(57)【要約】【課題】入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する制御対象物を安定かつ高速に制御することができる制御装置および制御方法を提供する。【解決手段】制御対象物１１の制御量の目標値ｒと現在値ｙとの偏差（ｒ−ｙ）が算出され、その偏差に基づいて中間量ｙ’がフィードフォワード制御アルゴリズムにより求められる。そして、この求められた中間量ｙ’が関数式またはテーブルにより入力量ｘに変換され、その変換されて得られた入力量ｘが制御対象物１１へ入力される。関数式またはテーブルは、制御対象物１１の入力量と制御量との間の関係を表す。【選択図】  図３
2004355113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する制御対象物を制御する装置であって、
前記制御量の目標値に基づいて制御アルゴリズムにより中間量を求める算出手段と、
前記算出手段により求められた前記中間量を前記制御対象物の非線形特性に基づいて前記入力量に変換する変換手段と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記変換手段が、前記入力量と前記制御量との間の関係を表す関数式を用いて前記中間量を前記入力量に変換する、ことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
前記変換手段が、前記入力量と前記制御量との間の関係を表すテーブルを用いて前記中間量を前記入力量に変換する、ことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項４】
前記算出手段が、フィードフォワード制御アルゴリズムにより前記中間量を求める、ことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項５】
前記算出手段が、フィードバック制御アルゴリズムにより前記中間量を求める、ことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項６】
前記算出手段が、ＰＩＤ制御アルゴリズムにより前記中間量を求める、ことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項７】
前記算出手段が、フィードフォワード制御アルゴリズムおよびフィードバック制御アルゴリズムを併用して前記中間量を求める、ことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項８】
入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する制御対象物と、
この制御対象物を制御する請求項１〜７の何れか１項に記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする制御システム。
【請求項９】
前記制御対象物が、供給される励起光の強度に応じた利得で入力光を光増幅して出力する光増幅器であり、
前記入力量が、前記光増幅器に供給される励起光の強度、または、該励起光の強度を設定するための電流値，電圧値もしくは電力値であり、
前記制御量が、前記光増幅器における光増幅の利得または出力光の強度である、
ことを特徴とする請求項８記載の制御システム。
【請求項１０】
前記制御対象物が、供給される駆動電流，電圧値または電力の値に応じた強度のレーザ光を出力するレーザダイオードであり、
前記入力量が、前記レーザダイオードに供給される駆動電流，電圧値または電力の値であり、
前記制御量が、前記レーザダイオードから出力されるレーザ光の強度である、
ことを特徴とする請求項８記載の制御システム。
【請求項１１】
前記制御対象物が、入力される電圧値，電流値，電力値，温度またはパルス数に応じた減衰量で入力光を減衰させて出力する可変光減衰器であり、
前記入力量が、前記可変光減衰器に入力される電圧値，電流値，電力値，温度またはパルス数であり、
前記制御量が、前記可変光減衰器における減衰量である、
ことを特徴とする請求項８記載の制御システム。
【請求項１２】
前記制御対象物が、供給される電流，電圧または電力に応じた動作で光学特性を変化させるＭＥＭＳ技術を応用した光部品である、ことを特徴とする請求項８記載の制御システム。
【請求項１３】
前記制御対象物が、供給される電流，電圧または電力に応じた減衰量で入力光を減衰させて出力するＭＥＭＳ技術を応用した可変光減衰器である、ことを特徴とする請求項８記載の制御システム。
【請求項１４】
前記制御量の現在値をモニタするモニタ手段を更に備え、
前記制御装置に含まれる前記算出手段が、前記制御量の目標値と前記モニタ手段によるモニタ結果とに基づいて前記中間量を求める、
ことを特徴とする請求項８記載の制御システム。
【請求項１５】
入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する制御対象物を制御する方法であって、
前記制御量の目標値に基づいて制御アルゴリズムにより中間量を求める算出ステップと、
前記算出ステップにおいて求められた前記中間量を前記制御対象物の非線形特性に基づいて前記入力量に変換する変換ステップと、
前記変換ステップにおいて得られた前記入力量を前記制御対象物へ入力させる制御ステップと、
を備えることを特徴とする制御方法。
【請求項１６】
前記変換ステップにおいて、前記入力量と前記制御量との間の関係を表す関数式を用いて前記中間量を前記入力量に変換する、ことを特徴とする請求項１５記載の制御方法。
【請求項１７】
前記変換ステップにおいて、前記入力量と前記制御量との間の関係を表すテーブルを用いて前記中間量を前記入力量に変換する、ことを特徴とする請求項１５記載の制御方法。
【請求項１８】
前記算出ステップにおいて、フィードフォワード制御アルゴリズムにより前記中間量を求める、ことを特徴とする請求項１５記載の制御方法。
【請求項１９】
前記算出ステップにおいて、フィードバック制御アルゴリズムにより前記中間量を求める、ことを特徴とする請求項１５記載の制御方法。
【請求項２０】
前記算出ステップにおいて、ＰＩＤ制御アルゴリズムにより前記中間量を求める、ことを特徴とする請求項１５記載の制御方法。
【請求項２１】
前記算出ステップにおいて、フィードフォワード制御アルゴリズムおよびフィードバック制御アルゴリズムを併用して前記中間量を求める、ことを特徴とする請求項１５記載の制御方法。
【請求項２２】
前記制御対象物が、供給される励起光の強度に応じた利得で入力光を光増幅して出力する光増幅器であり、
前記入力量が、前記光増幅器に供給される励起光の強度、または、該励起光の強度を設定するための電流値，電圧値もしくは電力値であり、
前記制御量が、前記光増幅器における光増幅の利得または出力光の強度である、
ことを特徴とする請求項１５記載の制御方法。
【請求項２３】
前記制御対象物が、供給される駆動電流，電圧値または電力の値に応じた強度のレーザ光を出力するレーザダイオードであり、
前記入力量が、前記レーザダイオードに供給される駆動電流，電圧値または電力の値であり、
前記制御量が、前記レーザダイオードから出力されるレーザ光の強度である、
ことを特徴とする請求項１５記載の制御方法。
【請求項２４】
前記制御対象物が、入力される電圧値，電流値，電力値，温度またはパルス数に応じた減衰量で入力光を減衰させて出力する可変光減衰器であり、
前記入力量が、前記可変光減衰器に入力される電圧値，電流値，電力値，温度またはパルス数であり、
前記制御量が、前記可変光減衰器における減衰量である、
ことを特徴とする請求項１５記載の制御方法。
【請求項２５】
前記制御対象物が、供給される電流，電圧または電力に応じた動作で光学特性を変化させるＭＥＭＳ技術を応用した光部品である、ことを特徴とする請求項１５記載の制御方法。
【請求項２６】
前記制御対象物が、供給される電流，電圧または電力に応じた減衰量で入力光を減衰させて出力するＭＥＭＳ技術を応用した可変光減衰器である、ことを特徴とする請求項１５記載の制御方法。
【請求項２７】
前記制御量の現在値をモニタするモニタステップを更に備え、
前記算出ステップにおいて、前記制御量の目標値と前記モニタステップにおけるモニタ結果とに基づいて前記中間量を求める、
ことを特徴とする請求項１５記載の制御方法。
【請求項２８】
請求項１５〜２７の何れか１項に記載の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項２９】
請求項２８記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する制御対象物を制御する装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システム等において用いられる光部品として、光増幅器、レーザダイオードおよび可変光減衰器などが挙げられる。これらの光部品では、一般に、入力量と制御量との間の関係は、比例関係では無く、非線形な特性を有している。例えば、入力される電圧値，電流値，電力値，温度またはパルス数に応じた減衰量で入力光を減衰させて出力する可変光減衰器では、入力量（入力電圧値）と制御量（減衰量）との間の関係は非線形特性を有している。
【０００３】
一般に、制御対象物は、フィードフォワード制御手法（図２５，図２６）やフィードバック制御手法（図２７，図２８）により制御され、また、フィードバック制御手法のうちでもＰＩＤ制御手法（図２９）により制御される。図２５および図２６それぞれは、フィードフォワード制御のブロック図である。図２７および図２８それぞれは、フィードバック制御のブロック図である。また、図２９は、ＰＩＤ制御のブロック図である。
【０００４】
しかし、入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する制御対象物を制御する場合に、従来のフィードフォワード制御手法やフィードバック制御手法を用いて制御すると、制御対象物の制御量の現在値と目標値との偏差に比例して制御対象物の入力量を変化させることから、制御量の目標値または現在値が属する範囲によっては、応答特性が悪くなって収束が遅くなったり発散して不安定になったりする等の問題が生じる。
【０００５】
このような問題を解決することを意図する発明が特許文献１に開示されている。図３０は、特許文献１に開示されたフィードフォワード制御のブロック図である。図３１は、特許文献１に開示されたフィードバック制御のブロック図である。この特許文献１に開示された発明は、入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する制御対象物（ハードディスク装置の磁気ヘッドの位置）を制御する装置および方法に関するものであって、制御対象物の制御量の現在値と目標値との偏差と入力量との関係を予め測定してテーブルに記憶しておき、偏差に基づいてテーブルを参照することで入力量を決定する。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２８８９５５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１に開示された発明は、制御対象物の動作が安定した状態にあるときに、制御量の現在値と目標値との偏差を求めて、この偏差に基づいてテーブルを参照して入力量を決定する。このことから、始動時に大きな入力量を設定する一方で安定状態が近づくに従って入力量を小さくしていくというような収束時間を速めるようなフィードフォワード制御またはフィードバック制御をすることができない。したがって、制御対象物が安定状態に達するまでの収束時間は、制御対象物に入力量をステップ入力させる場合と同様に長い。
【０００８】
また、制御量の現在値と目標値との偏差に基づいてテーブルを参照して入力量を決定し該入力量を制御対象物に入力させた後に、制御量の現在値と目標値との偏差が生じた場合に、入力量を変更する必要がある。しかし、上記の特許文献１に開示された発明は、制御対象物が安定状態に達した後に入力量を変更する必要があり、制御対象物が安定状態に達する前に入力量を変更することができない。図３２は、特許文献１に開示されたフィードバック制御を採用した場合の応答特性図である。図３３は、特許文献１に開示されたフィードバック制御を採用した場合のフローチャートである。このことから、制御対象物の制御量の現在値と目標値との偏差が無くなるまでの時間は長い。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する制御対象物を安定かつ高速に制御することができる装置および方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る制御装置は、入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する制御対象物を制御する装置であって、制御量の目標値および現在値に基づいて制御アルゴリズムにより中間量を求める算出手段と、算出手段により求められた中間量を制御対象物の非線形特性に基づいて入力量に変換する変換手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る制御方法は、入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する制御対象物を制御する方法であって、制御量の目標値および現在値に基づいて制御アルゴリズムにより中間量を求める算出ステップと、算出ステップにおいて求められた中間量を制御対象物の非線形特性に基づいて入力量に変換する変換ステップと、変換ステップにおいて得られた入力量を制御対象物へ入力させる制御ステップと、を備えることを特徴とする。
【００１２】
この制御装置（制御方法）では、制御量の目標値および現在値に基づいて制御アルゴリズムにより中間量が求められ、この求められた中間量が制御対象物の非線形特性に基づいて入力量に変換され、この変換により得られた入力量が制御対象物へ入力される。これにより、安定かつ高速に制御することができる。
【００１３】
本発明に係る制御装置（または制御方法）では、変換手段（変換ステップ）により、入力量と制御量との間の関係を表す関数式を用いて中間量を入力量に変換するのが好適であり、或いは、入力量と制御量との間の関係を表すテーブルを用いて中間量を入力量に変換するのが好適である。この関係式またはテーブルを用いて中間量から入力量へ変換するに際しては、その中間量の値に相当する値の制御量を関係式またはテーブルに入力して、その入力した制御量に対応する入力量を関係式またはテーブルから得る。
【００１４】
本発明に係る制御装置（または制御方法）では、算出手段（算出ステップ）により、フィードフォワード制御アルゴリズムにより中間量を求めるのが好適であり、フィードバック制御アルゴリズムにより中間量を求めるのが好適であり、或いは、後者のうちでもＰＩＤ制御アルゴリズムにより中間量を求めるのが好適である。また、フィードフォワード制御アルゴリズムおよびフィードバック制御アルゴリズムを併用して中間量を求めるのも好適である。制御量の目標値に基づいて中間量を求めるための制御アルゴリズムは、任意のものが用いられ得る。
【００１５】
本発明に係る制御システムは、入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する制御対象物と、この制御対象物を制御する上記の本発明に係る制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る制御システム（または制御方法）では、制御対象物が、供給される励起光の強度に応じた利得で入力光を光増幅して出力する光増幅器であり、入力量が、光増幅器に供給される励起光、または、該励起光の強度を設定するための電流値，電圧値もしくは電力値の強度であり、制御量が、光増幅器における光増幅の利得または出力光の強度であるのが好適である。或いは、制御対象物が、供給される駆動電流，電圧値または電力の値に応じた強度のレーザ光を出力するレーザダイオードであり、入力量が、レーザダイオードに供給される駆動電流，電圧値または電力の値であり、制御量が、レーザダイオードから出力されるレーザ光の強度であるのが好適である。或いは、制御対象物が、入力される電圧値，電流値，電力値，温度またはパルス数に応じた減衰量で入力光を減衰させて出力する可変光減衰器であり、入力量が、可変光減衰器に入力される電圧値，電流値，電力値，温度またはパルス数であり、制御量が、可変光減衰器における減衰量であるのが好適である。
【００１７】
制御対象物が、供給される電流，電圧または電力に応じた動作で光学特性を変化させるＭＥＭＳ技術を応用した光部品であるのが好適である。また、制御対象物が、供給される電流，電圧または電力に応じた減衰量で入力光を減衰させて出力するＭＥＭＳ技術を応用した可変光減衰器であるのが好適である。制御対象物としては、光増幅器、レーザダイオードおよび可変光減衰域だけでなく、一般に非線形特性を有する光部品が用いられる。
【００１８】
本発明に係る制御システムは、制御量の現在値をモニタするモニタ手段を更に備え、制御装置に含まれる算出手段が、制御量の目標値とモニタ手段によるモニタ結果とに基づいて中間量を求めるのが好適である。また、本発明に係る制御方法は、制御量の現在値をモニタするモニタステップを更に備え、算出ステップにおいて、制御量の目標値とモニタステップにおけるモニタ結果とに基づいて中間量を求めるのが好適である。これらの場合には、フィードバック制御する場合に好適である。
【００１９】
本発明に係るプログラムは、上記の本発明に係る制御方法をコンピュータ（ＣＰＵ，ＤＳＰ，ＦＰＧＡ，ＡＳＩＣ，などの論理回路を含む）に実行させるためのである。また、本発明に係る記録媒体は、上記の本発明に係るプログラムを記録したコンピュータ（ＣＰＵ，ＤＳＰ，ＦＰＧＡ，ＡＳＩＣ，などの論理回路を含む）読み取り可能なものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
先ず、本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態は、入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する制御対象物をフィードフォワード制御するものである。
【００２２】
図１は、第１実施形態に係る制御システム１０の構成図である。制御システム１０は、制御対象物１１、演算部１２および記憶部１３を備える。制御対象物１１は、入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有するものであり、例えば、光増幅器、レーザダイオードおよび可変光減衰器などの光部品である。光増幅器は、供給される励起光の強度に応じた利得で入力光を光増幅して出力するものであり、入力量が励起光強度であり、制御量が光増幅の利得または出力光の強度である。レーザダイオードは、供給される駆動電流の値に応じた強度のレーザ光を出力するものであり、入力量が駆動電流の値であり、制御量が出力レーザ光の強度である。可変光減衰器は、入力される電圧値に応じた減衰量で入力光を減衰させて出力するものであり、入力量が入力電圧値であり、制御量が減衰量である。
【００２３】
演算部１２および記憶部１３は、制御対象物１１を制御する制御装置を構成している。演算部１２は、例えばコンピュータ（ＣＰＵ，ＤＳＰ，ＦＰＧＡ，ＡＳＩＣ，などの論理回路をも含む）であり、制御対象物１１の制御量の目標値に基づいてフィードフォワード制御アルゴリズムにより中間量を求める算出手段と、その求めた中間量を制御対象物１１の非線形特性に基づいて入力量に変換する変換手段とを有していて、その変換して得た入力量を制御対象物１１へ入力させる。記憶部１３は、制御対象物１１の入力量と制御量との間の関係を表す関数式またはテーブルを記憶している。入力量と制御量との間の関係は、制御対象物１１が安定状態にあるときに予め測定され求められたものである。演算部１２は、記憶部１３により記憶されている関数式またはテーブルを用いて中間量を入力量に変換する。
【００２４】
図２は、第１実施形態に係る制御方法のフローチャートである。制御対象物１１の制御量の目標値が設定されると、制御量の現在値と目標値との偏差が算出され、その偏差に基づいて中間量がフィードフォワード制御アルゴリズムにより求められる（算出ステップ）。そして、この求められた中間量が制御対象物１１の非線形特性に基づいて入力量に変換され（変換ステップ）、その変換されて得られた入力量が制御対象物１１へ入力される。変換ステップでは、記憶部１３により記憶されている関数式またはテーブルが用いられて演算部１２により中間量が入力量に変換される。
【００２５】
図３は、第１実施形態に係る制御方法のブロック図である。この図は、中間量ｙ’を直接にフィードフォワード制御アルゴリズムにより求めるものである。これは、入力量が値０となった場合に制御量が現在値を維持する非可逆性を有する制御対象物１１を制御する場合に好適である。制御対象物１１の制御量の目標値ｒと現在値ｙとの偏差（ｒ−ｙ）が算出され、その偏差に基づいて中間量ｙ’が直接にフィードフォワード制御アルゴリズムにより求められる。そして、この求められた中間量ｙ’が関数式またはテーブルにより入力量ｘに変換され、その変換されて得られた入力量ｘが制御対象物１１へ入力される。
【００２６】
図４も、第１実施形態に係る制御方法のブロック図である。この図は、中間量ｙ’を調整する調整値Δｙ’を先ずフィードフォワード制御アルゴリズムにより求めて、その後に中間量ｙ’を調整するものである。これは、入力量が値０となった場合に制御量が元の値に戻る可逆性を有する制御対象物１１を制御する場合に好適である。制御対象物１１の制御量の目標値ｒと現在値ｙとの偏差（ｒ−ｙ）が算出され、その偏差に基づいて調整値Δｙ’がフィードフォワード制御アルゴリズムにより求められ、その後に、従前の中間量ｙ’に調整値Δｙ’が累積加算されて新たな中間量ｙ’が求められる。そして、この求められた中間量ｙ’が関数式またはテーブルにより入力量ｘに変換され、その変換されて得られた入力量ｘが制御対象物１１へ入力される。
【００２７】
第１実施形態に係る制御方法を演算部１２に実行させるプログラムは、記憶部１２に記憶されており、或いは、コンピュータ（ＣＰＵ，ＤＳＰ，ＦＰＧＡ，ＡＳＩＣ，などの論理回路を含む）により読み取り可能な他の記録媒体（例えば、磁気ディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカードなど）に記録されている。
【００２８】
第１実施形態に係る制御装置、制御システムおよび制御方法は、制御対象物の制御量の目標値に基づいてフィードフォワード制御アルゴリズムにより中間量を求め、その求めた中間量を制御対象物の非線形特性に基づいて入力量に変換し、その変換して得た入力量を制御対象物へ入力させるので、入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する制御対象物を安定かつ高速に制御することができる。
【００２９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する制御対象物をフィードバック制御するものである。
【００３０】
図５は、第２実施形態に係る制御システム２０の構成図である。制御システム２０は、制御対象物２１、演算部２２、記憶部２３およびモニタ部３４を備える。制御対象物２１は、入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有するものであり、例えば、光増幅器、レーザダイオードおよび可変光減衰器などの光部品である。モニタ部２４は、制御対象物２１の制御量の現在値をモニタする。
【００３１】
演算部２２および記憶部２３は、制御対象物２１を制御する制御装置を構成している。演算部２２は、例えばコンピュータ（ＣＰＵ，ＤＳＰ，ＦＰＧＡ，ＡＳＩＣ，などの論理回路を含む）であり、制御対象物２１の制御量の目標値に基づいてフィードバック制御アルゴリズムにより中間量を求める算出手段と、その求めた中間量を制御対象物２１の非線形特性に基づいて入力量に変換する変換手段とを有していて、その変換して得た入力量を制御対象物２１へ入力させる。記憶部２３は、制御対象物２１の入力量と制御量との間の関係を表す関数式またはテーブルを記憶している。入力量と制御量との間の関係は、制御対象物２１が安定状態にあるときに予め測定され求められたものである。演算部２２は、制御対象物２１の制御量の目標値とモニタ部２４によるモニタ結果とに基づいて中間量を求め、記憶部２３により記憶されている関数式またはテーブルを用いて中間量を入力量に変換する。
【００３２】
図６は、第２実施形態に係る制御方法のフローチャートである。制御対象物２１の制御量の目標値が設定されると、制御量の現在値がモニタされ、制御量の現在値と目標値との偏差が算出され、その偏差に基づいて中間量がフィードバック制御アルゴリズムにより求められる（算出ステップ）。そして、この求められた中間量が制御対象物２１の非線形特性に基づいて入力量に変換され（変換ステップ）、その変換されて得られた入力量が制御対象物２１へ入力される。変換ステップでは、記憶部２３により記憶されている関数式またはテーブルが用いられて演算部２２により中間量から入力量に変換される。制御量の現在値のモニタ、偏差の算出、フィードバック制御アルゴリズムによる中間量の算出、中間量から入力量への変換、および、制御対象物２１への入力量の入力は、偏差が許容値以下になるまで繰り返し行なわれる。
【００３３】
図７は、第２実施形態に係る制御方法のブロック図である。この図は、中間量ｙ’を直接にフィードバック制御アルゴリズムにより求めるものである。これは、入力量が値０となった場合に制御量が現在値を維持する非可逆性を有する制御対象物２１を制御する場合に好適である。制御対象物２１の制御量の目標値ｒとモニタされた現在値ｙとの偏差（ｒ−ｙ）が算出され、その偏差に基づいて中間量ｙ’が直接にフィードバック制御アルゴリズムにより求められる。そして、この求められた中間量ｙ’が関数式またはテーブルにより入力量ｘに変換され、その変換されて得られた入力量ｘが制御対象物２１へ入力される。
【００３４】
図８も、第２実施形態に係る制御方法のブロック図である。この図は、中間量ｙ’を調整する調整値Δｙ’を先ずフィードバック制御アルゴリズムにより求めて、その後に中間量ｙ’を調整するものである。これは、入力量が値０となった場合に制御量が元の値に戻る可逆性を有する制御対象物２１を制御する場合に好適である。制御対象物２１の制御量の目標値ｒとモニタされた現在値ｙとの偏差（ｒ−ｙ）が算出され、その偏差に基づいて調整値Δｙ’がフィードバック制御アルゴリズムにより求められ、その後に、従前の中間量ｙ’に調整値Δｙ’が累積加算されて新たな中間量ｙ’が求められる。そして、この求められた中間量ｙ’が関数式またはテーブルにより入力量ｘに変換され、その変換されて得られた入力量ｘが制御対象物２１へ入力される。
【００３５】
第２実施形態に係る制御方法を演算部２２に実行させるプログラムは、記憶部２２に記憶されており、或いは、コンピュータ（ＣＰＵ，ＤＳＰ，ＦＰＧＡ，ＡＳＩＣ，などの論理回路を含む）により読み取り可能な他の記録媒体（例えば、磁気ディスク、磁気テープ、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカードなど）に記録されている。
【００３６】
第２実施形態に係る制御装置、制御システムおよび制御方法は、制御対象物の制御量の目標値に基づいてフィードバック制御アルゴリズムにより中間量を求め、その求めた中間量を制御対象物の非線形特性に基づいて入力量に変換し、その変換して得た入力量を制御対象物へ入力させるので、入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する制御対象物を安定かつ高速に制御することができる。
【００３７】
次に、本発明の実施例について比較例と対比して説明する。以下に説明する実施例１，２および比較例１，２それぞれは、制御対象物として可変光減衰器（ＶＯＡ：  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）を制御するものである。可変光減衰器は、入力される電圧値に応じた減衰量で入力光を減衰させて出力するものであり、入力量ｘが入力電圧値であり、制御量ｙが減衰量である。図９は、可変光減衰器の制御量（減衰量）と入力量（入力電圧値）との関係を示すグラフである。可変光減衰器の入力量ｘと制御量ｙとの関係は、この図に示されるように非線形特性を有しており、ｋを定数として「ｙ＝ｋｘ２」なる関数式で近似的に表されると仮定する。
【００３８】
実施例１および比較例１は、可変光減衰器をフィードフォワード制御するものである。図１０は、実施例１または比較例１の制御システム３０の構成図である。この制御システム３０は、制御対象物としての可変光減衰器３１、演算部としてのＣＰＵ３２、記憶部としてのメモリ３３、および、Ｄ／Ａ変換部３５を備える。ＣＰＵ３２、メモリ３３およびＤ／Ａ変換部３５は、可変光減衰器３１を制御する制御装置を構成している。ＣＰＵ３２は、可変光減衰器３１の制御量（減衰量）の目標値に基づいて可変光減衰器３１の入力量（入力電圧値）をフィードフォワード制御アルゴリズムにより求める。Ｄ／Ａ変換部３５は、ＣＰＵ３２が求めた入力値としてのデジタル値をアナログ値に変換し、そのアナログ値を可変光減衰器３１へ入力させる。
【００３９】
実施例１では、メモリ３３は、可変光減衰器３１の入力量（入力電圧値）と制御量（減衰量）との間の関係を表す関数式またはテーブルを記憶していて、ＣＰＵ３２は、メモリ３３により記憶されている関数式またはテーブルを用いて、中間量を可変光減衰器３１の非線形特性に基づいて入力量に変換する。そして、Ｄ／Ａ変換部３５は、ＣＰＵ３２が変換して求めた入力値としてのデジタル値をアナログ値に変換し、そのアナログ値を可変光減衰器３１へ入力させる。一方、比較例１では、ＣＰＵ３２は、上記のような変換を行なわない。
【００４０】
図１１は、比較例１の制御方法のフローチャートである。また、図１２は、比較例１の制御方法のブロック図である。可変光減衰器３１の目標減衰量ｒが設定されると、可変光減衰器３１の減衰量を該目標減衰量ｒに収束させることができる目標入力量ｘ２が求められ、該目標入力量ｘ２と初期入力量ｘ１との偏差（ｘ２−ｘ１）が求められる。ここで、偏差（ｘ２−ｘ１）および時刻ｔを入力変数とする関数Ｚ（ｔ）が用いられる。関数Ｚ（ｔ）は、目標減衰量ｒの設定時を基準時刻（ｔ＝０）として、期間「０＜ｔ＜Ｔ０」では「Ｚ（ｔ）＝Ｋｐ（ｘ２−ｘ１）」なる式で表され、期間「Ｔ０＜ｔ」では「Ｚ（ｔ）＝ｘ２−ｘ１」なる式で表される。そして、この関数Ｚ（ｔ）の値に初期入力量ｘ１が加算されて、その加算値が入力量ｘとされる。
【００４１】
すなわち、時刻ｔがＴ０前の期間（０＜ｔ＜Ｔ０）では、入力量ｘが「ｘ＝ｘ１＋Ｋｐ（ｘ２−ｘ１）」なる式で求められ、この求められた入力量ｘが可変光減衰器３１へ入力される。ただし、Ｋｐは値１より大きい定数である。このように、偏差（ｘ２−ｘ１）がＫｐ倍されて入力量ｘが求められることにより、収束時間の短縮が図られる。その後、時刻ｔがＴ０後の期間（Ｔ０＜ｔ）では、入力量ｘが「ｘ＝ｘ２」なる式で求められ、この求められた入力量ｘが可変光減衰器３１へ入力される。
【００４２】
図１３は、比較例１の制御方法による応答特性を示す図である。この図には、目標減衰量が０ｄＢから３ｄＢへ増加した場合、目標減衰量が９ｄＢから１２ｄＢへ増加した場合、および、目標減衰量が１５ｄＢから１８ｄＢへ増加した場合それぞれについて、目標減衰量を増加させた時刻からの経過時間を横軸とし、実際の減衰量ｙを縦軸として、応答特性が示されている。この図に示されるように、比較例１では、減衰量の大きさによらずに偏差（ｘ２−ｘ１）がＫｐ倍されるので、目標減衰量が０ｄＢから３ｄＢへ増加した場合、入力量ｘの変化が大きくなりすぎて、応答特性にオーバーシュートが現れる。このことから、比較例１では、収束時間が長く、不安定な制御となる。
【００４３】
図１４は、実施例１の制御方法のフローチャートである。また、図１５は、実施例１の制御方法のブロック図である。可変光減衰器３１の目標減衰量ｒが設定されると、その目標減衰量ｒと初期減衰量ｙ１との偏差（ｒ−ｙ１）が求められる。ここで、偏差（ｒ−ｙ１）および時刻ｔを入力変数とする関数Ｚ（ｔ）が用いられる。関数Ｚ（ｔ）は、目標減衰量ｒの設定時を基準時刻（ｔ＝０）として、期間「０＜ｔ＜Ｔ０」では「Ｚ（ｔ）＝Ｋｐ（ｒ−ｙ１）」なる式で表され、期間「Ｔ０＜ｔ」では「Ｚ（ｔ）＝ｒ−ｙ１」なる式で表される。そして、この関数Ｚ（ｔ）の値に初期減衰量ｙ１が加算されて、その加算値が中間量ｙ’とされる。さらに、可変光減衰器３１の入力量と制御量との間の関係を表す関数式またはテーブルが参照されて、中間量ｙ’が入力量ｘに変換される。
【００４４】
すなわち、時刻ｔがＴ０前の期間（０＜ｔ＜Ｔ０）では、中間量ｙ’が「ｙ’＝ｙ１＋Ｋｐ（ｒ−ｙ１）」なる式で求められ、この求められた中間量ｙ’が関数式またはテーブルにより入力量ｘに変換され、この入力量ｘが可変光減衰器３１へ入力される。ただし、Ｋｐは値１より大きい定数である。このように、偏差（ｒ−ｙ１）がＫｐ倍されて中間量ｙ’が求められることにより、収束時間の短縮が図られる。その後、時刻ｔがＴ０後の期間（Ｔ０＜ｔ）では、中間量ｙ’が「ｙ’＝ｒ」なる式で求められ、この求められた中間量ｙ’が関数式またはテーブルにより入力量ｘに変換され、この入力量ｘが可変光減衰器３１へ入力される。
【００４５】
図１６は、実施例１の制御方法による応答特性を示す図である。この図には、目標減衰量が０ｄＢから３ｄＢへ増加した場合、目標減衰量が９ｄＢから１２ｄＢへ増加した場合、および、目標減衰量が１５ｄＢから１８ｄＢへ増加した場合それぞれについて、目標減衰量を増加させた時刻からの経過時間を横軸とし、実際の減衰量ｙを縦軸として、応答特性が示されている。この図に示されるように、実施例１では、減衰量の大きさによらずに偏差（ｒ−ｙ１）がＫｐ倍されて中間量ｙ’が求められるものの、その中間量ｙ’が関数式またはテーブルにより入力量ｘに変換されて、この入力量ｘが可変光減衰器３１へ入力されるので、応答特性にオーバーシュートが現れない。このことから、実施例１では、収束時間が短く、安定した制御が可能である。
【００４６】
実施例２および比較例２は、可変光減衰器をフィードバック制御（特にＰＩＤ制御）するものである。図１７は、実施例２または比較例２の制御システム４０の構成図である。この制御システム４０は、制御対象物としての可変光減衰器４１、演算部としてのＣＰＵ４２、記憶部としてのメモリ４３、モニタ部としてのフォトダイオード４４ａおよびフォトダイオード４４ｂ、Ｄ／Ａ変換部４５、Ａ／Ｄ変換部４６ａならびにＡ／Ｄ変換部４６ｂを備える。ＣＰＵ４２、メモリ４３、Ｄ／Ａ変換部４５およびＡ／Ｄ変換部４６ａ，４６ｂは、可変光減衰器４１を制御する制御装置を構成している。
【００４７】
フォトダイオード４４ａは、可変光減衰器４１に入力する光の強度をモニタするものであり、その入力光強度に応じた値の電気信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部４６ａは、フォトダイオード４４ａから出力される電気信号としてのアナログ値をデジタル値に変換し、そのデジタル値をＣＰＵ４２へ入力させる。フォトダイオード４４ｂは、可変光減衰器４１から出力される光の強度をモニタするものであり、その出力光強度に応じた値の電気信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部４６ｂは、フォトダイオード４４ｂから出力される電気信号としてのアナログ値をデジタル値に変換し、そのデジタル値をＣＰＵ４２へ入力させる。
【００４８】
ＣＰＵ４２は、フォトダイオード４４ａ，４４ｂそれぞれから出力されるデジタル値を入力して、これらの入力したデジタル値に基づいて可変光減衰器４１の減衰量の現在値を求める。さらに、ＣＰＵ４２は、可変光減衰器４１の制御量（減衰量）の目標値および現在値に基づいて可変光減衰器４１の入力量（入力電圧値）をフィードバック制御アルゴリズムにより求める。Ｄ／Ａ変換部４５は、ＣＰＵ４２が求めた入力値としてのデジタル値をアナログ値に変換し、そのアナログ値を可変光減衰器４１へ入力させる。
【００４９】
実施例２では、メモリ４３は、可変光減衰器４１の入力量（入力電圧値）と制御量（減衰量）との間の関係を表す関数式またはテーブルを記憶していて、ＣＰＵ４２は、メモリ４３により記憶されている関数式またはテーブルを用いて、中間量を可変光減衰器４１の非線形特性に基づいて入力量に変換する。そして、Ｄ／Ａ変換部４５は、ＣＰＵ４２が変換して求めた入力値としてのデジタル値をアナログ値に変換し、そのアナログ値を可変光減衰器４１へ入力させる。一方、比較例２では、ＣＰＵ４２は、上記のような変換を行なわない。
【００５０】
図１８は、比較例２の制御方法のフローチャートである。また、図１９は、比較例２の制御方法のブロック図である。可変光減衰器４１の目標減衰量ｒが設定されると、目標減衰量ｒと現在の減衰量ｙとの偏差（ｒ−ｙ）が求められ、その偏差に基づいて入力量ｘを調整する調整値ΔｘがＰＩＤ制御アルゴリズムにより求められる。ここで、調整値Δｘは
【数１】
2004355113.tif 000003
なる式により算出される。Ｋｐ，ＫｉおよびＫｄそれぞれは定数である。
【００５１】
そして、従前の入力量ｘに調整値Δｘが累積加算されて新たな入力量ｘが求められ、この求められた入力量ｘが可変光減衰器４１へ入力される。現在の減衰量ｙのモニタ、偏差（ｒ−ｙ）の算出、ＰＩＤ制御アルゴリズムによる入力量ｘの算出、および、可変光減衰器４１への入力量ｘの入力は、偏差が許容値以下になるまで繰り返し行なわれる。
【００５２】
図２０は、比較例２の制御方法による応答特性を示す図である。この図には、目標減衰量が６ｄＢから９ｄＢへ増加した場合、目標減衰量が１２ｄＢから１５ｄＢへ増加した場合、および、目標減衰量が１８ｄＢから２１ｄＢへ増加した場合それぞれについて、目標減衰量を増加させた時刻からの経過時間を横軸とし、実際の減衰量ｙを縦軸として、応答特性が示されている。なお、定数Ｋｐ，ＫｉおよびＫｄそれぞれの値は、目標減衰量が１２ｄＢから１５ｄＢへ増加する場合に最適な制御が行なわれるように設定された。この図に示されるように、比較例２では、目標減衰量が大きい場合には、小さな入力量変化で減衰量が大きく変化するので発散し易く、一方、目標減衰量が小さい場合には、入力量変化に対して減衰量変化が小さいので、収束時間が長く、不安定な制御となる。
【００５３】
図２１は、実施例２の制御方法のフローチャートである。また、図２２は、実施例２の制御方法のブロック図である。可変光減衰器４１の目標減衰量ｒが設定されると、目標減衰量ｒと現在の減衰量ｙとの偏差（ｒ−ｙ）が求められ、その偏差に基づいて中間量ｙ’を調整する調整値Δｙ’がＰＩＤ制御アルゴリズムにより求められる。ここで、調整値Δｙ’は
【数２】
2004355113.tif 000004
なる式により算出される。Ｋｐ，ＫｉおよびＫｄそれぞれは定数である。
【００５４】
そして、従前の中間量ｙ’に調整値Δｙ’が累積加算されて新たな中間量ｙ’が求められ、この求められた中間量ｙ’が関数式またはテーブルにより入力量ｘに変換され、その変換されて得られた入力量ｘが可変光減衰器４１へ入力される。現在の減衰量ｙのモニタ、偏差（ｒ−ｙ）の算出、ＰＩＤ制御アルゴリズムによる中間量ｙ’の算出、中間量ｙ’から入力量への変換ｘ、および、可変光減衰器４１への入力量ｘの入力は、偏差が許容値以下になるまで繰り返し行なわれる。
【００５５】
図２３は、実施例２の制御方法による応答特性を示す図である。この図には、目標減衰量が６ｄＢから９ｄＢへ増加した場合、目標減衰量が１２ｄＢから１５ｄＢへ増加した場合、および、目標減衰量が１８ｄＢから２１ｄＢへ増加した場合それぞれについて、目標減衰量を増加させた時刻からの経過時間を横軸とし、実際の減衰量ｙを縦軸として、応答特性が示されている。なお、定数Ｋｐ，ＫｉおよびＫｄそれぞれの値は、目標減衰量が１２ｄＢから１５ｄＢへ増加する場合に最適な制御が行なわれるように設定された。この図に示されるように、実施例２では、全ての場合で安定かつ高速な制御が可能である。
【００５６】
図２４は、実施例１および実施例２それぞれにおいて中間量から入力量への変換の際に用いられるテーブルを示す図である。この図は、図９に示された可変光減衰器の制御量（減衰量）と入力量（入力電圧値）との関係を示すグラフから得られるものである。中間量から入力量へ変換するに際しては、テーブルにおいて、その中間量の値に相当する値の減衰量に対応する入力電圧値を求める。例えば、実施例２のフィードバック制御において、従前の中間量ｙ’が１であって調整値Δｙ’が２であれば、新たな中間量ｙ’が３であるから、テーブルから減衰量３ｄＢに対応する入力電圧値２８．２Ｖを求め、この入力電圧値２８．２Ｖを可変光減衰器４１へ入力させる。また、可変光減衰器の入力量ｘと制御量ｙとの関係が「ｙ＝ｋｘ２」なる関係式で表される場合には、中間量ｙ’と入力量ｘとの間の関係式として「ｘ＝ｙ’１／２／ｋ」を用意しておいて、この式を用いて中間量ｙ’から入力量ｘへ変換すればよい。
【００５７】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、フィードフォワード制御アルゴリズムおよびフィードバック制御アルゴリズムを併用してもよく、所期の段階では上記のフィードフォワード制御アルゴリズムを採用し、その後に上記のフィードバック制御アルゴリズムを採用してもよい。また、上記の実施例１，２では可変光減衰器を制御対象物としたが、入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する他の制御対象物を制御する場合、例えば光増幅器やレーザダイオードを制御対象物とした場合にも、本発明の制御方式の適用が可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、入力量と制御量との間の関係が非線形特性を有する制御対象物を安定かつ高速に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る制御システム１０の構成図である。
【図２】第１実施形態に係る制御方法のフローチャートである。
【図３】第１実施形態に係る制御方法のブロック図である。
【図４】第１実施形態に係る制御方法のブロック図である。
【図５】第２実施形態に係る制御システム２０の構成図である。
【図６】第２実施形態に係る制御方法のフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係る制御方法のブロック図である。
【図８】第２実施形態に係る制御方法のブロック図である。
【図９】可変光減衰器の制御量（減衰量）と入力量（入力電圧値）との関係を示すグラフである。
【図１０】実施例１または比較例１の制御システム３０の構成図である。
【図１１】比較例１の制御方法のフローチャートである。
【図１２】比較例１の制御方法のブロック図である。
【図１３】比較例１の制御方法による応答特性を示す図である。
【図１４】実施例１の制御方法のフローチャートである。
【図１５】実施例１の制御方法のブロック図である。
【図１６】実施例１の制御方法による応答特性を示す図である。
【図１７】実施例２または比較例２の制御システム４０の構成図である。
【図１８】比較例２の制御方法のフローチャートである。
【図１９】比較例２の制御方法のブロック図である。
【図２０】比較例２の制御方法による応答特性を示す図である。
【図２１】実施例２の制御方法のフローチャートである。
【図２２】実施例２の制御方法のブロック図である。
【図２３】実施例２の制御方法による応答特性を示す図である。
【図２４】実施例１および実施例２それぞれにおいて中間量から入力量への変換の際に用いられるテーブルを示す図である。
【図２５】従来のフィードフォワード制御のブロック図である。
【図２６】従来のフィードフォワード制御のブロック図である。
【図２７】従来のフィードバック制御のブロック図である。
【図２８】従来のフィードバック制御のブロック図である。
【図２９】従来のＰＩＤ制御のブロック図である。
【図３０】従来のフィードフォワード制御のブロック図である。
【図３１】従来のフィードバック制御のブロック図である。
【図３２】従来のフィードバック制御の応答特性図である。
【図３３】従来のフィードバック制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１０…制御システム、１１…制御対象物、１２…演算部、１３…記憶部、２０…制御システム、２１…制御対象物、２２…演算部、２３…記憶部、２４…モニタ部、３０…制御システム、３１…可変光減衰器、３２…ＣＰＵ、３３…メモリ、３５…Ｄ／Ａ変換部、４０…制御システム、４１…可変光減衰器、４２…ＣＰＵ、４３…メモリ、４４ａ，４４ｂ…フォトダイオード、４５…Ｄ／Ａ変換部、４６ａ，４６ｂ…Ａ／Ｄ変換部。
【図１】
2004355113.tif 000005
【図２】
2004355113.tif 000006
【図３】
2004355113.tif 000007
【図４】
2004355113.tif 000008
【図５】
2004355113.tif 000009
【図６】
2004355113.tif 000010
【図７】
2004355113.tif 000011
【図８】
2004355113.tif 000012
【図９】
2004355113.tif 000013
【図１０】
2004355113.tif 000014
【図１１】
2004355113.tif 000015
【図１２】
2004355113.tif 000016
【図１３】
2004355113.tif 000017
【図１４】
2004355113.tif 000018
【図１５】
2004355113.tif 000019
【図１６】
2004355113.tif 000020
【図１７】
2004355113.tif 000021
【図１８】
2004355113.tif 000022
【図１９】
2004355113.tif 000023
【図２０】
2004355113.tif 000024
【図２１】
2004355113.tif 000025
【図２２】
2004355113.tif 000026
【図２３】
2004355113.tif 000027
【図２４】
2004355113.tif 000028
【図２５】
2004355113.tif 000029
【図２６】
2004355113.tif 000030
【図２７】
2004355113.tif 000031
【図２８】
2004355113.tif 000032
【図２９】
2004355113.tif 000033
【図３０】
2004355113.tif 000034
【図３１】
2004355113.tif 000035
【図３２】
2004355113.tif 000036
【図３３】
2004355113.tif 000037