JP2003157103A - モデルフリー型適応プロセスコントローラ - Google Patents

モデルフリー型適応プロセスコントローラ

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JP2003157103A JP2002238635A JP2002238635A JP2003157103A JP 2003157103 A JP2003157103 A JP 2003157103A JP 2002238635 A JP2002238635 A JP 2002238635A JP 2002238635 A JP2002238635 A JP 2002238635A JP 2003157103 A JP2003157103 A JP 2003157103A
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    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
    • G05B13/024—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】モデルフリー型の適応プロセスコントローラを
提供する。 【解決手段】 適応プロセスコントローラは、モデルフ
リー型適応に基づいて、プロセス変数を設定ポイントと
実質的に一致させ、コントローラゲイン，コントローラ
リセット，及び／又はコントローラ変化率を適応させ
る。適応コントローラは、振動指標から演算されるコン
トローラゲインを、定常状態推定量から演算されるコン
トローラゲインと組み合わせ、コントローラの比例，積
分，又は微分項のうちの２つの比率が所定値と等しくな
るようにすることにより、コントローラリセット／変化
率を適応させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、一般に、プロセ
スコントローラの適応に関し、特に、例えば負荷障害又
は設定ポイントの変化に応答するPIDコントローラ及び
ファジーロジックコントローラの如きプロセスコントロ
ーラのモデルフリー型適応に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】本願
は、2001年7月13日に出願された米国仮出願第60/305,54
5号の恩恵を主張するものである。
【０００３】例えば、比例・積分（PI）コントローラ，
比例・積分・微分（PID）コントローラ，又はファジー
ロジックコントローラ（FLC）の如きプロセスコントロ
ーラを用いて、プロセス変数が所望の設定ポイント値に
相当した状態を維持するようにプロセスを制御すること
が良く知られている。このようなプロセスコントローラ
は、典型的には、プロセス変数を制御するために、所望
の方法で開発されたコントローラゲイン，コントローラ
積分時間（「リセット」と呼ばれる），及び微分時間
（「変化率」と呼ばれる）の如き一組の制御パラメータ
を利用する。しかしながら、プロセスの運転の際に、プ
ロセス若しくは設定ポイントの変化に対して調整する目
的で、又は観測された運転パラメータに基づいてコント
ローラを最適化する目的で、制御パラメータを適応させ
ることは、一般的に有益であり、場合によっては必要で
ある。
【０００４】モデルフリー型適応プロセスコントローラ
は、設定ポイントの変化又は負荷障害に適応及び応答す
ることによって、典型的な閉ループコントローラ応答を
用いている。モデルフリー型適応プロセスコントローラ
の１つの例において、システムは、誤差信号の振動の周
期を測定し、該誤差信号の実際の減衰及びオーバーシュ
ートを検出する。誤差信号に振動がない場合には、比例
ゲイン制御パラメータが増加され、積分及び微分時間制
御パラメータが減少される。誤差信号に振動が検出され
た場合には、該誤差信号の減衰及びオーバーシュートを
測定し、ゲイン，コントローラ積分時間，及び微分時間
制御パラメータをそれらに応じて調整する。
【０００５】この例のモデルフリー型適応プロセスコン
トローラは単純ではあるが、幾つかの欠陥を示してい
る。特に、このアプローチは、制御応答が振動性である
場合にだけ適用可能である。制御応答が振動性でない場
合には、振動を誘発して適応を促すために、制御パラメ
ータ又は設定ポイントを変更しなければならない。結果
として、この適応は、過減衰コントローラを調節するた
めに複数の設定ポイントを変更することを必要とし、更
に、コントローラが比較的小さい安全率の振動応答に対
して調節される点に制限される。
【０００６】モデルフリー型適応プロセスコントローラ
は、典型的なモデル型適応コントローラよりも実行する
演算が少なく、また、必要なアルゴリズムが容易である
という可能性を有していることが分かり、モデルフリー
型適応コントローラを用いて、上記の認識された欠陥を
解決する試みが幾つかなされている。例えば、Marsik,
J.及びStrejc, V.による「Application of Identificat
ion-Free Algorithmsfor Adaptive Control（適応制御
のためのアイデンティフィケーションフリーアルゴリズ
ムの応用）」（Automatica, vol. 25, No. 2, pp. 273-
277, 1989）では、モデルフリー型適応PIDコントローラ
の一例が開示されている。この論文において、Marsik及
びStrejcは、適切に調節されたコントローラにおいて
は、このコントローラの出力変化を構成する全てのコン
トローラの比例，積分，及び微分項の平均絶対値は、概
略等しいということを認めている。結果として、この論
文には、制御パラメータを、全ての個別の比例、積分、
又は微分項の平均絶対値を等しい値にすることにより、
プロセスコントローラを調節する適応ルーチンが記述さ
れている。
【０００７】残念ながら、Marsik及びStrejcにより提案
されたモデルフリー型適応コントローラは、収束が悪い
ことを示しており、時には不安定領域を通り過ぎてしま
って、殆どのプロセス制御問題に対して有効であるよう
には思えない。更に、Marsik及びStrejcにより提案され
た適応ルーチンは、ファジーロジックコントローラの如
き非線形コントローラへの適応可能性を示唆していな
い。
【０００８】特に、ここ十年、ファジーロジックコント
ローラの利点を示す出版物が多いのにも拘わらず、産業
に展開されているこれらのコントローラは、非常に僅か
なものであった。ファジーロジックコントローラが利用
される頻度が比較的低い１つの理由は、それらを調節す
ることが困難であるからである。単純なファジーロジッ
クコントローラを調節するために著しい努力を集中して
きており、コントローラは、入力に対して２つ又は３つ
のメンバーシップ機能を規定すると共に、それと同様の
数のメンバーシップ機能を出力に対して規定してはいる
が、ファジーロジックコントローラに対してモデルフリ
ー型適応アプローチを適応することの示唆は無いままで
あった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】ここには、従来のモデル
フリー型適応コントローラシステムの欠陥の一部を軽減
するモデルフリー型適応コントローラが記述されてい
る。例えば、この記述されたシステムは、適応されるコ
ントローラパラメータにより優れた収束を示し、ゲイン
及びリセット適応の間の相互作用を減少し、コントロー
ラ調節要件を満足する際の柔軟性を考慮し、ゲイン適応
に対する雑音の影響を軽減し、そして、小さい又は大き
い不感時間の何れかを有する閉ループシステムに加え
て、可変不感時間を有するループシステムにおいても動
作する。更に、記述されたシステムは、ファジーロジッ
クコントローラを調節する際に付随する困難を軽減す
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、参照符号10により概して
示される適応PID制御システム又はチューナの概略のブ
ロック図である。適応PID制御システム10は、図１に示
す如く通信可能に接続されたプロセスコントローラ12，
プロセス14，スーパーバイザ16，励起生成器18，ゲイン
適応ブロック20，リセット／変化率適応ブロック22，及
びセイフティネットブロック24を備えている。標準閉ル
ープ制御システムの運転の際には、プロセス出力信号又
はプロセス変数PVは、プロセス14から検出され、設定ポ
イントSPとの比較のために加算ブロック26に与えられ
る。また、励起生成器18からの出力信号も、以下に詳細
に記述するように、加算ブロック26に与えられる。プロ
セス変数PVと設定ポイントSPとの間の差として特定され
る誤差信号は、プロセスコントローラ12に送られるが、
この例においては、任意の種類のPIDコントローラに送
られてもよく、また、これを変形物の１つに送られても
よい。
【００１１】閉ループ運転において、プロセスコントロ
ーラ12の出力は、加算ブロック28に与えられ、そこで、
励起生成器18からの出力信号を加算され、ブロック28の
出力は、プロセス14に制御信号OUTとして与えられる。
このように、標準閉ループ制御原理によれば、プロセス
コントローラ12は、次の一般式に基づいて、プロセス変
数PVを設定ポイントSPと実質的に等しくするように動作
する。
【００１２】
【数９】
【００１３】この式において、 u(k)：k時における制御信号OUT、 Kc(k)：k時におけるコントローラゲイン、 e(k)：k時における誤差信号（設定ポイントSPとプロセ
ス変数PVとの間の差）、 Ts：スキャン時間間隔、 Ti(k)：k時におけるリセット又はコントローラ積分時
間、 Td(k)：k時における変化率又はコントローラ微分時間、 Δe(k)：k時における誤差信号の変化、又はe(k)-e(k-
1)。
【００１４】同等のPIDコントローラは、増分形式で次
のように表わすことができる。
【００１５】
【数１０】
【００１６】この式において、 Δ2e(k)：Δe(k)-Δe(k-1)（k時における誤差信号変化
内の変化）。
【００１７】一般的に、適応PID制御システム10は、コ
ントローラゲインKcに加えて、一又は複数のコントロー
ラパラメータ（即ち、式（１）のコントローラ積分時間
及び微分時間）を適応させる。コントローラゲインKcを
適応させるために、ゲイン適応ブロック20は、振動指標
Kc oscから演算されるコントローラゲインと、プロセス
定常状態ゲインKc ssの推定値から演算されるコントロー
ラゲインとを組み合わせ、総合コントローラゲインKcを
決定し、それにより、雑音にあまり影響されないコント
ローラシステムを実現している。式（２）のようにコン
トローラの出力変化を構成する項を適応させるために、
リセット／変化率適応ブロック22は、２つ以上のコント
ローラ項の比率が所定の定数と等しくなるように、リセ
ット又は変化率の如き或るコントローラパラメータを適
応させる。
【００１８】運転の際には、スーパーバイザ16は、設定
ポイントSP及びプロセス変数PVを監視し、一又は複数の
所定の条件下での適応を開始する。例えば、スーパーバ
イザ16は、誤差信号e又は該誤差信号の変化Δeが所定の
閾値よりも大きい場合に、即ち、次の２つの条件のうち
の何れか又は両方を満足する場合に、適応を開始しても
よい。
【００１９】
【数１１】
【００２０】又は、
【００２１】
【数１２】
【００２２】この式において、 Emin：所定の最小誤差信号閾値、 ΔEmin：所定の最小誤差信号閾値の変化。
【００２３】励起生成器18は、特定の時間で自動的に適
応をさせるように、定期的に適応をさせるように、又は
システムが定常状態で所定の時間動作した場合に適応を
させるように、プログラムされてもよい。適応PID制御
システム10の適応をさせるために、励起生成器18は、自
動的に又はスーパーバイザ16の制御下で、加算ブロック
26及び加算ブロック28のうちの１つ又は両方に、一又は
複数の上述した所定の条件をシステム内の信号を満足す
るのに十分な制御信号を投入し、適応手順を引き起こさ
せる。
【００２４】一旦、適応が必要であるとスーパーバイザ
16が判断した場合には、スーパーバイザ16は、コントロ
ーラゲインKcの適応を開始すべく、ゲイン適応ブロック
20に通知する。ゲイン適応ブロック20は、振動指標から
演算されるゲインの重み付け平均として、また、プロセ
ス定常状態ゲインの推定値から演算される制御ゲインの
重み付け平均として、コントローラゲインKcを演算する
ことにより、適応を実行する。例えば、コントローラゲ
インKcは、次式により推定され得る。
【００２５】
【数１３】
【００２６】この式において、 α1：プリセット比率定数（例えば、0.4）、 Kc ss：プロセス定常状態ゲインの推定値から演算される
コントローラゲイン、 Kc osc：振動指標から演算されるコントローラゲイン。
【００２７】特に、ゲイン適応ブロック20は、プロセス
出力（PV0）及びコントローラ出力（OUT0）を用いるこ
とにより、設定ポイントの変化前及び設定ポイントの変
化後しばらくしてから、プロセス出力（PV1）及びコン
トローラ出力（OUT1）が新しい定常状態になる場合に、
定常状態コントローラゲインKc ssを演算することが可能
である。この演算は、次式に従って実行することが可能
である。
【００２８】
【数１４】
【００２９】この式において、 λ：閉ループコントローラチューニングにおいて用いら
れる公知のラムダコントローラチューニングファクタ、 DT：不感時間（公知のものであるか又は公知の技術の１
つにより推定することが可能である）、 Ti(k)：k時におけるコントローラリセット。
【００３０】上述の式（５）は、次式のように書き換え
ることが可能である。
【００３１】
【数１５】
【００３２】というのは、Kssは、コントローラ出力（O
UT）の変化に対するプロセス出力（PV）の変化として、
別の方法で定義し得るからである。
【００３３】さらに、振動指標から演算されるコントロ
ーラゲインKc oscは、次式のように演算すことが可能で
ある。
【００３４】
【数１６】
【００３５】この式において、 Kc osc(k)：k時における振動指標から演算されるコント
ローラゲイン、 ΔKc osc(k)：k時における振動指標から演算されるコン
トローラゲインの変化。
【００３６】振動指標から演算されるコントローラゲイ
ンKc oscの初期値は、公知のPIDコントローラチューニン
グ方法を用いて演算され得る。例えば、初期値K
c oscは、リレー振動自動チューナ又は手動ループステッ
プ試験を用いて演算され得る。
【００３７】さらに、k時における振動指標W(k)から演
算されるコントローラゲインKc oscの変化は、次式のよ
うに演算され得る。
【００３８】
【数１７】
【００３９】この式において、 χ：ゲイン適応の速さを制御するプリセット定数（例え
ば、0.02と0.05との間の値）、 Wref：-1から+1までの区間から選択されるプリセット値
（例えば、-0.5）。 また、
【００４０】
【数１８】
【００４１】である。
【００４２】従って、ゲイン適応ブロック20がコントロ
ーラゲインKcを適応させ始めるためには、４つのスキャ
ンが必要であった。なぜならば、振動指標が、k-4時に
おいてコントローラ誤差信号を必要とするからである。
さらに、上述の演算は、k-2及びk-4に依存しているが、
例えば、k-6，k-8等を含む任意の数の間隔を用いてもよ
い。
【００４３】加えて、雑音は、何れのプロセス制御シス
テムにおいても共通して存在している。従って、雑音の
影響を軽減するために、適応プロセスにおいて雑音補償
を提供することが望ましい。例えば、ゲイン適応ブロッ
ク20は、次式に従って統計的に特定される値で、プリセ
ット値Wrefを増加することにより、適応PID制御システ
ム10における雑音に対処することが可能である。
【００４４】
【数１９】
【００４５】この式において、 Wref noise：雑音に対処すべく修正されたプリセット値W
ref、 φ：雑音補償の程度を規定するプリセット値（例えば、
1及び4の間）、 σ：何れの最新のPIDコントローラでも公知の特徴であ
るケイパビリティ標準偏差であり、コントローラにより
訂正できないプロセス出力の雑音及び高周波数変化を反
映している。
【００４６】この雑音補償の結果として、適応PID制御
システム10は、このシステム内の雑音にあまり影響され
ないことを示している。
【００４７】上述したように、振動指標Kc oscは、雑音
に対して敏感であり、式（９）に従って補償され得る。
雑音に対してあまり影響を受けないように振動指標Kc
oscを演算するもう１つの方法は、次式のように振動指
標を演算することである。
【００４８】
【数２０】
【００４９】この式において、 i：int((k-k0)/2)、 k0：適応を開始した時間。
【００５０】代わりに、雑音に対してあまり影響を受け
ないように振動指標Kc oscを演算する方法は、次式のよ
うに書くことが可能である。
【００５１】
【数２１】
【００５２】従って、上式を用いることによって、振動
指標は、プロセス変数PVが設定ポイントSPを通過すると
しても、プロセス変数PVの変化の方向が正又は負に留ま
る限り演算され得る。プロセス変数PVの変化が方向を変
えると直ぐに、もう１つのサイクルの振動指標の演算を
実行しなければならない。
【００５３】ゲイン適応が完了すると直ぐに又はゲイン
適応と同時に、以下に記述するように、スーパーバイザ
16は、リセット／変化率適応ブロック22を指示して、比
例，積分，及び微分コントローラ項に影響を与える一又
は複数のコントローラパラメータの適応を開始する。特
に、リセット／変化率適応ブロック22は、コントローラ
項の２つをプリセット比率にすべく、コントローラ積分
時間及び／又は微分時間を適応させる。この比率は、1
であってもよく、この場合には、２つの項は等しいが、
比率は1でなくてもよい。また、以下に記述するよう
に、図１の適応PID制御システム10は、比例及び積分コ
ントローラ項の比率がプリセット比率と等しくなるよう
にすべく、コントローラ積分時間Tiを適応させるが、リ
セット／変化率適応ブロック22が、任意の組み合わせの
コントローラ項を一又は複数の比率に適応させるように
プログラムされてもよいということは、当業者には理解
され得る。例えば、適応PID制御システム10は、比例及
び微分コントローラ項の比率を特定の値にすべく、微分
時間Tdを適応させることができる。
【００５４】１つの実施の形態において、リセット／変
化率適応ブロック22、又はスーパーバイザ16は、まず、
次式を満足するか否かを判定する。
【００５５】
【数２２】
【００５６】この式において、 e(k)：k時における誤差信号（設定ポイントSPとプロセ
ス変数PVとの間の差）、 Δe(k)：k時における誤差信号の変化。
【００５７】上式を満足する場合には、即ち誤差信号の
絶対値が減少する場合には、リセット／変化率適応ブロ
ック22は、コントローラリセットTiを適応させ、次式に
従ってゲイン変化を補償する。
【００５８】
【数２３】
【００５９】この式において、Ti(k+1)は、k+1時におけ
るコントローラ積分時間、Ti(k)は、k時におけるコント
ローラ積分時間、ΔTi(k)は、k時におけるコントローラ
積分時間又はコントローラリセットの変化。ここで、
【００６０】
【数２４】
【００６１】この式において、 γ：リセット適応の速さを制御するプリセット定数（例
えば、0.05及び0.5の間）。 また、
【００６２】
【数２５】
【００６３】この式において、 ΔPk：k時におけるコントローラ比例項の変化、 ΔIk：k時におけるコントローラ積分時間の変化、 α：プリセット比率。
【００６４】リセット／変化率適応の間、目標は、βを
1と等しくすべく、コントローラ積分時間Ti(k)を適応さ
せることであり、これは、積分及び比例項の変化の実際
の比率が所望の比率αと等しくなるときに起きる。従っ
て、上述したように、コントローラ積分時間Tiは、選択
された値αに依存する値に収束する。αの値は、コント
ローラゲインを演算するための技術であるラムダチュー
ニングで用いられるλとの関係により選択され得る。次
の関係がモデルフリー型適応に対して開発されている。
【００６５】αλ=1の場合、Ti(k)はゼロポール相殺値
に収束し、αλ>1の場合、Ti(k)はゼロポール相殺値よ
りも大きい方に収束し、αλ<1の場合、Ti(k)はゼロポ
ール相殺値よりも小さい方に収束する。
【００６６】この関係を更に明確にするために、ラムダ
チューニングにおいてλがコントローラゲインを定義す
るのと同様の方法で、適応PIDコントローラ積分時間の
値を規定するチューニングファクタΛは、 Λ=1/α で演算され得る。k時におけるコントローラ積分時間T
i(k)は、次の公知の関係に従ってαλに依存する値に収
束する。
【００６７】Λ=λの場合、Ti(k)はゼロポール相殺値に
収束し、Λ<λの場合、Ti(k)はゼロポール相殺値の大き
い方に収束し、Λ>λの場合、Ti(k)はゼロポール相殺値
の小さい方に収束する。
【００６８】また、リセット／変化率適応ブロック22
は、コントローラゲインKcとコントローラ積分時間Tiと
の間の相互作用を補償するためのチェックを有すること
が可能である。まず、リセット／変化率適応ブロック22
は、補償をする必要があるか否かを判定すべく、次式の
試験を実行する。
【００６９】
【数２６】
【００７０】この式において、 ΔTi(k)：k時におけるコントローラ積分時間の変化、 ΔKc(k)：k時におけるコントローラゲインの変化。
【００７１】リセット／変化率適応ブロック22が、コン
トローラゲインとリセット適応との間の相互作用を補償
すべきであると判断した場合には、即ち、コントローラ
積分時間Ti及びコントローラゲインKcは、両方とも、正
の方向に又は負の方向に変化していると判断した場合に
は、次式を用いてコントローラ積分時間Ti値を補償又は
訂正し得る。
【００７２】
【数２７】
【００７３】この式において、 Ti(k+1)corr：k+1時における補償されたコントローラ積
分時間、 Ti(k+1)：k+1時における補償されていないコントローラ
積分時間、 ΔTi(k)corr：k時における補償されたコントローラ積分
時間の変化。
【００７４】ΔTi(k)corrは、例えば、次式のように演
算され得る。
【００７５】
【数２８】
【００７６】この式において、 ΔTi(k)：k時におけるコントローラ積分時間の変化、 ΔKc(k)：k時におけるコントローラゲインの変化、 Kc(k)old：適応演算前のk時におけるコントローラゲイ
ン、 κ：リセット補償の程度を表わすプリセット値（例え
ば、0.1）。
【００７７】プロセス変数PVの振動を防止するために、
適応PID制御システム10は、セイフティネット24を具備
することが可能である。適応の間、プロセス変数、及び
従って誤差値が零点を通過する場合に検出することがで
きる制御応答が振動性であることをスーパーバイザ16が
検出した場合には、即ち、次式を満足する場合には、
【００７８】
【数２９】
【００７９】スーパーバイザ16は、コントローラゲイン
Ｋcを減少させるべく、セイフティネット24をアクティ
ブにする。コントローラゲインの減少を有効にさせるた
めに、セイフティネット24は、次式を用いてもよい。
【００８０】
【数３０】
【００８１】この式において、 η：プリセット定数（例えば、0.95）、 Kc(k)：k時におけるコントローラゲイン。
【００８２】図２は、参照符号50を付したコントローラ
ゲインKcと、参照符号52を付したコントローラ積分時間
Tiとの両方を時間に対してプロットしたグラフを示して
いる。ここで、コントローラゲインKc及びコントローラ
積分時間Tiは、線54により示されているプロセスゲイン
特性と、線56により示されているプロセス遅延特性との
変化に応じて、上述のシミュレーションされたプロセス
制御システムにおいて適応させられている。特に、プロ
セスゲイン54は、k時で1.5+sin(k/7200)のように変化
し、プロセス遅延56は、k時で10+10sin(k/14400)のよう
に変化している。プロセス不感時間は約2秒、設定ポイ
ントの変化は240秒毎、プロットサンプリング速度は20
秒、比率αには1.6が選択されている。図２のグラフが
示すように、コントローラゲインKc及びコントローラ積
分時間Tiは、コントローラ状態の変化に適応させられて
いるので、コントローラゲインKc（線56）は、プロセス
ゲイン54の変化とは逆に応答し、一方、コントローラ積
分時間Ti（線52）は、プロセス遅延56の変化に良く追従
した。
【００８３】図３は、参照符号60を付したコントローラ
ゲインKcと、参照符号62を付したコントローラ積分時間
Tiとの両方を時間に対してプロットしたグラフを示して
いる。ここで、コントローラゲインKc及びコントローラ
積分時間Tiは、線64により示されているプロセスゲイン
特性と、線66により示されているプロセス遅延特性との
変化に応じて、且つ1パーセントの4分の1（0.25％）の
雑音の存在下で、上述のシミュレーションされたプロセ
ス制御システムにおいて適応させられている。プロセス
ゲイン64は、k時で1.5+sin(k/7200)のように変化し、プ
ロセス遅延66は、k時で10+10sin(k/14400)のように変化
している。プロセス不感時間は約2秒、設定ポイントの
変化は240秒毎、プロットサンプリング速度は20秒、比
率αには1.2が選択されている。図３のグラフが示すよ
うに、この適応プロセスへの雑音の影響は最小であり、
コントローラゲインKc及びコントローラ積分時間Tiは、
コントローラ状態の変化に適応させられているので、コ
ントローラゲインKc（線60）は、プロセスゲイン64の変
化とは逆に応答し、一方、コントローラ積分時間Ti（線
62）は、プロセス遅延66の変化を良く追従したままであ
った。特に、コントローラゲインKcとプロセスゲインと
の積は、線68により示される、（プロセスゲイン）*Kc+
5としてプロットされ、雑音が存在しているのにも拘わ
らず、コントローラゲインKc（線60）とプロセスゲイン
64との間の安定な逆相関を示している。
【００８４】図４は、参照符号72を付した設定ポイント
SPの変化に応じて、上述のシミュレーションされたプロ
セス制御システム内において適応させられ、参照符号70
を付したプロセス変数PVをプロットしたグラフを示して
いる。この図示のグラフにおいて、プリセット値Wrefに
は0.5が選択され、比率αには1.6が選択されている。注
意すべき点は、設定ポイントSPの変化に応じて、プロセ
ス変数70が適応される際の見かけ上の初期応答は、プロ
ットされたデータを検索するために利用されたデータ履
歴の制限に起因するものであるという点である。図４の
グラフが示すように、プロセス変数70の変化は設定ポイ
ント72の変化に非常に良く追従している。
【００８５】ここで記述された適応PID制御システム10
は、コントローラ比例項とコントローラ積分時間との比
率を特定の値にすべく、コントローラ積分時間パラメー
タTiを適応させるが、当業者ならば理解できるように、
微分時間Tdを適応させ、これによって比例コントローラ
項と微分コントローラ項との比率を特定の値にすべく、
同様の式を用いることができる。同様に、Ti及びTdを適
応させ、これによって微分及び積分コントローラ項の比
率を特定の値にすべく、これらの式の組の両方を用いる
ことができる。これに代えて、コントローラ積分時間を
適応させた後、微分時間をTd＝αc*Tiとして演算しても
よく、この場合には、αcは、1/4から1/8の範囲の定数
であり、例えば1/6.25である。
【００８６】さらに、別の実施の形態においては、リセ
ット／変化率適応ブロック22は、コントローラ積分時間
及び／又は微分時間を、コントローラ項の２つの差を用
いて適応させる。例えば、適応PID制御システム10は、
比例項とコントローラ積分時間との差を用いて、コント
ローラ積分時間Tiを適応させることができる。特に、コ
ントローラ積分時間は、次式のように演算し得る。
【００８７】
【数３１】
【００８８】この式において、 ΔP：コントローラ比例項の変化、 ΔI：コントローラ積分時間の変化、 α：プリセット比率である。 ここで、
【００８９】
【数３２】
【００９０】上式を書き換えると、
【００９１】
【数３３】
【００９２】又は、
【００９３】
【数３４】
【００９４】この式において、 e(k)：k時における誤差信号（設定ポイントSPとプロセ
ス変数PVとの間の差）、 Ts：スキャン時間間隔、 Ti：リセット又はコントローラ積分時間、 Δe(k)：k時における誤差信号の変化。 最終的な適応の目標は、Δを零にすることであることを
認識して、次式のように記述し得る。
【００９５】
【数３５】
【００９６】この式において、 T’i=Ti+ΔT 上式を組み合わせると、コントローラ積分時間ΔTiは、
最終的に次式のように演算され得る。
【００９７】
【数３６】
【００９８】又は、
【００９９】
【数３７】
【０１００】図５に示すもう１つの実施の形態において
は、上述の適応アプローチは、更に、参照符号110によ
り概して示されている適応ファジーロジックコントロー
ラ（FLC）システムに適応し得る。適応FLCシステム110
は、図１に示された適応PID制御システム10と同一の要
素を利用するのが一般的であるが、適応FLCシステム110
において、プロセスコントローラ12は、ファジーロジッ
クコントローラ112と入れ替えられており、このFLCシス
テム110は、追加の誤差スケーリングファクタ／リセッ
ト適応翻訳ブロック114と、出力スケーリングファクタ
適応翻訳ブロック116とを備えている。
【０１０１】適応FLCシステム110は、適応PID制御シス
テム10と関連して上述したのと同一の閉ループ動作に従
って動作する。特に、プロセス変数PVは、プロセス14か
ら検出され、設定ポイントSPとの比較のために加算ブロ
ック26に与えられる。また、上述したように、励起生成
器18も、この加算ブロック26に与えられてもよい。それ
から、誤差信号eは、ファジーロジックコントローラ（F
LC）112に送られる。その間、スーパーバイザ16，ゲイ
ン適応ブロック20，及びリセット／変化率適応ブロック
22は、上述のように式（２）から式（１７）に従って動
作する。誤差スケーリングファクタ／リセット適応翻訳
ブロック114及び出力スケーリングファクタ適応翻訳ブ
ロック116は、リセット／変化率適応ブロック22及びゲ
イン適応ブロック20からの演算結果を以下に詳述するフ
ァジーロジックスケーリングファクタに翻訳する。
【０１０２】FLC 112は、予め規定されたファジールー
ル，メンバーシップ機能，及び調整可能なスケーリング
ファクタを用いて動作する。FLC 112は、誤差スケーリ
ングファクタSe，誤差スケーリングファクタの変化SΔe
を用いることによって、また、予め規定されたメンバー
シップ機能のそれぞれのメンバーシップの程度を演算す
ることによって、プロセス制御ループに関連する物理的
な値をファジーロジック値に翻訳する。それから、制御
入力のファジーロジック値が、推論ルールを適応するこ
とによって制御出力のファジーロジック値を展開するこ
とに用いられる。１つの実施の形態において、FLC 112
は、この推論プロセスの間、次表を利用し得る。
【０１０３】
【表１】
【０１０４】この表によれば、FLC 112は、制御入力展
開上の誤差e及び該誤差変化Δeのそれぞれに対して２つ
のメンバーシップ機能値を、また、出力変化Δuに対し
て３つのシングルトン値を用いる。誤差e及び該誤差変
化Δeのそれぞれに対する２つのメンバーシップ機能値
は、正及び負である。出力変化Δuに対する３つのシン
グルトン値は、負，零，及び正である。ファジーロジッ
ク制御の非線形性は、プロセス変数PVのファジーセット
への翻訳（ファジフィケーション），推論ルール，及び
このファジーセットの連続信号への翻訳（デファジフィ
ケーション）によるものである。
【０１０５】ファジーロジックスケーリングファクタ
は、コントローラゲインKc、及び典型的な比例・積分・
微分（PID）コントローラで用いられるリセットTi又は
変化率T dに関連している。特に、上述の適応PID制御シ
ステム10と同様に、適応FLCシステム110は、上で詳述さ
れたモデルフリー型適応数式に従って、コントローラゲ
インKc，及びリセットTi又は変化率Tdを適応させる。
【０１０６】それから、出力スケーリングファクタ適応
翻訳ブロック116は、次の公知の式に従って、ゲイン適
応ブロック20において演算されるコントローラゲインKc
を用い得る。
【０１０７】
【数３８】
【０１０８】この式において、 SΔu：コントローラ出力スケーリングファクタの変化、 X：プリセット定数（例えば、2及び4の間の値）、 SΔe：誤差スケーリングファクタの変化、 Kc：コントローラゲイン。 また、
【０１０９】
【数３９】
【０１１０】この式において、 ΔSP：公称の変化に対する設定ポイントの変化（例え
ば、1％）。 βsfは、例えば、次式のように演算され得る。
【０１１１】
【数４０】
【０１１２】この式において、Dは、プロセス不感時
間、Tcは、プロセス遅延。
【０１１３】一方、誤差スケーリングファクタ／リセッ
ト適応翻訳ブロック114は、次式に従って、リセット／
変化率適応ブロック22で演算されるコントローラ積分時
間Tiを利用し得る。
【０１１４】
【数４１】
【０１１５】この式において、 Se：誤差スケーリングファクタ、 Ti：コントローラ積分時間、 SΔe：誤差スケーリングファクタの変化、 Δt：コントローラスキャン期間。
【０１１６】適応PID制御システム10のように、本実施
の形態においては、適応FLCシステム110もまた、プロセ
ス変数PVの振動を防止すべく、セイフティネット24を具
備し得る。特に、スーパーバイザ16は、コントローラ出
力スケーリングファクタの変化SΔuを減少すべく、セイ
フティネット24をアクティブにすることが可能である。
コントローラゲインの減少をならしめるために、セイフ
ティネット24は、次式を用いることが可能である。
【０１１７】
【数４２】
【０１１８】この式において、 η：プリセット比例定数（例えば、0.95）、 SΔu：出力スケーリングファクタの変化。
【０１１９】図６は、参照符号150を付したコントロー
ラ出力スケーリングファクタの変化SΔuと、参照符号15
2を付した誤差スケーリングファクタSeとの両方を、時
間に対してプロットしたグラフを示している。ここで、
コントローラ出力スケーリングファクタの変化SΔu及び
誤差スケーリングファクタSeは、線154により示されて
いるプロセスゲイン特性と、線156により示されている
プロセス遅延特性の変化に応じて、上述のシミュレーシ
ョンされたファジーロジックプロセス制御システムにお
いて適応させられている。特に、プロセスゲイン154
は、k時で1.5+sin(k/7200)のように変化し、プロセス遅
延156は、k時で15+10*sin(k/14400)のように変化してい
る。プロセス不感時間は、約2秒、設定ポイントの変化
は120秒毎、プロットサンプリング速度は10秒、比率α
には1.2が選択されている。図６のグラフが示すよう
に、コントローラ出力スケーリングファクタの変化SΔu
及び誤差スケーリングファクタSeは、コントローラ状態
の変化に適応させられているので、コントローラ出力ス
ケーリングファクタの変化SΔu（線150）は、プロセス
ゲイン154の変化とは逆に応答し、一方、Se*5としてプ
ロットされた誤差スケーリングファクタSe（線152）
は、プロセス遅延156の変化に良く追従している。
【０１２０】図７は、参照符号162を付した設定ポイン
トSPの変化に応じて、図６に示されているのと同様のシ
ミュレーションされたファジーロジックプロセス制御シ
ステム110に適応させられ、また、参照符号160を付した
プロセス変数PVをプロットしたグラフを示している。図
７のグラフが示すように、プロセス変数160は、設定ポ
イントの変化162に非常に良い追従を示している。
【０１２１】図８は、参照符号172を付した設定ポイン
トSPの変化に応じて、ここで記述された原理を利用する
もう１つのシミュレーションされたファジーロジックプ
ロセス制御システムで適応させられ、また、参照符号17
0を付したプロセス変数PVをプロットしたグラフを示し
ている。このシミュレーションされたプロセス制御シス
テムにおいて、プロセスゲインは1.5、コントローラ出
力スケーリングファクタSΔuは1.0、プロセス不感時間
は2秒、プロットサンプリング速度は10秒、プロセス遅
延は15秒から5秒に変化し、設定ポイントは120秒毎に+/
-6％変化し、αの値には1.2が選択され、そしてλの値
には0.2が選択されている。プロセス適応は、17番目の
サンプルの後に開始された。図８のグラフが示すよう
に、適応が開始された後、プロセス変数PVの変化（線17
0）は、設定ポイントSPの変化（線172）に非常に良い追
従を示している。
【０１２２】図１の適応PID制御システム10と、図５の
適応FLCシステム110とは、ブロック図形式で示されてい
るが、スーパーバイザ16，ゲイン適応ブロック20，リセ
ット／変化率適応ブロック22，セイフティネット24，ス
ケーリングファクタ誤差／変化率翻訳ブロック114，及
びスケーリングファクタ出力翻訳ブロック116は、個別
の若しくは共通のハードウェア、又はメモリ内、更には
ファームウェア内のソフトウェアとして実現され、プロ
セッサ上で実行されてもよい。これらの要素は、所望に
より、同一のデバイス若しくはプロセッサ上で、又は異
なるデバイス若しくはプロセッサ上で実現されてもよ
く、また、所望の任意のプログラム言語を用いてプログ
ラムされてもよい。さらに、これらの要素は、コントロ
ーラ12の如きコントローラ、励起生成器18、又は他の任
意のデバイス内で実現されてもよい。同様に、励起生成
器18は、方形波生成器，正弦波生成器等の何れの種類の
信号生成器であってもよく、本質的には、デジタル又は
アナログであっても構わない。
【０１２３】本願発明は、特定の例を引用して記述され
てきたが、これらは、例示のみを意図したものであって
本願発明を限定するものではない。また、本願発明の目
的及び範疇を逸脱することなく、開示された実施の形態
に対して変更，追加，又は削除がなし得ることは、当業
者にとって明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 モデルフリー型適応PIDプロセス制御システ
ムのブロック図である。
【図２】 図１のシステムにおけるプロセスパラメータ
の変化に応じたコントローラゲイン及びリセット適応を
プロットしたグラフである。
【図３】 図１のシステムにおける雑音の存在下で、プ
ロセスパラメータの変化に応じたコントローラゲイン及
びリセット適応をプロットしたグラフである。
【図４】 図１の適応PIDプロセス制御システムを用い
て、設定ポイントの変化に応じたプロセス変数の変化を
プロットしたグラフである。
【図５】 モデルフリー型適応ファジーロジックプロセ
ス制御システムのブロック図である。
【図６】 図５のシステムにおけるプロセスパラメータ
の変化に応じたコントローラ出力スケーリングファクタ
及び誤差スケーリングファクタ適応の変化をプロットし
たグラフである。
【図７】 図６に示した適応の結果として、設定ポイン
トの変化に応じたプロセス変数の変化をプロットしたグ
ラフである。
【図８】 図５の適応ファジーロジックプロセス制御シ
ステムを用いて、設定ポイントの変化に応じたプロセス
変数の変化をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
10 適応PID制御システム 12 プロセスコントローラ 14 プロセス 16 スーパーバイザ 18 励起生成器 20 ゲイン適応ブロック 22 リセット／変化率適応ブロック 24 セイフティネットブロック 26 加算ブロック OUT 制御信号 PV プロセス変数 SP 設定ポイント
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブレビンス， テレンス エル. アメリカ合衆国 78681 テキサス ラウ ンドロック カーメル ドライブ 3801 (72)発明者 ティエル， ダーク アメリカ合衆国 78729 テキサス オー スティン ローンサム ダブ 7811 (72)発明者 グダズ， ジョン エー. アメリカ合衆国 21014 メリーランド ベルエア レッド パンプ ロード 113 Ｆターム(参考） 5H004 GA03 GB01 KB17 KB19 KC05 KC39 KC53 KC54 KD18 KD63

Claims (41)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プロセス制御信号を生成すべく、設定ポ
    イント及びプロセス変数を利用するプロセスコントロー
    ラをチューニングするために用いるチューナであって、 前記設定ポイントと前記プロセス変数との間の差を表わ
    す誤差信号を生成する第１のモジュールと、 前記プロセスコントローラをチューニングするために用
    いるゲインを生成すべく前記誤差信号を利用するゲイン
    適応モジュールと、 前記プロセス変数が振動することを検出することによっ
    て該プロセス変数を監視し、前記プロセス変数が振動す
    ることを検出した場合に、前記プロセス変数が振動する
    ことを防止すべく、前記ゲインを修正する第２のモジュ
    ールとを備え、 前記ゲイン適応モジュールは、振動指標ゲインとプロセ
    ス定常状態ゲインから演算されるゲインとの組み合わせ
    として前記ゲインを演算すべくなしてあることを特徴と
    するチューナ。
  2. 【請求項２】 前記第１のモジュールは、更に、前記誤
    差信号が所定の閾値よりも大きい場合に、前記ゲイン適
    応モジュールに前記ゲインを生成させるべくなしてある
    ことを特徴とする請求項１記載のチューナ。
  3. 【請求項３】 励起信号を生成する励起生成器と、前記
    誤差信号を前記所定の閾値よりも大きくすべく前記励起
    信号を前記誤差信号に加算する加算器とを更に備えるこ
    とを特徴とする請求項２記載のチューナ。
  4. 【請求項４】 前記第２のモジュールは、前記誤差信号
    がゼロポイントを通過することを検出することにより、
    前記プロセス変数が振動することを検出すべくなしてあ
    ることを特徴とする請求項１記載のチューナ。
  5. 【請求項５】 前記第２のモジュールは、前記ゲインを
    減衰定数で乗じることにより、前記プロセス変数が振動
    することを防止すべく前記ゲインを修正すべくなしてあ
    ることを特徴とする請求項１記載のチューナ。
  6. 【請求項６】 前記減衰定数は、1より小さい正の定数
    であることを特徴とする請求項５記載のチューナ。
  7. 【請求項７】 前記ゲイン適応モジュールは、更に、比
    例・積分・微分（PID）コントローラゲイン、比例・積
    分（PI）コントローラゲイン、又は比例・微分（PD）コ
    ントローラゲインのうちの１つを生成すべくなしてある
    ことを特徴とする請求項１記載のチューナ。
  8. 【請求項８】 前記ゲイン適応モジュールは、前記ゲイ
    ンを、前記振動指標ゲインから演算されるゲインと、前
    記プロセス定常状態ゲインから演算されるゲインとの重
    み付け加算として演算すべくなしてあることを特徴とす
    る請求項１記載のチューナ。
  9. 【請求項９】 前記ゲイン適応モジュールは、前記プロ
    セス定常状態ゲインからコントローラゲインを次式に従
    って演算すべくなしてあることを特徴とする請求項１記
    載のチューナ。 【数１】 この式において、 Kc SS：プロセス定常状態ゲインから演算されるゲイン PV0：設定ポイントの変化前のプロセス変数 OUT0：設定ポイントの変化前のコントローラ出力 PV1：設定ポイントの変化後の定常状態プロセス変数 OUT1：設定ポイントの変化後の定常状態コントローラ出
    力 λ：ラムダコントローラチューニングファクタ DT：プロセス不感時間 Ti(k)：k時におけるコントローラリセット
  10. 【請求項１０】 前記ゲイン適応モジュールは、前記振
    動指標から前記コントローラゲインを次式に従って演算
    すべくなしてあることを特徴とする請求項１記載のチュ
    ーナ。 【数２】 この式において、 Kc OCS(k)：k時における振動指標から演算されるゲイン Kc OCS(k-1)：k-1時における振動指標から演算されるゲ
    イン ΔKc OCS(k)：k時における振動指標から演算されるゲイ
    ンの変化 ここで、 【数３】 であり、この式において、 χ：0.02と0.05との間の値である所定の定数 Wref：-1から+1の区間から選択されるプリセット値 W(k)：k時における振動指標 ここで、 【数４】 であり、この式において、 i = int((k-k0)/2) k0：適応を開始した時間 e(k)：k時における誤差信号
  11. 【請求項１１】 前記ゲイン適応モジュールは、更に、
    雑音レベルに依存して決定された値により、前記プリセ
    ット値Wrefを変更することにより、雑音の影響を軽減す
    べくなしてあることを特徴とする請求項１０記載のチュ
    ーナ。
  12. 【請求項１２】 プロセス制御信号を生成すべく、設定
    ポイント及びプロセス変数を利用するプロセスコントロ
    ーラをチューニングするために用いるチューナであっ
    て、 前記設定ポイントと前記プロセス変数との間の差を表わ
    す誤差信号を生成する第１のモジュールと、 前記プロセスコントローラをチューニングするために用
    いる比例項、コントローラ積分時間、及び微分項のうち
    の少なくとも２つを演算すべく、前記誤差信号を利用す
    る適応モジュールと、 前記プロセス変数が振動することを検出することによっ
    て該プロセス変数を監視し、前記プロセス変数が振動す
    ることを検出した場合に、前記プロセス変数が振動する
    ことを防止すべく、前記比例項、前記コントローラ積分
    時間、及び前記微分項のうちの少なくとも１つを修正す
    る第２のモジュールとを備え、 前記適応モジュールは、第１並びに第２の比例、積分、
    及び微分項を演算し、その結果、第１の項の変化と第２
    の項の変化との比率がプリセット定数と等しくなるよう
    になしてあることを特徴とするチューナ。
  13. 【請求項１３】 前記第１のモジュールは、更に、前記
    誤差信号が所定の閾値より大きい場合に、前記適応モジ
    ュールに前記第１の項と前記第２の項とを演算させるべ
    くなしてあることを特徴とする請求項１２記載のチュー
    ナ。
  14. 【請求項１４】 励起信号を生成する励起生成器と、該
    励起信号を前記誤差信号に加算する加算器とを更に備え
    ることを特徴とする請求項１３記載のチューナ。
  15. 【請求項１５】 前記適応モジュールは、前記プリセッ
    ト定数とラムダチューニング定数との積が約1であるよ
    うなプリセット定数を利用すべくなしてあることを特徴
    とする請求項１２記載のチューナ。
  16. 【請求項１６】 前記適応モジュールは、前記プリセッ
    ト定数とラムダチューニング定数との積が1より大きい
    ようなプリセット定数を利用すべくなしてあることを特
    徴とする請求項１２記載のチューナ。
  17. 【請求項１７】 前記適応モジュールは、前記プリセッ
    ト定数とラムダチューニング定数との積が1より小さい
    ようなプリセット定数を利用すべくなしてあることを特
    徴とする請求項１２記載のチューナ。
  18. 【請求項１８】 前記第２のモジュールは、更に、前記
    誤差信号がゼロポイントを通過することを検出すること
    により、前記プロセス変数が振動することを検出すべく
    なしてあることを特徴とする請求項１２記載のチュー
    ナ。
  19. 【請求項１９】 前記第２のモジュールは、前記比例
    項、前記コントローラ積分時間、及び前記微分項のうち
    の少なくとも１つを減衰定数と乗じることにより、前記
    プロセス変数が振動することを防止すべく前記比例項、
    前記コントローラ積分時間、及び前記微分項のうちの少
    なくとも１つを修正すべくなしてあることを特徴とする
    請求項１２記載のチューナ。
  20. 【請求項２０】 前記減衰定数は、1より小さい正の定
    数であることを特徴とする請求項１９記載のチューナ。
  21. 【請求項２１】 前記適応モジュールは、前記コントロ
    ーラ積分時間を次式に従って演算すべくなしてあること
    を特徴とする請求項１２記載のチューナ。 【数５】 この式において、 Ti(k+1)：k+1時におけるコントローラ積分時間 Ti(k)：k時におけるコントローラ積分時間 ΔTi(k)は、k時におけるコントローラ積分時間の変化 ここで、 【数６】 であり、この式において、 γ：リセット適応の速さを制御するプリセット定数（例
    えば、0.05と0.5との間）また、 【数７】 ここで、 ΔPk：k時における比例項の変化 ΔIk：k時におけるコントローラ積分時間の変化 α：プリセット比率
  22. 【請求項２２】 プロセス制御信号を生成すべく、設定
    ポイント及びプロセス変数を利用するプロセスコントロ
    ーラをチューニングするために用いるチューナであっ
    て、 前記設定ポイントと前記プロセス変数との間の差を表わ
    す誤差信号を生成する第１のモジュールと、 前記プロセスコントローラをチューニングするために用
    いるゲインを生成すべく前記誤差信号を利用するゲイン
    適応モジュールと、 前記プロセスコントローラをチューニングするために用
    いる比例項、コントローラ積分時間、及び微分項のうち
    の少なくとも２つを演算すべく、前記誤差信号を利用す
    る適応モジュールとを備え、 前記ゲイン適応モジュールは、振動指標ゲインとプロセ
    ス定常状態ゲインから演算されるゲインの組み合わせと
    して前記ゲインを演算し、 前記適応モジュールは、第１並びに第２の比例、積分、
    及び微分項を演算し、その結果、第１の項の変化と第２
    の項の変化との比率がプリセット定数と等しくなるよう
    になしてあることを特徴とするチューナ。
  23. 【請求項２３】 前記第１のモジュールは、更に、前記
    誤差信号が所定の閾値よりも大きい場合に、前記ゲイン
    適応モジュールに前記ゲインを生成させ、前記適応モジ
    ュールに前記第１の項と前記第２の項とを演算させるべ
    くなしてあることを特徴とする請求項２２記載のチュー
    ナ。
  24. 【請求項２４】 励起信号を生成する励起生成器と、該
    励起信号を前記誤差信号に加算する加算器とを更に備え
    ることを特徴とする請求項２３記載のチューナ。
  25. 【請求項２５】 前記適応モジュールは、前記コントロ
    ーラゲインの変化と前記コントローラ積分時間との積が
    零よりも大きい場合に、該コントローラ積分時間を補償
    すべくなしてあることを特徴とする請求項２２記載のチ
    ューナ。
  26. 【請求項２６】 前記適応ブロックは、前記コントロー
    ラ積分時間を次式に従って補償すべくなしてあることを
    特徴とする請求項２５記載のチューナ。 【数８】 この式において、 ΔTi(k)corr：k時におけるコントローラ積分時間の補償
    された変化 ΔTi(k)：k時におけるコントローラ積分時間の変化 ΔKc(k)：k時におけるゲインの変化 Kc(k)old：適応モジュールが補償する前のk時における
    ゲイン κ：リセット補償の程度
  27. 【請求項２７】 プロセス制御信号を生成すべく、設定
    ポイント及びプロセス変数を利用するプロセスコントロ
    ーラをチューニングする方法であって、 前記設定ポイントと前記プロセス変数との間の差を表わ
    す誤差信号を生成するステップと、 前記プロセスコントローラをチューニングするために用
    いる比例項、コントローラ積分時間、及び微分項のうち
    の少なくとも２つを演算するステップとを有し、 第１の項の変化と第２の項の変化との比率は、プリセッ
    ト定数と等しいことを特徴とする方法。
  28. 【請求項２８】 前記誤差信号が所定の閾値よりも大き
    い場合に、前記比例項、前記コントローラ積分時間、及
    び前記微分項のうちの少なくとも２つを演算するステッ
    プを更に有することを特徴とする請求項２７記載の方
    法。
  29. 【請求項２９】 励起信号を導入するステップと、該励
    起信号を前記誤差信号に加算するステップとを更に有す
    ることを特徴とする請求項２８記載の方法。
  30. 【請求項３０】 前記プロセス変数が振動することを検
    出することによって該プロセス変数を監視するステップ
    を更に有し、 前記プロセス変数が振動することを検出した場合に、前
    記誤差信号が振動することを防止すべく、前記比例項、
    前記コントローラ積分時間、及び前記微分項のうちの少
    なくとも１つを修正することを特徴とする請求項２７記
    載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記プロセスコントローラをチューニ
    ングするために用いるゲインを生成するステップを更に
    有し、 前記ゲインは、振動指標ゲインとプロセス定常状態ゲイ
    ンから演算されるゲインとの組み合わせであることを特
    徴とする請求項２７記載の方法。
  32. 【請求項３２】 プロセス制御信号を生成すべく、設定
    ポイント及びプロセス変数を利用するプロセスコントロ
    ーラをチューニングするチューニングシステムであっ
    て、 メモリと、 該メモリに格納され、前記設定ポイントと前記プロセス
    変数との間の差を表わす誤差信号を生成すべくプロセッ
    サ上で実行される第１の論理ルーチンと、 前記メモリに格納され、前記プロセスコントローラをチ
    ューニングするために用いるゲインを生成すべくプロセ
    ッサ上で実行される第２の論理ルーチンとを備え、 前記ゲインは、振動指標ゲインから演算されるゲイン
    と、プロセス定常状態ゲインから演算されるゲインとの
    組み合わせであることを特徴とするチューニングシステ
    ム。
  33. 【請求項３３】 前記メモリに格納され、前記誤差信号
    が所定の閾値よりも大きい場合に、前記ゲインを生成す
    べくプロセッサ上で実行される第３の論理ルーチンを更
    に備えることを特徴とする請求項３２記載のチューニン
    グシステム。
  34. 【請求項３４】 前記メモリに格納され、前記プロセス
    コントローラをチューニングするために用いる比例項、
    コントローラ積分時間、及び微分項のうちの少なくとも
    ２つを演算すべくプロセッサ上で実行される第３の論理
    ルーチンを更に備え、 第１の項の変化と第２の項の変化との比率は、プリセッ
    ト定数と等しいことを特徴とする請求項３２記載のチュ
    ーニングシステム。
  35. 【請求項３５】 前記メモリに格納され、前記誤差信号
    が所定の閾値よりも大きい場合に、前記ゲインを生成す
    べくプロセッサ上で実行される第４の論理ルーチンを更
    に備えることを特徴とする請求項３４記載のチューニン
    グシステム。
  36. 【請求項３６】 前記メモリに格納され、前記プロセス
    変数が振動することを検出することによって該プロセス
    変数を監視し、該プロセス変数が振動することを検出し
    た場合に、前記ゲインを修正して前記プロセス変数が振
    動することを防止すべく、プロセッサ上で実行される第
    ４の論理ルーチンを更に備えることを特徴とする請求項
    ３４記載のチューニングシステム。
  37. 【請求項３７】 プロセス制御システムであって、 プロセス制御信号を生成すべく設定ポイント及びプロセ
    ス変数を利用するプロセスコントローラと、 該プロセスコントローラをチューニングするチューナ
    と、 前記設定ポイントと前記プロセス変数との間の差を表わ
    す誤差信号を生成する第１のモジュールと、 前記プロセスコントローラをチューニングするために用
    いるゲインを生成すべく前記誤差信号を利用するゲイン
    適応モジュールとを備え、 前記ゲイン適応モジュールは、振動指標ゲインから演算
    されるゲインと、プロセス定常状態ゲインから演算され
    るゲインとの組み合わせとして前記ゲインを演算すべく
    なしてあることを特徴とするプロセス制御システム。
  38. 【請求項３８】 前記第１のモジュールは、更に、前記
    誤差信号が所定の閾値よりも大きい場合に、前記ゲイン
    適応モジュールに前記ゲインを生成させるべくなしてあ
    ることを特徴とする請求項３７記載のプロセス制御シス
    テム。
  39. 【請求項３９】 前記プロセス変数が振動することを検
    出することによって該プロセス変数を監視し、前記プロ
    セス変数が振動することを検出した場合に、前記プロセ
    ス変数が振動することを防止すべく前記ゲインを修正す
    る第２のモジュールを更に備えることを特徴とする請求
    項３７記載のプロセス制御システム。
  40. 【請求項４０】 前記第２のモジュールは、前記ゲイン
    を減衰定数で乗じることにより、前記プロセス変数が振
    動することを防止すべく前記ゲインを修正すべくなして
    あることを特徴とする請求項３９記載のプロセス制御シ
    ステム。
  41. 【請求項４１】 前記プロセスコントローラをチューニ
    ングするために用いる比例項、コントローラ積分時間、
    及び微分項のうちの少なくとも２つを演算すべく前記誤
    差信号を利用する適応モジュールを更に備え、 該適応モジュールは、第１並びに第２の比例項、コント
    ローラ積分時間、及び微分項を演算し、その結果、第１
    の項の変化と第２の項の変化との比率がプリセット定数
    と等しくなるようになしてあることを特徴とする請求項
    ３９記載のプロセス制御システム。
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