(57)【要約】【課題】負荷変化や制御対象の特性変化に対しても即応でき、より優れた応答特性を実現し得る適応制御装置を提供する。【解決手段】ループゲイン調節器７、適応制御器５およびＰＩ制御器３を有し、制御偏差ｅａ（ｔ）を自乗する乗算器１６と、乗算器１６の出力を入力とする１次遅れ要素１７と、を備えた適応制御器５の可変ゲイン演算部１１において、制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きが負のときの１次遅れ要素１７の時定数を制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きが一定または正のときの１次遅れ要素１７の時定数よりも大きい値に設定する。【選択図】図１
2011138200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の出力と目標値との偏差を入力として当該閉ループ制御系の定常ゲインが１となるように調整するループゲイン調節手段と、当該閉ループ制御系の出力を入力として位相遅れ要素を介して前記ループゲイン調節手段の出力側に戻すフィードバック手段と、前記位相遅れ要素の出力と前記ループゲイン調節手段の出力との制御偏差を入力として可変ゲインを演算し、当該閉ループ制御系のゲインを補償する可変ゲイン演算手段と、を備える閉ループ制御系と、
前記ループゲイン調節手段の出力を入力としてＰＩ制御を行うＰＩ制御手段と、
前記閉ループ制御系の出力と前記ＰＩ制御手段の出力とを加算して前記制御対象に操作量として与える加算手段と、を有する適応制御装置であって、
前記可変ゲイン演算手段は、前記制御偏差を自乗する演算手段と、前記演算手段の出力を入力とする１次遅れ要素と、を備え、前記１次遅れ要素の時定数を前記制御偏差の変動傾きに応じて可変設定する適応制御装置。
【請求項２】
制御対象の出力と目標値との偏差を所定係数倍する係数手段と、前記係数手段の出力を入力とする位相遅れ要素と、当該閉ループ制御系の出力を入力し位相遅れ要素を介して戻すフィードバック手段と、前記位相遅れ要素の出力と前記位相遅れ要素の出力との制御偏差を入力として可変ゲインを演算し、当該閉ループ制御系のゲインを補償する可変ゲイン演算手段と、を備える閉ループ制御系と、
前記偏差を入力としてＰＩＤ制御を行うＰＩＤ制御手段と、
前記閉ループ制御系の出力と前記ＰＩＤ制御手段の出力とを加算して前記制御対象に操作量として与える加算手段と、を有する適応制御装置であって、
前記可変ゲイン演算手段は、前記制御偏差を自乗する演算手段と、前記演算手段の出力を入力とする１次遅れ要素と、を備え、前記１次遅れ要素の時定数を前記制御偏差の変動傾きに応じて可変設定する適応制御装置。
【請求項３】
前記可変ゲイン演算手段は、前記制御偏差の変動傾きが負のときの１次遅れ要素の時定数を前記制御偏差の変動傾きが一定または正のときの１次遅れ要素の時定数よりも大きい値に設定する請求項１または請求項２に記載の適応制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は単純適応制御方式に基づく適応制御装置に係り、特に、負荷変化や制御対象の特性変化に対しても即応でき、より優れた応答特性を実現し得る適応制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラントやサーボ系の制御対象に対し、制御系を安定化しつつ制御対象のパラメータ（の一部）を推定する適応制御を適用した制御手法が提案されている（例えば、特開平８−２５４１３６号公報参照）。特に、プロセスを制御対象とし、単純適応制御方式をベースとしてより簡易化した制御方式を提案したものとして、非特許文献１および非特許文献２がある。
【０００３】
この従来の単純適応制御方式（例えば非特許文献１）は、最小限に必要とされる制御偏差のみで可変ゲインを決定するようにして、より構成を簡易化したもので、該制御偏差に関連した値の自乗積分値に基づく可変ゲインにより、制御偏差のピーク値が大きいときには大きな値のゲインの状態が持続され、積極的な制御が行われる。その結果、制御偏差のピーク値が小さくなると同時に、ゲインを元の小さな値に戻し定常状態の安定化を図っている。
【０００４】
非特許文献１および非特許文献２に開示された技術においては、外乱があった直後の過渡状態や、目標値が変わった直後の過渡状態では、制御偏差の自乗積分値に基づく可変ゲインによりゲインを大きくして制御偏差を抑え込み、定常状態になればゲインを元の小さな値に戻して安定な状態を確保する。つまり、可変ゲイン演算部において、制御偏差を自乗し、その値を１次遅れ要素を介して得られたものを可変ゲインとしているが、１次遅れ要素における時定数を制御対象のプロセスの総時定数（むだ時間の値を含む）の推定値に基づく値としている。これにより、追従性に優れた過渡応答特性が得られ、制御偏差がゼロに収束すると直ちに可変ゲインも最小設定値に収束する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２５４１３６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】藤原敏勝他，高機能制御方式“ＳＮＡＣ”とその火力プラント蒸気温度制御への適用，三菱重工技報，Vol  31，No，6  (1994．11)，pp．388-391
【非特許文献２】藤原敏勝，単純適応制御（ＳＡＣ）とそのボイラプラント蒸気温度制御への適用，第３４回計測自動制御学会学術講演会  SICE  '95  in  Sapporo予稿集，307  C-3  (1995)，pp．867-868
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、プロセス制御では、制御量が設定値に収束して制御偏差がゼロに収束した後にも、負荷変化や制御対象であるプロセスの特性変化が起こることがしばしばある。このような負荷変化やプロセスの特性変化に対し、最小設定値に収束した可変ゲインからでは応答にそれだけ時間を要してしまうという事情があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、負荷変化や制御対象の特性変化に対しても即応でき、より優れた応答特性を実現し得る適応制御装置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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係る適応制御装置は、制御対象の出力と目標値との偏差を入力として当該閉ループ制御系の定常ゲインが１となるように調整するループゲイン調節手段と、当該閉ループ制御系の出力を入力として位相遅れ要素を介して前記ループゲイン調節手段の出力側に戻すフィードバック手段と、前記位相遅れ要素の出力と前記ループゲイン調節手段の出力との制御偏差を入力として可変ゲインを演算し、当該閉ループ制御系のゲインを補償する可変ゲイン演算手段と、を備える閉ループ制御系と、前記ループゲイン調節手段の出力を入力としてＰＩ制御を行うＰＩ制御手段と、前記閉ループ制御系の出力と前記ＰＩ制御手段の出力とを加算して前記制御対象に操作量として与える加算手段と、を有する適応制御装置であって、前記可変ゲイン演算手段は、前記制御偏差を自乗する演算手段と、前記演算手段の出力を入力とする１次遅れ要素と、を備え、前記１次遅れ要素の時定数を前記制御偏差の変動傾きに応じて可変設定することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、可変ゲイン演算手段において、１次遅れ要素の時定数を制御偏差の変動傾きに応じて可変設定するので、１次遅れ要素の時定数をより大きな値として可変ゲインの最小設定値への収束を遅らせ、制御偏差のゼロ収束後に起こり得る負荷変化や制御対象の特性変化に対しても即応でき、より優れた応答特性を実現することができる。
【００１１】
また、本発明は、制御対象の出力と目標値との偏差を所定係数倍する係数手段と、前記係数手段の出力を入力とする位相遅れ要素と、当該閉ループ制御系の出力を入力し位相遅れ要素を介して戻すフィードバック手段と、前記位相遅れ要素の出力と前記位相遅れ要素の出力との制御偏差を入力として可変ゲインを演算し、当該閉ループ制御系のゲインを補償する可変ゲイン演算手段と、を備える閉ループ制御系と、前記偏差を入力としてＰＩＤ制御を行うＰＩＤ制御手段と、前記閉ループ制御系の出力と前記ＰＩＤ制御手段の出力とを加算して前記制御対象に操作量として与える加算手段と、を有する適応制御装置であって、前記可変ゲイン演算手段は、前記制御偏差を自乗する演算手段と、前記演算手段の出力を入力とする１次遅れ要素と、を備え、前記１次遅れ要素の時定数を前記制御偏差の変動傾きに応じて可変設定することを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、可変ゲイン演算手段において、１次遅れ要素の時定数を制御偏差の変動傾きに応じて可変設定するので、１次遅れ要素の時定数をより大きな値として可変ゲインの最小設定値への収束を遅らせ、制御偏差のゼロ収束後に起こり得る負荷変化や制御対象の特性変化に対しても即応でき、より優れた応答特性を実現することができる。
【００１３】
また、本発明は、上記記載の適応制御装置において、前記可変ゲイン演算手段は、前記制御偏差の変動傾きが負のときの１次遅れ要素の時定数を前記制御偏差の変動傾きが一定または正のときの１次遅れ要素の時定数よりも大きい値に設定することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、可変ゲイン演算手段において、制御偏差の変動傾きが負のときの１次遅れ要素の時定数を前記制御偏差の変動傾きが一定または正のときの１次遅れ要素の時定数よりも大きい値に設定するので、可変ゲインの最小設定値への収束時間をより長くして、制御偏差のゼロ収束後に起こり得る負荷変化や制御対象の特性変化に対しても即応でき、より優れた応答特性を実現することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、閉ループ制御系のゲインを補償する可変ゲイン演算手段において、１次遅れ要素の時定数を制御偏差の変動傾きに応じて可変設定することとし、１次遅れ要素の時定数をより大きな値として可変ゲインの最小設定値への収束を遅らせることができるので、制御偏差のゼロ収束後に起こり得る負荷変化や制御対象の特性変化に対しても即応でき、より優れた応答特性を実現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】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る適応制御装置のブロック図であり、（ａ）は適応制御装置全体の概略的ブロック図、（ｂ）は適応制御器の概略的ブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態の適応制御器の各種機能ブロックの詳細な構成図であり、（ａ）は可変ゲイン演算部における１次遅れ要素の時定数を生成する回路の構成図、（ｂ）は可変ゲイン演算部の詳細な構成図、（ｃ）は位相遅れ要素の詳細な構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態のプラント出力のステップ応答を例示する説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態のプラント入力のステップ応答を例示する説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態の可変ゲイン演算部の可変ゲインのステップ応答を例示する説明図である。
【図６】本発明の第１実施形態の外乱応答を例示する説明図であり、（ａ）はプラント出力ｙ（ｔ）を、（ｂ）は外乱入力を、それぞれ例示する。
【図７】本発明の第１実施形態の外乱応答を例示する説明図であり、（ａ）は可変ゲイン演算部の可変ゲインＫ（ｔ）を、（ｂ）はプラント入力ｕ（ｔ）を、それぞれ例示する。
【図８】本発明の第２実施形態に係る適応制御装置のブロック図であり、（ａ）は適応制御装置全体の概略的ブロック図、（ｂ）は適応制御器の概略的ブロック図である。
【図９】本発明の第２実施形態の適応制御器の各種機能ブロックの詳細な構成図であり、（ａ）は可変ゲイン演算部における１次遅れ要素の時定数を生成する回路の構成図、（ｂ）は可変ゲイン演算部の詳細な構成図、（ｃ）は位相遅れ要素の詳細な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る適応制御装置について説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る適応制御装置のブロック図である。図１（ａ）には適応制御装置全体の概略的なブロック図を示し、図１（ｂ）には適応制御器５の概略的なブロック図を示す。
【００１８】
図１（ａ）において、本実施形態の適応制御装置は、大まかに、制御対象であるプラント１に対して、ＰＩ制御器３および閉ループ制御系を備えた構成である。ＰＩ制御器３は、プラント１に対する比例制御（Ｐ制御）および積分制御（Ｉ制御）に基づく制御量を生成する。また、プラント１の出力ｙ（ｔ）はフィードバックされており、減算器８によって目標値ｒ（ｔ）とプラント１の出力ｙ（ｔ）との偏差ｅ（ｔ）が求められている。
【００１９】
また図１（ａ）において、閉ループ制御系には、ループゲイン調節器７および適応制御器５を備える。ループゲイン調節器７は、プラント１の出力ｙ（ｔ）と目標値ｒ（ｔ）との偏差ｅ（ｔ）を入力として当該閉ループ制御系の定常ゲインが１となるように調整する。
このループゲイン調節器７は係数器で実現されるが、その係数αは、プラント１に対する操作量ｕ（ｔ）が１の値だけ増えたときに当該係数器の出力ｅ＊（ｔ）が定常状態でほぼ−１の値になるように設定される。
【００２０】
さらに図１（ｂ）に示すように、閉ループ制御系の適応制御器５には、位相遅れ要素１３を介して当該閉ループ制御系の出力ｕａ（ｔ）をループゲイン調節器７の出力側に戻すフィードバック部と、位相遅れ要素１３の出力ｙｆ（ｔ）とループゲイン調節器７の出力ｅ＊（ｔ）との制御偏差ｅａ（ｔ）を入力として可変ゲインＫ（ｔ）を演算し、当該閉ループ制御系のゲインを補償する可変ゲイン演算部１１と、を備えている。
【００２１】
なお、参照符号２０は位相遅れ要素１３の出力ｙｆ（ｔ）とループゲイン調節器７の出力ｅ＊（ｔ）との制御偏差ｅａ（ｔ）を求める減算器であり、参照符号１０は制御偏差ｅａ（ｔ）と可変ゲイン演算部１１の出力である可変ゲインＫ（ｔ）とを掛け合わせる乗算器である。したがって、位相遅れ要素１３の伝達特性をＦ１（ｓ）とすれば、ループゲイン調節器７の出力ｅ＊（ｔ）と閉ループ制御系の出力ｕａ（ｔ）との間の伝達特性Ｇｃ（ｓ）は、Ｇｃ（ｓ）＝Ｋ（ｓ）／（１＋Ｋ（ｓ）・Ｆ１（ｓ））で表される。ここに、ｓはラプラス演算子である。
【００２２】
また、位相遅れ要素１３の伝達特性Ｆ１（ｓ）として種々の特性が考えられるが、ここでは２次微分の効果を得るため、次式で与えられるものとする。
【００２３】
Ｆ１（ｓ）＝１／２Ｋｍａｘ（１／（１＋τｓ）＋１／（１＋τｓ）２））  …（１）
【００２４】
ここで、Ｋｍａｘはループゲイン調節器７の出力ｅ＊（ｔ）と閉ループ制御系の出力ｕａ（ｔ）との間の定常ゲインの最大値である。
【００２５】
（１）式を伝達特性Ｇｃ（ｓ）の式に代入して、Ｋ（ｓ）→∞にすれば、次式の関係が得られる。
【００２６】
Ｇｃ（ｓ）＝Ｋｍａｘ（１＋τｓ）２／（１＋０．５τｓ）      …（２）
【００２７】
ここで、Ｋｍａｘおよびτの値は指定値であり、適応制御器５は可変ゲインＫ（ｓ）の値が無限大になっても、定常ゲインはＫｍａｘを超えることはない。また同様に、Ｋ（ｓ）→Ｋｍｉｎ（Ｋｍｉｎ≪Ｋｍａｘ）にすれば、Ｇｃ（ｓ）≒Ｋｍｉｎの関係が得られ、適応制御器５は可変ゲインＫ（ｓ）の値が小さくなるに従いゲインＫｍｉｎの比例動作となる。なお、Ｋｍｉｎの値は指定値である。
【００２８】
次に、図１（ｂ）において、可変ゲイン演算部１１は、係数器１５、乗算器１６、１次遅れ要素１７、係数器１８および加算器１９を備えている。すなわち、可変ゲインＫ（ｔ）は、制御偏差ｅａ（ｔ）に係数器１５で係数γ倍し、それを乗算器１６で自乗し、これを時定数μの１次遅れ要素１７を介して得られた値に、係数器１８の係数β／Ｋｍａｘを加えて算出される。可変ゲイン演算部１１における可変ゲインＫ（ｔ）の算出を式で表せば、次の通りである。
【００２９】
Ｋ（ｔ）＝（μ／（μｓ＋１））・（γｅａ（ｔ））２＋β／Ｋｍａｘ      （３）
【００３０】
ここで、ｄ／ｄｔ｜ｅａ（ｔ）｜＜０のときμ＝μ１１
ｄ／ｄｔ｜ｅａ（ｔ）｜≧０のときμ＝μ１２（μ１２＜μ１１）
【００３１】
（３）式に示す通り、本実施形態の適応制御装置では、可変ゲイン演算部１１における１次遅れ要素１７の時定数μを、制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きに応じて可変設定する点に特徴がある。すなわち、制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きｄ／ｄｔ｜ｅａ（ｔ）｜が負のときに１次遅れ要素１７の時定数をμ＝μ１１とし、これを制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きｄ／ｄｔ｜ｅａ（ｔ）｜が一定または正のときの１次遅れ要素１７の時定数μ１２よりも大きい値に設定するものである。
【００３２】
図２（ａ）に、可変ゲイン演算部１１における１次遅れ要素１７の時定数μ（１／μ）を生成する回路の構成図を示す。時定数μ１１の定数器３１、時定数μ１２の定数器３２、切替スイッチ３３、微分器３５、切替信号生成器３６、除算器３７および「１」の定数器３８を備えた構成である。つまり、微分器３５で制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きｄ／ｄｔ｜ｅａ（ｔ）｜を求め、切替信号生成器３６により負または正、ゼロを判定して切替信号を生成し、該切替信号に基づき時定数μ１１の定数器３１または時定数μ１２の定数器３２の何れかの出力を選択するものである。なお、後述のように、１次遅れ要素１７に１／μを用いた構成としているので、除算器３７により１／μを求めている。
【００３３】
また、図２（ｂ）に、可変ゲイン演算部１１の詳細な構成図を示す。図２（ｂ）では、１次遅れ要素１７を積分器２１、ゲイン（係数）１／μを持つ係数器２２および減算器２３により構成している。また図２（ｂ）では、可変ゲイン演算部１１と加算器１９の間に加算器２４を設けて、他の制御系統の信号（可変ゲイン）Ｋｅ（ｔ）を加える構成としている。ここで、他の制御系統は、制御対象が２変数系以上からなる場合の他の制御系統であり、このような構成とすることで多変数制御系への適用が可能となる。
【００３４】
なお、ゲインγを持つ係数器１５は、ゲイン（係数）γを次のようにして求めるのが望ましい。すなわち、ループゲイン調節器７の出力ｅ＊（ｔ）の最大偏差推定値ｅ＊（ｔ）ｍａｘの逆数を、時定数σを持つ１次遅れ要素（１／（１＋σｓ））を介して得た値である。ここで、時定数σはμ１２の値にほぼ等しい。
【００３５】
さらに、図２（ｃ）に、上述した位相遅れ要素１３の詳細な構成図を示す。位相遅れ要素１３は、係数器４１、第１の１次遅れ要素４２、第２の１次遅れ要素４３および加算器４４を備えた構成である。乗算器１０の出力ｕａ（ｔ）を係数器４１で１／２Ｋｍａｘ倍し、その出力を第１の１次遅れ要素４２に入力し、さらにその出力を第２の１次遅れ要素４３に入力する。そして、第１の１次遅れ要素４２と第２の１次遅れ要素４３の出力を加算器４４によって加算し、その加算結果が位相遅れ要素１３の出力ｙｆ（ｔ）となる。なお、第１の１次遅れ要素４３および第２の１次遅れ要素４４における時定数τは、外部から指定でき（例えばτ＝０．２μ１２に設定され）る。
【００３６】
次に、本実施形態の適応制御装置によるステップ応答および外乱応答のシミュレーション実験結果を図３〜図６に例示して、本発明の効果を検証する。ここで、図３は本実施形態のプラント出力ｙ（ｔ）のステップ応答を例示する説明図であり、図４はプラント入力ｕ（ｔ）のステップ応答を例示する説明図であり、図５は可変ゲイン演算部１１の可変ゲインＫ（ｔ）のステップ応答を例示する説明図である。また図６および図７は本実施形態の外乱応答を例示する説明図であり、図６（ａ）はプラント出力ｙ（ｔ）を、図６（ｂ）は外乱入力を、図７（ａ）は可変ゲイン演算部１１の可変ゲインＫ（ｔ）を、図７（ｂ）はプラント入力ｕ（ｔ）を、それぞれ示す。
【００３７】
まず、ステップ応答については、図３に示すように、目標値ｒ（ｔ）をあるタイミングで「１」にするステップ入力に対して行った。従来例では、可変ゲイン演算部１１における１次遅れ要素１７の時定数μは、制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きに関わらずμ＝μ１２で一定である。これに対して、本発明では、プラント出力ｙ（ｔ）が目標値ｒ（ｔ）に最初に到達するまでの間は、制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きは負となって、時定数μはより大きいμ＝μ１１に設定され、その後オーバーシュートのピーク点に達するまでの間は、制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きは正となって、時定数μはより小さいμ＝μ１２に設定され、…と、目標値ｒ（ｔ）への到達点およびオーバーシュートまたはアンダーシュートのピーク点を境にして、１次遅れ要素の時定数が切り替わることとなる。
【００３８】
可変ゲイン演算部１１の可変ゲインＫ（ｔ）は、図５に示すように、従来よりも大きく設定されると共に、偏差ｅ（ｔ）の収束に伴って（従来と比較して）ゆっくりと最小設定値に収束していっている。その結果として、プラント出力ｙ（ｔ）およびプラント入力ｕ（ｔ）のステップ応答について、目標値ｒ（ｔ）変化により速く応答でき、しかもオーバーシュートも抑制され且つ整定時間もより短くなっている。これにより、従来よりも優れたステップ応答特性を実現し得ることが確認できた。
【００３９】
また、外乱応答については、図６（ｂ）に示すように、あるタイミングでマイナス方向に振れ、その後収束しながらもプラス方向に振れていく振動性を持つ外乱入力に対して行った。従来例では、可変ゲイン演算部１１における１次遅れ要素１７の時定数μは、制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きに関わらずμ＝μ１２で一定である。これに対して、本発明では、プラント出力ｙ（ｔ）（図６（ａ）参照）がマイナス方向に振れてアンダーシュートのピーク点に達するまでの間は、制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きは正となって、時定数μはより小さいμ＝μ１２に設定され、その後、目標値ｒ（ｔ）に到達するまでの間は、制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きは負となって、時定数μはより大きいμ＝μ１１に設定され、その後、オーバーシュートのピーク点に達するまでの間は、制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きは正となって、時定数μはより小さいμ＝μ１２に設定され、…と、目標値ｒ（ｔ）への到達点およびオーバーシュートまたはアンダーシュートのピーク点を境にして、１次遅れ要素の時定数が切り替わることとなる。
【００４０】
可変ゲイン演算部１１の可変ゲインＫ（ｔ）は、図７（ａ）に示すように、従来よりも大きく設定されると共に、偏差ｅ（ｔ）の収束に伴って（従来と比較して）ゆっくりと最小設定値に収束していっている。その結果として、プラント出力ｙ（ｔ）およびプラント入力ｕ（ｔ）のステップ応答について、外乱変化により速く応答でき、しかもアンダーシュートおよびオーバーシュートも抑制され且つ整定時間もより短くなっている。これにより、従来よりも優れた外乱応答特性を実現し得ることが確認できた。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態の適応制御装置は、プラント１の出力ｙ（ｔ）と目標値ｒ（ｔ）との偏差ｅ（ｔ）を入力として当該閉ループ制御系の定常ゲインが１となるように調整するループゲイン調節器７と、当該閉ループ制御系の出力を入力として位相遅れ要素１３を介してループゲイン調節器７の出力側に戻すフィードバック部と、位相遅れ要素１３の出力ｙｆ（ｔ）とループゲイン調節器７の出力ｅ＊（ｔ）との制御偏差ｅａ（ｔ）を入力として可変ゲインＫ（ｔ）を演算し、当該閉ループ制御系のゲインを補償する可変ゲイン演算部１１と、を備える閉ループ制御系と、ループゲイン調節器７の出力を入力としてＰＩ制御を行うＰＩ制御器３と、閉ループ制御系の出力ｕａ（ｔ）とＰＩ制御器３の出力とを加算してプラント１に操作量ｕ（ｔ）として与える加算器９と、を有する適応制御装置であって、可変ゲイン演算部１１は、制御偏差ｅａ（ｔ）を自乗する乗算器１６と、乗算器１６の出力を入力とする１次遅れ要素１７と、を備え、１次遅れ要素１７の時定数を制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きに応じて可変設定する。
【００４２】
このように本実施形態の適応制御装置では、可変ゲイン演算部１１において、１次遅れ要素１７の時定数を制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きに応じて可変設定するので、１次遅れ要素１７の時定数をより大きな値として可変ゲインＫ（ｔ）の最小設定値への収束を遅らせ、制御偏差ｅａ（ｔ）のゼロ収束後に起こり得る負荷変化や制御対象の特性変化に対しても即応でき、より優れた応答特性を実現することができる。
【００４３】
また本実施形態の適応制御装置では、可変ゲイン演算部１１において、制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きが負のときの１次遅れ要素１７の時定数を制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きが一定または正のときの１次遅れ要素１７の時定数よりも大きい値に設定するので、可変ゲインＫ（ｔ）の最小設定値への収束時間をより長くして、制御偏差ｅａ（ｔ）のゼロ収束後に起こり得る負荷変化や制御対象の特性変化に対しても即応でき、より優れた応答特性を実現することができる。
【００４４】
〔第２実施形態〕
次に、図８は本発明の第２実施形態に係る適応制御装置のブロック図である。図８（ａ）には適応制御装置全体の概略的なブロック図を示し、図８（ｂ）には適応制御器１０５の概略的なブロック図を示す。
【００４５】
図８（ａ）において、本実施形態の適応制御装置は、大まかに、制御対象であるプラント１０１に対して、ＰＩＤ制御器１０３および閉ループ制御系を備えた構成である。ＰＩＤ制御器１０３は、プラント１０１に対する比例制御（Ｐ制御）、積分制御（Ｉ制御）および微分制御（Ｄ制御）に基づく制御量を生成する。また、プラント１０１の出力ｙ（ｔ）はフィードバックされており、減算器１０８によって目標値ｒ（ｔ）とプラント１０１の出力ｙ（ｔ）との偏差ｅ（ｔ）が求められている。
【００４６】
また、閉ループ制御系には適応制御器１０５を備える。図８（ｂ）に示すように、閉ループ制御系の適応制御器１０５には、目標値ｒ（ｔ）とプラント１０１の出力ｙ（ｔ）との偏差ｅ（ｔ）をｋ倍する係数器１０７と、係数器１０７の出力を入力とする位相進み要素１１２，１１４および１１９と、位相遅れ要素１１３を介して当該閉ループ制御系の出力ｕａ（ｔ）を戻すフィードバック部と、位相遅れ要素１１３の出力ｙｆ（ｔ）と位相進み要素１１２，１１４および１１９の出力ｅ＊（ｔ）との制御偏差ｅａ（ｔ）を入力として可変ゲインＫ（ｔ）を演算し、当該閉ループ制御系のゲインを補償する可変ゲイン演算部１１１と、を備えている。
【００４７】
なお、位相進み要素は、ゲインλの係数器１１２、時定数τを持つ微分器１１４、並びに加算器１１９を備えた構成であり、伝達特性（λ＋τｓ）を持つ。また、参照符号１２０は位相遅れ要素１１３の出力ｙｆ（ｔ）と位相進み要素の出力ｅ＊（ｔ）との制御偏差ｅａ（ｔ）を求める減算器であり、参照符号１１０は制御偏差ｅａ（ｔ）と可変ゲイン演算部１１１の出力である可変ゲインＫ（ｔ）とを掛け合わせる乗算器である。したがって、位相遅れ要素１３の伝達特性をＦ１（ｓ）とすれば、偏差ｅ（ｔ）と閉ループ制御系の出力ｕａ（ｔ）との間の伝達特性Ｇｃ（ｓ）は、Ｇｃ（ｓ）＝ｋ・（λ＋τｓ）・Ｋ（ｓ）／（１＋Ｋ（ｓ）・Ｆ１（ｓ））で表される。
【００４８】
また、位相遅れ要素１１３の伝達特性Ｆ２（ｓ）として種々の特性が考えられるが、ここでは２次微分の効果を得るため、次式で与えられるものとする。
【００４９】
Ｆ１２（ｓ）＝１／２（１／（１＋τｓ）＋１／（１＋τｓ）２））      （４）
【００５０】
（４）式を伝達特性Ｇｃ（ｓ）の式に代入して、Ｋ（ｓ）→∞にすれば、次式の関係が得られる。
【００５１】
Ｇｃ（ｓ）＝ｋ・（λ＋τｓ）・（１＋τｓ）２／（１＋０．５τｓ）      （５）
【００５２】
ここで、ｋ、λおよびτの値は指定値であり、適応制御器１０５は可変ゲインＫ（ｓ）の値が無限大になっても、定常ゲインはｋλを超えることはない。また同様に、Ｋ（ｓ）→小にすれば、Ｇｃ（ｓ）≒ｋ・（λ＋τｓ）・Ｋ（ｓ）の関係が得られ、適応制御器１０５は可変ゲインＫ（ｓ）の値が小さくなるに従い１次微分動作となる。
【００５３】
次に、図８（ｂ）において、可変ゲイン演算部１１１は、係数器１１５、乗算器１１６および１次遅れ要素１１７を備えている。すなわち、可変ゲインＫ（ｔ）は、制御偏差ｅａ（ｔ）に係数器１１５で係数γ倍し、それを乗算器１１６で自乗し、これを時定数μの１次遅れ要素１１７を介して得られた値として算出される。可変ゲイン演算部１１１における可変ゲインＫ（ｔ）の算出を式で表せば、次の通りである。
【００５４】
Ｋ（ｔ）＝（μ／（μｓ＋１））・（γｅａ（ｔ））２        （６）
【００５５】
ここで、ｄ／ｄｔ｜ｅａ（ｔ）｜＜０のときμ＝μ２１
ｄ／ｄｔ｜ｅａ（ｔ）｜≧０のときμ＝μ２２（μ２２＜μ２１）
【００５６】
（６）式に示す通り、本実施形態の適応制御装置では、可変ゲイン演算部１１１における１次遅れ要素１１７の時定数μを、制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きに応じて可変設定する点に特徴がある。すなわち、制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きｄ／ｄｔ｜ｅａ（ｔ）｜が負のときに１次遅れ要素１１７の時定数をμ＝μ２１とし、これを制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きｄ／ｄｔ｜ｅａ（ｔ）｜が一定または正のときの１次遅れ要素１１７の時定数μ２２よりも大きい値に設定するものである。
【００５７】
図９（ａ）に、可変ゲイン演算部１１１における１次遅れ要素１１７の時定数μ（１／μ）を生成する回路の構成図を示す。時定数μ２１の定数器１３１、時定数μ２２の定数器１３２、切替スイッチ１３３、微分器１３５、切替信号生成器１３６、除算器１３７および「１」の定数器１３８を備えた構成である。つまり、微分器１３５で制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きｄ／ｄｔ｜ｅａ（ｔ）｜を求め、切替信号生成器１３６により負または正、ゼロを判定して切替信号を生成し、該切替信号に基づき時定数μ２１の定数器１３１または時定数μ２２の定数器１３２の何れかの出力を選択するものである。なお、後述のように、１次遅れ要素１１７に１／μを用いた構成としているので、除算器１３７により１／μを求めている。
【００５８】
また、図９（ｂ）に、可変ゲイン演算部１１１の詳細な構成図を示す。図９（ｂ）では、１次遅れ要素１１７を積分器１２１、ゲイン（係数）１／μを持つ係数器１２２および減算器１２３により構成している。また図９（ｂ）では、可変ゲイン演算部１１１の後段に加算器１２４を設けて、他の制御系統の信号（可変ゲイン）Ｋｅ（ｔ）を加える構成としている。ここで、他の制御系統は、制御対象が２変数系以上からなる場合の他の制御系統であり、このような構成とすることで多変数制御系への適用が可能となる。
【００５９】
なお、ゲインγを持つ係数器１１５は、ゲイン（係数）γを次のようにして求めるのが望ましい。すなわち、位相進み要素１１２，１１４および１１９の出力ｅ＊（ｔ）の最大偏差推定値ｅ＊（ｔ）ｍａｘの逆数を、時定数σを持つ１次遅れ要素（１／（１＋σｓ））を介して得た値である。ここで、時定数σはμ２２の値にほぼ等しい。
【００６０】
さらに、図９（ｃ）に、上述した位相遅れ要素１１３の詳細な構成図を示す。位相遅れ要素１３は、係数器１４１、第１の１次遅れ要素１４２、第２の１次遅れ要素１４３および加算器１４４を備えた構成である。乗算器１１０の出力ｕａ（ｔ）を係数器１４１で１／２倍し、その出力を第１の１次遅れ要素１４２に入力し、さらにその出力を第２の１次遅れ要素１４３に入力する。そして、第１の１次遅れ要素１４２と第２の１次遅れ要素１４３の出力を加算器１４４によって加算し、その加算結果が位相遅れ要素１１３の出力ｙｆ（ｔ）となる。なお、第１の１次遅れ要素１４３および第２の１次遅れ要素１４４における時定数τは、外部から指定でき（例えばτ＝０．０８３３μ２２に設定され）る。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態の適応制御装置は、目標値ｒ（ｔ）とプラント１０１の出力ｙ（ｔ）との偏差ｅ（ｔ）をｋ倍する係数器１０７と、係数器１０７の出力を入力とする位相進み要素１１２，１１４および１１９と、当該閉ループ制御系の出力を入力し位相遅れ要素１１３を介して戻すフィードバック部と、位相遅れ要素１１３の出力ｙｆ（ｔ）と位相進み要素１１２，１１４および１１９の出力ｅ＊（ｔ）との制御偏差ｅａ（ｔ）を入力として可変ゲインＫ（ｔ）を演算し、当該閉ループ制御系のゲインを補償する可変ゲイン演算部１１１と、を備える閉ループ制御系と、偏差ｅ（ｔ）を入力としてＰＩＤ制御を行うＰＩＤ制御器１０３と、閉ループ制御系の出力とＰＩＤ制御器１０３の出力とを加算してプラント１０１にｕ（ｔ）として与える加算器１０９と、を有する適応制御装置であって、可変ゲイン演算部１１１は、制御偏差ｅａ（ｔ）を自乗する乗算器１１６と、乗算器１１６の出力を入力とする１次遅れ要素１１７と、を備え、１次遅れ要素１１７の時定数を制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きに応じて可変設定する。
【００６２】
このように本実施形態の適応制御装置では、可変ゲイン演算部１１１において、１次遅れ要素１１７の時定数を制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きに応じて可変設定するので、１次遅れ要素１１７の時定数をより大きな値として可変ゲインＫ（ｔ）の最小設定値への収束を遅らせ、制御偏差ｅａ（ｔ）のゼロ収束後に起こり得る負荷変化や制御対象の特性変化に対しても即応でき、より優れた応答特性を実現することができる。
【００６３】
また本実施形態の適応制御装置では、可変ゲイン演算部１１１において、制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きが負のときの１次遅れ要素１１７の時定数を制御偏差ｅａ（ｔ）の変動傾きが一定または正のときの１次遅れ要素１１７の時定数よりも大きい値に設定するので、可変ゲインＫ（ｔ）の最小設定値への収束時間をより長くして、制御偏差ｅａ（ｔ）のゼロ収束後に起こり得る負荷変化や制御対象の特性変化に対しても即応でき、より優れた応答特性を実現することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１，１０１  プラント（制御対象）
３  ＰＩ制御器
５，１０５  適応制御器
７  ループゲイン調節器
８，２０，２３，１０８，１２０，１２３  減算器
９，１９，２４，１０９，１１９，１２４  加算器
１０，１６，１１０，１１６  乗算器
１１，１１１  可変ゲイン演算部
１３，１１３  位相遅れ要素
１５，１８，２２，４１，１０７，１１２，１１５，１２２，１４１  係数器
１７，１１７  １次遅れ要素
２１，１２１  積分器
３１，３２，３８，１３１，１３２，１３８  定数器
３３，１３３  切替スイッチ
３５，１１４，１３５  微分器
３６，１３６  切替信号生成器
３７，１３７  除算器
４２，１４２  第１の１次遅れ要素
４３，１４３  第２の１次遅れ要素
１０３  ＰＩＤ制御器
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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