(57)【要約】【課題】フィードフォワード収束タイミングを適切に調整するための支援を実現する。【解決手段】制御装置は、設定値ＳＰと制御量ＰＶを入力として操作量ＭＶを算出する操作量算出部１と、ゼロ値と異なる操作量加算値ＦＦ＿Ｐを取得したときに、操作量加算値ＦＦ＿Ｐに近づいた後にゼロ値へ収束する操作量加算量ＭＶ＿Ｐを算出する加算量算出部４と、操作量加算量ＭＶ＿Ｐを操作量ＭＶに加算する操作量変更部６と、制御量ＰＶが下降した後に設定値ＳＰに到達した時点で操作量ＭＶが外乱印加前の値近くまで復帰せず、制御量ＰＶが設定値ＳＰに対して第１の規定値以上オーバーシュートした場合に、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングが遅いと判断する判断部９と、制御量ＰＶが設定値ＳＰに対して第１の規定値よりも小さい第２の規定値以上オーバーシュートしない場合に、収束のタイミングが早いと判断する判断部１０を備える。【選択図】  図１
2020021297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定値と制御量とを入力としてＰＩＤ制御演算により操作量を算出するように構成された操作量算出部と、
外乱印加が確定した時点で外部から入力される、前記操作量に対するフィードフォワード分の加算量の目標値である操作量加算値を取得するように構成された加算値取得部と、
ゼロ値と異なる前記操作量加算値を取得したときに、前記操作量加算値に近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量加算量を算出するように構成された加算量算出部と、
前記操作量算出部によって算出された操作量に、前記加算量算出部によって算出された操作量加算量を加算して操作量を変更するように構成された操作量変更部と、
この操作量変更部によって変更された操作量を操作量下限値以上で操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なうように構成されたリミット処理部と、
このリミット処理された操作量を制御対象に出力するように構成された操作量出力部と、
外乱印加に対する前記操作量加算量の算出・出力の結果として、前記制御量が下降した後に上昇して前記設定値に到達した時点で、前記操作量が外乱印加前の値近くまで復帰せず、前記設定値への到達後に前記制御量が前記設定値に対して第１の規定値以上オーバーシュートした場合に、前記操作量加算量の収束のタイミングが遅いと判断するように構成された第１の判断部と、
外乱印加に対する前記操作量加算量の算出・出力の結果として、前記制御量が下降した後に前記設定値に対して前記第１の規定値よりも小さい第２の規定値以上オーバーシュートしない場合に、前記操作量加算量の収束のタイミングが早いと判断するように構成された第２の判断部と、
前記第１、第２の判断部の判断結果を提示するように構成された判断結果提示部とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
設定値と制御量とを入力としてＰＩＤ制御演算により操作量を算出するように構成された操作量算出部と、
外乱印加が確定した時点で外部から入力される、前記操作量に対するフィードフォワード分の減算量の目標値である操作量減算値を取得するように構成された減算値取得部と、
ゼロ値と異なる前記操作量減算値を取得したときに、前記操作量減算値に近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量減算量を算出するように構成された減算量算出部と、
前記操作量算出部によって算出された操作量から、前記減算量算出部によって算出された操作量減算量を減算して操作量を変更するように構成された操作量変更部と、
この操作量変更部によって変更された操作量を操作量下限値以上で操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なうように構成されたリミット処理部と、
このリミット処理された操作量を制御対象に出力するように構成された操作量出力部と、
外乱印加に対する前記操作量減算量の算出・出力の結果として、前記制御量が上昇した後に下降して前記設定値に到達した時点で、前記操作量が外乱印加前の値近くまで復帰せず、前記設定値への到達後に前記制御量が前記設定値に対して第１の規定値以上アンダーシュートした場合に、前記操作量減算量の収束のタイミングが遅いと判断するように構成された第１の判断部と、
外乱印加に対する前記操作量減算量の算出・出力の結果として、前記制御量が上昇した後に前記設定値に対して前記第１の規定値よりも小さい第２の規定値以上アンダーシュートしない場合に、前記操作量減算量の収束のタイミングが早いと判断するように構成された第２の判断部と、
前記第１、第２の判断部の判断結果を提示するように構成された判断結果提示部とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の制御装置において、
前記加算量算出部は、前記操作量加算値と、前記操作量加算量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータとに基づいて、前記操作量加算量を算出し、
さらに、前記第１の判断部で前記操作量加算量の収束のタイミングが遅いと判断された場合に、前記パラメータを前記操作量加算量の収束のタイミングが早くなる側に更新するように構成された第１の更新部と、
前記第２の判断部で前記操作量加算量の収束のタイミングが早いと判断された場合に、前記パラメータを前記操作量加算量の収束のタイミングが遅くなる側に更新するように構成された第２の更新部とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項２記載の制御装置において、
前記減算量算出部は、前記操作量減算値と、前記操作量減算量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータとに基づいて、前記操作量減算量を算出し、
さらに、前記第１の判断部で前記操作量減算量の収束のタイミングが遅いと判断された場合に、前記パラメータを前記操作量減算量の収束のタイミングが早くなる側に更新するように構成された第１の更新部と、
前記第２の判断部で前記操作量減算量の収束のタイミングが早いと判断された場合に、前記パラメータを前記操作量減算量の収束のタイミングが遅くなる側に更新するように構成された第２の更新部とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項５】
設定値と制御量とを入力としてＰＩＤ制御演算により操作量を算出する第１のステップと、
外乱印加が確定した時点で外部から入力される、前記操作量に対するフィードフォワード分の加算量の目標値である操作量加算値を取得する第２のステップと、
ゼロ値と異なる前記操作量加算値を取得したときに、前記操作量加算値に近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量加算量を算出する第３のステップと、
前記第１のステップで算出した操作量に、前記第３のステップで算出した操作量加算量を加算して操作量を変更する第４のステップと、
この第４のステップで変更した操作量を操作量下限値以上で操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なう第５のステップと、
このリミット処理した操作量を制御対象に出力する第６のステップと、
外乱印加に対する前記操作量加算量の算出・出力の結果として、前記制御量が下降した後に上昇して前記設定値に到達した時点で、前記操作量が外乱印加前の値近くまで復帰せず、前記設定値への到達後に前記制御量が前記設定値に対して第１の規定値以上オーバーシュートした場合に、前記操作量加算量の収束のタイミングが遅いと判断する第７のステップと、
外乱印加に対する前記操作量加算量の算出・出力の結果として、前記制御量が下降した後に前記設定値に対して前記第１の規定値よりも小さい第２の規定値以上オーバーシュートしない場合に、前記操作量加算量の収束のタイミングが早いと判断する第８のステップと、
前記第７、第８のステップの判断結果を提示する第９のステップとを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項６】
設定値と制御量とを入力としてＰＩＤ制御演算により操作量を算出する第１のステップと、
外乱印加が確定した時点で外部から入力される、前記操作量に対するフィードフォワード分の減算量の目標値である操作量減算値を取得する第２のステップと、
ゼロ値と異なる前記操作量減算値を取得したときに、前記操作量減算値に近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量減算量を算出する第３のステップと、
前記第１のステップで算出した操作量から、前記第３のステップで算出した操作量減算量を減算して操作量を変更する第４のステップと、
この第４のステップで変更した操作量を操作量下限値以上で操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なう第５のステップと、
このリミット処理した操作量を制御対象に出力する第６のステップと、
外乱印加に対する前記操作量減算量の算出・出力の結果として、前記制御量が上昇した後に下降して前記設定値に到達した時点で、前記操作量が外乱印加前の値近くまで復帰せず、前記設定値への到達後に前記制御量が前記設定値に対して第１の規定値以上アンダーシュートした場合に、前記操作量減算量の収束のタイミングが遅いと判断する第７のステップと、
外乱印加に対する前記操作量減算量の算出・出力の結果として、前記制御量が上昇した後に前記設定値に対して前記第１の規定値よりも小さい第２の規定値以上アンダーシュートしない場合に、前記操作量減算量の収束のタイミングが早いと判断する第８のステップと、
前記第７、第８のステップの判断結果を提示する第９のステップとを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項７】
請求項５記載の制御方法において、
前記第３のステップは、前記操作量加算値と、前記操作量加算量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータとに基づいて、前記操作量加算量を算出するステップを含み、
さらに、前記第７のステップで前記操作量加算量の収束のタイミングが遅いと判断した場合に、前記パラメータを前記操作量加算量の収束のタイミングが早くなる側に更新する第１０のステップと、
前記第８のステップで前記操作量加算量の収束のタイミングが早いと判断した場合に、前記パラメータを前記操作量加算量の収束のタイミングが遅くなる側に更新する第１１のステップとを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項８】
請求項６記載の制御方法において、
前記第３のステップは、前記操作量減算値と、前記操作量減算量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータとに基づいて、前記操作量減算量を算出するステップを含み、
さらに、前記第７のステップで前記操作量減算量の収束のタイミングが遅いと判断した場合に、前記パラメータを前記操作量減算量の収束のタイミングが早くなる側に更新する第１０のステップと、
前記第８のステップで前記操作量減算量の収束のタイミングが早いと判断した場合に、前記パラメータを前記操作量減算量の収束のタイミングが遅くなる側に更新する第１１のステップとを含むことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィードバックコントローラにフィードフォワード制御を追加適用する技術に係り、特に、オペレータの操作により任意の操作量加算あるいは操作量減算を実行する場合に適した制御装置および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
代表的なフィードバック（Feedback）制御であるＰＩＤ制御に、フィードフォワード（Feedforward）分を加算する方法（以下、フィードフォワード＋フィードバック制御とする）が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
発明者は、このようなフィードフォワード＋フィードバック制御を特に図１７のような加熱装置に適用する場合において、実用性を向上させるために、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｐをゼロに漸近的に収束させる形式のフィードフォワード方法（特願２０１７−２３３２５０）を提案した。
【０００４】
図１７の加熱装置は、処理対象のワークを加熱する熱処理炉１００と、電気ヒータ１０１と、熱処理炉１００内の温度を計測する温度センサ１０２と、熱処理炉１００内の温度を制御する温調計１０３と、電力調整器１０４と、電力供給回路１０５と、加熱装置全体を制御するＰＬＣ（Programmable Logic Controller）１０６とから構成される。温調計１０３は、温度センサ１０２が計測した温度ＰＶ（制御量）が温度設定値ＳＰと一致するように操作量ＭＶを算出する。電力調整器１０４は、操作量ＭＶに応じた電力を決定し、この決定した電力を電力供給回路１０５を通じて電気ヒータ１０１に供給する。
【０００５】
次に、図１８の制御系のブロック線図を用いて、発明者が特願２０１７−２３３２５０で提案した技術について説明する。図１８のＰは制御対象を示している。
操作量算出部１は、設定値ＳＰと制御量ＰＶとを入力として、制御量ＰＶが設定値ＳＰと一致するように、例えば以下の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶを算出する。
ＭＶ＝（１００／Ｐｂ）｛１＋（１／Ｔｉｓ）＋Ｔｄｓ｝（ＳＰ−ＰＶ）
・・・（１）
Ｐｂは比例帯、Ｔｉは積分時間、Ｔｄは微分時間、ｓはラプラス演算子である。
【０００６】
加算量算出部４は、操作量ＭＶに対するフィードフォワード分の加算量の目標値である操作量加算値ＦＦ＿Ｐ（ＦＦ＿Ｐ≠０）が入力されると、操作量加算値ＦＦ＿Ｐに近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量加算量ＭＶ＿Ｐを算出する。具体的には、加算量算出部４は、下記のような伝達関数式で操作量加算量ＭＶ＿Ｐを算出する。
ＭＶ＿Ｐ＝｛Ｋｘｓ／（１＋Ｔｆｓ）2｝ＦＦ＿Ｐ                   ・・・（２）
【０００７】
式（２）のＴｆは、操作量加算量ＭＶ＿Ｐを徐々に収束させる時間を規定するパラメータである。Ｋｘはフィードフォワードの大きさを規定するパラメータである。加算量算出部４は、パラメータＴｆのβ倍の値をＫｘとすればよい（Ｋｘ＝βＴｆ、βは例えば２．７５）。操作量加算量ＭＶ＿Ｐの変化の１例を図１９に示す。図１９の例では、操作量加算値ＦＦ＿Ｐ＝５０％、パラメータＴｆ＝１００ｓｅｃ．としている。
【０００８】
減算量算出部５は、操作量ＭＶに対するフィードフォワード分の減算量の目標値である操作量減算値ＦＦ＿Ｍ（ＦＦ＿Ｍ≠０）が入力されると、操作量減算値ＦＦ＿Ｍに近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量減算量ＭＶ＿Ｍを算出する。具体的には、減算量算出部５は、下記のような伝達関数式で操作量減算量ＭＶ＿Ｍを算出する。
ＭＶ＿Ｍ＝｛Ｋｘｓ／（１＋Ｔｆｓ）2｝ＦＦ＿Ｍ                   ・・・（３）
【０００９】
式（３）のＴｆは、操作量減算量ＭＶ＿Ｍを徐々に収束させる時間を規定するパラメータである。操作量変更部６は、操作量算出部１で算出された操作量ＭＶに、加算量算出部４によって算出された操作量加算量ＭＶ＿Ｐを加算し、さらに減算量算出部５によって算出された操作量減算量ＭＶ＿Ｍを減算した結果を操作量ＭＶ＿Ｆとして算出する。
ＭＶ＿Ｆ＝ＭＶ＋ＭＶ＿Ｐ−ＭＶ＿Ｍ                              ・・・（４）
【００１０】
リミット処理部７は、操作量変更部６によって算出された操作量ＭＶ＿Ｆを所定の操作量下限値ＯＬ以上の値に制限する下限リミット処理と、操作量ＭＶ＿Ｆを所定の操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する上限リミット処理とを行なう。このリミット処理部７でリミット処理された操作量ＭＶ＿Ｆ’が制御対象Ｐに出力される。
【００１１】
次に、特許文献１に開示されたフィードフォワード＋フィードバック制御の問題点について説明する。温調計のＰＩＤ演算による操作量出力は、温調計で算出される操作量ＭＶのみにより出力飽和を判断して、積分動作に対するアンチリセットワインドアップの処理が行なわれる。したがって、定常的に残留するフィードフォワード分をフィードバック分（ＰＩＤ演算による操作量ＭＶ）に加算したままにしておくと、温調計側では正常に機能しなくなるという課題を解決する必要がある。例えば、出力飽和には十分に余裕のある操作量ＭＶ＝６０％を温調計が出力しているときに、５０％のフィードフォワード分が加算されると１１０％になり、１００％を超える出力飽和状態になるが、温調計としてはアンチリセットワインドアップの処理が実行されないという不具合が発生する。
【００１２】
特許文献１に開示されたフィードフォワード＋フィードバック制御では、上記の不具合が発生するが、図１８、図１９で説明した技術によれば、フィードフォワード分をフィードバック分に徐々に加算するようにしたことにより、ＰＩＤ演算にとっての影響は一時的かつ連続的な発生になるので、上記の不具合の発生を低減することができる。
【００１３】
一方で、制御技術の専門家ではない通常のオペレータ（制御技術ユーザ）が、フィードフォワード制御の実行結果を適切に評価できることはほとんどないが、フィードフォワード分を加算する動作を収束させるタイミングは、適切に評価しながら調整されなければならない。すなわち、図１８、図１９で説明した技術では、式（２）で与えられる操作量加算量ＭＶ＿Ｐを徐々に収束させることでフィードフォワード制御の効果とフィードバック制御の効果を調和させるようにしているので、操作量加算量ＭＶ＿Ｐを収束させるタイミングを適切に調整する必要がある。
【００１４】
しかし、フィードバック制御がＰＩＤ制御であれば、ＰＩＤパラメータの調整次第でフィードバック制御の効果も変化するので、制御技術の専門家ではない通常のオペレータにとって、操作量加算量ＭＶ＿Ｐを収束させるタイミングを適切に調整して、フィードフォワード制御の効果とフィードバック制御の効果を調和させることは困難であった。
同様に、オペレータにとって、操作量減算量ＭＶ＿Ｍを収束させるタイミングを適切に調整して、フィードフォワード制御の効果とフィードバック制御の効果を調和させることは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００７−１０２８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、汎用フィードバックコントローラ（例えばＰＩＤ制御の温調計）にフィードフォワード制御を追加適用する場合に、フィードフォワード収束タイミングを適切に調整するための支援が可能な制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の制御装置は、設定値と制御量とを入力としてＰＩＤ制御演算により操作量を算出するように構成された操作量算出部と、外乱印加が確定した時点で外部から入力される、前記操作量に対するフィードフォワード分の加算量の目標値である操作量加算値を取得するように構成された加算値取得部と、ゼロ値と異なる前記操作量加算値を取得したときに、前記操作量加算値に近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量加算量を算出するように構成された加算量算出部と、前記操作量算出部によって算出された操作量に、前記加算量算出部によって算出された操作量加算量を加算して操作量を変更するように構成された操作量変更部と、この操作量変更部によって変更された操作量を操作量下限値以上で操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なうように構成されたリミット処理部と、このリミット処理された操作量を制御対象に出力するように構成された操作量出力部と、外乱印加に対する前記操作量加算量の算出・出力の結果として、前記制御量が下降した後に上昇して前記設定値に到達した時点で、前記操作量が外乱印加前の値近くまで復帰せず、前記設定値への到達後に前記制御量が前記設定値に対して第１の規定値以上オーバーシュートした場合に、前記操作量加算量の収束のタイミングが遅いと判断するように構成された第１の判断部と、外乱印加に対する前記操作量加算量の算出・出力の結果として、前記制御量が下降した後に前記設定値に対して前記第１の規定値よりも小さい第２の規定値以上オーバーシュートしない場合に、前記操作量加算量の収束のタイミングが早いと判断するように構成された第２の判断部と、前記第１、第２の判断部の判断結果を提示するように構成された判断結果提示部とを備えることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の制御装置は、設定値と制御量とを入力としてＰＩＤ制御演算により操作量を算出するように構成された操作量算出部と、外乱印加が確定した時点で外部から入力される、前記操作量に対するフィードフォワード分の減算量の目標値である操作量減算値を取得するように構成された減算値取得部と、ゼロ値と異なる前記操作量減算値を取得したときに、前記操作量減算値に近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量減算量を算出するように構成された減算量算出部と、前記操作量算出部によって算出された操作量から、前記減算量算出部によって算出された操作量減算量を減算して操作量を変更するように構成された操作量変更部と、この操作量変更部によって変更された操作量を操作量下限値以上で操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なうように構成されたリミット処理部と、このリミット処理された操作量を制御対象に出力するように構成された操作量出力部と、外乱印加に対する前記操作量減算量の算出・出力の結果として、前記制御量が上昇した後に下降して前記設定値に到達した時点で、前記操作量が外乱印加前の値近くまで復帰せず、前記設定値への到達後に前記制御量が前記設定値に対して第１の規定値以上アンダーシュートした場合に、前記操作量減算量の収束のタイミングが遅いと判断するように構成された第１の判断部と、外乱印加に対する前記操作量減算量の算出・出力の結果として、前記制御量が上昇した後に前記設定値に対して前記第１の規定値よりも小さい第２の規定値以上アンダーシュートしない場合に、前記操作量減算量の収束のタイミングが早いと判断するように構成された第２の判断部と、前記第１、第２の判断部の判断結果を提示するように構成された判断結果提示部とを備えることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記加算量算出部は、前記操作量加算値と、前記操作量加算量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータとに基づいて、前記操作量加算量を算出し、さらに、前記第１の判断部で前記操作量加算量の収束のタイミングが遅いと判断された場合に、前記パラメータを前記操作量加算量の収束のタイミングが早くなる側に更新するように構成された第１の更新部と、前記第２の判断部で前記操作量加算量の収束のタイミングが早いと判断された場合に、前記パラメータを前記操作量加算量の収束のタイミングが遅くなる側に更新するように構成された第２の更新部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記減算量算出部は、前記操作量減算値と、前記操作量減算量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータとに基づいて、前記操作量減算量を算出し、さらに、前記第１の判断部で前記操作量減算量の収束のタイミングが遅いと判断された場合に、前記パラメータを前記操作量減算量の収束のタイミングが早くなる側に更新するように構成された第１の更新部と、前記第２の判断部で前記操作量減算量の収束のタイミングが早いと判断された場合に、前記パラメータを前記操作量減算量の収束のタイミングが遅くなる側に更新するように構成された第２の更新部とを備えることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の制御方法は、設定値と制御量とを入力としてＰＩＤ制御演算により操作量を算出する第１のステップと、外乱印加が確定した時点で外部から入力される、前記操作量に対するフィードフォワード分の加算量の目標値である操作量加算値を取得する第２のステップと、ゼロ値と異なる前記操作量加算値を取得したときに、前記操作量加算値に近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量加算量を算出する第３のステップと、前記第１のステップで算出した操作量に、前記第３のステップで算出した操作量加算量を加算して操作量を変更する第４のステップと、この第４のステップで変更した操作量を操作量下限値以上で操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なう第５のステップと、このリミット処理した操作量を制御対象に出力する第６のステップと、外乱印加に対する前記操作量加算量の算出・出力の結果として、前記制御量が下降した後に上昇して前記設定値に到達した時点で、前記操作量が外乱印加前の値近くまで復帰せず、前記設定値への到達後に前記制御量が前記設定値に対して第１の規定値以上オーバーシュートした場合に、前記操作量加算量の収束のタイミングが遅いと判断する第７のステップと、外乱印加に対する前記操作量加算量の算出・出力の結果として、前記制御量が下降した後に前記設定値に対して前記第１の規定値よりも小さい第２の規定値以上オーバーシュートしない場合に、前記操作量加算量の収束のタイミングが早いと判断する第８のステップと、前記第７、第８のステップの判断結果を提示する第９のステップとを含むことを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の制御方法は、設定値と制御量とを入力としてＰＩＤ制御演算により操作量を算出する第１のステップと、外乱印加が確定した時点で外部から入力される、前記操作量に対するフィードフォワード分の減算量の目標値である操作量減算値を取得する第２のステップと、ゼロ値と異なる前記操作量減算値を取得したときに、前記操作量減算値に近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量減算量を算出する第３のステップと、前記第１のステップで算出した操作量から、前記第３のステップで算出した操作量減算量を減算して操作量を変更する第４のステップと、この第４のステップで変更した操作量を操作量下限値以上で操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なう第５のステップと、このリミット処理した操作量を制御対象に出力する第６のステップと、外乱印加に対する前記操作量減算量の算出・出力の結果として、前記制御量が上昇した後に下降して前記設定値に到達した時点で、前記操作量が外乱印加前の値近くまで復帰せず、前記設定値への到達後に前記制御量が前記設定値に対して第１の規定値以上アンダーシュートした場合に、前記操作量減算量の収束のタイミングが遅いと判断する第７のステップと、外乱印加に対する前記操作量減算量の算出・出力の結果として、前記制御量が上昇した後に前記設定値に対して前記第１の規定値よりも小さい第２の規定値以上アンダーシュートしない場合に、前記操作量減算量の収束のタイミングが早いと判断する第８のステップと、前記第７、第８のステップの判断結果を提示する第９のステップとを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、加算値取得部と加算量算出部と操作量変更部とを設けることにより、操作量算出部によるフィードバック制御にフィードフォワード制御を追加適用する場合に、フィードバック制御にとっての不具合の発生を低減することができる。さらに、本発明では、操作量加算量の収束のタイミングが遅いか早いかを判断する第１、第２の判断部を設けることにより、オペレータが操作量加算量の収束のタイミングを適切に調整するための支援を実現することができる。
【００２３】
また、本発明では、減算値取得部と減算量算出部と操作量変更部とを設けることにより、操作量算出部によるフィードバック制御にフィードフォワード制御を追加適用する場合に、フィードバック制御にとっての不具合の発生を低減することができる。さらに、本発明では、操作量減算量の収束のタイミングが遅いか早いかを判断する第１、第２の判断部を設けることにより、オペレータが操作量減算量の収束のタイミングを適切に調整するための支援を実現することができる。
【００２４】
また、本発明では、操作量加算量の収束のタイミングが遅いと判断された場合に、操作量加算量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータを収束のタイミングが早くなる側に更新する第１の更新部と、操作量加算量の収束のタイミングが早いと判断された場合に、パラメータを収束のタイミングが遅くなる側に更新する第２の更新部とを設けることにより、パラメータを自動調整することが可能となる。
【００２５】
また、本発明では、操作量減算量の収束のタイミングが遅いと判断された場合に、操作量減算量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータを収束のタイミングが早くなる側に更新する第１の更新部と、操作量減算量の収束のタイミングが早いと判断された場合に、パラメータを収束のタイミングが遅くなる側に更新する第２の更新部とを設けることにより、パラメータを自動調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施例に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に係る制御装置の制御動作を説明するフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施例に係る制御装置の判断部の動作を説明するフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施例に係る制御装置の判断部の動作を説明するフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施例に係る制御装置の判断部の動作を説明するフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施例に係る制御装置の判断部の動作を説明するフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の実施例に係る制御装置の判断結果提示部と更新部の動作を説明するフローチャートである。
【図８】図８は、フィードフォワード制御を実行せずにフィードバック制御のみで温度制御した場合の制御量と操作量の変化の１例を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施例に係る制御装置によって温度制御した場合の制御量と操作量の変化の１例を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例に係る制御装置によって温度制御した場合の操作量加算量の変化の１例を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例に係る制御装置によって温度制御した場合の制御量と操作量の変化の他の例を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施例に係る制御装置によって温度制御した場合の操作量加算量の変化の他の例を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例に係る制御装置によって温度制御した場合の制御量と操作量の変化の他の例を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例に係る制御装置によって温度制御した場合の操作量加算量の変化の他の例を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施例に係る制御装置の判断結果提示部による表示例を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施例に係る制御装置を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。
【図１７】図１７は、加熱装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】図１８は、フィードバック＋フィードフォワードの制御系のブロック線図である。
【図１９】図１９は、フィードバック＋フィードフォワード制御における操作量加算量の変化の１例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［発明の原理］
加熱による温度制御系を事例として、本発明の原理について説明する。まず、例えば降温外乱に対する操作量加算量（フィードフォワード量）ＭＶ＿Ｐであれば、フィードバック制御のみの操作量ＭＶの上昇量を目安に適正化できるので、このような操作量加算量ＭＶ＿Ｐの適正化が予め行なわれていることを前提とするのが合理的である。具体的には、前述の式（２）において、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの積分量がＫｘ，Ｔｆ，ＦＦ＿Ｐによって適正化されていることを前提とする。具体的には、パラメータＴｆと操作量加算値ＦＦ＿Ｐとの積を適正化された一定値Ｓｘに保てば適正化された積分量が維持されるのであり、一定値Ｓｘが得られているという前提である。
【００２８】
この前提に立って、降温外乱に対するプラス側の操作量加算量ＭＶ＿Ｐであれば、外乱印加からの復帰（リカバリー）における制御量ＰＶのオーバーシュートを判断指標として、フィードフォワード収束タイミングの妥当性を判断できる。すなわち、降温外乱に対するプラス側のフィードフォワード制御の結果として、制御対象の温度（制御量ＰＶ）が設定値ＳＰに復帰した時点で操作量ＭＶが外乱印加前の値近くまで復帰せず、制御量ＰＶが規定以上までオーバーシュートするならば、フィードフォワード収束のタイミングが遅いと判断できる。反対に操作量ＭＶがオーバーシュートしない場合には、フィードフォワード収束のタイミングが早いと判断できる。発明者は、このような判断を応用することで、オペレータがフィードフォワード収束タイミングを適切に調整するための支援を実現できることに想到した。
【００２９】
なお、フィードフォワード収束のタイミングが遅い場合は、パラメータＴｆと操作量加算値ＦＦ＿Ｐとの積を上記一定値Ｓｘに保ちながら、パラメータＴｆが小さく操作量加算値ＦＦ＿Ｐが大きくなるように自動調整することも可能である。また、フィードフォワード収束のタイミングが早い場合は、パラメータＴｆと操作量加算値ＦＦ＿Ｐとの積を上記一定値Ｓｘに保ちながらパラメータＴｆが大きく操作量加算値ＦＦ＿Ｐが小さくなるように自動調整することも可能である。
【００３０】
［実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本実施例に係る制御装置の構成を示すブロック図である。制御装置は、設定値ＳＰと制御量ＰＶとを入力としてＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶを算出する操作量算出部１と、外乱印加が確定した時点で外部から入力される、操作量ＭＶに対するフィードフォワード分の加算量の目標値である操作量加算値ＦＦ＿Ｐを取得するＦＦ加算値取得部２と、外乱印加が確定した時点で外部から入力される、操作量ＭＶに対するフィードフォワード分の減算量の目標値である操作量減算値ＦＦ＿Ｍを取得するＦＦ減算値取得部３と、ゼロ値と異なる操作量加算値ＦＦ＿Ｐを取得したときに、特定の時間ＴＨ１が経過した後に、操作量加算値ＦＦ＿Ｐに近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量加算量ＭＶ＿Ｐを算出する加算量算出部４と、ゼロ値と異なる操作量減算値ＦＦ＿Ｍを取得したときに、特定の時間ＴＨ２が経過した後に、操作量減算値ＦＦ＿Ｍに近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量減算量ＭＶ＿Ｍを算出する減算量算出部５と、加算量算出部４によって操作量加算量ＭＶ＿Ｐが算出されたときに、この操作量加算量ＭＶ＿Ｐを操作量算出部１によって算出された操作量ＭＶに加算し、減算量算出部５によって操作量減算量ＭＶ＿Ｍが算出されたときに、この操作量減算量ＭＶ＿Ｍを操作量算出部１によって算出された操作量ＭＶから減算する操作量変更部６と、操作量変更部６で算出された操作量ＭＶ＿Ｆを操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限するリミット処理を行なうリミット処理部７と、リミット処理された操作量ＭＶ＿Ｆ’を出力する操作量出力部８とを備えている。
【００３１】
さらに、制御装置は、フィードフォワード収束タイミングの適正化のための構成として、外乱印加に対する操作量加算量ＭＶ＿Ｐの算出・出力の結果として、制御量ＰＶが下降した後に設定値ＳＰに到達した時点で、操作量ＭＶが外乱印加前の値近くまで復帰せず、設定値ＳＰへの到達後に制御量ＰＶが設定値ＳＰに対して第１の規定値以上オーバーシュートした場合に、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングが遅いと判断する判断部９と、外乱印加に対する操作量加算量ＭＶ＿Ｐの算出・出力の結果として、制御量ＰＶが下降した後に設定値ＳＰに対して第１の規定値よりも小さい第２の規定値以上オーバーシュートしない場合に、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングが早いと判断する判断部１０と、外乱印加に対する操作量減算量ＭＶ＿Ｍの算出・出力の結果として、制御量ＰＶが上昇した後に設定値ＳＰに到達した時点で、操作量ＭＶが外乱印加前の値近くまで復帰せず、設定値ＳＰへの到達後に制御量ＰＶが設定値ＳＰに対して第１の規定値以上アンダーシュートした場合に、操作量減算量ＭＶ＿Ｍの収束のタイミングが遅いと判断する判断部１１と、外乱印加に対する操作量減算量ＭＶ＿Ｍの算出・出力の結果として、制御量ＰＶが上昇した後に設定値ＳＰに対して第１の規定値よりも小さい第２の規定値以上アンダーシュートしない場合に、操作量減算量ＭＶ＿Ｍの収束のタイミングが早いと判断する判断部１２と、判断部９〜１２の判断結果を提示する判断結果提示部１３と、判断部９あるいは判断部１１で収束のタイミングが遅いと判断された場合に、収束のタイミングを決定するパラメータをタイミングが早くなる側に自動更新する更新部１４，１６と、判断部１０あるいは判断部１２で収束のタイミングが早いと判断された場合に、収束のタイミングを決定するパラメータをタイミングが遅くなる側に自動更新する更新部１５，１７とを備えている。
【００３２】
本実施例においても、制御系のブロック線図は図１８と同様である。次に、本実施例の制御装置の制御動作を図２を参照して説明する。
設定値ＳＰ（例えば温度設定値）は、制御装置のオペレータなどによって設定され、操作量算出部１に入力される（図２ステップＳ１００）。
制御量ＰＶ（例えば温度計測値）は、図示しない計測器（例えば被加熱物の温度を計測する温度センサ）によって計測され、操作量算出部１に入力される（図２ステップＳ１０１）。
【００３３】
操作量算出部１は、設定値ＳＰと制御量ＰＶとを入力として、制御量ＰＶが設定値ＳＰと一致するように、例えば式（１）に示した伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶを算出する（図２ステップＳ１０２）。
【００３４】
ＦＦ加算値取得部２は、外乱印加が確定した時点で外部から入力される、操作量ＭＶに対するフィードフォワード分の加算量の目標値である操作量加算値ＦＦ＿Ｐを取得する。外乱印加は、フィードバック制御系の外部における特定の操作に起因して発生するものであれば、その特定の操作が実行された時点が、外乱印加が確定した時点になる。このとき、外乱印加が確定した時点でフィードバック制御系に即座に外乱の影響が現れるとは限らない。
【００３５】
同様に、ＦＦ減算値取得部３は、外乱印加が確定した時点で外部から入力される、操作量ＭＶに対するフィードフォワード分の減算量の目標値である操作量減算値ＦＦ＿Ｍを取得する。ＦＦ加算値取得部２とＦＦ減算値取得部３とは、予め規定されたタイミングで通信により送られた値を取得したり、オペレータが入力機能を利用して適宜入力した値を取得したり、操作量算出部１に入力される設定値ＳＰの変更に伴い自動生成される値を取得したりすることで、ＦＦ＿Ｐ，ＦＦ＿Ｍを取得する。
【００３６】
つまり、本実施例の制御装置が適用されるシステムにおいて、例えば制御中に想定される外乱を抑制するために、上位装置から制御装置に対して規定のタイミングまたは設定値ＳＰの変更のタイミングで操作量加算値ＦＦ＿Ｐ、操作量減算値ＦＦ＿Ｍを自動的に入力したり、制御中にオペレータが操作量加算値ＦＦ＿Ｐ、操作量減算値ＦＦ＿Ｍを手動で入力したりすることが考えられる。
【００３７】
加算量算出部４は、ＦＦ加算値取得部２が、ゼロ値と異なる操作量加算値ＦＦ＿Ｐを取得したときから特定の時間ＴＨ１以上が経過しているときに（図２ステップＳ１０３においてＹＥＳ）、操作量加算値ＦＦ＿Ｐに近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量加算量ＭＶ＿Ｐを式（２）により算出する（図２ステップＳ１０４）。
【００３８】
上記のとおり、式（２）のＴｆは、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの時間に関するパラメータである。加算量算出部４は、操作量算出部１に設定されているＰＩＤパラメータ、具体的には積分時間Ｔｉのα倍の値をＴｆとすればよい（Ｔｆ＝αＴｉ、所定値αは例えばα＝０．１〜２．０）。これにより、操作量加算量ＭＶ＿Ｐが加算された操作量ＭＶの、フィードフォワード分の変化が、制御の上下動が発生する際の周期と概ね一致するようになる。また、操作量ＭＶにフィードフォワード分が加算された時点からフィードフォワード分が最大変更量に到達するまでの経過時間が、パラメータＴｆの時間に概ね一致するようになる。
【００３９】
式（２）のＫｘはフィードフォワードの大きさを規定するパラメータである。加算量算出部４は、パラメータＴｆのβ倍の値をＫｘとすればよい（Ｋｘ＝βＴｆ、所定値βは例えば２．７５）。これにより、操作量ＭＶのフィードフォワード分の最大変更量が、操作量加算値ＦＦ＿Ｐに概ね一致するようになる。なお、ＦＦ加算値取得部２が操作量加算値ＦＦ＿Ｐを取得したときから特定の時間ＴＨ１が経過するまでの操作量加算量ＭＶ＿Ｐの初期値はゼロである。
【００４０】
また、本実施例では、操作量加算値ＦＦ＿Ｐが外部から入力された時点から操作量加算量ＭＶ＿Ｐの算出・出力を開始すべき時点までの時間ＴＨ１が予め適切に調整されている（すなわち、想定される外乱印加に対して操作量加算量ＭＶ＿Ｐの出力開始タイミングが適切に調整されている）ことを前提として説明する。
【００４１】
減算量算出部５は、ＦＦ減算値取得部３が、ゼロ値と異なる操作量減算値ＦＦ＿Ｍを取得したときから特定の時間ＴＨ２以上が経過しているときに（図２ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、操作量減算値ＦＦ＿Ｍに近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量減算量ＭＶ＿Ｍを式（３）により算出する（図２ステップＳ１０６）。
【００４２】
加算量算出部４と同様に、減算量算出部５は、積分時間Ｔｉのα倍の値をＴｆとすればよい（Ｔｆ＝αＴｉ、所定値αは例えば０．１〜２．０）。また、減算量算出部５は、パラメータＴｆのβ倍の値をＫｘとすればよい（Ｋｘ＝βＴｆ、所定値βは例えば２．７５）。これにより、操作量ＭＶのフィードフォワード分の最大変更量が、操作量減算値ＦＦ＿Ｍに概ね一致するようになる。なお、ＦＦ減算値取得部３が操作量減算値ＦＦ＿Ｍを取得したときから特定の時間ＴＨ２が経過するまでの操作量減算量ＭＶ＿Ｍの初期値はゼロである。
【００４３】
また、本実施例では、操作量減算値ＦＦ＿Ｍが外部から入力された時点から操作量減算量ＭＶ＿Ｍの算出・出力を開始すべき時点までの時間ＴＨ２が予め適切に調整されている（すなわち、想定される外乱印加に対して操作量減算量ＭＶ＿Ｍの出力開始タイミングが適切に調整されている）ことを前提として説明する。
【００４４】
操作量変更部６は、操作量算出部１で算出された操作量ＭＶに、加算量算出部４によって算出された操作量加算量ＭＶ＿Ｐを加算し、さらに減算量算出部５によって算出された操作量減算量ＭＶ＿Ｍを減算した結果を操作量ＭＶ＿Ｆとして算出する（図２ステップＳ１０７）。操作量ＭＶ＿Ｆの算出式は、式（４）と同じである。
【００４５】
リミット処理部７は、操作量変更部６によって算出された操作量ＭＶ＿Ｆを所定の操作量下限値ＯＬ以上の値に制限する下限リミット処理と、操作量ＭＶ＿Ｆを所定の操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する上限リミット処理とを行なう（図２ステップＳ１０８）。
ＩＦ  ＭＶ＿Ｆ＜ＯＬ  ＴＨＥＮ  ＭＶ＿Ｆ’＝ＯＬ                ・・・（５）
ＩＦ  ＭＶ＿Ｆ＞ＯＨ  ＴＨＥＮ  ＭＶ＿Ｆ’＝ＯＨ                ・・・（６）
つまり、リミット処理部７は、ＭＶ＿Ｆが操作量下限値ＯＬより小さい場合、操作量ＭＶ＿Ｆ’＝ＯＬとし、操作量ＭＶ＿Ｆが操作量上限値ＯＨより大きい場合、操作量ＭＶ＿Ｆ’＝ＯＨとする。
【００４６】
操作量出力部８は、リミット処理部７でリミット処理された操作量ＭＶ＿Ｆ’を制御対象に出力する（図２ステップＳ１０９）。操作量ＭＶ＿Ｆ’の出力先は、ヒータやバルブなどの操作部（不図示）である。ヒータの場合には、操作量ＭＶ＿Ｆ’の実際の出力先は、ヒータに電力を供給する電力調整器（不図示）となる。
【００４７】
制御装置は、図２のステップＳ１００〜Ｓ１０９の処理を例えばオペレータの指示によって制御が終了するまで（図２ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、制御周期毎に実行する。
【００４８】
なお、前述のとおり、操作量加算量ＭＶ＿Ｐは操作量加算値ＦＦ＿Ｐに近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する値であり、操作量減算量ＭＶ＿Ｍは操作量減算値ＦＦ＿Ｍに近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する値である。したがって、ＦＦ加算値取得部２がゼロ値と異なる操作量加算値ＦＦ＿Ｐを取得したときから特定の時間ＴＨ１以上が経過した後は常にステップＳ１０３において判定ＹＥＳとなり、加算量算出部４は操作量加算量ＭＶ＿Ｐの算出を繰り返し実行する。操作量加算量ＭＶ＿Ｐは最終的にゼロ値に収束するので、加算量算出部４は操作量加算量ＭＶ＿Ｐがゼロ値になった時点で算出を停止しても構わない。
【００４９】
同様に、ＦＦ減算値取得部３がゼロ値と異なる操作量減算値ＦＦ＿Ｍを取得したときから特定の時間ＴＨ２以上が経過した後は常にステップＳ１０５において判定ＹＥＳとなり、減算量算出部５は操作量減算量ＭＶ＿Ｍの算出を繰り返し実行する。操作量減算量ＭＶ＿Ｍは最終的にゼロ値に収束するので、減算量算出部５は操作量減算量ＭＶ＿Ｍがゼロ値になった時点で算出を停止しても構わない。
【００５０】
以上の動作は、発明者が特願２０１７−２３３２５０で提案した技術と同等である。次に、本実施例の判断部９〜１２と判断結果提示部１３と更新部１４〜１７の動作を図３〜図７を参照して説明する。図３は判断部９の動作を説明するフローチャート、図４は判断部１０の動作を説明するフローチャート、図５は判断部１１の動作を説明するフローチャート、図６は判断部１２の動作を説明するフローチャート、図７は判断結果提示部１３と更新部１４〜１７の動作を説明するフローチャートである。
【００５１】
判断部９は、外乱印加に対する操作量加算量ＭＶ＿Ｐの算出・出力の結果として、制御量ＰＶが下降した後に上昇して設定値ＳＰに到達した時点で（図３ステップＳ２００においてＹＥＳ）、操作量ＭＶが外乱印加前の値ＭＶｏｌｄ近くまで復帰せず（図３ステップＳ２０１においてＹＥＳ）、この設定値ＳＰへの到達後に制御量ＰＶが設定値ＳＰに対して規定値ＯＳ１以上オーバーシュート（ＰＶ≧（ＳＰ＋ＯＳ１））した場合（図３ステップＳ２０２においてＹＥＳ）、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングが遅いと判断する（図３ステップＳ２０３）。規定値ＯＳ１は例えば整定目標幅に設定されている。
【００５２】
ここで、操作量ＭＶの外乱印加前の値ＭＶｏｌｄとは、外乱印加前（ＦＦ加算値取得部２によって操作量加算値ＦＦ＿Ｐが取得される前）に制御量ＰＶが設定値ＳＰで整定している状態で操作量算出部１によって算出された操作量ＭＶを、例えば操作量算出部１に設定されている積分時間Ｔｉと同じ時間の間だけ平均化した値のことを言う。
【００５３】
また、操作量ＭＶが外乱印加前の値ＭＶｏｌｄ近くまで復帰しない場合とは、操作量ＭＶが外乱印加前の値ＭＶｏｌｄと完全に一致するレベルまで戻らない場合だけでなく、操作量ＭＶの最新のピーク値ＭＶｐｅａｋに対する下降幅（ＭＶｐｅａｋ−ＭＶ）がピーク値ＭＶｐｅａｋと操作量ＭＶの外乱印加前の値ＭＶｏｌｄとの差（ＭＶｐｅａｋ−ＭＶｏｌｄ）の所定割合（例えば９０％）以上に達していない場合を含む。
【００５４】
一方、判断部１０は、外乱印加に対する操作量加算量ＭＶ＿Ｐの算出・出力の結果として、制御量ＰＶが下降した後に設定値ＳＰに対して規定値ＯＳ１よりも小さい規定値ＯＳ２以上オーバーシュートしない（ＰＶ＜（ＳＰ＋ＯＳ２）、ＯＳ２＜ＯＳ１）場合（図４ステップＳ２０４においてＹＥＳ）、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングが早いと判断する（図４ステップＳ２０５）。ただし、この場合は、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングを調整すべき状況とは必ずしも限らない。
【００５５】
外乱印加に対する操作量加算量ＭＶ＿Ｐの算出・出力の結果として、制御量ＰＶが下降した後に（ＳＰ＋ＯＳ２）以上かつ（ＳＰ＋ＯＳ１）未満の値までオーバーシュートした場合、判断部９が、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングが遅いと判断せず、判断部１０が、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングが早いと判断しないので、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングが適切という判断結果となる。
【００５６】
判断部１１は、外乱印加に対する操作量減算量ＭＶ＿Ｍの算出・出力の結果として、制御量ＰＶが上昇した後に下降して設定値ＳＰに到達した時点で（図５ステップＳ２０６においてＹＥＳ）、操作量ＭＶが外乱印加前の値ＭＶｏｌｄ近くまで復帰せず（図５ステップＳ２０７においてＹＥＳ）、この設定値ＳＰへの到達後に制御量ＰＶが設定値ＳＰに対して規定値ＵＳ１以上アンダーシュート（ＰＶ≦（ＳＰ−ＵＳ１））した場合（図５ステップＳ２０８においてＹＥＳ）、操作量減算量ＭＶ＿Ｍの収束のタイミングが遅いと判断する（図５ステップＳ２０９）。規定値ＵＳ１は例えば整定目標幅に設定されている。
【００５７】
判断部１１の場合、操作量ＭＶの外乱印加前の値ＭＶｏｌｄとは、外乱印加前（ＦＦ減算値取得部３によって操作量減算値ＦＦ＿Ｍが取得される前）に制御量ＰＶが設定値ＳＰで整定している状態で操作量算出部１によって算出された操作量ＭＶを、例えば操作量算出部１に設定されている積分時間Ｔｉと同じ時間の間だけ平均化した値のことを言う。
【００５８】
一方、判断部１２は、外乱印加に対する操作量加算量ＭＶ＿Ｐの算出・出力の結果として、制御量ＰＶが上昇した後に設定値ＳＰに対して規定値ＵＳ１よりも小さい規定値ＵＳ２以上アンダーシュートしない（ＰＶ＞（ＳＰ−ＵＳ２）、ＵＳ２＜ＵＳ１）場合（図６ステップＳ２１０においてＹＥＳ）、操作量減算量ＭＶ＿Ｍの収束のタイミングが早いと判断する（図６ステップＳ２１１）。ただし、この場合は、操作量減算量ＭＶ＿Ｍの収束のタイミングを調整すべき状況とは必ずしも限らない。
【００５９】
外乱印加に対する操作量減算量ＭＶ＿Ｍの算出・出力の結果として、制御量ＰＶが上昇した後に（ＳＰ−ＵＳ２）以下かつ（ＳＰ−ＵＳ１）より大きい値までアンダーシュートした場合、判断部１１が、操作量減算量ＭＶ＿Ｍの収束のタイミングが遅いと判断せず、判断部１２が、操作量減算量ＭＶ＿Ｍの収束のタイミングが早いと判断しないので、操作量減算量ＭＶ＿Ｍの収束のタイミングが適切という判断結果となる。
【００６０】
判断結果提示部１３は、オペレータに対して判断部９〜１２の判断結果を提示する（図７ステップＳ２１２）。提示方法としては、例えば判断部９〜１２の判断結果を示す情報をオペレータに対して表示する方法などがある。したがって、判断結果の提示に基づいて、オペレータは、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングを決定するパラメータ（ＴｆとＦＦ＿Ｐ）、または操作量減算量ＭＶ＿Ｍの収束のタイミングを決定するパラメータ（ＴｆとＦＦ＿Ｍ）をマニュアル調整することができる。
【００６１】
なお、操作量加算量ＭＶ＿Ｐと操作量減算量ＭＶ＿Ｍの収束のタイミングが遅くも早くもない場合（ステップＳ２０２，Ｓ２０４，Ｓ２０８，Ｓ２１０においてＮＯ）、判断結果提示部１３は、判断結果を提示しなくてもよい。
【００６２】
また、以下のようにパラメータをマニュアル調整ではなく、自動で更新してもよい。具体的には、更新部１４は、判断部９で操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングが遅いと判断された場合（図７ステップＳ２１３においてＹＥＳ）、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの時間に関するパラメータＴｆを、収束のタイミングが早くなる側に更新する（図７ステップＳ２１４）。同様に、更新部１６は、判断部１１で操作量減算量ＭＶ＿Ｍの収束のタイミングが遅いと判断された場合（ステップＳ２１３においてＹＥＳ）、操作量減算量ＭＶ＿Ｍの時間に関するパラメータＴｆを、収束のタイミングが早くなる側に更新する（ステップＳ２１４）。
【００６３】
更新部１４は、パラメータＴｆを更新する場合、加算量算出部４に設定されているパラメータＴｆを予め規定された更新幅だけ小さくすると共に、パラメータＴｆと操作量加算値ＦＦ＿Ｐとの積を一定値Ｓｘに保つように操作量加算値ＦＦ＿Ｐを更新する。ただし、上記のとおり、操作量加算値ＦＦ＿Ｐは、加算量算出部４に設定されているのではなく、ＦＦ加算値取得部２が外部から取得する値である。したがって、更新部１４は、操作量加算値ＦＦ＿Ｐを出力する外部の操作量加算値出力部（不図示）に対して操作量加算値ＦＦ＿Ｐの更新を要求することになる。
【００６４】
同様に、更新部１６は、パラメータＴｆを更新する場合、減算量算出部５に設定されているパラメータＴｆを予め規定された更新幅だけ小さくすると共に、パラメータＴｆと操作量減算値ＦＦ＿Ｍとの積を一定値Ｓｘに保つように操作量減算値ＦＦ＿Ｍを更新する。ただし、上記のとおり、操作量減算値ＦＦ＿Ｍは、減算量算出部５に設定されているのではなく、ＦＦ減算値取得部３が外部から取得する値である。したがって、更新部１６は、操作量減算値ＦＦ＿Ｍを出力する外部の操作量減算値出力部（不図示）に対して操作量減算値ＦＦ＿Ｍの更新を要求することになる。
【００６５】
一方、更新部１５は、判断部１０で操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングが早いと判断された場合（図７ステップＳ２１５においてＹＥＳ）、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの時間に関するパラメータＴｆを、収束のタイミングが遅くなる側に更新する（図７ステップＳ２１６）。同様に、更新部１７は、判断部１２で操作量減算量ＭＶ＿Ｍの収束のタイミングが早いと判断された場合（ステップＳ２１５においてＹＥＳ）、操作量減算量ＭＶ＿Ｍの時間に関するパラメータＴｆを、収束のタイミングが遅くなる側に更新する（ステップＳ２１６）。
【００６６】
更新部１５は、パラメータＴｆを更新する場合、加算量算出部４に設定されているパラメータＴｆを予め規定された更新幅だけ大きくすると共に、パラメータＴｆと操作量加算値ＦＦ＿Ｐとの積を一定値Ｓｘに保つように操作量加算値ＦＦ＿Ｐを更新する。更新部１４の場合と同様に、更新部１５は、操作量加算値ＦＦ＿Ｐを出力する外部の手段に対して操作量加算値ＦＦ＿Ｐの更新を要求すればよい。
【００６７】
同様に、更新部１７は、パラメータＴｆを更新する場合、減算量算出部５に設定されているパラメータＴｆを予め規定された更新幅だけ大きくすると共に、パラメータＴｆと操作量減算値ＦＦ＿Ｍとの積を一定値Ｓｘに保つように操作量減算値ＦＦ＿Ｍを更新する。更新部１６の場合と同様に、更新部１７は、操作量減算値ＦＦ＿Ｍを出力する外部の手段に対して操作量減算値ＦＦ＿Ｍの更新を要求すればよい。
【００６８】
判断部９〜１２と判断結果提示部１３と更新部１４〜１７とは、以上のステップＳ２００〜Ｓ２１６の処理を、ＦＦ加算値取得部２によって操作量加算値ＦＦ＿Ｐが取得され、加算量算出部４によって操作量加算量ＭＶ＿Ｐが算出・出力された場合、またはＦＦ減算値取得部３によって操作量減算値ＦＦ＿Ｍが取得され、減算量算出部５によって操作量減算量ＭＶ＿Ｍが算出・出力された場合に実施する。
【００６９】
図８は、本実施例の適用対象となる外乱応答の例を示す図であり、フィードフォワード制御を実行せずにフィードバック制御のみで温度制御した場合の制御量ＰＶと操作量ＭＶの変化の例を示す図である。図８の例は、設定値ＳＰ＝制御量ＰＶ＝２００℃で整定している状態で降温外乱が発生した場合を示している。規定値ＯＳ１＝２０℃としており、（ＳＰ＋ＯＳ１）＝２２０℃となっている。
【００７０】
図９は本実施例においてＦＦ＿Ｐ＝２０％，Ｋｘ＝１３７．５，Ｔｆ＝５０．０秒（Ｓｘ＝１０００．０）として温度制御した場合の制御量ＰＶと操作量ＭＶの変化の例を示す図、図１０はこの場合の操作量加算量ＭＶ＿Ｐの変化を示す図である（操作量減算量ＭＶ＿Ｍは０％で固定）。
【００７１】
この図９、図１０の例では、制御量ＰＶ（温度）が降温外乱により下降した後に設定値ＳＰに復帰した時点で操作量ＭＶが外乱印加前の値に復帰していない。つまり、操作量ＭＶは外乱印加前の値ＭＶｏｌｄ＝２５％からピーク値ＭＶｐｅａｋ＝４８％まで上昇した後に下降しているが、制御量ＰＶが設定値ＳＰに復帰した時点で、操作量ＭＶのピーク値ＭＶｐｅａｋに対する下降幅（ＭＶｐｅａｋ−ＭＶ）が、ピーク値ＭＶｐｅａｋと外乱印加前の値ＭＶｏｌｄとの差（ＭＶｐｅａｋ−ＭＶｏｌｄ）の９０％の値となる２０．７％以上に達していない。さらに、設定値ＳＰへの到達後に制御量ＰＶが（ＳＰ＋ＯＳ１）＝２２０℃以上の値までオーバーシュートしている。したがって、判断部９は、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングが遅いと判断する。
【００７２】
この場合、更新部１４は、加算量算出部４に設定されているパラメータＴｆを予め規定された更新幅（ここでは１０秒）だけ小さくしてＴｆ＝４０．０秒とし、またパラメータＴｆと操作量加算値ＦＦ＿Ｐとの積を一定値Ｓｘ＝１０００．０に保つように操作量加算値ＦＦ＿Ｐを２０％から２５％に更新する。
【００７３】
図１１は本実施例においてＦＦ＿Ｐ＝８０％，Ｋｘ＝３４．４，Ｔｆ＝１２．５秒（Ｓｘ＝１０００．０）として温度制御した場合の制御量ＰＶと操作量ＭＶの変化の例を示す図、図１２はこの場合の操作量加算量ＭＶ＿Ｐの変化を示す図である（操作量減算量ＭＶ＿Ｍは０％で固定）。
【００７４】
この図１１、図１２の例では、制御量ＰＶ（温度）が昇温外乱により上昇した後に下降し、再度上昇したときに（ＳＰ＋ＯＳ２）＝２０１℃以上の値までオーバーシュートしていない（操作量ＭＶが外乱印加前の値に一旦復帰した後に再度上昇している制御動作）。したがって、判断部１０は、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングが早いと判断する。
【００７５】
この場合、更新部１５は、加算量算出部４に設定されているパラメータＴｆを予め規定された更新幅（ここでは７．５秒）だけ大きくしてＴｆ＝２０．０秒とし、またパラメータＴｆと操作量加算値ＦＦ＿Ｐとの積を一定値Ｓｘ＝１０００．０に保つように操作量加算値ＦＦ＿Ｐを８０％から５０％に更新する。
【００７６】
図１３は本実施例においてＦＦ＿Ｐ＝５０％，Ｋｘ＝５５．０，Ｔｆ＝２０．０秒（Ｓｘ＝１０００．０）として温度制御した場合の制御量ＰＶと操作量ＭＶの変化の例を示す図、図１４はこの場合の操作量加算量ＭＶ＿Ｐの変化を示す図である（操作量減算量ＭＶ＿Ｍは０％で固定）。
【００７７】
この図１３、図１４の例では、制御量ＰＶ（温度）が昇温外乱により上昇した後に下降し、再度上昇したときに３００秒の時点で（ＳＰ＋ＯＳ２）＝２０１℃以上かつ（ＳＰ＋ＯＳ１）＝２２０℃未満の値までオーバーシュートしている。したがって、判断部９は、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングが遅いと判断せず、判断部１０は、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングが早いと判断しないことになる。すなわち、操作量加算量ＭＶ＿Ｐの収束のタイミングが適切という判断結果となり、フィードフォワード制御の効果が得られていることが分かる。
【００７８】
図１５は、判断結果提示部１３による表示例を示す図である。この図１５の例は、図９，図１０の例に対応する表示例である。ただし、この図１５の例では、判断結果提示部１３は、画面１１０に、制御量ＰＶのオーバーシュートの状態と判断部９の判断結果に加えて、更新部１４による更新結果を併せて表示している。
【００７９】
本実施例で説明した制御装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図１６に示す。コンピュータは、ＣＰＵ３００と、記憶装置３０１と、インターフェース装置（以下、Ｉ／Ｆと略する）３０２とを備えている。Ｉ／Ｆ３０２には、例えば温度センサや電力調整器が接続される。このようなコンピュータにおいて、本実施例の制御方法を実現させるためのプログラムは記憶装置３０１に格納される。ＣＰＵ３００は、記憶装置３０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、制御装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１…操作量算出部、２…ＦＦ加算値取得部、３…ＦＦ減算値取得部、４…加算量算出部、５…減算量算出部、６…操作量変更部、７…リミット処理部、８…操作量出力部、９〜１２…判断部、１３…判断結果提示部、１４〜１７…更新部。
【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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