JP3924974B2

JP3924974B2 - 制御パラメータ決定方法及び装置

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Publication number: JP3924974B2
Application number: JP02573899A
Authority: JP
Inventors: 宏司相馬
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1999-02-03
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2019-02-03
Also published as: JP2000222002A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御パラメータ決定方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
例えばアルミ押し出し形成を行う場合には、加熱したアルミ地金を、所定の速度（目標）で金型（「ダイス」とも称されている）内を通過させることにより、所定形状のアルミ製品を製造するようになっている。このとき、金型内を通過させる移動速度が必要以上に遅いと生産性が低下する。一方、移動速度が速すぎると、製造されたアルミ製品の表面が脈打ったり、クラックが生じたりして不良品となる。つまり、アルミ地金の移動速度は、不良品とならない範囲でできるだけ速い速度とするのが生産性を向上する点で好ましい。
【０００３】
そこで、係る速度を目標値と設定し（実際には、定常状態での揺らぎ等を考慮し、良品と不良品の臨界点よりも一定のマージンだけ低くした値を目標値に設定する）、アルミ地金を移動させる駆動装置における操作量を制御し、制御量としてのアルミ地金の移動速度をできるだけ、上記目標値になるように制御することが行われる。そして、この制御は開始当初の過渡期ではできるだけ速く目標値に到達するようにし、目標値に到達した後の定常状態では、制御量が変動することなくその目標値を維持するように制御することになる。
【０００４】
ところで、上記した制御を行う場合に、例えばＰＩＤ制御が用いられる。特に、過渡期においては制御量の目標値と実際の値との偏差に基づき、偏差が大きければ操作量も大きくし、偏差が小さい場合には操作量も小さくするように制御する比例動作（Ｐ動作）が制御結果に大きく寄与する。つまり、Ｐ動作の効き具合を左右する比例ゲインを大きくとると、早く目標値に到達することができるものの、オーバーシュートしてしまうおそれもある。そして、大きくオーバーシュートすると、移動速度が上記臨界点を超えてしまうため、不良品となる。逆に、比例ゲインを小さくすると、オーバーシュートしないものの、移動速度が遅く生産性が低下する。
【０００５】
そこで、Ｐゲインをどのような値にするかが、生産性を向上する上で重要な要素となる。しかし、実際のアルミ押し出し形成の場合には、アルミ地金に対する加熱温度や、金型の寸法形状や、材質・品質等の各種のファクターが存在するため、専ら熟練した技術者の経験則により決定していた。
【０００６】
一方、実際に動作させながら学習を行い、ＰＩＤゲインを自動的に求める方法として、例えば単純に今までに行った際の操作量の最大値を学習するという手法がある。この場合、操作量がその最大値をとったあと制御対象は安定（目標速度に対してオーバーシュートが発生していない，厚みが致命的な薄さにまで達していない等）しているという指標が必要であり、そのための制御結果の良否の判断機能を付加する必要があった。
【０００７】
さらに、アルミ押し出しにおける制御対象である速度制御や、厚み制御等は、応答性の早い制御対象であるため、設定を誤ると品質を維持できる以上の速度に達してしまったり、厚み制御においては致命的な薄さまで薄くなる等の不具合が生じその結果生産性の低下を招くことがあるので、制御するための各種のパラメータを精度よく設定する必要がある。
【０００８】
また、制御波形自体を記憶すればどの程度の操作量まで出力できるかの判断を比較的正確に行うことができる。しかし、この方法では大量のメモリが必要になり、少ないメモリで実用に耐えるというものではなかった。
そこで、自動的にパラメータ等を決定する場合には、生産性を犠牲にして相当の安全を見越した値にせざるを得なかった。
【０００９】
本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記した問題を解決し、制御量をオーバーシュートすることなく早期に目標値に到達することのできるＦＦ制御，ＰＩＤ制御における制御パラメータを決定することのできる制御パラメータ決定方法及び装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る制御パラメータ決定方法では、ＰＩＤ制御の制御パラメータを決定する制御パラメータ決定装置における決定方法であって、その制御の操作量について、大きさにより予め分けられた複数の操作量区分単位で各操作量区分の存在時間を管理する。そして、取得した制御対象の操作量に該当する操作量区分の存在時間を加算する行程、１回の制御が終了後、それぞれの操作量区分について、それぞれの操作量区分に対応する存在時間が予め設定された閾値以上となる操作量区分の中で、前記大きさが最も大きい操作量区分を抽出する行程、その抽出した操作量区分の操作量の大きさに基づいて前記ＰＩＤ制御における操作量の初期操作量に関する制御パラメータを決定する行程を有するようにした（請求項３）。
【００１１】
そして、係る方法を実施するのに適した決定装置としては、例えばＰＩＤ制御する制御装置における制御パラメータを決定する制御パラメータ決定装置であって、取得した制御対象の操作量の変化について、その操作量が、大きさにより予め分けられた複数の操作量区分のそれぞれの操作量区分ごとに存在した存在時間を計測する手段と、前記それぞれの操作量区分ごとの存在時間を記憶する記憶部と、それぞれの操作量区分について、前記記憶部に格納された対応する存在時間が予め設定された閾値以上となるものの中で、前記大きさが最も大きい操作量区分を求め、求めた操作量区分の操作量の大きさに基づいて、前記ＰＩＤ制御における操作量の初期操作量に関する制御パラメータを決定する決定手段と、を備えて構成することである（請求項１）。これら請求項１，３に記載の発明が第１の実施の形態により実現されている。つまり、初期操作量ゲイン学習部３並びにその作用に対応する。
【００１３】
また、本発明に係る別の決定装置としては、フィードフォワード制御付きのＰＩＤ制御をする制御装置における制御パラメータを決定する制御パラメータ決定装置であって、取得した制御対象の操作量の変化について、その操作量が、大きさにより予め分けられた複数の操作量区分のそれぞれの操作量区分ごとに存在した存在時間を計測する手段と、前記それぞれの操作量区分ごとの存在時間を記憶する記憶部と、それぞれの操作量区分について、前記記憶部に格納された対応する存在時間が予め設定された閾値以上となるものの中で、前記大きさが最も大きい操作量区分を求め、求めた操作量区分の操作量の大きさに基づいて得られた初期操作量に関する値と、予め設定されたフィードフォワードゲインに基づく値とを比較し、大きい方の値を前記制御の操作量における初期操作量に関する制御パラメータに決定する決定手段を備えて構成することである（請求項２）。これら、請求項２に記載の発明が、第２の実施の形態や第４の実施の形態により実現されている。
【００１４】
本発明では、最初にある程度大きな操作量を初期値（初期操作量）として与えることにより、迅速に目標値に達するようにしている。但し、あまり大きな値にすると、制御量がオーバーシュートしてしまう。そして、例えば、温度制御等でなく、速度制御，厚み制御等においては、オーバーシュートがそのまま不良品の発生となる。つまり、品質を維持できる以上の速度に達してしまったり、厚み制御においては致命的な薄さまで薄くなる等の不具合が生じその結果生産性の低下を招くことがある。そこで、係る不具合を発生しない範囲で、できるだけ大きな初期操作量を求めるのが好ましく、それを実現するのが上記した各請求項に記載の発明である。
【００１５】
すなわち、実際の制御を行った際に得られる操作量を、順次取得する。そして、取得した操作量に基づいて対応する操作量区分の存在時間を加算する。よって、１回の制御が終了した際に各操作量区分の存在時間が分かる。従って、少なくとも存在時間が０の操作量区分に属する操作量は、実際の処理に使用しない大きな操作量であるので初期操作量として使用することはできない（使用すると制御量がオーバーシュートする可能性が高い）。
【００１６】
また、たとえいくらかの存在時間が検出された操作量区分であっても、その存在時間が短い場合には、例えば外乱等により瞬間的に操作量が大きくなったことが予想される。また、正常動作で発生したとしても、その発生期間が短いとその制御において長期間係る操作量を与えるとオーバーシュートをすることを意味するので、初期操作量として最初から係る大きな値を与えた場合、大きすぎて直ぐにオーバーシュートしたり、開始当初に直ぐに操作量を低く抑える必要があり、スムーズな制御が期待できない。
【００１７】
そこで、閾値以上の存在時間があった操作量区分の中で最も大きな区分に基づいて初期操作量に関する情報（実施の形態では初期操作量割合或いは初期操作量ゲイン）を決定することにより、安全でしかも大きな初期操作量を与えることができる。
【００１８】
さらに、請求項２のようにフィードフォワード（ＦＦ）ゲインも初期操作量を決定する判断条件の１つとすると、初期操作量を安全な範囲でより大きく設定することができる。また、操作量があまり変化なく、比較的早く制御量が目標値に達するような場合にも、大きな初期操作量を設定できる。そして、このＦＦゲインは、人があらかじめ設定したものでもよい。
【００２１】
ＦＦ制御付きのＰＩＤ制御の場合、目標値が近づくと比例ゲインがほとんど０になるのでＦＦゲインの設定が十分でないとなかなか目標に達しない。そこで制御パラメータとしてＦＦゲインを適切に設定することが、最終的に制御量が比較的早く目標値に達するための重要な要素の１つとなる。そこで、実際の制御で定常状態のときの操作量に基づいてＦＦゲインを求めることにより、適切なＦＦゲインを設定することができる。
【００２３】
「定常状態」は、制御量が目標値に達することはもちろん、ほぼ目標値に到達した場合も含む。そして、「定常状態における操作量」は、実施の形態に示すように定常状態になったときの操作量や、制御終了時の操作量はもちろん、定常状態の時の任意の操作量を用いることができ、しかも、１つのみではなく、複数の時点で取得した操作量を用いることもできる。そして、ここでいう「操作量」も、「初期操作量に関するパラメータ」と同様に「操作量」そのものはもちろんのこと、操作量を最大操作量で割った操作量割合や、さらにそれを目標値で割った操作量ゲイン（ＦＦゲイン）等を含む。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本形態では、例えば図１に示すように、操作量を０からでなく一定の初期操作量を与え、そこからＰＩＤ制御を実行して、操作量を制御することにより、制御量を目標値に収束させるような制御装置を前提とし、その初期操作量，初期操作量ゲイン等の制御パラメータを決定する学習装置部分に特徴を有するものであり、その具体的な構造としては、図２に示すようになっている。
【００２５】
すなわち、図２に示すように、Ａ／Ｄ変換器１を介して、操作量と制御量が演算部２に与えられる。この演算部２には、初期操作量ゲイン学習部３及び操作量生成部５を備えており、初期操作量ゲイン学習部３にて学習して決定した初期操作量ゲインなどの制御パラメータを記憶装置６に格納する。
【００２６】
そして、実際の運転の際には、Ａ／Ｄ変換器１を介して与えられる現在の操作量と制御量を取得し、記憶装置６に格納された制御パラメータに基づいて操作量を決定し、その決定した操作量をＤ／Ａ変換器７を介して制御対象の装置・アクチュエータに与え、制御するようにしている。操作量生成部５における具体的な演算処理は、ＦＦ制御とＰＩＤ制御を併用した処理を行うもので、ＦＦゲイン等を使って計算した操作量に比例ゲイン×偏差＋積分ゲイン×Σ偏差を実行する。そして、初期状態であるので微分ゲインはなくした。さらに、積分ゲインは比較的小さく設定している。
【００２７】
ここで本発明の要部となる初期操作量ゲイン学習部３の機能を説明する。まず、図３を用いて初期操作量ゲイン学習部３の動作原理について説明すると、最大操作量の１００％から所定の値（例えば４０％）の間を複数の領域に分割する。図示の例では１０％刻みで行っている。そして、実際の操作量（最大操作量に対する割合）と各領域を区切る下限値とを比較し、下限値以上となっている時間を計測する。そして、各領域の計測時間とあらかじめ定めた基準時間（閾値）とを比較し、基準時間以上出力された操作量区分の中で最も大きい区分を抽出し、その抽出した操作量区分の下限値から初期操作量（初期操作量割合）を決定し、記憶装置６に保存する。
【００２８】
一例を示すと、以下のようなデータが得られたとする。ここで、操作量区分に示すＸ％とは、その操作量区分の下限値を示している。つまり、操作量区分７０％とは、最大操作量の７０％以上８０％未満の操作量の領域を意味する。また、存在秒数は各領域を区分けする下限値以上となっている期間を計測しているので、例えば操作量が５０％以上６０％未満のときには、操作量区分５０％の欄と４０％の欄の両方の存在秒数にカウントされる。
【００２９】
【表１】

【００３０】
この場合において、例えば閾値として５秒という値を設定しておくと、５秒以上となっている中で最も大きい操作量区分は、７０％以上８０％未満の領域となる。従って、今回と同一の制御対象では、最大操作量は７０％以上８０％未満の範囲内になるので、その操作量区分の下限値である７０％までは操作量を出力しても問題がないといえる。そこで、次回の初期操作量Ｘを最大操作量の７０％に決定する。
【００３１】
このようにすると、次回の操作量は、例えば図３中二点鎖線で示すように当初から７０％という大きくしかも安全（引張速度が速くて不良品を生じることのない速度）な操作量で操作することができるので、制御量も同図中一点鎖線で示すようになり、比較的早く目標値に達することができ、しかもオーバーシュートもしない。
また、実際の初期操作量ゲインは、上記のように操作量割合が７０％と接待された場合には、
（最大操作量×７０％）／目標値
を演算することにより求められる。そして、上記した処理を初期操作量ゲイン学習部３で行う。
【００３２】
さらに、ＰＩＤ制御をする際の制御パラメータの１つであるＫｐゲインも、初期操作量にあてはめて安全な範囲で大きくし、より迅速に目標値に到達するように制御できる。すなわち、単純なＰＩＤ制御における比例ゲインＫｐによる操作量は、本来、
（目標値−現在値）×Ｋｐ
で与えられる。
【００３３】
そこで、比例ゲインによる操作量を、上記のようにして決定された初期操作量と等しくすると、なめらかな操作量による制御が実現できる。つまり、例えば、初期操作量割合が７０％の場合、初期操作量は「最大操作量×７０％」であるので、
（目標値−現在値）×Ｋｐ＝最大操作量×０．７
が成り立つようなＫｐ（Ｐゲイン）を求める。ここで、制御開始時の速度（ラム速度）が０とすると、
Ｋｐ＝最大操作量×０．７／目標値
となる。
【００３４】
また、ＰＩＤ制御が、仮想目標値付きのＰＩＤ制御の場合には、
（目標値＋目標値補正量）×Ｋｐ＝最大操作量×０．７
但し、Ｋｐは固定
の式から目標値補正量を計算する等の方式によって操作量をなめらかに出力する等の方式をとることができる。
【００３５】
そして、上記処理を行う初期操作量ゲイン学習部３における具体的な処理としては、図４，図５に示すフローチャートのようになっている。すなわち、図６に示すように、各領域（操作量区分）に存在する秒数を格納するカウンタエリアと（Ｘ％の区分を格納するのがＸ％用カウンタエリア）、各領域に対する操作量の存在の有無等の状態を格納するフラグ格納エリアを関連付けてメモリ領域を確保しておく。
【００３６】
ここでフラグは、未使用（区分に達したのがなく、カウントしていない場合）が「０」とし、カウント中が「１」とし、一旦カウント開始後操作量がその区分以下になりカウントを止めたならば「２」とする。そして、フラグが「２」になった場合には、それ以後カウントしない。つまり、操作量が一度下降して下側の区分になった後、再度操作量を上昇させて元の高い区分に戻ったような場合でも、再度カウントはしないようにしている。
【００３７】
そして、具体的な処理は、まず制御開始とともにカウンタを初期化（０）する（ＳＴ１）。そして、本例では処理を定型化するために最大操作量に対する操作量の比率（百分率）を基準に設定している。そこで、その操作量の比率（割合）を示すＸを１００（１００％つまり最大操作量）に設定する（ＳＴ２）。
【００３８】
次いで、押し出し中（制御中）か否かを判断し（ＳＴ３）、押し出し中の場合にはその時の操作量を取得し、「操作量／最大操作量」を計算し、操作量の最大操作量に対する割合（操作量割合）を求める（ＳＴ４）。そして、求めた操作量割合がＸ％以上か否かを判断し（ＳＴ５）、Ｘ％未満のときにはステップ６に飛び、そのＸ％のエリアのフラグが「１」か否かを判断する（ＳＴ６）。
【００３９】
そして、フラグが「１」でない場合、つまり、フラグが「０」（カウントしていない）場合とフラグが「２」（すでにカウントが終了している）場合には、そのままステップ７に進み、現在のＸから１０を引いた値を次のＸにセットする。つまり、本形態では、図６にも示したように１０％刻みで区分を設定したため、このステップ７を実行することにより、現在の操作量割合が属するか否かの判定対象が１つ下の区分に設定される。
【００４０】
また、ステップ６の分岐判断で、Ｘ％のエリアのフラグが「１」の場合には、ステップ１２に飛び、そのエリアのフラグを「２」にセットした後、ステップ７に進む。このルートをとるのは、一度操作量が増加してピークに至った後、減少し始めて（目標値に近づきつつある）、１つ以上低い操作量区分になったことを意味する。よって、これ以降に仮に操作量が増加したとしても、それは外乱などの影響により一時的に増加したことが原因と予測できるので、フラグを「２」にセットして、以後のカウントを停止するようにしている。
【００４１】
そして、ステップ７でＸの値を１０減算して得られた新たなＸが、４０未満であるか否かを判断し（ＳＴ８）、４０未満でない場合には、ステップ３に戻り新たに設定されたＸに基づいて上記した処理を実行する。また、Ｘが４０未満の場合には、すでに全ての操作量区分（１００％から４０％まで）について属するか否かを１回チェックしたことになるので、ステップ２に戻り、再度、操作量割合が１００％のものからチェックをすることになる。
【００４２】
また、ステップ４で求めた操作量割合がＸ％以上とすると、ステップ５の分岐判断でＹｅｓとなるので、ステップ９に飛びそのＸ％のフラグが「０」でも「１」でもないかを判断する。そして、「０」，「１」のいずれでもない場合、つまり「２」の場合にはすでにカウント終了した区分であるのでそのままステップ７に進み、Ｘを１０減らして１つ下の区分についての判断をすることになる。
【００４３】
また、ステップ９の判断がＮｏ、つまり、フラクが「１」または「０」のいずれかである場合には、ステップ１０に進み、そのＸ％の区分のカウンタエリアのカウンタ値を１加算し、対応するフラグを「１」にセットした（ＳＴ１１）後、ステップ７に進み、次の１つ下の区分についての判断に移行する。
【００４４】
このようにすることにより、例えば、操作量が上昇中の期間では、その操作量割合（操作量／最大操作量）以下の区分は、全てステップ５の判断でＹｅｓとなり、対応する区分のフラグも「０」または「１」であるので、係る操作量割合以下の区分は、全てカウンタ値が１加算されることになる。
【００４５】
押し出し処理をしている間、上記したカウント処理を実行することにより、各操作量割合の区分の存在時間が計測される。そして、押し出し処理が終了したならば、ステップ３の分岐判断でＮｏとなるので、ステップ１３に飛び、初期操作量ゲインの算出処理に移行する。つまり、まず、Ｘを１００にセットし、そのＸ％用カウンタエリアのカウント値を取得し、それが閾値よりも大きいか否かを判断する（ＳＴ１４）。そして、閾値以下の場合にはステップ１５に進み、Ｘを１０減算した値を新たなＸとする。つまり、１つ下の区分についての判定処理に移行する。
【００４６】
そして、ステップ１５でＸの値を１０減算して得られた新たなＸが、４０未満であるか否かを判断し（ＳＴ１６）、４０未満でない場合には、ステップ１４に戻り新たに設定されたＸ％用カウンタエリアのカウンタ値が、閾値より大きいか否かの判断を行う。このように、ステップ１４からステップ１６を繰り返し実行することにより、最初にステップ１４でＹｅｓとなったＸ％が、基準時間（閾値）以上出力された操作量区分の中で最も大きい操作量区分となる。
【００４７】
このようにして、係る最も大きい操作量区分が特定されたならば、ステップ１４からステップ１７に飛び、「最大操作量×Ｘ％／目標値」を算出し、初期操作量ゲインを求め、処理を終了する。
【００４８】
なお、カウンタ値が閾値以上のものがなくてＸが４０未満になってしまった場合には、ステップ１７の演算処理による初期操作量ゲインを求めることはできないので、そのまま処理を終了する。なお係る場合には、初期操作量ゲインは例えばあらかじめ定めた値（例えば、ＦＦゲイン）を初期操作量ゲインに設定するようにしても良い。
【００４９】
上記したように、複数の領域を設定し、そこに存在するか否かを判定し、その判定結果を記憶するだけでよいので、メモリ容量が少なくてすむ。また、単純に操作量の最大値を求めるのではなく、領域を設定し一定の閾値以上存在した場合にその領域の下限値を初期操作量割合（これに基づいて初期操作量や初期操作量ゲインが求められる）としたため、まず、何らかの外乱などにより瞬間的に操作量が大きくなった場合には、閾値未満となるので、初期操作量決定の対象からそれを排除できる。また、下限値としたことから、実際の操作量の最大値を超えることはない。よって、安全な範囲で大きい操作量ゲインを設定でき、迅速性と確実性（品質の劣化等のない）の両方の調和を図れる。
【００５０】
図７は、初期操作量ゲイン学習部３の別の実施の形態の要部を示している。すなわち、この形態では初期操作量ゲインの求め方が、第１の実施の形態と少し異なる。つまり、第１の実施の形態では、ステップ１７の演算結果をそのまま初期操作量ゲインに決定したが、本実施の形態では、操作量区分の中で最も大きい操作量区分を抽出した（ＳＴ１４でＹｅｓ）ならば、「最大操作量×Ｘ％／目標値」を算出し、その算出値がＦＦゲインよりも大きいか否かを判断する（ＳＴ１８）。ここで比較対象のＦＦゲインは、フィードフォワード処理をする際に用いられるＦＦゲインであり、あらかじめ経験則などに基づいて人が設定したものでも良いし、後述するようにＦＦゲイン学習部４で求めたものでも良い。
【００５１】
そして、「最大操作量×Ｘ％／目標値」の方が大きい場合には、その算出値を初期操作量ゲインに決定する（ＳＴ１７）。また、ＦＦゲインの方が大きい場合にはＦＦゲインを初期操作量ゲインに決定する（ＳＴ１９）。さらに、このようにＦＦゲインを利用する方法をとった場合、第１の実施の形態の変形例でも説明したように、閾値以上のカウンタ値がない時には、ステップ１６でＹｅｓになるが、その場合にＦＦゲインを初期操作量ゲインに決定するようにしている（ＳＴ２０）。
【００５２】
このようにすると、例えば「最大操作量×Ｘ％／目標値」が小さかったり、そもそも閾値以上となるカウンタ値がなく「最大操作量×Ｘ％／目標値」自体を算出することができないような場合でも、できるだけ大きい初期操作量ゲインを設定することができる。なお、その他の構成並びに作用効果は、図４，図５に示すフローチャートと同様であるのでその詳細な説明を省略する。
【００５３】
図８は、本発明の第３の実施の形態を示している。本実施の形態は、上記した第１，第２の実施の形態と相違して、定常状態に至った際の操作量に基づいて制御パラメータを求めるようにしている。具体的には、初期操作量ゲイン学習部３に替えてＦＦゲイン学習部４を設けている。
【００５４】
まず、ＦＦゲイン学習部４の概略の機能を説明すると、定常状態に達した後（＝目標値到達後）の操作量（ポイントＡ）と、この制御が終了する直前の操作量（ポイントＢ）の少なくとも一方を使用する。
【００５５】
一例を示すと、操作量と制御量が図９のようになっているとすると、ポイントＡ，Ｂはそれぞれ図示したような値となる。ここで、定常状態に達したとは、目標値に到達したことはもちろんのこと、ほぼ目標値に到達した（例えば目標値の９５％など）場合としても良い。そして、ポイントＡ或いはポイントＢにおけるＦＦゲインを次回の初期操作量ゲインに設定する。
【００５６】
また、両方を用いて演算処理をし、それによりＦＦゲインひいては初期操作量ゲインを決定することもできる。すなわち、ポイントＡにおけるＦＦゲインを初期ＦＦゲインとし、ポイントＢにおけるＦＦゲインを終了ＦＦゲインとする。そして、次式によりＦＦゲインを求めることになる。ここでＫはあらかじめ設定しておく。
【００５７】
【数１】

【００５８】
そして、Ｋの値を０にすると、ＦＦゲイン＝ポイントＡ（初期ＦＦゲイン）となり、Ｋの値を１にすると、ＦＦゲイン＝ポイントＢ（終了ＦＦゲイン）となる。この場合に、前者にすると立ち上がりを早くすることができ、また後者にすると終了までが時間がかかるが、オーバーシュートがなくなる。そして、実際には上記２つの特徴を踏まえ、適宜の組み合わせでＦＦ制御付きのＰＩＤコントローラにおけるＦＦゲインとして使用する。また、このＦＦゲインを初期操作量ゲイン（初期操作量は「ＦＦゲイン×目標値」）として設定することもできる。
【００５９】
すなわち、ＦＦ付きのＰＩＤコントローラの場合、オーバーシュートを防ぐためには、積分をあまり使わずＦＦ量を適切な値に設定することであるが、ＦＦ量の設定が適切でないと、制御量が目標値に近づくと、偏差が少なくなるので比例ゲインがほとんど０になってしまい、制御量が目標値に到達するまでに時間がかかってしまう。そこで、上記いずれかの方式によりＦＦゲインを決定することで、適切なＦＦ量（ＦＦゲイン）を設定することができる。
【００６０】
このようにすると、例えば図１０に示すように、初期操作量が有限の幅をもったきざみであり、比較的すぐに制御量が目標値に到達するようなものでも対応することができる。さらに、このＦＦゲインを、初期操作量ゲインに設定すると、なめらかな制御が可能となる。
【００６１】
さらに本形態では、１回の押し出し処理により得られたＦＦゲインが有効なものか否かを判断し、有効なもののみ次回の制御に利用し、有効でない場合には学習をしないようにする。具体的には、制御が正常に行われたものであり、しかも、前回求めたＦＦゲインと今回のＦＦゲインを比較し、そのずれが一定の範囲内である（実際には、終了ＦＦゲイン同士の比で判断している）ことの２つの条件を満たした時に、実際にＦＦゲインの算出・格納するようにしている。
【００６２】
そして、上記した処理を行うためのＦＦゲイン学習部４の具体的な機能は、図１１，図１２に示すフローチャートのようになる。すなわち、まず押し出し開始と同時に前回の終了ＦＦゲインの値を、前回終了ＦＦゲイン記憶エリアに格納する（ＳＴ２１）。この記憶エリアは、記憶装置６内に確保してもよいし、ＦＦゲイン学習部４内のバッファ等を用いてもよい。
【００６３】
次いで、サンプリングごとに「速度（制御量）／目標速度（目標値）」と「操作量／目標速度（目標値）」を算出し、それぞれメモリに格納する（ＳＴ２２）。そして、「速度／目標速度＝設定値」になったときの「操作量／目標値」を初期ＦＦゲインに決定し、初期ＦＦゲイン記憶エリアに格納する（ＳＴ２３）。この記憶エリアも、上記した前回終了ＦＦ記憶エリアと同様、どの場所にあってもよい。そして、押し出し終了と同時に速度（制御量）と操作量のサンプリングを停止する（ＳＴ２４）。
【００６４】
次いで、今回の制御に伴い取得したデータが適合データか否かを判断する（ＳＴ２５）。つまり、速度（制御量）／目標値が、決められた範囲内（例えば９０から１００％）に収まっていたか否かを判断し（ＳＴ２５）、範囲外の場合には学習せず、範囲内の場合には、終了ＦＦゲイン記憶エリアに、終了時の「操作量／目標値」を格納する（ＳＴ２６）。
【００６５】
そして、前回終了ＦＦゲインと今回の終了ＦＦゲインの比（前回／今回＝安全度）を求め、その値が一定の範囲内（８０から１２０）にあるか否かを判断し（ＳＴ２７）、範囲外の場合には学習せず、範囲内の場合には、今回取得した初期ＦＦゲインと終了ＦＦゲインを読み出すとともに、あらかじめ定めた値Ｋ（Ｋは０以上１以下）に基づいて、「Ｋ×終了ＦＦゲイン＋（１−Ｋ）×初期ＦＦゲイン」を求め（ＳＴ２８）、その算出値をＦＦゲインとする（ＳＴ２９）。
【００６６】
図１３は、本発明の第４の実施の形態を示している。本実施の形態は、上記した第１，第３の実施の形態を組み合わせたもの、つまり第２の実施の形態において初期操作量ゲインを決定する際のＦＦゲインとして、実際の操作に基づいて求めたＦＦゲインを利用したものである。
【００６７】
具体的な構成は、図１３に示すように、演算部２に初期操作量ゲイン学習部３とＦＦゲイン学習部４と操作量生成部５を有している。そして、ＦＦゲイン学習部４は、第３の実施の形態と同様に図１１，図１２に示すフローチャートを実施する機能を有している。また、初期操作量ゲイン学習部３は、第２の実施の形態と同様で、図４と図７のフローチャートを実施する機能を有している。そして、図７における処理ステップ（ＳＴ１８〜ＳＴ２０）で用いるＦＦゲインの値が、ＦＦゲイン学習部４で得られた値を使用するようにしている。
【００６８】
図１４は、本発明を利用したアプリケーションの１つであるアルミ形成をするための押し出し機器に適用した例を示している。同図に示すように、円柱状のアルミ地金１０を金型（ダイス）１１内を通過させることにより、その金型１１の形状に沿ったアルミ形材（アルミサッシ）が製造される。このとき、アルミ地金１０を金型１１と反対側に配置した油圧シリンダ１３により所定の速度で押し出すようになっており、その押し出し速度は、油圧ポンプ１５から送られる油圧量により制御され、その油圧量はポンプコントローラ１６からの制御信号により動作する。
【００６９】
そして、このポンプコントローラ１６は、ＰＬＣ１７から与えられる操作量としての制御信号（電圧）により動作し、ＰＬＣ１７は、制御量としてのシリンダ速度を取得し、それが設定された目標速度（目標値）になるように、上記制御信号を出力する。このＰＬＣ１７は、ＦＦ＋ＰＩＤ制御をするもので、このときに使用する初期操作量，初期操作量ゲイン及びまたはＦＦゲインなどの制御パラメータが、本発明の制御パラメータ決定装置により決定され、セットされる。つまり、この例では本発明はＰＬＣ１７内に内蔵されていることになる。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る制御パラメータ決定方法及び装置では、制御量をオーバーシュートすることなく早期に目標値に到達することのできるＦＦ制御，ＰＩＤ制御における制御パラメータを決定することができる。
【００７１】
請求項１の発明では、初期操作量に関する制御パラメータを安全な範囲（オーバーシュートしない）で大きく設定することができる。これにより、最初から大きな操作量であるので、制御量も迅速に目標値に近づく。また、請求項２の発明では、ＦＦゲインも加味するので、より大きな初期操作量を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】操作量と制御量の関係を示す図である。
【図２】本発明に係る制御パラメータ決定装置の第１の実施の形態を示す図である。
【図３】初期操作量ゲイン学習部の動作原理を説明する図である。
【図４】初期操作量ゲイン学習部の機能を示すフローチャートの一部である。
【図５】初期操作量ゲイン学習部の機能を示すフローチャートの一部である。
【図６】初期操作量ゲイン学習部で使用するメモリのデータ構造を示す図である。
【図７】本発明に係る制御パラメータ決定装置の第２の実施の形態の要部となる初期操作量ゲイン学習部の機能を示すフローチャートの一部である。
【図８】本発明に係る制御パラメータ決定装置の第３の実施の形態を示す図である。
【図９】ＦＦゲイン学習部の動作原理を説明する図である。
【図１０】操作量と制御量の関係を示す図である。
【図１１】ＦＦゲイン学習部の機能を示すフローチャートの一部である。
【図１２】ＦＦゲイン学習部の機能を示すフローチャートの一部である。
【図１３】本発明に係る制御パラメータ決定装置の第４の実施の形態を示す図である。
【図１４】本発明に係る制御パラメータ決定装置の利用形態の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ＡＤ変換器
２演算部
３初期操作量ゲイン学習部
４ＦＦゲイン学習部
５操作量生成部
６記憶部
７ＤＡ変換器

Claims

ＰＩＤ制御する制御装置における制御パラメータを決定する制御パラメータ決定装置であって、
取得した制御対象の操作量の変化について、その操作量が、大きさにより予め分けられた複数の操作量区分のそれぞれの操作量区分ごとに存在した存在時間を計測する手段と、
前記それぞれの操作量区分ごとの存在時間を記憶する記憶部と、
それぞれの操作量区分について、前記記憶部に格納された対応する存在時間が予め設定された閾値以上となるものの中で、前記大きさが最も大きい操作量区分を求め、求めた操作量区分の操作量の大きさに基づいて、前記ＰＩＤ制御における操作量の初期操作量に関する制御パラメータを決定する決定手段と、を備えたことを特徴とする制御パラメータ決定装置。
フィードフォワード制御付きのＰＩＤ制御をする制御装置における制御パラメータを決定する制御パラメータ決定装置であって、
取得した制御対象の操作量の変化について、その操作量が、大きさにより予め分けられた複数の操作量区分のそれぞれの操作量区分ごとに存在した存在時間を計測する手段と、
前記それぞれの操作量区分ごとの存在時間を記憶する記憶部と、
それぞれの操作量区分について、前記記憶部に格納された対応する存在時間が予め設定された閾値以上となるものの中で、前記大きさが最も大きい操作量区分を求め、求めた操作量区分の操作量の大きさに基づいて得られた初期操作量に関する値と、予め設定されたフィードフォワードゲインに基づく値とを比較し、大きい方の値を前記制御の操作量における初期操作量に関する制御パラメータに決定する決定手段を備えたことを特徴とする制御パラメータ決定装置。
ＰＩＤ制御の制御パラメータを決定する制御パラメータ決定装置における決定方法であって、
その制御の操作量について、大きさにより予め分けられた複数の操作量区分単位で各操作量区分の存在時間を管理し、
取得した制御対象の操作量に該当する操作量区分の存在時間を加算する行程、
１回の制御が終了後、それぞれの操作量区分について、それぞれの操作量区分に対応する存在時間が予め設定された閾値以上となる操作量区分の中で、前記大きさが最も大きい操作量区分を抽出する行程、
その抽出した操作量区分の操作量の大きさに基づいて前記ＰＩＤ制御における操作量の初期操作量に関する制御パラメータを決定する行程を有することを特徴とする制御パラメータ決定方法。