JP2000222002A - 制御パラメータ決定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＦＦ＋ＰＩＤ制御を行いオーバーフローする
ことなく迅速に目標値に達成するための制御パラメータ
を求めることのできる制御パラメータ決定装置を提供す
ること 【解決手段】 初期操作量ゲイン学習部３は、操作量を
複数の区分に分割し、実際の制御中に取得した操作量以
下の区分の存在時間を求め、閾値以上の存在時間の区分
の中で最も大きい区分の操作量の下限値を求める。ＦＦ
ゲイン学習部４は、目標値に達した際の操作量と、制御
終了時の操作量に基づいてＦＦゲインを求める。そし
て、初期操作量ゲインは、上記求めた下限値に最大操作
量を掛けたものを目標値で割って得られた値と、ＦＦゲ
インを比較し、大きい値を初期操作量ゲインに決定す
る。これにより、ＦＦ＋ＰＩＤ制御するコントローラに
おける初期操作量ゲインとＦＦゲインを設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制御パラメータ決
定方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【発明の背景】例えばアルミ押し出し形成を行う場合に
は、加熱したアルミ地金を、所定の速度（目標）で金型
（「ダイス」とも称されている）内を通過させることに
より、所定形状のアルミ製品を製造するようになってい
る。このとき、金型内を通過させる移動速度が必要以上
に遅いと生産性が低下する。一方、移動速度が速すぎる
と、製造されたアルミ製品の表面が脈打ったり、クラッ
クが生じたりして不良品となる。つまり、アルミ地金の
移動速度は、不良品とならない範囲でできるだけ速い速
度とするのが生産性を向上する点で好ましい。

【０００３】そこで、係る速度を目標値と設定し（実際
には、定常状態での揺らぎ等を考慮し、良品と不良品の
臨界点よりも一定のマージンだけ低くした値を目標値に
設定する）、アルミ地金を移動させる駆動装置における
操作量を制御し、制御量としてのアルミ地金の移動速度
をできるだけ、上記目標値になるように制御することが
行われる。そして、この制御は開始当初の過渡期ではで
きるだけ速く目標値に到達するようにし、目標値に到達
した後の定常状態では、制御量が変動することなくその
目標値を維持するように制御することになる。

【０００４】ところで、上記した制御を行う場合に、例
えばＰＩＤ制御が用いられる。特に、過渡期においては
制御量の目標値と実際の値との偏差に基づき、偏差が大
きければ操作量も大きくし、偏差が小さい場合には操作
量も小さくするように制御する比例動作（Ｐ動作）が制
御結果に大きく寄与する。つまり、Ｐ動作の効き具合を
左右する比例ゲインを大きくとると、早く目標値に到達
することができるものの、オーバーシュートしてしまう
おそれもある。そして、大きくオーバーシュートする
と、移動速度が上記臨界点を超えてしまうため、不良品
となる。逆に、比例ゲインを小さくすると、オーバーシ
ュートしないものの、移動速度が遅く生産性が低下す
る。

【０００５】そこで、Ｐゲインをどのような値にするか
が、生産性を向上する上で重要な要素となる。しかし、
実際のアルミ押し出し形成の場合には、アルミ地金に対
する加熱温度や、金型の寸法形状や、材質・品質等の各
種のファクターが存在するため、専ら熟練した技術者の
経験則により決定していた。

【０００６】一方、実際に動作させながら学習を行い、
ＰＩＤゲインを自動的に求める方法として、例えば単純
に今までに行った際の操作量の最大値を学習するという
手法がある。この場合、操作量がその最大値をとったあ
と制御対象は安定（目標速度に対してオーバーシュート
が発生していない，厚みが致命的な薄さにまで達してい
ない等）しているという指標が必要であり、そのための
制御結果の良否の判断機能を付加する必要があった。

【０００７】さらに、アルミ押し出しにおける制御対象
である速度制御や、厚み制御等は、応答性の早い制御対
象であるため、設定を誤ると品質を維持できる以上の速
度に達してしまったり、厚み制御においては致命的な薄
さまで薄くなる等の不具合が生じその結果生産性の低下
を招くことがあるので、制御するための各種のパラメー
タを精度よく設定する必要がある。

【０００８】また、制御波形自体を記憶すればどの程度
の操作量まで出力できるかの判断を比較的正確に行うこ
とができる。しかし、この方法では大量のメモリが必要
になり、少ないメモリで実用に耐えるというものではな
かった。そこで、自動的にパラメータ等を決定する場合
には、生産性を犠牲にして相当の安全を見越した値にせ
ざるを得なかった。

【０００９】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、制御量をオーバーシュートすることなく早期に目標
値に到達することのできるＦＦ制御，ＰＩＤ制御におけ
る制御パラメータを決定することのできる制御パラメー
タ決定方法及び装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る制御パラメータ決定方法では、Ｐ
ＩＤ制御の制御パラメータを決定する制御パラメータ決
定装置における決定方法であって、大きさにより分けら
れた複数の操作量区分単位で各操作量区分の存在時間を
管理する。そして、取得した制御対象の操作量に該当す
る操作量区分及びその操作量よりも低い操作量区分の存
在時間を加算する行程、１回の制御が終了後、閾値以上
の存在時間を有する操作量区分の中で、最も大きい操作
量区分を抽出する行程、その抽出した操作量区分に基づ
いて初期操作量に関する制御パラメータを決定する行程
を有するようにした（請求項５）。

【００１１】そして、係る方法を実施するのに適した決
定装置としては、例えばＰＩＤ制御する制御装置におけ
る制御パラメータを決定する制御パラメータ決定装置で
あって、大きさにより分けられた複数の操作量区分ごと
の存在時間を記憶する記憶部を有し、取得した制御対象
の操作量に該当する操作量区分及びその操作量よりも低
い操作量区分の記憶部について存在時間を加算する手段
と、前記記憶部に格納された存在時間が閾値以上の中で
最も大きい操作量区分に基づいて初期操作量に関する制
御パラメータを決定する決定手段を備えて構成すること
である（請求項１）。これら請求項１，５に記載の発明
が第１の実施の形態により実現されている。つまり、初
期操作量ゲイン学習部３並びにその作用に対応する。

【００１２】また、別の決定方法の解決手段としては、
フィードフォワード制御付きのＰＩＤ制御の制御パラメ
ータを決定する制御パラメータ決定装置における決定方
法であって、大きさにより分けられた複数の操作量区分
単位で各操作量区分の存在時間を管理する。そして、取
得した制御対象の操作量に該当する操作量区分及びその
操作量よりも低い操作量区分の存在時間を加算する行
程、１回の制御が終了後、閾値以上の存在時間を有する
操作量区分の中で、最も大きい操作量区分を抽出する行
程、その抽出された操作量区分に基づく初期操作量に関
する値と、フィードフォワードゲインに基づく値とを比
較し、大きい方の値を初期操作量に関する制御パラメー
タに決定する行程を有するように構成することである
（請求項６）。

【００１３】そして、係る方法を実施するのに適した決
定装置としては、フィードフォワード制御付きのＰＩＤ
制御をする制御装置における制御パラメータを決定する
制御パラメータ決定装置であって、大きさにより分けら
れた複数の操作量区分ごとの存在時間を記憶する記憶部
を有し、取得した制御対象の操作量に該当する操作量区
分及びその操作量よりも低い操作量区分の記憶部につい
て存在時間を加算する手段と、前記記憶部に格納された
存在時間が閾値以上の中で最も大きい操作量区分に基づ
いて得られた初期操作量に関する値と、フィードフォワ
ードゲインに基づく値とを比較し、大きい方の値を初期
操作量に関する制御パラメータに決定する決定手段を備
えて構成することである（請求項２）。これら、請求項
２，６に記載の発明が、第２の実施の形態や第４の実施
の形態により実現されている。

【００１４】本発明では、最初にある程度大きな操作量
を初期値（初期操作量）として与えることにより、迅速
に目標値に達するようにしている。但し、あまり大きな
値にすると、制御量がオーバーシュートしてしまう。そ
して、例えば、温度制御等でなく、速度制御，厚み制御
等においては、オーバーシュートがそのまま不良品の発
生となる。つまり、品質を維持できる以上の速度に達し
てしまったり、厚み制御においては致命的な薄さまで薄
くなる等の不具合が生じその結果生産性の低下を招くこ
とがある。そこで、係る不具合を発生しない範囲で、で
きるだけ大きな初期操作量を求めるのが好ましく、それ
を実現するのが上記した各請求項に記載の発明である。

【００１５】すなわち、実際の制御を行った際に得られ
る操作量を、順次取得する。そして、取得した操作量に
基づいて対応する操作量区分の存在時間を加算する。よ
って、１回の制御が終了した際に各操作量区分の存在時
間が分かる。従って、少なくとも存在時間が０の操作量
区分に属する操作量は、実際の処理に使用しない大きな
操作量であるので初期操作量として使用することはでき
ない（使用すると制御量がオーバーシュートする可能性
が高い）。

【００１６】また、たとえいくらかの存在時間が検出さ
れた操作量区分であっても、その存在時間が短い場合に
は、例えば外乱等により瞬間的に操作量が大きくなった
ことが予想される。また、正常動作で発生したとして
も、その発生期間が短いとその制御において長期間係る
操作量を与えるとオーバーシュートをすることを意味す
るので、初期操作量として最初から係る大きな値を与え
た場合、大きすぎて直ぐにオーバーシュートしたり、開
始当初に直ぐに操作量を低く抑える必要があり、スムー
ズな制御が期待できない。

【００１７】そこで、閾値以上の存在時間があった操作
量区分の中で最も大きな区分に基づいて初期操作量に関
する情報（実施の形態では初期操作量割合或いは初期操
作量ゲイン）を決定することにより、安全でしかも大き
な初期操作量を与えることができる。

【００１８】さらに、請求項２，６のようにフィードフ
ォワード（ＦＦ）ゲインも初期操作量を決定する判断条
件の１つとすると、初期操作量を安全な範囲でより大き
く設定することができる。また、操作量があまり変化な
く、比較的早く制御量が目標値に達するような場合に
も、大きな初期操作量を設定できる。そして、このＦＦ
ゲインは、人があらかじめ設定したものでもよいし、請
求項３，４，７，８に記載するようにして、制御結果に
基づいて求めたものでもよい。

【００１９】さらに別の決定方法の解決手段としては、
フィードフォワード制御付きのＰＩＤ制御の制御パラメ
ータを決定する制御パラメータ決定装置における決定方
法であって、定常状態になった際の操作量に関する情報
と、制御終了時の操作量に関する情報の少なくとも一方
に基づいてＦＦゲインを求める行程を備えて構成するこ
とである（請求項７）。そして、より好ましくは、前記
求めたＦＦゲインに基づいて初期操作量に関する制御パ
ラメータを決定する行程をさらに備えることである（請
求項８）。

【００２０】そして、係る方法を実施するのに適した決
定装置としては、フィードフォワード制御付きのＰＩＤ
制御をする制御装置における制御パラメータを決定する
制御パラメータ決定装置であって、定常状態における操
作量に基づいてＦＦゲインを求める手段を備えて構成す
ることである（請求項３）。そして、前記求めたＦＦゲ
インに基づいて初期操作量に関する制御パラメータを決
定する手段をさらに備えるとより好ましい（請求項
４）。上記した請求項３，４，７，８に記載の発明は、
第３の実施の形態により実現されている。つまり、ＦＦ
ゲイン学習部４或いはその作用に対応する。

【００２１】ＦＦ制御付きのＰＩＤ制御の場合、目標値
が近づくと比例ゲインがほとんど０になるのでＦＦゲイ
ンの設定が十分でないとなかなか目標に達しない。そこ
で制御パラメータとしてＦＦゲインを適切に設定するこ
とが、最終的に制御量が比較的早く目標値に達するため
の重要な要素の１つとなる。そこで、実際の制御で定常
状態のときの操作量に基づいてＦＦゲインを求めること
により、適切なＦＦゲインを設定することができる。

【００２２】さらに、請求項４，８のように、求めたＦ
Ｆゲインに基づいて初期操作量に関する制御パラメータ
を決定すると、最初から比較的大きな操作量で制御で
き、しかも、ＦＦ制御になめらかに以降できる。特に、
全体的に操作量の変化が少なかったり、早期に定常状態
に達するようなものの場合、請求項１，５の発明では、
初期操作量に関する制御パラメータを決定しにくいが、
ＦＦゲインを用いることにより、適した初期操作量を決
定できる。＊用語の定義「制御パラメータ」は、初期操
作量に関するパラメータとＦＦ制御する際のＦＦゲイン
などの各種のものを含む。そして、「初期操作量に関す
るパラメータ」は、初期操作量そのものであったり、初
期操作量を最大操作量で割った初期操作量割合であった
り、さらにそれを目標値で割った初期操作量ゲイン等を
含む。

【００２３】「定常状態」は、制御量が目標値に達する
ことはもちろん、ほぼ目標値に到達した場合も含む。そ
して、「定常状態における操作量」は、実施の形態に示
すように定常状態になったときの操作量や、制御終了時
の操作量はもちろん、定常状態の時の任意の操作量を用
いることができ、しかも、１つのみではなく、複数の時
点で取得した操作量を用いることもできる。そして、こ
こでいう「操作量」も、「初期操作量に関するパラメー
タ」と同様に「操作量」そのものはもちろんのこと、操
作量を最大操作量で割った操作量割合や、さらにそれを
目標値で割った操作量ゲイン（ＦＦゲイン）等を含む。

【００２４】

【発明の実施の形態】本形態では、例えば図１に示すよ
うに、操作量を０からでなく一定の初期操作量を与え、
そこからＰＩＤ制御を実行して、操作量を制御すること
により、制御量を目標値に収束させるような制御装置を
前提とし、その初期操作量，初期操作量ゲイン等の制御
パラメータを決定する学習装置部分に特徴を有するもの
であり、その具体的な構造としては、図２に示すように
なっている。

【００２５】すなわち、図２に示すように、Ａ／Ｄ変換
器１を介して、操作量と制御量が演算部２に与えられ
る。この演算部２には、初期操作量ゲイン学習部３及び
操作量生成部５を備えており、初期操作量ゲイン学習部
３にて学習して決定した初期操作量ゲインなどの制御パ
ラメータを記憶装置６に格納する。

【００２６】そして、実際の運転の際には、Ａ／Ｄ変換
器１を介して与えられる現在の操作量と制御量を取得
し、記憶装置６に格納された制御パラメータに基づいて
操作量を決定し、その決定した操作量をＤ／Ａ変換器７
を介して制御対象の装置・アクチュエータに与え、制御
するようにしている。操作量生成部５における具体的な
演算処理は、ＦＦ制御とＰＩＤ制御を併用した処理を行
うもので、ＦＦゲイン等を使って計算した操作量に比例
ゲイン×偏差＋積分ゲイン×Σ偏差を実行する。そし
て、初期状態であるので微分ゲインはなくした。さら
に、積分ゲインは比較的小さく設定している。

【００２７】ここで本発明の要部となる初期操作量ゲイ
ン学習部３の機能を説明する。まず、図３を用いて初期
操作量ゲイン学習部３の動作原理について説明すると、
最大操作量の１００％から所定の値（例えば４０％）の
間を複数の領域に分割する。図示の例では１０％刻みで
行っている。そして、実際の操作量（最大操作量に対す
る割合）と各領域を区切る下限値とを比較し、下限値以
上となっている時間を計測する。そして、各領域の計測
時間とあらかじめ定めた基準時間（閾値）とを比較し、
基準時間以上出力された操作量区分の中で最も大きい区
分を抽出し、その抽出した操作量区分の下限値から初期
操作量（初期操作量割合）を決定し、記憶装置６に保存
する。

【００２８】一例を示すと、以下のようなデータが得ら
れたとする。ここで、操作量区分に示すＸ％とは、その
操作量区分の下限値を示している。つまり、操作量区分
７０％とは、最大操作量の７０％以上８０％未満の操作
量の領域を意味する。また、存在秒数は各領域を区分け
する下限値以上となっている期間を計測しているので、
例えば操作量が５０％以上６０％未満のときには、操作
量区分５０％の欄と４０％の欄の両方の存在秒数にカウ
ントされる。

【００２９】

【表１】

【００３０】この場合において、例えば閾値として５秒
という値を設定しておくと、５秒以上となっている中で
最も大きい操作量区分は、７０％以上８０％未満の領域
となる。従って、今回と同一の制御対象では、最大操作
量は７０％以上８０％未満の範囲内になるので、その操
作量区分の下限値である７０％までは操作量を出力して
も問題がないといえる。そこで、次回の初期操作量Ｘを
最大操作量の７０％に決定する。

【００３１】このようにすると、次回の操作量は、例え
ば図３中二点鎖線で示すように当初から７０％という大
きくしかも安全（引張速度が速くて不良品を生じること
のない速度）な操作量で操作することができるので、制
御量も同図中一点鎖線で示すようになり、比較的早く目
標値に達することができ、しかもオーバーシュートもし
ない。また、実際の初期操作量ゲインは、上記のように
操作量割合が７０％と接待された場合には、 （最大操作量×７０％）／目標値 を演算することにより求められる。そして、上記した処
理を初期操作量ゲイン学習部３で行う。

【００３２】さらに、ＰＩＤ制御をする際の制御パラメ
ータの１つであるＫｐゲインも、初期操作量にあてはめ
て安全な範囲で大きくし、より迅速に目標値に到達する
ように制御できる。すなわち、単純なＰＩＤ制御におけ
る比例ゲインＫｐによる操作量は、本来、 （目標値−現在値）×Ｋｐ で与えられる。

【００３３】そこで、比例ゲインによる操作量を、上記
のようにして決定された初期操作量と等しくすると、な
めらかな操作量による制御が実現できる。つまり、例え
ば、初期操作量割合が７０％の場合、初期操作量は「最
大操作量×７０％」であるので、 （目標値−現在値）×Ｋｐ＝最大操作量×０．７ が成り立つようなＫｐ（Ｐゲイン）を求める。ここで、
制御開始時の速度（ラム速度）が０とすると、 Ｋｐ＝最大操作量×０．７／目標値 となる。

【００３４】また、ＰＩＤ制御が、仮想目標値付きのＰ
ＩＤ制御の場合には、 （目標値＋目標値補正量）×Ｋｐ＝最大操作量×０．７ 但し、Ｋｐは固定の式から目標値補正量を計算する等の
方式によって操作量をなめらかに出力する等の方式をと
ることができる。

【００３５】そして、上記処理を行う初期操作量ゲイン
学習部３における具体的な処理としては、図４，図５に
示すフローチャートのようになっている。すなわち、図
６に示すように、各領域（操作量区分）に存在する秒数
を格納するカウンタエリアと（Ｘ％の区分を格納するの
がＸ％用カウンタエリア）、各領域に対する操作量の存
在の有無等の状態を格納するフラグ格納エリアを関連付
けてメモリ領域を確保しておく。

【００３６】ここでフラグは、未使用（区分に達したの
がなく、カウントしていない場合）が「０」とし、カウ
ント中が「１」とし、一旦カウント開始後操作量がその
区分以下になりカウントを止めたならば「２」とする。
そして、フラグが「２」になった場合には、それ以後カ
ウントしない。つまり、操作量が一度下降して下側の区
分になった後、再度操作量を上昇させて元の高い区分に
戻ったような場合でも、再度カウントはしないようにし
ている。

【００３７】そして、具体的な処理は、まず制御開始と
ともにカウンタを初期化（０）する（ＳＴ１）。そし
て、本例では処理を定型化するために最大操作量に対す
る操作量の比率（百分率）を基準に設定している。そこ
で、その操作量の比率（割合）を示すＸを１００（１０
０％つまり最大操作量）に設定する（ＳＴ２）。

【００３８】次いで、押し出し中（制御中）か否かを判
断し（ＳＴ３）、押し出し中の場合にはその時の操作量
を取得し、「操作量／最大操作量」を計算し、操作量の
最大操作量に対する割合（操作量割合）を求める（ＳＴ
４）。そして、求めた操作量割合がＸ％以上か否かを判
断し（ＳＴ５）、Ｘ％未満のときにはステップ６に飛
び、そのＸ％のエリアのフラグが「１」か否かを判断す
る（ＳＴ６）。

【００３９】そして、フラグが「１」でない場合、つま
り、フラグが「０」（カウントしていない）場合とフラ
グが「２」（すでにカウントが終了している）場合に
は、そのままステップ７に進み、現在のＸから１０を引
いた値を次のＸにセットする。つまり、本形態では、図
６にも示したように１０％刻みで区分を設定したため、
このステップ７を実行することにより、現在の操作量割
合が属するか否かの判定対象が１つ下の区分に設定され
る。

【００４０】また、ステップ６の分岐判断で、Ｘ％のエ
リアのフラグが「１」の場合には、ステップ１２に飛
び、そのエリアのフラグを「２」にセットした後、ステ
ップ７に進む。このルートをとるのは、一度操作量が増
加してピークに至った後、減少し始めて（目標値に近づ
きつつある）、１つ以上低い操作量区分になったことを
意味する。よって、これ以降に仮に操作量が増加したと
しても、それは外乱などの影響により一時的に増加した
ことが原因と予測できるので、フラグを「２」にセット
して、以後のカウントを停止するようにしている。

【００４１】そして、ステップ７でＸの値を１０減算し
て得られた新たなＸが、４０未満であるか否かを判断し
（ＳＴ８）、４０未満でない場合には、ステップ３に戻
り新たに設定されたＸに基づいて上記した処理を実行す
る。また、Ｘが４０未満の場合には、すでに全ての操作
量区分（１００％から４０％まで）について属するか否
かを１回チェックしたことになるので、ステップ２に戻
り、再度、操作量割合が１００％のものからチェックを
することになる。

【００４２】また、ステップ４で求めた操作量割合がＸ
％以上とすると、ステップ５の分岐判断でＹｅｓとなる
ので、ステップ９に飛びそのＸ％のフラグが「０」でも
「１」でもないかを判断する。そして、「０」，「１」
のいずれでもない場合、つまり「２」の場合にはすでに
カウント終了した区分であるのでそのままステップ７に
進み、Ｘを１０減らして１つ下の区分についての判断を
することになる。

【００４３】また、ステップ９の判断がＮｏ、つまり、
フラクが「１」または「０」のいずれかである場合に
は、ステップ１０に進み、そのＸ％の区分のカウンタエ
リアのカウンタ値を１加算し、対応するフラグを「１」
にセットした（ＳＴ１１）後、ステップ７に進み、次の
１つ下の区分についての判断に移行する。

【００４４】このようにすることにより、例えば、操作
量が上昇中の期間では、その操作量割合（操作量／最大
操作量）以下の区分は、全てステップ５の判断でＹｅｓ
となり、対応する区分のフラグも「０」または「１」で
あるので、係る操作量割合以下の区分は、全てカウンタ
値が１加算されることになる。

【００４５】押し出し処理をしている間、上記したカウ
ント処理を実行することにより、各操作量割合の区分の
存在時間が計測される。そして、押し出し処理が終了し
たならば、ステップ３の分岐判断でＮｏとなるので、ス
テップ１３に飛び、初期操作量ゲインの算出処理に移行
する。つまり、まず、Ｘを１００にセットし、そのＸ％
用カウンタエリアのカウント値を取得し、それが閾値よ
りも大きいか否かを判断する（ＳＴ１４）。そして、閾
値以下の場合にはステップ１５に進み、Ｘを１０減算し
た値を新たなＸとする。つまり、１つ下の区分について
の判定処理に移行する。

【００４６】そして、ステップ１５でＸの値を１０減算
して得られた新たなＸが、４０未満であるか否かを判断
し（ＳＴ１６）、４０未満でない場合には、ステップ１
４に戻り新たに設定されたＸ％用カウンタエリアのカウ
ンタ値が、閾値より大きいか否かの判断を行う。このよ
うに、ステップ１４からステップ１６を繰り返し実行す
ることにより、最初にステップ１４でＹｅｓとなったＸ
％が、基準時間（閾値）以上出力された操作量区分の中
で最も大きい操作量区分となる。

【００４７】このようにして、係る最も大きい操作量区
分が特定されたならば、ステップ１４からステップ１７
に飛び、「最大操作量×Ｘ％／目標値」を算出し、初期
操作量ゲインを求め、処理を終了する。

【００４８】なお、カウンタ値が閾値以上のものがなく
てＸが４０未満になってしまった場合には、ステップ１
７の演算処理による初期操作量ゲインを求めることはで
きないので、そのまま処理を終了する。なお係る場合に
は、初期操作量ゲインは例えばあらかじめ定めた値（例
えば、ＦＦゲイン）を初期操作量ゲインに設定するよう
にしても良い。

【００４９】上記したように、複数の領域を設定し、そ
こに存在するか否かを判定し、その判定結果を記憶する
だけでよいので、メモリ容量が少なくてすむ。また、単
純に操作量の最大値を求めるのではなく、領域を設定し
一定の閾値以上存在した場合にその領域の下限値を初期
操作量割合（これに基づいて初期操作量や初期操作量ゲ
インが求められる）としたため、まず、何らかの外乱な
どにより瞬間的に操作量が大きくなった場合には、閾値
未満となるので、初期操作量決定の対象からそれを排除
できる。また、下限値としたことから、実際の操作量の
最大値を超えることはない。よって、安全な範囲で大き
い操作量ゲインを設定でき、迅速性と確実性（品質の劣
化等のない）の両方の調和を図れる。

【００５０】図７は、初期操作量ゲイン学習部３の別の
実施の形態の要部を示している。すなわち、この形態で
は初期操作量ゲインの求め方が、第１の実施の形態と少
し異なる。つまり、第１の実施の形態では、ステップ１
７の演算結果をそのまま初期操作量ゲインに決定した
が、本実施の形態では、操作量区分の中で最も大きい操
作量区分を抽出した（ＳＴ１４でＹｅｓ）ならば、「最
大操作量×Ｘ％／目標値」を算出し、その算出値がＦＦ
ゲインよりも大きいか否かを判断する（ＳＴ１８）。こ
こで比較対象のＦＦゲインは、フィードフォワード処理
をする際に用いられるＦＦゲインであり、あらかじめ経
験則などに基づいて人が設定したものでも良いし、後述
するようにＦＦゲイン学習部４で求めたものでも良い。

【００５１】そして、「最大操作量×Ｘ％／目標値」の
方が大きい場合には、その算出値を初期操作量ゲインに
決定する（ＳＴ１７）。また、ＦＦゲインの方が大きい
場合にはＦＦゲインを初期操作量ゲインに決定する（Ｓ
Ｔ１９）。さらに、このようにＦＦゲインを利用する方
法をとった場合、第１の実施の形態の変形例でも説明し
たように、閾値以上のカウンタ値がない時には、ステッ
プ１６でＹｅｓになるが、その場合にＦＦゲインを初期
操作量ゲインに決定するようにしている（ＳＴ２０）。

【００５２】このようにすると、例えば「最大操作量×
Ｘ％／目標値」が小さかったり、そもそも閾値以上とな
るカウンタ値がなく「最大操作量×Ｘ％／目標値」自体
を算出することができないような場合でも、できるだけ
大きい初期操作量ゲインを設定することができる。な
お、その他の構成並びに作用効果は、図４，図５に示す
フローチャートと同様であるのでその詳細な説明を省略
する。

【００５３】図８は、本発明の第３の実施の形態を示し
ている。本実施の形態は、上記した第１，第２の実施の
形態と相違して、定常状態に至った際の操作量に基づい
て制御パラメータを求めるようにしている。具体的に
は、初期操作量ゲイン学習部３に替えてＦＦゲイン学習
部４を設けている。

【００５４】まず、ＦＦゲイン学習部４の概略の機能を
説明すると、定常状態に達した後（＝目標値到達後）の
操作量（ポイントＡ）と、この制御が終了する直前の操
作量（ポイントＢ）の少なくとも一方を使用する。

【００５５】一例を示すと、操作量と制御量が図９のよ
うになっているとすると、ポイントＡ，Ｂはそれぞれ図
示したような値となる。ここで、定常状態に達したと
は、目標値に到達したことはもちろんのこと、ほぼ目標
値に到達した（例えば目標値の９５％など）場合として
も良い。そして、ポイントＡ或いはポイントＢにおける
ＦＦゲインを次回の初期操作量ゲインに設定する。

【００５６】また、両方を用いて演算処理をし、それに
よりＦＦゲインひいては初期操作量ゲインを決定するこ
ともできる。すなわち、ポイントＡにおけるＦＦゲイン
を初期ＦＦゲインとし、ポイントＢにおけるＦＦゲイン
を終了ＦＦゲインとする。そして、次式によりＦＦゲイ
ンを求めることになる。ここでＫはあらかじめ設定して
おく。

【００５７】

【数１】

【００５８】そして、Ｋの値を０にすると、ＦＦゲイン
＝ポイントＡ（初期ＦＦゲイン）となり、Ｋの値を１に
すると、ＦＦゲイン＝ポイントＢ（終了ＦＦゲイン）と
なる。この場合に、前者にすると立ち上がりを早くする
ことができ、また後者にすると終了までが時間がかかる
が、オーバーシュートがなくなる。そして、実際には上
記２つの特徴を踏まえ、適宜の組み合わせでＦＦ制御付
きのＰＩＤコントローラにおけるＦＦゲインとして使用
する。また、このＦＦゲインを初期操作量ゲイン（初期
操作量は「ＦＦゲイン×目標値」）として設定すること
もできる。

【００５９】すなわち、ＦＦ付きのＰＩＤコントローラ
の場合、オーバーシュートを防ぐためには、積分をあま
り使わずＦＦ量を適切な値に設定することであるが、Ｆ
Ｆ量の設定が適切でないと、制御量が目標値に近づく
と、偏差が少なくなるので比例ゲインがほとんど０にな
ってしまい、制御量が目標値に到達するまでに時間がか
かってしまう。そこで、上記いずれかの方式によりＦＦ
ゲインを決定することで、適切なＦＦ量（ＦＦゲイン）
を設定することができる。

【００６０】このようにすると、例えば図１０に示すよ
うに、初期操作量が有限の幅をもったきざみであり、比
較的すぐに制御量が目標値に到達するようなものでも対
応することができる。さらに、このＦＦゲインを、初期
操作量ゲインに設定すると、なめらかな制御が可能とな
る。

【００６１】さらに本形態では、１回の押し出し処理に
より得られたＦＦゲインが有効なものか否かを判断し、
有効なもののみ次回の制御に利用し、有効でない場合に
は学習をしないようにする。具体的には、制御が正常に
行われたものであり、しかも、前回求めたＦＦゲインと
今回のＦＦゲインを比較し、そのずれが一定の範囲内で
ある（実際には、終了ＦＦゲイン同士の比で判断してい
る）ことの２つの条件を満たした時に、実際にＦＦゲイ
ンの算出・格納するようにしている。

【００６２】そして、上記した処理を行うためのＦＦゲ
イン学習部４の具体的な機能は、図１１，図１２に示す
フローチャートのようになる。すなわち、まず押し出し
開始と同時に前回の終了ＦＦゲインの値を、前回終了Ｆ
Ｆゲイン記憶エリアに格納する（ＳＴ２１）。この記憶
エリアは、記憶装置６内に確保してもよいし、ＦＦゲイ
ン学習部４内のバッファ等を用いてもよい。

【００６３】次いで、サンプリングごとに「速度（制御
量）／目標速度（目標値）」と「操作量／目標速度（目
標値）」を算出し、それぞれメモリに格納する（ＳＴ２
２）。そして、「速度／目標速度＝設定値」になったと
きの「操作量／目標値」を初期ＦＦゲインに決定し、初
期ＦＦゲイン記憶エリアに格納する（ＳＴ２３）。この
記憶エリアも、上記した前回終了ＦＦ記憶エリアと同
様、どの場所にあってもよい。そして、押し出し終了と
同時に速度（制御量）と操作量のサンプリングを停止す
る（ＳＴ２４）。

【００６４】次いで、今回の制御に伴い取得したデータ
が適合データか否かを判断する（ＳＴ２５）。つまり、
速度（制御量）／目標値が、決められた範囲内（例えば
９０から１００％）に収まっていたか否かを判断し（Ｓ
Ｔ２５）、範囲外の場合には学習せず、範囲内の場合に
は、終了ＦＦゲイン記憶エリアに、終了時の「操作量／
目標値」を格納する（ＳＴ２６）。

【００６５】そして、前回終了ＦＦゲインと今回の終了
ＦＦゲインの比（前回／今回＝安全度）を求め、その値
が一定の範囲内（８０から１２０）にあるか否かを判断
し（ＳＴ２７）、範囲外の場合には学習せず、範囲内の
場合には、今回取得した初期ＦＦゲインと終了ＦＦゲイ
ンを読み出すとともに、あらかじめ定めた値Ｋ（Ｋは０
以上１以下）に基づいて、「Ｋ×終了ＦＦゲイン＋（１
−Ｋ）×初期ＦＦゲイン」を求め（ＳＴ２８）、その算
出値をＦＦゲインとする（ＳＴ２９）。

【００６６】図１３は、本発明の第４の実施の形態を示
している。本実施の形態は、上記した第１，第３の実施
の形態を組み合わせたもの、つまり第２の実施の形態に
おいて初期操作量ゲインを決定する際のＦＦゲインとし
て、実際の操作に基づいて求めたＦＦゲインを利用した
ものである。

【００６７】具体的な構成は、図１３に示すように、演
算部２に初期操作量ゲイン学習部３とＦＦゲイン学習部
４と操作量生成部５を有している。そして、ＦＦゲイン
学習部４は、第３の実施の形態と同様に図１１，図１２
に示すフローチャートを実施する機能を有している。ま
た、初期操作量ゲイン学習部３は、第２の実施の形態と
同様で、図４と図７のフローチャートを実施する機能を
有している。そして、図７における処理ステップ（ＳＴ
１８〜ＳＴ２０）で用いるＦＦゲインの値が、ＦＦゲイ
ン学習部４で得られた値を使用するようにしている。

【００６８】図１４は、本発明を利用したアプリケーシ
ョンの１つであるアルミ形成をするための押し出し機器
に適用した例を示している。同図に示すように、円柱状
のアルミ地金１０を金型（ダイス）１１内を通過させる
ことにより、その金型１１の形状に沿ったアルミ形材
（アルミサッシ）が製造される。このとき、アルミ地金
１０を金型１１と反対側に配置した油圧シリンダ１３に
より所定の速度で押し出すようになっており、その押し
出し速度は、油圧ポンプ１５から送られる油圧量により
制御され、その油圧量はポンプコントローラ１６からの
制御信号により動作する。

【００６９】そして、このポンプコントローラ１６は、
ＰＬＣ１７から与えられる操作量としての制御信号（電
圧）により動作し、ＰＬＣ１７は、制御量としてのシリ
ンダ速度を取得し、それが設定された目標速度（目標
値）になるように、上記制御信号を出力する。このＰＬ
Ｃ１７は、ＦＦ＋ＰＩＤ制御をするもので、このときに
使用する初期操作量，初期操作量ゲイン及びまたはＦＦ
ゲインなどの制御パラメータが、本発明の制御パラメー
タ決定装置により決定され、セットされる。つまり、こ
の例では本発明はＰＬＣ１７内に内蔵されていることに
なる。

【００７０】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る制御パラメ
ータ決定方法及び装置では、制御量をオーバーシュート
することなく早期に目標値に到達することのできるＦＦ
制御，ＰＩＤ制御における制御パラメータを決定するこ
とができる。

【００７１】つまり、請求項１，５の発明では、初期操
作量に関する制御パラメータを安全な範囲（オーバーシ
ュートしない）で大きく設定することができる。これに
より、最初から大きな操作量であるので、制御量も迅速
に目標値に近づく。また、請求項２，６の発明では、Ｆ
Ｆゲインも加味するので、より大きな初期操作量を設定
することができる。

【００７２】また、請求項３，７の発明では、適切なＦ
Ｆゲインを決定することができ、制御量が目標値に近づ
いてきてＰＩＤ制御の比例ゲインが小さくなってもスム
ーズに制御量を目標値に収束させることができる。さら
に、請求項４，８の発明では、初期操作量も大きくなる
とともに、すぐに目標値に到達し、制御量の変化が少な
いような場合にも、適切な初期操作量を設定することが
できるので、より迅速に制御量を目標値に到達させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】操作量と制御量の関係を示す図である。

【図２】本発明に係る制御パラメータ決定装置の第１の
実施の形態を示す図である。

【図３】初期操作量ゲイン学習部の動作原理を説明する
図である。

【図４】初期操作量ゲイン学習部の機能を示すフローチ
ャートの一部である。

【図５】初期操作量ゲイン学習部の機能を示すフローチ
ャートの一部である。

【図６】初期操作量ゲイン学習部で使用するメモリのデ
ータ構造を示す図である。

【図７】本発明に係る制御パラメータ決定装置の第２の
実施の形態の要部となる初期操作量ゲイン学習部の機能
を示すフローチャートの一部である。

【図８】本発明に係る制御パラメータ決定装置の第３の
実施の形態を示す図である。

【図９】ＦＦゲイン学習部の動作原理を説明する図であ
る。

【図１０】操作量と制御量の関係を示す図である。

【図１１】ＦＦゲイン学習部の機能を示すフローチャー
トの一部である。

【図１２】ＦＦゲイン学習部の機能を示すフローチャー
トの一部である。

【図１３】本発明に係る制御パラメータ決定装置の第４
の実施の形態を示す図である。

【図１４】本発明に係る制御パラメータ決定装置の利用
形態の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ ＡＤ変換器 ２ 演算部 ３ 初期操作量ゲイン学習部 ４ ＦＦゲイン学習部 ５ 操作量生成部 ６ 記憶部 ７ ＤＡ変換器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＰＩＤ制御する制御装置における制御パ
   ラメータを決定する制御パラメータ決定装置であって、 大きさにより分けられた複数の操作量区分ごとの存在時
   間を記憶する記憶部を有し、 取得した制御対象の操作量に該当する操作量区分及びそ
   の操作量よりも低い操作量区分の記憶部について存在時
   間を加算する手段と、 前記記憶部に格納された存在時間が閾値以上の中で最も
   大きい操作量区分に基づいて初期操作量に関する制御パ
   ラメータを決定する決定手段を備えたことを特徴とする
   制御パラメータ決定装置。
2. 【請求項２】 フィードフォワード制御付きのＰＩＤ制
   御をする制御装置における制御パラメータを決定する制
   御パラメータ決定装置であって、 大きさにより分けられた複数の操作量区分ごとの存在時
   間を記憶する記憶部を有し、 取得した制御対象の操作量に該当する操作量区分及びそ
   の操作量よりも低い操作量区分の記憶部について存在時
   間を加算する手段と、 前記記憶部に格納された存在時間が閾値以上の中で最も
   大きい操作量区分に基づいて得られた初期操作量に関す
   る値と、フィードフォワードゲインに基づく値とを比較
   し、大きい方の値を初期操作量に関する制御パラメータ
   に決定する決定手段を備えたことを特徴とする制御パラ
   メータ決定装置。
3. 【請求項３】 フィードフォワード制御付きのＰＩＤ制
   御をする制御装置における制御パラメータを決定する制
   御パラメータ決定装置であって、 定常状態における操作量に基づいてＦＦゲインを求める
   手段を備えたことを特徴とする制御パラメータ決定装
   置。
4. 【請求項４】 前記求めたＦＦゲインに基づいて初期操
   作量に関する制御パラメータを決定する手段を備えた請
   求項３に記載の制御パラメータ決定装置。
5. 【請求項５】 ＰＩＤ制御の制御パラメータを決定する
   制御パラメータ決定装置における決定方法であって、 大きさにより分けられた複数の操作量区分単位で各操作
   量区分の存在時間を管理し、 取得した制御対象の操作量に該当する操作量区分及びそ
   の操作量よりも低い操作量区分の存在時間を加算する行
   程、 １回の制御が終了後、閾値以上の存在時間を有する操作
   量区分の中で、最も大きい操作量区分を抽出する行程、 その抽出した操作量区分に基づいて初期操作量に関する
   制御パラメータを決定する行程を有することを特徴とす
   る制御パラメータ決定方法。
6. 【請求項６】 フィードフォワード制御付きのＰＩＤ制
   御の制御パラメータを決定する制御パラメータ決定装置
   における決定方法であって、 大きさにより分けられた複数の操作量区分単位で各操作
   量区分の存在時間を管理し、 取得した制御対象の操作量に該当する操作量区分及びそ
   の操作量よりも低い操作量区分の存在時間を加算する行
   程、 １回の制御が終了後、閾値以上の存在時間を有する操作
   量区分の中で、最も大きい操作量区分を抽出する行程、 その抽出された操作量区分に基づく初期操作量に関する
   値と、フィードフォワードゲインに基づく値とを比較
   し、大きい方の値を初期操作量に関する制御パラメータ
   に決定する行程を有することを特徴とする制御パラメー
   タ決定方法。
7. 【請求項７】 フィードフォワード制御付きのＰＩＤ制
   御の制御パラメータを決定する制御パラメータ決定装置
   における決定方法であって、 取得した定常状態における操作量に基づいてＦＦゲイン
   を求める行程を備えたことを特徴とする制御パラメータ
   決定方法。
8. 【請求項８】 前記求めたＦＦゲインに基づいて初期操
   作量に関する制御パラメータを決定する行程をさらに備
   えた請求項７に記載の制御パラメータ決定方法。