(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御量と目標値を入力として制御演算により制御演算出力値を制御周期毎に算出する制御演算手段と、
この制御演算手段で算出された制御演算出力値が所定の閾値Ａ以上になったときに、前記制御演算出力値を所定の操作端出力上限値に補正する制御演算出力補正手段と、
この制御演算出力補正手段で補正された制御演算出力値を所定の操作端出力下限値以上の値、かつ、前記操作端出力上限値以下の値に制限した値を操作端出力として制御対象に出力する操作端出力上下限リミット処理手段とを備え、
前記閾値Ａは、目標値変更後の制御整定時に前記制御演算手段で算出される制御演算出力値と外乱印加後の制御整定時に前記制御演算手段で算出される制御演算出力値のうちの大きい方よりも大きく、前記操作端出力上限値より小さい値であることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
制御量と目標値を入力として制御演算により制御演算出力値を制御周期毎に算出する制御演算手段と、
この制御演算手段で算出された制御演算出力値が所定の閾値Ａ以上になったときに、前記制御演算出力値を所定の操作端出力上限値に補正する制御演算出力補正手段と、
この制御演算出力補正手段で補正された制御演算出力値を所定の操作端出力下限値以上の値、かつ、前記操作端出力上限値以下の値に制限した値を操作端出力として制御対象に出力する操作端出力上下限リミット処理手段と、
目標値変更または外乱印加に対応する事象に応じて、閾値Ａを目標値変更用の閾値Ａに切り替えるべきタイミングと、閾値Ａを外乱印加用の閾値Ａに切り替えるべきタイミングとを検出するタイミング検出手段とを備え、
前記閾値Ａは、目標値変更用と外乱印加用に個別に設定され、
前記制御演算出力補正手段は、前記タイミング検出手段が目標値変更用の閾値Ａに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ａを目標値変更用の閾値Ａに切り替え、外乱印加用の閾値Ａに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ａを外乱印加用の閾値Ａに切り替えるものであり、
目標値変更用の閾値Ａは、目標値変更後の制御整定時に前記制御演算手段で算出される制御演算出力値より大きく、前記操作端出力上限値より小さい値であり、
外乱印加用の閾値Ａは、外乱印加後の制御整定時に前記制御演算手段で算出される制御演算出力値より大きく、前記操作端出力上限値より小さい値であることを特徴とする制御装置。
【請求項３】
制御量と目標値を入力として制御演算により制御演算出力値を制御周期毎に算出する制御演算手段と、
この制御演算手段で算出された制御演算出力値が所定の閾値Ｂ以下になったときに、前記制御演算出力値を所定の操作端出力下限値に補正する制御演算出力補正手段と、
この制御演算出力補正手段で補正された制御演算出力値を前記操作端出力下限値以上の値、かつ、所定の操作端出力上限値以下の値に制限した値を操作端出力として制御対象に出力する操作端出力上下限リミット処理手段とを備え、
前記閾値Ｂは、前記操作端出力下限値より大きく、目標値変更後の制御整定時に前記制御演算手段で算出される制御演算出力値と外乱印加後の制御整定時に前記制御演算手段で算出される制御演算出力値のうちの小さい方よりも小さい値であることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
制御量と目標値を入力として制御演算により制御演算出力値を制御周期毎に算出する制御演算手段と、
この制御演算手段で算出された制御演算出力値が所定の閾値Ｂ以下になったときに、前記制御演算出力値を所定の操作端出力下限値に補正する制御演算出力補正手段と、
この制御演算出力補正手段で補正された制御演算出力値を前記操作端出力下限値以上の値、かつ、所定の操作端出力上限値以下の値に制限した値を操作端出力として制御対象に出力する操作端出力上下限リミット処理手段と、
目標値変更または外乱印加に対応する事象に応じて、閾値Ｂを目標値変更用の閾値Ｂに切り替えるべきタイミングと、閾値Ｂを外乱印加用の閾値Ｂに切り替えるべきタイミングとを検出するタイミング検出手段とを備え、
前記閾値Ｂは、目標値変更用と外乱印加用に個別に設定され、
前記制御演算出力補正手段は、前記タイミング検出手段が目標値変更用の閾値Ｂに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ｂを目標値変更用の閾値Ｂに切り替え、外乱印加用の閾値Ｂに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ｂを外乱印加用の閾値Ｂに切り替えるものであり、
目標値変更用の閾値Ｂは、前記操作端出力下限値より大きく、目標値変更後の制御整定時に前記制御演算手段で算出される制御演算出力値より小さい値であり、
外乱印加用の閾値Ｂは、前記操作端出力下限値より大きく、外乱印加後の制御整定時に前記制御演算手段で算出される制御演算出力値より小さい値であることを特徴とする制御装置。
【請求項５】
制御量と目標値を入力として制御演算により制御演算出力値を制御周期毎に算出する制御演算ステップと、
この制御演算ステップで算出した制御演算出力値が所定の閾値Ａ以上になったときに、前記制御演算出力値を所定の操作端出力上限値に補正する制御演算出力補正ステップと、
この制御演算出力補正ステップで補正した制御演算出力値を所定の操作端出力下限値以上の値、かつ、前記操作端出力上限値以下の値に制限した値を操作端出力として制御対象に出力する操作端出力上下限リミット処理ステップとを含み、
前記閾値Ａは、目標値変更後の制御整定時に前記制御演算ステップで算出される制御演算出力値と外乱印加後の制御整定時に前記制御演算ステップで算出される制御演算出力値のうちの大きい方よりも大きく、前記操作端出力上限値より小さい値であることを特徴とする制御方法。
【請求項６】
制御量と目標値を入力として制御演算により制御演算出力値を制御周期毎に算出する制御演算ステップと、
この制御演算ステップで算出した制御演算出力値が所定の閾値Ａ以上になったときに、前記制御演算出力値を所定の操作端出力上限値に補正する制御演算出力補正ステップと、
この制御演算出力補正ステップで補正した制御演算出力値を所定の操作端出力下限値以上の値、かつ、前記操作端出力上限値以下の値に制限した値を操作端出力として制御対象に出力する操作端出力上下限リミット処理ステップと、
目標値変更または外乱印加に対応する事象に応じて、閾値Ａを目標値変更用の閾値Ａに切り替えるべきタイミングと、閾値Ａを外乱印加用の閾値Ａに切り替えるべきタイミングとを検出するタイミング検出ステップとを含み、
前記閾値Ａは、目標値変更用と外乱印加用に個別に設定され、
前記制御演算出力補正ステップは、前記タイミング検出ステップで目標値変更用の閾値Ａに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ａを目標値変更用の閾値Ａに切り替え、外乱印加用の閾値Ａに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ａを外乱印加用の閾値Ａに切り替えるステップを含み、
目標値変更用の閾値Ａは、目標値変更後の制御整定時に前記制御演算ステップで算出される制御演算出力値より大きく、前記操作端出力上限値より小さい値であり、
外乱印加用の閾値Ａは、外乱印加後の制御整定時に前記制御演算ステップで算出される制御演算出力値より大きく、前記操作端出力上限値より小さい値であることを特徴とする制御方法。
【請求項７】
制御量と目標値を入力として制御演算により制御演算出力値を制御周期毎に算出する制御演算ステップと、
この制御演算ステップで算出した制御演算出力値が所定の閾値Ｂ以下になったときに、前記制御演算出力値を所定の操作端出力下限値に補正する制御演算出力補正ステップと、
この制御演算出力補正ステップで補正した制御演算出力値を前記操作端出力下限値以上の値、かつ、所定の操作端出力上限値以下の値に制限した値を操作端出力として制御対象に出力する操作端出力上下限リミット処理ステップとを含み、
前記閾値Ｂは、前記操作端出力下限値より大きく、目標値変更後の制御整定時に前記制御演算ステップで算出される制御演算出力値と外乱印加後の制御整定時に前記制御演算ステップで算出される制御演算出力値のうちの小さい方よりも小さい値であることを特徴とする制御方法。
【請求項８】
制御量と目標値を入力として制御演算により制御演算出力値を制御周期毎に算出する制御演算ステップと、
この制御演算ステップで算出した制御演算出力値が所定の閾値Ｂ以下になったときに、前記制御演算出力値を所定の操作端出力下限値に補正する制御演算出力補正ステップと、
この制御演算出力補正ステップで補正した制御演算出力値を前記操作端出力下限値以上の値、かつ、所定の操作端出力上限値以下の値に制限した値を操作端出力として制御対象に出力する操作端出力上下限リミット処理ステップと、
目標値変更または外乱印加に対応する事象に応じて、閾値Ｂを目標値変更用の閾値Ｂに切り替えるべきタイミングと、閾値Ｂを外乱印加用の閾値Ｂに切り替えるべきタイミングとを検出するタイミング検出ステップとを含み、
前記閾値Ｂは、目標値変更用と外乱印加用に個別に設定され、
前記制御演算出力補正ステップは、前記タイミング検出ステップで目標値変更用の閾値Ｂに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ｂを目標値変更用の閾値Ｂに切り替え、外乱印加用の閾値Ｂに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ｂを外乱印加用の閾値Ｂに切り替えるステップを含み、
目標値変更用の閾値Ｂは、前記操作端出力下限値より大きく、目標値変更後の制御整定時に前記制御演算ステップで算出される制御演算出力値より小さい値であり、
外乱印加用の閾値Ｂは、前記操作端出力下限値より大きく、外乱印加後の制御整定時に前記制御演算ステップで算出される制御演算出力値より小さい値であることを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度制御などの汎用的な分野に利用される制御装置および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
整定時の制御安定性と過渡時の制御応答性とを向上させる技術として、ゲインスケジューリングがある（特許文献１参照）。ＰＩＤ制御にゲインスケジューリングを適用した場合、比例補償、積分補償、微分補償の３パラメータ（以下、ＰＩＤパラメータと略す）を切り替えることになるので、ＰＩＤパラメータを２組以上調整する必要がある。すなわち、２組の場合で６パラメータの調整が必要となる。このうち、比例補償パラメータのみをスケジューリングする場合が多く、この場合は、１組分のＰＩＤパラメータとスケジューリングする比例補償パラメータの計４パラメータの調整で済むこととなる。
【０００３】
ＰＩＤ制御にゲインスケジューリングを適用する場合のＰＩＤパラメータの調整は、例えば以下のようにして行われている。
（I）整定時のＰＩＤパラメータをオートチューニングなどの周知の方法で決定する。このとき、必要に応じて試行錯誤法でＰＩＤパラメータを微調整する。
（II）（I）のＰＩＤパラメータを基準として過渡時応答性が向上するようなＰＩＤパラメータを試行錯誤法で決定する。
（III）（I）と（II）の結果を切り換える、もしくは補間するゲインスケジューリング制御の応答から試行錯誤法で微調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１６１００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、従来の技術では、ユーザの望む制御応答を実現するために、複数の試行錯誤実験が必要となり大きな手間となる。
ゲインスケジューリング制御のような制御パラメータの切り替えや補間をすることによる調整の手間を懸念して、整定時の制御安定性と過渡時の制御応答性の両立を断念していることが多々見受けられる。制御の応答性を妥協した調整結果を採用した場合には、制御対象となる装置のタクトタイムが遅延し、生産性が損なわれることになる。また、制御の安定性を妥協した調整結果を採用した場合には、制御対象となる装置による生産物の品質が損なわれることになる。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、整定時の制御安定性と過渡時の制御応答性とを両立させるための調整の手間を削減することができる制御装置および制御方法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】
【０００７】
本発明の制御装置は、制御量と目標値を入力として制御演算により制御演算出力値を制御周期毎に算出する制御演算手段と、この制御演算手段で算出された制御演算出力値が所定の閾値Ａ以上になったときに、前記制御演算出力値を所定の操作端出力上限値に補正する制御演算出力補正手段と、この制御演算出力補正手段で補正された制御演算出力値を所定の操作端出力下限値以上の値、かつ、前記操作端出力上限値以下の値に制限した値を操作端出力として制御対象に出力する操作端出力上下限リミット処理手段とを備え、前記閾値Ａは、目標値変更後の制御整定時に前記制御演算手段で算出される制御演算出力値と外乱印加後の制御整定時に前記制御演算手段で算出される制御演算出力値のうちの大きい方よりも大きく、前記操作端出力上限値より小さい値であることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置は、制御量と目標値を入力として制御演算により制御演算出力値を制御周期毎に算出する制御演算手段と、この制御演算手段で算出された制御演算出力値が所定の閾値Ａ以上になったときに、前記制御演算出力値を所定の操作端出力上限値に補正する制御演算出力補正手段と、この制御演算出力補正手段で補正された制御演算出力値を所定の操作端出力下限値以上の値、かつ、前記操作端出力上限値以下の値に制限した値を操作端出力として制御対象に出力する操作端出力上下限リミット処理手段と、目標値変更または外乱印加に対応する事象に応じて、閾値Ａを目標値変更用の閾値Ａに切り替えるべきタイミングと、閾値Ａを外乱印加用の閾値Ａに切り替えるべきタイミングとを検出するタイミング検出手段とを備え、前記閾値Ａは、目標値変更用と外乱印加用に個別に設定され、前記制御演算出力補正手段は、前記タイミング検出手段が目標値変更用の閾値Ａに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ａを目標値変更用の閾値Ａに切り替え、外乱印加用の閾値Ａに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ａを外乱印加用の閾値Ａに切り替えるものであり、目標値変更用の閾値Ａは、目標値変更後の制御整定時に前記制御演算手段で算出される制御演算出力値より大きく、前記操作端出力上限値より小さい値であり、外乱印加用の閾値Ａは、外乱印加後の制御整定時に前記制御演算手段で算出される制御演算出力値より大きく、前記操作端出力上限値より小さい値であることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置は、制御量と目標値を入力として制御演算により制御演算出力値を制御周期毎に算出する制御演算手段と、この制御演算手段で算出された制御演算出力値が所定の閾値Ｂ以下になったときに、前記制御演算出力値を所定の操作端出力下限値に補正する制御演算出力補正手段と、この制御演算出力補正手段で補正された制御演算出力値を前記操作端出力下限値以上の値、かつ、所定の操作端出力上限値以下の値に制限した値を操作端出力として制御対象に出力する操作端出力上下限リミット処理手段とを備え、前記閾値Ｂは、前記操作端出力下限値より大きく、目標値変更後の制御整定時に前記制御演算手段で算出される制御演算出力値と外乱印加後の制御整定時に前記制御演算手段で算出される制御演算出力値のうちの小さい方よりも小さい値であることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置は、制御量と目標値を入力として制御演算により制御演算出力値を制御周期毎に算出する制御演算手段と、この制御演算手段で算出された制御演算出力値が所定の閾値Ｂ以下になったときに、前記制御演算出力値を所定の操作端出力下限値に補正する制御演算出力補正手段と、この制御演算出力補正手段で補正された制御演算出力値を前記操作端出力下限値以上の値、かつ、所定の操作端出力上限値以下の値に制限した値を操作端出力として制御対象に出力する操作端出力上下限リミット処理手段と、目標値変更または外乱印加に対応する事象に応じて、閾値Ｂを目標値変更用の閾値Ｂに切り替えるべきタイミングと、閾値Ｂを外乱印加用の閾値Ｂに切り替えるべきタイミングとを検出するタイミング検出手段とを備え、前記閾値Ｂは、目標値変更用と外乱印加用に個別に設定され、前記制御演算出力補正手段は、前記タイミング検出手段が目標値変更用の閾値Ｂに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ｂを目標値変更用の閾値Ｂに切り替え、外乱印加用の閾値Ｂに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ｂを外乱印加用の閾値Ｂに切り替えるものであり、目標値変更用の閾値Ｂは、前記操作端出力下限値より大きく、目標値変更後の制御整定時に前記制御演算手段で算出される制御演算出力値より小さい値であり、外乱印加用の閾値Ｂは、前記操作端出力下限値より大きく、外乱印加後の制御整定時に前記制御演算手段で算出される制御演算出力値より小さい値であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の制御方法は、制御量と目標値を入力として制御演算により制御演算出力値を制御周期毎に算出する制御演算ステップと、この制御演算ステップで算出した制御演算出力値が所定の閾値Ａ以上になったときに、前記制御演算出力値を所定の操作端出力上限値に補正する制御演算出力補正ステップと、この制御演算出力補正ステップで補正した制御演算出力値を所定の操作端出力下限値以上の値、かつ、前記操作端出力上限値以下の値に制限した値を操作端出力として制御対象に出力する操作端出力上下限リミット処理ステップとを含み、前記閾値Ａは、目標値変更後の制御整定時に前記制御演算ステップで算出される制御演算出力値と外乱印加後の制御整定時に前記制御演算ステップで算出される制御演算出力値のうちの大きい方よりも大きく、前記操作端出力上限値より小さい値であることを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法は、制御量と目標値を入力として制御演算により制御演算出力値を制御周期毎に算出する制御演算ステップと、この制御演算ステップで算出した制御演算出力値が所定の閾値Ａ以上になったときに、前記制御演算出力値を所定の操作端出力上限値に補正する制御演算出力補正ステップと、この制御演算出力補正ステップで補正した制御演算出力値を所定の操作端出力下限値以上の値、かつ、前記操作端出力上限値以下の値に制限した値を操作端出力として制御対象に出力する操作端出力上下限リミット処理ステップと、目標値変更または外乱印加に対応する事象に応じて、閾値Ａを目標値変更用の閾値Ａに切り替えるべきタイミングと、閾値Ａを外乱印加用の閾値Ａに切り替えるべきタイミングとを検出するタイミング検出ステップとを含み、前記閾値Ａは、目標値変更用と外乱印加用に個別に設定され、前記制御演算出力補正ステップは、前記タイミング検出ステップで目標値変更用の閾値Ａに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ａを目標値変更用の閾値Ａに切り替え、外乱印加用の閾値Ａに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ａを外乱印加用の閾値Ａに切り替えるステップを含み、目標値変更用の閾値Ａは、目標値変更後の制御整定時に前記制御演算ステップで算出される制御演算出力値より大きく、前記操作端出力上限値より小さい値であり、外乱印加用の閾値Ａは、外乱印加後の制御整定時に前記制御演算ステップで算出される制御演算出力値より大きく、前記操作端出力上限値より小さい値であることを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法は、制御量と目標値を入力として制御演算により制御演算出力値を制御周期毎に算出する制御演算ステップと、この制御演算ステップで算出した制御演算出力値が所定の閾値Ｂ以下になったときに、前記制御演算出力値を所定の操作端出力下限値に補正する制御演算出力補正ステップと、この制御演算出力補正ステップで補正した制御演算出力値を前記操作端出力下限値以上の値、かつ、所定の操作端出力上限値以下の値に制限した値を操作端出力として制御対象に出力する操作端出力上下限リミット処理ステップとを含み、前記閾値Ｂは、前記操作端出力下限値より大きく、目標値変更後の制御整定時に前記制御演算ステップで算出される制御演算出力値と外乱印加後の制御整定時に前記制御演算ステップで算出される制御演算出力値のうちの小さい方よりも小さい値であることを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法は、制御量と目標値を入力として制御演算により制御演算出力値を制御周期毎に算出する制御演算ステップと、この制御演算ステップで算出した制御演算出力値が所定の閾値Ｂ以下になったときに、前記制御演算出力値を所定の操作端出力下限値に補正する制御演算出力補正ステップと、この制御演算出力補正ステップで補正した制御演算出力値を前記操作端出力下限値以上の値、かつ、所定の操作端出力上限値以下の値に制限した値を操作端出力として制御対象に出力する操作端出力上下限リミット処理ステップと、目標値変更または外乱印加に対応する事象に応じて、閾値Ｂを目標値変更用の閾値Ｂに切り替えるべきタイミングと、閾値Ｂを外乱印加用の閾値Ｂに切り替えるべきタイミングとを検出するタイミング検出ステップとを含み、前記閾値Ｂは、目標値変更用と外乱印加用に個別に設定され、前記制御演算出力補正ステップは、前記タイミング検出ステップで目標値変更用の閾値Ｂに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ｂを目標値変更用の閾値Ｂに切り替え、外乱印加用の閾値Ｂに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ｂを外乱印加用の閾値Ｂに切り替えるステップを含み、目標値変更用の閾値Ｂは、前記操作端出力下限値より大きく、目標値変更後の制御整定時に前記制御演算ステップで算出される制御演算出力値より小さい値であり、外乱印加用の閾値Ｂは、前記操作端出力下限値より大きく、外乱印加後の制御整定時に前記制御演算ステップで算出される制御演算出力値より小さい値であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、制御演算手段で算出された制御演算出力値が所定の閾値Ａ以上になったときに、制御演算出力値を所定の操作端出力上限値に補正する制御演算出力補正手段を設けることにより、試行錯誤実験が主に必要となるのは閾値Ａの調整だけとなるので、整定時の制御安定性と過渡時の制御応答性とを両立させるための調整の手間を削減することができる。
【００１１】
また、本発明では、目標値変更用の閾値Ａと外乱印加用の閾値Ａとして異なる値を用いることにより、目標値変更時と外乱印加時で個々の制御応答の更なる向上を実現することができる。
【００１２】
また、本発明では、制御演算手段で算出された制御演算出力値が所定の閾値Ｂ以下になったときに、制御演算出力値を所定の操作端出力下限値に補正する制御演算出力補正手段を設けることにより、試行錯誤実験が主に必要となるのは閾値Ｂの調整だけとなるので、整定時の制御安定性と過渡時の制御応答性とを両立させるための調整の手間を削減することができる。
【００１３】
また、本発明では、目標値変更用の閾値Ｂと外乱印加用の閾値Ｂとして異なる値を用いることにより、目標値変更時と外乱印加時で個々の制御応答の更なる向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】目標値変更時の本発明と従来の制御量の変化および制御演算出力値の変化の１例を示す図である。
【図２】外乱印加時の本発明と従来の制御量の変化および制御演算出力値の変化の１例を示す図である。
【図３】本発明の制御演算出力値の補正処理を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における制御応答の例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態における制御応答の例を示す図である。
【図９】制御演算出力値が降下する場合の補正処理を説明する図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［発明の原理］
図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２（Ａ）、図２（Ｂ）は本発明の原理を説明する図であり、図１（Ａ）は目標値変更時の本発明と従来の制御量の変化の１例を示す図、図１（Ｂ）は目標値変更時の本発明と従来の制御演算出力値の変化の１例を示す図、図２（Ａ）は外乱印加時の本発明と従来の制御量の変化の１例を示す図、図２（Ｂ）は外乱印加時の本発明と従来の制御演算出力値の変化の１例を示す図である。図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２（Ａ）、図２（Ｂ）において、ＳＰは目標値、ＰＶ０は単一の制御パラメータを用いる（ゲインスケジューリング無し）従来の制御装置を適用した場合の制御量、ＰＶは本発明の制御装置を適用した場合の制御量、ＯＵＴ０は従来の制御装置から出力される操作端出力、ＯＵＴは本発明の制御装置から出力される操作端出力である。
【００１６】
従来より、ＰＩＤ制御演算で算出した制御演算出力値ＭＶが所定の操作端出力上限値Ｈより大きい場合には、制御演算出力値ＭＶを操作端出力上限値Ｈ以下に制限して操作端出力ＯＵＴとして出力する上限処理が行われている。図１（Ｂ）、図２（Ｂ）では、従来の制御装置から出力される操作端出力ＯＵＴ０が操作端出力上限値Ｈを超えないように上限処理されていることが分かる。
【００１７】
本発明では、この操作端出力上限値Ｈを用いて、ＰＩＤ制御演算で算出した制御演算出力値ＭＶがユーザが指定した閾値Ａ以上になったときに、制御演算出力値ＭＶを操作端出力上限値Ｈに補正する。つまり、図３に示すようにＰＩＤ制御演算で算出した制御演算出力値ＭＶが閾値Ａ未満の場合には、制御演算出力値ＭＶを制御演算出力補正値ＭＶ’としてそのまま出力するが（ＭＶ’＝ＭＶ）、制御演算出力値ＭＶが閾値Ａ以上の場合には、操作端出力上限値Ｈを制御演算出力補正値ＭＶ’として出力する（ＭＶ’＝Ｈ）。
【００１８】
制御量ＰＶが目標値ＳＰから離れた、過渡時の制御応答性が望まれる状況では、制御演算出力値ＭＶ≧閾値Ａとなるため、操作端出力ＯＵＴ＝ＭＶ’＝Ｈが制御装置から出力される。つまり、制御パラメータ（ＰＩＤ制御の場合にはＰＩＤパラメータ）を変更しなくても、図１（Ｂ）、図２（Ｂ）のＳで示す部分の操作端出力を出せるようになる。これにより、過渡時の制御応答性を向上させることができる。閾値Ａは、次の条件を満たす範囲でユーザが指定すればよい。
ＭＶ+＜Ａ＜Ｈ                                                   ・・・（１）
【００１９】
式（１）におけるＭＶ+は目標値変更後の制御整定時もしくは外乱印加後の制御整定時の制御演算出力値ＭＶである。なお、より正確に定義すると、式（１）におけるＭＶ+は目標値変更後の制御整定時の制御演算出力値ＭＶと外乱印加後の制御整定時の制御演算出力値ＭＶのうちの大きい方の値である。
一方、制御量ＰＶが目標値ＳＰに近い、整定時の制御安定性が望まれる状況では、制御演算出力値ＭＶ＜閾値Ａとなり、操作端出力ＯＵＴ＝ＭＶ’＝ＭＶが制御装置から出力される。したがって、制御安定性を重視して決定した１組分の制御パラメータ（ＰＩＤ制御の場合にはＰＩＤパラメータ）を制御装置に設定しておけば、制御安定性を実現することができる。
【００２０】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図４は本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、制御量ＰＶと目標値ＳＰを入力として制御演算により制御演算出力値ＭＶを制御周期毎に算出する制御演算部１と、制御演算出力値ＭＶを補正した制御演算出力補正値ＭＶ’を出力する制御演算出力補正部２と、制御演算出力補正値ＭＶ’を所定の操作端出力下限値Ｌ以上の値、かつ、所定の操作端出力上限値Ｈ以下の値に制限する上下限リミット処理を実行する操作端出力上下限リミット処理部３とから構成される。
【００２１】
以下、本実施の形態の制御装置の動作を図５を参照して説明する。図５は制御装置の動作を示すフローチャートである。
制御量ＰＶは、図示しない計測器（例えば温度センサ）によって計測され、制御演算部１に入力される（図５ステップＳ１）。
目標値ＳＰは、制御装置のユーザによって設定され、制御演算部１に入力される（図５ステップＳ２）。
【００２２】
制御演算部１は、制御量ＰＶが目標値ＳＰと一致するように制御演算出力値ＭＶを算出する（図５ステップＳ３）。フィードバック制御演算アルゴリズムとしてはＰＩＤがある。ＰＩＤ制御演算は周知の技術なので、説明は省略する。
制御演算出力補正部２は、制御演算出力値ＭＶを補正した制御演算出力補正値ＭＶ’を出力する（図５ステップＳ４）。上記のとおり、制御演算出力補正部２は、制御演算出力値ＭＶ＜閾値Ａの場合、制御演算出力補正値ＭＶ’＝ＭＶを出力し、制御演算出力値ＭＶ≧閾値Ａの場合、制御演算出力補正値ＭＶ’＝Ｈを出力する。
【００２３】
操作端出力上下限リミット処理部３は、制御演算出力補正部２から出力された制御演算出力補正値ＭＶ’を操作端出力下限値Ｌ以上の値、かつ、操作端出力上限値Ｈ以下の値に制限する上下限リミット処理を行う（図５ステップＳ５）。
ＩＦ  ＭＶ’＜Ｌ  ＴＨＥＮ  ＯＵＴ＝Ｌ                          ・・・（２）
ＩＦ  ＭＶ’＞Ｈ  ＴＨＥＮ  ＯＵＴ＝Ｈ                          ・・・（３）
【００２４】
つまり、操作端出力上下限リミット処理部３は、制御演算出力補正部２から出力された制御演算出力補正値ＭＶ’が操作端出力下限値Ｌより大で操作端出力上限値Ｈ未満の場合には、制御演算出力補正値ＭＶ’をそのまま操作端出力ＯＵＴとして出力するが（ＯＵＴ＝ＭＶ’）、制御演算出力補正値ＭＶ’が操作端出力下限値Ｌより小さい場合には、操作端出力ＯＵＴ＝Ｌとし、制御演算出力補正値ＭＶ’が操作端出力上限値Ｈより大きい場合には、操作端出力ＯＵＴ＝Ｈとする。
【００２５】
そして、操作端出力上下限リミット処理部３は、上下限リミット処理した操作端出力ＯＵＴを制御対象４に出力する（図５ステップＳ６）。操作端出力ＯＵＴの実際の出力先は、ヒータやバルブなどを操作する操作器である。
以上のようなステップＳ１〜Ｓ６の処理が、例えばユーザからの指令によって制御が終了するまで（図５ステップＳ７においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。
【００２６】
本実施の形態の制御装置の調整手順の例としては、以下のようなものが考えられる。
（ａ）制御整定時の制御パラメータ（ＰＩＤ制御の場合にはＰＩＤパラメータ）をオートチューニングなどの周知の手法で決定する。このとき、必要に応じて、試行錯誤法で整定時の制御安定性を重視して制御パラメータを微調整する。
（ｂ）次に、過渡時と整定時で望ましい制御応答となるように閾値Ａを試行錯誤法で決定する。
【００２７】
閾値Ａを小さくすると制御の応答性は高まるが、制御量ＰＶのオーバーシュート量が大きくなる。そこで、（ｂ）の調整を行うときには、ユーザは、制御装置の閾値入力部（不図示）を操作して、閾値Ａを操作端出力上限値Ｈから上記の制御演算出力値ＭＶ+に徐々に近付けていくように変化させ、ユーザにとって最も好ましい制御応答となったところで調整を終了させるようにすればよい。
【００２８】
本実施の形態では、特許文献１に開示された従来の技術のように複数組の制御パラメータを用いる必要はなく、１組の制御パラメータ（ＰＩＤ制御の場合にはＰＩＤパラメータ）を制御演算部１に設定すればよい。この制御パラメータの調整手法としては、周知のオートチューニングを利用すればよいので、試行錯誤実験が主に必要となるのは閾値Ａの調整だけである。閾値Ａは制御演算出力値ＭＶと同じスケールで与えられるので、調整値やその効果を認識しやすい。したがって、本実施の形態では、従来と比較して、整定時の制御安定性と過渡時の制御応答性とを両立させるための調整の手間を削減することができる。また、図２（Ｂ）の結果から分かるように、本実施の形態では、外乱印加による制御量ＰＶの降下を小さくすることができるので、外乱の影響を低減することができ、制御の応答性を向上させることができる。
【００２９】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図６は本発明の第２の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図であり、図４と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の制御装置は、制御演算部１ａと、制御演算出力補正部２と、操作端出力上下限リミット処理部３とから構成される。
【００３０】
本実施の形態においても、制御装置の処理の流れは第１の実施の形態の図５で説明したとおりである。第１の実施の形態と異なる点は、本実施の形態の制御演算部が過積分（リセットワインドアップ）防止機能付きの制御演算部１ａであり、過積分防止機能の上限値ＡＲＷＨと下限値ＡＲＷＬとをユーザが指定できるようにしたことである。
【００３１】
一般的な制御装置には、過積分防止機能が搭載されている。過積分防止機能とは、制御演算部が算出する制御演算出力値ＭＶが上限値ＡＲＷＨまたは下限値ＡＲＷＬに達したときに、上限値ＡＲＷＨまたは下限値ＡＲＷＬを超える方向の積分動作を停止させる機能のことである。これにより、制御演算出力値ＭＶの飽和を抑えることができ、制御演算出力値ＭＶの飽和からの復帰を素早くして、制御の整定の遅延を抑えるようにしている。
【００３２】
第１の実施の形態によれば、調整の手間を削減することができるが、第１の実施の形態の構成を過積分防止機能付きの制御装置に適用すると、制御の応答性が低下してしまう場合がある。
【００３３】
そこで、本実施の形態では、従来はＡＲＷＨ＝Ｈ、ＡＲＷＬ＝Ｌとしていた設定の代わりに、過積分防止機能の上限値ＡＲＷＨと下限値ＡＲＷＬとをユーザが指定できるようにすることで、制御の応答性の低下を改善できるようにした。上限値ＡＲＷＨと下限値ＡＲＷＬの調整を行うときには、ユーザは、制御装置の上下限値入力部（不図示）を操作して、上限値ＡＲＷＨと下限値ＡＲＷＬを変化させて、ユーザにとって最も好ましい制御応答となったところで調整を終了させるようにすればよい。
【００３４】
図７（Ａ）は過積分防止機能付きの制御装置に第１の実施の形態を適用した場合の目標値変更時の制御応答の例を示す図、図７（Ｂ）は過積分防止機能付きの制御装置に第１の実施の形態を適用した場合の外乱印加時の制御応答の例を示す図、図８（Ａ）は第２の実施の形態における目標値変更時の制御応答の例を示す図、図８（Ｂ）は第２の実施の形態における外乱印加時の制御応答の例を示す図である。
【００３５】
図７（Ａ）、図７（Ｂ）の例では、ＡＲＷＨ＝Ｈ＝１００、ＡＲＷＬ＝Ｌ＝０としていた。これに対し、図８（Ａ）の例では、ＡＲＷＨ＝１７０、ＡＲＷＬ＝０、図８（Ｂ）の例では、ＡＲＷＨ＝１１０、ＡＲＷＬ＝Ｌ＝０とすることにより、上限値ＡＲＷＨで過積分を防止するので、制御演算出力値ＭＶが閾値Ａ以上となる期間を延長することができ、制御量の目標値への到達を早めることができる。こうして、本実施の形態では、第１の実施の形態の構成において、操作端出力上下限値（ＨやＬ）と、過積分防止上下限値（ＡＲＷＨやＡＲＷＬ）とを分離させ、ＡＲＷＨやＡＲＷＬをユーザにとって最も好ましい制御応答となるように調整することで、良好な制御の応答性を得ることができる。
【００３６】
なお、第１、第２の実施の形態では、操作端出力ＯＵＴが上昇することで制御量ＰＶが上昇する制御系において制御量ＰＶを上昇させる制御の例を説明した。これに対して、操作端出力ＯＵＴが上昇することで制御量ＰＶが降下する制御系において制御量ＰＶを降下させる制御（例えば目標値ＳＰを上昇させる変更時や制御量ＰＶが降下する外乱印加時）においては、制御演算部１，１ａが算出する制御演算出力値ＭＶが上昇し、操作端出力ＯＵＴが上昇して制御量ＰＶを降下させることになるので、第１、第２の実施の形態をそのまま適用することができる。
【００３７】
また、操作端出力ＯＵＴが上昇することで制御量ＰＶが上昇する制御系において制御量ＰＶを降下させる制御（例えば目標値ＳＰを降下させる変更時や制御量ＰＶが上昇する外乱印加時）や、操作端出力ＯＵＴが上昇することで制御量ＰＶが降下する制御系において制御量ＰＶを上昇させる制御（例えば目標値ＳＰを上昇させる変更時や制御量ＰＶが降下する外乱印加時）においては、制御演算部１，１ａが算出する制御演算出力値ＭＶが降下し、操作端出力ＯＵＴが降下することになるので、操作端出力上限値Ｈの代わりに操作端出力下限値Ｌを適用する。
【００３８】
この場合、制御演算部１，１ａで算出した制御演算出力値ＭＶがユーザが指定した閾値Ｂ以下になったときに、制御演算出力値ＭＶを操作端出力下限値Ｌに補正する。つまり、制御演算出力補正部２は、図９に示すように制御演算出力値ＭＶが閾値Ｂより大きい場合には、制御演算出力値ＭＶを制御演算出力補正値ＭＶ’としてそのまま出力するが（ＭＶ’＝ＭＶ）、制御演算出力値ＭＶが閾値Ｂ以下の場合には、操作端出力下限値Ｌを制御演算出力補正値ＭＶ’として出力する（ＭＶ’＝Ｌ）。閾値Ｂは、次の条件を満たす範囲でユーザが指定すればよい。
ＭＶ+＞Ｂ＞Ｌ                                                     ・・・（４）
【００３９】
なお、式（４）におけるＭＶ+は目標値変更後の制御整定時の制御演算出力値ＭＶと外乱印加後の制御整定時の制御演算出力値ＭＶのうちの小さい方の値である。ユーザは、制御装置の閾値入力部（不図示）を操作して、閾値Ｂを操作端出力下限値Ｌから制御演算出力値ＭＶ+に徐々に近付けていくように変化させ、ユーザにとって最も好ましい制御応答となったところで調整を終了させるようにすればよい。
こうして、操作端出力ＯＵＴが上昇することで制御量ＰＶが上昇する制御系において制御量ＰＶを降下させる制御や、操作端出力ＯＵＴが上昇することで制御量ＰＶが降下する制御系において制御量ＰＶを上昇させる制御においても、第１、第２の実施の形態で説明した効果を得ることができる。
【００４０】
［第３の実施の形態］
第１、第２の実施の形態では、目標値変更時の閾値Ａと外乱印加時の閾値Ａとして同一の値を用い、また目標値変更時の閾値Ｂと外乱印加時の閾値Ｂとして同一の値を用いることを想定している。しかしながら、目標値変更時と外乱印加時で個々の制御応答の更なる向上が望まれる場合は、目標値変更用の閾値Ａと外乱印加用の閾値Ａとして異なる値を用い、また目標値変更用の閾値Ｂと外乱印加用の閾値Ｂとして異なる値を用いることになる。本実施の形態では、このように閾値を切り替える場合について説明する。
【００４１】
図１０は本発明の第３の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図であり、図４、図６と同一の構成には同一の符号を付してある。図１０の制御装置は、第１の実施の形態の制御装置にタイミング検出部５を加えたものである。
【００４２】
タイミング検出部５は、閾値Ａ，Ｂを目標値変更用の閾値Ａ，Ｂに切り替えるべきタイミングと、閾値Ａ，Ｂを外乱印加用の閾値Ａ，Ｂに切り替えるべきタイミングとを検出する。タイミングとしては、一般的な工業計器で検出しているイベントや警報などのトリガタイミングを使用する。例として以下のようなものが考えられる。
【００４３】
（ａ）目標値ＳＰが変更されたとき。
（ｂ）外部機器から目標値ＳＰの変更を通知する信号を受信したとき。
（ｃ）目標値ＳＰが変更されてから指定時間が経過したとき。
（ｄ）目標値ＳＰが変更されていないにも拘わらず偏差（ＳＰ−ＰＶ）が所定の偏差上限値以上となったとき。
（ｅ）目標値ＳＰが変更されていないにも拘わらず偏差（ＳＰ−ＰＶ）が所定の偏差下限値以下となったとき。
（ｆ）外部機器から外乱印加を通知する信号を受信したとき。
【００４４】
タイミング検出部５は、（ａ）〜（ｃ）のうち少なくとも１つの事象が生じたときに、閾値Ａ，Ｂを目標値変更用の閾値Ａ，Ｂに切り替えるべきタイミングであると判定し、（ｄ）〜（ｆ）のうち少なくとも１つの事象が生じたときに、閾値Ａ，Ｂを外乱印加用の閾値Ａ，Ｂに切り替えるべきタイミングであると判定する。
【００４５】
例えば薬品の製造装置において、薬品製造の炉の温度（制御量ＰＶ）が繰り返し変更されるという状況がある。この場合、目標値ＳＰ（温度目標値）をどのように変更するかは予め分かっているので、外部機器は、目標値ＳＰが変更されるタイミングで本実施の形態の制御装置に対して、目標値ＳＰの変更を通知する信号を送信することが可能である。
【００４６】
また、目標値ＳＰ（温度目標値）が一定のリフロー炉において、はんだ付けの対象となるプリント基板が定期的に投入されることによって温度が変動するという状況がある。この場合、プリント基板の搬送を制御する制御装置（外部機器）は、リフロー炉にプリント基板が投入されるタイミングで本実施の形態の制御装置に対して、外乱印加を通知する信号を送信することが可能である。
【００４７】
なお、タイミングの判定は上記の例に限るものではない。別の例として、タイミング検出部５は、（ａ）、（ｂ）のうち少なくとも１つの事象が生じたときに、閾値Ａ，Ｂを目標値変更用の閾値Ａ，Ｂに切り替えるべきタイミングであると判定し、（ｃ）〜（ｆ）のうち少なくとも１つの事象が生じたときに、閾値Ａ，Ｂを外乱印加用の閾値Ａ，Ｂに切り替えるべきタイミングであると判定してもよい。
【００４８】
制御演算出力補正部２には、目標値変更用の閾値Ａと、外乱印加用の閾値Ａと、目標値変更用の閾値Ｂと、外乱印加用の閾値Ｂとが個別に設定されている。目標値変更用の閾値Ａは、目標値変更後の制御整定時の制御演算出力値ＭＶより大きく、操作端出力上限値Ｈより小さい値であり、外乱印加用の閾値Ａは、外乱印加後の制御整定時の制御演算出力値ＭＶより大きく、操作端出力上限値Ｈより小さい値である。また、目標値変更用の閾値Ｂは、操作端出力下限値Ｌより大きく、目標値変更後の制御整定時の制御演算出力値ＭＶより小さい値であり、外乱印加用の閾値Ｂは、操作端出力下限値Ｌより大きく、外乱印加後の制御整定時の制御演算出力値ＭＶより小さい値である。
【００４９】
制御演算出力補正部２は、タイミング検出部５が目標値変更用の閾値Ａ，Ｂに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ａ，Ｂを目標値変更用の閾値Ａ，Ｂに切り替え、タイミング検出部５が外乱印加用の閾値Ａ，Ｂに切り替えるべきタイミングであると判定した場合、使用する閾値Ａ，Ｂを外乱印加用の閾値Ａ，Ｂに切り替える。その他の動作は第１、第２の実施の形態で説明したとおりである。
【００５０】
なお、上記の説明から明らかなように、制御演算出力補正部２は閾値Ａのみを用いる補正を行ってもよいし、閾値Ｂのみを用いる補正を行ってもよいし、閾値Ａ，Ｂの両方を用いる補正を行ってもよい。また、図１０では、閾値の切り替えを第１の実施の形態に適用する場合について示しているが、第２の実施の形態にも容易に適用できることは言うまでもない。
【００５１】
第１〜第３の実施の形態の制御装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第３の実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、温度制御などの汎用的な制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１，１ａ…制御演算部、２…制御演算出力補正部、３…操作端出力上下限リミット処理部、４…制御対象、５…タイミング検出部。
【図１】
0006346582.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006346582.tif 000004
【図４】
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【図５】
0006346582.tif 000006
【図６】
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【図７】
0006346582.tif 000008
【図８】
0006346582.tif 000009
【図９】
0006346582.tif 000010
【図１０】
0006346582.tif 000011