図４】実施例１におけるＰＩＤゲイン値調整処理許可部の処理を示す図である。
【図５】実施例１〜４における所望の出力値演算部の処理を示す図である
【図６】実施例１〜４におけるＰＩＤ制御器ゲイン値調整部の処理を示す図である。
【図７】実施例２〜３における制御装置と制御対象を示す図である。
【図８】実施例２におけるＰＩＤゲイン値調整処理許可部の処理を示す図である。
【図９】実施例３におけるＰＩＤゲイン値調整処理許可部の処理を示す図である。
【図１０】実施例４における制御装置と制御対象を示す図である。
【図１１】実施例４におけるＰＩＤゲイン値調整処理許可部の処理を示す図である。
【図１２】実施例５における制御装置と制御対象を示す図である。
【図１３】実施例５におけるＰＩＤゲイン値調整処理許可部の処理を示す図である。
【図１４】実施例５における所望の出力値演算部の処理を示す図である。
【図１５】実施例５におけるＰＩＤ制御器ゲイン値調整部の処理を示す図である。
【図１６】実施例６における制御装置と制御対象を示す図である。
【図１７】実施例６におけるＰＩＤゲイン値調整処理許可部の処理を示す図である。
【図１８】実施例６における所望の出力値演算部の処理を示す図である。
【図１９】実施例６におけるＰＩＤ制御器ゲイン値調整部の処理を示す図である。
【図２０】実施例７における制御装置と制御対象を示す図である。
【図２１】実施例７におけるＰＩＤゲイン値調整処理許可部の処理を示す図である。
【図２２】実施例７における所望の出力値演算部の処理を示す図である。
【図２３】実施例７におけるＰＩＤ制御器ゲイン値調整部の処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００１０】
［実施例１］
本実施例においては、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する制御装置において、制御対象へ入力される入力情報が所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、前記制御対象から出力される出力情報が所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した場合、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するためのゲイン値の演算処理（ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するための新たなゲイン値を演算する処理）を許可するかを判定する許可部と、前記許可部による判定に従って、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、を少なくとも備える制御装置について示す。
【００１１】
また、前記制御装置は、前記制御対象の所望の出力値を演算する演算部を備え、前記ゲイン値調整部は、前記演算された所望の出力値（時系列信号など）と前記制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する。
【００１２】
また、前記制御対象への入力情報は、前記ＰＩＤ制御器の出力である。
【００１３】
また、前記制御対象からの出力情報は、前記ＰＩＤ制御器へのフィードバック信号である。
【００１４】
また、前記制御装置は、プラントを制御する装置である。
【００１５】
図１は、制御装置１の中心機能を示す全体図である。
【００１６】
制御装置１において、ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３は、制御対象からの出力情報と制御対象への入力情報とに基づいて、ＰＩＤゲイン値を調整する調整処理を実行するか否かを判定する。調整処理を実行すると判定された場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。
【００１７】
図２は、制御装置１のシステム構成図である。
【００１８】
制御装置１は、ハードウェアとして、記憶装置１１、ＣＰＵ１２、ＲＯＭ１３、ＲＡＭ１４、データバス１５、入力回路１６、入出力ポート１７及び出力回路１８を有する。入力回路１６は、外部から入力された信号を処理する。外部から入力される信号は、例えば、制御装置１に設置又は接続されているセンサから出力されるセンサ出力信号などである。外部から入力される信号は、入力回路１６を経て、入力信号となり入出力ポート１７へ送られる。入出力ポート１７に送られた各入力情報は、データバス１５を経て、ＲＡＭ１４又は記憶装置１１に格納される。ＲＯＭ１３及び記憶装置１１の少なくとも一方は、後述する処理を実行するためのプログラムを格納しており、該プログラムはＣＰＵ１２で実行される。その際、ＲＡＭ１４及び記憶装置１１の少なくとも一方に格納された値を、適宜、使用して演算を行う。演算結果のうち外部へ送り出す情報（値）は、データバス１５を経て入出力ポート１７に送られ、出力信号として出力回路１８に送られる。出力回路１８は、出力信号を外部に出力する。外部へ出力される出力信号は、制御対象を所望の動きをさせるために制御対象に備わるアクチュエータへ送信されるアクチュエータ駆動信号などである。
【００１９】
なお、ＣＰＵ１２がプログラムを実行して行う処理の一部を、他の演算装置（例えば、ＦＰＧＡ（Field Programable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのハードウェア）で実行してもよい。
【００２０】
図３は、制御装置１と、制御装置１に制御されるプラント６とを示す図である。
【００２１】
ＰＩＤ制御器５は、プラント６の温度を制御するための操作量（例えば、蒸気温度を調節するための目標バルブ開度）を演算する。所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（プラント６の温度）の所望のプロフィールを演算する。
【００２２】
以下、各処理の詳細を説明する。
【００２３】
＜ＰＩＤゲイン値調整処理許可部（図４）＞
ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３は、制御対象からの出力情報と制御対象への入力情報とに基づいて、ＰＩＤゲイン値の調整処理を実行するか否かを判定する。具体的には、図４に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐ＝１を出力する。一方、条件ａ）が成立しない場合、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐ＝０を出力する。
条件ａ）
目標バルブ開度Ｔｇ＿ＴＶＯが、所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、プラント温度Ｔｄｅｇが、所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した。
【００２４】
なお、ΔＴｕ，ΔＵ，ΔＴｙ，ΔＹは、所望の応答性を参考に、予め決めておくとよい。また、ΔＴｕ，ΔＵ，ΔＴｙ，ΔＹは、特定の値ではなく、範囲を示す値でもよい。
【００２５】
また、入力情報は、Ｔｇ＿ＴＶＯではなく、実バルブ開度、又はバルブ開度に応じて変化する他の物理量（例えば燃料流量）でもよい。
【００２６】
また、出力情報は、制御へのフィードバック情報そのものではなく、制御量に関するセンサ出力でもよい。
【００２７】
＜所望の出力値演算部（図５）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（例えばプラント６の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図５に示すように、制御目標である目標プラント温度Ｔｇ＿Ｔｄｅｇに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望のプラント温度Ｄｅ＿Ｔｄｅｇのプロフィールを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などがある。伝達関数は、予め決めておくとよいが、プラント６の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。
【００２８】
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図６）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図６に示すように、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐが１の場合、以下の処理を実行する。
【００２９】
例えば、プラント温度Ｔｄｅｇのプロフィールと所望のプラント温度Ｄｅ＿Ｔｄｅｇのプロフィールとの差が最も小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。ｆ＿ｏｐ＝０の場合、調整処理を実行せず現状のＰＩＤゲイン値を維持する。
【００３０】
プラント温度Ｔｄｅｇのプロフィールと所望のプラント温度Ｄｅ＿Ｔｄｅｇのプロフィールとの差を評価する評価関数は、例えば、Ｊ２＝｜｜Ｔｄｅｇ−Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜Ｔｄｅｇ−Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜であるＬ１ノルムなどがある。Ｊ１やＪ２を最小化するＰＩＤゲイン値は、例えば、ＩＦＴ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｔｕｎｉｎｇ）、ＦＲＩＴ（Ｆｉｃｔｉｔｉｏｕｓ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｔｕｎｉｎｇ）などのデータ駆動制御で決定すればよく、ＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。最適化のための解法は、ニュートン法、ガウス＝ニュートン法などの様々な方法があり、多くの参考文献があるので、ここでは詳述しない。
【００３１】
なお、本最適化処理は、オフライン、オンラインのどちらで実行してもよい。
【００３２】
本実施例によれば、ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３が、制御対象への入力情報の所定時間における変化量と制御対象からの出力情報の所定時間における変化量に基づいて、ＰＩＤ制御器ゲイン値の調整処理を実行するか否かを判定する。また、制御対象への入力情報は、ＰＩＤ制御器５の出力であり、制御対象からの出力情報は、ＰＩＤ制御器５へのフィードバック信号である。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、制御対象の所望の出力値を演算し、所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。また、制御装置１は、プラント６を制御する装置である。
【００３３】
従って、ＰＩＤゲイン値の調整に用いる適切な条件であるか否かを制御対象への入力情報と制御対象からの出力情報のプロフィールによって判断するので、より広範な動作条件でＰＩＤ制御器ゲイン値の調整処理が実行でき、調整に不適当な条件を排除できる。特に、前述したＦＲＩＴにおいては、所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）のデータセットの数が一つであってもＰＩＤゲイン値を調整できるので、調整に適切なデータセットを適切に選ぶことによって、高精度にＰＩＤゲインを調整できる。その結果、高い精度でＰＩＤ制御器ゲイン値の調整が実現でき、プラント６の経時変化などの特性変化にきめ細かく適応できるので、プラント６の運転効率や生産効率を向上できる。
【００３４】
［実施例２］
本実施例においては、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する制御装置において、制御対象へ入力される入力情報が所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、前記制御対象から出力される出力情報が所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した場合、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するためのゲイン値の演算処理（ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するための新たなゲイン値を演算する処理）を許可するかを判定する許可部と、前記許可部による判定に従って、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、を少なくとも備える制御装置について示す。
【００３５】
また、前記制御装置は、前記制御対象の所望の出力値を演算する演算部を備え、前記ゲイン値調整部は、前記演算された所望の出力値（時系列信号など）と前記制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する。
【００３６】
また、前記制御対象への入力情報は、前記ＰＩＤ制御器の出力である。
【００３７】
また、前記制御対象からの出力情報は、前記ＰＩＤ制御器へのフィードバック信号である。
【００３８】
また、前記制御装置は、プラントを制御する装置である。
【００３９】
特に、制御目標が変化した場合の当該制御目標が所定時間ΔＴｒ内に変化した量Δｒに基づいて、前記制御対象への入力情報及び前記制御対象からの出力情報の少なくとも一つが変化するように、前記ΔＴｕ，ΔＵ，ΔＴｙ，ΔＹの少なくとも一つによって、ゲイン値の演算処理を許可するかを判定する条件を決定する。
【００４０】
図１は、実施例２の制御装置１の中心機能を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。図２は、実施例２の制御装置１のシステム構成を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００４１】
図７は、制御装置１と、制御装置１に制御されるプラント６とを示す図である。
【００４２】
ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３は、制御対象からの出力情報と制御対象への入力情報に加えて、制御目標に基づいて、ＰＩＤゲイン値の調整処理を実行するか否かを判定する。それ以外は、実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００４３】
以下、各処理の詳細を説明する。
【００４４】
＜ＰＩＤゲイン値調整処理許可部（図８）＞
ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３は、制御対象からの出力情報と制御対象への入力情報とに基づいて、ＰＩＤゲイン値の調整処理を実行するか否かを判定する。具体的には、図８に示す処理を実行する。
・制御対象への入力情報（Ｔｇ＿ＴＶＯ）又は制御対象からの出力情報（Ｔｄｅｇ）が変化するように、制御目標（Ｔｇ＿Ｔｄｅｇ）が変化した場合の制御目標（Ｔｇ＿Ｔｄｅｇ）が所定時間ΔＴｒに変化した量Δｒに基づいて、下記の様に、ΔＴｕ、ΔＵ、ΔＴｙ、ΔＹを求める。
ΔＴｕ：ΔＴｒ＋ｋ＿Ｔｕ＿１
ΔＵ：Δｒ＋ｋ＿Ｕ＿１
ΔＴｙ：ΔＴｙ＋ｋ＿Ｔｙ＿１
ΔＹ：Δｒ＋ｋ＿Ｙ＿１
・下記の条件ａ）が成立する場合、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐ＝１を出力する。一方、条件ａ）が成立しない場合、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐ＝０を出力する。
条件ａ）
目標バルブ開度Ｔｇ＿ＴＶＯが、所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、プラント温度Ｔｄｅｇが、所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した。
【００４５】
なお、ｋ＿Ｔｕ＿１，ｋ＿Ｕ＿１，ｋ＿Ｔｙ＿１，ｋ＿Ｙ＿１は、所望の応答性を参考に、予め決めておくとよい。また、ΔＴｕ，ΔＵ，ΔＴｙ，ΔＹは、特定の値ではなく、範囲を示す値でもよい。
【００４６】
また、入力情報は、Ｔｇ＿ＴＶＯではなく、実バルブ開度、又はバルブ開度に応じて変化する他の物理量（例えば燃料流量）でもよい。
【００４７】
また、出力情報は、制御へのフィードバック情報そのものではなく、制御量に関するセンサ出力でもよい。
【００４８】
＜所望の出力値演算部（図５）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（例えばプラント６の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図５に示す実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００４９】
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図６）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図６に示す実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００５０】
本実施例によれば、ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３が、制御対象への入力情報の所定時間における変化量と制御対象からの出力情報の所定時間における変化量と制御目標に基づいて、ＰＩＤ制御器ゲイン値の調整処理を実行するか否かを判定する。また、制御対象への入力情報は、ＰＩＤ制御器５の出力であり、制御対象からの出力情報は、ＰＩＤ制御器５へのフィードバック信号である。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、制御対象の所望の出力値を演算し、所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。また、制御装置１は、プラント６を制御する装置である。
【００５１】
特に、ΔＴｕ，ΔＵ，ΔＴｙ，ΔＹは、制御目標が変化した場合の当該制御目標が所定時間ΔＴｒ内に変化した量Δｒに基づいて決める。
【００５２】
従って、ＰＩＤゲイン値の調整に用いる適切な条件であるか否かを制御対象への入力情報と制御対象からの出力情報のプロフィールと制御目標によって判断するので、より広範な動作条件でＰＩＤ制御器ゲイン値の調整処理が行える一方で、調整に不適当な条件を排除できる。
【００５３】
特に、制御目標のプロフィールと制御目標に基づいて、制御対象への入力情報と制御対象からの出力情報のプロフィールの適切さを判断するので、因果関係を考慮した実現可能な適切なプロフィールの判断が可能となる。その結果、高い精度でＰＩＤ制御器ゲイン値の調整が実現でき、プラント６の経時変化などの特性変化にきめ細かく適応できるので、プラント６の運転効率や生産効率を向上できる。
【００５４】
［実施例３］
本実施例においては、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する制御装置において、制御対象へ入力される入力情報が所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、前記制御対象から出力される出力情報が所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した場合、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するためのゲイン値の演算処理（ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するための新たなゲイン値を演算する処理）を許可するかを判定する許可部と、前記許可部による判定に従って、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、を少なくとも備える制御装置について示す。
【００５５】
また、前記制御装置は、前記制御対象の所望の出力値を演算する演算部を備え、前記ゲイン値調整部は、前記演算された所望の出力値（時系列信号など）と前記制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する。
【００５６】
また、前記制御対象への入力情報は、前記ＰＩＤ制御器の出力である。
【００５７】
また、前記制御対象からの出力情報は、前記ＰＩＤ制御器へのフィードバック信号である。
【００５８】
また、前記制御装置は、プラントを制御する装置である。
【００５９】
特に、前記ΔＵ，ΔＹの少なくとも一つは、過去に、前記制御対象への入力情報及び／又は前記制御対象からの出力情報が変化するように、制御目標が変化した場合の前記制御対象への入力情報が所定時間内ΔＴｕ０で変化した量ΔＵ０及び／又は前記制御対象からの出力情報が所定時間内ΔＴｙ０で変化した量ΔＹ０に基づいて決める。
【００６０】
図１は、実施例３の制御装置１の中心機能を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。図２は、実施例３の制御装置１のシステム構成を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。図７は、実施例３の制御装置１と、制御装置１に制御されるプラント６とを示しており、実施例２と同じであるので、詳述しない。
【００６１】
以下、各処理の詳細を説明する。
【００６２】
＜ＰＩＤゲイン値調整処理許可部（図９）＞
ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３は、制御対象からの出力情報と制御対象への入力情報とに基づいて、ＰＩＤゲイン値の調整処理を実行するか否かを判定する。具体的には、図９で示す処理を実行する。
・過去に、制御対象への入力情報（Ｔｇ＿ＴＶＯ）又は制御対象からの出力情報（Ｔｄｅｇ）が、変化するように制御目標（Ｔｇ＿Ｔｄｅｇ）が変化した場合の制御対象への入力情報（Ｔｇ＿ＴＶＯ）が所定時間内ΔＴｕ０で変化した量ΔＵ０と制御対象からの出力情報（Ｔｄｅｇ）が所定時間内ΔＴｙ０で変化した量ΔＹ０とに基づいて、下記の様に、ΔＴｕ，ΔＵ，ΔＴｙ，ΔＹを求める。
ΔＴｕ：ΔＴｕ０とする。
ΔＵ：ΔＵ０−ｋ＿Ｕ＿２ａ以上かつΔＵ０＋ｋ＿Ｕ＿２ｂ以下を満たす値とする。
ΔＴｙ：ΔＴｙ０とする。
ΔＹ：ΔＹ０−ｋ＿Ｙ＿２ａ以上かつΔＹ０＋ｋ＿Ｙ＿２ｂ以下を満たす値とする。
・下記の条件ａ）が成立する場合、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐ＝１を出力する。一方、条件ａ）が成立しない場合、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐ＝０を出力する。
条件ａ）
目標バルブ開度Ｔｇ＿ＴＶＯが、所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、プラント温度Ｔｄｅｇが、所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した。
【００６３】
なお、ｋ＿Ｕ＿２ａ，ｋ＿Ｕ＿２ｂ，ｋ＿Ｙ＿２ａ，ｋ＿Ｙ＿２ｂは、所望の応答性を参考に、予め決めておくとよい。また、ΔＴｕ，ΔＵ，ΔＴｙ，ΔＹは、特定の値ではなく、範囲を示す値でもよい。
【００６４】
また、入力情報は、Ｔｇ＿ＴＶＯではなく、実バルブ開度、又はバルブ開度に応じて変化する他の物理量（例えば燃料流量）でもよい。
【００６５】
また、出力情報は、制御へのフィードバック情報そのものではなく、制御量に関するセンサ出力でもよい。
【００６６】
＜所望の出力値演算部（図５）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（例えばプラント６の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図５に示す実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００６７】
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図６）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図６に示す実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００６８】
本実施例によれば、ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３が、制御対象への入力情報の所定時間における変化量と制御対象からの出力情報の所定時間における変化量と制御目標に基づいて、ＰＩＤ制御器ゲイン値の調整処理を実行するか否かを判定する。また、制御対象への入力情報は、ＰＩＤ制御器５の出力であり、制御対象からの出力情報は、ＰＩＤ制御器５へのフィードバック信号である。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、制御対象の所望の出力値を演算し、所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。また、制御装置１は、プラント６を制御する装置である。
【００６９】
特に、前記ΔＵ，ΔＹの少なくとも一つは、過去に、前記制御対象への入力情報及び／又は前記制御対象からの出力情報が変化するように、制御目標が変化した場合の前記制御対象への入力情報が所定時間内ΔＴｕ０で変化した量ΔＵ０及び／又は前記制御対象からの出力情報が所定時間内ΔＴｙ０で変化した量ΔＹ０に基づいて決める。
【００７０】
従って、ＰＩＤゲイン値の調整に用いる適切な条件であるか否かを制御対象への入力情報と制御対象からの出力情報のプロフィールと制御目標によって判断するので、より広範な動作条件でＰＩＤ制御器ゲイン値の調整処理が行える一方で、調整に不適当な条件は排除できる。
【００７１】
特に、過去の制御対象への入力情報と制御対象からの出力情報のプロフィールと制御目標に基づいて、制御対象への入力情報と制御対象からの出力情報のプロフィールの適切さを判断するので、実績及び再現性を考慮した実現可能な適切なプロフィールの判断が可能となる。その結果、高い精度でＰＩＤ制御器ゲイン値の調整が実現でき、プラント６の経時変化などの特性変化にきめ細かく適応できるので、プラント６の運転効率や生産効率を向上できる。
【００７２】
［実施例４］
本実施例においては、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する制御装置において、制御対象へ入力される入力情報が所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、前記制御対象から出力される出力情報が所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した場合、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するためのゲイン値の演算処理（ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するための新たなゲイン値を演算する処理）を許可するかを判定する許可部と、前記許可部による判定に従って、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、を少なくとも備える制御装置について示す。
【００７３】
また、前記制御装置は、前記制御対象の所望の出力値を演算する演算部を備え、前記ゲイン値調整部は、前記演算された所望の出力値（時系列信号など）と前記制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する。
【００７４】
また、前記制御対象への入力情報は、前記ＰＩＤ制御器の出力である。
【００７５】
また、前記制御対象からの出力情報は、前記ＰＩＤ制御器へのフィードバック信号である。
【００７６】
また、前記制御装置は、プラントを制御する装置である。
【００７７】
特に、前記ΔＹは、前記制御対象への入力情報及び／又は前記制御対象からの出力情報が変化するように、制御目標が変化した場合の制御対象の所望の出力値演算部４の出力値が所定時間内ΔＴｙｄで変化した量ΔＹｄに基づいて決める。
【００７８】
図１は、実施例４の制御装置１の中心機能を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。図２は、実施例４の制御装置１のシステム構成を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００７９】
図１０は、制御装置１と、制御装置１に制御されるプラント６を示す図である。
【００８０】
ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３は、制御対象からの出力情報と制御対象への入力情報と制御目標に加えて、所望の出力値演算部４の出力に基づいて、ＰＩＤゲイン値の調整処理を実行するか否かを判定する。それ以外は、実施例２と同じであるので、詳述しない。
【００８１】
以下、各処理の詳細を説明する。
【００８２】
＜ＰＩＤゲイン値調整処理許可部（図１１）＞
ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３は、制御対象からの出力情報と制御対象への入力情報とに基づいて、ＰＩＤゲイン値の調整処理を実行するか否かを判定する。具体的には、図１１で示す処理を実行する。
・制御対象への入力情報（Ｔｇ＿ＴＶＯ）もしくは制御対象からの出力情報（Ｔｄｅｇ）が、変化するように制御目標（Ｔｇ＿Ｔｄｅｇ）が変化した場合の所望の出力値演算部４の出力値が所定時間内ΔＴｙｄで変化した量ΔＹｄに基づいて、下記の様に、ΔＴｙ，  ΔＹを求める。
ΔＴｙ：ΔＴｙｄとする。
ΔＹ：ΔＹｄ−ｋ＿Ｙ＿３ａ以上かつΔＹｄ＋ｋ＿Ｙ＿３ｂ以下を満たす値とする。
また、制御目標（Ｔｇ＿Ｔｄｅｇ）が所定時間ΔＴｒに変化した量Δｒに基づいて、下記の様に、ΔＴｕ，ΔＵを求める。
ΔＴｕ：ΔＴｒとする。
ΔＵ：Δｒ−ｋ＿Ｕ＿３ａ以上かつΔｒ＋ｋ＿Ｕ＿３ｂ以下を満たす値とする。
・下記の条件ａ）が成立する場合、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐ＝１を出力する。一方、条件ａ）が成立しない場合、ｆ＿ｏｐ＝０を出力する。
条件ａ）
目標バルブ開度Ｔｇ＿ＴＶＯが、所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、プラント温度Ｔｄｅｇが、所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した。
【００８３】
なお、ｋ＿Ｕ＿３ａ，ｋ＿Ｕ＿３ｂ，ｋ＿Ｙ＿３ａ，ｋ＿Ｙ＿３ｂは、所望の応答性を参考に、予め決めておくとよい。また、ΔＴｕ，ΔＵ，ΔＴｙ，ΔＹは、特定の値ではなく、範囲を示す値でもよい。
【００８４】
また、入力情報は、Ｔｇ＿ＴＶＯではなく、実バルブ開度、又はバルブ開度に応じて変化する他の物理量（例えば燃料流量）でもよい。
【００８５】
また、出力情報は、制御へのフィードバック情報そのものではなく、制御量に関するセンサ出力でもよい。
【００８６】
＜所望の出力値演算部（図５）＞
本処理では、制御目標に基づいて、制御対象の出力（プラント６の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図５に示す実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００８７】
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図６）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図６に示す実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００８８】
本実施例によれば、ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３が、制御対象への入力情報の所定時間における変化量と制御対象からの出力情報の所定時間における変化量と制御目標と所望の出力値演算部４の出力に基づいて、ＰＩＤ制御器ゲイン値の調整処理を実行するか否かを判定する。また、制御対象への入力情報は、ＰＩＤ制御器５の出力であり、制御対象からの出力情報は、ＰＩＤ制御器５へのフィードバック信号である。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、所望の出力値演算部４と、前記所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。また、制御装置１は、プラント６を制御する装置である。
【００８９】
特に、前記ΔＹは、前記制御対象への入力情報及び／又は前記制御対象からの出力情報が変化するように、制御目標が変化した場合の制御対象の所望の出力値演算部４の出力値が所定時間内ΔＴｙｄで変化した量ΔＹｄに基づいて決める。
【００９０】
従って、ＰＩＤゲイン値の調整に用いる適切な条件であるか否かを制御対象への入力情報と制御対象からの出力情報のプロフィールと制御目標と所望の出力値演算部４の出力によって判断するので、より広範な動作条件でＰＩＤ制御器ゲイン値の調整処理が行える一方で、調整に不適当な条件は排除できる。
【００９１】
特に、制御対象の所望の出力値演算部４の出力値のプロフィールに基づいて、制御対象からの出力情報のプロフィールの適切さを判断するので、実現したいプロフィールを考慮した適切なプロフィールの判断が可能となる。その結果、高い精度でＰＩＤ制御器ゲイン値の調整が実現でき、プラント６の経時変化などの特性変化にきめ細かく適応できるので、プラント６の運転効率や生産効率を向上できる。
【００９２】
［実施例５］
本実施例においては、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する制御装置において、制御対象へ入力される入力情報が所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、前記制御対象から出力される出力情報が所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した場合、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するためのゲイン値の演算処理（ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するための新たなゲイン値を演算する処理）を許可するかを判定する許可部と、前記許可部による判定に従って、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、を少なくとも備える制御装置について示す。
【００９３】
また、前記制御装置は、前記制御対象の所望の出力値を演算する演算部を備え、前記ゲイン値調整部は、前記演算された所望の出力値（時系列信号など）と前記制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する。
【００９４】
また、前記制御対象への入力情報は、前記ＰＩＤ制御器の出力である。
【００９５】
また、前記制御対象からの出力情報は、前記ＰＩＤ制御器へのフィードバック信号である。
【００９６】
また、前記制御装置は、自動運転車を制御する装置である。
【００９７】
図１は、実施例５の制御装置１の中心機能を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。図２は、実施例５の制御装置１のシステム構成を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００９８】
図１２は、制御装置１と、制御装置１に制御される自動運転車７を示す図である。
【００９９】
ＰＩＤ制御器５は、自動運転車７の運動を制御するための操作量（例えば、目標速度、目標回転角速度など）を演算する。所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（自動運転車７の速度、回転角速度など）の所望のプロフィールを演算する。
【０１００】
以下、各処理の詳細を説明する。
＜ＰＩＤゲイン値調整処理許可部（図１３）＞
【０１０１】
ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３は、制御対象からの出力情報と制御対象への入力情報とに基づいて、ＰＩＤゲイン値の調整処理を実行するか否かを判定する。具体的には、図１３に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐ＝１を出力する。一方、条件ａ）が成立しない場合、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐ＝０を出力する。
条件ａ）
目標スロットル開度Ｔｇ＿ＴＶＯが、所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、速度ＶＳＰが、所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した。
【０１０２】
なお、ΔＴｕ，ΔＵ，ΔＴｙ，ΔＹは、所望の応答性を参考に、予め決めておくとよい。また、ΔＴｕ，ΔＵ，ΔＴｙ，ΔＹは、特定の値ではなく、範囲を示す値でもよい。
【０１０３】
また、入力情報は、Ｔｇ＿ＴＶＯではなく、目標スロットル開度、又は目標スロットル開度に応じて変化する他の物理量（例えばエンジン吸入空気流量、燃料噴射量）でもよい。
【０１０４】
また、出力情報は、制御へのフィードバック情報そのものではなく、制御量に関するセンサ出力でもよい。
【０１０５】
＜所望の出力値演算部（図１４）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（例えば自動運転車７の速度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図１４に示すように、制御目標である目標速度Ｔｇ＿ＶＳＰに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望の速度Ｄｅ＿ＶＳＰのプロフィールを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などがある。伝達関数は、予め決めておくとよいが、自動運転車７の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。
【０１０６】
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図１５）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図１５に示すように、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐが１の場合、以下の処理を実行する。
【０１０７】
速度ＶＳＰのプロフィールと所望の速度Ｄｅ＿ＶＳＰのプロフィールとの差が最も小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。ｆ＿ｏｐ＝０の場合、調整処理を実行せず現状のＰＩＤゲイン値を維持する。
【０１０８】
速度ＶＳＰのプロフィールと所望の速度Ｄｅ＿ＶＳＰのプロフィールとの差を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜ＶＳＰ−Ｄｅ＿ＶＳＰ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜ＶＳＰ−Ｄｅ＿ＶＳＰ｜であるＬ１ノルムなどがある。Ｊ１やＪ２を最小化するＰＩＤゲイン値は、例えば、ＩＦＴ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｔｕｎｉｎｇ）、ＦＲＩＴ（Ｆｉｃｔｉｔｉｏｕｓ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｔｕｎｉｎｇ）などのデータ駆動制御で決定すればよく、ＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。最適化のための解法は、ニュートン法、ガウス＝ニュートン法などの様々な方法があり、多くの参考文献があるので、ここでは詳述しない。
【０１０９】
なお、本最適化処理は、オフライン、オンラインのどちらで実行してもよい。
【０１１０】
本実施例によれば、ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３が、制御対象への入力情報の所定時間における変化量と制御対象からの出力情報の所定時間における変化量に基づいて、ＰＩＤ制御器ゲイン値の調整処理を実行するか否かを判定する。また、制御対象への入力情報は、ＰＩＤ制御器５の出力であり、制御対象からの出力情報は、ＰＩＤ制御器５へのフィードバック信号である。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、制御対象の所望の出力値を演算し、所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。また、制御装置１は、自動運転車７を制御する装置である。
【０１１１】
従って、ＰＩＤゲイン値の調整に用いる適切な条件であるか否かを制御対象への入力情報と制御対象からの出力情報のプロフィールによって判断するので、より広範な動作条件でＰＩＤ制御器ゲイン値の調整処理が実行でき、調整に不適当な条件を排除できる。その結果、高い精度でＰＩＤ制御器ゲイン値の調整が実現でき、自動運転車７の経時変化、量産ばらつきなどの特性変化にきめ細かく適応できるので、自動運転車７の運転性や燃費効率／安全性などを向上できる。
【０１１２】
［実施例６］
本実施例においては、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する制御装置において、制御対象へ入力される入力情報が所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、前記制御対象から出力される出力情報が所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した場合、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するためのゲイン値の演算処理（ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するための新たなゲイン値を演算する処理）を許可するかを判定する許可部と、前記許可部による判定に従って、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、を少なくとも備える制御装置について示す。
【０１１３】
また、前記制御装置は、前記制御対象の所望の出力値を演算する演算部を備え、前記ゲイン値調整部は、前記演算された所望の出力値（時系列信号など）と前記制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する。
【０１１４】
また、前記制御対象への入力情報は、前記ＰＩＤ制御器の出力である。
【０１１５】
また、前記制御対象からの出力情報は、前記ＰＩＤ制御器へのフィードバック信号である。
【０１１６】
特に、前記制御装置は、ロボットを制御する装置である。
【０１１７】
図１は、実施例６の制御装置１の中心機能を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。図２は、実施例６の制御装置１のシステム構成を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。
【０１１８】
図１６は、制御装置１と、制御装置１に制御されるロボット８を示す図である。
【０１１９】
ＰＩＤ制御器５は、ロボット８の運動を制御するための操作量（例えば、角度、速度、トルク）を演算する。所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（ロボット８のアーム位置など）の所望のプロフィールを演算する。
【０１２０】
以下、各処理の詳細を説明する。
【０１２１】
＜ＰＩＤゲイン値調整処理許可部（図１７）＞
ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３は、制御対象からの出力情報と制御対象への入力情報とに基づいて、ＰＩＤゲイン値の調整処理を実行するか否かを判定する。具体的には、図１７に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐ＝１を出力する。一方、条件ａ）が成立しない場合、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐ＝０を出力する。
条件ａ）
目標角度Ｔｇ＿Ａｎｇが、所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、位置ＰＯＳが、所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した。
【０１２２】
なお、ΔＴｕ，ΔＵ，ΔＴｙ，ΔＹは、所望の応答性を参考に、予め決めておくとよい。また、ΔＴｕ，ΔＵ，ΔＴｙ，ΔＹは、特定の値ではなく、範囲を示す値でもよい。
【０１２３】
また、入力情報は、Ｔｇ＿Ａｎｇではなく、実角度、又は実角度に応じて変化する他の物理量でもよい。
【０１２４】
また、出力情報は、制御へのフィードバック情報そのものではなく、制御量に関するセンサ出力でもよい。
【０１２５】
＜所望の出力値演算部（図１８）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（ロボット８の位置）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図１８に示すように、制御目標である目標位置Ｔｇ＿ＰＯＳに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望の位置Ｄｅ＿ＰＯＳのプロフィールを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などがある。伝達関数は、予め決めておくとよいが、ロボット８の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。
【０１２６】
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図１９）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図１９に示すように、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐが１の場合、以下の処理を実行する。
【０１２７】
位置ＰＯＳのプロフィールと所望の位置Ｄｅ＿ＰＯＳのプロフィールとの差が最も小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。ｆ＿ｏｐ＝０の場合、調整処理を実行せず現状のＰＩＤゲイン値を維持する。
【０１２８】
位置ＰＯＳのプロフィールと所望の位置Ｄｅ＿ＰＯＳのプロフィールとの差を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜ＰＯＳ−Ｄｅ＿ＰＯＳ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜ＰＯＳ−Ｄｅ＿ＰＯＳ｜であるＬ１ノルムなどがある。Ｊ１やＪ２を最小化するＰＩＤゲイン値は、例えば、ＩＦＴ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｔｕｎｉｎｇ）、ＦＲＩＴ（Ｆｉｃｔｉｔｉｏｕｓ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｔｕｎｉｎｇ）などのデータ駆動制御で決定すればよく、ＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。最適化のための解法は、ニュートン法、ガウス＝ニュートン法などの様々な方法があり、多くの参考文献があるので、ここでは詳述しない。
【０１２９】
なお、本最適化処理は、オフライン、オンラインのどちらで実行してもよい。
【０１３０】
本実施例によれば、ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３が、制御対象への入力情報の所定時間における変化量と制御対象からの出力情報の所定時間における変化量に基づいて、ＰＩＤ制御器ゲイン値の調整処理を実行するか否かを判定する。また、制御対象への入力情報は、ＰＩＤ制御器５の出力であり、制御対象からの出力情報は、ＰＩＤ制御器５へのフィードバック信号である。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、制御対象の所望の出力値を演算し、所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。また、制御装置１は、ロボット８を制御する装置である。
【０１３１】
従って、ＰＩＤゲイン値の調整に用いる適切な条件であるか否かを制御対象への入力情報と制御対象からの出力情報のプロフィールによって判断するので、より広範な動作条件でＰＩＤ制御器ゲイン値の調整処理が実行でき、調整に不適当な条件は排除できる。その結果、高い精度でＰＩＤ制御器ゲイン値の調整が実現でき、ロボット８の経時変化、量産ばらつきなどの特性変化にきめ細かく適応できるので、ロボット８による作業効率や安全性などを向上できる。
【０１３２】
［実施例７］
本実施例においては、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する制御装置において、制御対象へ入力される入力情報が所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、前記制御対象から出力される出力情報が所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した場合、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するためのゲイン値の演算処理（ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するための新たなゲイン値を演算する処理）を許可するかを判定する許可部と、前記許可部による判定に従って、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、を少なくとも備える制御装置について示す。
【０１３３】
また、前記制御装置は、前記制御対象の所望の出力値を演算する演算部を備え、前記ゲイン値調整部は、前記演算された所望の出力値（時系列信号など）と前記制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する。
【０１３４】
また、前記制御対象への入力情報は、前記ＰＩＤ制御器の出力である。
【０１３５】
また、前記制御対象からの出力情報は、前記ＰＩＤ制御器へのフィードバック信号である。
【０１３６】
また、前記制御装置は、ドローンなど飛行体を制御する装置である。
【０１３７】
図１は、実施例７の制御装置１の中心機能を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。図２は、実施例７の制御装置１のシステム構成を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。
【０１３８】
図２０は、制御装置１と、制御装置１に制御されるドローン９を示す図である。
【０１３９】
ＰＩＤ制御器５は、ドローン９の運動を制御するための操作量（例えば、各ロータの回転速度）を演算する。所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（ドローン９の飛行速度など）の所望のプロフィールを演算する。
【０１４０】
以下、各処理の詳細を説明する。
【０１４１】
＜ＰＩＤゲイン値調整処理許可部（図２１）＞
ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３は、制御対象からの出力情報と制御対象への入力情報とに基づいて、ＰＩＤゲイン値の調整処理を実行するか否かを判定する。具体的には、図２１に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐ＝１を出力する。一方、条件ａ）が成立しない場合、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐ＝０を出力する。
条件ａ）
目標ローター回転速度Ｔｇ＿Ｎｅが、所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、飛行速度ＦＳＰが、所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した。
【０１４２】
なお、ΔＴｕ，ΔＵ，ΔＴｙ，ΔＹは、所望の応答性を参考に、予め決めておくとよい。また、ΔＴｕ，ΔＵ，ΔＴｙ，ΔＹは、特定の値ではなく、範囲を示す値でもよい。
【０１４３】
また、入力情報は、Ｔｇ＿Ｎｅではなく、実回転速度、又は実回転速度に応じて変化する他の物理量でもよい。
【０１４４】
また、出力情報は、制御へのフィードバック情報そのものではなく、制御量に関するセンサ出力でもよい。
【０１４５】
＜所望の出力値演算部（図２２）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（ドローン９の飛行速度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図２２に示すように、制御目標である目標飛行速度Ｔｇ＿ＦＳＰに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望の飛行速度Ｄｅ＿ＦＳＰのプロフィールを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などがある。伝達関数は、予め決めておくとよいが、ドローン９の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。
【０１４６】
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図２３）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図２３に示すように、ＰＩＤゲイン値調整処理許可フラグｆ＿ｏｐが１の場合、以下の処理を実行する。
【０１４７】
飛行速度ＦＳＰのプロフィールと所望の飛行速度Ｄｅ＿ＦＳＰのプロフィールとの差が最も小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。ｆ＿ｏｐ＝０の場合、調整処理を実行せず現状のＰＩＤゲイン値を維持する。
【０１４８】
飛行速度ＦＳＰのプロフィールと所望の飛行速度Ｄｅ＿ＦＳＰのプロフィールとの差を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜ＦＳＰ−Ｄｅ＿ＦＳＰ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜ＦＳＰ−Ｄｅ＿ＦＳＰ｜であるＬ１ノルムなどがある。Ｊ１やＪ２を最小化するＰＩＤゲイン値は、例えば、ＩＦＴ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ  Ｔｕｎｉｎｇ）、ＦＲＩＴ（Ｆｉｃｔｉｔｉｏｕｓ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｔｕｎｉｎｇ）などのデータ駆動制御で決定すればよく、ＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。最適化のための解法は、ニュートン法、ガウス＝ニュートン法などの様々な方法があり、多くの参考文献があるので、ここでは詳述しない。
【０１４９】
なお、本最適化処理は、オフライン、オンラインのどちらで実行してもよい。
【０１５０】
本実施例によれば、ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３が、制御対象への入力情報の所定時間における変化量と制御対象からの出力情報の所定時間における変化量に基づいて、ＰＩＤ制御器ゲイン値の調整処理を実行するか否かを判定する。また、制御対象への入力情報は、ＰＩＤ制御器５の出力であり、制御対象からの出力情報は、ＰＩＤ制御器５へのフィードバック信号である。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、制御対象の所望の出力値を演算し、所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。また、制御装置１は、ドローン９を制御する装置である。
【０１５１】
従って、ＰＩＤゲイン値の調整に用いる適切な条件であるか否かを制御対象への入力情報と制御対象からの出力情報のプロフィールによって判断するので、より広範な動作条件でＰＩＤ制御器ゲイン値の調整処理が実行でき、調整に不適当な条件は排除できる。その結果、高い精度でＰＩＤ制御器ゲイン値の調整が実現でき、ドローン９の経時変化、量産ばらつきなどの特性変化にきめ細かく適応できるので、ドローン９による飛行精度や飛行安全性などを向上できる。
【０１５２】
以上に説明したように、本発明の実施例によると、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する制御装置１において、制御対象へ入力される入力情報が所定時間ΔＴｕ内に所定量ΔＵ変化し、かつ、前記制御対象から出力される出力情報が所定時間ΔＴｙ内に所定量ΔＹ変化した場合、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するためにゲイン値の演算処理を許可するかを判定するＰＩＤゲイン値調整処理許可部３と、ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３による判定に従って、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を演算するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、を備えるので、より広範な動作条件でＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整でき、かつ調整に不適当な条件は排除できるので、高い精度でＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整できる。
【０１５３】
また、前記制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４を備え、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、前記演算された所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を演算するので、制御対象を所望の条件で運転できる。
【０１５４】
また、前記制御対象への入力情報は、ＰＩＤ制御器５の出力信号、アクチュエータ駆動信号及びセンサ出力信号の少なくとも一つとしたので、制御対象への入力が実現可能な範囲を考慮して、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整でき、調整に不適当な条件を排除できる。
【０１５５】
また、前記制御対象からの出力情報は、センサ出力信号及び前記ＰＩＤ制御器へのフィードバック信号の少なくとも一つとしたので、制御対象の状態が実現可能な範囲を考慮して、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整でき、調整に不適当な条件を排除できる。
【０１５６】
また、ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３は、ΔＴｕ、ΔＵ、ΔＴｙ、ΔＹ、及び制御目標が所定時間ΔＴｒ内に変化した量Δｒに基づいて、ゲイン値の演算処理を許可するかを判定するので、ノイズによる各信号の出力変動の影響を抑制して、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整できる。
【０１５７】
また、ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３は、過去に前記制御対象への入力情報及び前記制御対象からの出力情報の少なくとも一方が変化するように制御目標が変化した場合の前記制御対象への入力情報が所定時間内ΔＴｕ０で変化した量ΔＵ０及び前記制御対象からの出力情報が所定時間内ΔＴｙ０で変化した量ΔＹ０の少なくとも一方に基づいて、ΔＵ、ΔＹの少なくとも一つを決定するので、過去に制御対象が正常に運転された動作条件でＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整できるので、高い精度でＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整できる。
【０１５８】
また、ＰＩＤゲイン値調整処理許可部３は、前記制御対象への入力情報及び前記制御対象からの出力情報の少なくとも一方が変化するように制御目標が変化した場合の所望の出力値演算部４の出力値が所定時間内ΔＴｙｄで変化した量ΔＹｄに基づいて、ΔＹを決定するので、制御対象への出力が実現可能な範囲を考慮して、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整でき、調整に不適当な条件を排除できる。
【０１５９】
また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＩＦＴ又はＦＲＩＴを用いて構成されるので、公知の方法を用いてＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整でき、演算処理を簡易にできる。
【０１６０】
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。
【０１６１】
また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
【０１６２】
各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。
【０１６３】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。
【符号の説明】
【０１６４】
１  制御装置
２  ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部
３  ＰＩＤゲイン値調整処理許可部
４  所望の出力値演算部
５  ＰＩＤ制御器
６  発電プラント
７  自動運転車
８  ロボット
９  ドローン
１１  制御装置の記憶装置
１２  制御装置のＣＰＵ
１３  制御装置のＲＯＭ
１４  制御装置のＲＡＭ
１５  制御装置のデータバス
１６  制御装置の入力回路
１７  制御装置の入出力ポート
１８  制御装置の出力回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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