(57)【要約】【課題】制御器の切替時において、切替後の制御の特徴を調整すること。【解決手段】複数の制御器を備えるシステムにおいて、処理を行う制御器を切り替える場合に、切替後の制御器で用いるパラメータを決定するパラメータ決定装置１３であって、異なる特徴を有する複数の演算式の組み合わせからなるとともに、異なる特徴の重みづけを変更可能とするパラメータ算出演算式を備え、パラメータ算出演算式の重み付けを切り替え前の制御器の状態に応じて決定し、決定した重み付けが与えられたパラメータ算出演算式を用いて切替後の制御器におけるパラメータを決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の制御器を備えるシステムにおいて、処理を行う制御器を切り替える場合に、切替後の前記制御器で用いるパラメータを決定するパラメータ決定装置であって、
異なる特徴を有する複数の演算式の組み合わせからなるとともに、該異なる特徴の重みづけを変更可能とするパラメータ算出演算式を備え、
前記パラメータ算出演算式の前記重み付けを切り替え前の制御器の状態に応じて決定し、決定した重み付けが与えられた前記パラメータ算出演算式を用いて切替後の制御器におけるパラメータを決定することを特徴とするパラメータ決定装置。
【請求項２】
前記パラメータ算出演算式は、相反する特徴を有する複数の演算式の組み合わせからなることを特徴とする請求項１に記載のパラメータ決定装置。
【請求項３】
前記パラメータ算出演算式は、前記異なる特徴を有する複数の演算式をそれぞれ多項式で表し、該異なる特徴を有する複数の演算式を線形結合し、該多項式のそれぞれの項に変更可能な係数を設けた演算式であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のパラメータ決定装置。
【請求項４】
複数の制御器を備えるシステムにおいて、処理を行う制御器を切り替える場合に、切替後の前記制御器で用いるパラメータを決定するパラメータ決定方法であって、
異なる特徴を有する複数の演算式の組み合わせからなるとともに、該異なる特徴の重みづけを変更可能とするパラメータ算出演算式を備え、
前記パラメータ算出演算式の前記重み付けを切り替え前の制御器の状態に応じて決定し、決定した重み付けが与えられた前記パラメータ算出演算式を用いて切替後の制御器におけるパラメータを決定するパラメータ決定方法。
【請求項５】
複数の制御器を備えるシステムにおいて、処理を行う制御器を切り替える場合に、切替後の前記制御器で用いるパラメータを決定するパラメータ決定プログラムであって、
異なる特徴を有する複数の演算式の組み合わせからなるとともに、該異なる特徴の重みづけを変更可能とするパラメータ算出演算式を備え、
前記パラメータ算出演算式の前記重み付けを切り替え前の制御器の状態に応じて決定し、決定した重み付けが与えられた前記パラメータ算出演算式を用いて切替後の制御器におけるパラメータを決定することをコンピュータに実行させるためのパラメータ決定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラメータ決定装置及び方法並びにプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、潜水艇のような航走体では、ピッチ制御及び深度制御等の複数の制御器を備えており、これらの制御器を切替ながら航走を行うことが知られている。制御器を切替える場合、切替後の制御器に所定の初期値を与えることが必要となる。従来、初期値は各制御器が予め保有している演算式を用いて算出していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２１３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、上記初期値を求めるための演算式として、主として２つの演算式が知られている。一の演算式を用いて初期値を設定した場合には、切替動作をスムーズに行うことができるが、追従性に劣るということが知られており、他の演算式を用いて初期値を設定した場合には、追従性は向上するが、切替動作がスムーズに行えないということが知られている。
従来、制御器は、いずれか一方の演算式を保有しており、この演算式を用いて制御切替時における初期値を設定していたため、切替動作の円滑性と、制御の追従性とを同時に満足するような初期値を与えることができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、制御器の切替時において、切替後の制御の特徴を調整することのできるパラメータ決定装置及び方法並びにプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、複数の制御器を備えるシステムにおいて、処理を行う制御器を切り替える場合に、切替後の前記制御器で用いるパラメータを決定するパラメータ決定装置であって、異なる特徴を有する複数の演算式の組み合わせからなるとともに、該異なる特徴の重みづけを変更可能とするパラメータ算出演算式を備え、前記パラメータ算出演算式の前記重み付けを切り替え前の制御器の状態に応じて決定し、決定した重み付けが与えられた前記パラメータ算出演算式を用いて切替後の制御器におけるパラメータを決定することを特徴とするパラメータ決定装置を提供する。
【０００７】
このような構成によれば、パラメータ算出演算式は、異なる特徴を有する複数の演算式が組み合わせられ、かつ、異なる特徴の重みづけを変更可能にされている。制御器が切替えられた場合には、切替前の制御器の状態に応じてパラメータ算出演算式における上記異なる特徴を有する複数の演算式のそれぞれの重み付けが決められ、このような重み付けが採用されたパラメータ算出演算式を用いて、切替後の制御器において使用されるパラメータ（例えば、初期値）が決定される。このように、異なる特徴を有する複数の演算式を組み合わせてパラメータ算出演算式が構成されているので、様々な特徴を併せ持つパラメータ（例えば、初期値）を設定することが可能となる。更に、パラメータ算出演算式を構成する各演算式の重み付けを前回の制御器の制御状態に応じて調整することにより、各特徴の利き方を調整することができ、状況に応じたパラメータ（例えば、初期値）を決定することができる。
【０００８】
上記パラメータ決定装置における前記パラメータ算出演算式は、相反する特徴を有する複数の演算式の組み合わせからなることを特徴とすることとしてもよい。
【０００９】
このように、相反する特徴を有する複数の演算式を組み合わせることにより、より広範な特徴を持たせることができる。
【００１０】
上記パラメータ決定装置における前記パラメータ算出演算式は、前記異なる特徴を有する複数の演算式をそれぞれ多項式で表し、該異なる特徴を有する複数の演算式を線形結合し、該多項式のそれぞれの項に変更可能な係数を設けた演算式であることを特徴とすることとしてもよい。
【００１１】
このように、多項式のそれぞれの項に設定された係数を変更することで、特徴の重みづけを容易に変更できる。
【００１２】
本発明は、複数の制御器を備えるシステムにおいて、処理を行う制御器を切り替える場合に、切替後の前記制御器で用いるパラメータを決定するパラメータ決定方法であって、異なる特徴を有する複数の演算式の組み合わせからなるとともに、該異なる特徴の重みづけを変更可能とするパラメータ算出演算式を備え、前記パラメータ算出演算式の前記重み付けを切り替え前の制御器の状態に応じて決定し、決定した重み付けが与えられた前記パラメータ算出演算式を用いて切替後の制御器におけるパラメータを決定するパラメータ決定方法を提供する。
【００１３】
本発明は、複数の制御器を備えるシステムにおいて、処理を行う制御器を切り替える場合に、切替後の前記制御器で用いるパラメータを決定するパラメータ決定プログラムであって、異なる特徴を有する複数の演算式の組み合わせからなるとともに、該異なる特徴の重みづけを変更可能とするパラメータ算出演算式を備え、前記パラメータ算出演算式の前記重み付けを切り替え前の制御器の状態に応じて決定し、決定した重み付けが与えられた前記パラメータ算出演算式を用いて切替後の制御器におけるパラメータを決定することをコンピュータに実行させるためのパラメータ決定プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、制御器の切替時において、切替後の制御の特徴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】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る制御器切替システムの機能を示した一例のブロック図である。
【図２】パラメータ演算算出式が有する係数を、制御器の前回の状態に応じて設定したテーブルの一例を示した図である。
【図３】指令値算出部の一例を示したブロック図である。
【図４】方式１と方式２とを使用して初期値を設定した場合の切り替え方法の特徴を示した図である。
【図５】本発明の実施形態に係る制御器切替システムの動作フローを示した図である。
【図６】本発明の実施形態に係る制御器切替システムを水中航走体に適用した場合の制御器の切り替え方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係るパラメータ決定装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態においては、３つの制御器の切替を制御する制御器切替システムに適用されるパラメータ決定装置を例に挙げて説明する。また、本実施形態において制御器切替システムの制御対象となる制御器は３つであるが、制御器の個数は特に限定されない。また、本実施形態においては、潜水艇のような航走体に備えられた制御器を例に挙げて説明するが、これに限定されない。例えば、自動車等の車両に設けられることとしてもよい。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る複数の制御器の切替を制御する制御器切替システム１の概略構成を示したブロック図である。
制御器切替システム１は、３台の制御器Ａ、Ｂ、Ｃの切替を制御するシステムであって、初期パラメータ設定部１０、データ読込部１１、制御器判定部１２、パラメータ決定装置１３、指令値算出部１４、第１前回値設定部１５、第２前回値設定部１６、および演算継続判定部１７を備えている。
【００１８】
初期パラメータ設定部１０は、制御器が切り替えられる前に使用されていた制御器（以下「切替前の制御器」という。）を示す切替前フラグCflag_oldを設定する。例えば、制御器切替システム１が初期起動の場合は、制御器の切り替えが行われておらず、切替前の制御器はないので、切替前フラグCflag_oldには初期起動であることを示す「０」が設定される。また、初期起動の場合には、制御器Ａ、Ｂ、およびＣの制御量は起動時の制御量を設定し、ｙａｏｌｄ＝ｙａ、ｙｂｏｌｄ＝ｙｂ、ｙｃｏｌｄ＝ｙｃとする。
【００１９】
初期パラメータ設定部１０は、Cflag_old、ｙａｏｌｄ、ｙｂｏｌｄ、およびｙｃｏｌｄをデータ読込部１１に出力する。
【００２０】
データ読込部１１は、切替前の制御器におけるパラメータ（以下「切替前パラメータ」という。）を読み込む。この切替前パラメータは、制御器が切り替えられた後の制御器（以下「切替後の制御器」という。）に対する指令値を算出するのに必要とされる。また、切替後の制御器として選択された制御器の情報を読み取り、切替後の制御器を示す制御器フラグCflagに設定する。なお、データ読込部１１が取得する切替前パラメータは、初期パラメータ設定部１０または演算継続判定部１７から入力されるデータである。
【００２１】
具体的には、指令値を算出するのに必要とされる切替前パラメータは、例えば、Cflag_old、切替後の制御器として選択された制御器における操作量を検知するセンサの値ｕｓ、制御量の目標である目標値ｒａ、制御器Ａ、ＢおよびＣのそれぞれの制御量ｙａｏｌｄ、ｙｂｏｌｄ、ｙｃｏｌｄ等である。また、データ読込部１１において、切替後の制御器として選択された制御器フラグCflagは、例えば、制御器Ａである場合には１、制御器Ｂである場合は２、制御器Ｃである場合には３とのように、数値で設定される。
【００２２】
このようにデータ読込部１１に読み込まれた制御器の切替前パラメータ、および制御器フラグCflagは、制御器判定部１２に出力される。
【００２３】
制御器判定部１２は、制御器フラグCflagに基づいて、切替後の制御器として選択された制御器を識別し、制御器の切り替えが行われたか否かを判定する。具体的には、データ読込部１１から取得した切替前フラグCflag_oldと、選択された制御器フラグCflagとを比較し、Cflag_old≠Cflagが成立するか否かを判定する。成立していない場合には、制御器の切り替えが行われていないので、データ読込部１１から取得した切替前パラメータをそのまま指令値算出部１４に出力する。また、成立している場合には、制御器の切り替えが行われているため、データ読込部１１から取得した切替前パラメータとこの成立している旨を指令値算出部１４とパラメータ決定装置１３とに出力する。
【００２４】
例えば、初期起動であることからCflag_old＝０であり、選択された制御器が制御器Ａである場合にCflag＝１とすると、Cflag_old≠Cflagとなる。これにより、制御器判定部１２は、制御器の切り替えが行われたと判定し、指令値算出部１４とパラメータ決定装置１３とに対しCflag_old＝０およびCflag＝１であること、および切替前パラメータを出力する。
【００２５】
パラメータ決定装置１３は、パラメータ算出演算式を備えている。パラメータ算出演算式は、異なる特徴を有する複数の演算式の組み合わせからなり、異なる特徴の重みづけを変更可能とする。なお、この重みづけは、パラメータ算出演算式の係数によって設定が可能とされている。また、パラメータ決定装置１３は、前回（切替前）の制御器の状態とこの状態に対応する重みづけ係数との関係を対応付けたテーブルを保有しており、制御器の切り替えが検出された場合に、切替前の制御器の状態に応じた重みづけ係数をテーブルから参照して出力する。
【００２６】
パラメータ決定装置１３は、制御器判定部１２から制御器が切り替えられた旨（Cflag_old＝０およびCflag＝１）を取得すると、前回（切替前）の制御器の状態に対応する重みづけ係数を自身のテーブルから取得し、この重みづけ係数を用いてパラメータ算出演算式を構成する。さらに、このパラメータ算出演算式を用いて、指令値算出部１４において算出される切替後の制御器Ａ（例えば、Cflag＝１に基づいて制御器Ａである。）の指令値に用いられるパラメータを算出する。なお、重みづけ係数は、以下（６）式に示されるＫａｐ１ｉｎｉ、Ｋａｄ１ｉｎｉ、Ｋａｐ２ｉｎｉ、Ｋａｄ２ｉｎｉである。
【００２７】
なお、パラメータ算出演算式は、相反する特徴を有する複数の演算式の組み合わせからなる。例えば、パラメータ算出演算式は、異なる特徴を有する複数の演算式をそれぞれ多項式で表し、この異なる特徴を有する複数の演算式を線形結合し、多項式のそれぞれの項に変更可能な係数を設けた演算式である。本実施形態においては、相反する特徴を有する複数の演算式とは方式１および方式２の２つの演算式が与えられているものとする。
【００２８】
以下に、パラメータ決定装置１３が備える方式１および方式２のそれぞれの多項式と特徴とを説明する。
切替後の制御器の指令値を算出する指令値算出部１４（詳細は後述する。）において用いられる初期値をｘａｏｌｄとすると、方式１に基づいて算出される初期値ｘａｏｌｄは（１）式のように示される。ここで、（１）式において、ｕｓは切替後の制御器として選択された制御器におけるセンサの操作量、ｒａは目標値、ｙａは制御量、ｅａは目標値ｒａと制御量ｙａとの偏差、Ｋａｐ１およびＫａｐ２は比例ゲイン、Ｋａｄ１およびＫａｄ２は微分ゲインとする。
【数１】
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【００２９】
【数２】
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【００３０】
このように、方式１に基づいて算出される初期値ｘａｏｌｄは、目標値ｒａと制御量ｙａとの偏差ｅａに基づいて算出されるので、偏差ｅａを考慮した制御が行われる。つまり、後段の指令値算出部１４において、（１）式のｘａｏｌｄに基づいて切替後の制御器の指令値を算出すると、この指令値によって切り替えた場合に、偏差を考慮した制御が行われる。具体的には、切り替えがスムーズに行われるが、追従性が悪くなるという切替動作が行われる。
【００３１】
一方、方式２に基づいて算出される初期値をｘａｏｌｄとすると、ｘａｏｌｄは（５）式のように示される。
【数３】
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【００３２】
上記（５）式である方式２に基づいて算出される初期値ｘａｏｌｄを用いて、後段の指令値算出部１４において切替後の制御器の指令値を算出する。これにより、この指令値に基づいて制御器を切り替えた場合に、切替の追従性がよくなるがスムーズでない切替動作となる。
【００３３】
続いて、パラメータ決定装置１３は、前述した方式１の多項式と方式２の多項式とを線形結合し、多項式のそれぞれの項に変更可能な係数を設ける。具体的には、上記（１）式と上記（５）式とを線形結合し、各項に係数を設け、以下の（６）式とする。ここで、ｘａｏｌｄは初期値、ｕｓは切替後の制御器として選択された制御器におけるセンサの操作量、Ｋａｐ１およびＫａｐ２は比例ゲイン、Ｋａｄ１およびＫａｄ２は微分ゲインとする。
【００３４】
また、多項式のそれぞれの項に設けられる変更可能な係数は、Ｋａｐ１ｉｎｉ、Ｋａｄ１ｉｎｉ、Ｋａｐ２ｉｎｉ、Ｋａｄ２ｉｎｉであり、上述の重みづけ係数である。また、本実施形態においては、それぞれの係数は０以上１以下で設定し、整数でない値としてもよい。また、それぞれの係数は、全て同じ値としても良いし、それぞれ異なる値としてもよい。
【数４】
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【００３５】
ここで、ｒａは目標値、ｙａは制御量、ｅａは目標値と制御量との偏差、ｅａｏｌｄは制御器が制御器Ａに切り替えられる前の制御器Ａの制御量の偏差、ＤＴはサンプリング周期、Ｋａｐ１、Ｋａｐ２は比例ゲイン、Ｋａｄ１、Ｋａｄ２は微分ゲインである。
【数５】
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【００３６】
また、多項式の各項に設けられた係数Ｋａｐ１ｉｎｉ、Ｋａｄ１ｉｎｉ、Ｋａｐ２ｉｎｉ、Ｋａｄ２ｉｎｉは、例えば、外部から入力装置を介してユーザによってそれぞれ設定される。これらの係数は、それぞれの重み付けを変更すると、（６）式により算出されるｘａｏｌｄから得られる指令値ｕの特徴の利き方が変更されることとなる。例えば、４つの係数Ｋａｐ１ｉｎｉ、Ｋａｄ１ｉｎｉ、Ｋａｐ２ｉｎｉ、Ｋａｄ２ｉｎｉを全て１に設定すれば、方式１によって算出されるｘａｏｌｄと等しいｘａｏｌｄ（換言すると、このｘａｏｌｄに基づいて行われる切り替えは、スムーズであるが、追従性が悪くなる）が得られる。
【００３７】
なお、Ｋａｐ１ｉｎｉ、Ｋａｄ１ｉｎｉを０に設定し、Ｋａｐ２ｉｎｉ、Ｋａｄ２ｉｎｉを１に設定すると、方式２によって算出されるｘａｏｌｄと等しいｘａｏｌｄ（換言すると、このｘａｏｌｄに基づいて行われる切り替えは、追従性が良くなるが、スムーズでない）が得られる。また、各係数を０以上１以下の整数でない値（例えば、４つ全ての係数を０．５とする）に設定した場合には、方式１と方式２との特徴を混合した特徴（つまり、ある程度スムーズであり、ある程度追従性が良い）となる。このように、上記（６）式に与えられた係数Ｋａｐ１ｉｎｉ、Ｋａｄ１ｉｎｉ、Ｋａｐ２ｉｎｉ、Ｋａｄ２ｉｎｉの重み付けを調整することにより、制御器を切り替える場合の特徴の利き方を調整することができる。
【００３８】
また、このようなパラメータ算出演算式の係数Ｋａｐ１ｉｎｉ、Ｋａｄ１ｉｎｉ、Ｋａｐ２ｉｎｉ、Ｋａｄ２ｉｎｉは、前回の制御器の状態に応じてそれぞれ設定され、例えば、図２に示されるようなテーブルで与えられる。図２は、水中航走体が制御器Ａから制御器Ｂに切り替えられる場合において、潜入するときと浮上するときとに応じて係数を設定することが示されている。具体的には、図２に示されるように、制御器Ａから制御器Ｂに切り替える場合において、潜入するときの係数Ｋａｐ１ｉｎｉ、Ｋａｄ１ｉｎｉ、Ｋａｐ２ｉｎｉ、Ｋａｄ２ｉｎｉは、それぞれα１、α２、α３、α４とし、浮上するときの係数Ｋａｐ１ｉｎｉ、Ｋａｄ１ｉｎｉ、Ｋａｐ２ｉｎｉ、Ｋａｄ２ｉｎｉは、それぞれβ１、β２、β３、β４とする。
また、制御器Ａがピッチ制御を行う制御器であって、制御器Ｂが深度制御を行う制御器である場合には、α１＜β１、α２＜β２、α３＞β３、α４＞β４とするとなおよい。
【００３９】
なお、本実施形態に係るパラメータ決定装置１３が備える複数の特徴を持つ演算式を線形結合し、この線形結合された演算式の各項に設けられる係数は、それぞれユーザによって設定されることとしていたが、これに限定されない。例えば、各項に設けられる係数は、所定の指標の大小により設定されることとしてもよい。
【００４０】
このようにパラメータ決定装置１３は初期値ｘａｏｌｄを算出すると、指令値算出部１４に出力する。
【００４１】
指令値算出部１４は、切替後の制御器に対する指令値ｕを算出する。例えば、図３に示されるように指令値の演算はブロック図で示され、ＩＰ−ＰＤ制御に基づいて目標値ｒａと制御量ｙａとから指令値ｕが算出される。
【００４２】
図３に示されるように、目標値ｒａと制御量ｙａとの差分ｅａは、ＰＩＤ制御部によって積分され、比例ゲインを与えられ、および微分ゲインを与えて微分され、それぞれ加算される。また、この結果から、制御量ｙａに比例ゲインを与えられた値と制御量ｙａに微分ゲインを与えて微分された値とを減算した結果を指令値ｕとする。
【００４３】
より具体的には、指令値算出部１４による指令値ｕは、下記（１１）〜（１４）式に基づいて、（１５）式により算出される。
【数６】
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【００４４】
上記（１５）式において、前述した（６）式に基づいて算出された初期値ｘａｏｌｄが用いられる。このように、指令値算出部１４において指令値ｕを算出し、切替後の制御器Ａに指令値ｕを出力する。また、この算出結果を第１前回値設定部１５に出力する。
【００４５】
次に、本実施形態に係る制御器切替システムについて、より具体的に説明する。ここでは、水中航走体の操縦における制御をピッチ角制御（例えば、ピッチ角制御をする制御器Ｂ。）から深度制御（例えば、深度制御をする制御器Ａ。）に切り替える場合について、図４を用いて説明する。例えば、ピッチ角を−１０度の角度に制御を行っている状態から、図４（ｄ）に示されるタイミングでピッチ角制御器から深度制御器に切り替える場合について説明する。
【００４６】
制御器の切り替えを行う場合には切替後の制御器である深度制御（制御器Ａ）の初期値ｘａｏｌｄを上記（６）式により演算する。例えば、図４には、（６）式の各係数Ｋａｐ１ｉｎｉ、Ｋａｄ１ｉｎｉ、Ｋａｐ２ｉｎｉ、Ｋａｄ２ｉｎｉを全て「１」に設定して演算された初期値ｘａｏｌｄに基づいて制御器の切り替えを行った場合と、（６）式の係数であるＫａｐ１ｉｎｉ、Ｋａｄ１ｉｎｉに「０」を設定し、係数Ｋａｐ２ｉｎｉ、Ｋａｄ２ｉｎｉを「１」に設定して演算された初期値ｘａｏｌｄに基づいて制御器の切り替えを行った場合について示す。
【００４７】
（６）式の各係数に全て「１」を設定した場合は、上記（１）式と同じ演算式となるので、図４のグラフには方式１ラインとして示す。また、係数Ｋａｐ１ｉｎｉ、Ｋａｄ１ｉｎｉに「０」を設定し、係数Ｋａｐ２ｉｎｉ、Ｋａｄ２ｉｎｉに「１」を設定した場合は、上記（５）式と同じ演算式となるので、図４のグラフには方式２ラインとして示す。
【００４８】
図４（ａ）は、方式１と方式２とから算出される初期値に基づく制御による深度変化を示している。図４（ｂ）は、方式１と方式２とから算出される初期値に基づく制御によるピッチ角の変化を示している。図４（ｃ）は、方式１と方式２とから算出される初期値に基づく制御による舵角変化を示している。
【００４９】
図４（ａ）および（ｃ）に示されるように、方式１ラインと比較して方式２ラインは、追従性が良いが水平舵角の変動が大きく、切り替えが円滑でない。また、図４（ｅ）は、方式１ラインと方式２ラインとの深度の偏差の大きさを時系列に示した図である。図４（ｅ）に示されるように、方式２は、方式１と比較して、速く目標値に追従している。このように、係数の重み付けを変更することにより、初期値ｘａｏｌｄを調整することができるので、各方式の特徴の利き方を状況に応じて簡便に調整することが可能となる。また、図４においては係数に０か１かの整数を与えていたが、０以上１以下の数値を設定することにより、特徴の利き具合を調整できるので、方式１と方式２との特徴を少しずつ混合した切り替えを行うことができる。
【００５０】
第１前回値設定部１５は、選択された制御器において次回演算を行う場合の前回値（切替前パラメータ）の設定として、偏差ｅａｏｌｄと偏差ｅａｏｌｄの積分値であるｘａｏｌｄを第２前回値設定部１６に出力する。例えば、切替後の制御器が制御器Ａである場合には、次回演算を行うために制御器Ａの切替前の偏差であるｅａｏｌｄはｅａを設定し、偏差ｅａの積分ｘａの切替前の値としてｘａｏｌｄ＝ｘａを設定し、第２前回値設定部１６に出力する。
【００５１】
第２前回値設定部１６は、選択された制御器に関わらず次回演算を行う場合の制御量と、切替前フラグCflag_old、および切替前指令値ｕｏｌｄを設定する。具体的には、第２前回値設定部１６は、ｙａｏｌｄ＝ｙａ、ｙｂｏｌｄ＝ｙｂ、ｙｃｏｌｄ＝ｙｃ、Cflag_old＝Cflag、およびｕｏｌｄ＝ｕに設定し、これらの切替前パラメータを演算継続判定部１７に出力する。
【００５２】
演算継続判定部１７は、演算を継続するか否かを判定し、継続する場合には第１前回値設定部１５と第２前回値設定部１６とから出力された情報をデータ読込部１１に出力する。また、演算を継続しない場合には、処理を終了する。
【００５３】
なお、本実施形態に係る制御器切替システムにおいては、制御器判定部１２によって制御器の切り替えが行われていると判定された場合に、パラメータ設定装置１３が有するパラメータ算出演算式の係数は、前回の制御器の状態に応じて異ならせることとしていたがこれに限定されない。例えば、制御器Ａから制御器Ｂへの切り替えの場合には制御器Ａの状態に応じて制御器Ｂに与える係数を異ならせ、かつ、制御器Ｂから制御器Ａへの切り替えの場合には一意の係数とする等、切り替える制御器の組み合わせに応じて、前回の制御器の状態に応じて係数を異ならせるか否かを決定することとしてもよい。
【００５４】
次に、本実施形態に係る制御器切替システム１の作用について図５を用いて説明する。まず、制御器切替システム１が初期起動してから、制御器Ａが選択される場合について説明する。
制御器切替システム１が起動されると、制御器切替システム１が有する制御器Ａ、制御器Ｂ、制御器Ｃが起動され、初期パラメータ設定部１０において、切替前フラグCflag_oldが「０」に設定される。また、切替前の制御器Ａの制御量ｙａｏｌｄ＝ｙａに設定され、制御器Ｂおよび制御器Ｃも同様にｙｂｏｌｄ＝ｙｂ、ｙｃｏｌｄ＝ｙｃが設定される（ステップＳＡ１）。このように設定されたCflag_old＝０、ｙａｏｌｄ＝ｙａ、ｙｂｏｌｄ＝ｙｂ、ｙｃｏｌｄ＝ｙｃは、データ読込部１１に出力される。
【００５５】
データ読込部１１において、Cflag_old＝０、ｙａｏｌｄ、ｙｂｏｌｄ、およびｙｃｏｌｄが取得される。また、データ読込部１１において、制御器Ａが選択されたことが識別されると、制御器フラグCflagがCflag＝１に設定される。Cflag_old＝０、ｙａｏｌｄ、ｙｂｏｌｄ、ｙｃｏｌｄ、およびCflag＝１等の切替前パラメータは、制御器判定部１２に出力される（ステップＳＡ２）。
【００５６】
制御器判定部１２において、Cflag_old≠Cflagであるか否かが判定され、Cflag_old≠Cflagである場合には、制御器の切り替えが行われたと判定される（ステップＳＡ３）。また、Cflag＝１であることに基づいて、選択されている制御器が制御器Ａであると識別される。制御器が切り替えられたと判定された場合には、パラメータ決定装置１３において、切替前（制御器Ａが選択される前）の制御器の状態に基づいて重みづけ係数が取得され（ステップＳＡ４）、この取得された重みづけ係数が採用されたパラメータ算出演算式を用いて、制御器Ａの指令値に使用される初期値ｘａｏｌｄが決定される。ここで算出された初期値ｘａｏｌｄは、指令値算出部１４に出力される（ステップＳＡ５）。なお、制御器が切り替えられていない場合には、切替前パラメータがそのまま指令値算出部１４に出力される（ステップＳＡ３）。
【００５７】
指令値算出部１４において、所定のパラメータ算出演算式に基づいて初期値ｘａｏｌｄを用い指令値ｕが算出され、切替後の制御器Ａに出力される（ステップＳＡ６）。第１前回値設定部１５において、制御器Ａが選択されている場合には、目標値ｒａと制御量ｙａとの偏差ｅａは、次回の演算のためにｅａｏｌｄと設定され、偏差の積分ｘａは、次回の演算のためにｘａｏｌｄと設定される（ステップＳＡ７）。第２前回値設定部１６において、各制御器における制御量が次回の演算のために設定され、ｙａｏｌｄ＝ｙａ、ｙｂｏｌｄ＝ｙｂ、ｙｃｏｌｄ＝ｙｃ、Cflag_old＝Cflag、ｕｏｌｄ＝ｕと設定される（ステップＳＡ８）。
【００５８】
このような演算が一通り終了すると、演算継続判定部１７において演算を継続するか否かが判定され、継続する場合には第１前回値設定部１５および第２前回値設定部１６で設定された前回値をデータ読込部１１に出力する。また、演算を中止する場合には、本処理を終了する（ステップＳＡ９）。なお、制御器判定部１２において、制御器の切り替えが行われていないと判定された場合には、初期値ｘａの算出は行わずに指令値算出部１４に進み、指令値算出部１４以降の処理を行う。
そして、上記一連の処理が繰り返し行われることにより、制御器が切り替えられた場合にはその切替が検出され、切替後の制御器におけるパラメータが同様の手法により算出される。
【００５９】
次に、本実施形態に係る水中航走体の制御器の切替方法について、具体例を挙げてより詳細に説明する。以下の説明では、水中航走体が深度１００メートルを航走している場合に、操作員により深度１５０メートルまで潜入させる指令があり、その後、深度１５０メートルから１００メートルに浮上させる指令があったときに行われる水中航走体の制御器の切り替え方法を図６を用いて説明する。
【００６０】
まず、水中航走体が深度１００メートルから１５０メートルに潜入する場合の制御器の切り替え方法について説明する。
水中航走体が深度１００メートル付近にいる状態においては、深度制御器（例えば、制御器Ｂ）によって水中における深度が１００メートルに維持される制御が行われており、データ読込部１１において切替前フラグはCflag_old＝２と設定されている。
【００６１】
図６の時刻ｔ１のときに、水中航走体を深度１５０メートルに潜入させる目標値ｒａが操作員により入力されると、その目標値ｒａがデータ読込部１１に入力される。現在の値と目標値ｒａとの深度差が所定値（例えば、２０メートル）以上である場合に、図示しない制御部によって深度制御器（制御器Ｂ）からピッチ制御器（例えば、制御器Ａ）に切り替えが行われる。そうすると、データ読込部１１において、切替後の制御器としてピッチ制御器（制御器Ａ）が選択されたことを示す制御器フラグCflag＝１が入力される。
【００６２】
制御器判定部１２において、Cflag_old≠Cflagであることから、制御器の切り替えが行われたと判定される。制御器の切り替えが行われた場合には、パラメータ決定装置１３は、ピッチ制御器（制御器Ａ）の初期値を求めるために、自身が保有するテーブルから前回の制御器であった深度制御器（制御器Ｂ）の状態に対応するピッチ制御器（制御器Ａ）の重みづけ係数γ１、γ２、γ３、γ４を取得する。パラメータ決定装置１３は、自身が保有するパラメータ算出演算式とテーブルから取得した係数γ１、γ２、γ３、γ４とに基づいて、ピッチ制御器（制御器Ａ）の初期値ｘａｏｌｄを算出する。なお、ここでは、深度制御の状態は深度が一定であるケースとして考えているため、係数は一意にγ１、γ２、γ３、γ４としているが、これに限定されない。例えば、所定の深度以上か否かに応じて係数を異ならせることとしてもよい。
【００６３】
指令値算出部１４において、この初期値ｘａｏｌｄと目標値ｒａ等に基づいて、水中航走体を深度１５０メートルまで潜入させるためのピッチ制御器（制御器Ａ）に対する指令値ｕが算出される。図示しない制御部は、算出された指令値ｕに基づいて深度を１５０メートルにするべくピッチ制御器（制御器Ａ）を制御する。制御が継続される場合には、算出された指令値ｕ等の現在の値が前回値としてデータ読込部１１に出力され、データ読込部１１において制御器の指示の情報が待機される。
【００６４】
図６の時刻ｔ２において、水中航走体が目標深度１５０メートルの２０メートル手前の深度１３０メートルに潜入した場合に、図示しない制御部によってピッチ制御器（制御器Ａ）から深度制御器（制御器Ｂ）に制御器の切り替えが行われる。これにより、データ読込部１１には、選択された制御器が制御器Ｂであることを示す制御器フラグCflag＝２が入力される。制御器判定部１２において、Cflag_old≠Cflagであると判定されると、パラメータ決定装置１３では深度制御器（制御器Ｂ）の初期値ｘｂｏｌｄを算出するために、ピッチ制御器（制御器Ａ）の状態に応じた係数が自身のテーブルから取得される。
【００６５】
図２に示されるように、深度制御器（制御器Ｂ）に切り替えられる前のピッチ制御器（制御器Ａ）の状態が潜入である場合には、係数としてα１、α２、α３、α４が取得される。これら係数によって算出された初期値ｘｂｏｌｄαに基づいて、指令値算出部１４において深度制御器（制御器Ｂ）の指令値ｕが算出される。これにより、水中航走体は、指令値ｕに基づいて、深度が目標ｒａの１５０メートルになるように深度制御される。
【００６６】
続いて、水中航走体を深度１５０メートルから１００メートルに浮上させる場合の制御器の切替方法について説明する。
図６の時刻ｔ３において、水中航走体を深度１００メートルに浮上させる目標ｒａ´が操作員により入力されると、この目標ｒａ´がデータ読込部１１に入力される。現在の深度と目標ｒａ´との深度差が所定値（例えば、２０メートル）以上である場合には、深度制御器（制御器Ｂ）からピッチ制御器（制御器Ａ）に制御器の切り替えが行われる。これにより、データ読込部１１には、ピッチ制御器（制御器Ａ）であることを示す制御器フラグCflag＝１が入力される。ピッチ制御器（制御器Ａ）の初期値ｘａｏｌｄは、深度制御器（制御器Ｂ）の状態に応じた係数γ１、γ２、γ３、γ４に基づいて算出される。これら係数γ１、γ２、γ３、γ４に基づいて算出された初期値ｘａｏｌｄおよびパラメータ算出演算式に基づいて深度１００メートルまで浮上する指令値ｕが算出される。これにより、図示しない制御器は、指令値ｕに基づいてピッチ制御器（制御器Ａ）を制御する。
【００６７】
図６の時刻ｔ４において、水中航走体が目標深度１００メートルの２０メートル手前の１２０メートルに浮上した場合に、図示しない制御部によってピッチ制御器（制御器Ａ）から深度制御器（制御器Ｂ）に制御器の切り替えが行われる。これにより、データ読込部１１には、深度制御器（制御器Ｂ）が選択されたことを示す制御器フラグCflag＝２が入力される。制御器判定部１２は、Cflag_old≠Cflagであることから制御器が切り替えられたと判定すると、パラメータ決定装置１３は、深度制御器（制御器Ｂ）の初期値ｘｂβを算出するために、自身のテーブルからピッチ制御器（制御器Ａ）の状態に応じた係数を取得する。図２に示されるように、ピッチ制御器（制御器Ａ）が浮上である場合には、係数としてβ１、β２、β３、β４が取得される。パラメータ決定装置１３において係数β１、β２、β３、β４に基づいて初期値ｘｂｏｌｄβが算出され、この初期値ｘｂｏｌｄβに基づいて、指令値算出部１４では深度制御器（制御器Ｂ）の指令値ｕが算出される。これにより、水中航走体は、指令値ｕに基づいて、深度が目標ｒａ´の１００メートルになるように深度制御される。
【００６８】
以上説明してきたように、本実施形態に係る制御器切替システム１におけるパラメータ決定装置１３が有するパラメータ算出演算式は、異なる特徴を有する複数の多項式の演算式が組み合わせられ、パラメータ算出演算式の各項に備えられた係数が前回の制御器の状態に応じて決定され、そのパラメータ算出演算式から切替後の制御器の初期値ｘｉｏｌｄ（ｉは制御器を示す符号）が設定される。このように、前回の制御器の状態に応じて係数を調整することにより、算出される制御器の初期値ｘｉｏｌｄを変更できるので、制御器を切り替える場合に得られる切り替え時の特徴を、前回の制御器の状態に応じて簡便に調整することができ、様々な特徴を併せ持つ切り替え方式を設定することが可能となる。
【００６９】
これにより、例えば、従来は、動作をスムーズに行うことを優先させる切替方法を選択した場合には応答性が悪くなり、逆に応答性を優先させる切替方法を選択すると動作がスムーズに行えないといった異なる特徴を有する切替方法があった場合に、いずれか一つを選択し、かつ、前回の制御器の状態によらず共通した切替方法が適用されていた。本実施形態に係る制御器切替システム１におけるパラメータ決定装置１３では、このように複数の特徴を持つ切替方法を含み、係数の持たせ方に応じて重み付けを設定でき、さらに、前回の制御器の状態（例えば、潜入してきたか又は浮上してきたか等）に応じた切り替え方法の調整が可能となる。また、従来のように、いずれか一つの特徴を持つ切り替え方法だけを選択するのでなく、複数の特徴をブレンドさせた切り替えを行うことが可能となる。
【００７０】
〔変形例１〕
なお、本実施形態に係るパラメータ決定装置は、水中航走体の制御に用いられることとしていたが、これに限定されない。例えば、戦車等の車両のトランスミッションの制御に用いられることとしてもよい。
例えば、斜板角の制御を行う斜板角制御器と、速度比の制御を行う速度比制御とを切り替える場合において、発進時（例えば、ギアを停車（Ｐ）から前進（Ｄ）に切り替える等）の係数と、変速時（例えば、ギアを１速から２速に切り替える等）の係数とを異ならせる。また、例えば、ギアを２速にする場合において、速度を上昇させる変速時（例えば、１速から２速に切り替える等）と速度を低下させる変速時（例えば、３速から２速に切り替える等）とのときに、重みづけ係数を異ならせることとしてもよい。
【００７１】
〔変形例２〕
また、タービンへ流れるガスの速さを変える可変ノズルターボ（ＶＧターボ）の生産ラインで使用する制御器において、可変ノズルターボの開度制御とターボ出口圧力制御との切替時に用いられることとしてもよい。例えば、開度偏差や圧力偏差が大きい場合と小さい場合とで重みづけ係数を切り替える。
【００７２】
〔変形例３〕
また、本実施形態に係るパラメータ決定装置は、制御器を切り替える場合において、制御量を変更するために制御器の初期化を行うこととしていたが、これに限定されない。例えば、制御器をオフ状態からオン状態に切り替える場合において、制御を行う偏差の大小に応じて重みづけ係数を変更してもよいこととする。
具体的には、発電プラントの蒸気温度制御、流量制御、および圧力制御等において、制御をオフ状態（手動時）からオン状態に切替える場合は、発電負荷の条件、温度偏差等に応じて、係数を設ける。
【００７３】
また、上述した実施形態では、制御器切替システムに適用されるパラメータ決定装置としてハードウェアによる処理を前提としていたが、このような構成に限定される必要はない。例えば、別途ソフトウェアにて処理する構成も可能である。この場合、パラメータ決定装置は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の主記憶装置、上記処理の全て或いは一部を実現させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、ＣＰＵが上記記憶媒体に記録されているプログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、上述のパラメータ決定装置と同様の処理を実現させる。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００７４】
なお、本実施形態にかかるパラメータ算出演算式は、複数の演算式は２つの方式であり、それぞれの方式が相反する特徴であるものを使用していたが、これに限定されない。例えば、複数の演算式は式の個数は特に限定されないし、それぞれの方式の特徴は相反していなくても、それぞれ異なる特徴を有していればよいこととする。
【００７５】
また、本実施形態に係るパラメータ決定装置１３が備える複数の方式の演算式を線形結合した演算式の各項のそれぞれの係数は、０以上１以下で設定することとしていたが、これに限定されない。例えば、１より大きな値とすることとしてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１  制御器切替システム
１０  初期パラメータ設定部
１１  データ読込部
１２  制御器判定部
１３  パラメータ決定装置
１４  指令値算出部
【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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