(57)【要約】      （修正有）【課題】プラントの出力を目標波形に精度よく一致させてプラントを理想的に動作させ得る制御装置を提供する。【解決手段】制御装置１は、目標波形に応じてプラントＡへ操作量を与えるコントローラ２と、プラントＡの出力を検知する検知器３とを備え、コントローラ２は、目標波形とプラントＡの出力波形との一致度を求め、求めた一致度に基づいて目標波形の入力からプラントＡの出力までの遅れ時間を同定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標波形に応じてプラントへ操作量を与えるコントローラと、
前記プラントの出力を検知する検知器とを備え、
前記コントローラは、前記目標波形と前記プラントの出力波形との一致度を求め、求めた一致度に基づいて前記目標波形の入力から前記プラントの出力までの遅れ時間を同定する
ことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記一致度を遅れ時間をパラメータとし、前記目標波形を示す関数と前記プラントの出力波形を示す関数との相互相関関数を用いて前記一致度を求め、前記一致度がピークとなる値を遅れ時間とする
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プラントを制御するコントローラに目標波形を入力して、プラントの出力を目標波形通りに制御するシステムとしては、プラントの出力を検知して、この出力をフィードバックして目標波形が指示する指示値との偏差を求め、ＰＩ補償やＰＩＤ補償を行ってプラントへ与える指令を求めるものがある。このように、フィードバック制御を行うシステムとしては、たとえば、機械、機械部品や構造物といった試験体の疲労耐久性をテストするために用いられる振動試験機に利用される油圧アクチュエータを制御するシステムがある。
【０００３】
試験体に対して油圧アクチュエータで正弦波振動を与える等して振動試験を行う振動試験機における油圧アクチュエータは、内部にピストンで区画される伸側室と圧側室とを有するシリンダと、ピストンに連結されてシリンダ内に挿入されてシリンダに対して軸方向に移動可能なロッドと、伸側室と圧側室を油圧源とタンクとに連通可能なサーボ弁とを備えている。このような、油圧アクチュエータをプラントとして制御する制御装置は、油圧アクチュエータの荷重をフィードバックするフィードバック制御を行って、サーボ弁を駆動して油圧アクチュエータのストロークと推力を制御する（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１０６９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、従来の制御装置では、積分制御を行うと、目標波形に対する出力の追従性と外乱入力に対する油圧アクチュエータの応答が過剰となってしまうことに鑑み、比例微分制御を行うことを前提として予め系を関数化しておき、関数における比例ゲインと微分時間および遅れ時間のパラメータの組み合わせを複数メモリに保有し、油圧アクチュエータの出力から各パラメータの最適な組み合わせを検索して各パラメータを設定する。
【０００６】
しかしながら、従来の制御装置では、予め各パラメータの組み合わせを複数保有していなければならず、油圧アクチュエータや試験体が変わってしまうと、最適なパラメータの組み合わせが変わってしまうので、油圧アクチュエータの出力を目標波形に精度よく追従させ得ない恐れがある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、プラントの出力を目標波形に精度よく一致させてプラントを理想的に動作させ得る制御装置の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するため、本発明の制御装置は、目標波形とプラントの出力波形との一致度を求めて、求めた一致度に基づいて目標波形の入力からプラントの出力までの遅れ時間を同定する。したがって、制御装置では、プラントや試験体が変わっても、予めゲイン等のパラメータ情報を複数用意しておかずとも、遅れ時間を自動的に同定できる。
【０００９】
また、制御装置におけるコントローラは、一致度を遅れ時間をパラメータとし、目標波形を示す関数とプラントの出力波形を示す関数との相互相関関数を用いて一致度を求め、一致度がピークとなる値を遅れ時間と同定する。このように構成された制御装置によれば、精度良く遅れ時間を同定できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の制御装置によれば、プラントの出力を目標波形に精度よく一致させてプラントを理想的に動作させ得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施の形態における制御装置のシステム構成図である。
【図２】コントローラの制御ブロック図である。
【図３】一実施の形態における制御装置の処理手順の一例を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１に示すように、一実施の形態における制御装置１は、本実施の形態では、プラントを試験体内に圧力を負荷する圧力試験機Ａとして、圧力試験機Ａに目標波形を出力させるための操作量を与えるコントローラ２と、圧力試験機Ａが出力する圧力Ｐを検知する検知器としての圧力センサ３とを備えている。
【００１３】
圧力試験機Ａは、出力される流体圧力を制御するサーボ弁Ｖを備えており、制御装置１によるサーボ弁Ｖの制御によって、圧力試験機Ａが出力する圧力が調整される。なお、圧力試験機Ａは、図示はしないが、たとえば、ポンプと、ポンプから圧力流体の供給を受けるブースターシリンダを備えており、ブースターシリンダから出力される流体圧力をサーボ弁Ｖで調節して、ホース等の試験体Ｔの内部へ圧力を負荷するものである。サーボ弁Ｖは、ソレノイドで駆動する比例電磁弁とされており、制御装置１から供給される電流量に応じて試験体Ｔへ与える圧力を調整する。
【００１４】
圧力センサ３は、本例では、圧力試験機Ａが出力する圧力を試験体Ｔへ導く管路Ｈに設置されており、圧力試験機Ａが出力する圧力Ｐを検知して、コントローラ２へ入力するようになっている。なお、圧力センサ３は、圧力試験機Ａが出力する圧力を検出可能な位置に設ければよい。
【００１５】
コントローラ２は、図２に示すように、圧力試験機Ａが出力すべき目標波形としての目標圧力波形を生成する目標波形入力部２１と、目標波形入力部２１から入力される目標圧力波形が指示する目標圧力Ｐ＊と圧力センサ３が検知する圧力Ｐの偏差を求めてＰＩ補償或いはＰＩＤ補償を行ってサーボ弁Ｖへ与えるべき電流量を指示する制御指令Ｉ＊を求める制御指令生成部２２と、制御指令Ｉ＊通りの電流を操作量としてサーボ弁Ｖへ供給するサーボ弁駆動部２３とを備えている。つまり、コントローラ２は、圧力試験機Ａが出力する圧力Ｐをフィードバックして圧力試験機Ａの出力である圧力を調節するフィードバック制御を行う。
【００１６】
目標波形入力部２１は、試験体Ｔへ負荷すべき理想的な目標圧力波形が指示する目標圧力Ｐ＊を制御指令生成部２２へ入力する。目標波形入力部２１は、目標圧力波形を繰り返す形で目標圧力Ｐ＊を出力する。なお、目標波形としての目標圧力波形は、予め試験体Ｔへ負荷したい目標圧力Ｐ＊を時系列に指示する一回分の波形として設定される。目標圧力波形は、一制御周期毎に一つの目標圧力Ｐ＊を指示しており、たとえば、５０００個の目標圧力Ｐ＊のデータで構成されている。
【００１７】
制御指令生成部２２は、本実施の形態ではＰＩ補償器とされており、目標圧力Ｐ＊と圧力センサ３が検知した圧力Ｐとの偏差を求め、偏差に比例ゲインを乗じた値と偏差の積分値にゲインを乗じた値とを加算して制御指令Ｉ＊を生成する。
【００１８】
サーボ弁駆動部２３は、サーボ弁Ｖにおけるソレノイドを駆動するために駆動回路を備えており、制御指令Ｉ＊の入力を受けてソレノイドをＰＷＭ制御によって駆動する。
【００１９】
また、コントローラ２は、さらに、目標波形としての目標圧力Ｐ＊の入力から圧力試験機Ａの出力である圧力Ｐまでの遅れ時間を同定する遅れ時間演算部２４と、同定された遅れ時間を加味して目標圧力波形を修正して修正波形を求める波形修正部２５とを備えている。目標波形入力部２１は、波形修正部２５によって目標圧力波形が修正されると、修正された修正波形が指示する目標圧力Ｐ＊を制御指令生成部２２へ出力する。なお、圧力波形は、本実施の形態では、目標波形入力部２１で生成されているが、コントローラ２は、コントローラ２外に設けられる上位の制御装置から目標圧力波形の入力を受けてもよく、その場合、波形修正部２５が修正した修正波形を制御指令生成部２２へ入力してもよい。
【００２０】
コントローラ２は、図３に示すように、遅れ時間演算部２４にてプラントである圧力試験機Ａの応答の遅れ時間を同定するため、本実施の形態では矩形波等のステップ状の操作量を圧力試験機Ａのサーボ弁Ｖへ与える（ステップＳ１）。本実施の形態では、目標波形入力部２１は、この同定に際して、矩形波でなる目標圧力波形を制御指令生成部２２へ入力し、制御指令生成部２２は制御指令Ｉ＊を求め、サーボ弁駆動部２３は、制御指令Ｉ＊通りに電流をサーボ弁Ｖへ供給する。
【００２１】
遅れ時間演算部２４は、目標波形と圧力試験機Ａの出力である圧力Ｐの波形の一致度を求めて、遅れ時間τを同定する（ステップＳ２）。具体的には、ステップＳ２にて、遅れ時間演算部２４は、目標波形と圧力試験機Ａの出力である圧力Ｐの相関を計算して遅れ時間τを同定する。図３に示すように、矩形波でなる目標圧力波形の入力に対して、プラントである圧力試験機Ａの出力としての圧力Ｐの波形は、系の無駄時間要素と、試験体Ｔの特性と系における周波数応答に依存した位相遅れにより、時間的に遅れる。ここで、目標圧力波形に対して、圧力Ｐの波形を時間軸上で時間τだけ左方へずらすと、矩形波でなる目標圧力波形と圧力Ｐの波形の一致度が最大となる時間τが存在する。よって、遅れ時間演算部２４は、矩形波でなる目標圧力波形と圧力Ｐの波形の一致度が最大となる時間τを遅れ時間として同定する。
【００２２】
具体的には、遅れ時間演算部２４は、時間をｔとし、遅れ時間をτとすると、目標波形のデータセットである目標圧力波形を示す関数ｆ（ｔ）と、出力である圧力Ｐの波形を示す関数ｇ（ｔ＋τ）の相互相関関数Ｒｆｇ（τ）＝ｆ（ｔ）・ｇ（ｔ＋τ）を用いて一致度を求める。
【００２３】
より詳しくは、遅れ時間演算部２４は、τをパラメータとして、以下の式（１）を演算し、式（１）の関数がピーク値を採るτを遅れ時間として同定する。相互相関関数Ｒｆｇ（τ）は、両関数の一致度を求める関数であり、この関数の値が最大値（ピーク値）をとると両関数の一致度が最大となっている点を示す。なお、式（１）中で、ａ，ｂは、任意の時間を示しており、演算区間をａ秒からｂ秒までとしている。ａの値は、矩形波の目標圧力波形の入力から圧力試験機Ａの応答までの無駄時間に設定されており、ｂの値は、圧力試験機Ａの出力である圧力Ｐが０に充分に収束する程度の時間に設定されている。このように、演算区間を設定すると、一致度が最大となるτが存在しない時間領域での演算の無駄を省けるので、遅れ時間演算部２４の遅れ時間τを求める演算負担が軽減されるとともに演算時間も短縮される。
【００２４】
【数１】
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このようにして遅れ時間演算部２４が遅れ時間τを同定すると、波形修正部２５は、目標圧力波形を遅れ時間τを用いて修正して修正波形を求める。具体的には、目標圧力波形が変化する場合には、遅れ時間τを見込んで当該変化を前倒しにするように目標圧力波形を修正する。
【００２５】
このように制御装置１は、目標波形と圧力試験機（プラント）Ａの出力との一致度を求めて、求めた一致度に基づいて目標波形の入力から圧力試験機（プラント）Ａの出力までの遅れ時間τを同定する。したがって、制御装置１では、圧力試験機（プラント）Ａや試験体Ｔが変わっても、予めゲイン等のパラメータ情報を複数用意しておかずとも、遅れ時間τを自動的に同定できる。同定された遅れ時間τを用いて目標波形としての目標圧力波形を修正すれば、コントローラ２によって制御される圧力試験機（プラント）Ａの出力を目標圧力波形に精度良く追従させ得る。以上より、本実施の形態の制御装置１によれば、圧力試験機（プラント）Ａの出力を目標波形に精度よく一致させて圧力試験機（プラント）Ａを理想的に動作させ得るのである。
【００２６】
また、制御装置１におけるコントローラ２は、一致度を遅れ時間τをパラメータとし、目標波形を示す関数ｆ（ｔ）と圧力試験機（プラント）Ａの出力を示す関数ｇ（ｔ＋τ）との相互相関関数Ｒｆｇ（τ）を用いて一致度を求め、一致度がピークとなる値を遅れ時間τと同定する。このように構成された制御装置１によれば、相互相関関数Ｒｆｇ（τ）を用いて一致度を求め、一致度がピークとなる値を遅れ時間τと同定するので、精度良く遅れ時間τを同定できる。
【００２７】
なお、目標圧力波形の積分値と、時間τをパラメータとしてτ時間後の圧力試験機（プラント）Ａの出力の波形の積分値との積分値を比較して、両者が最も一致する際の時間τを遅れ時間τとしてもよい。
【００２８】
なお、プラントは圧力試験機Ａに限られず、種々のプラントに制御装置１を利用できる。また、コントローラ２の各部は、具体的にはたとえば、図示はしないが、圧力センサ３が出力する信号を増幅するためのアンプと、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換器と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びこれらを連絡するバスラインからなるコンピュータシステムと、サーボ弁Ｖにおけるソレノイドを駆動する駆動回路とを備えた周知なシステムとして構成されればよく、各信号を処理し遅れ時間τを求め、サーボ弁駆動部２３を制御するための制御処理手順は、プログラムとしてＲＯＭや他の記憶装置に予め格納しておけばよい。
【００２９】
なお、制御装置１は、予め目標波形を入力して目標波形通りにプラントの出力を制御する用途に利用でき、プラントは圧力試験機Ａに限られず、例を示せば、振動試験機その他のアクチュエータをプラントとしてもよい。
【００３０】
以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・制御装置、２・・・コントローラ、３・・・圧力センサ（検知器）、Ａ・・・圧力試験機（プラント）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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