知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】P2023152015
(43)【公開日】2023-10-16
(54)【発明の名称】制御システム、制御装置、制御方法及び制御プログラム
(51)【国際特許分類】
G05B 11/36 20060101AFI20231005BHJP
G05B 13/04 20060101ALI20231005BHJP
【ＦＩ】
G05B11/36 501Z
G05B11/36 501D
G05B13/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022061935
(22)【出願日】2022-04-01
(71)【出願人】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【弁理士】
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100108213
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 豊隆
(72)【発明者】
【氏名】浪江 正樹
【テーマコード（参考）】
5H004
【Ｆターム（参考）】
5H004GA02
5H004GA05
5H004GA07
5H004GB15
5H004HA07
5H004HA08
5H004HB07
5H004HB08
5H004KB02
5H004KB04
5H004KB12
5H004KC22
5H004KC24
5H004KC27
5H004KC33
5H004LA03
(57)【要約】
【課題】時刻情報の送受信を行わずとも適切にむだ時間を推定できる制御システム、制御装置、制御方法及び制御プログラムを提供する。
【解決手段】制御信号に基づいて制御される対象装置２０と、対象装置２０の物理量を測定するセンサ３０と、指令値及び物理量に基づいて対象装置２０に制御信号を送りフィードバック制御を行う制御装置１０と、を備え、制御装置１０は、制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出する算出部１４と、センサ３０により測定された物理量に基づく基準値と、複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する推定部１５と、を有する、制御システム１００。
【選択図】図１
【解決手段】制御信号に基づいて制御される対象装置２０と、対象装置２０の物理量を測定するセンサ３０と、指令値及び物理量に基づいて対象装置２０に制御信号を送りフィードバック制御を行う制御装置１０と、を備え、制御装置１０は、制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出する算出部１４と、センサ３０により測定された物理量に基づく基準値と、複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する推定部１５と、を有する、制御システム１００。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
制御信号に基づいて制御される対象装置と、
前記対象装置の物理量を測定するセンサと、
指令値及び前記物理量に基づいて前記対象装置に前記制御信号を送りフィードバック制御を行う制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出する算出部と、
前記センサにより測定された前記物理量に基づく基準値と、前記複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する推定部と、を有する、
制御システム。
前記対象装置の物理量を測定するセンサと、
指令値及び前記物理量に基づいて前記対象装置に前記制御信号を送りフィードバック制御を行う制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出する算出部と、
前記センサにより測定された前記物理量に基づく基準値と、前記複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する推定部と、を有する、
制御システム。
【請求項2】
前記推定部は、前記むだ時間の複数の候補のうち、前記基準値との差の絶対値が比較的小さくなる候補値に対応するむだ時間の候補を前記むだ時間と推定する、
請求項１に記載の制御システム。
請求項１に記載の制御システム。
【請求項3】
前記算出部は、前記制御信号、過去に測定された前記物理量及び前記むだ時間の複数の候補に基づいて、前記複数の候補値を算出する、
請求項１に記載の制御システム。
請求項１に記載の制御システム。
【請求項4】
前記制御装置は、
前記対象装置のモデル及び前記むだ時間に基づくスミス補償器を有し、
前記推定部により推定された前記むだ時間が更新された場合に、前記スミス補償器に更新後の前記むだ時間を設定する、
請求項１に記載の制御システム。
前記対象装置のモデル及び前記むだ時間に基づくスミス補償器を有し、
前記推定部により推定された前記むだ時間が更新された場合に、前記スミス補償器に更新後の前記むだ時間を設定する、
請求項１に記載の制御システム。
【請求項5】
前記制御装置は、
前記対象装置のモデル及び前記むだ時間に基づくスミス補償器を有し、
少なくとも前記推定部により推定された前記むだ時間が更新された場合に、前記スミス補償器に更新後の前記むだ時間を設定するか否かの入力を受け付け、前記入力に基づいて、前記スミス補償器に更新後又は更新前の前記むだ時間を設定する、
請求項１に記載の制御システム。
前記対象装置のモデル及び前記むだ時間に基づくスミス補償器を有し、
少なくとも前記推定部により推定された前記むだ時間が更新された場合に、前記スミス補償器に更新後の前記むだ時間を設定するか否かの入力を受け付け、前記入力に基づいて、前記スミス補償器に更新後又は更新前の前記むだ時間を設定する、
請求項１に記載の制御システム。
【請求項6】
前記算出部は、前記推定部により推定された前記むだ時間が更新された場合に、更新後の前記むだ時間に基づいて、前記むだ時間の複数の候補を更新する、
請求項１に記載の制御システム。
請求項１に記載の制御システム。
【請求項7】
前記制御装置は、
前記複数の候補値と前記基準値との比較結果を表示する表示部をさらに有する、
請求項１に記載の制御システム。
前記複数の候補値と前記基準値との比較結果を表示する表示部をさらに有する、
請求項１に記載の制御システム。
【請求項8】
前記制御装置は、前記対象装置の位置及び速度の少なくともいずれかを制御し、
前記センサは、前記対象装置の位置及び速度の少なくともいずれかを測定し、
前記算出部は、前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、速度の複数の候補値を算出し、
前記推定部は、前記センサにより測定された速度又は前記センサにより測定された位置に基づく速度と、前記速度の複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の制御システム。
前記センサは、前記対象装置の位置及び速度の少なくともいずれかを測定し、
前記算出部は、前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、速度の複数の候補値を算出し、
前記推定部は、前記センサにより測定された速度又は前記センサにより測定された位置に基づく速度と、前記速度の複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項9】
前記制御装置は、前記対象装置の位置及び速度の少なくともいずれかを制御し、
前記センサは、前記対象装置の位置を測定し、
前記算出部は、前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、位置の複数の候補値を算出し、
前記推定部は、前記センサにより測定された位置と、前記位置の複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の制御システム。
前記センサは、前記対象装置の位置を測定し、
前記算出部は、前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、位置の複数の候補値を算出し、
前記推定部は、前記センサにより測定された位置と、前記位置の複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の制御システム。
【請求項10】
センサにより測定される対象装置の物理量及び指令値に基づいて前記対象装置に制御信号を送りフィードバック制御を行う制御装置であって、
前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出する算出部と、
前記センサにより測定された物理量に基づく基準値と、前記複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する推定部と、を有する、
制御装置。
前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出する算出部と、
前記センサにより測定された物理量に基づく基準値と、前記複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する推定部と、を有する、
制御装置。
【請求項11】
センサにより測定される対象装置の物理量及び指令値に基づいて前記対象装置に制御信号を送りフィードバック制御を行う制御方法であって、
前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出することと、
前記センサにより測定された物理量に基づく基準値と、前記複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定することと、
を含む制御方法。
前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出することと、
前記センサにより測定された物理量に基づく基準値と、前記複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定することと、
を含む制御方法。
【請求項12】
センサにより測定される対象装置の物理量及び指令値に基づいて前記対象装置に制御信号を送りフィードバック制御を行う制御装置に、
前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出することと、
前記センサにより測定された物理量に基づく基準値と、前記複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定することと、
を実行させる制御プログラム。
前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出することと、
前記センサにより測定された物理量に基づく基準値と、前記複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定することと、
を実行させる制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、制御システム、制御装置、制御方法及び制御プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
ファクトリーオートメーションの技術分野において、サーボモータ等の対象装置を、センサによって測定された値に基づいてフィードバック制御することが行われている。ここで、対象装置に対して入力を与えてから、その入力に応じた出力が現れるまでに時間差がある場合、フィードバック制御ループはむだ時間（dead time）を有するという。例えば、装置間が比較的低速の有線通信又は無線通信で接続される場合や、ベルトコンベア等の搬送装置の先でセンサによる測定が行われる場合にむだ時間が生じることがある。
【0003】
むだ時間を有する場合にも安定的な制御を行うため、例えばスミス補償器を用いる場合がある。その場合、スミス補償器には適切なむだ時間の推定値を設定する必要がある。特にむだ時間が通信遅延により生じる場合について、例えば、特許文献１には、マスタ装置とスレーブ装置との間を結ぶ通信経路上に操作指令情報及びセンサ情報を中継する中継ノードを配置し、中継ノードによって、中継ノードとマスタ装置との間の通信遅延及び中継ノードとスレーブ装置との間の通信遅延を計測又は推定し、スレーブ装置の状態を予測する遠隔操作通信システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第６７２９９９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、中継ノードとマスタ装置との間の通信遅延及び中継ノードとスレーブ装置との間の通信遅延を計測又は推定するために、マスタ装置及びスレーブ装置が信号にタイムスタンプを付加することが必要となる。また、タイムスタンプが適切に機能するためには、送信側と受信側とで時刻同期が必要となる。
【0006】
そこで、本発明は、時刻情報の送受信を行わずとも適切にむだ時間を推定できる制御システム、制御装置、制御方法及び制御プログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様に係る制御システムは、制御信号に基づいて制御される対象装置と、対象装置の物理量を測定するセンサと、指令値及び物理量に基づいて対象装置に制御信号を送りフィードバック制御を行う制御装置と、を備え、制御装置は、制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出する算出部と、センサにより測定された物理量に基づく基準値と、複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する推定部と、を有する。
【0008】
この態様によれば、センサにより実際に測定された対象装置の物理量に基づく基準値と、むだ時間について複数の候補を仮定して算出した複数の候補値とを比較することで、時刻情報の送受信のような追加構成を要さずに、適切にむだ時間を推定できる。
【0009】
上記態様において、推定部は、むだ時間の複数の候補のうち、基準値との差の絶対値が比較的小さくなる候補値に対応するむだ時間の候補をむだ時間と推定してもよい。
【0010】
この態様によれば、実際に測定された対象装置の物理量に基づく基準値をより良く再現するむだ時間の候補を選択することで、むだ時間の推定をより精度良く行うことができる。
【0011】
上記態様において、算出部は、制御信号、過去に測定された物理量及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出してもよい。
【0012】
この態様によれば、過去に測定された対象装置の物理量を参照することで、時刻情報の送受信のような追加構成を必要とせず、適切にむだ時間を推定することができる。
【0013】
上記態様において、制御装置は、対象装置のモデル及びむだ時間に基づくスミス補償器を有し、推定部により推定されたむだ時間が更新された場合に、スミス補償器に更新後のむだ時間を設定してもよい。
【0014】
この態様によれば、むだ時間が時間的に変化する場合であっても、その変化に追従するようにむだ時間を更新することができ、より精度良く対象装置を制御することができる。
【0015】
上記態様において、制御装置は、対象装置のモデル及びむだ時間に基づくスミス補償器を有し、少なくとも推定部により推定されたむだ時間が更新された場合に、スミス補償器に更新後のむだ時間を設定するか否かの入力を受け付け、入力に基づいて、スミス補償器に更新後又は更新前のむだ時間を設定してもよい。
【0016】
この態様によれば、むだ時間の更新をスミス補償器に反映させるか否かの入力を受け付けることで、制御システムの挙動に関する予見性を向上させることができる。
【0017】
上記態様において、算出部は、推定部により推定されたむだ時間が更新された場合に、更新後のむだ時間に基づいて、むだ時間の複数の候補を更新してもよい。
【0018】
この態様によれば、むだ時間が時間的に変化する場合であっても、むだ時間の複数の候補を適宜更新することができ、むだ時間をより精度良く推定することができる。
【0019】
上記態様において、制御装置は、複数の候補値と基準値との比較結果を表示する表示部をさらに有してもよい。
【0020】
この態様によれば、むだ時間がどのように推定されているか把握することが容易になり、制御システムの挙動に関する予見性を向上させることができる。
【0021】
上記態様において、制御装置は、対象装置の位置及び速度の少なくともいずれかを制御し、センサは、対象装置の位置及び速度の少なくともいずれかを測定し、算出部は、制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、速度の複数の候補値を算出し、推定部は、センサにより測定された速度又はセンサにより測定された位置に基づく速度と、速度の複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定してもよい。
【0022】
この態様によれば、積分演算を必要としない速度について複数の候補値と実際に測定された速度とを比較することで、むだ時間の推定を比較的高速に行うことができる。
【0023】
上記態様において、制御装置は、対象装置の位置及び速度の少なくともいずれかを制御し、センサは、対象装置の位置を測定し、算出部は、制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、位置の複数の候補値を算出し、推定部は、センサにより測定された位置と、位置の複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定してもよい。
【0024】
この態様によれば、センサにより測定された位置と直接比較することができる複数の候補値を算出することで、基準値の算出を不要とすることができる。
【0025】
本発明の他の態様に係る制御装置は、センサにより測定される対象装置の物理量及び指令値に基づいて対象装置に制御信号を送りフィードバック制御を行う制御装置であって、制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出する算出部と、センサにより測定された物理量に基づく基準値と、複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する推定部と、を有する。
【0026】
この態様によれば、センサにより実際に測定された対象装置の物理量に基づく基準値と、むだ時間について複数の候補を仮定して算出した複数の候補値とを比較することで、時刻情報の送受信のような追加構成を要さずに、適切にむだ時間を推定できる。
【0027】
本発明の他の態様に係る制御方法は、センサにより測定される対象装置の物理量及び指令値に基づいて対象装置に制御信号を送りフィードバック制御を行う制御方法であって、制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出することと、センサにより測定された物理量に基づく基準値と、複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定することと、を含む。
【0028】
この態様によれば、センサにより実際に測定された対象装置の物理量に基づく基準値と、むだ時間について複数の候補を仮定して算出した複数の候補値とを比較することで、時刻情報の送受信のような追加構成を要さずに、適切にむだ時間を推定できる。
【0029】
本発明の他の態様に係る制御プログラムは、センサにより測定される対象装置の物理量及び指令値に基づいて対象装置に制御信号を送りフィードバック制御を行う制御装置に、制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出することと、センサにより測定された物理量に基づく基準値と、複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定することと、を実行させる。
【0030】
この態様によれば、センサにより実際に測定された対象装置の物理量に基づく基準値と、むだ時間について複数の候補を仮定して算出した複数の候補値とを比較することで、時刻情報の送受信のような追加構成を要さずに、適切にむだ時間を推定できる。
【発明の効果】
【0031】
本発明によれば、時刻情報の送受信を行わずとも適切にむだ時間を推定できる制御システム、制御装置、制御方法及び制御プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明の第１実施形態に係る制御システムのネットワーク構成を示す図である。
【図2】本実施形態に係る制御装置の機能ブロックを示す図である。
【図3】本実施形態に係る制御装置の制御ブロックを示す図である。
【図4】本実施形態に係る制御装置の物理的構成を示す図である。
【図5a】第１シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された対象装置の位置を示す図である。
【図5b】第１シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された位置と指令位置との誤差を示す図である。
【図5c】第１シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された推力を示す図である。
【図5d】第１シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により算出された速度の候補値と実測速度との誤差を示す図である。
【図6a】第２シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された対象装置の位置を示す図である。
【図6b】第２シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された推力を示す図である。
【図6c】第２シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により算出された速度の候補値と実測速度との誤差を示す図である。
【図7a】第３シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された対象装置の位置を示す図である。
【図7b】第３シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された推力を示す図である。
【図7c】第３シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により算出された速度の候補値と実測速度との誤差を示す図である。
【図8a】第４シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された対象装置の位置を示す図である。
【図8b】第４シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された推力を示す図である。
【図8c】第４シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により算出された速度の候補値と実測速度との誤差を示す図である。
【図9a】第５シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された対象装置の位置を示す図である。
【図9b】第５シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された位置と指令位置との誤差を示す図である。
【図9c】第５シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により制御された推力を示す図である。
【図9d】第５シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置により算出された速度の候補値と実測速度との誤差を示す図である。
【図10】本実施形態に係る制御装置により実行される第１制御処理のフローチャートである。
【図11】本実施形態に係る制御装置により実行される第２制御処理のフローチャートである。
【図12】本発明の第２実施形態に係る制御装置の制御ブロックを示す図である。
【図13】本発明の第３実施形態に係る制御装置の制御ブロックを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
【0034】
図１は、本発明の実施形態に係る制御システム１００のネットワーク構成を示す図である。制御システム１００は、制御信号に基づいて制御される対象装置２０と、対象装置２０の物理量を測定するセンサ３０と、指令値及びセンサ３０により測定された物理量に基づいて対象装置２０に制御信号を送りフィードバック制御を行う制御装置１０と、を備える。
【0035】
対象装置２０は、制御信号に基づいて制御される装置であればどのようなものであってもよい。以下では、説明を具体的にするため、可動部の位置をサーボモータによって制御する装置を仮定する。この場合、指令値は可動部の位置に関する目標値であり、制御信号はサーボモータの推力（トルク）である。
【0036】
センサ３０は、対象装置２０に関する任意の物理量を測定するものであってよい。例えば、対象装置２０が可動部の位置を制御する装置である場合、センサ３０は、当該可動部の位置を測定するものであってよい。
【0037】
制御装置１０、対象装置２０及びセンサ３０は、通信ネットワークＮによって互いに通信可能に接続される。通信ネットワークＮは、有線又は無線通信のネットワークであってよく、例えばEtherNet/IPやEtherCAT（登録商標）等の規格に従う通信ネットワークであったり、ローカル５Ｇネットワークであったりしてよい。
【0038】
図２は、本実施形態に係る制御装置１０の機能ブロックを示す図である。制御装置１０は、指令値生成部１１、制御信号生成部１２、取得部１３、算出部１４及び推定部１５を有する。
【0039】
指令値生成部１１は、例えば目標位置、移動時間、許容する最大速度及び許容する最大加速度等の設定値に従って指令値を生成する。制御装置１０の制御対象が対象装置２０の可動部の位置である場合、指令値の最終値は位置に関する目標値となる。指令値生成部１１は、制御装置１０の構成の一部であってよいが、別体の構成であってもよい。例えば、指令値生成部１１は、いわゆるコントローラの機能部として実現されてもよい。その場合、制御装置１０は、いわゆるコントローラと、いわゆるドライバ（例えばサーボドライバ）とを別体として含む装置であってよい。
【0040】
制御信号生成部１２は、指令値及びセンサ３０により測定された対象装置２０の物理量に基づいて、対象装置２０を制御するための制御信号を生成し、対象装置２０に送信する。対象装置２０が可動部の位置をサーボモータによって制御する装置である場合、制御信号は、サーボモータの推力（トルク）を制御する信号であってよい。
【0041】
取得部１３は、センサ３０により測定された対象装置２０の物理量を取得する。取得された物理量は、制御信号生成部１２により用いられる。ここで、対象装置２０の物理量は、例えば、対象装置２０の可動部の位置であってよい。
【0042】
算出部１４は、制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出する。むだ時間の複数の候補は、少なくとも２つの異なる値を含むが、３つ以上の異なる値を含んでもよい。算出部１４は、制御信号及びむだ時間の複数の候補それぞれについて、対象装置２０のモデルを仮定して複数の候補値を算出する。対象装置２０のモデルは、対象装置２０の可動部が従う運動方程式のモデルであり、例えば、可動部に加えられる推力と、慣性力及び摩擦力との間に成り立つ運動方程式に基づいて導かれたモデルであってよい。
【0043】
推力をｕと表し、慣性係数のモデル値をＪｍと表し、粘性摩擦係数のモデル値をＣｍと表し、むだ時間の３つの候補をＬｍＬ、Ｌｍ及びＬｍＨと表すとき、算出部１４は、ｕ×ｅ－ＬｍＬｓ×Ｖｍ（ｓ）、ｕ×ｅ－Ｌｍｓ×Ｖｍ（ｓ）及びｕ×ｅ－ＬｍＨｓ×Ｖｍ（ｓ）を求めることで、速度の３つの候補値を算出してよい。ここで、Ｖｍ（ｓ）＝１／（Ｊｍ×ｓ＋Ｃｍ）である。また、ｓはラプラス演算子（微分演算子のラプラス変換）を表す。
【0044】
推定部１５は、センサ３０により測定された物理量に基づく基準値と、複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する。例えばセンサ３０により対象装置２０の可動部の位置を測定する場合、基準値は速度（位置の時間微分）であってよい。この場合、推定部１５は、実測位置に基づく速度と、算出部１４により算出された速度の３つの候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する。
【0045】
本実施形態に係る制御装置１０によれば、センサ３０により実際に測定された対象装置２０の物理量に基づく基準値と、むだ時間について複数の候補を仮定して予測した物理量の複数の候補値とを比較することで、時刻情報の送受信のような追加構成を要さずに、適切にむだ時間を推定できる。
【0046】
推定部１５は、むだ時間の複数の候補のうち、基準値との差の絶対値が比較的小さくなる候補値に対応するむだ時間の候補をむだ時間と推定してもよい。例えば、算出部１４により速度の３つの候補値が算出された場合、推定部１５は、センサ３０により測定された対象装置２０の可動部の位置からその速度を求め、速度の３つの候補値と実測位置に基づく速度との差の絶対値を算出し、その絶対値が最小となる速度の候補値に対応するむだ時間の候補を制御システム１００のむだ時間と推定してもよい。
【0047】
このようにして、実際に測定された対象装置２０の物理量に基づく基準値をより良く再現するむだ時間の候補を選択することで、むだ時間の推定をより精度良く行うことができる。
【0048】
制御装置１０は、対象装置２０のモデル及びむだ時間に基づくスミス補償器を有してよく、推定部１５により推定されたむだ時間が更新された場合に、スミス補償器に更新後のむだ時間を設定してよい。ここで、スミス補償器に更新後のむだ時間を設定するタイミングは、一単位の制御ループ処理が終了した後であったり、一単位の制御ループ処理が実行されている途中であったりしてよい。
【0049】
スミス補償器に更新後のむだ時間を設定することで、むだ時間が時間的に変化する場合であっても、その変化に追従するようにむだ時間を更新することができ、より精度良く対象装置を制御することができる。
【0050】
制御装置１０は、対象装置２０のモデル及びむだ時間に基づくスミス補償器を有してよく、少なくとも推定部１５により推定されたむだ時間が更新された場合に、スミス補償器に更新後のむだ時間を設定するか否かの入力を受け付け、その入力に基づいて、スミス補償器に更新後又は更新前のむだ時間を設定してよい。制御装置１０は、推定部１５により推定されたむだ時間が更新される前、例えば制御ループ処理を開始する前に、推定部１５により推定されたむだ時間が更新された場合にスミス補償器に更新後のむだ時間を設定するか否かの入力を予め受け付けてもよい。
【0051】
むだ時間の更新をスミス補償器に反映させるか否かの入力を受け付けることで、制御システム１００の挙動に関する予見性を向上させることができる。
【0052】
算出部１４は、推定部１５により推定されたむだ時間が更新された場合に、更新後のむだ時間に基づいて、むだ時間の複数の候補を更新してもよい。例えば、むだ時間がＬｍからＬｍ＋ΔＬに更新された場合、算出部１４は、むだ時間の３つの候補をＬｍＬ＋ΔＬ、Ｌｍ＋ΔＬ及びＬｍＨ＋ΔＬにそれぞれ更新してもよい。
【0053】
むだ時間の複数の候補を更新することで、むだ時間が時間的に変化する場合であっても、むだ時間の複数の候補を適宜更新することができ、むだ時間をより精度良く推定することができる。
【0054】
制御装置１０は、複数の候補値と基準値との比較結果を表示する表示部をさらに有してもよい。表示態様の例については後に詳細に説明する。
【0055】
複数の候補値と基準値との比較結果を表示することで、むだ時間がどのように推定されているか把握することが容易になり、制御システム１００の挙動に関する予見性を向上させることができる。
【0056】
制御装置１０が、対象装置２０の位置及び速度の少なくともいずれかを制御する場合、センサ３０は、対象装置２０の位置及び速度の少なくともいずれかを測定し、算出部１４は、制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、速度の複数の候補値を算出し、推定部１５は、センサ３０により測定された速度又はセンサ３０により測定された位置に基づく速度と、速度の複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定してよい。ここで、センサ３０により測定された位置に基づく速度は、センサ３０により測定された位置を時間微分することで求められる。
【0057】
積分演算を必要としない速度について複数の候補値と直接又は間接に測定された速度とを比較することで、むだ時間の推定を比較的高速に行うことができる。
【0058】
図３は、本実施形態に係る制御装置１０の制御ブロック図である。以下では、制御装置１０によって対象装置２０の可動部の位置を制御する場合について説明する。また、可動部が従う運動方程式のモデルとして、可動部に加えられる推力と、慣性力及び摩擦力との間に成り立つ運動方程式を考える。
【0059】
はじめに、制御装置１０は、指令値ｒを生成する（Ｓ４０）。本例の場合、指令値ｒは位置に関する値であり、指令値ｒの最終値は目標値となる。指令値ｒはＰＩＤ制御Ｇ（ｓ）に入力され、推力を表す制御信号ｕが出力される（Ｓ４１）。なお、同図ではフィードフォワード制御ブロックを省略しているが、制御ブロックとしてフィードフォワード制御ブロックを含んでもよく、例えば、モデル追従型２自由度制御を適用してよい。
【0060】
制御装置１０は、むだ時間の推定値Ｌｍに関する要素（１－ｅ－Ｌｍｓ）を制御信号ｕに乗じて（Ｓ４２）、制御対象のモデルＰｍ（ｓ）を乗じることで（Ｓ４３）、スミス補償量を算出する。算出されたスミス補償量は、ＰＩＤ制御Ｇ（ｓ）にフィードバックされる。ここで、制御対象は、対象装置２０の一部（例えば可動部）又は全部である。また、制御対象のモデルＰｍ（ｓ）は、Ｐｍ（ｓ）＝１／（Ｊｍ×ｓ＋Ｃｍ）ｓである。
【0061】
そして、むだ時間Ｌだけ時間遅れｅ－Ｌｓが生じた後（Ｓ４４）、制御信号ｕが制御対象Ｐ（ｓ）に入力される（Ｓ４５）。制御対象Ｐ（ｓ）は、Ｐ（ｓ）＝１／（Ｊ×ｓ＋Ｃ）ｓと表されるが、真の慣性係数Ｊ及び摩擦係数Ｃは未知であることが通常である。なお、むだ時間が通信遅延の場合、制御信号ｕの伝送についてＬ１の遅延が生じ、制御対象Ｐ（ｓ）の物理量である位置ｙの伝送についてＬ２の遅延が生じることがあるが、本例ではＬ＝Ｌ１＋Ｌ２としてまとめて表している。遅延時間が時間変動しない場合、このような置き換えを行うことができる。
【0062】
その後、制御対象Ｐ（ｓ）の物理量である位置ｙが読み取られ、ＰＩＤ制御Ｇ（ｓ）にフィードバックされる。制御装置１０は、所定の周期でこのような制御を繰り返すことで、位置ｙが指令値ｒに追従するように制御を行う。
【0063】
また、制御信号ｕに対してむだ時間の候補ＬｍＬに基づく時間遅れｅ－ＬｍＬｓが乗算され（Ｓ４６Ｌ）、さらに速度のモデルＶｍ（ｓ）が乗算されて（Ｓ４７）、むだ時間の候補ＬｍＬに関する候補値が算出される。同様に、制御信号ｕに対してむだ時間の候補Ｌｍに基づく時間遅れｅ－Ｌｍｓが乗算され（Ｓ４６）、さらに速度のモデルＶｍ（ｓ）が乗算されて（Ｓ４７）、むだ時間の候補Ｌｍに関する候補値が算出される。また、制御信号ｕに対してむだ時間の候補ＬｍＨに基づく時間遅れｅ－ＬｍＨｓが乗算され（Ｓ４６Ｈ）、さらに速度のモデルＶｍ（ｓ）が乗算されて（Ｓ４７）、むだ時間の候補ＬｍＨに関する候補値が算出される。なお、前述のようにＶｍ（ｓ）＝１／（Ｊｍ×ｓ＋Ｃｍ）である。
【0064】
一方で、制御対象Ｐ（ｓ）の位置ｙの時間微分が求められ（Ｓ４８）、むだ時間の候補ＬｍＬに関する候補値との差ＶＥＥＬと、むだ時間の候補Ｌｍに関する候補値との差ＶＥＥと、むだ時間の候補ＬｍＨに関する候補値との差ＶＥＥＨとが算出され、ＶＥＥＬ，ＶＥＥ及びＶＥＥＨに基づいてむだ時間推定が行われる（Ｓ４９）。
【0065】
図４は、本実施形態に係る制御装置１０の物理的構成を示す図である。制御装置１０は、演算部に相当するＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａと、記憶部に相当するＲＡＭ（Random Access Memory）１０ｂと、記憶部に相当するＲＯＭ（Read Only Memory）１０ｃと、通信部１０ｄと、入力部１０ｅと、表示部１０ｆと、を有する。これらの各構成は、バスを介して相互にデータ送受信可能に接続される。なお、本例では制御装置１０が一台のコンピュータで構成される場合について説明するが、制御装置１０は、複数のコンピュータが組み合わされて実現されてもよい。また、図４で示す構成は一例であり、制御装置１０はこれら以外の構成を有してもよいし、これらの構成のうち一部を有さなくてもよい。
【0066】
ＣＰＵ１０ａは、ＲＡＭ１０ｂ又はＲＯＭ１０ｃに記憶されたプログラムの実行に関する制御やデータの演算、加工を行う制御部である。ＣＰＵ１０ａは、むだ時間の推定及びむだ時間の推定値に基づく対象装置２０の制御を行わせるプログラム（制御プログラム）を実行する演算部である。ＣＰＵ１０ａは、入力部１０ｅや通信部１０ｄから種々のデータを受け取り、データの演算結果を表示部１０ｆに表示したり、ＲＡＭ１０ｂに格納したりする。
【0067】
ＲＡＭ１０ｂは、記憶部のうちデータの書き換えが可能なものであり、例えば半導体記憶素子で構成されてよい。ＲＡＭ１０ｂは、ＣＰＵ１０ａが実行するプログラム、むだ時間の推定に用いる初期値といったデータを記憶してよい。なお、これらは例示であって、ＲＡＭ１０ｂには、これら以外のデータが記憶されていてもよいし、これらの一部が記憶されていなくてもよい。
【0068】
ＲＯＭ１０ｃは、記憶部のうちデータの読み出しが可能なものであり、例えば半導体記憶素子で構成されてよい。ＲＯＭ１０ｃは、例えば制御プログラムや、書き換えが行われないデータを記憶してよい。
【0069】
通信部１０ｄは、装置１０を他の機器に接続するインターフェースである。通信部１０ｄは、ＬＡＮ等の通信ネットワークに接続されてよい。
【0070】
入力部１０ｅは、ユーザからデータの入力を受け付けるものであり、例えば、キーボード及びタッチパネルを含んでよい。
【0071】
表示部１０ｆは、ＣＰＵ１０ａによる演算結果を視覚的に表示するものであり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）により構成されてよい。表示部１０ｆは、例えば、物理量の複数の候補値と実測された物理量との比較結果を表示してよい。
【0072】
制御プログラムは、ＲＡＭ１０ｂやＲＯＭ１０ｃ等のコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に記憶されて提供されてもよいし、通信部１０ｄにより接続される通信ネットワークを介して提供されてもよい。制御装置１０では、ＣＰＵ１０ａが制御プログラムを実行することにより、図２を用いて説明した様々な動作が実現される。なお、これらの物理的な構成は例示であって、必ずしも独立した構成でなくてもよい。例えば、制御装置１０は、ＣＰＵ１０ａとＲＡＭ１０ｂやＲＯＭ１０ｃが一体化したＬＳＩ（Large-Scale Integration）を備えていてもよい。
【0073】
図５ａは、第１シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により制御された対象装置２０の位置ｙ１を示す図である。同図では、制御装置１０により制御された対象装置２０の位置ｙ１を実線で示し、指令位置ｒを破線で示している。本シミュレーション例において、指令位置ｒは、時刻１０[ｍｓ]から２５０[ｍｓ]までの間に原点から１００[ｍｍ]まで単調増加する。移動の際の最大加速度は１００００[ｍｍ／ｓ２]である。
【0074】
本シミュレーション例のその他の条件は以下のとおりである。慣性質量Ｊは１０ｋｇ、粘性摩擦係数Ｃは０[Ｎｓ／ｍ]、制御周期Ｔｓは０．２５[ｍｓ]、むだ時間周期数Ｄ＝Ｌ／Ｔｓは２０である。本シミュレーション例においてモデル化誤差は生じていないと仮定する。本シミュレーション例におけるむだ時間の候補は、ＬｍＬ／Ｔｓ＝１９、Ｌｍ／Ｔｓ＝２０及びＬｍＨ／Ｔｓ＝２１である。
【0075】
本実施形態に係る制御装置１０により制御された対象装置２０の位置ｙ１は、目標値である１００[ｍｍ]に収束している。
【0076】
図５ｂは、第１シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により制御された位置と指令位置との誤差を示す図である。同図では、図５ａに示すｒとｙ１との差を示している。誤差は、指令位置が変化する間３．５[ｍｍ]程度まで拡大するが、指令位置が目標位置に達して一定となった後には急速にゼロに収束している。
【0077】
図５ｃは、第１シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により制御された推力を示す図である。推力は、制御装置１０から対象装置２０に送信される制御信号である。推力は、正の加速度が生じる期間と負の加速度が生じる期間に逆符号で生成されている。
【0078】
図５ｄは、第１シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により算出された速度の候補値と実測速度との誤差を示す図である。本シミュレーション例では、制御装置１０は、むだ時間の候補ＬｍＬ、Ｌｍ及びＬｍＨに対応する速度の候補を算出し、実測速度との誤差ＶＥＥＬ１、ＶＥＥ１及びＶＥＥＨ１を算出している。
【0079】
むだ時間の候補ＬｍＬに対応する速度誤差ＶＥＥＬ１の絶対値は２．５[ｍｍ／ｓ]程度であり、むだ時間の候補ＬｍＨに対応する速度誤差ＶＥＥＨ１の絶対値は２．２[ｍｍ／ｓ]程度であり、むだ時間の候補Ｌｍに対応する速度誤差ＶＥＥ１の絶対値は０[ｍｍ／ｓ]程度である。この場合、制御装置１０は、速度誤差の絶対値が最小である速度の候補値
に対応するむだ時間の候補Ｌｍをむだ時間の推定値としてよい。なお、本シミュレーション例の場合、スミス補償器において既に用いられているむだ時間パラメータが推定値となる。このようにして、本実施形態に係る制御装置１０によれば、タイムスタンプ機能等の追加構成を必要とせずに、むだ時間を適切に推定することができる。
に対応するむだ時間の候補Ｌｍをむだ時間の推定値としてよい。なお、本シミュレーション例の場合、スミス補償器において既に用いられているむだ時間パラメータが推定値となる。このようにして、本実施形態に係る制御装置１０によれば、タイムスタンプ機能等の追加構成を必要とせずに、むだ時間を適切に推定することができる。
【0080】
制御装置１０は、速度の候補値と実測速度との誤差を表示部に表示してもよい。また、制御装置１０は、誤差の絶対値が最小である速度の候補値に対応する誤差曲線と、それ以外の誤差曲線とを異なる態様で示し、誤差の絶対値が最小である速度の候補値に対応するむだ時間の候補Ｌｍの値を併せて表示してもよい。
【0081】
図６ａは、第２シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により制御された対象装置２０の位置を示す図である。同図では、制御装置１０により制御された対象装置２０の位置ｙ２を実線で示し、指令位置ｒを破線で示している。本シミュレーション例において、指令位置ｒは、時刻１０[ｍｓ]から２５０[ｍｓ]までの間に原点から１００[ｍｍ]まで単調増加する。移動の際の最大加速度は１００００[ｍｍ／ｓ２]である。
【0082】
本シミュレーション例のその他の条件は以下のとおりである。慣性質量Ｊは１０ｋｇ、粘性摩擦係数Ｃは０[Ｎｓ／ｍ]、制御周期Ｔｓは０．２５[ｍｓ]、むだ時間周期数Ｄ＝Ｌ／Ｔｓは１９である。本シミュレーション例においてモデル化誤差は生じていないと仮定する。本シミュレーション例におけるむだ時間の候補は、ＬｍＬ／Ｔｓ＝１９、Ｌｍ／Ｔｓ＝２０及びＬｍＨ／Ｔｓ＝２１である。
【0083】
本実施形態に係る制御装置１０により制御された対象装置２０の位置ｙ２は、目標値である１００[ｍｍ]に収束している。
【0084】
図６ｂは、第２シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により制御された推力を示す図である。推力は、制御装置１０から対象装置２０に送信される制御信号である。推力は、正の加速度が生じる期間と負の加速度が生じる期間に逆符号で生成されている。
【0085】
図６ｃは、第２シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により算出された速度の候補値と実測速度との誤差を示す図である。本シミュレーション例では、制御装置１０は、むだ時間の候補ＬｍＬ、Ｌｍ及びＬｍＨに対応する速度の候補を算出し、実測速度との誤差ＶＥＥＬ２、ＶＥＥ２及びＶＥＥＨ２を算出している。
【0086】
むだ時間の候補ＬｍＨに対応する速度誤差ＶＥＥＨ２の絶対値は５[ｍｍ／ｓ]程度であり、むだ時間の候補Ｌｍに対応する速度誤差ＶＥＥ２の絶対値は２．５[ｍｍ／ｓ]程度であり、むだ時間の候補ＬｍＬに対応する速度誤差ＶＥＥＬ２の絶対値は０[ｍｍ／ｓ]程度である。この場合、制御装置１０は、速度誤差の絶対値が最小である速度の候補値
に対応するむだ時間の候補ＬｍＬをむだ時間の推定値としてよい。このようにして、本実施形態に係る制御装置１０によれば、タイムスタンプ機能等の追加構成を必要とせずに、むだ時間を適切に推定することができる。
に対応するむだ時間の候補ＬｍＬをむだ時間の推定値としてよい。このようにして、本実施形態に係る制御装置１０によれば、タイムスタンプ機能等の追加構成を必要とせずに、むだ時間を適切に推定することができる。
【0087】
図７ａは、第３シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により制御された対象装置２０の位置を示す図である。同図では、制御装置１０により制御された対象装置２０の位置ｙ３を実線で示し、指令位置ｒを破線で示している。本シミュレーション例において、指令位置ｒは、時刻１０[ｍｓ]から２５０[ｍｓ]までの間に原点から１００[ｍｍ]まで単調増加する。移動の際の最大加速度は１００００[ｍｍ／ｓ２]である。
【0088】
本シミュレーション例のその他の条件は以下のとおりである。慣性質量Ｊは１０ｋｇ、粘性摩擦係数Ｃは０[Ｎｓ／ｍ]、制御周期Ｔｓは０．２５[ｍｓ]、むだ時間周期数Ｄ＝Ｌ／Ｔｓは１５である。本シミュレーション例においてモデル化誤差は生じていないと仮定する。本シミュレーション例におけるむだ時間の候補は、ＬｍＬ／Ｔｓ＝１９、Ｌｍ／Ｔｓ＝２０及びＬｍＨ／Ｔｓ＝２１である。
【0089】
本実施形態に係る制御装置１０により制御された対象装置２０の位置ｙ３は、目標値である１００[ｍｍ]に収束している。
【0090】
図７ｂは、第３シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により制御された推力を示す図である。推力は、制御装置１０から対象装置２０に送信される制御信号である。推力は、正の加速度が生じる期間と負の加速度が生じる期間に逆符号で生成されている。
【0091】
図７ｃは、第３シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により算出された速度の候補値と実測速度との誤差を示す図である。本シミュレーション例では、制御装置１０は、むだ時間の候補ＬｍＬ、Ｌｍ及びＬｍＨに対応する速度の候補を算出し、実測速度との誤差ＶＥＥＬ３、ＶＥＥ３及びＶＥＥＨ３を算出している。
【0092】
むだ時間の候補ＬｍＬに対応する速度誤差ＶＥＥＬ３の絶対値は１０[ｍｍ／ｓ]程度であり、むだ時間の候補Ｌｍに対応する速度誤差ＶＥＥ３の絶対値は１２．５[ｍｍ／ｓ]程度であり、むだ時間の候補ＬｍＨに対応する速度誤差ＶＥＥＨ３の絶対値は１５[ｍｍ／ｓ]程度である。ここで、３つの速度誤差は同符号である。この場合、制御装置１０は、３つの速度誤差のうち少なくとも２つを用いた外挿によりむだ時間を推定してよい。例えば、制御装置１０は、むだ時間をＬｍＬ／Ｔｓ－ＶＥＥＬ３×（（Ｌｍ－ＬｍＬ）／Ｔｓ）／（ＶＥＥ３－ＶＥＥＬ３）＝１５と推定してよい。また、制御装置１０は、複数のむだ時間の候補と、複数の速度誤差とについて線形回帰によって回帰式を求め、速度誤差がゼロになるようにむだ時間を推定してよい。このようにして、本実施形態に係る制御装置１０によれば、タイムスタンプ機能等の追加構成を必要とせずに、むだ時間を適切に推定することができる。
【0093】
制御装置１０は、複数の速度誤差のうち少なくとも２つを用いた外挿によりむだ時間を推定する場合、むだ時間及び速度誤差に関する回帰直線のグラフを表示し、速度誤差がゼロとなるむだ時間の推定値を視覚的に示してもよい。
【0094】
図８ａは、第４シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により制御された対象装置２０の位置を示す図である。同図では、制御装置１０により制御された対象装置２０の位置ｙ４を実線で示し、指令位置ｒを破線で示している。本シミュレーション例において、指令位置ｒは、時刻１０[ｍｓ]から２５０[ｍｓ]までの間に原点から１００[ｍｍ]まで単調増加する。移動の際の最大加速度は１００００[ｍｍ／ｓ２]である。
【0095】
本シミュレーション例のその他の条件は以下のとおりである。慣性質量Ｊは１０ｋｇ、粘性摩擦係数Ｃは０[Ｎｓ／ｍ]、制御周期Ｔｓは０．２５[ｍｓ]、むだ時間周期数Ｄ＝Ｌ／Ｔｓは１７である。本シミュレーション例においてモデル化誤差は生じていないと仮定する。本シミュレーション例におけるむだ時間の候補は、ＬｍＬ／Ｔｓ＝１５、Ｌｍ／Ｔｓ＝２０及びＬｍＨ／Ｔｓ＝２５である。
【0096】
本実施形態に係る制御装置１０により制御された対象装置２０の位置ｙ４は、目標値である１００[ｍｍ]に収束している。
【0097】
図８ｂは、第４シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により制御された推力を示す図である。推力は、制御装置１０から対象装置２０に送信される制御信号である。推力は、正の加速度が生じる期間と負の加速度が生じる期間に逆符号で生成されている。
【0098】
図８ｃは、第４シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により算出された速度の候補値と実測速度との誤差を示す図である。本シミュレーション例では、制御装置１０は、むだ時間の候補ＬｍＬ、Ｌｍ及びＬｍＨに対応する速度の候補を算出し、実測速度との誤差ＶＥＥＬ４、ＶＥＥ４及びＶＥＥＨ４を算出している。
【0099】
正の推力が加えられている時刻１０[ｍｓ]から８０[ｍｓ]程度までに着目すると、むだ時間の候補ＬｍＬに対応する速度誤差ＶＥＥＬ４は５[ｍｍ／ｓ]程度であり、むだ時間の候補Ｌｍに対応する速度誤差ＶＥＥ４は－８[ｍｍ／ｓ]程度であり、むだ時間の候補ＬｍＨに対応する速度誤差ＶＥＥＨ４は－２０[ｍｍ／ｓ]程度である。ここで、ＶＥＥＬ４とＶＥＥ４及びＶＥＥＨ４とは逆符号である。この場合、制御装置１０は、３つの速度誤差のうち少なくとも２つを用いた内挿によりむだ時間を推定してよい。例えば、制御装置１０は、むだ時間をＬｍＬ／Ｔｓ－ＶＥＥＬ４×（（Ｌｍ－ＬｍＬ）／Ｔｓ）／（ＶＥＥ４－ＶＥＥＬ４）＝１６．９と推定してよい。また、制御装置１０は、複数のむだ時間の候補と、複数の速度誤差とについて線形回帰によって回帰式を求め、速度誤差がゼロになるようにむだ時間を推定してよい。このようにして、本実施形態に係る制御装置１０によれば、タイムスタンプ機能等の追加構成を必要とせずに、むだ時間を適切に推定することができる。
【0100】
制御装置１０は、複数の速度誤差のうち少なくとも２つを用いた内挿によりむだ時間を推定する場合、むだ時間及び速度誤差に関する回帰直線のグラフを表示し、速度誤差がゼロとなるむだ時間の推定値を視覚的に示してもよい。
【0101】
図９ａは、第５シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により制御された対象装置２０の位置を示す図である。同図では、制御装置１０により制御された対象装置２０の位置ｙ５を実線で示し、指令位置ｒを破線で示している。本シミュレーション例において、指令位置ｒは、時刻１０[ｍｓ]から２５０[ｍｓ]までの間に原点から１００[ｍｍ]まで単調増加する。本シミュレーション例では、第１から第４シミュレーション例の場合と異なり、５次軌道に従う指令位置ｒが生成されている。
【0102】
本シミュレーション例のその他の条件は以下のとおりである。慣性質量Ｊは１０ｋｇ、粘性摩擦係数Ｃは０[Ｎｓ／ｍ]、制御周期Ｔｓは０．２５[ｍｓ]、むだ時間周期数Ｄ＝Ｌ／Ｔｓは２０である。本シミュレーション例においてモデル化誤差は生じていないと仮定する。本シミュレーション例におけるむだ時間の候補は、ＬｍＬ／Ｔｓ＝１９、Ｌｍ／Ｔｓ＝２０及びＬｍＨ／Ｔｓ＝２１である。
【0103】
本実施形態に係る制御装置１０により制御された対象装置２０の位置ｙ５は、目標値である１００[ｍｍ]に収束している。
【0104】
図９ｂは、第５シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により制御された位置と指令位置との誤差を示す図である。同図では、図９ａに示すｒとｙ５との差を示している。誤差は、指令位置が変化する間５[ｍｍ]程度まで拡大するが、指令位置が目標位置に達して一定となった後には急速にゼロに収束している。
【0105】
図９ｃは、第５シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により制御された推力を示す図である。推力は、制御装置１０から対象装置２０に送信される制御信号である。推力は、正の加速度が生じる期間と負の加速度が生じる期間に逆符号で生成されている。
【0106】
図９ｄは、第５シミュレーション例において本実施形態に係る制御装置１０により算出された速度の候補値と実測速度との誤差を示す図である。本シミュレーション例では、制御装置１０は、むだ時間の候補ＬｍＬ、Ｌｍ及びＬｍＨに対応する速度の候補を算出し、実測速度との誤差ＶＥＥＬ５、ＶＥＥ５及びＶＥＥＨ５を算出している。
【0107】
むだ時間の候補ＬｍＬに対応する速度誤差ＶＥＥＬ５の最大値は２．５[ｍｍ／ｓ]程度であり、むだ時間の候補Ｌｍに対応する速度誤差ＶＥＥ５の絶対値は０[ｍｍ／ｓ]程度であり、むだ時間の候補ＬｍＨに対応する速度誤差ＶＥＥＨ５の最大値は２．５[ｍｍ／ｓ]程度である。この場合、制御装置１０は、速度誤差の絶対値が最小である速度の候補値
に対応するむだ時間の候補Ｌｍをむだ時間の推定値としてよい。
に対応するむだ時間の候補Ｌｍをむだ時間の推定値としてよい。
【0108】
また、本シミュレーション例のように速度誤差が時間的に連続変化する場合、誤差の絶対値が極大となる時刻を選んでむだ時間の推定を行ってもよい。本シミュレーション例の場合、時刻７０[ｍｓ]程度及び時刻２１０[ｍｓ]程度のいずれかを選んでよい。誤差の絶対値が極大となる時刻を選ぶことで、速度誤差がゼロになるようなむだ時間をより精度良く推定することができる。
【0109】
制御装置１０は、誤差の絶対値が極大となる時刻を選んでむだ時間の推定を行う場合、選択した時刻を表示部に表示してもよい。また、誤差の絶対値が極大となる時刻が複数存在する場合、制御装置１０は、いずれの時刻を用いるか入力を受け付けてもよい。
【0110】
図１０は、本実施形態に係る制御装置１０により実行される第１制御処理のフローチャートである。はじめに、制御装置１０は、初期値の設定を行う（Ｓ１０）。初期値の設定は、例えば、対象装置２０のモデル値を設定すること、制御信号である推力をゼロに初期化すること、むだ時間の複数の候補となる値を設定することを含んでよい。
【0111】
その後、制御装置１０は、制御ループ処理を開始する。制御ループは、所定の制御周期で繰り返し実行される。ここで、制御周期は、例えば０．２５[ｍｓ]としてよい。
【0112】
制御ループにおいて、制御装置１０は、指令位置、センサ３０により測定された対象装置２０の位置、前回算出されたスミス補償量に基づいてＰＩＤ制御計算を行う（Ｓ１１）。ＰＩＤ制御計算により制御信号である推力が算出される。制御装置１０は、算出した推力に基づいて対象装置２０を制御する。
【0113】
また、制御装置１０は、対象装置２０のモデル及びむだ時間に基づいて、スミス補償量を計算する（Ｓ１２）。
【0114】
さらに、制御装置１０は、速度の複数の候補値を算出し、センサ３０による実測に基づく速度との誤差を計算し（Ｓ１３）、記憶部に記憶する。
【0115】
制御装置１０は、制御ループ処理を終えて制御終了するか否か判定する（Ｓ１４）。制御を継続する場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ＰＩＤ制御計算（Ｓ１１）から速度誤差計算（Ｓ１３）までの処理を再び実行する。制御終了の場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、制御ループを抜ける。
【0116】
制御ループを抜けた後、制御装置１０は、記憶された速度誤差に基づいてむだ時間を推定する。制御装置１０は、むだ時間の複数の候補に対応する速度誤差それぞれについて絶対値の平均値を求め、例えば誤差の絶対値が最小となる速度の候補値に対応するむだ時間の候補をむだ時間の推定値としてよい。また、制御装置１０は、むだ時間の複数の候補に対応する複数の速度誤差に基づいて内挿又は外挿を行い、内挿又は外挿の係数の平均値に基づいて誤差がゼロに近くなる速度に対応するむだ時間をむだ時間の推定値としてもよい。
【0117】
制御装置１０は、むだ時間の推定値が現在用いられているむだ時間と異なる場合に、スミス補償器に設定するむだ時間パラメータを更新するか否かの入力を受け付けてもよい。その際、速度誤差のグラフを表示部に表示したり、更新前のむだ時間と新たなむだ時間の推定値とを表示したりしてもよい。
【0118】
図１１は、本実施形態に係る制御装置１０により実行される第２制御処理のフローチャートである。第２制御処理は、制御ループの間にむだ時間を更新する処理である。はじめに、制御装置１０は、初期値の設定を行う（Ｓ２０）。初期値の設定は、例えば、対象装置２０のモデル値を設定すること、制御信号である推力をゼロに初期化すること、むだ時間の複数の候補となる値を設定することを含んでよい。
【0119】
その後、制御装置１０は、制御ループ処理を開始する。制御ループは、所定の制御周期で繰り返し実行される。ここで、制御周期は、例えば０．２５[ｍｓ]としてよい。
【0120】
制御ループにおいて、制御装置１０は、指令位置、センサ３０により測定された対象装置２０の位置、前回算出されたスミス補償量に基づいてＰＩＤ制御計算を行う（Ｓ２１）。ＰＩＤ制御計算により制御信号である推力が算出される。制御装置１０は、算出した推力に基づいて対象装置２０を制御する。
【0121】
また、制御装置１０は、対象装置２０のモデル及びむだ時間に基づいて、スミス補償量を計算する（Ｓ２２）。
【0122】
さらに、制御装置１０は、速度の複数の候補値を算出し、センサ３０による実測に基づく速度との誤差を計算する（Ｓ２３）。
【0123】
制御装置１０は、算出された速度誤差に基づいてむだ時間を推定する（Ｓ２４）。制御装置１０は、例えば誤差の絶対値が最小となる速度の候補値に対応するむだ時間の候補をむだ時間の推定値としてよい。また、制御装置１０は、複数の速度誤差に基づいて内挿又は外挿を行い、誤差がゼロに近くなる速度に対応するむだ時間をむだ時間の推定値としてもよい。
【0124】
その後、制御装置１０は、スミス補償器に設定するむだ時間パラメータを更新する（Ｓ２５）。制御装置１０は、むだ時間パラメータの更新を自動的に行うか否かについて予め入力を受け付けてもよい。また、制御装置１０は、更新前のむだ時間と更新後のむだ時間の差の絶対値が所定値以上である場合にスミス補償器に設定するむだ時間パラメータを更新し、当該差の絶対値が所定値未満である場合にはスミス補償器に設定するむだ時間パラメータを変更しないこととしてもよい。
【0125】
制御装置１０は、制御ループ処理を終えて制御終了するか否か判定する（Ｓ２６）。制御を継続する場合（Ｓ２６：ＮＯ）、ＰＩＤ制御計算（Ｓ２１）からむだ時間パラメータ更新（Ｓ２５）までの処理を再び実行する。制御終了の場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、制御ループを抜け、制御処理を終了する。
【0126】
図１２は、本発明の第２実施形態に係る制御装置１０Ａの制御ブロックを示す図である。本実施形態に係る制御装置１０Ａは、対象装置２０の位置及び速度の少なくともいずれかを制御し、センサ３０は、対象装置２０の位置を測定し、算出部１４は、制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、位置の複数の候補値を算出し、推定部１５は、センサ３０により測定された位置と、位置の複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する点で第１実施形態に係る制御装置１０と相違する。その他の構成について、本実施形態に係る制御装置１０Ａは、第１実施形態に係る制御装置１０と同様の構成を有し、本実施形態に係る制御装置１０Ａの機能ブロックは、図２に示す第１実施形態に係る制御装置１０の機能ブロックと同様である。
【0127】
本実施形態においては、制御信号ｕに対してむだ時間の候補ＬｍＬに基づく時間遅れｅ－ＬｍＬｓが乗算され（Ｓ４６Ｌ）、さらに位置のモデルＰｍ（ｓ）が乗算されて（Ｓ４７ａ）、むだ時間の候補ＬｍＬに関する候補値が算出される。同様に、制御信号ｕに対してむだ時間の候補Ｌｍに基づく時間遅れｅ－Ｌｍｓが乗算され（Ｓ４６）、さらに位置のモデルＰｍ（ｓ）が乗算されて（Ｓ４７）、むだ時間の候補Ｌｍに関する候補値が算出される。また、制御信号ｕに対してむだ時間の候補ＬｍＨに基づく時間遅れｅ－ＬｍＨｓが乗算され（Ｓ４６Ｈ）、さらに位置のモデルＰｍ（ｓ）が乗算されて（Ｓ４７）、むだ時間の候補ＬｍＨに関する候補値が算出される。なお、前述のようにＰｍ（ｓ）＝１／（Ｊｍ×ｓ＋Ｃｍ）ｓである。
【0128】
一方で、制御対象Ｐ（ｓ）の位置ｙがセンサ３０により測定され、むだ時間の候補ＬｍＬに関する候補値との差ＰＥＥＬと、むだ時間の候補Ｌｍに関する候補値との差ＰＥＥと、むだ時間の候補ＬｍＨに関する候補値との差ＰＥＥＨとが算出され、ＰＥＥＬ、ＰＥＥ及びＰＥＥＨに基づいてむだ時間推定が行われる（Ｓ４９ａ）。
【0129】
このようにセンサ３０により測定された位置と直接比較することができる複数の候補値を算出することで、基準値（第１実施形態の場合速度）の算出を不要とすることができる。
【0130】
図１３は、本発明の第３実施形態に係る制御装置１０の制御ブロックを示す図である。本実施形態に係る制御装置１０Ｂは、算出部１４が、制御信号、過去に測定された物理量及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出する点で第１実施形態に係る制御装置１０と相違する。その他の構成について、本実施形態に係る制御装置１０Ｂは、第１実施形態に係る制御装置１０と同様の構成を有し、本実施形態に係る制御装置１０Ｂの機能ブロックは、図２に示す第１実施形態に係る制御装置１０の機能ブロックと同様である。
【0131】
制御周期をＴｓと表し、むだ時間周期数をｄｍ＝Ｌｍ／Ｔｓと表し、現在の制御周期をｎと表すとき、本実施形態においては、制御信号ｕ及び過去に測定された位置の時間微分（Ｓ４８）に基づいて、数式（１）によりむだ時間の候補Ｌｍに関する候補値ＥｓｔＶｅｌ（ｎ）が算出される（Ｓ５０）。
【0132】
【数1】
【0133】
ここで、ＡｃｔＶｅｌ（ｎ－１）は、一周期前の速度の実測値であり、ｕ（ｎ－ｄｍ）は、むだ時間周期前の推力である。なお、Ｊｍは慣性係数のモデル値であり、Ｃｍは粘性摩擦係数のモデル値である。数式（１）の右辺第二項は、むだ時間周期前の推力から摩擦力を引き、慣性係数で割って加速度を求め、制御周期の時間を掛けることで速度の差分を求めている。
【0134】
同様に、むだ時間の候補ＬｍＬに関する候補値は、数式（１）においてｄｍをＬｍＬ／Ｔｓに置き換えて算出される（Ｓ５０Ｌ）。また、むだ時間の候補ＬｍＨに関する候補値は、数式（１）においてｄｍをＬｍＨ／Ｔｓに置き換えて算出される（Ｓ５０Ｈ）。
【0135】
一方で、制御対象Ｐ（ｓ）の位置ｙの時間微分が求められ（Ｓ４８）、むだ時間の候補ＬｍＬに関する候補値との差ＶＥＥＬと、むだ時間の候補Ｌｍに関する候補値との差ＶＥＥと、むだ時間の候補ＬｍＨに関する候補値との差ＶＥＥＨとが算出され、ＶＥＥＬ、ＶＥＥ及びＶＥＥＨに基づいてむだ時間推定が行われる（Ｓ４９ｂ）。
【0136】
このように過去に測定された対象装置の物理量を参照することでも、時刻情報の送受信のような追加構成を必要とせず、適切にむだ時間を推定することができる。
【0137】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【0138】
［付記１］
制御信号に基づいて制御される対象装置（２０）と、
前記対象装置（２０）の物理量を測定するセンサ（３０）と、
指令値及び前記物理量に基づいて前記対象装置（２０）に前記制御信号を送りフィードバック制御を行う制御装置（１０）と、を備え、
前記制御装置（１０）は、
前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出する算出部（１４）と、
前記センサ（３０）により測定された物理量に基づく基準値と、前記複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する推定部（１５）と、を有する、
制御システム（１００）。
制御信号に基づいて制御される対象装置（２０）と、
前記対象装置（２０）の物理量を測定するセンサ（３０）と、
指令値及び前記物理量に基づいて前記対象装置（２０）に前記制御信号を送りフィードバック制御を行う制御装置（１０）と、を備え、
前記制御装置（１０）は、
前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出する算出部（１４）と、
前記センサ（３０）により測定された物理量に基づく基準値と、前記複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する推定部（１５）と、を有する、
制御システム（１００）。
【0139】
［付記２］
センサ（３０）により測定される対象装置（２０）の物理量及び指令値に基づいて前記対象装置（２０）に制御信号を送りフィードバック制御を行う制御装置（１０）であって、
前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出する算出部（１４）と、
前記センサ（３０）により測定された物理量に基づく基準値と、前記複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する推定部（１５）と、を有する、
制御装置（１０）。
センサ（３０）により測定される対象装置（２０）の物理量及び指令値に基づいて前記対象装置（２０）に制御信号を送りフィードバック制御を行う制御装置（１０）であって、
前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出する算出部（１４）と、
前記センサ（３０）により測定された物理量に基づく基準値と、前記複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定する推定部（１５）と、を有する、
制御装置（１０）。
【0140】
［付記３］
センサ（３０）により測定される対象装置（２０）の物理量及び指令値に基づいて前記対象装置（２０）に制御信号を送りフィードバック制御を行う制御方法であって、
前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出することと、
前記センサ（３０）により測定された物理量に基づく基準値と、前記複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定することと、
を含む制御方法。
センサ（３０）により測定される対象装置（２０）の物理量及び指令値に基づいて前記対象装置（２０）に制御信号を送りフィードバック制御を行う制御方法であって、
前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出することと、
前記センサ（３０）により測定された物理量に基づく基準値と、前記複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定することと、
を含む制御方法。
【0141】
［付記４］
センサ（３０）により測定される対象装置（２０）の物理量及び指令値に基づいて前記対象装置（２０）に制御信号を送りフィードバック制御を行う制御装置（１０）に、
前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出することと、
前記センサ（３０）により測定された物理量に基づく基準値と、前記複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定することと、
を実行させる制御プログラム。
センサ（３０）により測定される対象装置（２０）の物理量及び指令値に基づいて前記対象装置（２０）に制御信号を送りフィードバック制御を行う制御装置（１０）に、
前記制御信号及びむだ時間の複数の候補に基づいて、複数の候補値を算出することと、
前記センサ（３０）により測定された物理量に基づく基準値と、前記複数の候補値との比較に基づいて、むだ時間を推定することと、
を実行させる制御プログラム。
【符号の説明】
【0142】
１０…制御装置、１０ａ…ＣＰＵ、１０ｂ…ＲＡＭ、１０ｃ…ＲＯＭ、１０ｄ…通信部、１０ｅ…入力部、１０ｆ…表示部、１１…指令値生成部、１２…制御信号生成部、１３…取得部、１４…算出部、１５…推定部、２０…対象装置、３０…センサ、１００…制御システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5a】
【図5b】
【図5c】
【図5d】
【図6a】
【図6b】
【図6c】
【図7a】
【図7b】
【図7c】
【図8a】
【図8b】
【図8c】
【図9a】
【図9b】
【図9c】
【図9d】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】