JP7213729B2 - 制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電気炉などの制御対象の温度などの物理量を制御する制御装置および制御方法に関するものである。

例えば電気炉では、炉内温度と目標値を比較し、その偏差に応じて演算を行ってヒータなどの加熱手段を制御する制御装置として調節計が一般的に知られている。

ところで、ディジタル式の調節計では、制御対象に応じたＰＩＤ定数の自動算出と設定を行うオートチューニング機能を搭載している。このオートチューニング機能では、調節計を一時的にオンオフ調節計として用い、オン／オフ動作により発生するハンチングの周期と振幅の値からＰＩＤ定数を算出するリミットサイクル法を採用している。

なお、本件出願人は、上述したリミットサイクル法として、下記特許文献１に開示されるように、設定値付近でのサイクリング（リミットサイクル）波形からＰＩＤ定数を求め、操作量を決定する制御装置を提案している。

特開平７－１３６０８号公報

しかしながら、上述したリミットサイクル法では、ＰＩＤ定数が適切に決定されていない場合、制御量が目標値を超過するオーバシュートという現象が発生する。このオーバシュートが発生すると、制御対象（例えば、製造品）に過大なストレスをかけてしまい、歩留りが悪化してしまうという問題があり、オーバシュートの抑制が望まれていた。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、オーバシュートを抑制す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している。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された制御装置は、制御対象の制御量ＰＶを変化させるための操作量ＭＶを算出して前記制御量ＰＶを目標値ＳＶ２に一致させる制御装置であって、
前記制御量ＰＶが前記目標値ＳＶ２よりも小さい中途目標値ＳＶ１に到達するように第１ステップ応答の制御を行った後、前記制御量ＰＶが前記目標値ＳＶ２に到達するように第２ステップ応答の制御を行うステップ応答制御手段と、
前記第１ステップ応答と前記第２ステップ応答の制御によって得られる前記目標値ＳＶ２と前記中途目標値ＳＶ１それぞれと前記制御量ＰＶとの差を示す偏差Ｅと該偏差Ｅの変化量ΔＥが基準以下のときに定常状態と判定する状態判定手段と、
前記第１ステップ応答で定常状態と判定されたときに定常状態における制御量ＰＶと操作量ＭＶそれぞれの平均値ＰＶ１，ＭＶ１を算出するとともに、前記第２ステップ応答で定常状態と判定されたときに定常状態における制御量ＰＶと操作量ＭＶそれぞれの平均値ＰＶ２，ＭＶ２を算出する平均値算出手段と、
前記制御量ＰＶが前記中途目標値ＳＶ１に到達するように前記第１ステップ応答の制御をして前記定常状態と判定されたときに該定常状態から前記制御量が所定量変化するのに要するむだ時間Ｔを計測するむだ時間計測手段と、
前記第１ステップ応答と前記第２ステップ応答の制御で前記定常状態と判定されたときの波形を実測波形Ｗ１として取得する実測波形取得手段と、
前記制御対象との間の入出力をオフし、ラプラス演算子ｓ、ゲインＫ、むだ時間Ｔ、固有角周波数ωｎ、減衰比ζとしたときの伝達関数Ｇ（ｓ）＝（Ｋωｎ² ／（ｓ² ＋２ζωｎｓ＋ωｎ² ））・（（１－Ｔｓ）／（１＋Ｔｓ））をモデルとし、前記固有角周波数と前記減衰比を正規分布乱数により変えて前記第２ステップ応答と同条件で前記制御量のシミュレーションを行うとともに、前記制御量のシミュレーション結果をＰＶｓ、ＰＩＤ制御器をＣｐｉｄとしたときのＰＶｓ＝Ｇ（ｓ）／Ｃｐｉｄを制御系として、比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄを正規分布乱数により変えて前記制御量のシミュレーションを行うモデル制御手段と、
前記平均値算出手段にて算出した前記制御量ＰＶと前記操作量ＭＶの平均値ＰＶ１，ＭＶ１，ＰＶ２，ＭＶ２に基づき、前記制御量ＰＶの平均値ＰＶ１，ＰＶ２と前記操作量ＭＶの平均値ＭＶ１，ＭＶ２の傾きから伝達関数Ｇ（ｓ）のモデルにおけるゲインＫを算出するゲイン算出手段と、
前記伝達関数Ｇ（ｓ）のモデルにて制御を行ったときの波形を予測波形Ｗ２として取得する予測波形取得手段と、
前記実測波形Ｗ１と前記予測波形Ｗ２との波形の誤差の絶対値を加算した評価値Ｖａ１が最も小さくなる前記固有角周波数と前記減衰比の組み合わせを算出するパラメータ算出手段と、
比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄを正規分布乱数により変えて前記制御量ＰＶのシミュレーションを行ったときの前記制御量ＰＶが前記目標値ＳＶ２以上かつ前記制御量ＰＶと前記目標値ＳＶ２との差の最大値が最も小さくなる比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄの組み合わせを算出するＰＩＤ定数算出手段と、
を具備することを特徴とする。

請求項２に記載された制御装置は、請求項１の制御装置において、
前記制御対象の特性に応じて初期時のＰＩＤ定数を設定することを特徴とする。

請求項３に記載された制御方法は、制御対象の制御量ＰＶを変化させるための操作量ＭＶを算出して前記制御量ＰＶを目標値ＳＶ２に一致させる制御方法であって、
前記制御量ＰＶが前記目標値ＳＶ２よりも小さい中途目標値ＳＶ１に到達するように第１ステップ応答の制御を行った後、前記制御量ＰＶが前記目標値ＳＶ２に到達するように第２ステップ応答の制御を行うステップと、
前記第１ステップ応答と前記第２ステップ応答の制御によって得られる前記目標値ＳＶ２と前記中途目標値ＳＶ１それぞれと前記制御量ＰＶとの差を示す偏差Ｅと該偏差Ｅの変化量ΔＥが基準以下のときに定常状態と判定するステップと、
前記第１ステップ応答で定常状態と判定されたときに定常状態における制御量ＰＶと操作量ＭＶそれぞれの平均値ＰＶ１，ＭＶ１を算出するとともに、前記第２ステップ応答で定常状態と判定されたときに定常状態における制御量ＰＶと操作量ＭＶそれぞれの平均値ＰＶ２，ＭＶ２を算出するステップと、
前記制御量ＰＶが前記中途目標値ＳＶ１に到達するように前記第１ステップ応答の制御をして前記定常状態と判定されたときに該定常状態から前記制御量が所定量変化するのに要するむだ時間Ｔを計測するステップと、
前記第１ステップ応答と前記第２ステップ応答の制御で前記定常状態と判定されたときの波形を実測波形Ｗ１として取得するステップと、
前記制御対象との間の入出力をオフし、ラプラス演算子ｓ、ゲインＫ、むだ時間Ｔ、固有角周波数ωｎ、減衰比ζとしたときの伝達関数Ｇ（ｓ）＝（Ｋωｎ² ／（ｓ² ＋２ζωｎｓ＋ωｎ² ））・（（１－Ｔｓ）／（１＋Ｔｓ））をモデルとし、前記固有角周波数と前記減衰比を正規分布乱数により変えて前記第２ステップ応答と同条件で前記制御量のシミュレーションを行うとともに、前記制御量のシミュレーション結果をＰＶｓ、ＰＩＤ制御器をＣｐｉｄとしたときのＰＶｓ＝Ｇ（ｓ）／Ｃｐｉｄを制御系として、比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄを正規分布乱数により変えて前記制御量のシミュレーションを行うステップと、
前記制御量ＰＶと前記操作量ＭＶの平均値ＰＶ１，ＭＶ１，ＰＶ２，ＭＶ２に基づき、前記制御量ＰＶの平均値ＰＶ１，ＰＶ２と前記操作量ＭＶの平均値ＭＶ１，ＭＶ２の傾きから伝達関数Ｇ（ｓ）のモデルにおけるゲインＫを算出するステップと、
前記伝達関数Ｇ（ｓ）のモデルにて制御を行ったときの波形を予測波形Ｗ２として取得するステップと、
前記実測波形Ｗ１と前記予測波形Ｗ２との波形の誤差の絶対値を加算した評価値Ｖａ１が最も小さくなる前記固有角周波数と前記減衰比の組み合わせを算出するステップと、
比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄを正規分布乱数により変えて前記制御量ＰＶのシミュレーションを行ったときの前記制御量ＰＶが前記目標値ＳＶ２以上かつ前記制御量ＰＶと前記目標値ＳＶ２との差の最大値が最も小さくなる比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄの組み合わせを算出するステップと、
を含むことを特徴とする。

請求項４に記載された制御方法は、請求項３の制御方法において、
前記制御対象の特性に応じて初期時のＰＩＤ定数を設定するステップを含むことを特徴とする。

本発明によれば、２回のステップ応答と伝達関数Ｇ（ｓ）のモデルによる制御量のシミュレーションによりＰＩＤ定数を適切に決定して設定することができ、制御量のオーバシュートを低減することができる。

本発明に係る制御装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明に係る制御装置および制御方法によるチューニング時のタイミングチャートの一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に示すように、本実施の形態の制御装置１は、例えば電気炉、流量系や化学反応系などの制御対象の温度、流量、湿度、圧力などの物理量を制御量とし、この制御量を操作量により変化させて制御量を目標値に一致させる調節計であり、ＰＩＤ定数を決定するための構成として操作表示部２、記憶部３、制御部４を備えて概略構成される。

ここでは、図１に示すように、例えばヒータなどの加熱手段１１や温度センサ１２が炉内に設置された電気炉１３を制御対象とし、温度センサ１２が検出する炉内温度（制御量ＰＶ）が目標温度（目標値ＳＶ）に一致するように操作量ＭＶでアクチュエータ（不図示）を駆動して加熱手段１１を制御する場合を例にとって説明する。

操作表示部２は、装置前面に設けられる各種キー、液晶やＬＥＤなどの表示器を備えて構成される。操作表示部２は、オートチューニングの開始の指示、オートチューニング開始時のＰＩＤ定数、中途目標値ＳＶ１、目標値ＳＶ２の設定を行う。また、操作表示部２は、設定画面の表示の他、目標値や制御量の表示、プログラムパターンなどの各種データ、バーグラフ表示やトレンド表示などの各種モニタ表示を行う。

なお、中途目標値ＳＶ１は、目標値ＳＶ２に対して例えば負荷率１０～９０％で設定される。例えば目標値ＳＶ２の半分である負荷率５０％を中途目標値ＳＶ１として設定する。

記憶部３は、操作表示部２の操作により設定された設定値（ＰＩＤ定数、中途目標値ＳＶ１、目標値ＳＶ２）などを含め、電気炉１３の炉内温度の制御に関わる各種情報を記憶する。

制御部４は、操作表示部２の操作により設定された設定値、記憶部３に記憶された各種情報、電気炉１３の温度センサ１２が検出する炉内温度に基づいて制御装置１を統括制御するものである。制御部４は、ＰＩＤ定数を決定するための構成として、ステップ応答制御手段４ａ、状態判定手段４ｂ、平均値算出手段４ｃ、むだ時間計測手段４ｄ、実測波形取得手段４ｅ、シミュレーションモデル制御手段４ｆ、ゲイン算出手段４ｇ、予測波形取得手段４ｈ、評価値算出手段４ｉ、パラメータ算出手段４ｊ、ＰＩＤ定数算出手段４ｋを備える。

ステップ応答制御手段４ａは、操作表示部２にて設定された中途目標値ＳＶ１によるステップ応答１と目標値ＳＶ２によるステップ応答２の２回の制御を行う。

具体的に、ステップ応答制御手段４ａは、ステップ応答１として、操作表示部２にて設定された中途目標値ＳＶ１に制御量ＰＶが到達するように操作量ＭＶによりアクチュエータを駆動して加熱手段１１を制御（例えばＰＩＤ制御）する。

また、ステップ応答制御手段４ａは、ステップ応答２として、操作表示部２にて設定された目標値ＳＶ２に制御量ＰＶが到達するように操作量ＭＶによりアクチュエータを駆動して加熱手段１１を制御（例えばＰＩＤ制御）する。

状態判定手段４ｂは、ステップ応答制御手段４ａによるステップ応答１，２の２回の制御で得られる中途目標値ＳＶ１と目標値ＳＶ２それぞれと制御量ＰＶとの差を示す偏差Ｅと偏差Ｅの変化量ΔＥに基づいて定常状態（制御量ＰＶが時間とともに変化しない状態）か否かを判定する。

具体的に、状態判定手段４ｂは、ステップ応答１において、中途目標値ＳＶ１と制御量ＰＶとの差を示す偏差Ｅと偏差Ｅの変化量ΔＥが基準以下、すなわち、偏差Ｅと偏差Ｅの変化量ΔＥがほぼ０に近ければ定常状態と判定する。

また、状態判定手段４ｂは、ステップ応答２において、目標値ＳＶ２と制御量ＰＶとの差を示す偏差Ｅと偏差Ｅの変化量ΔＥが基準以下、すなわち、偏差Ｅと偏差Ｅの変化量ΔＥがほぼ０に近ければ定常状態と判定する。

平均値算出手段４ｃは、ステップ応答１，２による制御で定常状態と判定されたときの制御量ＰＶと操作量ＭＶそれぞれの平均値を算出する。

具体的に、平均値算出手段４ｃは、ステップ応答１で定常状態と判定すると、定常状態における制御量ＰＶと操作量ＭＶそれぞれの平均値ＰＶ１、ＭＶ１を算出する。

また、平均値算出手段４ｃは、ステップ応答２で定常状態と判定すると、定常状態における制御量ＰＶと操作量ＭＶそれぞれの平均値ＰＶ２、ＭＶ２を算出する。

むだ時間計測手段４ｄは、ステップ応答１で定常状態と判定すると、この定常状態から制御量ＰＶが所定量変化するのに要するむだ時間Ｔを計測する。

具体的に、むだ時間計測手段４ｄは、定常状態から制御量ＰＶが温度センサ１２のスケール（検出し得る温度範囲）の例えば０．１％変化するまでの時間をむだ時間Ｔとして計測する。

実測波形取得手段４ｅは、ステップ応答１，２による制御で定常状態と判定されたときの波形を実測波形Ｗ１として取得する。

モデル制御手段４ｆは、制御対象１３との間の入出力をオフし、ラプラス演算子ｓ、ゲインＫ、むだ時間Ｔ、固有角周波数ωｎ、減衰比ζとしたときの伝達関数Ｇ（ｓ）＝（Ｋωｎ² ／（ｓ² ＋２ζωｎｓ＋ωｎ² ））・（（１－Ｔｓ）／（１＋Ｔｓ））をモデルとして、固有角周波数ωｎと減衰比ζを正規分布乱数により変え、上述したステップ応答２と同条件で制御量ＰＶのシミュレーションを行う。

また、モデル制御手段４ｆは、ＰＶｓ＝Ｇ（ｓ）・Ｃｐｉｄを制御系として、比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄを正規分布乱数により変えて制御量ＰＶのシミュレーションを行う。なお、ＰＶｓは制御量ＰＶのシミュレーション結果、ＣｐｉｄはＰＩＤ制御器である。

ゲイン算出手段４ｇは、平均値算出手段４ｃにて算出した制御量ＰＶと操作量ＭＶの平均値ＰＶ１，ＭＶ１，ＰＶ２，ＭＶ２に基づき、制御量ＰＶの平均値ＰＶ１，ＰＶ２と操作量ＭＶの平均値ＭＶ１，ＭＶ２の傾きから伝達関数Ｇ（ｓ）のモデルにおけるゲインＫを算出する。

具体的に、ゲイン算出手段４ｇは、ゲインＫ＝（ＰＶ２－ＰＶ１）／（ＭＶ２－ＭＶ１）の式に対し、平均値算出手段４ｃにて算出した制御量ＰＶと操作量ＭＶの平均値ＰＶ１，ＭＶ１，ＰＶ２，ＭＶ２を代入して伝達関数Ｇ（ｓ）のモデルにおけるゲインＫを算出する。

予測波形取得手段４ｈは、伝達関数Ｇ（ｓ）のモデルにて制御を行ったときの波形を予測波形Ｗ２として取得する。

評価値算出手段４ｉは、実測波形取得手段４ｅにて取得した実測波形Ｗ１と予測波形取得手段４ｈにて取得した予測波形Ｗ２との波形の誤差の絶対値を加算した値を評価値Ｖａｌ（＝Σ｜Ｗ２－Ｗ１｜）として算出する。

パラメータ算出手段４ｊは、評価値算出手段４ｉにて算出した評価値Ｖａｌが最も小さくなる固有角周波数ωｎと減衰比ζの組み合わせを算出する。

ＰＩＤ定数算出手段４ｋは、比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄを正規分布乱数により変えてモデル制御手段４ｆにより制御量ＰＶのシミュレーションを行ったときの制御量ＰＶが目標値ＳＶ２以上かつ制御量ＰＶと目標値ＳＶ２との差の最大値が最も小さくなる比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄの組み合わせをＰＩＤ定数として算出する。

次に、上記のように構成される制御装置１によるオートチューニング時の制御方法について図２を参照しながら説明する。

まず、操作表示部２の操作によりＰＩＤ定数を任意に設定するとともに、中途目標値ＳＶ１、目標値ＳＶ２を設定する。ここでは、目標値ＳＶ２の負荷率５０％が中途目標値ＳＶ１に設定されているものとする。なお、初期時のＰＩＤ定数は、制御対象１３の特性に応じて設定するのが好ましい。

上記設定を終え、操作表示部２の操作によりオートチューニングを開始すると、制御部４のステップ応答制御手段４ａは、中途目標値ＳＶ１に制御量ＰＶが到達するように操作量ＭＶによりアクチュエータを駆動して加熱手段１１をＰＩＤ制御する（図２のステップ応答１）。

続いて、ステップ応答制御手段４ａは、目標値ＳＶ２に制御量ＰＶが到達するように操作量ＭＶによりアクチュエータを駆動して加熱手段１１をＰＩＤ制御する（図２のステップ応答２）。

そして、状態判定手段４ｂは、図２のステップ応答１において、中途目標値ＳＶ１と制御量ＰＶとの差を示す偏差Ｅと偏差Ｅの変化量ΔＥが基準以下であれば定常状態（図２の点線で囲むＳ１，Ｓ２の状態）と判定する。

また、状態判定手段４ｂは、図２のステップ応答２において、目標値ＳＶ２と制御量ＰＶとの差を示す偏差Ｅと偏差Ｅの変化量ΔＥが基準以下であれば定常状態（図２の点線で囲むＳ３，Ｓ４の状態）と判定する。

そして、平均値算出手段４ｃは、図２のステップ応答１で定常状態（図２の点線で囲むＳ１，Ｓ２の状態）と判定すると、この定常状態における制御量ＰＶと操作量ＭＶそれぞれの平均値ＰＶ１、ＭＶ１を算出する。

また、平均値算出手段４ｃは、図２のステップ応答２で定常状態（図２の点線で囲むＳ３，Ｓ４の状態）と判定すると、この定常状態における制御量ＰＶと操作量ＭＶそれぞれの平均値ＰＶ２、ＭＶ２を算出する。

さらに、むだ時間計測手段４ｄは、図２のステップ応答１で定常状態と判定すると、この定常状態から制御量ＰＶが所定量変化するのに要するむだ時間Ｔを計測する。

そして、実測波形取得手段４ｅは、ステップ応答１，２による制御で定常状態と判定されたときの波形を実測波形Ｗ１として取得する。

次に、モデル制御手段４ｆは、制御対象１３との間の入出力をオフした状態で、ラプラス演算子ｓ、ゲインＫ、むだ時間Ｔ、固有角周波数ωｎ、減衰比ζとしたときの伝達関数Ｇ（ｓ）＝（Ｋωｎ² ／（ｓ² ＋２ζωｎｓ＋ωｎ² ））・（（１－Ｔｓ）／（１＋Ｔｓ））をモデルとして、固有角周波数ωｎと減衰比ζを正規分布乱数により変えて上述したステップ応答２と同条件で制御量ＰＶのシミュレーションを行う。

そして、予測波形取得手段４ｈは、伝達関数Ｇ（ｓ）のモデルにて制御を行ったときの波形を予測波形Ｗ２として取得する。

ここで、ゲイン算出手段４ｇは、ゲインＫ＝（ＰＶ２－ＰＶ１）／（ＭＶ２－ＭＶ１）の式に対し、平均値算出手段４ｃにて算出した制御量ＰＶと操作量ＭＶの平均値ＰＶ１，ＭＶ１，ＰＶ２，ＭＶ２を代入して伝達関数Ｇ（ｓ）のモデルにおけるゲインＫを算出する。

また、評価値算出手段４ｉは、実測波形取得手段４ｅにて取得した実測波形Ｗ１と予測波形取得手段４ｈにて取得した予測波形Ｗ２との波形の誤差の絶対値を加算した値を評価値Ｖａｌ（＝Σ｜Ｗ２－Ｗ１｜）として算出する。

そして、パラメータ算出手段４ｊは、評価値算出手段４ｉにて算出した評価値Ｖａｌが最も小さくなる固有角周波数ωｎと減衰比ζの組み合わせを算出する。

次に、ＰＩＤ定数算出手段４ｋは、比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄを正規分布乱数により変えてモデル制御手段４ｆの制御による制御量ＰＶのシミュレーションを行う。そして、この制御量ＰＶのシミュレーションを行ったときの制御量ＰＶが目標値ＳＶ２以上かつ制御量ＰＶと目標値ＳＶ２との差の最大値が最も小さくなる比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄの組み合わせをＰＩＤ定数として算出する。これにより、最適な比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄを求めてＰＩＤ定数を設定することができる。

ところで、上述した実施の形態では、制御対象として電気炉１３の炉内温度を目標値ＳＶに制御する制御装置を例にとって説明したが、これに限定されるものではない。例えば流量系や化学反応系などにおける流量、湿度、圧力などの物理量を目標値に制御する制御装置として用いることもできる。

このように、本実施の形態によれば、２回のステップ応答と伝達関数Ｇ（ｓ）のモデルによる制御量のシミュレーションによりＰＩＤ定数を適切に決定して設定することができ、制御量のオーバシュートを低減することができる。

以上、本発明に係る制御装置および制御方法の最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。

１ 制御装置
２ 操作表示部
３ 記憶部
４ 制御部
１１ 加熱手段
１２ 温度センサ
１３ 電気炉（制御対象）

Claims (4)

1. 制御対象の制御量ＰＶを変化させるための操作量ＭＶを算出して前記制御量ＰＶを目標値ＳＶ２に一致させる制御装置であって、
   前記制御量ＰＶが前記目標値ＳＶ２よりも小さい中途目標値ＳＶ１に到達するように第１ステップ応答の制御を行った後、前記制御量ＰＶが前記目標値ＳＶ２に到達するように第２ステップ応答の制御を行うステップ応答制御手段と、
   前記第１ステップ応答と前記第２ステップ応答の制御によって得られる前記目標値ＳＶ２と前記中途目標値ＳＶ１それぞれと前記制御量ＰＶとの差を示す偏差Ｅと該偏差Ｅの変化量ΔＥが基準以下のときに定常状態と判定する状態判定手段と、
   前記第１ステップ応答で定常状態と判定されたときに定常状態における制御量ＰＶと操作量ＭＶそれぞれの平均値ＰＶ１，ＭＶ１を算出するとともに、前記第２ステップ応答で定常状態と判定されたときに定常状態における制御量ＰＶと操作量ＭＶそれぞれの平均値ＰＶ２，ＭＶ２を算出する平均値算出手段と、
   前記制御量ＰＶが前記中途目標値ＳＶ１に到達するように前記第１ステップ応答の制御をして前記定常状態と判定されたときに該定常状態から前記制御量が所定量変化するのに要するむだ時間Ｔを計測するむだ時間計測手段と、
   前記第１ステップ応答と前記第２ステップ応答の制御で前記定常状態と判定されたときの波形を実測波形Ｗ１として取得する実測波形取得手段と、
   前記制御対象との間の入出力をオフし、ラプラス演算子ｓ、ゲインＫ、むだ時間Ｔ、固有角周波数ωｎ、減衰比ζとしたときの伝達関数Ｇ（ｓ）＝（Ｋωｎ² ／（ｓ² ＋２ζωｎｓ＋ωｎ² ））・（（１－Ｔｓ）／（１＋Ｔｓ））をモデルとし、前記固有角周波数と前記減衰比を正規分布乱数により変えて前記第２ステップ応答と同条件で前記制御量のシミュレーションを行うとともに、前記制御量のシミュレーション結果をＰＶｓ、ＰＩＤ制御器をＣｐｉｄとしたときのＰＶｓ＝Ｇ（ｓ）／Ｃｐｉｄを制御系として、比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄを正規分布乱数により変えて前記制御量のシミュレーションを行うモデル制御手段と、
   前記平均値算出手段にて算出した前記制御量ＰＶと前記操作量ＭＶの平均値ＰＶ１，ＭＶ１，ＰＶ２，ＭＶ２に基づき、前記制御量ＰＶの平均値ＰＶ１，ＰＶ２と前記操作量ＭＶの平均値ＭＶ１，ＭＶ２の傾きから伝達関数Ｇ（ｓ）のモデルにおけるゲインＫを算出するゲイン算出手段と、
   前記伝達関数Ｇ（ｓ）のモデルにて制御を行ったときの波形を予測波形Ｗ２として取得する予測波形取得手段と、
   前記実測波形Ｗ１と前記予測波形Ｗ２との波形の誤差の絶対値を加算した評価値Ｖａ１が最も小さくなる前記固有角周波数と前記減衰比の組み合わせを算出するパラメータ算出手段と、
   比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄを正規分布乱数により変えて前記制御量ＰＶのシミュレーションを行ったときの前記制御量ＰＶが前記目標値ＳＶ２以上かつ前記制御量ＰＶと前記目標値ＳＶ２との差の最大値が最も小さくなる比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄの組み合わせを算出するＰＩＤ定数算出手段と、
   を具備することを特徴とする制御装置。
2. 前記制御対象の特性に応じて初期時のＰＩＤ定数を設定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 制御対象の制御量ＰＶを変化させるための操作量ＭＶを算出して前記制御量ＰＶを目標値ＳＶ２に一致させる制御方法であって、
   前記制御量ＰＶが前記目標値ＳＶ２よりも小さい中途目標値ＳＶ１に到達するように第１ステップ応答の制御を行った後、前記制御量ＰＶが前記目標値ＳＶ２に到達するように第２ステップ応答の制御を行うステップと、
   前記第１ステップ応答と前記第２ステップ応答の制御によって得られる前記目標値ＳＶ２と前記中途目標値ＳＶ１それぞれと前記制御量ＰＶとの差を示す偏差Ｅと該偏差Ｅの変化量ΔＥが基準以下のときに定常状態と判定するステップと、
   前記第１ステップ応答で定常状態と判定されたときに定常状態における制御量ＰＶと操作量ＭＶそれぞれの平均値ＰＶ１，ＭＶ１を算出するとともに、前記第２ステップ応答で定常状態と判定されたときに定常状態における制御量ＰＶと操作量ＭＶそれぞれの平均値ＰＶ２，ＭＶ２を算出するステップと、
   前記制御量ＰＶが前記中途目標値ＳＶ１に到達するように前記第１ステップ応答の制御をして前記定常状態と判定されたときに該定常状態から前記制御量が所定量変化するのに要するむだ時間Ｔを計測するステップと、
   前記第１ステップ応答と前記第２ステップ応答の制御で前記定常状態と判定されたときの波形を実測波形Ｗ１として取得するステップと、
   前記制御対象との間の入出力をオフし、ラプラス演算子ｓ、ゲインＫ、むだ時間Ｔ、固有角周波数ωｎ、減衰比ζとしたときの伝達関数Ｇ（ｓ）＝（Ｋωｎ² ／（ｓ² ＋２ζωｎｓ＋ωｎ² ））・（（１－Ｔｓ）／（１＋Ｔｓ））をモデルとし、前記固有角周波数と前記減衰比を正規分布乱数により変えて前記第２ステップ応答と同条件で前記制御量のシミュレーションを行うとともに、前記制御量のシミュレーション結果をＰＶｓ、ＰＩＤ制御器をＣｐｉｄとしたときのＰＶｓ＝Ｇ（ｓ）／Ｃｐｉｄを制御系として、比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄを正規分布乱数により変えて前記制御量のシミュレーションを行うステップと、
   前記制御量ＰＶと前記操作量ＭＶの平均値ＰＶ１，ＭＶ１，ＰＶ２，ＭＶ２に基づき、前記制御量ＰＶの平均値ＰＶ１，ＰＶ２と前記操作量ＭＶの平均値ＭＶ１，ＭＶ２の傾きから伝達関数Ｇ（ｓ）のモデルにおけるゲインＫを算出するステップと、
   前記伝達関数Ｇ（ｓ）のモデルにて制御を行ったときの波形を予測波形Ｗ２として取得するステップと、
   前記実測波形Ｗ１と前記予測波形Ｗ２との波形の誤差の絶対値を加算した評価値Ｖａ１が最も小さくなる前記固有角周波数と前記減衰比の組み合わせを算出するステップと、
   比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄを正規分布乱数により変えて前記制御量ＰＶのシミュレーションを行ったときの前記制御量ＰＶが前記目標値ＳＶ２以上かつ前記制御量ＰＶと前記目標値ＳＶ２との差の最大値が最も小さくなる比例帯Ｐ、積分時間Ｉ、微分時間Ｄの組み合わせを算出するステップと、
   を含むことを特徴とする制御方法。
4. 前記制御対象の特性に応じて初期時のＰＩＤ定数を設定するステップを含むことを特徴とする請求項３に記載の制御方法。

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