JP6383309B2

JP6383309B2 - 制御装置および制御方法

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Publication number: JP6383309B2
Application number: JP2015053075A
Authority: JP
Inventors: 勇人本橋; 高橋　敦; 敦高橋; 平山　博文; 博文平山
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Filing date: 2015-03-17
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Description

本発明は、温度制御などの汎用的な分野に利用される制御装置および制御方法に係り、特に目標値軌道を生成して、外乱印加時や目標値変更時の制御によるオーバーシュートを抑制する技術に関するものである。

従来、外乱印加時や目標値変更時の制御によるオーバーシュートを抑制する技術として、特許文献１に開示された技術がある。特許文献１に開示された技術は、制御量ＰＶの特性を与える位相面上の特性曲線に沿って、制御量ＰＶがユーザ指定の設定目標値ＳＰに整定するように、ＰＩＤ制御演算部に生成目標値軌道ＳＬＳＰを与えるようにしたものである。具体的には、生成目標値軌道ＳＬＳＰを、偏差（ＳＰ−ＰＶ）または制御量ＰＶの変化率ΔＰＶと特性曲線の勾配ｋとを使って、ＳＬＳＰ＝ＳＰ＋ΔＰＶ／ｋとしている。

また、別の技術として、一般的な調節計に備わっている目標値ランプ機能がある。目標値ランプ機能は、ユーザが設定目標値を変更するときに、ＰＩＤ制御演算部に与える生成目標値軌道が設定目標値に到達するまでの期間をユーザが指定することで、直線（ランプ）的な目標値軌道を生成する機能である。ＰＩＤ制御演算部に入力される生成目標値の変化がランプ状となり緩やかになるため、設定目標値変更時のオーバーシュート抑制に効果がある。

特許第４３１０８０４号公報

特許文献１に開示された技術では、偏差や制御量の変化率を毎制御演算周期で使用して目標値軌道を生成しており、不確定要因（制御対象の動特性、測定ノイズ、環境要因など）が混入した制御量を目標値軌道の生成に使用することになるので、生成目標値が設定目標値に到達するまでの時間を予め指定できないという問題がある。

そのため、予め定められた時間間隔で繰り返し設定目標値が変更されたり、外乱が繰り返し印加されたりする制御対象に特許文献１に開示された技術を適用すると、生成目標値が設定目標値に到達しないうちに、次回の設定目標値変更や外乱印加が発生することになる。設定目標値が繰り返し変更される状況としては、例えば薬品の製造装置において、設定目標値（温度目標値）が繰り返し変更されるという状況がある。また、外乱が繰り返し印加される状況としては、例えば設定目標値（温度目標値）が一定のリフロー炉において、はんだ付けの対象となるプリント基板が定期的に投入されることによって温度が変動するという状況がある。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）は特許文献１に開示された技術の問題点を説明する図であり、図７（Ａ）は設定目標値変更時の制御応答の例を示す図、図７（Ｂ）は外乱印加時の制御応答の例を示す図である。図７（Ａ）、図７（Ｂ）におけるＳＰ₊はユーザが指定した設定目標値、ＰＶは制御量、ΔＳＰは設定目標値ＳＰ₊に対する生成目標値の整形量（設定目標値ＳＰ₊と生成目標値との差）である。

シミュレーションで求めた図７（Ａ）の結果によると、特許文献１に開示された従来の技術では、設定目標値ＳＰ₊の初回の変更に対しては制御量ＰＶのオーバーシュートを抑制した望ましい制御応答が得られているが、設定目標値ＳＰ₊の変更が繰り返されるに従って再現性が低下することが分かる。また、シミュレーションで求めた図７（Ｂ）の結果によると、初回の外乱印加に対してはオーバーシュートを抑制した制御応答が得られているが、外乱印加が繰り返されるに従って再現性が低下することが分かる。

特許文献１には明示されていないが、以上のような問題に対応するために次のような処理が考えられる。
（I）前回の生成目標値の最終値から引き続き次回の生成目標値軌道を導出する処理。
（II）次回の生成目標値軌道開始時に何らかの初期化をして、前回の生成目標値が次回の生成目標値軌道に影響し難くする処理。

（I）の場合には、前回の生成目標値が次回の生成目標値軌道に影響を与えることになり、各回の設定目標値変更や外乱印加に対する制御応答の再現性が大きく損なわれることになる。
（II）を採用した場合には、生成目標値の初期化によって偏差に不連続点が発生するため、この偏差を用いる制御にも不連続な動作が現れ、制御応答を乱すことになる。この制御応答の乱れ方は前回の生成目標値の最終値によって異なるので、生成目標値軌道が指定時間後にどのような値になるか保証されないことになり、各回の制御の再現性が得られないことになる。

また、一般的な調節計に備わっている目標値ランプ機能によってＰＩＤ制御演算部に与える目標値を生成すると、ランプ終了時に生成目標値変化が急激に０になるという不連続な挙動となるため、微分補償のあるコントローラに適用すると、制御応答を乱し、ランプ終了時に制御出力を低下させる方向に作用するので、制御量の整定が遅くなるという問題点があった。また、この目標値ランプ機能は、設定目標値変更に対応するものであり、外乱印加時のオーバーシュートを抑制することはできない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、制御量のオーバーシュートを抑制することができ、設定目標値が繰り返し変更されたり外乱が繰り返し印加されたりする制御対象に適用した場合でも、制御応答の再現性を得ることができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

本発明の制御装置は、設定目標値の変更を示す事象または外乱印加を示す事象が生じたタイミングを、生成目標値の軌道の生成開始タイミングとして検出するタイミング検出手段と、前記生成目標値の軌道の生成開始タイミングと判定されたときに、生成目標値の軌道を決定し、決定した軌道に従う生成目標値を制御周期毎に出力する目標値軌道生成手段と、制御量と前記生成目標値を入力として制御演算により操作量を制御周期毎に算出して制御対象に出力する制御演算手段とを備え、前記目標値軌道生成手段は、前記生成目標値が予め指定された目標値到達時間で前記設定目標値に到達し、かつ前記生成目標値が予め定められた曲線軌道の式に従って変化し、前記生成目標値の変化量が漸次０になるように、前記曲線軌道の式を用いて前記生成目標値の軌道を決定することを特徴とするものである。

また、本発明の制御装置の１構成例において、前記曲線軌道の式は、楕円弧軌道の式であることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記目標値軌道生成手段は、前記生成目標値の初期値を予め指定された値とすることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記目標値軌道生成手段は、前記設定目標値と、予め指定された係数と、前記生成開始タイミングにおける設定目標値と制御量との偏差または前記生成開始タイミングの前後の設定目標値の変化量とに基づいて、前記生成目標値の初期値を決定することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記目標値軌道生成手段は、前記設定目標値と予め指定された値との加減算の結果を前記生成目標値の初期値とすることを特徴とするものである。

また、本発明の制御方法は、設定目標値の変更を示す事象または外乱印加を示す事象が生じたタイミングを、生成目標値の軌道の生成開始タイミングとして検出するタイミング検出ステップと、前記生成目標値の軌道の生成開始タイミングと判定したときに、生成目標値の軌道を決定する生成目標値軌道決定ステップと、この生成目標値軌道決定ステップで決定した軌道に従う生成目標値を制御周期毎に出力する生成目標値出力ステップと、制御量と前記生成目標値を入力として制御演算により操作量を制御周期毎に算出して制御対象に出力する制御演算ステップとを含み、前記生成目標値軌道決定ステップは、前記生成目標値が予め指定された目標値到達時間で前記設定目標値に到達し、かつ前記生成目標値が予め定められた曲線軌道の式に従って変化し、前記生成目標値の変化量が漸次０になるように、前記曲線軌道の式を用いて前記生成目標値の軌道を決定することを特徴とするものである。

本発明によれば、生成目標値が予め指定された目標値到達時間で設定目標値に到達し、かつ生成目標値が曲線軌道で変化し、生成目標値の変化量が漸次０になるように、生成目標値の軌道を決定することにより、制御量のオーバーシュートを抑制することができ、設定目標値が繰り返し変更されたり外乱が繰り返し印加されたりする制御対象に本発明を適用した場合でも、制御応答の再現性を得ることができる。また、本発明では、従来技術と比較して、外乱印加による制御量の降下を小さくすることができるので、外乱の影響を低減することができ、制御の応答性を向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態における目標値軌道の決定処理を説明する図である。本発明の第１の実施の形態における制御応答の例を示す図である。本発明の第２の実施の形態における目標値軌道の決定処理を説明する図である。本発明の第３の実施の形態における目標値軌道の決定処理を説明する図である。従来技術の問題点を説明する図である。

［発明の原理］
本発明では、以下の特徴を持つ目標値軌道を生成して、外乱印加時や設定目標値変更時の制御によるオーバーシュートを抑制する。
（Ａ）生成目標値が予め指定された目標値到達時間で設定目標値に到達する。
（Ｂ）生成目標値が曲線軌道で変化し、生成目標値の変化量が時間経過と共に漸次０になる。

特徴（Ａ）により、制御対象の稼働上の条件で定められた時間間隔で設定目標値が繰り返し変更されたり外乱が繰り返し印加されたりする制御対象に本発明を適用した場合でも、目標値到達時間を制御対象の稼働上の条件で定められた時間間隔以下の値に設定することで、生成目標値が目標値到達時間で設定目標値に到達することが保証されるため、特許文献１に開示された従来の技術の問題点を解決することができる。

また、特徴（Ｂ）により、生成目標値が設定目標値に到達した時にも連続的な挙動となるため、微分補償のあるコントローラに本発明を適用した場合でも、乱れの少ない円滑な制御応答にすることができ、一般的な調節計に備わっている目標値ランプ機能の問題点を解決することができる。

（Ａ）、（Ｂ）のような特徴を満たす軌道の例としては、楕円弧軌道が挙げられる。生成目標値軌道を楕円弧軌道で実現した場合には、上記の目標値到達時間と強度の２つのパラメータ設定で軌道を生成できる。このうち、目標値到達時間については、この値を制御対象の稼働上の条件で定められた時間間隔以下の値に設定することで、設定目標値が繰り返し変更されたり外乱が繰り返し印加されたりする制御対象に本発明を適用した場合でも、指定した丁度のタイミングで生成目標値が設定目標値に到達することが保証されるため、前回の設定目標値変更や外乱印加に対する生成目標値が次回の生成目標値軌道に影響を及ぼすことはなく、各回の設定目標値変更や外乱印加において制御応答の再現性が保たれる。

強度は、生成目標値の初期値を定めるためのパラメータである。生成目標値の初期値を制御量に近い値にするほど制御応答が遅くなるが、オーバーシュート量は抑制できる。生成目標値の初期値を設定目標値に近い値にするほどオーバーシュート量が増加するが、制御応答は速くできる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。制御装置は、計測器によって計測される制御量ＰＶを入力する制御量入力部１と、制御装置のユーザが指定する設定目標値ＳＰ₊を入力する設定目標値入力部２と、設定目標値ＳＰ₊の変更を示す事象または外乱印加を示す事象が生じたタイミングを、生成目標値ＳＰの軌道の生成開始タイミングとして検出するタイミング検出部３と、生成目標値ＳＰの軌道の生成開始タイミングと判定されたときに、生成目標値ＳＰの軌道を決定し、決定した軌道に従う生成目標値ＳＰを制御周期毎に出力する目標値軌道生成部４と、制御量ＰＶと生成目標値ＳＰを入力として制御演算により操作量ＭＶを制御周期毎に算出する制御演算部５と、操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力部６とを備えている。

以下、本実施の形態の制御装置の動作を図２を参照して説明する。図２は制御装置の動作を示すフローチャートである。
制御量ＰＶは、計測器やセンサ（例えば温度センサ）などから与えられ、制御量入力部１を介して制御演算部５とタイミング検出部３とに入力される（図２ステップＳ１）。なお、後述する生成開始タイミングの検出において制御量ＰＶを使用しない場合には、制御量ＰＶをタイミング検出部３に入力する必要はない。

設定目標値ＳＰ₊は、ユーザによって設定され、設定目標値入力部２を介して目標値軌道生成部４とタイミング検出部３とに入力される（図２ステップＳ２）。なお、後述する生成開始タイミングの検出において設定目標値ＳＰ₊を使用しない場合には、設定目標値ＳＰ₊をタイミング検出部３に入力する必要はない。

タイミング検出部３は、生成目標値ＳＰの軌道の生成開始タイミングかどうかを判定する（図２ステップＳ３）。生成目標値ＳＰの軌道の生成開始タイミングとしては、一般的な工業計器で検出しているイベントや警報などのトリガタイミングを使用する。例として以下のようなものが考えられる。

（ａ）制御量ＰＶが所定の制御量上限値以上となったとき。
（ｂ）設定目標値ＳＰ₊が所定の目標値上限値以上となったとき。
（ｃ）偏差（ＳＰ₊−ＰＶ）が所定の偏差上限値以上となったとき。
（ｄ）制御量ＰＶが所定の制御量下限値以下となったとき。
（ｅ）設定目標値ＳＰ₊が所定の目標値下限値以下となったとき。
（ｆ）偏差（ＳＰ₊−ＰＶ）が所定の偏差下限値以下となったとき。
（ｇ）外部機器からタイミングを通知する信号を受信したとき。
（ｈ）設定目標値ＳＰ₊が変更されてから指定時間Ｔが経過したとき。

タイミング検出部３は、（ａ）〜（ｈ）のうち少なくとも１つの事象が生じたときに、設定目標値変更または外乱印加がなされたと判断し、生成目標値ＳＰの軌道の生成開始タイミングであると判定する。なお、（ａ）〜（ｈ）の１つ又は複数の事象のうちどれを使用するかは、本実施の形態の制御装置の適用対象によって決まる。

目標値軌道生成部４は、生成目標値ＳＰの軌道の生成開始タイミングでないと判定された場合（ステップＳ３においてＮＯ）、決定済みの軌道に従う生成目標値ＳＰを制御演算部５に出力する（図２ステップＳ４）。
また、目標値軌道生成部４は、生成目標値ＳＰの軌道の生成開始タイミングと判定された場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、生成目標値ＳＰの軌道を決定する（図２ステップＳ５）。

本実施の形態では、生成目標値ＳＰの軌道を楕円弧軌道で実現するものとし、生成目標値ＳＰの初期値を上述の強度で直接設定するものとする。
図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、生成目標値ＳＰの軌道の生成開始タイミングから生成目標値ＳＰが設定目標値ＳＰ₊に到達するまでの時間である目標値到達時間をａ、生成目標値ＳＰの初期値を定めるための値である強度をｂ、生成目標値ＳＰの軌道の生成開始タイミングからの経過時間をｔ［０≦ｔ≦ａ］とすると、ｔにおける生成目標値ＳＰ（ｔ）は以下のような楕円弧軌道の式で与えられる。なお、図３（Ａ）は外乱印加の場合を示し、図３（Ｂ）は設定目標値変更の場合を示している。

本実施の形態では、強度ｂで生成目標値ＳＰの初期値ＳＰ（０）を直接設定するのであるから、ＳＰ（０）＝ｂである。目標値到達時間ａが長いほど、または強度ｂが大きいほど、オーバーシュート抑制効果が強まるが、制御の応答性が損なわれる。一方、目標値到達時間ａが短いほど、または強度ｂが小さいほど、オーバーシュート抑制効果が弱まるが、制御の応答性が向上する。

強度ｂについては、外乱印加時の強度ｂと、設定目標値変更時の強度ｂとが予め別々に設定されている。例えば設定目標値ＳＰ₊が変更されていないにも拘わらず、上記の（ａ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｆ）のいずれかの事象が生じた場合、あるいは外部機器から外乱印加を通知する信号を受信した場合（上記の（ｇ））、目標値軌道生成部４は、外乱印加時のために予め設定されている強度ｂの値を用いる。例えばリフロー炉の温度（制御量ＰＶ）を制御する制御装置に本実施の形態を適用する場合、プリント基板の搬送を制御する制御装置（外部機器）は、リフロー炉にプリント基板が投入されるタイミングで本実施の形態の制御装置に対して、外乱印加を通知する信号を送信することが可能である。強度ｂの値は、予め行うシミュレーションや生産現場で行う試験で決定することができる。

また、外部機器から設定目標値変更を通知する信号を受信した場合（上記の（ｇ））、あるいは設定目標値ＳＰ₊が変更されてから指定時間Ｔが経過した場合（上記の（ｈ））、目標値軌道生成部４は、変更後の設定目標値ＳＰ₊に対応して予め設定されている強度ｂの値を用いる。例えば薬品製造の炉の温度（制御量ＰＶ）を制御する制御装置に本実施の形態を適用する場合、設定目標値ＳＰ₊をどのように変更するかは予め分かっているので、設定目標値ＳＰ₊毎に強度ｂの値を予め設定しておくことが可能である。

なお、制御対象の稼働上の条件などにより指定時間Ｔが０の場合もあれば０より大きい場合もある。また、外部機器から通知を受ける場合も、外乱印加や設定目標値変更に対して通知に遅延時間が生じる場合もある。したがって、これらの時間を予め考慮して目標値到達時間ａを設定しておく必要がある。

次に、目標値軌道生成部４は、ステップＳ５で決定した軌道（式（１））に従う生成目標値ＳＰ（ｔ）を制御演算部５に出力する（図２ステップＳ６）。生成目標値ＳＰの軌道の生成開始タイミングにおいては、上記のとおりＳＰ（０）＝ｂが出力される。

制御演算部５は、制御量入力部１から入力された制御量ＰＶと目標値軌道生成部４から入力された生成目標値ＳＰ（ｔ）とに基づいて、制御量ＰＶが生成目標値ＳＰ（ｔ）と一致するように操作量ＭＶを算出する（図２ステップＳ７）。フィードバック制御演算アルゴリズムとしてはＰＩＤがある。ＰＩＤ制御演算は周知の技術なので、説明は省略する。

操作量出力部６は、制御演算部５によって算出された操作量ＭＶを制御対象に出力する（図２ステップＳ８）。操作量ＭＶの実際の出力先は、バルブなどを操作する操作器、ヒータなどを操作する継電器（リレー）や電力調整器（サイリスタユニット）等である。
以上のようなステップＳ１〜Ｓ８の処理が、例えばユーザからの指令によって制御が終了するまで（図２ステップＳ９においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。

各制御周期においては、式（１）によって計算される生成目標値ＳＰ（ｔ）が目標値軌道生成部４から出力されることになる（ステップＳ４）。また、生成目標値ＳＰ（ｔ）の軌道の生成開始タイミング（ｔ＝０）からの経過時間ｔが目標値到達時間ａに達すると、生成目標値ＳＰ（ｔ）が設定目標値ＳＰ₊に到達するが、以後、目標値軌道生成部４は、次の生成目標値ＳＰ（ｔ）の軌道の生成開始タイミングになるまで、式（１）を用いることなく、生成目標値ＳＰ（ｔ）＝ＳＰ₊を維持する。

図４（Ａ）は本実施の形態における設定目標値変更時の制御応答の例を示す図、図４（Ｂ）は本実施の形態における外乱印加時の制御応答の例を示す図である。図７（Ａ）、図７（Ｂ）と同様に、ΔＳＰは設定目標値ＳＰ₊に対する生成目標値ＳＰ（ｔ）の整形量（設定目標値ＳＰ₊と生成目標値ＳＰ（ｔ）との差）である。

シミュレーションで求めた図４（Ａ）の結果によると、本実施の形態では、制御量ＰＶのオーバーシュートを抑制した望ましい制御応答を得ることができ、かつ高い再現性が得られていることが分かる。同様に、シミュレーションで求めた図４（Ｂ）の結果によると、オーバーシュートを抑制した制御応答を得ることができ、かつ高い再現性が得られていることが分かる。

一般的なＰＩＤ制御は、制御対象のモデルが分からなくても、感覚的に調整ができるという点が魅力である。そのような制御に適用する目標値軌道の生成技術としては、物理モデルの整合性を重視した厳密性よりも、適用環境の柔軟性や制御の再現性に優れたものが望まれることが多い。本実施の形態では、生成目標値ＳＰの軌道を楕円弧軌道で実現することにより、制御量ＰＶのオーバーシュートを抑制することができ、設定目標値ＳＰ₊が繰り返し変更されたり外乱が繰り返し印加されたりする制御対象に本実施の形態を適用した場合でも、制御応答の再現性を得ることができる。また、図７（Ｂ）と図４（Ａ）の比較結果から明らかなように、本実施の形態では、特許文献１に開示された従来技術と比較して、外乱印加による制御量ＰＶの降下を小さくすることができるので、外乱の影響を低減することができ、制御の応答性を向上させることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態においても、制御装置の構成および処理の流れは第１の実施の形態と同様であるので、図１、図２の符号を用いて説明する。本実施の形態と第１の実施の形態で異なる点は、生成目標値ＳＰ（ｔ）の軌道の決定処理（図２ステップＳ５）と生成目標値ＳＰ（ｔ）の出力処理（図２ステップＳ４，Ｓ６）である。

第１の実施の形態では、生成目標値ＳＰ（ｔ）の初期値ＳＰ（０）を強度ｂで直接設定していたのに対し、本実施の形態では、設定目標値ＳＰ₊と、強度ｂと、生成目標値ＳＰ（ｔ）の軌道の生成開始タイミングにおける偏差Ｉ＝ＳＰ₊−ＰＶまたは生成開始タイミング前後の設定目標値ＳＰ₊の変化量Ｉ＝ＳＰ₊（ｔ）−ＳＰ₊（ｔ−１）とを用いて生成目標値ＳＰ（ｔ）の初期値ＳＰ（０）を決定する。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、目標値到達時間をａ、生成目標値ＳＰの軌道の生成開始タイミングからの経過時間をｔ［０≦ｔ≦ａ］とすると、ｔにおける生成目標値ＳＰ（ｔ）は以下のような楕円弧軌道の式で与えられる。なお、図５（Ａ）は外乱印加の場合を示し、図５（Ｂ）は設定目標値変更の場合を示している。

上記で説明したとおり、式（２）のＩは生成目標値ＳＰ（ｔ）の軌道の生成開始タイミングにおける偏差（ＳＰ₊−ＰＶ）または生成開始タイミング前後の設定目標値ＳＰ₊の変化量ＳＰ₊（ｔ）−ＳＰ₊（ｔ−１）である（ＳＰ₊（ｔ）は変更後の設定目標値、ＳＰ₊（ｔ−１）は変更前の設定目標値）。本実施の形態では、強度ｂは偏差（または設定目標値ＳＰ₊の変化量）Ｉに掛ける係数（固定値）として予め設定される。

本実施の形態では、生成目標値ＳＰの初期値ＳＰ（０）＝ＳＰ₊−ｂ×Ｉとなる。第１の実施の形態と同様に、目標値到達時間ａが長いほど、または強度ｂが大きいほど、オーバーシュート抑制効果が強まるが、制御の応答性が損なわれる。一方、目標値到達時間ａが短いほど、または強度ｂが小さいほど、オーバーシュート抑制効果が弱まるが、制御の応答性が向上する。

生成目標値ＳＰの軌道の生成開始タイミングにおいては、初期値ＳＰ（０）が目標値軌道生成部４から出力され（図２ステップＳ６）、以後の各制御周期においては、式（２）によって計算される生成目標値ＳＰ（ｔ）が目標値軌道生成部４から出力されることになる（図２ステップＳ４）。また、生成目標値ＳＰ（ｔ）の軌道の生成開始タイミング（ｔ＝０）からの経過時間ｔが目標値到達時間ａに達すると、生成目標値ＳＰ（ｔ）が設定目標値ＳＰ₊に到達するが、以後、目標値軌道生成部４は、次の生成目標値ＳＰ（ｔ）の軌道の生成開始タイミングになるまで、式（２）を用いることなく、生成目標値ＳＰ（ｔ）＝ＳＰ₊を維持する。

その他の構成は第１の実施の形態で説明したとおりである。こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、第１の実施の形態では、設定目標値ＳＰ₊が繰り返し変更される度に強度ｂを変える必要があるが、本実施の形態では、強度ｂを変える必要はない。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態においても、制御装置の構成および処理の流れは第１の実施の形態と同様であるので、図１、図２の符号を用いて説明する。本実施の形態と第１の実施の形態で異なる点は、生成目標値ＳＰ（ｔ）の軌道の決定処理（図２ステップＳ５）と生成目標値ＳＰ（ｔ）の出力処理（図２ステップＳ４，Ｓ６）である。

第１の実施の形態では、生成目標値ＳＰ（ｔ）の初期値ＳＰ（０）を強度ｂで直接設定していたのに対し、本実施の形態では、設定目標値ＳＰ₊と予め指定された値である強度ｂとの加減算の結果を生成目標値ＳＰ（ｔ）の初期値ＳＰ（０）とする。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、目標値到達時間をａ、生成目標値ＳＰの軌道の生成開始タイミングからの経過時間をｔ［０≦ｔ≦ａ］とすると、ｔにおける生成目標値ＳＰ（ｔ）は以下のような楕円弧軌道の式で与えられる。なお、図６（Ａ）は外乱印加の場合を示し、図６（Ｂ）は設定目標値変更の場合を示している。

式（３）中の「±」は制御量ＰＶが降下する外乱印加や設定目標値ＳＰ₊の上昇により初期値ＳＰ（０）が設定目標値ＳＰ₊以下で生成目標値ＳＰ（ｔ）を上昇させる状況、すなわちＳＰ（０）≦ＳＰ₊のとき「−」となり、制御量ＰＶが上昇する外乱印加や設定目標値ＳＰ₊の降下により初期値ＳＰ（０）が設定目標値ＳＰ₊より大で生成目標値ＳＰ（ｔ）を降下させる状況、すなわちＳＰ（０）＞ＳＰ₊のとき「＋」となる。

生成目標値ＳＰの軌道の生成開始タイミングにおいては、初期値ＳＰ（０）＝ＳＰ₊±ｂが目標値軌道生成部４から出力され（図２ステップＳ６）、以後の各制御周期においては、式（３）によって計算される生成目標値ＳＰ（ｔ）が目標値軌道生成部４から出力されることになる（図２ステップＳ４）。また、生成目標値ＳＰ（ｔ）の軌道の生成開始タイミング（ｔ＝０）からの経過時間ｔが目標値到達時間ａに達すると、生成目標値ＳＰ（ｔ）が設定目標値ＳＰ₊に到達するが、以後、目標値軌道生成部４は、次の生成目標値ＳＰ（ｔ）の軌道の生成開始タイミングになるまで、式（３）を用いることなく、生成目標値ＳＰ（ｔ）＝ＳＰ₊を維持する。

その他の構成は第１の実施の形態で説明したとおりである。こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、第１の実施の形態では、設定目標値ＳＰ₊が繰り返し変更される度に強度ｂを変える必要があるが、本実施の形態では、第２の実施の形態と同様に強度ｂを変える必要はない。

第１〜第３の実施の形態の制御装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第３の実施の形態で説明した処理を実行する。

本発明は、温度制御などの汎用的な制御に適用することができる。

１…制御量入力部、２…設定目標値入力部、３…タイミング検出部、４…目標値軌道生成部、５…制御演算部、６…操作量出力部。

Claims

設定目標値の変更を示す事象または外乱印加を示す事象が生じたタイミングを、生成目標値の軌道の生成開始タイミングとして検出するタイミング検出手段と、
前記生成目標値の軌道の生成開始タイミングと判定されたときに、生成目標値の軌道を決定し、決定した軌道に従う生成目標値を制御周期毎に出力する目標値軌道生成手段と、
制御量と前記生成目標値を入力として制御演算により操作量を制御周期毎に算出して制御対象に出力する制御演算手段とを備え、
前記目標値軌道生成手段は、前記生成目標値が予め指定された目標値到達時間で前記設定目標値に到達し、かつ前記生成目標値が予め定められた曲線軌道の式に従って変化し、前記生成目標値の変化量が漸次０になるように、前記曲線軌道の式を用いて前記生成目標値の軌道を決定することを特徴とする制御装置。
請求項１記載の制御装置において、
前記曲線軌道の式は、楕円弧軌道の式であることを特徴とする制御装置。
請求項１または２記載の制御装置において、
前記目標値軌道生成手段は、前記生成目標値の初期値を予め指定された値とすることを特徴とする制御装置。
請求項１または２記載の制御装置において、
前記目標値軌道生成手段は、前記設定目標値と、予め指定された係数と、前記生成開始タイミングにおける設定目標値と制御量との偏差または前記生成開始タイミングの前後の設定目標値の変化量とに基づいて、前記生成目標値の初期値を決定することを特徴とする制御装置。
請求項１または２記載の制御装置において、
前記目標値軌道生成手段は、前記設定目標値と予め指定された値との加減算の結果を前記生成目標値の初期値とすることを特徴とする制御装置。
設定目標値の変更を示す事象または外乱印加を示す事象が生じたタイミングを、生成目標値の軌道の生成開始タイミングとして検出するタイミング検出ステップと、
前記生成目標値の軌道の生成開始タイミングと判定したときに、生成目標値の軌道を決定する生成目標値軌道決定ステップと、
この生成目標値軌道決定ステップで決定した軌道に従う生成目標値を制御周期毎に出力する生成目標値出力ステップと、
制御量と前記生成目標値を入力として制御演算により操作量を制御周期毎に算出して制御対象に出力する制御演算ステップとを含み、
前記生成目標値軌道決定ステップは、前記生成目標値が予め指定された目標値到達時間で前記設定目標値に到達し、かつ前記生成目標値が予め定められた曲線軌道の式に従って変化し、前記生成目標値の変化量が漸次０になるように、前記曲線軌道の式を用いて前記生成目標値の軌道を決定することを特徴とする制御方法。
請求項６記載の制御方法において、
前記曲線軌道の式は、楕円弧軌道の式であることを特徴とする制御方法。
請求項６または７記載の制御方法において、
前記生成目標値軌道決定ステップは、前記生成目標値の初期値を予め指定された値とすることを特徴とする制御方法。
請求項６または７記載の制御方法において、
前記生成目標値軌道決定ステップは、前記設定目標値と、予め指定された係数と、前記生成開始タイミングにおける設定目標値と制御量との偏差または前記生成開始タイミングの前後の設定目標値の変化量とに基づいて、前記生成目標値の初期値を決定することを特徴とする制御方法。
請求項６または７記載の制御方法において、
前記生成目標値軌道決定ステップは、前記設定目標値と予め指定された値との加減算の結果を前記生成目標値の初期値とすることを特徴とする制御方法。