JP7152680B2 - 制御装置の調整支援装置及び制御装置の調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置の調整支援装置及び制御装置の調整装置に係り、特に、ＰＩＤ制御装置のパラメータを調整するための指針を提供する制御装置の調整支援装置、及びＰＩＤ制御装置のパラメータを自動で調整する制御装置の調整装置に関する。

制御対象を制御する制御装置として、比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、微分（Ｄ）の各要素を有するＰＩＤ制御装置が知られている。ＰＩＤ制御装置の比例、積分、微分の各要素に対するパラメータを適切な値に設定することで、制御対象からの出力波形が所望の波形になるようにする。

また、特許文献１には、ＰＩＤ定数算出部は、測定値が振動したとき、測定値や操作量のピーク値から測定値や操作量の振動周期、振動振幅、位相差を測定し、これらに基づき上記振動を抑える修正ＰＩＤ定数を算出し、上記ＰＩＤ制御演算部のＰＩＤ定数を置き換えることが開示されている。

特開平１０－１０５２０１号公報

ＰＩＤ制御装置のパラメータ調整方法としては、様々な手法が用いられている。しかしながら、このような手法を用いてパラメータを設定した場合であっても、制御対象からの出力(測定値：ＰＶ)が振動する、換言すると揺らぎが生じる場合がある。このような場合、ＰＩＤ制御装置の比例、積分、微分の各要素に対するパラメータを調整して、測定値の振動を小さくする。

しかしながら、ＰＩＤ制御装置の比例、積分、微分の各要素に対するパラメータを手動で調整する場合、どのパラメータを調整するのがよいのか知る術がない。また、パラメータが特定できても、そのパラメータの値を大きくすればよいのか、小さくすればよいのか（以下、パラメータの調整方向という）を知る術がない。

ＰＩＤ制御装置の比例、積分、微分の各要素に対するパラメータを自動で調整する場合においても、調整対象のパラメータ及びパラメータの調整方向がわかれば、効率的に調整することが可能になる。

本発明は、以上の点に鑑み、ＰＩＤ制御装置における調整対象のパラメータ及びパラメータの調整方向を特定する、制御装置の調整支援装置及び制御装置の調整装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の解決手段によると、比例要素、積分要素及び微分要素に対する各パラメータが設定され制御対象を制御するＰＩＤ制御装置の前記パラメータの調整を支援する調整支援装置であって、（ａ）パラメータ調整指針をユーザが検知可能な態様で出力する通知部と、（ｂ）前記ＰＩＤ制御装置の少なくとも比例出力と微分出力を入力し、比例出力と微分出力の位相差と、比例出力若しくは微分出力の周期又は周期の所定倍との第１比率を求め、該第１比率が予め定められた第１閾値未満の場合、前記通知部から微分要素が強いこと又は微分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させ、該第１比率が予め定められた第１閾値以上第２閾値以下の場合、前記通知部から比例要素が強いこと又は比例要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させ、該第１比率が予め定められた第２閾値より大きい場合、前記通知部から比例要素が弱い若しくは積分要素が強いこと又は比例要素を強める若しくは積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させる波形測定部とを備えた制御装置の調整支援装置が提供される。

本発明の第２の解決手段によると、比例要素、積分要素及び微分要素に対する各パラメータが設定され制御対象を制御するＰＩＤ制御装置の前記パラメータを調整する調整装置であって、（Ａ）指示されるパラメータ調整指針に従い、前記ＰＩＤ制御装置の前記パラメータを調整する調整部と、（Ｂ）前記ＰＩＤ制御装置の少なくとも比例出力と微分出力を入力し、比例出力と微分出力の位相差と、比例出力若しくは微分出力の周期又は周期の所定倍との第１比率を求め、該第１比率が予め定められた第１閾値未満の場合、前記調整部に微分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示し、該第１比率が予め定められた第１閾値以上第２閾値以下の場合、前記調整部に比例要素を弱めるパラメータ調整指針を指示し、該第１比率が予め定められた第２閾値より大きい場合、前記調整部に比例要素を強める又は積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示する波形測定部とを備えた制御装置の調整装置が提供される。

本発明によると、ＰＩＤ制御装置における調整対象のパラメータ及びパラメータの調整方向を特定する、制御装置の調整支援装置及び制御装置の調整装置を提供することができる。

第１の実施形態における制御系のブロック図である。 微分出力と比例出力の位相差に基づくパラメータ調整指針の説明図である。 微分出力と比例出力の位相差と、各パラメータとの関係を示す説明図である。 比例出力と操作量の位相差に基づくパラメータ調整指針の説明図である。 第１の実施形態におけるパラメータ調整指針に従いＰＩＤ制御装置のパラメータを調整した際のシミュレーション結果を示す。 第１の実施形態におけるパラメータ調整指針に従いＰＩＤ制御装置のパラメータを調整した際のシミュレーション結果を示す。 第１の実施形態の変形例における制御系のブロック図である。 第２の実施形態における制御系のブロック図である。 第２の実施形態の変形例における制御系のブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

１．第１の実施形態
まず、ＰＩＤ制御装置のパラメータの調整を支援する調整支援装置（制御装置の調整支援装置）について説明する。

（システム構成）
図１は、本実施形態における制御系のブロック図である。
制御系１は、調整支援装置１０と、ＰＩＤ制御装置２０と、制御対象４０とを備える。制御系１は、リミッタ３０をさらに備えてもよい。調整支援装置１０は、波形測定部１１と通知部１２を有する。制御系１は、図１に示すようにフィードバック制御系を構成している。

ＰＩＤ制御装置２０は、比例要素（Ｐ）２０ａ、積分要素（Ｉ）２０ｂ及び微分要素（Ｄ）２０ｃの各パラメータが設定され、制御対象４０を制御する。例えば、ＰＩＤ制御装置２０は、制御対象４０から出力され、適宜の測定器で測定される測定値（ＰＶ）が、与えられる目標値（ＳＶ）になるように制御する。

リミッタ３０は、制御対象４０へ入力される操作量を制限する。例えば、リミッタ３０は、ＰＩＤ制御装置２０から出力される操作量が予め設定された上限値を上回る場合は、当該上限値を制御対象４０に出力し、操作量が下限値を下回る場合は当該下限値を制御対象４０に出力する。

制御対象４０は、ＰＩＤ制御装置２０により制御される対象である。例えば、制御対象４０の所望の部分の温度が制御されてもよい。制御対象４０としては適宜の装置を用いることができ、制御される測定値（ＰＶ）は適宜の物理量でもよい。

調整支援装置１０は、例えば、ＰＩＤ制御装置２０のユーザがＰＩＤ制御装置２０のパラメータを調整する際に、パラメータ調整指針をユーザに通知することでパラメータの調整を支援する。ここで、パラメータ調整指針とは、比例要素（Ｐ）２０ａ、積分要素（Ｉ）２０ｂ及び微分要素（Ｄ）２０ｃのうちのどのパラメータを調整するか、及び、パラメータの値を増加するか減少するかを示すパラメータの調整方向を含む。なお、パラメータ調整指針の通知先はユーザ以外にも、ＰＩＤ制御装置２０の保守者などでもよい。本明細書ではユーザとして説明する。

調整支援装置１０の波形測定部１１は、パラメータ調整指針を決定し、通知部１２にパラメータ調整指針を指示する。パラメータ調整指針の決定手法については後に詳述する。

通知部１２は、調整支援装置１０から与えられるパラメータ調整指針をＰＩＤ制御装置２０のユーザが検知可能な態様で出力する。例えば、通知部１２は、パラメータ調整指針をディスプレイ等の表示部に表示する。また、通知部１２は、パラメータ調整指針を音声出力部により音声で出力してもよいし、パラメータ調整指針の内容と関連付けられた点灯部を点灯させてもよいし、他の適宜の態様でパラメータ調整指針を出力してもよい。ユーザは、通知部１２により出力されたパラメータ調整指針を感知して、ＰＩＤ制御装置２０のパラメータを調整する。

（パラメータ調整指針の判断）
波形測定部１１は、以下の情報に基づいて、パラメータ調整指針を決定する。
（１）微分出力と比例出力の位相差
（２）比例出力と操作量の位相差
（３）振幅が減衰するか否か

まず、微分出力と比例出力の位相差に基づくパラメータ調整指針について説明する。図２は、微分出力と比例出力の位相差に基づくパラメータ調整指針の説明図である。図３は、微分出力と比例出力の位相差と、各パラメータとの関係を示す説明図である。なお、図２～図４において、各波形の振幅は規格化している。

図３において、波形３１は、ＰＩＤ制御器２０の比例要素２０ａの出力（比例出力）を示す。波形３２～３４はそれぞれ、微分要素２０ｂの出力（微分出力）を示す。波形３２は、微分要素が強い場合の微分出力を示す。波形３３は、比例要素が強い場合の微分出力を示す。波形３４は、比例要素が弱い又は積分要素が強い場合の微分出力を示す。このように、ＰＩＤ制御器２０の各要素が効きすぎている又は効いていないことは、微分出力と比例出力の位相差の違いとして現れる。

そこで、波形測定部１１は、ＰＩＤ制御器２０の比例要素２０ａの出力（比例出力）と微分要素２０ｂの出力（微分出力）を少なくとも入力する。図２において、波形２２は比例出力を示し、波形２１は微分出力を示す。波形測定部１１は、比例出力と微分出力との位相差、及び、比例出力又は微分出力の１／４周期を求める。例えば、波形測定部１１は、比例出力（波形２２）の符号反転タイミングの時間と、微分出力（波形２１）の符号反転タイミングの時間との差をとることで、比例出力と微分出力との位相差を求めることができる。また、例えば、波形測定部１１は、比例出力（波形２２）の符号反転タイミングの時間と、比例出力（波形２２）のピーク値の時間との差をとることで、比例出力の１／４周期を求めることができる。なお、微分出力の１／４周期を求める場合も同様に求めればよい。また、比例出力又は微分出力の１／４周期以外にも、比例出力又は微分出力の１／２周期、１周期、又は１周期のその他所定倍の値を用いてもよい。図１からわかるように、比例出力又は微分出力の１／４周期を用いると、比例出力と微分出力との位相差と比例出力又は微分出力の１／４周期とをより効率的に求めることができる。

波形測定部１１は、比例出力と微分出力の位相差と、比例出力又は微分出力の１／４周期との比率（第１比率；１／４周期時間に対する比率）を求める。換言すると、波形測定部１１は、以下の式により、第１比率を求める。
第１比率＝（比例出力と微分出力の位相差）／（比例出力又は微分出力の１／４周期）

波形測定部１１は、第１比率と、予め定められた第１閾値及び第２閾値に基づいて、以下の表１のようにパラメータ調整指針を決定する。波形測定部１１は、決定したパラメータ調整指針を通知部１２に出力し、通知部１２にパラメータ調整指針を出力させる。なお、パラメータ調整指針は、以下の「判断」の欄又は「調整」の欄のいずれかを出力すればよい。より具体的な例は後述する。

具体的には、波形測定部１１は、第１比率が予め定められた第１閾値未満の場合、通知部１２から微分要素が強いこと又は微分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させる。波形測定部１１は、第１比率が予め定められた第１閾値以上第２閾値以下の場合、通知部１２から比例要素が強いこと又は比例要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させる。波形測定部１１は、第１比率が予め定められた第２閾値より大きい場合、通知部１２から比例要素が弱い若しくは積分要素が強いこと又は比例要素を強める若しくは積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させる。

なお、「比例要素が強い」とは、現在の状況が比例要素が強いことから生じている可能性が高いことを示すものであり、調整内容として比例要素のパラメータを弱めるよう提案（通知）する。通知方法として、例えば「比例帯を広げてください」と通知してもよいが、これに限定されない。同様に、「比例要素が弱い」とは、現在の状況が比例要素が弱いことから生じている可能性が高いことを示すものであり、調整内容として比例要素のパラメータを強めるよう提案(通知)する。通知方法として、例えば「比例帯を狭めてください」と通知してもよいが、これに限定されない。

また、「微分要素が強い」とは、現在の状況が微分要素が強いことから生じている可能性が高いことを示すものであり、調整内容として微分要素のパラメータを弱めるよう提案（通知）する。通知方法として、例えば「微分時間を短くしてください」と通知してもよいが、これに限定されない。また、「積分要素が強い」とは、現在の状況が積分要素が強いことから生じている可能性が高いことを示すものであり、調整内容として積分要素のパラメータを弱めるよう提案（通知）する。通知方法として、例えば「積分時間を長くしてください」と通知してもよいが、これに限定されない。

第１閾値としては、例えば０．６を用いる。第１閾値は、０．６以外にも、０．５０～０．７０の範囲のいずれかの値、好ましくは、０．５５～０．６５の範囲のいずれかの値を用いても良い。第２閾値としては、例えば０．８５を用いる。第１閾値は、０．８５以外にも、０．７５～０．９５の範囲のいずれかの値、好ましくは、０．８０～０．９０の範囲のいずれかの値を用いても良い。なお、比例出力又は微分出力の１／４周期ではなく、比例出力又は微分出力の１／２周期、１周期、又は１周期のその他所定倍の値を用いる場合、第１閾値及び第２閾値についても適宜所定倍すればよい。例えば、１／２周期を用いる場合、１／４周期を用いる場合に比べて第１比率を求める際の分母が２倍、第１比率は１／２倍になるため、各閾値も上述の値の１／２倍にすればよい。

なお、第１閾値及び第２閾値は、経験則により予め定めることができるが、人工知能等の学習機能により見出してもよい。換言すると、パラメータ調整指針を区分する臨界点（第１閾値、第２閾値）を定めることも重要であるが、比例出力と微分出力の位相差と、比例出力又は微分出力の１／４周期との比率という指標に着目する点がより重要である。

次に、比例出力と操作量の位相差に基づくパラメータ調整指針について説明する。図４は、比例出力と操作量の位相差に基づくパラメータ調整指針の説明図である。

上述の微分出力と比例出力の位相差に基づくパラメータ調整指針の決定においては、第１比率が予め定められた第２閾値より大きい場合、比例要素が弱い又は積分要素が強い可能性があることが判断できる。比例要素が弱いか積分要素が強いかのいずれであるかは、比例出力と操作量の位相差に基づいて判断することができる。

波形測定部１１は、制御対象４０への操作量をさらに入力する。なお、波形測定部１１は、上述の微分出力及び比例出力と、操作量を並行して入力することができる。図４において、波形４１は操作量を示し、波形４２は比例出力を示す。波形測定部１１は、比例出力と操作量の位相差、及び、比例出力又は操作量の１／４周期を求める。例えば、波形測定部１１は、操作量（波形４１）のピークの時間と、比例出力（波形４２）のピークの時間との差をとることで、比例出力と操作量との位相差を求めることができる。なお、比例出力又は操作量の１／４周期は、上述の第１比率を求める際に用いた比例出力又は微分出力の１／４周期と同じ周期であり、上述の比例出力又は微分出力の１／４周期の値を用いることができる。

波形測定部１１は、比例出力と操作量の位相差と、比例出力又は操作量の１／４周期との比率（第２比率；１／４周期時間に対する比率）を求める。換言すると、波形測定部１１は、以下の式により、第２比率を求める。
第２比率＝（比例出力と操作量の位相差）／（比例出力又は操作量の１／４周期）

波形測定部１１は、第２比率と、予め定められた第３閾値に基づいて、以下の表２のようにパラメータ調整指針を決定する。また、波形測定部１１は、決定したパラメータ調整指針を通知部１２に出力し、通知部１２にパラメータ調整指針を出力させる。なお、パラメータ調整指針は、以下の「判断」の欄又は「調整」の欄のいずれかを出力すればよい。より具体的な例は後述する。

具体的には、波形測定部１１は、第２比率が予め定められた第３閾値未満の場合、通知部１２から積分要素が強いこと又は積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させる。また、波形測定部１１は、第２比率が予め定められた第３閾値以上の場合、通知部１２から比例要素が弱いこと又は比例要素を強めることを示すパラメータ調整指針を出力させる。通知方法の例については上述と同様である。

第３閾値としては、例えば０．３を用いる。第３閾値は、０．３以外にも、０．２０～０．４０の範囲のいずれかの値、好ましくは、０．２５～０．３５の範囲のいずれかの値を用いても良い。なお、比例出力又は操作量の１／４周期ではなく、比例出力又は操作量の１／２周期、１周期、又は１周期のその他所定倍の値を用いる場合、上述の第１閾値及び第２閾値と同様に、第３閾値についても適宜所定倍すればよい。

なお、第１閾値及び第２閾値と同様に、第３閾値についても、経験則により予め定めることができるが、人工知能等の学習機能により見出してもよい。換言すると、パラメータ調整指針を区分する臨界点（第３閾値）を定めることも重要であるが、比例出力と操作量の位相差と、比例出力又は操作量の１／４周期との比率という指標に着目する点がより重要である。

次に、振幅が減衰する場合のパラメータ調整指針について説明する。第１比率が予め定められた第２閾値以上であっても、制御対象４０からの測定値の振幅が所定の減衰率以上で減衰していない場合、上述の比例出力と操作量の位相差に基づくパラメータ調整指針（すなわち第２比率に基づくパラメータ調整指針）ではなく、積分要素が強いこと又は積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を用いる。具体的には、波形測定部１１は、第１比率が予め定められた第２閾値以上であり、かつ、制御対象４０からの出力を測定した測定値の振幅が所定の減衰率以上で減衰していない場合、通知部１２から積分要素が強いこと又は積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させる。

一方、第１比率が予め定められた第２閾値以上であり、かつ、制御対象からの出力を測定した測定値が所定の減衰率以上で減衰する場合、上述の比例出力と操作量の位相差に基づくパラメータ調整指針（すなわち第２比率に基づくパラメータ調整指針）を用いる。具体的には、波形測定部１１は、第２比率が予め定められた第３閾値未満の場合、通知部１２から積分要素が強いこと又は積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させ、第２比率が予め定められた第３閾値以上の場合、通知部１２から比例要素が弱いこと又は比例要素を強めることを示すパラメータ調整指針を出力させる。

（シミュレーション結果）
図５及び図６は、第１の実施形態におけるパラメータ調整指針に従いＰＩＤ制御装置のパラメータを調整した際のシミュレーション結果を示す。

図５において、波形５１は目標値（ＳＶ）を示し、波形５２は測定値（ＰＶ）を示す。ＰＩＤ制御装置２０のパラメータを調整前は、測定値が振動している。この例では、時刻３００（単位は任意時間）において波形測定部１１が波形の測定を開始し、時刻４００において通知部１２がパラメータ調整指針を表示した。その後、表示されたパラメータ調整指針に従いＰＩＤ制御装置２０のパラメータを調整した。パラメータの調整後の測定値は、波形５２が示すように、調整前に比べて振動が減少し、目標値で安定した。

図６は、上述のシミュレーション動作における比例出力（波形６１）と微分出力（波形６２）を示す。比例出力と微分出力もパラメータの調整後に安定した。

（その他）
上述のパラメータ調整指針の通知は、例えば、ユーザからの所定の指示を契機として開始することができる。例えば、ユーザの操作により入力部から、パラメータ調整指針の通知処理を開始する指示が入力されてもよい。

通知部１２により通知されたパラメータ調整指針に基づいてユーザはＰＩＤ制御装置２０のパラメータを調整するが、制御対象４０からの測定値が所望の状態にならない場合（改善しない場合、改善したものの所望の状態にはなっていない場合を含む）、ユーザは再度パラメータ調整指針の通知処理を開始する指示を入力してもよい。

このように、パラメータの調整は複数回行うことができ、パラメータ調整指針を区分する第１閾値及び第２閾値は必ずしも厳密な臨界点である必要はない。

（変形例）
図７は、第１の実施形態の変形例における制御系のブロック図である。
本変形例における制御系２において、調整支援装置１０は、フィルタ処理部１３をさらに有する。フィルタ処理部１３は、各ＰＩＤ演算値に対して、ローパスフィルタなどのフィルタ処理を行う。

フィルタ処理部１３は、ＰＩＤ制御装置２０の比例出力及び微分出力と、ＰＩＤ制御装置２０から出力される操作量とを入力する。フィルタ処理部１３は、比例出力、微分出力、及び操作量のそれぞれにフィルタ処理を行い、波形測定部１１へ出力する。波形測定部１１は、フィルタ処理された比例出力、微分出力及び操作量を用いて、上述と同様に第１比率及び第２比率を求めて、パラメータ調整指針を決定する。

なお、フィルタ処理部１３は、比例出力、微分出力、及び操作量の全てにフィルタ処理を行う以外にも、比例出力、微分出力及び操作量のうちのひとつ又は複数にフィルタ処理を行うようにしてもよい。この場合、波形測定部１１は、比例出力、微分出力及び操作量のうち、フィルタ処理の対象となったものについてはフィルタ処理された値を用い、フィルタ処理の対象ではないものについては、そのままの値を用いればよい。他の構成及び処理については第１の実施形態と同様であり、詳細な説明を省略する。

フィルタ処理部１３により、ＰＩＤ制御装置２０の各出力及び操作量にノイズがある場合においても、精度を維持又は向上することができ、誤動作を回避できる。

２．第２の実施形態
次に、ＰＩＤ制御装置のパラメータを調整する調整装置（制御装置の調整装置）について説明する。

（システム構成）
図８は、第２の実施形態における制御系のブロック図である。
制御系３は、調整装置８０と、ＰＩＤ制御装置２０と、制御対象４０とを備える。制御系３は、リミッタ３０をさらに備えてもよい。調整装置８０は、波形測定部８１と自動調整部（調整部）８２を有する。制御系３は、図８に示すようにフィードバック制御系を構成している。

ＰＩＤ制御装置２０、リミッタ３０及び制御対象４０については、第１の実施形態と同様であり、詳細な説明を省略する。

調整装置８０は、パラメータ調整指針を決定し、パラメータ調整指針に従いＰＩＤ制御装置２０の比例要素（Ｐ）２０ａ、積分要素（Ｉ）２０ｂ及び微分要素（Ｄ）２０ｃの各パラメータを調整する。

（パラメータの自動調整）
調整装置８０の波形測定部８１は、パラメータ調整指針を決定し、自動調整部８２に出力する。パラメータ調整指針の決定方法は、第１の実施形態と同様である。ただし、本実施形態においては、「比例要素を弱める」等、上述の表１及び表２の「調整」の欄に記載したパラメータ調整指針を自動調整部８２に指示する。

より具体的には、波形測定部８１は、第１の実施形態と同様に第１比率を求め、第１比率が予め定められた第１閾値未満の場合、自動調整部８２に微分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示する。また、波形測定部８１は、第１比率が予め定められた第１閾値以上第２閾値未満の場合、自動調整部８２に比例要素を弱めるパラメータ調整指針を指示する。波形測定部８１は、第１比率が予め定められた第２閾値以上の場合、自動調整部８２に比例要素を強める又は積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示する。

また、第１比率が予め定められた第２閾値以上の場合、波形測定部８１は、第１の実施形態と同様に第２比率を求め、該第２比率が予め定められた第３閾値未満の場合、自動調整部８２に積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示する。波形測定部８１は、第２比率が予め定められた第３閾値以上の場合、自動調整部８２に比例要素を弱めるパラメータ調整指針を指示する。

なお、第１比率が予め定められた第２閾値以上であっても、制御対象４０からの測定値の振幅が所定の減衰率以上で減衰していない場合、上述の比例出力と操作量の位相差に基づくパラメータ調整指針（すなわち第２比率に基づくパラメータ調整指針）ではなく、積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を用いる。具体的には、波形測定部８１は、第１比率が予め定められた第２閾値以上であり、かつ、制御対象４０からの出力を測定した測定値が所定の減衰率以上で減衰していない場合、自動調整部８２に積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示する。

一方、第１比率が予め定められた第２閾値以上であり、かつ、制御対象４０からの出力を測定した測定値が所定の減衰率以上で減衰する場合、上述の比例出力と操作量の位相差に基づくパラメータ調整指針（すなわち第２比率に基づくパラメータ調整指針）を用いる。具体的には、波形測定部８１は、第２比率が予め定められた第３閾値未満の場合、自動調整部８２に積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示し、第２比率が予め定められた第３閾値以上の場合、自動調整部８２に比例要素を強めるパラメータ調整指針を指示する。

第１閾値、第２閾値、第３閾値、及び、波形測定部８１のその他の構成・処理については第１の実施形態と同様である。

自動調整部８２は、波形測定部８１から指示されるパラメータ調整指針に従い、ＰＩＤ制御装置２０の比例要素（Ｐ）２０ａ、積分要素（Ｉ）２０ｂ及び微分要素（Ｄ）２０ｃのいずれかのパラメータを調整する。

例えば、比例要素を弱めるパラメータ調整指針が指示された場合、自動調整部８２は、比例帯を広げる。同様に、比例要素を強めるパラメータ調整指針が指示された場合、自動調整部８２は、例えば比例帯を狭める。また、微分要素を弱めるパラメータ調整指針が指示された場合、自動調整部８２は、例えば微分時間を短くする。積分要素を弱めるパラメータ調整指針が指示された場合、自動調整部８２は、例えば積分時間を長くする。調整量は予め定めておくことができる。一例として、パラメータ調整指針が示すパラメータを、パラメータ調整方向に所定割合増加（又は減少）させてもよいし、所定量増加（又は減少）させてもよい。

自動調整部８２によるパラメータの調整の後、調整装置８０は、制御対象４０からの測定値が所定の振幅以上で振動しているなど、依然として所望の状態ではない場合、再度上述の処理を行ってパラメータを再度調整してもよい。パラメータの調整は複数回行うことができ、パラメータ調整指針を区分する第１閾値及び第２閾値は必ずしも厳密な臨界点である必要はない。

なお、第１の実施形態の変形例を、第２実施形態に適用することもできる。具体的には、調整装置８０は、第１の実施形態の変形例におけるフィルタ処理部１３をさらに有してもよい。

（第２の実施形態の変形例）
図９は、第２の実施形態の変形例における制御系のブロック図である。
本変形例における制御系４において、調整装置８０は、学習部８３と閾値調整部８４をさらに有する。学習部８３と閾値調整部８４は、自動調整部８２によるパラメータの調整の結果を学習し、パラメータ調整指針の決定に用いる第１閾値、第２閾値及び第３閾値を調整（変更）する。

学習部８３は、自動調整部８２によるＰＩＤ制御装置２０のパラメータの調整により、例えば制御対象４０からの出力を測定した測定値と目標値の偏差が、パラメータの調整前よりも減少したか否か（以下、調整効果という）を学習する。具体的には、パラメータ調整指針を決定する際に用いた第１比率又は第２比率と、調整効果を学習する。ここで、偏差は絶対値を用いてもよい。また、所定の時間範囲の偏差（絶対値）を累積すれば、測定値の振動がパラメータの調整前よりも減少しているか否かを学習できる。学習方法としては、人工知能を利用してもよい。

閾値調整部８４は、学習部８３による学習結果に基づいて、自動調整部８２によるパラメータの調整により、制御対象４０からの出力を測定した測定値と目標値の偏差が減少するように第１閾値、第２閾値及び第３閾値の少なくともいずれかを自動調整する。

（その他）
上述の調整支援装置１０及び調整装置８０は、処理部と記憶部を有するコンピュータで実現することも可能である。処理部は、調整支援装置１０及び調整装置８０の各処理を実行する。記憶部は、処理部が実行するプログラムを記憶する。また、記憶部は、ＰＩＤ制御装置２０からの比例出力、微分出力及び操作量を保持する。

上述の処理は、処理部が実行する調整支援方法及び調整方法としても実現可能である。また、処理部に上述の処理を実行させるための命令を含むプログラム又はプログラム媒体、該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び非一時的な記録媒体等により実現可能である。

本発明は、ＰＩＤ制御により例えば温度を制御する装置など、ＰＩＤ制御を行う制御系を用いる産業に利用可能である。

１、２、３、４ 制御系
１０ 調整支援装置
１１ 波形測定部
１２ 通知部
１３ フィルタ処理部
２０ ＰＩＤ制御装置
３０ リミッタ
４０ 制御対象
８０ 調整装置
８１ 波形測定部
８２ 自動調整部
８３ 学習部
８４ 閾値調整部

Claims (15)

1. 比例要素、積分要素及び微分要素に対する各パラメータが設定され制御対象を制御するＰＩＤ制御装置の前記パラメータの調整を支援する調整支援装置であって、
   パラメータ調整指針をユーザが検知可能な態様で出力する通知部と、
   前記ＰＩＤ制御装置の少なくとも比例出力と微分出力を入力し、比例出力と微分出力の位相差と、比例出力若しくは微分出力の周期又は周期の所定倍との第１比率を求め、該第１比率が予め定められた第１閾値未満の場合、前記通知部から微分要素が強いこと又は微分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させ、該第１比率が予め定められた第１閾値以上第２閾値以下の場合、前記通知部から比例要素が強いこと又は比例要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させ、該第１比率が予め定められた第２閾値より大きい場合、前記通知部から比例要素が弱い若しくは積分要素が強いこと又は比例要素を強める若しくは積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させる波形測定部と
   を備えた制御装置の調整支援装置。
2. 前記第１比率として、比例出力と微分出力の位相差と、比例出力又は微分出力の１／４周期との比率を用い、
   前記第１閾値として、０．５０～０．７０の範囲の値を用い、
   前記第２閾値として、０．７５～０．９５の範囲の値を用いる請求項１に記載の制御装置の調整支援装置。
3. 前記波形測定部は、第１比率が予め定められた第２閾値以上の場合、
   さらに前記制御対象への操作量を入力し、
   比例出力と操作量の位相差と、比例出力若しくは操作量の周期又は該周期の所定倍との第２比率を求め、
   該第２比率が予め定められた第３閾値未満の場合、前記通知部から積分要素が強いこと又は積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させ、該第２比率が予め定められた第３閾値以上の場合、前記通知部から比例要素が弱いこと又は比例要素を強めることを示すパラメータ調整指針を出力させる請求項１又は２に記載の制御装置の調整支援装置。
4. 前記波形測定部は、第１比率が予め定められた第２閾値以上であり、かつ、前記制御対象からの出力を測定した測定値の振幅が所定の減衰率以上で減衰していない場合、前記通知部から積分要素が強いこと又は積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させ、
   前記波形測定部は、第１比率が予め定められた第２閾値以上であり、かつ、制御対象からの出力を測定した測定値が所定の減衰率以上で減衰する場合、
   さらに前記制御対象への操作量を入力し、
   比例出力と操作量の位相差と、比例出力若しくは操作量の周期又は該周期の所定倍との第２比率を求め、
   該第２比率が予め定められた第３閾値未満の場合、前記通知部から積分要素が強いこと又は積分要素を弱めることを示すパラメータ調整指針を出力させ、該第２比率が予め定められた第３閾値以上の場合、前記通知部から比例要素が弱いこと又は比例要素を強めることを示すパラメータ調整指針を出力させる請求項１又は２に記載の制御装置の調整支援装置。
5. 前記第２比率として、比例出力と操作量の位相差と、比例出力又は操作量の１／４周期との比率を用い、
   前記第３閾値として、０．２０～０．４０の範囲の値を用いる請求項３又は４に記載の制御装置の調整支援装置。
6. 前記ＰＩＤ制御装置の比例出力と微分出力のいずれか又は双方にフィルタ処理を行い、前記波形測定部へ出力するフィルタ処理部
   をさらに備え、
   前記波形測定部は、比例出力と微分出力のいずれか又は双方がフィルタ処理された比例出力と微分出力を入力して第１比率を求める請求項１乃至５のいずれかに記載の制御装置の調整支援装置。
7. 前記制御対象への操作量にフィルタ処理を行い、前記波形測定部へ出力するフィルタ処理部
   をさらに備え、
   前記波形測定部は、フィルタ処理された操作量を入力して第２比率を求める請求項３又は４に記載の制御装置の調整支援装置。
8. 比例要素、積分要素及び微分要素に対する各パラメータが設定され制御対象を制御するＰＩＤ制御装置の前記パラメータを調整する調整装置であって、
   指示されるパラメータ調整指針に従い、前記ＰＩＤ制御装置の前記パラメータを調整する調整部と、
   前記ＰＩＤ制御装置の少なくとも比例出力と微分出力を入力し、比例出力と微分出力の位相差と、比例出力若しくは微分出力の周期又は周期の所定倍との第１比率を求め、該第１比率が予め定められた第１閾値未満の場合、前記調整部に微分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示し、該第１比率が予め定められた第１閾値以上第２閾値以下の場合、前記調整部に比例要素を弱めるパラメータ調整指針を指示し、該第１比率が予め定められた第２閾値より大きい場合、前記調整部に比例要素を強める又は積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示する波形測定部と
   を備えた制御装置の調整装置。
9. 前記第１比率として、比例出力と微分出力の位相差と、比例出力又は微分出力の１／４周期との比率を用い、
   前記第１閾値として、０．５０～０．７０の範囲の値を用い、
   前記第２閾値として、０．７５～０．９５の範囲の値を用いる請求項８に記載の制御装置の調整装置。
10. 前記波形測定部は、第１比率が予め定められた第２閾値以上の場合、
    さらに前記制御対象への操作量を入力し、
    比例出力と操作量の位相差と、比例出力若しくは操作量の周期又は該周期の所定倍との第２比率を求め、
    該第２比率が予め定められた第３閾値未満の場合、前記調整部に積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示し、該第２比率が予め定められた第３閾値以上の場合、前記調整部に比例要素を強めるパラメータ調整指針を指示する請求項８又は９に記載の制御装置の調整装置。
11. 前記波形測定部は、第１比率が予め定められた第２閾値以上であり、かつ、制御対象からの出力を測定した測定値の振幅が所定の減衰率以上で減衰していない場合、前記調整部に積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示し、
    前記波形測定部は、第１比率が予め定められた第２閾値以上であり、かつ、制御対象からの出力を測定した測定値が所定の減衰率以上で減衰する場合、
    さらに前記制御対象への操作量を入力し、
    比例出力と操作量の位相差と、比例出力若しくは操作量の周期又は該周期の所定倍との第２比率を求め、
    該第２比率が予め定められた第３閾値未満の場合、前記調整部に積分要素を弱めるパラメータ調整指針を指示し、該第２比率が予め定められた第３閾値以上の場合、前記調整部に比例要素を強めるパラメータ調整指針を指示する請求項８又は９に記載の制御装置の調整装置。
12. 前記第２比率として、比例出力と操作量の位相差と、比例出力又は操作量の１／４周期との比率を用い、
    前記第３閾値として、０．２０～０．４０の範囲の値を用いる請求項１０又は１１に記載の制御装置の調整装置。
13. 前記ＰＩＤ制御装置の比例出力と微分出力のいずれか又は双方にフィルタ処理を行い、前記波形測定部へ出力するフィルタ処理部
    をさらに備え、
    前記波形測定部は、比例出力と微分出力のいずれか又は双方がフィルタ処理された比例出力と微分出力を入力して第１比率を求める請求項８乃至１２のいずれかに記載の制御装置の調整援装置。
14. 前記制御対象への操作量にフィルタ処理を行い、前記波形測定部へ出力するフィルタ処理部
    をさらに備え、
    前記波形測定部は、フィルタ処理された操作量を入力して第２比率を求める請求項１０又は１１に記載の制御装置の調整装置。
15. 前記調整部による前記パラメータの調整により、前記制御対象からの出力を測定した測定値と目標値の偏差がパラメータの調整前よりも減少したか否かを学習する学習部と、
    前記学習部による学習結果に基づいて、前記調整部による前記パラメータの調整により、前記制御対象からの出力を測定した測定値と目標値の偏差が減少するように前記第１閾値、第２閾値及び第３閾値の少なくともいずれかを自動調整する閾値調整部と、
    をさらに備える請求項８乃至１４のいずれかに記載の制御装置の調整装置。
    

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