JP2021111017A

JP2021111017A - 制御装置

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Publication number: JP2021111017A
Application number: JP2020000898A
Authority: JP
Inventors: 慎二中川; Shinji Nakagawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2021-08-02
Anticipated expiration: 2040-01-07
Also published as: JP7493338B2

Abstract

【課題】制御対象の信頼性や安定性を確保しつつ、運転効率や生産効率を向上する。【解決手段】制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するゲイン値調整部と、演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備え、ゲイン値調整部は、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整し、パラメータ変更部は、ＰＩＤ制御器のゲイン値が調整された後、所定の条件が成立すると、演算部のパラメータ値を変更し、ゲイン値調整部は、演算部のパラメータ値が変更された後、ＰＩＤ制御器のゲイン値を再調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置に関するものであり、特に、制御装置のパラメータを調節する装置に関する。

本技術の背景技術として、特開２０１５−７６０２４（特許文献１）がある。この文献には、「プラントの設定値を変更したときの設定値、操作変数、制御変数を計測し、計測した信号をフィッティングして規範モデルのベース関数を定義し、ベース関数に制御応答を調整する調整パラメータを導入して規範モデルとする。設定値変更時の制御変数と操作変数の応答、または、外乱信号印加時の制御変数の応答を推定し、これらの応答データから制御特性を表す指標を抽出する。この指標を基に定義した評価関数を用いて調整パラメータの最適値を求めることにより、要求される制御特性に応じた規範モデルを決定し、制御ゲインの最適化を図る。」が記載されている（要約参照）。

特開２０１５−７６０２４号公報

しかしながら、前述した先行技術（特許文献１）では、規範モデル（参照モデル）のパラメータを再調整するための運転条件を用意し、事前の知見に基づいてパラメータ調整するものであり、通常運転時に事前の知見なしにパラメータを再調整するものではない。また、ＰＩＤ制御器におけるＰＩＤゲインが実現可能な範囲を考慮した再調整方法でもない。さらに、ＰＩＤゲイン値の自動調整と規範モデルの自動調整との協調処理を提供するものでもない。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するゲイン値調整部と、前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備え、前記ゲイン値調整部は、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整し、前記パラメータ変更部は、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値が調整された後、前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にない場合、前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、前記制御対象への入力値が所定範囲内にない場合、及び、前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、前記演算部のパラメータ値を変更し、前記ゲイン値調整部は、前記演算部のパラメータ値が変更された後、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を再調整することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、制御対象の信頼性や安定性を確保しつつ、運転効率や生産効率を向上できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。

実施例１〜８における制御装置の全体の構成を示す図である。実施例１〜８における制御装置のシステム構成図である。実施例１、２における制御装置と制御対象を示す図である。実施例１〜５におけるＰＩＤ制御器ゲイン値調整部の処理を示す図である。実施例１〜５におけるパラメータ変更判定部の処理１を示す図である。実施例１〜５におけるパラメータ変更判定部の処理２を示す図である。実施例１〜５におけるパラメータ変更判定部の処理３を示す図である。実施例１〜８におけるパラメータ変更部の処理を示す図である。実施例１〜５における所望の出力値演算部の処理１を示す図である。実施例１〜５における所望の出力値演算部の処理２を示す図である。実施例３における制御装置と制御対象を示す図である。実施例３における制御対象特性検知部の処理１を示す図である。実施例３における制御対象特性検知部の処理２を示す図である。実施例４における制御装置と制御対象を示す図である。実施例４における制御対象異常判定部の処理１を示す図である。実施例４における制御対象異常判定部の処理２を示す図である。実施例５における制御装置と制御対象を示す図である。実施例５における制御対象異常判定部の処理を示す図である。実施例６における制御装置と制御対象を示す図である。実施例６におけるＰＩＤ制御器ゲイン値調整部の処理を示す図である。実施例６におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。実施例６における所望の出力値演算部の処理を示す図である。実施例７における制御装置と制御対象を示す図である。実施例７におけるＰＩＤ制御器ゲイン値調整部の処理を示す図である。実施例７におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。実施例７における所望の出力値演算部の処理を示す図である。実施例８における制御装置と制御対象を示す図である。実施例８におけるＰＩＤ制御器ゲイン値調整部の処理を示す図である。実施例８におけるパラメータ変更判定部の処理を示す図である。実施例８における所望の出力値演算部の処理を示す図である。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

［実施例１］
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、制御対象への入力値が所定範囲内にない場合、及び、制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、所望の出力値演算部４のパラメータの値を変更するパラメータ変更部６とを備え、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、所望の出力値演算部４のパラメータの値が変更された後、ＰＩＤゲイン値を再調整することを特徴とする制御装置１について示す。

また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表され、パラメータ変更部６は、伝達関数の時定数を所定量大きくする、又は伝達関数の無駄時間を所定量大きくする、又は伝達関数の次数を所定量大きくする。

また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＦＲＩＴ(Fictitious Reference Iterative Tuning)を用いて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。

また、制御装置１は、プラント２１を制御する装置である。

図１は、制御装置１の中心機能を示す図である。制御装置１において、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。パラメータ変更判定部３は、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内にあるか否かの判定、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２が新たに演算したゲイン値が所定範囲内にあるか否かの判定、前記新たに演算されたゲイン値が所定値に達したか否かの判定、及び制御対象への入力値が所定範囲内にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。パラメータ変更部６は、パラメータ変更判定部３が変更を許可したとき、所望の出力値演算部４の変更パラメータ（パラメータ値）を演算する。所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力の所望のプロフィールを演算する。ＰＩＤ制御器５は、制御対象を制御するための操作量を演算する。

図２は、制御装置１のシステム構成図である。

制御装置１は、ハードウェアとして、記憶装置１１、ＣＰＵ１２、ＲＯＭ１３、ＲＡＭ１４、データバス１５、入力回路１６、入出力ポート１７及び出力回路１８を有する。入力回路１６は、外部から入力された信号を処理する。外部から入力される信号は、例えば、制御装置１に設置又は接続されているセンサから出力されるセンサ出力信号などである。外部から入力される信号は、入力回路１６を経て、入力信号となり入出力ポート１７へ送られる。入出力ポート１７に送られた各入力情報は、データバス１５を経て、ＲＡＭ１４又は記憶装置１１に格納される。ＲＯＭ１３及び記憶装置１１の少なくとも一方は、後述する処理を実行するためのプログラムを格納しており、該プログラムはＣＰＵ１２で実行される。その際、ＲＡＭ１４及び記憶装置１１の少なくとも一方に格納された値を、適宜、使用して演算を行う。演算結果のうち外部へ送り出す情報（値）は、データバス１５を経て入出力ポート１７に送られ、出力信号として出力回路１８に送られる。出力回路１８は、出力信号を外部に出力する。外部へ出力される出力信号は、制御対象を所望の動きをさせるために制御対象に備わるアクチュエータへ送信されるアクチュエータ駆動信号などである。

なお、ＣＰＵ１２がプログラムを実行して行う処理の一部を、他の演算装置（例えば、ＦＰＧＡ（Field Programable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのハードウェア）で実行してもよい。

図３は、制御装置１と、制御装置１に制御されるプラント２１とを示す図である。

本実施例のＰＩＤ制御器５は、プラント２１の温度を制御するための操作量（例えば、蒸気温度を調節するための目標バルブ開度）を演算する。

以下、各処理の詳細を説明する。

＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図４）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図４に示すように、プラント温度Ｔｄｅｇのプロフィールと所望のプラント温度Ｄｅ＿Ｔｄｅｇのプロフィールの差異が最も小さくなるように、調整後ＰＩＤゲイン値を決定する。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。

プラント温度Ｔｄｅｇのプロフィールと所望のプラント温度Ｄｅ＿Ｔｄｅｇのプロフィールの差異を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜Ｔｄｅｇ−Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜Ｔｄｅｇ−Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜であるＬ１ノルムなどがある。Ｊ１やＪ２を最小化するＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。本実施例では、ＦＲＩＴ（Fictitious Reference Iterative Tuning）を用いてＰＩＤゲイン値を最適化する。ＦＲＩＴは、一組の操作量と制御量信号だけでオフラインで最適化可能な最適化手法である。詳細については多くの文献があるので、ここでは詳述しない。

＜パラメータ変更判定部（図５、図６、図７）＞
パラメータ変更判定部３は、制御対象からの出力のオーバーシュート量が所定範囲内にあるか否かの判定、及びアンダーシュート量が所定範囲内にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。具体的には、図５に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝１を出力する。一方、条件ａ）が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝０を出力する。
条件ａ）
Ｔｄｅｇのオーバーシュート量がＫ＿Ｔｄｅｇ＿Ｏ１以上、又は、
Ｔｄｅｇのアンダーシュート量がＫ＿Ｔｄｅｇ＿Ｕ１以上

また、パラメータ変更判定部３は、以下の処理で、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可してもよい。すなわち、新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にあるか否か、又は、新たに演算されたゲイン値が所定値に達したか否かを判定し、判定結果に応じて所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。具体的には、図６に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝１を出力し、条件ａ）が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝０を出力する。
条件ａ）
Ｋｐ＿ｎｅｗ≧Ｋ＿Ｋｐ＿ｎｅｗ＿Ｈ、又は、
Ｋｉ＿ｎｅｗ≧Ｋ＿Ｋｉ＿ｎｅｗ＿Ｈ、又は、
Ｋｄ＿ｎｅｗ≧Ｋ＿Ｋｄ＿ｎｅｗ＿Ｈ

また、パラメータ変更判定部３は、以下の処理で、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可してもよい。すなわち、ＰＩＤ制御器５の出力（制御対象への入力）である操作量が所定範囲内にあるか否かを判定し、判定結果に応じて所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。具体的には、図７に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝１を出力する。一方、条件ａ）が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝０を出力する。
条件ａ）
Ｔｇ＿ＶＯ≧Ｋ＿Ｔｇ＿ＶＯ＿Ｈ

なお、ＰＩＤ制御器５の出力であるＴｇ＿ＶＯ（目標バルブ開度）ではなく、ＰＩＤ制御器５で演算されるＰ分、Ｉ分、Ｄ分のそれぞれが所定範囲内にあるか否かで判定してもよい。また、制御対象への入力は、ＰＩＤ制御器５の出力である目標バルブ開度だけでなく、目標燃料流量、実バルブ開度、燃料流量などの制御対象への入力情報でもよい。

＜パラメータ変更部（図８）＞
パラメータ変更部６は、パラメータ変更判定部３で変更が許可された場合、所望の出力値演算部４の変更パラメータ（パラメータの値）を演算する。具体的には、図８に示す処理を実行する。
・ｆｐ＿ｒｅｆ＝１の場合、所望の出力値演算部４のパラメータｂ１を下記のように（パラメータｂ１が大きくなるように）補正して、制御対象の出力の推定値の応答特性を低下する。
ｂ１＝ｂ１＋ｋ１＿ｂ１
・ｆｐ＿ｒｅｆ＝０の場合、所望の出力値演算部４のパラメータｂ１は、現在の値を維持する。

＜所望の出力値演算部（図９、図１０）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（例えばプラント２１の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図９、図１０に示す処理を実行する。

制御目標である目標プラント温度Ｔｇ＿Ｔｄｅｇに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望のプラント温度Ｄｅ＿Ｔｄｅｇのプロフィールを演算する。制御目標は、例えば、ステップ信号、ランプ信号などがある。伝達関数は、予め決定しておくとよいが、プラント２１の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。

また、伝達関数のパラメータの一つであるｂ１は、可変とし、パラメータ変更部６で演算された値を用いるとよい。パラメータｂ１は、伝達関数の無駄時間であり、ｂ１の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性は遅くなる（無駄時間が長くなる）性質がある。又は、図１０に示すように、パラメータｂ１は、伝達関数の時定数であり、ｂ１の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性は遅くなる（応答時間が長くなる）性質がある。なお、伝達関数のパラメータとして、無駄時間（図９）と時定数（図１０）について説明したが、伝達関数のパラメータに伝達関数の次数を用いてもよい。

その後、所望の出力値演算部４は、再び、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２で、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。所望の出力値演算部４のパラメータを変更した（例えば伝達関数の応答性を遅らせた）ことによって、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内にある状態で（又は、ＰＩＤゲイン値が所定範囲内にある状態で、又は、制御対象への入力である操作量が所定範囲内にある状態で）、所望の出力値演算部４が設定した応答性を実現できる可能性がある。

本実施例によれば、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、制御対象への入力値が所定範囲内にない場合、及び、制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、所望の出力値演算部４のパラメータの値を変更するパラメータ変更部６とを備え、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、所望の出力値演算部４のパラメータの値が変更された後、ＰＩＤゲイン値を再調整する。

本実施例では、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内にない場合、又は、ＰＩＤゲイン値が所定範囲内にない場合、又は、制御対象への入力である操作量が所定範囲内にない場合に、所望の出力値演算部４の伝達関数の応答性を遅らせる。これにより、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内にある状態で、又は、ＰＩＤゲイン値が所定範囲内にある状態で、又は、制御対象への入力である操作量が所定範囲内にある状態で、所望の出力値演算部４で設定した応答性を実現できるＰＩＤゲイン値が得られる可能性が生じるので、再び、ＰＩＤゲイン値を調整する。

制御システムの稼働時の制御対象の出力の計測値、推定値、新たに演算されたゲイン値、及び制御対象への入力値の少なくとも一つに基づいて、所望の出力値演算部４のパラメータの値を変更するので、制御対象の特性が変化した場合、通常運転時に事前の知見なしに、所望の出力値演算部４のパラメータ値を制御対象の特性の変化に応じて適正な値に再調整できる。

また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、所望の出力値演算部４のパラメータの値が変更された後、ＰＩＤゲイン値を再調整するので、制御対象の特性の変化に応じて、所望の出力値演算部４で指定した出力を実現するＰＩＤゲイン値を自動的に調整できる。

このように、制御対象の特性が変化した場合、所望の出力値演算部４のパラメータ値とＰＩＤゲイン値を順次調整することによって、制御対象の特性変化に応じた応答特性を実現し、ＰＩＤゲイン値を自動調整するＰＩＤ制御系が可能となり、プラント制御システムのロバスト性、信頼性及び精度を向上できる。

［実施例２］
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、制御対象への入力値が所定範囲内にない場合、及び、制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、所望の出力値演算部４のパラメータの値を変更するパラメータ変更部６とを備え、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、所望の出力値演算部４のパラメータの値が変更された後、ＰＩＤゲイン値を再調整することを特徴とする制御装置１について示す。

また、所望の出力値演算部４のパラメータの値が変更され、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２がＰＩＤゲイン値を再調整した後、再調整されたＰＩＤゲイン値を用いて制御対象を制御したとき、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、制御対象への入力値が所定範囲内にない場合、及び、制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、所望の出力値演算部４のパラメータの値を再変更する。

また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表され、パラメータ変更部６は、伝達関数の時定数を所定量大きくする、又は伝達関数の無駄時間を所定量大きくする、又は伝達関数の次数を所定量大きくし、再調整されたＰＩＤゲイン値を用いて制御対象を制御したとき、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、制御対象への入力値が所定範囲内にない場合、及び、制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、伝達関数の時定数を再度、所定量大きくする、又は伝達関数の無駄時間を再度、所定量大きくする、又は伝達関数の次数を再度、所定量大きくする。

また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。

図１は、制御装置１の全体の構成を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。図２は、制御装置１のシステム構成を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。図３は、制御装置１と制御装置１によって制御されるプラント２１とを示す図であるが、実施例１と同じであるので、詳述しない。

以下、各処理の詳細を説明する。

＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図４）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図４に示すように、実施例１と同じであるので、詳述しない。

＜パラメータ変更判定部（図５、図６、図７）＞
パラメータ変更判定部３は、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内にあるか否かを判定し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。具体的には、図５、図６、図７に示すように、実施例１と同じであるので、詳述しない。

＜パラメータ変更部（図８）＞
パラメータ変更部６は、パラメータ変更判定部３で変更が許可された場合、所望の出力値演算部４の変更パラメータ（パラメータの値）を演算する。具体的には、図８に示すように、実施例１と同じであるので、詳述しない。

＜所望の出力値演算部（図９、図１０）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（例えばプラント２１の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図９、図１０に示すように、実施例１と同じであるので、詳述しない。

その後、所望の出力値演算部４は、再び、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２で、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。所望の出力値演算部４のパラメータを変更した（例えば伝達関数の応答性を遅らせた）ことによって、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内にある状態で（又は、ＰＩＤゲイン値が所定範囲内にある状態で、又は、制御対象への入力である操作量が所定範囲内にある状態で）、所望の出力値演算部４で設定した応答性を実現できるようになった可能性があるためである。

さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を再調整した後、再び、図５〜図１０に示す処理を実行し、適宜、所望の出力値演算部４のパラメータ値を更新する。以降、ＰＩＤゲイン値の再調整と所望の出力値演算部４のパラメータ値の更新とを繰り返す。所望の出力値演算部４のパラメータ値が所定値に達したとき、本繰り返し処理を停止するとよい。

また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表され、パラメータ変更部６は、伝達関数の時定数を所定量大きくする、又は無駄時間を所定量大きくし、再調整されたＰＩＤゲイン値を用いて制御対象を制御したとき、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、制御対象への入力値が所定範囲内にない場合、及び、制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、伝達関数の時定数を再度、所定量大きくする、又は伝達関数の無駄時間を再度、所定量大きくする、又は伝達関数の次数を再度、所定量大きくする。

本実施例では、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内にない場合、又は、ＰＩＤゲイン値が所定範囲内にない場合、又は、制御対象への入力である操作量が所定範囲内にない場合に、所望の出力値演算部４の伝達関数の応答性を遅らせる。これにより、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内にある状態で、又は、ＰＩＤゲイン値が所定範囲内にある状態で、又は、制御対象への入力である操作量が所定範囲内にある状態で、所望の出力値演算部４で設定した応答性を実現できるＰＩＤゲイン値が得られる可能性が生じるので、再び、ＰＩＤゲイン値を調整する。そして、ＰＩＤゲイン値の再調整を行った後、再び、所望の出力値演算部４のパラメータを変更する（例えば伝達関数の応答性を遅らせる）。以降、ＰＩＤゲイン値の再調整と所望の出力値演算部４のパラメータ値の更新を繰り返す。

また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、所望の出力値演算部４のパラメータの値が変更された後、ＰＩＤゲイン値を再調整するので、制御対象の特性の変化に応じて、所望の出力値演算部４で指定した出力を実現するＰＩＤゲイン値を自動的に調整できる。そして、ＰＩＤゲイン値の再調整後、再び、所望の出力値演算部４のパラメータを変更する（例えば伝達関数の応答性を遅らせる）ことによって、制御対象の特性変化に、随時、追従できる。

［実施例３］
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、制御対象への入力値が所定範囲内にない場合、及び、制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、所望の出力値演算部４のパラメータの値を変更するパラメータ変更部６とを備え、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、所望の出力値演算部４のパラメータの値が変更された後、ＰＩＤゲイン値を再調整することを特徴とする制御装置１について示す。

また、制御対象特性検知部７は、調整されたＰＩＤゲイン値、調整されたＰＩＤゲイン値に基づいて演算された（ＰＩＤゲイン値とは異なる）パラメータ値、及び所望の出力値演算部４のパラメータの値の少なくとも一つに基づいて、制御対象の（応答）特性を検知する。

また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表され、制御対象特性検知部７は、調整されたＰＩＤゲイン、調整されたＰＩＤゲイン値の少なくとも一つに基づいて演算された（ＰＩＤゲイン値とは異なる）パラメータ値、及び伝達関数の時定数又は伝達関数の無駄時間又は伝達関数の次数の値に基づいて、制御対象の（応答）特性を検知する。

図１は、制御装置１の全体の構成を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。図２は、制御装置１のシステム構成を示しており、実施例１と同じであるので、詳述しない。

図１１は、制御装置１と、制御装置１によって制御されるプラント２１を示す図である。

制御対象特性検知部７は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２で調整されたＰＩＤゲイン値又はパラメータ変更部６で演算された所望の出力値演算部４の変更パラメータを用いて、制御対象の特性パラメータを演算する。それ以外は、実施例１と同じであるので、詳述しない。

以下、各処理の詳細を説明する。

＜制御対象特性検知部（図１２、図１３）＞
制御対象特性検知部７は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２で調整されたＰＩＤゲイン値又はパラメータ変更部６で演算された所望の出力値演算部４の変更パラメータを用いて制御対象の特性パラメータを演算する。なお、制御対象特性検知部７は、調整されたＰＩＤゲイン値に代えて、調整されたＰＩＤゲイン値に基づいて演算された（ＰＩＤゲイン値とは異なる）パラメータ値を用いて制御対象の特性パラメータを演算してもよい。また、制御対象特性検知部７は、ＰＩＤゲイン値、ＰＩＤゲイン値に基づいて演算された（ＰＩＤゲイン値とは異なる）パラメータ値、及び所望の出力値演算部４のパラメータの複数を用いて制御対象の特性パラメータを演算してもよい。

例えば、制御対象特性検知部７は、図１２に示す処理を実行する。すなわち、
Ｔｂｌ＿ｄｅｇ＿ｃｈａｒ＿１を参照して、Ｋｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗの値から制御対象（プラント２１）の応答特性を診断する。

ｄｅｇ＿ｃｈａｒは、制御対象（プラント２１）の応答特性、又は応答特性と相関がある特性（効率など）を示す値であり、Ｔｂｌ＿ｄｅｇ＿ｃｈａｒ＿１の設定値は実験などによって決定するとよい。例えば、制御対象の応答性が遅くなるほど、Ｋｐ＿ｎｅｗの値が大きくなるので、Ｋｐ＿ｎｅｗの値に応じて、制御対象（プラント２１）の応答特性、又は応答特性と相関がある特性（物理的に意味がある効率など）を示す値を設定するとよい。

また、制御対象特性検知部７は、図１３に示される処理を実行してもよい。すなわち、ｂ１の値から、Ｔｂｌ＿ｄｅｇ＿ｃｈａｒ＿２を参照して、制御対象（プラント２１）の応答特性を診断する。Ｔｂｌ＿ｄｅｇ＿ｃｈａｒ＿２の設定値は実験などによって決定するとよい。例えば、制御対象の応答性が遅くなるほど、ｂ１の値（時定数又は無駄時間又は次数）が大きくなるので、ｂ１の値に応じて、制御対象（プラント２１）の応答特性、又は応答特性と相関がある特性（効率など）を示す値を設定するとよい。

また、制御対象特性検知部７は、調整されたＰＩＤゲイン値、調整されたＰＩＤゲイン値に基づいて演算された（ＰＩＤゲイン値とは異なる）パラメータ値、及び所望の出力値演算部４のパラメータの値の少なくとも一つに基づいて、制御対象の（応答）特性を検知する。また、所望の出力値演算部４が伝達関数で表される場合、制御対象特性検知部７は、調整されたＰＩＤゲイン値、調整されたＰＩＤゲイン値に基づいて演算された（ＰＩＤゲイン値とは異なる）パラメータ値、伝達関数の時定数、伝達関数の無駄時間、及び伝達関数の次数の値の少なくとも一つに基づいて、制御対象の（応答）特性を検知する。

本実施例では、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内にない場合、又は、ＰＩＤゲイン値が所定範囲内にない場合、又は、制御対象への入力である操作量が所定範囲内にない場合に、所望の出力値演算部４の伝達関数の応答性を遅らせる。これにより、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内にある状態で、又は、ＰＩＤゲイン値が所定範囲内にある状態で、又は、制御対象への入力である操作量が所定範囲内にある状態で、所望の出力値演算部４で設定した応答性を実現できるＰＩＤゲイン値が得られる可能性が生じるので、再び、ＰＩＤゲイン値を調整する。そして、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２で調整されたＰＩＤゲイン値、調整されたＰＩＤゲイン値に基づいて演算された（ＰＩＤゲイン値とは異なる）パラメータ値、及びパラメータ変更部６で演算された所望の出力値演算部４の変更パラメータの少なくとも一つに基づいて制御対象の特性を検知する。

また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、所望の出力値演算部４のパラメータの値が変更された後、ＰＩＤゲイン値を再調整するので、制御対象の特性の変化に応じて、所望の出力値演算部４で指定した出力を実現するＰＩＤゲイン値を自動的に調整できる。そして、制御対象特性検知部７は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２で調整されたＰＩＤゲイン値又はパラメータ変更部６で演算された所望の出力値演算部４の変更パラメータを用いて制御対象の特性を検知するので、特性変化検知のための機能を別途追加することなく、本制御システムのパラメータを用いて、制御対象の特性変化を逐次、知ることができる。

このように、制御対象の特性が変化した場合、所望の出力値演算部４のパラメータ値とＰＩＤゲイン値を順次調整することによって、制御対象の特性変化に応じた応答特性を実現し、ＰＩＤゲイン値を自動調整するＰＩＤ制御系が可能となり、さらに、制御対象の特性変化も知ることができるので、プラント制御システムのロバスト性、信頼性及び精度を向上できる。

［実施例４］
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、制御対象への入力値が所定範囲内にない場合、及び、制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、所望の出力値演算部４のパラメータの値を変更するパラメータ変更部６とを備え、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、所望の出力値演算部４のパラメータの値が変更された後、ＰＩＤゲイン値を再調整することを特徴とする制御装置１について示す。

また、制御対象異常判定部８は、調整されたＰＩＤゲイン値又は調整されたＰＩＤゲイン値に基づいて演算された（ＰＩＤゲイン値とは異なる）パラメータ値、及び所望の出力値演算部４のパラメータの値の少なくとも一つに基づいて、制御対象が異常かを判定する。

図１４は、制御装置１と、制御装置１によって制御されるプラント２１を示す図である。

制御対象異常判定部８は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２で調整されたＰＩＤゲイン値又はパラメータ変更部６で演算された所望の出力値演算部４の変更パラメータを用いて、制御対象の異常を示す異常フラグを演算する。それ以外は、実施例１と同じであるので、詳述しない。

以下、各処理の詳細を説明する。

＜制御対象異常判定部（図１５、図１６）＞
制御対象異常判定部８は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２で調整されたＰＩＤゲイン値又はパラメータ変更部６で演算された所望の出力値演算部４の変更パラメータを用いて制御対象異常フラグを演算する。なお、制御対象異常判定部８は、調整されたＰＩＤゲイン値に代えて、調整されたＰＩＤゲイン値に基づいて演算された（ＰＩＤゲイン値とは異なる）パラメータ値を用いて制御対象の制御対象異常フラグを演算してもよい。また、制御対象異常判定部８は、ＰＩＤゲイン値、ＰＩＤゲイン値に基づいて演算された（ＰＩＤゲイン値とは異なる）パラメータ値、及び所望の出力値演算部４のパラメータの複数を用いて制御対象の制御対象異常フラグを演算してもよい。

例えば、制御対象異常判定部８は、図１５に示す処理を実行する。すなわち、
・下記の条件を満たす場合、制御対象異常フラグｆ＿ａｎｏ＿ｏｂｊ＝１を出力し、
それ以外の場合、ｆ＿ａｎｏ＿ｏｂｊ＝０を出力する。
Ｋｐ＿ｎｅｗ≧Ｋｐ＿ｄｅｇ＿ａｎｏ
Ｋｉ＿ｎｅｗ≧Ｋｉ＿ｄｅｇ＿ａｎｏ
Ｋｄ＿ｎｅｗ≧Ｋｄ＿ｄｅｇ＿ａｎｏ

また、制御対象異常判定部８は、図１６に示す処理を実行してもよい。すなわち、Ｋｐ＿ｎｅｗ（調整後Ｐゲイン）からテーブルＴｂｌ＿ｄｅｇ＿ａｎｏ＿１を参照して、ｄｅｇ＿ａｎｏ（制御対象の異常度）を求める。
・下記の条件を満たす場合、制御対象異常フラグｆ＿ａｎｏ＿ｏｂｊ＝１を出力し、
それ以外の場合、ｆ＿ａｎｏ＿ｏｂｊ＝０を出力する。
ｄｅｇ＿ａｎｏ≧Ｋ＿ｄｅｇ＿ａｎｏ

ｄｅｇ＿ａｎｏは、物理的に意味のある値（例えば、プラント２１の効率など）とするとよい。Ｋｐ＿ｎｅｗとｄｅｇ＿ａｎｏの関係を表すＴｂｌ＿ｄｅｇ＿ａｎｏ＿１は、実験から決めてもよい。

また、制御対象異常判定部８は、調整されたＰＩＤゲイン値又は調整されたＰＩＤゲイン値に基づいて演算された（ＰＩＤゲイン値とは異なる）パラメータ値の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、制御対象が異常と判定する。

本実施例では、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内にない場合、又は、ＰＩＤゲイン値が所定範囲内にない場合、又は、制御対象への入力である操作量が所定範囲内にない場合に、所望の出力値演算部４の伝達関数の応答性を遅らせる。これにより、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内にある状態で、又は、ＰＩＤゲイン値が所定範囲内にある状態で、又は、制御対象への入力である操作量が所定範囲内にある状態で、所望の出力値演算部４で設定した応答性を実現できるＰＩＤゲイン値が得られる可能性が生じるので、再び、ＰＩＤゲイン値を調整する。そして、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２で調整されたＰＩＤゲイン値、調整されたＰＩＤゲイン値に基づいて演算された（ＰＩＤゲイン値とは異なる）パラメータ値、及びパラメータ変更部６で演算された所望の出力値演算部４の変更パラメータの少なくとも一つに基づいて制御対象の異常を検知する。

また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、所望の出力値演算部４のパラメータの値が変更された後、ＰＩＤゲイン値を再調整するので、制御対象の特性の変化に応じて、所望の出力値演算部４で指定した出力を実現するＰＩＤゲイン値を自動的に調整できる。そして、制御対象異常判定部８は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２で調整されたＰＩＤゲイン値又はパラメータ変更部６で演算された所望の出力値演算部４の変更パラメータを用いて制御対象の異常を検知するので、異常検知のための機能を別途追加することなく、本制御システムのパラメータを用いて、制御対象の異常を知ることができる。

このように、制御対象の特性が変化した場合、所望の出力値演算部４のパラメータ値とＰＩＤゲイン値を順次調整することによって、制御対象の特性変化に応じた応答特性を実現し、ＰＩＤゲイン値を自動調整するＰＩＤ制御系が可能となり、さらに、制御対象の異常を検知できるので、プラント制御システムのロバスト性、信頼性及び精度を向上できる。

［実施例５］
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、制御対象への入力値が所定範囲内にない場合、及び、制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、所望の出力値演算部４のパラメータの値を変更するパラメータ変更部６とを備え、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、所望の出力値演算部４のパラメータの値が変更された後、ＰＩＤゲイン値を再調整することを特徴とする制御装置１について示す。

また、制御対象異常判定部８は、所望の出力値演算部４のパラメータの値が所定範囲内にない場合、制御対象が異常と判定する。

また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表され、制御対象異常判定部８は、伝達関数の時定数又は伝達関数の無駄時間又は伝達関数の次数の値が所定範囲内にない場合、制御対象が異常と判定する。

図１７は、制御装置１と制御装置１によって制御されるプラント２１示す図である。
制御対象異常判定部８は、パラメータ変更部６で演算された所望の出力値演算部４の変更パラメータを用いて、制御対象の異常を示す異常フラグを演算する。それ以外は、実施例１と同じであるので、詳述しない。

以下、各処理の詳細を説明する。

＜制御対象異常判定部（図１８）＞
制御対象異常判定部８は、パラメータ変更部６で演算された所望の出力値演算部４の変更パラメータを用いて制御対象異常フラグを演算する。具体的には、図１８に示す処理を実行する。
・ｂ１（出力値演算部パラメータ）からテーブルＴｂｌ＿ｄｅｇ＿ａｎｏ＿２を参照して、ｄｅｇ＿ａｎｏ（制御対象の異常度）を求める。
・下記の条件を満たす場合、制御対象異常フラグｆ＿ａｎｏ＿ｏｂｊ＝１を出力し、
それ以外の場合、ｆ＿ａｎｏ＿ｏｂｊ＝０を出力する。
ｄｅｇ＿ａｎｏ≧Ｋ＿ｄｅｇ＿ａｎｏ

ｄｅｇ＿ａｎｏは、物理的に意味のある値（例えば、プラント２１の効率など）とするとよい。ｂ１とｄｅｇ＿ａｎｏの関係を表すＴｂｌ＿ｄｅｇ＿ａｎｏ＿２は、実験から決めてもよい。

また、実施例４で示す内容と組み合わせて、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２で調整されたＰＩＤゲイン値とパラメータ変更部６で演算された所望の出力値演算部４の変更パラメータの双方を用いて制御対象の異常を検知してもよい。

また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表され、制御対象異常判定部８は、伝達関数の時定数、伝達関数の無駄時間、及び伝達関数の次数の値の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、制御対象が異常と判定する。

本実施例では、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内にない場合、又は、ＰＩＤゲイン値が所定範囲内にない場合、又は、制御対象への入力である操作量が所定範囲内にない場合に、所望の出力値演算部４の伝達関数の応答性を遅らせる。これにより、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内にある状態で、又は、ＰＩＤゲイン値が所定範囲内にある状態で、又は、制御対象への入力である操作量が所定範囲内にある状態で、所望の出力値演算部４で設定した応答性を実現できるＰＩＤゲイン値が得られる可能性が生じるので、再び、ＰＩＤゲイン値を調整する。そして、制御対象異常判定部８は、パラメータ変更部６で演算された所望の出力値演算部４の変更パラメータを用いて制御対象の異常を検知する。

制御システムの稼働時の制御対象の出力の計測値、定値、新たに演算されたゲイン値、及び、制御対象への入力値の少なくとも一つに基づいて、所望の出力値演算部４のパラメータの値を変更するので、制御対象の特性が変化した場合、通常運転時に事前の知見なしに、所望の出力値演算部４のパラメータ値を制御対象の特性の変化に応じて、適正な値に再調整できる。

また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、所望の出力値演算部４のパラメータの値が変更された後、ＰＩＤゲイン値を再調整するので、制御対象の特性の変化に応じて、所望の出力値演算部４で指定した出力を実現するＰＩＤゲイン値を自動的に調整できる。そして、制御対象異常判定部８は、パラメータ変更部６で演算された所望の出力値演算部４の変更パラメータを用いて制御対象の異常を検知するので、異常検知のための機能を別途追加することなく、本制御システムのパラメータを用いて、制御対象の異常を知ることができる。

［実施例６］
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、制御対象への入力値が所定範囲内にない場合、及び、制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、所望の出力値演算部４のパラメータの値を変更するパラメータ変更部６とを備え、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、所望の出力値演算部４のパラメータの値が変更された後、ＰＩＤゲイン値を再調整することを特徴とする制御装置について示す。

また、制御装置１は、自動運転車２２を制御する装置である。

図１９は、制御装置１と制御装置１によって制御される自動運転車２２示す図である。

本実施例のＰＩＤ制御器５は、自動運転車２２の運動を制御するための操作量（例えば、目標速度、目標回転角速度）を演算する。それ以外は、実施例１と同じであるので、詳述しない。

以下、各処理の詳細を説明する。

＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図２０）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図１２に示すように、速度ＶＳＰプロフィールと所望の速度Ｄｅ＿ＶＳＰプロフィールの差異が最も小さくなるように、調整後ＰＩＤゲイン値を決定する。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。

速度ＶＳＰプロフィールと所望の速度Ｄｅ＿ＶＳＰプロフィールの差異を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜ＶＳＰ−Ｄｅ＿ＶＳＰ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜ＶＳＰ−Ｄｅ＿ＶＳＰ｜であるＬ１ノルムなどがある。Ｊ１やＪ２を最小化するＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。本実施例では、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤゲイン値を最適化する。ＦＲＩＴは、一組の操作量と制御量信号だけでオフラインで最適化可能な最適化手法である。詳細については多くの文献があるので、ここでは詳述しない。

＜パラメータ変更判定部（図２１）＞
パラメータ変更判定部３は、制御対象からの出力のオーバーシュート量が所定範囲内にあるか否かの判定、及びアンダーシュート量が所定範囲内にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。具体的には、図１９に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝１を出力し、条件ａ）が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝０を出力する。
条件ａ）
ＶＳＰのオーバーシュート量がＫ＿ＶＳＰ＿Ｏ１以上、又は、
ＶＳＰのアンダーシュート量がＫ＿ＶＳＰ＿Ｕ１以上

＜所望の出力値演算部（図２２）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（例えば自動運転車２２の速度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図２２に示す処理を実行する。

制御目標である目標速度Ｔｇ＿ＶＳＰに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望の速度Ｄｅ＿ＶＳＰのプロフィールを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などがある。伝達関数は、予め決定しておくとよいが、自動運転車２２の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。

また、伝達関数のパラメータの一つであるｂ１は、可変とし、パラメータ変更部６で演算された値を用いるとよい。パラメータｂ１は、伝達関数の時定数であり、ｂ１の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性は遅くなる（応答時間が長くなる）性質がある。また、パラメータｂ１に伝達関数の無駄時間を用いてもよい。この場合、ｂ１の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性は遅くなる（無駄時間が長くなる）性質がある。

その後、所望の出力値演算部４は、再び、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２で、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。所望の出力値演算部４のパラメータを変更した（例えば伝達関数の応答性を遅らせた）ことによって、制御対象からの出力のオーバーシュート量及びアンダーシュート量が所定範囲内にある状態で（又は、ＰＩＤゲイン値が所定範囲内にある状態で、又は、制御対象への入力である操作量が所定範囲内にある状態で）、所望の出力値演算部４で設定した応答性を実現できる可能性がある。

このように、制御対象の特性が変化した場合、所望の出力値演算部４のパラメータ値とＰＩＤゲイン値を順次調整することによって、制御対象の特性変化に応じた応答特性を実現するように、ＰＩＤゲイン値を自動調整するＰＩＤ制御系が可能となり、自動運転車制御システムのロバスト性、信頼性及び精度を向上できる。

［実施例７］
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、制御対象への入力値が所定範囲内にない場合、及び、制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、所望の出力値演算部４のパラメータの値を変更するパラメータ変更部６とを備え、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、所望の出力値演算部４のパラメータの値が変更された後、ＰＩＤゲイン値を再調整することを特徴とする制御装置について示す。

また、制御装置１は、ロボット２３を制御する装置である。

図２３は、制御装置１と制御装置１によって制御されるロボット２３示す図である。

本実施例のＰＩＤ制御器５では、ロボット２３の運動を制御するための操作量（例えば、角度、速度、トルク）を演算する。それ以外は、実施例１と同じであるので、詳述しない。

以下、各処理の詳細を説明する。

＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図２４）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図２４に示すように、位置ＰＯＳプロフィールと所望の位置Ｄｅ＿ＰＯＳプロフィールの差異が最も小さくなるように、調整後ＰＩＤゲイン値を決定する。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。

位置ＰＯＳプロフィールと所望の位置Ｄｅ＿ＰＯＳプロフィールの差異を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜ＰＯＳ−Ｄｅ＿ＰＯＳ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜ＰＯＳ−Ｄｅ＿ＰＯＳ｜であるＬ１ノルムなどがある。Ｊ１やＪ２を最小化するＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。本実施例では、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤゲイン値を最適化する。ＦＲＩＴは、一組の操作量と制御量信号だけでオフラインで最適化可能な最適化手法である。詳細については多くの文献があるので、ここでは詳述しない。

＜パラメータ変更判定部（図２５）＞
パラメータ変更判定部３は、制御対象からの出力のオーバーシュート量が所定範囲内にあるか否かの判定、及びアンダーシュート量が所定範囲内にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。具体的には、図２５に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝１を出力し、条件ａ）が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝０を出力する。
条件ａ）
ＰＯＳのオーバーシュート量がＫ＿ＰＯＳ＿Ｏ１以上、又は、
ＰＯＳのアンダーシュート量がＫ＿ＰＯＳ＿Ｕ１以上

＜所望の出力値演算部（図２６）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（例えばロボット２３の位置）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図２６に示す処理を実行する。

制御目標である目標位置Ｔｇ＿ＰＯＳに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望の位置Ｄｅ＿ＰＯＳのプロフィールを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などがある。伝達関数は、予め決定しておくとよいが、ロボット２３の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。

このように、制御対象の特性が変化した場合、所望の出力値演算部４のパラメータ値とＰＩＤゲイン値を順次調整することによって、制御対象の特性変化に応じた応答特性を実現するように、ＰＩＤゲイン値を自動調整するＰＩＤ制御系が可能となり、ロボット制御システムのロバスト性、信頼性及び精度を向上できる。

［実施例８］
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値（時系列信号など）と制御対象の出力値（時系列信号など）との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にない場合、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、制御対象への入力値が所定範囲内にない場合、及び、制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、所望の出力値演算部４のパラメータの値を変更するパラメータ変更部６とを備え、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、所望の出力値演算部４のパラメータの値が変更された後、ＰＩＤゲイン値を再調整することを特徴とする制御装置１について示す。

また、制御装置１は、飛行体（例えばドローン２４）を制御する装置である。

図２７は、制御装置１と制御装置１によって制御されるドローン２４示す図である。

本実施例のＰＩＤ制御器５では、ドローン２４の運動を制御するための操作量（例えば、各ロータの回転速度）を演算する。それ以外は、実施例１と同じであるので、詳述しない。

以下、各処理の詳細を説明する。

＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図２８）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図２８に示すように、飛行速度ＦＳＰプロフィールと所望の飛行速度Ｄｅ＿ＦＳＰプロフィールの差異が最も小さくなるように、調整後ＰＩＤゲイン値を決定する。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。

飛行速度ＦＳＰプロフィールと所望の飛行速度Ｄｅ＿ＦＳＰプロフィールの差異を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜ＦＳＰ−Ｄｅ＿ＦＳＰ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜ＦＳＰ−Ｄｅ＿ＦＳＰ｜であるＬ１ノルムなどがある。Ｊ１やＪ２を最小化するＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。本実施例では、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤゲイン値を最適化する。ＦＲＩＴは、一組の操作量と制御量信号だけでオフラインで最適化可能な最適化手法である。詳細については多くの文献があるので、ここでは詳述しない。

＜パラメータ変更判定部（図２９）＞
パラメータ変更判定部３は、制御対象からの出力のオーバーシュート量が所定範囲内にあるか否かの判定、及びアンダーシュート量が所定範囲内にあるか否かの判定の少なくとも一つを実行し、判定結果に応じて、所望の出力値演算部４のパラメータの変更を許可する。具体的には、図２９に示す処理を実行する。
・下記の条件ａ）が成立する場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝１を出力し、条件ａ）が成立しない場合、パラメータ変更許可フラグｆｐ＿ｒｅｆ＝０を出力する。
条件ａ）
ＦＳＰのオーバーシュート量がＫ＿ＦＳＰ＿Ｏ１以上、又は、
ＦＳＰのアンダーシュート量がＫ＿ＦＳＰ＿Ｕ１以上

＜所望の出力値演算部（図３０）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（例えばロボット２３の位置）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図３０に示す処理を実行する。

制御目標である目標飛行速度Ｔｇ＿ＦＳＰに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望の飛行速度Ｄｅ＿ＦＳＰのプロフィールを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などがある。伝達関数は、予め決定しておくとよいが、ドローン２４の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。

また、制御装置１は、ドローン２４を制御する装置である。

また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、所望の出力値演算部４のパラメータの値が変更された後、ＰＩＤゲイン値を再調整するので、制御対象の特性の変化に応じて、所望の出力値演算部４で指定した出力を実現するＰＩＤゲイン値を自動的に調整できる。
このように、制御対象の特性が変化した場合、所望の出力値演算部４のパラメータ値とＰＩＤゲイン値を順次調整することによって、制御対象の特性変化に応じた応答特性を実現するように、ＰＩＤゲイン値を自動調整するＰＩＤ制御系が可能となり、ドローン制御システムのロバスト性、信頼性及び精度を向上できる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。

また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。

１制御装置
２ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部
３パラメータ変更判定部
４所望の出力値演算部４
５ＰＩＤ制御器５
６パラメータ変更部
７制御対象特性検知部
８制御対象異常検知部
１１制御装置の記憶装置
１２制御装置のＣＰＵ
１３制御装置のＲＯＭ
１４制御装置のＲＡＭ
１５制御装置のデータバス
１６制御装置の入力回路
１７制御装置の入出力ポート
１８制御装置の出力回路
２１プラント
２２自動運転車
２３ロボット
２４ドローン

Claims

制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、
前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整するゲイン値調整部と、
前記演算部のパラメータ値を変更するパラメータ変更部とを備え、
前記ゲイン値調整部は、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整し、
前記パラメータ変更部は、
前記ＰＩＤ制御器のゲイン値が調整された後、
前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にない場合、
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、
前記制御対象への入力値が所定範囲内にない場合、及び、
前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、前記演算部のパラメータ値を変更し、
前記ゲイン値調整部は、前記演算部のパラメータ値が変更された後、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を再調整することを特徴とする制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、
前記ゲイン値調整部が前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を再調整した後、
前記パラメータ変更部は、
前記再調整されたＰＩＤゲイン値を用いて前記制御対象を制御したとき、
前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にない場合、
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、
前記制御対象への入力値が所定範囲内にない場合、及び、
前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、前記演算部のパラメータ値を再変更することを特徴とする制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、
前記演算部は、伝達関数で表され、
前記パラメータ変更部は、前記伝達関数の時定数を所定量大きくする、前記伝達関数の無駄時間を所定量大きくする、及び、前記伝達関数の次数を所定量大きくする、の少なくとも一つによって、前記演算部のパラメータ値を変更することを特徴とする制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、
前記演算部は、伝達関数で表され、
前記パラメータ変更部が、前記伝達関数の時定数を所定量大きくする、前記伝達関数の無駄時間を所定量大きくする、及び、前記伝達関数の次数を所定量大きくする、の少なくとも一つによって、前記演算部のパラメータ値を変更して、前記ゲイン値調整部が前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を再調整した後、
前記パラメータ変更部は、
前記再調整されたＰＩＤゲイン値を用いて前記制御対象を制御したとき、
前記制御対象の出力の計測値及び推定値のオーバーシュート量及びアンダーシュート量の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定範囲内にない場合、
前記ゲイン値調整部によって新たに演算されたゲイン値が所定値に達した場合、
前記制御対象への入力値が所定範囲内にない場合、及び、
前記制御対象への入力値が所定値に達した場合、の少なくとも一つが成立すると、前記伝達関数の時定数を再度、所定量大きくする、前記伝達関数の無駄時間を再度、所定量大きくする、及び、前記伝達関数の次数を再度、所定量大きくする、の少なくとも一つによって、前記演算部のパラメータ値を再変更することを特徴とする制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、
前記調整されたＰＩＤゲイン値、前記調整されたＰＩＤゲイン値に基づいて演算されたパラメータ値、及び、前記演算部のパラメータ値の少なくとも一つに基づいて、前記制御対象の特性を検知する検知部を備えることを特徴とする制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、
前記演算部は、伝達関数で表され、
前記調整されたＰＩＤゲイン値、前記調整されたＰＩＤゲイン値に基づいて演算されたパラメータ値、前記伝達関数の時定数、前記伝達関数の無駄時間、及び、前記伝達関数の次数の値の少なくとも一つに基づいて、前記制御対象の特性を検知する検知部を備えることを特徴とする制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、
前記調整されたＰＩＤゲイン値、及び、前記調整されたＰＩＤゲイン値に基づいて演算されたパラメータ値の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、前記制御対象が異常であると判定する異常判定部を備えることを特徴とする制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、
前記演算部のパラメータ値が所定範囲内にない場合、前記制御対象が異常であると判定する異常判定部を備えることを特徴とする制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、
前記演算部は、伝達関数で表され、
前記伝達関数の時定数、前記伝達関数の無駄時間、及び、前記伝達関数の次数の値の少なくとも一つが所定範囲内にない場合、前記制御対象が異常であると判定する異常判定部を備えることを特徴とする制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、
前記ゲイン値調整部は、ＦＲＩＴを用いて、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整することを特徴とする制御装置。
請求項１に記載の制御装置であって、
少なくとも、プラントを制御する装置、自動運転車を制御する装置、ロボットを制御する装置、及び飛行体を制御する装置のいずれかであることを特徴とする制御装置。