JP3340923B2 - Ｓａｃコントローラ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＳＡＣコントロ−
ラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】１９８０年代初頭に適応制御方式の基本
形式が確定し、その適応ル−プ内の信号の有界性及び出
力誤差の漸近安定性が理論的に証明された。しかし、制
御アルゴリズムが複雑で、実用に際して設定すべきパラ
メ−タが多数含まれ、更にこれらのパラメ−タの調整に
ついて明確な指針がないという問題が指摘されている。
そこで、このような問題の解決策として研究されてきた
のが、ＳＡＣ（SimpleAdaptive Control ）である（文
献：岩井、「単純適応制御（ＳＡＣ）」、計測と制御、
Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．６，１９９６）。

【０００３】ＳＡＣは、１９８２年にソーベル（Sobel
）、カウフマン（Kaufman ）、マビウス（Mabius）に
よって提案され、その後バルカナ（Bar-Kana）らによっ
て検討されてきた手法である。この手法は、制御量を規
範モデル出力に一致させるような理想制御入力（操作
量）を適応的に実現し、同時に閉ル−プ系の安定性を適
応出力フィ−ドバック形式で確保しようとする ＣＧＴ
（Command Generator tracker）という適応制御の一手
法である。

【０００４】このＳＡＣが構成できる前提条件として、
制御対象がＡＳＰＲ（Almost Strictly Positive Real
）条件を満たすことが必要である。結論だけ言えば、
制御対象プロセスにむだ時間が含まれるとＡＳＰＲ条件
を満たさない。そこで、このＡＳＰＲ条件を満たすため
の手法として、並列フィ−ドフォワ−ド補償（Parallel
Feedforward Compensator、以下、ＰＦＣと略する）が
提案されている。このＰＦＣを単純に表現すれば、制御
対象のむだ時間分だけ応答がないことを見かけ上ごまか
すために、制御量測定値に適当な疑似的応答を上乗せす
る手法である。

【０００５】図１５はこのような従来のＳＡＣコントロ
ーラを用いた制御系のブロック線図である。ＳＡＣコン
トローラは、規範モデル演算部３３、操作量算出部３
４、ＰＦＣ演算部３５からなる。最初に、ＰＦＣ演算部
３５は、出力値ｙｆ（ｋ）を以下のように算出する。 ｚｆ（ｋ）＝［ｂ１×ｚｆ（ｋ−１）＋Ｋｆ×｛ｕ（ｋ−１） −ｕ（ｋ−２）｝］／（ｂ１＋ｄＴ） ・・・（１） ｙｆ（ｋ）＝｛ｂ２×ｙｆ（ｋ−１）＋ｄＴ×ｚｆ（ｋ）｝／（ｂ２＋ｄＴ） ・・・（２）

【０００６】式（１）、（２）において、ｚｆ（ｋ）は
内部変数、ｚｆ（ｋ−１）は内部変数ｚｆ（ｋ）の１制
御周期前の値、ｙｆ（ｋ−１）は出力値ｙｆ（ｋ）の１
制御周期前の値、ｕ（ｋ−１）、ｕ（ｋ−２）は操作量
算出部３４から出力される操作量ｕ（ｋ）のそれぞれ
１、２制御周期前の値である。また、ｄＴは制御周期パ
ラメータ、ｂ１、ｂ２は定数、ＫｆはＰＦＣゲインであ
る。続いて、規範モデル演算部３３は、設定値ｓｐ
（ｋ）から出力値ｚ_n-1（ｋ）、ｚ_n-2（ｋ）・・・ｚ₁
（ｋ）、ｚ₀（ｋ）を次式のように算出する。

【０００７】 式（３）において、ｚ_n-1（ｋ−１）、ｚ_n-2（ｋ−１）
・・・ｚ₁（ｋ−１）、ｚ₀（ｋ−１） は、それぞれ出
力値ｚ_n-1（ｋ） 、ｚ_n-2（ｋ）・・・ｚ₁（ｋ）、ｚ₀
（ｋ）の１制御周期前の値、ａ_m 、ａ₀ 、ａ₁ ・・・ａ
_n-2 、ａ_n-1 は定数である。

【０００８】次いで、操作量算出部３４は、以下のよう
にして操作量ｕ（ｋ）を算出する。まず、操作量算出部
３４内の加算部４１は、制御対象プロセス５０の制御量
ｙ（ｋ）とＰＦＣ演算部３５の出力値ｙｆ（ｋ）を加算
し、更に減算部４２は、加算部４１の出力から規範モデ
ル演算部３３の出力値ｚ₀（ｋ） を減算する。よって、
減算部４２の出力値ｅｙ（ｋ）は次式となる。 ｅｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ）＋ｙｆ（ｋ）−ｚ₀（ｋ） ・・・（４）

【０００９】そして、演算部４３〜４５は、出力値Ｋ_P1
（ｋ）、Ｋ_P2（ｋ）・・・Ｋ_Pn+2（ｋ）、Ｋ_J1（ｋ）、
Ｋ_J2（ｋ）・・・Ｋ_Jn+2（ｋ）を以下のように算出す
る。

【００１０】

【００１１】式（５）、（６）において、Ｋ_J1（ｋ−
１）、Ｋ_J2（ｋ−１）・・・Ｋ_Jn+2（ｋ−１）はそれぞ
れ出力値Ｋ_J1（ｋ）、Ｋ_J2（ｋ）・・・Ｋ_Jn+2（ｋ）の
１制御周期前の値、γ_P1、γ_P2・・・γ_Pn、γ_Pn+1、γ
_Pn+2、γ_J1、γ_J2・・・γ_Jn、γ_Jn+1、γ_Jn+2はＳＡＣ
ゲインである。なお、演算部４３〜４５の出力のうち、
Ｋ_P1、Ｋ_J1については演算部４５が算出し、Ｋ_P2、Ｋ_P3
・・・Ｋ_Pn+1、Ｋ_J2、Ｋ_J3・・・Ｋ_Jn+1については演算
部４４が算出し、Ｋ_Pn+2、Ｋ_Jn+2については演算部４３
が算出する。最後に、加算部４６は、演算部４３と演算
部４４の出力を加算し、更に加算部４７は、加算部４６
の出力と演算部４５の出力を加算する。その結果、加算
部４７の出力が操作量算出部３４の出力である操作量ｕ
（ｋ）となる。

【００１２】 ｕ（ｋ）＝｛Ｋ_P1（ｋ）＋Ｋ_J1（ｋ）｝×ｅｙ（ｋ） ＋｛Ｋ_P2（ｋ）＋Ｋ_J2（ｋ）｝×ｚ₀（ｋ） ＋｛Ｋ_P3（ｋ）＋Ｋ_J3（ｋ）｝×ｚ₁（ｋ） ： ＋｛Ｋ_Pn（ｋ）＋Ｋ_Jn（ｋ）｝×ｚ_n-2（ｋ） ＋｛Ｋ_Pn+1（ｋ）＋Ｋ_Jn+1（ｋ）｝×ｚ_n-1（ｋ） ＋｛Ｋ_Pn+2（ｋ）＋Ｋ_Jn+2（ｋ）｝×ｓｐ（ｋ） ・・・（７） 以上のようなＳＡＣコントローラは、適応制御手法の中
では単純な部類であるが、それでも調整すべきパラメ−
タは１０個以上あり、これらはきわめて専門的な知識に
基づいて調整されるものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来のＳ
ＡＣコントロ−ラは、極めて専門的な知識に基づいて設
計され調整されるため、汎用コントローラとして制御の
専門的知識のないオペレ−タが使いこなすことができな
いという問題点があった。また、誤ったパラメ−タ設定
を行った場合、制御特性が悪くなるばかりでなく、制御
対象にとってきわめて異常で危険な状態に陥ることもあ
り得るという問題点があった。本発明は、上記課題を解
決するためになされたもので、制御の専門的知識と調整
の手間を必要としないＳＡＣコントロ−ラを提供するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に記
載のように、操作量に対しＰＦＣゲインＫｆに基づいて
並列フィードフォワード補償演算を行うＰＦＣ演算部
と、設定値に対して規範モデル演算を行う規範モデル演
算部と、ＳＡＣゲインγに基づくＳＡＣアルゴリズムに
より、制御量、設定値、ＰＦＣ演算部の出力及び規範モ
デル演算部の出力から操作量を算出してＰＦＣ演算部及
び制御対象プロセスに出力する操作量算出部と、制御対
象プロセスのゲインを記憶するためのプロセス記憶部
と、このプロセス記憶部に記憶されたプロセスゲインＫ
ｐ１、プロセスゲイン１の標準プロセスに合わせて調整
されたＰＦＣゲインＫｆから、制御対象プロセスに応じ
たＰＦＣゲインの修正値Ｋｆ１をＫｆ１＝Ｋｆ×Ｋｐ１
によって算出して、ＰＦＣ演算部のＰＦＣゲインＫｆを
この修正値Ｋｆ１に変更するＰＦＣ調整部と、プロセス
ゲインＫｐ１、標準プロセスに合わせて調整されたＳＡ
Ｃゲインγから、制御対象プロセスに応じたＳＡＣゲイ
ンの修正値γ１をγ１＝γ／Ｋｐ１によって算出して、
操作量算出部のＳＡＣゲインγをこの修正値γ１に変更
するＳＡＣ調整部とを有するものである。このようにＰ
ＦＣ演算部が操作量に対し並列フィードフォワード補償
演算を行い、規範モデル演算部が設定値に対し規範モデ
ル演算を行い、操作量算出部がＳＡＣアルゴリズムによ
り制御量、設定値、ＰＦＣ演算部及び規範モデル演算部
の出力から操作量を算出してＰＦＣ演算部及び制御対象
プロセスに出力することにより、制御対象プロセスの制
御が行われる。そして、適切な制御特性を実現するため
に、ＰＦＣ演算部のＰＦＣゲインは、プロセス記憶部に
記憶されたプロセスゲインからＰＦＣゲインの修正値を
算出するＰＦＣ調整部によって自動的に調整され、操作
量算出部のＳＡＣゲインは、プロセスゲインからＳＡＣ
ゲインの修正値を算出するＳＡＣ調整部によって自動的
に調整される。

【００１５】また、請求項２に記載のように、操作量に
対しＰＦＣゲイン及び制御周期パラメータｄＴに基づい
て並列フィードフォワード補償演算を行うＰＦＣ演算部
と、入力された設定値に対し制御周期パラメータｄＴに
基づいて規範モデル演算を行う規範モデル演算部と、Ｓ
ＡＣゲイン及び制御周期パラメータｄＴに基づくＳＡＣ
アルゴリズムにより、制御量、設定値、ＰＦＣ演算部の
出力及び規範モデル演算部の出力から操作量を算出して
ＰＦＣ演算部及び制御対象プロセスに出力する操作量算
出部と、制御対象プロセスのむだ時間を記憶するための
プロセス記憶部と、このプロセス記憶部に記憶されたプ
ロセスむだ時間Ｌｐ１、プロセスゲイン１の標準プロセ
スに合わせて調整された制御周期パラメータｄＴ、標準
プロセスのむだ時間Ｌｐから、制御対象プロセスに応じ
た制御周期パラメータの修正値ｄＴ１をｄＴ１＝Ｌｐ×
ｄＴ／Ｌｐ１によって算出して、ＰＦＣ演算部、規範モ
デル演算部及び操作量算出部の各制御周期パラメータｄ
Ｔをこの修正値ｄＴ１に変更する周期調整部とを有する
ものである。このように適切な制御特性を実現するため
に、ＰＦＣ演算部、規範モデル演算部及び操作量算出部
の制御周期パラメータは、プロセス記憶部に記憶された
プロセスむだ時間から制御周期パラメータの修正値を算
出する周期調整部によって自動的に調整される。

【００１６】また、請求項３に記載のように、操作量に
対しＰＦＣゲインに基づいて並列フィードフォワード補
償演算を行うＰＦＣ演算部と、入力された設定値に対し
て規範モデル演算を行う規範モデル演算部と、ＳＡＣゲ
インに基づくＳＡＣアルゴリズムにより、制御量、設定
値、ＰＦＣ演算部の出力及び規範モデル演算部の出力か
ら操作量を算出してＰＦＣ演算部に出力する操作量算出
部と、制御対象プロセスの時定数を記憶するためのプロ
セス記憶部と、操作量算出部から出力された操作量に対
し、リード側時定数がプロセス記憶部に記憶されたプロ
セス時定数Ｔｐ１と等しく、ラグ側時定数がプロセスゲ
イン１の標準プロセスの時定数Ｔｐと等しいという設定
のリードラグ補償演算を行い、この演算結果を制御対象
プロセスへの操作量として出力するリードラグ補償部と
を有するものである。このように適切な制御特性を実現
するために、リードラグ補償部は、操作量算出部から出
力された操作量に対しプロセス記憶部に記憶されたプロ
セス時定数に基づいてリードラグ補償演算を行い、この
演算結果を制御対象プロセスへの操作量として出力す
る。

【００１７】また、請求項４に記載のように、操作量に
対しＰＦＣゲインＫｆ及び制御周期パラメータｄＴに基
づいて並列フィードフォワード補償演算を行うＰＦＣ演
算部と、入力された設定値に対し制御周期パラメータｄ
Ｔに基づいて規範モデル演算を行う規範モデル演算部
と、ＳＡＣゲインγ及び制御周期パラメータｄＴに基づ
くＳＡＣアルゴリズムにより、制御量、設定値、ＰＦＣ
演算部の出力及び規範モデル演算部の出力から操作量を
算出してＰＦＣ演算部に出力する操作量算出部と、制御
対象プロセスのゲイン、時定数及びむだ時間を記憶する
ためのプロセス記憶部と、操作量算出部から出力された
操作量に対し、リード側時定数がプロセス記憶部に記憶
されたプロセス時定数Ｔｐ１と等しく、ラグ側時定数が
プロセスゲイン１の標準プロセスの時定数Ｔｐと等しい
という設定のリードラグ補償演算を行い、この演算結果
を制御対象プロセスへの操作量として出力するリードラ
グ補償部と、プロセス記憶部に記憶されたプロセスゲイ
ンＫｐ１、標準プロセスに合わせて調整されたＰＦＣゲ
インＫｆから、制御対象プロセスに応じたＰＦＣゲイン
の修正値Ｋｆ１をＫｆ１＝Ｋｆ×Ｋｐ１によって算出し
て、ＰＦＣ演算部のＰＦＣゲインＫｆをこの修正値Ｋｆ
１に変更するＰＦＣ調整部と、プロセスゲインＫｐ１、
標準プロセスに合わせて調整されたＳＡＣゲインγか
ら、制御対象プロセスに応じたＳＡＣゲインの修正値γ
１をγ１＝γ／Ｋｐ１によって算出して、操作量算出部
のＳＡＣゲインγをこの修正値γ１に変更するＳＡＣ調
整部と、プロセス記憶部に記憶されたプロセスむだ時間
Ｌｐ１、標準プロセスに合わせて調整された制御周期パ
ラメータｄＴ、標準プロセスのむだ時間Ｌｐから、制御
対象プロセスに応じた制御周期パラメータの修正値ｄＴ
１をｄＴ１＝Ｌｐ×ｄＴ／Ｌｐ１によって算出して、Ｐ
ＦＣ演算部、規範モデル演算部、操作量算出部及びリー
ドラグ補償部の各制御周期パラメータｄＴをこの修正値
ｄＴ１に変更する周期調整部とを有するものである。こ
のように適切な制御特性を実現するために、リードラグ
補償部は、操作量に対しプロセス時定数に基づいてリー
ドラグ補償演算を行い、ＰＦＣ調整部は、プロセスゲイ
ンに基づいてＰＦＣ演算部のＰＦＣゲインを自動的に調
整し、ＳＡＣ調整部は、プロセスゲインに基づいて操作
量算出部のＳＡＣゲインを自動的に調整し、周期調整部
は、プロセスむだ時間に基づいてＰＦＣ演算部、規範モ
デル演算部、操作量算出部及びリードラグ補償部の制御
周期パラメータを自動的に調整する。

【００１８】また、請求項５に記載のように、操作量に
対しＰＦＣゲインＫｆ及び制御周期パラメータｄＴに基
づいて並列フィードフォワード補償演算を行うＰＦＣ演
算部と、入力された設定値に対し制御周期パラメータｄ
Ｔに基づいて規範モデル演算を行う規範モデル演算部
と、ＳＡＣゲインγ及び制御周期パラメータｄＴに基づ
くＳＡＣアルゴリズムにより、制御量、設定値、ＰＦＣ
演算部の出力及び規範モデル演算部の出力から操作量を
算出してＰＦＣ演算部に出力する操作量算出部と、制御
対象プロセスに適したＰＩＤパラメータを記憶しておく
ためのＰＩＤ記憶部と、このＰＩＤパラメータから制御
対象プロセスのゲイン、時定数及びむだ時間の推定値を
算出するパラメータ変換部と、操作量算出部から出力さ
れた操作量に対し、リード側時定数がプロセス記憶部に
記憶されたプロセス時定数Ｔｐ１と等しく、ラグ側時定
数がプロセスゲイン１の標準プロセスの時定数Ｔｐと等
しいという設定のリードラグ補償演算を行い、この演算
結果を制御対象プロセスへの操作量として出力するリー
ドラグ補償部と、パラメータ変換部で算出されたプロセ
スゲインＫｐ１、標準プロセスに合わせて調整されたＰ
ＦＣゲインＫｆから、制御対象プロセスに応じたＰＦＣ
ゲインの修正値Ｋｆ１をＫｆ１＝Ｋｆ×Ｋｐ１によって
算出して、ＰＦＣ演算部のＰＦＣゲインＫｆをこの修正
値Ｋｆ１に変更するＰＦＣ調整部と、パラメータ変換部
で算出されたプロセスゲインＫｐ１、標準プロセスに合
わせて調整されたＳＡＣゲインγから、制御対象プロセ
スに応じたＳＡＣゲインの修正値γ１をγ１＝γ／Ｋｐ
１によって算出して、操作量算出部のＳＡＣゲインγを
この修正値γ１に変更するＳＡＣ調整部と、パラメータ
変換部で算出されたプロセスむだ時間Ｌｐ１、標準プロ
セスに合わせて調整された制御周期パラメータｄＴ、標
準プロセスのむだ時間Ｌｐから、制御対象プロセスに応
じた制御周期パラメータの修正値ｄＴ１をｄＴ１＝Ｌｐ
×ｄＴ／Ｌｐ１によって算出して、ＰＦＣ演算部、規範
モデル演算部、操作量算出部及びリードラグ補償部の各
制御周期パラメータｄＴをこの修正値ｄＴ１に変更する
周期調整部とを有するものである。このように適切な制
御特性を実現するために、パラメータ変換部は、ＰＩＤ
パラメータから制御対象プロセスのゲイン、時定数及び
むだ時間の推定値を算出し、リードラグ補償部は、操作
量に対しプロセス時定数に基づいてリードラグ補償演算
を行い、ＰＦＣ調整部は、プロセスゲインからＰＦＣ演
算部のＰＦＣゲインを自動的に調整し、ＳＡＣ調整部
は、プロセスゲインから操作量算出部のＳＡＣゲインを
自動的に調整し、周期調整部は、プロセスむだ時間から
ＰＦＣ演算部、規範モデル演算部、操作量算出部及びリ
ードラグ補償部の制御周期パラメータを自動的に調整す
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】

実施の形態の１．図１は本発明の第１の実施の形態を示
すＳＡＣコントローラのブロック図、図２はこのＳＡＣ
コントローラを用いた制御系のブロック線図、図３はこ
のコントローラの動作を説明するためのフローチャート
図である。図２は図１の規範モデル演算部３、操作量算
出部４、ＰＦＣ演算部５からなるＳＡＣコントローラの
基本構成に、制御対象プロセス５０を含めて制御系とし
て書き直したものである。

【００２０】本実施の形態のコントローラにおいては、
ＰＦＣ調整部８がＰＦＣ演算部５のＰＦＣゲインを決定
すると共に、ＳＡＣ調整部９が操作量算出部４のＳＡＣ
ゲインを決定し、これにより制御系の特性が決定される
が、ここではコントローラの制御系としての動作を先に
説明する。設定値ｓｐ（ｋ）は、このコントローラのオ
ペレータによって設定され、外部とのインタフェースと
なる設定値入力部１を介して規範モデル演算部３及び操
作量算出部４に入力される（図３ステップ１０４）。

【００２１】また、同じくインタフェースとなる制御量
入力部２には、制御対象プロセス５０（実際には制御量
を検出するセンサ）から制御量ｙ（ｋ）が入力される
（ステップ１０５）。次いで、ＰＦＣ演算部５は、操作
量算出部４から出力された操作量より出力値ｙｆ（ｋ）
を算出するＰＦＣ演算を行うが、その伝達関数Ｇｆは次
式のように表すことができる。

【００２２】 Ｇｆ＝Ｋｆ×Ｔｆ×ｓ／（１＋Ｔｆ×ｓ）² ・・・（８） ここで、ＫｆはＰＦＣゲイン、Ｔｆは時定数である。図
４に単位ステップ入力１／ｓに対するＰＦＣ演算部５の
応答特性を示す。応答出力ｙｆ（ｋ）は時間Ｔｆで極大
値を示し、この極大値ｙｆ（Ｔｆ）はＫｆ／ｅとなる
（ｅは２．７１８２・・・）。このように、ＰＦＣ演算
部５は、制御量ｙ（ｋ）に加えるための適当な擬似的応
答であるｙｆ（ｋ）を出力するものである。

【００２３】ＰＦＣ演算部５は、式（８）の連続時間系
の伝達関数Ｇｆで表されるＰＦＣ演算を離散時間系で実
現するため、実際には以下のように動作する。最初に、
ＰＦＣ演算部５は、次式のような内部変数ｚｆ（ｋ）を
算出する。 ｚｆ（ｋ）＝［ｂ１×ｚｆ（ｋ−１）＋Ｋｆ×｛ｕ（ｋ−１） −ｕ（ｋ−２）｝］／（ｂ１＋ｄＴ） ・・・（９） 続いて、ＰＦＣ演算部５は、次式のように出力値ｙｆ
（ｋ）を算出する。 ｙｆ（ｋ）＝｛ｂ２×ｙｆ（ｋ−１）＋ｄＴ×ｚｆ（ｋ）｝／（ｂ２＋ｄＴ） ・・・（１０）

【００２４】式（９）、（１０）において、ｚｆ（ｋ−
１）は内部変数ｚｆ（ｋ）の１制御周期前の値、ｙｆ
（ｋ−１）は出力値ｙｆ（ｋ）の１制御周期前の値、ｕ
（ｋ−１）、ｕ（ｋ−２）は操作量算出部４から出力さ
れる操作量ｕ（ｋ）のそれぞれ１、２制御周期前の値、
ｄＴは制御周期パラメータ（本実施の形態では制御周期
と同一の値）、ｂ１、ｂ２は上記時定数Ｔｆに相当する
定数である。こうして、ＰＦＣ演算部５はＰＦＣ演算を
行う（ステップ１０６）。

【００２５】次に、規範モデルは、ＳＡＣコントローラ
と制御対象プロセス５０とを一体とした制御系の理想的
な特性を具現化したもので、上記制御系の特性が規範モ
デルの特性に一致するようにコントローラのパラメータ
は調整される。規範モデル演算部３は、上記規範モデル
として規範モデル演算を行い、設定値入力部１から入力
された設定値ｓｐ（ｋ）に対し式（３）を用いてその出
力を算出する（ステップ１０７）。

【００２６】続いて、操作量算出部４は、以下のように
して操作量ｕ（ｋ）を算出する。まず、操作量算出部４
内の加算部２１は、制御対象プロセス５０の制御量ｙ
（ｋ）とＰＦＣ演算部５の出力値ｙｆ（ｋ）を加算し、
更に減算部２２は、加算部２１の出力から規範モデル演
算部３の出力値ｚ₀（ｋ） を減算する。よって、減算部
２２の出力値ｅｙ（ｋ）は次式となる。 ｅｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ）＋ｙｆ（ｋ）−ｚ₀（ｋ） ・・・（１１）

【００２７】そして、演算部２３〜２５は、出力値Ｋ_P1
（ｋ）、Ｋ_P2（ｋ）・・・Ｋ_Pn+2（ｋ）、Ｋ_J1（ｋ）、
Ｋ_J2（ｋ）・・・Ｋ_Jn+2（ｋ）を以下のように算出す
る。

【００２８】

【００２９】式（１２）、（１３）において、Ｋ_J1（ｋ
−１）、Ｋ_J2（ｋ−１）・・・Ｋ_{Jn +2}（ｋ−１）はそれ
ぞれ出力値Ｋ_J1（ｋ）、Ｋ_J2（ｋ）・・・Ｋ_Jn+2（ｋ）
の１制御周期前の値、γ_P1、γ_P2・・・γ_Pn、γ_Pn+1、
γ_Pn+2、γ_J1、γ_J2・・・γ_Jn、γ_Jn+1、γ_Jn+2はＳＡ
Ｃゲインである。なお、演算部２３〜２５の出力のう
ち、Ｋ_P1、Ｋ_J1については演算部２５が算出し、Ｋ_P2、
Ｋ_P3・・・Ｋ_Pn+1、Ｋ_J2、Ｋ_J3・・・Ｋ_Jn+1については
演算部２４が算出し、Ｋ_Pn+2、Ｋ_Jn+2については演算部
２３が算出する。

【００３０】最後に、加算部２６は、演算部２３と演算
部２４の出力を加算し、更に加算部２７は、加算部２６
の出力と演算部２５の出力を加算する。その結果、加算
部２７の出力が操作量算出部４の出力である操作量ｕ
（ｋ）となる。

【００３１】 ｕ（ｋ）＝｛Ｋ_P1（ｋ）＋Ｋ_J1（ｋ）｝×ｅｙ（ｋ） ＋｛Ｋ_P2（ｋ）＋Ｋ_J2（ｋ）｝×ｚ₀（ｋ） ＋｛Ｋ_P3（ｋ）＋Ｋ_J3（ｋ）｝×ｚ₁（ｋ） ： ： ＋｛Ｋ_Pn（ｋ）＋Ｋ_Jn（ｋ）｝×ｚ_n-2（ｋ） ＋｛Ｋ_Pn+1（ｋ）＋Ｋ_Jn+1（ｋ）｝×ｚ_n-1（ｋ） ＋｛Ｋ_Pn+2（ｋ）＋Ｋ_Jn+2（ｋ）｝×ｓｐ（ｋ） ・・・（１４）

【００３２】以上のようにして、操作量算出部４は、操
作量ｕ（ｋ）を算出する（ステップ１０８）。この操作
量ｕ（ｋ）は、外部とのインタフェースとなる操作量出
力部６を介して制御対象プロセス５０（実際にはバルブ
等の操作装置）へ出力される（ステップ１０９）。後述
するステップ１０１〜１０３の動作と以上のようなステ
ップ１０４〜１０９の動作をオペレータ等の指令によっ
てコントローラが停止するまで（ステップ１１０）、制
御周期ごとに繰り返す。これが、このＳＡＣコントロー
ラの動作である。

【００３３】次に、ＰＦＣ調整部８、ＳＡＣ調整部９の
動作を説明する。今、制御対象プロセスが１次遅れとむ
だ時間の要素を有するものとすると、その伝達関数Ｇｐ
は次式のような近似伝達関数で表現できる。 Ｇｐ＝Ｋｐ×ｅｘｐ（−Ｌｐ×ｓ）／（１＋Ｔｐ×ｓ） ・・・（１５） 式（１５）において、Ｋｐはプロセスゲイン、Ｔｐはプ
ロセス時定数、Ｌｐはプロセスむだ時間である。

【００３４】本実施の形態のＳＡＣコントローラは、こ
のような１次遅れとむだ時間の要素を有する制御対象プ
ロセスに合わせて調整されたものであり、ここでは、プ
ロセスゲインＫｐが１、プロセス時定数Ｔｐが２０秒、
プロセスむだ時間Ｌｐが２０秒のプロセス（このような
制御対象プロセスを以下、標準プロセスと呼ぶ）に合わ
せて調整されている。

【００３５】これにより、上記のパラメータは、Ｋｆ＝
３５．４５、ｂ１＝ｂ２＝１２．６６、ｎ＝１、ａ_m＝
ａ₀＝１／（１２．０＋ｄＴ）、γ（＝γ_P1＝γ_P2＝γ
_P3＝γ_J1＝γ_J2＝γ_J3）＝ ０．０２５のように調整さ
れている。

【００３６】よって、ＰＦＣ演算部５で用いられる式
（９）は上記標準プロセスに合わせて次式のように設定
されている。 ｚｆ（ｋ）＝［１２．６６×ｚｆ（ｋ−１）＋Ｋｆ×｛ｕ（ｋ−１） −ｕ（ｋ−２）｝］／（１２．６６＋ｄＴ） ・・・（１６） そして、式（１０）は次式のように設定されている。 ｙｆ（ｋ）＝｛１２．６６×ｙｆ（ｋ−１）＋ｄＴ×ｚｆ（ｋ）｝ ／（１２．６６＋ｄＴ） ・・・（１７）

【００３７】また、規範モデル演算部３で用いられる式
（３）は次式のように設定される。 ｙｍ（ｋ）＝ｚ₀（ｋ） ＝｛１２．０×ｙｍ（ｋ−１）＋ｄＴ×ｓｐ（ｋ）｝ ／（１２．０＋ｄＴ） ・・・（１８） 操作量算出部４で用いられる式（１２）は次式のように
設定される。

【００３８】式（１３）は次式のように設定される。

【００３９】そして、式（１４）は次式のように設定さ
れる。 ｕ（ｋ）＝｛Ｋ_P1（ｋ）＋Ｋ_J1（ｋ）｝×ｅｙ（ｋ） ＋｛Ｋ_P2（ｋ）＋Ｋ_J2（ｋ）｝×ｙｍ（ｋ） ＋｛Ｋ_P3（ｋ）＋Ｋ_J3（ｋ）｝×ｓｐ（ｋ） ・・・（２１）

【００４０】以上のような調整が行われたＳＡＣコント
ローラは、任意のプロセスゲインを有する制御対象プロ
セス５０（本実施の形態では、プロセス時定数及びプロ
セスむだ時間は標準プロセスと同じとする）を正しく制
御することはできない。そこで、ＳＡＣ調整部９は、こ
のような制御対象プロセス５０に応じたＳＡＣゲインの
修正値γ１を次式のように算出する。 γ１＝γ／Ｋｐ１ ・・・（２２） Ｋｐ１は制御対象プロセス５０のプロセスゲインの推定
値である。

【００４１】ここで、ＳＡＣゲインの修正値γ１を式
（２２）のように算出できる理由を説明する。例えば、
理想の応答を得るために上記標準プロセスに対して操作
量ｕ’（ｋ）が出力されるとすると、標準プロセスの２
倍のプロセスゲインを有するプロセスに対しては操作量
ｕ’（ｋ）／２を出力すれば、同一の理想応答が得られ
る。この操作量ｕ’（ｋ）／２を出力するには、標準プ
ロセスに合わせて調整されたＳＡＣゲインγをγ／２に
修正すればよい。上記の式（２２）はこのような考え方
を一般化したものである。

【００４２】同様に、ＰＦＣ調整部８は、制御対象プロ
セス５０に応じたＰＦＣゲインの修正値Ｋｆ１を次式の
ように算出する。 Ｋｆ１＝Ｋｆ×Ｋｐ１ ・・・（２３）

【００４３】ここで、ＰＦＣゲインの修正値Ｋｆ１を式
（２３）のように算出できる理由を説明する。例えば、
理想の応答を得るために、標準プロセスに合わせて調整
されたＰＦＣ演算部５及び標準プロセスに対して操作量
ｕ’（ｋ）が出力され、その結果ＰＦＣ演算部５から出
力ｙｆ’（ｋ）が出力されるとする。このとき、操作量
算出部４のＳＡＣゲインが上記のように修正されると、
ＰＦＣ演算部５の出力はｙｆ’（ｋ）×Ｋｐ１になって
しまう。そこで、標準プロセスに合わせて調整されたＰ
ＦＣゲインＫｆをＫｆ×Ｋｐ１に修正すれば、ＰＦＣ演
算部５の出力はｙｆ’（ｋ）に維持される。

【００４４】プロセス記憶部７には、オペレータによっ
て設定された制御対象プロセス５０のプロセスゲインの
推定値Ｋｐ１、プロセス時定数の推定値Ｔｐ１、プロセ
スむだ時間の推定値Ｌｐ１が記憶されている。なお、本
実施の形態では、Ｋｐ１だけを用いるので、設定するの
はＫｐ１だけでよい。

【００４５】ＰＦＣ調整部８、ＳＡＣ調整部９は、この
プロセス記憶部７からプロセスゲインの推定値Ｋｐ１を
読み出す（図３ステップ１０１）。そして、ＰＦＣ調整
部８は、式（２３）によりＰＦＣゲインの修正値Ｋｆ１
を算出し、これをＰＦＣ演算部５に出力する。これによ
り、ＰＦＣ演算部５のＰＦＣゲインＫｆ（式（１６））
は修正値Ｋｆ１に変更される（ステップ１０２）。

【００４６】続いて、ＳＡＣ調整部９は、式（２２）に
よりＳＡＣゲインの修正値γ１を算出し、これを操作量
算出部４に出力する。これにより、操作量算出部４のＳ
ＡＣゲインγ＝γ_P1＝γ_P2＝γ_P3＝γ_J1＝γ_J2＝γ
_J3（式（１９）、（２０））は修正値γ１に変更される
（ステップ１０３）。こうして、操作量算出部４、ＰＦ
Ｃ演算部５の特性が変更され、本実施の形態のＳＡＣコ
ントローラは制御対象プロセス５０に適合したコントロ
ーラとなる。

【００４７】本実施の形態によれば、ＳＡＣコントロー
ラが標準プロセスに合わせて調整された後、実際のプロ
セスゲインが調整時のものと異なる場合に、オペレータ
は実際のプロセスゲインの値をプロセス記憶部７に記憶
させるだけで、ＳＡＣコントローラが適切な制御動作を
実行するように自動調整される。これにより、ＳＡＣの
特徴である制御量ｙ（ｋ）を規範モデル出力ｙｍ（ｋ）
に一致させる（本発明では、ＰＦＣを用いているので、
正確には、制御量ｙ（ｋ）とＰＦＣ演算部の出力ｙｆ
（ｋ）とを加算した結果が規範モデル出力ｙｍ（ｋ）に
一致する）ような制御を実現することができる。このＳ
ＡＣの特徴は、制量量を所望の値、所望の速度で変化さ
せたいという鉄鋼プロセス等の要求において、貴重な解
決策を与えるものである。

【００４８】実施の形態の２．図５は本発明の他の実施
の形態を示すＳＡＣコントローラのブロック図であり、
図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施
の形態においても、設定値入力部１、制御量入力部２、
操作量出力部６の動作は、実施の形態の１と全く同じで
あり、規範モデル演算部３ａ、操作量算出部４ａ、ＰＦ
Ｃ演算部５ａの動作も制御周期パラメータが変更される
以外は実施の形態の１と同じである。よって、このＳＡ
Ｃコントローラを用いた制御系のブロック線図は図２と
同様である。

【００４９】本実施の形態では、任意のプロセスむだ時
間を有し、プロセス時定数とプロセスむだ時間の比（時
定数／むだ時間）が上記標準プロセスと同じ制御対象
（プロセスゲインとプロセス時定数も標準プロセスと同
じ）を制御対象プロセス５０とする。

【００５０】図６は図５のコントローラの動作を説明す
るためのフローチャート図である。最初に、周期調整部
１０は、プロセス記憶部７から制御対象プロセス５０の
プロセスむだ時間の推定値Ｌｐ１を読み出す（ステップ
２０１）。そして、周期調整部１０は、制御対象プロセ
ス５０に応じた制御周期パラメータの修正値ｄＴ１を次
式のように算出する。 ｄＴ１＝Ｌｐ×ｄＴ／Ｌｐ１ ・・・（２４）

【００５１】続いて、周期調整部１０は、算出した制御
周期パラメータの修正値ｄＴ１を規範モデル演算部３
ａ、操作量算出部４ａ、ＰＦＣ演算部５ａに出力する。
これにより、これらの構成の制御周期パラメータｄＴが
修正値ｄＴ１に変更される（ステップ２０２）。

【００５２】ここで、制御周期パラメータを式（２４）
のように修正する理由を説明する。図７は任意のむだ時
間の制御対象プロセスに対する調整の原理を説明するた
めの図である。図７（ａ）はコントローラに設定値ｓｐ
としてステップ入力が加えられたときの上記標準プロセ
スの理想応答波形（制御量ｙ０）を示している。また、
図７（ｂ）はコントローラに設定値ｓｐとしてステップ
入力が加えたときの制御対象プロセス５０の理想応答波
形（制御量ｙ１）を示している。

【００５３】図７（ａ）、（ｂ）に示すように、むだ時
間Ｌｐ、Ｌｐ１は設定値ｓｐが変化してから制御量が変
化するまでの時間、時定数Ｔｐ、Ｔｐ１は制御量変化が
設定値ｓｐの６３．２％に達するまでの時間である。図
７（ａ）に示す理想の応答を得るために標準プロセスに
対してコントローラから操作量ｕ’（ｋ）が出力される
とすれば、この標準プロセスに合わせて調整されたＳＡ
Ｃコントローラを用いて制御対象プロセス５０を制御
し、図７（ｂ）に示す理想の応答を得るためには、操作
量ｕ’（Ｌｐ×ｋ／Ｌｐ１）を出力すればよい。

【００５４】このような操作量を出力するには、標準プ
ロセスに対する調整時に用いた制御周期パラメータｄＴ
を式（２４）のように修正すればよいことが分かる。な
お、実際の制御周期（図６のステップ２０１〜２０９を
１周する周期）は初期設定（＝ｄＴ）のままであり、こ
れが周期調整部１０によって変更されることはない。

【００５５】次に、ステップ２０３、２０４の動作は、
実施の形態の１のステップ１０４、１０５と同様であ
る。ＰＦＣ演算部５ａの動作は、式（１６）、式（１
７）における制御周期パラメータｄＴが修正値ｄＴ１に
変更されることを除くと、実施の形態の１のＰＦＣ演算
部５と同様である（ステップ２０５）。

【００５６】続いて、規範モデル演算部３ａの動作は、
式（１８）における制御周期パラメータｄＴが修正値ｄ
Ｔ１に変更されることを除くと、実施の形態の１の規範
モデル演算部３と同様である（ステップ２０６）。ま
た、操作量算出部４ａの動作は、式（２０）における制
御周期パラメータｄＴが修正値ｄＴ１に変更されること
を除くと、実施の形態の１の操作量算出部４と同様であ
る（ステップ２０７）。

【００５７】ステップ２０８、２０９の動作は、実施の
形態の１のステップ１０９、１１０と同様である。本実
施の形態によれば、ＳＡＣコントローラが標準プロセス
に合わせて調整された後、実際のプロセスむだ時間が調
整時のものと異なる場合に、オペレータは実際のプロセ
スむだ時間の値をプロセス記憶部７に記憶させるだけ
で、ＳＡＣコントローラが適切な制御動作を実行するよ
うに自動調整される．

【００５８】実施の形態の３．図８は本発明の他の実施
の形態を示すＳＡＣコントローラのブロック図、図９は
このＳＡＣコントローラを用いた制御系のブロック線図
であり、図１、図２と同一の構成には同一の符号を付し
てある。本実施の形態では、任意のプロセス時定数を有
するプロセス（プロセスゲイン及びプロセスむだ時間は
標準プロセスと同じ）を制御対象プロセス５０とする。

【００５９】図１０はこのコントローラの動作を説明す
るためのフローチャート図である。最初に、リードラグ
補償部１１は、プロセス記憶部７から制御対象プロセス
５０のプロセス時定数の推定値Ｔｐ１を読み出す（ステ
ップ３０１）。ステップ３０２、３０３の動作は、実施
の形態の１のステップ１０４、１０５と同様である。

【００６０】次に、ＰＦＣ演算部５ｂは、標準プロセス
に合わせて調整されたパラメータのまま、ＰＦＣ演算部
５と同様にＰＦＣ演算を行う（ステップ３０４）。ま
た、規範モデル演算部３ｂは、標準プロセスに合わせて
調整されたパラメータのまま、規範モデル演算部３と同
様に規範モデル演算を行う（ステップ３０５）。そし
て、操作量算出部４ｂは、標準プロセスに合わせて調整
されたパラメータのまま、操作量算出部４と同様に操作
量算出を行う（ステップ３０６）。

【００６１】次に、リードラグ補償部１１の伝達関数Ｇ
ｉは、次式によって表すことができる。 Ｇｉ＝（１＋Ｔｐ１×ｓ）／（１＋Ｔｐ×ｓ） ・・・（２５） 標準プロセスに対してプロセス時定数が異なる制御対象
プロセス５０の伝達関数Ｇｐ１は次式のように表すこと
ができる。 Ｇｐ１＝Ｋｐ×ｅｘｐ（−Ｌｐ×ｓ）／（１＋Ｔｐ１×ｓ） ・・・（２６）

【００６２】よって、リードラグ補償部１１と制御対象
プロセス５０とを直列にしたときの伝達関数Ｇは次式と
なる。 Ｇ＝Ｇｉ×Ｇｐ１＝｛（１＋Ｔｐ１×ｓ）／（１＋Ｔｐ×ｓ）｝ ×｛Ｋｐ×ｅｘｐ（−Ｌｐ×ｓ）／（１＋Ｔｐ１×ｓ）｝ ＝Ｋｐ×ｅｘｐ（−Ｌｐ×ｓ）／（１＋Ｔｐ×ｓ） ・・・（２７）

【００６３】これは、式（１５）に示す標準プロセスの
伝達関数Ｇｐと同じであり、リードラグ補償を制御対象
プロセス５０に対して直列に施せば、実質的に制御対象
は標準プロセスと等価のものとして扱えることが分か
る。

【００６４】リードラグ補償部１１は、式（２５）の連
続時間系の伝達関数Ｇｉで表されるリードラグ補償演算
を離散時間系で実現するため、実際には次式のように出
力値ｕｒ（ｋ）を算出する。 ｕｒ（ｋ）＝［Ｔｐ×ｕｒ（ｋ−１）＋ｕ（ｋ）×ｄＴ＋Ｔｐ１ ×｛ｕ（ｋ）−ｕ（ｋ−１）｝］／（Ｔｐ＋ｄＴ） ・・・（２８） ここで、ｕｒ（ｋ−１）は出力値ｕｒ（ｋ）の１制御周
期前の値である。こうして、リードラグ補償演算が行わ
れる（ステップ３０７）。

【００６５】操作量出力部６は、リードラグ補償部１１
から出力されたｕｒ（ｋ）を実際の操作量として制御対
象プロセス５０へ出力する（ステップ３０８）。本実施
の形態によれば、ＳＡＣコントローラが標準プロセスに
合わせて調整された後、実際のプロセス時定数が調整時
のものと異なる場合に、オペレータは実際のプロセス時
定数の値をプロセス記憶部７に記憶させるだけで、ＳＡ
Ｃが適切な制御動作を実行するように自動調整される。

【００６６】実施の形態の４．図１１は本発明の他の実
施の形態を示すＳＡＣコントローラのブロック図であ
り、図１、図５、図８と同一の構成には同一の符号を付
してある。本実施の形態において、ＰＦＣ調整部８、Ｓ
ＡＣ調整部９の動作は、実施の形態の１と全く同じであ
り、規範モデル演算部３ａ、周期調整部１０の動作は実
施の形態の２と同じである。

【００６７】また、操作量算出部４ｃ、ＰＦＣ演算部５
ｃの動作は制御周期パラメータの変更が行われることを
除いて実施の形態の１と同じであり、同様にリードラグ
補償部１１ａの動作は制御周期パラメータの変更が行わ
れることを除いて実施の形態の３と同じである。したが
って、このＳＡＣコントローラを用いた制御系のブロッ
ク線図は図９と同様である。

【００６８】本実施の形態では、任意のプロセスゲイ
ン、任意のプロセス時定数、任意のプロセスむだ時間
（プロセス時定数／プロセスむだ時間の比は標準プロセ
スと同じ）プロセスを制御対象プロセス５０とする。図
１２はこのコントローラの動作を説明するためのフロー
チャート図である。最初に、ＰＦＣ調整部８、ＳＡＣ調
整部９は、プロセス記憶部７からプロセスゲインの推定
値Ｋｐ１を読み出し、周期調整部１０は、プロセスむだ
時間の推定値Ｌｐ１を読み出し、リードラグ補償部１１
は、プロセス時定数の推定値Ｔｐ１を読み出す（ステッ
プ４０１）。

【００６９】ステップ４０２、４０３の動作は、実施の
形態の１のステップ１０２、１０３と同様である。周期
調整部１０は、上記と同様に制御周期パラメータの修正
値ｄＴ１を算出するが、この修正値ｄＴ１を規範モデル
演算部３ａ、操作量算出部４ｃ、ＰＦＣ演算部５ｃだけ
でなく、リードラグ補償部１１ａにも出力する。これに
より、リードラグ補償部１１ａの制御周期パラメータｄ
Ｔも修正値ｄＴ１に変更される（ステップ４０４）。

【００７０】なお、実際の制御周期（図１２のステップ
４０１〜４１２を１周する周期）が変更されないことは
実施の形態の２と同様である。次に、ステップ４０５、
４０６の動作は、実施の形態の１のステップ１０４、１
０５と同様である。ＰＦＣ演算部５ｃは、ＰＦＣ演算部
５と同様にＰＦＣ演算を行うが（ステップ４０７）、式
（１６）、式（１７）におけるＰＦＣゲインＫｆはＰＦ
Ｃ調整部８によって修正値Ｋｆ１に変更され、制御周期
パラメータｄＴは周期調整部１０によって修正値ｄＴ１
に変更されている。

【００７１】続いて、規範モデル演算部３ａの動作は、
実施の形態の２のステップ２０６と全く同じである（ス
テップ４０８）。操作量算出部４ｃは、操作量算出部４
と同様に操作量算出を行うが（ステップ４０９）、この
とき式（１９）、（２０）におけるＳＡＣゲインγはＳ
ＡＣ調整部９によって修正値γ１に変更され、制御周期
パラメータｄＴは周期調整部１０によって修正値ｄＴ１
に変更されている。

【００７２】そして、リードラグ補償部１１ａは、リー
ドラグ補償部１１と同様にリードラグ補償演算を行うが
（ステップ４１０）、このとき式（２８）における制御
周期パラメータｄＴは周期調整部１０によって修正値ｄ
Ｔ１に変更されている。ステップ４１１の動作は実施の
形態の３のステップ３０８と同様である。

【００７３】こうして、実施の形態の１〜３を併合する
ことができる。これら３つの併合により、任意のプロセ
スゲイン、任意のプロセス時定数、任意のプロセスむだ
時間の制御対象プロセス５０に対して、オペレ−タがそ
のプロセスゲイン、プロセス時定数、プロセスむだ時間
の値をプロセス記憶部７に記憶させるだけで、ＳＡＣが
適切な制御動作を実行するように自動調整される。すな
わち設定すべきパラメ−タは、たった３個になり、しか
もこれらは制御の専門知識のないオペレ−タにも明快に
理解できるパラメ−タのみになる。

【００７４】実施の形態の５．図１３は本発明の他の実
施の形態を示すＳＡＣコントローラのブロック図であ
り、図１１と同一の構成には同一の符号を付してある。
このＳＡＣコントローラは、図１１のコントローラにお
いて、プロセス記憶部７の代わりにＰＩＤ記憶部１２、
パラメータ変換部１３を設けたものである。

【００７５】図１４はこのＳＡＣコントローラの動作を
説明するためのフローチャート図である。ＰＩＤ記憶部
１２には、オペレータによって設定されたＰＩＤパラメ
ータ、すなわち比例ゲインＫｇ、積分時間Ｔｉ、微分時
間Ｔｄが記憶されている。パラメータ変換部１３は、Ｐ
ＩＤ記憶部１２から比例ゲインＫｇ、積分時間Ｔｉ、微
分時間Ｔｄを読み出す（ステップ５０１）。

【００７６】そして、パラメータ変換部１３は、以下の
ようにしてＰＩＤパラメータをプロセスゲインの推定値
Ｋｐ１、プロセス時定数の推定値Ｔｐ１、プロセスむだ
時間の推定値Ｌｐ１に変換する。例えば、特願平６−２
４６０３４号に記載したＩＭＣ（Internal Model Contr
ol）に基づく調整法やＣＨＲ（Chien,Hrones,Reswick）
調整法によれば、ＰＩＤパラメータは以下のように設定
される。

【００７７】 Ｋｇ＝０．４４×Ｔｐ１／（Ｋｐ１×Ｌｐ１） ・・・（２９） Ｔｉ＝Ｔｐ１ ・・・（３０） Ｔｄ＝０．５×Ｌｐ１ ・・・（３１）

【００７８】したがって、式（２９）〜（３１）から逆
算すると、以下のような推定式が得られる。 Ｋｐ１＝０．２２×Ｔｉ／（Ｋｇ×Ｔｄ） ・・・（３２） Ｔｐ１＝Ｔｉ ・・・（３３） Ｌｐ１＝２×Ｔｄ ・・・（３４）

【００７９】よって、パラメータ変換部１３は、式（３
２）〜式（３４）を用いて比例ゲインＫｇ、積分時間Ｔ
ｉ、微分時間ＴｄをプロセスゲインＫｐ１、プロセス時
定数Ｔｐ１、プロセスむだ時間Ｌｐ１に変換する（ステ
ップ５０２）。ステップ５０３〜５１３の動作は、実施
の形態の４のステップ４０２〜４１２と同様である。

【００８０】ＰＩＤコントローラは、比例ゲインＫｇ、
積分時間Ｔｉ、微分時間Ｔｄの３つのパラメータを調整
するだけで実用できるもので、この使いやすさはＰＩＤ
が最も実用される理由の１つである。本実施の形態によ
れば、制御対象に適したＰＩＤパラメータをＰＩＤ記憶
部１２に与えると、それらの値からプロセスゲイン、プ
ロセス時定数、プロセスむだ時間の推定値を算出し、そ
の推定値によりＳＡＣのパラメータを適切な値に自動調
整するので、任意の制御対象プロセスに対してＰＩＤと
同じ調整要領でＳＡＣを適切に動作させることができ
る。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、請求項１に記載のよう
に、ＰＦＣ調整部が、プロセス記憶部に記憶されたプロ
セスゲインに基づいてＰＦＣ演算部のＰＦＣゲインを自
動的に調整し、ＳＡＣ調整部が、プロセスゲインに基づ
いて操作量算出部のＳＡＣゲインを自動的に調整するの
で、実際のプロセスゲインが調整時のものと異なる場合
に、実際のプロセスゲインの値をプロセス記憶部に記憶
させるだけで、適切な制御特性が維持されるようにＳＡ
Ｃコントローラを自動調整することができ、ＳＡＣの特
徴である制御量を規範モデル出力に一致させる（正確に
は、制御量とＰＦＣ演算部の出力とを加算した結果が規
範モデル出力に一致する）ような制御を実現することが
できる。その結果、現場のオペレ−タが任意のプロセス
ゲインの制御対象プロセスに対してＳＡＣコントローラ
を適切かつ容易に利用できるようになる。

【００８２】また、請求項２に記載のように、周期調整
部が、プロセス記憶部に記憶されたプロセスむだ時間に
基づいてＰＦＣ演算部、規範モデル演算部及び操作量算
出部の制御周期パラメータを自動的に調整するので、実
際のプロセスむだ時間が調整時のものと異なる場合に、
実際のプロセスむだ時間の値をプロセス記憶部に記憶さ
せるだけで、適切な制御特性が維持されるようにＳＡＣ
コントローラを自動調整することができ、ＳＡＣの特徴
である制御量を規範モデル出力に一致させる（正確に
は、制御量とＰＦＣ演算部の出力とを加算した結果が規
範モデル出力に一致する）ような制御を実現することが
できる。その結果、現場のオペレ−タが任意のプロセス
むだ時間の制御対象プロセスに対してＳＡＣコントロー
ラを適切かつ容易に利用できるようになる。

【００８３】また、請求項３に記載のように、リードラ
グ補償部が、操作量算出部から出力された操作量に対し
プロセス記憶部に記憶されたプロセス時定数に基づいて
リードラグ補償演算を行うので、実際のプロセス時定数
が調整時のものと異なる場合に、実際のプロセス時定数
の値をプロセス記憶部に記憶させるだけで、適切な制御
特性が維持されるようにＳＡＣコントローラを自動調整
することができ、ＳＡＣの特徴である制御量を規範モデ
ル出力に一致させる（正確には、制御量とＰＦＣ演算部
の出力とを加算した結果が規範モデル出力に一致する）
ような制御を実現することができる。その結果、現場の
オペレ−タが任意のプロセス時定数の制御対象プロセス
に対してＳＡＣコントローラを適切かつ容易に利用でき
るようになる。

【００８４】また、請求項４に記載のように、リードラ
グ補償部が、操作量に対しプロセス時定数に基づいてリ
ードラグ補償演算を行い、ＰＦＣ調整部が、プロセスゲ
インに基づいてＰＦＣ演算部のＰＦＣゲインを自動的に
調整し、ＳＡＣ調整部が、プロセスゲインに基づいて操
作量算出部のＳＡＣゲインを自動的に調整し、周期調整
部が、プロセスむだ時間に基づいてＰＦＣ演算部、規範
モデル演算部、操作量算出部及びリードラグ補償部の制
御周期パラメータを自動的に調整するので、任意のプロ
セスゲイン、任意のプロセス時定数、任意のプロセスむ
だ時間の制御対象プロセスに対して、そのプロセスゲイ
ン、プロセス時定数、プロセスむだ時間の値をプロセス
記憶部に記憶させるだけで、適切な制御特性が維持され
るようにＳＡＣコントローラを自動調整することができ
る。その結果、設定すべきパラメ−タは、たった３個に
なり、しかもこれらは制御の専門的知識のないオペレ−
タにも明快に理解できるパラメ−タのみとなる。

【００８５】また、請求項５に記載のように、パラメー
タ変換部が、ＰＩＤパラメータから制御対象プロセスの
ゲイン、時定数及びむだ時間の推定値を算出するので、
任意のプロセスゲイン、任意のプロセス時定数、任意の
プロセスむだ時間の制御対象プロセスに適したＰＩＤパ
ラメータをＰＩＤ記憶部に記憶させるだけで、適切な制
御特性が維持されるようにＳＡＣコントローラを自動調
整することができ、ＳＡＣの特徴である制御量を規範モ
デル出力に一致させる（正確には、制御量とＰＦＣ演算
部の出力とを加算した結果が規範モデル出力に一致す
る）ような制御を実現することができる。その結果、現
場のオペレータが任意の制御対象プロセスに対してＰＩ
Ｄコントローラと同じ使い勝手でＳＡＣコントローラを
適切かつ容易に利用できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態を示すＳＡＣコン
トローラのブロック図である。

【図２】 図１のＳＡＣ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】 図１のＳＡＣコントローラの動作を説明する
ためのフローチャート図である。

【図４】 ＰＦＣ演算部の応答波形図である。

【図５】 本発明の他の実施の形態を示すＳＡＣコント
ローラのブロック図である。

【図６】 図５のＳＡＣコントローラの動作を説明する
ためのフローチャート図である。

【図７】 任意のプロセスむだ時間の制御対象プロセス
に対する調整の原理を説明するための図である。

【図８】 本発明の他の実施の形態を示すＳＡＣコント
ローラのブロック図である。

【図９】 図８のＳＡＣコントローラを用いた制御系の
ブロック線図である。

【図１０】 図８のＳＡＣコントローラの動作を説明す
るためのフローチャート図である。

【図１１】 本発明の他の実施の形態を示すＳＡＣコン
トローラのブロック図である。

【図１２】 図１１のＳＡＣコントローラの動作を説明
するためのフローチャート図である。

【図１３】 本発明の他の実施の形態を示すＳＡＣコン
トローラのブロック図である。

【図１４】 図１３のＳＡＣコントローラの動作を説明
するためのフローチャート図である。

【図１５】 従来のＳＡＣ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】

１…設定値入力部、２…制御量入力部、３、３ａ…規範
モデル演算部、４、４ａ〜４ｃ…操作量算出部、５、５
ａ〜５ｃ…ＰＦＣ演算部、６…操作量出力部、７…プロ
セス記憶部、８…ＰＦＣ調整部、９…ＳＡＣ調整部、１
０…周期調整部、１１、１１ａ…リードラグ補償部、１
２…ＰＩＤ記憶部、１３…パラメータ変換部。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−63202（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−64610（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−93005（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−43907（ＪＰ，Ａ) 岩井善太，単純適応制御（ＳＡＣ）, 計測と制御，日本，計測自動制御学会, 1996年 ６月10日，第35巻／第６号, 409−413 岩井善太、筒井和彦、甲斐勝也，並列 フィードフォワード補償を併用した単純 適応制御系とその寄生要素に関するロバ スト性，計測自動制御学会論文集，日 本，計測自動制御学会，1991年 ９月30 日，第27巻／第９号，996−1001 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 11/32 G05B 13/02 - 13/04

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御対象プロセスに出力された操作量に
   対し並列フィードフォワード補償演算を行った結果とプ
   ロセスの制御量とを加算した値が、制御系の所望の特性
   を数式表現した規範モデルの出力に一致するように、前
   記操作量を算出するＳＡＣコントローラにおいて、 操作量に対しＰＦＣゲインＫｆに基づいて並列フィード
   フォワード補償演算を行うＰＦＣ演算部と、 入力された設定値に対して規範モデル演算を行う規範モ
   デル演算部と、ＳＡＣゲインγに基づくＳＡＣアルゴリズムにより、前
   記制御量、前記設定値、前記ＰＦＣ演算部の出力及び前
   記規範モデル演算部の出力から前記操作量を算出して前
   記 ＰＦＣ演算部及び制御対象プロセスに出力する操作量
   算出部と、前記 制御対象プロセスのゲインを記憶するためのプロセ
   ス記憶部と、 このプロセス記憶部に記憶されたプロセスゲインＫｐ
   １、プロセスゲイン１の標準プロセスに合わせて調整さ
   れた前記ＰＦＣゲインＫｆから、前記制御対象プロセス
   に応じたＰＦＣゲインの修正値Ｋｆ１をＫｆ１＝Ｋｆ×
   Ｋｐ１によって算出して、前記ＰＦＣ演算部のＰＦＣゲ
   インＫｆをこの修正値Ｋｆ１に変更するＰＦＣ調整部
   と、前記プロセスゲインＫｐ１、前記標準プロセスに合わせ
   て調整された前記ＳＡＣゲインγから、前記制御対象プ
   ロセスに応じたＳＡＣゲインの修正値γ１をγ１＝γ／
   Ｋｐ１によって算出して、前記操作量算出部のＳＡＣゲ
   インγをこの修正値γ１に変更する ＳＡＣ調整部とを有
   することを特徴とするＳＡＣコントローラ。
2. 【請求項２】 制御対象プロセスに出力された操作量に
   対し並列フィードフォワード補償演算を行った結果とプ
   ロセスの制御量とを加算した値が、制御系の所望の特性
   を数式表現した規範モデルの出力に一致するように、前
   記操作量を算出するＳＡＣコントローラにおいて、 操作量に対しＰＦＣゲイン及び制御周期パラメータｄＴ
   に基づいて並列フィードフォワード補償演算を行うＰＦ
   Ｃ演算部と、 入力された設定値に対し前記制御周期パラメータｄＴに
   基づいて規範モデル演算を行う規範モデル演算部と、 ＳＡＣゲイン及び前記制御周期パラメータｄＴに基づく
   ＳＡＣアルゴリズムにより、前記制御量、前記設定値、
   前記ＰＦＣ演算部の出力及び前記規範モデル演算部の出
   力から前記操作量を算出して前記ＰＦＣ演算部及び制御
   対象プロセスに出力する操作量算出部と、前記 制御対象プロセスのむだ時間を記憶するためのプロ
   セス記憶部と、 このプロセス記憶部に記憶されたプロセスむだ時間Ｌｐ
   １、プロセスゲイン１の標準プロセスに合わせて調整さ
   れた前記制御周期パラメータｄＴ、前記標準プロセスの
   むだ時間Ｌｐから、前記制御対象プロセスに応じた制御
   周期パラメータの修正値ｄＴ１をｄＴ１＝Ｌｐ×ｄＴ／
   Ｌｐ１によって算出して、前記ＰＦＣ演算部、前記規範
   モデル演算部及び前記操作量算出部の各制御周期パラメ
   ータｄＴをこの修正値ｄＴ１に変更する周期調整部とを
   有することを特徴とするＳＡＣコントローラ。
3. 【請求項３】 制御対象プロセスに出力された操作量に
   対し並列フィードフォワード補償演算を行った結果とプ
   ロセスの制御量とを加算した値が、制御系の所望の特性
   を数式表現した規範モデルの出力に一致するように、前
   記操作量を算出するＳＡＣコントローラにおいて、 操作量に対しＰＦＣゲインに基づいて並列フィードフォ
   ワード補償演算を行うＰＦＣ演算部と、 入力された設定値に対して規範モデル演算を行う規範モ
   デル演算部と、 ＳＡＣゲインに基づくＳＡＣアルゴリズムにより、前記
   制御量、前記設定値、前記ＰＦＣ演算部の出力及び前記
   規範モデル演算部の出力から前記操作量を算出して前記
   ＰＦＣ演算部に出力する操作量算出部と、 制御対象プロセスの時定数を記憶するためのプロセス記
   憶部と、前記操作量算出部から出力された操作量に対し、リード
   側時定数が前記プロセス記憶部に記憶されたプロセス時
   定数Ｔｐ１と等しく、ラグ側時定数がプロセスゲイン１
   の標準プロセスの時定数Ｔｐと等しいという設定のリー
   ドラグ補償演算を行い、この演算結果を前記 制御対象プ
   ロセスへの操作量として出力するリードラグ補償部とを
   有することを特徴とするＳＡＣコントローラ。
4. 【請求項４】 制御対象プロセスに出力された操作量に
   対し並列フィードフォワード補償演算を行った結果とプ
   ロセスの制御量とを加算した値が、制御系の所望の特性
   を数式表現した規範モデルの出力に一致するように、前
   記操作量を算出するＳＡＣコントローラにおいて、 操作量に対しＰＦＣゲインＫｆ及び制御周期パラメータ
   ｄＴに基づいて並列フィードフォワード補償演算を行う
   ＰＦＣ演算部と、 入力された設定値に対し前記制御周期パラメータｄＴに
   基づいて規範モデル演算を行う規範モデル演算部と、ＳＡＣゲインγ及び前記制御周期パラメータｄＴに基づ
   くＳＡＣアルゴリズムにより、前記制御量、前記設定
   値、前記ＰＦＣ演算部の出力及び前記規範モデル演算部
   の出力から前記操作量を算出して前記 ＰＦＣ演算部に出
   力する操作量算出部と、 制御対象プロセスのゲイン、時定数及びむだ時間を記憶
   するためのプロセス記憶部と、前記操作量算出部から出力された操作量に対し、リード
   側時定数が前記プロセス記憶部に記憶されたプロセス時
   定数Ｔｐ１と等しく、ラグ側時定数がプロセスゲイン１
   の標準プロセスの時定数Ｔｐと等しいという設定のリー
   ドラグ補償演算を行い、この演算結果を前記 制御対象プ
   ロセスへの操作量として出力するリードラグ補償部と、前記プロセス記憶部に記憶されたプロセスゲインＫｐ
   １、前記標準プロセスに合わせて調整された前記ＰＦＣ
   ゲインＫｆから、前記制御対象プロセスに応じたＰＦＣ
   ゲインの修正値Ｋｆ１をＫｆ１＝Ｋｆ×Ｋｐ１によって
   算出して、前記ＰＦＣ演算部のＰＦＣゲインＫｆをこの
   修正値Ｋｆ１に変更する ＰＦＣ調整部と、前記プロセスゲインＫｐ１、前記標準プロセスに合わせ
   て調整された前記ＳＡＣゲインγから、前記制御対象プ
   ロセスに応じたＳＡＣゲインの修正値γ１をγ１＝γ／
   Ｋｐ１によって算出して、前記操作量算出部のＳＡＣゲ
   インγをこの修正値γ１に変更する ＳＡＣ調整部と、前記プロセス記憶部に記憶されたプロセスむだ時間Ｌｐ
   １、前記標準プロセスに合わせて調整された前記制御周
   期パラメータｄＴ、前記標準プロセスのむだ時 間Ｌｐか
   ら、前記制御対象プロセスに応じた制御周期パラメータ
   の修正値ｄＴ１をｄＴ１＝Ｌｐ×ｄＴ／Ｌｐ１によって
   算出して、前記ＰＦＣ演算部、前記規範モデル演算部、
   前記操作量算出部及び前記リードラグ補償部の各制御周
   期パラメータｄＴをこの修正値ｄＴ１に変更する 周期調
   整部とを有することを特徴とするＳＡＣコントローラ。
5. 【請求項５】 制御対象プロセスに出力された操作量に
   対し並列フィードフォワード補償演算を行った結果とプ
   ロセスの制御量とを加算した値が、制御系の所望の特性
   を数式表現した規範モデルの出力に一致するように、前
   記操作量を算出するＳＡＣコントローラにおいて、 操作量に対しＰＦＣゲインＫｆ及び制御周期パラメータ
   ｄＴに基づいて並列フィードフォワード補償演算を行う
   ＰＦＣ演算部と、 入力された設定値に対し前記制御周期パラメータｄＴに
   基づいて規範モデル演算を行う規範モデル演算部と、ＳＡＣゲインγ及び前記制御周期パラメータｄＴに基づ
   くＳＡＣアルゴリズムにより、前記制御量、前記設定
   値、前記ＰＦＣ演算部の出力及び前記規範モデル演算部
   の出力から前記操作量を算出して前記 ＰＦＣ演算部に出
   力する操作量算出部と、 制御対象プロセスに適したＰＩＤパラメータを記憶して
   おくためのＰＩＤ記憶部と、 このＰＩＤパラメータから制御対象プロセスのゲイン、
   時定数及びむだ時間の推定値を算出するパラメータ変換
   部と、前記操作量算出部から出力された操作量に対し、リード
   側時定数が前記プロセス記憶部に記憶されたプロセス時
   定数Ｔｐ１と等しく、ラグ側時定数がプロセスゲイン１
   の標準プロセスの時定数Ｔｐと等しいという設定のリー
   ドラグ補償演算を行い、この演算結果を前記 制御対象プ
   ロセスへの操作量として出力するリードラグ補償部と、前記パラメータ変換部で算出されたプロセスゲインＫｐ
   １、前記標準プロセスに合わせて調整された前記ＰＦＣ
   ゲインＫｆから、前記制御対象プロセスに応じたＰＦＣ
   ゲインの修正値Ｋｆ１をＫｆ１＝Ｋｆ×Ｋｐ１によって
   算出して、前記 ＰＦＣ演算部のＰＦＣゲインＫｆをこの
   修正値Ｋｆ１に変更する ＰＦＣ調整部と、前記パラメータ変換部で算出されたプロセスゲインＫｐ
   １、前記標準プロセスに合わせて調整された前記ＳＡＣ
   ゲインγから、前記制御対象プロセスに応じたＳＡＣゲ
   インの修正値γ１をγ１＝γ／Ｋｐ１によって算出し
   て、前記操作量算出部のＳＡＣゲインγをこの修正値γ
   １に変更する ＳＡＣ調整部と、前記パラメータ変換部で算出されたプロセスむだ時間Ｌ
   ｐ１、前記標準プロセスに合わせて調整された前記制御
   周期パラメータｄＴ、前記標準プロセスのむだ時間Ｌｐ
   から、前記制御対象プロセスに応じた制御周期パラメー
   タの修正値ｄＴ１をｄＴ１＝Ｌｐ×ｄＴ／Ｌｐ１によっ
   て算出して、前記ＰＦＣ演算部、前記規範モデル演算
   部、前記操作量算出部及び前記リードラグ補償部の各制
   御周期パラメータｄＴをこの修正値ｄＴ１に変更する 周
   期調整部とを有することを特徴とするＳＡＣコントロー
   ラ。