WO2000014609A1 - Systeme de commande d'ajustement - Google Patents

Description

調整制御システム

技術分野

こ の発明は 、 アナロ グ複写機、 デジタ ル複写機、 フ ァ ク シ ミ リ 等の画像形成装置に設け られ原稿画像を読取る光学ュ - 明

ッ トや、 カ ラ ー レ一ザプ リ ンタゃカ ラ一デジタル複写機な ど の画質維持の調整手段等の調整制御システム に関する。 背景技術書 画像形成装置 と して、 例えば、 アナロ グ複写機は、 ガラ ス か らなる原稿台に載置 された原稿の画像を読取る光学ュニ ッ 卜 と 、 こ の光学ュニ ッ ト によ って読取 られた画像に基いて現 像剤像を形成 し、 用紙等の記録媒体に転写するプロ セスュニ ッ 卜 と を備えて レヽる。 複写機において、 最終的に得られる コ ピー画像の解像力は 感光体 ドラ ムへの露光の解像力、 お よびその露光像に対する 電子写真プロ セ ス の忠実再現性に よ って左右 される。 感光体 ドラ ムへの露光の解像力は、 レ ン ズ特性、 絞 り 、 ミ ラ ー平面度、 レ ンズ、 お よび ミ ラ ー位置、 姿勢、 原稿台 と感 光体 ドラ ム と の相対位置等に よ っ て変化する。 レ ンズ特性お よぴ絞 り については、 像面の画像領域全てに均一で高い解像 力 （M T F特性） が得 られ、 露光光量も充分で、 かつ、 でき る だけ総光路長が短い こ と が望まれる。 また、 物面 （原稿 面） 、 レ ン ズ、 結像面 （感光体 ドラ ム） の相対位置の誤差を 吸収でき る よ う に、 レ ン ズ特性お よび絞 り は、 許容する解像 力の範囲、 即ち焦点深度を広 く と れる こ と が要求 されている。

上記要求は、 物理的に相反する も のであ り 、 更に、 実現上、 レ ン ズには収差 （例えば、 像面湾曲な ど） が存在 し、 製造コ ス ト も安価に したレヽ と い う 要望も加え る と 、 全ての要求を満 たすこ と は難 し く 、 それぞれの妥協線を見いだす最適化を行 う 必、要力 ある。

通常、 上述のよ う に最適化された レ ン ズは、 理想 （設計 値） 結像面が焦点深度内に含まれる よ う に設計 される。 し力、 しなが ら、 レ ン ズおよび ミ ラー位置、 姿勢と 原稿台 と感光体 ド ラ ム と の相対位置は、 多数の部品公差や組立公差内のバラ ツキの積算に よ り 固体間差が生ずる。

レ ン ズ収差は、 レンズ中心の光軸か ら離れる程大き く なる ため、 結像面端部ほ ど解像力が低下する。 また、 結像面 と な る感光体 ドラ ム表面は円筒形状であるため、 露光位置の変化 は光路長変化 と な り 、 焦点位置か らのズ レに よ る解像力の劣 化が生 じ る と と も に、 倍率が変化 して走査に よ る 同一画点の ズ レ （ス リ ッ ト露光を行 う ため、 走査中のス リ ッ ト幅内の原 稿の画点に対応する感光体 ド ラ ム 上の位置は、 一致 していな い と潜像がボケる） を生 じ、 解像力が劣化する。 こ の よ う に 光学的に物面 と 結像面 と の相対位置関係が崩れた場合、 結像 面端部ほ ど解像力が劣化する こ と になる。

また、 原稿面 と ドラ ム露光位置 と が物理的に理想的な相対 位置にあつ た と し て も 、 ミ ラ一、 レ ン ズの位置、 姿勢によ つ て、 光学的な物面 と 像面 と の関係、 ある いは、 焦点面と 結像 面 と の関係は、 理想的相対位置か ら離れて しま う 。 焦点面 と 結像面 と の光学的平行が崩れる と 、 その接点は 1 点 しか存在 しな く なる ため、 光軸方向の光路長調整では画像領域全域に ついて解像力劣化を改善する こ と は不可能 と なる。

解像力劣化の要因の内、 焦点深度ある いは M T F 特性な ど の レ ン ズ特性、 お よび原稿台、 ミ ラー、 レ ンズ、 感光体 ドラ ム の位置決めに基因する劣化を、 それぞれの部品の加工精度 の向上および支持部材の部品精度向上に よ っ て改善 し よ う と する場合には、 コ ス トア ップにつながる。

また、 得 られる コ ピー画像か ら 、 解像力劣化の状態を肉眼 で観察 し劣化要因を限定する こ と は難 し く 、 更に、 それを修 正 /補正する こ と は極めて生産性を低下 させる。 解像力の劣 化は、 光学的な も のだけでな く 画像形成プロ セ ス に よ っ て も 生 じ る。 更に、 画像の歪みは光学的原因で生 じ る と と も に、 用紙搬送系等の原因によ って も類似の現象が生 じ、 歪みの程 度は、 1 0 0 ミ ク ロ ンオーダ と な る ため肉眼で定量的な把握 は非常に困難と な る。

また、 複写機の生産ライ ン、 ある いはメ ン テナ ン ス業務な どにおいて、 上述 した光学系の調整を行 う ために、 ある 要素 を調整 した場合、 複数の別の要素が関連 して変動 して しまい、 全てを程良 く 調整する こ と が困難 と なる ケー ス が多い。

さ ら に、 画像形成装置の他の例 と して、 た と えば、 同 じ複 写機で同 じ原稿なのに複写 した複写物の濃 さが違 う と いった 経験を持つ人は多い と 思われる。 電子写真における 画像濃度 の変動は、 環境、 経時に よ る 画像形成条件の変化、 劣化に よ る影響である。 アナロ グ複写機は勿論、 多階調のプ リ ンタ あ る いはデジタ ル複写機では、 この画像濃度の変動をお さ え、 安定化を図っ て画質を維持する こ と が重要である。 特に、 力 ラーにおいては、 濃度再現性のみな らず、 色再現性にまで影 響を与えて しま う ため、 画像濃度の安定化は必要不可欠な要 求である と レ、える。

そ こで、 従来は、 像担持体上に複数のテ ス トパタ ー ンを形 成 し、 これらの画像濃度を検出する こ と によ り 階調特性の変 化を把握 し、 画像形成部の作動部の調整、 良否判定を繰 り 返 すフ ィ ー ドバ ッ ク 制御を行っ ている。 こ の際、 制御量偏差に 対応する操作量の算出は、 予め用意されたル ッ ク ァ ップテ一 ブルに基いて行っ ている。 こ の よ う なル ッ ク ア ップテ一ブル の内容は、 オ フ ラ イ ンで作製 される も のであ り 、 作製に当た つ ては種々 の実験を行い、 調整対象の特性 （制御量に対する 操作量） を把握する必要がある。 そのため、 作製作業に大き な労力および期間を必要 と する。

また、 多入力多出力系では、 一般的に、 入出力間の依存関 係がそれぞれ独立 していないため、 入出力関係をル ッ ク ァ ッ プテ一ブルに記述する ためには、 その入出力数の次元個数分 のルッ ク ア ッ プテ一ブルが必要 と なる ため、 次元数が多いシ ス テム では、 格納する メ モ リ 容量を大量に必要 と し、 同定作 業は極めて膨大 と なる - さ ら に、 その関係が非線型特性、 固 体間差、 再現性、 経年変化に よ り 、 必ず し も対象 と なる装置 に合致 しない場合 も ある。 フ ィ 一 ドバ ッ ク 制御の採用によ り 、 同定がある程度不完全な場合でも 実用可能である が、 良否判 定合格ま での収束回数、 制御時間は、 同定 した装置 と のずれ 分だけ多 く なつ て しま う 。

上記 したよ う に、 複数の調整箇所を有する場合において、 これらの調整箇所が互いに依存関係を持っ ている場合が多く 、 こ の依存関係は、 1 つの調整量を考慮 して 1 つの調整個所を 調整 した際、 他の複数の調整量が変化 して しまい、 それを補 正する ため別の調整個所を操作する と 、 別の特徴量が変化す る と いっ た現象が起き る。 その結果、 最適な調整が困難と な る と と も に、 調整効率が非常に悪 く なる と レ、 う 問題があっ た。

発明の開示

この発明の 目 的は、 最適な調整ができ る と と も に調整効率 の良い制御を行 う こ と のでき る調整制御システムを提供する こ と にある。

この発明の調整制御システムは、 複数の制御量を検出する 検出手段 と 、 こ の検出手段で検出 された各制御量が所定の許 容範囲内にある か否かを判定する判定手段 と 、 こ の制定手段 の判定で上記複数の制御量の う ち 1 つ以上が所定の許容範囲 内になかった場合、 上記複数の制御量か ら所定の許容範囲内 に調整制御 した事例があるか否かを判断する判断手段と 、 こ の判断手段で調整制御 した事例がある場合は、 該事例に基づ いて上記検出 された各制御量が所定の許容範囲内 と なる調整 を制御する第 1 の制御手段と 、 上記判断手段で調整制御 した 事例がない場合は、 上記検出 された各制御量が所定の許容範 囲内 と なる ま で繰 り 返 し調整する 制御を行 う 第 2 の制御手段 と から構成されている。 こ の発明の調整制御システムは、 複数の制御量を検出する 検出手段 と 、 この検出手段で検出 された複数の制御量と 所定 の 目 標値と か ら各制御量偏差を算出する偏差算出手段と 、 こ の偏差算出手段で算出 さ れた各制御量偏差が所定の許容範囲 内にあ る か否かを判定する判定手段と 、 この判定手段の判定 で上記制御量偏差の う ち 1 つ以上が所定の許容範囲内になか つ た場合、 上記各制御量偏差か ら所定の許容範囲内に調整制 御 した事例がある か否かを判断する判断手段 と 、 こ の判断手 段で調整制御 した事例がある場合は、 該事例に基づいて上記 算出 された各制御量偏差が所定の許容範囲内 と なる調整を制 御する 第 1 の制御手段と 、 上記判断手段で調整制御 した事例 がない場合は、 上記算出 された各制御量偏差が所定の許容範 囲内 と なる ま で繰 り 返 し調整する 制御を行 う 第 2 の制御手段 と カゝ ら構成 さ れている。

この発明の調整制御システムは、 複数の制御量か ら所定の 許容範 IS内に調整制御 し た事例を記憶 している第 1 の記憶手 段 と 、 複数の制御量を検出する検出手段 と 、 こ の検出手段で 検出 された各制御量が所定の許容範囲内にある か否かを判定 する判定手段 と 、 この判定手段の判定で上記複数の制御量の う ち 1 つ以上が所定の許容範囲内 になかっ た場合、 上記第 1 の記憶手段に記憶 された上記複数の制御量か ら所定の許容範 囲内に調整制御 し た事例がある か否かを判断する判断手段 と 、 この判断手段で調整制御 した事例がある場合は、 該事例に基 づいて上記検出 さ れた各制御量が所定の許容範囲内 と なる調 整を制御する 第 1 の制御手段 と 、 上記判断手段で調整制御 し た事例がない場合、 上記検出 される各制御量が所定の許容範 囲内 と なる ま で繰 り 返 し上記検出 される各制御量か ら操作量 を決定 して操作する操作手段 と 、 こ の操作手段で繰 り 返 し操 作される操作量と 上記複数の制御量を記憶する第 2 の記憶手 段 と 、 上記操作手段の操作に よ っ て各制御量が所定の許容範 囲内になっ た際、 上記第 2 の記憶手段に記憶 された操作量 と 複数の制御量 と を調整制御の事例 と して上記第 1 の記憶手段 に記憶する制御を行 う 第 2 の制御手段 と か ら構成 されている。

こ の発明の調整制御システムは、 複数の制御量か ら所定の 許容範囲内に調整制御 し た事例を記憶 し ている 第 1 の記憶手 段 と 、 複数の制御量を検出する検出手段 と 、 こ の検出手段で 検出 された各制御量が所定の許容範囲内にある か否かを判定 する判定手段 と 、 この判定手段の判定で上記複数の制御量の う ち 1 つ以上が所定の許容範囲内 になかっ た場合、 上記第 1 の記憶手段に記憶された上記複数の制御量か ら所定の許容範 囲内に調整制御 した事例がある か否かを判断する判断手段と 、 こ の判断手段で調整制御 した事例が ある場合は、 該事例に基 づいて上記検出 された各制御量が所定の許容範囲内 と な る調 整を制御する 第 1 の制御手段 と 、 上記判断手段で調整制御 し た事例がない場合、 上記検出 された各制御量か ら感度を測定 するテス ト操作量を決定 して操作する第 1 の操作手段 と 、 こ の第 1 の操作手段で操作 されたテス ト操作で測定された感度 に基づいて上記検出 された各制御量か ら操作量を決定 し、 上 記検出 される各制御量が所定の許容範囲内 と な る ま で繰 り 返 し操作する第 2 の操作手段 と 、 上記第 1 の操作手段で操作さ れた操作量と 複数の制御量、 及び上記第 2 の操作手段で繰 り 返 し操作された操作量と 複数の制御量と を記憶する第 2 の記 憶手段 と 、 上記第 2 の操作手段の操作に よ っ て各制御量が所 定の許容範囲内になっ た際、 上記第 2 の記憶手段に記憶され た操作量 と 複数の制御量 と を調整制御の事例 と して上記第 1 の記憶手段に記憶する制御を行 う 第 2 の制御手段 と から構成 されている。

こ の発明の調整制御システムは、 複数の制御量偏差か ら所 定の許容範囲内に調整制御 した事例を記憶 している第 1 の記 憶手段 と 、 複数の制御量を検出する検出手段 と 、 こ の検出手 段で検出 された複数の制御量 と 所定の 目 標値 と か ら各制御量 偏差を算出する偏差算出手段 と 、 こ の偏差算出手段で算出 さ れた各制御量偏差が所定の許容範囲内にある か否かを判定 し、 全てが許容範囲内であれば 「良」 の ステー タ ス を出力する第 1 の判定手段 と 、 こ の第 1 の判定手段で 1 つ以上許容範囲外 があっ た場合、 予め設定 された最大制御回数を こ こ までの制 御回数が上回 っていればエラ ース テ ー タ ス を出力 し、 下回つ ていれば 「否」 のス テー タ ス を出力する第 2 の判定手段 と 、 こ の第 2 の判定手段で 「否」 のス テー タ ス が出力 された際、 上記算出 された各制御量偏差が所定の許容範囲内 と なる よ う 上記算出 された各制御量偏差か ら操作量を決定 して調整制御 を行 う 制御手段と か ら構成されている。

こ の発明の調整制御システムは、 複数の制御量偏差から所 定の許容範囲内に調整制御 した事例を記憶 している第 1 の記 憶手段 と 、 複数の制御量を検出する検出手段 と 、 こ の検出手 段で検出 された複数の制御量 と所定の 目 標値 と から各制御量 偏差を算出する偏差算出手段 と 、 こ の偏差算出手段で算出 さ れた各制御量偏差が所定の許容範 H内にある か否かを判定す る判定手段と 、 こ の判定手段の判定で上記制御量偏差の う ち 1 つ以上が所定の許容範囲内になかった場合、 上記第 1 の記 憶手段に記憶 された上記複数の制御量偏差か ら上記所定の許 容範 H内に調整制御 した事例があるか否かを判断する判断手 段 と 、 こ の判断手段で調整制御 した事例がある場合は、 該事 例に基づいて 上記算出 さ れた各制御量偏差が所定の許容範囲 内 と な る調整を制御する 第 1 の制御手段 と 、 上記判断手段で 調整制御 した事例がない場合は、 上記算出 された各制御量偏 差が所定の許容範囲内 と なる まで繰 り 返 し上記算出 される各 制御量偏差か ら操作量を決定 して操作する操作手段 と 、 こ の 操作手段で繰 り 返 し操作 される操作量と 複数の制御量偏差と を記憶する第 2 の記憶手段 と 、 上記操作手段の操作によ っ て 各制御量偏差が所定の許容範囲内 になっ た際、 上記第 2 の記 憶手段に記憶 された操作量と 複数の制御量偏差 と を調整制御 の事例 と して上記第 1 の記憶手段に記憶する制御を行 う 第 2 の制御手段 と か ら構成 されている。

図面の簡単な説明

第 1 図は、 こ の発明の調整制御システムに係る複数の調整 箇所を有する適応型制御のフ ロ ーチ ヤ一 ト 、

第 2 A図〜第 2 F 図は、 適応型制御におけ る収束過程の例 を示す図、

第 3 図は、 こ の発明 に係る調整制御 システ ム の適応型制御 と 学習制御 と を併用 した制御のフ ロ ーチヤ 一 ト 、

第 4 A図〜第 4 D図は、 適応型制御 と 学習制御に よ る収束 過程の例を示す図、

第 5 図は、 調整制御システムの全体の動作を示すフ ロ ーチ ヤ ー ト 、

第 6 図は、 調整制御システムにおける学習 と の切 り 替え動 作を示すフ ロ ーチヤ一 ト 、

第 7 図は、 調整制御システムの学習データ な しの場合にお け るテ ス ト操作の動作を示すフ ロ ーチャ ー ト 、

第 8 図は、 調整制御シス テ ム の学習データ な しの場合にお ける本操作の動作を示すフ ロ ーチヤ一 ト 、

第 9 図は、 調整制御システムにおける成功事例の学習の動 作を示すフ ロ ーチ ヤ 一 ト 、

第 1 0 図は、 調整制御システムの学習データ あ り の場合に おける成功経験の活用動作を示すフ ロ ーチヤ一 ト 、

第 1 1 図は、 調整制御 シス テ ム における学習データの蓄積 動作を示すフ ロ ーチヤ 一 ト 、

第 1 2 図は、 調整制御 シス テ ム における制御量検出の動作 を示すフ ロ ーチ ヤ一 ト 、

第 1 3 図は、 調整制御システムにおける 良否判定の動作を 示すフ ロ ーチ ヤ 一 ト 、

第 1 4 図は、 調整制御システムにおける操作量決定の動作 を示すフ ロ ーチャー ト 、 お よび

第 1 5 図は、 調整制御システム における終了処理の動作を 示すフ ロ 一チヤ一 ト であ る。 発明を実施する ための最良の形態 以下、 こ の発明の一実施の形態について図面を参照 して説 明する。

第 1 図は、 こ の発明の調整制御システムに係る複数の調整 箇所を有する適応型制御のフ ロ ーチヤ一 ト を示すも のである。 調整制御システム においては、 全体の制御 と して C P U等に よ り 実行 される。

まず、 ステ ッ プ S T 1 において複数のセ ンサ （複数の調整 個所） か らの制御量の入力が行われ、 それぞれの制御量変数 のすベての偏差が許容差内であれば 「良」 と し、 そ う でなけ れば 「否」 と する 良否判定が行われる （ S T 2 ) 。

ス テ ッ プ S T 2 で 「否」 の場合、 制御量のパ タ ー ンに対応 した操作すべき操作手段を選択する調整ルールが予め記憶 さ れてお り 、 こ の調整ルールに基づい て操作手段が選択決定 さ れる （ S T 3 ) 。 選択 さ れた操作手段が所定の操作で実際に 行われた際、 注 目 する 制御量 （調整ルー ル に記載） の変化 ( S T 4 ) 、 すなわち感度か ら比例制御のゲイ ンを求め、 偏 差を減少 させる （比例制御の場合、 偏差 0 と な る） 操作量が 算出 され （ S T 5 ) 、 こ の算出 された操作量に基づいて上記 選択された操作手段で操作が行われる （ S T 6 ) 。

上記ステ ッ プ S T 1 カゝ らステ ッ プ S T 2 の良否判定を経由 してステ ップ S T 3 〜 6 を繰 り 返すこ と によ り 収束 して行き 、 収束完了 （すべての偏差が許容差内に収ま る） してステ ッ プ S T 2 の良否判定にて 「良」 と なっ て制御を終了する。

調整ル ー ルは、 操作量変数に対する制御量の依存関係 （独 立、 非独立） の定性的知識か ら収束する組み合わせを選んで あるので、 フ ィ ー ドバ ッ クする こ と で依存関係の知識と 実際 が極端に違わなければ、 最終的に収束に向か う 。

これによ り 、 全制御量空間に対する全操作量変数の値に関 する定量デー タ を収集す る労力 を要すこ と な く 、 容易に収束 でき る調整制御システムが実現でき る。

また、 定量的知識は、 元 々 与えてお らず、 選択された操作 手段をその状況下で実際に操作 した感度を も と に している の で、 他の操作手段の依存、 制御対象特性の固体間差、 経年変 化に対 して収束困難な状況と なる こ と はない。

第 2 A図〜第 2 F 図は、 第 1 図で説明 した適応型制御にお け る収束過程の例を示すものである。

第 2 A図〜第 2 F 図は、 2 入力 2 出力系の例で 2 つの制御 量空間を表 し てお り 、 それぞれの制御量偏差を偏差 1 、 偏差 2 で示す。 第 2 A図における 中央の直交する軸の交点が量偏 差 0 (零） で、 その周 り を囲む長方形の内側の領域 B が、 そ れぞれの偏差に対する許容偏差内、 すなわち許容範囲を示す。

この例では、 ルール生成に よ り 得 られた調整ルールに よ り 、 調整ルール 1 …両偏差が許容差外→操作手段 1 (オフ セ ッ ト操作手段） 偏差の大き い方を注 目 し、 感度か ら操作を 決定する。

調整ルール 2 …片方が許容差内→操作手段 2 (ダラ ジ エ ン ド操作手段） 偏差の大き い方を注 目 し、 感度か ら操作を 決定する - これ らが、 選択決定さ れる よ う になっ てレ、る： 第 2 A図では、 初回の検出によ り 取得 した初期偏差が偏差 1 、 偏差 2 の両方 と も許容差外である場合を示す。

上述 した調整ルールに従い、 操作手段 1 (オ フセ ッ ト操作 手段） が選ばれ、 感度未確認であ る の で所定操作量にてテ ス ト操作が行われ、 再び検出が行われて初期偏差か ら注目 偏差 である偏差 1 の変化量、 すなわち第 2 B 図に示す偏差 1 の感 度が得 られる。

得られた偏差 1 の感度から、 同偏差 1 を 「 0 」 にする よ う 操作量が算出 され、 求め られた操作量に基づき 再び操作手段 1 が操作された結果、 第 2 C 図に示すよ う に偏差 1 が許容差 内、 偏差 2 が許容差外と なる。

そ こ で先の調整ルールに従い、 操作手段 2 (グラ ジェ ン ト 操作手段） が選ばれ、 感度未確認である ので所定操作量にて テ ス ト操作が行われ、 再び検出が行われて注 目 偏差である偏 差 2 の変化量、 すなわち第 2 D図に示す偏差 2 の感度が得 ら れる。

得られた偏差 2 の感度か ら、 同偏差 2 を 「 0 」 にする よ う 操作量が算出 され、 求め られた操作量に基づき 再び操作手段 2 が操作された結果、 第 2 F 図に示すよ う に偏差 1 、 偏差 2 と も許容差外 と なった （ただ し、 偏差の大き さ は 「 0 」 に近 づいている ： 収束 してレ、る） 。

その後、 先の 2 つの調整ルールに従い、 検出、 判定、 操作 手段選択、 テ ス ト 、 感度取得、 操作量決定、 操作を繰 り 返 し、 やがて両偏差 と も第 2 F 図に示すよ う に許容範囲に収束を完 了する - 第 2 A図〜第 2 F 図で示 した例の よ う に、 1 つの操作量変 化に対 して 2 つの制御量変数に依存 した と して も （独立でな い場合） 、 収束が可能である。

こ の よ う に適応型制御では、 操作変量 1 ， 2 それぞれに対 し、 制御変量 1 ， 2 の依存の有無のみ定性的知識と して与え ている のみで、 後は所定のアルゴ リ ズム によ り 得 られた調整 ル ー ルを生成 し、 これに基づき 定量的知識は、 実際の対象に 対 して、 逐次感度を調べ操作量を決定する手段を設ける こ と で、 開発労力の低減はも ちろん、 対象の固体間差や経年変化 に も追従でき る調整制御システム と なっ てレヽる。

しか しなが ら、 上記の よ う なフ ィ ー ドバ ッ ク 制御システム を適用する に際 して、 制御回数 （ フ ィ ー ドバ ッ ク のループ回 数） 、 制御時間に制約のある場合がある。

例えば、 画像形成装置におけ る 画質安定性のためテス ト現 像の濃度を検出 し、 作像条件を操作する よ う な制御の場合、 テ ス ト現像は、 現像剤を消耗 し 、 そ の動作時間は、 各種の部 品、 材料に長期的劣化を早め、 制御中、 利用者の使用を不可 能 （禁止） と する な ど、 制御量検出回数低減、 制御時間短縮 が望まれる。

また、 製造時、 あるいはメ ンテナ ン ス時における調整装置、 調整機能と して適用 した場合、 調整工数の面か ら制御時間は 望小と なる。

適応型制御では、 逐次感度を調べ操作量を決定する手段を 設ける こ と で、 開発労力の低减、 対象の固体間差や経年変化 に も追従でき る反面、 定量的な知識を持たないため、 上述 し 1 δ た よ う な制御回数の制約を満たせない場合がある。

一般に制御器は、 制御対象の特性の逆モデルである と 言え る。 従っ て、 対象につい て の入出力特性、 すなわち操作量に 対する制御量を定量的に測定できれば制御器がつ く れる。 例 えば， L U Τ (ル ッ ク ア ップテ一ブル） な どの制御量に対す る操作量を予め記憶手段に保存 しておき 、 これを実際の制御 量に応 じて参照 し、 操作量を決定する方法や、 同様のテープ ル作成を教師データ （事例データ） によ り 作成する手法が知 られてレヽる。

しか し なが ら、 これらの方法では、 取得するデータ数が、 (制御量変数の数） X ( (制御変量分割数） の （制御 量変数の数） 乗）

相当 のもの と な り 、 多次元にな る ほ ど膨大な労力 を要する こ と にな る。

加えて、 可観測でない誤差因子に よ り 対象特性の固体間差 がある場合、 統計的なデータ が必要 と な り 、 オ フ ラ イ ンで作 成 された L U Τでは、 経年変化の追従はできず、 制御結果が 所望の制御量か ら離れた り 、 フ ィ ー ドバ ッ ク 制御では収束性 が劣化する こ と がある。

オン ライ ン で学習 させる方法も提案されている が、 初期値 (対象データ ある いは逆関数データ ） に よ り 制御性能に差違 がある ため、 上記オン ラ イ ンの よ う な事前のデータ収集の必 要性がある。 ま た 、 ス ピルア ウ ト （調整ルールか ら外れる例 外状態） の と き 、 過去の学習結果で即座に対応する こ と が困 難な場合、 誤調整ある いは不具合を引 き 起 こす恐れも ある。 そ こ で、 これらの問題に対応 したこの発明 に係る調整制御 システムについて説明する。

第 3 図は、 この発明に係る調整制御システムの適応型制御 と 学習制御 と を併用 した制御のフ ロ ーチャ ー ト を示すもので める。

ステ ッ プ S T 1 1 において複数のセ ン サ （複数の調整個 所） か らの制御量の入力が行われ、 制御量変数のすべての偏 差が許容差内であれば 「良」 と し、 そ う でなければ 「否」 と する 良否判定が行われる （ S T 1 2 ) 。

ステ ップ S T 1 2 で 「否」 と なっ た後、 制御量偏差空間に おける位置 （以下、 制御量パターン と記述する） が、 その時 点で学習 している成功経験に存在するか否かが判定 され （ S T 1 3 ) 、 経験がある場合は成功経験の操作量 （すべての操 作手段についての変更量） を採用 し （ S T 1 4 ) 、 経験がな い場合は上述 した適応型制御によ り 操作量を決定する （ S T 1 5 ) ₀

そ して、 ステ ッ プ S T 1 4 の成功経験の操作量、 ま たはス テ ツ プ S T 1 5 で算出 さ れた操作量に基づいて操作が行われ る （ S T 1 6 ) 。

従っ て、 経験がない場合、 適応型制御で調整ルールに基づ き 選択 された選択手段をテス ト操作 し、 そ こ で得 られた感度 に基づき操作を繰 り 返 し収束 して行き （ステ ッ プ S T 1 1 ， 1 2 ， 1 3 ， 1 5 ， 1 6 ) 、 制御回数を要する が収束完了に 至る （ S T 1 2 における 良否判定が 「良」） 。

ステ ッ プ S T 1 2 で収束完了 し た時点で、 制御開始 した初 期偏差か らテ ス ト操作を含むそれぞれの時点の制御量パタ ー ン と 、 それぞれの制御量パタ ーンについてそ こ から収束完了 に至る までのそれぞれの操作量変更量の対応全てが、 成功事 例 と して記憶 （学習） される （ S T 1 7 ) 。

こ の よ う に適応型制御の よ う な収束性が保証される フ ィ 一 ドバ ッ ク 制御 と 学習制御の制御パタ ーン と に よ り 、 選択 して 操作量を決定する こ と で上述 した制御器設計労力の低減、 収 束性の確保、 制御回数の低減を実現する調整制御システム を 提供する こ と ができ る。

第 4 A図〜第 4 D図は、 第 2 A図〜第 2 F 図で説明 した適 応型制御 と 学習制御によ る収束過程の例を示すものである。

適応型制御 と 学習制御 と を対比する ため、 初期偏差はそれ ぞれ同 じ と し 、 第 4 A図 に適応型制御における 初期偏差を示 し、 第 4 C図に学習制御における初期偏差を示す。

未経験の制御量パター ン の場合に適応型制御が選択 され、 第 4 A図に示す初期偏差か ら適応型制御で徐々 に収束 して行 き 、 第 4 B 図に示すよ う な許容値に至る の に対 し、 そ こ で得 た制御量パタ ー ンに対する操作量が許容範囲に到達する過程 の対象特性に関す る 再現性が あれば、 そ の学習 し た操作量 (複数操作手段同時） を操作 し、 第 4 C 図に示す初期偏差か ら第 4 D図に示すよ う に 1 回で許容範囲に至 る こ と が可能 と なる。

また、 万一許容範囲に到達 しな く て も成功経験がない制御 量パタ ー ン城であれば、 適応型制御に切 り 替わ り 、 収束 して 新たな成功経験を獲得でき る： 第 5 図は、 調整制御システムの全体の動作を説明する ため のフ ロ ーチャ ー ト である。 全体の制御 と して C P U等が実行 し、 制御量検出、 良否判定、 判定が 「否」 な らば操作量決定、 そ し て操作を実行 し て制御量の検出へ と 戻 り 、 良否判定が 「良」 と な る まで繰 り 返 し、 良否判定が 「良」 と なった際に 終了処理を行っ て終る。

第 6 図は、 調整制御システム におけ る学習 と の切 り 替え動 作を説明する ためのフ ロ ーチャ ー ト である。 すなわち、 制御 量を検出 した際、 まず、 R A M等の 1 次記憶手段 （操作毎の 制御量と操作量 と を制御開始か ら収束まで記憶する） に制御 量を記憶する。 良否判定で 「否」 と なっ た際、 不揮発性 R A M等の 2 次記憶手段から読み出 した成功経験と 比較 して一致 する も のがあればその成功経験を活用 し、 一致する ものが無 ければ、 適応型制御を実行 して操作量を決定 し 、 こ の操作量 も 1 次記憶手段に記憶する。

操作を実行 して、 再び制御量検出、 1 次記憶手段に記憶、 そ し て 良否判定で 「良」 と な る ま で繰 り 返 し 、 良否判定が 「良」 と なっ た際に終了処理 と して 1 次記憶手段に記憶 した 収束ま での操作量を成功経験 と して 2 次記憶手段に記憶する。

第 7 図は、 調整制御システムの学習データ な しの場合にお けるテス ト操作 （感度測定） の動作を説明する ためのフ ロ ー チャー ト であ る。 すなわ ち、 制御量を検出 した際、 R A M等 の 1 次記憶手段に制御量を記憶 し 、 良否判定で 「否」 と なつ た際、 不揮発性 R A M等の 2 次記憶手段から読み出 した成功 経験と 比較 して一致する ものが無ければ適応型制御を実行 し 、 最初にテス ト 操作量を決定 し 、 こ の操作量を 1 次記憶手段に 記憶 してテス ト操作を実行する。

第 8 図は、 調整制御システムの学習データ な しの場合にお け る本操作の動作を説明する ための フ ロ ーチャ ー ト である。 すなわち、 テス ト操作を実行 した後に制御量を検出 して 1 次 記憶手段に記憶 し 、 良否判定で 「否」 と なっ た後、 テス ト操 作における感度に基づいて本操作量を決定 し、 こ の操作量を 1 次記憶手段に記憶 して操作を実行する。

第 9 図は、 調整制御システムにおける成功事例の学習 （収 束までの履歴） の動作を説明する ための フ ロ ーチヤ一 ト であ る。 すなわち、 制御量を検出 して 良否判定を行っ て良否判定 が 「良」 と な る ま で繰 り 返される。 良否判定が 「良」 になつ た場合に終了処理が行われる が、 こ の際、 1 次記憶手段に記 憶 した制御開始か ら収束ま での操作毎の制御量 と 操作量の記 憶を読み出 し 、 成功経験 と して 2 次記憶手段に記憶 し、 数世 代に渡 り この成功事例を管理する。

第 1 0 図は、 調整制御システムの学習データ あ り の場合に おける成功経験の活用動作を説明する ためのフ ロ ーチャ ー ト である _c すなわち、 制御量を検出 し た際、 R A M等の 1 次記 憶手段に制御量を記憶 し 、 良否判定で 「否」 と なっ た際、 不 揮発性 R A M等の 2 次記憶手段か ら読み出 した成功経験 と 比 較 し、 一致する ものがあれば、 その事例データ に基づいて操 作量を決定 し、 こ の操作量を 1 次記憶手段に記憶 して操作を 実行する。

第 1 1 図は、 調整制御 システム における学習データ の蓄積 動作を説明する ためのフ ロ ーチャ ー トである。 すなわち、 制 御量を検出 した際、 R A M等の 1 次記憶手段に制御量を記憶 する。 良否判定で 「否」 と なった際、 不揮発性 R A M等の 2 次記憶手段か ら読み出 した成功経験 と制御量 と を比較 して一 致する ものが あればその成功経験を活用 し、 一致する ものが 無ければ、 適応型制御を実行 して操作量を決定 し、 この操作 量も 1 次記憶手段に記憶する。

続いて操作を実行 して、 再び制御量検出 し、 1 次記憶手段 に制御 量 を 記憶 し 、 そ し て 良否判 定を 行 っ て 良否判 定が 「否」 と なっ た際、 再び適応型制御を実行 して操作量を決定 し、 こ の操作量も 1 次記憶手段に記憶 して操作を実行する。

この良否判定で 「良」 と な る ま で適応型制御の実行を繰 り 返 し、 「良」 と なっ た際に終了処理 と して 1 次記憶手段に記 憶 した制御開始か ら収束までの制御量と 操作量 と を成功経験 と して 2 次記憶手段に記憶する。

第 1 2 図は、 調整制御システムにおける制御量検出の動作 を説明するための フ ロ ーチャ ー ト である。 まず、 当該操作に おける検出回数をカ ウ ン ト し、 複数の制御対象か らの情報を 収集 し 、 各制御量の偏差を算出 し、 こ の複数の制御量偏差を R A M等の 1 次記憶手段に記憶する。

第 1 3 図は、 調整制御システム におけ る 良否判定の動作を 説明するためのフ ロ ーチャー トである。 まず、 制御量が検出 された際の複数の制御量偏差を、 それぞれの許容値と 比較す る ,： 例えば、 複数の制御量偏差が、 制御量偏差 1 ， 2， · · · n まである とする と 、 制御量偏差 1 が許容値 1 よ り 小 さいかあ る いは等 しいかが比較さ れ、 制御量偏差 2 が許容値 2 よ り 小 さ いかある いは等 しいかが比較 され、 制御量偏差 n が許容値 n よ り 小 さいかあるいは等 しいかが比較 される。 全ての制御 量偏差がそれぞれの許容値よ り 小 さ いかある いは等 しい場合 に良否判定が 「良」 と な り 、 判定 「良」 のステータ スが出 さ れる。

上記制御量偏差 1 〜 n の う ち 1 つでも該許容値よ り 大き い も のがあれば、 判定 「否」 と な る。 しカゝ しなが ら、 本制御を 際限な く 繰 り 返 していれば、 実際の装置に組み込んだ場合に 支障を来すこ と になる。 そ こ で、 実用化する ために、 予め最 大制御回数を設定する必要がある。 本実施例では、 制御量回 数 c が予め設定さ れた最大制御回数 c MAX を超えている 力 否かがチェ ッ ク され、 超えていなければ判定 「否」 のステー タ スが出 され、 超えていればエラ 一ステータ スが出 される。

第 1 4 図は、 調整制御システム におけ る操作量決定の動作 を説明するためのフ ロ ーチャ ー ト である。 まず、 検出 された 制御量を 1 次記憶手段に記憶 した後、 良否判定で 「否」 と な つ た際、 操作量の決定方法が選択 さ れる。 そ こ で、 2 次記憶 手段に記憶さ れている成功事例 と 検出 した制御量か らの複数 の制御量偏差 と を比較 して一致する ものがある か否かをチェ ッ ク し、 一致する ものがある場合に こ の成功事例を採用 して 操作量を決定する。 また、 一致する ものがない場合、 適応型 制御を実行 して操作手段を選択する と 共に操作量を算出 し、 こ の操作量を 1 次記憶手段に記憶 して保存する。

第 1 5 図は、 調整制御システム における終了処理の動作を 説明する ためのフ ロ ーチ ャー ト である。 まず、 良否判定で判 定 「良」 と な っ た際、 1 次記憶手段に記憶されている履歴デ —タ を成功事例 と して整理 し、 こ の成功事例を 2 次記憶手段 に保存する。

産業上の利用の可能性

以上説明 したよ う に上記発明に よれば、 収束保証された制 御シス テ ム で あ る ので収束不能がな く 、 対象調整シス テ ム の 成功事例学習のため制御システム特性の固体間差、 経年変化 に適応でき る。

また、 収束過程の効率は、 装置が 自 律的に適応する ので、 本質的収束保証のみフ ィ一ドバ ッ ク 制御で実現すればよ く 、 最適化のためのデータ収集、 試行試験な どの労力が削減 され る。

また、 制御器設計 （特にチ ュ ーニ ン グ） の労力を削減する と と も に、 制御対象の固体間差、 長期経年変化に 自 律的に適 応する制御 シ ス テ ム の構成が可能 と なる。

さ ら に、 適応型制御な ど収束性保証される制御 と 学習制御 と を併用 し、 未経験な状況においては、 逐次感度を調べて操 作量を決め収束させ、 収束完了 した と き を成功経験 と して学 習 し、 これと 同様の状況 と なっ た と き 、 学習 した知識を活用 し 、 操作する こ と で収束回数の低減が図れる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 複数の制御量を検出する検出手段と 、

この検出手段で検出 された各制御量が所定の許容範囲内に あるか否かを判定する判定手段 と 、

こ の判定手段の判定で上記複数の制御量の う ち 1 つ以上が 所定の許容範囲内 になかつ た場合、 上記複数の制御量か ら所 定の許容範囲内に調整制御 した事例がある か否かを判断する 判断手段 と 、

この判断手段で調整制御 した事例がある場合は、 該事例に 基づいて上記検出 された各制御量が所定の許容範囲内 と なる 調整を制御する第 1 の制御手段 と 、

上記判断手段で調整制御 した事例がない場合は、 上記検出 された各制御量が所定の許容範囲内 と な る ま で繰 り 返 し調整 する制御を行 う 第 2 の制御手段 と 、

を具備 した こ と を特徴 とする調整制御システム。

2 . 複数の制御量を検出する検出手段 と 、

この検出手段で検出 された複数の制御量と 所定の 目標値と か ら各制御量偏差を算出する偏差算出手段 と 、

この偏差算出手段で算出 された各制御量偏差が所定の許容 範囲内にある か否かを判定する判定手段 と 、

この判定手段の判定で上記制御量偏差の う ち 1 つ以上が所 定の許容範囲内になかっ た場合、 上記各制御量偏差か ら所定 の許容範囲内に調整制御 した事例がある か否かを判断する判 断手段 と 、

この判断手段で調整制御 し た事例がある場合は、 該事例に 基づいて上記算出 された各制御量偏差が所定の許容範囲内 と なる調整を制御する第 1 の制御手段と 、

上記判断手段で調整制御 した事例がない場合は、 上記算出 された各制御量偏差が所定の許容範囲内 と な る まで繰 り 返 し 調整する制御を行 う 第 2 の制御手段 と 、

を具備 した こ と を特徴 とする調整制御システム。

3 . 複数の制御量から所定の許容範囲内 に調整制御 した事例 を記憶 している第 1 の記憶手段と 、

複数の制御量を検出する検出手段と 、

こ の検出手段で検出 さ れた各制御量が所定の許容範囲内に あるか否かを判定する判定手段 と 、

この判定手段の判定で上記複数の制御量の う ち 1 つ以上が 所定の許容範囲内 になかった場合、 上記第 1 の記憶手段に記 憶された上記複数の制御量か ら所定の許容範囲内に調整制御 した事例がある か否かを判断する判断手段 と 、

この判断手段で調整制御 した事例があ る場合は、 該事例に 基づいて上記検出 された各制御量が所定の許容範囲内 と なる 調整を制御する第 1 の制御手段 と 、

上記判断手段で調整制御 し た事例がない場合、 上記検出 さ れる各制御量が所定の許容範囲内 と なる まで繰 り 返 し上記検 出 される各制御量か ら操作量を決定 して操作する操作手段 と 、 この操作手段で繰 り 返 し操作さ れる操作量 と 上記複数の制 御量を記憶する第 2 の記憶手段 と 、

上記操作手段の操作に よ っ て各制御量が所定の許容範囲内 になっ た際、 上記第 2 の記憶手段に記憶 された操作量と 複数 の制御量 と を調整制御の事例 と して上記第 1 の記憶手段に記 憶する制御を行 う 第 2 の制御手段 と 、

を具備 した こ と を特徴 とする調整制御システム。

4 . 複数の制御量か ら所定の許容範囲内に調整制御 した事例 を記憶 してい る第 1 の記憶手段と 、

複数の制御量を検出する検出手段 と 、

こ の検出手段で検出 された各制御量が所定の許容範囲内に ある か否かを判定する判定手段と 、

こ の判定手段の判定で上記複数の制御量の う ち 1 つ以上が 所定の許容範囲内になかっ た場合、 上記第 1 の記憶手段に記 憶された上記複数の制御量か ら所定の許容範囲内に調整制御 した事例があ る か否かを判断する判断手段 と 、

こ の判断手段で調整制御 した事例がある場合は、 該事例に 基づいて上記検出 された各制御量が所定の許容範囲内 と なる 調整を制御する 第 1 の制御手段 と 、

上記判断手段で調整制御 した事例がない場合、 上記検出 さ れた各制御量か ら感度を測定する テ ス ト操作量を決定 して操 作する第 1 の操作手段 と 、

この第 1 の操作手段で操作されたテス ト操作で測定された 感度に基づいて上記検出 された各制御量か ら操作量を決定し、 上記検出 される各制御量が所定の許容範囲内 と な る まで繰 り 返 し操作する 第 2 の操作手段 と 、

上記第 1 の操作手段で操作 された操作量と複数の制御量、 及び上記第 2 の操作手段で繰 り 返 し操作された操作量と 複数 の制御量 と を記憶する第 2 の記憶手段 と 、 上記第 2 の操作手段の操作によ っ て各制御量が所定の許容 範囲内になっ た際、 上記第 2 の記憶手段に記憶された操作量 と 複数の制御量と を調整制御の事例 と して上記第 1 の記憶手 段に記憶する制御を行 う 第 2 の制御手段 と 、

を具備 した こ と を特徴 とする調整制御 シス テ ム。

5 . 複数の制御量偏差か ら所定の許容範囲内に調整制御 した 事例を記憶 している第 1 の記憶手段と 、

複数の制御量を検出する検出手段 と 、

こ の検出手段で検出 さ れた複数の制御量と 所定の 目標値と か ら各制御量偏差を算出する偏差算出手段と 、

こ の偏差算出手段で算出 さ れた各制御量偏差が所定の許容 範囲内 にある か否かを判定 し、 全てが許容範囲内であれば 「良 J の ステータ スを出力する第 1 の判定手段 と 、

こ の第 1 の判定手段で 1 つ以上許容範囲外があっ た場合、 予め設定された最大制御回数を こ こ ま での制御回数が上回つ ていればエ ラ 一ス テー タ ス を出力 し、 下回っ ていれば 「否」 の ス テ ー タ ス を出力する 第 2 の判定手段 と 、

こ の第 2 の判定手段で 「否」 の ステー タ ス が出力 された際、 上記算出 された各制御量偏差が所定の許容範囲内 と なる よ う 上記算出 された各制御量偏差か ら操作量を決定 して調整制御 を行 う 制御手段と 、

を具備 した こ と を特徴 と する調整制御 シス テ ム。

6 . 複数の制御量偏差か ら所定の許容範囲内に調整制御 した 事例を記憶 している第 1 の記憶手段 と 、

複数の制御量を検出する検出手段 と 、 こ の検出手段で検出 さ れた複数の制御量と 所定の 目標値と か ら各制御量偏差を算出する偏差算出手段 と 、

こ の偏差算出手段で算出 された各制御量偏差が所定の許容 範囲内 にある か否かを判定する判定手段 と 、

こ の判定手段の判定で上記制御量偏差の う ち 1 つ以上が所 定の許容範囲内になかっ た場合、 上記第 1 の記憶手段に記憶 された上記複数の制御量偏差か ら上記所定の許容範囲内に調 整制御 した事例がある か否かを判断する判断手段 と 、

こ の判断手段で調整制御 した事例がある場合は、 該事例に 基づいて上記算出 された各制御量偏差が所定の許容範囲内 と な る調整を制御する第 1 の制御手段と 、

上記判断手段で調整制御 した事例がない場合は、 上記算出 された各制御量偏差が所定の許容範囲内 と な る まで繰 り 返 し 上記算出 される各制御量偏差か ら操作量を決定 して操作する 操作手段 と 、

こ の操作手段で繰 り 返 し操作される操作量 と複数の制御量 偏差と を記憶する第 2 の記憶手段 と 、

上記操作手段の操作に よっ て各制御量偏差が所定の許容範 囲内になっ た際、 上記第 2 の記憶手段に記憶 された操作量と 複数の制御量偏差 と を調整制御の事例 と して上記第 1 の記憶 手段に記憶する制御を行 う 第 2 の制御手段 と 、

を具備 した こ と を特徴 と する調整制御システム。