(57)【要約】      （修正有）【課題】共有回線を利用してフィードバック制御する場合に、ネットワーク上でパケットロスが発生したときであっても、プロセスに支障が無い範囲内でパケットロスを許容して制御を継続する。【解決手段】制御システムは、駆動装置２０、計測装置３０及び制御装置１０を具備する。制御装置は、ネットワークを介して駆動装置及び計測装置と接続し、受信部１１２、判定部１３、演算部１４及び送信部１５を備える。受信部は、計測装置から計測結果を含む第２のパケットを受信し、第２のパケットの受信間隔に基づいてサンプリング周期を算出する。判定部は、サンプリング周期が最大許容サンプリング周期を超えるか否かを判定する。超える場合、演算部は、計測結果と駆動装置に対する制御目標とに基づいて駆動装置への制御信号を生成する。超えない場合、演算部は制御信号の生成を抑制する。送信部は、制御信号を第１のパケットに変換して駆動装置へ出力する。【選択図】図２
2014178852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークを介して第１のパケットとして供給される制御信号を受信し、前記受信した制御信号に従って制御対象プロセスにおける所定の動作を実行する駆動装置と、
前記制御対象プロセスの状態を計測し、計測結果を第２のパケットに変換して前記ネットワークへ出力する計測装置と、
前記ネットワークを介して前記駆動装置及び前記計測装置と接続する制御装置であって、
前記ネットワークを介して前記第２のパケットを受信し、前記第２のパケットの受信間隔に基づいてサンプリング周期を算出する受信部と、
前記サンプリング周期が、予め設定される最大許容サンプリング周期を超えるか否かを判定し、超える場合、異常が発生したと判定する判定部と、
前記異常が発生したと判定されない場合、前記第２のパケットに含まれる計測結果と、前記駆動装置に対して設定される制御目標とに基づいて前記制御信号を生成し、前記異常が発生したと判定される場合、前記制御信号の生成を抑制する演算部と、
前記生成された制御信号を前記第１のパケットに変換して前記ネットワークへ出力する送信部と
を備える前記制御装置と
を具備する制御システム。
【請求項２】
前記制御装置は、
直前に受信される複数の第２のパケットに含まれる計測結果を参照し、前記制御対象プロセスの状態が定常状態であるか否かを判定する定常状態判定部をさらに備え、
前記演算部は、前記判定部で異常が発生したと判定され、かつ、前記定常状態判定部で定常状態でないと判定される場合、前記制御信号の生成を抑制する請求項１記載の制御システム。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記直前に受信される複数の第２のパケットに含まれる計測結果を参照し、計測結果が予め設定される上下限値に達するまでの時間を第２の最大許容サンプリング周期として算出するサンプリング周期算出部をさらに備え、
前記判定部は、前記第２の最大許容サンプリング周期が前記最大許容サンプリング周期よりも長い場合、前記最大許容サンプリング周期の代わりに前記第２の最大許容サンプリング周期を用い、前記サンプリング周期が、前記第２の最大許容サンプリング周期を超えるか否かを判定し、超える場合、異常が発生したと判定する請求項１又は２記載の制御システム。
【請求項４】
前記演算部は、前記サンプリング周期に従って前記制御信号生成する請求項１乃至３のいずれかに記載の制御システム。
【請求項５】
前記駆動装置が複数存在し、
前記計測装置は、前記第２のパケットに、前記第２のパケットを送信する送信時刻を付与し、
前記受信部は、前記第２のパケットの送信時刻と、前記第２のパケットの受信時刻との差から前記ネットワークにより前記第２のパケットを送信する際の所要時間を算出し、前記所要時間が予め設定する許容所要時間を超える場合、フラグ付与信号を生成し、
前記演算部は、前記異常が発生したと判定されず、かつ、前記フラグ付与信号が生成される場合、前記複数の駆動装置の優先順位を参照し、前記優先順位の高い駆動装置に対する制御信号に、この制御信号を優先して伝送させるための優先度フラグを付与する請求項１乃至４のいずれかに記載の制御システム。
【請求項６】
ネットワークを介して第１のパケットとして供給される制御信号を受信し、前記受信した制御信号に従って制御対象プロセスにおける所定の動作を実行する駆動装置と、
前記制御対象プロセスの状態を計測し、計測結果を第２のパケットに変換して前記ネットワークへ出力する計測装置と、
前記ネットワークを介して前記駆動装置及び前記計測装置と接続する制御装置であって、
前記ネットワークを介して前記第２のパケットを受信する受信部と、
前記第２のパケットに含まれる計測結果と、前記駆動装置に対して設定される制御目標とに基づいて前記制御信号を生成する操作量算出部と、
前記制御信号が生成される間隔に基づいて制御周期を算出し、前記制御周期が、予め設定される最大許容制御周期を超えるか否かを判定し、超える場合、異常が発生したとして前記操作量演算部における前記制御信号の生成を抑制する判定部と、
前記生成された制御信号を前記第１のパケットに変換して前記ネットワークへ出力する送信部と
を備える前記制御装置と
を具備する制御システム。
【請求項７】
前記制御装置は、
直前に受信される複数の第２のパケットに含まれる計測結果を参照し、前記制御対象プロセスの状態が定常状態であるか否かを判定する定常状態判定部をさらに備え、
前記操作量算出部は、前記判定部で異常が発生したと判定され、かつ、前記定常状態判定部で定常状態でないと判定される場合、前記制御信号の生成を抑制する請求項６記載の制御システム。
【請求項８】
前記制御装置は、
前記直前に受信される複数の第２のパケットに含まれる計測結果を参照し、計測結果が予め設定される上下限値に達するまでの時間を第２の最大許容制御周期として算出する制御周期算出部をさらに備え、
前記判定部は、前記第２の最大許容制御周期が前記最大許容制御周期よりも長い場合、前記最大許容制御周期の代わりに前記第２の最大許容制御周期を用い、前記制御周期が、前記第２の最大許容制御周期を超えるか否かを判定し、超える場合、異常が発生したとして前記操作量演算部における前記制御信号の生成を抑制する請求項６又は７に記載の制御システム。
【請求項９】
前記駆動装置が複数存在し、
前記計測装置は、前記第２のパケットに、前記第２のパケットを送信する送信時刻を付与し、
前記受信部は、前記第２のパケットの送信時刻と、前記第２のパケットの受信時刻との差から前記ネットワークにより前記第２のパケットを送信する際の所要時間を算出し、前記所要時間が予め設定する許容所要時間を超える場合、フラグ付与信号を生成し、
前記制御装置は、
前記フラグ付与信号が生成される場合、前記複数の駆動装置の優先順位を参照し、前記操作量算出部で生成される制御信号のうち、前記優先順位の高い駆動装置に対する制御信号に、この制御信号を優先して伝送させるための優先度フラグを付与するフラグ付与部をさらに備える請求項６乃至８のいずれかに記載の制御システム。
【請求項１０】
制御対象プロセスにおける所定の動作を実行する駆動装置と、前記制御対象プロセスの状態を計測する計測装置と、ネットワークを介して接続する制御装置で使用される制御プログラムであって、
前記ネットワークを介して前記計測装置から計測結果を含む第１のパケットを受信し、前記第１のパケットの受信間隔に基づいてサンプリング周期を算出する処理と、
前記サンプリング周期が、予め設定される最大許容サンプリング周期を超えるか否かを判定し、超える場合、異常が発生したと判定する処理と、
前記異常が発生したと判定されない場合、前記計測結果と、前記駆動装置に対して設定される制御目標とに基づいて制御信号を生成する処理と、
前記異常が発生したと判定される場合、前記制御信号の生成を抑制する処理と、
前記生成された制御信号を第２のパケットに変換し、前記ネットワークを介して前記駆動装置へ出力する処理と
を前記制御装置のコンピュータに実行させる制御プログラム。
【請求項１１】
制御対象プロセスにおける所定の動作を実行する駆動装置と、前記制御対象プロセスの状態を計測する計測装置と、ネットワークを介して接続する制御装置で使用される制御プログラムであって、
前記ネットワークを介して前記計測装置から計測結果を含む第１のパケットを受信する処理と、
前記計測結果と、前記駆動装置に対して設定される制御目標とに基づいて制御信号を生成する処理と、
前記制御信号を生成する間隔に基づいて制御周期を算出する処理と、
前記制御周期が、予め設定される最大許容制御周期を超えるか否かを判定し、超える場合、前記制御信号の生成を抑制する処理と、
前記生成された制御信号を第２のパケットに変換し、前記ネットワークを介して前記駆動装置へ出力する処理と
を前記制御装置のコンピュータに実行させる制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、制御対象となるプロセスで用いられる駆動装置を、ネットワークを介してフィードバック制御する制御システムと、この制御システムで用いられる制御プログラムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の制御システムにおいて、通信の果たす役割が大きくなっている。例えば、インターネットを介して駆動装置を遠隔地からリアルタイムで制御し、又は、大規模プラントにおいて共有回線で接続される多くの組込機器を制御する等、ネットワークを介して機器を制御するネットワーク化制御（NCSs: Networked Control Systems）が現実のものとなりつつある。
【０００３】
従来、制御システムにおける制御理論は、フィードバック系内の信号伝送に無限の通信スループット（bps）を仮定している。制御システム内の通信が専用線を用いて実施される場合には、無限の通信スループットを想定して制御装置を実装しても特に問題は生じない。一方、制御システム内の通信がインターネット等の共有回線を用いて実施される場合には、通信スループットに制約がある。通信スループットの制約を無視して制御系を設計すると、制御系の性能や安定性に支障をきたすおそれがある。
【０００４】
例えば、ＵＤＰ通信プロトコルは、通信速度及び／又はリアルタイム性を求める場合に使用されるが、ＴＣＰ／ＩＰのように、3-way handshake（コネクション確立）、再送制御及びウィンドウ制御等の機能が無いため、データパケットが到達する保証が無い。そのため、ＵＤＰ通信プロトコルを利用した通信では、いわゆるパケットロスが発生することがある。
【０００５】
ところで、従来の制御システムでは、ネットワーク上でパケットロスが発生し、一定時間データが到達されない場合、警報を発報したり、フィードバック制御を異常停止したりせざるを得ないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３０５４１６号公報
【特許文献２】特開平９−１６０８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように、従来の制御システムでは、共有回線を利用して駆動装置をフィードバック制御しようとする場合、ネットワーク上でパケットロスが発生すると、警報を発報したり、フィードバック制御を異常停止したりせざるを得ないという問題がある。
【０００８】
そこで、目的は、共有回線を利用して駆動装置をフィードバック制御する場合に、ネットワーク上でパケットロスが発生したときであっても、プロセスに支障が無い範囲内でパケットロスを許容して制御を継続することが可能な制御システム及びこの制御システムで用いられる制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態によれば、制御システムは、駆動装置、計測装置及び制御装置を具備する。駆動装置は、ネットワークを介して第１のパケットとして供給される制御信号を受信し、前記受信した制御信号に従って制御対象プロセスにおける所定の動作を実行する。計測装置は、前記制御対象プロセスの状態を計測し、計測結果を第２のパケットに変換して前記ネットワークへ出力する。制御装置は、前記ネットワークを介して前記駆動装置及び前記計測装置と接続し、受信部、判定部、演算部及び送信部を備える。受信部は、前記ネットワークを介して前記第２のパケットを受信し、前記第２のパケットの受信間隔に基づいてサンプリング周期を算出する。判定部は、前記サンプリング周期が、予め設定される最大許容サンプリング周期を超えるか否かを判定し、超える場合、異常が発生したと判定する。演算部は、前記異常が発生したと判定されない場合、前記第２のパケットに含まれる計測結果と、前記駆動装置に対して設定される制御目標とに基づいて前記制御信号を生成し、前記異常が発生したと判定される場合、前記制御信号の生成を抑制する。送信部は、前記生成された制御信号を前記第１のパケットに変換して前記ネットワークへ出力する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る制御システムの構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す制御システムの機能構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す制御装置の動作を説明する図である。
【図４】図１に示す制御システムの機能構成のその他の例を示すブロック図である。
【図５】図１に示す制御システムの機能構成のその他の例を示すブロック図である。
【図６】図５に示すサンプリング周期算出部が第２の最大許容サンプリング周期を算出する際の図である。
【図７】図１に示す制御システムの機能構成のその他の例を示すブロック図である。
【図８】図１に示す制御システムの機能構成のその他の例を示すブロック図である。
【図９】第２の実施形態に係る制御システムの機能構成を示すブロック図である。
【図１０】図９に示す制御システムの機能構成のその他の例を示すブロック図である。
【図１１】図９に示す制御システムの機能構成のその他の例を示すブロック図である。
【図１２】図９に示す制御システムの機能構成のその他の例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る制御システムの構成を示す模式図である。図１に示す制御システムは、制御装置１０−１，１０−２、アクチュエータ２０−１，２０−２及び計測装置３０−１，３０−２を具備する。制御装置１０−１，１０−２とアクチュエータ２０−１，２０−２との間、及び、計測装置３０−１，３０−２と制御装置１０−１，１０−２との間は、ネットワークで接続される。このネットワークは、専用線通信と比較して安価な共有回線であって、ノイズ及び／又はその他の通信状況によって通信スループットが変動し易いものとする。
【００１３】
制御装置１０−１，１０−２は、目標値に基づき、アクチュエータ２０−１，２０−２へ操作量を送信する。アクチュエータ２０−１，２０−２は、制御対象プロセスにおける所定の動作を実行するための駆動装置であり、例えば、ポンプ、バルブ又は空調機等である。なお、アクチュエータ２０−１，２０−２は、これらに限定されるものではない。計測装置３０−１，３０−２は、制御対象プロセスの状態を計測するものであり、例えば、温度計、湿度計又はｐＨ計等である。なお、計測装置３０−１，３０−２は、これらに限定されるものではない。
【００１４】
制御対象プロセスは、例えば、鉄鋼用プラント、電力系統プラント、発電プラント、又は、上下水道プラント等の各種の制御対象プラントにおいて、ネットワークを介して制御されるプロセスを表す。制御対象プロセスは、例えば、池水位、配管圧力又は室内温度等である。しかしながら、制御対象プロセスは、これらに限定されるものではない。
【００１５】
図２は、図１に示す制御システムの機能構成を示すブロック図である。なお、図２では、説明を簡潔にするため、制御装置１０−１、アクチュエータ２０−１及び計測装置３０−１について説明し、それぞれを制御装置１０、アクチュエータ２０及び計測装置３０と称して説明する。
【００１６】
制御装置１０は、計測量受信部１１、計時部１２、判定部１３、演算部１４及び操作量送信部１５を備える。なお、計測量受信部１１、判定部１３、演算部１４及び操作量送信部１５は、例えば、制御装置１０に備えられるコンピュータに、制御プログラムを実行させることにより実現させるようにしてもよい。
【００１７】
計測量受信部１１は、受信時刻付与部１１１及び受信処理部１１２を備える。
【００１８】
受信時刻付与部１１１は、受信処理部１１２で計測量が受信されると、計時部１２から供給される時刻情報を受信処理部１１２へ出力する。
【００１９】
受信処理部１１２は、ネットワークを介し、計測装置３０から送信される計測量を受信する。受信処理部１１２は、計測量を受信すると、受信した計測量に受信時刻付与部１１１から出力された時刻情報を付与して記憶する。また、受信処理部１１２は、計測量を受信すると、受信時刻付与部１１１から出力された時刻情報と、前回受信した計測量に付与されている時刻情報とを比較し、サンプリング周期を算出する。受信処理部１１２は、受信した計測量を演算部１４へ出力すると共に、算出したサンプリング周期を判定部１３へ出力する。
【００２０】
判定部１３は、制御対象プロセス毎に設定される最大許容サンプリング周期を予め記憶する。最大許容サンプリング周期の決定方法は限定されるものではないが、例えば、次のように決定される。
【００２１】
パケットロスが確率的に発生する場合、制御対象プロセスを含む離散時間の線形システムは、以下の状態方程式で与えられる。
【数１】
2014178852.tif 000003
【００２２】
ここで、Ａｄ、Ｂｄは、
【数２】
2014178852.tif 000004
【００２３】
のＡ、Ｂを離散時間で表現したものである。このとき、Ａｄ−ＢｄＦｄの固有値の絶対値がすべて１未満となるようにコントローラＦｄが設計される。
【００２４】
ネットワークの状態が正常であれば所定の制御周期ΔＴ毎に信号が到達するが、パケットロスが１回以上連続してσ（ｉ）回発生すると、通常の制御周期ΔＴに対してσ（ｉ）・ΔＴだけ制御周期が遅れることになる。つまり、離散時間系において、σ（ｉ）回のパケットロスが発生すると、離散時間の変化、Ａｄ及びＢｄは次式のように表される。
【数３】
2014178852.tif 000005
【００２５】
ここで、τ（ｉ）は離散時間ｉの時刻を表す。
【００２６】
（１）式を利用し、σ（ｉ）＝０を想定して設計された制御則Ｆｄに対し、Ａｄ−ＢｄＦｄの固有値の絶対値が１になるまでのσ（ｉ）を求める。このように、σ（ｉ）を求めることで、パケットロスの発生をどの程度許容できるかを把握する。最大許容サンプリング周期は、把握した許容回数に基づいて決定される。
【００２７】
なお、離散時間系に対するリヤプノフの安定条件から、任意の正定（又は半正定）行列Ｑに対して、Ｐ＝ＡｄＴＰＡｄ＋Ｑとなるような正定行列Ｐが存在するまで、σ（ｉ）を許容する方法を採用し、最大許容サンプリング周期を決定してもよい。また、サンプリング定理に従い、制御対象プロセスの時定数の１／２までを許容するように最大許容サンプリング周期を決定してもよい。サンプリング定理によれば、制御対象プロセスが持つ最大周波数ｆに対して２ｆよりも高い周波数で計測すれば、制御対象プロセスの計測信号を受信側で完全に復元することが可能となる。
【００２８】
判定部１３は、計測量受信部１１から出力されるサンプリング周期が、予め記憶する最大許容サンプリング周期を逸脱していないか判定する。判定部１３は、サンプリング周期が最大許容サンプリング周期を逸脱すると判定した場合、警報を発報すると共に、停止信号を演算部１４へ出力する。
【００２９】
演算部１４は、外部から供給される制御目標値（ＳＶ）と、計測量受信部１１から供給される計測量（ＰＶ）とを受け取る。演算部１４は、予め設定される制御周期に従い、計測量及び制御目標値に基づき、アクチュエータ２０を駆動させる操作量（ＭＶ）を演算する。操作量を演算する手法は、ＰＩＤ制御、モデル予測制御及びＨインフィニティ制御等、様々なアルゴリズムがある。しかしながら、本実施形態では、上記のいずれの演算手法も採用せずとも、フィードバック制御であれば良い。演算部１４は、求めた操作量を操作量送信部１５へ出力する。
【００３０】
また、演算部１４は、判定部１３から停止信号が出力されると、演算処理を停止する。
【００３１】
操作量送信部１５は、演算部１４から出力された操作量を、ネットワークと対応するプロトコルのデータパケットへ変換する。操作量送信部１５は、変換後のデータパケットを、アクチュエータ２０を指定してネットワークへ送信する。
【００３２】
アクチュエータ２０は、操作量受信部２１及び駆動部２２を備える。操作量受信部２１は、制御装置１０の操作量送信部１５からネットワークを介して送信されてきた操作量に基づいて、駆動部２２を操作する。アクチュエータ２０がポンプである場合、操作量は、ポンプ回転数であり、駆動部２２は、ポンプ回転数に応じて羽根車を回転させる機構のことである。
【００３３】
計測装置３０は、計測部３１及び計測量送信部３２を備える。計測部３１は、予め設定された周期で制御対象プロセスの状態を計測する。計測量送信部３２は、計測部３１により計測された計測量を、ネットワークと対応するプロトコルのデータパケットへ変換する。計測量送信部３２は、変換後のデータパケットを、制御装置１０を指定してネットワークへ送信する。
【００３４】
図３は、本実施形態に係る制御装置１０の動作を説明する模式図である。図３（ａ）は、ネットワークが正常な状態での制御装置１０の動作を示す。図３（ｂ），（ｃ）は、ネットワークが混雑し、パケットロスが発生する状態での制御装置１０の動作を示す。図３（ｄ）は、ネットワークが混雑し、パケットロスが発生する状態での従来の制御装置の動作を示す。なお、以下の説明では、最大許容サンプリング周期が３．５Δｔである場合を説明する。また、従来の制御装置では、通信系の制約として２Δｔ以内に次のデータパケットが到達しないと、通信エラーとして警報を発報し、及び／又は、アクチュエータを緊急停止させるものとする。
【００３５】
図３（ａ）において、制御装置１０は、計測装置３０からネットワークを介して送信されるデータパケットを、ΔＴ間隔で受信する。受信処理部１１２は、Ｔ＝ｔ＋３Δｔでデータパケットを受信すると、前回に受信されたデータパケットの受信時刻Ｔ＝ｔ＋２Δｔと、Ｔ＝ｔ＋３Δｔとの差から、Δｔをサンプリング周期として算出する。
【００３６】
判定部１３は、サンプリング周期Δｔが、最大許容サンプリング周期３．５Δｔを逸脱していないか判定する。ここでは、３．５Δｔ＞Δｔであり、サンプリング周期は最大許容サンプリング周期を逸脱していないため、演算部１４は、アクチュエータ２０に対するフィードバック制御を継続する。
【００３７】
図３（ｂ）において、計測装置３０からネットワークを介して送信されるデータパケットは、Ｔ＝ｔ＋Δｔと、Ｔ＝ｔ＋２Δｔとにおいて消失している。受信処理部１１２は、Ｔ＝ｔ＋３Δｔでデータパケットを受信すると、前回に受信されたデータパケットの受信時刻Ｔ＝ｔと、Ｔ＝ｔ＋３Δｔとの差から、３Δｔをサンプリング周期として算出する。
【００３８】
判定部１３は、サンプリング周期３Δｔが、最大許容サンプリング周期３．５Δｔを逸脱していないか判定する。ここでは、３．５Δｔ＞３Δｔであり、サンプリング周期は最大許容サンプリング周期を逸脱していないため、演算部１４は、アクチュエータ２０に対するフィードバック制御を継続する。
【００３９】
図３（ｃ）において、計測装置３０からネットワークを介して送信されるデータパケットは、Ｔ＝ｔ＋Δｔと、Ｔ＝ｔ＋２Δｔと、Ｔ＝ｔ＋３Δｔとにおいて消失している。受信処理部１１２は、Ｔ＝ｔ＋４Δｔでデータパケットを受信すると、前回に受信されたデータパケットの受信時刻Ｔ＝ｔと、Ｔ＝ｔ＋４Δｔとの差から、４Δｔをサンプリング周期として算出する。
【００４０】
判定部１３は、サンプリング周期４Δｔが、最大許容サンプリング周期３．５Δｔを逸脱していないか判定する。ここでは、４Δｔ＞３．５Δｔであり、サンプリング周期は最大許容サンプリング周期を逸脱しているため、判定部１３は、停止信号を演算部１４へ出力する。演算部１４は、停止信号を受け取ると、アクチュエータ２０に対するフィードバック制御を停止する。
【００４１】
図３（ｄ）では、従来の制御装置は、Ｔ＝ｔ＋２Δｔにおいて、データパケットが到達しない場合には、通信系の制約である２Δｔを超えてデータパケットが到達しないため、制御対象プロセスに異常がないとしても、通信エラーが発生したとして、アクチュエータに対するフィードバック制御を停止する。
【００４２】
以上のように、第１の実施形態では、受信処理部１１２は、計測量を受信するサンプリング周期を算出する。判定部１３は、サンプリング周期と、予め設定される最大許容サンプリング周期とを比較し、サンプリング周期が最大許容サンプリング周期を逸脱しないか否かを判定する。サンプリング周期が最大許容サンプリング周期を逸脱する場合、判定部１３は、演算部１４に対して、アクチュエータ２０のフィードバック制御を停止させるようにしている。これにより、通信系からの制約ではなく、制御系からの制約となる最大許容サンプリング周期を基準として、フィードバック制御を継続するか、停止するかを決定することが可能となる。
【００４３】
したがって、第１の実施形態に係る制御システムによれば、共有回線を利用して駆動装置をフィードバック制御する場合に、ネットワーク上でパケットロスが発生したときであっても、プロセスに支障が無い範囲内でパケットロスを許容して制御を継続することができる。
【００４４】
なお、第１の実施形態に係る制御システムでは、判定部１３の判定結果に従い、アクチュエータ２０へのフィードバック制御を停止させる場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、制御システムは、図４に示す制御装置４０を備えていてもよい。すなわち、制御装置４０は、計測量受信部１１、計時部１２、判定部４１、演算部４２、操作量送信部１５及び定常状態判定部４３を備える。
【００４５】
判定部４１は、計測量受信部１１から出力されるサンプリング周期が、予め記憶する最大許容サンプリング周期を逸脱していないか判定する。判定部４１は、サンプリング周期が最大許容サンプリング周期を逸脱すると判定した場合、エラー信号を定常状態判定部４３へ出力する。
【００４６】
定常状態判定部４３は、判定部４１から出力されるエラー信号を受信すると、計測量受信部１１から出力される計測量に基づき、制御対象プロセスが定常状態であるか否かを判定する。制御対象プロセスが定常状態であるかを判定する方法は限定されるものではないが、例えば、以下のように判定する。
【００４７】
時刻ｋの計測量ｘ（ｋ）が受信できない場合に、前回までの計測量ｘ（ｋ−１），ｘ（ｋ−２），…，ｘ（ｋ−ｉ），ｉ＝１，２，…，Ｎに対して、以下の平均μと分散σとを考える。
【数４】
2014178852.tif 000006
【００４８】
定常状態判定部４３は、平均μと分散σとの値が予め設定した閾値の範囲内である場合、制御対象プロセスが定常状態にあると判定する。
【００４９】
定常状態判定部４３は、制御対象プロセスが定常状態にあると判定した場合、演算部４２によるアクチュエータ２０のフィードバック制御を継続させる。また、定常状態判定部４１は、制御対象プロセスが定常状態にないと判定した場合、警報を発報すると共に、停止信号を演算部４２へ出力する。
【００５０】
演算部４２は、外部から供給される制御目標値と、計測量受信部１１から供給される計測量とを受け取る。演算部４２は、予め設定される制御周期に従い、計測量及び制御目標値に基づき、アクチュエータ２０を駆動させる操作量を演算する。演算部４２は、求めた操作量を操作量送信部１５へ出力する。演算部４２は、定常状態判定部４１から停止信号が出力されると、演算処理を停止する。
【００５１】
これにより、制御装置４０は、制御対象プロセスが定常状態にある場合は、最大許容サンプリング周期を逸脱するサンプリング周期が計測されても、アクチュエータ２０のフィードバック制御を継続することが可能となる。
【００５２】
また、第１の実施形態に係る制御システムは、判定部１３が最大許容サンプリング周期を予め記憶し、計測量受信部１１から供給されるサンプリング周期と、最大許容サンプリング周期とを比較する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、制御システムは、図５に示す制御装置５０を備えていてもよい。すなわち、制御装置５０は、計測量受信部１１、計時部１２、サンプリング周期算出部５１、判定部５２、演算部１４及び操作量送信部１５を備える。
【００５３】
サンプリング周期算出部５１は、計測量として許容できる上下限値を予め記憶する。サンプリング周期算出部５１は、予め設定した期間に受信した計測量を参照し、計測量の動向を示す値として外挿値を算出する。外挿値を算出する方法は、例えば、ＡＲモデルを利用して算出する方法が考えられる。外挿値は、
【数５】
2014178852.tif 000007
【００５４】
と求められる。ここで、φｉはモデルパラメータを示し、ｃは定数を示す。また、計測量に外乱を含む場合、すなわち、ｙ（ｋ）＝Ｃｘ（ｋ）＋ｖの場合は、カルマンフィルタを用いて外挿値を算出する方法もある。なお、ｖはノイズを示す。外挿値は、
【数６】
2014178852.tif 000008
【００５５】
と求められる。ここで、Ｋはカルマンゲインを示す。なお、外挿値を算出する方法はこれらに限定される訳ではない。
【００５６】
サンプリング周期算出部５１は、外挿値を算出すると、図６に示すように、外挿値が上下限値に至るまでの時間を算出する。サンプリング周期算出部５１は、算出した時間を第２の最大許容サンプリング周期とする。サンプリング周期算出部５１は、算出した第２の最大許容サンプリング周期を判定部５２へ出力する。
【００５７】
判定部５２は、サンプリング周期算出部５１で算出された第２の最大許容サンプリング周期が、予め記憶する最大許容サンプリング周期以上であるか判断し、以上である場合、計測量受信部１１から出力されるサンプリング周期が、最大許容サンプリング周期ではなく、第２の最大許容サンプリング周期を逸脱していないか判定する。サンプリング周期が第２の最大許容サンプリング周期を逸脱すると判定した場合、判定部５２は、警報を発報すると共に、停止信号を演算部１４へ出力する。
【００５８】
第２の最大許容サンプリング周期が最大許容サンプリング周期未満である場合、判定部５２は、計測量受信部１１から出力されるサンプリング周期が、最大許容サンプリング周期を逸脱していないか判定する。判定部５２は、サンプリング周期が最大許容サンプリング周期を逸脱すると判定した場合、警報を発報すると共に、停止信号を演算部１４へ出力する。
【００５９】
これにより、制御装置５０は、計測量が上限値を超えるタイミングを取得可能である場合には、最大許容サンプリング周期を逸脱するサンプリング周期が計測されても、アクチュエータ２０のフィードバック制御を継続することが可能となる。
【００６０】
また、第１の実施形態では、演算部１４は、予め設定される制御周期に従って操作量を演算する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、制御システムは、図７に示す制御装置６０を備えていてもよい。すなわち、制御装置６０は、計測量受信部６１、計時部１２、判定部１３、演算部６２及び操作量送信部１５を備える。
【００６１】
計測量受信部６１は、受信時刻付与部１１１及び受信処理部６１１を備える。受信処理部６１１は、計測量を受信すると、サンプリング周期を算出する。受信処理部６１１は、受信した計測量を演算部６２へ出力すると共に、算出したサンプリング周期を判定部１３及び演算部６２へ出力する。
【００６２】
演算部６２は、周期修正部６２１及び操作量算出部６２２を備える。
【００６３】
周期修正部６２１は、計測量受信部から出力されるサンプリング周期を受信すると、受信したサンプリング周期に制御周期を同期させる。周期修正部６２１は、サンプリング周期に同期させた制御周期を操作量算出部６２２へ出力する。
【００６４】
操作量算出部６２２は、外部から供給される制御目標値と、計測量受信部６１から供給される計測量とを受け取る。操作量算出部６２２は、周期修正部６２１から出力される制御周期に従い、計測量及び制御目標値に基づき、アクチュエータ２０−１を駆動させる操作量を演算する。ＰＩＤ制御により操作量を演算する場合、操作量は次式に基づいて算出される。
【数７】
2014178852.tif 000009
【００６５】
ここで、ＭＶ（ｋ）は時刻ｋに送信する操作量を示し、ΔＭＶ（ｋ）は時刻ｋに操作量を変更する差分操作量を示し、ｅ（ｋ）は時刻ｋにおける制御目標値と計測量の偏差を示し、Ｋｐは予め設定される比例ゲインを示し、Ｔｉは予め設定される積分時間を示し、ΔＴは周期修正部６２１により修正される制御周期を示す。操作量算出部６２２は、算出した操作量を操作量送信部１５へ出力する。
【００６６】
ネットワーク上で発生するパケットロス率は、（４）式に示すように、受信データ量［ｂｉｔ］と送信データ量［ｂｉｔ］とで定義される。ここで、ネットワーク上のルータで発生するパケットロスは、（５）式で示すように、ルータ処理能力Ｂ［ｂｐｓ］、送信周期Ｔ［ｓｅｃ］及び送信データ量Ｍ［ｂｉｔ］に依存する。なお、送信データ量Ｍは、データ数ｎ［個］×データサイズＳ［ｂｉｔ］から求められる。
【００６７】
パケットロス率［％］＝１−（受信データ量［ｂｉｔ］／送信データ量［ｂｉｔ］）                                      （４）
受信データ量［ｂｉｔ］＝送信データ量［ｂｉｔ］−Σ（（Ｍ／Ｔ）［ｂｐｓ］−Ｂ［ｂｐｓ］）                          （５）
（ただし、Ｍ／Ｔ≦Ｂの時は受信データ量＝送信データ量）
つまり、送信周期を長くし、かつ、送信データ量を少なくすることで、パケットロス率は低減されることになる。
【００６８】
パケットロスが（特にバースト的に）発生した場合、制御装置６０は、操作量演算に必要な計測量を長時間受信することができない。そのため、制御装置６０は、制御対象プロセスの計測量と、所望の制御目標値とに基づいて操作量を作成できない。これにより、パケットロスは、制御システムにおいて、通信異常としてシステム異常を発生させる要因となり得る。
【００６９】
演算部６２は、周期修正部６２１により、計測量受信部６１で算出されるサンプリング周期に基づいて制御周期を変更し、操作量算出部６２２により、変更した制御周期に従って操作量を算出する。これにより、サンプリング周期が長くなっている場合には、制御装置６０は、送信するデータパケットの量を減らすことが可能となる。パケットロス率は、通信環境である通信スペック及び／又はルータ等の周囲環境に依存するが、本実施形態に係る制御装置６０は、データパケットの送信周期を調整することによって、パケットロス率の抑制を行う。これにより、ネットワークが混雑している場合において、パケットロスの影響を最小限に抑えることが可能となる。
【００７０】
また、第１の実施形態に係る制御システムでは、計測装置３０から送信される計測量に時刻情報が含まれない場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、制御システムは、図８に示す制御装置７０、アクチュエータ２０−１，２０−２及び計測装置８０を備えていてもよい。計測装置８０は、計測部３１、計測量送信部８１及び計時部８２を備える。
【００７１】
計測量送信部８１は、送信時刻付与部８１１及び送信処理部８１２を備える。送信時刻付与部８１１は、送信部３１で計測量が計測されると、計時部８２から供給される時刻情報を送信処理部８１２へ出力する。
【００７２】
送信処理部８１２は、計測量が測定されると、測定された計測量に送信時刻付与部８１１から出力された時刻情報を付与する。送信処理部８１２は、時刻情報を付与した計測量を、ネットワークと対応するプロトコルのデータパケットへ変換する。送信処理部８１２は、変換後のデータパケットを、制御装置７０を指定してネットワークへ送信する。
【００７３】
制御装置７０は、計測量受信部７１、計時部１２、判定部１３、演算部７２及び操作量送信部１５を備える。
【００７４】
計測量受信部７１は、受信時刻付与部１１１及び受信処理部７１１を備える。
【００７５】
受信処理部７１１は、ネットワークを介し、計測装置８０から送信される計測量を受信する。受信処理部７１１は、計測量を受信すると、受信した計測量に受信時刻付与部１１１から出力された時刻情報を付与して記憶する。
【００７６】
また、受信処理部７１１は、計測量を受信すると、受信時刻付与部１１１から出力された時刻情報と、前回受信した計測量に付与されている時刻情報とを比較し、サンプリング周期を算出する。受信処理部７１１は、受信した計測量を演算部７２へ出力すると共に、算出したサンプリング周期を判定部１３へ出力する。
【００７７】
また、受信処理部７１１は、計測量を受信すると、計測量に付与されている送信時の時刻情報と、受信時刻付与部１１１から出力された時刻情報とを比較し、ネットワークにより計測量を送信する際の所要時間を算出する。受信処理部７１１は、所要時間が予め設定する許容所要時間を超えるか否かを判定する。所要時間が予め設定した許容所要時間を超える場合、受信処理部７１１は、フラグ付与信号を作成し、作成したフラグ付与信号を演算部７２へ出力する。予め設定する許容所要時間は、ネットワークが混雑していると判断するためのパケット到達時間である。
【００７８】
演算部７２は、操作量算出部７２１及びフラグ付与部７２２を備える。
【００７９】
操作量算出部７２１は、外部から供給される制御目標値と、計測量受信部７１から供給される計測量とを受け取る。操作量算出部７２１は、予め設定される制御周期に従い、計測量及び制御目標値に基づき、アクチュエータ２０−１，２０−２を駆動させる操作量を演算する。操作量算出部７２１は、算出した操作量をフラグ付与部７２２へ出力する。
【００８０】
また、操作量算出部７２１は、判定部１３から停止信号が出力されると、演算処理を停止する。
【００８１】
フラグ付与部７２２は、アクチュエータ２０−１，２０−２に対して予め設定された優先度を記憶している。フラグ付与部７２２は、計測量受信部７１から出力されるフラグ付与信号を受信すると、アクチュエータ２０−１，２０−２のうち、優先度が高いアクチュエータが送信先として指定される操作量に優先度フラグを付与する。フラグ付与部７２２は、優先度フラグを付与した操作量及び付与していない操作量を操作量送信部１５へ出力する。
【００８２】
このとき、ネットワークは、優先度フラグが付与されたデータパケットを優先的にアクチュエータへ送信するプロトコルを備える。
【００８３】
以上のように、フラグ付与部７２２は、ネットワークが混雑している場合、優先度の高いアクチュエータを対象とする操作量に優先度フラグを付与し、データパケットが優先的にアクチュエータへ到達させるようにしている。パケットロス率は、通信環境である通信スペック及び／又はルータ等の周囲環境に依存するが、本実施形態に係る制御装置７０は、優先的に送信させるデータパケットに優先度フラグを付けることで、パケットロス率の抑制を行う。すなわち、必要最低限の操作量については、ネットワーク上でのパケットロスを極力発生しないようにすることが可能となる。
【００８４】
また、上記第１の実施形態では、判定部１３，４１，５２はサンプリング周期が最大許容サンプリング周期を逸脱する場合、警報を発報すると共に、停止信号を演算部へ出力する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、判定部１３，４１，５２はサンプリング周期が最大許容サンプリング周期を逸脱する場合、「緊急停止」、「異常発報」、「待機」又は「信号を外挿して継続」等を演算部に対して指示する指示信号を出力するようにしても構わない。
【００８５】
（第２の実施形態）  
図９は、第２の実施形態に係る制御システムの機能構成を示すブロック図である。図９に示す制御システムは、制御装置９０、アクチュエータ２０及び計測装置３０を具備する。制御装置９０とアクチュエータ２０との間、及び、計測装置３０と制御装置９０との間は、ネットワークで接続される。
【００８６】
制御装置９０は、計測量受信部９１、計時部９２、演算部９３及び操作量送信部９４を備える。なお、計測量受信部９１、演算部９３及び操作量送信部９４は、例えば、制御装置９０に備えられるコンピュータに、制御プログラムを実行させることにより実現させるようにしてもよい。
【００８７】
計測量受信部９１は、受信処理部９１１を備える。受信処理部９１１は、ネットワークを介し、計測装置３０から送信される計測量を受信する。受信処理部９１１は、計測量を受信すると、受信した計測量を演算部９３へ出力する。
【００８８】
演算部９３は、操作量算出部９３１及び判定部９３２を備える。
【００８９】
操作量算出部９３１は、外部から供給される制御目標値（ＳＶ）と、計測量受信部９１から供給される計測量（ＰＶ）とを受け取る。操作量算出部９３１は、計測量を受け取ると、受け取った計測量及び制御目標値に基づき、アクチュエータ２０を駆動させる操作量（ＭＶ）を演算する。操作量を演算する手法は、ＰＩＤ制御、モデル予測制御及びＨインフィニティ制御等、様々なアルゴリズムがある。しかしながら、本実施形態では、上記のいずれの演算手法も採用せずとも、フィードバック制御であれば良い。操作量算出部９３１は、求めた操作量を判定部９３２及び操作量送信部９４へ出力する。
【００９０】
また、操作量算出部９３１は、判定部９３２から停止信号が出力されると、演算処理を停止する。
【００９１】
判定部９３２は、計時部９２と接続し、時刻情報が供給される。判定部９３２は、操作量算出部９３１から出力される操作量を受信すると、受信した操作量に計時部９２から供給される時刻情報を付与して記憶する。また、判定部９３２は、操作量を受信すると、計時部９２から供給される時刻情報と、前回受信した操作量に付与されている時刻情報とを比較し、制御周期を算出する。
【００９２】
また、判定部９３２は、制御対象プロセス毎に設定される最大許容制御周期を予め記憶する。最大許容制御周期の決定方法は限定されるものではないが、例えば、第１の実施形態における最大許容サンプリング周期と同様の方法により決定される。
【００９３】
判定部９３２は、算出した制御周期が、予め記憶する最大許容制御周期を逸脱していないか判定する。判定部９３２は、制御周期が最大許容制御周期を逸脱すると判定した場合、警報を発報すると共に、停止信号を操作量算出部９３１へ出力する。
【００９４】
操作量送信部９４は、演算部９３から出力される操作量を、ネットワークと対応するプロトコルのデータパケットへ変換する。操作量送信部９４は、変換後のデータパケットを、アクチュエータ２０を指定してネットワークへ送信する。
【００９５】
以上のように、第２の実施形態では、判定部９３２は、操作量を算出する制御周期を算出する。判定部９３２は、制御周期と、予め設定される最大許容制御周期とを比較し、制御周期が最大許容制御周期を逸脱しないか否かを判定する。制御周期が最大許容制御周期を逸脱する場合、判定部９３２は、操作量算出部９３１に対して、フィードバック制御を停止させるようにしている。これにより、通信系からの制約ではなく、制御系からの制約となる最大許容制御周期を基準として、フィードバック制御を継続するか、停止するかを決定することが可能となる。
【００９６】
したがって、第２の実施形態に係る制御システムによれば、共有回線を利用して駆動装置をフィードバック制御する場合に、ネットワーク上でパケットロスが発生したときであっても、プロセスに支障が無い範囲内でパケットロスを許容して制御を継続することができる。
【００９７】
なお、第２の実施形態に係る制御システムでは、判定部９３２の判定結果に従い、アクチュエータ２０へのフィードバック制御を停止させる場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、制御システムは、図１０に示す制御装置１００を備えていてもよい。すなわち、制御装置１００は、計測量受信部９１、計時部９２、演算部１０１及び操作量送信部９４を備える。
【００９８】
演算部１０１は、操作量算出部１０１１、判定部１０１２及び定常状態判定部１０１３を備える。
【００９９】
判定部１０１２は、操作量算出部１０１１から出力される操作量に基づいて算出した制御周期が、予め記憶する最大許容制御周期を逸脱していないか判定する。判定部１０１２は、制御周期が最大許容制御周期を逸脱すると判定した場合、エラー信号を定常状態判定部１０１３へ出力する。
【０１００】
定常状態判定部１０１３は、判定部１０１２から出力されるエラー信号を受信すると、計測量受信部９１から出力される計測量に基づき、制御対象プロセスが定常状態であるか否かを判定する。制御対象プロセスが定常状態であるかを判定する方法は限定されるものではないが、例えば、（２）式及び（３）式を用いて判定する。
【０１０１】
定常状態判定部１０１３は、制御対象プロセスが定常状態にあると判定した場合、操作量算出部１０１１によるアクチュエータ２０のフィードバック制御を継続させる。また、定常状態判定部１０１３は、制御対象プロセスが定常状態にないと判定した場合、警報を発報すると共に、停止信号を操作量算出部１０１１へ出力する。
【０１０２】
操作量算出部１０１１は、外部から供給される制御目標値と、計測量受信部９１から供給される計測量とを受け取る。操作量算出部１０１１は、計測量を受け取ると、受け取った計測量及び制御目標値に基づき、アクチュエータ２０を駆動させる操作量を演算する。操作量算出部１０１１は、求めた操作量を判定部１０１２及び操作量送信部９４へ出力する。また、操作量算出部１０１１は、定常状態判定部１０１３から停止信号が出力されると、演算処理を停止する。
【０１０３】
これにより、制御装置１００は、制御対象プロセスが定常状態にある場合は、最大許容制御周期を逸脱する制御周期が計測されても、アクチュエータ２０のフィードバック制御を継続することが可能となる。
【０１０４】
また、第２の実施形態に係る制御システムは、判定部９３２が最大許容制御周期を予め記憶し、算出される操作量から求められる制御周期と、最大許容制御周期とを比較する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、制御システムは、図１１に示す制御装置１１０を備えていてもよい。すなわち、制御装置１１０は、計測量受信部９１、計時部９２、演算部１１３及び操作量送信部９４を備える。
【０１０５】
演算部１１３は、操作量算出部９３１、制御周期算出部１１３１及び判定部１１３２を備える。
【０１０６】
制御周期算出部１１３１は、計測量として許容できる上下限値を予め記憶する。制御周期算出部１１３１は、予め設定した期間に、計測量受信部９１から出力される計測量を参照し、計測量の動向を示す値として外挿値を算出する。制御周期算出部１１３１は、外挿値を算出すると、外挿値が上下限値に至るまでの時間を算出する。制御周期算出部１１３１は、算出した時間を第２の最大許容制御周期とする。制御周期算出部１１３１は、算出した第２の最大許容制御周期を判定部１１３２へ出力する。
【０１０７】
判定部１１３２は、操作量算出部９３１から出力される操作量を受信すると、計時部９２から供給される時刻情報と、前回受信した操作量に付与されている時刻情報とを比較し、制御周期を算出する。
【０１０８】
また、判定部１１３２は、制御周期算出部１１３１で算出された第２の最大許容制御周期が、予め記憶する最大許容制御周期以上であるか判断し、以上である場合、操作量算出部９３１から出力される操作量から求められる制御周期が、最大許容制御周期でなく、第２の最大許容制御周期を逸脱していないか判定する。制御周期が第２の最大許容制御周期を逸脱すると判定した場合、判定部１１３２は、警報を発報すると共に、停止信号を操作量算出部９３１へ出力する。
【０１０９】
第２の最大許容制御周期が最大許容制御周期未満である場合、判定部１１３２は、算出した制御周期が、最大許容制御周期を逸脱していないか判定する。判定部１１３２は、制御周期が最大許容制御周期を逸脱すると判定した場合、警報を発報すると共に、停止信号を操作量算出部９３１へ出力する。
【０１１０】
これにより、制御装置１１０は、最大許容制御周期を逸脱する前に計測量が上下限値を超えるおそれがある場合には、パケットロスにより計測量を受信しなくても、アクチュエータ２０のフィードバック制御を停止することが可能となる。
【０１１１】
また、第２の実施形態に係る制御システムでは、計測装置３０から送信される計測量に時刻情報が含まれない場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、制御システムは、図１２に示す制御装置１２０、アクチュエータ２０−１，２０−２及び計測装置８０を備えていてもよい。なお、計測装置８０は、図８に示す計測装置８０と同様の動作をする。
【０１１２】
制御装置１２０は、計測量受信部１２１、計時部９２、演算部１２２及び操作量送信部９４を備える。
【０１１３】
計測量受信部１２１は、受信時刻付与部１２１１及び受信処理部１２１２を備える。
【０１１４】
受信時刻付与部１２１１は、受信処理部１２１２で計測量が受信されると、計時部９２から供給される時刻情報を受信処理部１２１２へ出力する。
【０１１５】
受信処理部１２１２は、ネットワークを介し、計測装置８０から送信される計測量を受信する。受信処理部１２１２は、計測量を受信すると、計測量に付与されている送信時の時刻情報と、受信時刻付与部１２１１から出力された時刻情報とを比較し、ネットワークにより計測量を送信する際の所要時間を算出する。受信処理部１２１２は、所要時間が予め設定する許容所要時間を超えるか否かを判定する。所要時間が予め設定した許容所要時間を超える場合、受信処理部１２１２は、フラグ付与信号を作成し、作成したフラグ付与信号を演算部１２２へ出力する。
【０１１６】
演算部１２２は、操作量算出部１２２１、判定部９３２及びフラグ付与部１２２２を備える。
【０１１７】
操作量算出部１２２１は、外部から供給される制御目標値と、計測量受信部１２１から供給される計測量とを受け取る。操作量算出部１２２１は、計測量を受け取ると、受け取った計測量及び制御目標値に基づき、アクチュエータ２０−１，２０−２を駆動させる操作量を演算する。操作量算出部１２２１は、算出した操作量を判定部９３２及びフラグ付与部１２２２へ出力する。
【０１１８】
また、操作量算出部１２２１は、判定部９３２から停止信号が出力されると、演算処理を停止する。
【０１１９】
フラグ付与部１２２２は、アクチュエータ２０−１，２０−２に対して予め設定された優先度を記憶している。フラグ付与部１２２２は、計測量受信部１２１から出力されるフラグ付与信号を受信すると、アクチュエータ２０−１，２０−２のうち、優先度が高いアクチュエータが送信先として指定される操作量に優先度フラグを付与する。フラグ付与部１２２２は、優先度フラグを付与した操作量及び付与していない操作量を操作量送信部９４へ出力する。
【０１２０】
このとき、ネットワークは、優先度フラグが付与されたデータパケットを優先的にアクチュエータへ送信するプロトコルを備える。
【０１２１】
以上のように、フラグ付与部１２２２は、ネットワークが混雑している場合、優先度の高いアクチュエータを対象とする操作量に優先度フラグを付与し、データパケットが優先的にアクチュエータへ到達させるようにしている。パケットロス率は、通信環境である通信スペック及び／又はルータ等の周囲環境に依存するが、本実施形態に係る制御装置１２０は、優先的に送信させるデータパケットに優先度フラグを付けることで、パケットロス率の抑制を行う。すなわち、必要最低限の操作量については、ネットワーク上でのパケットロスを極力発生しないようにすることが可能となる。
【０１２２】
また、上記第２の実施形態では、判定部９３２，１０１２，１１３２は制御周期が最大許容制御周期を逸脱する場合、警報を発報すると共に、停止信号を操作量算出部へ出力する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、判定部９３２，１０１２，１１３２は制御周期が最大許容制御周期を逸脱する場合、「緊急停止」、「異常発報」、「待機」又は「信号を外挿して継続」等を操作量算出部に対して指示する指示信号を出力するようにしても構わない。
【０１２３】
（その他の実施形態）  
なお、上記第１及び第２の第１の実施形態に係るでは、操作量送信部１５，９４は、優先度フラグが付与されていないデータパケットについてもネットワークへ送信する場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、操作量送信部１５，９４は、優先度フラグが付与されていないデータパケットを送信しないようにしても構わない。これにより、ネットワークの通信負荷を低減してパケットロスを抑制することが可能となる。
【０１２４】
また、上記第１及び第２の実施形態では、優先度の低いアクチュエータへ送信する操作量については、優先度フラグが付与されずにネットワークへ送信される場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、制御装置は、優先順位の低いデータパケットについて、一定の割合で少しだけでもアクチュエータへ到達するように、データパケットに対して処理を施してもよい。例えば、フラグ付与部７２２，１２２２は、所定の周期で優先順位の低いデータパケットについても、優先度フラグを付与するようにしてもよい。また、操作量送信部１５，９４は、所定の周期で優先度フラグが付与されていないデータパケットに対して重み付けをして、データパケットを送信するようにしてもよい。これにより、ネットワークが混雑した状況で優先度の高いデータパケットだけが流れる状況が続くことで、優先度の低いデータパケットは全く処理されず、制御対象プロセス以外の通信が実施できない状況を避けることが可能となる。
【０１２５】
また、上記第１及び第２の実施形態に係る制御システムでは、１個の計測装置を対象とした場合を例に説明した。しかしながら、これに限定される訳ではない。例えば、判定部１３では、複数の計測装置に対して優先順位が予め設定されており、最大許容サンプリング周期以上の時間、データパケットが未到達であった場合には、計測量を送信した計測装置の優先順位が高い順にその後の処理として、「緊急停止」、「異常発報」、「待機」又は「信号を外挿して継続」等を選択するようにしても構わない。また、判定部９３２では、複数の計測装置に対して優先順位が予め設定されており、最大許容制御周期以上の時間、操作量が算出されない場合には、計測量を送信した計測装置の優先順位が高い順にその後の処理として、「緊急停止」、「異常発報」、「待機」又は「信号を外挿して継続」等を選択するようにしても構わない。
【０１２６】
また、上記第１及び第２の実施形態に係る制御システムで実行される制御プログラムは、コンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録されるようにしても構わない。
【０１２７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１２８】
１０，１０−１，１０−２，４０，５０，６０，７０，９０，１００，１１０，１２０…制御装置、１１，６１，７１，９１，１２１…計測量送信部、１１１，１２１１…受信時刻付与部、１１２，６１１，７１１，９１１，１２１２…受信処理部、１２，８２…計時部、１３，４１，５２，９３２，１０１２，１１３２…判定部、１４，４２，６２，７２，９３，１０１，１１３，１２２…演算部、１５，９４…操作量送信部、２０，２０−１，２０−２…アクチュエータ、２１…操作量受信部、２２…駆動部、３０−１，３０−２…計測装置、３１…計測部、３２…計測量送信部、４３，１０１３…定常状態判定部、５１…サンプリング周期算出部、６２１…周期修正部、６２２，７２１，９３１，１０１１，１２２１…操作量算出部、７２２，１２２２…フラグ付与部、８１…計測量送信部、８１１…送信時刻付与部、８１２…送信処理部、１１３１…制御周期算出部
【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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