JPS63111504A - 離散時間制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序で本発明を説明する。

発明の分野 発明の概要 従来技術とその問題点 技術的課題 発明の構成と効果 実施例の説明 実施例の全体構成（第１図） ＡＳＣ機能ブロック（第１図、第２図。

第３図） 定常状態制御機能ブロック（第４図。

第６図） 制御機能切換機構（第５図） 〔発明の分野〕 本発明は連続時間制御対象に対する離散時間制御装置に
関し、特に離散時間型オンオフ適応制御機能と連続操作
量サンプリング制御機能とを有する離散時間制御装置に
関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は連続時間制御対象を制御する制御装置であって
、過渡状態においてはその制御量を第一のサンプリング
時間毎に検知し、その対象に対して二値スイッチングに
よる操作を第１のサンプリング間隔毎に行うと共に、過
去の制御量、操作量に基づいて制御対象のモデルのパラ
メータを推定し、将来の数ステップにわたる操作量をそ
のモデルに与えたときにその応答として予測される制御
量シーケンスを推定し、最適の制御量となるように連続
時間制御対象を制御する離散時間型適応オンオフ制御機
能を用い、定常状態においては過渡状態の制御時に得ら
れた制御対象のモデルよりパラメータを算出して第１の
サンプリング時間より短い第２のサンプリング時間で連
続操作量サンプリング制御によって制御対象を制御する
ようにしたものである。

〔従来技術とその問題点〕

（従来技術） プラスティック加工・工業炉・化学プラント等のプロセ
ス制御にはＰＩＤ制御装置が広く用いられている。この
ような制御装置を用いて制御対象を正しく制御するには
ＰＩＤパラメータを正しく設定する必要があるが、ＰＩ
Ｄパラメータのチューニングは現場のオペレータの経験
によるところが大きく、制御対象の特性が太き（変化し
たときにはこのパラメータを適切に設定することが困難
であった。そこで従来よりステップ応答法や限界感度法
を用いたオートチューニングＰＩＤ制御装置が提案され
ているが、チューニングのためにあらかじめ制御対象を
立上げ動作させる必要があり、立上り時や設定値変更の
応答性と定常状態の安定性とを両立させることは困難で
あった。

一方連続■の制御対象に対して安価で堅牢な２値スイツ
チングアクチユエータを用いるという要請から、離散時
間型オンオフ・スイッチング適応制御装置（アダプティ
ブスイッチングコントロール二以下ＡＳＣという）が提
案されている（特開昭６０−４１１０１号）。このＡＳ
Ｃは温度制御等の比較的時定数の大きい制御対象に対し
て、従来のＰＩＤコントローラに比べて立上り特性や外
乱に対する整定性において極めて優れていることが知ら
れている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしこの適応制御装置は操作量が常にオンオフの二値
であり、しかも大量の演算が必要であるためサンプリン
グ周期をあまり短時間とすることができない。従って定
常状態では一般の連続操作量によるサンプリング制御装
置に比べて制御量の変動が大きくなることがあるという
問題点があった。

〔技術的課題〕

本発明は連続時間制御対象に対する制御装置であって、
ＡＳＣ制御機能を用いて立上り時や設定値変更の応答性
を向上させ、しかも定常状態においてＡＳＣ制御時のサ
ンプリング時間より短いサンプリング時間で制御するこ
とによって安定性を改善すると共に、その制御パラメー
タをオートチューニングによって自動的に決定すること
ができるようにすることを技術的課題とする。

〔発明の構成と効果〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は連続時間制御対象を制御する離散時間制御装置
であって、第１図に示すように、連続時間制御対象の制
御量を第１のサンプリング時間及び第１のサンプリング
時間より短い第２のサンプリング時間のいずれかのサン
プリング間隔毎に検知するサンプリング検知手段と、連
続時間制御対象に対する第１及び第２のいずれかのサン
プリング間隔毎の操作を二値のスイッチングによる操作
と連続操作とに選択的に切換えて操作する操作手段と、
過渡状態制御において連続時間制御対象の離散時間型モ
デルを用い、該モデルを制御対象に適応させるためモデ
ルのパラメータを二値スイッチングを行う操作手段への
操作量とサンプリング検知手段より検知された制御量と
に基づいて第１のサンプリング間隔毎に推定、更新し、
いくつかの第１のサンプリング間隔に渡って取り得る可
能な操作量シーケンスが離散時間型モデルに与えられた
ときにその応答として予測される複数の第１のサンプリ
ング間隔に渡る予測された複数の制御量シーケンスを選
択して操作手段の二値スイッチング操作量を決定する離
散時間型適応オンオフ制御手段と、定常状態制御におい
て離散時間型適応オンオフ制御手段によって推定された
離散時間型モデルに基づいて第２のサンプリング時間に
対するパラメータを算出して第２のサンプリング周期で
連続時間制御対象に対する連続操作制御を行う連続操作
量サンプリング制御手段と、目標の設定値と現在の制御
量とによって過渡状態と定常状態とを判別し、離散時間
型適応オンオフ制御手段と連続操作量サンプリング制御
手段とを選択的に切換えると共に、サンプリング検知手
段のサンプリング時間を第１及び第２のいずれかのサン
プリング時間に切換える切換手段と、を具備することを
特徴とするものである。

（作用） このような特徴を有する本発明によれば、システムの立
上げ時や設定値変更等の過渡状態においては適応オンオ
フ制御機能を用いて応答が早くオーバーシュートの少な
い制御特性を実現している。

又制御量が設定値近傍に達すると過渡状態制御から定常
状態制御に自動的に切換え、適応オンオフ制御機能によ
って推定された制御対象の離散時間型モデルによってそ
のパラメータを決定してオートチューニングを行い、連
続操作量のサンプリング制御を適応オンオフ制御より短
い第２のサンプリング周期で行うようにしている。

（発明の効果） このため本発明によれば、立上げ時や設定値の変更が行
われた際の過渡状態制御ではサンプリング周期の長い適
応オンオフ制御ができるので未来の制御量シーケンスの
予測を延ばすことができ、応答性が向上しオーバーシュ
ートが少ない優れた特性で制御することができる。又定
常状態においても短いサンプリング時間で連続操作量を
制御することができるので、変動が少なく安定して制御
対象を制御することができる。更に離散時間型モデルに
よって連続操作量サンプリング制御のパラメータが決定
されるので、パラメータのチューニングを行う必要がな
くチューニングのためにあらかじめ制御対象を動作させ
るといった必要がなくなり、使い易い制御装置とするこ
とが可能である。

〔実施例の説明〕

（実施例の全体構成） 第１図は本発明による離散時間制御装置の概念的構造を
示すブロック図である。本図に示すようにこの離散時間
制御装置はＡＳＣ制御機能と定常状態の制御機能を有し
ている。即ち制御対象１には入力信号のホールド機能を
有する操作手段２が設けられる。制御対象１を例えばプ
ラスティック加工対象とすると操作手段２は例えば加熱
手段であり、与えられる信号によってオンオフの二値ス
イッチングアクチュエータ又は連続操作量の操作手段と
して動作する。制御対象１の制御量、例えば温度は加え
合わせ点３より外乱が加わった状態でサンプリング検知
手段４によって検知され、第１のサンプリング周期又は
それより短い第２のサンプリング周期でサンプリングさ
れて切換スイッチ５及び切換手段である制御機能切換機
構６に与えられる。切換スイッチ５は制御対象１より計
測された制御量をＡＳＣ機能ブロック７又は定常状態制
御機能ブロック８に選択的に与えるスイッチである。又
端子９には制御対象１に対する設定値が与えられており
、設定値は制御機能切換機構６及びスイッチ１０に与え
られる。ＡＳＣ機能ブロック７はサンプリング検知手段
４よりスイッチ５を介して第１のサンプリング周期毎に
制御量が与えられ、又スイッチ１０より設定値が与えら
れ、制御対象１に対して二値スイッチング操作を第１の
サンプリング間隔毎に行う離散時間型適応オンオフ制御
手段である。ＡＳＣ機能ブロック７は過渡状態における
制御に用いられ、最適操作量のシーケンスがスイッチ１
１に出力される。又定常状態制御機能ブロック８にはス
イッチ５及び１０を介して設定値及び制御対象１の第２
のサンプリング周期での計測値が与えられ、更に後述す
るようにＡＳＣ機能ブロック７により推定された離散時
間型モデルのパラメータが与えられる。定常状態制御機
能ブロック８は第２のサンプリング周期で制御対象１を
連続操作量サンプリング制御する連続操作量サンプリン
グ制御手段であって、その出力はスイッチ１１に与えら
れる。制御機能切換機構６はスイッチ５．１０とスイッ
チ１１とを同時に切換えることによってこれらの出力を
択一的に操作手段２に与え、同時にスイッチ１２によっ
て操作手段２に保持されている操作量シーケンスをＡＳ
Ｃ機能ブロック７に与える。又サンプリング検知手段４
に切換信号を与えて過渡状態と定常状態とによって夫々
第１．第２のサンプリング時間に切換えるようにしてい
る。制御機能切換機構６は設定値と計測部４より得られ
る制−御量に基づいて過渡状態と定常状態を判別し、Ａ
ＳＣ機能ブロック７及び定常制’＋７３機能ブロック８
を選択的に動作させるものである。

（ＡＳＣ機能ブロック） 次にＡＳＣ機能ブロック７について更に詳細に説明する
。過渡状態制御では制御対象１の温度等の制？１１１１
ｉＦが第１のサンプリング間隔Ｔ＋毎にサンプリング検
知手段４より取出される。ここでは制御対象１のパラメ
ータ推定のために等時間間隔Ｔ。

で測定された制御量Ｙ　（ｉ）と実際の制御対象１に加
えられる操作量Ｕ　（１）とが用いられる。そしてこれ
らの値Ｙ　（１１、Ｕ　（１）から、動作開始時点にお
ける操作量と制御量の平衡値Ｕｏ及びＹｏの直流成分を
減じて制御量と操作量を次式で表す。

）’　（１）　＝　Ｙ（１）　−Ｙ。

ｕ　（１）　−Ｕ　（１）　−Ｕ　ｏ　　　　　　　　
　　　−＝−（１）ここでｉは時間を離散的に表すため
のパラメータであうで、時間はサンプリング間隔ＴＩを
用いてｉ　−Ｔ、　　（＋＝０．１．２・−・−・）で
表される。これらの操作ｆＪ　ｕ　（１）と制御１ｉ　
）ｌ　（１１がパラメータ推定ブロック２１において用
いられ、制御対象の離散時間型モデル２２が決定される
。この離散時間型モデル２２は次式で与えられる。

ここでＧは制御対象の伝達関数であり、Ａ（ｚ−’）及
びＢ　（ｚ−’）は夫々次式で与えられる。ここで′は
推定された値であることを表している。

Ａ（２−’）＝　１　＋Ｓ、　・Ｚ−’＋　−・・−−
−＋ａ、−１−”Ｂ（ｚ−’）＝　　　ｂ、−ｚ−’＋
−−−−＋ｂｌｌ−２−ｎ・・・−・（３） 定ブロック２１により推定されるべきパラメータである
。離散時間型モデルの次元ｎは制御されるべき制御対象
により適宜選択される。

この伝達関数を用いてｉ番目のサンプリング時点での制
？ｌ１ｙｆｌ）と操作量ｕ　（ｉ）とは次式で示される
。

Ｙ　（１）　＝　Ｇ　ｆｚ）　−ｕ　（１）　　　　　
　　　　　　−−（４）これらのパラメータａｉ＋　　
ｂｉ及び操作’１１　ｕｔ　＋制御ｆｌｙｉはベクトル
の形で次のように記述される。記号−はベクトルである
ことを表している。

パラメータ・ベクトル ＝　ｃａｒ−−−−−−ａｆｉ　　ｌｂｌ”−””ｂＪ
”　　−−＝−（５）信号ベクトル 玉（１１＝（−ｙ　（ｉ−１）−・−・−・−ｙ（ｉ−
ｎ）ｌ　ｕ　（ｉ　−１）　−−−−−ｕ　（ｉ　−ｎ
））Ｔ−−−−−−（６）次にこのパラメータ推定法に
ついて説明する。

パラメータの推定は例えば逐次最小２乗推定法によって
行われ、損失関数のいわゆる方程式残差ｅ（１１を最小
にすることにより実現される。

ｅ　（１）＝　ｙ　（ｉ）　−ｘ’　（１）　・１１　
（ｉ−１）　　　　−＝−（７１パラメータ・ベクトル
Ｌの逐次推定は、補正項即ち方程式残差ｅ　（１）と補
正ベクトルｊｈ（１）との積を１つ前のパラメータ・ベ
クトル／７（ｉｌ）に加えることにより実行される。即
ち逐次推定方程式は次式で与えられる。

補正ベクトル１（ｌｌはスカシ（第（１０）式）とパラ
メータ残差の正規化された共分散行列（第（１１）式）
とを含む。

；０くρ≦１　　　・−−−−−−ＱＯＩ旦（１１＝　
（±−ＪＬ（１）・工”　（１））・旦（ｉ　　１）／
ρ−・・・−・（１１） （±＝単位行列） 第（１０）式及び（１１）式の適応係数ρはデータの重
みを表すものであり、このρによって過去の測定値より
も現在のデータの方が大きく評価される。ρ〈１のよう
にρを選択するとパラメータがより大幅に変更される。

このようにしてパラメータ変更の余裕がより大きくなり
、時間的に変化する制御対象への追従がより容易になる
。

このパラメータ推定の一般的な記述は次の文献（１）に
示されている。

Ａｓｔｒ；ｍ　／　Ｅｙｋｈｏｆｆ　ｒシステム同定法
」−実測Ｓｙｓｔｅｍ　　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏ
ｎ　−Ａ　　５ｕｒｖｅｙ　）　ＪＡｕｔｏｍａｔｉｃ
ａ　、　Ｖｏｌ、７＋　ｐｐ、　１２３−１６２．Ｐｅ
ｒｇａｍｏｎＰ　ｒｅｓｓ、　１９７１　　及びＶ、５
ｔｒｅｊｃ　　ｒ最小２乗パラメータ推定法（Ｌｅａｓ
ｔ　　５ｑｕａｒｅｓ　　ＰａｒａｍｅｔｅｒＥｓｔｉ
ｍａｔｉｏｎ　）　Ｊ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃａ　、　　
Ｖｏｌ、１６　＋　Ｉ）ｌ）。

５３５−５５０．　　Ｐ　ｅｒｇａｍｏｎ　Ｐ　ｒｅｓ
ｓ、　１９８０゜このようにして得られた離散時間型モ
デル２２は次の予測オンオフ・スイッチング制御におい
て次のサンプリング間隔で制御対象１に与えるオンオフ
操作量を決定するために使用される。過渡状態制御では
離散時間型モデル２２が将来の複数のサンプリングステ
ップに渡って最適の過渡特性を与える二値操作量レベル
の切換時点が算出される。

第２図（ａ）は連続時間制御における過渡状態の制御量
の変化を示すグラフ、第２図（ｂ）は離散時間型制御に
おける過渡状態の制御を示すグラフである。

第２図（ａｌにおいて時刻ｔ０に目標値カー、から−２
に変更されたものとすると、制御量ｙ　（ｔ）は時間の
経過と共に新しい目標値−２に近づいていく。そして時
刻ｔ０より後の時点ｔ２において制御量ｙ２が次式％式
％（１２） となるような操作量レベルの最適の切換時点１．が存在
する。そして時刻ｔｌに操作量を切換えれば新しい目標
値ｗ２に早くオーバーシュートなく最適の過渡特性で変
化させることができる。

離散時間制御においても第１のサンプリング時間Ｔ、が
十分小さければ時間ｔ＋　　ｔｏは時間（１１−ｉｏ）
Ｔ＋で近似することができるので、この特性を実現する
ことができる。第２図（ｂｌにおいて一点鎖線は時刻（
ｉｌ−２）から始まる予測時間内において次のサンプリ
ング間隔後に反対レベルに切換えられる操作量ｕ　（１
）とそれに対応する制′ａｆｆｉｙ（ｉ）を示している
。又実線は時刻（ｉｌ−１）から始まる予測時間内の操
作量及び制御量の予測値を示している。過渡状態の制御
は予測された未来の制御量ｙ（ト））が新しい目標値１
に到達するまでの制御であるから、予測のためには制御
量の極値点ｙ、Ｘの位置を決定するだけで充分である。

過渡状態のあるサンプリング時点ｉにおいて操作量シー
ケンス発生器２３による１個の予測ステップの二値操作
量シーケンスとして 目標値変化（ｉｖｚ　　ｗ＋）が正の場合ＩＪ　（ｉ　
＋１）　＝　（ｕ、、Ｘ、　ｕ、ｉ、ｌ、　−−−ｕｍ
ｉＪ”−・・・・−（１４） 目標値変化（Ｈｚ　　ｔ＋＋）が負の場合旦（１＋１）
　＝　（ｕ　ｎｔ、、、ｕ　ｍ□、　−−−−−−−ｕ
　、、　ｘ）　”−・−（１５） の操作量シーケンスを発生したものとすると、予測機構
ブロック２４による予測制御量シーケンスが次式のよう
に予測される。

ｙ（＋＋１）＝（ｙ（＋＋２）、　　−・・・−ｙ　（
ｉ　＋　ｒ　＋　１）　）　　−−−−−−−（１６）
評価機構２５はこうして得られた予測剤′４１１！シー
ケンスの極値点の位置によって次のサンプリング時点に
おける操作量Ｕ（＋＋１）を切換えるかどうかを決定す
る。例えば第３図に示すように目標値変化が正の場合、
前回のサンプリング間隔で予測された制′４Ｂｆｆｉシ
ーケンスを一点鎖線で示し、実線は（１４）式に基づい
て今回予測された二種類の制御量ジ−ケンスミ、ｂを夫
々示している。予測制御量シーケンスａのように極値点
ｙ、Ｘでの目標値偏差）’ａ（＝Ｗｚ−ｙｅｘ）が前回
のサンプリング間隔で予測された目標値偏差ｙ、。より
小さく正の値を持つ場合ＣＹａ＞Ｖａ。、ｙｄ＞Ｏ）に
は（１４）式の操作量シーケンスは最適と考えられ、操
作量ｙ（＋＋１）はＵ□８に保持される。又予測側？１
１ｉシーケンスｂのように極値点で目標値偏差ｙｄの符
号が変わった場合には、次のサンプリング間隔のための
操作量が切換えられる。更に第３図の曲線ｃ、ｄに示す
ように真の極値が存在しない場合には予測ステップの最
終端の値を極値と扱うことによって同様の処理を行う。

このように予測制御量シーケンスの極値点における偏差
が譬、く−２のとき最小の正数、町〉讐２のとき最大の
負数をとるときにその制御量シーケンスを最適と見なし
て過渡状態での離散時間制御を行う。続いて最適操作量
シーケンス選択ブロック２６はこうした評価機構の評価
に応じて操作量シーケンス発生器２３により発生した操
作量を選択し、切換スイッチ１１に与えるものである。

（定常状態制御機能） 前述したＡＳＣ機能ブロック７による過渡状態制御では
、パラメータ推定ブロック２１で得られた制御対象１の
離散時間型モデルは第（２）式に示すようにｚ領域のパ
ルス伝達関数Ｇ　（Ｚｌで表されている。定常状態制御
機能ブロック８では文献（２）（長用和孝著、「オート
チューニングＰＩＤコントローラＪ　、　１９８３年９
月、　Ｃｏ１１ｐｕｔｒｏｌ、Ｎｏ、３．１２５／１２
９゜コロナ社）及びこの文献（２）で引用されている参
考文献（３）（重数：パルス伝達関数からｓ領域の低周
波特性導出方式の検討、第２０回５ＩＣＥ学術講演会、
昭和５６年）に示されているように、パルス伝達関数Ｇ
　（Ｚ）を次式のような連続時間のｓ領域伝達関数Ｇ　
（Ｓ）に変換して連続時間型モデル３１を得る。

そして式（２１，（３）にｚ　＝ｅｘｐ（Ｔ、ｓ）を代
入しサンプラ・０次ホールダの要素を考慮し、指数部を
マクロ−リン展開して係数を比較すると次のような結果
が得られる。

Ｇ　ｏ　＝Ｈ。

ＣＩ　”’　Ｈｌ　　（Ｔ　Ｉ　／　２　）　Ｇ　０Ｇ
ｚ＝Ｈｚ　　（ＴＩ／２）Ｃｚ　　（ＴＩ”／６）Ｃ；
。

Ｇ：１＝Ｈ３−（ＴＩ／２）Ｇ２−（ＴＩ”／６）Ｇｌ
−（Ｔ　、　’／２４）　Ｇ。

一−−−−・−（１８） ここに Ｈｏ　＝Ａ　ｏ　／　Ｂ　。

Ｈ＋＝（Ａ＋　　ＨｏＢυ／Ｂ（Ｉ Ｈｚ　＝　（Ａ　ｚ　　Ｈｏ　Ｂ　ｚ　　Ｈ＋　Ｂ　＋
　）　　／　Ｂ　。

Ｈ！＝（Ａ３　　ＨｏＢｚ　　ＨＩＢＩ！　　Ｈ２Ｂ＋
）／ＢＯ〜・・〜・・（１９） Ａ０＝１＋Σａ。

Ａ＋＝　　　’ｒ’＋Σ　Ｊａｊ Ａ　ｚ　”　（Ｔ　＋　”／　２　）ΣＪ”ａｊＡ３＝
−（ＴＩ３／６）Σｊ３ａｊ Ｂｏ＝ΣｂＪ Ｂ＋＝　　’ｒ’＋Σｊｌ）ｊ Ｂ、＝（Ｔ、”／２）ΣＪ　”ｂｊ Ｂ　ｓ　＝　　（Ｔ　＋　’／　６　）ΣＪ　”ｂｊ・
−・・−（２０） 次にＩ−ＰＤパラメータ決定機構３２ではＳ領域伝達関
数Ｇ（Ｓ）で示される連続時間型モデル３１を用いてＩ
−ＰＤパラメータを決定する。これは文献（４）（北森
俊行著、「制御対象の部分的知識に基づくサンプリング
値制御系の設計法」、計測自動制御学会論文集、　１５
−５，６９５／７００．１９７９年）に示されている。

さてＩ−ＰＤ制御系は第４図に示すようなブロック線図
で示される。ここでブロック４０は継続補償で定常位置
偏差をＯとするサンプリング値積分動作ブロックであり
、次式で示される。

ｋ申／Δ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　・−・凹（２１）又ブロック４１は次式で示さ
れるフィードバック補償で安定性と連応性を達成するサ
ンプリング値ＰＤ動作補償要素である。

ｆｏ”　＋　ｆｏ”Δ＋−−−−−　　　　　　　　　
　−−−−−−（２２）更にブロック４２は０次ホール
ド回路であり、ブロック４３は連続時間制御対象である
。このＩ−ＰＤ制御系のパラメータをｓ　Ｏｆｆ域伝達
関数Ｇ　（Ｓ）に基づいて算出する。ここでΔは微分演
算子Ｓに対応する差分演算子であって、サンプリング時
間を過渡状態のＡＳＣ制御での第１のサンプリング時間
Ｔ、より十分短い時間を定常状態制御でのサンプリング
時間Ｔ２として、 Δ＝　（１−ｚ−’）／’ｒｚ　　　　　　　　−−−
−（２３）で示される。

分母系列表現で示された制御系の伝達関数は一般にσを
時間スケール係数とすれば、 Ｇｏ（ｓ）＝□ α。＋α１σＳ＋α２σ２　ｓ　Ｚ＋α３σ３　ｓ　３
　＋　、−一・−（２４） と表される。ここでこの制御系に好ましい応答波形を与
える係数列として （α０．α１．α２．α３．α４−−−−−−−−）　
　＝　　（１、１、０，５。

０．１５．０．０３．−−−−−−−）　　　　　　−
−−ｍ−・・（２５）を用いる。そして式（２１）　、
　（２２）のパラメータを伝達関数の分母系列の低次の
方から制御装置の調整可能なパラメータの数が許す限り
高次の方までこれにあわせ、且つ時間スケール係数σを
できるだけ小さくする。式（２１）　、　（２２）　に
サンプラ・０次ホールダの要素を考慮し、連続時間系に
近似してパラメータを求めると次式のようになる。

ｆｏ”＝ｑｏ（ピ、σ） ｆ　１　”　＝ｑ　１（ビ、σ）　＋（１／２）　Ｔ　
ｚＱｏ　（ピ、σ）ｆｚ”＝Ｑｚ（ｋ”、σ）＋ＴｚＱ
＋（ビ、σ）＋　（１／３）　Ｔ　２”ＱＯ（ビ、σ）
ｆｓ”＝Ｑ：＋（ｋ”＋σ）　＋　（３／２）　Ｔ　２
ＱＺ　（ｋ“、σ）＋　（１１／１２）　Ｔ　ｚ”Ｑ＋
　（げ、σ）＋　（１／４）　Ｔ　ｚ’Ｑｏ　（げ、σ
）−−−−一−・（２６） ここに ｑｊ（ｋ”＋σ）＝に申αＪや、σＪ◆’−ｃ。

（ｊ　＝　Ｏ、Ｌ２−−・・−・・）　　　　　　　・
−・・−（２７）ここでＩＰ動作を行うために式（２６
）のｆ２”　＋　ｆ３′をゼロにして未定パラメータｋ
ｌを決めると、次のパラメータ決定公式を得る。

σ（α３σ２＋Ｔ２α２σ＋（１／３）　Ｔｇ”）−−
−−−・・（２８） ｆｏ””ｋ“σ−Ｇ０ ｆど＝に′″α２σ２＋　（１／２）　７２ｋ　”σ＋
　（−ｃ＋−（１／２）’ｒｚＧｏ）　　　　　　−・
〜（２９）ここにσは方程式 ％式％ の正の最小の根である。

そしてこうしてＩ−ＰＤパラメータ決定機構３２より決
定されたＩ−ＰＤパラメータが■動作ブロック３３及び
ＰＤ動作ブロック３４に与えられる。■動作ブロック３
３には更に加え合わせ点３５を介してサンプリング検知
手段４よりサンプリング計測値と設定値が与えられてお
り、ＰＤ動作ブロック３４にはサンプリング計測値が与
えられている。そしてこれらの動作ブロック３３．３４
はこのパラメータに基づいて連続操作量のサンプリング
制御を行い、夫々の出力を加え合わせ点３６より加え合
わせる。ここで示したＩ−ＰＤ制御機構はさらに詳細に
は前述のように第４図に示すブロック線図で記述される
。第４図のブロック線図より次式が成り立つ。

（ｋ″１／Δ）Ｅ（ｚ）−（ｆｏ”　＋Ｌ”Δ）Ｙ　（
Ｚ）−Ｚ　Ｕ　（Ｚ）　　　　　　　・−−−−−−（
３１）ここにＥ　（Ｚ）は偏差ｅ（１）の、Ｙ（Ｚｌ、
　ＵｆＺｌは夫々制御量ｙ（１１，操作量ｕ　（１）の
２変換である。これに式（２３）を代入して差分方程式
を求めると、が得られる。これにより次回サンプリング
時点での操作１ｌｕ（ｉ＋１）を計算する。そして■動
作ブロック３３及びＰＤ動作ブロック３４の出力を加え
合わせて切換スイッチ１１に出力する。

（制御機能切換機構の動作） さてＡＳＣ機能ブロック７を用いた過渡状態の制御と定
常状態制御機能ブロック８を用いた定常状態の制御とは
制御機能切換機構６によって切換えられ、切換スイッチ
５，１０，１１．１２に与えられる信号がいずれかのブ
ロックの入出力として選択される。制御機能切換機構６
には設定値Ｗ（１）と制御量ｙ（１）が与えられ、その
偏差ｙａ（１１と制御のフルレンジとを比較していずれ
かが選択される。偏差ｙａ（１）は次式で示される。

Ｙａ　（ｉ）＝　ｌ　ｙ（１）−ｗ（１）　ｌ第５図は
設定値を変更した際の制御量の時間的変化を示すグラフ
である。本図において時刻ｔ３に動作を開始すると偏差
ｙ、が制御のフルレンジより充分大きいので、まず時刻
ｔ４まで切換スイッチ５．１０．１１を動作させて入出
力をＡＳＣ機能ブロック７に切換える。その際サンプリ
ング検知手段４に切換信号を与えてサンプリング時間を
第１のサンプリング時間ＴＩに設定する。そうすれば第
５図に示すようにＡＳＣによる過渡状態制御が実行され
る。そして制御量ｙｉが上昇し前述した偏差ｙ、が制御
のフルレンジの０．５％となった時刻ｔ４には、制御機
能切換機構６により切換スイッチ５，１０．１１を動作
させてＡＳＣ機能ブロック７への入出力を定常状態側？
ＩＩ＋機能ブロック８への人出力に切換え、サンプリン
グ時間を第２のサンプリング時間Ｔ２とする。同時にス
イッチ１２をオフとし操作部２からのパラメータ推定機
構２１への入力を停止する。このとき前述したようにＡ
ＳＣ制御機能ブロックの離散時間型モデル２２に基づい
てＩ−ＰＤパラメータ決定機構３１よりＩ−ＰＤパラメ
ータが決定され、時刻ｔ４以後Ｉ−ＰＤ制御が実行され
る。そして時刻ｔ、に設定値−３から−、にが切換わっ
た場合には、同様して過渡状態でＡＳＣ制御が実行され
、時刻ｔ、以後再びＩ−ＰＤ制御が実行される。

尚本実施例は定常状態制御機能ブロックとして！−ＰＤ
制御による連続操作量サンプリング制御を行っているが
、第６図に示すように定常状態制御機能ブロックとして
ＰＩＤ制御を行わせることも可能である。第６図のブロ
ック５０はＰＩＤ制御機能ブロックであり、ブロック５
１は０次ホールド回路、ブロック５２は連続時間制御対
象である。ＰＩＤ制御方式は従属保障方式であるので目
標値変化に対する即応性があるが、極・零点相殺が起こ
り外乱の影響の制御効果が充分現れないことも多い。Ｐ
ＩＤ制御のパラメータは既に示した文献（４）の第１３
３頁に示されているようにＡＳＣ機能制御ブロックで算
出された離散時間型モデル２２を用いてＰＩＤパラメー
タを算出し、それに基づいてｐｚ：＋１１？Ｂを行うよ
うに構成することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による離散時間制御装置の全体構成を示
す概略ブロック図、第２図は過渡状態において操作量を
一回切換えた場合に制御量が新しい目標値に近付く様子
を示す図であり、第２図（ａｌは連続時間の場合、第２
図（ｂ）はＡＳＣ制御機能ブロック７による離散時間の
場合の図である。又第３図は予測制御量シーケンスとそ
の評価を表す図、第４図はＩ−ＰＤ制御の制御システム
を示すブロック線図、第５図は設定値と制御量の時間的
変化を示す制御状態の一例を示すグラフ、第６図はＰＩ
ＤＩＩ御の制御システムを示すブロック線図である。 １−−−−−−一制御対象　　２−ｍ−−−・・操作手
段　　４−・・・−サンプリング検知手段　　５，１０
．１１・・・・・・・切換スイッチ　　６・・−・−・
・制御機能切換機構（切換手段）７・−・−・・・ＡＳ
Ｃ機能ブロック（離散時間型適応オンオフ制御手段）　
　　８−・・−定常状態制御機能ブロック（連続操作量
サンプリング制御手段）　　　１２・・・−スイッチ　
　２１・−・・・パラメータ推定機構２２・・・・・・
・離散時間型モデル　　２３・−−−−一・操作量シー
ケンス発生器　　２４−−−−−−一子測機構　　２５
−・−・・・・評価機構　　２６・−・・・−・最適操
作量シーケンス選択ブロック　　３１−・・一連続時間
型モデル　　３２−・−・・Ｉ−ＰＤパラメータ決定機
構　　３３−−−−−−−■動作ブロック　　３４−・
・−ＰＤ動作ブロック特許出願人　　　立石電機株式会
社 代理人　弁理士　岡本官喜（他１名） 第３図 ｉｏ　　　ｉ′Ｔ１　　　　　；・Ｔ１÷Ｔｐ第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続時間制御対象を制御する離散時間制御装置で
   あって、 前記連続時間制御対象の制御量を第１のサンプリング時
   間及び前記第１のサンプリング時間より短い第２のサン
   プリング時間のいずれかのサンプリング間隔毎に検知す
   るサンプリング検知手段と、前記連続時間制御対象に対
   する前記第１及び第２のいずれかのサンプリング間隔毎
   の操作を二値のスイッチングによる操作と連続操作とに
   選択的に切換えて操作する操作手段と、 過渡状態制御において前記連続時間制御対象の離散時間
   型モデルを用い、該モデルを制御対象に適応させるため
   モデルのパラメータを前記二値スイッチングを行う操作
   手段への操作量と前記サンプリング検知手段より検知さ
   れた制御量とに基づいて前記第１のサンプリング間隔毎
   に推定、更新し、いくつかの第１のサンプリング間隔に
   渡って取り得る可能な操作量シーケンスが前記離散時間
   型モデルに与えられたときにその応答として予測される
   複数の第１のサンプリング間隔に渡る予測された複数の
   制御量シーケンスを選択して前記操作手段の二値スイッ
   チング操作量を決定する離散時間型適応オンオフ制御手
   段と、 定常状態制御において前記離散時間型適応オンオフ制御
   手段によって推定された離散時間型モデルに基づいて第
   ２のサンプリング時間に対するパラメータを算出して第
   ２のサンプリング周期で前記連続時間制御対象に対する
   連続操作制御を行う連続操作量サンプリング制御手段と
   、 目標の設定値と現在の制御量とによって過渡状態と定常
   状態とを判別し、前記離散時間型適応オンオフ制御手段
   と前記連続操作量サンプリング制御手段とを選択的に切
   換えると共に、前記サンプリング検知手段のサンプリン
   グ時間を第１及び第２のいずれかのサンプリング時間に
   切換える切換手段と、を具備することを特徴とする離散
   時間制御装置。
2. （２）前記連続操作量サンプリング制御手段は、Ｉ−Ｐ
   Ｄ制御手段であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の離散時間制御装置。
3. （３）前記連続操作量サンプリング制御手段は、ＰＩＤ
   制御手段であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の離散時間制御装置。