(57)【要約】【課題】制御アルゴリズムが異なり調整パラメータに互換性のない制御装置への置き換えに際し、制御ループの制御応答特性を所望の制御応答特性に近づけるような調整パラメータを簡単に求める。【解決手段】制御装置１Ａ（旧い制御装置）と制御対象２とで構成され所望の制御応答特性が得られている制御ループにおける制御量ＰＶと操作量ＭＶとを取得し、制御対象２のモデルを作成する。作成された制御対象２のモデルと制御装置１Ｂ（新しい制御装置）の制御アルゴリズムとから、制御装置１Ｂと制御対象２とから構成される制御ループで得られるであろう制御応答特性を求め、この求めた制御応答特性が所望の制御応答特性に近似するような制御装置１Ｂの調整パラメータ（Ｐ，Ｉ，Ｄパラメータ）をＰＩＤ’として求める。この求めた調整パラメータＰＩＤ’を制御装置１Ｂに設定する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の制御装置と、この第１の制御装置によって制御されている制御対象とで構成され、所望の制御応答特性が得られている制御ループにおける前記第１の制御装置を、制御アルゴリズムが異なり調整パラメータに互換性のない第２の制御装置に置き換える場合に、前記第１の制御装置の調整パラメータを前記第２の制御装置の調整パラメータに変換する調整パラメータの変換方法であって、
前記第１の制御装置を用いて制御されている制御対象のモデルを作成するステップと、
前記作成された制御対象のモデルと前記第２の制御装置の制御アルゴリズムとで算出される制御応答特性が、前記所望の制御応答特性に近似するような前記第２の制御装置の制御アルゴリズムの調整パラメータを求めるステップと
を備えることを特徴とする調整パラメータの変換方法。
【請求項２】
請求項１に記載された調整パラメータの変換方法において、
前記制御対象のモデルを作成するステップは、
前記第１の制御装置と前記制御対象とで構成され所望の制御応答特性が得られている制御ループにおける制御量または制御量および操作量を取得するステップと、
前記取得された制御量または制御量および操作量に基づいて前記制御対象のモデルを作成するステップと
を備えることを特徴とする調整パラメータの変換方法。
【請求項３】
第１の制御装置と、この第１の制御装置によって制御されている制御対象とで構成され、所望の制御応答特性が得られている制御ループにおける前記第１の制御装置を、制御アルゴリズムが異なり調整パラメータに互換性のない第２の制御装置に置き換える場合に、前記第１の制御装置の調整パラメータを前記第２の制御装置の調整パラメータに変換する調整パラメータの変換装置であって、
前記第１の制御装置を用いて制御されている制御対象のモデルを作成する手段と、
前記作成された制御対象のモデルと前記第２の制御装置の制御アルゴリズムとで算出される制御応答特性が、前記所望の制御応答特性に近似するような前記第２の制御装置の制御アルゴリズムの調整パラメータを求める手段と
を備えることを特徴とする調整パラメータの変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載された調整パラメータの変換装置において、
前記制御対象のモデルを作成する手段は、
前記第１の制御装置と前記制御対象とで構成され所望の制御応答特性が得られている制御ループにおける制御量または制御量および操作量を取得する手段と、
前記取得された制御量または制御量および操作量に基づいて前記制御対象のモデルを作成する手段と
を備えることを特徴とする調整パラメータの変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＰＩＤコントローラなどの制御装置の調整パラメータの変換方法および変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＰＩＤコントローラなどの制御装置は、室内温度などを制御するフィードバックコントローラとして多くの現場で活用されている。
【０００３】
図５に制御装置とこの制御装置によって制御されている制御対象とで構成される制御ループのブロック図を示す。同図において、１は制御装置（ＰＩＤコントローラ）、２はこの制御装置１によって制御されている制御対象である。
【０００４】
この制御ループにおいて、制御装置１は、上位装置から送られてくる設定値ＳＰと制御対象２からフィードバックされてくる制御量ＰＶとを入力とし、この入力される設定値ＳＰと制御量ＰＶとから所定の制御アルゴリズム（ＰＩＤアルゴリズム）により操作量ＭＶを演算する。そして、この演算された操作量ＭＶによって、制御対象２内の操作器（図示せず）が駆動され、制御量ＰＶが設定値ＳＰに合わせ込まれるように制御される。
【０００５】
図６に制御装置１と制御対象２とから構成される制御ループで得られている制御応答特性の一例を示す。この制御応答特性Ｉは、所望の制御応答特性として、例えばユーザの希望に添って定められたものである。すなわち、半導体製造工場などでは室内温度の上がり具合など、ユーザ独自の制御応答特性が要求される。この要求される制御応答特性を所望の制御応答特性とし、この所望の制御応答特性が得られるように、制御装置１のＰ，Ｉ，Ｄパラメータを定めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２４７８８６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７１８９０号公報
【特許文献３】特開２００５−７０９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような制御装置１と制御対象２とから構成される制御ループでは、制御装置１の世代交代により新規の制御装置１に置き換える必要が生じることがある。すなわち、旧い制御装置（制御装置Ａ）１Ａを使用していたのに対し、新しい制御装置（制御装置Ｂ）１Ｂ（図７参照）に交換する必要が生じることがある。この場合、旧い制御装置１Ａと、新しい制御装置１Ｂとで、制御アルゴリズムが異なることがある。
【０００８】
例えば、制御装置１Ａの制御アルゴリズムとして、下記（１）式で示される一般的なＰＩＤアルゴリズム〔不完全２自由度ＰＩＤ（比例帯のみ２自由度）〕が用いられていたのに対し、制御装置１Ｂの制御アルゴリズムとして、下記（２）式で示される干渉型のＰＩＤアルゴリズムが用いられている場合がある。
Ｐ・｛（α・ＳＰ−ＰＶ）＋Ｉ・（ＳＰ−ＰＶ）−Ｄ・ＰＶ｝  ・・・・（１）
Ｐ・（１＋Ｉ）・（１＋Ｄ）・（ＳＰ−ＰＶ）  ・・・・（２）
なお、上記（１），（２）式において、Ｐは比例パラメータ、Ｉは積分パラメータ、Ｄは微分パラメータ、αは定数である。
【０００９】
このような場合、制御装置１を制御装置１Ａから制御装置１Ｂに交換する際に、すなわち制御装置１Ａと制御対象２とで構成され所望の制御応答特性が得られている制御ループにおける制御装置１Ａを、制御アルゴリズムが異なり調整パラメータ（Ｐ，Ｉ，Ｄパラメータ）に互換性のない制御装置１Ｂに置き換える際に、制御装置１Ａに設定されている調整パラメータをそのまま制御装置１Ｂに設定すると、演算処理速度や演算アルゴリズムの違い、制御装置のＨ／Ｗ入出力特性の違いなどで、所望の制御応答特性が維持できなくなることがある。
【００１０】
例えば、制御装置１Ｂと制御対象２とから構成される制御ループの制御応答特性が図８に示す特性IIのように、所望の制御応答特性Ｉに対して大きくずれてしまう。そこで、この制御応答特性IIを所望の制御応答特性Ｉに近づけるように、制御装置１Ａの調整パラメータを制御装置１Ｂの調整パラメータに変換する必要が生じる。なお、この例では、調整パラメータをＰ，Ｉ，Ｄパラメータとしているが、他のタイプの調整パラメータでも同様の必要性が生じる。
【００１１】
この制御装置１Ｂの調整パラメータを求める際に、例えば、特許文献１に示された適応制御を適用することが考えられる。しかし、この特許文献１に示された適応制御を適用した場合、調整パラメータの調整範囲を超えた大幅な変更をしなければならず、簡単に制御装置１Ｂの調整パラメータを求めることができない。
【００１２】
また、特許文献２には、プラントの制御を模擬するダイナミックシミュレータ内のパラメータを調整するパラメータ調整方法が示されている。しかし、この引用文献２には、制御アルゴリズムが異なる制御装置への置き換えに際し、制御ループの制御応答特性を所望の制御応答特性に近づけるような調整パラメータを求めるための手段や方法については明示されておらず、本発明を示唆するものではない。
【００１３】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、制御アルゴリズムが異なり調整パラメータに互換性のない制御装置への置き換えに際し、制御ループの制御応答特性を所望の制御応答特性に近づけるような調整パラメータを簡単に求めることが可能な調整パラメータの変換方法および変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的を達成するために本発明は、第１の制御装置と、この第１の制御装置によって制御されている制御対象とで構成され、所望の制御応答特性が得られている制御ループにおける第１の制御装置を、制御アルゴリズムが異なり調整パラメータに互換性のない第２の制御装置に置き換える場合に、第１の制御装置の調整パラメータを第２の制御装置の調整パラメータに変換する調整パラメータの変換方法であって、第１の制御装置を用いて制御されている制御対象のモデルを作成するステップと、作成された制御対象のモデルと第２の制御装置の制御アルゴリズムとで算出される制御応答特性が、所望の制御応答特性に近似するような第２の制御装置の制御アルゴリズムの調整パラメータを求めるステップとを備えることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、第１の制御装置（制御装置Ａ）を用いて制御されている制御対象のモデルが作成され、この作成された制御対象のモデルと、第２の制御装置（制御装置Ｂ）の制御アルゴリズムとで算出される制御応答特性が、所望の制御応答特性に近似するような第２の制御装置の調整パラメータが求められる。
【００１６】
本発明において、第１の制御装置を用いて制御されている制御対象のモデルは、例えば、第１の制御装置と制御対象とで構成され所望の制御応答特性が得られている制御ループにおける制御量または制御量および操作量を取得し、この取得した制御量または制御量および操作量に基づいて作成するようにするとよい。また、本発明において、所望の制御応答特性はユーザの希望に添って定められている制御応答特性とするが、第１の制御装置と制御対象とから構成される制御ループで得られている現在の制御応答特性としてもよい。また、本発明は、上述した調整パラメータの変換方法を適用した調整パラメータの変換装置として構成することもできる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、第１の制御装置を用いて制御されている制御対象のモデルを作成し、この作成した制御対象のモデルと第２の制御装置の制御アルゴリズムとで算出される制御応答特性が、所望の制御応答特性に近似するような第２の制御装置の制御アルゴリズムの調整パラメータを求めるようにしたので、制御アルゴリズムが異なり調整パラメータに互換性のない制御装置への置き換えに際して、制御ループの制御応答特性を所望の制御応答特性に近づけるような調整パラメータを簡単に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る調整パラメータの変換方法の一実施の形態を説明する図である。
【図２】この調整パラメータの変換方法の実施に用いる調整パラメータ変換装置の機能ブロック図である。
【図３】この調整パラメータ変換装置での処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】この調整パラメータ変換装置によって収集される操作量および制御量を例示する図である。
【図５】制御装置（旧い制御装置（制御装置Ａ））とこの制御装置を用いて制御されている制御対象とから構成される制御ループのブロック図である。
【図６】制御応答特性の一例（所望の制御応答特性Ｉ）を示す図である。
【図７】制御装置（新しい制御装置（制御装置Ｂ））とこの制御装置を用いて制御される制御対象とから構成される制御ループのブロック図である。
【図８】新しい制御装置に交換した場合の制御応答特性IIを所望の制御応答特性Ｉと対比して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明に係る調整パラメータの変換方法の一実施の形態を説明する図である。
【００２０】
図１において、１は制御装置（ＰＩＤコントローラ）であり、１Ａは旧い制御装置（制御装置Ａ）、１Ｂは新しい制御装置（制御装置Ｂ）である。制御装置１Ａは制御対象２内の操作器４にまだ接続されている。３は調整パラメータ変換装置であり、本実施の形態ではパーソナルコンピュータ（以下、パソコンと略す）を用いている。
【００２１】
図２に調整パラメータ変換装置３の機能ブロック図を示す。調整パラメータ変換装置３は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、制御装置１Ｂの制御アルゴリズム（干渉型のＰＩＤアルゴリズム）を記憶する制御アルゴリズム記憶部３−１と、ユーザの希望に添って定められている制御応答特性を所望の制御応答特性として記憶する制御応答特性記憶部３−２と、制御装置１Ａを用いて制御されている制御対象２のモデルを作成するモデル作成部３−３と、制御アルゴリズム記憶部３−１に記憶されている制御装置１Ｂの制御アルゴリズムと制御応答特性記憶部３−２に記憶されている所望の制御応答特性とモデル作成部３−３によって作成された制御対象２のモデルとに基づいて後述する調整パラメータＰＩＤ’を求める調整パラメータ算出部３−４と、調整パラメータ算出部３−４によって求められた調整パラメータＰＩＤ’を制御装置１Ｂに設定する調整パラメータ設定部３−５とを備えている。
【００２２】
なお、本実施の形態において、制御装置１Ｂの制御アルゴリズムは、制御装置１Ａを制御装置１Ｂに置き換える前に、制御装置１Ｂに関する情報として、前述した（２）式のような形で調整パラメータ変換装置３に対して与え、制御アルゴリズム記憶部３−１に記憶させている。
【００２３】
また、制御応答特性記憶部３−２には、制御装置１と制御対象２とから構成される制御ループに対して定められているユーザの希望に添った制御応答特性（シミュレーションなどによって作成されている制御応答特性）を所望の制御応答特性として記憶させている。
【００２４】
以下、図３に示すフローチャートを参照して、制御装置１Ａを制御装置１Ｂに置き換える際の調整パラメータ変換装置３での処理動作について、各部の機能を交えながら説明する。
【００２５】
調整パラメータ変換装置３において、モデル作成部３−３は、制御装置１Ｂに置き換える前の制御装置１Ａと制御対象２とから構成される制御ループから、その制御ループにおける制御量ＰＶと操作量ＭＶとを収集し（ステップＳ１０１、図４参照）、この収集した操作量ＭＶおよび制御量ＰＶに基づいて制御対象２のモデルを作成する（ステップＳ１０２）。具体的には、制御対象２のモデルとして、伝達関数で表現されたモデルを作成する。このモデル作成部３−３によって作成された制御対象２のモデルは調整パラメータ算出部３−４へ送られる。
【００２６】
調整パラメータ算出部３−４は、制御応答特性記憶部３−２に記憶されている所望の制御応答特性を取得し（ステップＳ１０３）、また制御アルゴリズム記憶部３−１に記憶されている制御装置１Ｂの制御アルゴリズムを取得し（ステップＳ１０４）、モデル作成部３−３からの制御対象３のモデルと制御アルゴリズム記憶部３−１から取得した制御装置１Ｂの制御アルゴリズムとから、制御装置１Ｂと制御対象２とから構成される制御ループで得られるであろう制御応答特性を求め、この求めた制御応答特性が制御応答特性記憶部３−２から取得した所望の制御応答特性に近似するような制御装置１Ｂの調整パラメータ（Ｐ，Ｉ，Ｄパラメータ）をＰＩＤ’として求める（ステップＳ１０５）。
【００２７】
すなわち、調整パラメータ算出部３−４は、制御アルゴリズム記憶部３−１から取得した制御装置１Ｂの制御アルゴリズム（干渉型のＰＩＤアルゴリズム）中、その比例パラメータＰと積分パラメータＩと微分パラメータＤとが取り得る組み合わせを１つずつ順番に変えながら、制御装置１Ｂの制御アルゴリズムと制御対象３のモデルとから制御装置１Ｂと制御対象２とから構成される制御ループで得られるであろう制御応答特性をシミュレーションし、このシミュレーションした制御応答特性が所望の制御応答特性になるような制御装置１Ｂの調整パラメータをＰＩＤ’として求める。例えば、シミュレーションにより図８に示した制御応答特性IIが得られるものとすれば、この制御応答特性IIと理想の制御応答特性Ｉとの差が最小となるような制御装置１Ｂの調整パラメータをＰＩＤ’として求める。なお、この調整パラメータ算出部３−４でのＰ，Ｉ，Ｄパラメータを変えながらの制御応答特性のシミュレーションには、本出願人が先に提案した特許文献３の技術を利用する。
【００２８】
この調整パラメータ算出部３−４で求められた調整パラメータＰＩＤ’は調整パラメータ設定部３−５に送られる。調整パラメータ設定部３−５は、調整パラメータ算出部３−４からの調整パラメータＰＩＤ’を制御装置１Ｂに設定する（ステップＳ１０６）。
【００２９】
このようにして、制御装置１Ｂへの調整パラメータＰＩＤ’の設定を行った後、この調整パラメータＰＩＤ’が設定された制御装置１Ｂを制御装置１Ａと置き換える（リプレースする）。
【００３０】
置き換えられた制御装置１Ｂでは、制御装置１Ｂと制御対象２とから構成される制御ループで得られるであろう制御応答特性と所望の制御応答特性との差が最小となるように調整パラメータＰＩＤ’が設定されているので、制御装置１Ａ（旧製品）からの制御装置１Ｂ（新製品）へのスムーズな置き換えが可能となる。これにより、使用者は、大幅な手間をかけることなく、設備更新を行うことができるようになる。
【００３１】
なお、上述した実施の形態では、制御装置１Ａと制御対象２とから構成される制御ループにおける制御量ＰＶと操作量ＭＶとを取得（収集）するようにしたが、この場合、制御装置１Ａから制御対象２に送られる操作量ＭＶと制御対象２から制御装置１Ａに送られる制御量ＰＶとを取得するようにしてもよく、制御装置１Ａから制御対象２に送られる操作量ＭＶと制御装置１Ａにフィードバックされてきた制御量ＰＶとを取得するようにしてもよく、制御対象２に送られてきた操作量ＭＶと制御対象２から制御装置１Ａに送られる制御量ＰＶとを取得するようにしてもよく、制御装置１Ａにフィードバックされてきた制御量ＰＶと制御対象２に送られてきた操作量ＭＶとを取得するようにしてもよい。また、制御量ＰＶのみを取得して制御対象２のモデルを作成するようにしてもよく、他のデータを用いて制御対象２のモデルを作成するようにしてもよい。
【００３２】
また、上述した実施の形態では、ユーザの希望に添って定められている制御応答特性を所望の制御応答特性として制御応答特性記憶部３−２に記憶させておくようにしたが、制御装置１Ａと制御対象２とから構成される制御ループの現在の制御応答特性を取得し、この取得した現在の制御応答特性を所望の制御応答特性として用いるようにしてもよい。
【００３３】
また、上述した実施の形態では、制御装置１をＰＩＤコントローラとしたが、ＰＩＤコントローラに限られるものではない。また、調整パラメータをＰ，Ｉ，Ｄパラメータとしたが、Ｐ，Ｉ，Ｄパラメータに限られるものでもない。また、調整パラメータ変換装置３としてパソコンを用いるものとしたが、パソコンに限られるものでもない。
【００３４】
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１（１Ａ，１Ｂ）…制御装置、２…制御対象、３…調整パラメータ変換装置、３−１…制御アルゴリズム記憶部、３−２…制御応答特性記憶部、３−３…モデル作成部、３−４…調整パラメータ算出部、３−５…調整パラメータ設定部、４…操作器。
【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】
2014021747.tif 000008
【図７】
2014021747.tif 000009
【図８】
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