(57)【要約】      （修正有）【課題】制御対象の信頼性や安定性を確保しつつ、運転効率や生産効率を向上する。【解決手段】制御対象の所望の出力値を演算する演算部４と、前記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制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部２と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、及び、前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部６とを備える。【選択図】図１
2020149178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、
前記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制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、
前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備え、
前記パラメータ変更部は、
前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、
前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、及び、
前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、前記演算部のパラメータ値を変更す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、
前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように、前記演算部のパラメータ値を変更することを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の制御装置であって、
前記パラメータ変更部は、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、前記ゲイン値が所定範囲内となるように、前記演算部のパラメータ値を変更することを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の制御装置であって、
前記パラメータ変更部は、前記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、前記演算部のパラメータ値を変更することを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１に記載の制御装置であって、
前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更することを特徴とする制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載の制御装置であって、
前記演算部は、伝達関数で表されることを特徴とする制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の制御装置であって、
前記パラメータ変更部は、前記演算部のパラメータ値として、前記伝達関数の時定数を変更することを特徴とする制御装置。
【請求項８】
請求項６に記載の制御装置であって、
前記パラメータ変更部は、前記演算部のパラメータ値として、前記伝達関数の次数を変更することを特徴とする制御装置。
【請求項９】
請求項１に記載の制御装置であって、
前記ゲイン値調整部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、ＰＩＤゲイン値を再調整し、
前記パラメータ変更部は、前記再調整されたＰＩＤゲイン値を用いて制御したとき、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記演算部のパラメータ値を変更することを特徴とする制御装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の制御装置であって、
前記パラメータ変更部は、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、前記制御対象への入力値が所定範囲内となるように、前記演算部のパラメータの値を変更することを特徴とする制御装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の制御装置であって、
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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術の背景技術として、特開２０１５−７６０２４（特許文献１）がある。この文献には、「プラントの設定値を変更したときの設定値、操作変数、制御変数を計測し、計測した信号をフィッティングして規範モデルのベース関数を定義し、ベース関数に制御応答を調整する調整パラメータを導入して規範モデルとする。設定値変更時の制御変数と操作変数の応答、または、外乱信号印加時の制御変数の応答を推定し、これらの応答データから制御特性を表す指標を抽出する。この指標を基に定義した評価関数を用いて調整パラメータの最適値を求めることにより、要求される制御特性に応じた規範モデルを決定し、制御ゲインの最適化を図る。」が記載されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−７６０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した先行技術（特許文献１）では、規範モデル（参照モデル）のパラメータを再調整するための運転条件を用意し、事前の知見に基づいてパラメータ調整するものであり、通常運転時に事前の知見なしにパラメータを再調整するものではない。また、ＰＩＤ制御器におけるＰＩＤゲインが実現可能な範囲を考慮した再調整方法でもない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記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制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、及び、前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一態様によれば、制御対象の信頼性や安定性を確保しつつ、運転効率や生産効率を向上できる。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】
【０００７】
【図１】実施例１〜８における制御装置の全体の構成を示す図である。
【図２】実施例１〜８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、４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、２、４、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５】実施例１、４におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。
【図６】実施例１〜３、５〜８におけるパラメータ変更部の処理を示す図である。
【図７】実施例１〜３、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８】実施例２における制御装置と制御対象を示す図である。
【図９】実施例２におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。
【図１０】実施例３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３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１２】実施例３におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。
【図１３】実施例４におけるパラメータ変更部の処理を示す図である。
【図１４】実施例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１５】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１６】実施例５におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。
【図１７】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１８】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１９】実施例６におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。
【図２０】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２１】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２２】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。
【図２３】実施例７におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。
【図２４】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２５】実施例８における制御装置と制御対象を示す図である。
【図２６】実施例８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２７】実施例８におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。
【図２８】実施例８における所望の出力値演算部の処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【０００９】
［実施例１］
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値（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、ＰＩＤ制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備える制御装置について示す。
【００１０】
特に、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように（小さくなるように）、前記演算部のパラメータ値を変更する。
【００１１】
また、前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。
【００１２】
また、前記演算部は伝達関数で表され、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する。
【００１３】
また、前記制御装置は、プラントを制御する装置である。
【００１４】
図１は、実施例１の制御装置１の全体の構成を示す図である。
【００１５】
制御装置１において、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。パラメータ変更判定部３は、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２が新たに演算したゲイン値が所定範囲にあるか否かの判定、前記ゲイン値が所定値に達したか否かの判定、及び制御対象への入力値が所定範囲にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。パラメータ変更部６は、パラメータ変更判定部３が変更を許可したとき、所望の出力値演算部４の変更パラメータ（パラメータ値）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、制御対象の出力の所望のプロフィールを演算する。ＰＩＤ制御器５は、制御対象を制御するための操作量を演算する。
【００１６】
図２は、制御装置１のシステム構成図である。
【００１７】
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の信号などである。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のアクチュエータ駆動信号などである。
【００１８】
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。
【００１９】
図３は、制御装置１と、制御装置１に制御されるプラント７とを示す図である。
【００２０】
パラメータ変更判定部３は、制御対象からの出力のオーバーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定、及びアンダーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。ＰＩＤ制御器５は、プラント７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。
【００２１】
以下、各処理の詳細を説明する。
【００２２】
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図４）＞
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４に示すように、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、調整後ＰＩＤゲイン暫定値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値の暫定値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。
【００２３】
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としては、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。
【００２４】
なお、本調整処理は、オフライン、オンラインのどちらで実行してもよい。
【００２５】
＜パラメータ変更判定部（図５）＞
パラメータ変更判定部３は、制御対象からの出力のオーバーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定、及びアンダーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。具体的には、図５に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝１を出力する。一方、条件ａ）が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝０を出力する。
条件ａ）
Ｔｄｅｇのオーバーシュート量がＫ＿Ｔｄｅｇ＿Ｏ１以上、又は、
Ｔｄｅｇのアンダーシュート量がＫ＿Ｔｄｅｇ＿Ｕ１以上
【００２６】
＜パラメータ変更部（図６）＞
パラメータ変更部６は、パラメータ変更判定部３で変更が許可された場合、所望の出力値演算部４の変更パラメータ（パラメータ値）を演算する。具体的には、図６に示す処理を実行する。
・ｆｐ＿ｒｅｆ＝１の場合、所望の出力値演算部パラメータｂ１を下記のように（パラメータｂ１が大きくなるように）補正して、制御対象の出力の推定値の応答特性を低下する。
ｂ１＝ｂ１＋ｋ１＿ｂ１
・ｆｐ＿ｒｅｆ＝０の場合、所望の出力値演算部パラメータｂ１は、現在の値を維持する。
【００２７】
＜所望の出力値演算部（図７）＞
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７の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図７に示す処理を実行する。
【００２８】
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。
【００２９】
また、伝達関数のパラメータの一つであるｂ１は、可変とし、パラメータ変更部６で演算された値を用いるとよい。パラメータｂ１は、伝達関数の分母多項式の係数の一つであり、ｂ１の値が大きいほど、当該伝達関数の応答性が遅い性質がある。
【００３０】
なお、パラメータ変更判定部３で、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合は、直ちにｆｐ＿ｒｅｆ＝１とせず、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によりＰＩＤゲイン値を再調整して、再調整されたＰＩＤゲイン値を用いて制御したとき、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、ｆｐ＿ｒｅｆ＝１としてもよい。
【００３１】
本実施例によれば、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する制御装置１は、制御対象（プラント７）の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値演算部４によって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、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更するパラメータ変更部６とからなる。また、パラメータ変更部６は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように（小さくなるように）、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更する。また、パラメータ変更部６は、所望の出力値演算部４の応答性が遅くなるように、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更する。また、所望の出力値演算部４は伝達関数で表され、パラメータ変更部６は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する。また、前記制御装置１は、プラント７を制御する装置である。
【００３２】
前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが発生しているとき（所定範囲にない場合）は、所望の出力値演算部４の出力値が、理論的に実現できない出力値（プロフィール）となっている可能性がある。すなわち、ＰＩＤ制御器５によるゲイン値の補正では実現できない出力値（プロフィール）となっている可能性がある。この場合、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制するために、前記制御対象の所望の出力値（プロフィール）を理論的に実現可能な値に補正する必要がある。所望の出力値演算部４が伝達関数で表される場合、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。従って、オーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが相当程度小さくなるまで当該伝達関数の応答性を遅らせるべく、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値を大きくする。つまり、ＰＩＤゲインには安全上や仕様上などの理由から限界値が設定されていることがあり、ＰＩＤゲイン値が該限界値を超えない範囲で所望の出力値演算部４のパラメータの値を変更するので、ＰＩＤゲインが実現可能な範囲を考慮して、所望の出力値演算部４のパラメータ値を再調整できる。
【００３３】
これにより、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部４のパラメータ値を再調整することによって、前記制御対象の出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。その結果、稼働環境下で、プラント７の理論的限界を考慮しつつ、ＰＩＤ制御ゲインを安定的に調整でき、プラント７の信頼性や安定性を確保しつつ、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、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値（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、ＰＩＤ制御器のゲイン値を演算するゲイン値調整部と、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、又は当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備える制御装置について示す。
【００３５】
特に、前記パラメータ変更部は、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、前記ゲイン値が所定範囲内となるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。
【００３６】
また、前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、パラメータ値を変更する。
【００３７】
また、前記演算部は伝達関数で表され、前記パラメータ変更部は、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、又は当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、前記伝達関数の時定数を変更する。
【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】
図１は、実施例２の制御装置１の全体の構成を示しており、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。
【００４０】
図８は、制御装置１と、制御装置１に制御されるプラント７とを示す図である。
【００４１】
パラメータ変更判定部３は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にあるか否かの判定、及び当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達したか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。それ以外は、実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００４２】
以下、各処理の詳細を説明する。
【００４３】
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図４）＞
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４に示す実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００４４】
＜パラメータ変更判定部（図９）＞
パラメータ変更判定部３は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にあるか否かの判定、及び当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達したか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。具体的には、図９に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝１を出力する。一方、条件ａ）が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝０を出力する。
条件ａ）  新たに演算されたゲイン値が所定値に達したか否かを判定する場合
Kp_new ≧ K_Kp_new_H、又は
Ki_new ≧ K_Ki_new_H、又は
Kd_new ≧ K_Kd_new_H
条件ａ）  新たに演算されたゲイン値が所定範囲にあるか否かを判定する場合
K_Kp_new_L ≧ Kp_new、又は
Kp_new ≧ K_Kp_new_H、又は
K_Ki_new_L ≧ Ki_new、又は
Ki_new ≧ K_Ki_new_H、又は
K_Kd_new_L ≧ Kd_new、又は
Kd_new ≧ K_Kd_new_H
【００４５】
＜パラメータ変更部（図６）＞
パラメータ変更部６は、パラメータ変更判定部３で変更が許可された場合、所望の出力値演算部４の変更パラメータ（パラメータ値）を演算する。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。
【００４６】
＜所望の出力値演算部（図７）＞
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７の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図７に示す実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００４７】
本実施例によれば、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する制御装置１は、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と、所望の出力値演算部４によって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、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、前記ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、又は、当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更するパラメータ変更部６とからなる。また、パラメータ変更部６は、前記ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、前記ゲイン値が所定範囲内となるように、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更する。また、パラメータ変更部６は、前記制御対象の所望の出力値演算部４の応答性が遅くなるように、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更する。また、所望の出力値演算部４は伝達関数で表され、パラメータ変更部６は、前記ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、又は当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、前記伝達関数の時定数を変更する。また、前記制御装置は、プラント７を制御する装置である。
【００４８】
前記ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、又は当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、所望の出力値演算部４の出力値が、制御システムの仕様上、現実に実現できない出力値（プロフィール）となっている可能性がある。すなわち、ＰＩＤ制御器５によるゲイン値の補正では実現できない出力値（プロフィール）となっている可能性がある。この場合、前記ゲイン値を適正化するために、制御対象の所望の出力値（プロフィール）を現実に実現可能な値に補正する必要がある。所望の出力値演算部４が伝達関数で表される場合、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。従って、ゲイン値が適正化される（例えば所定範囲内になる）まで、当該伝達関数の応答性を遅らせるべく、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値を大きくする。
【００４９】
これにより、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部４のパラメータ値を再調整することによって、ゲイン値を適正化できる。その結果、稼働環境下で、プラント７の理論的限界を考慮しつつ、ＰＩＤ制御ゲインを安定的に調整でき、プラント７の信頼性や安定性を確保しつつ、運転効率や生産効率を向上できる。
【００５０】
［実施例３］
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値（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、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するゲイン値調整部と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備える制御装置について示す。
【００５１】
特に、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記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、前記演算部のパラメータ値を変更する。
【００５２】
また、前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。
【００５３】
また、前記演算部は伝達関数で表され、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する。
【００５４】
また、前記制御装置は、プラントを制御する装置である。
【００５５】
図１は、実施例３の制御装置１の全体の構成を示しており、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。
【００５６】
図１０は、制御装置１と、制御装置１に制御されるプラント７とを示す図である。
【００５７】
パラメータ変更判定部３は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にあるか否かの判定、当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達したか否かの判定、及び評価指数（所望の出力値と制御対象の出力値との差に相当する値）が所定値以下となっているか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。それ以外は、実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００５８】
以下、各処理の詳細を説明する。
【００５９】
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図１１）＞
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１１に示すように、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、調整後ＰＩＤゲイン暫定値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値の暫定値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。
【００６０】
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としては、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。
【００６１】
また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、評価関数の値（Ｊ１、Ｊ２などの評価指数）を出力する。
【００６２】
なお、本調整処理は、オフライン、オンラインのどちらで実行してもよい。
【００６３】
＜パラメータ変更判定部（図１２）＞
パラメータ変更判定部３は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にあるか否かの判定、及び当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達したか否かの判定をの少なくとも一つ実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。具体的には、図１２に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝１を出力する。一方、条件ａ）が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝０を出力する。
条件ａ）  新たに演算されたゲイン値が所定値に達したか否かを判定する場合
・fp_ref（前回値）= 0 の場合、
Kp_new ≧ K_Kp_new_H、又は
Ki_new ≧ K_Ki_new_H、又は
Kd_new ≧ K_Kd_new_H
・fp_ref（前回値）= 1 の場合、
J2 ≧ K_J2_H (又は、J1 ≧K_J1_H)
条件ａ）  新たに演算されたゲイン値が所定範囲にあるか否かを判定する場合
・fp_ref（前回値）= 0 の場合、
K_Kp_new_L ≧ Kp_new、又は
Kp_new ≧ K_Kp_new_H、又は
K_Ki_new_L ≧ Ki_new、又は
Ki_new ≧ K_Ki_new_H、又は
K_Kd_new_L ≧ Kd_new、又は
Kd_new ≧ K_Kd_new_H
・fp_ref（前回値）= 1 の場合、
J2 ≧ K_J2_H (又は、J1 ≧ K_J1_H)
【００６４】
＜パラメータ変更部（図６）＞
パラメータ変更部６は、パラメータ変更判定部３で変更が許可された場合、所望の出力値演算部４の変更パラメータ（パラメータ値）を演算する。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。
【００６５】
＜所望の出力値演算部（図７）＞
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７の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図７に示す実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００６６】
本実施例によれば、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する制御装置１は、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と、所望の出力値演算部４によって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、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更するパラメータ変更部６とからなる。また、パラメータ変更部６は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記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、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更する。また、パラメータ変更部６は、前記演算部の応答性が遅くなるように、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更する。また、前記演算部は伝達関数で表され、パラメータ変更部６は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する。また、前記制御装置は、プラント７を制御する装置である。
【００６７】
前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが発生しているとき（所定範囲にない場合）は、所望の出力値演算部４の出力値が、理論的に実現できない出力値（プロフィール）となっている可能性がある。すなわち、ＰＩＤ制御器５によるゲイン値の補正では実現できない出力値（プロフィール）となっている可能性がある。この場合、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制するために、前記制御対象の所望の出力値（プロフィール）を理論的に実現可能な値に補正する必要がある。所望の出力値演算部４が伝達関数で表される場合、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。従って、前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が相当程度小さくなるまで、当該伝達関数の応答性を遅らせるべく、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値を大きくする。
【００６８】
これにより、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部４のパラメータ値を再調整することによって、前記制御対象の出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。その結果、稼働環境下で、プラント７の理論的限界を考慮しつつ、ＰＩＤ制御ゲインを安定的に調整でき、プラント７の信頼性や安定性を確保しつつ、運転効率や生産効率を向上できる。
【００６９】
［実施例４］
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値（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、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するゲイン値調整部と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備える制御装置について示す。
【００７０】
また、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように（小さくなるように）、前記演算部のパラメータ値を変更する。
【００７１】
また、前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。
【００７２】
特に、前記演算部は伝達関数で表され、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の次数を変更する。
【００７３】
また、前記制御装置は、プラントを制御する装置である。
【００７４】
図１は、実施例４の制御装置１の全体の構成を示しており、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。図３は、実施例４の制御装置１と、制御装置１に制御されるプラント７を示しているが、実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００７５】
以下、各処理の詳細を説明する。
【００７６】
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図４）＞
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４に示す実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００７７】
＜パラメータ変更判定部（図５）＞
パラメータ変更判定部３は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２において、新たに演算されたゲイン値が所定範囲にあるか否かの判定、及び当該新たに演算されたゲイン値が所定値に達したか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。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。
【００７８】
＜パラメータ変更部（図１３）＞
パラメータ変更部６は、パラメータ変更判定部３で変更が許可された場合、所望の出力値演算部４の変更パラメータ（パラメータ値）を演算する。具体的には、図１３に示す処理を実行する。
・ｆｐ＿ｒｅｆ＝１の場合、所望の出力値演算部パラメータｎ（伝達関数の分母次数）を
下記のように（伝達関数の分母次数ｎが大きくなるように）補正して、制御対象の出力の推定値の応答特性を低下する。
ｎ＝ｎ＋１
・ｆｐ＿ｒｅｆ＝０の場合、所望の出力値演算部パラメータｎ（伝達関数の分母次数）は、現在の値を維持する。
【００７９】
＜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（プラント７の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図１４に示す処理を実行する。
【００８０】
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。
【００８１】
また、伝達関数のパラメータの一つである伝達関数の分母次数ｎは、可変とし、パラメータ変更部６で演算された値を用いるとよい。パラメータｎは、伝達関数の分母多項式の次数の一つであり、ｎの値が大きいほど、一般的に当該伝達関数の応答性が遅い性質がある。
【００８２】
なお、パラメータ変更判定部３で、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合は、直ちにｆｐ＿ｒｅｆ＝１とせず、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によりＰＩＤゲイン値を再調整して、再調整されたＰＩＤゲイン値を用いて制御したとき、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、ｆｐ＿ｒｅｆ＝１としてもよい。
【００８３】
本実施例によれば、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する制御装置１は、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と、所望の出力値演算部４によって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、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更するパラメータ変更部６とからなる。また、パラメータ変更部６は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内となるように（小さくなるように）、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更する。また、パラメータ変更部６は、所望の出力値演算部４の応答性が遅くなるように、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更する。また、所望の出力値演算部４は伝達関数で表され、パラメータ変更部６は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の次数を変更する。また、前記制御装置は、プラント７を制御する装置である。
【００８４】
前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが発生しているとき（所定範囲にない場合）、所望の出力値演算部４の出力値が理論的に実現できない出力値（プロフィール）となっている可能性がある。すなわち、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の補正では実現できない出力値（プロフィール）となっている可能性がある。この場合、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制するために、前記制御対象の所望の出力値（プロフィール）を理論的に実現可能な値に補正する必要がある。制御対象の所望の出力値演算部４が伝達関数で表される場合、当該伝達関数の分母多項式における次数相当の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。従って、オーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが相当程度小さくなるまで当該伝達関数の応答性を遅らせるべく、当該伝達関数の分母多項式における次数相当の値を大きくする。
【００８５】
これにより、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部４のパラメータ値を再調整することによって、前記制御対象の出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。その結果、稼働環境下で、プラント７の理論的限界を考慮しつつ、ＰＩＤ制御ゲインを安定的に調整でき、プラント７の信頼性や安定性を確保しつつ、運転効率や生産効率を向上できる。
【００８６】
［実施例５］
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値（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、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するゲイン値調整部と、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、又は前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備える制御装置について示す。
【００８７】
特に、前記パラメータ変更部は、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、又は前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、前記制御対象への入力値が所定範囲内となるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。
【００８８】
また、前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。
【００８９】
また、前記演算部は伝達関数で表され、前記パラメータ変更部は、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、又は前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、前記伝達関数の時定数を変更する。
【００９０】
また、前記制御装置は、プラントを制御する装置である。
【００９１】
図１は、実施例５の制御装置１の全体の構成を示しており、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。
【００９２】
図１５は、制御装置１と、制御装置１に制御されるプラント７とを示す図である。
【００９３】
パラメータ変更判定部３は、ＰＩＤ制御器５の出力（制御対象への入力）である操作量が所定範囲にあるか否かの判定、及び前記ゲイン値が所定値に達したか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。それ以外は、実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００９４】
以下、各処理の詳細を説明する。
【００９５】
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図４）＞
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４に示す実施例１と同じであるので、詳述しない。
【００９６】
＜パラメータ変更判定部（図１６）＞
パラメータ変更判定部３は、ＰＩＤ制御器５の出力（制御対象への入力）である操作量が所定範囲にあるか否かの判定、及び前記ゲイン値が所定値に達したか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。具体的には、図１６に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝１を出力する。一方、条件ａ）が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝０を出力する。
条件ａ）
Tg_VO≧K_Tg_VO_H
【００９７】
なお、ＰＩＤ制御器５の出力であるＴｇ＿ＶＯ（目標バルブ開度）ではなく、ＰＩＤ制御器５で演算されるＰ分、Ｉ分、Ｄ分のそれぞれに対して、所定範囲にあるか否かで判定してもよい。また、制御対象への入力は、ＰＩＤ制御器５の出力である目標バルブ開度だけでなく、目標燃料流量、実バルブ開度、燃料流量などの制御対象への入力情報でもよい。
【００９８】
＜パラメータ変更部（図６）＞
パラメータ変更部６は、パラメータ変更判定部３で変更が許可された場合、所望の出力値演算部４の変更パラメータ（パラメータ値）を演算する。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。
【００９９】
＜所望の出力値演算部（図７）＞
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７の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図７に示す実施例１と同じであるので、詳述しない。
【０１００】
本実施例によれば、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する制御装置１は、制御対象（プラント７）の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値演算部４によって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、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、又は前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更するパラメータ変更部６とからなる。また、パラメータ変更部６は、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、又は前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、前記制御対象への入力値が所定範囲内となるように、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更する。また、パラメータ変更部６は、所望の出力値演算部４の応答性が遅くなるように、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更する。また、所望の出力値演算部４は伝達関数で表され、パラメータ変更部６は、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、又は前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、前記伝達関数の時定数を変更する。また、前記制御装置１は、プラント７を制御する装置である。
【０１０１】
前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、又は前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、所望の出力値演算部４の出力値が、制御システムの仕様上、現実に実現できない出力値（プロフィール）となっている可能性がある。すなわち、操作量などの制御対象への入力値が実現不可能な出力値（プロフィール）となっている可能性がある。この場合、制御対象への入力値を適正化するために、前記制御対象の所望の出力値（プロフィール）を現実に実現可能な値に補正する必要がある。所望の出力値演算部４が伝達関数で表される場合、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。従って、ゲイン値を適正化される（例えば所定範囲内になる）まで、当該伝達関数の応答性を遅らせるべく、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値を大きくする。つまり、制御対象への入力値には安全上や仕様上などの理由から限界値が設定されていることがあり、入力値が該限界値を超えない範囲で所望の出力値演算部４のパラメータの値を変更するので、稼働環境下で制御対象の安全性や仕様上の制約を考慮して、所望の出力値演算部４のパラメータ値を再調整できる。
【０１０２】
これにより、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部４のパラメータ値を再調整することによって、操作量などの制御対象への入力値を適正化できる。その結果、稼働環境下で、プラント７の理論的限界を考慮しつつ、ＰＩＤ制御ゲインを安定的に調整でき、プラント７の信頼性や安定性を確保しつつ、運転効率や生産効率を向上できる。
【０１０３】
［実施例６］
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値（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、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するゲイン値調整部と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備える制御装置について示す。
【０１０４】
また、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように（小さくなるように）、前記演算部のパラメータ値を変更する。
【０１０５】
また、前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。
【０１０６】
また、前記演算部は伝達関数で表され、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する
【０１０７】
特に、前記制御装置は、自動運転車を制御する装置である。
【０１０８】
図１は、実施例６の制御装置１の全体の構成を示しており、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。
【０１０９】
図１７は、制御装置１と、制御装置１に制御される自動運転車８とを示す図である。
【０１１０】
パラメータ変更判定部３は、制御対象からの出力のオーバーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定、及びアンダーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。ＰＩＤ制御器５は、自動運転車８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）を演算する。
【０１１１】
以下、各処理の詳細を説明する。
【０１１２】
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図１８）＞
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１８に示すように、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、調整後ＰＩＤゲイン暫定値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値の暫定値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ＿ｔｍｐ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
＜パラメータ変更判定部（図１９）＞
パラメータ変更判定部３は、制御対象からの出力のオーバーシュート量の判定、及びアンダーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。具体的には、図１９に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝１を出力する。一方、条件ａ）が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝０を出力する。
条件ａ）
ＶＳＰのオーバーシュート量がＫ＿ＶＳＰ＿Ｏ１以上、又は、
ＶＳＰのアンダーシュート量がＫ＿ＶＳＰ＿Ｕ１以上
【０１１６】
＜パラメータ変更部（図６）＞
パラメータ変更部６は、パラメータ変更判定部３で変更が許可された場合、所望の出力値演算部４の変更パラメータ（パラメータ値）を演算する。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。
【０１１７】
＜所望の出力値演算部（図２０）＞
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８の速度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図２０に示す処理を実行する。
【０１１８】
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。
【０１１９】
また、伝達関数のパラメータの一つであるｂ１は、可変とし、パラメータ変更部６で演算された値を用いるとよい。パラメータｂ１は、伝達関数の分母多項式の係数の一つであり、ｂ１の値が大きいほど、当該伝達関数の応答性が遅い性質がある。
【０１２０】
なお、パラメータ変更判定部３で、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合は、直ちにｆｐ＿ｒｅｆ＝１とせず、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によりＰＩＤゲイン値を再調整して、再調整されたＰＩＤゲイン値を用いて制御したとき、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、ｆｐ＿ｒｅｆ＝１してもよい。
【０１２１】
本実施例によれば、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する制御装置１は、制御対象（自動運転車８）の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値演算部４によって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、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更するパラメータ変更部６とからなる。また、パラメータ変更部６は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように（小さくなるように）、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更する。また、パラメータ変更部６は、所望の出力値演算部４の応答性が遅くなるように、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更する。また、所望の出力値演算部４は伝達関数で表され、パラメータ変更部６は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する。また、前記制御装置は、自動運転車８を制御する装置である。
【０１２２】
前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが発生しているとき（所定範囲にない場合）は、所望の出力値演算部４の出力値が、理論的に実現できない出力値（プロフィール）となっている可能性がある。すなわち、ＰＩＤ制御器５によるゲイン値の補正では実現できない出力値（プロフィール）となっている可能性がある。この場合、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制するために、前記制御対象の所望の出力値（プロフィール）を理論的に実現可能な値に補正する必要がある。所望の出力値演算部４が伝達関数で表される場合、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。従って、オーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが相当程度小さくなるまで当該伝達関数の応答性を遅らせるべく、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値を大きくする。
【０１２３】
これにより、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部４のパラメータ値を再調整することによって、前記制御対象の出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。その結果、稼働環境下で、自動運転車８の運動の理論的限界を考慮しつつ、ＰＩＤ制御ゲインを安定的に調整でき、自動運転車８の信頼性や安定性を確保しつつ、運転性やエネルギー効率を向上できる。
【０１２４】
［実施例７］
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値（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、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するゲイン値調整部と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備える制御装置について示す。
【０１２５】
また、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように（小さくなるように）、前記演算部のパラメータ値を変更する。
【０１２６】
また、前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。
【０１２７】
また、前記演算部は伝達関数で表され、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する
【０１２８】
特に、前記制御装置は、ロボットを制御する装置である。
【０１２９】
図１は、実施例７の制御装置１の全体の構成を示しており、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。
【０１３０】
図２１は、制御装置１と、制御装置１に制御されるロボット９とを示す図である。
【０１３１】
パラメータ変更判定部３は、制御対象からの出力のオーバーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定、及びアンダーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。ＰＩＤ制御器５は、ロボット９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。
【０１３２】
以下、各処理の詳細を説明する。
【０１３３】
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図２２）＞
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２２に示すように、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、調整後ＰＩＤゲイン暫定値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値の暫定値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
＜パラメータ変更判定部（図２３）＞
パラメータ変更判定部３は、制御対象からの出力のオーバーシュート量の判定、及びアンダーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。具体的には、図２３に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝１を出力する。一方、条件ａ）が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝０を出力する。
条件ａ）
ＰＯＳのオーバーシュート量がＫ＿ＰＯＳ＿Ｏ１以上、又は、
ＰＯＳのアンダーシュート量がＫ＿ＰＯＳ＿Ｕ１以上
【０１３７】
＜パラメータ変更部（図６）＞
パラメータ変更部６は、パラメータ変更判定部３で変更が許可された場合、所望の出力値演算部４の変更パラメータ（パラメータ値）を演算する。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。
【０１３８】
＜所望の出力値演算部（図２４）＞
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９の位置）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図２４に示す処理を実行する。
【０１３９】
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。
【０１４０】
また、伝達関数のパラメータの一つであるｂ１は、可変とし、パラメータ変更部６で演算された値を用いるとよい。パラメータｂ１は、伝達関数の分母多項式の係数の一つであり、ｂ１の値が大きいほど、当該伝達関数の応答性が遅い性質がある。
【０１４１】
なお、パラメータ変更判定部３で、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合は、直ちにｆｐ＿ｒｅｆ＝１とせず、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によりＰＩＤゲイン値を再調整して、再調整されたＰＩＤゲイン値を用いて制御したとき、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、ｆｐ＿ｒｅｆ＝１としてもよい。
【０１４２】
本実施例によれば、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する制御装置１は、制御対象（ロボット９）の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値演算部４
によって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、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更するパラメータ変更部６とからなる。また、パラメータ変更部６は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように（小さくなるように）、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更する。また、パラメータ変更部６は、所望の出力値演算部４の応答性が遅くなるように、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更する。また、所望の出力値演算部４は伝達関数で表され、パラメータ変更部６は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する。また、前記制御装置は、ロボット９を制御する装置である。
【０１４３】
前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが発生しているとき（所定範囲にない場合）は、所望の出力値演算部４の出力値が、理論的に実現できない出力値（プロフィール）となっている可能性がある。すなわち、ＰＩＤ制御器５によるゲイン値の補正では実現できない出力値（プロフィール）となっている可能性がある。この場合、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制するために、前記制御対象の所望の出力値（プロフィール）を理論的に実現可能な値に補正する必要がある。所望の出力値演算部４が伝達関数で表される場合、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。従って、オーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが相当程度小さくなるまで当該伝達関数の応答性を遅らせるべく、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値を大きくする。
【０１４４】
これにより、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部４のパラメータ値を再調整することによって、前記制御対象の出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。その結果、稼働環境下で、ロボット９の動作の理論的限界を考慮しつつ、ＰＩＤ制御ゲインを安定的に調整でき、ロボット９の信頼性や安定性を確保しつつ、作業性やエネルギー効率を向上できる。
【０１４５】
［実施例８］
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値（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、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するゲイン値調整部と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備える制御装置について示す。
【０１４６】
また、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように（小さくなるように）、前記演算部のパラメータ値を変更する。
【０１４７】
また、前記パラメータ変更部は、前記演算部の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更する。
【０１４８】
また、前記演算部は伝達関数で表され、前記パラメータ変更部は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する
【０１４９】
特に、前記制御装置は、ドローンなどの飛行体を制御する装置である。
【０１５０】
図１は、実施例８の制御装置１の全体の構成を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。図２は、実施例８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。
【０１５１】
図２５は、制御装置１と、制御装置１に制御されるドローン１０とを示す図である。
【０１５２】
パラメータ変更判定部３は、制御対象からの出力のオーバーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定、及びアンダーシュート量が所定範囲にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。ＰＩＤ制御器５は、ドローン１０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。
【０１５３】
以下、各処理の詳細を説明する。
【０１５４】
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図２６）＞
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２６に示すように、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、調整後ＰＩＤゲイン暫定値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値の暫定値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。
【０１５５】
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＝｜｜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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
＜パラメータ変更判定部（図２７）＞
パラメータ変更判定部３は、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にあるか否かを判定し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。具体的には、図２７に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝１を出力する。一方、条件ａ）が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝０を出力する。
条件ａ）
ＦＳＰのオーバーシュート量がＫ＿ＦＳＰ＿Ｏ１以上、又は、
ＦＳＰのアンダーシュート量がＫ＿ＦＳＰ＿Ｕ１以上
【０１５８】
＜パラメータ変更部（図６）＞
パラメータ変更部６は、パラメータ変更判定部３で変更が許可された場合、所望の出力値演算部４の変更パラメータ（パラメータ値）を演算する。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。
【０１５９】
＜所望の出力値演算部（図２８）＞
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１０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２８に示す処理を実行する。
【０１６０】
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、所望の位置Ｄｅ＿ＦＳＰ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。
【０１６１】
また、伝達関数のパラメータの一つであるｂ１は、可変とし、パラメータ変更部６で演算された値を用いるとよい。パラメータｂ１は、伝達関数の分母多項式の係数の一つであり、ｂ１の値が大きいほど、当該伝達関数の応答性が遅い性質がある。
【０１６２】
なお、パラメータ変更判定部３で、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合は、直ちにｆｐ＿ｒｅｆ＝１とせず、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によりＰＩＤゲイン値を再調整して、再調整されたＰＩＤゲイン値を用いて制御したとき、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、ｆｐ＿ｒｅｆ＝１としてもよい。
【０１６３】
本実施例によれば、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する制御装置１は、制御対象（ロボット９）の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値演算部４
によって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、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、所定の出力値演算部４のパラメータ値を変更するパラメータ変更部６とからなる。また、パラメータ変更部６は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように（小さくなるように）、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更する。また、パラメータ変更部６は、所望の出力値演算部４の応答性が遅くなるように、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更する。また、所望の出力値演算部４は伝達関数で表され、パラメータ変更部６は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記伝達関数の時定数を変更する。また、前記制御装置は、ドローン１０などの飛行体を制御する装置である。
【０１６４】
前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが発生しているとき（所定範囲にない場合）は、所望の出力値演算部４の出力値が、理論的に実現できない出力値（プロフィール）となっている可能性がある。すなわち、ＰＩＤ制御器５によるゲイン値の補正では実現できない出力値（プロフィール）となっている可能性がある。この場合、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制するために、前記制御対象の所望の出力値（プロフィール）を理論的に実現可能な値に補正する必要がある。所望の出力値演算部４が伝達関数で表される場合、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。従って、オーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが相当程度小さくなるまで当該伝達関数の応答性を遅らせるべく、当該伝達関数の分母多項式における時定数相当の値を大きくする。
【０１６５】
これにより、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部４のパラメータ値を再調整することによって、前記制御対象の出力のオーバーシュート及びアンダーシュートを抑制できる。その結果、稼働環境下で、ドローン１０の飛行運動の理論的限界を考慮しつつ、ＰＩＤ制御ゲインを安定的に調整でき、ドローン１０の信頼性や安定性を確保しつつ、運動性やエネルギー効率を向上できる。
【０１６６】
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は、制御対象（プラント７、自動運転車８、ロボット９、ドローン１０など）の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、前記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ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更するパラメータ変更部６とを備え、パラメータ変更部６は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、及び、前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更するので、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部４のパラメータ値を再調整できる。
【０１６７】
また、パラメータ変更部６は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、前記オーバーシュート量及び前記アンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内となるように、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更するので、オーバーシュート及びアンダーシュートを抑制し、事前の知見なしに、通常運転時に所望の出力値演算部４のパラメータ値を再調整できる。
【０１６８】
また、パラメータ変更部６は、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲にない場合、前記ゲイン値が所定範囲内となるように、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更するので、ＰＩＤゲインが実現可能な範囲を考慮して、所望の出力値演算部４のパラメータ値を設定できる。特に、ＰＩＤゲインには安全上や仕様上などの理由で限界値が設定されていることがあり、ＰＩＤゲイン値が該限界値を超えない範囲で所望の出力値演算部４のパラメータの値を変更し、稼働環境下で制御対象の安全性や仕様上の制約を考慮して、ＰＩＤ制御ゲインを安定して調整できる。
【０１６９】
また、パラメータ変更部６は、所望の出力値演算部４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、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更するので、制御対象を所望の条件で運転できる。
【０１７０】
また、パラメータ変更部６は、所望の出力値演算部４の応答性が遅くなるように、前記演算部のパラメータ値を変更するので、前記制御対象の出力の計測値又は推定値のオーバーシュートやアンダーシュートを抑制できる。
【０１７１】
また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表されるので、制御対象に出力されるべき所望の出力値を簡単に演算できる。また、伝達関数のパラメータ値によって、所望の出力値演算部４のパラメータ値を容易に変更できる。
【０１７２】
また、パラメータ変更部６は、所望の出力値演算部４のパラメータ値として、前記伝達関数の時定数を変更するので、制御対象の特性が立ち上がるまでの時間によってシステムの特性を制御できる。
【０１７３】
また、パラメータ変更部６は、所望の出力値演算部４のパラメータ値として、前記伝達関数の次数を変更するので、制御対象の動作の複雑さを制御することによってシステムの特性を制御できる。
【０１７４】
また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、ＰＩＤゲイン値を再調整し、パラメータ変更部６は、前記再調整されたＰＩＤゲイン値を用いて制御したとき、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲にない場合、所望の出力値演算部４のパラメータ値を変更するので、前記制御対象の出力の計測値又は推定値のオーバーシュートやアンダーシュートを抑制できる。
【０１７５】
また、パラメータ変更部６は、前記制御対象への入力値が所定範囲にない場合、前記制御対象への入力値が所定範囲内となるように、所望の出力値演算部４のパラメータの値を変更するので、制御対象への入力が実現可能な範囲を考慮して、所望の出力値演算部４のパラメータ値を設定できる。特に、制御対象への入力値には安全上や仕様上などの理由で限界値が設定されていることがあり、入力値が該限界値を超えない範囲で所望の出力値演算部４のパラメータの値を変更し、稼働環境下で制御対象の安全性や仕様上の制約を考慮して、ＰＩＤ制御ゲインを安定して調整できる。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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】
【０１８０】
１  制御装置
２  ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部
３  パラメータ変更判定部
４  所望の出力値演算部
５  ＰＩＤ制御器
６  パラメータ変更部
７  発電プラント
８  自動運転車
９  ロボット
１０  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】
2020149178.tif 000003
【図２】
2020149178.tif 000004
【図３】
2020149178.tif 000005
【図４】
2020149178.tif 000006
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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