特開 2023-128180 パラメータ推定装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023128180

(43)【公開日】2023-09-14

(54)【発明の名称】パラメータ推定装置および方法

(51)【国際特許分類】

   G05B 11/36 20060101AFI20230907BHJP

   G05B 13/02 20060101ALI20230907BHJP

【ＦＩ】

G05B11/36 501B

G05B13/02 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022032349

(22)【出願日】2022-03-03

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】田中 雅人

【テーマコード（参考）】

5H004

【Ｆターム（参考）】

5H004GA03

5H004GA07

5H004HA01

5H004HB01

5H004KA69

5H004KB02

5H004KB04

5H004KB06

5H004KC53

5H004KC55

5H004LB05

(57)【要約】

【課題】オーバーシュート抑制機能のための適切なパラメータの決定・調整を効率化する。
【解決手段】パラメータ推定装置１は、制御装置２のオーバーシュート抑制機能が無効の状態において外乱が印加された後に発生したオーバーシュート量の最大値を検出するオーバーシュート量検出部１０と、外乱が印加されたときの外乱偏差の最大値を検出する外乱偏差検出部１１と、外乱偏差の最大値の検出時点からオーバーシュート量の最大値の検出時点までの時間差を検出する応答時間差検出部１２と、偏差補正量の算出のために偏差に乗算されるパラメータξを取得するパラメータ取得部１３と、オーバーシュート量の最大値と外乱偏差の最大値との比率と、パラメータξと時間差とに基づいて、外乱が印加された後に偏差補正量を０に収束させるためのパラメータλの適正値を算出する適正値算出部１４を備える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

制御装置が設定値と制御量との偏差を補正して前記制御量のオーバーシュートを抑制する機能が無効の状態において、前記制御量に外乱が印加された後に発生した前記制御量のオーバーシュート量の最大値を検出するように構成されたオーバーシュート量検出部と、
前記外乱が印加されたときの外乱偏差の最大値を検出するように構成された外乱偏差検出部と、
前記外乱偏差の最大値の検出時点から前記オーバーシュート量の最大値の検出時点までの時間差を検出するように構成された応答時間差検出部と、
偏差補正量の算出のために前記偏差に乗算されるパラメータξを前記制御装置から取得するように構成されたパラメータ取得部と、
前記オーバーシュート量の最大値と前記外乱偏差の最大値との比率と、前記パラメータξと前記時間差とに基づいて、前記外乱が印加された後に前記偏差補正量を０に収束させるためのパラメータλの適正値を算出するように構成された適正値算出部と、
前記パラメータλの適正値を出力するように構成された適正値出力部とを備えることを特徴とするパラメータ推定装置。

【請求項2】

請求項１記載のパラメータ推定装置において、
前記適正値算出部は、前記オーバーシュート量の最大値と前記外乱偏差の最大値との比率と、前記パラメータξとに基づいて、前記制御装置において前記偏差補正と等価な設定値補正を行った後の前記設定値に対する前記制御量のオーバーシュート量を推定し、前記外乱偏差の最大値の検出時点から前記時間差が経過した時点での前記偏差補正量が前記推定したオーバーシュート量に一致するように、時定数Ｔの適正値を算出して、この時定数Ｔの適正値を前記パラメータλの適正値に変換することを特徴とするパラメータ推定装置。

【請求項3】

請求項２記載のパラメータ推定装置において、
前記適正値算出部は、前記制御装置の制御周期をｄｔとしたときに、前記時定数Ｔの適正値を、λ＝Ｔ／（Ｔ＋ｄｔ）により前記パラメータλの適正値に変換することを特徴とするパラメータ推定装置。

【請求項4】

制御装置が設定値と制御量との偏差を補正して前記制御量のオーバーシュートを抑制する機能が無効の状態において、前記制御量に外乱が印加された後に発生した前記制御量のオーバーシュート量の最大値を検出する第１のステップと、
前記外乱が印加されたときの外乱偏差の最大値を検出する第２のステップと、
前記外乱偏差の最大値の検出時点から前記オーバーシュート量の最大値の検出時点までの時間差を検出する第３のステップと、
偏差補正量の算出のために前記偏差に乗算されるパラメータξを前記制御装置から取得する第４のステップと、
前記オーバーシュート量の最大値と前記外乱偏差の最大値との比率と、前記パラメータξと前記時間差とに基づいて、前記外乱が印加された後に前記偏差補正量を０に収束させるためのパラメータλの適正値を算出する第５のステップと、
前記パラメータλの適正値を出力する第６のステップとを含むことを特徴とするパラメータ推定方法。

【請求項5】

請求項４記載のパラメータ推定方法において、
前記第５のステップは、前記オーバーシュート量の最大値と前記外乱偏差の最大値との比率と、前記パラメータξとに基づいて、前記制御装置において前記偏差補正と等価な設定値補正を行った後の前記設定値に対する前記制御量のオーバーシュート量を推定し、前記外乱偏差の最大値の検出時点から前記時間差が経過した時点での前記偏差補正量が前記推定したオーバーシュート量に一致するように、時定数Ｔの適正値を算出して、この時定数Ｔの適正値を前記パラメータλの適正値に変換するステップを含むことを特徴とするパラメータ推定方法。

【請求項6】

請求項５記載のパラメータ推定方法において、
前記第５のステップは、前記制御装置の制御周期をｄｔとしたときに、前記時定数Ｔの適正値を、λ＝Ｔ／（Ｔ＋ｄｔ）により前記パラメータλの適正値に変換するステップを含むことを特徴とするパラメータ推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御装置のパラメータを推定する技術に係り、特にオーバーシュート抑制機能のためのパラメータを推定するパラメータ推定装置および方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

代表的なフィードバック制御であるＰＩＤ制御の動作には、例えば温度制御系における外乱印加時のリカバリー制御（外乱リカバリー応答）があり、加熱装置などの保温性が高いことなどの要因により、制御量にオーバーシュートが発生することが多い。

【0003】

図１０の加熱装置は、処理対象のワークを加熱する熱処理炉１００と、電気ヒータ１０１と、熱処理炉１００内の温度を計測する温度センサ１０２と、熱処理炉１００内の温度を制御する温調計１０３と、電力調整器１０４と、電力供給回路１０５と、加熱装置全体を制御するＰＬＣ（Programmable Logic Controller）１０６とから構成される。温調計１０３は、温度センサ１０２が計測した温度ＰＶ（制御量）が温度設定値ＳＰと一致するように操作量ＭＶを算出する。電力調整器１０４は、操作量ＭＶに応じた電力を決定し、この決定した電力を電力供給回路１０５を通じて電気ヒータ１０１に供給する。

【0004】

図１１は、図１０に示したような加熱装置の温度制御中に発生したオーバーシュートの例を示す図である。図１１の例では、温度制御中に制御量ＰＶが下降する外乱が発生し、外乱に応じた操作量ＭＶが温調計１０３から出力され外乱リカバリー制御が行われたときに、過剰な操作量修正によって制御量ＰＶが温度設定値ＳＰ＝３００℃を超過するオーバーシュートが発生した例を示している。

【0005】

図１１のような現象に対応するため、オーバーシュート抑制機能が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示された技術では、外乱印加時の前半（図１１の降温時）はパラメータξにより設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差Ｅｒ（＝ＳＰ－ＰＶ）の補正量Ｅｒｘを算出し、外乱印加時の後半（収束時）はパラメータλにより補正量Ｅｒｘを算出する。

【0006】

具体的には、偏差Ｅｒが正または負の値で、その絶対値｜Ｅｒ｜が増大するときに外乱が印加されたと判定し、偏差補正量Ｅｒｘを次式のように算出する。
Ｅｒｘ＝ξＥｒ ・・・（１）

【0007】

パラメータξは例えば０．８である。続いて、偏差補正量Ｅｒｘが一定規則で徐々に０に収束するように収束演算を行う。具体的には、収束演算後の偏差補正量Ｅｒｘ’を次式のように算出する。
Ｅｒｘ’＝λＥｒｘ ・・・（２）

【0008】

パラメータλ（０＜λ＜１）は例えばλ＝０．９５である。以上のような偏差補正量Ｅｒｘ’によって偏差Ｅｒを補正（Ｅｒ－Ｅｒｘ’）することにより、オーバーシュートを抑制する。特許文献１に開示された技術の効果を図１２に示す。なお、図１２では、偏差補正量Ｅｒｘ’の代わりに、補正後の設定値ＳＰｈ＝ＳＰ－Ｅｒｘ’を示している。特許文献１に開示されているように、Ｅｒ－Ｅｒｘ’という偏差補正は、（ＳＰ－Ｅｒｘ’）－ＰＶという設定値補正と等価である。

【0009】

特許文献１に開示された技術では、パラメータλを定数としている。対象とする制御系に特有の適切なパラメータλの数値を決定できれば、頻繁に数値変更をする必要はない。しかしながら、特許文献１に開示された従来では、適切なパラメータλを決定する技術が実現できていない、という課題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特許第３４３７８０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、制御装置のオーバーシュート抑制機能のための適切なパラメータの決定・調整を効率化することができるパラメータ推定装置および方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明のパラメータ推定装置は、制御装置が設定値と制御量との偏差を補正して前記制御量のオーバーシュートを抑制する機能が無効の状態において、前記制御量に外乱が印加された後に発生した前記制御量のオーバーシュート量の最大値を検出するように構成されたオーバーシュート量検出部と、前記外乱が印加されたときの外乱偏差の最大値を検出するように構成された外乱偏差検出部と、前記外乱偏差の最大値の検出時点から前記オーバーシュート量の最大値の検出時点までの時間差を検出するように構成された応答時間差検出部と、偏差補正量の算出のために前記偏差に乗算されるパラメータξを前記制御装置から取得するように構成されたパラメータ取得部と、前記オーバーシュート量の最大値と前記外乱偏差の最大値との比率と、前記パラメータξと前記時間差とに基づいて、前記外乱が印加された後に前記偏差補正量を０に収束させるためのパラメータλの適正値を算出するように構成された適正値算出部と、前記パラメータλの適正値を出力するように構成された適正値出力部とを備えることを特徴とするものである。

【0013】

また、本発明のパラメータ推定装置の１構成例において、前記適正値算出部は、前記オーバーシュート量の最大値と前記外乱偏差の最大値との比率と、前記パラメータξとに基づいて、前記制御装置において前記偏差補正と等価な設定値補正を行った後の前記設定値に対する前記制御量のオーバーシュート量を推定し、前記外乱偏差の最大値の検出時点から前記時間差が経過した時点での前記偏差補正量が前記推定したオーバーシュート量に一致するように、時定数Ｔの適正値を算出して、この時定数Ｔの適正値を前記パラメータλの適正値に変換することを特徴とするものである。
また、本発明のパラメータ推定装置の１構成例において、前記適正値算出部は、前記制御装置の制御周期をｄｔとしたときに、前記時定数Ｔの適正値を、λ＝Ｔ／（Ｔ＋ｄｔ）により前記パラメータλの適正値に変換することを特徴とするものである。

【0014】

また、本発明のパラメータ推定方法は、制御装置が設定値と制御量との偏差を補正して前記制御量のオーバーシュートを抑制する機能が無効の状態において、前記制御量に外乱が印加された後に発生した前記制御量のオーバーシュート量の最大値を検出する第１のステップと、前記外乱が印加されたときの外乱偏差の最大値を検出する第２のステップと、前記外乱偏差の最大値の検出時点から前記オーバーシュート量の最大値の検出時点までの時間差を検出する第３のステップと、偏差補正量の算出のために前記偏差に乗算されるパラメータξを前記制御装置から取得する第４のステップと、前記オーバーシュート量の最大値と前記外乱偏差の最大値との比率と、前記パラメータξと前記時間差とに基づいて、前記外乱が印加された後に前記偏差補正量を０に収束させるためのパラメータλの適正値を算出する第５のステップと、前記パラメータλの適正値を出力する第６のステップとを含むことを特徴とするものである。

【0015】

また、本発明のパラメータ推定方法の１構成例において、前記第５のステップは、前記オーバーシュート量の最大値と前記外乱偏差の最大値との比率と、前記パラメータξとに基づいて、前記制御装置において前記偏差補正と等価な設定値補正を行った後の前記設定値に対する前記制御量のオーバーシュート量を推定し、前記外乱偏差の最大値の検出時点から前記時間差が経過した時点での前記偏差補正量が前記推定したオーバーシュート量に一致するように、時定数Ｔの適正値を算出して、この時定数Ｔの適正値を前記パラメータλの適正値に変換するステップを含むことを特徴とするものである。
また、本発明のパラメータ推定方法の１構成例において、前記第５のステップは、前記制御装置の制御周期をｄｔとしたときに、前記時定数Ｔの適正値を、λ＝Ｔ／（Ｔ＋ｄｔ）により前記パラメータλの適正値に変換するステップを含むことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、オーバーシュート量検出部と外乱偏差検出部と応答時間差検出部とパラメータ取得部と適正値算出部と適正値出力部とを設けることにより、制御装置のオーバーシュート抑制機能のための適切なパラメータλの決定・調整を効率化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本発明の実施例に係るパラメータ推定装置の構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、本発明の実施例に係る制御装置の動作を説明するフローチャートである。

【図3】図３は、本発明の実施例に係るパラメータ推定装置の動作を説明するフローチャートである。

【図4】図４は、従来の技術を適用した制御装置による外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示す図である。

【図5】図５は、従来のオーバーシュート抑制機能を無効にした制御装置による外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示す図である。

【図6】図６は、パラメータを適正値に調整した後の制御装置による外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示す図である。

【図7】図７は、従来のオーバーシュート抑制機能を無効にした制御装置による外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示す図である。

【図8】図８は、パラメータを適正値に調整した後の制御装置による外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示す図である。

【図9】図９は、本発明の実施例に係るパラメータ推定装置と制御装置を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。

【図10】図１０は、加熱装置の構成を示すブロック図である。

【図11】図１１は、加熱装置の温度制御中に発生したオーバーシュートの例を示す図である。

【図12】図１２は、従来のオーバーシュート抑制機能の効果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

［発明の原理］
以下の説明では、設定値ＳＰを補正するという解釈で発明の原理を説明する。また、パラメータλは、偏差補正量Ｅｒｘを収束させる割合を規定する値であるが、制御周期毎の繰り返し演算に使用される比率であるので、制御周期に無関係な表現として時定数Ｔに置換することで理解が容易になる。したがって、以下の説明ではパラメータλを時定数Ｔに置換して説明する。

【0019】

設定値ＳＰを補正する動作として捉えると、特許文献１に開示された技術の動作は、制御量ＰＶの下降に同調して、パラメータξで規定される比率で補正された設定値ＳＰｇ（＝ＳＰ－Ｅｒｘ）も下降し、その後、設定値ＳＰｇが本来の設定値ＳＰに時定数Ｔの速さで漸近収束する動作と等価になる。このとき、補正された設定値ＳＰｇに対して制御量ＰＶがオーバーシュートする（疑似的オーバーシュート）ことになるが、この疑似的オーバーシュートの制御量ＰＶが本来の設定値ＳＰの近傍に来るような設定値ＳＰの補正が好ましい。

【0020】

したがって、少なくとも１回の外乱リカバリー応答を試行し、最大オーバーシュート量ＯＳ＿ｍａｘと外乱による最大偏差Ｅｒ＿ｍａｘとの比率（オーバーシュート率）を参考にして、パラメータξで規定される補正後の設定値ＳＰｇに応じた疑似的オーバーシュート量ＯＳｘを算出する。そして、疑似的オーバーシュートの量とその発生タイミングに基づいて、パラメータλと等価な時定数Ｔを決定するように規定すればよい。

【0021】

なお、本発明では、例えばパラメータξを適切に調整した後に、パラメータλに関わる制御対象や外乱の性質の変化があった場合などを想定しているが、パラメータλを調整した後に、パラメータξを試行錯誤で調整することも可能である。

【0022】

［実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例に係るパラメータ推定装置の構成を示すブロック図である。パラメータ推定装置１は、制御装置２が設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差Ｅｒを補正して制御量ＰＶのオーバーシュートを抑制する機能が無効の状態において、制御量ＰＶに外乱が印加された後に発生した制御量ＰＶのオーバーシュート量の最大値ＯＳ＿ｍａｘを検出するオーバーシュート量検出部１０と、外乱が印加されたときの外乱偏差の最大値Ｅｒ＿ｍａｘを検出する外乱偏差検出部１１と、外乱偏差の最大値Ｅｒ＿ｍａｘの検出時点からオーバーシュート量の最大値ＯＳ＿ｍａｘの検出時点までの時間差ｔｘを検出する応答時間差検出部１２と、偏差補正量Ｅｒｘの算出のために偏差Ｅｒに乗算されるパラメータξを制御装置２から取得するパラメータ取得部１３と、オーバーシュート量の最大値ＯＳ＿ｍａｘと外乱偏差の最大値Ｅｒ＿ｍａｘとの比率と、パラメータξと時間差ｔｘとに基づいて、外乱が印加された後に偏差補正量Ｅｒｘを０に収束させるためのパラメータλの適正値を算出する適正値算出部１４と、パラメータλの適正値を出力する適正値出力部１５とを備えている。

【0023】

制御装置２は、制御量ＰＶを入力とする制御量入力部２０と、設定値ＳＰを入力とする設定値入力部２１と、設定値ＳＰから制御量ＰＶを減算して偏差Ｅｒを算出する減算部２２と、偏差Ｅｒに基づいて外乱が印加されたか否かを制御周期毎に判定し、偏差Ｅｒの絶対値が増大するとき外乱が印加されたと判定する外乱印加検出部２３と、外乱印加検出部２３によって外乱の印加が検出されたときに偏差Ｅｒの大きさに基づいて偏差補正量Ｅｒｘを算出する偏差補正量算出部２４と、偏差補正量算出部２４によって算出された偏差補正量Ｅｒｘが一定規則で徐々に０に収束するよう収束演算を行う偏差補正量収束算出部２５と、偏差Ｅｒと収束演算後の偏差補正量とに基づき操作量ＭＶをＰＩＤ制御演算によって算出する制御演算部２６と、操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力部２７とを備えている。

【0024】

まず、パラメータ推定装置１について説明する前に、特許文献１に開示された制御装置２の動作について簡単に説明する。図２は制御装置２の動作を説明するフローチャートである。制御量入力部２０には、図示しないセンサによって計測された制御量ＰＶが入力される（図２ステップＳ１０１）。

【0025】

設定値入力部２１には、オペレータによって設定された設定値ＳＰが入力される（図２ステップＳ１０２）。
減算部２２は、設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差Ｅｒ＝ＳＰ－ＰＶを算出する（図２ステップＳ１０３）。

【0026】

次に、外乱印加検出部２３は、外乱が印加されたか否かを制御周期毎に判定し、外乱が印加されたと判定したときに偏差補正量算出部２４に起動信号ｓ１を出力する（図２ステップＳ１０４）。具体的には、外乱印加検出部２３は、偏差Ｅｒが正の値で、絶対値｜Ｅｒ｜が増大する場合（Ｅｒ＞０で、かつＥｒ＞Ｅｒ’（Ｅｒ’は１制御周期前の偏差）が成立する場合）、または偏差Ｅｒが負の値で、絶対値｜Ｅｒ｜が増大する場合（Ｅｒ＜０で、かつＥｒ＜Ｅｒ’が成立する場合）に、外乱が印加されたと判定する。

【0027】

偏差補正量算出部２４は、外乱印加検出部２３から起動信号ｓ１が出力されると（ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、式（１）のように偏差Ｅｒにパラメータξを乗算した偏差補正量Ｅｒｘを算出し、これを偏差補正量収束算出部２５に出力する（図２ステップＳ１０５）。

【0028】

次に、偏差補正量収束算出部２５は、収束演算後の偏差補正量Ｅｒｘ’を式（２）のように算出する（図２ステップＳ１０６）。なお、偏差補正量算出部２４は、外乱が印加されたと外乱印加検出部２３が判定したときのみ偏差補正量Ｅｒｘを出力する。すなわち、偏差の絶対値｜Ｅｒ｜が増大する状況（制御量ＰＶが設定値ＳＰから離れる状況）が終了すると、起動信号ｓ１の出力が停止し、偏差補正量算出部２４による偏差補正量Ｅｒｘの出力が停止する。

【0029】

偏差補正量収束算出部２５は、偏差補正量算出部２４から偏差補正量Ｅｒｘが出力されない場合、１制御周期前に収束演算を行った偏差補正量Ｅｒｘ’を現制御周期の偏差補正量Ｅｒｘとして式（２）の収束演算を行う。偏差補正量Ｅｒｘ’（Ｅｒｘ）の初期値は０である。

【0030】

制御演算部２６は、偏差Ｅｒから収束演算後の偏差補正量Ｅｒｘ’を減算した値に基づいて次式のようなＰＩＤ制御演算を行い、操作量ＭＶを算出する（図２ステップＳ１０７）。
ＭＶ＝（１００／Ｐｂ）｛１＋（１／Ｔｉｓ）＋Ｔｄｓ｝（Ｅｒ－Ｅｒｘ’）
・・・（３）

【0031】

式（３）において、Ｐｂは比例帯、Ｔｉは積分時間、Ｔｄは微分時間、ｓはラプラス演算子である。
制御演算部２６によって算出された操作量ＭＶは、操作量出力部２７を介して制御対象（実際には例えば図１０の電力調整器１０４）へ出力される（図２ステップＳ１０８）。

【0032】

制御装置２は、ステップＳ１０１～Ｓ１０８の処理を例えばオペレータの指示によって制御が終了するまで（図２ステップＳ１０９においてＹＥＳ）、制御周期毎に実行する。

【0033】

次に、本実施例のパラメータ推定装置１の動作を図３を用いて説明する。パラメータ推定装置１は、パラメータλの調整時に制御装置２と接続される。
最初に、オーバーシュート量検出部１０は、制御装置２のオーバーシュート抑制機能を無効にする（図３ステップＳ２００）。オーバーシュート抑制機能が無効の場合、偏差補正量Ｅｒｘ’が０になるので、制御装置２の制御演算部２６は、式（３）の代わりに次の式（４）により操作量ＭＶを算出する。
ＭＶ＝（１００／Ｐｂ）｛１＋（１／Ｔｉｓ）＋Ｔｄｓ｝Ｅｒ ・・・（４）

【0034】

オーバーシュート量検出部１０は、制御装置２のオーバーシュート抑制機能が無効の状態で外乱が印加されたと制御装置２の外乱印加検出部２３が判定した後に（図３ステップＳ２０１においてＹＥＳ）、外乱リカバリー応答によって発生した制御量ＰＶのオーバーシュート量の最大値ＯＳ＿ｍａｘ（上昇した制御量ＰＶの最大値ＰＶ＿ｍａｘと設定値ＳＰとの差ＰＶ＿ｍａｘ－ＳＰ）を検出する（図３ステップＳ２０２）。

【0035】

なお、例えば図１０に示した加熱装置の場合であれば、パラメータλを決定するための試行時に、熱処理炉１００の扉を一時的に開くことで、熱処理炉１００内の温度（制御量ＰＶ）が降温する外乱を意図的に発生させることが可能である。

【0036】

外乱偏差検出部１１は、制御装置２のオーバーシュート抑制機能が無効の状態で、外乱が印加されたときの外乱偏差の最大値Ｅｒ＿ｍａｘ（設定値ＳＰと下降した制御量ＰＶの最小値ＰＶ＿ｍｉｎとの差ＳＰ－ＰＶ＿ｍｉｎ）を検出する（図３ステップＳ２０３）。

【0037】

応答時間差検出部１２は、外乱偏差の最大値Ｅｒ＿ｍａｘの検出時点（下降した制御量ＰＶが最小値ＰＶ＿ｍｉｎになった時点）からオーバーシュート量の最大値ＯＳ＿ｍａｘの検出時点（上昇した制御量ＰＶが最大値ＰＶ＿ｍａｘになった時点）までの時間差ｔｘを検出する（図３ステップＳ２０４）。
パラメータ取得部１３は、制御装置２の偏差補正量算出部２４に設定されているパラメータξを取得する（図３ステップＳ２０５）。

【0038】

適正値算出部１４は、外乱偏差検出部１１によって検出された外乱偏差の最大値Ｅｒ＿ｍａｘとパラメータ取得部１３によって取得されたパラメータξとに基づいて、外乱偏差の最大値Ｅｒ＿ｍａｘ（制御量ＰＶの最小値ＰＶ＿ｍｉｎ）が生じたときの補正後偏差Ｅｒｈを次式により算出する（図３ステップＳ２０６）。
Ｅｒｈ＝Ｅｒ＿ｍａｘ－ξＥｒ＿ｍａｘ ・・・（５）

【0039】

なお、本実施例における補正後偏差Ｅｒｈとは、制御装置２が操作量ＭＶの算出の際に用いる補正後偏差Ｅｒ＿ｍａｘ－λξＥｒ＿ｍａｘそのものではなく、式（５）の右辺第２項にパラメータλを乗算する前の偏差補正量（式（１）のＥｒｘ）によって偏差Ｅｒ＿ｍａｘを補正した値である。

【0040】

続いて、適正値算出部１４は、パラメータξにより補正後の設定値ＳＰｇが想定できるので、パラメータξとオーバーシュート量検出部１０によって検出されたオーバーシュート量の最大値ＯＳ＿ｍａｘと外乱偏差検出部１１によって検出された外乱偏差の最大値Ｅｒ＿ｍａｘとに基づいて、偏差補正と等価な設定値補正を行った後の設定値ＳＰｇに対する制御量ＰＶのオーバーシュート量ＯＳｘを次式により推定する（図３ステップＳ２０７）。
ＯＳｘ＝ＥｒｈＯＳ＿ｍａｘ／Ｅｒ＿ｍａｘ
＝（Ｅｒ＿ｍａｘ－ξＥｒ＿ｍａｘ）ＯＳ＿ｍａｘ／Ｅｒ＿ｍａｘ ・・・（６）

【0041】

式（６）は、制御装置２のＰＩＤ制御系の特性に変化がない場合に、外乱偏差とオーバーシュート量との比率（オーバーシュート率）が維持される（Ｅｒ＿ｍａｘ：ＯＳ＿ｍａｘ＝Ｅｒｈ：ＯＳｘ）という、性質から得られたものである。

【0042】

なお、式（６）の計算で想定する補正後の設定値ＳＰｇとは、制御装置２が操作量ＭＶの算出の際に用いる補正後偏差に相当する補正後の設定値ＳＰｈ＝ＳＰ－Ｅｒｘ’そのものではなく、偏差補正量Ｅｒｘによって設定値ＳＰを補正した値ＳＰｇ＝ＳＰ－Ｅｒｘである。したがって、上記の「偏差補正と等価な設定値補正」の偏差補正とは、Ｅｒ－Ｅｒｘ’ではなく、Ｅｒ－Ｅｒｘを意味する。偏差補正量Ｅｒｘ＝ＳＰ－ＳＰｇは、偏差補正量の初期値に相当するξＥｒ＿ｍａｘから時定数Ｔで０．０に収束する。

【0043】

最大のオーバーシュート量ＯＳｘが現れると推定される経過時間は時間差ｔｘである。そこで、適正値算出部１４は、経過時間ｔｘにおける偏差補正量Ｅｒｘがオーバーシュート量ＯＳｘに一致するように、パラメータλと等価な時定数Ｔの適正値を次式により算出する（図３ステップＳ２０８）。
Ｔ＝－ｔｘ／ｌｎ｛ＯＳｘ／（ξＥｒ＿ｍａｘ）｝ ・・・（７）

【0044】

式（７）におけるｌｎは自然対数である。最後に、適正値算出部１４は、時定数Ｔの適正値を次式によりパラメータλの適正値に変換する（図３ステップＳ２０９）。ｄｔは制御装置２の制御周期である。
λ＝Ｔ／（Ｔ＋ｄｔ） ・・・（８）

【0045】

適正値出力部１５は、パラメータλの適正値を出力する（図３ステップＳ２１０）。出力の例としては、適正値の表示などがある。オペレータは、表示された適正値を見て、制御装置２に設定されているパラメータλを変更することになる。あるいは、適正値出力部１５は、制御装置２の偏差補正量収束算出部２５に設定されているパラメータλを適正値に自動的に更新するようにしてもよい。

【0046】

以上で、パラメータλの調整が終了する。調整終了後、オペレータは、パラメータ推定装置１を操作して、制御装置２のオーバーシュート抑制機能を有効に戻し、パラメータ推定装置１と制御装置２との接続を解除する（図３ステップＳ２１１）。

【0047】

制御量ＰＶにインパルス外乱の傾向が強い変化（操作量ＭＶの変化分ΔＭＶ＝１．０％）が発生した場合の本実施例の検証例を図４～図６に示す。なお、この検証例では、制御装置２のパラメータξがξ＝０．９５で概ね妥当な値に調整されていることを前提とする。ただし、パラメータ推定装置１によってパラメータλを調整した後に、パラメータξを試行錯誤で微調整しても構わない。

【0048】

図４は、特許文献１に開示された技術を適用した制御装置２による外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示す図である。図４の例では、パラメータξがξ＝０．９５で概ね妥当な値に設定されているが、パラメータλと等価な時定数Ｔが不適切な値Ｔ＝９０秒に設定されていることにより、制御量ＰＶが下降する外乱が発生したときに、過剰な操作量修正によって制御量ＰＶが設定値ＳＰ＝３００℃を超過するオーバーシュートが発生している。

【0049】

ここでは、パラメータξと時定数Ｔがもともと適切に調整されていたものとし、その後、応答速度が変化したことにより、時定数Ｔが不適切になったものと仮定する。すなわち、調整すべき対象は時定数Ｔであるとする。

【0050】

図５は、図４と同じ条件で、特許文献１に開示されたオーバーシュート抑制機能を無効にした制御装置２による外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示す図である。すなわち、図５の例は、ステップＳ２００～ステップＳ２０４で実施された外乱リカバリー応答に相当する。

【0051】

本実施例のオーバーシュート量検出部１０はオーバーシュート量の最大値ＯＳ＿ｍａｘ＝８℃を検出し、外乱偏差検出部１１は外乱偏差の最大値Ｅｒ＿ｍａｘ＝２０℃を検出し、応答時間差検出部１２は時間差ｔｘ＝２３０秒を検出する。制御装置２の偏差補正量算出部２４に設定されているパラメータξは０．９５である。本実施例の適正値算出部１４は、時定数Ｔの適正値をＴ＝１０２秒と算出する。

【0052】

図６は、時定数Ｔ（パラメータλ）を適正値に調整した後の制御装置２による外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示す図である。図６の例では、パラメータξがξ＝０．９５で概ね妥当な値に設定され、さらに時定数Ｔを適切な値Ｔ＝１０２秒に設定したことにより、制御量ＰＶのオーバーシュートが適切に抑制されていることが分かる。

【0053】

制御量ＰＶにステップ外乱の傾向が強い変化（操作量ＭＶの変化分ΔＭＶ＝３０．０％）が発生した場合の本実施例の検証例を図７、図８に示す。なお、この検証例では、制御装置２のパラメータξがξ＝０．５０で概ね妥当な値に調整されていることを前提とする。

【0054】

図７は、特許文献１に開示されたオーバーシュート抑制機能を無効にした制御装置２による外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示す図である。すなわち、図７の例は、ステップＳ２００～ステップＳ２０４で実施された外乱リカバリー応答に相当する。

【0055】

本実施例のオーバーシュート量検出部１０はオーバーシュート量の最大値ＯＳ＿ｍａｘ＝５．５℃を検出し、外乱偏差検出部１１は外乱偏差の最大値Ｅｒ＿ｍａｘ＝２３℃を検出し、応答時間差検出部１２は時間差ｔｘ＝３２５秒を検出する。制御装置２の偏差補正量算出部２４に設定されているパラメータξは０．５０である。本実施例の適正値算出部１４は、時定数Ｔの適正値をＴ＝２２７秒と算出する。

【0056】

図８は、時定数Ｔ（パラメータλ）を適正値に調整した後の制御装置２による外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示す図である。図８の例では、パラメータξがξ＝０．５０で概ね妥当な値に設定され、さらに時定数Ｔを適切な値Ｔ＝２２７秒に設定したことにより、制御量ＰＶのオーバーシュートが適切に抑制されていることが分かる。

【0057】

なお、本実施例では、パラメータ推定装置１と制御装置２とを別々に設けているが、制御装置２の内部にパラメータ推定装置１を設けるようにしてもよい。

【0058】

本実施例のパラメータ推定装置１と制御装置２の各々は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および外部とのインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このコンピュータの構成例を図９に示す。コンピュータは、ＣＰＵ２００と、記憶装置２０１と、インタフェース装置（Ｉ／Ｆ）２０２とを備えている。

【0059】

パラメータ推定装置１の場合、Ｉ／Ｆ２０２には、制御装置２とディスプレイ装置等が接続される。制御装置２の場合、Ｉ／Ｆ２０２には、パラメータ推定装置１とセンサと電力調整器等が接続される。本発明のパラメータ推定方法を実現させるためのプログラムは記憶装置２０１に格納される。各装置のＣＰＵ２００は、記憶装置２０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明は、制御装置のパラメータを推定する技術に適用することができる。

【符号の説明】

【0061】

１…パラメータ推定装置、２…制御装置、１０…オーバーシュート量検出部、１１…外乱偏差検出部、１２…応答時間差検出部、１３…パラメータ取得部、１４…適正値算出部、１５…適正値出力部、２０…制御量入力部、２１…設定値入力部、２２…減算部、２３…外乱印加検出部、２４…偏差補正量算出部、２５…偏差補正量収束算出部、２６…制御演算部、２７…操作量出力部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】