JP4546437B2 - オートチューニング装置およびオートチューニング方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＩＤ等のコントローラのパラメータ調整に関する技術であり、特に制御対象に一定振幅の操作量を出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいてコントローラのパラメータを調整するリミットサイクルオートチューニングに関するものである。

汎用の温調計などに搭載されるＰＩＤコントローラには、ＰＩＤパラメータの調整を実現するためのオートチューニング機能が備えられており、オートチューニング機能によりＰＩＤパラメータの調整が簡易に行えるようになっている。このオートチューニング機能の代表的な手法としては、制御対象に出力する操作量ＭＶに上限値と下限値を予め設定し、操作量振幅が一定のリミットサイクルを発生させて、ＰＩＤパラメータを調整するリミットサイクル方式がある（例えば、特許文献１参照）。

以下、リミットサイクル方式について簡単に説明する。図９は従来のリミットサイクル方式を説明するための波形図、図１０は従来のリミットサイクル方式の処理の流れを示すフローチャートである。最初に、オートチューニングの実行時に制御対象に出力する操作量ＭＶの下限値ＯＬ＿ＡＴと上限値ＯＨ＿ＡＴとを予め設定しておく。
オートチューニングの実行時には、、制御量ＰＶと設定値ＳＰを比較し（図１０ステップ４０１）、制御量ＰＶが設定値ＳＰより大きい場合、操作量ＭＶの下限値ＯＬ＿ＡＴを制御対象に出力し（ステップ４０２）、制御量ＰＶが設定値ＳＰ以下の場合、操作量ＭＶの上限値ＯＨ＿ＡＴを制御対象に出力する（ステップ４０３）。

次に、制御量ＰＶの極値を検出する上下動極値検出処理を行う（ステップ４０４）。ステップ４０１〜４０４の処理を制御周期毎に行い、制御量ＰＶの極値を４つ検出すると、上下動極値の検出完了となる。ここで、設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差Ｅｒは次式により得られる。
Ｅｒ＝ＳＰ−ＰＶ ・・・（１）

そして、図９に示すように、検出した４つの極値のうち、最新の極値における偏差を第１の極値偏差Ｅｒ１、２番目に新しい極値における偏差を第２の極値偏差Ｅｒ２、３番目に新しい極値における偏差を第３の極値偏差Ｅｒ３とする。また、第１の極値偏差Ｅｒ１の直前に偏差Ｅｒの正負が逆転した時刻ｔ５から第１の極値偏差Ｅｒ１が得られた時刻ｔ６までの時間を第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１とし、また、第２の極値偏差Ｅｒ２の直前に偏差Ｅｒの正負が逆転した時刻ｔ３から第２の極値偏差Ｅｒ２が得られた時刻ｔ４までの時間を第２の操作量切換経過時間Ｔｈ２とする。

最後に、比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉ及び微分時間ＴｄからなるＰＩＤパラメータを次式のように算出し、算出したＰＩＤパラメータを制御装置の制御演算部に設定する（ステップ４０５）。
Ｐｂ＝２５０｜Ｅｒ２−Ｅｒ１｜／（ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴ） ・・・（２）
Ｔｉ＝６（Ｔｈ１＋Ｔｈ２） ・・・（３）
Ｔｄ＝１．２（Ｔｈ１＋Ｔｈ２） ・・・（４）
以上で、オートチューニングが終了する。

特開２００３−３３０５０４号公報

市販されているコントローラの多くは、実際の制御中に制御対象に出力する操作量ＭＶの出力上限値ＯＨと出力下限値ＯＬをそのままオートチューニング時の操作量上限値ＯＨ＿ＡＴ、操作量下限値ＯＬ＿ＡＴとして利用する。通常は、ＯＨ＝１００％、ＯＬ＝０％に設定されていることが多く、ゆえにオートチューニング時の操作量上限値はＯＨ＿ＡＴ＝１００％となり、操作量下限値はＯＬ＿ＡＴ＝０％となることが多い。

温度制御において保温性の高い制御対象では、設定値ＳＰ付近に制御量ＰＶを維持するために必要な操作量ＭＶは、概ねＭＶ＝２０％以下というようにかなり低い。この状況でＯＨ＿ＡＴ＝１００％の設定のままＭＶ＝０％〜１００％のオートチューニングを実行すると、温度上昇が高くて温度降下が遅い（保温性が高く冷え難い）ので、オートチューニングに多大な時間を要するという問題が生じる（図１１）。図１１に示した例では、制御対象の保温性が高く冷え難いため、オートチューニング中に操作量上限値ＯＨ＿ＡＴが出力される時間Ｔ＿ＯＨに比べて、操作量下限値ＯＬ＿ＡＴが出力される時間Ｔ＿ＯＬが長いことが分かる。

このような問題については、実際の制御中に利用する操作量出力上限値ＯＨと操作量出力下限値ＯＬをオートチューニング時の操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴとして利用する場合に限らず、予め内部で設定された操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴが、図１１のような不適切な波形を与えるものに該当してしまえば、同様に生じる。問題の対処方法としては、オートチューニングが不適切であると判断できる専門家が、記録計などを用いてオートチューニング時の制御量ＰＶの動きを見ることによって、操作量出力上限値ＯＨと操作量出力下限値ＯＬを適切な値に変更して、オートチューニングを再実行するしかなかった。したがって、多くの場合にオートチューニングが不適切であることが見逃されてしまう可能性があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、リミットサイクル方式によるオートチューニング実行時の操作量の上下限値の設定が適切か否かを判定することができるオートチューニング装置およびオートチューニング方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、オートチューニング実行時の操作量の上下限値の適切な修正値を自動的に算出することができるオートチューニング装置およびオートチューニング方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、操作量の上下限値を適切な値に修正した後にオートチューニングを自動的に再実行することができるオートチューニング装置およびオートチューニング方法を提供することを目的とする。

本発明は、コントローラの制御パラメータを設定するリミットサイクルオートチューニングの機能を備えたオートチューニング装置において、前記リミットサイクルオートチューニングの実行時に、制御対象に一定振幅の操作量を出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいてコントローラの制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを前記コントローラに設定するリミットサイクルオートチューニング演算手段と、前記リミットサイクルオートチューニングの実行中に検出される制御量の偏差に基づき前記操作量の上限値ＯＨ＿ＡＴと下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が適切か否かを判定する操作量上下限値設定判定手段と、この操作量上下限値設定判定手段によって前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴ又は前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が不適切と判定されたときに、前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴのうちどちらか一方について適切と推測される修正値を算出して、前記リミットサイクルオートチューニング演算手段から出力される前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴ又は前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴを前記修正値に更新する操作量修正手段とを備え、前記操作量上下限値設定判定手段は、前記リミットサイクルオートチューニングの実行中に制御量が極大値又は極小値に達したときの極値偏差のうち、最新の第１の極値偏差の絶対値とこの第１の極値偏差の直前に検出された第２の極値偏差の絶対値との比率ＲＥを、制御量が極大値に達したときの極値偏差が分母になり、制御量が極小値に達したときの極値偏差が分子になるようにして算出する比率算出部と、前記比率ＲＥと予め設定された閾値とを比較して前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が適切か否かを判定する判定部とからなり、前記操作量修正手段は、前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴが不適切と判定された場合に、この操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの修正値ＯＬ＿ＡＴ _new を、ＯＬ＿ＡＴ _new ＝ＯＬ＿ＡＴ＋（ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴ）（ＲＥ−１）／（ＲＥ＋１）により算出し、前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴが不適切と判定された場合に、この操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの修正値ＯＨ＿ＡＴ _new を、ＯＨ＿ＡＴ _new ＝ＯＨ＿ＡＴ＋（ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴ）（ＲＥ−１）／（ＲＥ＋１）により算出することを特徴とするものである。

また、本発明のオートチューニング装置の１構成例は、さらに、前記操作量修正手段の処理の終了後に、前記リミットサイクルオートチューニング演算手段を再起動して、前記リミットサイクルオートチューニング演算手段と前記操作量上下限値設定判定手段と前記操作量修正手段とに処理を再実行させる再起動指示手段を備えるものである。

また、本発明は、リミットサイクルオートチューニング方式によりコントローラの制御パラメータを設定するオートチューニング方法において、前記リミットサイクルオートチューニングの実行時に、制御対象に一定振幅の操作量を出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいてコントローラの制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを前記コントローラに設定するリミットサイクルオートチューニング演算手順と、前記リミットサイクルオートチューニングの実行中に検出される制御量の偏差に基づき前記操作量の上限値ＯＨ＿ＡＴと下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が適切か否かを判定する操作量上下限値設定判定手順と、この操作量上下限値設定判定手順によって前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴ又は前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が不適切と判定されたときに、前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴのうちどちらか一方について適切と推測される修正値を算出して、前記リミットサイクルオートチューニング演算手順で出力する前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴ又は前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴを前記修正値に更新する操作量修正手順とを備え、前記操作量上下限値設定判定手順は、前記リミットサイクルオートチューニングの実行中に制御量が極大値又は極小値に達したときの極値偏差のうち、最新の第１の極値偏差の絶対値とこの第１の極値偏差の直前に検出された第２の極値偏差の絶対値との比率ＲＥを、制御量が極大値に達したときの極値偏差が分母になり、制御量が極小値に達したときの極値偏差が分子になるようにして算出する比率算出手順と、前記比率ＲＥと予め設定された閾値とを比較して前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が適切か否かを判定する判定手順とからなり、前記操作量修正手順は、前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴが不適切と判定された場合に、この操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの修正値ＯＬ＿ＡＴ _new を、ＯＬ＿ＡＴ _new ＝ＯＬ＿ＡＴ＋（ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴ）（ＲＥ−１）／（ＲＥ＋１）により算出し、前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴが不適切と判定された場合に、この操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの修正値ＯＨ＿ＡＴ _new を、ＯＨ＿ＡＴ _new ＝ＯＨ＿ＡＴ＋（ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴ）（ＲＥ−１）／（ＲＥ＋１）により算出することを特徴とするものである。

本発明によれば、リミットサイクルオートチューニングの実行中に出力される操作量の出力時間に基づく判定により、操作量の上下限値の設定が適切か否かを自動的に判定することができる。その結果、コントローラのオートチューニングが不適切であることを見逃してしまう可能性を大幅に低減することができる。

また、本発明では、リミットサイクルオートチューニングの実行中に検出される制御量の偏差に基づく判定により、操作量の上下限値の設定が適切か否かを自動的に判定することができる。

また、本発明では、操作量の上下限値の設定が不適切と判定したときに、操作量の上限値と下限値のうち少なくとも一方について適切と推測される修正値を算出することにより、リミットサイクルオートチューニング演算手段から出力される操作量の上限値又は下限値を修正値に自動的に更新することができる。

また、本発明では、操作量修正手段の処理の終了後に、リミットサイクルオートチューニング演算手段を再起動することにより、操作量の上下限値を適切な値に修正した後にオートチューニングを自動的に再実行することができる。その結果、コントローラの制御パラメータの適切な設定が可能になる。

［発明の原理］
オートチューニング時の操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴのバランスの不適切さは、オートチューニング時において操作量上限値ＯＨ＿ＡＴが出力される時間と操作量下限値ＯＬ＿ＡＴが出力される時間のバランスの悪さに現れる。したがって、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴが出力される時間と操作量下限値ＯＬ＿ＡＴが出力される時間をそれぞれ測定し、それらの時間の比率が特定の閾値範囲から外れる場合に、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が不適切であると自動判定することが可能である。この操作量上下限値が出力される時間に基づく手法を第１の手法と呼ぶ。

また、別の判定指標として、図９で説明した極値偏差の絶対値によっても判定が可能である。すなわち、第１の極値偏差Ｅｒ１の絶対値と第２の極値偏差Ｅｒ２の絶対値との比率が特定の閾値範囲から外れる場合に、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が不適切であると自動判定することが可能である。この極値偏差に基づく手法を第２の手法と呼ぶ。

さらに、第１、第２の手法のいずれの場合においても、算出される比率に基づき操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴを適切なバランスになるように自動的に修正することが可能である。
さらに、修正した操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴを用いて、オートチューニングを自動的に再実行することが可能である。

以下、本発明の原理をより詳細に説明する。リミットサイクル方式によるオートチューニング時の操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴのバランスが不適切な場合、操作量ＭＶと制御量ＰＶの波形は図１１に示したようになる。このとき、図１１中に示した設定値ＳＰがリミットサイクルの中心点と言われる、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの切換点に該当する。

例えば、温度制御において制御対象の温度上昇が速くて温度下降が遅い場合、操作量ＭＶ＝ＯＬ＿ＡＴで温度下降中に操作量ＭＶ＝ＯＨ＿ＡＴが出力されると、急勾配で温度が上昇するため、制御量（温度）ＰＶが設定値ＳＰを下回る時間は短い。すなわち、温度ＰＶが設定値ＳＰを超えた時点で操作量ＭＶ＝ＯＬ＿ＡＴに切り換わるので、操作量ＭＶ＝ＯＨ＿ＡＴが出力される時間Ｔ＿ＯＨは相対的に短時間になる。また、急勾配での温度上昇に伴い、温度ＰＶは設定値ＳＰを大きく超える。すなわち、温度ＰＶが設定値ＳＰを上回る量（図１１の例では第１の極値偏差Ｅｒ１）の絶対値は相対的に大きくなる。

一方、温度下降は緩い勾配になるため、温度ＰＶが設定値ＳＰに戻るまでには時間がかかり、温度ＰＶが設定値ＳＰを上回る時間は長くなる。すなわち、この間は操作量ＭＶ＝ＯＬ＿ＡＴになっており、操作量ＭＶ＝ＯＬ＿ＡＴが出力される時間Ｔ＿ＯＬは相対的に長時間になる。また、温度下降は緩い勾配であるため、温度ＰＶが設定値ＳＰを下回る量（図１１の例では第２の極値偏差Ｅｒ２）の絶対値は相対的に小さくなる。
図１１の例では、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴが操作量下限値ＯＬ＿ＡＴに比べて相対的に高過ぎることにより、設定値ＳＰに対する制御量ＰＶの正負のバランスが不適切な状態になっている。

したがって、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴが出力される時間Ｔ＿ＯＨと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴが出力される時間Ｔ＿ＯＬをそれぞれ測定し、それらの比率ＲＴ＝Ｔ＿ＯＨ／Ｔ＿ＯＬが特定の閾値より小さい場合は、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴが相対的に高過ぎると判定できる。逆に、比率ＲＴが別の特定の閾値より大きい場合は、操作量下限値ＯＬ＿ＡＴが相対的に低過ぎると判定できる。比率ＲＴの分子と分母を入れ替えた比率Ｔ＿ＯＬ／Ｔ＿ＯＨを採用するときも、閾値の扱いを変更すれば、等価な判定が可能であることは言うまでもない。比率Ｔ＿ＯＬ／Ｔ＿ＯＨを採用するときには、比率Ｔ＿ＯＬ／Ｔ＿ＯＨが特定の閾値より大きい場合は、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴが相対的に高過ぎると判定でき、比率Ｔ＿ＯＬ／Ｔ＿ＯＨが別の特定の閾値より小さい場合は、操作量下限値ＯＬ＿ＡＴが相対的に低過ぎると判定できる。

また、極値偏差の絶対値の比率ＲＥ＝｜Ｅｒ２｜／｜Ｅｒ１｜が特定の閾値より小さい場合は、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴが相対的に高過ぎると判定できる。逆に、比率ＲＥが別の特定の閾値より大きい場合は、操作量下限値ＯＬ＿ＡＴが相対的に低過ぎると判定できる。この説明では、第１の極値偏差Ｅｒ１が極大値（設定値ＳＰを上回る値）、第２の極値偏差Ｅｒ２が極小値（設定値ＳＰを下回る値）の場合で説明しているが、極値偏差Ｅｒ１，Ｅｒ２のうちどちらが極大値でどちらが極小値であるかに留意すれば、極大値と極小値が入れ替わっても、等価な判定が可能であることは言うまでもない。第１の極値偏差Ｅｒ１が極小値で第２の極値偏差Ｅｒ２が極大値の場合には、比率ＲＥ＝｜Ｅｒ１｜／｜Ｅｒ２｜を採用すればよい。

さらに、比率ＲＴあるいは比率ＲＥのアンバランスな分だけ、例えばリニアな関係（比率ＲＴ及びＲＥが１である関係）を想定して操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴを修正することは可能であり、より適切な操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの算出が可能である。操作量ＭＶと制御量ＰＶがリニアな関係にあることを想定した場合の修正方法の事例は、後述する。ただし、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの修正方法は、操作量ＭＶと制御量ＰＶのリニアな関係を前提とするものには限定されない。比率ＲＴあるいは比率ＲＥのアンバランスな分をどのように操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの修正に反映させるかは、様々なものが考えられるが、いずれにせよ比率ＲＴあるいは比率ＲＥに基づくことが、有効な修正の根拠になる。

［参考例］
以下、本発明の参考例について図面を参照して説明する。図１は本発明の参考例に係るオートチューニング装置の構成を示すブロック図である。本参考例は、前記第１の手法に基づくものである。
図１のオートチューニング装置は、装置のオペレータによって設定された設定値ＳＰを入力する設定値ＳＰ入力部１と、図示しないセンサによって検出された制御量ＰＶを入力する制御量ＰＶ入力部２と、図示しない制御対象に操作量ＭＶを出力する操作量ＭＶ出力部３と、リミットサイクルオートチューニングの操作量下限値ＯＬ＿ＡＴを設定する２位置操作量下側設定部４と、リミットサイクルオートチューニングの操作量上限値ＯＨ＿ＡＴを設定する２位置操作量上側設定部５と、リミットサイクルオートチューニングの処理手順を実行して、操作量ＭＶを制御対象に出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいて図示しないコントローラの制御パラメータを算出するリミットサイクルオートチューニング演算部６と、リミットサイクルオートチューニングの起動指示命令を外部から入力しリミットサイクルオートチューニング演算部６に送る起動指示部７と、リミットサイクルオートチューニング実行中に操作量上限値ＯＨ＿ＡＴが出力される出力時間Ｔ＿ＯＨと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴが出力される出力時間Ｔ＿ＯＬを測定する時間測定部８と、操作量上限値出力時間Ｔ＿ＯＨと操作量下限値出力時間Ｔ＿ＯＬとの比率ＲＴを算出する比率ＲＴ算出部９と、比率ＲＴに基づいて操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が適切か否かを判定する判定部１０と、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴ又は操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が不適切と判定されたときに、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴのうち少なくとも一方について適切と推測される修正値を算出して、２位置操作量下側設定部４が設定する操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと２位置操作量上側設定部５が設定する操作量下限値ＯＬ＿ＡＴのうち少なくとも一方を修正値に更新する２位置操作量修正部１１と、２位置操作量修正部１１の処理の終了後にリミットサイクルオートチューニングの再起動指示命令をリミットサイクルオートチューニング演算部６に送る再起動指示部１２とを備える。

図２は図１のオートチューニング装置がチューニング対象とするコントローラの構成を示すブロック図である。
コントローラは、設定値ＳＰ入力部２０と、制御量ＰＶ入力部２１と、操作量ＭＶ出力部２２と、オートチューニング後の通常の制御動作時に、設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差に対して制御パラメータに基づくフィードバック制御演算を行って操作量ＭＶを算出する制御演算部２３とを備える。

次に、本参考例のオートチューニング装置のリミットサイクルオートチューニング機能について説明する。図３はオートチューニング装置のリミットサイクルオートチューニング実行時の動作を示すフローチャートである。
まず、起動指示部７は、例えばオペレータからリミットサイクルオートチューニングの起動指示を受けると、リミットサイクルオートチューニング演算部６に起動指示命令を送る。これにより、リミットサイクルオートチューニング演算部６が起動して、リミットサイクルオートチューニングが開始される（図３ステップＳ１００）。

起動したリミットサイクルオートチューニング演算部６は、制御量ＰＶと設定値ＳＰを比較する（ステップＳ１０１）。設定値ＳＰは、装置のオペレータによって設定され、設定値ＳＰ入力部１を介してリミットサイクルオートチューニング演算部６に入力される。制御量ＰＶは、図示しないセンサによって検出され、制御量ＰＶ入力部２を介してリミットサイクルオートチューニング演算部６に入力される。また、リミットサイクルオートチューニング演算部６には、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの初期値が予め設定されている。

リミットサイクルオートチューニング演算部６は、制御量ＰＶが設定値ＳＰより大きい場合、２位置操作量下側設定部４によって設定された操作量下限値ＯＬ＿ＡＴを操作量ＭＶ出力部３に出力し（ステップＳ１０２）、制御量ＰＶが設定値ＳＰ以下の場合、２位置操作量上側設定部５によって設定された操作量上限値ＯＨ＿ＡＴを操作量ＭＶ出力部３に出力する（ステップＳ１０３）。操作量ＭＶ出力部３は、操作量ＭＶ＝ＯＬ＿ＡＴ又はＭＶ＝ＯＨ＿ＡＴを制御対象に出力する。

次に、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、上下動極値検出処理を行う（ステップＳ１０４）。図４はリミットサイクルオートチューニング演算部６の上下動極値検出処理を示すフローチャートである。リミットサイクルオートチューニングにおける制御応答は従来と同様であるので、図４と共に図９を用いて上下動極値検出処理を説明する。

まず、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づいて現制御周期の偏差Ｅｒを式（１）により算出する（図４ステップＳ２００）。続いて、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、次式が成立するかどうかを判定する（ステップＳ２０１）。
｜Ｅｒ｜＞｜Ｅｒｍａｘ｜ ・・・（５）

式（５）において、Ｅｒｍａｘは偏差の最大値で、初期値は０である。リミットサイクルオートチューニング演算部６は、式（５）が成立する場合、Ｅｒｍａｘ＝Ｅｒ、すなわち現制御周期の偏差Ｅｒを最大偏差Ｅｒｍａｘとする（ステップＳ２０２）。

次に、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、偏差Ｅｒの正負が切り換わったかどうかを次式により判定する（ステップＳ２０３）。
ＥｒＥｒ０＜０ ・・・（６）
ここで、Ｅｒ０は１制御周期前の偏差である。式（６）は、現在の偏差Ｅｒと１制御周期前の偏差Ｅｒ０の乗算結果が負のとき、偏差Ｅｒの正負が逆転したと判断するものである。式（６）が不成立の場合は、上下動極値検出が完了していないと判断して、ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０１〜Ｓ１０３とＳ１０４（ステップＳ２００〜Ｓ２０３）の処理が制御周期毎に繰り返されると、偏差Ｅｒの増大に伴って最大偏差Ｅｒｍａｘが更新される。そして、図９の時刻ｔ１になると、式（６）が成立する。

式（６）が成立したとき、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、Ｅｒ１＝Ｅｒｍａｘ、すなわち最大偏差Ｅｒｍａｘを第１の極値偏差Ｅｒ１とする。また、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、前回式（６）が成立した時刻から最大偏差Ｅｒｍａｘが更新された最新時刻までの時間を第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１とする（ステップＳ２０４）。なお、式（６）が初めて成立した場合には、第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１を０とする。

また、偏差Ｅｒの正負が切り換わることは、操作量ＭＶが上限値ＯＨ＿ＡＴから下限値ＯＬ＿ＡＴに、あるいは下限値ＯＬ＿ＡＴから上限値ＯＨ＿ＡＴに切り換わることを意味する。時間測定部８は、操作量ＭＶ出力部３から出力される操作量ＭＶの前回の切換時刻から今回の切換時刻までの時間を操作量上下限値出力時間とする（ステップＳ２０４）。今回の切り換わりで操作量ＭＶが下限値ＯＬ＿ＡＴから上限値ＯＨ＿ＡＴに切り換わった場合には、測定した出力時間は操作量下限値出力時間Ｔ＿ＯＬであり、操作量ＭＶが上限値ＯＨ＿ＡＴから下限値ＯＬ＿ＡＴに切り換わった場合には、測定した出力時間は操作量上限値出力時間Ｔ＿ＯＨであることは言うまでもない。なお、式（６）が初めて成立した段階では、操作量上下限値出力時間を測定することはできない。

次に、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、上下動極値検出完了条件が成立したかどうかを判定する（ステップＳ２０５）。本参考例では、制御量ＰＶの極値を４つ検出することを上下動極値検出完了条件とする。ここでは、制御量ＰＶの極値を１つ検出しただけなので、上下動極値検出が完了していないと判断し、最大偏差Ｅｒｍａｘを０に初期化して（ステップＳ２０６）、ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０１〜Ｓ１０３とＳ１０４（ステップＳ２００〜Ｓ２０３）の処理を制御周期毎に繰り返し、図９の時刻ｔ３になると、式（６）が再び成立する。式（６）が成立したとき、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、Ｅｒ２＝Ｅｒ１、Ｅｒ１＝Ｅｒｍａｘ、Ｔｈ２＝Ｔｈ１、すなわち第１の極値偏差Ｅｒ１の値を第２の極値偏差Ｅｒ２に代入し、最大偏差Ｅｒｍａｘを新たな第１の極値偏差Ｅｒ１とし、第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１の値を第２の操作量切換経過時間Ｔｈ２に代入する。また、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、前回式（６）が成立した時刻ｔ１から最大偏差Ｅｒｍａｘが更新された最新時刻ｔ２までの時間を新たな第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１とする（ステップＳ２０４）。

また、時間測定部８は、操作量ＭＶの前回の切換時刻ｔ１から今回の切換時刻ｔ３までの時間を操作量下限値出力時間Ｔ＿ＯＬとする（ステップＳ２０４）。
次に、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、上下動極値検出完了条件が成立したかどうかを判定する（ステップＳ２０５）。ここでは、制御量ＰＶの極値を２つ検出しただけなので、上下動極値検出が完了していないと判断し、最大偏差Ｅｒｍａｘを０に初期化して（ステップＳ２０６）、ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理を制御周期毎に繰り返し、図９の時刻ｔ５になると、式（６）が再び成立する。式（６）が成立したとき、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、Ｅｒ３＝Ｅｒ２、Ｅｒ２＝Ｅｒ１、Ｅｒ１＝Ｅｒｍａｘ、Ｔｈ２＝Ｔｈ１、すなわち第２の極値偏差Ｅｒ２の値を第３の極値偏差Ｅｒ３に代入し、第１の極値偏差Ｅｒ１の値を第２の極値偏差Ｅｒ２に代入し、最大偏差Ｅｒｍａｘを新たな第１の極値偏差Ｅｒ１とし、第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１の値を第２の操作量切換経過時間Ｔｈ２に代入する。また、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、前回式（６）が成立した時刻ｔ３から最大偏差Ｅｒｍａｘが更新された最新時刻ｔ４までの時間を新たな第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１とする（ステップＳ２０４）。

また、時間測定部８は、操作量ＭＶの前回の切換時刻ｔ３から今回の切換時刻ｔ５までの時間を操作量上限値出力時間Ｔ＿ＯＨとする（ステップＳ２０４）。
次に、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、上下動極値検出完了条件が成立したかどうかを判定する（ステップＳ２０５）。ここでは、制御量ＰＶの極値を３つ検出しただけなので、上下動極値検出が完了していないと判断し、最大偏差Ｅｒｍａｘを０に初期化して（ステップＳ２０６）、ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理を制御周期毎に繰り返し、図９の時刻ｔ７になると、式（６）が再び成立する。式（６）が成立したとき、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、Ｅｒ３＝Ｅｒ２、Ｅｒ２＝Ｅｒ１、Ｅｒ１＝Ｅｒｍａｘ、Ｔｈ２＝Ｔｈ１とし、前回式（６）が成立した時刻ｔ５から最大偏差Ｅｒｍａｘが更新された最新時刻ｔ６までの時間を新たな第１の操作量切換経過時間Ｔｈ１とする（ステップＳ２０４）。

また、時間測定部８は、操作量ＭＶの前回の切換時刻ｔ５から今回の切換時刻ｔ７までの時間を操作量下限値出力時間Ｔ＿ＯＬとする（ステップＳ２０４）。なお、操作量下限値出力時間Ｔ＿ＯＬ又は操作量上限値出力時間Ｔ＿ＯＨを既に測定している場合には、今回の値を測定値として採用する。

次に、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、上下動極値検出完了条件が成立したかどうかを判定する（ステップＳ２０５）。ここでは、制御量ＰＶの極値を４つ検出し終えたので、上下動極値検出が完了したと判断し、最大偏差Ｅｒｍａｘを０に初期化して（ステップＳ２０７）、ステップＳ１０５に進む。なお、ＰＩＤパラメータの算出に必要な制御量ＰＶの極値は本来３つであるが、最初の極値はパラメータ算出にとって不適切な値の可能性があるので、制御量ＰＶの極値を４つ検出している。

上下動極値検出の完了後、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、コントローラの制御演算部２３の制御パラメータ（本参考例ではＰＩＤパラメータ）を算出する（ステップＳ１０５）。リミットサイクルオートチューニング演算部６は、比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉ、微分時間Ｔｄをそれぞれ前記の式（２）、式（３）、式（４）により算出する。そして、リミットサイクルオートチューニング演算部６は、算出した比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉ及び微分時間Ｔｄを制御演算部２３に設定する。以上でＰＩＤパラメータの算出処理が終了する。リミットサイクルオートチューニング演算部６は、次の再起動まで動作を一旦停止する。

次に、比率ＲＴ算出部９は、操作量上限値出力時間Ｔ＿ＯＨと操作量下限値出力時間Ｔ＿ＯＬの比率ＲＴ＝Ｔ＿ＯＨ／Ｔ＿ＯＬを算出する（ステップＳ１０６）。
判定部１０は、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が適切か否かを判定する（ステップＳ１０７）。判定部１０は、比率ＲＴが予め設定された閾値Ｃ１より大きい場合（ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、操作量下限値ＯＬ＿ＡＴが低過ぎると判断し、２位置操作量修正部１１に対して操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの修正を指示する。また、判定部１０は、比率ＲＴが予め設定された閾値Ｃ２より小さい場合（ステップＳ１０９においてＹＥＳ）、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴが高過ぎると判断し、２位置操作量修正部１１に対して操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの修正を指示する。閾値Ｃ１，Ｃ２は、例えばＣ１＝２、Ｃ２＝０．５である。

判定部１０は、比率ＲＴが閾値Ｃ１以下で、かつ閾値Ｃ２以上の場合は、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が適切と判断して、リミットサイクルオートチューニングを終了する。

２位置操作量修正部１１は、判定部１０から操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの修正指示を受けた場合、次式のように操作量下限値の修正値ＯＬ＿ＡＴ_newを算出し、この修正値ＯＬ＿ＡＴ_newを２位置操作量下側設定部４に出力する。２位置操作量下側設定部４は、修正値ＯＬ＿ＡＴ_newを操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの新たな値としてリミットサイクルオートチューニング演算部６に設定する（ステップＳ１１０）。
ＯＬ＿ＡＴ_new＝ＯＬ＿ＡＴ＋（ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴ）（ＲＴ−１）
／（ＲＴ＋１） ・・・（７）

操作量下限値ＯＬ＿ＡＴが相対的に低過ぎる場合、操作量下限値ＯＬ＿ＡＴと操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの適切な平均値は、図５に示すように、平均値から操作量下限値ＯＬ＿ＡＴまでの距離と平均値から操作量上限値ＯＨ＿ＡＴまでの距離との比がＲＴ：１となる位置にある。よって、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴとの差ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴを（ＲＴ＋１）個に分割して（ＲＴ−１）倍した操作量変更分を操作量下限値ＯＬ＿ＡＴに加えれば、修正値ＯＬ＿ＡＴ_newが得られる。式（７）は、このような修正の原理に基づくものである。なお、式（７）は、操作量ＭＶと制御量ＰＶがリニアな関係にあることを想定して得られる概算的修正式であり、非線形性や修正マージンを考慮する場合は、適宜修正式に反映すればよい。また、式（７）において修正量を決定する係数部分（ＲＴ−１）／（ＲＴ＋１）は、理論的に最適な正の値であるが、式（７）において（ＲＴ−１）／（ＲＴ＋１）の代わりに任意の正の値β１を用いてもよい。このとき、０＜β１≦（ＲＴ−１）／（ＲＴ＋１）が理論的に適切な範囲になる。

また、２位置操作量修正部１１は、判定部１０から操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの修正指示を受けた場合、次式のように操作量上限値の修正値ＯＨ＿ＡＴ_newを算出し、この修正値ＯＨ＿ＡＴ_newを２位置操作量上側設定部５に出力する。２位置操作量上側設定部５は、修正値ＯＨ＿ＡＴ_newを操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの新たな値としてリミットサイクルオートチューニング演算部６に設定する（ステップＳ１１１）。
ＯＨ＿ＡＴ_new＝ＯＨ＿ＡＴ＋（ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴ）（ＲＴ−１）
／（ＲＴ＋１） ・・・（８）

操作量上限値ＯＨ＿ＡＴが相対的に高過ぎる場合、操作量下限値ＯＬ＿ＡＴと操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの適切な平均値は、図６に示すように、平均値から操作量下限値ＯＬ＿ＡＴまでの距離と平均値から操作量上限値ＯＨ＿ＡＴまでの距離との比が１：１／ＲＴとなる位置にある。よって、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴとの差ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴを（１／ＲＴ＋１）個に分割して（１／ＲＴ−１）倍した操作量変更分を操作量上限値ＯＨ＿ＡＴから引けば、修正値ＯＨ＿ＡＴ_newが得られる。式（８）は、以下の式（９）を変形したものである。なお、式（８）、式（９）は、操作量ＭＶと制御量ＰＶが直線的な関係にあることを想定して得られる概算的修正式であり、非線形性や修正マージンを考慮する場合は、適宜修正式に反映すればよい。また、式（８）において修正量を決定する係数部分（ＲＴ−１）／（ＲＴ＋１）は、理論的に最適な負の値であるが、式（８）において（ＲＴ−１）／（ＲＴ＋１）の代わりに任意の負の値β２を用いてもよい。このとき、（ＲＴ−１）／（ＲＴ＋１）≦β２＜０が理論的に適切な範囲になる。
ＯＨ＿ＡＴ_new＝ＯＨ＿ＡＴ−（ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴ）（１／ＲＴ−１）
／（１／ＲＴ＋１） ・・・（９）

ステップＳ１１０又はＳ１１１の終了後、再起動指示部１２は、リミットサイクルオートチューニングの再起動指示命令をリミットサイクルオートチューニング演算部６に送る。これにより、ステップＳ１００に戻って、リミットサイクルオートチューニング演算部６が再起動する。こうして、ステップＳ１０９で判定ＮＯとなって操作量下限値ＯＬ＿ＡＴと操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの修正が終了するまで、ステップＳ１００〜Ｓ１１１の処理が繰り返される。

なお、再起動の回数は予め指定された回数に留め、操作量下限値ＯＬ＿ＡＴと操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの修正が完全に終了したか否かに関係なく、所定の回数再起動したら、再起動せずにステップＳ１１０又はＳ１１１で図３の処理を終えるようにしてもよい。

リミットサイクルオートチューニング終了後の通常の制御動作では、コントローラの制制御演算部２３は、設定値ＳＰ入力部２０から入力された設定値ＳＰ、制御量ＰＶ入力部２１から入力された制御量ＰＶに基づいて、次式のようなフィードバック制御演算を行い操作量ＭＶを算出することを制御周期毎に行う。すなわち、制御演算部２３は、制御量ＰＶが設定値ＳＰに一致するように操作量ＭＶを算出する。
ＭＶ＝（α／Ｐｂ）｛１＋（１／Ｔｉｓ）＋Ｔｄｓ｝（ＳＰ−ＰＶ） ・・（１０）
式（１０）において、ｓはラプラス演算子、αは定数で、例えばα＝１００である。制御演算部２３で算出された操作量ＭＶは、操作量出力部２２を介して制御対象に出力される。

以上のように、本参考例では、リミットサイクルオートチューニングの実行中に出力される操作量下限値ＯＬ＿ＡＴと操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの出力時間に基づく判定により、操作量下限値ＯＬ＿ＡＴと操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの設定が適切か否かを自動的に判定することができる。その結果、コントローラのオートチューニングが不適切であることを見逃してしまう可能性を大幅に低減することができる。

また、本参考例では、操作量の上下限値の設定が不適切と判定したときに、操作量下限値ＯＬ＿ＡＴと操作量上限値ＯＨ＿ＡＴのうち少なくとも一方を自動的に修正することができる。さらに、本参考例では、操作量下限値ＯＬ＿ＡＴと操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの修正後にリミットサイクルオートチューニング演算部６を再起動することにより、オートチューニングを自動的に再実行することができる。その結果、コントローラの制御パラメータの適切な設定が可能になり、操作量下限値ＯＬ＿ＡＴと操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの更なる修正も可能になる。

［実施の形態］
次に、本発明の実施の形態について説明する。図７は本発明の実施の形態に係るオートチューニング装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、前記第２の手法に基づくものである。
図７のオートチューニング装置は、設定値ＳＰ入力部１と、制御量ＰＶ入力部２と、操作量ＭＶ出力部３と、２位置操作量下側設定部４と、２位置操作量上側設定部５と、リミットサイクルオートチューニング演算部６と、起動指示部７と、リミットサイクルオートチューニングの実行中に検出された極値偏差のうち、最新の第１の極値偏差Ｅｒ１の絶対値とこの第１の極値偏差Ｅｒ１の直前に検出された第２の極値偏差Ｅｒ２の絶対値との比率ＲＥを算出する比率ＲＥ算出部９ａと、比率ＲＥに基づいて操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が適切か否かを判定する判定部１０ａと、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴ又は操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が不適切と判定されたときに、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴのうち少なくとも一方について適切と推測される修正値を算出して、２位置操作量下側設定部４が設定する操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと２位置操作量上側設定部５が設定する操作量下限値ＯＬ＿ＡＴのうち少なくとも一方を修正値に更新する２位置操作量修正部１１ａと、再起動指示部１２とを備える。

本実施の形態のオートチューニング装置がチューニング対象とするコントローラの構成は図２に示したとおりである。
次に、本実施の形態のオートチューニング装置のリミットサイクルオートチューニング機能について説明する。図８はオートチューニング装置のリミットサイクルオートチューニング実行時の動作を示すフローチャートであり、図３と同一の処理には同一の符号を付してある。

ステップＳ１００〜Ｓ１０５の処理は、参考例と同じである。ステップＳ１０５の終了後、比率ＲＥ算出部９ａは、第１の極値偏差Ｅｒ１の絶対値と第２の極値偏差Ｅｒ２の絶対値の比率ＲＥを算出する（ステップＳ１１２）。このとき、比率ＲＥ算出部９ａは、第１の極値偏差Ｅｒ１が極大値で、第２の極値偏差Ｅｒ２が極小値の場合は、次式のように極大値側の偏差が分母になり、極小値側の偏差が分子になるようにして比率ＲＥを算出する。
ＲＥ＝｜Ｅｒ２｜／｜Ｅｒ１｜ ・・・（１１）

また、比率ＲＥ算出部９ａは、第１の極値偏差Ｅｒ１が極小値で、第２の極値偏差Ｅｒ２が極大値の場合は、式（１１）の分母と分子を入れ替えて、次式のように比率ＲＥを算出する。
ＲＥ＝｜Ｅｒ１｜／｜Ｅｒ２｜ ・・・（１２）

判定部１０ａは、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が適切か否かを判定する（ステップＳ１１３）。判定部１０ａは、比率ＲＥが予め設定された閾値Ｃ３より大きい場合（ステップＳ１１４においてＹＥＳ）、操作量下限値ＯＬ＿ＡＴが低過ぎると判断し、２位置操作量修正部１１ａに対して操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの修正を指示する。また、判定部１０ａは、比率ＲＥが予め設定された閾値Ｃ４より小さい場合（ステップＳ１１５においてＹＥＳ）、操作量上限値ＯＨ＿ＡＴが高過ぎると判断し、２位置操作量修正部１１ａに対して操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの修正を指示する。閾値Ｃ３，Ｃ４は、例えばＣ３＝２、Ｃ４＝０．５である。

２位置操作量修正部１１ａは、判定部１０ａから操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの修正指示を受けた場合、次式のように操作量下限値の修正値ＯＬ＿ＡＴ_newを算出し、この修正値ＯＬ＿ＡＴ_newを２位置操作量下側設定部４に出力する。２位置操作量下側設定部４は、修正値ＯＬ＿ＡＴ_newを操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの新たな値としてリミットサイクルオートチューニング演算部６に設定する（ステップＳ１１６）。
ＯＬ＿ＡＴ_new＝ＯＬ＿ＡＴ＋（ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴ）（ＲＥ−１）
／（ＲＥ＋１） ・・・（１３）
式（１３）は、参考例と同様の操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの修正原理に基づくものであり、図５においてＲＴ：１をＲＥ：１に置換した結果得られるものである。なお、式（１３）において修正量を決定する係数部分（ＲＥ−１）／（ＲＥ＋１）は、理論的に最適な正の値であるが、式（１３）において（ＲＥ−１）／（ＲＥ＋１）の代わりに任意の正の値β３を用いてもよい。このとき、０＜β３≦（ＲＥ−１）／（ＲＥ＋１）が理論的に適切な範囲になる。

また、２位置操作量修正部１１ａは、判定部１０ａから操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの修正指示を受けた場合、次式のように操作量上限値の修正値ＯＨ＿ＡＴ_newを算出し、この修正値ＯＨ＿ＡＴ_newを２位置操作量上側設定部５に出力する。２位置操作量上側設定部５は、修正値ＯＨ＿ＡＴ_newを操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの新たな値としてリミットサイクルオートチューニング演算部６に設定する（ステップＳ１１７）。
ＯＨ＿ＡＴ_new＝ＯＨ＿ＡＴ＋（ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴ）（ＲＥ−１）
／（ＲＥ＋１） ・・・（１４）
式（１４）は、参考例と同様の操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの修正原理に基づくものであり、図６において１：１／ＲＴを１：１／ＲＥに置換した結果得られるものである。なお、式（１４）において修正量を決定する係数部分（ＲＥ−１）／（ＲＥ＋１）は、理論的に最適な負の値であるが、式（１４）において（ＲＥ−１）／（ＲＥ＋１）の代わりに任意の負の値β４を用いてもよい。このとき、（ＲＥ−１）／（ＲＥ＋１）≦β４＜０が理論的に適切な範囲になる。

ステップＳ１１６又はＳ１１７の終了後の再起動指示部１２の動作は参考例で説明したとおりである。
こうして、本実施の形態では、参考例と同様の効果を得ることができる。

本発明は、ＰＩＤ等のコントローラのパラメータ調整に適用することができる。

本発明の参考例に係るオートチューニング装置の構成を示すブロック図である。 図１のオートチューニング装置がチューニング対象とするコントローラの構成を示すブロック図である。 図１のオートチューニング装置のリミットサイクルオートチューニング実行時の動作を示すフローチャートである。 図１のリミットサイクルオートチューニング演算部の上下動極値検出処理を示すフローチャートである。 本発明の参考例における操作量下限値の修正処理を説明するための図である。 本発明の参考例における操作量上限値の修正処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係るオートチューニング装置の構成を示すブロック図である。 図７のオートチューニング装置のリミットサイクルオートチューニング実行時の動作を示すフローチャートである。 従来のオートチューニング機能の代表的な方式であるリミットサイクル方式を説明するための波形図である。 リミットサイクル方式の処理の流れを示すフローチャートである。 従来のリミットサイクル方式の問題点を説明するための波形図である。

符号の説明

１，２０…設定値ＳＰ入力部、２，２１…制御量ＰＶ入力部、３，２２…操作量ＭＶ出力部、４…２位置操作量下側設定部、５…２位置操作量上側設定部、６…リミットサイクルオートチューニング演算部、７…起動指示部、８…時間測定部、９…比率ＲＴ算出部、９ａ…比率ＲＥ算出部、１０，１０ａ…判定部、１１，１１ａ…２位置操作量修正部、１２…再起動指示部、２３…制御演算部。

Claims (4)

1. コントローラの制御パラメータを設定するリミットサイクルオートチューニングの機能を備えたオートチューニング装置において、
   前記リミットサイクルオートチューニングの実行時に、制御対象に一定振幅の操作量を出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいてコントローラの制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを前記コントローラに設定するリミットサイクルオートチューニング演算手段と、
   前記リミットサイクルオートチューニングの実行中に検出される制御量の偏差に基づき前記操作量の上限値ＯＨ＿ＡＴと下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が適切か否かを判定する操作量上下限値設定判定手段と、
   この操作量上下限値設定判定手段によって前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴ又は前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が不適切と判定されたときに、前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴのうちどちらか一方について適切と推測される修正値を算出して、前記リミットサイクルオートチューニング演算手段から出力される前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴ又は前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴを前記修正値に更新する操作量修正手段とを備え、
   前記操作量上下限値設定判定手段は、
   前記リミットサイクルオートチューニングの実行中に制御量が極大値又は極小値に達したときの極値偏差のうち、最新の第１の極値偏差の絶対値とこの第１の極値偏差の直前に検出された第２の極値偏差の絶対値との比率ＲＥを、制御量が極大値に達したときの極値偏差が分母になり、制御量が極小値に達したときの極値偏差が分子になるようにして算出する比率算出部と、
   前記比率ＲＥと予め設定された閾値とを比較して前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が適切か否かを判定する判定部とからなり、
   前記操作量修正手段は、前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴが不適切と判定された場合に、この操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの修正値ＯＬ＿ＡＴ _new を、ＯＬ＿ＡＴ _new ＝ＯＬ＿ＡＴ＋（ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴ）（ＲＥ−１）／（ＲＥ＋１）により算出し、前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴが不適切と判定された場合に、この操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの修正値ＯＨ＿ＡＴ _new を、ＯＨ＿ＡＴ _new ＝ＯＨ＿ＡＴ＋（ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴ）（ＲＥ−１）／（ＲＥ＋１）により算出することを特徴とするオートチューニング装置。
2. 請求項１記載のオートチューニング装置において、
   さらに、前記操作量修正手段の処理の終了後に、前記リミットサイクルオートチューニング演算手段を再起動して、前記リミットサイクルオートチューニング演算手段と前記操作量上下限値設定判定手段と前記操作量修正手段とに処理を再実行させる再起動指示手段を備えることを特徴とするオートチューニング装置。
3. リミットサイクルオートチューニング方式によりコントローラの制御パラメータを設定するオートチューニング方法において、
   前記リミットサイクルオートチューニングの実行時に、制御対象に一定振幅の操作量を出力し、この操作量出力に応じた制御応答に基づいてコントローラの制御パラメータを算出し、算出した制御パラメータを前記コントローラに設定するリミットサイクルオートチューニング演算手順と、
   前記リミットサイクルオートチューニングの実行中に検出される制御量の偏差に基づき前記操作量の上限値ＯＨ＿ＡＴと下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が適切か否かを判定する操作量上下限値設定判定手順と、
   この操作量上下限値設定判定手順によって前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴ又は前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が不適切と判定されたときに、前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴのうちどちらか一方について適切と推測される修正値を算出して、前記リミットサイクルオートチューニング演算手順で出力する前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴ又は前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴを前記修正値に更新する操作量修正手順とを備え、
   前記操作量上下限値設定判定手順は、
   前記リミットサイクルオートチューニングの実行中に制御量が極大値又は極小値に達したときの極値偏差のうち、最新の第１の極値偏差の絶対値とこの第１の極値偏差の直前に検出された第２の極値偏差の絶対値との比率ＲＥを、制御量が極大値に達したときの極値偏差が分母になり、制御量が極小値に達したときの極値偏差が分子になるようにして算出する比率算出手順と、
   前記比率ＲＥと予め設定された閾値とを比較して前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴと前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの設定が適切か否かを判定する判定手順とからなり、
   前記操作量修正手順は、前記操作量下限値ＯＬ＿ＡＴが不適切と判定された場合に、この操作量下限値ＯＬ＿ＡＴの修正値ＯＬ＿ＡＴ _new を、ＯＬ＿ＡＴ _new ＝ＯＬ＿ＡＴ＋（ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴ）（ＲＥ−１）／（ＲＥ＋１）により算出し、前記操作量上限値ＯＨ＿ＡＴが不適切と判定された場合に、この操作量上限値ＯＨ＿ＡＴの修正値ＯＨ＿ＡＴ _new を、ＯＨ＿ＡＴ _new ＝ＯＨ＿ＡＴ＋（ＯＨ＿ＡＴ−ＯＬ＿ＡＴ）（ＲＥ−１）／（ＲＥ＋１）により算出することを特徴とするオートチューニング方法。
4. 請求項３記載のオートチューニング方法において、
   さらに、前記操作量修正手順の終了後に、前記リミットサイクルオートチューニング演算手順と前記操作量上下限値設定判定手順と前記操作量修正手順とを再実行させる再起動指示手順を備えることを特徴とするオートチューニング方法。

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