(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＩ制御演算またはＰＩＤ制御演算により、制御量を目標値に一致させるような操作量を求めて制御対象を制御するＰＩＤ制御器において、
前記制御対象の位相勾配、限界感度、限界周期、減衰係数またはゲイン勾配を入力する手段と、既知または前記位相勾配と前記ゲイン勾配から推定される減衰係数をパラメータとし、前記位相勾配に基づいて、比例ゲイン、積分時間、必要に応じて微分時間にそれぞれ対応する各比率係数を取り出す２次元関数要素と、前記限界感度に前記比例ゲイン比率係数を乗じて前記比例ゲインを算出する比例ゲイン用乗算要素と、前記限界周期に前記積分時間比率係数、微分時間係数をそれぞれ乗じて前記積分時間、微分時間を算出する積分時間・微分時間用乗算要素とを設けた制御パラメータ発生機構を備え、前記ＰＩまたはＰＩＤ制御演算に用いる比例ゲイン、積分時間、必要に応じて微分時間を算出することを特徴とするＰＩＤ制御器。
【請求項２】
ＰＩ制御演算またはＰＩＤ制御演算により、制御量を目標値に一致させるような操作量を求めて制御対象を制御するＰＩＤ制御器において、
前記制御対象の位相勾配、限界感度、限界周期、減衰係数またはゲイン勾配を入力する手段と、既知または前記位相勾配と前記ゲイン勾配から推定される減衰係数をパラメータとし、前記位相勾配に基づいて関数グラフから基準化むだ時間を推定する基準化むだ時間関数要素と、この関数要素からの基準化むだ時間と前記減衰係数とに基づいて、比例ゲイン、積分時間、必要に応じて微分時間にそれぞれ対応する各比率係数を取り出す３次元関数要素と、前記限界感度に前記比例ゲイン比率係数を乗じて前記比例ゲインを算出する比例ゲイン用乗算要素と、前記限界周期に前記積分時間比率係数、微分時間係数をそれぞれ乗じて前記積分時間、微分時間を算出する積分時間・微分時間用乗算要素とを設けた制御パラメータ発生機構を備え、前記ＰＩまたはＰＩＤ制御演算に用いる比例ゲイン、積分時間、必要に応じて微分時間を算出することを特徴とするＰＩＤ制御器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載するＰＩＤ制御器において、
前記位相勾配および前記ゲイン勾配は、位相が−１８０度になる位相交点周波数或いはそれよりも低い周波数に対する位相およびゲインの変化率であることを特徴とするＰＩＤ制御器。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載するＰＩＤ制御器において、
前記位相勾配および前記ゲイン勾配の算出は、限界感度テスト時にむだ時間を付加し、当該むだ時間有無に応じてそれぞれ複数の限界感度および限界周期を取り出す手段と、この手段により取り出される複数の限界感度および限界周期を入力とし、位相勾配およびゲイン勾配を算出する演算要素とを有することを特徴とするＰＩＤ制御器。
【請求項５】
ＰＩ制御演算またはＰＩＤ制御演算により、制御量を目標値に一致させるような操作量を求めて制御対象を制御するＰＩＤ制御器において、
前記制御対象の位相勾配、限界感度、限界周期、減衰係数またはゲイン勾配を入力する手段と、前記位相勾配と前記ゲイン勾配とに基づいて、比例ゲイン、積分時間、必要に応じて微分時間にそれぞれ対応する各比率係数を取り出す３次元関数要素と、前記限界感度に前記比例ゲイン比率係数を乗じて前記比例ゲインを算出する比例ゲイン用乗算要素と、前記限界周期に前記積分時間比率係数、微分時間係数をそれぞれ乗じて前記積分時間、微分時間を算出する積分時間・微分時間用乗算要素とを設けた制御パラメータ発生機構を備え、前記ＰＩまたはＰＩＤ制御演算に用いる比例ゲイン、積分時間、必要に応じて微分時間を算出することを特徴とするＰＩＤ制御器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油，化学，鉄鋼，電力，製紙等の各種プラント制御やサーボ制御等に利用されるＰＩＤ制御器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＰＩＤ制御器は、Ｐ（比例）動作、Ｉ（積分）動作、Ｄ（微分）動作を組み合わせた制御器であって、定常特性および速応性を同時に改善できることから広く用いられている。
【０００３】
従来の多くのＰＩＤ制御器においては、Ｐ制御動作、Ｉ制御動作、Ｄ制御動作の強さについて、比例ゲインＫP、積分時間ＴI、微分時間ＴD等の制御パラメータを設定し調整するのが一般的である。
【０００４】
これら制御パラメータを求める方法は、制御対象の応答特性から種々の調整公式を用いて計算により求める方法、或いはステップ入力に対する実際の制御系の制御応答波形を観察して探索により求める方法等が挙げられる。
【０００５】
例えば制御対象の限界感度Ｋｃと限界周期Ｔｃとを用いて、制御パラメータを決めるZiegler  and  Nicholsの限界感度法が知られているが、制御対象の特性を表すために限界感度Ｋｃおよび限界感度Ｔｃと２個のパラメータしか用いられていないので、現実に存在する種々の制御対象の特性を的確に表現することが難しく、満足な制御性が得られない場合が多い。
【０００６】
そこで、以上の改善策として、さらに制御対象の伝達関数パターンとむだ時間とを用いて制御パラメータを求める方法が提案されている。この方法は、種々の制御対象を良好に制御できるパラメータを求めることが可能であるが、特に進み特性をもつ系や振動系などの場合、適切なむだ時間を推定するために試行錯誤を繰り返すことから、制御パラメータを求めるために多くの時間を要する問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、以上のようにして制御パラメータを求める方法では、実際の制御対象の特性を的確に表現できないとか、制御パラメータを求めるのに非常に多くの時間を要する不都合がある。
【０００８】
本発明は上記事情にかんがみてなされたもので、時間をかけずに速やかに最適な制御パラメータを決定し、汎用性ある優れた制御性能を発揮できるＰＩＤ制御器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、ＰＩ制御演算またはＰＩＤ制御演算により、制御量を目標値に一致させるような操作量を求めて制御対象を制御するＰＩＤ制御器であって、前記制御対象の位相勾配、限界感度、限界周期、減衰係数またはゲイン勾配を入力する手段と、既知または前記位相勾配と前記ゲイン勾配から推定される減衰係数をパラメータとし、前記位相勾配に基づいて、比例ゲイン、積分時間、必要に応じて微分時間にそれぞれ対応する各比率係数を取り出す２次元関数要素と、前記限界感度に前記比例ゲイン比率係数を乗じて前記比例ゲインを算出する比例ゲイン用乗算要素と、前記限界周期に前記積分時間比率係数、微分時間係数をそれぞれ乗じて前記積分時間、微分時間を算出する積分時間・微分時間用乗算要素とを設けた制御パラメータ発生機構を備えることにより、時間をかけることなく、また試行錯誤を繰り返すことなく、合理的に比例ゲイン，積分時間，微分時間を生成でき、これら生成された比例ゲイン，積分時間，微分時間を用いてＰＩＤ制御演算機構に設定すれば、ＰＩまたはＰＩＤ制御演算を実行して得られる操作量を制御対象に印加することにより、汎用性に優れた制御性能を発揮させることが可能である。
【００１１】
さらに、前記各比率係数を取り出す２次元関数要素に代えて各比率係数を取り出す３次元関数要素を用いても、同様に比例ゲイン比率係数，積分時間比率係数、微分時間係数を取り出すことが可能であり、同様に限界感度，限界周期を乗じて比例ゲイン、積分時間および微分時間に求めることが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するに先立ち、本制御器に入力するためのパラメータである制御対象の限界感度Ｋｃ、限界周期Ｔｃ、位相勾配Φｄ、ゲイン勾配Ｇｄ、減衰係数ζ等を取得する例およびこれらパラメータを用いて比例ゲインＫP、積分時間ＴI、微分時間ＴD等の制御パラメータを算出する例について説明する。
【００１３】
先ず、本発明に係るＰＩＤ制御に用いる限界感度Ｋｃ、限界周期Ｔｃは、図１（ａ）に示す比例制御系を用いて限界感度テストによって実測する。同図において１は目標値ＳＶと制御量ＰＶとの偏差を演算する偏差演算要素、２は比例ゲインＫ、３は比例ゲインＫの出力からの操作量ＭＶに外乱を加えて調節信号を取り出す加算要素、４は制御対象である。
【００１４】
このような比例制御系における限界感度テストは、ゲインＫを徐々に大きくしつつステップ状の目標値または外乱を入力したときの制御量の応答から実測するものであって、ゲインＫを大きくしていくと、図２に示すように次第に振動的となり、ついには安定限界を越えて発振状態となる。このときの一定振幅の持続振動を継続する状態の比例ゲインＫを見つけ、この比例ゲインＫを限界感度Ｋｃ、持続振動の周期を限界周期Ｔｃとして実測する。
【００１５】
さらに、図１（ｂ）に示すように、制御対象４に含まれるむだ時間の１０％程度のむだ時間Ｌをむだ時間要素５として設定し、同様に限界感度テストを実施したときの一定振幅の持続振動継続時の比例ゲインＫをむだ時間付加時の限界感度Ｋｃ’、持続振動の周期をむだ時間付加時の限界周期Ｔｃ’と呼ぶ。
【００１６】
次に、位相勾配Φｄ、ゲイン勾配Ｇｄは、図３に示す限界感度テストのボード線図から決定する。
今、制御対象の特性を表す代表的な伝達関数を用いたテストバッチとして、下式のような２次遅れ＋むだ時間系を用いる
Ｋｅ‐Lｓ／（１＋２ζＴｓ＋Ｔ2ｓ2）                      ……（１）
但し、Ｋはプロセスゲイン、Ｌはむだ時間、Ｔは遅れ時間である。ここで、制御対象の限界感度Ｋｃ＝１、限界周期Ｔｃ＝１であるときのむだ時間を基準化むだ時間ＬN（＝Ｌ／Ｔｃ）、遅れ時間を基準化遅れ時間ＴN（＝Ｔ／Ｔｃ）、プロセスゲインを基準化プロセスゲインＫN（＝Ｋ／Ｋｃ）とすると
基準化遅れ時間ＴN＝｛−β＋（β2＋１）0.5｝／２π    ……（２）
基準化プロセスゲインＫN＝[{１−（２πＴN）2｝2＋（４ζπＴN）2］0.5……（３）
で表される。但し、β＝ζ／ｔａｎ（１−２ＬN）πである。
【００１７】
一方、位相交点の角周波数をω（＝２π／Ｔｃ）、むだ時間Ｌを付加したときの位相交点の角周波数をω’（＝２π／Ｔｃ’）とすると、ωで基準化した周波数差Δωとしては、
Δω＝（ω−ω’）ω＝１−（Ｔｃ／Ｔｃ’）                  ……（４）
得られる。
そこで、むだ時間Ｌによる角周波数ω’での位相ΦＬは、
ΦＬ＝−（１８０／π）Ｌω’＝−３６０Ｌ／Ｔｃ’            ……（５）
である。従って、減衰係数ζとして、基準化むだ時間ＬNを０から０．５まで変えたときの位相交点における位相勾配Φｄ（度／基準化周波数）は、図３に示すボード線図から
Φｄ（度／基準化周波数）＝−（２πＬ／Ｔｃ’）・（１−Ｔｃ／Ｔｃ’）……（６）
を推定でき、また制御対象のω，ω’におけるゲインは、それぞれ（１／Ｔｃ）、（１／Ｔｃ’）であるので、同様に位相交点におけるゲイン勾配Ｇｄ（ｄＢ／基準化周波数）は、
0003641181.tif 000002
を推定できる。
【００１８】
以上のようにして位相勾配Φｄおよびゲイン勾配Ｇｄを推定したならば、位相勾配を横軸、ゲイン勾配を縦軸とする図４に示す２次元関数グラフを描くことができる。従って、位相勾配とゲイン勾配とを入力し、かかる２次元関数グラフ画面上に表示させることにより、減衰係数ζを推定することが可能となる。なお、ΦｄとＧｄとから減衰係数ζが得られる３次元関数グラフも容易に作成でき、この３次元関数グラフ画面から一義的に減衰係数ζを得ることもできる。
【００１９】
次に、制御対象の伝達関数式である（１）式を分母系列表現伝達関数に変換すると、次式のようになる。
１／（ａ0＋ａ1ｓ＋ａ2ｓ2＋ａ3ｓ3＋……）                  ……（８）
但し、ａ０＝１／Ｋ、ａ１＝（２ζＴ＋Ｌ）／Ｋ、ａ２＝（２Ｔ2＋４ζＴＬ＋Ｌ2）／２Ｋ、ａ３＝（６Ｔ2＋６ζＴＬ＋Ｌ2）Ｌ／６Ｋである。
そこで、今、制御対象に対し、Ｉ−ＰＤフィードバック制御を行ったときの目標値に対する制御量の伝達特性が下式に示す規範モデル特性
１／（１＋σｓ＋α２σ2ｓ2＋α3σ3ｓ3＋α4σ4ｓ4＋…）    ……（９）
（但し、σは立上り時間であって、例えばα２＝０．５，α3＝０．１５、α4＝０．０３）に等しくするＰＩＤ値（Ｔｃ＝Ｋｃ＝１のとき、比率係数はｆｋ、ｆI，ｆD）は、
ｆｋ＝a２／（α３σ2）−ａ０                            ……（１０）
ｆI＝｛１−α３（ａ０／ａ２）σ2｝σ                    ……（１１）
ｆD＝（α２ａ２−α３ａ１σ）σ／（ａ２−α３ａ０σ2）  ……（１２）
となる。但し、σ＝α３ａ３／（α４ａ２）である。
【００２０】
そこで、前述と同様に減衰係数ζをパラメータとし、ＬN値が０から０．５まで変えたときのｆｋ、ｆI，ｆDを前記（１０）式〜（１２）式で求めた後、位相勾配Φｄを横軸、各ｆｋ、ｆI，ｆDをそれぞれ縦軸とする２次元関数グラフを描くと、図５（ａ）〜（ｃ）となる。従って、Φｄとζとを与えれば、関数要素からｆｋ、ｆI，ｆDの値を決定できる。
【００２１】
よって、Ｔｃ、Ｋｃ、Φｄとζ（またはＧｄ）の値を入力すれば、次式で示すような最適なＰＩＤ値を決定することが可能である。
【００２２】
比例ゲイン：ＫP＝ｆｋ・Ｋｃ                              ……（１３）
積分時間  ：ＴI＝ｆI・Ｔｃ                                ……（１４）
微分時間  ：ＴD＝ｆD・Ｔｃ                              ……（１５）
さらに、減衰係数ζをパラメータとしたΦｄとＬNとの関係は図６で表され、Φｄとζとから制御対象の基準化むだ時間ＬNを決定でき、またＬN，ζとｆｋ、ｆI，ｆDとの関係を表す３次元関数グラフは図７、図８（ａ），（ｂ）となるから、この関数要素を用い場合にも前記（１３）式〜（１５）式に基づいて最適なＰＩＤ値を決定できる。
【００２３】
なお、テストバッチとして（１）式の２次遅れ＋むだ時間系を用いたが、これは
次の理由からである。
（１）  振動系がζ<０．７で近似できること。
（２）  ζを大きな値（約２０以上）とすれば、次のような関係を近似できること。
２．１）        −９０度>Φｄ>−１８０度（０．２５<ＬN<０．５）で１次遅れ＋むだ時間を近似できる。
２．２）        Φｄ＝−９０度（ＬN＝０．２５）で積分＋むだ時間系を近似できる。
２．３）        ０度>Φｄ>−９０度（０<ＬN<０．２５）で積分＋遅れ＋むだ時間系を近似できる。
（３）  Φｄ＝−１８０度（ＬN＝０．５）で純粋むだ時間系を近似できること。
【００２４】
すなわち、広範囲な制御対象の位相交点近傍における周波数特性を近似でき、汎用性があるためである。
【００２５】
以下、以上のようにして得られる制御対象の限界感度Ｋｃ、限界周期Ｔｃ、位相勾配Φｄ、ゲイン勾配Ｇｄ、減衰係数ζ等から制御パラメータを決定し、これら制御パラメータを用いてＰＩまたはＰＩＤ制御演算を実行する本発明に係るＰＩＤ制御器の実施の形態について説明する。
【００２６】
図９は本発明に係るＰＩＤ制御器の一実施の形態を示す構成図である。
【００２７】
このＰＩＤ制御器は、制御パラメータを発生する制御パラメータ発生機構０とこの発生機構１０から発生される制御パラメータを用いてＰＩＤ制御演算を実行するＰＩＤ制御演算機構２０とで構成されている。
【００２８】
この制御パラメータ発生機構１０は、前述のごとく実測された限界周期Ｔｃ、限界感度Ｋｃ、位相勾配Φｄ、ゲイン勾配Ｇｄ或いは減衰係数ζ等を用いて、制御パラメータである比例ゲインＫP，積分時間ＴI，微分時間ＴDを算出し、ここで算出された比例ゲインＫP，積分時間ＴI，微分時間ＴDをＰＩＤ制御演算機構２０に設定する。
【００２９】
前記ＰＩＤ制御演算機構２０は、目標値ＳＶと制御対象（図示せず）からの制御量ＰＶとが入力され、前記制御パラメータ発生機構１０から設定される比例ゲインＫP，積分時間ＴI，微分時間ＴDを用いて、目標値ＳＶと制御量ＰＶとの偏差を零とするようなＰ制御演算、Ｉ制御演算、必要に応じてＤ制御演算を実行し、これら制御演算によって得られた操作量ＭＶを用いて制御対象を制御する機能をもっている。
【００３０】
従って、この実施の形態によれば、一般の制御系に限界感度テスト等を適用して得られる限界周期Ｔｃ、限界感度Ｋｃ、位相勾配Φｄ、ゲイン勾配Ｇｄ或いは減衰係数ζ等を入力すれば、試行錯誤を繰り返すことなく最適な制御パラメータを取り出すことができる。
【００３１】
図１０は制御パラメータ発生機構１０の一構成例を示す図である。
この発生機構１０は、予め減衰係数ζが既知として入力されている場合には当該減衰係数ζを用いるが、この減衰係数ζを入力できない場合には外部から入力される位相勾配Φｄとゲイン勾配Ｇｄとに基づいて減衰係数ζを推定し出力する減衰係数推定要素１１と、比例ゲイン用２次元関数要素１２と、積分時間用２次元関数要素１３と、微分時間用２次元関数要素１４と、これら各関数要素１２〜１４の出力側に接続される乗算要素１５〜１７とによって構成されている。
【００３２】
前記比例ゲイン用２次元関数要素１２は、位相勾配Φｄと減衰係数ζとに基づいて比例ゲイン比率係数ｆKを取り出するものであって、外部から入力される位相勾配Φｄに対し、例えば図５（ａ）に示す特性に基づき、減数係数ζをパラメータとする関数から比例ゲイン比率係数ｆKを取り出し、乗算要素１５に送出する。この乗算要素１５は比例ゲイン用２次元関数要素１２からの比例ゲイン比率係数ｆKに限界感度Ｋｃを乗じて比例ゲインＫPを生成し、ＰＩＤ制御演算機構２０に設定する。
【００３３】
前記積分時間用２次元関数要素１３は、位相勾配Φｄと減衰係数ζとに基づいて積分時間比率係数ｆIを取り出するものであって、外部から入力される位相勾配Φｄに対し、例えば図５（ｂ）に示す特性に基づき、減数係数ζをパラメータとする関数から積分時間比率係数ｆIを取り出し、乗算要素１６に送出する。この乗算要素１６は積分時間用２次元関数要素１３からの積分時間比率係数ｆIに限界周期Ｔｃを乗じて積分時間ＴIを生成し、ＰＩＤ制御演算機構２０に設定する。
【００３４】
前記微分時間用２次元関数要素１４は、位相勾配Φｄと減衰係数ζとに基づいて微分時間比率係数ｆDを取り出するものであって、同じく外部から入力される位相勾配Φｄに対し、例えば図５（ｃ）に示す特性に基づき、減数係数ζをパラメータとする関数から微分時間比率係数ｆDを取り出し、乗算要素１７に送出する。この乗算要素１７は微分時間用２次元関数要素１４からの微分時間比率係数ｆDに限界周期Ｔｃを乗じて微分時間ＴDを生成し、ＰＩＤ制御演算機構２０に設定する。
【００３５】
なお、前記減衰係数推定要素１１による減衰係数ζの推定手段は図４に示す特性を画面に表示し、外部から入力される位相勾配Φｄとゲイン勾配Ｇｄとの点を表示させれば、その点から減衰係数ζを推定できる。
【００３６】
従って、以上のような実施の形態によれば、一般の制御系から求められる位相勾配Φｄと既知または推定される減衰係数ζとから簡単に比例ゲイン比率係数ｆK，積分時間比率係数ｆI，微分時間比率係数ｆDを得ることができ、さらにこれら比率係数に限界感度，限界周期を乗算すれば、特に試行錯誤を繰り返すことなく、合理的に比例ゲインＫP，積分時間ＴI，微分時間ＴDを生成でき、これら生成された比例ゲインＫP，積分時間ＴI，微分時間ＴDを用いてＰ制御演算、Ｉ制御演算およびＤ制御演算を実行し、得られる操作量を制御対象に印加することにより、汎用性に優れた制御性能を発揮させることができる。
【００３７】
図１１は制御パラメータ発生機構１０の他の実施形態例を示す構成図である。
この発生機構１０は、図１０と同様に必要に応じて設けられる減衰係数推定要素１１と、位相勾配Φｄと減衰係数ζとに基づいて基準化むだ時間ＬNを求める関数要素２１と、この関数要素２１の出力側に設けられた図１０に示す２次元関数要素１２〜１４に代わる比例ゲイン用３次元関数要素２２、積分時間用３次元関数要素２３および微分時間用３次元関数要素２４と、乗算要素１５〜１７とによって構成されている。
【００３８】
この基準化むだ時間関数要素２１は、図６に示す特性に基づき、外部から入力される位相勾配Φｄに対し、減衰係数ζをパラメータとする関数により基準化むだ時間ＬNを取り出すものである。
【００３９】
前記比例ゲイン用３次元関数要素２２は、基準化むだ時間関数要素２１からの基準化むだ時間ＬNと既知または推定要素１１で推定される減衰係数ζとに基づいて比例ゲイン比率係数ｆKを取り出し、乗算要素１５に送出する。この乗算要素１５は比例ゲイン３次元関数要素２２からの比例ゲイン比率係数ｆKに限界感度Ｋｃを乗じて比例ゲインＫPを生成し、ＰＩＤ制御演算機構２０に設定する。なお、比例ゲイン比率係数ｆKを取り出す手段としては、入力される基準化むだ時間ＬNと減衰係数ζとに対し、図７（ａ）に示す特性上の交点に対応する縦軸の値をもって比例ゲイン比率係数ｆKを得るものである。
【００４０】
前記積分時間用３次元関数要素２３は、基準化むだ時間ＬNと既知または推定要素１１で推定される減衰係数ζとに基づいて積分時間比率係数ｆIを取り出し、乗算要素１６に送出する。この乗算要素１６は積分時間用３次元関数要素２３からの積分時間比率係数ｆIに限界周期Ｔｃを乗じて積分時間ＴIを生成し、ＰＩＤ制御演算機構２０に設定する。なお、積分時間比率係数ｆIを取り出す手段としては、入力される基準化むだ時間ＬNと減衰係数ζとに対し、図８（ａ）に示す特性上の交点に対応する縦軸の値をもって積分時間比率係数ｆIを得るものである。
【００４１】
前記微分時間用３次元関数要素２４は、基準化むだ時間ＬNと既知または推定要素１１で推定される減衰係数ζとに基づいて微分時間比率係数ｆDを取り出し、乗算要素１７に送出する。この乗算要素１７は微分時間用３次元関数要素２４からの微分時間比率係数ｆDに限界周期Ｔｃを乗じて微分時間ＴDを生成し、ＰＩＤ制御演算機構２０に設定する。なお、微分時間比率係数ｆDを取り出す手段としては、入力される基準化むだ時間ＬNと減衰係数ζとに対し、図８（ｂ）に示す特性上の交点に対応する縦軸の値をもって微分時間比率係数ｆDを得るものである。
【００４２】
従って、以上のような実施の形態によれば、位相勾配Φｄと既知または推定要素１１で推定される減衰係数ζとから図６に基づいて基準化むだ時間を算出し、この基準化むだ時間と前記減衰係数とから３次元関数要素２２〜２４を用いて比例ゲイン，積分時間，微分時間等の適切な比率係数を求めることができ、その結果、特に試行錯誤を繰り返すことなく、合理的に比例ゲインＫP，積分時間ＴI，微分時間ＴDを容易に生成でき、汎用性に優れた制御性能を発揮させることができる。
【００４３】
図１２は制御パラメータ発生機構１０の更に他の実施形態例を示す構成図である。
この発生機構１０は、位相勾配Φｄと減衰係数ζに代わるゲイン勾配Ｇdとを用いて、比率係数ｆK，ｆI，ｆDを求める比例ゲイン用３次元関数要素３１、積分時間用３次元関数要素３２、微分時間用３次元関数要素３３と、これら関数要素３１〜３３の出力側に接続される乗算要素１５〜１７とによって構成されている。
【００４４】
すなわち、この発生機構１０は、比例ゲイン用３次元関数要素３１が外部から入力される位相勾配Φｄとゲイン勾配Ｇdとに基づいて比例ゲイン比率係数ｆKを取り出し、また積分時間用３次元関数要素３２が同じく位相勾配Φｄとゲイン勾配Ｇdとを用いて積分時間比率係数ｆIを取り出し、さらに微分時間用３次元関数要素３３が位相勾配Φｄとゲイン勾配Ｇdとを用いて微分時間比率係数ｆDを取り出し、それぞれ対応する乗算要素１５，１６，１７に送出する。これら乗算要素１５，１６，１７は、それぞれ対応する関数要素３１，３２，３３から得られる比例ゲイン比率係数ｆK，積分時間比率係数ｆI，微分時間比率係数ｆDに個別に限界周期Ｔｃを乗算し、制御パラメータである比例ゲインＫP、積分時間ＴI、微分時間ＴDを生成し、ＰＩＤ制御演算機構２０に設定する。
【００４５】
従って、ＰＩＤ制御演算機構２０は、発生機構１０からの比例ゲインＫP、積分時間ＴI、微分時間ＴDを用いて、制御量ＰＶが目標値ＰＶと一致するような制御演算を実行し、得られた操作量ＭＶに基づいて制御対象を制御するものである。
【００４６】
なお、前述する限界感度テストにおいて限界感度Ｋｃ，むだ時間付加時の限界感度Ｋｃ’，限界周期Ｔｃ，むだ時間付加時の限界周期Ｔｃ’を求めた場合、図１３に示すようにそれらＫｃ，Ｋｃ’，Ｔｃ，Ｔｃ’を用いて、勾配算出演算要素４１が前記（６）式および（７）式に基づいて位相勾配Φｄおよびゲイン勾配Ｇdを算出することができ、ここで算出された位相勾配Φｄおよびゲイン勾配Ｇdを図１２に適用してもよい。
【００４７】
従って、以上のような実施の形態全般について言えることは、ＰＩＤ制御演算機構２０に制御パラメータ発生機構１０を設け、一般の制御系を適用して制御対象の位相交点付近の周波数特性を代表する位相勾配，減衰係数またはゲイン勾配等を用いて、所要とする演算により比例ゲイン比率係数、積分時間比率係数および微分時間比率係数を求めた後、同じく予め求められる限界感度，限界周期を乗じることによりＰＩＤ調整が難しい制御ループであっても、適切、制御パラメータである比例ゲインＫP、積分時間ＴI、微分時間ＴDを生成することができる。
【００４８】
そして、このような制御パラメータ発生機構１０で得られたある比例ゲインＫP、積分時間ＴI、微分時間ＴDをＰＩＤ制御演算機構２０に設定し、例えば進み特性を持つ伝達関数が
１３０（３ｓ＋２）／｛（ｓ＋１）（５ｓ＋２）（４ｓ＋１）（ｓ＋４）｝
なる制御対象に適用したとき、図１４に示すごとくステップ状目標値の入力に対し、同図に示すように最適な制御性能を得ることができ、ひいては制御対象を良好に制御することができる。
【００４９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されずにその要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、予め求められる限界感度，限界周期、位相勾配，減衰係数またはゲイン勾配等を用いて、時間をかけずに速やかに最適な制御パラメータを決定でき、これら制御パラメータを制御演算に用いることにより汎用性ある優れた制御性能を発揮させることができるＰＩＤ制御器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  限界感度，限界周期、位相勾配，減衰係数またはゲイン勾配等を取得するための限界感度テストに用いる制御系を示す図。
【図２】  限界感度テストにより得られる時間応答例を示す図。
【図３】  限界感度テスト系一巡伝達関数の周波数特性例を示すボード線図。
【図４】  位相勾配とゲイン勾配とから減衰係数を推定する関数要素の特性を示す図。
【図５】  位相勾配から比例ゲイン，積分時間，微分時間等の比率係数を得る２次元関数要素の特性を示す図。
【図６】  位相勾配から基準化むだ時間を得る関数要素の特性を示す図。
【図７】  基準化むだ時間と減衰係数とから比例ゲイン比率係数を得る３次元関数要素の特性を示す図。
【図８】  基準化むだ時間と減衰係数とから積分時間および微分時間の比率係数を得る３次元関数要素の特性を示す図。
【図９】  本発明に係るＰＩＤ制御器の概略構成を示す図。
【図１０】  図９に示す制御パラメータ発生機構の一実施の形態を示す構成図。
【図１１】  図９に示す制御パラメータ発生機構の他の実施形態を示す構成図。
【図１２】  図９に示す制御パラメータ発生機構のさらに他の実施形態を示す構成図。
【図１３】  位相勾配およびゲイン勾配を取得するための勾配算出演算要素を説明する図。
【図１４】  本発明に係るＰＩＤ制御器を適用した場合の制御応答の一例を説明する図。
【符号の説明】
１…偏差演算要素
２…比例ゲイン
４…制御対象
５…むだ時間要素
１０…制御パラメータ発生機構
１１…減衰係数推定要素
１２…比例ゲイン用２次元関数要素
１３…積分時間用２次元関数要素
１４…微分時間用２次元関数要素
１５〜１７…乗算要素
２２，３１…比例ゲイン用３次元関数要素
２３，３２…積分時間用３次元関数要素
２４，３３…微分時間用３次元関数要素
４１…勾配算出演算要素
【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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