(57)【要約】【課題】制御対象をフィードバック制御する制御装置において、その制御対象に対し、既知の外乱による制御量の乱れを早く修正できるようにする。【解決手段】主操作量演算部１は、予め発生することが分かっている外乱が印加される制御対象９側に対し、この制御対象９からの制御量ＰＶと所定の目標値ＳＶとの偏差をなくすような主操作量ＭＶ１を出力する。フィードフォワード処理部１１は、外乱指示信号に基づき、制御量、主操作量や、主操作量演算部１から得られた積分演算値から、外乱の影響をキャンセルするキャンセル操作量ｍｖを算出して記憶する。フィードフォワード処理部１１は、次回の外乱を指示する外乱指示信号に基づきキャンセル操作量ｍｖを出力する。加算部５は、その主操作量ＭＶ１にキャンセル操作量ｍｖを加算した操作量ＭＶ２を制御対象９側へ出力する。【選択図】  図１
2004220195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め発生することが分かっている外乱が印加される制御対象に対し、この制御装置からの制御量と所定の目標値との偏差をなくすような主操作量を演算して出力する少なくとも積分演算を有する主操作量演算部と、
初回の前記外乱発生を指示する外乱指示信号に基づき、前記制御量、主操作量、前記主操作量演算部から得られた積分演算値から、前記外乱の影響をキャンセルするキャンセル操作量を算出し、２回目の外乱発生を指示する外乱指示信号に基づき前記キャンセル操作量をフィードフォワード的に出力するフィードフォワード処理部と、
前記主操作量に前記キャンセル操作量を加算して前記制御対象側へ出力する加算部と、
を具備することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記フィードフォワード処理部は、初回の前記外乱によって前記制御量が降下して再び前記目標値に戻るまでの期間に前記主操作量演算部で算出された積分値を第１のフィードフォワード量として算出し、前記制御量が前記目標値を越えて安定するまでの動作期間が経過したときの前記主操作量と第１のフィードフォワード量との差を第２のフィードフォワード量として算出するとともに、前記制御量が降下してボトムに到達するまでの期間を切換期間として算出し、前記２回目以降の外乱指示信号から前記切換期間までは前記第１のフィードフォワード量を、前記切換期間からは前記第２のフィードフォワード量を各々前記キャンセル操作量ｍｖとして切り換え出力するよう形成されてなるものである請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記フィードフォワード処理部は、前記２回目以降の外乱発生を指示する前記外乱指示信号に基づき、前記制御量、主操作量、積分演算値および前回の前記キャンセル操作量から、前回の前記キャンセル操作量を修正する修正値を算出し、３回目以降の前記外乱発生を指示する外乱指示信号に基づき、前回の前記キャンセル操作量を前記修正値で修正した次のキャンセル操作量を出力するものである請求項１記載の制御装置。
【請求項４】
前記フィードフォワード処理部は、前記初回の外乱によって変化した前記制御量がボトムに到達するまでの到達時間と、前記２回目以降の外乱によって変化した制御量がボトムに到達するまでの到達時間との差が所定範囲内であるとき、当該外乱が構造変化型外乱であると判断する機能と、
前記２回目以降の外乱が発生したとき、初回の前記外乱が発生して前記フィードフォワード処理部により算出された前記第１、第２のフィードフォワード量および切換期間により各々前記キャンセル操作量として切り換え出力するとともに、前記第２のフィードフォワード量の修正量を算出し、次回以降の前記外乱指示信号から前記切換期間では前記第１のフィードフォワード量を、前記切換期間以降では前記第２のフィードフォワード量に係る前記修正量を各々前記キャンセル操作量として切り換え出力する機能と、を有して形成されてなる請求項３記載の制御装置。
【請求項５】
前記フィードフォワード処理部は、前記初回の外乱によって変化した前記制御量がボトムに到達するまでの到達時間と、２回目以降の外乱によって変化した制御量がボトムに到達するまでの到達時間との差が所定範囲内を越えるとき、当該外乱がステップ状又はインパルス状外乱であると判断する機能と、
前記２回目以降の外乱が発生したとき、初回の前記外乱が発生して前記フィードフォワード処理部により算出された前記第１、第２のフィードフォワード量および切換期間により各々前記キャンセル操作量として切り換え出力するとともに、前記第１、第２のフィードフォワード量および切換期間の各々の修正量を算出し、次回以降の前記外乱指示信号から修正された前記切換期間では前記第１のフィードフォワード量に係る前記修正量を、修正された前記切換期間以降では前記第２のフィードフォワード量に係る前記修正量を各々前記キャンセル操作量として切り換え出力する機能と、を有して形成されてなる請求項３記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は制御対象をフィードバック制御する制御装置に係り、特に、予め発生することが分かっている外乱が加わる制御対象の制御に好適する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、制御対象をフィードバック制御する制御装置は、操作量を加えた制御対象からの制御量を測定し、この制御量と所定の目標値との偏差がなくなるようにその操作量を演算して制御対象へ出力する構成となっている。
【０００３】
他方、制御対象については、それ自体の構造変化が頻繁に起こる場合が多い。例えば、制御対象としての射出成型機のノズルに金型が接触したり、ヒータ加熱制御された制御対象としての加圧部材に樹脂シートなどの被加熱物が接触するような場合などが考えられる。
【０００４】
このような場合、加熱制御されていた射出成型機や加圧部材に金型や被加熱物が接触した時点で、制御対象の構造が変化して熱量移動が発生し、外乱が発生した状態となる。
【０００５】
このように制御対象自体の構造が変化することによって発生する外乱を、本明細書では便宜上「構造変化型外乱」と称する。
【０００６】
そして、制御対象の構造が変化した場合、制御対象から得られる制御量が変化してしまうので、制御理論上は、制御対象へ加えられる操作量にステップ状又はインパルス状に外乱が印加されるものとして扱い、操作量に加えられる外乱相当分をキャンセルするような操作量を制御対象に印加すれば良いと考えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように「構造変化型外乱」によって構造変化した制御対象の温度差が大きい場合、操作量の位置に外乱が印加されたものとして制御を行うと、大きな外乱が加わったのと同じ状態になり、どうしても必要以上に大きな操作量が出力されてオーバシュートを起こし易い、という問題がある。
【０００８】
また、操作量の位置にステップ状又はインパルス状に印加された外乱については、外乱に伴う制御量の変化が発生してから制御するフィードバック制御のみであるから、外乱による制御量の変化を抑えるには限界があった。
【０００９】
これらの問題を解決するために、フィードバック制御に加え、外乱の影響をキャンセルするような操作量をフィードフォワード的に加える構成で制御することが考えられるが、外乱の影響をキャンセルするような操作量を求めることは難しく、試行錯誤的に求めなければならないのが実情であり、解決が望まれている。
【００１０】
本発明はそのような課題を解決するためになされたもので、フィードバック制御に加え、予め発生することが分かっている外乱による制御量の乱れを早く修正することが可能な制御装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために本発明は、既知の外乱が印加される制御対象に対し、この制御対象からの制御量と所定の目標値との偏差をなくすような主操作量を演算して出力する少なくとも積分演算を有する主操作量演算部と、初回の外乱発生を指示する外乱指示信号に基づき、それら制御量、主操作量および主操作量演算部から得られた積分演算値から、２回目以降の外乱をキャンセルするキャンセル操作量を算出し、次の外乱発生を指示する外乱指示信号に基づきそのキャンセル操作量をフィードフォワード的に出力するフィードフォワード処理部と、その主操作量にキャンセル操作量を加算して上記制御対象側へ出力する加算部とを具備している。
【００１２】
そして、本発明では、初回の前記外乱によって上記制御量が降下して再び目標値に戻るまでの期間に主操作量演算部で算出された積分値を第１のフィードフォワード量として算出し、その制御量が目標値を越えて安定するまでの動作期間が経過したときのその主操作量と第１のフィードフォワード量との差を第２のフィードフォワード量として算出するとともに、その制御量が降下してボトムに到達するまでの期間を切換期間として算出し、上記２回目以降の外乱指示信号からその切換期間まではその第１のフィードフォワード量を、その切換期間からは第２のフィードフォワード量を各々上記キャンセル操作量ｍｖとして切り換え出力するよう、上記フィードフォワード処理部を形成することが可能である。
【００１３】
また、本発明では、上記フィードフォワード処理部として、２回目以降の外乱発生を指示する外乱指示信号に基づき、それら制御量、主操作量、積分演算値および前回のキャンセル操作量から、前回のキャンセル操作量を修正する修正値を算出し、３回目以降の外乱発生を指示する外乱指示信号に基づき、前回のキャンセル操作量をその修正値で修正した次のキャンセル操作量を出力するよう形成する構成も可能である。
【００１４】
さらに、本発明では、上記フィードフォワード処理部として、初回の外乱によって変化した制御量がボトムに到達するまでの到達時間と、２回目以降の外乱によって変化した制御量がボトムに到達するまでの到達時間との差が所定範囲内であるとき、当該外乱が構造変化型外乱であると判断する機能と、その２回目以降の外乱が発生したとき、初回の外乱が発生して上記フィードフォワード処理部により算出されたそれら第１、第２のフィードフォワード量および切換期間により各々上記キャンセル操作量として切り換え出力するとともに、その第２のフィードフォワード量の修正量を算出し、次回以降の外乱指示信号から上記切換期間では第１のフィードフォワード量を、その切換期間以降では第２のフィードフォワード量に係る修正量を各々前記キャンセル操作量として切り換え出力する機能と、を有する構成も可能である。
【００１５】
さらに、本発明では、上記フィードフォワード処理部として、初回の外乱によって変化した前記制御量がボトムに到達するまでの到達時間と、２回目以降の外乱によって変化した制御量がボトムに到達するまでの到達時間との差が所定範囲内を越えるとき、当該外乱がステップ状又はインパルス状外乱であると判断する機能と、その２回目以降の外乱が発生したとき、初回の外乱が発生して上記フィードフォワード処理部により算出されたそれら第１、第２のフィードフォワード量および切換期間により各々上記キャンセル操作量として切り換え出力するとともに、それら第１、第２のフィードフォワード量および切換期間の各々の修正量を算出し、次回以降の外乱指示信号から修正された切換期間ではその第１のフィードフォワード量に係る修正量を、修正された切換期間以降ではその第２のフィードフォワード量に係る修正量を各々上記キャンセル操作量として切り換え出力する機能と、を有する構成も可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は本発明に係る制御装置の実施の形態を示すブロック図である。
【００１８】
本発明の制御装置は、初回の外乱が発生したときの測定値から２回目（次回）以降の外乱をキャンセルするキャンセル操作量を算出する自動算出モードと、この自動算出モードで算出したキャンセル操作量を２回目以降の外乱が発生する都度出力したり、そのキャンセル操作量を修正して出力制御する自動修正モードがある。
【００１９】
図１において、主操作量演算部１は、後述する制御対象９からの制御量ＰＶと所定の目標値ＳＶを入力し、それら制御量ＰＶと目標値ＳＶとの偏差をなくすような操作量を、例えばＰＩＤ演算して主操作量ＭＶ１として出力するもので、第１の出力リミット部３および後述するフィードフォワード処理部１１を形成する測定部１５に接続されている。フィードフォワード処理部１１の詳細は後述する。
【００２０】
主操作量演算部１は、ＰＩＤ演算値のみならず積分演算値を測定部１５に出力可能になっている。
【００２１】
主操作量演算部１は、フィードフォワード処理部１１を形成する出力切換部２１からの変更量が入力されると、後述するキャンセル操作量ｍｖが加算部５に出力されない状態でも、後述する加算部５からの操作量ＭＶ２の出力レベルが変化しないような主操作量ＭＶ１を演算出力する機能を有している。
【００２２】
第１の出力リミット部３は、例えばＰＩＤ演算した主操作量ＭＶ１を所定のリミット値以下に抑えて出力するもので、加算部５に接続されている。
【００２３】
加算部５は、後述するように、第１の出力リミット部３からの主操作量ＭＶ１に出力切換部２１からのキャンセル操作量ｍｖを加算した操作量ＭＶ２を出力するもので、第２の出力リミット部７に接続されている。出力切換部２１やキャンセル操作量ｍｖなどについての詳細は後述する。
【００２４】
第２の出力リミット部７は、加算部５からの操作量ＭＶ２を所定のリミット値以下に抑えて出力するもので、制御対象９に接続されている。第１および第２の出力リミット部３、７はほぼ同一のリミット機能を有している。
【００２５】
制御対象９は、上述したように、例えば加熱制御された射出成型機（ノズル）やヒータ加熱制御された加圧部材（いずれも図示せず。）であり、射出成型機や加圧部材に金型や被加熱物が接触した時点でその制御対象自体の構造が変化して「構造変化型外乱」を発生させるものであり、図示しない温度センサなどから制御量ＰＶを出力するものである。
【００２６】
なお、制御対象９には、後述するようにステップ状外乱又はインパルス状外乱が加わる場合もある。
【００２７】
それら主操作量演算部１、第１の出力リミット部３および制御対象９の構成は、従来公知の制御構成とほぼ同様である。
【００２８】
外乱指示部１３は、制御対象９それ自体の構造が変化したり構造物が付加されて「構造変化型外乱」その他、外乱が発生することを指示する外乱指示信号を、外乱の発生タイミングで出力するものであり、測定部１５、出力切換部２１および制御対象９に接続されている。
【００２９】
外乱指示部１３から出力される外乱指示信号は、射出成型機のノズルに金型が当接したときの接点信号や、図示しない別の機器からの検出信号を取り込んで出力したり、制御対象９からの制御量ＰＶを測定して一定以上の偏差が発生した場合や、一定以上の速度で制御量ＰＶが変化することを検出して自動的に判別指示信号を出力する構成も可能である。
【００３０】
フィードフォワード処理部１１は、測定部１５、フィードフォワード量算出部１７、フィードフォワード設定部１９および出力切換部２１を有して形成されており、外乱が発生した場合、その外乱の影響をキャンセルするようなキャンセル操作量ｍｖを算出して設定し、次の外乱発生時の外乱指示信号に基づき、そのキャンセル操作量ｍｖをフィードフォワード的に出力切換部２１から加算部５に出力するものである。
【００３１】
フィードフォワード設定部１９は、動作モードである自動算出モードおよび自動修正モードの別を入力設定する機能の他、第１のフィードフォワード量ＦＦ１、第２のフィードフォワード量ＦＦ２、所定の切換期間および動作期間を記憶するもので、測定部１５、フィードフォワード量算出部１７および出力切換部２１に接続されている。
【００３２】
切換期間ｔ１は、例えば図２に示すように、外乱の発生によって制御量ＰＶが低下してボトム（低）に達するまでの期間であり、動作期間ｔ３は外乱の発生によって制御量ＰＶが低下してから再び目標値ＳＶを経過し、安定するまでの期間である。第１、第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２については後述する。
【００３３】
フィードフォワード設定部１９は、自動算出モード又は自動修正モードの選択指示を測定部１５、フィードフォワード量算出部１７および出力切換部２１に出力するとともに、記憶した第１および第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２、切換期間ｔ１および動作期間ｔ３を、２回目以降の外乱指示信号に基づき、フィードフォワード量算出部１７および出力切換部２１に出力する機能を有している。
【００３４】
測定部１５は、フィードフォワード設定部１９からの自動算出モードの制御下で、外乱指示部１３からの初回の外乱指示信号に基づき、主操作量ＭＶ１、目標値ＳＶおよび積分演算値の測定を開始して上述した動作期間ｔ３にわたって継続測定し、動作期間ｔ３が経過したとき、その測定結果をフィードフォワード量算出部１７に出力する機能を有している。
【００３５】
フィードフォワード量算出部１７は、その測定結果に基づき、外乱の影響をキャンセルする第１、第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２および切換期間ｔ１を算出し、それらをフィードフォワード設定部１９へ出力する機能を有している。
【００３６】
フィードフォワード量算出部１７で演算される第１のフィードフォワード量ＦＦ１は、図２に示すように、外乱が発生して制御量ＰＶが降下して再び目標値ＳＶに戻るまでの期間ｔ２において主操作量演算部１で算出された積分値であり、第２のフィードフォワード量ＦＦ２は、上述した動作期間ｔ３が経過したときの主操作量ＭＶ１と第１のフィードフォワード量ＦＦ１との差である。
【００３７】
これら第１、第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２および切換期間ｔ１がフィードフォワード設定部１９に記憶され、２回目以降の外乱発生時に使用される。
【００３８】
ここまでが自動算出モードであり、以降は自動修正モード機能である。
【００３９】
出力切換部２１は、２回目の外乱指示信号を受け、フィードフォワード設定部１９から第１、第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２および切換期間ｔ１を入力し、切換期間ｔ１にわたって第１のフィードフォワード量ＦＦ１をキャンセル操作量ｍｖとして加算部５に出力するとともに、その切換期間ｔ１の経過によって第２のフィードフォワード量ＦＦ２を同様にキャンセル操作量ｍｖとして切り換え、動作期間ｔ３が経過するまで出力する機能を有する。
【００４０】
出力切換部２１は、フィードフォワード設定部１９で設定されている動作期間ｔ３経過した時点でキャンセル操作量ｍｖの出力を「零」にクリアする一方、このクリアによって加算部５にキャンセル操作量ｍｖを出力させない状態でも、加算部５からの出力である操作量ＭＶ２の出力レベルを変化させないような上述した変更量を、主操作量演算部１に出力する機能を有している。
【００４１】
次に、上述した本発明の制御装置の動作を説明する。
【００４２】
当初、制御装置はフィードフォワード設定部１９の制御により、測定部１５、フィードフォワード量算出部１７、フィードフォワード設定部１９および出力切換部２１に自動算出モードが設定されている。
【００４３】
制御対象９からの制御量ＰＶと目標値ＳＶが入力された主操作量演算部１では、制御量ＰＶと目標値ＳＶとの偏差を小さくするような主操作量ＭＶ１を例えばＰＩＤ演算して第１の出力リミット部３へ出力するとともに、積分演算値を測定部１５へ出力する。
【００４４】
第１の出力リミット部３では、主操作量ＭＶ１が所定のリミット値以下に抑えて加算部５に出力され、出力切換部２１からのキャンセル操作量ｍｖがなければそのまま第２の出力リミット部７を介して操作量ＭＶ２として制御対象９へ出力され、これが制御される。この制御状態は従来の動作である。
【００４５】
ここで、制御対象９において、図２のように第１回目の外乱として「構造変化型外乱」が発生し、外乱指示部１３から外乱指示信号がフィードフォワード処理部１１の測定部１５、出力切換部２１へ出力されると、測定部１５が、主操作量ＭＶ１、目標値ＳＶおよび積分演算値の測定を開始し、動作期間ｔ３が経過するまで測定を継続し、動作期間ｔ３経過後にその測定結果をフィードフォワード量算出部１７へ出力する。
【００４６】
フィードフォワード量算出部１７では、それらの測定結果に基づき、上述した第１、第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２および切換期間ｔ１を算出し、それらをフィードフォワード設定部１９へ出力する。
【００４７】
フィードフォワード設定部１９では、それら第１および第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２および切換期間ｔ１が記憶される。
【００４８】
そして、図２に示すように、２回目の外乱が発生すると、その外乱指示信号に基づき、前の外乱に関して記憶された第１および第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２および切換期間ｔ１がフィードフォワード設定部１９から出力切換部２１へ出力され、出力切換部２１では、切換期間ｔ１にわたって第１のフィードフォワード量ＦＦ１をキャンセル操作量ｍｖとして加算部５へ出力した後、第２のフィードフォワード量ＦＦ２を同様に切り換え出力する。
【００４９】
動作期間ｔ３が経過すると、出力切換部２１からのキャンセル操作量ｍｖの出力がクリアされる一方、キャンセル操作量ｍｖが出力されない状態でも、操作量ＭＶ２の出力レベルを変化させないような変更量が主操作量演算部１へ出力され、この変更量に基づき、主操作量演算部１からは加算部５からの操作量ＭＶ２の出力レベルを変化させないような主操作量ＭＶ１が修正出力される。
【００５０】
このように、本発明に係る制御装置では、初回の外乱発生時に、主操作量ＭＶ１、目標値ＳＶおよび積分演算値を測定し、外乱の影響を抑える第１および第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２と切換期間ｔ１を算出し、２回目以降の外乱時にそれら第１、第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２をキャンセル操作量ｍｖとして主操作量ＭＶ１に加算して操作量ＭＶ２を制御対象９へ出力する構成となっているから、制御対象９について例えば「構造変化型外乱」が発生しても、その変化に合わせたキャンセル操作量ｍｖが自動的に得られ、フィードバック制御に加え、既知の外乱による制御量ＰＶの乱れをキャンセルすることが可能で、制御量ＰＶを速く修正、安定化することができる。
【００５１】
しかも、外乱が発生して制御量ＰＶが降下して再び目標値ＳＶに戻るまでの期間ｔ２に主操作量演算部１で算出された積分値を第１のフィードフォワード量ＦＦ１とし、上述した動作期間ｔ３が経過したときの主操作量ＭＶ１と第１のフィードフォワード量ＦＦ１との差を第２のフィードフォワード量ＦＦ２として各々算出し、これらをキャンセル操作量ｍｖとして切り換え出力するから、キャンセル操作量ｍｖを簡単に算出することが可能である。
【００５２】
そして、キャンセル操作量ｍｖの出力期間である動作期間ｔ３が経過すると、キャンセル操作量ｍｖがクリアされる構成となっているから、次の適当な時期に外乱が発生しても、その時点で再び正確な外乱修正が可能である。
【００５３】
また、キャンセル操作量ｍｖの出力期間である動作期間ｔ３が経過すると、主操作量演算部１では、加算部５からの操作量ＭＶ２の出力レベルが変化しないような主操作量ＭＶ１を出力するよう演算変更するから、動作期間ｔ３が経過しても加算部５からの操作量ＭＶ２が変化し難く、動作期間ｔ３が経過しても制御が安定である。
【００５４】
次に、本発明の制御装置に係る自動修正モードの他の構成を説明する。なお、基本的な構成は図１に示すブロック図と同様であり、自動修正モードの前提となる自動算出モードも同様である。
【００５５】
測定部１５は、フィードフォワード設定部１９からの自動修正モード設定に従い、２回目以降の外乱指示信号に基づき、上述した自動算出モードと同様に、主操作量ＭＶ１、積分演算値および制御量ＰＶを動作期間ｔ３にわたって自動修正用に測定し、その結果をフィードフォワード量算出部１７に出力する機能を有する。
【００５６】
フィードフォワード量算出部１７は、上述した機能の他、自動修正モード設定下において、２回目以降の外乱指示信号に基づき、自動算出用の測定時に発生した外乱によって変化した制御量ＰＶがボトムに到達するまでの第１のボトム到達時間（上述した切換期間ｔ１）と、自動修正用の測定時に発生した外乱によって変化した制御量ＰＶがボトム（底）に到達するまでの第２のボトム到達時間との差から、当該外乱が「構造変化型外乱」又は「ステップ状外乱（インパルス状外乱）」のいずれかを判断する機能を有している。
【００５７】
これらの判別は、第１のボトム到達時間と第２のボトム到達時間との差が、一定の割合以下である場合を「構造変化型外乱」と判断し、一定の割合以上で長い場合を「ステップ状外乱（インパルス状外乱）」と判断し、フィードフォワード量算出部１７は、それら「構造変化型外乱」と「ステップ状外乱（インパルス状外乱）」との判別に応じて修正動作を変更する機能を有する。
【００５８】
すなわち、フィードフォワード量算出部１７は、「構造変化型外乱」と判別したとき、自動修正用の測定時の外乱が発生して制御量ＰＶが降下し、再び目標値ＳＶに戻るまでに主制御量演算部１で算出された積分出力値と、フィードフォワード設定部１９に設定されている動作期間が経過したときの主操作量ＭＶ１との差を修正量として求め、この修正量を上述した自動算出モード時のフィードフォワード量ＦＦ２から減算して第１の修正量ＦＦ２ａを算出し、この第１の修正量ＦＦ２ａをフィードフォワード設定部１９に出力する機能を有する。
【００５９】
フィードフォワード設定部１９は、第１のフィードフォワード量ＦＦ１とともに、その第２のフィードフォワード量ＦＦ２に関する第１の修正量ＦＦ２ａを記憶する機能を有する。
【００６０】
出力切換部２１は、３回目以降の外乱指示信号を受け、図２に示すように、切換期間Ｔ１にわたって上述した第１のフィードフォワード量ＦＦ１をキャンセル操作量ｍｖとして加算部５に出力するとともに、その切換期間Ｔ１の経過によって第２のフィードフォワード量ＦＦ２に関する第１の修正量ＦＦ２ａを同様にキャンセル操作量ｍｖとして切り換え出力する機能を有する。
【００６１】
図１における他の構成ブロックの動作は、上述した説明と同様である。
【００６２】
従って、このような自動修正モードでは、２回目の外乱が発生してフィードフォワード量算出部１７が「構造変化型外乱」と判別すると、第２のフィードフォワード量ＦＦ２についての第１の修正量ＦＦ２ａを算出し、次の３回目の外乱発生時に、切換期間Ｔ１にわたって第１のフィードフォワード量ＦＦ１がキャンセル操作量ｍｖとして主操作量ＭＶ１に加算されて操作量ＭＶ２が得られる一方、その切換期間Ｔ１の経過後では、第２のフィードフォワード量ＦＦ２に関する第１の修正量ＦＦ２ａのみがキャンセル操作量ｍｖとして主操作量ＭＶ１に加算されて操作量ＭＶ２が得られる。
【００６３】
以降、外乱が発生する都度、第２のフィードフォワード量ＦＦ２のみが修正されて制御対象９が制御される。
【００６４】
他方、フィードフォワード量算出部１７は、「ステップ状外乱（インパルス状外乱）」の判別をしたとき、上述した第２のフィードフォワード量ＦＦ２に関する第１の修正量ＦＦ２ａとは別に、第１のフィードフォワード量ＦＦ１に関する第１の修正量ＦＦ１ａおよび第２のフィードフォワード量ＦＦ２に関する第２の修正量ＦＦ２ｂとを算出するとともに、上述した切換期間についても修正演算し、これら第１、第２の修正量ＦＦ１ａ、ＦＦ２ｂおよび修正された切換期間Ｔ１をフィードフォワード設定部１９に出力する機能を有する。
【００６５】
すなわち、第１のフィードフォワード量ＦＦ１に関する第１の修正量ＦＦ１ａは、自動算出用の測定時の外乱が発生してから制御量ＰＶが降下し、ボトムに到達（ｔ１）するまでに主制御量演算部１で算出された積分出力値に対し、自動修正用の測定時の外乱が発生してから切換期間ｔ１が経過するまでに主制御量演算部１で算出された積分出力値の割合分の上述した第１のフィードフォワード量ＦＦ１を、その第１のフィードフォワード量ＦＦ１に加算して算出される。
【００６６】
自動修正モードでは、第１のフィードフォワード量ＦＦ１が加えられて制御されるため、適切な第１のフィードフォワード量ＦＦ１であれば切換期間ｔ１が経過するまでの積分出力の増減分がゼロになる。
【００６７】
しかし、第１のフィードフォワード量ＦＦ１が大きすぎると、制御量ＰＶの上昇によってその間の積分出力が減少して第１のフィードフォワード量ＦＦ１が小さすぎると、制御量ＰＶが降下してその間の積分出力が増加してしまうので、上記割合を用い、第１のフィードフォワード量ＦＦ１に関する第１の修正量ＦＦ１ａを求めて適正化する。
【００６８】
第２のフィードフォワード量ＦＦ２に関する第２の修正量ＦＦ２ｂは、自動修正用の測定時の外乱が発生する外乱指示信号を受けた時点の主制御量ＭＶ１と、フィードフォワード設定部１９で設定されている動作期間ｔ３経過したときの主操作量ＭＶ１との差を、上述した第２のフィードフォワード量ＦＦ２から減算して算出される。
【００６９】
さらに、修正切換期間Ｔ１は、自動算出用の測定時の外乱が発生してから制御量ＰＶがボトムに到達するまでの期間と、自動修正用の測定時の外乱が発生してから制御量ＰＶがボトムに到達するまでの期間との到達差を求め、自動算出用の測定時の外乱が発生してから制御量ＰＶが再び目標値ＳＶに戻るまでに主操作量演算部１で算出された積分出力値に対し、自動修正用の測定時の外乱が発生してから制御量ＰＶが再び目標値ＳＶに戻るまでに主操作量演算で算出された積分出力値の割合を求め、上記到達差にその割合を掛け、この結果を上記第１、第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２の切換期間ｔ１から減算して算出する。
【００７０】
切換期間に関しては、ステップ状外乱の場合、最終的に第１、第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２がほぼ等しくなるためあまり意味を持たないが、インパルス状外乱では、外乱がインパルス状に変化するタイミングで第１、第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２を切り換えることが必要となるため、切換期間ｔ１の修正が必要になる。
【００７１】
第１のフィードフォワード量ＦＦ１が適切な値であれば、切換期間まで制御量ＰＶの変化は生じないが、切換期間が短いと、第２のフィードフォワード量ＦＦ２に切り換えた後に制御量ＰＶが降下するので、自動修正モード時に使用した切換期間と自動修正モード時のボトム到達時間の差に、ある割合を掛けて切換期間に加算することで修正することが好ましい。
【００７２】
フィードフォワード設定部１９は、それら第１、第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２に関する第１、第２の修正量ＦＦ１ａ、ＦＦ２ｂ、修正された切換期間Ｔ１を記憶する機能を有する。
【００７３】
出力切換部２１は、３回目以降の外乱指示信号を受け、修正された切換期間Ｔ１にわたって第１のフィードフォワード量ＦＦ１に関する第１の修正量ＦＦ１ａをキャンセル操作量ｍｖとして加算部５に出力するとともに、その切換期間Ｔ１の経過によって第２のフィードフォワード量ＦＦ２に関する第２の修正量ＦＦ２ｂを同様にキャンセル操作量ｍｖとして切り換え出力する機能を有する。
【００７４】
図１における他の構成ブロックの動作は上述した各説明と同様である。
【００７５】
従って、このような自動修正モードでは、２回目の外乱が発生してフィードフォワード量算出部１７が「ステップ状外乱（インパルス状外乱）」の判別をすると、このフィードフォワード量算出部１７が第１および第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２についての第１、第２の修正量ＦＦ１ａ、ＦＦ２ｂや修正切換期間Ｔ１を算出し、次の３回目の外乱発生時に、修正切換期間Ｔ１にわたって第１のフィードフォワード量ＦＦ１に関する第１の修正量ＦＦ１ａのみがキャンセル操作量ｍｖとして主操作量ＭＶ１に加算されて操作量ＭＶ２が得られ、その修正切換期間Ｔ１の経過後では第２のフィードフォワード量ＦＦ２に関する第２の修正量ＦＦ２ｂのみがキャンセル操作量ｍｖとして主操作量ＭＶ１に加算されて操作量ＭＶ２が得られる。
【００７６】
以降、外乱が発生する都度、第１および第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２に関する第１、第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２および切換期間が修正されて操作量ＭＶ２が得られる。これによって制御対象９が制御される。
【００７７】
このように本発明に係る制御装置では、制御量ＰＶの変化から制御対象９の変化が「構造変化型外乱」か「ステップ状外乱（インパルス状外乱）」を自動的に判断し、「構造変化型外乱」と判別したときは、外乱が発生する都度、第２のフィードフォワード量ＦＦ２のみが修正されて制御対象９が制御され、制御対象９について「構造変化型外乱」があっても、外乱が発生する都度、速く制御量ＰＶが安定する。
【００７８】
また、制御対象９について「ステップ状外乱（インパルス状外乱）」があっても、外乱が発生する都度、第１、第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２および切換期間が修正されて制御対象９が制御され、同様に速く制御量ＰＶが安定する。
【００７９】
本発明において、上述した主操作量演算部１は、ＰＩＤ演算以外に、ＰＩ演算など少なくとも積分演算機能を有していれば良く、例えば状態フィードバックや１型サーボといった機能を有するものでも良い。
【００８０】
さらに、上述したフィードフォワード設定部１９に記憶する第１、第２のフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２、これらの第１、第２の修正量ＦＦ１ａ、ＦＦ２ａ、ＦＦ２ｂ、切換期間ｔ１および修正された切換期間Ｔ１は、フィードフォワード量算出部１７で算出する構成の他、別途算出した値を手動で設定記憶する構成も可能である。
【００８１】
図３〜図１２は、従来の制御装置による制御動作と、上述した本発明の制御装置による制御動作とをシミレーションした特性図である。
【００８２】
図３は構造変化型外乱に対して従来のＰＩＤ制御のみで制御した場合、図４は構造変化型外乱に対して自動算出モードで算出されたフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２をキャンセル操作量ｍｖとして加えて制御した場合、図５は構造変化型外乱に対してフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２を自動修正モードで修正したキャンセル操作量ｍｖを加えて制御した場合を示している。
【００８３】
図６はステップ状外乱に対して従来のＰＩＤ制御のみで制御した場合、図７はステップ状外乱に対して自動算出モードで算出されたフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２をキャンセル操作量ｍｖとして加えて制御した場合、図８はステップ状外乱に対してフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２を自動修正モードで修正したキャンセル操作量ｍｖを加えて制御した場合を示している。
【００８４】
図９はインパルス状外乱に対して従来のＰＩＤ制御のみで制御した場合、図１０はインパルス状外乱に対して自動算出モードで算出されたフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２をキャンセル操作量ｍｖとして加えて制御した場合、図１１はインパルス状外乱に対してフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２を自動修正モードで１回修正して得たキャンセル操作量ｍｖを加えて制御した場合、図１２はインパルス状外乱に対してフィードフォワード量ＦＦ１、ＦＦ２を自動修正モードで４回修正して得たキャンセル操作量ｍｖを加えて制御した場合を示している。
【００８５】
なお、本発明において、初回の外乱とは、制御装置を立ち上げた後の文字通り初回に限らず、外乱制御動作をリセットした後の動作も含むものである。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、既知の外乱が印加される制御対象に対し、この制御装置からの制御量と所定の目標値との偏差をなくすような主操作量を演算して出力する少なくとも積分演算を有する主操作量演算部と、初回の外乱発生を指示する外乱指示信号に基づき、それら制御量、主操作量および積分演算値から、その外乱のキャンセル操作量を算出し、２回目以降の外乱発生を指示する外乱指示信号に基づきそのキャンセル操作量を出力するフィードフォワード処理部と、その主操作量にキャンセル操作量を加算して上記制御対象側へ出力する加算部とを具備するから、フィードバック制御に加え、外乱キャンセル操作量をフィードフォワード的に加える制御となり、予め発生することが分かって外乱が印加されて変化した制御量の乱れを、素早く修正し、かつ安定させることが可能である。しかも、制御対象に外乱が印加されたときの制御量および主操作量から、外乱キャンセル操作量を自動的に算出させ、試行錯誤的に求めなければならなかった操作量を簡単に求めることができる。
そして、本発明において、初回の外乱が発生して制御量ＰＶが降下して再び目標値ＳＶに戻るまでの期間ｔ２に主操作量演算部１で算出された積分値を第１のフィードフォワード量ＦＦ１とし、上述した動作期間ｔ３が経過したときの主操作量ＭＶ１と第１のフィードフォワード量ＦＦ１との差を第２のフィードフォワード量ＦＦ２として各々算出し、これらをキャンセル操作量ｍｖとして切り換え出力するよう、上記フィードフォワード処理部を形成する構成では、キャンセル操作量ｍｖを簡単かつ速く算出することが可能である。
そして、２回目以降の外乱発生を指示する外乱指示信号に基づき、それら制御量、主操作量、積分演算値および前回のキャンセル操作量から、前回のキャンセル操作量を修正する修正値を算出し、３回目以降の外乱発生を指示する外乱指示信号に基づき、前回のキャンセル操作量をその修正値で修正した次のキャンセル操作量を出力するよう上記フィードフォワード処理部を形成する構成では、自動的に求めた外乱キャンセル操作量による効果が不十分であった場合でも、外乱キャンセル操作量を自動的に修正し、外乱による制御量の乱れをより小さくすることが可能である。
さらに、上記フィードフォワード処理部において、構造変化型外乱を判断する機能と、第１、第２のフィードフォワード量を切り換えて出力するとともに第２のフィードフォワード量に係る修正量を算出し、各々キャンセル操作量として第１のフィードフォワード量と第２のフィードフォワード量に係る修正量を切り換え出力する機能を具備させる構成では、外乱の発生の都度、構造変化型外乱についてその外乱の影響が的確に修正されながら制御され、構造変化型外乱に対して、より速く正確に安定させることが可能となる。
さらに、上記フィードフォワード処理部において、ステップ状又はインパルス状外乱であると判断する機能と、第１、第２のフィードフォワード量を切り換えて出力するとともにそれら第１、第２のフィードフォワード量に係る修正量の算出に加え、切換期間を修正する機能と、この修正切換期間によって第１、第２のフィードフォワード量に係る修正量を切り換え出力させる構成では、外乱の発生の都度、ステップ状又はインパルス状外乱についてその外乱の影響が的確に修正されながら制御され、ステップ状又はインパルス状外乱に対して、より速く正確に安定させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１の制御装置に係る動作を説明する波形図である。
【図３】構造変化型外乱に対して従来のＰＩＤ制御のみで制御対象を制御した場合のシミレーション特性図である。
【図４】構造変化型外乱に対して自動算出モードで算出したキャンセル操作量で制御した場合のシミレーション特性図である。
【図５】構造変化型外乱に対して自動修正モードによって修正したキャンセル操作量で制御した場合のシミレーション特性図である。
【図６】ステップ状外乱に対して従来のＰＩＤ制御のみで制御した場合のシミレーション特性図である。
【図７】ステップ状外乱に対して自動算出モードで算出したキャンセル操作量で制御した場合のシミレーション特性図である。
【図８】ステップ状外乱に対して自動修正モードによって修正したキャンセル操作量で制御した場合のシミレーション特性図である。
【図９】インパルス状外乱に対して従来のＰＩＤ制御のみで制御した場合のシミレーション特性図である。
【図１０】インパルス状外乱に対して自動算出モードで算出したキャンセル操作量で制御した場合のシミレーション特性図である。
【図１１】インパルス状外乱に対して自動修正モード（自動修正１回）によって修正したキャンセル操作量で制御した場合のシミレーション特性図である。
【図１２】インパルス状外乱に対して自動修正モード（自動修正４回）によって修正したキャンセル操作量で制御した場合のシミレーション特性図である。
【符号の説明】
１  主操作量演算部
３  第１の出力リミット部
５  加算部
７  第２の出力リミット部
９  制御対象
１１  フィードフォワード処理部
１３  外乱指示部
１５  測定部
１７  フィードフォワード量算出部
１９  フィードフォワード設定部
２１  出力切換部
【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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