JP2000214902A - ２自由度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 予め定める入力項目の下に自動的に２自
由度化パラメータを発生することにある。 【解決手段】 制御パラメータおよび２自由度化パラメ
ータを用いて、外乱抑制性および目標値追従性を良好に
制御する２自由度制御装置であって、制御パラメータを
設定した後、２自由度化パラメータを求めるに際し、外
乱入力制御応答に関する立上り時間と、目標値変更制御
応答に関する立上り時間と、前記制御パラメータである
積分時間あるいは当該積分時間および微分時間とを用い
て、前記目標値変更制御応答を規定する前記２自由度化
パラメータを発生するパラメータ発生機構２を備えたも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石油，化学，鉄
鋼，電力，製紙などの各種プラント計装分野やサーボ制
御分野などに利用される２自由度制御装置に係り、特に
プラント各箇所の流量，圧力，液位，組成，位置，速
度，回転数などのプロセス変量をフィードバック制御す
る２自由度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】外乱入力時および目標値変更時の何れで
も制御量を良好にフィードバック制御するためには、従
来から２自由度ＰＩＤ制御装置が用いられている。

【０００３】ここで、２自由度ＰＩＤ制御とは、外乱に
対する抑制特性と目標値変更に対する追従特性との双方
を同時に最適化するＰＩＤ制御である。

【０００４】図２０は従来の一般的な２自由度ＰＩＤま
たは２自由度Ｉ−ＰＤ制御装置のブロック構成図であ
る。

【０００５】この制御装置は２自由度ＰＩＤ（以下、２
自由度Ｉ−ＰＤを含む）制御器１００および制御対象１
０１によって構成され、この２自由ＰＩＤ度制御器１０
０は、比例系、積分系および微分系からなっている。

【０００６】前記比例系は、目標値Ｒに係数要素１１１
の比例項用２自由度化パラメータｂを乗算し、この乗算
値から減算要素１１２にて制御量Ｙを減算し、加算要素
１１３に導入する。一方、積分系は、比較要素１１４に
おいて目標値Ｒと制御量Ｙとの制御偏差Ｅを求め、得ら
れた制御偏差Ｅについて積分時間Ｔ_Iをもつ積分要素１
１５で積分し、加算要素１１３に導入する。さらに、微
分系は、目標値Ｒに係数要素１１６の微分項用２自由度
化パラメータｃを乗算して減算要素１１７に導き、ここ
で乗算値から制御量Ｙを減算し、得られた減算値につい
て微分時間ＴDをもつ微分要素１１８で微分した後、前
記加算要素１１３に導入する。

【０００７】このようにして得られた減算要素１１２出
力、積分要素１１５出力および微分要素１１８出力は加
算要素１１３で加算された後、この加算値に比例ゲイン
係数要素１１９の比例ゲインＫpを乗算することによっ
て操作量ＭＶを求めた後、外乱量とともに制御対象１０
１に印加する。

【０００８】また、従来、図２１に示すように、目標値
変更を検出し、その影響を打ち消すために予測先行的に
操作量変化を判断し、先回りして操作を実行するフィー
ドフォワード制御方式を採用した２自由度ＰＩＤ制御器
が用いられている。

【０００９】この２自由度ＰＩＤ制御器１００は、目標
値Ｒを目標値フィードフォワード要素１２１に入力し、
ここで比例項用２自由度化パラメータｂおよび微分項用
２自由度化パラメータｃを用いて、（ｂ＋ｃＴ_Dｓ）な
る演算を実行し、得られた出力を発信する。また、比較
要素１１４において目標値Ｒと制御量Ｙとの制御偏差Ｅ
を求めた後、この制御偏差Ｅについて積分時間Ｔ_Iをも
つ積分要素１１５で積分し、減算要素１２２に導入す
る。一方、微分系では，制御量Ｙに比例・微分要素１２
３の比例・微分演算式（１＋Ｔ_Dｓ）を用いて微分し、
減算要素１２２に導入する。ここで、積分要素１１５の
出力から比例・微分要素１２３の出力を減算し、この減
算結果に比例ゲイン係数要素１１９の比例ゲインＫ_Pを
乗算し、この乗算値と目標値フィードフォワード要素１
２１の出力とを加算要素１２４で加算し、制御対象１０
１（図示せず）に印加する操作量ＭＶを求める構成であ
る。

【００１０】さらに、従来、図１３に示すように、目標
値フィルタ要素１３１を付加した２自由度ＰＩＤ制御装
置が用いられている。

【００１１】この２自由度ＰＩＤ制御器１００は、目標
値Ｒを目標値フィルタ要素１３１の２自由度化パラメー
タｂ，ｃを用いて、下記演算式により演算を実行し、最
適な目標値追従特性となる演算目標値を算出する。

【００１２】 （１＋ｂＴ_Iｓ＋ｃＴ_IＴ_Dｓ^２）／（１＋Ｔ_Iｓ） ……（１） 以上のようにして求めた演算目標値と制御量Ｙとを比較
要素１１４により制御偏差Ｅを求めた後、この制御偏差
Ｅに比例・積分要素１３２にて｛１＋１／（Ｔ _Iｓ）｝
を演算する。また、制御量Ｙに微分要素１３３にて微分
演算を実行する。そして、減算要素１３４において比例
・積分要素１３２の出力から微分要素１３３の出力を減
算し、この得られた減算出力に比例ゲイン係数要素１１
９の比例ゲインＫpを乗算することによって操作量ＭＶ
を求め、外乱量とともに制御対象１０１（図示せず）に
印加する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な各種の２自由度ＰＩＤ制御器では、何れも外乱に対す
る制御応答が最適となるようなＰＩＤパラメータ（比例
ゲインＫ_P，積分時間Ｔ_I，微分時間Ｔ_D）を調整した
後、目標値変更に対する追従特性を最適とするための２
自由度化パラメータｂ，ｃを試行錯誤的に調整する必要
がある。また、予め制御対象モデルを構築し、オフライ
ンにてある評価関数の下にシミュレーションを実行し、
最適値探索により伝達関数の各パラメータ，つまりＰＩ
Ｄパラメータおよび２自由度化パラメータｂ，ｃを設計
することが行われている。

【００１４】その結果、外乱および目標値変更に対して
最適な制御応答となるようなＰＩＤパラメータおよび２
自由度化パラメータｂ，ｃを得るために、熟練者による
煩雑な調整作業が必要であり、また調整作業に多くの時
間を必要とする問題がある。

【００１５】本発明は上記事情にかんがみてなされたも
ので、目標値変更に対する最適な制御応答を得るための
２自由度化パラメータを迅速、かつ、熟練を要せずに容
易に発生する２自由度制御装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、制御パラメータおよび２自由度化パラメ
ータを用いて、制御対象に対して外乱抑制性および目標
値追従性が共に良好に制御する２自由度制御装置におい
て、外乱入力制御応答に関する立上り時間σDと、目標
値変更制御応答に関する立上り時間σRと、前記制御パ
ラメータである積分時間Ｔ_Iあるいは当該積分時間Ｔ_Iお
よび微分時間Ｔ_Dとを用いて、前記目標値変更制御応答
を規定する前記２自由度化パラメータを発生するパラメ
ータ発生機構を設けた構成である。

【００１７】なお、以上の入力項目の他に、外乱入力制
御応答規範モデルの２次項係数α2Dおよび目標値変更制
御応答規範モデルの２次項係数α2Rを用い、所定の演算
式により得られる値に比例する値を、前記目標値変更制
御応答を規定する２自由度化パラメータとしてもよい。

【００１８】この発明は、以上のような手段を講じたこ
とにより、予め定める所定の入力項目、つまり外乱入力
制御応答に関する立上り時間σD、目標値変更制御応答
に関する立上り時間σR、前記制御パラメータである積
分時間Ｔ_Iあるいは当該積分時間Ｔ_Iおよび微分時間Ｔ_D
を用い、さらに外乱入力制御応答規範モデルの２次項係
数をα2Dおよび目標値変更制御応答規範モデルの２次項
係数をα2Rを加え、実制御系の伝達関数と規範モデルの
伝達関数とから導かれる所定の演算を実行することによ
り、目標値変更制御応答を規定する２自由度化パラメー
タを発生でき、従来のような試行錯誤的に調整する作業
を省略できる。

【００１９】また、別の発明は、制御対象の伝達特性タ
イプ、むだ時間および限界周期、または制御対象の伝達
特性タイプおよび基準化むだ時間を用いて、目標値変更
制御応答を規定する前記２自由度化パラメータを発生す
るパラメータ発生機構を設けたものである。

【００２０】この発明は、以上のような手段を講じたこ
とにより、予め制御対象の伝達特性タイプ、むだ時間お
よび限界周期、または制御対象の伝達特性タイプおよび
基準化むだ時間をもとにグラフ関数化すれば、迅速、か
つ、容易に２自由度化パラメータを発生でき、上記発明
と同様の作用を奏するものである。

【００２１】さらに、別の発明は、外乱抑制用Ｉ−ＰＤ
制御系における第１の規範モデルの属性値と目標値追従
性を規定する第２の規範モデルの属性値とが入力され、
これら両属性値の関数として係数値を発生する関数要素
と、この関数要素の係数値、第１の規範モデルの立上り
時間および積分時間を用いて目標値追従性を良好にする
２自由度化パラメータを発生する演算要素とを有するパ
ラメータ発生機構を設けたものである。

【００２２】この発明は、外乱抑制用Ｉ−ＰＤ制御系に
おける第１の規範モデルの属性値と目標値追従性を規定
する第２の規範モデルの属性値との関数として係数値を
発生し、この係数値、第１の規範モデルの立上り時間お
よび積分時間を用いて、目標値追従性を良好にする２自
由度化パラメータを発生するので、試行錯誤的な調整作
業を行わずに自動的に２自由度化パラメータを発生でき
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】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。 （第１の実施の形態）本発明に係わる２自由度制御装置
の一実施の形態を説明するに先立ち、本装置を実現する
ための基本的な考え方について図１を参照して説明す
る。 （１） 先ず、目標値Ｒおよび制御量Ｙの入力のもと
に、従来と同様に比例ゲインＫ_Ｐ、積分時間Ｔ_I、微分
時間Ｔ_Dの他、比例項用２自由度化パラメータｂ、微分
項用２自由度化パラメータｃを用いて演算し、操作量Ｍ
Ｖを求める２自由度ＰＩＤ制御器１を設けた構成とす
る。なお、２自由度ＰＩＤ制御器１は例えば図１１の２
自由度ＰＩＤ制御器１００に相当する。 （２） 次に、かかる２自由度ＰＩＤ制御器１におい
て、予め外乱に対する制御応答が最適となるようなＰＩ
Ｄパラメータである比例ゲインＫＰ、積分時間ＴI、微
分時間ＴDを調整し、２自由度ＰＩＤ制御器１に設定す
る。 （３） さらに、新たにパラメータ発生機構２を設け、
ある入力項目Ａのもとに自動的に２自由度化パラメータ
ｂ，ｃを算出する。 （４） このようにしてパラメータ発生機構２により算
出される２自由度化パラメータｂ，ｃを発生し、２自由
度ＰＩＤ制御器１に設定するものとする。

【００２４】以上の考え方を具体的に実現するために
は、いかなる入力項目Ａを用いるか、さらにパラメータ
発生機構２は入力項目Ａのもとにいかなる演算を行って
パラメータｂ，ｃを求めるかが重要になってくる。

【００２５】そこで、以下、入力項目Ａおよび演算式を
導き出す手順について説明する。

【００２６】従来の一般的な２自由度制御系（図２０参
照）に関して伝達関数をもって表わせば、図２（ａ）に
示すような構成となる。

【００２７】同図において１は２自由度ＰＩＤ制御器、
３は制御対象、４は加算要素、Ｒは目標値、Ｙは制御
量、Ｄは外乱である。

【００２８】すなわち、２自由度ＰＩＤ制御器１は、目
標値Ｒと制御量Ｙが入力され、外乱に対する抑制特性の
ための制御パラメータである比例ゲインＫ_P、積分時間
Ｔ_I、微分時間Ｔ_D、比例項用２自由度化パラメータｂお
よび微分項用２自由度化パラメータｃを用い、以下のよ
うな演算式によって操作量ＭＶを求めることができる。

【００２９】 Ｋ_P｛ｂＲ−Ｙ＋（１／Ｔ_Iｓ）（Ｒ−Ｙ）＋Ｔ_Dｓ（ｃＲ−Ｙ）｝ ……（２） 以上の演算式によって求められた操作量ＭＶは外乱Ｄと
ともに制御対象３に印加する。

【００３０】ところで、図２（ａ）に示す２自由度ＰＩ
Ｄ制御系は等価ブロック変換すると、仮想的に図２
（ｂ）のような制御系で表わすことができる。５はフィ
ードフォワード制御要素、６は加減算要素、７はフィー
ドバック制御要素である。

【００３１】この制御系においてフィードフォワード制
御要素５は、入力される目標値Ｒに対し、｛Ｋ_P（ｂ＋
１／Ｔ_Iｓ＋cＴ_Dｓ）｝なる伝達関数を演算し、出力Ｗ
を発信する。また、フィードバック制御要素７は、制御
対象３の出力である制御量Ｙに対し、｛Ｋ_P（１＋１／
Ｔ_Iｓ＋Ｔ_D）｝なる伝達関数を演算し、出力Ｖを発信す
る。そして、加減算要素６においてフィードフォワード
制御要素５の出力Ｗからフィードバック制御要素７の出
力Ｖを減算し、得られた減算出力を制御対象３に印加
し、制御量Ｙを発生させる。このとき、外乱Ｄは加減算
要素６に加算的に加わり、制御対象３に入力される。

【００３２】また、制御対象３の伝達関数をＧ_P（ｓ）
とすると、フィードバック制御系における外乱Ｄから制
御量Ｙへの伝達関数Ｗ_D（ｓ）は次式により表わせる。

【００３３】 Ｗ_D（ｓ）＝Ｇ_P（ｓ）／［１＋Ｇ_P（ｓ）Ｋ_P ｛１＋１／（Ｔ_Iｓ）＋Ｔ_Dｓ｝］ ＝（Ｔ_I／Ｋ_P）ｓ／［１＋｛１＋１／（Ｋ_PＧ_P（ｓ））｝Ｔ_Iｓ ＋Ｔ_IＴ_Dｓ^２］ ……（３） 他方、外乱Ｄによる制御量Ｙの望ましい制御応答を規定
する規範モデルは既に知られているように次式とする
（ＰＩＤ制御、ｐ１４（２．１１）式またはｐ３１
（２．３５）式、著者：須田信英、編者：システム制御
情報学会、発行所：株式会社 朝倉書店参照）。

【００３４】 Ｍ_D（ｓ）＝｛ｓ／（Ｋ_P／Ｔ_I）｝・［１／（１＋σDｓ＋α2DσD^２ｓ^２ ＋α３DσD^３ｓ^３）］ ……（４） ここで、外乱入力に対する制御応答に関する規範モデル
の係数α2D，α３Dは速応性とロバスト性との兼ね合い
から、例えば表１に示す値とする。この表１は前述する
文献ＰＩＤ制御、ｐ１４〜ｐ１５参照。

【００３５】

【表１】

【００３６】ところで、以上のような（３）式の実制御
系と（４）式の規範モデルとは等しい関係になければな
らない。よって、Ｗ_D（ｓ）＝Ｍ_D（ｓ）について解け
ば、外乱入力に対する制御応答に関する立上り時間σ_D
およびＰＩＤパラメータＫ_P、Ｔ _I、Ｔ_Dが決定できる。
そこで、決定されたパラメータを設定したＰＩＤフィー
ドバック制御系に対し、制御対象の入力側にステップ状
外乱を与えたとすると、図７（ａ）に示すような制御応
答が得られる。

【００３７】次に、図２（ｂ）に示す制御系に対し、決
定された制御パラメータＫ_P，Ｔ_I，ＴDを設定し、この
ときの目標値Ｒから制御量Ｙへの伝達関数Ｗ_R（ｓ）を
もって表わすと、次式のようになる。

【００３８】 Ｗ_R（ｓ）＝［Ｋ_P｛ｂ＋１／（Ｔ_Iｓ）＋ｃＴ_Dｓ｝］ ・Ｍ_D（ｓ） ……（５） ここで、前段の［ ］内はフィードフォワード制御要
素５の伝達関数、後段のＭ_D（ｓ）は前記（４）式の規
範モデルの伝達関数である。

【００３９】従って、この（５）式は下記する（６）式
で表わせる。

【００４０】 Ｗ_R（ｓ）＝（１＋ｂＴ_Iｓ＋ｃＴ_IＴ_Dｓ^２） ／（１＋σDｓ＋α2DσD^２ｓ^２＋α３DσD^３ｓ^３） ……（６） 他方、目標値Ｒによる制御量Ｙの望ましい制御応答を規
定する規範モデルは次式で表わすものとする（前述文献
ＰＩＤ制御、ｐ１２０（６．２）式参照）。

【００４１】 Ｍ_R（ｓ）＝１／（σRｓ＋α２RσR^２ｓ^２＋α３RσR^３ｓ^３） …（７） ここで、目標値変化に対する制御応答に関する規範モデ
ルの係数α２R、α３Rは速応性とロバスト性との兼ね合
いから、例えば前記表１に示す値とする。

【００４２】そこで、Ｗ_R（ｓ）＝Ｍ_R（ｓ）について解
くと、目標値変化に対する制御応答に関する立上り時間
σRは下式の３次方程式の最小実根から求められる。

【００４３】 （１−２α２R＋α３R）σR^３−（１−α２R）σDσR^２ ＋α2DσD^２σR−α３DσD^３＝０ ……（８） ここで、（６）式のＷ_R（ｓ）＝Ｂ／Ｃとし、また
（７）式のＭ_R（ｓ）＝１／Ｚと置けば、Ｗ_R（ｓ）＝Ｍ
_R（ｓ）の関係から、 Ｂ／Ｃ＝１／Ｚ → Ｚ＝Ｃ／Ｂ ……（９） が導き出せる。

【００４４】そこで、Ｃ／Ｂについて演算し、１次項お
よび２次項まで解を導き出し、前記Ｚの１次項および２
次項とそれぞれ等しい関係に置いて計算すれば、比例項
用２自由度化パラメータｂは、 ｂ＝（σD−σR）／Ｔ_I ……（１０） なる演算式から決定できる。また、微分項用２自由度化
パラメータｃは、 ｃ＝｛（１−α２R）σR^２−σDσR＋α２DσD^２｝／Ｔ_ＩＴ_D ＝｛−σR（σD−σR）＋α２DσD^２−α２RσR^２｝／Ｔ_ＩＴ_D ……（１１） なる演算式から決定できる。

【００４５】なお、（１１）式においてα２D＝α２R＝
０．５の場合には、 ｃ＝（σD−σR）^２／（２Ｔ_ＩＴ_D） ……（１２） となり、２自由度化パラメータｂ，ｃは（σ_D−σ_R）の
関数であるとも言える。

【００４６】従って、以上の説明から明らかなように、
２自由度化パラメータｂ，ｃを求めるための入力項目Ａ
および演算式を得ることができたので、以下、その具体
例について説明する。

【００４７】図３は本発明に係る２自由度ＰＩＤ制御装
置の一実施の形態を示す構成図である。

【００４８】同図（ａ）に示す制御装置は、２自由度Ｐ
ＩＤ制御器１にパラメータ発生機構２が接続され、この
パラメータ発生機構２には、入力項目Ａとして、積分時
間ＴI、微分時間Ｔ_D、外乱入力制御応答を規定する立上
り時間σD、目標値変更制御応答を規定する立上り時間
σRが入力され、後記する図４に示す演算手段により２
自由度化パラメータｂ，ｃを算出し、２自由度ＰＩＤ制
御器１に設定する構成である。

【００４９】同図（ｂ）に示す制御装置は、同図（ａ）
に示す入力項目の他に、さらに外乱入力制御応答規範モ
デルの２次項係数α２D、目標値変更制御応答規範モデ
ルの２次項係数α２Rも追加入力され、後記する図５に
示す演算手段により２自由度化パラメータｂ，ｃを算出
し、２自由度ＰＩＤ制御器１に設定する構成である。

【００５０】すなわち、図４（ａ）に示すパラメータ発
生機構２は比較要素１１および除算要素１２からなり、
比較要素１１は入力される外乱入力制御応答を規定する
立上り時間σDから同じく入力される目標値変更制御応
答を規定する立上り時間σRを減算し、その減算出力を
除算要素１２に導入する。この除算要素１２は、減算結
果（σD−σR）を積分時間ＴIで除算し、前記（１０）
式の比例項用２自由度化パラメータｂを算出し、２自由
度ＰＩＤ制御器１に設定する。

【００５１】なお、外乱入力制御応答を規定する立上り
時間σDはＰＩＤパラメータを部分的モデルマッチング
法で設計する際に自動的に決定でき、或いは他の方法を
用いてＰＩＤパラメータを決定する場合にはステップ外
乱が入った時に制御量Ｙがピーク値に達する時間にほぼ
等しいことから、この時間からも決定可能である。

【００５２】また、目標値変更制御応答を規定する立上
り時間σRは前述したように演算により一義的に決定で
き、或いは目標値ステップ変化時の制御量がほぼ５０％
に到達する時間として任意に設定できる。

【００５３】次に、図４（ｂ）に示すパラメータ発生機
構２は、比較要素１３、除算要素１４、乗算要素１５、
除算要素１６および係数要素１７が設けられている。こ
の比較要素１３および除算要素１４は、図４（ａ）と同
様に比例項用２自由度化パラメータｂを算出する。さら
に、乗算要素１５において比較要素１３の出力と除算要
素１４の出力とを乗算し、この乗算結果を除算要素１６
に導入し、ここで乗算結果を微分時間Ｔ_Dで除した後、
係数要素１７で１／２を乗算すれば、前記（１２）式に
基づく微分項用２自由度化パラメータｃ＝（σD−σR）
^２／（２Ｔ_IＴ_D）を算出でき、２自由度ＰＩＤ制御器１
に発信する。

【００５４】さらに、図５は図３（ｂ）のパラメータ発
生機構２の内部構成を示す図である。

【００５５】このパラメータ発生機構２は、第１の演算
要素２１および第２の演算要素２２からなり、第１の演
算要素２１は（１０）式の演算により比例項用２自由度
化パラメータｂを算出し、２自由度ＰＩＤ制御器１に発
信する。第２の演算要素２２は（１１）式の演算により
微分項用２自由度化パラメータｃを算出し、同様に２自
由度ＰＩＤ制御器１に発信する。

【００５６】次に、パラメータ発生機構２の他の例につ
いて図６を参照して説明する。

【００５７】図６（ａ）は外乱入力および目標値変更に
よる応答制御を規定する立上り時間σD、σRの差信号
（σD−σR）を除算要素１２に導き、ここで差信号を積
分時間Ｔ_Iで除算することによって比例項用２自由度化
パラメータｂを算出する例である。

【００５８】図６（ｂ）は同図（ａ）と同様に両立上り
時間σD、σRの差信号（σD−σR）を入力する点を除け
ば、図４（ｂ）と同様な構成により２自由度化パラメー
タｂ，ｃを算出し、２自由度ＰＩＤ制御器１に発信する
例である。

【００５９】なお、以上のようにして決定された入力項
目Ａのもとに２自由度化パラメータｂ，ｃを設定した場
合の目標値ステップ変更時の制御応答例は図７（ｂ）に
示す通りである。また、比較のため、従来のＩ−ＰＤ性
御時（ｂ＝ｃ＝０）の制御応答は図７（ｃ）に、基本Ｐ
ＩＤ制御時（ｂ＝ｃ＝１）の制御応答は図７（ｄ）に示
す通りである。

【００６０】これらの制御応答図から明らかなように、
ｂ＝ｃ＝０または１に限定されることなく、ｂ，ｃを任
意の所定値とすることにより、目標値変更時に大きなオ
ーバシュートを発生させることなく、追従性の優れた２
自由度ＰＩＤ制御を実現できる。

【００６１】なお、σD、σR、Ｔ_I、Ｔ_Dは以上記述した
値に限られるものではなく、任意の定めた値を用いて、
（１０）式、（１１）式の演算式により、２自由度化パ
ラメータｂ，ｃ決定し設定してもよい。

【００６２】従って、以上のような実施の形態によれ
ば、予め定められた入力項目をパラメータ発生機構２に
入力すれば、前述する導出された所定の演算式に基づい
て２自由度化パラメータｂ，ｃを求めて２自由度ＰＩＤ
制御器１に設定可能であり、従来のように長時間をかけ
て試行錯誤的に調整しつつ最適パラメータを決定すると
いった手間を省くことができ、調整作業の迅速化および
熟練者によらずにパラメータを決定できる。

【００６３】（第２の実施の形態）第１の実施の形態で
は、（１）式〜（１１）式の導出過程に基づいて入力項
目Ａ（σ_D、σ_{R、ＴI、ＴD、}σ２_D、σ２_R）を選定し、
これら入力項目Ａのもとに所定の演算式により２自由度
化パラメータｂ，ｃを決定したが、本実施の形態では、
グラフ関数を用いて２自由度化パラメータｂ，ｃを発信
させる構成とするものである。

【００６４】すなわち、本実施の形態においては、遅れ
次数をもつ各種の制御対象に関し、前述する各式で求め
られたパラメータｂ，ｃをグラフで表わせば、図８
（ａ）、（ｂ）に示すようになるので、予めパラメータ
発生機構２に図８に示すような関係にあるグラフを関数
として設定しておき、外部から入力される制御対象の伝
達関数（テスト・バッチ）タイプ、むだ時間Ｌおよび限
界周期Ｔｃ、或いはＬとＴｃとの代わりに基準化むだ時
間ＬN（＝Ｌ／Ｔｃ）を受けたとき、関数としての２自
由度化パラメータｂ，ｃを発信するようにしてもよい。

【００６５】図９および図１０は本発明に係る２自由度
ＰＩＤ制御装置の実施の形態を示す構成図である。

【００６６】この制御装置は図３と同様に２自由度ＰＩ
Ｄ制御器１とパラメータ発生機構２とで構成されている
が、図９はパラメータ発生機構２に図８に示すようなグ
ラフ関数が設定され、入力される制御対象タイプ、むだ
時間Ｌおよび限界周期Ｔｃに基づいて２自由度化パラメ
ータｂ，ｃを発生させる例である。

【００６７】図１０は同じくパラメータ発生機構２に図
８に示すグラフ関数が設定され、入力される制御対象タ
イプおよび基準化むだ時間ＬN（Ｌ／Ｔｃ）に基づいて
同じく２自由度化パラメータｂ，ｃを発信し、２自由度
ＰＩＤ制御器１に設定する例である。

【００６８】従って、この実施の形態によれば、各種の
制御対象に関し、第１の実施の形態により決定されたパ
ラメータｂ、ｃをグラフ関数として予めパラメータ発生
機構２に設定しておけば、制御対象タイプ、むだ時間な
どの入力項目を入力するだけで、迅速に制御対象タイプ
に応じて最適な２自由度化パラメータｂ，ｃを発生する
ことができ、煩雑な調整作業を必要とせずに目標値変更
に対して追従性の優れた２自由度ＰＩＤ制御装置を実現
できる。（第３の実施の形態）この実施の形態は、２自
由度ＰＩＤ制御装置に代えて２自由度Ｉ−ＰＤ制御装置
に適用した例である。Ｉ−ＰＤ制御は比例動作および微
分動作とも制御量だけによって依存して動作する制御で
ある。

【００６９】この２自由度Ｉ−ＰＤ制御系は、基本的に
は図２０ないし図２２と同様な構成であることから、２
自由度Ｉ−ＰＤ制御装置においても概念的には図１と同
様な構成である図１１で表わすことができる。

【００７０】すなわち、２自由度Ｉ−ＰＤ制御装置は、
２自由度Ｉ−ＰＤ制御器１′にパラメータ発生機構２が
接続され、このパラメータ発生機構２は入力される入力
項目Ａに基づいて比例項用および微分項用２自由度化パ
ラメータｂ，ｃを発生する機構である。

【００７１】この２自由度ＰＩＤ制御系は、図２０の従
来構成から図１２（ａ）に示すようなブロック図で表す
ことができる。

【００７２】図１２において３１は２自由度Ｉ−ＰＤ制
御器（２自由度ＰＩＤ制御器）、３２は制御対象、３３
は加算要素、Ｒは制御量、Ｙは制御量、Ｄは外乱であ
る。

【００７３】この２自由度Ｉ−ＰＤ制御器３１は、目標
値Ｒと制御量Ｙが入力され、外乱に対する抑制特性のた
めのＰＩＤパラメータである比例ゲインＫ_P、積分時間
Ｔ_I、微分時間Ｔ_D、比例項用２自由度化パラメータｂお
よび微分項用２自由度化パラメータｃを用い、以下のよ
うな演算式により操作量ＭＶを求める。

【００７４】 Ｋ_P｛ｂＲ−Ｙ＋（１／Ｔ_Iｓ）（Ｒ−Ｙ）＋Ｔ_Dｓ（ｃＲ−Ｙ）｝ ……（１３） このようにして求めた操作量ＭＶは外乱Ｄとともに制御
対象３２に印加する。

【００７５】ところで、図１２（ａ）に示す制御系は等
価ブロック変換すると、仮想的に図１２（ｂ）のような
フィードフォワード制御要素３４とフィードバック制御
要素３５とで構成される。３２は制御対象、３６は加減
算要素である。

【００７６】この制御系においてフィードフォワード制
御要素３４は、入力される目標値Ｒに対し、制御要素３
４の伝達関数を乗算し出力Ｗを発信する。また、フィー
ドバック制御要素３５は、制御対象３２の出力である制
御量Ｙに対し、制御要素３５の伝達関数を演算し出力Ｖ
を発信する。そして、加減算要素３６はフィードフォワ
ード制御要素３４の出力Ｗからフィードバック制御要素
３５の出力Ｖを減算し、得られた減算出力を制御対象３
２に印加し、制御量Ｙを発生させる。このとき、外乱Ｄ
は加減算要素３６に加算的に加わり、制御対象３２に入
力される。

【００７７】また、制御対象３２の伝達関数をＧ
_P（ｓ）とすると、フィードバック制御系における外乱
Ｄから制御量Ｙへの伝達関数Ｗ_D（ｓ）は次式で表わせ
る。

【００７８】 Ｗ_D（ｓ）＝Ｇ_P（ｓ）／［１＋Ｇ_P（ｓ）Ｋ_P ｛１＋１／（Ｔ_Iｓ）＋Ｔ_Dｓ｝］ ＝（Ｔ_I／Ｋ_P）ｓ／［１＋｛１＋１／（Ｋ_PＧ_P（ｓ））｝Ｔ_Iｓ ＋Ｔ_IＴ_Dｓ^２］ ……（１４） 他方、外乱Ｄによる制御量Ｙの望ましい制御応答を規定
する規範モデルは既に知られているように次式とする
（ＰＩＤ制御、ｐ１４（２．１１）式またはｐ３１
（２．３５）式、著者：須田信英、編者：システム制御
情報学会、発行所：株式会社 朝倉書店）。

【００７９】 Ｍ_D（ｓ）＝｛（Ｔ_I／Ｋ_P）ｓ｝／（１＋σDｓ＋α2DσD^２ｓ^２ ＋α３DσD^３ｓ^３＋α４DσD^４ｓ^４） ……（１５） ここで、外乱入力に対する制御応答に関する規範モデル
の係数α2D，α３D，α４Dは速応性とロバスト性との兼
ね合いから、例えば表２に示す値とする。

【００８０】

【表２】

【００８１】ここで、前述と同様にＷ_D（ｓ）＝Ｍ
_D（ｓ）として解くと、外乱入力に対する制御応答に関
する立上り時間σDおよびＰＩＤパラメータＫ_P、Ｔ_I、
Ｔ_Dが決定できる。この決定されたパラメータを設定し
たＩ−ＰＤフィードバック制御系に対し、制御対象の入
力側にステップ状外乱を与えたとすると、図１7に示す
ような制御応答が得られる。

【００８２】次に、図１２（ｂ）に示す制御系に対し、
決定された制御パラメータＫ_P，Ｔ_I，Ｔ_Dを設定し、こ
のときの目標値Ｒから制御量Ｙへの伝達関数Ｗ_R（ｓ）
をもって表わすと、次式のようになる。

【００８３】 Ｗ_R（ｓ）＝［Ｋ_P｛ｂ＋１／（Ｔ_Iｓ）＋ｃＴ_Dｓ｝］ ・ＭD（ｓ）……（１６） ここで、前段の［ ］内はフィードフォワード制御要
素３４の伝達関数、後段のＭD（ｓ）は前記（１５）式
の規範モデルの伝達関数である。

【００８４】従って、この（１６）式は下記する（１
７）式で表わせる。

【００８５】 Ｗ_R（ｓ）＝（１＋ｂＴ_Iｓ＋ｃＴ_IＴ_Dｓ^２）／（１＋σDｓ＋α2DσD^２ｓ^２ ＋α３DσD^３ｓ^３＋α４DσD^４ｓ^４）……（１７） 他方、目標値Ｒによる制御量Ｙの望ましい制御応答を規
定する規範モデルは次式で表わすものとする（前述する
文献 ＰＩＤ制御 、ｐ１２０（６．２）式参照）。

【００８６】 Ｍ_R（ｓ）＝１／（１＋σRｓ＋α２RσR^２ｓ^２＋α３RσR^３ｓ^３） …（１８） ここで、目標値変化に対する制御応答に関する規範モデ
ルの係数α２R、α３Rは速応性とロバスト性との兼ね合
いから、例えば前記表２に示す値とする。

【００８７】そこで、Ｗ_R（ｓ）＝Ｍ_R（ｓ）とし、高次
項を無視して解くと、目標値変更に対する制御応答に関
する立上り時間σRと外乱入力に対する制御応答に関す
る立上り時間σDとの立上り時間比σR／σDは下式の３
次方程式の最小実根から求まる。

【００８８】 （１−２α_２R＋α_３R）（σ_R／σ_D）^３−（１−α_２R）（σ_R／σ_D）^２ ＋α_2D（σ_R／σ_D）−α_３D＝０ ……（１９） また、微分時間を用いない２自由度Ｉ−Ｐ制御では、立
上り時間比σR／σDは次の２次方程式の最小実根として
求まる。

【００８９】 （１−α２R）（σR／σD）^２−（σR／σD）＋α2D＝０ ……（２０） 次に、比例項用２自由度化パラメータｂ算出用係数β
は、 β＝１−（σR／σD） ……（２１） また、微分項用２自由度化パラメータｃ算出用係数γ
は、 γ＝（１−α２R）（σR／σD）^２−（σR／σD）＋α2D ……（２２） とする。

【００９０】よって、これらの値を用いると、比例項用
２自由度化パラメータｂは、 ｂ＝βσD／Ｔ_I ……（２３） と決定でき、また微分項用２自由度化パラメータｃは、 ｃ＝γσD^２／（Ｔ_IＴ_D） ……（２４） と決定できる。

【００９１】そこで、これら係数βおよび係数γを発生
させる関数要素が必要となるが、これら係数を発生させ
る関数要素は以下のように作成する。

【００９２】すなわち、ある補間係数λDから定まる
（１５）式の規範モデルＭD（ｓ）と、ある補間係数λR
から定まる前記（１８）式の規範モデルＭR（ｓ）とを
用いて、前記（１９）式の方程式または前記（２０）式
の方程式から立上り時間比σR／σDを求め、前記（２
１）式、（２２）式から係数β、γを求める。

【００９３】そして、これら補間係数λD，λRの種々の
値に対して係数β、γを求め、ｘ軸をλD、ｙ軸をλR、
ｚ軸をβおよびγとした行列データテーブルを作成し、
補間係数λD，λRを入力すれば、係数β、γを発生する
関数要素を作成できる。

【００９４】なお、補間係数λと最大感度Ｍｓとの間に
は図１５に示す関係があるので、λD，λRの代わりに最
大感度ＭSD、ＭSRを用いてもよい。また、２次の規範モ
デルを用いた場合には、λRの代わりとして、規範モデ
ルの分母２次項の係数α２Rを用いてもよい。

【００９５】さらに、関数要素例として、例えば図１６
（ａ）に示すように、ｘ軸に３次規範モデルのλD、ｙ
軸に２次規範モデルのα２Rとすれば、２自由度Ｉ−Ｐ
制御用の係数βを求めるための関数が得られる。また、
図１６（ｂ）、（ｃ）に示すように、ｘ軸に４次規範モ
デルのλD、ｙ軸に３次規範モデルのλRとすれば、２自
由度Ｉ−ＰＤ制御用の係数β、γを求めるための関数が
得られる。

【００９６】図１３は以上のような説明を踏まえつつ具
体化したパラメータ発生機構の一例を示す構成図であ
る。

【００９７】このパラメータ発生機構２は関数要素４１
と演算要素４２とで構成されている。この関数要素４１
は、外乱抑制用Ｉ−ＰＤ制御系の規範モデルの属性値Ｘ
D（λD、ＭSDなど）と目標値追従性を規定する規範モデ
ルの属性値ＸR（γR、ＭSR、α2Rなど）との種々の値の
組みに対して係数βの値を蓄えた行列データテーブルで
あって、入力される属性値ＸDと属性値ＸRとに基づい
て、行列データテーブルから蓄えた係数βを発生させ
る。なお、行列データテーブルの代わりに、前記（１
９）式または（２０）式と（２１）式との演算により、
係数βを発生させる要素であってもよい。

【００９８】前記演算要素４２は乗算要素４３および除
算要素４４からなり、そのうち乗算要素４３は関数要素
４１から発生される係数βに外乱抑制用Ｉ−ＰＤ制御系
の規範モデルの立上り時間σDを乗算し、除算要素４４
に導入する。この除算要素４４は、乗算要素４３によっ
て得られる乗算値を積分時間Ｔ_Iで除して比例項用２自
由度化パラメータｂを算出し、２自由度Ｉ−ＰＤ制御器
１′、３１に設定する。

【００９９】図１４は２自由度化パラメータ発生機構の
他の例を示す構成図である。

【０１００】このパラメータ発生機構２は、２つの関数
要素４５、４６と、これら関数要素４５，４６にそれぞ
れ対応する２つの演算要素４７，４８とによって構成さ
れている。

【０１０１】これら関数要素４５、４６は、それぞれ規
範モデルの属性値ＸDとＸRとの種々の値の組みに対して
係数βの値を蓄えた行列データテーブルであって、入力
される属性値ＸDと属性値ＸRとに基づいて、それぞれ行
列データテーブルから蓄えた係数β，γを発生させる。
なお、関数要素４５である行列データテーブルの代わり
に、前記（１９）式または（２０）式と（２１）式との
演算により係数βを発生させ、また関数要素４６である
行列データテーブルの代わりに、前記（１９）式と（２
２）式の演算により係数γを発生させる要素であっても
よい。

【０１０２】前記演算要素４７は図１３に示す演算要素
４２と同様に乗算要素４９および除算要素５０からな
り、乗算要素４９は関数要素４５から発生される係数β
に外乱抑制用Ｉ−ＰＤ制御系の規範モデルの立上り時間
σDを乗算し、除算要素５０に導入する。この除算要素
５０は、乗算要素４９にて得られた乗算値を積分時間Ｔ
Iで除して比例項用２自由度化パラメータｂを算出す
る。

【０１０３】一方の演算要素４８は、第１の乗算要素５
１、第２の乗算要素５２、除算要素５３および乗算要素
５４からなり、前記（２４）式の演算により微分項用２
自由度化パラメータｃを算出する。具体的には、第２の
乗算要素５２にて得られた立上り時間σDの乗算値σD^２
と係数γとを乗算要素５１にて乗算し、除算要素５３に
導入する。この除算要素５３は乗算要素５１からの乗算
値を乗算要素５４により得られる積分時間Ｔ_Iと微分時
間Ｔ_Dとの乗算値で除算し、（２４）式により微分項用
２自由度化パラメータｃを算出する。そして、各演算要
素４７，４８で得られたパラメータｂ，ｃを例えば図２
０に示す２自由度Ｉ−ＰＤ制御器１′に発信する。

【０１０４】なお、２自由度Ｉ−ＰＤ制御器１′として
は、図２０に示したものに限定されず、これを等価ブロ
ック変換して得られる図２１に示す目標値フィードフォ
ワード型や図２２に示す目標値フィルタ型、さらにはル
ープ補償型やフィードバック補償型などであってもよい
（ＰＩＤ制御、ｐ７５、著者：須田信英、朝倉書店）。

【０１０５】また、図２０に示す微分要素１１８として
完全微分型で表記したが、１次遅れ要素が付加された不
完全微分型であってもよい。

【０１０６】次に、パラメータ発生機構への入力につい
て説明する。外乱を最も良好に抑制できるように規範モ
デルを用いてＰＩＤ値を設計した場合、この時に使用し
た規範モデルで補間係数λD、最大感度ＭSD、分母２次
項の係数α2R、立上り時間σDは一義的に決まるので、
これらを使用する。規範モデルを用いずにＰＩＤ値を調
整した場合、操作端にステップ入力を加えたときの補間
係数λDを種々変えて描いた制御応答（図１７）と比較
し、形状がもっとも近い波形の補間係数λDから、規範
モデルおよび立上り時間σD（制御応答がほぼピークに
達する時間）を同定して使用する。

【０１０７】なお、図１７（ａ）は４次の規範モデルの
制御応答図であって、微分動作を用いた２自由度Ｉ−Ｐ
Ｄ制御系を用いる場合に使用される。また、図１７
（ｂ）は３次の規範モデルの制御応答図であって、微分
動作を用いない２自由度Ｉ−Ｐ制御系に使用される。

【０１０８】また、目標値変更の過度時に発生する操作
量の変化を小さくする場合やロバスト性を増やしたい場
合には立上り時間σDとして前記により定まる値よりも
大きい値を、また応答を早めたい場合には小さい値を入
力する。

【０１０９】また、例えばＩ−ＰＤ制御系の規範モデル
を自動的に同定する機構を付加し、Ｉ−ＰＤ制御器で用
いられている積分時間Ｔ_I、微分時間Ｔ_Dとともに同定結
果の入力項目を本発明のパラメータ発生機構に自動的に
入力すれば、オート（セルフ）チューニング２自由度Ｉ
−ＰＤ制御系を構成することができる。

【０１１０】さらに、目標値変更の追従性を規定する規
範モデルとしては、補間係数λRや分母２次項の係数α2
Rを種々変えて描いた制御応答波形（図１８）を参照
し、オーバシュート量などから、その制御系で最も適切
な形状を与える補間係数λRや分母２次項の係数α2R、
つまり規範モデルの属性値を決定して入力する。なお、
図１８（ａ）は目標値単位ステップ変更時の補間係数λ
Rを種々変えた場合の３次規範モデルの制御応答図であ
って、２自由度Ｉ−ＰＤ制御に用いられ、図１８（ｂ）
は目標値単位ステップ変更時の分母２次項の係数を種々
変えた場合の２次の規範モデルの制御応答図であって、
２自由度Ｉ−Ｐ制御時に用いられる。

【０１１１】図１９は、本発明によるパラメータ発生機
構２から２自由度化パラメータを発生し、２自由度Ｉ−
Ｐ（Ｄ）制御器に設定し、制御対象を制御したときの制
御応答の一例である。なお、比較のために、１自由度Ｉ
−Ｐ（Ｄ）制御器およびＰＩ（Ｄ）制御器で制御した場
合についてその制御応答を示している。

【０１１２】この図から明らかなように、本発明による
Ｉ−ＰＤ制御の場合、目標値変更時に大きなオーバシュ
ートを発生させることなく、しかも速応性をもたせて応
答させることができ、目標値追従性を大幅に向上させる
ことができる。

【０１１３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、所
定の入力項目のもとに目標値変更時の制御応答を規定す
る２自由度化パラメータを自動的に発生でき、従来のよ
うに長時間かけて試行錯誤的に調整する作業を省略で
き、また熟練者に頼らずに短時間に２自由度化パラメー
タを発生できる。

【０１１４】よって、外乱に対しても目標値変更に対し
ても、迅速に最適な制御性を実現できる２自由度制御装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる２自由度制御装置の第１およ
び第２の実施の形態を説明する概念構成図。

【図２】 本発明の原理を説明する２自由度ＰＩＤ制御
系のブロック線図。

【図３】 本発明に係わる２自由度制御装置における入
力項目を含む全体のブロック構成図。

【図４】 図３に示すパラメータ発生機構の具体的な構
成例を示す図。

【図５】 図３に示すパラメータ発生機構の具体的な構
成例を示す図。

【図６】 図３に示すパラメータ発生機構の具体的な構
成例を示す図。

【図７】 本発明に係わる２自由度制御装置を用いた場
合の制御応答例を示す図。

【図８】 図３に示すパラメータ発生機構に設定する関
数を説明する図。

【図９】 本発明に係わる２自由度制御装置の第２の実
施形態を示すブロック構成図。

【図１０】 本発明に係わる２自由度制御装置の第２の
実施形態の他の例を示すブロック構成図。

【図１１】 本発明に係わる２自由度制御装置の第３の
実施の形態を説明する概念構成図。

【図１２】 本発明の原理を説明する２自由度Ｉ−ＰＤ
制御系のブロック線図。

【図１３】 パラメータ発生機構の具体的な構成例を示
す図。

【図１４】 パラメータ発生機構の具体的な構成例を示
す図。

【図１５】 規範モデルの補間係数と最大感度との関係
を示す図。

【図１６】 関数要素の関数特性を示す図。

【図１７】 ＰＩＤ値設計あるいはＩ−ＰＤ制御系の特
性同定に使用するステップ外乱入力時の規範モデルの制
御応答を示す図。

【図１８】 ２自由度Ｉ−Ｐ（Ｄ）制御設計に使用する
目標値単位ステップ変更時の規範モデルの制御応答を示
す図。

【図１９】 本発明に係わる２自由度制御装置を用いた
場合の制御応答例を示す図。

【図２０】 従来公知の一般的な２自由度ＰＩＤまたは
２自由度Ｉ−ＰＤ制御系の概略構成を示す図。

【図２１】 従来公知のフィードフォワード要素をもつ
２自由度制御装置の構成図。

【図２２】 従来公知の目標値フィルタ要素をもつ２自
由度制御装置の構成図。

【符号の説明】

１…２自由度ＰＩＤ制御器 １′…２自由度Ｉ−ＰＤ制御器 ２…パラメータ発生機構 ２１、２２…演算要素 σD…外乱入力制御応答に関する立上り時間 σR…目標値変更制御応答に関する立上り時間 Ｔ_I…積分時間 Ｔ_D…微分時間 α2D…外乱入力制御応答規範モデルの２次項係数 α2R…目標値変更制御応答規範モデルの２次項係数 ４１，４５，４６…関数要素 ４２，４７，４８…演算要素

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Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御パラメータおよび２自由度化パラメ
   ータを用いて、制御対象に対して外乱抑制性および目標
   値追従性を共に良好に制御する２自由度制御装置におい
   て、 外乱入力制御応答に関する立上り時間と、目標値変更制
   御応答に関する立上り時間と、前記制御パラメータであ
   る積分時間あるいは当該積分時間および微分時間とを用
   いて、前記目標値変更制御応答を規定する前記２自由度
   化パラメータを発生するパラメータ発生機構を備えたこ
   とを特徴とする２自由度制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載するパラメータ発生機構
   において、 外乱入力制御応答に関する立上り時間をσD、外乱入力
   制御応答規範モデルの２次項係数をα2D、目標値変更制
   御応答に関する立上り時間をσR、目標値変更制御応答
   規範モデルの２次項係数をα2R、積分時間をＴ_I、微分
   時間をＴ_Dとしたとき、 ｛（１−α2R）・σR²−σD・σR＋α2D・σD²｝／Ｔ_I
   ・Ｔ_D なる演算式により得られる値に比例する値を、前記目標
   値変更制御応答を規定する２自由度化パラメータとする
   演算手段を設けたことを特徴とする２自由度制御装置。
3. 【請求項３】 制御パラメータおよび２自由度化パラメ
   ータを用いて、制御対象に対して外乱抑制性および目標
   値追従性を共に良好に制御する２自由度制御装置におい
   て、 制御対象の伝達特性タイプ、むだ時間および限界周期、
   または制御対象の伝達特性タイプおよび基準化むだ時間
   を用いて、目標値変更制御応答を規定する前記２自由度
   化パラメータを発生するパラメータ発生機構を備えたこ
   とを特徴とする２自由度制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載するパラメータ発生機構
   において、 各種の制御対象に関し、請求項１ないし請求項３におい
   て得られる目標値変更制御応答を規定する２自由度化パ
   ラメータをグラフ関数として設定してなることを特徴と
   する２自由度制御装置。
5. 【請求項５】 制御パラメータおよび２自由度化パラメ
   ータを用いて、制御対象に対して外乱抑制性および目標
   値追従性を共に良好に制御する２自由度制御装置におい
   て、 外乱抑制用Ｉ−ＰＤ制御系における第１の規範モデルの
   属性値と目標値追従性を規定する第２の規範モデルの属
   性値とが入力され、これら両属性値の関数として係数値
   を発生する関数要素と、この関数要素の係数値、第１の
   規範モデルの立上り時間および積分時間を用いて目標値
   追従性を良好にする２自由度化パラメータを発生する演
   算要素とを有するパラメータ発生機構を備えたことを特
   徴とする２自由度制御装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載する２自由度制御装置に
   おいて、 前記関数要素は、前記第１の規範モデルの属性値と前記
   第２の規範モデルの属性値の種々の値の組に対する係数
   値を保持する行列データテーブルを設け、入力される前
   記両属性値から係数値を発生することを特徴とする２自
   由度制御装置。
7. 【請求項７】 請求項５または請求項６に記載する２自
   由度制御装置において、 前記第１の規範モデルは、外乱を良好に抑制するＰＩＤ
   パラメータを設計するために使用するモデル、あるいは
   Ｉ−ＰＤ制御系の特性を同定して得られるモデルである
   ことを特徴とする２自由度制御装置。
8. 【請求項８】 請求項５ないし請求項７の何れか１つに
   記載する２自由度制御装置において、 前記規範モデルの属性値は、前記両規範モデルの補間係
   数、該両規範モデルの最大感度および該両規範モデルの
   伝達関数係数値のうち、何れか１つを用いることを特徴
   とする２自由度制御装置。
9. 【請求項９】 請求項５に記載する２自由度制御装置に
   おいて、 前記演算要素は、前記関数要素から発生される係数値に
   前記第１の規範モデルの立上り時間を乗じ、この乗算値
   を積分時間で除することにより２自由度化パラメータを
   発生することを特徴とする２自由度制御装置。
10. 【請求項１０】 請求項５に記載する２自由度制御装置
    において、 前記演算要素は、前記関数要素から発生される係数値に
    前記第１の規範モデルの立上り時間の２乗を乗じ、この
    乗算値を積分時間と微分時間との乗算値で除算すること
    により２自由度化パラメータを発生することを特徴とす
    る２自由度制御装置。