TW201629651A - 控制裝置及控制方法 - Google Patents

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三菱電機股份有限公司
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0205—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system
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    • G05B13/0245—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric not using a model or a simulator of the controlled system in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance not using a perturbation signal
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    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39241—Force and vibration control

Abstract

本發明的控制裝置係具備：控制運算部101，係根據將指令值與控制量進行減法運算而算出的控制偏差與控制增益產生操作量；調整執行指令產生部102，係產生表示執行(ON)或停止(OFF)的調整執行指令值；二值輸出部103，係在調整執行指令值為執行(ON)的期間，根據控制偏差與遲滯寬度設定值而產生調整時加算值；標準偏差推定部106，係在調整執行指令值為停止(OFF)的期間，算出將控制量或控制偏差的低頻成分去除掉後的低頻成分除去信號，且算出標準偏差的推定值、即標準偏差推定值；及遲滯寬度運算部107，係根據標準偏差推定值而算出遲滯寬度運算值，且將二值輸出部103的遲滯寬度設定值變更為遲滯寬度運算值。藉由適切設定遲滯大小而消除雜訊的影響，從而能夠高精度地算出控制增益。

Description

控制裝置及控制方法
本發明係有關藉由回授(feedback)控制進行對象裝置的控制之控制裝置及控制方法。
在產業用裝置中，係為了實現必要的動作而利用回授控制。在回授控制中，係必須調整用以從所檢測的控制量算出操作量而使用的控制增益(gain)。
在用於適切調整控制增益的方法中，有一種極限循環(limit cycle)法。極限循環法乃係如下的方法：進行稱為二值控制、即選擇兩個操作量其中一者予以輸出之控制，藉此，使控制量以一定或視同一定之週期振動，根據振動波形來估測控制對象的動態特性而計算控制增益(下述之非專利文獻1)。振動波形係稱為極限循環波形。
在極限循環法中，為了估測控制對象的動態特性，必須根據控制偏差的正負符號選擇二值控制的操作量之一，使控制量以一定或視同一定之週期的振動來產生極限循環波形。然而，在極限循環法中，當所檢測的控制量含有雜訊(noise)而控制偏差的正負符號因雜訊的影響而反轉時，執行/停止(on/off)控制會無關於控制對象的動態 特性地動作，導致顫動(chattering)發生，無法獲得一定或視同一定之週期的極限循環波形，而有無法估測控制對象的動態特性的時候。
該專利文獻1係記載即使所檢測的控制量含有雜訊，仍使一定或視同一定之週期的極限循環波形產生。該專利文獻1係記載在控制偏差的正負符號的判定中設置遲滯(hysteresis)特性，藉此防止因所檢測的控制量所含雜訊的影響所造成的二值控制的顫動。該專利文獻1中係記載當所檢測的控制量含有雜訊時仍估測控制對象的動態特性而計算控制增益。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本國特開昭61-279901號公報
(非專利文獻)
非專利文獻1：須田信英，“PID控制，，、系統(system)控制資訊書庫(library)，朝倉書店，pp162-167
然而，在上述專利文獻1所揭示的技術中，當控制偏差的正負符號的判定中所設置的遲滯特性的遲滯大小未適切設定，便無法獲得精度良好的極限循環波形，難以高精度進行控制增益的計算。
在所設定的遲滯大小太小而非適切的情況中，係無法消除所檢測的控制量所含雜訊的影響，二值控制會無關於控制對象的動態特性地動作，導致顫動發生，無法獲得一定或視同一定之週期的極限循環波形，而無法高精度地進行控制增益的計算。
此外，在所設定的遲滯大小過大而非適切的情況中，係即使消除了雜訊的影響，因控制量的振動振幅變大，有可能因控制量飽和造成極限循環波形變成無關於控制對象的動態特性之形狀或造成控制對象損傷，而無法高精度地進行控制增益的計算。
因此，在根據上述專利文獻1實施極限循環法時，操作者必須預先觀測所檢測的控制量所含雜訊的大小，將遲滯大小設定成能夠消除雜訊的影響且不會導致控制量的振動振幅過度增大的程度。因此，上述專利文獻1係有為了設定適切的遲滯大小而需要大量的時間及作業的問題點。
此外，當構成為由操作者設定遲滯大小時，控制裝置必須具備有顯示控制量以讓操作者能夠從外部詳細觀測控制量的功能及用以讓操作者從外部設定遲滯大小的功能。因此，上述專利文獻1還有造成控制裝置的生產成本(cost)增加的問題點。
此外，在一些特定的動作環境中，控制量所含雜訊的大小隨著控制量的大小的變化而增大或因設置在控制裝置及控制對象週邊的電氣機械及電子機器的動作 狀況而增大，即使操作者適切設定了遲滯大小，有時仍無法消除雜訊的影響而無法高精度地進行控制增益的計算。此時，操作者必須根據控制量的大小或根據設置在控制裝置及控制對象週邊的電氣機械及電子機器的動作狀態的影響來變更遲滯大小。此外，操作者亦必須調查控制量所含雜訊的大小。因此，上述專利文獻1還有操作者必須持續變更遲滯大小的設定而需要大量的時間及作業的問題點。
本發明乃係鑒於上述情事而研創，目的在於提供藉由適切設定遲滯大小而消除雜訊的影響，從而能夠高精度地算出控制增益之控制裝置及控制方法。
為了解決上述的課題並達成目的，本發明的控制裝置係具備：減法器，係藉由將從外部輸入的指令值與從控制對象裝置輸入的控制量進行減法運算而算出控制偏差；控制運算部，係根據前述控制偏差與控制增益產生操作量，而將前述操作量輸出；調整執行指令產生部，係產生表示執行(ON)或停止(OFF)的調整執行指令值，並將前述調整執行指令值輸出；二值輸出部，係在從前述調整執行指令產生部輸出的前述調整執行指令值為執行(ON)的期間，根據前述控制偏差與遲滯寬度設定值而產生調整時加算值，並將前述調整時加算值輸出；標準偏差推定部，係在從前述調整執行指令產生部輸出的前述調整執行指令值為停止(OFF)的期間，算出將前述控制量或前述控制偏差的低頻成分去除掉後的低頻成分除去信號，且算出前述低 頻成分除去信號的標準偏差的推定值、即標準偏差推定值；及遲滯寬度運算部，係根據前述標準偏差推定值而算出遲滯寬度運算值，且將前述二值輸出部的遲滯寬度設定值變更為前述遲滯寬度運算值。
依據本發明，係達到藉由適切設定遲滯大小而消除雜訊的影響，從而能夠高精度地算出控制增益之效果。
10、30‧‧‧控制對象裝置
11‧‧‧輥間搬送機構
12‧‧‧搬送材
13‧‧‧張力軸馬達
14‧‧‧張力軸輥
15‧‧‧速度軸馬達
16‧‧‧速度軸輥
20‧‧‧張力檢測器
21‧‧‧張力軸速度控制器
22‧‧‧速度軸速度控制器
23、109、609‧‧‧加法器
31‧‧‧水槽
32‧‧‧溫度檢測器
33‧‧‧加熱器
34‧‧‧電流供給器
35‧‧‧液體
100、200、300、400、500、600‧‧‧控制裝置
101、601‧‧‧控制運算部
102‧‧‧調整執行指令產生部
103、603‧‧‧二值輸出部
104、604‧‧‧控制增益運算部
105‧‧‧控制增益調整部
106、116、126、136、146、606‧‧‧標準偏差推定部
106a、146a‧‧‧高通濾波器部
106b‧‧‧平方值計算部
106c、116c‧‧‧低通濾波器部
106d、126h‧‧‧平方根計算部
106e、116e、126j、136d‧‧‧選擇器部
106f‧‧‧延遲部
107‧‧‧遲滯寬度運算部
108、126g、608‧‧‧減法器
116b‧‧‧絕對值計算部
116d、126i‧‧‧轉換增益器
126d‧‧‧第1平方值計算部
126e‧‧‧第2平方值計算部
126c‧‧‧第1低通濾波器部
126f‧‧‧第2低通濾波器部
136b‧‧‧資料保持部
136c‧‧‧標準偏差運算部
D‧‧‧加算值振幅
G1‧‧‧比例增益候補值
G2‧‧‧積分增益候補值
Hc‧‧‧遲滯寬度運算值
Hs‧‧‧遲滯寬度設定值
Sig‧‧‧標準偏差推定值
Sig-‧‧‧前次標準偏差推定值
SWat‧‧‧調整執行指令值
Uadd‧‧‧調整時加算值
Uc‧‧‧操作量
Vadd‧‧‧張力軸速度加算值
Vr0‧‧‧基準速度指令值
Vr1‧‧‧張力軸速度指令值
y106b、y106c、y106d、y116b、y116c、y116d、y126c、y126e、y126f、y126g、y126h、y126i、y136b、y136c‧‧‧輸出信號
yh‧‧‧低頻成分除去信號
Ye‧‧‧張力偏差值
Yfb‧‧‧張力檢測值
Yr‧‧‧張力指令值
第1圖係實施形態1的控制裝置及控制對象裝置的構成圖。
第2圖係實施形態1的二值輸出部的動作的示意圖。
第3圖係實施形態1的標準偏差推定部的構成圖。
第4圖係實施形態2的控制裝置及控制對象裝置的構成圖。
第5圖係實施形態2的標準偏差推定部的構成圖。
第6圖係實施形態3的控制裝置及控制對象裝置的構成圖。
第7圖係實施形態3的標準偏差推定部的構成圖。
第8圖係實施形態4的控制裝置及控制對象裝置的構成圖。
第9圖係實施形態4的標準偏差推定部的構成圖。
第10圖係實施形態5的控制裝置及控制對象裝置的構 成圖。
第11圖係實施形態5的標準偏差推定部的構成圖。
第12圖係實施形態6的控制裝置及控制對象裝置的構成圖。
以下，針對本發明的實施形態的控制裝置，根據圖式進行詳細說明。另外，本發明並不受下述實施形態所限定。
實施形態1.
第1圖係實施形態1的控制裝置100及控制對象裝置10的構成圖，第2圖係實施形態1的二值輸出部103的動作的示意圖，第3圖係實施形態1的標準偏差推定部106的構成圖。
如第1圖所示，控制對象裝置10係具備：輥(roll)間搬送機構11，係搬送以捲繞搬送材12；張力軸速度控制器21係控制張力軸馬達(motor)13的轉速；速度軸速度控制器22，係控制速度軸馬達15的轉速；及加法器23，係進行加法運算。控制對象裝置10係從控制裝置100獲得張力軸速度加算值Vadd之輸入，從外部獲得基準速度指令值Vr0之輸入。
輥間搬送機構11係擁有在複數個輥之間搬送帶狀或線狀的搬送材12之機構。搬送材12係例如紙、樹脂、金屬、纖維。輥間搬送機構11係具備：張力軸馬達 13，係具有驅動機構；張力軸輥14，係具有旋轉機構；速度軸馬達15，係具有驅動機構；速度軸輥16，係具有旋轉機構；及張力檢測器20，係算出張力檢測值Yfb。
輥間搬送機構11係藉由驅動張力軸馬達13及速度軸馬達15使張力軸輥14及速度軸輥16旋轉而捲繞搬送材12。
令張力軸輥14與搬送材12間的滑動微小。令張力軸輥14的圓周速度與搬送材12接觸於張力軸輥14的部分的速度一致或限制在預設的範圍內。令速度軸輥16與搬送材12間的滑動微小。令速度軸輥16的圓周速度與搬送材12接觸於速度軸輥16的部分的速度一致或限制在預設的範圍內。
張力軸速度控制器21係以使張力軸輥14搬送搬送材12的速度一致於輸入的張力軸速度指令值Vr1之方式控制張力軸馬達13的轉速。具體而言，張力軸速度控制器21係考量張力軸輥14的直徑及減速比，以使張力軸馬達13的轉速一致於將張力軸速度指令值Vr1以轉換成張力軸馬達13的轉速之指令或限制在預設的範圍內之方式進行控制。
速度軸速度控制器22係以使速度軸輥16搬送搬送材12的速度一致於輸入的基準速度指令值Vr0或控制在預設的範圍內之方式控制速度軸馬達15的轉速。具體而言，速度軸速度控制器22係考量速度軸輥16的直徑及減速比，以使速度軸馬達15的轉速一致於將基準 速度指令值Vr0轉換成速度軸馬達15的轉速之指令或限制在預設的範圍內之方式進行控制。
從外部輸入的基準速度指令值Vr0係規定搬送材12的搬送速度者，依搬送材12的搬送條件而可採用各種值。
加法器23係將基準速度指令值Vr0與張力軸速度加算值Vadd相加而算出張力軸速度指令值Vr1，並將張力軸速度指令值Vr1輸出。
張力檢測器20係輸出檢測搬送材12的張力所得之值、亦即張力檢測值Yfb。張力檢測值Yfb係控制量，且係以如後述趨近指令值之方式控制的變數。
在實施形態1中，係以張力軸輥14為捲繞搬送材12的構成而速度軸輥16為捲出搬送材12的構成進行說明，但並不限於這些構成。亦可為速度軸輥16為捲繞搬送材12的構成而張力軸輥14為捲出搬送材12的構成。此外，亦可為張力軸輥14及速度軸輥16不直接進行搬送材12的捲繞及捲出，而是作為僅進行搬送材12的饋送動作之中間軸。
控制對象裝置10係將基準速度指令值Vr0與張力軸速度加算值Vadd相加而產生張力軸輥14的張力軸速度指令值Vr1。因此，張力軸輥14係以比速度軸輥16快了張力軸速度加算值Vadd之量的速度旋轉。亦即，搬送材12接觸於張力軸輥14的部分的搬送速度係比搬送材12接觸於速度軸輥16的部分的搬送速度還快。搬送材12 係因在張力軸輥14與速度軸輥16之間受到拉伸而產生張力。當控制對象裝置10之張力軸速度加算值Vadd的值變更時，張力軸輥14的轉速便跟著改變，因此產生在搬送材12的張力跟著發生變化。
此外，輥間搬送機構11係藉由張力檢測器20量測作用於搬送材12的張力，輸出張力檢測值Yfb。亦即，控制對象裝置10係構成為藉由與使用張力檢測值Yfb的值算出張力軸速度加算值Vadd的控制裝置100組合而進行回授控制。
控制裝置100係具備：控制運算部101，係算出操作量Uc；調整執行指令產生部102，係產生表示執行調整與否的指令值、即調整執行指令值SWat；二值輸出部103，係算出調整時要加於操作量Uc的值、即調整時加算值Uadd；及控制增益運算部104，係算出增益候補值。此外，控制裝置100係具備：控制增益調整部105，係變更控制運算部101中所使用的增益的值；標準偏差推定部106，係算出標準偏差的推定值、即標準偏差推定值Sig；遲滯寬度運算部107，係算出遲滯寬度運算值Hc；減法器108，係進行減法運算；及加法器109，係進行加法運算。控制裝置100係從外部獲得張力指令值Yr之輸入，從控制對象裝置10獲得張力檢測值Yfb之輸入，將張力軸速度加算值Vadd輸出給控制對象裝置10。
控制運算部101係獲得張力指令值Yr與張力檢測值Yfb間之偏差、亦即張力偏差值Ye及調整執行 指令值SWat之輸入。張力偏差值Ye即為控制偏差。此外，控制運算部101係在調整執行指令值SWat為停止(OFF)的通常狀態中，將在張力偏差值Ye乘上屬於控制增益之一的比例增益而得的比例補償與在張力偏差值Ye乘上屬於控制增益之一的積分增益後進行積分而得的積分補償之和，以操作量Uc輸出。在實施形態1中，係將調整執行(ON)指令值SWat為執行的期間稱為自動調整期間。
控制運算部101係當調整執行指令值SWat從停止(OFF)切換為執行(ON)時，將調整執行指令值SWat變為執行(ON)之瞬間前的操作量Uc的值予以保持，於自動調整期間係輸出所保持的操作量Uc的值。關於將調整執行指令值SWat變為執行(ON)之瞬間前的操作量Uc的值予以保持的動作，係藉由將比例增益及積分增益設為0，而將積分之輸出予以保持之方式來實現。藉此，控制運算部101係即使在自動調整期間中仍能夠保持瞬間前的穩定的控制狀態，穩定地進入如後述執行自動調整的自動調整期間，能夠在短時間內將控制增益設定為精度良好的值。
調整執行指令產生部102係根據來自外部的操作所輸入的指示，產生表示執行(ON)或停止(OFF)的信號、即調整執行指令值SWat。調整執行指令產生部102係藉由來自外部的操作，將調整執行指令值SWat從停止(OFF)變更為執行(ON)，輸出執行(ON)的信號達預設的期間後回復為停止(OFF)。此處，所謂的預設的期間，係指預設的一定時間或指直至判斷後述二值輸出部103的輸出已變化達 預設的次數為止的期間，但並不限為該些構成。
二值輸出部103係在調整執行指令值SWat為執行(ON)的自動調整期間進行調整動作，使用張力偏差值Ye與遲滯寬度設定值Hs，輸出具預先設定的加算值振幅D之大小的振幅且以後述的方法決定正負之值、即調整時加算值Uadd。另外，如後述，二值輸出部103係在調整執行指令值SWat為停止(OFF)的期間，輸出為0的調整時加算值Uadd。
第2圖係根據張力偏差值Ye與遲滯寬度設定值Hs而從+D或-D之中選擇一者輸出調整時加算值Uadd的二值輸出部103的動作的示意圖。
此處，針對調整時加算值Uadd的正負的決定方法進行說明。二值輸出部103係當張力偏差值Ye的大小比遲滯寬度設定值Hs大時，根據張力偏差值Ye的正負符號而從+D或-D兩值之中選擇一者。二值輸出部103係當張力偏差值Ye的大小為遲滯寬度設定值Hs以下時，若前一次的調整時加算值Uadd為+D則選擇+D，若前一次的調整時加算值Uadd為-D則選擇-D。亦即，在決定調整時加算值Uadd時，張力偏差值Ye係具有遲滯寬度設定值Hs之大小的遲滯特性。
此外，第2圖係根據張力偏差值Ye與遲滯寬度設定值Hs而從+D與-D兩值之中選擇一者時的二值輸出部103的動作的示意圖。二值輸出部103係亦可在選擇+D與-D其中任一者時，改使用對張力偏差值Ye令低通濾 波器(low pass filter)作用而得的信號取代張力偏差值Ye，根據對張力偏差值Ye令低通濾波器作用而得的信號與遲滯寬度設定值Hs而從+D與-D兩值之中選擇一者。
二值輸出部103的動作係與溫度調整控制所使用的稱為極限環法的方法相同，當調整執行指令值SWat變為執行(ON)，二值輸出部103輸出的調整時加算值Uadd與張力偏差值Ye便振盪。
控制增益運算部104係獲得張力偏差值Ye與調整執行指令值SWat之輸入。此外，控制增益運算部104係在調整執行指令值SWat成為執行(ON)的自動調整期間，量測張力偏差值Ye的振動週期與振幅，根據量測的結果，算出控制運算部101的比例增益的候補、即比例增益候補值G1與積分增益的候補、即積分增益候補值G2。另外，將比例增益候補值G1與積分增益候補值G2合稱為控制增益候補值。
具體而言，控制增益運算部104係以自張力偏差值Ye的振幅減掉遲滯寬度設定值Hs而得的值為補正振幅Ya，在補正振幅Ya的倒數乘上預設的常數而算出比例增益候補值G1。此外，控制增益運算部104係以比例積分運算的積分時間常數成為將振動週期乘上補正振幅Ya與張力偏差值Ye的振幅比及預設的常數而得之值的方式，算出積分增益候補值G2。
關於比例增益及積分增益的具體計算方法，只要使用如下的方法即可：根據描述函數法計算二值 輸出部103的輸入輸出的線性化增益，根據齊格勒-尼科爾斯(Ziegler-Nichols)的極限靈敏度法決定比例增益與積分增益。藉此方法，控制增益運算部104便能夠進行以搬送材12的特性及張力檢測器20的特性為根據下的正確調整。
控制增益運算部104係在調整執行指令值SWat變成停止(OFF)的時點，輸出所算出的比例增益候補值G1與積分增益候補值G2。
控制增益調整部105係獲得控制增益運算部104算出的比例增益候補值G1與積分增益候補值G2之輸入。控制增益調整部105係將控制運算部101的比例增益與積分增益變更為所算出的比例增益候補值G1與積分增益候補值G2。
在實施形態1中，雖然控制增益調整部105係在比例增益候補值G1與積分增益候補值G2輸入的瞬間後立即將控制運算部101的比例增益與積分增益變更為比例增益候補值G1與積分增益候補值G2，但並不限於此構成。控制增益調整部105係亦可為由控制裝置100的操作者確認過比例增益候補值G1與積分增益候補值G2後，再執行控制運算部101的比例增益與積分增益的變更操作。此外，控制增益調整部105係亦可為保持有複數組比例增益候補值G1與積分增益候補值G2，由控制裝置100的操作者從複數組之中選擇一組比例增益候補與積分增益候補值G2後，再執行控制運算部101的比例增益與積分增益的變更處理。
第3圖係標準偏差推定部106的具體構成圖。標準偏差推定部106係具備：高通濾波器部106a，係算出張力檢測值Yfb去除掉低頻成分後的低頻成分除去信號yh；平方值計算部106b，係算出輸入的信號yh的平方值、即輸出信號y106b；及低通濾波器部106c，係令低通濾波器作用而算出輸出信號y106c。此外，標準偏差推定部106還具備：平方根計算部106d，係算出輸入的信號y106c的平方根、即輸出信號y106d；選擇器(selector)部106e，係根據調整執行指令值SWat而輸出標準偏差推定值Sig；及延遲部106f，係保持標準偏差推定值Sig。
標準偏差推定部106係獲得調整執行指令值SWat與張力檢測值Yfb之輸入，在調整執行指令值SWat為停止(OFF)的期間，根據張力檢測值Yfb，以後述的方法，算出標準偏差推定值Sig，並將標準偏差推定值Sig輸出。
標準偏差推定部106係以在調整執行指令值SWat為執行(ON)的自動調整期間，輸出後述的一週期前的標準偏差推定值、即前次標準偏差推定值Sig-之方式動作。因此，在自動調整期間從標準偏差推定部106輸出的標準偏差推定值Sig係變為前次標準偏差推定值Sig-。
高通濾波器部106a係獲得張力檢測值Yfb之輸入，對張力檢測值Yfb令高通濾波器作用而算出張力檢測值Yfb去除掉低頻成分後的低頻成分除去信號yh，並將低頻成分除去信號yh輸出。
平方值計算部106b係獲得低頻成分除去信 號yh之輸入，算出將低頻成分除去信號yh的值取平方而得的輸出信號y106b，並將輸出信號y106b輸出。
低通濾波器部106c係獲得輸出信號y106b之輸入，對輸出信號y106b令低通濾波器作用而算出輸出信號y106b去除掉高頻成分後的輸出信號y106c，並將輸出信號y106c輸出。
平方根計算部106d係獲得輸出信號y106c之輸入，算出計算輸出信號y106c的平方根而得的輸出信號y106d，並將輸出信號y106d輸出。
選擇器部106e係獲得前次標準偏差推定值Sig-與輸出信號y106d之輸入，根據調整執行指令值SWat，在調整執行指令值SWat為執行(ON)時係選擇前次標準偏差推定值Sig-，此外，在調整執行指令值SWat為停止(OFF)時係選擇輸出信號y106d，將所選擇的信號作為標準偏差推定值Sig予以輸出。
延遲部106f係將標準偏差推定值Sig保持達標準偏差推定部106的動作週期的一週期的期間，並將所保持的值作為前次標準偏差推定值Sig-，於標準偏差推定部106的動作週期的一週期後輸出。
回到第1圖，遲滯寬度運算部107係獲得標準偏差推定值Sig之輸入，根據準偏差推定值Sig算出遲滯寬度運算值Hc。具體而言，遲滯寬度運算部107係藉由在標準偏差推定值Sig乘上預設的係數Kh而算出遲滯寬度運算值Hc。此處，係數Kh乃係常數，設定為1以上、60 以下的值。
此外，遲滯寬度運算部107係每隔動作週期，將二值輸出部103的遲滯寬度設定值Hs變更為遲滯寬度運算值Hc。
減法器108係獲得張力指令值Yr與張力檢測值Yfb之輸入，從張力指令值Yr與張力檢測值Yfb之差分算出張力偏差值Ye，並將張力偏差值Ye輸出。
加法器109係獲得操作量Uc與調整時加算值Uadd之輸入，將操作量Uc與調整時加算值Uadd相加而算出張力軸速度加算值Vadd，並將張力軸速度加算值Vadd輸出。
接著，針對控制裝置100的動作進行說明。控制運算部101係在從調整執行指令產生部102輸出的調整執行指令值SWat為停止(OFF)的期間，算出使張力偏差值Ye成為0的操作量Uc。此處，二值輸出部103的輸出即調整時加算值Uadd為0，張力軸速度加算值Vadd的值係與操作量Uc的值一致。亦即，控制裝置100所進行的輸出張力軸速度加算值Vadd之動作，係成為以PI控制進行的回授控制的動作。
標準偏差推定部106係在調整執行指令值SWat為停止(OFF)的期間，輸出張力檢測值Yfb去除掉低頻成分後的低頻成分除去信號yh的標準偏差的推定值、即標準偏差推定值Sig。遲滯寬度運算部107係根據標準偏差推定部106所計算的標準偏差推定值Sig，算出遲滯寬度運 算值Hc，將二值輸出部103的遲滯寬度設定值Hs變更為遲滯寬度運算值Hc。
接著，針對調整執行指令產生部102將調整執行指令值SWat從停止(OFF)變更為執行(ON)之時點的動作進行說明。控制運算部101係當調整執行指令值SWat從停止(OFF)變更為執行(ON)，便將積分之輸出予以保持而輸出一定的操作量Uc。此外，標準偏差推定部106係切換成將前次標準偏差推定值Sig-代入標準偏差推定值Sig的動作，以輸出前次標準偏差推定值Sig-之方式動作。因此，當調整執行指令值SWat從停止(OFF)變更為執行(ON)時，從標準偏差推定部106輸出的標準偏差推定值Sig係變為前次標準偏差推定值Sig-。因此，遲滯寬度運算部107所算出的遲滯寬度運算值Hc係成為一定的值，二值輸出部103的遲滯寬度設定值Hs係成為一定的值。二值輸出部103係根據張力偏差值Ye與遲滯寬度設定值Hs，交替選擇+D或-D的值而輸出調整時加算值Uadd。
在二值輸出部103選擇調整時加算值Uadd的+D或-D之值時，若遲滯寬度設定值Hs適切地消除了張力檢測值Yfb所含雜訊的影響時，張力軸速度加算值Vadd與張力偏差值Ye係產生一定或視同一定之週期的極限循環振動。
此外，控制增益運算部104係在調整執行指令值SWat為執行(ON)的期間，根據張力偏差值Ye的振動振幅與振動週期，算出比例增益候補值G1與積分增益候 補值G2。
調整執行指令產生部102係在將調整執行指令值SWat從停止(OFF)變更為執行(ON)後又經過預設的自動調整期間後，將調整執行指令值SWat從執行(ON)變更為停止(OFF)。
二值輸出部103係在調整執行指令產生部102將調整執行指令值SWat從執止(ON)變更成停止(OFF)的時點，將調整時加算值Uadd的值保持為0。控制增益運算部104係將在調整執行指令值SWat即將從執止(ON)變更為停止(OFF)之瞬間前算出的比例增益候補值G1與積分增益候補值G2輸出。
控制增益調整部105係將控制運算部101的比例增益的值與積分增益的值變更為所輸入的比例增益候補值G1與積分增益候補值G2。此時，標準偏差推定部106係以輸出平方根計算部106d所算出的輸出信號y106d之方式動作。因此，從標準偏差推定部106輸出的標準偏差推定值Sig係輸出信號y106d。控制運算部101係根據藉由控制增益調整部105而變更的比例增益與積分增益，開始進行操作量Uc的算出。
如下所述，控制裝置100係將二值輸出部103的遲滯寬度設定值Hs設定為適切的值，根據張力偏差值Ye與遲滯寬度設定值Hs決定調整時加算值Uadd，因此，降低了張力檢測值Yfb所含雜訊的影響。其結果，控制裝置100係能夠產生一定或視同一定之週期的極限循 環，從而能夠高精度地調整控制增益。
控制裝置100係將算出的遲滯寬度運算值Hc代入遲滯寬度設定值Hs。此時，遲滯寬度運算值Hc係根據標準偏差推定值Sig算出。標準偏差推定值Sig係藉由後述的標準偏差推定部106而成為張力檢測值Yfb所含雜訊的信號的標準偏差的良好推定值。亦即，控制裝置100係根據標準偏差推定值Sig，推定張力檢測值Yfb所含雜訊的信號的標準偏差之值，因此，能夠推定在自動調整期間產生的雜訊的信號的分布，從而能夠算出大小有很高的機率大於雜訊的信號的振幅之程度的遲滯寬度運算值Hc。
接著，針對標準偏差推定部106的動作與效果進行說明。高通濾波器部106a係在調整執行指令值SWat為停止(OFF)的期間，計算對張力檢測值Yfb令高通濾波器作用而得的低頻成分除去信號yh。
此時，假若為控制運算部101的控制增益為非適切的值之狀態且控制頻帶低，此時，張力檢測值Yfb會具有因外擾的影響致生的低頻的振動成分及對於張力指令值Yr的偏移(offset)誤差。低頻的振動成分及偏移誤差係起因於控制頻帶低而控制性能不適切而產生，係在以極限頻率附近的高頻率令張力檢測值Yfb振動的極限循環法之動作時見不到的現象。亦即，起因於控制頻帶低而產生的低頻的振動成分及偏移誤差不會影響極限循環法中的調整時加算值Uadd之決定，因此，遲滯寬度運算值Hc的算出不需要考慮上述事項。此外，張力檢測值Yfb的低頻成 分的振動的振幅係有比雜訊的振幅大的時候，當未區別張力檢測值Yfb的低頻成分的振動與雜訊的信號而算出標準偏差推定值Sig，標準偏差推定值Sig的算出結果便會大幅超出雜訊的信號的標準偏差的真正值。此外，設定大於必要程度的遲滯寬度設定值Hs，會有使張力檢測值Yfb的振動振幅過度增幅的不良影響，因此低頻成分的振動成分及偏移誤差應在算出標準偏差推定值Sig時予以去除。
高通濾波器部106a係對張力檢測值Yfb令高通濾波器作用，因此能夠去除張力檢測值Yfb的低頻的振動成分及偏移誤差，而藉由低頻成分除去信號yh將由張力檢測值Yfb的高頻成分構成的雜訊的信號抽出。
接著，針對具備平方值計算部106b、低通濾波器部106c、平方根計算部106d的標準偏差推定部106的構成與效果進行說明。為了幫助說明，採用一常態分布的時間序列信號x為例。設時間序列信號x的平均值為μx，設標準偏差為σx。為了從時間序列信號x依時間序列順序抽出樣本，設樣本的時間間隔為dt，則下式(1)與下式(2)成立。
在式(1)及式(2)中，xs(i)係表示第i個從時間序列信號x抽出的樣本。此外，xs(n)係表示時間序列信號x之中的終端時間的樣本。此外，在式(1)及式(2)中，T=N×dt。
另一方面，對時間序列信號x令以比dt大的τ為時間常數的一階延遲低通濾波器作用而得的信號的第i個樣本，係設為xlpf(i)。此時，終端時間的xlpf(n)係以下式(3)計算。
設xlpf(n)的計算所使用的時間序列信號x的樣本個數為N。當N大時，下式(4)成立。
此處，利用時間常數τ比dt大及N比1大這兩點，對式子進行近似。此外，o(dt2/τ2)係大小為dt2/τ2的數量級(order)以下之項的集合，能夠近似為0。
比較式(1)與式(4)可知，當樣本個數N大且低通濾波器的時間常數τ比樣本的時間間隔dt大時，xlpf(n)與μx為一致或限制在預設的範圍內，因此xlpf(n)係成為μx的良好推定值。
同樣地，設對樣本xs(n)取平方後的值令以τ為時間常數的一階延遲低通濾波器作用而得的結果為x2lpf(n)，則x2lpf(n)係以下式(5)計算。
此處，使用x2lpf(n)與xlpf(n)而以下式(6-2)定義下式(6-1)中以A表示者。
比較式(2)與式(6-2)可知，當樣本個數N大且低通濾波器的時間常數τ比樣本的時間間隔dt大時，有下述情事。
亦即，因A與σx為一致或限制在預設的範圍內，故A係成為σx的良好推定值。此外，假若時間序列信號x的平均值μx為0，可知會成為下式(7)。
標準偏差推定部106係如上述例，以使用低通濾波器的方法來算出低頻成分除去信號yh的標準偏差 的推定值。其中，低頻成分除去信號yh係張力檢測值Yfb去除掉低頻成分後之信號，因此低頻成分除去信號yh的平均值係能夠近似為0。亦即，低頻成分除去信號yh的標準偏差的推定值係能夠根據平均值為0時的標準偏差的推定值的運算式、即式(7)進行計算。
在平方值計算部106b、低通濾波器部106c及平方根計算部106d中，實施式(7)的計算。因此，平方根計算部106d的輸出信號y106d及標準偏差推定值Sig係成為張力檢測值Yfb的抽出雜訊的信號後的低頻率除去信號yh的標準偏差的良好推定值。依上述，標準偏差推定部106係能夠進行張力檢測值Yfb所含雜訊的信號的標準偏差之推定。
接著，針對遲滯寬度運算部107的動作進行說明。為了幫助說明，採用前述的時間序列信號x為例。此處係假設時間序列信號x的平均值μx為0。因時間序列信號x為常態分布，故從時間序列信號x隨機抽出的樣本xs係有約68.2689492%的機率滿足下式(8)之值，亦係有約99.9999998%的機率滿足下式(9)之值。
如上述，當使用常態分布之信號的標準偏 差之值，便能夠計算樣本有高機率落在其中的範圍的上下限。以在標準偏差乘上1以上、6以下的係數而計算的值為上下限的範圍係隨機抽出的樣本xs有約68.2689492%至約99.9999998%的高機率落在其中的範圍。因此，在標準偏差乘上1以上、6以下的係數而得的值係可說是時間序列信號x於一定期間內可能達到的振幅的良好的推定值。
因此，藉由在張力檢測值Yfb所含雜訊的信號的推定值即標準偏差推定值Sig乘上1以上、6以下的係數而得的值係可說是成為一定期間內的雜訊的信號的振幅的良好推定值。
遲滯運算部107係將遲滯大小設定成張力檢測值Yfb所含雜訊的振幅的1倍以上、10倍以下之大小，因此能夠消除雜訊的影響且避免過大設定遲滯大小。
遲滯運算部107係藉由在張力檢測值Yfb所含雜訊的信號的標準偏差的推定值、即標準偏差推定值Sig乘上1以上、60以下的係數Kh而算出遲滯寬度運算值Hc。1以上、60以下的係數Kh乃係用以將在標準偏差乘上1以上、6以下的係數再乘上1以上、10以下的係數而得的值作為遲滯運算值Hc者。藉此，遲滯寬度運算值Hc的大小係以能夠消除雜訊的影響之大小且不會造成控制量的振動振幅過度增大的程度算出。
依上述，操作者係不需要在計算極限循環法的控制增益之前對所檢測的控制量所含雜訊的大小進行觀測。控制裝置100係能夠以能夠消除雜訊的影響且不會 造成控制量的振動振幅過度增大之方式適切設定遲滯大小。
此外，操作者係不需要詳細觀測所檢測的控制量及從控制裝置100的外部進行遲滯大小的調整。因此，控制裝置100係不需要具備顯示控制量的功能及用以從外部設定遲滯大小之用的功能。
此外，即使存在張力檢測值Yfb所含雜訊的大小的變化，控制裝置100係仍藉由標準偏差推定部106與遲滯寬度運算部107的功能而逐次運算適切的遲滯大小。因此，即使存在伴隨於控制量的大小的變化及設置在控制對象裝置10週邊的電氣機械及電子機器的動作狀態的變更而生的雜訊的大小的變化，控制裝置100係仍能夠設定適切大小的遲滯的值。
此外，控制裝置100係能夠設定適切大小的遲滯，在自動調整期間適切決定調整時加算值，因此，能夠抑制因張力檢測值Yfb所含雜訊的影響所造成的擺動(hunting)。其結果，控制裝置100係產生一定或視同一定之週期的極限環，從而能夠高精度地計算控制增益的值。
另外，雖然係說明高通濾波器部106a構成為對張力檢測值Yfb令高通濾波器作用而去除掉張力檢測值Yfb的低頻成分，但並不限為該構成。當張力檢測值Yfb隨著時間經過，除高頻成分的信號之外係呈現一定的值時，高通濾波器部106a係亦可藉由以低頻成分除去信號yh來算出張力檢測值Yfb與常數之差的減法器來構成。即 使為該構成，高通濾波器部106a同樣能夠算出張力檢測值Yfb去除掉低頻成分後的低頻成分除去信號yh，無疑能夠獲得同樣的效果。以下的實施形態亦同。
此外，在實施形態1中雖然係顯示以一階延遲濾波器構成低通濾波器的控制裝置100之例，但並不限為該構成。控制裝置100係只要具有將輸入信號的高頻成分去除的特性即可，使用串接一階延遲濾波器而成的高階延遲濾波器、巴特沃斯濾波器(Butterworth filter)或契比雪夫濾波器(Chebyshev filter)等具有不同極點分布的濾波器亦能夠獲得同樣的效果。以下的實施形態亦同。
雖然係說明遲滯寬度運算部107為每隔動作週期將二值輸出部103的遲滯寬度設定值Hs變更為遲滯寬度運算值Hc，但並不限為該構成。遲滯寬度運算部107係亦可每隔整數倍動作週期的時間將二值輸出部103的遲滯寬度設定值Hs變更為遲滯寬度運算值Hc。此外，遲滯寬度運算部107係亦可具有能夠在控制裝置100的動作中由操作者指定變更遲滯寬度設定值Hs的時間點(timing)之功能，在操作者指定的時間點將遲滯寬度設定值Hs變更為遲滯寬度運算值Hc。以下的實施形態亦同。
此外，雖然在實施形態1係說明控制對象裝置10為含有輥間搬送機構的裝置，但並不限為含有輥間搬送機構的裝置。控制對象裝置10係只要為具有藉由能夠從外部輸入操作量而變更控制量的機構及檢測控制量並輸出的機構且能夠藉由回授控制進行穩定化之裝置，則亦可為 其他構成的裝置。以下的實施形態亦同。
實施形態2.
針對本發明的控制裝置的實施形態2進行說明。第4圖係實施形態2的控制裝置200及控制對象裝置10的構成圖，第5圖係標準偏差推定部116的構成圖。標準偏差推定部116係在前述的控制裝置100的標準偏差推定部106施加變更而成。另外，具有與實施形態1相同功能的構成要素係賦予與實施形態1相同的元件符號並省略詳細說明。
控制裝置200係具備：控制運算部101，係算出操作量Uc；調整執行指令產生部102，係產生調整執行指令值SWat；二值輸出部103，係算出調整時加算值Uadd；及控制增益運算部104，係算出增益候補值。此外，控制裝置200係具備：控制增益調整部105，係變更控制運算部101中所使用的增益的值；標準偏差推定部116，係算出標準偏差推定值Sig；遲滯寬度運算部107，係算出遲滯寬度運算值Hc；減法器108，係進行減法運算；及加法器109，係進行加法運算。
控制裝置200係從外部獲得張力指令值Yr之輸入，從控制對象裝置10獲得張力檢測值Yfb之輸入，將張力軸速度加算值Vadd輸出給控制對象裝置10。
標準偏差推定部116係具備：高通濾波器部106a，係算出低頻成分除去信號yh；絕對值計算部116b， 係計算低頻成分除去信號yh的值的絕對值而算出輸出信號y116b；及低通濾波器部116c，係令低通濾波器作用而算出輸出信號y116c。此外，標準偏差推定部116還具備：轉換增益器116d，係根據輸出信號y116c算出輸出信號y116d；選擇器部116e，係根據調整執行指令值SWat而輸出標準偏差推定值Sig；及延遲部106f，係保持標準偏差推定值Sig。
標準偏差推定部116係獲得調整執行指令值SWat與張力檢測值Yfb之輸入，在調整執行指令值SWat為停止(OFF)的期間，根據張力檢測值Yfb，算出標準偏差推定值Sig，並將標準偏差推定值Sig輸出。
此外，標準偏差推定部116係在調整執行指令值SWat為執行(ON)的自動調整期間，輸出前次標準偏差推定值Sig-。因此，在自動調整期間從標準偏差推定部116輸出的標準偏差推定值Sig係變為前次標準偏差推定值Sig-。
絕對值運算部116b係獲得低頻成分除去信號yh之輸入，算出對低頻成分除去信號yh的值計算絕對值而得的輸出信號y116b，並將輸出信號y116b輸出。
低通濾波器部116c係獲得輸出信號y116b之輸入，對輸出信號y116b令低通濾波器作用而算出輸出信號y116b去除掉高頻成分後的輸出信號y116c，並將輸出信號y116c輸出。轉換增益器116d係獲得輸出信號y116c之輸入，在輸出信號y116c乘上√(π/2)而算出輸出信號y116d，並將輸出信 號y116d輸出。另外，√(π/2)係指(π/2)帶根號。
選擇器部116e係獲得前次標準偏差推定值Sig-與輸出信號y116d之輸入。選擇器部116e係根據調整執行指令值SWat，在調整執行指令值SWat為執行(ON)時係選擇前次標準偏差推定值Sig-，此外，在調整執行指令值SWat為停止(OFF)時係選擇輸出信號y116d，將所選擇的信號作為標準偏差推定值Sig予以輸出。
亦即，標準偏差推定部116係在調整執行指令值SWat為停止(OFF)的期間，輸出張力檢測值Yfb去除掉低頻成分後的低頻成分除去信號yh的標準偏差的推定值即標準偏差推定值Sig。
此外，控制裝置200係將二值輸出部103的遲滯寬度設定值Hs設定為適切的值，根據張力偏差值Ye與遲滯寬度設定值Hs決定調整時加算值Uadd，因此，降低了張力檢測值Yfb所含雜訊的影響。其結果，控制裝置200係能夠產生一定或視同一定之週期的極限循環，從而能夠高精度地調整控制增益。
控制裝置200係將算出的遲滯寬度運算值Hc代入遲滯寬度設定值Hs。此時，遲滯寬度運算值Hc係根據標準偏差推定值Sig算出。標準偏差推定值Sig係藉由後述的標準偏差推定部116而成為張力檢測值Yfb所含雜訊的信號的標準偏差的良好推定值。亦即，控制裝置200係根據標準偏差推定值Sig，推定張力檢測值Yfb所含雜訊的信號的標準偏差之值，因此，能夠推定在自動調整期 間產生的雜訊的信號的分布，從而能夠算出大小有很高的機率大於雜訊的信號的振幅之程度的遲滯寬度運算值Hc。
控制裝置200與前述的控制裝置100係僅標準偏差推定部的構成不同。以下，針對藉由標準偏差推定部116計算標準偏差推定值Sig時的動作與效果進行說明。
此處，同實施形態1，採用一常態分布的時間序列信號x為例。設時間序列信號x的平均值為μx，設標準偏差為σx。此外，設時間序列信號x取絕對值後的信號為信號ax，設信號ax的平均值為μax。當時間序列信號x的平均值μx為0時，下式(10)成立。
因此，在信號ax的平均值μax乘上√(π/2)而得的值係成為時間序列信號x的標準偏差。另外，√(π/2)係指(π/2)帶根號。
實施形態1中所說明的式(1)及式(4)係在信號ax的情況亦同樣成立。從信號ax，以時間間隔dt抽出樣本，設第i個樣本為axs(i)，設axs(n)為終端時間的信號ax的樣本。設對信號ax令以比dt大的τ為時間常數的一階延遲低通濾波器作用而得的信號的第i個樣本為axlpf(i)。此時，下式(11)與下式(12)成立。
其中，T=N×dt。
比較式(11)與式(12)可知，當樣本個數N大且低通濾波器的時間常數τ比樣本的時間間隔dt大時，axlpf(n)與μax為一致或限制在預設的範圍內，因此axlpf(n)係成為μax的良好推定值。
絕對值運算部116b、低通濾波器部116c及轉換增益器116d係進行與前述例相同的計算。亦即，輸出信號y116c係成為輸出信號y116b的平均值的良好推定值。此外，輸出信號y116d係成為低頻成分除去信號yh的標準偏差的良好推定值。
此外，控制裝置200係能夠設定適切大小的遲滯，在自動調整期間適切決定調整時加算值，因此，能夠抑制因張力檢測值Yfb所含雜訊的影響所造成的擺動。其結果，控制裝置200係產生一定或視同一定之週期的極限循環，從而能夠高精度地計算控制增益的值。
實施形態3.
針對本發明的控制裝置的實施形態3進行說明。第6圖係實施形態3的控制裝置300及控制對象裝置10的構成 圖，第7圖係標準偏差推定部126的構成圖。標準偏差推定部126係在前述的控制裝置200的標準偏差推定部116施加變更而成。另外，具有與實施形態1或實施形態2相同功能的構成要素係賦予與實施形態1或實施形態2相同的元件符號並省略詳細說明。
控制裝置300係具備：控制運算部101，係算出操作量Uc；調整執行指令產生部102，係產生調整執行指令值SWat；二值輸出部103，係算出調整時加算值Uadd；及控制增益運算部104，係算出增益候補值。此外，控制裝置300係具備：控制增益調整部105，係變更控制運算部101中所使用的增益的值；標準偏差推定部126，係算出標準偏差推定值Sig；遲滯寬度運算部107，係算出遲滯寬度運算值Hc；減法器108，係進行減法運算；及加法器109，係進行加法運算。
控制裝置300係從外部獲得張力指令值Yr之輸入，從控制對象裝置10獲得張力檢測值Yfb之輸入，將張力軸速度加算值Vadd輸出給控制對象裝置10。
標準偏差推定部126係具備：高通濾波器部106a，係算出低頻成分除去信號yh；絕對值計算部116b，係計算低頻成分除去信號yh的值的絕對值而算出輸出信號y116b；第1低通濾波器部126c，係令低通濾波器作用而算出輸出信號y126c；第1平方值計算部126d，係藉由平方值計算而算出輸出信號y126d；第2平方值計算部126e，係藉由平方值計算而算出輸出信號y126e；及第2低通濾波 器部126f，係令低通濾波器作用而算出輸出信號y126f。此外，標準偏差推定部126還具備：減法器126g，係進行減法運算；平方根計算部126h，係藉由平方根計算而算出輸出信號y126h；轉換增益器126i，係根據輸出信號y126h而算出輸出信號y126i；選擇器部126j，係根據調整執行指令值SWat而輸出標準偏差推定值Sig；及延遲部106f，係保持標準偏差推定值Sig。
標準偏差推定部126係獲得調整執行指令值SWat與張力檢測值Yfb之輸入，在調整執行指令值SWat為停止(OFF)的期間，根據張力檢測值Yfb，算出標準偏差推定值Sig，並將標準偏差推定值Sig輸出。
此外，標準偏差推定部126係在調整執行指令值SWat為執行(ON)的自動調整期間，以輸出前次標準偏差推定值Sig-之方式動作。因此，在自動調整期間從標準偏差推定部126輸出的標準偏差推定值Sig係變為前次標準偏差推定值Sig-。
第1低通濾波器部126c係獲得輸出信號y116b之輸入，對輸出信號y116b令低通濾波器作用而算出輸出信號y116b去除掉高頻成分後的輸出信號y126c，並將輸出信號y126c輸出。
第1平方值計算部126d係獲得輸出信號y126c之輸入，算出將輸出信號y126c取平方而得的輸出信號y126d，並將輸出信號y126d輸出。
第2平方值計算部126e係獲得輸出信號 y116b之輸入，算出將輸出信號y116b取平方而得的輸出信號y126e，並將輸出信號y126e輸出。
第2低通濾波器部126f係獲得輸出信號y126e之輸入，對輸出信號y126e令低通濾波器作用而算出輸出信號y126e去除掉高頻成分後的輸出信號y126f，並將輸出信號y126f輸出。減法器126g係計算輸出信號y126d與輸出信號y126f之差而算出輸出信號y126g，並將輸出信號y126g輸出。
平方根計算部126h係獲得輸出信號y126g之輸入，算出計算輸出信號y126g的平方根而得的輸出信號y126h，並將輸出信號y126h。轉換增益器126i係獲得輸出信號y126h之輸入，在輸出信號y126h乘上√(π/(π-2))而算出輸出信號y126i，並將輸出信號y126i輸出。另外，√(π/(π-2))係指(π/(π-2))帶根號。
選擇器部126j係獲得前次標準偏差推定值Sig-與輸出信號y126i之輸入。選擇器部126j係根據調整執行指令值SWat，當調整執行指令值SWat為執行(ON)時係選擇前次標準偏差推定值Sig-，此外，當調整執行指令值SWat為停止(OFF)時係選擇輸出信號y126i，將所選擇的信號作為標準偏差推定值Sig予以輸出。
亦即，標準偏差推定部126係在調整執行指令值SWat為停止(OFF)的期間，輸出張力檢測值Yfb去除掉低頻成分後的低頻成分除去信號yh的標準偏差的推定值即標準偏差推定值Sig。
控制裝置300係將二值輸出部103的遲滯寬 度設定值Hs設定為適切的值，根據張力偏差值Ye與遲滯寬度設定值Hs決定調整時加算值Uadd，因此，降低了張力檢測值Yfb所含雜訊的影響。其結果，控制裝置300係能夠產生一定或視同一定之週期的極限循環，從而能夠高精度地調整控制增益。
控制裝置300係將算出的遲滯寬度運算值Hc代入遲滯寬度設定值Hs。此時，遲滯寬度運算值Hc係根據標準偏差推定值Sig算出。標準偏差推定值Sig係藉由後述的標準偏差推定部126而成為張力檢測值Yfb所含雜訊的信號的標準偏差的良好推定值。亦即，控制裝置300係根據標準偏差推定值Sig，推定張力檢測值Yfb所含雜訊的信號的標準偏差之值，因此，能夠推定在自動調整期間產生的雜訊的信號的分布，從而能夠算出大小有很高的機率大於雜訊的信號的振幅之程度的遲滯寬度運算值Hc。
控制裝置300與控制裝置100係僅標準偏差推定部的構成不同。以下，針對藉由標準偏差推定部126算出標準偏差推定值Sig時的動作與效果進行說明。
此處，同實施形態1及實施形態2，採用一常態分布的時間序列信號x為例。設時間序列信號x的平均值為μx，設標準偏差為σx。此外，設時間序列信號x取絕對值後的信號為信號ax，設信號ax的平均值為μax，設標準偏差為σax。當時間序列信號x的平均值μx為0時，下式(13)成立。
因此，在信號ax的標準偏差σax乘上√(π/(π-2))而得的值係成為時間序列信號x的標準偏差。另外，√(π/(π-2))係指(π/(π-2))帶根號。
從信號ax，以時間間隔dt抽出樣本，設第i個樣本為axs(i)，設axs(n)為終端時間的信號ax的樣本。設對信號ax令比dt大的τ為時間常數的一階延遲低通濾波器作用而得的信號的第i個樣本為axlpf(i)。信號ax的標準偏差σax係以下式(14)計算。
其中，T=N×dt。
此外，設對樣本axs(n)取平方後的值令以比dt大的τ為時間常數的一階延遲低通濾波器作用而得的結果為ax2lpf(n)，ax2lpf(n)係以下式(15)計算。
此處，使用以式(12)及式(15)計算的axlpf(n)與ax2lpf(n)而以下式(16-2)定義下式(16-1)中以B表示者。
比較式(14)與式(16-2)可知，當樣本個數N大且低通濾波器的時間常數τ比樣本的時間間隔dt大時，B與σax為一致或限制在預設的範圍內，因此B係成為σax的良好推定值。
絕對值運算部116b、第1低通濾波器部126c、第1平方值計算部126d、第2平方值計算部126e、第2低通濾波器部126f、減法器126g、平方根計算部126h及轉換增益器126i係進行與前述例相同的計算。亦即，輸出信號y126h係成為輸出信號y116b的標準偏差的良好推定值。此外，輸出信號y126i係成為低頻成分除去信號yh的標準偏差的良好推定值。
因此，控制裝置300係能夠設定適切大小的遲滯，在自動調整期間適切決定調整時加算值，因此，能夠抑制因張力檢測值Yfb所含雜訊的影響所造成的擺動。其結果，控制裝置300係產生一定或視同一定之週期的極限循環，從而能夠高精度地計算控制增益的值。
實施形態4.
針對本發明的控制裝置的實施形態4進行說明。第8 圖係實施形態4的控制裝置400及控制對象裝置10的構成圖，第9圖係標準偏差推定部136的構成圖。標準偏差推定部136係在前述的控制裝置100的標準偏差推定部106施加變更而成。另外，具有與實施形態1相同功能的構成要素係賦予與實施形態1相同的元件符號並省略詳細說明。
控制裝置400係具備：控制運算部101，係算出操作量Uc；調整執行指令產生部102，係產生調整執行指令值SWat；二值輸出部103，係算出調整時加算值Uadd；及控制增益運算部104，係算出增益候補值。此外，控制裝置400還具備：控制增益調整部105，係變更控制運算部101中所使用的增益的值；標準偏差推定部136，係算出標準偏差推定值Sig；遲滯寬度運算部107，係算出遲滯寬度運算值Hc；減法器108，係進行減法運算；及加法器109，係進行加法運算。
控制裝置400係從外部獲得張力指令值Yr之輸入，從控制對象裝置10獲得張力檢測值Yfb之輸入，將張力軸速度加算值Vadd輸出給控制對象裝置10。
標準偏差推定部136係具備：高通濾波器部106a，係算出低頻成分除去信號yh；資料(data)保持部136b，係保持低頻成分除去信號yh；標準偏差運算部136c，係算出標準偏差；選擇器部136d，係根據調整執行指令值SWat而輸出標準偏差推定值Sig；及延遲部106f，係保持標準偏差推定值Sig。
標準偏差推定部136係獲得調整執行指令值SWat與張力檢測值Yfb之輸入，在調整執行指令值SWat為停止(OFF)的期間，根據張力檢測值Yfb，算出標準偏差推定值Sig，並將標準偏差推定值Sig輸出。
此外，標準偏差推定部136係在調整執行指令值SWat為執行(ON)的自動調整期間，以輸出前次標準偏差推定值Sig-之方式動作。因此，在自動調整期間從標準偏差推定部136輸出的標準偏差推定值Sig係變為前次標準偏差推定值Sig-。
資料保持部136b係獲得低頻成分除去信號yh之輸入，藉由將低頻成分除去信號yh的值與時間關聯對應而得的資料而予以保持，將所保持的資料之中最新的m個資料作為輸出信號y136b予以輸出。m為1以上的整數。
標準偏差運算部136c係獲得輸出信號y136b之輸入，算出輸出信號y136b的標準偏差，並將算出的輸出信號y136c輸出。此處，輸出信號y136b係關聯對應於時間的m個低頻成分除去信號yh，乃係預設的期間的低頻成分除去信號yh，因此，以下係將輸出信號y136b的標準偏差稱為預設的期間的標準偏差。
選擇器部136d係獲得前次標準偏差推定值Sig-與輸出信號y136c之輸入，根據調整執行指令值SWat，當調整執行指令值SWat為執行(ON)時係選擇前次標準偏差推定值Sig-，此外，當調整執行指令值SWat為停止(OFF)時係選擇輸出信號y136c，將所選擇的信號作為標準偏差推 定值Sig予以輸出。
亦即，標準偏差推定部136係在調整執行指令值SWat為停止(OFF)的期間，輸出張力檢測值Yfb去除掉低頻成分後的低頻成分除去信號yh的標準偏差的推定值即標準偏差推定值Sig。
此外，控制裝置400係將二值輸出部103的遲滯寬度設定值Hs設定為適切的值，根據張力偏差值Ye與遲滯寬度設定值Hs決定調整時加算值Uadd，因此，降低了張力檢測值Yfb所含雜訊的影響。其結果，控制裝置400係能夠產生一定或視同一定之週期的極限循環，從而能夠高精度地調整控制增益。
控制裝置400係將算出的遲滯寬度運算值Hc代入遲滯寬度設定值Hs。此時，遲滯寬度運算值Hc係根據標準偏差推定值Sig算出。標準偏差推定值Sig係藉由後述的標準偏差推定部136而成為張力檢測值Yfb所含雜訊的信號的標準偏差的良好推定值。亦即，控制裝置400係根據標準偏差推定值Sig，推定張力檢測值Yfb所含雜訊的信號的標準偏差之值，因此，能夠推定在自動調整期間產生的雜訊的信號的分布，從而能夠算出大小有很高的機率大於雜訊的信號的振幅之程度的遲滯寬度運算值Hc。
控制裝置400與控制裝置100係僅標準偏差推定部的構成不同。以下，針對藉由標準偏差推定部136算出標準偏差推定值Sig時的動作與效果進行說明。
此處，同實施形態1、2及3，採用一常態 分布的時間序列信號x為例。設時間序列信號x的標準偏差為σx。藉由式(2)，在令樣本xs的個數增加到無窮多時，計算標準偏差σx。此處，使用一數M，以下式(17)及下式(18)定義μxM及σxM。M為1以上的整數。
比較式(2)與式(18)，當令M為大的數，則以M個樣本xs計算的σxM與標準偏差σx為一致或限制在預設的範圍內，因此σxM係可說是成為標準偏差σx的良好推定值。此處，σxM係預設的期間的時間序列信號x的標準偏差，因此係前述的規定期間標準偏差。
當資料保持部136b所保持的低頻率除去信號yh的資料的個數m設定為大的值時，標準偏差運算部136c係進行與前述例相同的計算。亦即，輸出信號y136c係可說是成為低頻成分除去信號yh的標準偏差的良好推定值。
因此，控制裝置400係能夠設定適切大小的遲滯，在自動調整期間適切決定調整時加算值，因此，能夠抑制因張力檢測值Yfb所含雜訊的影響所造成的擺動。其結果，控制裝置400係產生一定或視同一定之週期的極 限循環，從而能夠高精度地計算控制增益的值。
實施形態5.
針對本發明的控制裝置的實施形態5進行說明。第10圖係實施形態5的控制裝置500及控制對象裝置10的構成圖，第11圖係標準偏差推定部146的構成圖。標準偏差推定部146乃係在前述的控制裝置100的標準偏差推定部106施加變更而成。另外，具有與實施形態1相同功能的構成要素係給予與實施形態1相同的元件符號並省略詳細說明。
控制裝置500係具備：控制運算部101，係算出操作量Uc；調整執行指令產生部102，係產生調整執行指令值SWat；二值輸出部103，係算出調整時加算值Uadd；及控制增益運算部104，係算出增益候補值。此外，控制裝置500係具備：控制增益調整部105，係變更控制運算部101中所使用的增益的值；標準偏差推定部146，係算出標準偏差推定值Sig；遲滯寬度運算部107，係算出遲滯寬度運算值Hc；減法器108，係進行減法運算；及加法器109，係進行加法運算。控制裝置500係從外部獲得張力指令值Yr之輸入，從控制對象裝置10獲得張力檢測值Yfb之輸入，將張力軸速度加算值Vadd輸出給控制對象裝置10。
標準偏差推定部146係具備高通濾波器部146a，係算出低頻成分除去信號yh；平方值計算部106b， 係藉由平方值計算而算出輸出信號y106b；及低通濾波器部106c，係令低通濾波器作用而算出輸出信號y106c。此外，標準偏差推定部146還具備：平方根計算部106d，係藉由平方根計算而算出輸出信號y106d；選擇器部106e，係根據調整執行指令值SWat而輸出標準偏差推定值Sig；及延遲部106f，係保持標準偏差推定值Sig。
標準偏差推定部146係獲得調整執行指令值SWat與張力偏差值Ye之輸入，在調整執行指令值SWat為停止(OFF)的期間，根據張力偏差值Ye，算出標準偏差推定值Sig，並將標準偏差推定值Sig輸出。
此外，標準偏差推定部146係在調整執行指令值SWat為執行(ON)的自動調整期間，以輸出前次標準偏差推定值Sig-之方式動作。因此，在自動調整期間從標準偏差推定部146輸出的標準偏差推定值Sig係變為前次標準偏差推定值Sig-。
高通濾波器部146a係獲得張力偏差值Ye之輸入，對張力檢測值Ye令高通濾波器作用而算出張力偏差值Ye去除掉低頻成分後的低頻成分除去信號yh，並將低頻成分除去信號yh輸出。
亦即，標準偏差推定部146係在調整執行指令值SWat為停止(OFF)的期間，輸出張力偏差值Ye去除掉低頻成分後的低頻成分除去信號yh的標準偏差的推定值即標準偏差推定值Sig。
此外，控制裝置500係將二值輸出部103 的遲滯寬度設定值Hs設定為適切的值，根據張力偏差值Ye與遲滯寬度設定值Hs決定調整時加算值Uadd，因此，降低了張力檢測值Yfb所含雜訊的影響。其結果，控制裝置500係能夠產生一定或視同一定之週期的極限循環，從而能夠高精度地調整控制增益。
控制裝置500係將算出的遲滯寬度運算值Hc代入遲滯寬度設定值Hs。此時，遲滯寬度運算值Hc係根據標準偏差推定值Sig算出。標準偏差推定值Sig係藉由後述的標準偏差推定部146而成為張力檢測值Yfb所含雜訊的信號的標準偏差的良好推定值。亦即，控制裝置500係根據標準偏差推定值Sig，推定張力檢測值Yfb所含雜訊的信號的標準偏差之值，因此，能夠推定在自動調整期間產生的雜訊的信號的分布，從而能夠算出大小有很高的機率大於雜訊的信號的振幅之程度的遲滯寬度運算值Hc。
控制裝置500與前述的控制裝置100係僅標準偏差推定部的構成不同。以下，針對藉由標準偏差推定部146計算標準偏差推定值Sig時的動作與效果進行說明。
輸入至標準偏差推定部146的張力偏差值Ye係自張力檢測值Yfb減掉屬於一定值的張力指令值Yr而得者，且係僅低頻成分不同於張力檢測值Yfb者。因此，張力偏差值Ye去除掉低頻成分後的信號係與從張力檢測值Yfb去除掉低頻成分後的信號一致或限制在預設的範圍內。
因此，標準偏差推定部146係除了算出低頻 成分除去信號yh的高通濾波器部146a以外皆與控制裝置100的標準偏差推定部106相同，因此能夠獲得與標準偏差推定部106相同的效果。
因此，控制裝置500係能夠設定適切大小的遲滯，在自動調整期間適切決定調整時加算值，因此，能夠抑制因張力檢測值Yfb所含雜訊的影響所造成的擺動。其結果，控制裝置500係產生一定或視同一定之週期的極限循環，從而能夠高精度地計算控制增益的值。
實施形態6.
第12圖係實施形態6的控制裝置600及控制對象裝置30的構成圖。另外，控制裝置600的構成要素之中，具有與實施形態1的控制裝置100相同功能的構成要素係賦予與實施形態1相同的元件符號並省略詳細說明。
如第12圖所示，控制對象裝置30乃係調整液體35之溫度的液體加熱裝置，係具備：水槽31，係蓄積液體35；溫度檢測器32，係檢測液體35的溫度；加熱器33，係加熱液體35；及電流供給器34，係供給電流。
控制對象裝置30係從控制裝置600獲得電流指令值Ir之輸入，輸出溫度檢測值Tfb。
溫度檢測器32係檢測液體35的溫度，輸出所檢測出的值、即溫度檢測值Tfb。溫度檢測值Tfb係控制量，且係以如後述趨近指令值之方式控制的值。
在加熱器33係從電流供給器34獲得電流之 供給。加熱器33係根據供給的電流的大小而產生熱。加熱器33產生的熱係傳給液體35而加熱液體35。
電流供給器34係根據電流指令值Ir，將與電流指令值Ir相符之量的電流供給至加熱器33。
液體35為水、油、藥水等液體。液體35的溫度係藉由加熱器33生熱傳遞而上升。亦即，當變更電流指令值Ir的值，液體35的溫度便跟著變化。
此外，控制對象裝置30係藉由溫度檢測器32量測液體35的溫度，輸出溫度檢測值Tfb。亦即，控制對象裝置30係構成為與使用溫度檢測值Tfb的值算出電流指令值Ir的控制裝置600組合而進行回授控制。
控制裝置600係具備：控制運算部601，係算出操作量Uc；調整執行指令產生部102，係產生表示執行調整與否的指令值、即調整執行指令值SWat；二值輸出部603，係算出調整時要加於操作量Uc的值、即調整時加算值Uadd；及控制增益運算部604，係算出增益候補值。此外，控制裝置600係具備：控制增益調整部105，係變更控制運算部601中所用的增益的值；標準偏差推定部606，係算出標準偏差推定值Sig；遲滯寬度運算部107，係算出遲滯寬度運算值Hc；減法器608，係進行減法運算；及加法器609，係進行加法運算。控制裝置600係從外部獲得溫度指令值Tr之輸入，從控制對象裝置30獲得溫度檢測值Tfb之輸入，將電流指令值Ir輸出給控制對象裝置30。
除了輸入信號之中的一者為溫度偏差值Te這點外，控制運算部601、二值輸出部603及控制增益運算部604係具有與實施形態1的控制運算部101、二值輸出部103及控制增益運算部104相同的功能，因此省略動作的詳細說明。此外，除了輸入信號之中的一者為溫度偏差值Te這點及輸入信號之中的另一者為溫度檢測值Tfb這點外，標準偏差推定部606係具有與實施形態1的標準偏差推定部106相同的功能，因此省略動作的詳細說明。
減法器608係獲得溫度指令值Tr與溫度檢測值Tfb之輸入，從溫度指令值Tr與溫度檢測值Tfb之差分算出溫度偏差值Te，並將溫度偏差值Te輸出。
加法器609係獲得操作量Uc與調整時加算值Uadd之輸入，將操作量Uc與調整時加算值Uadd相加而算出電流指令值Ir，並將電流指令值Ir輸出。
控制對象裝置30係在調整執行指令SWat為停止(OFF)時，藉由控制運算部601所計算的操作量Uc，以使溫度檢測值Tfb趨近溫度指令值Tr之方式進行回授控制。此外，當調整執行指令SWat為執行(ON)且遲滯寬度設定值Hs適切設定時，電流指令值Ir與溫度偏差值Te係產生一定或視同一定之週期的極限循環振動。
實施形態6的控制裝置600係與實施形態1的控制裝置100為相同構成，因此達到與控制裝置100所達到之效果相同的效果。
因此，控制裝置600係能夠設定適切大小的 遲滯，適切決定調整時加算值Uadd，因此，能夠抑制因溫度檢測值Tfb所含雜訊的影響所造成的擺動。其結果，控制裝置600係產生一定或視同一定之週期的極限循環，從而能夠高精度地計算控制增益的值。
10‧‧‧控制對象裝置
11‧‧‧輥間搬送機構
12‧‧‧搬送材
13‧‧‧張力軸馬達
14‧‧‧張力軸輥
15‧‧‧速度軸馬達
16‧‧‧速度軸輥
20‧‧‧張力檢測器
21‧‧‧張力軸速度控制器
22‧‧‧速度軸速度控制器
23、109‧‧‧加法器
100‧‧‧控制裝置
101‧‧‧控制運算部
102‧‧‧調整執行指令產生部
103‧‧‧二值輸出部
104‧‧‧控制增益運算部
105‧‧‧控制增益調整部
106‧‧‧標準偏差推定部
107‧‧‧遲滯寬度運算部
108‧‧‧減法器
G1‧‧‧比例增益候補值
G2‧‧‧積分增益候補值
Hc‧‧‧遲滯寬度運算值
Sig‧‧‧標準偏差推定值
SWat‧‧‧調整執行指令值
Uadd‧‧‧調整時加算值
Uc‧‧‧操作量
Vadd‧‧‧張力軸速度加算值
Vr0‧‧‧基準速度指令值
Vr1‧‧‧張力軸速度指令值
Ye‧‧‧張力偏差值
Yfb‧‧‧張力檢測值
Yr‧‧‧張力指令值

Claims (7)

  1. 一種控制裝置，係具備：減法器，係根據從外部輸入的指令值與從控制對象裝置輸入的控制量而算出控制偏差；控制運算部，係根據前述控制偏差與控制增益產生操作量，而將前述操作量輸出；調整執行指令產生部，係產生表示執行(ON)或停止(OFF)的調整執行指令值，並將前述調整執行指令值輸出；二值輸出部，係在從前述調整執行指令產生部輸出的前述調整執行指令值為執行(ON)的期間，根據前述控制偏差與遲滯寬度設定值而產生調整時加算值，並將前述調整時加算值輸出；標準偏差推定部，係在從前述調整執行指令產生部輸出的前述調整執行指令值為停止(OFF)的期間，算出將前述控制量或前述控制偏差之低頻成分去除掉後的低頻成分除去信號，且算出前述低頻成分除去信號的標準偏差的推定值、即標準偏差推定值；及遲滯寬度運算部，係根據前述標準偏差推定值而算出遲滯寬度運算值，且將前述二值輸出部的遲滯寬度設定值變更為前述遲滯寬度運算值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中，前述標準偏差推定部係將預設的期間中的前述低頻成分除去信號的值抽出並予以保持，算出前述所抽出並保持的值 的標準偏差，並將所算出的預設的期間的標準偏差設為前述標準偏差推定值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中，前述標準偏差推定部係算出將前述低頻成分除去信號取平方而得的信號，令低通濾波器作用於前述所算出的信號而算出去除掉高頻成分後的信號，且計算所算出的信號的平方根，藉此而算出前述標準偏差推定值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中，前述遲滯寬度運算部係藉由對前述標準偏差推定值乘上預設的係數而算出前述遲滯寬度運算值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其中，前述標準偏差推定部係藉由令高通濾波器作用於前述控制量或前述控制偏差而算出前述低頻成分除去信號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之控制裝置，其具備：控制增益運算部，係在從前述調整執行指令產生部輸出的前述調整執行指令值為執行(ON)的期間，根據前述控制偏差而算出前述控制增益的候補值、即控制增益候補值；及控制增益調整部，係將前述控制運算部算出前述操作量所使用的前述控制增益變更為藉由前述控制增益運算部所算出的前述控制增益候補值。
  7. 一種控制方法，係含有下列步驟：減法步驟，係藉由將從外部輸入的指令值與從控制對象裝置輸入的控制量進行減法運算而算出控制偏差； 控制運算步驟，係根據前述控制偏差與控制增益而產生操作量，並將前述操作量輸出；調整執行指令產生步驟，係產生表示執行(ON)或停止(OFF)的調整執行指令值，並將前述調整執行指令值輸出；二值輸出步驟，係在從前述調整執行指令產生步驟輸出的前述調整執行指令值為執行(ON)的期間，根據前述控制偏差與遲滯寬度設定值而產生調整時加算值，並將前述調整時加算值輸出；標準偏差推定步驟，係在從前述調整執行指令產生步驟輸出的前述調整執行指令值為停止(OFF)的期間，算出將前述控制量或前述控制偏差低頻成分去除掉後的低頻成分除去信號，並算出前述低頻成分除去信號的標準偏差的推定值、即標準偏差推定值；及遲滯寬度運算步驟，係根據前述標準偏差推定值而算出遲滯寬度運算值，且將前述二值輸出步驟的遲滯寬度設定值變更為前述遲滯寬度運算值。
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