(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指令値と制御対象からの制御量とに基づいて制御対象に対する操作量を出力する制御部と、前記制御部に含まれる制御パラメータを繰り返し動作により調整する自動調整部と、前記自動調整部の動作結果に応じて前記繰り返し動作の終了判定を行う終了判定部と、を備えた制御装置であって、
前記自動調整部は、
前記制御対象と前記制御部とからなる閉ループ制御系における閉ループ制御を行っている状態で、自動調整開始指令、または自動調整操作の再開を指示する信号が入力されたとき、前記制御量を励振する励起信号を発生させて励起試験を実行する励起信号発生部と、
前記閉ループ制御系の前記励起試験時の制御帯域に対応した値に基づいて同定用フィルタの周波数特性を決定するフィルタ決定部と、
前記励起試験時に測定された前記励起信号と前記操作量と前記制御量のうち、何れか２つに前記同定用フィルタを適用して、同定用入力信号と同定用出力信号とを演算するフィルタ適用部と、
前記同定用入力信号と前記同定用出力信号に基づいて前記制御対象の伝達関数を演算する制御対象演算部と、
前記制御対象演算部で演算された制御対象の伝達関数と所定の設計指標とに基づいて、前記制御パラメータを演算して前記制御部に新たに設定する制御パラメータ演算部と、
を備え、
励起試験を実行し、
前記同定用入力信号と前記同定用出力信号を演算し、
前記制御対象の伝達関数を演算し、
前記制御パラメータを演算し、
演算された制御パラメータを前記制御部に新たに設定する操作を一回の自動調整操作として、前記終了判定部が前記終了判定を行うまで自動調整操作を繰り返すこと、
を特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記フィルタ決定部では、前記励起試験時に測定した制御量の時間応答に基づいて前記制御帯域に対応した値が決定されることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記フィルタ決定部では、制御量の時間応答がピークに至るまでの時間に基づいて前記制御帯域に対応した値が決定されることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記フィルタ決定部では、制御量の時間応答が整定するまでの整定時間に基づいて前記制御帯域に対応した値が決定されることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項５】
前記フィルタ決定部は、前記励起試験時における前記制御パラメータの値と、前記自動調整部の繰り返し動作における１回前の動作で演算された前記伝達関数とに基づいて、前記制御帯域に対応した値を決定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項６】
前記所定の設計指標は、ゲイン余裕と位相余裕の両方あるいは片方に基づくものであることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項７】
前記所定の設計指標は、閉ループ制御系の特性多項式あるいは特性根に基づくものであることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項８】
前記自動調整部は、
前記励起試験時における前記制御パラメータの値と、前記自動調整部の繰り返し動作における１回前の動作で演算された前記伝達関数とに基づいて、前記励起信号の大きさを決定する励起信号決定部を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項９】
前記励起信号はステップ信号であることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記終了判定部における終了判定は、
１回前の前記励起試験時において計算した所定のパラメータと、今回の前記励起試験時において計算した所定のパラメータの変化率を判定の指標とすることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項１１】
前記励起信号はランダム信号であることを特徴とする請求項１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、制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用装置においては、装置の所望の動作の実現のためにフィードバック制御が多用される。フィードバック制御を行う上では、フィードバックした制御量から制御対象の操作量を算出するために使用される制御パラメータの調整が必要である。例えば制御パラメータの比例ゲインや積分ゲインが大きすぎると制御量が発振してしまい、小さすぎると制御量の応答が遅く所望の動作を実現できないという問題がおこる。【０００３】
制御対象の動特性が不明な場合には、制御パラメータを適切に調整するために制御対象の動特性を同定し、その同定結果に基づいて制御パラメータを調整する方法が考えられる。制御対象の同定結果に基づいて制御パラメータの調整を行う従来技術の１つについて説明をする（特許文献１参照）。下記特許文献１では、制御対象の動特性の同定手段と、制御対象の同定結果に基づいて制御パラメータを演算する手段と、同定用信号を発生させる手段とを備えた装置において、指令値に対して同定用信号を印加し、その指令値と制御量に対して同定用フィルタを適用した信号に基づいて、閉ループ制御系全体の動特性を同定し、その閉ループ制御系全体の動特性の同定結果に基づいて、制御パラメータを調整する制御装置について開示される。【０００４】
次に、同定用フィルタの周波数特性に関連するパラメータの調整と、同定対象の同定を繰り返すことで、同定の精度を向上させる従来技術の１つについて説明をする（特許文献２参照）。下記特許文献２では、同定対象の線形モデルの伝達関数の分母多項式を、その特性多項式とするような同定用フィルタを有し、この同定用フィルタにより入力信号と出力信号から同定に使用する同定用信号を演算するフィルタ部と、同定用信号に基づき、同定対象の伝達関数の係数であるパラメータを演算するパラメータ決定部と、を備え、同定用フィルタの周波数特性を調整しながら同定操作を繰り返すことを特徴とするパラメータ同定装置について開示される。その従来技術では、最小二乗法によりパラメータ同定を行う際の、同定用フィルタを適用したことに起因する最小二乗法の重みとなるパラメータを均一化することを目的として、評価関数を設けた上で同定対象のパラメータの同定をくり返し行う。そのため、予め設定する周波数帯域において、各周波数成分のパラメータが均一の精度で同定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−８０７０５号公報
【特許文献２】特開平５−２８９７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載された制御装置では、閉ループ制御系の動特性を同定する際に、指令値と制御量に対して同定用フィルタを適用することで、元の信号に含まれるノイズを除去し、同定を行う上で必要となる信号を抽出しているが、この同定用フィルタの周波数特性に関連するパラメータについては、決定する方法が与えられなかった。同定用フィルタの周波数特性が、同定を行う上で必要となる制御量の周波数成分を十分に含まない場合、または制御量に含まれるノイズの周波数成分を過剰に含んでしまう場合には、動特性を示すパラメータの同定精度が低下する。同定精度の低下は、不適切な制御パラメータの演算に繋がるため、閉ループ制御系が良好な応答を示すような制御パラメータを調整することができない。【０００７】
上記特許文献２に記載のパラメータ同定装置では、予め設定する周波数帯域において同定対象のパラメータを均一の精度で同定することを目的として、同定用フィルタの周波数特性を調整する機能を有しているが、同定対象の同定結果に基づいて制御パラメータを調整することを前提としていない。そのため、精度よく制御パラメータを調整するために、どの範囲の周波数帯域を同定することが適切かを決める指針がなかったため、制御装置のオペレータは試行錯誤を繰り返して、調整結果の制御パラメータの応答性を調べながら、予め設定する周波数帯域を設定する必要があった。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、制御対象の同定と、制御対象の同定結果から制御パラメータを調整する際に、制御パラメータの調整を行うために適した同定用入出力信号を生成し、制御パラメータの調整の精度を向上させる制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、指令値と制御対象からの制御量とに基づいて制御対象に対する操作量を出力する制御部と、前記制御部に含まれる制御パラメータを繰り返し動作により調整する自動調整部と、前記自動調整部の動作結果に応じて前記繰り返し動作の終了判定を行う終了判定部と、を備えた制御装置であって、前記自動調整部は、前記制御対象と前記制御部とからなる閉ループ制御系における閉ループ制御を行っている状態で、自動調整開始指令、または自動調整操作の再開を指示する信号が入力されたとき、前記制御量を励振する励起信号を発生させて励起試験を実行する励起信号発生部と、前記閉ループ制御系の前記励起試験時の制御帯域に対応した値に基づいて同定用フィルタの周波数特性を決定するフィルタ決定部と、前記励起試験時に測定された前記励起信号と前記操作量と前記制御量のうち、何れか２つに前記同定用フィルタを適用して、同定用入力信号と同定用出力信号とを演算するフィルタ適用部と、前記同定用入力信号と前記同定用出力信号に基づいて前記制御対象の伝達関数を演算する制御対象演算部と、前記制御対象演算部で演算された制御対象の伝達関数と所定の設計指標とに基づいて、前記制御パラメータを演算して前記制御部に新たに設定する制御パラメータ演算部と、を備え、励起試験を実行し、前記同定用入力信号と前記同定用出力信号を演算し、前記制御対象の伝達関数を演算し、前記制御パラメータを演算し、演算された制御パラメータを前記制御部に新たに設定する操作を一回の自動調整操作として、前記終了判定部が前記終了判定を行うまで自動調整操作を繰り返すこと、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、閉ループ制御系の制御帯域近辺の周波数成分を多く含む信号に基づいた閉ループ制御系の同定を行うことにより、閉ループ制御系の周波数特性に関連するパラメータに基づいて、良好な応答を示す制御パラメータを調整することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１−１】図１−１は、本発明の実施の形態１に係る制御装置のブロック図である。
【図１−２】図１−２は、本発明の実施の形態１に係る制御装置の制御対象のブロック図である。
【図１−３】図１−３は、本発明の実施の形態１に係る制御装置の制御部のブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る制御装置による制御パラメータの自動調整方法を説明するフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る制御装置において、自動調整操作を行った際の、張力検出値の時間応答波形を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２に係る制御装置のブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２に係る制御装置による制御パラメータの自動調整方法を説明するフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施の形態３に係る制御装置のブロック図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３に係る制御装置による制御パラメータの自動調整方法を説明するフローチャートである。
【図８−１】図８−１は、本発明の実施の形態４に係る制御装置のブロック図である。
【図８−２】図８−２は、本発明の実施の形態４に係る制御装置の制御部のブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態４に係る制御装置による制御パラメータの自動調整方法を説明するフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態５に係る制御装置のブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態５に係る制御装置による制御パラメータの自動調整方法を説明するフローチャートである。
【図１２−１】図１２−１は、本発明の実施の形態６に係る制御装置のブロック図である。
【図１２−２】図１２−２は、本発明の実施の形態６に係る制御装置の制御対象のブロック図である。
【図１２−３】図１２−３は、本発明の実施の形態６に係る制御装置の制御部のブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態６に係る制御装置による制御パラメータの自動調整方法を説明するフローチャートである。
【図１４−１】図１４−１は、本発明の実施の形態７に係る制御装置のブロック図である。
【図１４−２】図１４−２は、本発明の実施の形態７に係る制御装置の制御対象のブロック図である。
【図１４−３】図１４−３は、本発明の実施の形態７に係る制御装置の制御部のブロック図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態７に係る制御装置による制御パラメータの自動調整方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１〜５では、一例として、２つのモータ２０１，２０２を用いてウェブ３０１（紙やフィルムなどのシート状の材料）に張力をかけながら搬送を行うウェブ搬送装置を制御対象１００２とし、このウェブ搬送装置の張力制御に本発明の実施の形態１〜５に係る制御装置（１０，２０，３０，４０，５０）を適用した場合の例を説明する。ウェブ搬送装置の張力制御においては、張力制御部（５０１，５１１）の制御パラメータが不適切な値であるとウェブ３０１の張力が乱れ、ウェブ３０１の破断や変形、弛みを生じる可能性があるため、高精度な制御パラメータの調整を必要とする。本発明の実施の形態１〜５に係る制御装置によれば、張力制御部（５０１，５１１）の制御パラメータを高精度に調整することができるため、ウェブの破断や変形、弛みを防止することができる。以下、構成例を具体的に説明する。
【００１４】
図１−１は、本発明の実施の形態１に係る制御装置１０のブロック図であり、図１−２は、本発明の実施の形態１に係る制御装置１０の制御対象１００２のブロック図であり、図１−３は、本発明の実施の形態１に係る制御装置１０の制御部１００１のブロック図である。
【００１５】
図１−１に示すように制御装置１０は、自動調整部１０００、制御部１００１、および加算器５１を備える。
【００１６】
図１−２に示すように制御対象１００２は、モータ２０１、モータ２０２、エンコーダ２１１、エンコーダ２１２、カップリング２２１、カップリング２２２、駆動ローラ２３１、駆動ローラ２３２、速度制御部２４１、速度制御部２４２、ウェブ３０１、張力センサ３０２、加算器５２、減算器６１、および減算器６２を備える。
【００１７】
モータ２０１は速度制御部２４１から供給される電流によって駆動され、モータ２０２は速度制御部２４２から供給される電流によって駆動される。エンコーダ２１１はモータ２０１の速度を検出しモータ速度検出値２７１として出力する。エンコーダ２１２はモータ２０２の速度を検出しモータ速度検出値２７２として出力する。カップリング２２１はモータ２０１の回転軸と駆動ローラ２３１とを接続し、カップリング２２２はモータ２０２の回転軸と駆動ローラ２３２とを接続している。
【００１８】
加算器５２は、速度増分値１１１と基準速度指令値との和である速度指令値２６１を出力する。減算器６１は速度指令値２６１とモータ速度検出値２７１との偏差を計算し、減算器６２は速度指令値２６２とモータ速度検出値２７２との偏差を計算する。速度制御部２４１は減算器６１で計算された偏差を入力とし、速度指令値２６１を追従するような電流を出力する。速度制御部２４２は減算器６２で計算された偏差を入力とし、速度指令値２６２を追従するような電流を出力する。
【００１９】
駆動ローラ２３１はモータ２０１よりトルクが伝達することで回転し、駆動ローラ２３２はモータ２０２よりトルクが伝達することで回転する。ウェブ３０１は駆動ローラ２３１，２３２により搬送され、駆動ローラ２３１と駆動ローラ２３２に速度差をつけることで、ウェブ３０１が引っ張られて張力を発生する。ウェブ３０１に発生する張力は駆動ローラ２３１，２３２間で一定である。張力センサ３０２はウェブ３０１に発生する張力を検出し、張力検出値１１２（制御量）を出力する。
【００２０】
制御対象１００２は外部より基準速度指令値を受け付けており、基準速度指令値がモータ２０２の速度指令値２６２となる。また、モータ２０１については、制御対象１００２に入力された速度増分値１１１を、基準速度指令値に印加したものが速度指令値２６１である。
【００２１】
制御対象１００２は、モータ２０１に対する速度増分値１１１を入力とし、かつ、張力検出値１１２を出力とする１入力１出力システムである。そして、制御対象１００２では、モータ２０１に対する速度増分値１１１を入力とし、かつ、張力検出値１１２を出力とする伝達関数を、制御対象１００２の動特性を示す伝達関数とする。
【００２２】
図１−３に示すように、制御部１００１は、張力制御部５０１および減算器６３を備える。減算器６３は制御部１００１の外部より入力される張力指令値と張力検出値１１２の偏差を計算する。
【００２３】
張力制御部５０１は、減算器６３で計算される偏差を入力とし、操作量として中間速度増分値１１０を出力する。ここでは中間速度増分値１１０は、張力検出値１１２が張力指令値を追従するための、モータ２０１の速度の増分値である。張力制御部５０１は、例えばＰＩＤ制御器や、位相進み・遅れ補償器であり、その張力制御部５０１の伝達関数を決定するパラメータを制御パラメータと呼ぶこととする。
【００２４】
張力制御部５０１は、制御パラメータ信号１０５を受け付けており、制御パラメータは制御パラメータ信号１０５により変更することが可能である。
【００２５】
加算器５１は、中間速度増分値１１０と励起信号１０１の和である、速度増分値１１１を出力する。
【００２６】
図１−１に示すように自動調整部１０００は、励起信号発生部１、フィルタ決定部２、フィルタ適用部３、制御対象演算部４、制御パラメータ演算部５、および終了判定部６を備える。
【００２７】
励起信号発生部１は、外部より入力される自動調整開始指令と、終了判定部６からの判定信号１０６と、制御対象１００２からの張力検出値１１２とを入力とし、自動調整開始指令と判定信号１０６と張力検出値１１２とに基づいて励起信号１０１の出力のタイミングを決定し、励起信号１０１を出力する。励起信号１０１は、複数の周波数成分を含んだ信号であり、例えばステップ信号やインパルス信号のようなものでもよい。
【００２８】
フィルタ決定部２は、張力検出値１１２を入力として、張力検出値１１２の時間応答に基づいて、同定用フィルタの周波数特性を決定し、同定用フィルタの周波数特性を決めるパラメータを、フィルタパラメータ信号１０７として出力する。例えば、同定用フィルタはローパスフィルタである。
【００２９】
フィルタ適用部３は、励起信号１０１と張力検出値１１２を入力とし、励起信号１０１と張力検出値１１２に同定用フィルタを適用し、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３を計算し、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３を出力する。フィルタ適用部３は、フィルタパラメータ信号１０７を受け付けており、フィルタパラメータ信号１０７に基づいて、同定用フィルタの周波数特性を変更することができる。また、フィルタ適用部３は、励起信号１０１と張力検出値１１２とを時間同期して所定のサンプリング周期ｈごとに記録することができる。
【００３０】
制御対象演算部４は、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３を入力として、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３に基づいて制御対象１００２の伝達関数を計算し、制御対象１００２の伝達関数を決めるパラメータを、制御対象パラメータ信号１０４として出力する。
【００３１】
制御パラメータ演算部５は、制御対象パラメータ信号１０４を入力として、制御対象パラメータ信号１０４に基づいて、張力制御部５０１の制御パラメータを計算し、この制御パラメータを制御パラメータ信号１０５として出力する。
【００３２】
終了判定部６は、制御パラメータ信号１０５を入力として、制御パラメータ信号１０５に基づいて自動調整の操作の再開または終了の判定を行い、再開または終了の判定信号を、判定信号１０６として出力する。
【００３３】
図２は、本発明の実施の形態１に係る制御装置１０による制御パラメータの自動調整方法を説明するフローチャートである。
【００３４】
まず、初期設定を行う（ステップＳＴ１）。初期設定とは、自動調整を開始する前に必要となる設定のことである。自動調整を開始する前に必要となる設定項目は、張力制御部５０１の制御パラメータの初期値と、励起信号発生部１より出力される励起信号１０１の種類と大きさと、自動調整の終了判定用の閾値αｓｅｔと、である。このときの制御パラメータの初期値は、ウェブ３０１の張力を安定化することができるように調整されているものとするが、その応答性は低くてもかまわない。以下では、張力制御部５０１はＰＩＤ制御を行うものとする。張力制御部５０１のＰＩＤ制御器の比例ゲインの初期値、積分ゲインの初期値、微分ゲインの初期値をそれぞれ、ｃｐ（０），ｃｉ（０），ｃｄ（０）とすると、ｃｐ（０），ｃｉ（０），ｃｄ（０）が制御パラメータであり、初期の設定項目はｃｐ（０），ｃｉ（０），ｃｄ（０）である。
【００３５】
以下では、励起信号１０１をステップ信号とし、その大きさは初期設定においてユーザが決定しておくものとする。また、速度制御部２４１，２４２は既に調整されており、モータ２０１，２０２の速度は速度指令値２６１，２６２を十分に追従できるものとする。
【００３６】
制御部１００１には張力指令値が入力され、制御対象１００２には基準速度指令値が入力され、張力指令値および基準速度指令値に基づいてモータ２０１，２０２が駆動されることによりウェブ３０１の搬送が開始される（ステップＳＴ２）。張力指令値と基準速度指令値は、制御装置１０のオペレータにより、または上位のコントローラにより、制御装置１０の外部から与えられるものとする。
【００３７】
自動調整部１０００には自動調整開始指令が与えられる（ステップＳＴ３）。自動調整開始指令は、制御装置１０のオペレータにより、または上位のコントローラにより、制御装置１０の外部から与えられるものとする。
【００３８】
以降のステップＳＴ４からステップＳＴ１５までの操作は、複数回繰り返されることを前提とする。ステップＳＴ４からステップＳＴ１５までの操作を１回の自動調整操作と定め、以下ではｉ回目（ｉ≧１）の自動調整操作について説明を行う。自動調整開始指令が入力された場合に、ｉ＝１とする。
【００３９】
励起信号発生部１は、自動調整開始指令が入力されるか、または自動調整操作の再開を指示する内容の判定信号１０６を受け付けると、張力検出値１１２が整定した状態であることの確認を行う（ステップＳＴ４）。ここで、張力検出値１１２が整定した状態とは、張力検出値１１２が定常的に一定値である状態とする。
【００４０】
張力検出値１１２が整定した状態であることの確認方法は、例えば、張力検出値１１２の時間応答を記録し、十分に長い時定数を持つローパスフィルタを用いて張力検出値１１２の時間応答を平均化し、平均化された値が一定時間内に一定振幅以内であることを、整定した状態の判定条件とする。
【００４１】
励起信号発生部１では張力検出値１１２が整定するまでステップＳＴ４の処理が繰り返され（ステップＳＴ４，Ｎｏ）、張力検出値１１２が整定した状態であることを確認した後に（ステップＳＴ４，Ｙｅｓ）、励起信号１０１としてステップ信号が出力され、中間速度増分値１１０に対してこの励起信号１０１が印加される（ステップＳＴ５）。励起信号１０１を中間速度増分値１１０に対して印加することで、整定していた張力検出値１１２を励振させる試験を励起試験と呼ぶこととする。
【００４２】
フィルタ適用部３は、励起信号発生部１からの励起信号１０１が中間速度増分値１１０に印加された時点から、励起信号１０１と張力検出値１１２とを時間同期しながら記録する（ステップＳＴ６）。
【００４３】
ここで、励起信号１０１が印加されてからｑ番目に記録された励起信号１０１をＵ（ｉ）（ｑ）、励起信号１０１が印加されてからｑ番目に記録された張力検出値１１２をＴ（ｉ）（ｑ）、とする。励起信号１０１を印加した時点でｑ＝１とする。
【００４４】
張力検出値１１２が整定するまでステップＳＴ６の処理が繰り返され（ステップＳＴ７，Ｎｏ）、フィルタ適用部３は、張力検出値１１２が整定した状態であることを確認した時点で（ステップＳＴ７，Ｙｅｓ）、励起信号１０１と張力検出値１１２の記録を停止する（ステップＳＴ７）。このとき、モータ２０１，２０２を停止させ、ウェブ３０１の搬送を停止してもよい。
【００４５】
フィルタ決定部２は、ｉ回目の自動調整操作において、励起信号１０１を印加してから張力検出値１１２の時間応答がピークに至るまでのピーク時間ｔｐ（ｉ）を算出する（ステップＳＴ８）。
【００４６】
同定用フィルタの遮断周波数をωｃとする。フィルタ決定部２は、算出したｔｐ（ｉ）に基づいて、ｉ回目の自動調整操作において使用する同定用フィルタの遮断周波数ωｃ（ｉ）を計算し、同定用フィルタを生成する（ステップＳＴ９）。同定用フィルタの遮断周波数ωｃ（ｉ）は次の式（１）のように計算する。
【００４７】
【数１】
0005944054.tif 000002
【００４８】
ここでγ１は定数であり、γ１は０．１〜１０程度の値に設定しておく。また、ｉ回目の自動調整操作において生成された同定用フィルタの伝達関数をＦ（ｉ）とする。
【００４９】
フィルタ適用部３は、励起信号１０１と張力検出値１１２に対して同定用フィルタを適用することで、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３を計算する（ステップＳＴ１０）。励起信号１０１を印加した時点から、ｑ番目に記録した励起信号１０１と張力検出値１１２とに対して同定用フィルタを適用した信号を、それぞれ、同定用入力信号１０２をＵＦ（ｉ）（ｑ）とし、同定用出力信号１０３をＴＦ（ｉ）（ｑ）とする。ＵＦ（ｉ）（ｑ）とＴＦ（ｉ）（ｑ）は、次の式（２）、式（３）のようにＵ（ｉ）（ｑ）とＴ（ｉ）（ｑ）にフィルタＦ（ｉ）をそれぞれ適用することで計算される。
【００５０】
【数２】
0005944054.tif 000003
【数３】
0005944054.tif 000004
【００５１】
ここでＵ（ｉ）（ｑ）とＴ（ｉ）（ｑ）は、それぞれｉ回目の自動調整操作における、励起信号を印加した時点（ｑ＝１）からｑ番目に記録された、励起信号１０１と、張力検出値１１２である。
【００５２】
制御対象演算部４は、同定用入力信号１０２および同定用出力信号１０３に基づいて、励起信号１０１を入力とし、張力検出値１１２を出力とする閉ループ制御系の伝達関数を計算する（ステップＳＴ１１）。ここで、ｉ回目の自動調整操作において計算される、励起信号１０１を入力、張力検出値１１２を出力とする閉ループ制御系の伝達関数をＧｉｄ（ｉ）（ｓ）とすると、Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）を次の式（４）のように４次遅れ系として同定する。
【００５３】
【数４】
0005944054.tif 000005
【００５４】
このとき、ｂ０（ｉ），ｂ１（ｉ），ｂ２（ｉ），ｂ３（ｉ），ｂ４（ｉ）は、Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）の特性を決めるパラメータを表す。
【００５５】
制御対象演算部４は、未知のパラメータｂ０（ｉ），ｂ１（ｉ），ｂ２（ｉ），ｂ３（ｉ），ｂ４（ｉ）を含む伝達関数Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）と、同定用入出力信号ＵＦ（ｉ）（ｑ）とＴＦ（ｉ）（ｑ）で成立する関係式（５）を利用し、最小二乗法を用いることで、未知パラメータｂ０（ｉ），ｂ１（ｉ），ｂ２（ｉ），ｂ３（ｉ），ｂ４（ｉ）を計算し、Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）を同定する。
【００５６】
【数５】
0005944054.tif 000006
【００５７】
ここで、Ｓは離散系の微分演算子であり、Ｓ＝（１−ｚ−１）／ｈと定義される。ｚ−１はｚ変換における遅延要素、ｈはサンプリング時間を表すものとする。なお、Ｓ２はＳを２回作用させることを意味し、２階微分を計算することを表す。Ｓ３，Ｓ４についても同様である。
【００５８】
制御対象演算部４は、ステップＳＴ１１で計算された閉ループ制御系の伝達関数Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）に基づいて、制御対象１００２の伝達関数を計算する（ステップＳＴ１２）。
【００５９】
ｉ回目の自動調整操作において計算される、制御対象１００２の伝達関数Ｐ（ｉ）（ｓ）を次の式（６）のように３次遅れ系として計算する。
【００６０】
【数６】
0005944054.tif 000007
【００６１】
このとき、ａ０（ｉ），ａ１（ｉ），ａ２（ｉ），ａ３（ｉ）は、Ｐ（ｉ）（ｓ）の特性を決めるパラメータを表す。ａ０（ｉ），ａ１（ｉ），ａ２（ｉ），ａ３（ｉ）は、次の式（７）のように計算する。
【００６２】
【数７】
0005944054.tif 000008
【００６３】
ここで、ｃｐ（ｉ−１），ｃｄ（ｉ−１）は、ｉ−１回目の自動調整操作において調整された制御パラメータである。同定される閉ループ制御系の伝達関数Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）と、既知のｃｐ（ｉ−１），ｃｄ（ｉ−１）に基づいて、ａ０（ｉ），ａ１（ｉ），ａ２（ｉ），ａ３（ｉ）が式（７）のように計算され、制御対象１００２の伝達関数Ｐ（ｉ）（ｓ）が同定される。ただし、１回目の自動調整操作（ｉ＝１）において、ｃｐ（ｉ−１），ｃｄ（ｉ−１）は初期設定をした制御パラメータを代入する。制御対象演算部４は、計算したａ０（ｉ），ａ１（ｉ），ａ２（ｉ），ａ３（ｉ）を制御対象パラメータ信号１０４として出力する。
【００６４】
制御パラメータ演算部５は、制御対象１００２の伝達関数Ｐ（ｉ）（ｓ）に基づいて制御パラメータを計算する（ステップＳＴ１３）。一例として、以下に説明する、閉ループ制御系の分母多項式がバターワース標準形のモデルの分母多項式と一致するように、閉ループ制御系に含まれる制御パラメータを調整する方法が挙げられる。
【００６５】
ｉ回目の自動調整操作において調整される張力制御部５０１の制御パラメータと、ｉ回目の自動調整操作において同定される既知の制御対象１００２の伝達関数Ｐ（ｉ）（ｓ）と、を含む励起信号１０１から張力検出値１１２までの閉ループ制御系の伝達関数をＧａｔ（ｉ）（ｓ）とすると、Ｇａｔ（ｉ）（ｓ）は次の式（８）のように計算する。
【００６６】
【数８】
0005944054.tif 000009
【００６７】
ここで，ｃｐ（ｉ），ｃｉ（ｉ），ｃｄ（ｉ）は、ｉ回目の自動調整操作において調整される制御パラメータである。ｃｐ（ｉ），ｃｉ（ｉ），ｃｄ（ｉ）の計算方法については、例えば、この閉ループ伝達関数Ｇａｔ（ｉ）（ｓ）のラプラス演算子ｓに掛かる係数が、バターワース標準形のモデルの係数と一致するように、次の式（９）の係数を一致するようにｃｐ（ｉ），ｃｉ（ｉ），ｃｄ（ｉ）を計算する。
【００６８】
【数９】
0005944054.tif 000010
【００６９】
ここで、ｗは閉ループ制御系の応答性を表す変数であり、式（９）の係数比較により、ｗはｃｐ（ｉ），ｃｉ（ｉ），ｃｄ（ｉ）と共に一意に計算される。
【００７０】
ここでは、制御パラメータの決定方法について、閉ループ制御系の係数がバターワース標準形のモデルの係数と一致するように、ｃｐ（ｉ），ｃｉ（ｉ），ｃｄ（ｉ）を計算する例を示したが、制御対象１００２の伝達関数に基づいて制御パラメータを調整する方法は上記のものに限られない。他の計算方法として、例えば、一巡伝達関数のゲイン余裕と位相余裕が、それぞれ０以上の所定値となるようにｃｐ（ｉ），ｃｉ（ｉ），ｃｄ（ｉ）を計算する方法があげられる。
【００７１】
そして、制御パラメータ演算部５は、制御部１００１の制御パラメータをステップＳＴ１３で計算された制御パラメータに変更する（ステップＳＴ１４）。変更のタイミングは、制御パラメータが算出された時点でもよい。
【００７２】
終了判定部６は、制御パラメータ演算部５からの制御パラメータに基づいて自動調整操作の再開または終了の判定を行う（ステップＳＴ１５）。自動調整操作の再開または終了の判定方法に関して、例えば、制御パラメータの比例ゲインｃｐ（ｉ）を取り出し、ｉ−１回目のｃｐ（ｉ−１）の計算値とｉ回目のｃｐ（ｉ）の計算値の変化率α（ｉ）＝（ｃｐ（ｉ）−ｃｐ（ｉ−１））／ｃｐ（ｉ−１）を計算し、その変化率α（ｉ）が予め設定された規定値αｓｅｔよりも小さければ終了、そうでなければ継続と判定するようにしてもよい。１回目の自動調整操作（ｉ＝１）において、ｃｐ（ｉ−１）には初期設定を行った比例ゲインを代入しておけばよい。または、自動調整操作を必ず２回以上施行するものと決めておき、１回目の自動調整操作においてはステップＳＴ１５の判定を行わず、自動調整操作を再開してステップＳＴ１６に移行してもよい。
【００７３】
ステップＳＴ１５において、α（ｉ）＜αｓｅｔの関係が満たされない場合（ステップＳＴ１５，Ｎｏ）、自動調整操作の再開を指示する内容の判定信号１０６が終了判定部６から励起信号発生部１に送信され、自動調整操作が再開される。自動調整操作を再開する場合、自動調整部１０００は、ｉ＝ｉ＋１として、そしてステップＳＴ４に移行する（ステップＳＴ１６）。ただし、前回の自動調整操作においてステップＳＴ７の後にウェブ搬送を停止させた場合、自動調整部１０００はウェブ搬送を再開させ、ステップＳＴ４に移行する。
【００７４】
ステップＳＴ１５において、α（ｉ）＜αｓｅｔの関係が満たされた場合（ステップＳＴ１５，Ｙｅｓ）、自動調整部１０００は自動調整操作を終了する。
【００７５】
自動調整操作を終了した時点で、調整された制御パラメータにより、高応答かつ安定な制御部が得られるため、ウェブの破断や変形、弛みを防止できるウェブ搬送が実現できる。
【００７６】
このように、本実施の形態は、ウェブ３０１の張力の閉ループ制御を行っている状態で、モータ２０１の速度指令値２６１に対して励起信号１０１として速度増分値を印加することで、張力検出値１１２を励振させ（ステップＳＴ５）、その際の励起信号１０１と張力検出値１１２に同定用フィルタを適用した信号を、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３とし（ステップＳＴ１０）、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３とに基づいて閉ループ制御系の伝達関数を同定し（ステップＳＴ１１）、閉ループ制御系の同定結果に基づいて制御対象１００２の伝達関数を同定し（ステップＳＴ１２）、制御対象１００２の伝達関数Ｐ（ｉ）（ｓ）に基づいて制御パラメータを計算するようにしたものである（ステップＳＴ１３）。
【００７７】
このとき、調整結果の制御パラメータの応答性に影響を与える同定用フィルタの遮断周波数をフィルタ決定部２において自動的に決定することにより、制御装置１０のオペレータが試行錯誤を繰り返して、同定用フィルタの遮断周波数を調整する必要がなく、簡易的かつ短時間に制御パラメータの調整を行うことができる。
【００７８】
ステップＳＴ９において、フィルタ決定部２が同定用フィルタの遮断周波数ωｃ（ｉ）を、張力検出値１１２の時間応答のピーク時間ｔｐ（ｉ）に基づいて決定することの効果について、以下で述べる。
【００７９】
ステップＳＴ１１において、式（５）より、閉ループ制御系の伝達関数Ｇｉｄ（ｓ）を決めるパラメータｂ０（ｉ），ｂ１（ｉ），ｂ２（ｉ），ｂ３（ｉ），ｂ４（ｉ）を計算する。式（５）は同定用フィルタを、励起信号１０１および張力検出値１１２に適用した場合の計算式である。仮に、同定用フィルタを使用しなければ、Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）を同定するための計算式は次の式（１０）のようになる。
【００８０】
【数１０】
0005944054.tif 000011
【００８１】
ここで、Ｕ（ｉ）（ｑ）とＴ（ｉ）（ｑ）は、それぞれｉ回目の自動調整操作における、励起信号１０１を印加した時点（ｑ＝１）からｑ番目に記録された、励起信号１０１と、張力検出値１１２である。
【００８２】
高次の動特性を同定するためにはデータの微分処理を行う必要があるが、一般に測定値である張力検出値１１２はノイズを含んでおり、微分操作はノイズの高周波成分を励起するため、微分係数Ｓｋ・Ｔ（ｉ）（ｑ）（１≦ｋ≦４）を計算するための微分操作によって、張力検出値１１２に含まれるノイズの高周波成分が励起される。
【００８３】
ノイズは同定精度を低下させる原因となるため、ステップＳＴ１０においてフィルタ処理を行うことでノイズの低減を行う。同定用フィルタは、Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）の同定のための微分操作により生じた、高周波数帯域のノイズを除去する役割を果たす。その遮断周波数ωｃ（ｉ）は、張力検出値１１２に含まれる高周波数帯域のノイズを除去するために、適切な周波数に設定する必要がある。
【００８４】
ただし、張力検出値１１２にはその周波数応答成分のうちに、閉ループ制御系の伝達関数Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）の動特性を同定するために必要な制御帯域の信号が含まれている。同定用フィルタの遮断周波数ωｃ（ｉ）を過剰に低く設定すると、張力検出値１１２の信号から、閉ループ制御系の制御帯域の信号を除去することとなり、閉ループ制御系の動特性を示す信号を欠落させてしまうため、閉ループ制御系を正確に同定することができない。閉ループ制御系を正確に同定できなければ、閉ループ制御系の伝達関数から計算される、制御対象１００２の伝達関数についても正確に同定されず、ひいては、制御対象１００２の伝達関数から計算される、張力制御部５０１の制御パラメータについても高精度に調整をすることができない。
【００８５】
これらの理由から、同定用フィルタが張力検出値１１２のノイズを除去した上で、閉ループ制御系の動特性を示す信号を十分に含んだ信号を生成するように、閉ループ制御系の制御帯域を推定し、閉ループ制御系の制御帯域の推定結果に基づいて遮断周波数ωｃ（ｉ）を制御帯域近辺に設定する必要がある。
【００８６】
閉ループ制御系の制御帯域は、制御対象１００２の伝達関数と、張力制御部５０１の伝達関数に依存しており、張力制御部５０１の制御パラメータである比例ゲイン、積分ゲインなどの制御ゲインが大きいほど、制御帯域は大きい。
【００８７】
図３は、本発明の実施の形態１に係る制御装置１０において、自動調整操作を行った際の、張力検出値の時間応答波形を示す図である。一般に、閉ループ制御を組んだ状態で励起信号１０１を印加したとき、実線で示すように制御ゲインが大きい場合、制御部１００１は入力された励起信号１０１に対して速い補償の動作をするので、張力検出値１１２の時間応答が速くなり、ピーク時間が小さくなる。また、点線で示すように制御ゲインが小さい場合、張力検出値１１２の時間応答は遅くなり、ピーク時間が大きくなる。そのため、ピーク時間の逆数は制御ゲインの大きさと、制御ゲインによって決まる制御帯域を推定する良い尺度となり、その定数倍（例えば０．１〜１０倍）もまた同様に良い尺度となる。
【００８８】
実施の形態１の自動調整操作によれば、遮断周波数ωｃを閉ループ制御系の制御帯域近辺とする同定用フィルタを使用することにより、高周波数成分のノイズを除去し、制御帯域の周波数成分を残した信号を用いて、閉ループ制御系の伝達関数の正確な同定を行うことができ、張力制御部５０１の制御パラメータを高精度に調整することができる。
【００８９】
次に、ステップＳＴ１６以降で上述の自動調整操作を繰り返すことによる効果について説明する。
【００９０】
１回目の自動調整操作（ｉ＝１）においては、ステップＳＴ１において、閉ループ制御系の応答性が低い制御パラメータに調整された状態、すなわち閉ループ制御系の制御帯域がごく小さい状態にて、励起信号１０１を印加し、その際の張力検出値１１２の挙動から制御帯域を推定し、自動調整操作を行う（ステップＳＴ４〜ステップＳＴ１５）。ステップＳＴ１０の同定用フィルタ処理において、励起信号１０１と張力検出値１１２から、制御帯域以上の情報をカットするので、制御対象１００２の周波数特性のうち、制御帯域以下は正確に同定できるが、制御帯域以上の周波数特性に関しては正確であるかの保証はない。このようにして同定された制御対象１００２の周波数特性に基づいて制御パラメータを算出すると、制御帯域以下の伝達関数が正確なので安定な制御パラメータを算出することはできるが、高応答、すなわちなるべく制御帯域が大きい制御を実現する制御パラメータに調整することが困難である。よって、閉ループ制御系に含まれる制御対象１００２を同定し、制御パラメータの調整をする場合には、制御帯域が大きい閉ループ制御系に対する入力信号と、出力信号を用いたほうが、制御対象１００２の同定と制御パラメータの調整を正確に行えると言える。そこで、小さい制御帯域以下のみが正確な制御対象１００２の伝達関数をもとに、仮の制御パラメータを計算し、ｉ＝２では、仮の制御パラメータが設定された状態で自動調整操作を再度実行する。このような操作を複数回繰り返すことで、正確に同定される制御帯域が徐々に大きくなっていき、最終的には、高応答かつ安定な制御を実現する制御パラメータが算出される。
【００９１】
実施の形態１では、閉ループ制御系を４次遅れ系として同定する例を説明したが、３次遅れ系や５次遅れ系など他の次数であってもほぼ同様に実施できる。また、制御対象１００２の伝達特性が指定できるものであれば、状態空間システムで表現されるモデルとして同定するようにしてもよい。
【００９２】
また、張力制御部５０１の伝達特性をＰＩＤ制御として説明を行ったが、他の制御、例えば、ＰＩ制御、位相進み・遅れ補償などを用いてもよい。
【００９３】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る制御装置２０のブロック図である。実施の形態２において、実施の形態１と同一または類似の部分には同一または類似の符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。実施の形態１ではステップＳＴ５において、励起信号発生部１より出力されるステップ信号である励起信号１０１の大きさは、ステップＳＴ１の初期設定で予め決定されているものとしたが、ｉ回目（ｉ≧２）の自動調整操作においては、ｉ−１回目の自動調整操作において計算された制御対象１００２の伝達関数と、制御パラメータに基づいて、励起信号１０１の大きさが決定されてもよい。
【００９４】
実施の形態２の自動調整部２０００は、実施の形態１の自動調整部１０００における構成要素に加えて、励起信号決定部７を有する。なお、実施の形態２の制御装置２０は励起信号決定部７を除いて実施の形態１と同様の構成要素で構成されている。ここでは、図４に示すように、実施の形態２の自動調整部に符号２０００を付して、実施の形態１と区別することとする。
【００９５】
自動調整部２０００において、励起信号決定部７は、制御対象パラメータ信号１０４と、制御パラメータ信号１０５を入力とし、制御対象パラメータ信号１０４と制御パラメータ信号１０５に基づいて、励起信号１０１の信号の大きさを決定し、励起信号１０１の信号の大きさを励起強度信号１０８として出力する。
【００９６】
励起信号発生部１は、励起強度信号１０８を入力として、励起強度信号１０８に基づいて、励起信号１０１の大きさを変更することができる。
【００９７】
図５は、本発明の実施の形態２に係る制御装置２０による制御パラメータの自動調整方法を説明するフローチャートである。
【００９８】
まず、初期設定を行う（ステップＳＴ２１）。初期設定とは、自動調整を開始する前に必要となる設定のことである。自動調整を開始する前に必要となる設定項目は、張力制御部５０１の制御パラメータの初期値と、励起信号発生部１より出力される励起信号１０１の種類と、１回目の自動調整操作における励起信号１０１の大きさと、自動調整の終了判定用の閾値αｓｅｔと、励起信号１０１を印加した際の張力検出値１１２の変動量の最大値と、である。制御パラメータの初期値は、ウェブ３０１の張力を安定化することができるように調整されているものとするが、その応答性は低くてもかまわない。また、励起信号１０１はステップ信号とする。
【００９９】
ステップＳＴ２２〜ステップＳＴ３６では、実施の形態１のステップＳＴ２〜ステップＳＴ１６と同じ処理がそれぞれ行われる。
【０１００】
ステップＳＴ３６において、ｉがインクリメントされた後に、励起信号決定部７において、ｉ回目の自動調整操作において印加される励起信号１０１の大きさを決定する（ステップＳＴ３７）。
【０１０１】
初期設定において予め設定された、励起信号１０１を印加した際の張力検出値１１２の変動量の最大値をΔＴＰとする。また、ｉ回目の自動調整操作において印加される励起信号１０１の大きさをΔｕ（ｉ）とする。
【０１０２】
ｉ−１回目の自動調整操作において計算された制御対象１００２の伝達関数を決めるパラメータａ０（ｉ−１），ａ１（ｉ−１），ａ２（ｉ−１），ａ３（ｉ−１）と、張力制御部５０１の制御パラメータｃｐ（ｉ−１），ｃｉ（ｉ−１），ｃｄ（ｉ―１）に基づいて、例えば、Δｕ（ｉ）を次の式（１１）で計算する。
【０１０３】
【数１１】
0005944054.tif 000012
【０１０４】
ただし、式（１１）において、ｄ（ｉ−１）＝ｄ１（ｉ−１）／ｓｑｒｔ（−ｄ１（ｉ−１）・ｄ１（ｉ−１）＋４・ｄ０（ｉ−１）・ｄ２（ｉ−１））、ｄ０（ｉ−１）＝ｃｉ（ｉ−１）、ｄ１（ｉ−１）＝ａ０（ｉ−１）＋ｃｐ（ｉ−１）、ｄ２（ｉ−１）＝ａ１（ｉ−１）＋ｃｄ（ｉ−１）、である。
【０１０５】
励起信号決定部７は、式（１１）で計算されたΔｕ（ｉ）を励起強度信号１０８として出力する。このとき、１回目の自動調整操作における励起信号１０１の大きさΔｕ（１）は、ステップＳＴ２１の初期設定において制御装置２０のオペレータにより決定される。
【０１０６】
ステップＳＴ３７の終了後、ステップＳＴ２４へと移行する。
【０１０７】
式（１１）のように励起信号１０１の大きさを決定する場合の効果について説明する。
【０１０８】
ｉ−１回目の自動調整操作において、計算された制御対象１００２の伝達関数と、制御パラメータを含む制御部１００１とで構成される閉ループ制御系の伝達関数Ｇａｔ（ｉ−１）（ｓ）は次の式（１２）のようになる。
【０１０９】
【数１２】
0005944054.tif 000013
【０１１０】
また、４次遅れ系の伝達関数であるＧａｔ（ｉ−１）（ｓ）を、２次遅れ系で近似する伝達関数であるＧ＾ａｔ（ｉ−１）（ｓ）とすると、Ｇ＾ａｔ（ｉ−１）（ｓ）は次の式（１３）のようになる。
【０１１１】
【数１３】
0005944054.tif 000014
【０１１２】
ｉ回目の自動調整操作における、励起信号１０１を印加した際の、張力変動量の時間ｔにおける予測値をΔＴ〜（ｉ）（ｔ）とする。ｔは励起信号１０１が印加した時点で、ｔ＝０とする。大きさがΔｕ（ｉ）で表される励起信号１０１を印加した際の、ΔＴ〜（ｉ）が満たす微分方程式は式（１３）の伝達関数のパラメータを用いて、次の式（１４）のようになる。
【０１１３】
【数１４】
0005944054.tif 000015
【０１１４】
式（１４）において、Ｄは連続系の微分演算子であり、Ｄ＝ｄ／ｄｔである。また、ｘ（ｔ）は単位ステップ関数であり、次の式（１５）で定義される。
【０１１５】
【数１５】
0005944054.tif 000016
【０１１６】
励起信号１０１を印加する前には、張力検出値１１２が整定しているので、ΔＴ〜（ｉ）（０）＝Ｄ・ΔＴ〜（ｉ）（０）＝０が、式（１４）の初期条件として得られる。ここで、ｄ０（ｉ−１）＝ｃｉ（ｉ−１）、ｄ１（ｉ−１）＝ａ０（ｉ−１）＋ｃｐ（ｉ−１）、ｄ２（ｉ−１）＝ａ１（ｉ−１）＋ｃｄ（ｉ−１）、とおくと、式（１４）より、次の式（１６）が成り立つ。
【０１１７】
【数１６】
0005944054.tif 000017
【０１１８】
また、ｔ＞０において、Ｄ・ΔＴ〜（ｉ）（ｔ）＝０を満たすｔは、ｉ回目の自動調整操作における張力検出値１１２のピーク時間の予測値ｔｐ〜（ｉ）であると考える。ｔｐ〜（ｉ）は次の式（１７）で計算される。
【０１１９】
【数１７】
0005944054.tif 000018
【０１２０】
式（１６）と式（１７）より、ピーク時間ｔｐ〜（ｉ）における張力検出値１１２の変動量の予測値ΔＴ〜（ｉ）（ｔｐ〜（ｉ））が次の式（１８）で計算できる。
【０１２１】
【数１８】
0005944054.tif 000019
【０１２２】
よって、式（１８）より、張力検出値１１２の変動量のピークを、ΔＴ〜（ｉ）（ｔｐ〜（ｉ））とするような入力の大きさΔｕ（ｉ）は次の式（１９）で計算できる。
【０１２３】
【数１９】
0005944054.tif 000020
【０１２４】
ただし、式（１９）において、ｄ（ｉ−１）＝ｄ１（ｉ−１）／ｓｑｒｔ（−ｄ１（ｉ−１）・ｄ１（ｉ−１）＋４・ｄ０（ｉ−１）・ｄ２（ｉ−１））である。
【０１２５】
ステップＳＴ３７における、励起信号１０１の大きさを決定する式（１１）は、式（１９）と同じ形の式であり、それは、ｉ−１回目の自動調整操作において計算した制御対象１００２の伝達関数と、制御部により構成される閉ループ制御系の伝達関数を、２次遅れ系で近似した伝達関数において、予め設定した時間応答の変動量の最大値ΔＴＰを、実現するような励起信号１０１の大きさΔｕ（ｉ）を計算したものとなる。
【０１２６】
例えば、励起信号１０１の大きさが過大であり、張力がウェブ３０１に掛けられる限界張力値を超えてしまえば、ウェブ３０１が破断や変形をしてしまう原因となる。また、励起信号１０１の大きさが過小であれば、励起信号１０１を印加したことによる張力変動量が小さくなり、同定用出力信号のＳ／Ｎ比が低くなり、ノイズの影響を大きく受けて、制御対象１００２を同定することができない。
【０１２７】
初期設定において、励起信号１０１を印加する際の張力変動量の最大値ΔＴＰを、ウェブの限界張力値よりも小さくなるように、かつ、張力センサ３０２から検出されるノイズの大きさよりも十分に大きくなるように、設定しておくことで、励起信号決定部７が式（１１）により、励起信号１０１の大きさを適切に決定するため、ウェブ３０１の破断や変形を避けて、精度のよい自動調整を行うことができる。
【０１２８】
また、式（１１）では、閉ループ制御系の伝達関数を２次遅れ系と近似してΔｕ（ｉ）を算出したが、近似を行わずに閉ループ制御系の伝達関数を４次遅れ系として、Δｕ（ｉ）を算出してもよい。
【０１２９】
実施の形態２の自動調整部２０００の構成は、励起信号決定部７を除く構成や処理手順が、実施の形態１の自動調整部１０００と同じなので、実施の形態１と同様に、フィルタ決定部において同定用フィルタの遮断周波数を決定し、自動調整操作を繰り返すことで、高精度な制御パラメータの調整を行うことができる。
【０１３０】
実施の形態２では、閉ループ制御系を４次遅れ系として同定する例を説明したが、３次遅れ系や５次遅れ系など他の次数であってもよい。また、制御対象１００２の伝達特性が指定できるものであれば、状態空間システムで表現されるモデルとして同定するようにしてもよい。
【０１３１】
また、張力制御部５０１の伝達特性をＰＩＤ制御として説明を行ったが、他の制御、例えば、ＰＩ制御、位相進み・遅れ補償などを用いてもよい。
【０１３２】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る制御装置３０のブロック図である。実施の形態３において、実施の形態１と同一または類似の部分には同一または類似の符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。実施の形態１では、同定用フィルタの遮断周波数は、張力検出値１１２の時間応答のピーク時間に基づいて決定されたが、ｉ回目の自動調整操作における同定用フィルタの遮断周波数は、ｉ−１回目の自動調整操作において計算された制御対象１００２の伝達関数と、制御パラメータに基づいて決定されてもよい。
【０１３３】
実施の形態３の自動調整部３０００のフィルタ決定部１２は、張力検出値１１２に加えて、制御対象パラメータ信号１０４と制御パラメータ信号１０５を入力として用いる。なお、実施の形態３の制御装置３０はフィルタ決定部１２を除いて実施の形態１と同様の構成要素で構成されている。ここでは、図６に示すように、実施の形態３の自動調整部に符号３０００、実施の形態３のフィルタ決定部に符合１２をそれぞれ付して、実施の形態１と区別することとする。
【０１３４】
自動調整部３０００において、フィルタ決定部１２は、張力検出値１１２と、制御対象パラメータ信号１０４と、制御パラメータ信号１０５を入力とし、張力検出値１１２、または、制御対象パラメータ信号１０４と制御パラメータ信号１０５に基づいて、同定用フィルタの遮断周波数を決定する。フィルタ決定部１２は、決定された同定用フィルタの遮断周波数をフィルタパラメータ信号１０７として出力する。
【０１３５】
図７は、本発明の実施の形態３に係る制御装置３０による制御パラメータの自動調整方法を説明するフローチャートである。
【０１３６】
まず、ステップＳＴ４１〜ステップＳＴ４７の処理が行われる。ステップＳＴ４１〜ステップＳＴ４７では、実施の形態１のステップＳＴ１〜ステップＳＴ７と同じ処理がそれぞれ行われる。
【０１３７】
自動調整操作の繰り返し回数ｉを調べ、ｉ＝１のとき（ステップＳＴ４８，Ｎｏ）、つまり１回目の自動調整操作においてはステップＳＴ４９に移行し、ｉ≧２のとき（ステップＳＴ４８，Ｙｅｓ）、つまり２回目以降の自動調整操作においてはステップＳＴ５１に移行する（ステップＳＴ４８）。
【０１３８】
ｉ＝１の場合には、ステップＳＴ４９とステップＳＴ５０において、実施の形態１のステップＳＴ８とステップＳＴ９と同じ処理がそれぞれ実行され、張力検出値１１２のピーク時間を調べ、ピーク時間に基づいて同定用フィルタの遮断周波数ωｃ（１）が決定される。または、制御装置３０のオペレータが初期設定において、予め遮断周波数ωｃ（１）を設定しておき、ｉ＝１の場合にのみ、初期設定において設定されたωｃ（１）を用いてもよい。
【０１３９】
ｉ≧２の場合には、フィルタ決定部１２において、ｉ−１回目の自動調整操作における、制御対象パラメータ信号（制御対象１００２の伝達関数Ｐ（ｉ）（ｓ））、および制御パラメータ信号１０５に基づいて同定用フィルタの遮断周波数ωｃ（ｉ）を計算する（ステップＳＴ５１）。
【０１４０】
ステップＳＴ５０およびステップＳＴ５１の処理が実行された後、制御装置３０では、実施の形態１のステップＳＴ１０〜ステップＳＴ１６と同様の処理（ステップＳＴ５２〜ステップＳＴ５８が行われる。
【０１４１】
遮断周波数ωｃ（ｉ）の計算方法については、例えば、閉ループ制御系の一巡伝達関数に基づいて、次のように遮断周波数ωｃ（ｉ）を計算する。
【０１４２】
張力制御部５０１の伝達関数を次の式（２０）のようにおく。
【０１４３】
【数２０】
0005944054.tif 000021
【０１４４】
フィルタ決定部１２は以下の式（２１）を満たすω＊（ｉ）を計算する。
【０１４５】
【数２１】
0005944054.tif 000022
【０１４６】
ここで、ｊ＝ｓｑｒｔ（−１）であり、ａｂｓ（ｘ）は複素数ｘの絶対値を表す。フィルタ決定部１２において、式（２１）を満たすω＊（ｉ）を計算し、ωｃ（ｉ）＝γ２・ω＊（ｉ）として、遮断周波数ωｃ（ｉ）を計算する。ここでγ２は定数であり、γ２は０．１〜１０程度の値に設定しておく。また、ｉ回目の自動調整操作において生成された同定用フィルタの伝達関数をＦ（ｉ）とする。フィルタ決定部１２は、計算された遮断周波数ωｃ（ｉ）をフィルタパラメータ信号１０７として出力する。
【０１４７】
上記のように遮断周波数ωｃ（ｉ）を決定する効果について説明する。
【０１４８】
式（２１）を満たすω＊（ｉ）は一巡伝達関数Ｐ（ｉ）（ｓ）・Ｃ（ｉ）（ｓ）のボード線図上でゲインが０［ｄＢ］となる周波数となっている。
【０１４９】
ω＊（ｉ）より小さな周波数帯域の偏差に対しては、張力制御部５０１が効果的に作用するが、ω＊（ｉ）より大きな周波数帯域の偏差に対しては、張力制御部５０１が及ぼす効果が小さいと言える。よって、ω＊（ｉ）は閉ループ制御系の制御帯域近辺を表す良い指標となっており、定数γ２を０．１〜１０に設定することで、高周波数成分のノイズを除去した上で、制御帯域の周波数成分を十分に残すことができる同定用フィルタを設計し、高精度な同定と制御パラメータの調整を行うことができる。
【０１５０】
実施の形態３の自動調整部３０００の構成は、フィルタ決定部１２を除く構成や処理手順が、実施の形態１の自動調整部１０００と同じなので、実施の形態１と同様に、フィルタ決定部１２において同定用フィルタの遮断周波数を決定し、自動調整操作を繰り返すことで、高精度な制御パラメータの調整を行うことができる。
【０１５１】
実施の形態３では、閉ループ制御系を４次遅れ系として同定する例を説明したが、３次遅れ系や５次遅れ系など他の次数であってもほぼ同様に実施できる。また、制御対象１００２の伝達特性が指定できるものであれば、状態空間システムで表現されるモデルとして同定するようにしてもよい。
【０１５２】
また、張力制御部５０１の伝達特性をＰＩＤ制御として説明を行ったが、他の制御、例えば、ＰＩ制御、位相進み・遅れ補償などを用いてもよい。
【０１５３】
実施の形態４．
図８−１は、本発明の実施の形態４に係る制御装置４０のブロック図である。図８−２は、本発明の実施の形態４に係る制御装置４０の制御部２００１のブロック図である。実施の形態４において、実施の形態１と同一または類似の部分には同一または類似の符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。実施の形態１では、ステップＳＴ５において、励起信号発生部１により出力される励起信号１０１が張力制御部５０１から出力される操作量（中間速度増分値１１０）に対して印加されているが、励起信号１０１は張力指令値に対して印加されてもよい。
【０１５４】
実施の形態４の制御装置４０は、励起信号１０１を張力指令値に対して印加することで、張力検出値１１２の応答を調べて同定用フィルタの決定と、制御対象１００２の同定を行い、制御パラメータを調整する。
【０１５５】
図８−１に示すように制御装置４０は、自動調整部４０００、制御部２００１、および加算器５３を備える。制御対象１００２は実施の形態１と同様の構成である。
【０１５６】
自動調整部４０００は、励起信号発生部１、フィルタ決定部２２、フィルタ適用部３、制御対象演算部１４、制御パラメータ演算部５、終了判定部６を備える。励起信号発生部１、フィルタ適用部３、制御パラメータ演算部５、終了判定部６は実施の形態１と同様の機能を持つ。
【０１５７】
フィルタ決定部２２は、張力検出値１１２を入力として、張力検出値１１２の時間応答に基づいて、同定用フィルタの周波数特性を決定し、同定用フィルタの周波数特性を決めるパラメータを、フィルタパラメータ信号１０７として出力する。
【０１５８】
制御対象演算部１４は、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３を入力として、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３に基づいて制御対象１００２の伝達関数を計算し、制御対象１００２の伝達関数を決めるパラメータを、制御対象パラメータ信号１０４として出力する。
【０１５９】
図８−２に示すように制御部２００１は、張力制御部５１１および減算器６４を備える。減算器６４は加算器５３からの中間張力指令値１１３と制御対象１００２からの張力検出値１１２との偏差を計算する。
【０１６０】
張力制御部５１１は、減算器６４で計算される偏差を入力とし、操作量として速度増分値１１１を出力する。ここでは速度増分値１１１は張力検出値１１２が中間張力指令値１１３を追従するための、モータ２０１の速度の増分値である。張力制御部５１１は、例えばＰＩＤ制御器や、位相進み・遅れ補償器であり、その張力制御部５１１の伝達関数を決定するパラメータを制御パラメータと呼ぶこととする。
【０１６１】
加算器５３は、制御装置４０の外部より与えられる張力指令値と励起信号１０１との和である中間張力指令値１１３を出力する。
【０１６２】
図９は、本発明の実施の形態４に係る制御装置４０による制御パラメータの自動調整方法を説明するフローチャートである。
【０１６３】
まず、ステップＳＴ６１〜ステップＳＴ６４の処理が行われる。ステップＳＴ６１〜ステップＳＴ６４では、実施の形態１のステップＳＴ１〜ステップＳＴ４と同じ処理がそれぞれ行われる。
【０１６４】
励起信号発生部１は張力検出値１１２が整定した状態であることを確認した後に（ステップＳＴ６４，Ｙｅｓ）、励起信号１０１としてステップ信号を出力し、張力指令値に対して、励起信号１０１としてステップ信号を印加する（ステップＳＴ６５）。張力指令値に対して励起信号１０１が印加されると、整定していた張力検出値１１２が励振され、自動調整操作における励起試験が実行開始される。
【０１６５】
ステップＳＴ６６とステップＳＴ６７では、それぞれ実施の形態１のステップＳＴ６とステップＳＴ７と同じ処理が行われる。
【０１６６】
フィルタ決定部２２は、ｉ回目の自動調整操作において、励起信号１０１を印加してから張力検出値１１２の時間応答が整定するまでの整定時間ｔｓ（ｉ）を算出する（ステップＳＴ６８）。フィルタ決定部２２は、算出したｔｓ（ｉ）に基づいて、ｉ回目の自動調整操作において使用する同定用フィルタの遮断周波数ωｃ（ｉ）を計算し、同定用フィルタを生成する（ステップＳＴ６９）。同定用フィルタの遮断周波数ωｃ（ｉ）は次の式（２２）により計算する。
【０１６７】
【数２２】
0005944054.tif 000023
【０１６８】
ここでγ３は定数であり、γ３は０．１〜１０程度の値に設定しておく。また、ｉ回目の自動調整操作において生成された同定用フィルタの伝達関数をＦ（ｉ）とする。
【０１６９】
フィルタ適用部３は、励起信号１０１と張力検出値１１２に対して同定用フィルタを適用することで、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３を計算する（ステップＳＴ７０）。
【０１７０】
励起信号１０１を印加した時点からｑ番目に記録した励起信号１０１と張力検出値１１２に対して同定用フィルタを適用した信号を、それぞれ、同定用入力信号１０２をＵＦ（ｉ）（ｑ）、同定用出力信号１０３をＴＦ（ｉ）（ｑ）とする。ＵＦ（ｉ）（ｑ）とＴＦ（ｉ）（ｑ）は次のように計算する。
【０１７１】
【数２３】
0005944054.tif 000024
【数２４】
0005944054.tif 000025
【０１７２】
ここでＵ（ｉ）（ｑ）とＴ（ｉ）（ｑ）は、それぞれｉ回目の自動調整操作における、励起信号１０１を印加した時点（ｑ＝１）からｑ番目に記録された、励起信号１０１と、張力検出値１１２である。
【０１７３】
制御対象演算部１４において、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３に基づいて、励起信号１０１を入力、張力検出値１１２を出力とする閉ループ制御系の伝達関数を計算する（ステップＳＴ７１）。ここで、ｉ回目の自動調整操作において計算される前記閉ループ制御系の伝達関数をＧｉｄ（ｉ）（ｓ）とすると、Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）を次の式（２５）のように４次遅れ系として同定する。
【０１７４】
【数２５】
0005944054.tif 000026
【０１７５】
このとき、ｂ０（ｉ），ｂ１（ｉ），ｂ２（ｉ），ｂ３（ｉ），ｂ４（ｉ），ｃ０（ｉ），ｃ１（ｉ），ｃ２（ｉ）は、Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）の特性を決めるパラメータを表す。
【０１７６】
制御対象演算部１４は、Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）を用いて表されるＵＦ（ｉ）（ｑ）とＴＦ（ｉ）（ｑ）の次の関係式（２６）を最小二乗法で解くことで、ｂ０（ｉ），ｂ１（ｉ），ｂ２（ｉ），ｂ３（ｉ），ｂ４（ｉ），ｃ０（ｉ），ｃ１（ｉ），ｃ２（ｉ）を計算する。
【０１７７】
【数２６】
0005944054.tif 000027
【０１７８】
制御対象演算部１４は、ステップＳＴ７１で計算された閉ループ制御系の伝達関数Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）に基づいて、制御対象１００２の伝達関数を計算する（ステップＳＴ７２）。
【０１７９】
ｉ回目の自動調整操作において計算される、制御対象１００２の伝達関数Ｐ（ｉ）（ｓ）を次の式（２７）のように３次遅れ系として計算する。
【０１８０】
【数２７】
0005944054.tif 000028
【０１８１】
このとき、ａ０（ｉ），ａ１（ｉ），ａ２（ｉ），ａ３（ｉ）は、Ｐ（ｉ）（ｓ）の特性を決めるパラメータを表す。ａ０（ｉ），ａ１（ｉ），ａ２（ｉ），ａ３（ｉ）は、次の式（２８）のように計算する。
【０１８２】
【数２８】
0005944054.tif 000029
【０１８３】
ここで、ｃｐ（ｉ−１），ｃｄ（ｉ−１）は、ｉ−１回目の自動調整操作において調整された制御パラメータである。同定される閉ループ制御系の伝達関数Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）と、既知のｃｐ（ｉ−１），ｃｄ（ｉ−１）に基づいて、ａ０（ｉ），ａ１（ｉ），ａ２（ｉ），ａ３（ｉ）が式（２８）のように計算され、制御対象１００２の伝達関数Ｐ（ｉ）（ｓ）が同定される。ただし、１回目の自動調整操作（ｉ＝１）において、ｃｐ（ｉ−１），ｃｄ（ｉ−１）は初期設定をした制御パラメータを代入する。制御対象演算部１４は、計算したａ０（ｉ），ａ１（ｉ），ａ２（ｉ），ａ３（ｉ）を制御対象パラメータ信号１０４として出力する。
【０１８４】
ステップＳＴ７３〜ステップＳＴ７６では実施の形態１のステップＳＴ１３〜ステップＳＴ１６と同様の処理が行われる。
【０１８５】
実施の形態４の自動調整部４０００の構成は、励起信号１０１の印加方法を除く構成や処理手順が、実施の形態１の自動調整部１０００と同じなので、実施の形態１と同様に、フィルタ決定部２２において同定用フィルタの遮断周波数を決定し、自動調整操作を繰り返すことで、高精度な制御パラメータの調整を行うことができる。
【０１８６】
実施の形態４では、閉ループ制御系を４次遅れ系として同定する例を説明したが、３次遅れ系や５次遅れ系など他の次数であってもほぼ同様に実施できる。また、制御対象１００２の伝達特性が指定できるものであれば、状態空間システムで表現されるモデルとして同定するようにしてもよい。
【０１８７】
また、張力制御部５１１の伝達特性をＰＩＤ制御として説明を行ったが、他の制御、例えば、ＰＩ制御、位相進み・遅れ補償などを用いてもよい。
【０１８８】
実施の形態５．
図１０は、本発明の実施の形態５に係る制御装置５０のブロック図である。実施の形態５において、実施の形態１と同一または類似の部分には同一または類似の符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。実施の形態１では、ステップＳＴ１０において、励起信号１０１に対して同定用フィルタを適用して同定用入力信号１０２を生成し、閉ループ制御系の伝達関数の同定を行い、その閉ループ制御系の同定結果の伝達関数に基づいて制御対象１００２の伝達関数を計算したが、モータに対する速度指令（速度増分値１１１）に対して同定用フィルタを適用して同定用入力信号１０２を生成し、閉ループ制御系の同定を行わずに、制御対象１００２の伝達関数の同定を行ってもよい。
【０１８９】
実施の形態５の制御装置５０では、モータ２０１に対する速度増分値１１１に対して同定用フィルタを適用した信号を、同定用入力信号１０２として、制御対象１００２の伝達関数の同定を行う。
【０１９０】
図１０に示すように制御装置５０は、自動調整部５０００、制御部１００１、および加算器５１を備える。制御部１００１と制御対象１００２は実施の形態１と同様の構成である。
【０１９１】
自動調整部５０００は、励起信号発生部１、フィルタ決定部２、フィルタ適用部１３、制御対象演算部２４、制御パラメータ演算部５、および終了判定部６を備える。励起信号発生部１、フィルタ決定部２、制御パラメータ演算部５、終了判定部６は実施の形態１と同様の機能を持つ。
【０１９２】
フィルタ適用部１３は、モータ２０１に対する速度増分値１１１と張力検出値１１２とを入力とし、速度増分値１１１と張力検出値１１２に同定用フィルタを適用し、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３を計算し、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３を出力する。フィルタ適用部１３は、フィルタパラメータ信号１０７を受け付けており、フィルタパラメータ信号１０７に基づいて、同定用フィルタの周波数特性を変更することができる。また、フィルタ適用部１３は、速度増分値１１１と、張力検出値１１２を時間同期して記録することができる。
【０１９３】
制御対象演算部２４は、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３を入力として、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３に基づいて制御対象１００２の伝達関数を計算し、制御対象１００２の伝達関数を決めるパラメータを、制御対象パラメータ信号１０４として出力する。
【０１９４】
図１１は、本発明の実施の形態５に係る制御装置５０による制御パラメータの自動調整方法を説明するフローチャートである。
【０１９５】
まず、ステップＳＴ８１〜ステップＳＴ８９の処理が行われる。ステップＳＴ８１〜ステップＳＴ８９では、実施の形態１のステップＳＴ１〜ステップＳＴ９と同じ処理がそれぞれ行われる。
【０１９６】
ｉ回目の自動調整操作において、ステップＳＴ８９で生成された同定用フィルタの伝達関数をＦ（ｉ）とする。
【０１９７】
フィルタ適用部１３において、速度増分値１１１と張力検出値１１２に対して同定用フィルタを適用することで、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３を計算する（ステップＳＴ９０）。励起信号１０１を印加した時点からｑ番目に記録した速度増分値１１１と張力検出値１１２に対して同定用フィルタを適用した信号を、それぞれ、同定用入力信号１０２をＵＦ（ｉ）（ｑ）、同定用出力信号１０３をＴＦ（ｉ）（ｑ）とする。ＵＦ（ｉ）（ｑ）とＴＦ（ｉ）（ｑ）は次の式（２９）、式（３０）のように計算する。
【０１９８】
【数２９】
0005944054.tif 000030
【数３０】
0005944054.tif 000031
【０１９９】
ここでＵ（ｉ）（ｑ）とＴ（ｉ）（ｑ）は、それぞれｉ回目の自動調整操作における、励起信号１０１を印加した時点（ｑ＝１）からｑ番目に記録された、速度増分値１１１と、張力検出値１１２である。
【０２００】
制御対象演算部２４は、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３に基づいて、速度増分値１１１を入力とし、張力検出値１１２を出力とする制御対象１００２の伝達関数を計算する（ステップＳＴ９１）。
【０２０１】
ここで、ｉ回目の自動調整操作において計算される、速度増分値１１１を入力とし、張力検出値１１２を出力とする制御対象１００２の伝達関数をＰ（ｉ）（ｓ）とすると、Ｐ（ｉ）（ｓ）を次の式（３１）のように３次遅れ系として同定する。
【０２０２】
【数３１】
0005944054.tif 000032
【０２０３】
このとき、ａ０（ｉ），ａ１（ｉ），ａ２（ｉ），ａ３（ｉ）は、Ｐ（ｉ）（ｓ）の特性を決めるパラメータを表す。Ｐ（ｉ）（ｓ）を用いて表されるＵＦ（ｉ）（ｑ）とＴＦ（ｉ）（ｑ）の次の関係式（３２）を最小二乗法で解くことで、ａ０（ｉ），ａ１（ｉ），ａ２（ｉ），ａ３（ｉ）を計算する。
【０２０４】
【数３２】
0005944054.tif 000033
【０２０５】
制御対象演算部２４は、計算したａ０（ｉ），ａ１（ｉ），ａ２（ｉ），ａ３（ｉ）を制御対象パラメータ信号１０４として出力する。
【０２０６】
ステップＳＴ９２〜ステップＳＴ９５では、それぞれ実施の形態１のステップＳＴ１３〜ステップＳＴ１６と同じ処理が行われる。
【０２０７】
実施の形態５の制御装置５０において、モータ２０１に対する速度増分値１１１に対して同定用フィルタを適用した信号を、同定用入力信号１０２として、制御対象１００２の伝達関数の同定を行うことの効果について説明する。
【０２０８】
実施の形態５においては、自動調整操作を開始する前の張力制御部５０１は、ウェブ３０１の張力を安定化することができるように調整されているものの、その初期設定されている制御パラメータが未知の場合がある。
【０２０９】
実施の形態５の自動調整操作においては、１回目の自動調整操作において制御対象１００２の伝達関数を同定する際には、閉ループ制御系の同定を行ってから閉ループ制御系の伝達関数と初期設定された制御パラメータに基づいて制御対象１００２の伝達関数を計算するのではなく、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３が、それぞれ制御対象１００２の伝達関数の入力と出力になっているため、制御対象１００２の伝達関数を直接的に同定することが可能であるため、初期の制御パラメータを必要としない。そのため、初期の制御パラメータが未知の場合にでも、自動調整操作を行い、制御パラメータを調整することができる。
【０２１０】
実施の形態５の自動調整部５０００の構成は、フィルタ適用部１３の入力信号を除く構成や処理手順が、実施の形態１の自動調整部１０００と同じなので、実施の形態１と同様に、フィルタ決定部において同定用フィルタの遮断周波数を決定し、自動調整操作を繰り返すことで、高精度な制御パラメータの調整を行うことができる。
【０２１１】
実施の形態５では、閉ループ制御系を４次遅れ系として同定する例を説明したが、３次遅れ系や５次遅れ系など他の次数であってもほぼ同様に実施できる。また、制御対象１００２の伝達特性が指定できるものであれば、状態空間システムで表現されるモデルとして同定するようにしてもよい。
【０２１２】
また、張力制御部５０１の伝達特性をＰＩＤ制御として説明を行ったが、他の制御、例えば、ＰＩ制御、位相進み・遅れ補償などを用いてもよい。
【０２１３】
実施の形態６．
図１２−１は、本発明の実施の形態６に係る制御装置６０のブロック図である。図１２−２は、本発明の実施の形態６に係る制御装置６０の制御対象２００２のブロック図である。図１２−３は、本発明の実施の形態６に係る制御装置６０の制御部３００１のブロック図である。実施の形態６において、実施の形態１と同一または類似の部分には同一または類似の符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。実施の形態６では制御装置６０を、冷凍サイクル装置の温度制御に適用した構成例を説明する。
【０２１４】
図１２−１に示すように制御装置６０は、自動調整部６０００、制御部３００１、加算器５４を備える。また図１２−２に示すように制御対象２００２は、コンプレッサ４０１、膨張弁４０２、室外熱交換器４０３、室内熱交換器４０４、冷媒４０５、送風機４０７、温度センサ４０８、速度制御部４１１、開度制御部４１２を備える冷凍サイクル装置である。コンプレッサ４０１、膨張弁４０２、室外熱交換器４０３、および室内熱交換器４０４が冷媒配管で順次接続されている。図示例では冷媒配管に通流する冷媒４０５の流れる方向４０６が示されている。
【０２１５】
コンプレッサ４０１は速度制御部４１１から供給される電流によって駆動される。膨張弁４０２は、開度制御部４１２から供給される電流によって駆動される。室外熱交換器４０３では、冷媒４０５が液化することで冷媒４０５から室外空気へ熱が放出される。室内熱交換器４０４では、冷媒４０５が気化することで室内空気から冷媒４０５へ熱が吸収される。送風機４０７は室内熱交換器４０４近傍の空気と室内の空気を強制的に循環させる。温度センサ４０８は室内の温度を検出し、温度検出値１２２（制御量）を出力する。速度制御部４１１は制御対象２００２の外部より入力される速度指令値１２１を入力とし、コンプレッサ４０１の速度が速度指令値１２１を追従するような電流を出力する。開度制御部４１２は、膨張弁４０２の開度を調整する電流を出力する。
【０２１６】
制御対象２００２は、コンプレッサ４０１に対する速度指令値１２１を入力とし、温度検出値１２２を出力とする１入力１出力システムであり、コンプレッサ４０１に対する速度指令値１２１を入力とし、温度検出値１２２を出力とする伝達関数を、制御対象２００２の動特性として考える。
【０２１７】
図１２−３に示すように制御部３００１は、温度制御部６０１、減算器６５を備える。減算器６５は制御部３００１の外部より入力される温度指令値と温度検出値１２２の偏差を計算する。
【０２１８】
温度制御部６０１は、減算器６５で計算される偏差を入力とし、操作量として中間速度指令値１２０を出力する。ここでは中間速度指令値１２０は温度検出値１２２が温度指令値を追従するための、コンプレッサ４０１の速度指令値である。温度制御部６０１は、例えばＰＩＤ制御器や、位相進み・遅れ補償器であり、その温度制御部６０１の伝達関数を決定するパラメータを制御パラメータと呼ぶこととする。
【０２１９】
加算器５４は、中間速度指令値１２０と励起信号１０１の和である、速度指令値１２１を出力する。
【０２２０】
温度制御部６０１は、制御パラメータ信号１０５を受け付けており、制御パラメータは制御パラメータ信号１０５により変更することが可能である。
【０２２１】
自動調整部６０００は、励起信号発生部４１、フィルタ決定部４２、フィルタ適用部４３、制御対象演算部４、制御パラメータ演算部５、および終了判定部６を備える。
【０２２２】
励起信号発生部４１は、外部より入力される自動調整開始指令と終了判定部６からの判定信号１０６と温度検出値１２２とを入力とし、自動調整開始指令と判定信号１０６と温度検出値１２２とに基づいて、励起信号１０１の出力のタイミングを決定し、励起信号１０１を出力する。励起信号１０１は、複数の周波数成分を含んだ信号であり、例えばステップ信号やインパルス信号のようなものでもよい。
【０２２３】
フィルタ決定部４２は、温度検出値１２２を入力として、温度検出値１２２の時間応答に基づいて、同定用フィルタの周波数特性を決定し、同定用フィルタの周波数特性を決めるパラメータを、フィルタパラメータ信号１０７として出力する。例えば、同定用フィルタはローパスフィルタである。
【０２２４】
フィルタ適用部４３は、励起信号１０１と温度検出値１２２を入力とし、励起信号１０１と温度検出値１２２に同定用フィルタを適用し、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３を計算し、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３を出力する。フィルタ適用部４３は、フィルタパラメータ信号１０７を受け付けており、フィルタパラメータ信号１０７に基づいて、同定用フィルタの周波数特性を変更することができる。また、フィルタ適用部４３は、励起信号１０１と、温度検出値１２２を時間同期して記録することができる。
【０２２５】
制御対象演算部４と、制御パラメータ演算部５と、終了判定部６は、実施の形態１において説明した内容と同様の機能を持つ。
【０２２６】
図１３は、本発明の実施の形態６に係る制御装置６０による制御パラメータの自動調整方法を説明するフローチャートである。
【０２２７】
まず、初期設定を行う（ステップＳＴ１０１）。初期設定とは、自動調整を開始する前に必要となる設定のことである。自動調整を開始する前に必要となる設定項目は、温度制御部６０１の制御パラメータの初期値と、励起信号発生部４１より出力される励起信号１０１の種類と大きさと、自動調整の終了判定用の閾値αｓｅｔと、である。このときの制御パラメータの初期値は、温度検出値１２２を安定化することができるように調整されているものとするが、その応答性は低くてもかまわない。以下では、温度制御部６０１はＰＩＤ制御を行うものとする。温度制御部６０１のＰＩＤ制御器の比例ゲインの初期値、積分ゲインの初期値、微分ゲインの初期値をそれぞれ、ｃｐ（０），ｃｉ（０），ｃｄ（０）とすると、ｃｐ（０），ｃｉ（０），ｃｄ（０）が制御パラメータであり、初期の設定項目はｃｐ（０），ｃｉ（０），ｃｄ（０）である。
【０２２８】
以下では、励起信号１０１をステップ信号とし、その大きさは初期設定においてユーザが決定しておくものとする。また、速度制御部４１１は既に調整されており、コンプレッサ４０１の速度は速度指令値１２１を十分に追従できるものとする。
【０２２９】
制御部３００１は温度指令値を受け付け、温度指令値に基づいてコンプレッサ４０１を駆動させ、冷凍サイクルを開始させる（ステップＳＴ１０２）。温度指令値は、制御装置６０のオペレータにより、または上位のコントローラにより、制御装置６０の外部から与えられるものとする。
【０２３０】
自動調整部６０００には自動調整開始指令が与えられる（ステップＳＴ１０３）。自動調整開始指令は、制御装置６０のオペレータにより、または上位のコントローラにより、制御装置６０の外部から与えられるものとする。
【０２３１】
以降のステップＳＴ１０４〜ステップＳＴ１１０およびステップＳＴ１１１〜ステップＳＴ１１５までの操作は、複数回繰り返されることを前提とする。ステップＳＴ１０４〜ステップＳＴ１１５までの操作を１回の自動調整操作と定め、以下ではｉ回目（ｉ≧１）の自動調整操作について説明を行う。自動調整開始指令が入力された場合に、ｉ＝１とする。
【０２３２】
励起信号発生部４１は自動調整開始指令が入力されるか、または自動調整操作の再開を指示する内容の判定信号１０６を受け付けると、温度検出値１２２が整定した状態であることの確認を行う（ステップＳＴ１０４）。ここで、温度検出値１２２が整定した状態とは、温度検出値１２２が定常的に一定値である状態とする。
【０２３３】
温度検出値１２２が整定した状態であることの確認方法は、例えば、温度検出値１２２の時間応答を記録し、十分に長い時定数を持つローパスフィルタを用いて温度検出値１２２の時間応答を平均化し、平均化された値が一定時間内に一定振幅以内であることを整定した状態の判定条件とする。
【０２３４】
励起信号発生部４１では温度検出値１２２が整定するまでステップＳＴ１０４の処理が繰り返され（ステップＳＴ１０４，Ｎｏ）、温度検出値１２２が整定した状態であることを確認した後に（ステップＳＴ１０４，Ｙｅｓ）、励起信号１０１としてステップ信号が出力され、中間速度指令値１２０に対してこの励起信号１０１が印加される（ステップＳＴ１０５）。励起信号１０１を中間速度指令値１２０に対して印加することで、整定していた温度検出値１２２を励振させる試験を励起試験と呼ぶこととする。
【０２３５】
フィルタ適用部４３は、励起信号発生部４１からの励起信号１０１が中間速度指令値１２０に印加された時点から、励起信号１０１と温度検出値１２２とを時間同期しながら記録する（ステップＳＴ１０６）。
【０２３６】
ここで、励起信号１０１が印加されてからｑ番目に記録された励起信号１０１をＵ（ｉ）（ｑ）、励起信号１０１が印加されてからｑ番目に記録された温度検出値１２２をＴ（ｉ）（ｑ）、とする。励起信号１０１を印加した時点でｑ＝１とする。
【０２３７】
温度検出値１２２が整定されるまでステップＳＴ１０６の処理が繰り返され（ステップＳＴ１０７，Ｎｏ）、フィルタ適用部４３は、温度検出値１２２が整定した状態であることを確認した時点で（ステップＳＴ１０７，Ｙｅｓ）、励起信号１０１と温度検出値１２２の記録を停止する（ステップＳＴ１０７）。
【０２３８】
フィルタ決定部４２は、ｉ回目の自動調整操作において、励起信号１０１を印加してから温度検出値１２２の時間応答がピークに至るまでのピーク時間ｔｐ（ｉ）を算出する（ステップＳＴ１０８）。
【０２３９】
同定用フィルタの遮断周波数をωｃとする。フィルタ決定部４２は、算出したｔｐ（ｉ）に基づいて、ｉ回目の自動調整操作において使用する同定用フィルタの遮断周波数ωｃ（ｉ）を計算し、同定用フィルタを生成する（ステップＳＴ１０９）。同定用フィルタの遮断周波数ωｃ（ｉ）は前述した式（１）により計算される。
【０２４０】
ここで式（１）のγ１は定数であり、γ１は０．１〜１０程度の値に設定しておく。また、ｉ回目の自動調整操作において生成された同定用フィルタの伝達関数をＦ（ｉ）とする。
【０２４１】
フィルタ適用部４３は、励起信号１０１と温度検出値１２２に対して同定用フィルタを適用することで、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３を計算する（ステップＳＴ１１０）。励起信号１０１を印加した時点からｑ番目に記録した励起信号１０１と温度検出値１２２に対して同定用フィルタを適用した信号を、それぞれ、同定用入力信号１０２をＵＦ（ｉ）（ｑ）とし、同定用出力信号１０３をＴＦ（ｉ）（ｑ）とする。ＵＦ（ｉ）（ｑ）とＴＦ（ｉ）（ｑ）は、次の式（３３）と式（３４）のように計算される。
【０２４２】
【数３３】
0005944054.tif 000034
【数３４】
0005944054.tif 000035
【０２４３】
ここでＵ（ｉ）（ｑ）とＴ（ｉ）（ｑ）は、それぞれｉ回目の自動調整操作における、励起信号１０１を印加した時点（ｑ＝１）からｑ番目に記録された、励起信号１０１と、温度検出値１２２である。
【０２４４】
ステップＳＴ１１０までの処理が実行された後、制御装置６０では、実施の形態１のステップＳＴ１１〜ステップＳＴ１６と同様の処理（ステップＳＴ１１１〜ステップＳＴ１１６）が行われる。
【０２４５】
実施の形態６の自動調整操作によれば、閉ループ制御系の伝達関数の正確な同定を行うことで、温度制御部６０１の制御パラメータを高精度に調整することができ、温度指令値に対する応答性の良い、快適性の高い冷凍サイクル装置を実現することができる。
【０２４６】
実施の形態６の自動調整部６０００の構成は、実施の形態１の自動調整部１０００と同じなので、実施の形態１と同様に、フィルタ決定部において同定用フィルタの遮断周波数を決定し、自動調整操作を繰り返すことで、高精度な制御パラメータの調整を行うことができる。
【０２４７】
実施の形態６では、閉ループ制御系を４次遅れ系として同定する例を説明したが、３次遅れ系や５次遅れ系など他の次数であってもほぼ同様に実施できる。また、制御対象２００２の伝達特性が指定できるものであれば、状態空間システムで表現されるモデルとして同定するようにしてもよい。
【０２４８】
また、温度制御部６０１の伝達特性をＰＩＤ制御として説明を行ったが、他の制御、例えば、ＰＩ制御、位相進み・遅れ補償などを用いてもよい。
【０２４９】
実施の形態７．
図１４−１は、本発明の実施の形態７に係る制御装置７０のブロック図である。図１４−２は、本発明の実施の形態７に係る制御装置７０の制御対象３００２のブロック図である。図１４−３は、本発明の実施の形態７に係る制御装置７０の制御部４００１のブロック図である。実施の形態７において、実施の形態１または実施の形態３と同一または類似の部分には同一または類似の符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。実施の形態７では制御装置７０を、テーブルの位置決め装置に適用した構成例を説明する。
【０２５０】
図１４−１に示すように制御装置７０は、自動調整部７０００、制御部４００１、加算器５５を備える。
【０２５１】
また図１４−２に示すように制御対象３００２は、モータ７０１、エンコーダ７０２、カップリング７０３、ボールねじ７０４、テーブル７０５、位置センサ７０６、速度制御部７１１、および減算器６６を備える。
【０２５２】
モータ７０１は速度制御部７１１から供給される電流によって駆動される。エンコーダ７０２はモータ７０１の速度を検出しモータ速度検出値７０７として出力する。カップリング７０３はモータ７０１の回転軸とボールねじ７０４とを接続している。テーブル７０５はボールねじ７０４に設置されており、ボールねじ７０４の回転運動を並進運動に変換する機構を持つ。
【０２５３】
制御対象３００２は外部より速度指令値１３１を受け付けている。減算器６６は速度指令値１３１とモータ速度検出値７０７との偏差を計算する。速度制御部７１１は減算器６６で計算された偏差を入力とし、速度指令値１３１を追従するような電流を出力する。
【０２５４】
ボールねじ７０４はモータ７０１よりトルクが伝達することで回転し、テーブル７０５が並進して、その位置を変更する。位置センサ７０６はテーブル７０５の位置を検出して、位置検出値１３２（制御量）として出力する。
【０２５５】
速度指令値１３１を入力とし、かつ、位置検出値１３２を出力とする伝達関数を制御対象３００２の動特性を示す伝達関数とする。
【０２５６】
図１４−３に示すように、制御部４００１は、位置制御部８０１および減算器６７を備える。減算器６７は外部より入力される位置指令値と位置検出値１３２の偏差を計算する。
【０２５７】
位置制御部８０１は、減算器６７で計算される偏差を入力とし、操作量として中間速度指令値１３０を出力とする。位置制御部８０１は、例えばＰＩＤ制御器や位相進み、遅れ補償器であり、その位置制御部８０１の伝達関数を決定するパラメータを制御パラメータと呼ぶこととする。
【０２５８】
位置制御部８０１は、制御パラメータ信号１０５を受け付けており、制御パラメータは制御パラメータ信号１０５により変更することが可能である。
【０２５９】
加算器５５は、中間速度指令値１３０と励起信号１０１の和である、速度指令値１３１を出力とする。
【０２６０】
図１４−１に示すように自動調整部７０００は、励起信号発生部７１、フィルタ決定部１２、フィルタ適用部７３、制御対象演算部７４、制御パラメータ演算部５、終了判定部６を備える。
【０２６１】
励起信号発生部７１は外部より入力される自動調整開始指令と、終了判定部６からの判定信号１０６と、制御対象３００２からの位置検出値１３２とを入力とし、自動調整開始指令と判定信号１０６と位置検出値１３２とに基づいて、励起信号１０１の出力のタイミングを決定し、所定の期間、励起信号１０１を出力する。励起信号１０１は、複数の周波数成分を含んだ信号であり、例えばランダム信号のようなものでもよい。
【０２６２】
フィルタ適用部７３は励起信号１０１と位置検出値１３２を入力とし、励起信号１０１と位置検出値１３２に同定用フィルタを適用し、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３とを計算し、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３を出力する。フィルタ適用部７３は、フィルタパラメータ信号１０７を受け付けており、フィルタパラメータ信号１０７に基づいて、同定用フィルタの周波数特性を変更することができる。また、フィルタ適用部７３は、励起信号１０１と、位置検出値１３２を時間同期して記録することができる。
【０２６３】
制御対象演算部７４は同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３を入力として、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３に基づいて制御対象３００２の伝達関数を計算し、制御対象３００２の伝達関数を決めるパラメータを、制御対象パラメータ信号１０４として出力する。
【０２６４】
制御パラメータ演算部５と、終了判定部６は実施の形態１において説明した内容と同等の機能を持つ。またフィルタ決定部１２は実施の形態３で説明した内容と同等の機能を持つ。
【０２６５】
図１５は、本発明の実施の形態７に係る制御装置７０による制御パラメータの自動調整方法を説明するフローチャートである。
【０２６６】
まず、初期設定を行う（ステップＳＴ１２１）。初期設定とは、自動調整を開始する前に必要となる設定のことである。自動調整を開始する前に必要となる設定項目は、位置制御部８０１の制御パラメータの初期値と、同定用フィルタの遮断周波数の初期値と、励起信号発生部７１より出力される励起信号１０１の種類と大きさと、励起信号１０１を出力する期間と、自動調整の終了判定用の閾値αｓｅｔと、である。このときの制御パラメータの初期値は、位置検出値１３２を安定化することができるように調整されているものとするが、その応答性は低くてもかまわない。以下では、位置制御部８０１はＰＩＤ制御を行うものとする。位置制御部８０１のＰＩＤ制御器の比例ゲインの初期値、積分ゲインの初期値、微分ゲインの初期値をそれぞれ、ｃｐ（０），ｃｉ（０），ｃｄ（０）とすると、ｃｐ（０），ｃｉ（０），ｃｄ（０）が制御パラメータであり、初期の設定項目はｃｐ（０），ｃｉ（０），ｃｄ（０）である。
【０２６７】
以下では励起信号１０１をランダム信号とし、その大きさと、ランダム信号が出力される期間は初期設定においてユーザが決定しておくものとする。
【０２６８】
また、速度制御部７１１は既に調整されており、モータ７０１の速度は速度指令値１３１を十分に追従できるものとする。
【０２６９】
制御部４００１は位置指令値を受け付け、位置指令値に基づいてモータ７０１を駆動させ、位置決め動作を開始させる（ステップＳＴ１２２）。位置指令値は、制御装置７０のオペレータにより、または上位のコントローラにより、制御装置７０に与えられるものとする。
【０２７０】
自動調整部７０００には自動調整開始指令が与えられる（ステップＳＴ１２３）。自動調整開始指令は、制御装置７０のオペレータにより、または上位のコントローラにより、制御装置７０の外部から与えられるものとする。
【０２７１】
以降のステップＳＴ１２４〜ステップＳＴ１２９およびステップＳＴ１３０〜ステップＳＴ１３５の操作は、複数回繰り返されることを前提とする。ステップＳＴ１２４〜ステップＳＴ１３５までの操作を一回の自動調整操作と定め、以下ではｉ回目（ｉ≧１）の自動調整操作について説明を行う。自動調整開始指令が入力された場合に、ｉ＝１とする。
【０２７２】
励起信号発生部７１は自動調整開始指令が入力されるか、または自動調整操作の再開を指示する内容の判定信号１０６を受け付けると、位置検出値１３２が整定した状態であることの確認を行う（ステップＳＴ１２４）。ここで位置検出値１３２が整定した状態とは、位置検出値１３２が定常的に一定値である状態とする。
【０２７３】
位置検出値１３２が整定した状態であることの確認方法は、例えば位置検出値１３２の時間応答を記録し、十分に長い時定数を持つローパスフィルタを用いて位置検出値１３２の時間応答を平均化し、平均化された値が一定時間内に一定振幅以内であることを整定した状態の判定条件とする。
【０２７４】
励起信号発生部７１では位置検出値１３２が整定するまでステップＳＴ１２４の処理が繰り返され（ステップＳＴ１２４，Ｎｏ）、位置検出値１３２が整定した状態であることを確認した後に（ステップＳＴ１２４，Ｙｅｓ）、励起信号１０１としてランダム信号が出力され、中間速度指令値１３０に対して印加することで（ステップＳＴ１２５）、整定していた位置検出値１３２を励振させる試験を励起試験と呼ぶこととする。
【０２７５】
フィルタ適用部７３は、励起信号発生部７１からの励起信号１０１が中間速度指令値１３０に印加された時点から、励起信号１０１と位置検出値１３２とを時間同期しながら記録する（ステップ１２６）。
【０２７６】
ここで、励起信号１０１が印加されてからｑ番目に記録された励起信号１０１をＵ（ｉ）（ｑ）、励起信号１０１が印加されてからｑ番目に記録された位置検出値１３２をＴ（ｉ）（ｑ）、とする。励起信号１０１を印加した時点でｑ＝１とする。
【０２７７】
励起信号発生部７１によりランダム信号が出力される所定の期間が終了するまでステップＳＴ１２６の処理が繰り返され（ステップＳＴ１２７，Ｎｏ）、フィルタ適用部７３は、所定の期間が終了したことを確認した時点で（ステップＳＴ１２７，Ｙｅｓ）、励起信号１０１と位置検出値１３２の記録を停止する（ステップＳＴ１２７）。
【０２７８】
フィルタ適用部７３は、励起信号１０１と位置検出値１３２に対して同定用フィルタを適用することで、同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３を計算する（ステップＳＴ１２８）。
【０２７９】
励起信号１０１を印加した時点からｑ番目に記録した励起信号１０１と位置検出値１３２に対して同定用フィルタを適用した信号を、それぞれ、同定用入力信号１０２をＵＦ（ｉ）（ｑ）とし、同定用出力信号１０３をＴＦ（ｉ）（ｑ）とする。ＵＦ（ｉ）（ｑ）とＴＦ（ｉ）（ｑ）は、次の式（３５）と式（３６）のように計算される。
【０２８０】
【数３５】
0005944054.tif 000036
【数３６】
0005944054.tif 000037
【０２８１】
ここでＵ（ｉ）（ｑ）とＴ（ｉ）（ｑ）は、それぞれｉ回目の自動調整操作における、励起信号１０１を印加した時点（ｑ＝１）からｑ番目に記録された、励起信号１０１と、位置検出値１３２である。
【０２８２】
制御対象演算部７４は同定用入力信号１０２と同定用出力信号１０３に基づいて励起信号１０１を入力として位置検出値１３２を出力する閉ループ制御系の伝達関数を計算する（ステップＳＴ１２９）。ｉ回目の自動調整操作において計算される、励起信号１０１を入力、位置検出値１３２を出力とする閉ループ制御系の伝達関数をＧｉｄ（ｉ）（ｓ）とする。
【０２８３】
まず、制御象演算部７４は式（３７）のデータ行列ＤＭを計算する。
【０２８４】
【数３７】
0005944054.tif 000038
【０２８５】
ここで式（３７）のｎとｋは、例えば、共に、ＵＦ（ｉ）として記録されたデータ数の１／３程度の値に設定しておけばよい。
【０２８６】
次に制御対象演算部７４はデータ行列ＤＭのＬＱ分解を計算する。
【０２８７】
【数３８】
0005944054.tif 000039
【０２８８】
次に制御対象演算部７４はＬ２２の特異値分解を行う。Ｌ２２の特異値を大きいものから順にならべて、それらを対角成分とした特異値行列のうち、比較的大きい特異値を対角成分に持つ部分行列をΣ１、比較的小さい特異値を対角成分に持つ部分行列をΣ２として式（３９）のように特異値分解を計算する。このとき、例えば最大特異値の１／１００以上の大きさの特異値がΣ１の成分となり、最大特異値の１／１００未満の大きさの特異値がΣ２の成分となるようにΣ１とΣ２を定義してもよい。
【０２８９】
【数３９】
0005944054.tif 000040
【０２９０】
さらに制御対象演算部７４は拡大観測行列Ｏｂを次のように計算する。
【０２９１】
【数４０】
0005944054.tif 000041
【０２９２】
制御対象演算部７４は、式（３８）より得られるＬ１１、Ｌ２１、および式（４０）より得られる拡大観測行列Ｏｂを用いて次の式（４１）、（４２）、（４３）を導く。
【０２９３】
【数４１】
0005944054.tif 000042
【数４２】
0005944054.tif 000043
【数４３】
0005944054.tif 000044
【０２９４】
ここで、ｐは状態方程式における状態ベクトルの次数である。また、ｍは拡大観測行列Ｏｂの行数である。例えば、ｐは４〜３０程度の値に設定しておけばよい。
【０２９５】
制御対象演算部７４は式（４１）、（４２）、（４３）の解Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを計算し、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに基づいて中間伝達関数Ｇｉｄ（ｉ）（ｚ）を次の式（４４）で計算する。
【０２９６】
【数４４】
0005944054.tif 000045
【０２９７】
式（４４）において、Ｉは行列Ａと同じ次数の単位行列を表す。また、ｚはｚ変換における進み要素である。式（４４）の中間伝達関数Ｇｉｄ（ｉ）（ｚ）は閉ループ伝達関数Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）を離散系で表現したものであるから、中間伝達関数Ｇｉｄ（ｉ）（ｚ）を連続系の伝達関数に変換して、閉ループ伝達関数Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）を計算する。このとき、例えば、中間伝達関数Ｇｉｄ（ｉ）（ｚ）を双一次変換し、次の式（４５）で定義されるＧｉｄ＊（ｉ）（ｓ）を計算する。
【０２９８】
【数４５】
0005944054.tif 000046
【０２９９】
さらにＧｉｄ＊（ｉ）（ｓ）の係数と、次の式（４６）に基づいてｂ０（ｉ），ｂ１（ｉ），ｂ２（ｉ），ｂ３（ｉ），ｂ４（ｉ）を計算する。
【０３００】
【数４６】
0005944054.tif 000047
【０３０１】
閉ループ伝達関数Ｇｉｄ（ｉ）（ｓ）が次の式（４７）で得られる。
【０３０２】
【数４７】
0005944054.tif 000048
【０３０３】
ステップＳＴ１２９までの処理が実行された後、制御装置７０では、実施の形態１のステップＳＴ１２〜ステップＳＴ１６と同様の処理（ステップＳＴ１３０〜ステップＳＴ１３４）が行われる。
【０３０４】
フィルタ決定部１２では、ｉ−１回目の自動調整操作において調整される位置制御部８０１の制御パラメータと、ｉ−１回目の自動調整操作において同定される既知の制御対象３００２の伝達関数Ｐ（ｉ−１）（ｓ）とに基づいて、遮断周波数ω＊（ｉ）が次の式（４８）を満たすように計算される（ステップＳＴ１３５）。
【０３０５】
【数４８】
0005944054.tif 000049
【０３０６】
ここで、ｊ＝ｓｑｒｔ（−１）であり、ａｂｓ（ｘ）は複素数ｘの絶対値を表す。フィルタ決定部１２において、式（４８）を満たすω＊（ｉ）を計算し、ωｃ（ｉ）＝γ３・ω＊（ｉ）として、遮断周波数ωｃ（ｉ）を計算する。ここでγ３は定数であり、γ３は０．１〜１０程度の値に設定しておく。フィルタ決定部１２は、計算された遮断周波数ωｃ（ｉ）をフィルタパラメータ信号１０７として出力する。
【０３０７】
実施の形態７の自動調整操作によれば、閉ループ制御系の伝達関数の正確な同定を行うことで、位置制御部８０１の制御パラメータを高精度に調整することができ、位置指令値に対する応答性の良い位置決め装置を実現することができる。
【０３０８】
実施の形態７の自動調整部７０００の構成は、実施の形態３の自動調整部３０００と同じなので、実施の形態３と同様に、フィルタ決定部において同定用フィルタの遮断周波数を決定し、自動調整操作を繰り返すことで、高精度な制御パラメータの調整を行うことができる。
【０３０９】
実施の形態７では位置制御部８０１の伝達特性をＰＩＤ制御として説明を行ったが、他の制御、例えば、ＰＩ制御、位相進み・遅れ補償などを用いてもよい。
【０３１０】
なお、実施の形態１〜５では制御装置１０〜５０をウェブ搬送装置の張力制御に適用した例を説明し、実施の形態６では制御装置６０を冷凍サイクル装置の温度制御に適用した例を説明し、実施の形態７では制御装置７０を位置決め装置の位置制御に適用した例を説明したが、本発明の制御装置１０〜７０の制御対象はこれらに限定されるものではなく、フィードバック制御が適用される制御対象であればどのような制御対象でもよい。
【０３１１】
また、実施の形態１〜７に示した制御装置１０〜７０は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。
【産業上の利用可能性】
【０３１２】
以上のように、本発明は、制御装置に適用可能であり、特に、制御対象の同定と、制御対象の同定結果から制御パラメータを調整する際に、制御パラメータの調整を行うために適した同定用入出力信号を生成し、制御パラメータの調整の精度を向上させることができる発明として有用である。
【符号の説明】
【０３１３】
１  励起信号発生部、２  フィルタ決定部、３  フィルタ適用部、４  制御対象演算部、５  制御パラメータ演算部、６  終了判定部、７  励起信号決定部、１０  制御装置、１２  フィルタ決定部、１３  フィルタ適用部、１４  制御対象演算部、２０  制御装置、２２  フィルタ決定部、２４  制御対象演算部、３０  制御装置、４０  制御装置、４１  励起信号発生部、４２  フィルタ決定部、４３  フィルタ適用部、５０  制御装置、５１，５２，５３，５４，５５  加算器、６０  制御装置、６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７  減算器、７０  制御装置、７１  励起信号発生部、７３  フィルタ適用部、７４  制御対象演算部、１０１  励起信号、１０２  同定用入力信号、１０３  同定用出力信号、１０４  制御対象パラメータ信号、１０５  制御パラメータ信号、１０６  判定信号、１０７  フィルタパラメータ信号、１０８  励起強度信号、１１０  中間速度増分値、１１１  速度増分値、１１２  張力検出値、１１３  中間張力指令値、１２０  中間速度指令値、１２１  速度指令値、１２２  温度検出値、１３０  中間速度指令値、１３１  速度指令値、１３２  位置検出値、２０１，２０２  モータ、２１１，２１２  エンコーダ、２２１，２２２  カップリング、２３１，２３２  駆動ローラ、２４１，２４２  速度制御部、２６１，２６２  速度指令値、２７１，２７２  モータ速度検出値、３０１  ウェブ、３０２  張力センサ、４０１  コンプレッサ、４０２  膨張弁、４０３  室外熱交換器、４０４  室内熱交換器、４０５  冷媒、４０６  冷媒が流れる方向、４０７  送風機、４０８  温度センサ、４１１  速度制御部、４１２  開度制御部、５０１，５１１  張力制御部、６０１  温度制御部、７０１  モータ、７０２  エンコーダ、７０３  カップリング、７０４  ボールねじ、７０５  テーブル、７０６  位置センサ、７０７  モータ速度検出値、７１１  速度制御部、８０１  位置制御部、１０００  自動調整部、１００１  制御部、１００２  制御対象、２０００  自動調整部、２００１  制御部、２００２  制御対象、３０００  自動調整部、３００１  制御部、３００２  制御対象、４０００  自動調整部、４００１  制御部、５０００  自動調整部、６０００  自動調整部、７０００  自動調整部。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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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８−１】
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【図８−２】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２−１】
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【図１２−２】
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【図１２−３】
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【図１３】
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【図１４−１】
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【図１４−２】
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【図１４−３】
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【図１５】
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