JP2929259B2 - コントローラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＩＭＣ（Internal Model
Control）構造の制御アルゴリズムを用いたコントロー
ラに関し、特に内部モデルの設定が不適当なときに内部
モデルのゲインを自動的に修正して良好な制御を行うこ
とができるコントローラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より制御対象プロセスを数式表現し
た内部モデルを組み込んで制御を行うＩＭＣ構造の制御
アルゴリズムを用いたコントローラが提案されており、
このＩＭＣコントローラを用いれば制御対象プロセス
（例えばこのコントローラが室内空調機であれば室内環
境に相当する）に大きなむだ時間（空調機から温風が出
てから室内温度が上昇するまでの時間）が存在しても対
応が可能という優れた利点がある。

【０００３】図３６は従来のＩＭＣコントローラを用い
た制御系のブロック線図である。３３は目標値（室内温
度設定値）から後述するフィードバック量を減算する第
１の減算処理部、３２は第１の減算処理部３３の出力の
変化が急激に伝わらないようにするためのフィルタ部、
３４はフィルタ部３２の出力に基づいてこのコントロー
ラの出力である操作量（室内空調機から出る温風又は冷
風の温度）を演算する操作部、３６は制御対象プロセス
を数式で近似したものであって制御結果である制御量
（室内温度）に相当する参照制御量を出力する内部モデ
ル、３８は制御量から内部モデル３６からの参照制御量
を減算してフィードバック量を出力する第２の減算処理
部、４０は制御対象プロセスである。

【０００４】また、Ｆ、Ｇｃ、Ｇｍ、Ｇｐはそれぞれフ
ィルタ部３２、操作部３４、内部モデル３６、制御対象
プロセス４０の伝達関数、ｒは目標値、ｕは操作量、ｄ
は例えば室内環境に対する室外環境等に相当する外乱、
ｙは制御量、ｙｍは参照制御量、ｅはフィードバック量
である。

【０００５】次に、このようなＩＭＣコントローラの動
作を説明する。まず、第１の減算処理部３３にて目標値
ｒからフィードバック量ｅが減算され、この結果がフィ
ルタ部３２に出力される。次いで、操作部３４にてフィ
ルタ部３２の出力から操作量ｕが演算され、制御対象プ
ロセス４０及びコントローラの内部モデル３６へ出力さ
れる。そして、第２の減算処理部３８にて制御対象プロ
セス４０の制御量ｙから制御対象プロセス４０の近似的
な動作をする内部モデル３６からの参照制御量ｙｍが減
算され、この結果がフィードバック量ｅとして第１の減
算処理部３３へフィードバックされるフィードバック制
御系が構成されている。

【０００６】このようなＩＭＣコントローラの内部モデ
ル３６は、制御対象プロセス４０と全く同一になるよう
に数式表現されるのが理想的であり、また操作部３４
は、内部モデル３６の伝達関数の逆特性（１／Ｇｍ）に
なるのが理想的であるが、内部モデル３６のむだ時間の
要素については逆数化は不可能なので、通常はむだ時間
の要素は無視する。よって、制御量ｙは、このような構
成により目標値ｒ、外乱ｄから次式にて求めることがで
きる。 ｙ＝Ｆ×Ｇｐ×Ｇｃ×ｒ／｛１＋Ｆ×Ｇｃ×（Ｇｐ−Ｇｍ）｝ ＋（１−Ｆ×Ｇｍ×Ｇｃ）×ｄ／｛１＋Ｆ×Ｇｃ×（Ｇｐ−Ｇｍ）｝ ・・・（１）

【０００７】ここで、内部モデル３６の伝達関数Ｇｍが
制御対象プロセス４０の伝達関数Ｇｐに等しく、操作部
３４の伝達関数Ｇｃが内部モデル３６の伝達関数の逆数
（１／Ｇｍ＝１／Ｇｐ）に等しい理想的な状態を仮定す
ると、式（１）は次式のようになる。 ｙ＝Ｆ×ｒ＋（１−Ｆ）×ｄ ・・・（２）

【０００８】更に、目標値ｒに急激な変化がない理想的
な条件であればフィルタ部３２は不要となり、Ｆ＝１に
できるので、制御量ｙは目標値ｒと等しくなり（ｙ＝
ｒ）、外乱ｄの影響が全くない制御を実現できることに
なる。また、外乱ｄに着目すると、制御対象プロセス４
０と内部モデル３６に大きなむだ時間があったとしても
両者は操作量ｕに対して同じ特性を示すので、第２の減
算処理部３８の出力であるフィードバック量ｅは外乱ｄ
のみとなり、外乱ｄを抑制できることが分かる。

【０００９】このようなＩＭＣコントローラは、通常、
制御対象プロセス４０と内部モデル３６のモデル同定誤
差が大きくなったときの安定性を示すロバスト安定性、
及び同様に誤差が大きくなったときの性能を示すロバス
ト性能についての設計条件に基づいて設計される。ま
た、このようなモデル同定技術によって内部モデル３６
を決定したときに、内部モデル３６の制御対象プロセス
４０に対するモデル同定誤差はある程度避けられない
が、このモデル同定誤差の見積を誤ったときの制御は想
定通りの動作にならないので、その場合の対策は制御の
知識を有する専門家によって行われる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のＩＭＣコントロ
ーラは以上のように構成されており、内部モデルが制御
対象プロセスと大きく異なるコントローラにおいて、制
御を過渡状態に移行させる目標値の変更、外乱、又は制
御対象プロセスの特性変化等が発生すると、制御量に振
動が発生してこの制御の不安定化を抑えることができな
くなり、制御の知識を有する専門家以外のオペレータは
ＩＭＣコントローラの利用を断念しなければならないと
いう問題点があった。本発明は、上記課題を解決するた
めに、内部モデルの設定が不適当なときに内部モデルの
ゲインを自動的に修正して良好な制御を行うことができ
るＩＭＣ構造のコントローラを提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力された制
御の目標値を伝達関数が時間遅れの特性で出力する目標
値フィルタ部と、この目標値フィルタ部の出力からフィ
ードバック量を減算する第１の減算処理部と、この第１
の減算処理部の出力を伝達関数が時間遅れの特性で出力
する目標値・外乱フィルタ部と、内部モデルのパラメー
タに基づいてむだ時間の要素を除いた内部モデルの伝達
関数の逆数の特性により目標値・外乱フィルタ部の出力
から操作量を演算して出力する操作部とからなる操作量
演算部と、内部モデルのパラメータを記憶する内部モデ
ル記憶部と、内部モデルのパラメータに基づいて１次遅
れとむだ時間の要素を有する伝達関数の特性により操作
量から参照制御量を演算する内部モデル出力演算部と、
制御対象プロセスの制御量から内部モデル出力演算部か
ら出力された参照制御量を減算してフィードバック量を
出力する第２の減算処理部と、目標値と制御量との差で
ある偏差及びこの偏差の変化量を算出する偏差変化量算
出部と、制御量の変化率及び参照制御量の変化率を算出
する逐次変化率算出部と、目標値変更による制御の過渡
状態を検出すると過渡状態検出信号を出力する第１の過
渡状態検出部と、目標値変更以外の制御の過渡状態を検
出すると過渡状態検出信号を出力する第２の過渡状態検
出部と、過渡状態検出信号が出力されると、制御量に過
渡状態に応じた制御応答が現れ始める応答開始領域を過
渡状態検出後の偏差に基づいて検出し、この応答開始領
域における制御量の変化率を決定すると共に、参照制御
量に過渡状態に応じた制御応答が現れ始める応答開始領
域を過渡状態検出後の参照制御量の変化率の経時変化に
基づいて検出し、この応答開始領域における参照制御量
の変化率を決定する応答開始領域検出部と、応答開始領
域における制御量の変化率及び参照制御量の変化率から
内部モデルの修正ゲインを算出し内部モデル記憶部に記
憶されたパラメータ中のゲインをこの修正ゲインに変更
させるモデルゲイン算出部とを有するものである。

【００１２】また、モデルゲイン算出部による内部モデ
ルのゲイン修正後の制御量の変化率に基づいて制御量の
極大値及び極小値を検出し、この検出時点の制御量をピ
ーク制御量とするピーク制御量検出部と、ピーク制御量
に基づいて制御量の振動状態を評価し、振動の減衰が不
十分と判定すると内部モデルのゲイン修正を再度行わせ
るための再実行指示信号を応答開始領域検出部に出力す
る減衰判定部と、偏差変化量算出部から出力された偏差
及び偏差変化量に基づいて制御の整定状態を評価し、整
定状態と判定すると次の過渡状態に備えて過渡状態の検
出を再開させるための初期化信号を第１、第２の過渡状
態検出部に出力する整定判定部とを有するものである。

【００１３】また、偏差変化量算出部から出力された偏
差及び偏差変化量に基づいて制御の過剰安定状態を評価
し、過剰安定状態と判定すると修正指示信号を出力する
過剰安定判定部と、この修正指示信号が出力されると、
過剰安定状態を解消するための内部モデルの修正ゲイン
を算出し内部モデル記憶部に記憶されたパラメータ中の
ゲインをこの修正ゲインに変更させる過剰安定ゲイン修
正部とを有するものである。

【００１４】また、偏差変化量算出部から出力された偏
差及び偏差変化量に基づいて制御の整定状態を評価し、
整定状態と判定すると修正指示信号を出力する整定判定
部と、この修正指示信号が出力されると、制御の速応性
を回復するための内部モデルの修正ゲインを算出し内部
モデル記憶部に記憶されたパラメータ中のゲインをこの
修正ゲインに変更させる速応性モデルゲイン修正部とを
有するものである。

【００１５】また、偏差変化量算出部から出力された偏
差及び偏差変化量に基づいて制御の整定状態を評価し、
整定状態と判定すると修正指示信号を出力する整定判定
部と、応答開始領域検出部から出力された応答開始領域
の時間情報に基づいて内部モデルのむだ時間誤差を推定
するむだ時間誤差推定部と、修正指示信号が出力される
と、むだ時間誤差に基づいて内部モデルの修正むだ時間
を算出し内部モデル記憶部に記憶されたパラメータ中の
むだ時間をこの修正むだ時間に変更させるモデルむだ時
間修正部とを有するものである。

【００１６】

【作用】本発明によれば、偏差変化量算出部にて偏差及
び偏差変化量が算出され、逐次変化率算出部にて制御量
及び参照制御量の変化率が算出される。第１の過渡状態
検出部又は第２の過渡状態検出部によって制御の過渡状
態が検出され過渡状態検出信号が出力されると、応答開
始領域検出部によって応答開始領域が検出され、この応
答開始領域における制御量及び参照制御量の変化率が決
定される。そして、モデルゲイン算出部にて応答開始領
域の制御量及び参照制御量の変化率から内部モデルの修
正ゲインが算出されて内部モデル記憶部に出力されるこ
とにより、内部モデルのゲインが修正される。

【００１７】また、ピーク制御量検出部によってゲイン
修正後の制御量の極大値及び極小値が検出されてこの検
出時点の制御量がピーク制御量とされ、減衰判定部によ
って制御量の振動の減衰が不十分と判定されると再実行
指示信号が応答開始領域検出部に出力されることによ
り、モデルゲイン算出部による内部モデルのゲイン修正
が再度実行される。

【００１８】また、過剰安定判定部にて過剰安定状態と
判定されると修正指示信号が出力され、修正指示信号の
出力に伴い過剰安定ゲイン修正部によって過剰安定状態
を解消するための内部モデルの修正ゲインが算出され、
内部モデル記憶部に出力されることにより、内部モデル
のゲインが修正される。

【００１９】また、整定判定部にて整定状態と判定され
ると修正指示信号が出力され、修正指示信号の出力に伴
い速応性モデルゲイン修正部によって制御の速応性を回
復するための内部モデルの修正ゲインが算出され、内部
モデル記憶部に出力されることにより、内部モデルのゲ
インが修正される。

【００２０】また、むだ時間誤差推定部によって内部モ
デルのむだ時間誤差が推定され、整定判定部から修正指
示信号が出力されると、修正指示信号の出力に伴いモデ
ルむだ時間修正部によってむだ時間誤差に基づく内部モ
デルの修正むだ時間が算出され、内部モデル記憶部に出
力されることにより、内部モデルのむだ時間が修正され
る。

【００２１】

【実施例】図１は本発明の１実施例を示すＩＭＣ構造の
コントローラのブロック図、図２はこのＩＭＣ構造のコ
ントローラを用いた制御系のブロック線図である。図１
において、１は図示しないオペレータによって設定され
た目標値ｒをこのコントローラに入力する目標値入力
部、２は目標値入力部１からの目標値ｒを伝達関数が１
次遅れの特性で出力する目標値フィルタ部、３は目標値
フィルタ部２の出力からフィードバック量ｅを減算する
第１の減算処理部、４は後述する内部モデル記憶部から
のパラメータに基づいて第１の減算処理部３の出力から
操作量ｕを演算する操作量演算部、５は操作量演算部４
から出力された操作量ｕを図１では図示しない制御対象
プロセスへ出力する信号出力部である。

【００２２】また、６ａはこのコントローラの内部モデ
ルのパラメータを記憶する内部モデル記憶部、６ｂは内
部モデル記憶部６ａから出力されたパラメータに基づい
て内部モデルとしての演算を行い参照制御量ｙｍを出力
する内部モデル出力演算部、７は制御対象プロセスから
の制御量ｙをこのコントローラに入力する制御量入力
部、８は制御量入力部７から出力された制御量ｙから内
部モデル出力演算部６ｂから出力された参照制御量ｙｍ
を減算してフィードバック量ｅを出力する第２の減算処
理部である。

【００２３】また、９は目標値ｒと制御量ｙとの差であ
る偏差及び偏差変化量を算出する偏差変化量算出部、１
０は制御量ｙ及び参照制御量ｙｍの変化率を算出する逐
次変化率算出部、１１は目標値変更による制御の過渡状
態を検出すると過渡状態検出信号を出力する第１の過渡
状態検出部、１２は目標値変更以外の制御の過渡状態を
検出すると過渡状態検出信号を出力する第２の過渡状態
検出部である。

【００２４】また、１３は過渡状態検出信号が出力され
ると、制御量ｙ及び参照制御量ｙｍに過渡状態に応じた
制御応答が現れ始める応答開始領域を検出し、この応答
開始領域における制御量ｙ及び参照制御量ｙｍの変化率
を決定する応答開始領域検出部、１４は応答開始領域に
おける制御量ｙ及び参照制御量ｙｍの変化率から内部モ
デルの修正ゲインを算出し内部モデル記憶部６ａに記憶
されたゲインをこの修正ゲインに変更させるモデルゲイ
ン算出部である。

【００２５】図２において、４ａは操作量演算部４の内
部にあって、第１の減算処理部３の出力を伝達関数が１
次遅れの特性で出力する目標値・外乱フィルタ部、４ｂ
は同じくその内部にあって目標値・外乱フィルタ部４ａ
の出力から操作量ｕを演算する操作部、６は内部モデル
記憶部６ａ及び内部モデル出力演算部６ｂからなる内部
モデル、Ｆ１は目標値フィルタ部２の伝達関数、Ｆ２は
目標値・外乱フィルタ部４ａの伝達関数である。また、
ｄｕは操作量外乱であり、外乱ｄ＝Ｇｐ×ｄｕとするこ
とで制御量外乱ｄと等価に扱うことができる。

【００２６】なお、図２は図１の目標値フィルタ部２、
第１の減算処理部３、操作量演算部４、内部モデル記憶
部６ａ、内部モデル出力演算部６ｂ、及び第２の減算処
理部８からなるこのＩＭＣ構造のコントローラの基本構
成に、制御対象プロセス４０、外乱ｄ、及び操作量外乱
ｄｕを含めて制御系として書き直したものである。

【００２７】次に、このようなコントローラの基本構成
の動作について説明する。目標値ｒは、このコントロー
ラのオペレータ等によって設定され、目標値入力部１を
介して目標値フィルタ部２に入力される。目標値フィル
タ部２は、目標値ｒをその時定数をＴ１とする次式のよ
うな伝達関数Ｆ１の特性で出力する。 Ｆ１＝１／（１＋Ｔ１×ｓ） ・・・（３）

【００２８】そして、時定数Ｔ１は、あらかじめ設定さ
れた初期値を除いて後述する内部モデル６のむだ時間Ｌ
ｍの変更に伴い次式のように設定されるようになってい
る。 Ｔ１＝４×α×Ｌｍ ・・・（４） αは比例定数であり、例えばα＝０．３１８である。

【００２９】次に、第１の減算処理部３は、この目標値
フィルタ部２の出力から第２の減算処理部８から出力さ
れるフィードバック量ｅを減算する。操作量演算部４内
の目標値・外乱フィルタ部４ａは、第１の減算処理部３
の出力をその時定数をＴ２とする次式のような伝達関数
Ｆ２の特性で出力する。 Ｆ２＝１／（１＋Ｔ２×ｓ） ・・・（５）

【００３０】そして、時定数Ｔ２も目標値フィルタ部２
の時定数Ｔ１と同様に初期値を除いてむだ時間Ｌｍの変
更に伴い次式のように変更されるようになっている。 Ｔ２＝α×Ｌｍ ・・・（６） つまり、時定数Ｔ１は標準設定として時定数Ｔ２の４倍
に設定されている。

【００３１】また、同じく操作量演算部４内の操作部４
ｂは、目標値・外乱フィルタ部４ａの出力から操作量ｕ
を演算するが、その伝達関数Ｇｃは内部モデル記憶部６
ａから出力された内部モデル６のゲイン及び時定数によ
り次式となり、図３６の例と同様にむだ時間Ｌｍの要素
を除いた内部モデル６の伝達関数Ｇｍの逆数となってい
る。 Ｇｃ＝（１＋Ｔｍ×ｓ）／Ｋｍ ・・・（７） ここで、Ｋｍ、Ｔｍはそれぞれ内部モデル６のゲイン、
時定数である。

【００３２】よって、操作量演算部４全体としての伝達
関数は次式となる。 Ｆ２×Ｇｃ＝（１＋Ｔｍ×ｓ）／｛Ｋｍ×（１＋Ｔ２×ｓ）｝・・・（８） このようにして、第１の減算処理部３の出力から操作量
ｕが演算されて信号出力部５を介して制御対象プロセス
４０へ出力され、また内部モデル出力演算部６ｂへ出力
される。

【００３３】次に、制御対象プロセス４０は、１次遅れ
とむだ時間の要素を有するものとしてその伝達関数Ｇｐ
を次式のような近似伝達関数で表現できる。 Ｇｐ＝Ｋ×ｅｘｐ（−Ｌ×ｓ）／（１＋Ｔ×ｓ） ・・・（９） ここで、Ｋ、Ｌ、Ｔはそれぞれ制御対象プロセス４０の
ゲイン、むだ時間、時定数である。

【００３４】そして、内部モデル６は、内部モデル記憶
部６ａに記憶されたゲインＫｍ、時定数Ｔｍ、及びむだ
時間Ｌｍからなるこれらのパラメータによって、上記の
ような制御対象プロセス４０を数式表現したものであ
り、内部モデル出力演算部６ｂにて操作量演算部４から
出力された操作量ｕから参照制御量ｙｍを演算する。そ
の伝達関数Ｇｍは次式となる。 Ｇｍ＝Ｋｍ×ｅｘｐ（−Ｌｍ×ｓ）／（１＋Ｔｍ×ｓ） ・・・（１０）

【００３５】次に、第２の減算処理部８は、制御量入力
部７を介して入力された制御対象プロセス４０からの制
御量ｙから内部モデル出力演算部６ｂからの参照制御量
ｙｍを減算してフィードバック量ｅを出力する。そし
て、このフィードバック量ｅが上記のように第１の減算
処理部３に入力される。これが、このＩＭＣ構造のコン
トローラの基本構成であるフィードバック制御系として
の動作である。

【００３６】このような制御系において、偏差変化量算
出部９は、目標値ｒと制御量ｙとの差である偏差及びこ
の偏差の変化量を１制御周期ごとに常時算出するが、ま
ず制御量入力部７から出力された制御量ｙに次式のよう
なダンピング処理を施して制御量ｙのノイズを低減す
る。 ｙｄ（ｉ）＝｛ｙ（ｉ）＋Ｔｄ×ｙｄ（ｉ−１）｝／（１＋Ｔｄ） ・・・（１１）

【００３７】ここで、ｙｄ（ｉ）は本制御系のサンプリ
ング時刻ｉにおけるダンピング処理後の制御量ｙ、ｙ
（ｉ）はサンプリング時刻ｉにおける制御量ｙである。
また、Ｔｄはダンピング時定数であり、例えばサンプリ
ング周期である制御周期Δｔが１秒であればＴｄ＝２秒
である。

【００３８】このようにローパスフィルタに相当するダ
ンピング処理を施すことにより、制御量ｙのノイズを低
減することができるが、この制御量ｙのノイズには、例
えば制御量ｙを測定し制御量入力部７に出力する図示し
ないセンサによる測定ノイズがある。また、測定ノイズ
が０に近い場合はダンピング時定数Ｔｄ＝０秒としてダ
ンピング処理を施さなくても良い。

【００３９】次に、偏差変化量算出部９は、次式のよう
に偏差（ここではダンピング処理しているのでダンピン
グ偏差であるが、以下単に偏差とする）を１制御周期ご
とに算出する。 ｅｄ（ｉ）＝ｒ（ｉ）−ｙｄ（ｉ） ・・・（１２） ここで、ｅｄ（ｉ）、ｒ（ｉ）はそれぞれ現在のサンプ
リング時刻ｉにおける偏差、目標値である。

【００４０】また、現在のサンプリング時刻ｉにおける
偏差ｅｄ（ｉ）と１サンプリング前の偏差ｅｄ（ｉ−
１）の差である変化量Δｅｄ（ｉ）を次式のように算出
する。 Δｅｄ（ｉ）＝｜ｅｄ（ｉ）｜−｜ｅｄ（ｉ−１）｜ ・・・（１３） そして、偏差変化量算出部９は、算出した偏差ｅｄ
（ｉ）を第２の過渡状態検出部１２、応答開始領域検出
部１３へ出力し、偏差変化量Δｅｄ（ｉ）を第２の過渡
状態検出部１２へ出力する。

【００４１】また、逐次変化率算出部１０は、制御量入
力部７から出力された制御量ｙの変化率及び内部モデル
出力演算部６ｂから出力された参照制御量ｙｍの変化率
を１制御周期ごとに常時算出する。図３（ａ）はこの逐
次変化率算出部１０の動作を説明するための制御量ｙの
変化率を示す図、図３（ｂ）は同様に参照制御量ｙｍの
変化率を示す図であり、ｉ−ｎ＋１、ｉ−１、ｉはサン
プリング時刻、そして○印はそれぞれの時刻における制
御量ｙ及び参照制御量ｙｍである。

【００４２】逐次変化率算出部１０は、図３（ａ）に示
すように現時点ｉを含む過去ｎサンプリング分の制御量
ｙ（ｉ−ｎ＋１）〜ｙ（ｉ）を最小２乗法により分析
し、制御量変化率Ａｙ（ｉ）を１制御周期ごとに常時算
出する。ここで、整数設定値ｎは例えばｎ＝５とする。

【００４３】また、同様に図３（ｂ）に示すように現時
点ｉを含む過去ｎサンプリング分の参照制御量ｙｍ（ｉ
−ｎ＋１）〜ｙｍ（ｉ）を最小２乗法により分析し、参
照制御量変化率Ａｙｍ（ｉ）を１制御周期ごとに常時算
出する。そして、逐次変化率算出部１０は、算出した制
御量変化率Ａｙ（ｉ）、参照制御量変化率Ａｙｍ（ｉ）
を応答開始領域検出部１３に出力する。

【００４４】次に、第１の過渡状態検出部１１、第２の
過渡状態検出部１２は、制御量ｙが目標値ｒから大きく
離れた後に制御応答によって目標値ｒに近づくという制
御の過渡状態を以下のように検出する。

【００４５】制御が過渡状態になる主な要因としては、
このコントローラのオペレータの操作によって目標値入
力部１に新たな目標値ｒが入力された目標値ｒの変更が
ある（以下、このような目標値変更による過渡状態を第
１の過渡状態とする）。また、その他の要因として、外
乱ｄ又は操作量外乱ｄｕの発生、制御対象プロセス４０
のゲインＫの急変動、不適切な制御によって制御量ｙの
振動が次第に増幅していくような自励振動がある（以
下、これら外乱等の要因による過渡状態を第２の過渡状
態とする）。

【００４６】そして、第１の過渡状態検出部１１は、制
御が第１の過渡状態にあるかどうかを判定し、第２の過
渡状態検出部１２は同じく第２の過渡状態にあるかどう
かを判定する。図４（ａ）は第１の過渡状態検出部１１
の動作を説明するための制御量ｙの過渡状態を示す図、
図４（ｂ）は同様に第２の過渡状態検出部１２の動作を
説明するための制御量ｙの過渡状態を示す図である。

【００４７】図４（ａ）では目標値ｒの変更に伴い操作
量演算部４からその変更に応じた操作量ｕが出力される
ことにより、制御量ｙが目標値ｒに向かって変化を始め
る様子が示されている。また、図４（ｂ）では外乱等の
要因により制御量ｙが下方向に急激に変化し、操作量演
算部４からこの変化に応じた操作量ｕが出力されること
により、制御量ｙが目標値ｒに向かって上方向に戻り始
める様子が示されている。

【００４８】第１の過渡状態検出部１１は、制御が第１
の過渡状態にあるかどうかを次式によって判定し、第１
の過渡状態になったと判定すると過渡状態検出信号を応
答開始領域検出部１３に出力する。 ｜Δｒ（ｉ）｜＝｜ｒ（ｉ）−ｒ（ｉ−１）｜＞θ ・・・（１４） Δｒ（ｉ）は図４（ａ）に示すように現在のサンプリン
グ時刻ｉにおける目標値変化量、θは目標値入力検出基
準値であり、例えば制御量ｙのフルレンジの５％に設定
されている。

【００４９】つまり、第１の過渡状態検出部１１は、目
標値変化量Δｒ（ｉ）がしきい値である目標値入力検出
基準値θより大であれば制御が目標値変更による第１の
過渡状態になったと判定する。目標値ｒの変化について
は、ステップ入力のような急激な変化とランプ入力のよ
うな緩やかな変化があり、ランプ入力についてはゲイン
修正の対象外なので、目標値入力検出基準値θはこれら
を区別できるように設定される。

【００５０】また、第２の過渡状態検出部１２は、制御
が第２の過渡状態にあるかどうかを次式によって判定
し、第２の過渡状態になったと判定すると過渡状態検出
信号を応答開始領域検出部１３に出力する。 ｜Δｅｄ（ｉ）｜＞ε×ｅｘｐ（−４．８）×Δｔ ・・・（１５） ｜ｅｄ（ｉ）｜＞ε ・・・（１６） εは整定判定基準値であり、例えば制御量ｙのフルレン
ジの５％に設定されている。

【００５１】すなわち、第２の過渡状態検出部１２は、
式（１５）、（１６）が同時に成立すれば制御が外乱等
による第２の過渡状態になったと判定する。外乱等の要
因による第２の過渡状態では、制御量ｙが目標値ｒに向
かって変化する前に逆方向の制御量ｙの急変が生じるの
で、制御量ｙの変化から目標値変化分を差し引いた偏差
変化量Δｅｄ（ｉ）によって検出することができる。ま
た、式（１６）を設けているのは制御量ｙのノイズによ
る誤検出を防ぐためである。

【００５２】なお、式（１５）におけるε×ｅｘｐ（−
４．８）は制御対象プロセスの開ループステップ応答に
おいて等価１次遅れ時定数の４．８倍の時間が経過した
時点での変化量を整定判定基準値εに基づいて推定した
値であり、過渡状態で検出されるべき最低の変化量の指
標である。

【００５３】次に、応答開始領域検出部１３は、第１の
過渡状態検出部１１又は第２の過渡状態検出部１２から
過渡状態検出信号が出力されると動作を開始し、制御量
ｙ及び参照制御量ｙｍの応答開始領域を検出する。この
応答開始領域は、過渡状態中にあり、目標値変更又は外
乱等の発生に応じた操作量ｕが操作量演算部４から出力
されることにより、制御量ｙ、参照制御量ｙｍに制御応
答が現れ始める領域である。

【００５４】まず、応答開始領域検出部１３は、応答開
始領域を検出するときに、過渡最大偏差Ｅｍａｘを以下
のようにして求める。図５はこの過渡最大偏差Ｅｍａｘ
を求める応答開始領域検出部１３の動作を説明するため
の制御量ｙの過渡状態を示す図、図６（ａ）は応答開始
領域を検出する応答開始領域検出部１３の動作を説明す
るための制御量ｙの過渡状態を示す図、図６（ｂ）は同
じく参照制御量ｙｍの過渡状態を示す図であり、図５
（ａ）、（ｂ）はそれぞれ第１、第２の過渡状態の場合
を示している。

【００５５】応答開始領域検出部１３は、偏差変化量算
出部９から出力された現在の偏差ｅｄ（ｉ）と逐次変化
率算出部１０から出力された制御量変化率Ａｙ（ｉ）と
の積が正になるときの偏差ｅｄ（ｉ）を過渡最大偏差Ｅ
ｍａｘとする。 ｅｄ（ｉ）×Ａｙ（ｉ）＞０ ・・・（１７）

【００５６】すなわち、過渡最大偏差Ｅｍａｘは、図５
（ａ）、（ｂ）に示すように第１の過渡状態検出部１１
又は第２の過渡状態検出部１２によって制御の過渡状態
が検出された後に、制御応答により制御量ｙが目標値ｒ
に向かって変化し始めるときの偏差であり、かつ過渡状
態が検出された後から後述するゲイン修正を行うまでの
間における最大偏差である。そして、図５（ａ）、
（ｂ）のように過渡最大偏差Ｅｍａｘが検出されたサン
プリング時刻ｉを制御量ｙの応答開始領域の開始時点ｉ
１とする。

【００５７】また、応答開始領域検出部１３は、第１の
過渡状態検出部１１又は第２の過渡状態検出部１２から
過渡状態検出信号が出力された後に、次式によって検出
するサンプリング時刻ｉを参照制御量ｙｍの応答開始領
域の開始時点ｉｍ１とする。 Ａｙｍ（ｉ）／Ａｙｍ（ｉ−ｊ）＞δ１ ・・・（１８） ここで、整数設定値ｊは例えばｊ＝５であり、開始領域
検出基準値δ１は例えばδ１＝２である。

【００５８】すなわち、参照制御量ｙｍの応答開始領域
の開始時点ｉｍ１は、図６（ｂ）に示すようにｊサンプ
リング前の参照制御量変化率Ａｙｍ（ｉ−ｊ）とサンプ
リング時刻ｉの参照制御量変化率Ａｙｍ（ｉ）との比が
しきい値であるδ１を超えた時刻ｉである（図６（ｂ）
ではｉｍ１）。

【００５９】次に、開始時点ｉ１の検出後に次式によっ
て検出するサンプリング時刻ｉを制御量ｙの応答開始領
域の終了時点ｉ２とする。 ｜ｅｄ（ｉ）｜≦δ２×｜Ｅｍａｘ｜ ・・・（１９） 開始領域検出基準値δ２は例えばδ２＝０．８である。

【００６０】そして、開始時点ｉｍ１の検出後に次式に
よって検出する１サンプリング前の時刻ｉ−１を参照制
御量ｙｍの応答開始領域の終了時点ｉｍ２とする。 Ａｙｍ（ｉ−１）／Ａｙｍ（ｉ）＞δ３ ・・・（２０） 開始領域検出基準値δ３は例えばδ３＝０．８５であ
る。

【００６１】すなわち、参照制御量ｙｍの応答開始領域
の終了時点ｉｍ２は、１サンプリング前の参照制御量変
化率Ａｙｍ（ｉ−１）と現時点の参照制御量変化率Ａｙ
ｍ（ｉ）との比がしきい値であるδ３を超えたｉ−１時
点である。そして、応答開始領域検出部１３は、このよ
うにして検出した制御量ｙの応答開始領域の終了時点ｉ
２における制御量変化率Ａｙ（ｉ２）をＡｙ１とし、同
様に終了時点ｉｍ２における参照制御量変化率Ａｙｍ
（ｉｍ２）をＡｙｍ１とし、これら制御量変化率Ａｙ
１、参照制御量変化率Ａｙｍ１をモデルゲイン算出部１
４に出力する。

【００６２】次に、モデルゲイン算出部１４は、制御量
変化率Ａｙ１、参照制御量変化率Ａｙｍ１に基づいて内
部モデル６の修正ゲインＫｍ１を次式のように算出す
る。 Ｋｍ１＝ρ×Ｋｍ０×｜Ａｙ１／Ａｙｍ１｜ ・・・（２１） ここで、Ｋｍ０は現在内部モデル記憶部６ａに記憶され
ている内部モデル６のゲインＫｍ、ρは安全係数であり
例えばρ＝１．５である。

【００６３】そして、モデルゲイン算出部１４は、算出
した修正ゲインＫｍ１が次式のように最小値より小さい
ときは安全性の限界を外れたと判断して限界内に収まる
ように修正ゲインＫｍ１を制限する。 Ｋｍ１＜Ｌｄ×Ｋｍ０ ・・・（２２）

【００６４】Ｌｄは下限比例定数であり、目標値変更に
よる第１の過渡状態の場合でＬｄ＝０．３、外乱等によ
る第２の過渡状態の場合でＬｄ＝０．７である。そし
て、修正ゲインＫｍ１が上記のように限界を外れたとき
は修正ゲインＫｍ１をＫｍ１＝Ｌｄ×Ｋｍ０とする。

【００６５】また、同様に算出した修正ゲインＫｍ１が
次式のように最大値より大きいときも限界内に収まるよ
うに修正ゲインＫｍ１を制限する。 Ｋｍ１＞Ｌｕ×Ｋｍ０ ・・・（２３） Ｌｕは上限比例定数であり、目標値変更による第１の過
渡状態の場合でＬｕ＝１０、外乱等による第２の過渡状
態の場合でＬｕ＝５である。そして、修正ゲインＫｍ１
が上記のように限界を外れたときは修正ゲインＫｍ１を
Ｋｍ１＝Ｌｕ×Ｋｍ０とする。

【００６６】このようにして算出された修正ゲインＫｍ
１が内部モデル記憶部６ａに出力されることにより、内
部モデル記憶部６ａに記憶されている内部モデル６のゲ
イン現在値Ｋｍ０がこの修正ゲインＫｍ１に更新され
る。このゲインＫｍの修正は、応答開始領域が終了した
時点で１回行われることになる。

【００６７】こうして、制御量ｙが目標値ｒに向かい始
める制御応答の初めにゲイン修正が行われることになる
が、このように内部モデル６のゲインＫｍを修正するの
は、応答開始領域を含む制御応答の初めにおいて内部モ
デル６と制御対象プロセス４０の誤差が小さいことがそ
の安定性にとって重要なことから、式（２１）のように
応答開始領域での制御対象プロセス４０の制御量ｙの変
化率と内部モデル６の参照制御量ｙｍの変化率が近づく
ように内部モデル６のゲインＫｍを修正して制御の安定
性を得るためである。また、修正ゲインＫｍ１の算出に
安全係数ρを用いてより安全な動作が得られるようにな
っている。

【００６８】したがって、制御応答動作中に内部モデル
６のゲインＫｍを自動的に修正するので、内部モデル６
の設定が不適当なコントローラにおいて目標値ｒの変更
や外乱等が発生しても良好な制御を行うことができる。
また、内部モデル６のモデル同定誤差に関しては、ゲイ
ンＫｍの誤差、時定数Ｔｍの誤差の両者について対応可
能であり、むだ時間Ｌｍの誤差についても±３０％程度
の範囲であれば対応することができる。

【００６９】図７は本実施例のコントローラをタンク内
の液面の高さの制御に使用したときの目標値追従性を示
す図、図８は同様に従来のＩＭＣコントローラの目標値
追従性を示す図である。図７、８は０秒にて目標値ｒを
０から４ｃｍに変更し、その制御結果の液面の高さであ
る制御量ｙを求めたシミュレーション結果である。ま
た、従来のＩＭＣコントローラは、本実施例のコントロ
ーラにおいて内部モデル６のゲインＫｍの修正を行わな
いものを用いている。

【００７０】ここで、タンク内の液体という制御対象プ
ロセスのゲインＫを１０、時定数Ｔを１０秒、むだ時間
Ｌを１０秒とし、本実施例のコントローラ及び従来のＩ
ＭＣコントローラの内部モデル６のゲインＫｍを５、時
定数Ｔｍを２０秒、むだ時間Ｌｍを１０秒とする。よっ
て、ゲインＫｍと時定数Ｔｍにモデル同定誤差が存在す
ることになる。また、これらのコントローラの目標値フ
ィルタ部２の時定数Ｔ１を１２．７２秒、目標値・外乱
フィルタ部４ａの時定数Ｔ２を３．１８秒とし、制御周
期Δｔを１秒とする。

【００７１】図８から明らかなように、従来のＩＭＣコ
ントローラでは内部モデルの設定が不適当なときに目標
値ｒの変更が行われると制御量ｙに振動が発生してこの
振動を抑制することができなくなる。これは通常のＰＩ
Ｄコントローラでも同様である。これに対して、本実施
例のコントローラでは内部モデル６のゲインＫｍが１８
秒にて１３．８５４に修正されることにより、制御が整
定する。

【００７２】図９は本実施例のコントローラを図７の例
と同様にタンク内の液面の高さの制御に使用したときの
目標値追従性を示す図、図１０は同様に従来のＩＭＣコ
ントローラの目標値追従性を示す図である。図９、１０
は制御量ｙが０ｃｍという整定状態において、例えばバ
ルブが故障した等の操作量外乱ｄｕが加わったときの制
御量ｙを求めたシミュレーション結果である。また、パ
ラメータは図７、８の例と同様とする。

【００７３】図９、１０から明らかなように、従来のＩ
ＭＣコントローラでは内部モデルの設定が不適当なとき
に外乱ｄｕが加わると、過剰な操作量ｕの変更が繰り返
されて発散状態となるが、本実施例のコントローラでは
内部モデル６のゲインＫｍが２７秒にて８．８８４に修
正されることにより、制御が整定する。

【００７４】図１１は本実施例のコントローラをタンク
内の液面の高さの制御に使用したときの目標値追従性を
示す図、図１２は同様に従来のＩＭＣコントローラの目
標値追従性を示す図である。図１１、１２は０秒にて
０．１ｃｍという目標値ｒを入力し、その制御の途中で
制御対象プロセスのゲインＫが急変したときの制御量ｙ
を求めたシミュレーション結果である。

【００７５】ここで、制御対象プロセスのゲインＫは初
め１０で１００秒にて３０に変化したものとする。ま
た、本実施例のコントローラ及び従来のＩＭＣコントロ
ーラの内部モデル６のゲインＫｍを１０とし、その他の
パラメータについては図７、８の例と同様とする。図１
１、１２から明かなように、従来のＩＭＣコントローラ
では内部モデルの設定が不適当なときに制御対象プロセ
スのゲインＫが急変すると過剰な操作量変更が繰り返さ
れて制御は発散状態となるが、本実施例のコントローラ
では内部モデル６のゲインＫｍが１４９秒にて４１．９
１９に修正されることにより、制御が整定する。

【００７６】図１３は本実施例のコントローラをタンク
内の液面の高さの制御に使用したときの目標値追従性を
示す図、図１４は同様に従来のＩＭＣコントローラの目
標値追従性を示す図である。図１３、１４は不安定な制
御系において制御量ｙの振動が徐々に増幅されていくよ
うな自励振動が発生したときのシミュレーション結果で
ある。このときの本実施例のコントローラ及び従来のＩ
ＭＣコントローラの内部モデル６のゲインＫｍを２．５
とし、その他のパラメータについては図７、８の例と同
様とする。

【００７７】図１３、１４から明かなように、従来のＩ
ＭＣコントローラでは不安定な制御系において徐々に発
生した振動現象に対し、過剰な操作量変更が繰り返され
て制御は発散状態となるが、本実施例のコントローラで
は内部モデル６のゲインＫｍが７６秒にて１０．７１４
に修正されることにより、制御が整定する。

【００７８】図１の例では内部モデル６の設定が不適当
なコントローラにおいて制御応答中に内部モデル６のゲ
インＫｍを自動的に修正するので、このゲイン修正が的
確であれば制御は整定するが、制御対象プロセスが極端
に複雑な系である等の場合にはゲイン修正が不的確、あ
るいは不十分になることがある。

【００７９】この場合、ゲイン修正を再度実行する必要
があるが、図１のコントローラでは例えばオペレータが
再度の実行を指示するなどの処理が行われない限りゲイ
ン修正が再実行されることはなく、内部モデル６のゲイ
ンＫｍは修正ゲインＫｍ１のままである。そこで、上記
のような場合に対応するには図１の例とは別の処理が必
要となる。

【００８０】図１５は本発明の他の実施例を示すＩＭＣ
構造のコントローラのブロック図であり、図１と同一の
部分には同一の符号を付してある。９ａは図１の例の偏
差変化量算出部９と同様の動作をしダンピング処理後の
制御量ｙｄ（ｉ）を出力する偏差変化量算出部、１１
ａ、１２ａはそれぞれ第１、第２の過渡状態検出部１
１、１２と同様の動作をし後述する初期化信号が入力さ
れると過渡状態の検出を再開する第１、第２の過渡状態
検出部、１３ａは応答開始領域検出部１３と同様の動作
をし後述する再実行指示信号が入力されると再度応答開
始領域の検出を行う応答開始領域検出部である。

【００８１】また、１５はモデルゲイン算出部１４によ
る内部モデル６のゲイン修正後の制御量ｙの変化率に基
づいて制御量ｙの極大値及び極小値を検出し、この検出
時点の制御量ｙをピーク制御量とするピーク制御量検出
部、１６はピーク制御量に基づいて制御量ｙの振動状態
を評価し、振動の減衰が不十分と判定すると再実行指示
信号を応答開始領域検出部１３ａに出力する減衰判定
部、１７は偏差変化量算出部９から出力された偏差ｅｄ
（ｉ）及び偏差変化量Δｅｄ（ｉ）に基づいて制御の整
定状態を評価し、整定状態と判定すると初期化信号を第
１、第２の過渡状態検出部１１ａ、１２ａに出力する整
定判定部である。

【００８２】本実施例においても、目標値入力部１、目
標値フィルタ部２、第１の減算処理部３、操作量演算部
４、信号出力部５、内部モデル記憶部６ａ、内部モデル
出力演算部６ｂ、制御量入力部７、及び第２の減算処理
部８からなるコントローラの基本構成の動作は図１の例
と全く同じであり、逐次変化率算出部１０の動作も全く
同じである。

【００８３】そして、第１の過渡状態検出部１１ａ又は
第２の過渡状態検出部１２ａが制御の過渡状態を検出す
ると過渡状態検出信号を出力し、この信号の出力により
応答開始領域検出部１３ａが応答開始領域を検出し、モ
デルゲイン算出部１４が内部モデル６のゲインＫｍの修
正を行う動作も図１の例と全く同じである。

【００８４】よって、ここではゲイン修正が行われた後
の本実施例のコントローラの動作について説明する。ピ
ーク制御量検出部１５は、後述する減衰判定のためにゲ
イン修正が行われた後の制御量ｙの振動状態を監視し、
制御量ｙの極大値又は極小値である第１ピーク、第２ピ
ークを検出する。図１６はこのピーク制御量検出部１５
の動作を説明するための制御量ｙの振動状態を示す図で
ある。

【００８５】まず、ピーク制御量検出部１５は、内部モ
デル６のゲインＫｍの修正が行われた後に、オーバーシ
ュートが発生したかどうかを次式によってチェックす
る。 ｅｄ（ｉ）×Ｅｍａｘ＜０ ・・・（２４）

【００８６】すなわち、応答開始領域を検出する際に応
答開始領域検出部１３ａで求められた過渡最大偏差Ｅｍ
ａｘと偏差変化量算出部９ａから出力された現在の偏差
ｅｄ（ｉ）との積が負であればオーバーシュートが発生
したと判断する。これは、過渡最大偏差Ｅｍａｘと偏差
ｅｄ（ｉ）の正負が逆転しているかどうかをチェックす
るものであり、図１６からも分かるようにゲイン修正実
行後に制御量ｙ（ここではｙｄ）が目標値ｒを跨いだか
どうかをチェックするものである。このようなオーバー
シュートチェックを行うのは、例えば図１１のＢに示す
ような制御量ｙの変化と制御量ｙの極大値又は極小値と
を区別するためである。

【００８７】次いで、オーバーシュートが発生したと判
断すると、ゲイン修正以後の最初の極大値又は極小値で
ある第１ピークを次式によって検出し、検出時点の制御
量変化率Ａｙ（ｉ）を制御量変化率Ａｙｅ１、同じく検
出時点の制御量ｙｄ（ｉ）を第１ピーク制御量ｙｅ１と
する。 Ａｙ（ｉ）×Ａｙ１＜０ ・・・（２５）

【００８８】これは、応答開始領域検出部１３ａで求め
られた応答開始領域の終了時点ｉ２における制御量変化
率Ａｙ１と逐次変化率算出部１０から出力された現在の
制御量変化率Ａｙ（ｉ）との積が負、すなわちこれらの
正負が逆転したら制御量ｙに第１ピークが現れたと判定
するものである。

【００８９】次に、ピーク制御量検出部１５は、上記の
ような第１ピークを検出した後にオーバーシュートが発
生したかどうかを次式によってチェックする。 ｅｄ（ｉ）×Ｅｍａｘ＞０ ・・・（２６） つまり、式（２４）と逆に過渡最大偏差Ｅｍａｘと現在
の偏差ｅｄ（ｉ）との積が正であればオーバーシュート
が発生したと判断する。

【００９０】オーバーシュートが発生したと判断する
と、第１ピーク後の極大値又は極小値である第２ピーク
を式（２５）と同様の次式によって検出し、検出時点の
制御量変化率Ａｙ（ｉ）を制御量変化率Ａｙｅ２、同じ
く検出時点の制御量ｙｄ（ｉ）を第２ピーク制御量ｙｅ
２とする。 Ａｙ（ｉ）×Ａｙｅ１＜０ ・・・（２７）

【００９１】そして、ピーク制御量検出部１５は、この
ようにして求めた第１ピーク検出時点における制御量変
化率Ａｙｅ１、第１ピーク制御量ｙｅ１、第２ピーク検
出時点における制御量変化率Ａｙｅ２、第２ピーク制御
量ｙｅ２を減衰判定部１６に出力する。

【００９２】次に、減衰判定部１６は、ピーク制御量検
出部１５から出力された第１、第２ピーク制御量ｙｅ
１、ｙｅ２に基づいて制御量ｙの振動状態を評価し、振
動が減衰しているかどうかを１制御周期ごとに判定す
る。図１７はこの減衰判定部１６の動作を説明するため
の制御量ｙの振動状態を示す図であり、図１７（ａ）は
制御量ｙの振動が減衰中であると判定して減衰判定を更
に繰り返す場合であり、図１７（ｂ）は減衰が不十分で
あると判定して再度ゲイン修正を行う場合である。

【００９３】減衰判定部１６は、次式によって制御量ｙ
の振動が減衰しているかどうかを判定する。 ｜ｙｅ１−ｙｅ２｜＜μ×｜ｙｅ２−ｙｄ（ｉ）｜ ・・・（２８） μは減衰判定比例定数であり、例えばμ＝１．５であ
る。

【００９４】式（２８）が成立しない場合は、制御量ｙ
の振動が減衰中であると判定して式（２８）による１制
御周期ごとの減衰判定を更に繰り返すが、このような減
衰判定の繰り返しでは図１７（ａ）に示すように制御量
ｙに第２ピーク後の第３ピークが現れたかどうかを先に
次式によって判定する。 Ａｙ（ｉ）×Ａｙｅ２＜０ ・・・（２９）

【００９５】すなわち、第３ピークの検出はピーク制御
量検出部１５における第１、第２ピークの検出と同様で
あり、１つ前のピークである第２ピークの検出時点にお
ける制御量変化率Ａｙｅ２と現在の制御量変化率Ａｙ
（ｉ）との積が負になったときを第３ピークの検出時点
とする。そして、式（２９）が成立せず第３ピークが検
出されない場合はそのまま式（２８）による減衰判定を
行う。

【００９６】また、式（２９）が成立して第３ピークを
検出したら、この検出時点の制御量変化率Ａｙ（ｉ）を
Ａｙｅ３とし、制御量ｙｄ（ｉ）を第３ピーク制御量ｙ
ｅ３とする。そして、ｙｅ１＝ｙｅ２、ｙｅ２＝ｙｅ
３、Ａｙｅ２＝Ａｙｅ３、すなわち現在の第２ピーク制
御量ｙｅ２を第１ピーク制御量ｙｅ１とし、検出した第
３ピーク制御量ｙｅ３を第２ピーク制御量ｙｅ２とし、
第３ピークの検出時点における制御量変化率Ａｙｅ３を
第２ピークの検出時点における制御量変化率Ａｙｅ２と
した後に式（２８）による減衰判定を行う。これは、第
１ピーク及び第２ピークをそれぞれ１つずつ後ろにずら
した処理である。

【００９７】減衰判定部１６は、このようにして式（２
８）が成立しない限り減衰判定を繰り返す。よって、こ
の減衰判定を繰り返している限り内部モデル６のゲイン
Ｋｍは最初にゲイン修正された修正ゲインＫｍ１のまま
であり、この修正ゲインＫｍ１に基づく制御が継続され
ることになる。

【００９８】また、減衰判定部１６は、式（２８）が成
立すると制御量ｙの振動の減衰が不十分、すなわち内部
モデル６のゲインＫｍの修正が不的確であると判定し、
応答開始領域検出部１３ａに対して再実行指示信号を出
力し、再度ゲイン修正を行わせる。再実行指示信号が入
力された応答開始領域検出部１３ａの動作は、第１の過
渡状態検出部１１ａ又は第２の過渡状態検出部１２ａか
ら過渡状態検出信号が出力された最初のゲイン修正のと
きと全く同様である。

【００９９】そして、モデルゲイン算出部１４の動作も
最初のゲイン修正とほぼ同様で、式（２１）によって修
正ゲインＫｍ１を算出し、内部モデル記憶部６ａに出力
して内部モデル６のゲインＫｍを変更させる。ここで異
なるのは、修正ゲインＫｍ１の算出時点で式（２２）、
（２３）によって行われるゲインリミッタにおいて、下
限比例定数ＬｄがＬｄ＝１、上限比例定数ＬｕがＬｕ＝
５となるだけである。

【０１００】したがって、最初の修正ゲインＫｍ１によ
るゲイン修正が不的確なために制御量ｙの振動の減衰が
不十分な場合には、図１７（ｂ）に示すように再度ゲイ
ン修正が実行される。この再度のゲイン修正は、減衰判
定部１６によって減衰中と判定されるか、又は後述する
整定判定部１７によって整定状態と判定されるまで繰り
返される。

【０１０１】以上のように、再度のゲイン修正を単純な
時間経過でなく、内部モデル６のゲインＫｍの修正が的
確に行われたかどうかを減衰判定によって判定して行う
のは以下のような理由による。つまり、時間経過に基づ
き再度のゲイン修正を行う際の指標となるのは内部モデ
ル６の時定数Ｔｍであるが、時定数Ｔｍが実際の制御対
象プロセスの時定数Ｔより極端に大きいと、不的確なゲ
イン修正により制御量ｙの発散状態が進行しているにも
拘らず、再度ゲイン修正を実行できる状態にならない。

【０１０２】また、時定数Ｔｍが制御対象プロセスの時
定数Ｔより極端に小さいと、ゲイン修正が的確に行われ
たにも拘らず、整定に向かう途中の過渡状態でゲイン修
正が再度行われてしまうことになる。そこで、ゲイン修
正が的確に行われたかどうかを減衰判定により判定して
再度のゲイン修正を行うのである。

【０１０３】一方、整定判定部１７は、ピーク制御量検
出部１５及び減衰判定部１６の減衰判定の動作とは別に
制御が整定しているかどうかを１制御周期ごとに判定す
る。図１８はこの整定判定部１７の動作を説明するため
の制御量ｙの整定状態を示す図であり、εは前述の整定
判定基準値、Ｃは初期値０の整定判定カウント値、Ｃｎ
は整定判定のしきい値となる整定判定基準値である。

【０１０４】整定判定部１７は、偏差変化量算出部９ａ
から出力された偏差ｅｄ（ｉ）、偏差変化量Δｅｄ
（ｉ）、応答開始領域検出部１３ａから出力された過渡
最大偏差Ｅｍａｘに基づき次式によって制御が整定して
いるかどうかを判定する。 ｜Δｅｄ（ｉ）｜＜｜Ｅｍａｘ｜×ｅｘｐ（−５．０）×Δｔ ・・・（３０） ｜ｅｄ（ｉ）｜＜ε ・・・（３１）

【０１０５】式（３０）における｜Ｅｍａｘ｜×ｅｘｐ
（−５．０）は制御対象プロセスの開ループステップ応
答において等価１次遅れ時定数の５．０倍の時間が経過
した時点での変化量を過渡最大偏差Ｅｍａｘに基づいて
推定した値であり、整定状態で維持されるべき最大の変
化量の指標である。

【０１０６】そして、式（３０）、（３１）が同時に成
立しない場合は制御が整定状態に向かっていないと判定
し、整定判定カウント値Ｃを０に初期化する。また、式
（３０）、（３１）が同時に成立した場合は制御が整定
状態に向かっていると判定して整定判定カウント値Ｃを
１増加させる。

【０１０７】整定判定部１７は、このような整定判定を
１制御周期ごとに繰り返すが、式（３０）、（３１）の
成立が連続して図１８に示すように整定判定カウント値
Ｃが次第に増加し、整定判定基準値Ｃｎと等しくなると
整定状態と判定する。整定判定基準値Ｃｎは例えば２×
Ｔｍ／Δｔの小数点以下を切り下げた整数値である。そ
して、整定状態になったと判定すると、第１の過渡状態
検出部１１ａ、第２の過渡状態検出部１２ａに対して初
期化信号を出力し、整定判定カウント値Ｃを１減らす。

【０１０８】初期化信号が入力された第１の過渡状態検
出部１１ａ、第２の過渡状態検出部１２ａは、図１の例
で述べた最初の処理に戻り、第１の過渡状態、第２の過
渡状態の検出を再開する。これは、制御が整定したこと
により次の目標値変更や外乱等の発生に備えるためであ
り、ゲイン修正が行われたかどうかに関係なく制御が整
定すれば、次の過渡状態に備えることになる。

【０１０９】したがって、ピーク制御量検出部１５及び
減衰判定部１６により振動の減衰が不十分と判定されゲ
イン修正が再度実行された場合には、この再実行によっ
て制御が整定状態に向かうはずなので、この後に整定判
定部１７によって制御が整定状態と判定される。以上の
ように、内部モデル６の最初のゲイン修正が不的確であ
ってもゲイン修正を再度実行することにより良好な制御
を行うことができ、また整定判定によって次の目標値変
更や外乱等の発生に備えることができる。

【０１１０】図１９は本実施例のコントローラを図７の
例と同様にタンク内の液面の高さの制御に使用したとき
の目標値追従性を示す図、図２０は同様に図１の例のコ
ントローラの目標値追従性を示す図である。図１９、２
０は不安定な制御系において制御量ｙの振動が徐々に増
幅されていくような自励振動が発生したときのシミュレ
ーション結果である。このとき、制御対象プロセスのむ
だ時間Ｌを１３秒とし、本実施例のコントローラ及び図
１の例のコントローラの内部モデル６のゲインＫｍを
２．５とし、その他のパラメータについては図７、８の
例と同様とする。

【０１１１】図１の例のコントローラでは内部モデル６
のゲインＫｍが９０秒にて７．１５７に修正されるが、
むだ時間Ｌｍに誤差が存在するため修正が不十分にな
り、過剰な操作量変更が繰り返されて制御は発散状態と
なる。これに対して、本実施例のコントローラでは、同
様に９０秒にてゲインＫｍを７．１５７に修正するが、
その後の振動状態の振幅によりゲイン修正が不十分であ
ると判定し、再度のゲイン修正を行う。よって、１３６
秒にて内部モデル６のゲインＫｍが２３．７２１に修正
されることにより、制御が整定して整定状態と判定さ
れ、以後の目標値追従や外乱抑制に備える状態となる。

【０１１２】図１、１５の例では内部モデル６の設定が
不適当なコントローラにおいて制御応答中に内部モデル
６のゲインＫｍを自動的に修正するが、これらの例では
修正ゲインＫｍ１が過剰に大きくなって制御が過剰安定
状態になることがある。過剰安定状態は、制御が基本的
には整定しながら、過剰に大きな修正ゲインＫｍ１が原
因となって制御系の微小な変動に対応すべき制御動作が
不十分になるものであり、過剰安定状態になる主な要因
としては、オペレータの操作による目標値ランプ入力、
緩やかな外乱の発生、制御対象プロセスのゲインＫの緩
変動などがある。

【０１１３】図１、１５の例では制御が安定になり過ぎ
た場合の目標値追従性を保証していないので、制御が過
剰安定状態になって制御量ｙが目標値ｒから徐々に離れ
ていく現象が発生しても対応することができない。そこ
で、上記のような場合に対応するには図１、１５の例と
は別の処理が必要となる。

【０１１４】図２１は本発明の他の実施例を示すＩＭＣ
構造のコントローラのブロック図であり、図１と同一の
部分には同一の符号を付してある。１８は偏差変化量算
出部９から出力された偏差ｅｄ（ｉ）及び偏差変化量Δ
ｅｄ（ｉ）に基づいて制御の過剰安定状態を評価し、過
剰安定状態と判定すると修正指示信号を出力する過剰安
定判定部、１９はこの修正指示信号が出力されると過剰
安定状態を解消するための内部モデル６の修正ゲインを
算出し、内部モデル記憶部６ａに記憶されたゲインＫｍ
をこの修正ゲインに変更させる過剰安定ゲイン修正部で
ある。

【０１１５】本実施例においても、コントローラの基本
構成の動作は図１の例と全く同じであり、偏差変化量算
出部９、逐次変化率算出部１０、第１の過渡状態検出部
１１、第２の過渡状態検出部１２、応答開始領域検出部
１３、モデルゲイン算出部１４の動作も図１の例と全く
同じである。

【０１１６】過剰安定状態においては、過剰に大きな修
正ゲインＫｍ１によって制御量ｙが目標値ｒから徐々に
離れていく状態が問題となるので、制御量ｙの変化から
目標値変化分を差し引いた偏差変化量Δｅｄ（ｉ）によ
り検出することができる。そこで、過剰安定判定部１８
は、偏差変化量算出部９から出力された偏差ｅｄ
（ｉ）、偏差変化量Δｅｄ（ｉ）に基づき、制御が過剰
安定状態であるかどうかを１制御周期ごとに次式によっ
て判定する。

【０１１７】 ｜Δｅｄ（ｉ）｜＜ε×ｅｘｐ（−４．８）×Δｔ ・・・（３２） ｜ｅｄ（ｉ）｜＞λ ・・・（３３） λは過剰安定判定基準値であり、例えば制御量ｙのフル
レンジの１％に設定されている。また、式（３２）にお
けるε×ｅｘｐ（−４．８）は式（１５）と同様で、過
剰安定状態で維持されるべき最大の変化量の指標であ
る。

【０１１８】過剰安定判定部１８は、式（３２）、（３
３）が同時に成立しない場合は制御が過剰安定状態では
ないと判定し過剰安定判定カウント値Ｈを０に初期化す
る。また、式（３２）、（３３）が同時に成立した場合
は制御が過剰安定状態になりつつあると判定して過剰安
定判定カウント値Ｈを１増加させる。

【０１１９】更に、式（３２）、（３３）が同時に成立
し、かつ次式が成立する場合は制御量ｙは目標値ｒに近
づき過剰安定状態ではないと判定して過剰安定判定カウ
ント値Ｈを１減らす。 Δｅｄ（ｉ）＝｜ｅｄ（ｉ）｜−｜ｅｄ（ｉ−１）｜＜０ ・・・（３４） これは、式（３４）が成立すれば現時点ｉのダンピング
制御量ｙｄ（ｉ）が１サンプリング前のダンピング制御
量ｙｄ（ｉ−１）がよりも目標値ｒに近づいているから
である。

【０１２０】過剰安定判定部１８は、このような過剰安
定判定を１制御周期ごとに繰り返すが、式（３２）、
（３３）の成立が連続して図１８に示す整定判定のとき
と同様に過剰安定判定カウント値Ｈが次第に増加し、過
剰安定判定基準値Ｈｎと等しくなると過剰安定状態と判
定する。過剰安定判定基準値Ｈｎは例えば２×Ｔｍ／Δ
ｔの小数点以下を切り下げた整数値である。そして、過
剰安定状態になったと判定すると、過剰安定ゲイン修正
部１９に対して修正指示信号を出力し、過剰安定ゲイン
修正を行わせる。

【０１２１】次に、修正指示信号が入力された過剰安定
ゲイン修正部１９は、次式によって修正ゲインＫｍ２を
算出してこの修正ゲインＫｍ２を内部モデル記憶部６ａ
に出力し、内部モデル記憶部６ａに記憶されているゲイ
ン現在値Ｋｍ０をこの修正ゲインＫｍ２に変更させる。 Ｋｍ２＝Ｋｍ０−Ｋｍ０×Δｔ／（β１×Ｔｍ） ・・・（３５） β１は過剰安定ゲイン修正量調整係数であり、例えばβ
１＝２０である。

【０１２２】式（３５）は、ゲインＫｍの修正量が過剰
安定状態の現象から決定することが困難なため、現在内
部モデル記憶部６ａに記憶されている内部モデル６のゲ
イン現在値Ｋｍ０（以前にゲイン修正が行われていれば
Ｋｍ１に等しい）を少しずつ減少させるものであり、こ
のゲイン修正後に再び過剰安定判定部１８によって過剰
安定状態が検出されれば再び過剰安定ゲイン修正部１９
による過剰安定ゲイン修正が繰り返される。

【０１２３】したがって、制御の過剰安定状態が解消さ
れるまで過剰安定ゲイン修正部１９によるゲイン修正が
繰り返されることになるので、最初に設定された内部モ
デル６のゲインＫｍが過剰に大きいか、又はモデルゲイ
ン算出部１４によって算出された修正ゲインＫｍ１が過
剰に大きいことにより、制御が過剰安定状態になっても
制御量ｙが目標値ｒから離れていくことを防ぎ、目標値
追従性を保証することができる。

【０１２４】図２２は本実施例のコントローラをタンク
内の液面の高さの制御に使用したときの目標値追従性を
示す図、図２３は同様に従来のＩＭＣコントローラの目
標値追従性を示す図を示す図である。図２２、２３は目
標値ｒが０ｃｍから緩やかに変化していく目標値ランプ
入力のときの制御量ｙを求めたシミュレーション結果で
ある。このとき、本実施例のコントローラ及び従来のＩ
ＭＣコントローラの内部モデルのゲインＫｍを１００、
時定数Ｔｍを１０秒とし、その他のパラメータについて
は図７、８の例と同様とする。

【０１２５】図２２、２３から明らかなように、従来の
ＩＭＣコントローラではランプ入力に対し操作量変更が
不十分な状態が継続し時間の経過と共に制御量ｙが目標
値ｒから離れていく状態になる。これは通常のＰＩＤコ
ントローラでも同様である。これに対して、本実施例の
コントローラでは３５秒以降過剰安定ゲイン修正によっ
て内部モデル６のゲインＫｍが５３．４４２に修正さ
れ、偏差が特定の範囲内に維持される。

【０１２６】図２４は本実施例のコントローラをタンク
内の液面の高さの制御に使用したときの目標値追従性を
示す図、図２５は同様に従来のＩＭＣコントローラの目
標値追従性を示す図である。図２４、２５は０秒にて１
ｃｍという目標値ｒを入力し、その制御の途中で制御対
象プロセスのゲインＫが緩やかに変化したときの制御量
ｙを求めたシミュレーション結果である。制御対象プロ
セスのゲインＫは０から５００秒の間で２０から１０に
緩やかに変化したものとし、その他のパラメータについ
ては、図２２、２３の例と同様とする。

【０１２７】図２４、２５から明らかなように、従来の
ＩＭＣコントローラでは制御対象プロセスのゲインＫの
緩やかな変動に対し、操作量変更が不十分な状態が継続
し時間の経過と共に制御量ｙが目標値ｒから離れていく
状態になる。これは通常のＰＩＤコントローラでも同様
である。これに対して、本実施例のコントローラでは３
１３秒以降過剰安定ゲイン修正によって内部モデル６の
ゲインＫｍが６４．０１１に修正され、偏差が特定の範
囲内に維持される。

【０１２８】図１、１５、２１の例では内部モデル６の
設定が不適当なコントローラにおいて制御応答中に内部
モデル６のゲインＫｍを自動的に修正するが、これらの
例におけるゲインＫｍの修正の主な目的は過渡状態を整
定させることなので、式（２１）のように安全係数ρ等
のパラメータの設定は制御の速応性よりも安定性を重視
したものとなっている。そして、これらの例では制御が
整定した後に制御の速応性を回復することができないの
で、速応性を回復するには図１、１５、２１の例とは別
の処理が必要となる。

【０１２９】図２６は本発明の他の実施例を示すＩＭＣ
構造のコントローラのブロック図であり、図１と同一の
部分には同一の符号を付してある。１７ａは整定判定部
１７と同様の動作をし、整定状態と判定すると修正指示
信号を出力する整定判定部、２０は修正指示信号が出力
されると制御の速応性を回復するための内部モデル６の
修正ゲインを算出し、内部モデル記憶部６ａに記憶され
たゲインＫｍをこの修正ゲインに変更させる速応性モデ
ルゲイン修正部である。

【０１３０】本実施例においても、コントローラの基本
構成の動作は図１の例と全く同じであり、偏差変化量算
出部９、逐次変化率算出部１０、第１の過渡状態検出部
１１、第２の過渡状態検出部１２、応答開始領域検出部
１３、モデルゲイン算出部１４の動作も図１の例と全く
同じである。

【０１３１】整定判定部１７ａは、図１５の例の整定判
定部１７と全く同様に１制御周期ごとに整定判定を行
う。整定判定部１７ａが整定判定部１７と異なるのは、
制御が整定状態になったと判定したときに速応性モデル
ゲイン修正部２０に対して修正指示信号を出力し、速応
性ゲイン修正を行わせることである。

【０１３２】この修正指示信号が入力された速応性モデ
ルゲイン修正部２０は、次式によって修正ゲインＫｍ３
を算出してこの修正ゲインＫｍ３を内部モデル記憶部６
ａに出力し、内部モデル記憶部６ａに記憶されているゲ
イン現在値Ｋｍ０をこの修正ゲインＫｍ３に変更させ
る。 Ｋｍ３＝Ｋｍ０−｛Ｋｍ０−（Ｋｍ１／ρ）｝×Δｔ／（β２×Ｔｍ） ・・・（３６） β２は速応性モデルゲイン修正量調整係数であり、例え
ばβ２＝３である。

【０１３３】式（３６）による速応性ゲイン修正は、モ
デルゲイン算出部１４によるゲイン修正を前提、すなわ
ちモデルゲイン算出部１４から修正ゲインＫｍ１が出力
されることを前提としているので、修正ゲインＫｍ３を
最初に算出するときのゲイン現在値Ｋｍ０は修正ゲイン
Ｋｍ１である。

【０１３４】整定状態において、内部モデル６のゲイン
Ｋｍを１度に大きく変えると整定状態を乱すことになる
ので、式（３６）は整定状態を維持しながら内部モデル
記憶部６ａに記憶されている内部モデル６のゲイン現在
値Ｋｍ０を少しずつ減少させるものである。よって、こ
の速応性ゲイン修正後に再び整定判定部１７ａによって
整定状態と判定され、速応性モデルゲイン修正部２０に
よる速応性ゲイン修正が繰り返される。

【０１３５】そして、最終的には式（２１）において安
全係数ρを乗じなかった場合の値に修正される。以上の
ように、整定状態を維持しながら速応性ゲイン修正を行
うので、制御の安定性を損なわない範囲で速応性を回復
させることができる。

【０１３６】図２７は本実施例のコントローラをタンク
内の液面の高さの制御に使用したときの目標値追従性を
示す図、図２８は同様に図１の例のコントローラの目標
値追従性を示す図である。図２７、２８は０秒にて４ｃ
ｍという目標値ｒを入力し、その制御の途中で制御対象
プロセスのゲインＫが緩やかに変化したときの制御量ｙ
を求めたシミュレーション結果である。

【０１３７】ここで、制御対象プロセスのゲインＫは０
から５００秒の間で５０から３０に緩やかに変化したも
のとし、本実施例のコントローラ及び図１の例のコント
ローラの内部モデル６のゲインＫｍを５０、時定数Ｔｍ
を１０秒とし、その他のパラメータについては図７、８
の例と同様とする。

【０１３８】図１の例のコントローラでは、内部モデル
６のゲインＫｍが安定性重視の６８．９３０に修正され
制御が整定する。整定後に、制御対象プロセス４０のゲ
インＫの緩やかな変動に対し、操作量変更が不十分な状
態が継続し時間の経過と共に制御量ｙが目標値ｒから離
れていく状態になる。これに対して、本実施例のコント
ローラでは、７０秒以降速応性ゲイン修正によりゲイン
Ｋｍが４５．９５３に修正され、制御量ｙが目標値ｒか
ら離れていく状態が緩和される。

【０１３９】図２９は本実施例のコントローラをタンク
内の液面の高さの制御に使用したときの目標値追従性を
示す図、図３０は同様に図１の例のコントローラの目標
値追従性を示す図である。図２９、３０は０秒にて４ｃ
ｍという目標値ｒを入力し、整定状態にあるときに操作
量外乱ｄｕが加わったときの制御量ｙを求めたシミュレ
ーション結果である。このとき、本実施例のコントロー
ラ及び図１の例のコントローラの内部モデル６のゲイン
Ｋｍを１０、時定数Ｔｍを１０秒とし、その他のパラメ
ータについては図７、８の例と同様とする。

【０１４０】図１の例のコントローラでは、内部モデル
６のゲインＫｍが安定性重視の１３．９４３に修正され
制御が整定する。整定後の３００秒における操作量ステ
ップ外乱により制御量ｙが１０．１４まで上昇する。こ
れに対して、本実施例のコントローラでは、６８秒以降
速応性ゲイン修正によりゲインＫｍが９．２９７に修正
され、操作量ステップ外乱による制御量ｙの上昇は９．
６８に抑制される。

【０１４１】図１、１５、２１、２６の例では内部モデ
ル６の設定が不適当なコントローラにおいて制御応答中
に内部モデル６のゲインＫｍを自動的に修正するが、こ
れらの例では内部モデル６のむだ時間Ｌｍの誤差が±３
０％程度の範囲であれば対応することができるが、むだ
時間誤差がそれ以上になると制御特性の劣化を解消する
ことができなくなる。よって、このような場合に対応す
るには別の処理が必要となる。

【０１４２】図３１は本発明の他の実施例を示すＩＭＣ
構造のコントローラのブロック図であり、図１と同一の
部分には同一の符号を付してある。１３ｂは応答開始領
域検出部１３と同様の動作をし応答開始領域の時間情報
を出力する応答開始領域検出部、１７ｂは整定判定部１
７と同様の動作をし整定状態と判定すると修正指示信号
を出力する整定判定部、２１は応答開始領域検出部１３
ｂから出力された応答開始領域の時間情報に基づいて内
部モデル６のむだ時間誤差を推定するむだ時間誤差推定
部、２２は修正指示信号が出力されるとむだ時間誤差に
基づいて内部モデル６の修正むだ時間を算出し内部モデ
ル記憶部６ａに記憶されたむだ時間Ｌｍをこの修正むだ
時間に変更させるモデルむだ時間修正部である。

【０１４３】本実施例においても、コントローラの基本
構成の動作は図１の例と全く同じであり、偏差変化量算
出部９、逐次変化率算出部１０、第１の過渡状態検出部
１１、第２の過渡状態検出部１２、応答開始領域検出部
１３、モデルゲイン算出部１４の動作も図１の例と全く
同じである。

【０１４４】整定判定部１７ｂは、図１５の例の整定判
定部１７と全く同様に１制御周期ごとに整定判定を行
う。整定判定部１７ｂが整定判定部１７と異なるのは、
制御が整定状態になったと判定したときにモデルむだ時
間修正部２２に対して修正指示信号を出力し、むだ時間
修正を行わせることである。

【０１４５】次に、むだ時間誤差推定部２１は、応答開
始領域検出部１３ｂで検出された制御量ｙ、参照制御量
ｙｍの応答開始領域の開始時点ｉ１、ｉｍ１、内部モデ
ル記憶部６ａに記憶されている内部モデル６の時定数Ｔ
ｍ、むだ時間Ｌｍに基づき次式によってむだ時間誤差Δ
Ｌを推定する。 ΔＬ＝（ｉｍ１−ｉ１）×Δｔ−Ｔｍ／４ ・・・（３７）

【０１４６】そして、むだ時間誤差ΔＬがΔＬ＞Ｒｄ×
ＬｍのときはΔＬ＝Ｒｄ×Ｌｍとし、−ΔＬ＞Ｒｄ×Ｌ
ｍのときはΔＬ＝−Ｒｄ×Ｌｍとすることによりむだ時
間誤差を制限するリミット処理を行う。なお、Ｒｄは比
例定数であり、例えばＲｄ＝０．２である。

【０１４７】式（３７）は参照制御量ｙｍの応答開始領
域の開始時点ｉｍ１と制御量ｙの応答開始領域の開始時
点ｉ１の時間差を、むだ時間誤差と制御対象プロセス４
０を１次遅れで近似したことによるものとすることに基
づいている。上記の時間差は応答開始領域の検出方法の
粗さやゲイン誤差、時定数誤差にも起因するので、かな
り粗い推定であることから、むだ時間誤差ΔＬを制限す
るリミット処理を行うのである。そして、むだ時間誤差
推定部２１は、こうして算出したむだ時間誤差ΔＬをモ
デルむだ時間修正部２２に出力する。

【０１４８】次いで、モデルむだ時間修正部２２は、応
答開始領域検出部１３ｂによって応答開始領域が検出さ
れモデルゲイン算出部１４によって内部モデル６のゲイ
ンＫｍの修正が行われたことにより、制御が整定し整定
判定部１７ｂから修正指示信号が出力されると、次式の
ように修正むだ時間Ｌｍ１を算出して内部モデル記憶部
６ａに出力し、内部モデル記憶部６ａに記憶されている
むだ時間現在値Ｌｍ０をこの修正むだ時間Ｌｍ１に変更
させる。 Ｌｍ１＝Ｌｍ０−ΔＬ１×Δｔ／（β３×Ｔｍ） ・・・（３８）

【０１４９】ここで、β３はモデルむだ時間修正量調整
係数であり、例えばβ３＝２０である。また、ΔＬ１は
むだ時間誤差であり、初期値はむだ時間誤差推定部２１
で算出されたΔＬである。

【０１５０】整定状態において内部モデル６のむだ時間
Ｌｍを１度に大きく変えると整定状態を乱すことになる
ので、式（３８）は整定状態を維持しながら内部モデル
記憶部６ａに記憶されている内部モデル６のむだ時間Ｌ
ｍ０を少しずつ修正させるものである。よって、このむ
だ時間修正後に再び整定判定部１７ｂによって整定状態
と判定され、モデルむだ時間修正部２２によるむだ時間
修正が繰り返される。

【０１５１】このむだ時間修正の繰り返しにおいて、モ
デルむだ時間修正部２２はまず上記のむだ時間誤差ΔＬ
１を次式のように算出する。 ΔＬ１＝ΔＬ０−ΔＬ０×Δｔ／（β３×Ｔｍ） ・・・（３９） ここで、ΔＬ０は現在のむだ時間誤差であり、よって最
初に式（３９）の算出が行われるときの初期値はむだ時
間誤差推定部２１で算出されたΔＬである。そして、む
だ時間誤差ΔＬ１を算出した後に式（３８）によって修
正むだ時間Ｌｍ１を算出する。

【０１５２】以上のようにして、内部モデル記憶部６ａ
に記憶された内部モデル６のむだ時間Ｌｍの誤差が大き
いときにむだ時間Ｌｍを自動的に修正するので、むだ時
間誤差による制御特性の劣化を解消することができる。

【０１５３】図３２は本実施例のコントローラをタンク
内の液面の高さの制御に使用したときの目標値追従性を
示す図、図３３は同様に図１の例のコントローラの目標
値追従性を示す図を示す図である。図３２、３３は目標
値ｒを４ｃｍと０ｃｍの間で繰り返し入力し、制御量ｙ
を求めたシミュレーション結果である。このとき、制御
対象プロセスのむだ時間Ｌを２０秒とし、本実施例のコ
ントローラ及び図１の例のコントローラの内部モデル６
のゲインＫｍを１０、時定数Ｔｍを１０秒、むだ時間Ｌ
ｍを５０秒とし、その他のパラメータについては図７、
８の例と同様とする。

【０１５４】図１の例のコントローラでは、内部モデル
６のゲインＫｍが３３．８９に修正されて制御の発散が
回避され、このゲインＫｍの維持により応答の緩やかな
目標値追従制御が継続される。これに対して、本実施例
のコントローラでは、ステップ応答の繰り返しにより３
０００秒の最終的な段階において内部モデル６のむだ時
間Ｌｍが１５．９に修正され理想的な制御応答が得られ
る。

【０１５５】図３４は本実施例のコントローラをタンク
内の液面の高さの制御に使用したときの目標値追従性を
示す図、図３５は同様に図１の例のコントローラの目標
値追従性を示す図を示す図である。図３４、３５は目標
値ｒを４ｃｍと０ｃｍの間で繰り返し入力し、制御量ｙ
を求めたシミュレーション結果である。このとき、制御
対象プロセスのむだ時間Ｌを１５秒とし、本実施例のコ
ントローラ及び図１の例のコントローラの内部モデル６
のむだ時間Ｌｍを５秒とし、その他のパラメータについ
ては図３２、３３の例と同様とする。

【０１５６】図１の例のコントローラでは、内部モデル
６のゲインＫｍが１７．５９９に修正されて制御の発散
が回避され、このゲインＫｍの維持により振動傾向の目
標値追従制御が継続される。これに対して、本実施例の
コントローラでは、ステップ応答の繰り返しにより３０
００秒の最終的な段階において内部モデル６のむだ時間
Ｌｍが１３に修正され理想的な制御応答が得られる。

【０１５７】

【発明の効果】本発明によれば、内部モデルの設定が不
適当なときに目標値の変更や外乱等が発生して制御量に
振動が発生したり制御応答が遅くなり過ぎる場合であっ
ても、制御応答動作中に内部モデルのゲインを自動的に
修正して良好な制御応答を得ることができるので、精度
と信頼性の高い制御を行うことができ、制御対象プロセ
スの特性変化にも対応することができる。また、制御対
象プロセスの同定誤差によるトラブルの発生を防ぐこと
ができるので、制御の専門的知識のないオペレータの作
業負担を軽減することができる。

【０１５８】また、ピーク制御量検出部、減衰判定部を
設けることにより、モデルゲイン算出部による内部モデ
ルのゲイン修正が的確かどうかを判定し、不的確であれ
ば再度ゲイン修正を実行させるので、制御対象プロセス
が複雑な系である等の理由により最初のゲイン修正が不
的確であっても良好な制御を行うことができる。また、
整定判定部を設けることにより、整定状態を評価し、整
定状態であれば第１、第２過渡状態検出部に過渡状態の
検出を再開させるので、次の目標値変更や外乱等の発生
による過渡状態に備えることができる。

【０１５９】また、過剰安定判定部、過剰安定ゲイン修
正部を設けることにより、制御の過剰安定状態を評価
し、過剰安定状態であれば内部モデル記憶部に記憶され
た内部モデルのゲインに過剰安定ゲイン修正を行うの
で、制御が過剰安定状態になっても制御量が目標値から
離れていくことを防ぎ、目標値追従性を保証することが
できる。

【０１６０】また、整定判定部、速応性モデルゲイン修
正部を設けることにより、整定状態を評価し、整定状態
であればこの整定状態を維持しながら内部モデル記憶部
に記憶された内部モデルのゲインに速応性ゲイン修正を
行うので、制御の安定性を損なわない範囲で速応性を回
復させることができる。

【０１６１】また、整定判定部、むだ時間誤差推定部、
モデルむだ時間修正部を設けることにより、内部モデル
記憶部に記憶された内部モデルのむだ時間誤差が大きい
ときにむだ時間を自動的に修正するので、むだ時間誤差
による制御特性の劣化を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示すＩＭＣ構造のコントロ
ーラのブロック図である。

【図２】図１のＩＭＣ構造のコントローラを用いた制御
系のブロック線図である。

【図３】制御量及び参照制御量の変化率を示す図であ
る。

【図４】制御量の過渡状態を示す図である。

【図５】制御量の過渡状態を示す図である。

【図６】制御量及び参照制御量の過渡状態を示す図であ
る。

【図７】図１のコントローラの目標値追従性を示す図で
ある。

【図８】従来のＩＭＣコントローラの目標値追従性を示
す図である。

【図９】図１のコントローラの目標値追従性を示す図で
ある。

【図１０】従来のＩＭＣコントローラの目標値追従性を
示す図である。

【図１１】図１のコントローラの目標値追従性を示す図
である。

【図１２】従来のＩＭＣコントローラの目標値追従性を
示す図である。

【図１３】図１のコントローラの目標値追従性を示す図
である。

【図１４】従来のＩＭＣコントローラの目標値追従性を
示す図である。

【図１５】本発明の他の実施例を示すＩＭＣ構造のコン
トローラのブロック図である。

【図１６】制御量の振動状態を示す図である。

【図１７】制御量の振動状態を示す図である。

【図１８】制御量の整定状態を示す図である。

【図１９】図１５のコントローラの目標値追従性を示す
図である。

【図２０】図１のコントローラの目標値追従性を示す図
である。

【図２１】本発明の他の実施例を示すＩＭＣ構造のコン
トローラのブロック図である。

【図２２】図２１のコントローラの目標値追従性を示す
図である。

【図２３】従来のＩＭＣコントローラの目標値追従性を
示す図である。

【図２４】図２１のコントローラの目標値追従性を示す
図である。

【図２５】従来のＩＭＣコントローラの目標値追従性を
示す図である。

【図２６】本発明の他の実施例を示すＩＭＣ構造のコン
トローラのブロック図である。

【図２７】図２６のコントローラの目標値追従性を示す
図である。

【図２８】図１のコントローラの目標値追従性を示す図
である。

【図２９】図２６のコントローラの目標値追従性を示す
図である。

【図３０】図１のコントローラの目標値追従性を示す図
である。

【図３１】本発明の他の実施例を示すＩＭＣ構造のコン
トローラのブロック図である。

【図３２】図３１のコントローラの目標値追従性を示す
図である。

【図３３】図１のコントローラの目標値追従性を示す図
である。

【図３４】図３１のコントローラの目標値追従性を示す
図である。

【図３５】図１のコントローラの目標値追従性を示す図
である。

【図３６】従来のＩＭＣコントローラを用いた制御系の
ブロック線図である。

【符号の説明】

９、９ａ 偏差変化量算出部 １０ 逐次変化率算出部 １１、１１ａ 第１の過渡状態検出部 １２、１２ａ 第２の過渡状態検出部 １３、１３ａ、１３ｂ 応答開始領域検出部 １４ モデルゲイン算出部 １５ ピーク制御量検出部 １６ 減衰判定部 １７、１７ａ、１７ｂ 整定判定部 １８ 過剰安定判定部 １９ 過剰安定ゲイン修正部 ２０ 速応性モデルゲイン修正部 ２１ むだ時間誤差推定部 ２２ モデルむだ時間修正部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−363703（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−274203（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−182012（ＪＰ，Ａ) Ｍａｎｆｒｅｄ Ｍｏｒａｒｉ、外１ 名、「Ｒｏｂｕｓｔ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｔｒｏｌ」、米国、Ｐｒｅｎｔｉｃ ｅ Ｈａｌｌ，Ｉｎｃ．、平成元年、 Ｐ．130−131 古田勝久、「最新のプロセス制御理論 の動向」、オートメーション、日刊工業 新聞社、平成２年12月１日、第35巻、第 12号、Ｐ．77−83 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05B 13/00 - 13/04 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御の目標値から制御対象プロセスに出
   力する操作量を演算し、制御対象プロセスを１次遅れと
   むだ時間の要素を有する伝達関数で表現した内部モデル
   にて制御結果である制御対象プロセスの制御量に相当す
   る参照制御量を演算し、制御量と参照制御量との差をフ
   ィードバックすることにより制御を行うＩＭＣ構造のコ
   ントローラにおいて、 入力された制御の目標値を伝達関数が時間遅れの特性で
   出力する目標値フィルタ部と、 この目標値フィルタ部の出力からフィードバック量を減
   算する第１の減算処理部と、 この第１の減算処理部の出力を伝達関数が時間遅れの特
   性で出力する目標値・外乱フィルタ部と、内部モデルの
   パラメータに基づいてむだ時間の要素を除いた前記内部
   モデルの伝達関数の逆数の特性により前記目標値・外乱
   フィルタ部の出力から操作量を演算して出力する操作部
   とからなる操作量演算部と、 前記内部モデルのパラメータを記憶する内部モデル記憶
   部と、 前記内部モデルのパラメータに基づいて１次遅れとむだ
   時間の要素を有する伝達関数の特性により前記操作量か
   ら参照制御量を演算する内部モデル出力演算部と、 制御対象プロセスの制御量から前記内部モデル出力演算
   部から出力された参照制御量を減算して前記フィードバ
   ック量を出力する第２の減算処理部と、 前記目標値と制御量との差である偏差及びこの偏差の変
   化量を算出する偏差変化量算出部と、 前記制御量の変化率及び参照制御量の変化率を算出する
   逐次変化率算出部と、 目標値変更による制御の過渡状態を検出すると過渡状態
   検出信号を出力する第１の過渡状態検出部と、 前記目標値変更以外の制御の過渡状態を検出すると過渡
   状態検出信号を出力する第２の過渡状態検出部と、 前記過渡状態検出信号が出力されると、前記制御量に過
   渡状態に応じた制御応答が現れ始める応答開始領域を過
   渡状態検出後の偏差に基づいて検出し、この応答開始領
   域における制御量の変化率を決定すると共に、前記参照
   制御量に過渡状 態に応じた制御応答が現れ始める応答開
   始領域を過渡状態検出後の参照制御量の変化率の経時変
   化に基づいて検出し、この応答開始領域における参照制
   御量の変化率を決定する応答開始領域検出部と、 前記応答開始領域における制御量の変化率及び参照制御
   量の変化率から内部モデルの修正ゲインを算出し前記内
   部モデル記憶部に記憶されたパラメータ中のゲインをこ
   の修正ゲインに変更させるモデルゲイン算出部とを有す
   ることを特徴とするコントローラ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のコントローラにおいて、 モデルゲイン算出部による内部モデルのゲイン修正後の
   制御量の変化率に基づいて制御量の極大値及び極小値を
   検出し、この検出時点の制御量をピーク制御量とするピ
   ーク制御量検出部と、 前記ピーク制御量に基づいて制御量の振動状態を評価
   し、振動の減衰が不十分と判定すると前記内部モデルの
   ゲイン修正を再度行わせるための再実行指示信号を応答
   開始領域検出部に出力する減衰判定部と、 偏差変化量算出部から出力された偏差及び偏差変化量に
   基づいて制御の整定状態を評価し、整定状態と判定する
   と次の過渡状態に備えて過渡状態の検出を再開させるた
   めの初期化信号を第１、第２の過渡状態検出部に出力す
   る整定判定部とを有することを特徴とするコントロー
   ラ。
3. 【請求項３】 請求項１記載のコントローラにおいて、 偏差変化量算出部から出力された偏差及び偏差変化量に
   基づいて制御の過剰安定状態を評価し、過剰安定状態と
   判定すると修正指示信号を出力する過剰安定判定部と、 この修正指示信号が出力されると、過剰安定状態を解消
   するための内部モデルの修正ゲインを算出し内部モデル
   記憶部に記憶されたパラメータ中のゲインをこの修正ゲ
   インに変更させる過剰安定ゲイン修正部とを有すること
   を特徴とするコントローラ。
4. 【請求項４】 請求項１記載のコントローラにおいて、 偏差変化量算出部から出力された偏差及び偏差変化量に
   基づいて制御の整定状態を評価し、整定状態と判定する
   と修正指示信号を出力する整定判定部と、 この修正指示信号が出力されると、制御の速応性を回復
   するための内部モデルの修正ゲインを算出し内部モデル
   記憶部に記憶されたパラメータ中のゲインをこの修正ゲ
   インに変更させる速応性モデルゲイン修正部とを有する
   ことを特徴とするコントローラ。
5. 【請求項５】 請求項１記載のコントローラにおいて、 偏差変化量算出部から出力された偏差及び偏差変化量に
   基づいて制御の整定状態を評価し、整定状態と判定する
   と修正指示信号を出力する整定判定部と、 応答開始領域検出部から出力された応答開始領域の時間
   情報に基づいて内部モデルのむだ時間誤差を推定するむ
   だ時間誤差推定部と、 前記修正指示信号が出力されると、前記むだ時間誤差に
   基づいて内部モデルの修正むだ時間を算出し内部モデル
   記憶部に記憶されたパラメータ中のむだ時間をこの修正
   むだ時間に変更させるモデルむだ時間修正部とを有する
   ことを特徴とするコントローラ。