(57)【要約】【課題】偏差が小さな領域における制御応答性を向上させることができる制御装置を提供する。【解決手段】偏差が０＜偏差＜閾値記憶部１１の閾値となる領域では、固定値記憶部１３に記憶された固定値がランプ関数発生器１８を介して加算器５に供給されるので、一般的な制御方法に比べて目標値により急速に収束することになる。そして、偏差が閾値記憶部１５に記憶された固定値＜偏差＜０となる領域、すなわち、目標値を超えた領域においても、固定値記憶部１７に記憶された固定値がランプ関数発生器１８を介して加算器５に供給されるので、一般的な制御方法に比べて目標値により急速に収束することになる。すなわち、偏差が小さな領域でのゲインが高くなり、応答性が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標値と制御対象からのフィードバック値との偏差を演算する偏差演算手段と、前記偏差演算手段による偏差に基づいて比例演算する比例演算手段とを具備し、該比例演算手段による演算結果に基づいて前記制御対象を制御する制御装置であって、
前記偏差が所定の閾値より小さくなったか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記偏差が所定の閾値より小さくなったと判定されると、前記偏差の符号に応じた固定値を出力する固定値出力手段と、
前記比例演算手段による演算結果に前記固定値出力手段からの固定値を加算する加算手段と
を具備し、
前記加減算手段からの出力により前記制御対象を制御することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記偏差演算手段による偏差に基づいて積分演算する積分演算手段を更に具備し、
前記加算手段は、前記比例演算手段による比例演算結果と前記固定値出力手段からの固定値とに加えて、前記積分演算手段による積分演算結果を加算することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記偏差演算手段による偏差に基づいて微分演算する微分演算手段を更に具備し、
前記加算手段は、前記比例演算手段による比例演算結果と前記固定値出力手段からの固定値と前記積分演算手段による積分演算結果とに加えて、前記微分演算手段による微分演算結果とを加算することを特徴とする請求項２記載の制御装置。
【請求項４】
前記固定値出力手段は、
偏差が０＜偏差＜第1の閾値の場合、第1の固定値を出力し、第２の閾値＜偏差＜０の場合、第２の固定値を出力することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの速度制御や、トルク制御、温調制御などの各種制御に用いられる制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＩＤ制御とは、フィードバック制御の一種であり、入力値の制御を出力値と目標値との偏差（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ：比例）、その積分（Ｉｎｔｅｇｒａｌ：積分）、及び微分（Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ：微分）の3つの要素によって行う制御方法であり、モータの速度制御や、トルク制御、温調制御などの各種制御に用いられる。
【０００３】
図３は、従来技術による一般的なＰＩＤ制御方式を用いたＰＩＤアンプの構成を示すブロック図である。ＰＩＤアンプは、減算器１により目標値と制御対象６からフィードバックされるＦＢ値との差をとり、これに、比例演算部２による比例演算、積分演算部３による積分演算、微分演算部４による微分演算を行い、これらを加算器５により加減算し、該加減算の結果を制御対象６に供給することで、制御対象を制御する。このようなＰＩＤ制御を用いたシステムが、例えば特許文献１に記載されている。また、基準値と入力値の偏差を監視するシステムが、特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開平０９−２４４７０３号公報
【特許文献２】特開２００３−００８５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術では、入力値（目標値）とＦＢ値との差である偏差が、制御対象が目標値に近づいて偏差が小さくなると、比例演算、積分演算の出力変化も小さくなるため、全体としてのゲインが小さくなる。この結果、偏差が小さな領域での制御応答性が悪くなるという問題がある。上述した特許文献１、２については、ＰＩＤ制御を行うこと、あるいは偏差を監視することができるものであるが、偏差が小さい領域において制御の応答性が悪くなることを改善するものではない。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、偏差が小さな領域における制御応答性を向上させることができる制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明は、目標値と制御対象からのフィードバック値との偏差を演算する偏差演算手段と、前記偏差演算手段による偏差に基づいて比例演算する比例演算手段とを具備し、該比例演算手段による演算結果に基づいて前記制御対象を制御する制御装置であって、前記偏差が所定の閾値より小さくなったか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記偏差が所定の閾値より小さくなったと判定されると、前記偏差の符号に応じた固定値を出力する固定値出力手段と、前記比例演算手段による演算結果に前記固定値出力手段からの固定値を加算する加算手段とを具備し、前記加減算手段からの出力により前記制御対象を制御することを特徴とする制御装置である。
【０００７】
この発明によれば、偏差が所定の閾値より小さくなったと判定された場合に、偏差の符号（例えば、＋（プラス）あるいは−（マイナス））に応じた固定値が、比例演算手段による演算結果に加算され、この加算結果に従って、制御対象が制御される。これにより、偏差が小さい領域（目標値に近い領域）となり、ゲインが小さくなる場合に、固定値を加算することによって、ゲインを高くすることができ、応答性を向上させることができる。
【０００８】
本発明は、上記の発明において、前記偏差演算手段による偏差に基づいて積分演算する積分演算手段を更に具備し、前記加算手段は、前記比例演算手段による比例演算結果と前記固定値出力手段からの固定値とに加えて、前記積分演算手段による積分演算結果を加算することを特徴とする。
この発明によれば、比例制御および積分制御を行う制御（ＰＩ制御）であっても、偏差が小さい領域となりゲインが小さくなる場合に、固定値を加算することによって、ゲインを高くすることができ、応答性を向上させることができる。
【０００９】
本発明は、上記の発明において、前記偏差演算手段による偏差に基づいて微分演算する微分演算手段を更に具備し、前記加算手段は、前記比例演算手段による比例演算結果と前記固定値出力手段からの固定値と前記積分演算手段による積分演算結果とに加えて、前記微分演算手段による微分演算結果とを加算することを特徴とする。
この発明によれば、比例制御、積分制御および微分制御を行う制御であっても、偏差が小さい領域となりゲインが小さくなる場合に、固定値を加算することによって、ゲインを高くすることができ、応答性を向上させることができる。
【００１０】
本発明は、上記の発明において、前記固定値出力手段は、偏差が０＜偏差＜第1の閾値の場合、第1の固定値を出力し、第２の閾値＜偏差＜０の場合、第２の固定値を出力することを特徴とする。
この発明によれば、０＜偏差＜第1の閾値の領域と、第２の閾値＜偏差＜０の領域とについて、固定値を設定しておく。そして、偏差の値がいずれかの領域に該当する場合は、その該当した領域に対応する固定値が加算される。すなわち、偏差の値が該当する領域に応じて、その偏差の値に対応する固定値を加算することができる。これにより、任意の値を固定値として設定しておくことにより、偏差が小さくなった場合のゲインを任意に設定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、偏差が所定の閾値より小さくなったと判定されると、偏差の符号に応じた固定値を、比例演算手段による演算結果に加算し、該加算値により制御対象を制御することで、偏差が小さい領域、すなわち目標値に近づいた領域でのゲインが高くなり、応答性を向上させることができるという利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態によるＰＩＤアンプの構成を示すブロック図である。
図１において、減算器１は、外部から入力される目標値と制御対象６から出力されるフィードバック値（以下、ＦＢ値と称す）との差（偏差＝目標値−ＦＢ値）を演算する。比例演算部２は、減算器１から出力される偏差値に基づいて比例演算を行う。積分演算部３は、減算器１から出力される偏差値に基づいて積分演算を行う。微分演算部４は、減算器１から出力される偏差値に基づいて微分演算を行う。閾値記憶部１１は、正の値である閾値（例えば、ａ）を記憶する。固定値記憶部１３は、正の値の固定値（例えば、ｊ）を記憶する。閾値記憶部１５は、負の値である閾値（例えばｂ）を記憶するである。固定値記憶部１７は、負の値の固定値（例えば、ｋ）を記憶する。
【００１３】
比較器１０は、減算器１の出力である偏差の値と閾値記憶部１１に記憶された閾値ａとを比較し、偏差が０＜偏差＜閾値ａの場合、スイッチ１２をオン状態とし、これ以外の場合はスイッチ１２をオフ状態にする。スイッチ１２がオン状態になることで、固定値記憶部１３に記憶された固定値ｊがランプ関数発生器１８に供給される。比較器１４は、減算器１の出力である偏差の値と閾値記憶部１５に記憶された閾値ｂとを比較し、偏差が、閾値ｂ＜偏差＜０の場合、スイッチ１６をオン状態とし、これ以外の場合はスイッチ１６をオフ状態にする。スイッチ１６がオン状態になることで、固定値記憶部１７に記憶された固定値ｋがランプ関数発生器１８に供給される。
【００１４】
加算器５は、比例演算器２、積分演算部３、微分演算部４、ランプ関数発生器１８の出力を受け、これらの出力に基づいて加減算を行い、該加減算の結果を制御対象６に供給する。
【００１５】
制御対象６が目標値に近づき、偏差が小さくなると、固定値記憶部１３の固定値ｊがランプ関数発生器１８に供給され、制御対象６が目標値を超え、偏差が負になると、固定値記憶部１７に記憶された固定値ｋがランプ関数発生器１８に供給されることになる。上述したように、固定値１３と固定値１７の関係は、符号が異なり、固定値１３が正の値で、固定値１７が負の値となる。ランプ関数発生器１８は、固定値１３または固定値１７のいずれかが供給されると、時間と共に一定の割合で変化してその値に達する関数（ランプ関数）を発生させて加算器５に供給する。
【００１６】
図２は、本実施形態による制御装置の動作例を示す概念図である。
図２に示すように、制御が開始され、偏差が小さくなり、比較器１０の比較結果において、偏差が０＜偏差＜閾値ａとなると、スイッチ１２がオンとなり、固定値記憶部１３に記憶された固定値ｊがランプ関数発生器１８を介して加算器５に供給される。これにより、固定値ｊがランプ関数発生器１８が発生するランプ関数で演算され、この結果が加算器５に供給される。したがって、比例演算器２、積分演算部３、微分演算部４の出力と、ランプ関数発生器１８から出力される値とが加算器５において加算され、制御対象６に供給される。
【００１７】
ここで、比例演算器２、積分演算部３、微分演算部４の出力のみでは偏差が小さいのでゲインも小さいが、この偏差が小さい場合（０＜偏差＜閾値ａ）に、固定値記憶部１３に記憶された固定値（ここでは正の値）が加算されるので、偏差（正の値）に固定値（正の値）が加えられることになる。これにより、偏差が小さい場合（０＜偏差＜閾値ａ）であっても、ゲインを大きくすることができ、これにより、一般的な制御方法（図２における「従来技術」の破線）に比べて目標値により急速に収束することになる（図２における「本発明」の実線）。
【００１８】
一方、偏差が閾値ｂ＜偏差＜０となった場合、すなわち、目標値を超えた領域においては、スイッチ１６がオンとなり、固定値記憶部１７に記憶された固定値ｋがランプ関数発生器１８がランプ関数発生器１８が発生するランプ関数で演算され、この結果が加算器５に供給される。そして、比例演算器２、積分演算部３、微分演算部４の出力と、ランプ関数発生器１８から出力される値とが加算器５において加算され、制御対象６に供給される。これにより、固定値ｋがランプ関数発生器１８が発生するランプ関数で演算され、この結果が加算器５に供給される。したがって、比例演算器２、積分演算部３、微分演算部４の出力と、ランプ関数発生器１８から出力される値とが加算器５において加算され、制御対象６に供給される。
【００１９】
ここで、比例演算器２、積分演算部３、微分演算部４の出力のみでは偏差が小さいのでゲインも小さいが、この偏差が小さい場合（閾値ｂ＜偏差＜０）に、固定値記憶部１７に記憶された固定値（ここでは負の値）が加算されるので、偏差（負の値）に固定値（負の値）が加えられることになる。これにより、偏差が小さい場合（閾値ｂ＜偏差＜０）であっても、ゲインを大きくすることができ、これにより、一般的な制御方法（図２における「従来技術」の破線）に比べて目標値により急速に収束することになる（図２における「本発明」の実線）。
【００２０】
このように、本実施形態よれば、偏差が０＜偏差＜閾値ａの場合、あるいは、閾値ｂ＜偏差＜０の場合のように、予め決められた値よりも偏差が小さな領域において、固定値記憶部１３または固定値記憶部１７のいずれかに記憶された固定値を加算器５に供給するようにしたので、偏差が小さな領域でのゲインを高くすることができ、応答性を向上させることが可能となる。ここでは、制御対象の制御のさせ方に応じて、固定値記憶部１３、固定値記憶部１７に記憶する値を任意に設定することにより、偏差が小さくなった場合のゲインを設定することができる。
【００２１】
また、ランプ関数発生器１８は、一次遅れ等のフィルタでもよい。また、ランプ関数発生器１８は、偏差が小さい領域、すなわち目標値に近づいた領域で固定値１３または固定値１７を与えることで急激な制御とならないようにするため、言い換えると、滑らかに制御するために挿入されているので、制御対象によっては必須の構成要素でなく、固定値１３、１７を直接、加算器５に供給するようにしてもよい。
【００２２】
なお、上述した実施形態では、ＰＩＤアンプについて説明したが、偏差（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ：比例）、及び積分（Ｉｎｔｅｇｒａｌ：積分）のみのＰＩアンプであっても、偏差（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ：比例）のみのＰアンプであってもよい。
【００２３】
また、閾値記憶部１１、１５を２つだけでなく、さらに増加してもよく、それに応じて、固定値の数も増加してもよい。これにより、偏差が小さな領域において、より緻密な制御を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態によるＰＩＤアンプの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態による制御装置の動作例を示す概念図である。
【図３】従来技術による一般的なＰＩＤ制御方式を用いたＰＩＤアンプの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  減算器（偏差演算手段）
２  比例演算部（比例演算手段）
３  積分演算部（積分演算手段）
４  微分演算部（微分演算手段）
５  加算器（加算手段）
６  制御対象
１０  比較器（判定手段）
１１  閾値記憶部（第１の閾値）
１２  スイッチ（固定値出力手段）
１３  固定値記憶部（第１の固定値）
１４  比較器（判定手段）
１５  閾値記憶部（第２の閾値）
１６  スイッチ（固定値出力手段）
１７  固定値記憶部（第２の固定値）
１８  ランプ関数発生器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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