JP7339851B2 - 制御装置 - Google Patents
制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7339851B2 JP7339851B2 JP2019198070A JP2019198070A JP7339851B2 JP 7339851 B2 JP7339851 B2 JP 7339851B2 JP 2019198070 A JP2019198070 A JP 2019198070A JP 2019198070 A JP2019198070 A JP 2019198070A JP 7339851 B2 JP7339851 B2 JP 7339851B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output value
- value
- desired output
- controlled object
- pid controller
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、制御装置に関し、特に、制御装置のパラメータを調節する技術に関する。
本技術の背景技術として、特開２０１８－１１２９５４（特許文献１）がある。特許文献１には、オートチューニングによってＰＩＤ値を算出するＰＩＤ算出部と、前記ＰＩＤ値を用いてＰＩＤ制御を実行するＰＩＤ制御部と、前記ＰＩＤ値を用いて前記ＰＩＤ制御異常または対象装置の異常を判定する判定部と、を備える、制御装置が記載されている（請求項１参照）。
しかしながら、前述の先行技術（特許文献１）に記載されたＰＩＤ算出部は、リミットサイクル法等のオートチューニングを実行するものであり、ＰＩＤ制御ゲイン値を高精度かつ効率的に制御できるものではない。また、制御装置又は制御対象のどのような特性が異常であるかを検知するものではない。
本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する第１の調整部と、前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、前記演算部のパラメータ値を調整する第２の調整部と、前記第１の調整部と前記第２の調整部とを切り換える調整切り替え部とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、ＰＩＤ制御器のパラメータ値の自動調整と制御対象の特性変化を簡便な構成で行うことができ、制御システムの性能および信頼性を向上できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。
以下、実施例を図面を用いて説明する。
＜実施例１＞
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する第１の調整部（ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２）と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する第２の調整部（所望の出力値演算部パラメータ値調整部３）とを備えることを特徴とする制御装置１について示す。
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する第１の調整部（ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２）と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する第２の調整部（所望の出力値演算部パラメータ値調整部３）とを備えることを特徴とする制御装置１について示す。
また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表される。
また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、伝達関数の少なくとも時定数を変更する。
また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＦＲＩＴ（Ｆｉｃｔｉｔｉｏｕｓ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｔｕｎｉｎｇ）を用いて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。
また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＦＲＩＴを用いて、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する。
また、制御装置１は、プラント２１を制御する装置である。
図１は、制御装置１の中心機能を示す図である。制御装置１において、所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力の所望のプロフィールを演算する。ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する。ＰＩＤ制御器５は、制御対象を制御するための操作量を演算する。
図２は、制御装置１のシステム図である。
制御装置１は、ハードウェアとして、記憶装置１１、ＣＰＵ１２、ＲＯＭ１３、ＲＡＭ１４、データバス１５、入力回路１６、入出力ポート１７及び出力回路１８を有する。入力回路１６は、外部から入力された信号を処理する。外部から入力される信号は、例えば、制御装置１に設置又は接続されているセンサから出力されるセンサ出力信号などである。外部から入力される信号は、入力回路１６を経て、入力信号となり入出力ポート１７へ送られる。入出力ポート１７に送られた各入力情報は、データバス１５を経て、ＲＡＭ１４又は記憶装置１１に格納される。ＲＯＭ１３及び記憶装置１１の少なくとも一方は、後述する処理を実行するためのプログラムを格納しており、該プログラムはＣＰＵ１２で実行される。その際、ＲＡＭ１４及び記憶装置１１の少なくとも一方に格納された値を、適宜、使用して演算を行う。演算結果のうち外部へ送り出す情報（値）は、データバス１５を経て入出力ポート１７に送られ、出力信号として出力回路１８に送られる。出力回路１８は、出力信号を外部に出力する。外部へ出力される出力信号は、制御対象を所望の動きをさせるために制御対象に備わるアクチュエータへ送信されるアクチュエータ駆動信号などである。
なお、ＣＰＵ１２がプログラムを実行して行う処理の一部を、他の演算装置（例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などのハードウェア）で実行してもよい。
図３は、制御装置１と制御装置１によって制御されるプラント２１を示す図である。
本実施例のＰＩＤ制御器５は、プラント２１の温度を制御するための操作量（例えば、蒸気温度を調節するための目標バルブ開度）を演算する。
以下、各部による処理の詳細を説明する。
＜所望の出力値演算部（図４）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（プラント２１の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図４に示すように、制御目標である目標プラント温度Ｔｇ＿Ｔｄｅｇに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などが考えられる。伝達関数は、予め決めておくが、プラント２１の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（プラント２１の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図４に示すように、制御目標である目標プラント温度Ｔｇ＿Ｔｄｅｇに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などが考えられる。伝達関数は、予め決めておくが、プラント２１の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。
また、伝達関数のパラメータの一つであるτ１は可変とし、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３で演算された値を用いる。パラメータτ１は、伝達関数の時定数を示しており、τ１の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図５）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図５に示すように、プラント温度プロフィールＴｄｅｇと所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇとの差が最も小さくなるように、調整後ＰＩＤゲイン値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図５に示すように、プラント温度プロフィールＴｄｅｇと所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇとの差が最も小さくなるように、調整後ＰＩＤゲイン値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。
プラント温度プロフィールＴｄｅｇと所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇとの差を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜Ｔｄｅｇ－Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜Ｔｄｅｇ－Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜であるＬ１ノルムなどが考えられる。Ｊ１やＪ２を最小化するＰＩＤゲイン値は、例えば、ＩＦＴ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｔｕｎｉｎｇ）、ＦＲＩＴ（Ｆｉｃｔｉｔｉｏｕｓ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｔｕｎｉｎｇ）などで決定すればよく、ＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。本実施例では、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤゲイン値を最適化する。ＦＲＩＴは、一組の操作量と制御量信号だけでオフラインで最適化可能な最適化手法である。最適化のための解法は多くの文献があるので、ここでは詳述しない。
なお、本調整処理は、オフライン、オンラインのどちらで行ってもよい。ＩＦＴでは、最適化の過程において、その都度、制御対象にＰＩＤゲイン値を適用する必要があるが、ＦＲＩＴでは、最適化の過程はオフラインで処理可能である。
＜所望の出力値演算部パラメータ値調整部（図６）＞
所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図６に示すように、プラント温度プロフィールＴｄｅｇと所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇとの差が最も小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を決める。得られた所望の出力値演算部パラメータ値をτ１とする。
所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図６に示すように、プラント温度プロフィールＴｄｅｇと所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇとの差が最も小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を決める。得られた所望の出力値演算部パラメータ値をτ１とする。
プラント温度プロフィールＴｄｅｇと所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇとの差を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜Ｔｄｅｇ－Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜Ｔｄｅｇ－Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜であるＬ１ノルムなどが考えられる。Ｊ１、Ｊ２を最小化するＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。本実施例では、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤゲイン値を最適化する。ＦＲＩＴは、一組の操作量と制御量信号だけでオフラインで最適化可能な最適化手法である。詳細については多くの文献があるので、ここでは詳述しない。
本実施例の制御装置１は、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器ゲイン値（のみ）を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値（のみ）を調整する所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とからなる。また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表される。また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、伝達関数の少なくとも時定数を変更する。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤ制御器ゲイン値（のみ）を調整する。また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＦＲＩＴを用いて、所望の出力値演算部パラメータ値（のみ）を調整する。また、制御装置１は、プラント２１を制御する装置である。
本実施例の制御装置１は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値と所望の出力値演算部４のパラメータ値を、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、自動的に調整する。所望の出力値演算部４で設定した応答特性となるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値が自動的に調整されるので、ＰＩＤ制御ゲイン値の調整の精度及び効率を向上できる。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を自動調整し、そのときに用いたデータ（制御対象の出力値）で、所望の出力値演算部パラメータ値を自動調整するので、制御対象（プラント２１）の応答特性を所望の出力値演算部パラメータ値（時定数）の大きさから得ることができる。また、所望の出力値演算部４は、ＰＩＤ制御器５と制御対象からなる閉ループ伝達特性を表すので、ＰＩＤ制御器の特性が変化していないとき、所望の出力値演算部４は、制御対象の特性変化のみに影響する。従って、所望の出力値演算部４の応答特性などを定量的に評価することによって、制御対象の応答特性などの特性変化を定量的に明示的に診断できる。同じ原理を用いて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値及び所望の出力値演算部４のパラメータ値を自動的に調整するので、演算処理が簡便となり、計算コストが低減する。その結果、制御システムにおいて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整と制御対象の特性変化を簡便な構成で行うことができ、制御システムの性能及び信頼性を向上できる。
＜実施例２＞
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する第１の調整部（ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２）と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する第２の調整部（所望の出力値演算部パラメータ値調整部３）とを備えることを特徴とする制御装置１について示す。
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する第１の調整部（ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２）と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する第２の調整部（所望の出力値演算部パラメータ値調整部３）とを備えることを特徴とする制御装置１について示す。
また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とを切り換える調整切り替え部６を備える。
また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表される。
また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、伝達関数の少なくとも時定数を変更する。
また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。
また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＦＲＩＴを用いて、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する。
また、制御装置１は、プラント２１を制御する装置である。
図１は、制御装置１の中心機能を示す図であり、実施例１と同じであるので、詳述しない。図２は、制御装置１のシステム図であり、実施例１と同じであるので、詳述しない。
図７は、制御装置１と制御装置１によって制御されるプラント２１を示す図である。
調整切り替え部６は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２の処理と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３の処理とを切り替える。それ以外は、実施例１と同じであるので、詳述しない。
以下、各部による処理の詳細を説明する。
＜所望の出力値演算部（図４）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（プラント２１の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図４に示すように、実施例１と同じであるので、詳述しない。
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（プラント２１の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図４に示すように、実施例１と同じであるので、詳述しない。
＜調整切り替え部（図８）＞
調整切り替え部６は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２の処理と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３の処理とを排他的に切り替える。具体的には、図８に示すように、所定条件に従って、ｆ＿ｔｕｎｅ＝０又はｆ＿ｔｕｎｅ＝１とする。
所定条件とは、次のように例が考えられる。
例１）マニュアルスイッチがＯＮの場合は、ｆ＿ｔｕｎｅ＝１とし、それ以外の場合は、ｆ＿ｔｕｎｅ＝０とする。
例２）所定周期毎にｆ＿ｔｕｎｅ＝０とｆ＿ｔｕｎｅ＝１とを切り替える。
例３）制御対象の運転条件が所定条件にあるとき、ｆ＿ｔｕｎｅ＝１とし、それ以外は、ｆ＿ｔｕｎｅ＝０とする。
調整切り替え部６は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２の処理と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３の処理とを排他的に切り替える。具体的には、図８に示すように、所定条件に従って、ｆ＿ｔｕｎｅ＝０又はｆ＿ｔｕｎｅ＝１とする。
所定条件とは、次のように例が考えられる。
例１）マニュアルスイッチがＯＮの場合は、ｆ＿ｔｕｎｅ＝１とし、それ以外の場合は、ｆ＿ｔｕｎｅ＝０とする。
例２）所定周期毎にｆ＿ｔｕｎｅ＝０とｆ＿ｔｕｎｅ＝１とを切り替える。
例３）制御対象の運転条件が所定条件にあるとき、ｆ＿ｔｕｎｅ＝１とし、それ以外は、ｆ＿ｔｕｎｅ＝０とする。
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図９）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図９に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行せず、Ｋｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗは、前回値を維持する。
・プラント温度プロフィールＴｄｅｇと所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇとの差が最も小さくなるように、調整後ＰＩＤゲイン値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図９に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行せず、Ｋｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗは、前回値を維持する。
・プラント温度プロフィールＴｄｅｇと所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇとの差が最も小さくなるように、調整後ＰＩＤゲイン値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。
プラント温度プロフィールＴｄｅｇと所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇとの差を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜Ｔｄｅｇ－Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜Ｔｄｅｇ－Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜であるＬ１ノルムなどが考えられる。Ｊ１、Ｊ２を最小化するＰＩＤゲイン値は、例えば、ＩＦＴ、ＦＲＩＴなどで決定すればよく、ＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。本実施例では、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤゲイン値を最適化する。ＦＲＩＴは、一組の操作量と制御量信号だけでオフラインで最適化可能な最適化手法である。最適化のための解法は多くの文献があるので、ここでは詳述しない。
なお、本調整処理は、オフライン、オンラインのどちらで行ってもよい。ＩＦＴでは、最適化の過程において、その都度、制御対象にＰＩＤゲイン値を適用する必要があるが、ＦＲＩＴでは、最適化の過程はオフラインで処理可能である。
＜所望の出力値演算部パラメータ値調整部（図１０）＞
所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図１０に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行せず、τ１は、前回値を維持する。
・プラント温度プロフィールＴｄｅｇと所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇとの差が最も小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を決める。得られた所望の出力値演算部パラメータ値をτ１とする。
所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図１０に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行せず、τ１は、前回値を維持する。
・プラント温度プロフィールＴｄｅｇと所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇとの差が最も小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を決める。得られた所望の出力値演算部パラメータ値をτ１とする。
プラント温度プロフィールＴｄｅｇと所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇとの差を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜Ｔｄｅｇ－Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜Ｔｄｅｇ－Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜であるＬ１ノルムなどが考えられる。Ｊ１、Ｊ２を最小化するＰＩＤゲイン値は、例えば、ＩＦＴ、ＦＲＩＴなどで決定すればよく、ＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。本実施例では、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤゲイン値を最適化する。ＦＲＩＴは、一組の操作量と制御量信号だけでオフラインで最適化可能な最適化手法である。最適化のための解法は多くの文献があるので、ここでは詳述しない。
なお、本調整処理は、オフライン、オンラインのどちらで行ってもよい。ＩＦＴでは、最適化の過程において、その都度、制御対象にＰＩＤゲイン値を適用する必要があるが、ＦＲＩＴでは、最適化の過程はオフラインで処理可能である。
本実施例の制御装置１は、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器ゲイン値（のみ）を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値（のみ）を調整する所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とからなる。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とを切り換える調整切り替え部６を備える。また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表される。また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、伝達関数の少なくとも時定数を変更する。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤ制御器ゲイン値（のみ）を調整する。また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＦＲＩＴを用いて、所望の出力値演算部パラメータ値（のみ）を調整する。また、制御装置１は、プラント２１を制御する装置である。
本実施例の制御装置１は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値と所望の出力値演算部４のパラメータ値を、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、自動的に調整する。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整機能と所望の出力値演算部４のパラメータ値の自動調整機能とを切り替えて調整する。
このように、所望の出力値演算部４で設定された応答特性となるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値が自動的に調整されるので、ＰＩＤ制御ゲイン値の調整の精度及び効率を向上できる。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を自動調整し、そのときに用いたデータ（制御対象の出力値）で、所望の出力値演算部パラメータ値を自動調整するので、制御対象（プラント２１）の応答特性を所望の出力値演算部パラメータ値（時定数）の大きさから得ることができる。また、所望の出力値演算部４は、ＰＩＤ制御器５と制御対象からなる閉ループ伝達特性を表すので、ＰＩＤ制御器の特性が変化していないとき、所望の出力値演算部４は、制御対象の特性変化のみに影響する。従って、所望の出力値演算部４の応答特性などを定量的に評価することによって、制御対象の応答特性などの特性変化を定量的に明示的に診断できる。同じ原理を用いて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値及び所望の出力値演算部４のパラメータ値を自動的に調整するので、演算処理が簡便となり、計算コストが低減する。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整機能と所望の出力値演算部４のパラメータ値の自動調整機能を切り替えて調整するので、パラメータの自動調整が干渉することなく、制御対象を安定して制御できる。その結果、制御システムにおいて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整と制御対象の特性変化を簡便な構成で行うことができ、制御システムの性能及び信頼性を向上できる。
＜実施例３＞
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する第１の調整部（ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２）と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する第２の調整部（所望の出力値演算部パラメータ値調整部３）とを備えることを特徴とする制御装置１について示す。
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する第１の調整部（ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２）と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する第２の調整部（所望の出力値演算部パラメータ値調整部３）とを備えることを特徴とする制御装置１について示す。
また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とを切り換える調整切り替え部６を備える。
また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表される。
また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、伝達関数の少なくとも無駄時間を変更する。
また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。
また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＦＲＩＴを用いて、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する。
また、制御装置１は、プラント２１を制御する装置である。
図１は、制御装置１の中心機能を示す図であり、実施例１と同じであるので、詳述しない。図２は、制御装置１のシステム図であり、実施例１と同じであるので、詳述しない。図７は、制御装置１と制御装置１によって制御されるプラント２１を示す図であり、実施例２と同じであるので、詳述しない。
以下、各部による処理の詳細を説明する。
＜所望の出力値演算部（図１１）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（プラント２１の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図１１に示すように、制御目標である目標プラント温度Ｔｇ＿Ｔｄｅｇに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などが考えられる。伝達関数は、予め決めておくが、プラント２１の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（プラント２１の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図１１に示すように、制御目標である目標プラント温度Ｔｇ＿Ｔｄｅｇに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などが考えられる。伝達関数は、予め決めておくが、プラント２１の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。
また、伝達関数のパラメータの一つであるＬ１は可変とし、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３で演算された値を用いる。パラメータＬ１は、伝達関数の無駄時間を示しており、Ｌ１の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性が遅くなる。なお、伝達関数のパラメータとして、時定数（図４）と無駄時間（図１１）について説明したが、伝達関数のパラメータに次数を用いてもよい。
＜調整切り替え部（図８）＞
調整切り替え部６は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２の処理と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３の処理とを切り替える。具体的には、図８に示すように、実施例２と同じであるので、詳述しない。
調整切り替え部６は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２の処理と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３の処理とを切り替える。具体的には、図８に示すように、実施例２と同じであるので、詳述しない。
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図９）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図９に示すように、実施例２と同じであるので、詳述しない。
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図９に示すように、実施例２と同じであるので、詳述しない。
＜所望の出力値演算部パラメータ値調整部（図１２）＞
所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図１２に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行せず、Ｌ１は、前回値を維持する。
・プラント温度プロフィールＴｄｅｇと所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇとの差が最も小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を決める。得られた所望の出力値演算部パラメータ値をＬ１とする。
所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図１２に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行せず、Ｌ１は、前回値を維持する。
・プラント温度プロフィールＴｄｅｇと所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇとの差が最も小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を決める。得られた所望の出力値演算部パラメータ値をＬ１とする。
プラント温度プロフィールＴｄｅｇと所望のプラント温度プロフィールＤｅ＿Ｔｄｅｇとの差を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜Ｔｄｅｇ－Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜Ｔｄｅｇ－Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜であるＬ１ノルムなどが考えられる。Ｊ１、Ｊ２を最小化するＰＩＤゲイン値は、例えば、ＩＦＴ、ＦＲＩＴなどで決定すればよく、ＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。本実施例では、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤゲイン値を最適化する。ＦＲＩＴは、一組の操作量と制御量信号だけでオフラインで最適化可能な最適化手法である。最適化のための解法は多くの文献があるので、ここでは詳述しない。
なお、本調整処理は、オフライン、オンラインのどちらで行ってもよい。ＩＦＴでは、最適化の過程において、その都度、制御対象にＰＩＤゲイン値を適用する必要があるが、ＦＲＩＴでは、最適化の過程はオフラインで処理可能である。
本実施例の制御装置１は、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器ゲイン値（のみ）を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値（のみ）を調整する所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とからなる。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とを切り換える調整切り替え部６を備える。また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表される。また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、伝達関数の少なくとも無駄時間を変更する。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤ制御器ゲイン値（のみ）を調整する。また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＦＲＩＴを用いて、所望の出力値演算部パラメータ値（のみ）を調整する。また、制御装置１は、プラント２１を制御する装置である。
本実施例の制御装置１は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値と所望の出力値演算部４のパラメータ値を、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、自動的に調整する。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整機能と所望の出力値演算部４のパラメータ値の自動調整機能とを切り替えて調整する。
このように、所望の出力値演算部４で設定された応答特性となるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値が自動的に調整されるので、ＰＩＤ制御ゲイン値の調整の精度及び効率を向上できる。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を自動調整し、そのときに用いたデータ（制御対象の出力値）で、所望の出力値演算部パラメータ値を自動調整するので、制御対象（プラント２１）の応答特性を所望の出力値演算部パラメータ値（無駄時間）の大きさから得ることができる。また、所望の出力値演算部４は、ＰＩＤ制御器５と制御対象からなる閉ループ伝達特性を表すので、ＰＩＤ制御器の特性が変化していないとき、所望の出力値演算部４は、制御対象の特性変化のみに影響する。従って、所望の出力値演算部４の応答特性などを定量的に評価することによって、制御対象の応答特性などの特性変化を定量的に明示的に診断できる。同じ原理を用いて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値及び所望の出力値演算部４のパラメータ値を自動的に調整するので、演算処理が簡便となり、計算コストが低減する。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整機能と所望の出力値演算部４のパラメータ値の自動調整機能を切り替えて調整するので、パラメータの自動調整が干渉することなく、制御対象を安定して制御できる。その結果、制御システムにおいて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整と制御対象の特性変化を簡便な構成で行うことができ、制御システムの性能及び信頼性を向上できる。
＜実施例４＞
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する第１の調整部（ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２）と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する第２の調整部（所望の出力値演算部パラメータ値調整部３）とを備えることを特徴とする制御装置１について示す。
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する第１の調整部（ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２）と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する第２の調整部（所望の出力値演算部パラメータ値調整部３）とを備えることを特徴とする制御装置１について示す。
また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とを切り換える調整切り替え部６を備える。
また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表される。
また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、伝達関数の少なくとも時定数を変更する。
また、制御対象異常判定部７は、時定数又は時定数に基づく値が所定値以上のとき、制御対象が異常と判定する
また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。
また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＦＲＩＴを用いて、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する。
また、制御装置１は、プラント２１を制御する装置である。
図１は、制御装置１の中心機能を示す図であり、実施例１と同じであるので、詳述しない。図２は、制御装置１のシステム図であり、実施例１と同じであるので、詳述しない。
図１３は、制御装置１と制御装置１によって制御されるプラント２１を示す図である。
制御対象異常判定部７では、所望の出力値演算部パラメータ値を用いて制御対象が異常か否かを判定する。それ以外は、実施例２と同じであるので、詳述しない。
以下、各部による処理の詳細を説明する。
＜所望の出力値演算部（図４）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（プラント２１の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図４に示すように、実施例１と同じであるので、詳述しない。
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（プラント２１の温度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図４に示すように、実施例１と同じであるので、詳述しない。
＜調整切り替え部（図８）＞
調整切り替え部６は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２の処理と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３の処理とを切り替える。具体的には、図８に示すように、実施例２と同じであるので、詳述しない。
調整切り替え部６は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２の処理と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３の処理とを切り替える。具体的には、図８に示すように、実施例２と同じであるので、詳述しない。
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図９）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図９に示すように、実施例２と同じであるので、詳述しない。
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図９に示すように、実施例２と同じであるので、詳述しない。
＜所望の出力値演算部パラメータ値調整部（図１０）＞
所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図１０に示すように、実施例２と同じであるので、詳述しない。
所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図１０に示すように、実施例２と同じであるので、詳述しない。
＜制御対象異常判定部（図１４）＞
制御対象異常判定部７は、所望の出力値演算部パラメータ値を用いて制御対象が異常か否かを判定する。具体的には、図１４に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合に、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合に、下記処理を実行しない。
・τ１（所望の出力値演算部パラメータ値）からテーブルＴｂｌ＿ｄｅｇ＿ａｎｏを参照して、ｄｅｇ＿ａｎｏ（制御対象の異常度）を求める。
・ｄｅｇ＿ａｎｏ≧Ｋ＿ｄｅｇ＿ａｎｏの場合に、制御対象異常フラグｆ＿ａｎｏ＿ｏｂｊ＝１とする。
それ以外の場合に、制御対象異常フラグｆ＿ａｎｏ＿ｏｂｊ＝０とする。
制御対象異常判定部７は、所望の出力値演算部パラメータ値を用いて制御対象が異常か否かを判定する。具体的には、図１４に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合に、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合に、下記処理を実行しない。
・τ１（所望の出力値演算部パラメータ値）からテーブルＴｂｌ＿ｄｅｇ＿ａｎｏを参照して、ｄｅｇ＿ａｎｏ（制御対象の異常度）を求める。
・ｄｅｇ＿ａｎｏ≧Ｋ＿ｄｅｇ＿ａｎｏの場合に、制御対象異常フラグｆ＿ａｎｏ＿ｏｂｊ＝１とする。
それ以外の場合に、制御対象異常フラグｆ＿ａｎｏ＿ｏｂｊ＝０とする。
Ｔｂｌ＿ｄｅｇ＿ａｎｏは、時定数の大きさと制御対象の劣化度との関係を表し、理論上の値、実験値、経験的な値などを設定するとよい。
本実施例では、所望の出力値演算部パラメータは時定数としたが、無駄時間としてもよく、その場合も同様の処理が可能である。対象システムの劣化度・異常度を検出するのに、より適切な値を用いたり、時定数及び無駄時間の双方を用いてもよい。
また、異常判定処理が終了した後に、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３で演算されるパラメータ値を所定値に戻してもよい。これは、所望の出力値演算部４の伝達特性を一定の値にしておくことで（例えば、所定値に戻しておくことで）、制御システムの応答性を一定に保ち、制御対象の診断時のみ所望の出力値演算部パラメータ値調整部３で演算されるパラメータ値から制御対象の異常検出を可能とするためである。
本実施例の制御装置１は、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器ゲイン値（のみ）を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値（のみ）を調整する所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とからなる。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とを切り換える調整切り替え部６を備える。また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表される。また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、伝達関数の少なくとも時定数を変更する。また、制御対象異常判定部７は、時定数及び／又は時定数に基づく値が所定値以上の場合、制御対象が異常と判定する。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤ制御器ゲイン値（のみ）を調整する。また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＦＲＩＴを用いて、所望の出力値演算部パラメータ値（のみ）を調整する。また、制御装置１は、プラント２１を制御する装置である。
本実施例の制御装置１は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値と所望の出力値演算部４のパラメータ値を、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、自動的に調整する。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整機能と所望の出力値演算部４のパラメータ値の自動調整機能を切り替えて調整する。さらに、自動調整された所望の出力値演算部パラメータ値から制御対象（プラント２１）の異常（応答性劣化又は応答性劣化と相関のある性能劣化）を検知する。
このように、所望の出力値演算部４で設定された応答特性となるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値が自動的に調整されるので、ＰＩＤ制御ゲイン値の調整の精度及び効率を向上できる。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を自動調整し、そのときに用いたデータ（制御対象の出力値）で、所望の出力値演算部パラメータ値を自動調整するので、制御対象の応答特性を所望の出力値演算部パラメータ値（時定数）の大きさから得ることができる。また、所望の出力値演算部４は、ＰＩＤ制御器５と制御対象からなる閉ループ伝達特性を表すので、ＰＩＤ制御器の特性が変化していないとき、所望の出力値演算部４は、制御対象の特性変化のみに影響する。従って、所望の出力値演算部４の応答特性などを定量的に評価することによって、制御対象の応答特性などの特性変化を定量的に明示的に診断できる。同じ原理を用いて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値及び所望の出力値演算部４のパラメータ値を自動的に調整するので、演算処理が簡便となり、計算コストが低減する。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整機能と所望の出力値演算部４のパラメータ値の自動調整機能を切り替えて調整するので、パラメータの自動調整が干渉することなく、制御対象を安定して制御できる。さらに、自動調整された所望の出力値演算部パラメータ値から制御対象の異常（応答性劣化又は応答性劣化と相関のある性能劣化）を検知するので、制御対象の異常に伴う悪影響を未然防止し又は最小限にとどめることが可能である。その結果、制御システムにおいて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整と制御対象の特性変化を簡便な構成で行うことができ、制御システムの性能及び信頼性を向上できる。
＜実施例５＞
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する第１の調整部（ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２）と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する第２の調整部（所望の出力値演算部パラメータ値調整部３）とを備えることを特徴とする制御装置１について示す。
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する第１の調整部（ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２）と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する第２の調整部（所望の出力値演算部パラメータ値調整部３）とを備えることを特徴とする制御装置１について示す。
また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とを切り換える調整切り替え部６を備える。
また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表される。
また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、伝達関数の少なくとも時定数を変更する。
また、制御対象異常判定部７は、時定数又は時定数に基づく値が所定値以上のとき、制御対象が異常と判定する
また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。
また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＦＲＩＴを用いて、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する。
また、制御装置１は、自動運転車２２を制御する装置である。
図１は、制御装置１の中心機能を示す図であり、実施例１と同じであるので、詳述しない。図２は、制御装置１のシステム図であり、実施例１と同じであるので、詳述しない。
図１５は、制御装置１と制御装置１によって制御される自動運転車２２を示す図である。
本実施例のＰＩＤ制御器５は、自動運転車２２の運動を制御するための操作量（例えば、目標速度、目標回転角速度）を演算する。それ以外は、実施例４と同じであるので、詳述しない。
以下、各部による処理の詳細を説明する。
＜所望の出力値演算部（図１６）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（自動運転車２２の速度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図１６に示すように、制御目標である目標速度Ｔｇ＿ＶＳＰに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望の速度プロフィールＤｅ＿ＶＳＰを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などが考えられる。伝達関数は、予め決めておくが、プラント２１の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（自動運転車２２の速度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図１６に示すように、制御目標である目標速度Ｔｇ＿ＶＳＰに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望の速度プロフィールＤｅ＿ＶＳＰを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などが考えられる。伝達関数は、予め決めておくが、プラント２１の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。
また、伝達関数のパラメータの一つであるτ１は可変とし、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３で演算された値を用いる。パラメータτ１は、伝達関数の時定数を示しており、τ１の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性は遅くなる。
＜調整切り替え部（図８）＞
調整切り替え部６は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２の処理と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３の処理とを切り替える。具体的には、図８に示すように、実施例２と同じであるので、詳述しない。
調整切り替え部６は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２の処理と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３の処理とを切り替える。具体的には、図８に示すように、実施例２と同じであるので、詳述しない。
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図１７）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図１７に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行せず、Ｋｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗは、前回値を維持する。
・速度プロフィールＶＳＰと所望の速度プロフィールＤｅ＿ＶＳＰとの差が最も小さくなるように、調整後ＰＩＤゲイン値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図１７に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行せず、Ｋｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗは、前回値を維持する。
・速度プロフィールＶＳＰと所望の速度プロフィールＤｅ＿ＶＳＰとの差が最も小さくなるように、調整後ＰＩＤゲイン値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。
速度プロフィールＶＳＰと所望の速度プロフィールＤｅ＿ＶＳＰとの差を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜ＶＳＰ－Ｄｅ＿ＶＳＰ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜ＶＳＰ－Ｄｅ＿ＶＳＰ｜であるＬ１ノルムなどが考えられる。Ｊ１、Ｊ２を最小化するＰＩＤゲイン値は、例えば、ＩＦＴ、ＦＲＩＴなどで決定すればよく、ＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。本実施例では、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤゲイン値を最適化する。ＦＲＩＴは、一組の操作量と制御量信号だけでオフラインで最適化可能な最適化手法である。最適化のための解法は多くの文献があるので、ここでは詳述しない。
なお、本調整処理は、オフライン、オンラインのどちらで行ってもよい。ＩＦＴでは、最適化の過程において、その都度、制御対象にＰＩＤゲイン値を適用する必要があるが、ＦＲＩＴでは、最適化の過程はオフラインで処理可能である。
＜所望の出力値演算部パラメータ値調整部（図１８）＞
所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図１８に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行せず、τ１は、前回値を維持する。
・速度プロフィールＶＳＰと所望の速度プロフィールＤｅ＿ＶＳＰとの差が最も小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を決める。得られた所望の出力値演算部パラメータ値をτ１とする。
所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図１８に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行せず、τ１は、前回値を維持する。
・速度プロフィールＶＳＰと所望の速度プロフィールＤｅ＿ＶＳＰとの差が最も小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を決める。得られた所望の出力値演算部パラメータ値をτ１とする。
速度プロフィールＶＳＰと所望の速度プロフィールＤｅ＿ＶＳＰとの差を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜Ｔｄｅｇ－Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜Ｔｄｅｇ－Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜であるＬ１ノルムなどが考えられる。Ｊ１、Ｊ２を最小化するＰＩＤゲイン値は、例えば、ＩＦＴ、ＦＲＩＴなどで決定すればよく、ＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。本実施例では、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤゲイン値を最適化する。ＦＲＩＴは、一組の操作量と制御量信号だけでオフラインで最適化可能な最適化手法である。最適化のための解法は多くの文献があるので、ここでは詳述しない。
なお、本調整処理は、オフライン、オンラインのどちらで行ってもよい。ＩＦＴでは、最適化の過程において、その都度、制御対象にＰＩＤゲイン値を適用する必要があるが、ＦＲＩＴでは、最適化の過程はオフラインで処理可能である。
＜制御対象異常判定部（図１４）＞
制御対象異常判定部７は、所望の出力値演算部パラメータ値を用いて制御対象が異常か否かを判定する。具体的には、図１４に示すように、実施例４と同じであるので、詳述しない。
制御対象異常判定部７は、所望の出力値演算部パラメータ値を用いて制御対象が異常か否かを判定する。具体的には、図１４に示すように、実施例４と同じであるので、詳述しない。
本実施例の制御装置１は、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器ゲイン値（のみ）を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値（のみ）を調整する所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とからなる。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とを切り換える調整切り替え部６を備える。また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表される。また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、伝達関数の少なくとも時定数を変更する。また、制御対象異常判定部７は、時定数及び／又は時定数に基づく値が所定値以上のとき、制御対象が異常と判定する。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤ制御器ゲイン値（のみ）を調整する。また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＦＲＩＴを用いて、所望の出力値演算部パラメータ値（のみ）を調整する。また、制御装置１は、自動運転車２２を制御する装置である。
本実施例の制御装置１は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値と所望の出力値演算部４のパラメータ値を、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、自動的に調整する。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整機能と所望の出力値演算部４のパラメータ値の自動調整機能を切り替えて調整する。さらに、自動調整された所望の出力値演算部パラメータ値から制御対象（自動運転車２２）の異常（応答性劣化又は応答性劣化と相関のある性能劣化）を検知する。
このように、所望の出力値演算部４で設定された応答特性となるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値が自動的に調整されるので、ＰＩＤ制御ゲイン値の調整の精度及び効率を向上できる。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を自動調整し、そのときに用いたデータ（制御対象の出力値）で、所望の出力値演算部パラメータ値を自動調整するので、制御対象の応答特性を所望の出力値演算部パラメータ値（時定数）の大きさから得ることができる。また、所望の出力値演算部４は、ＰＩＤ制御器５と制御対象からなる閉ループ伝達特性を表すので、ＰＩＤ制御器の特性が変化していないとき、所望の出力値演算部４は、制御対象の特性変化のみに影響する。従って、所望の出力値演算部４の応答特性などを定量的に評価することによって、制御対象の応答特性などの特性変化を定量的に明示的に診断できる。同じ原理を用いて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値及び所望の出力値演算部４のパラメータ値を自動的に調整するので、演算処理が簡便となり、計算コストが低減する。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整機能と所望の出力値演算部４のパラメータ値の自動調整機能を切り替えて調整するので、パラメータの自動調整が干渉することなく、制御対象を安定して制御できる。さらに、自動調整された所望の出力値演算部パラメータ値から制御対象の異常（応答性劣化又は応答性劣化と相関のある性能劣化）を検知するので、制御対象の異常に伴う悪影響を未然防止し又は最小限にとどめることが可能である。制御システムにおいて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整と制御対象の特性変化を簡便な構成で行うことができ、制御システムの性能及び信頼性を向上できる。
＜実施例６＞
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する第１の調整部（ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２）と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する第２の調整部（所望の出力値演算部パラメータ値調整部３）とを備えることを特徴とする制御装置１について示す。
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する第１の調整部（ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２）と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する第２の調整部（所望の出力値演算部パラメータ値調整部３）とを備えることを特徴とする制御装置１について示す。
また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とを切り換える調整切り替え部６を備える。
また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表される。
また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、伝達関数の少なくとも時定数を変更する。
また、制御対象異常判定部７は、時定数又は時定数に基づく値が所定値以上のとき、制御対象が異常と判定する
また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。
また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＦＲＩＴを用いて、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する。
また、制御装置１は、ロボット２３を制御する装置である。
図１は、制御装置１の中心機能を示す図であり、実施例１と同じであるので、詳述しない。図２は、制御装置１のシステム図であり、実施例１と同じであるので、詳述しない。
図１９は、制御装置１と制御装置１によって制御されるロボット２３を示す図である。
本実施例のＰＩＤ制御器５は、ロボット２３の運動を制御するための操作量（例えば、角度、速度、トルク）を演算する。それ以外は、実施例４と同じであるので、詳述しない。
以下、各部による処理の詳細を説明する。
＜所望の出力値演算部（図２０）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（ロボット２３の位置）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図２０に示すように、制御目標である目標位置Ｔｇ＿ＰＯＳに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望の位置Ｄｅ＿ＰＯＳを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などが考えられる。伝達関数は、予め決めておくが、プラント２１の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（ロボット２３の位置）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図２０に示すように、制御目標である目標位置Ｔｇ＿ＰＯＳに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望の位置Ｄｅ＿ＰＯＳを演算する。制御目標は、例えばステップ信号、ランプ信号などが考えられる。伝達関数は、予め決めておくが、プラント２１の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。
また、伝達関数のパラメータの一つであるτ１は可変とし、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３で演算された値を用いる。パラメータτ１は、伝達関数の時定数を示しており、τ１の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性は遅くなる。
＜調整切り替え部（図８）＞
調整切り替え部６は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２の処理と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３の処理とを切り替える。具体的には、図８に示すように、実施例２と同じであるので、詳述しない。
調整切り替え部６は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２の処理と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３の処理とを切り替える。具体的には、図８に示すように、実施例２と同じであるので、詳述しない。
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図２１）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図２１に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行せず、Ｋｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗは、前回値を維持する。
・位置プロフィールＰＯＳと所望の位置プロフィールＤｅ＿ＰＯＳとの差が最も小さくなるように、調整後ＰＩＤゲイン値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図２１に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行せず、Ｋｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗは、前回値を維持する。
・位置プロフィールＰＯＳと所望の位置プロフィールＤｅ＿ＰＯＳとの差が最も小さくなるように、調整後ＰＩＤゲイン値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。
位置プロフィールＰＯＳと所望の位置プロフィールＤｅ＿ＰＯＳとの差を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜ＰＯＳ－Ｄｅ＿ＰＯＳ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜ＰＯＳ－Ｄｅ＿ＰＯＳ｜であるＬ１ノルムなどが考えられる。Ｊ１、Ｊ２を最小化するＰＩＤゲイン値は、例えば、ＩＦＴ、ＦＲＩＴなどで決定すればよく、ＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。本実施例では、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤゲイン値を最適化する。ＦＲＩＴは、一組の操作量と制御量信号だけでオフラインで最適化可能な最適化手法である。最適化のための解法は多くの文献があるので、ここでは詳述しない。
なお、本調整処理は、オフライン、オンラインのどちらで行ってもよい。ＩＦＴでは、最適化の過程において、その都度、制御対象にＰＩＤゲイン値を適用する必要があるが、ＦＲＩＴでは、最適化の過程はオフラインで処理可能である。
＜所望の出力値演算部パラメータ値調整部（図２２）＞
所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図２２に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行せず、τ１は、前回値を維持する。
・位置プロフィールＰＯＳと所望の位置プロフィールＤｅ＿ＰＯＳとの差が最も小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を決める。得られた所望の出力値演算部パラメータ値をτ１とする。
所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図２２に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行せず、τ１は、前回値を維持する。
・位置プロフィールＰＯＳと所望の位置プロフィールＤｅ＿ＰＯＳとの差が最も小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を決める。得られた所望の出力値演算部パラメータ値をτ１とする。
位置プロフィールＰＯＳと所望の位置プロフィールＤｅ＿ＰＯＳとの差を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜Ｔｄｅｇ－Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜Ｔｄｅｇ－Ｄｅ＿Ｔｄｅｇ｜であるＬ１ノルムなどが考えられる。Ｊ１、Ｊ２を最小化するＰＩＤゲイン値は、例えば、ＩＦＴ、ＦＲＩＴなどで決定すればよく、ＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。本実施例では、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤゲイン値を最適化する。ＦＲＩＴは、一組の操作量と制御量信号だけでオフラインで最適化可能な最適化手法である。最適化のための解法は多くの文献があるので、ここでは詳述しない。
なお、本調整処理は、オフライン、オンラインのどちらで行ってもよい。ＩＦＴでは、最適化の過程において、その都度、制御対象にＰＩＤゲイン値を適用する必要があるが、ＦＲＩＴでは、最適化の過程はオフラインで処理可能である。
＜制御対象異常判定部（図１４）＞
制御対象異常判定部７は、所望の出力値演算部パラメータ値を用いて制御対象が異常か否かを判定する。具体的には、図１４に示すように、実施例４と同じであるので、詳述しない。
制御対象異常判定部７は、所望の出力値演算部パラメータ値を用いて制御対象が異常か否かを判定する。具体的には、図１４に示すように、実施例４と同じであるので、詳述しない。
本実施例の制御装置１は、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器ゲイン値（のみ）を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値（のみ）を調整する所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とからなる。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とを切り換える調整切り替え部６を備える。また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表される。また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、伝達関数の少なくとも時定数を変更する。また、制御対象異常判定部７は、時定数及び／又は時定数に基づく値が所定値以上のとき、制御対象が異常と判定する。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤ制御器ゲイン値（のみ）を調整する。また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＦＲＩＴを用いて、所望の出力値演算部パラメータ値（のみ）を調整する。また、制御装置１は、ロボット２３を制御する装置である。
本実施例の制御装置１は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値と所望の出力値演算部４のパラメータ値を、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、自動的に調整する。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整機能と所望の出力値演算部４のパラメータ値の自動調整機能を切り替えて調整する。さらに、自動調整された所望の出力値演算部パラメータ値から制御対象（ロボット２３）の異常（応答性劣化又は応答性劣化と相関のある性能劣化）を検知する。
このように、所望の出力値演算部４で設定された応答特性となるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値が自動的に調整されるので、ＰＩＤ制御ゲイン値の調整の精度及び効率を向上できる。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を自動調整し、そのときに用いたデータ（制御対象の出力値）で、所望の出力値演算部パラメータ値を自動調整するので、制御対象の応答特性を所望の出力値演算部パラメータ値（時定数）の大きさから得ることができる。また、所望の出力値演算部４は、ＰＩＤ制御器５と制御対象からなる閉ループ伝達特性を表すので、ＰＩＤ制御器の特性が変化していないとき、所望の出力値演算部４は、制御対象の特性変化のみに影響する。従って、所望の出力値演算部４の応答特性などを定量的に評価することによって、制御対象の応答特性などの特性変化を定量的に明示的に診断できる。同じ原理を用いて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値及び所望の出力値演算部４のパラメータ値を自動的に調整するので、演算処理が簡便となり、計算コストが低減する。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整機能と所望の出力値演算部４のパラメータ値の自動調整機能を切り替えて調整するので、パラメータの自動調整が干渉することなく、制御対象を安定して制御できる。さらに、自動調整された所望の出力値演算部パラメータ値から制御対象の異常（応答性劣化又は応答性劣化と相関のある性能劣化）を検知するので、制御対象の異常に伴う悪影響を未然防止し又は最小限にとどめることが可能である。制御システムにおいて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整と制御対象の特性変化を簡便な構成で行うことができ、制御システムの性能及び信頼性を向上できる。
＜実施例７＞
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する第１の調整部（ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２）と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する第２の調整部（所望の出力値演算部パラメータ値調整部３）とを備えることを特徴とする制御装置１について示す。
本実施例においては、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する第１の調整部（ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２）と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する第２の調整部（所望の出力値演算部パラメータ値調整部３）とを備えることを特徴とする制御装置１について示す。
また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とを切り換える調整切り替え部６を備える。
また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表される。
また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、伝達関数の少なくとも時定数を変更する。
また、制御対象異常判定部７は、時定数又は時定数に基づく値が所定値以上のとき、制御対象が異常と判定する
また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤ制御器ゲイン値を調整する。
また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＦＲＩＴを用いて、所望の出力値演算部パラメータ値を調整する。
また、制御装置１は、飛行体（例えばドローン２４）を制御する装置である。
図１は、制御装置１の中心機能を示す図であり、実施例１と同じであるので、詳述しない。図２は、制御装置１のシステム図であり、実施例１と同じであるので、詳述しない。
図２３は、制御装置１と制御装置１によって制御されるドローン２４を示す図である。
本実施例のＰＩＤ制御器５は、ドローン２４の運動を制御するための操作量（例えば、各ロータの回転速度）を演算する。それ以外は、実施例４と同じであるので、詳述しない。
以下、各部による処理の詳細を説明する。
＜所望の出力値演算部（図２４）＞
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（ドローン２４の飛行速度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図２４に示すように、制御目標である目標飛行速度Ｔｇ＿ＦＳＰに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望の飛行速度プロフィールＤｅ＿ＦＳＰを演算する。制御目標は例えばステップ信号、ランプ信号などが考えられる。伝達関数は、予め決めておくが、プラント２１の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。
所望の出力値演算部４は、制御目標に基づいて、制御対象の出力（ドローン２４の飛行速度）の所望のプロフィールを演算する。具体的には、図２４に示すように、制御目標である目標飛行速度Ｔｇ＿ＦＳＰに対して、例えば伝達関数などを用いて、所望の飛行速度プロフィールＤｅ＿ＦＳＰを演算する。制御目標は例えばステップ信号、ランプ信号などが考えられる。伝達関数は、予め決めておくが、プラント２１の動作状態に応じて特性を変化させてもよい。
また、伝達関数のパラメータの一つであるτ１は可変とし、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３で演算された値を用いる。パラメータτ１は、伝達関数の時定数を示しており、τ１の値が大きくなるほど、当該伝達関数の応答性は遅くなる。
＜調整切り替え部（図８）＞
調整切り替え部６は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２の処理と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３の処理とを切り替える。具体的には、図８に示すように、実施例２と同じであるので、詳述しない。
調整切り替え部６は、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２の処理と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３の処理とを切り替える。具体的には、図８に示すように、実施例２と同じであるので、詳述しない。
＜ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部（図２５）＞
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図２５に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行せず、Ｋｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗは、前回値を維持する。
・飛行速度プロフィールＦＳＰと所望の飛行速度プロフィールＤｅ＿ＦＳＰとの差が最も小さくなるように、調整後ＰＩＤゲイン値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。
ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図２５に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行せず、Ｋｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗは、前回値を維持する。
・飛行速度プロフィールＦＳＰと所望の飛行速度プロフィールＤｅ＿ＦＳＰとの差が最も小さくなるように、調整後ＰＩＤゲイン値を決める。得られたＰＩＤ制御器５のＰゲイン値、Ｉゲイン値、Ｄゲイン値をそれぞれＫｐ＿ｎｅｗ，Ｋｉ＿ｎｅｗ，Ｋｄ＿ｎｅｗとする。
飛行速度プロフィールＦＳＰと所望の飛行速度プロフィールＤｅ＿ＦＳＰとの差を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜ＦＳＰ－Ｄｅ＿ＦＳＰ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜ＦＳＰ－Ｄｅ＿ＦＳＰ｜であるＬ１ノルムなどが考えられる。Ｊ１、Ｊ２を最小化するＰＩＤゲイン値は、例えば、ＩＦＴ、ＦＲＩＴなどで決定すればよく、ＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。本実施例では、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤゲイン値を最適化する。ＦＲＩＴは、一組の操作量と制御量信号だけでオフラインで最適化可能な最適化手法である。最適化のための解法は多くの文献があるので、ここでは詳述しない。
なお、本調整処理は、オフライン、オンラインのどちらで行ってもよい。ＩＦＴでは、最適化の過程において、その都度、制御対象にＰＩＤゲイン値を適用する必要があるが、ＦＲＩＴでは、最適化の過程はオフラインで処理可能である。
＜所望の出力値演算部パラメータ値調整部（図２６）＞
所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図２６に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行せず、τ１は、前回値を維持する。
・飛行速度プロフィールＦＳＰと所望の飛行速度プロフィールＤｅ＿ＦＳＰとの差が最も小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を決める。得られた所望の出力値演算部パラメータ値をτ１とする。
所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を調整する。具体的には、図２６に示すように、
・ｆ＿ｔｕｎｅ＝１の場合は、下記処理を実行する。
ｆ＿ｔｕｎｅ＝０の場合は、下記処理を実行せず、τ１は、前回値を維持する。
・飛行速度プロフィールＦＳＰと所望の飛行速度プロフィールＤｅ＿ＦＳＰとの差が最も小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値を決める。得られた所望の出力値演算部パラメータ値をτ１とする。
飛行速度プロフィールＦＳＰと所望の飛行速度プロフィールＤｅ＿ＦＳＰとの差を評価する評価関数としては、例えば、Ｊ２＝｜｜ＦＳＰ－Ｄｅ＿ＦＳＰ｜｜であるＬ２ノルム、又は、Ｊ１＝｜ＦＳＰ－Ｄｅ＿ＦＳＰ｜であるＬ１ノルムなどが考えられる。Ｊ１、Ｊ２を最小化するＰＩＤゲイン値は、例えば、ＩＦＴ、ＦＲＩＴなどで決定すればよく、ＰＩＤゲイン値の決定は、最適化問題に帰着する。本実施例では、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤゲイン値を最適化する。ＦＲＩＴは、一組の操作量と制御量信号だけでオフラインで最適化可能な最適化手法である。最適化のための解法は多くの文献があるので、ここでは詳述しない。
なお、本調整処理は、オフライン、オンラインのどちらで行ってもよい。ＩＦＴでは、最適化の過程において、その都度、制御対象にＰＩＤゲイン値を適用する必要があるが、ＦＲＩＴでは、最適化の過程はオフラインで処理可能である。
＜制御対象異常判定部（図１４）＞
制御対象異常判定部７は、所望の出力値演算部パラメータ値を用いて制御対象が異常か否かを判定する。具体的には、図１４に示すように、実施例４と同じであるので、詳述しない。
制御対象異常判定部７は、所望の出力値演算部パラメータ値を用いて制御対象が異常か否かを判定する。具体的には、図１４に示すように、実施例４と同じであるので、詳述しない。
本実施例の制御装置１は、制御対象の所望の出力値を演算する所望の出力値演算部４と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器ゲイン値（のみ）を調整するＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、所望の出力値演算部パラメータ値（のみ）を調整する所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とからなる。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２と所望の出力値演算部パラメータ値調整部３とを切り換える調整切り替え部６を備える。また、所望の出力値演算部４は、伝達関数で表される。また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、伝達関数の少なくとも時定数を変更する。また、制御対象異常判定部７は、時定数及び／又は時定数に基づく値が所定値以上のとき、制御対象が異常と判定する。また、ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部２は、ＦＲＩＴを用いて、ＰＩＤ制御器ゲイン値（のみ）を調整する。また、所望の出力値演算部パラメータ値調整部３は、ＦＲＩＴを用いて、所望の出力値演算部パラメータ値（のみ）を調整する。また、制御装置１は、ドローン２４を制御する装置である。
本実施例の制御装置１は、ＰＩＤ制御器５のゲイン値と所望の出力値演算部４のパラメータ値を、所望の出力値と制御対象の出力値との差が小さくなるように、自動的に調整する。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整機能と所望の出力値演算部４のパラメータ値の自動調整機能を切り替えて調整する。さらに、自動調整された所望の出力値演算部パラメータ値から制御対象（ドローン２４）の異常（応答性劣化又は応答性劣化と相関のある性能劣化）を検知する。
このように、所望の出力値演算部４で設定された応答特性となるように、ＰＩＤ制御器５のゲイン値が自動的に調整されるので、ＰＩＤ制御ゲイン値の調整の精度及び効率を向上できる。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値を自動調整し、そのときに用いたデータ（制御対象の出力値）で、所望の出力値演算部パラメータ値を自動調整するので、制御対象の応答特性を所望の出力値演算部パラメータ値（時定数）の大きさから得ることができる。また、所望の出力値演算部４は、ＰＩＤ制御器５と制御対象からなる閉ループ伝達特性を表すので、ＰＩＤ制御器の特性が変化していないとき、所望の出力値演算部４は、制御対象の特性変化のみに影響する。従って、所望の出力値演算部４の応答特性などを定量的に評価することによって、制御対象の応答特性などの特性変化を定量的に明示的に診断できる。同じ原理を用いて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値及び所望の出力値演算部４のパラメータ値を自動的に調整するので、演算処理が簡便となり、計算コストが低減する。さらに、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整機能と所望の出力値演算部４のパラメータ値の自動調整機能を切り替えて調整するので、パラメータの自動調整が干渉することなく、制御対象を安定して制御できる。さらに、自動調整された所望の出力値演算部パラメータ値から制御対象の異常（応答性劣化又は応答性劣化と相関のある性能劣化）を検知するので、制御対象の異常に伴う悪影響を未然防止し又は最小限にとどめることが可能である。その結果、制御システムにおいて、ＰＩＤ制御器５のゲイン値の自動調整と制御対象の特性変化を簡便な構成で行うことができ、制御システムの性能及び信頼性を向上できる。
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。
また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ、ＢＤ等の記録媒体に格納することができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。
１ 制御装置
２ ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部
３ 所望の出力値演算部パラメータ値調整部
４ 所望の出力値演算部
５ ＰＩＤ制御器
６ 調整切り替え部
７ 制御対象異常判定部
１１ 制御装置の記憶装置
１２ 制御装置のＣＰＵ
１３ 制御装置のＲＯＭ
１４ 制御装置のＲＡＭ
１５ 制御装置のデータバス
１６ 制御装置の入力回路
１７ 制御装置の入出力ポート
１８ 制御装置の出力回路
２１ 発電プラント
２２ 自動運転車
２３ ロボット
２４ ドローン
２ ＰＩＤ制御器ゲイン値調整部
３ 所望の出力値演算部パラメータ値調整部
４ 所望の出力値演算部
５ ＰＩＤ制御器
６ 調整切り替え部
７ 制御対象異常判定部
１１ 制御装置の記憶装置
１２ 制御装置のＣＰＵ
１３ 制御装置のＲＯＭ
１４ 制御装置のＲＡＭ
１５ 制御装置のデータバス
１６ 制御装置の入力回路
１７ 制御装置の入出力ポート
１８ 制御装置の出力回路
２１ 発電プラント
２２ 自動運転車
２３ ロボット
２４ ドローン
Claims (6)
- 制御対象の所望の出力値を演算する演算部と、
前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する第１の調整部と、
前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、前記演算部のパラメータ値を調整する第２の調整部と、
前記第１の調整部と前記第２の調整部とを切り換える調整切り替え部とを備えることを特徴とする制御装置。 - 制御対象の所望の出力値を演算し、伝達関数で表される演算部と、
前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する第１の調整部と、
前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、前記演算部の前記伝達関数の少なくとも時定数を変更する第２の調整部と、
前記時定数又は前記時定数に基づく値が所定値以上の場合、前記制御対象が異常であると判定する制御対象異常判定部とを備えることを特徴とする制御装置。 - 制御対象の所望の出力値を演算し、伝達関数で表される演算部と、
前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整する第１の調整部と、
前記所望の出力値と前記制御対象の出力値との差が小さくなるように、前記演算部の前記伝達関数の少なくとも無駄時間を変更する第２の調整部と、
前記無駄時間又は前記無駄時間に基づく値が所定値以上の場合、前記制御対象が異常であると判定する制御対象異常判定部を備えることを特徴とする制御装置。 - 請求項１から３のいずれか一つに記載の制御装置であって、
前記第１の調整部は、ＦＲＩＴを用いて、前記ＰＩＤ制御器のゲイン値を調整することを特徴とする制御装置。 - 請求項１から３のいずれか一つに記載の制御装置であって、
前記第２の調整部は、ＦＲＩＴを用いて、前記演算部のパラメータ値を調整することを特徴とする制御装置。 - 請求項１から３のいずれか一つに記載の制御装置であって、
少なくとも、プラントの温度を制御する装置、自動運転車を制御する装置、ロボットを制御する装置、及び飛行体を制御する装置のいずれかであることを特徴とする制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019198070A JP7339851B2 (ja) | 2019-10-31 | 2019-10-31 | 制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019198070A JP7339851B2 (ja) | 2019-10-31 | 2019-10-31 | 制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021071913A JP2021071913A (ja) | 2021-05-06 |
| JP7339851B2 true JP7339851B2 (ja) | 2023-09-06 |
Family
ID=75713189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019198070A Active JP7339851B2 (ja) | 2019-10-31 | 2019-10-31 | 制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7339851B2 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000058466A (ja) | 1998-08-13 | 2000-02-25 | Kokusai Electric Co Ltd | 温度制御シミュレーション方法、温度制御シミュレーション装置、および伝達関数の取得方法 |
| JP2009080746A (ja) | 2007-09-27 | 2009-04-16 | Fuji Electric Systems Co Ltd | プロセス制御装置およびパラメータ最適調整方法 |
| JP2017077077A (ja) | 2015-10-14 | 2017-04-20 | 株式会社ダイヘン | シミュレータ、シミュレーションシステム、シミュレーション方法、および、プログラム |
| JP2019021186A (ja) | 2017-07-20 | 2019-02-07 | 横河電機株式会社 | データ処理装置、制御システム、データ処理方法及びプログラム |
-
2019
- 2019-10-31 JP JP2019198070A patent/JP7339851B2/ja active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000058466A (ja) | 1998-08-13 | 2000-02-25 | Kokusai Electric Co Ltd | 温度制御シミュレーション方法、温度制御シミュレーション装置、および伝達関数の取得方法 |
| JP2009080746A (ja) | 2007-09-27 | 2009-04-16 | Fuji Electric Systems Co Ltd | プロセス制御装置およびパラメータ最適調整方法 |
| JP2017077077A (ja) | 2015-10-14 | 2017-04-20 | 株式会社ダイヘン | シミュレータ、シミュレーションシステム、シミュレーション方法、および、プログラム |
| JP2019021186A (ja) | 2017-07-20 | 2019-02-07 | 横河電機株式会社 | データ処理装置、制御システム、データ処理方法及びプログラム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2021071913A (ja) | 2021-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6774637B2 (ja) | 制御装置及び制御方法 | |
| US7638965B2 (en) | Motor control apparatus | |
| EP2510407B1 (en) | Methods for adaptive feedforward control in surgical system | |
| US10152033B2 (en) | Proportional integral derivative control incorporating multiple actuators | |
| US9891599B2 (en) | Proportional integral derivative control incorporating multiple actuators | |
| JPH05118302A (ja) | サーボモータの制御装置 | |
| US20150015173A1 (en) | Motor control device | |
| JP6412071B2 (ja) | モータ制御装置、モータ制御方法及びモータ制御用プログラム | |
| CN110023857B (zh) | 伺服控制装置 | |
| JP7339851B2 (ja) | 制御装置 | |
| US20200257252A1 (en) | Machine learning device, control device, and machine learning search range setting method | |
| WO2020183853A1 (ja) | 制御装置 | |
| JP7288772B2 (ja) | 制御装置 | |
| JP7257194B2 (ja) | 制御装置 | |
| JP7169950B2 (ja) | 制御装置 | |
| JP4072350B2 (ja) | モータ制御装置 | |
| JP2021071914A (ja) | 制御装置 | |
| JP7288771B2 (ja) | 制御装置 | |
| JP7095436B2 (ja) | 制御装置、制御方法、情報処理プログラム、および記録媒体 | |
| EP3598248B1 (en) | Control system | |
| JP3772340B2 (ja) | バルブポジショナ | |
| JP4420158B2 (ja) | 電動機速度制御装置 | |
| JPH0475113A (ja) | 制御装置 | |
| KR102551659B1 (ko) | 서보 모터의 기계적 모델에 대한 파라미터 추정 방법 및 이를 이용한 칼만 필터를 구비한 모터 제어 시스템 | |
| KR100794893B1 (ko) | 모터 제어 장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220512 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230419 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230509 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230531 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230808 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230825 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7339851 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |