特許 7089336 制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-14

(45)【発行日】2022-06-22

(54)【発明の名称】制御装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 11/32 20060101AFI20220615BHJP

【ＦＩ】

G05B11/32 C

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2018141227

(22)【出願日】2018-07-27

(65)【公開番号】P2020017187

(43)【公開日】2020-01-30

【審査請求日】2021-03-24

(73)【特許権者】

【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

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(72)【発明者】

【氏名】本橋 勇人

(72)【発明者】

【氏名】菅原 文仁

(72)【発明者】

【氏名】谷口 直俊

(72)【発明者】

【氏名】高木 亨

(72)【発明者】

【氏名】▲濱▼ノ園 亮

【審査官】松本 泰典

(56)【参考文献】

【文献】特表２００１－５１２２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平２－２０１６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平３－２０２１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１９５９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１８９４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００６０３５３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ １１／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｎ（ｎは２以上の整数）個の制御部が縦続接続されたカスケード制御系の制御装置において、
それぞれ目標値と制御量とを入力として操作量を算出するように構成されたｎ個の前記制御部と、
（ｉ－１）次（ｉは２～ｎの整数）制御部とｉ次制御部との間に設けられ、（ｉ－１）次制御部によって算出された操作量をｉ次制御部の目標値に変換するように構成された（ｎ－１）個の目標値変換部と、
これら目標値変換部で用いるパラメータと近似式とを設定するように構成された設定部とを備え、
ｎ個の前記制御部のうち、１次から（ｎ－１）次の各制御部は、算出した操作量を直後の前記目標値変換部に出力し、最終段のｎ次の制御部は、算出した操作量を制御対象の操作端に出力し、
各目標値変換部は、（ｉ－１）次制御部の目標値をＳＰ _ｉ－１ 、（ｉ－１）次制御部の制御量をＰＶ _ｉ－１ 、（ｉ－１）次制御部によって算出された操作量をＭＶ _ｉ－１ 、ｉ次制御部の目標値をＳＰ _ｉ 、予め設定されたｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値をＨ _ｉ 、予め設定されたｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値をＬ _ｉ 、（ｉ－１）次制御部の制御量ＰＶ _ｉ－１ とｉ次制御部の制御量ＰＶ _ｉ との関係を示す近似式から求まる基準量をｆ（ＰＶ _ｉ－１ ）、（ｉ－１）次制御部の目標値ＳＰ _ｉ－１ とｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ との関係を示す近似式から求まる基準量をｆ（ＳＰ _ｉ－１ ）としたとき、ＳＰ _ｉ ＝（Ｈ _ｉ －Ｌ _ｉ ）／１００×ＭＶ _ｉ－１ ＋Ｌ _ｉ ＋ｆ（ＰＶ _ｉ－１ ）またはＳＰ _ｉ ＝（Ｈ _ｉ －Ｌ _ｉ ）／１００×ＭＶ _ｉ－１ ＋Ｌ _ｉ ＋ｆ（ＳＰ _ｉ－１ ）により、（ｉ－１）次制御部によって算出された操作量ＭＶ _ｉ－１ をｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ に変換し、
前記設定部は、
近似式設定のための測定時に、ｎ次制御部から複数の所定の測定用操作量を制御対象の操作端に順次出力させるように構成された操作量設定部と、
各測定用操作量に対する１次からｎ次の各制御部の整定時制御量を測定用操作量毎に取得するように構成された制御量取得部と、
この制御量取得部によって取得された整定時制御量に基づいて、（ｉ－１）次制御部の制御量ＰＶ _ｉ－１ とｉ次制御部の制御量ＰＶ _ｉ との関係または（ｉ－１）次制御部の目標値ＳＰ _ｉ－１ とｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ との関係を示す近似式をｉ次目標値変換部毎に導出するように構成された近似式導出部と、
この近似式導出部によってｉ次目標値変換部毎に導出された近似式をそれぞれ対応するｉ次目標値変換部に設定するように構成された近似式設定部とを含むことを特徴とする制御装置。

【請求項2】

ｎ（ｎは２以上の整数）個の制御部が縦続接続されたカスケード制御系の制御装置において、
それぞれ目標値と制御量とを入力として操作量を算出するように構成されたｎ個の前記制御部と、
（ｉ－１）次（ｉは２～ｎの整数）制御部とｉ次制御部との間に設けられ、（ｉ－１）次制御部によって算出された操作量をｉ次制御部の目標値に変換するように構成された（ｎ－１）個の目標値変換部と、
これら目標値変換部で用いるパラメータと近似式とを設定するように構成された設定部とを備え、
ｎ個の前記制御部のうち、１次から（ｎ－１）次の各制御部は、算出した操作量を直後の前記目標値変換部に出力し、最終段のｎ次の制御部は、算出した操作量を制御対象の操作端に出力し、
各目標値変換部は、（ｉ－１）次制御部の目標値をＳＰ _ｉ－１ 、（ｉ－１）次制御部の制御量をＰＶ _ｉ－１ 、（ｉ－１）次制御部によって算出された操作量をＭＶ _ｉ－１ 、ｉ次制御部の目標値をＳＰ _ｉ 、予め設定されたｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値をＨ _ｉ 、予め設定されたｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値をＬ _ｉ 、（ｉ－１）次制御部の制御量ＰＶ _ｉ－１ とｉ次制御部の制御量ＰＶ _ｉ との関係を示す近似式から求まる基準量をｆ（ＰＶ _ｉ－１ ）、（ｉ－１）次制御部の目標値ＳＰ _ｉ－１ とｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ との関係を示す近似式から求まる基準量をｆ（ＳＰ _ｉ－１ ）としたとき、ＳＰ _ｉ ＝（Ｈ _ｉ －Ｌ _ｉ ）／１００×ＭＶ _ｉ－１ ＋Ｌ _ｉ ＋ｆ（ＰＶ _ｉ－１ ）またはＳＰ _ｉ ＝（Ｈ _ｉ －Ｌ _ｉ ）／１００×ＭＶ _ｉ－１ ＋Ｌ _ｉ ＋ｆ（ＳＰ _ｉ－１ ）により、（ｉ－１）次制御部によって算出された操作量ＭＶ _ｉ－１ をｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ に変換し、
前記設定部は、
近似式設定のための測定時に、ｎ次制御部から複数の所定の測定用操作量を制御対象の操作端に順次出力させるように構成された操作量設定部と、
各測定用操作量に対する１次からｎ次の各制御部の整定時制御量を測定用操作量毎に取得するように構成された制御量取得部と、
この制御量取得部によって取得された整定時制御量に基づいて、（ｉ－１）次制御部の制御量ＰＶ _ｉ－１ とｉ次制御部の制御量ＰＶ _ｉ との関係または（ｉ－１）次制御部の目標値ＳＰ _ｉ－１ とｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ との関係を示す近似式をｉ次目標値変換部毎に導出するように構成された近似式導出部と、
この近似式導出部によってｉ次目標値変換部毎に導出された近似式をそれぞれ対応するｉ次目標値変換部に設定するように構成された近似式設定部と、
初段の１次制御部の目標値ＳＰ _１ の変更に対して（ｉ－１）次制御部の制御量ＰＶ _ｉ－１ の所望の制御応答が得られることを条件として、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅が可能な限り狭くなるように、前記ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ _ｉ と前記ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ _ｉ とをｉ次目標値変換部毎に決定するように構成された上下限値決定部と、
この上下限値決定部によってｉ次目標値変換部毎に決定されたｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ _ｉ とｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ _ｉ とをそれぞれ対応するｉ次目標値変換部に設定するように構成された上下限値設定部とを含むことを特徴とする制御装置。

【請求項3】

請求項１または２記載の制御装置において、
前記近似式導出部は、前記測定用操作量の全範囲における（ｉ－１）次制御部の制御量ＰＶ _ｉ－１ とｉ次制御部の制御量ＰＶ _ｉ との関係を示す１つの近似式、または前記測定用操作量の全範囲における（ｉ－１）次制御部の目標値ＳＰ _ｉ－１ とｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ との関係を示す１つの近似式を導出することを特徴とする制御装置。

【請求項4】

請求項１または２記載の制御装置において、
前記近似式導出部は、前記測定用操作量の全範囲のうち、隣接する値の測定用操作量の組毎に、（ｉ－１）次制御部の制御量ＰＶ _ｉ－１ とｉ次制御部の制御量ＰＶ _ｉ との関係または（ｉ－１）次制御部の目標値ＳＰ _ｉ－１ とｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ との関係を示す近似式を導出し、
近似式設定後の各目標値変換部は、設定された複数の近似式のうち、ｎ次制御部から出力された操作量に対応する近似式を用いて、（ｉ－１）次制御部によって算出された操作量ＭＶ _ｉ－１ をｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ に変換することを特徴とする制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の制御部が縦続接続されたカスケード制御系の制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

むだ時間や時定数が大きい制御対象（プロセス）に有効な制御系としてカスケード制御が知られている。カスケード制御系は、プロセスからの複数の測定値（制御量）と、プロセスへの１つの操作量により図１１のように構成される制御系である。１次制御部１００₁は、１次プロセス１０１₁の制御量ＰＶ₁が目標値ＳＰ₁と一致するように操作量ＭＶ₁を算出する。２次制御部１００₂は、１次制御部１００₁から出力された操作量ＭＶ₁を目標値ＳＰ₂とし、２次プロセス１０１₂の制御量ＰＶ₂が目標値ＳＰ₂と一致するように操作量ＭＶ₂を算出して２次プロセス１０１₂に出力する。この図１１の例では、１次制御部１００₁と２次制御部１００₂と２次プロセス１０１₂と１次プロセス１０１₁とが１次側の制御ループを構成し、２次制御部１００₂と２次プロセス１０１₂とが２次側の制御ループを構成している。

【0003】

ただし、カスケード制御系を構成するためには、図１１のように１次プロセス１０１₁と２次プロセス１０１₂の切り分けのための２次プロセス制御量ＰＶ₂が必要となる。また、図１１に示したカスケード制御系は２段構成であるが、図１２のように多段構成にもできる。

【0004】

実用のカスケード制御系におけるｎ（ｎは２以上の整数）次以降の制御部では、直前の制御部の操作量ＭＶ_n-1を目標値ＳＰ_nとして使用するため、この操作量ＭＶ_n-1と目標値ＳＰ_nの静的特性を合わせ込むためのスケーリングが必要となる。さらに、カスケード制御はハンチングし易いため、ｎ次以降の制御部の目標値ＳＰ_nの値域に制限（リミット処理）を設けることが多い。スケーリングとリミット処理には、次の（I）～（III）の３方式が存在する。なお、以下の説明では、直前の（ｎ－１）次の構成を主（プライマリ）と呼び、後段のｎ次の構成を副（セカンダリ）と呼ぶこととする。

【0005】

（I）副制御部目標値ＳＰ_nの固定スケーリング・リミット。
ＳＰ_n＝（Ｈ_n－Ｌ_n）／１００×ＭＶ_n-1＋Ｌ_n ・・・（１）
式（１）において、ＭＶ_n-1は主制御部から出力された操作量、Ｈ_n（％）は副制御部目標値スケーリング・リミット上限値、Ｌ_n（％）は副制御部目標値スケーリング・リミット下限値である。

【0006】

（II）主制御部目標値ＳＰ_n-1をオフセットとした副制御部目標値ＳＰ_nの固定スケーリング・リミット。
ＳＰ_n＝（Ｈ_n－Ｌ_n）／１００×ＭＶ_n-1＋Ｌ_n＋ＳＰ_n-1 ・・・（２）

【0007】

（III）主制御部制御量ＰＶ_n-1をオフセットとした副制御部目標値ＳＰ_nの固定スケーリング・リミット。
ＳＰ_n＝（Ｈ_n－Ｌ_n）／１００×ＭＶ_n-1＋Ｌ_n＋ＰＶ_n-1 ・・・（３）

【0008】

上記の（I）の方式では、主制御部目標値ＳＰ_n-1を変更した場合、変更前後の主制御部操作量ＭＶ_n-1の平衡点が変化することで、副制御部目標値ＳＰ_nの変化域が広がる。したがって、副制御部目標値スケーリング・リミット上下限値Ｈ_n，Ｌ_n（％）を、主制御部目標値ＳＰ_n-1の変更による副制御部目標値ＳＰ_nの変化域全域を包含するように広めに設定しなければならない。その結果として、制御がハンチングし易くなり、カスケード制御系の安定性が損なわれる可能性があった。

【0009】

上記の（II）の方式では、主制御部目標値ＳＰ_n-1が副制御部目標値ＳＰ_nのオフセットとして反映されるため、主制御部目標値ＳＰ_n-1を変更した場合、副制御部目標値ＳＰ_nの変動幅を維持したまま、主制御部目標値ＳＰ_n-1の変更前後で同程度のスケール比率を維持できるため、制御を安定化させ易いという利点がある。しかしながら、（II）の方式で対応できるのは、主制御部目標値ＳＰ_n-1と副制御部目標値ＳＰ_nとが同種の物理量である場合（例えば主制御部目標値ＳＰ_n-1と副制御部目標値ＳＰ_nとが共に温度である場合）に限られる、という問題点があった。

【0010】

上記の（III）の方式では、制御応答として得られる主制御部制御量ＰＶ_n-1が、ステップ的な振る舞いになる可能性のある主制御部目標値ＳＰ_n-1の変更よりも緩やかに変化するため、（II）の方式よりも制御の応答性が損なわれるものの、制御をより安定化させ易いという利点がある。しかしながら、（II）の方式と同様に、対応できるのは主制御部目標値ＳＰ_n-1と副制御部目標値ＳＰ_nとが同種の物理量である場合に限られる、という問題点があった。

【0011】

一方、特許文献１には、主制御部操作量ＭＶ_n-1を副制御部目標値ＳＰ_nに変換する際に減衰器を動作させることで制御を安定化させる技術が開示されている。特許文献１に開示された技術は、制御状況（イベント）に従って減衰器を適切に入れ替える（減衰率を変更する）ようにしたものであり、主制御部目標値ＳＰ_n-1の変更などのイベントを検出して、Ｈ_nやＬ_nを切り替える技術に相当する。しかしながら、この特許文献１に開示された技術においても、（II）、（III）の方式と同様に、対応できるのは主制御部目標値ＳＰ_n-1と副制御部目標値ＳＰ_nとが同種の物理量である場合に限られる、という問題点があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【文献】特開平７－２１９６４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、主制御部目標値と副制御部目標値とが異なる種類の物理量であっても適用が可能なカスケード制御系の制御装置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】

【0014】

本発明は、ｎ（ｎは２以上の整数）個の制御部が縦続接続されたカスケード制御系の制御装置において、それぞれ目標値と制御量とを入力として操作量を算出するように構成されたｎ個の前記制御部と、（ｉ－１）次（ｉは２～ｎの整数）制御部とｉ次制御部との間に設けられ、（ｉ－１）次制御部によって算出された操作量をｉ次制御部の目標値に変換するように構成された（ｎ－１）個の目標値変換部と、これら目標値変換部で用いるパラメータと近似式とを設定するように構成された設定部とを備え、ｎ個の前記制御部のうち、１次から（ｎ－１）次の各制御部は、算出した操作量を直後の前記目標値変換部に出力し、最終段のｎ次の制御部は、算出した操作量を制御対象の操作端に出力し、各目標値変換部は、（ｉ－１）次制御部の目標値をＳＰ _ｉ－１ 、（ｉ－１）次制御部の制御量をＰＶ _ｉ－１ 、（ｉ－１）次制御部によって算出された操作量をＭＶ _ｉ－１ 、ｉ次制御部の目標値をＳＰ _ｉ 、予め設定されたｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値をＨ _ｉ 、予め設定されたｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値をＬ _ｉ 、（ｉ－１）次制御部の制御量ＰＶ _ｉ－１ とｉ次制御部の制御量ＰＶ _ｉ との関係を示す近似式から求まる基準量をｆ（ＰＶ _ｉ－１ ）、（ｉ－１）次制御部の目標値ＳＰ _ｉ－１ とｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ との関係を示す近似式から求まる基準量をｆ（ＳＰ _ｉ－１ ）としたとき、ＳＰ _ｉ ＝（Ｈ _ｉ －Ｌ _ｉ ）／１００×ＭＶ _ｉ－１ ＋Ｌ _ｉ ＋ｆ（ＰＶ _ｉ－１ ）またはＳＰ _ｉ ＝（Ｈ _ｉ －Ｌ _ｉ ）／１００×ＭＶ _ｉ－１ ＋Ｌ _ｉ ＋ｆ（ＳＰ _ｉ－１ ）により、（ｉ－１）次制御部によって算出された操作量ＭＶ _ｉ－１ をｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ に変換し、前記設定部は、近似式設定のための測定時に、ｎ次制御部から複数の所定の測定用操作量を制御対象の操作端に順次出力させるように構成された操作量設定部と、各測定用操作量に対する１次からｎ次の各制御部の整定時制御量を測定用操作量毎に取得するように構成された制御量取得部と、この制御量取得部によって取得された整定時制御量に基づいて、（ｉ－１）次制御部の制御量ＰＶ _ｉ－１ とｉ次制御部の制御量ＰＶ _ｉ との関係または（ｉ－１）次制御部の目標値ＳＰ _ｉ－１ とｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ との関係を示す近似式をｉ次目標値変換部毎に導出するように構成された近似式導出部と、この近似式導出部によってｉ次目標値変換部毎に導出された近似式をそれぞれ対応するｉ次目標値変換部に設定するように構成された近似式設定部とを含むことを特徴とするものである。

【0015】

また、本発明は、ｎ（ｎは２以上の整数）個の制御部が縦続接続されたカスケード制御系の制御装置において、それぞれ目標値と制御量とを入力として操作量を算出するように構成されたｎ個の前記制御部と、（ｉ－１）次（ｉは２～ｎの整数）制御部とｉ次制御部との間に設けられ、（ｉ－１）次制御部によって算出された操作量をｉ次制御部の目標値に変換するように構成された（ｎ－１）個の目標値変換部と、これら目標値変換部で用いるパラメータと近似式とを設定するように構成された設定部とを備え、ｎ個の前記制御部のうち、１次から（ｎ－１）次の各制御部は、算出した操作量を直後の前記目標値変換部に出力し、最終段のｎ次の制御部は、算出した操作量を制御対象の操作端に出力し、各目標値変換部は、（ｉ－１）次制御部の目標値をＳＰ _ｉ－１ 、（ｉ－１）次制御部の制御量をＰＶ _ｉ－１ 、（ｉ－１）次制御部によって算出された操作量をＭＶ _ｉ－１ 、ｉ次制御部の目標値をＳＰ _ｉ 、予め設定されたｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値をＨ _ｉ 、予め設定されたｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値をＬ _ｉ 、（ｉ－１）次制御部の制御量ＰＶ _ｉ－１ とｉ次制御部の制御量ＰＶ _ｉ との関係を示す近似式から求まる基準量をｆ（ＰＶ _ｉ－１ ）、（ｉ－１）次制御部の目標値ＳＰ _ｉ－１ とｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ との関係を示す近似式から求まる基準量をｆ（ＳＰ _ｉ－１ ）としたとき、ＳＰ _ｉ ＝（Ｈ _ｉ －Ｌ _ｉ ）／１００×ＭＶ _ｉ－１ ＋Ｌ _ｉ ＋ｆ（ＰＶ _ｉ－１ ）またはＳＰ _ｉ ＝（Ｈ _ｉ －Ｌ _ｉ ）／１００×ＭＶ _ｉ－１ ＋Ｌ _ｉ ＋ｆ（ＳＰ _ｉ－１ ）により、（ｉ－１）次制御部によって算出された操作量ＭＶ _ｉ－１ をｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ に変換し、前記設定部は、近似式設定のための測定時に、ｎ次制御部から複数の所定の測定用操作量を制御対象の操作端に順次出力させるように構成された操作量設定部と、各測定用操作量に対する１次からｎ次の各制御部の整定時制御量を測定用操作量毎に取得するように構成された制御量取得部と、この制御量取得部によって取得された整定時制御量に基づいて、（ｉ－１）次制御部の制御量ＰＶ _ｉ－１ とｉ次制御部の制御量ＰＶ _ｉ との関係または（ｉ－１）次制御部の目標値ＳＰ _ｉ－１ とｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ との関係を示す近似式をｉ次目標値変換部毎に導出するように構成された近似式導出部と、この近似式導出部によってｉ次目標値変換部毎に導出された近似式をそれぞれ対応するｉ次目標値変換部に設定するように構成された近似式設定部と、初段の１次制御部の目標値ＳＰ _１ の変更に対して（ｉ－１）次制御部の制御量ＰＶ _ｉ－１ の所望の制御応答が得られることを条件として、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅が可能な限り狭くなるように、前記ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ _ｉ と前記ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ _ｉ とをｉ次目標値変換部毎に決定するように構成された上下限値決定部と、この上下限値決定部によってｉ次目標値変換部毎に決定されたｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ _ｉ とｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ _ｉ とをそれぞれ対応するｉ次目標値変換部に設定するように構成された上下限値設定部とを含むことを特徴とするものである。

【0016】

また、本発明の制御装置の１構成例において、前記近似式導出部は、前記測定用操作量の全範囲における（ｉ－１）次制御部の制御量ＰＶ _ｉ－１ とｉ次制御部の制御量ＰＶ _ｉ との関係を示す１つの近似式、または前記測定用操作量の全範囲における（ｉ－１）次制御部の目標値ＳＰ _ｉ－１ とｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ との関係を示す１つの近似式を導出することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記近似式導出部は、前記測定用操作量の全範囲のうち、隣接する値の測定用操作量の組毎に、（ｉ－１）次制御部の制御量ＰＶ _ｉ－１ とｉ次制御部の制御量ＰＶ _ｉ との関係または（ｉ－１）次制御部の目標値ＳＰ _ｉ－１ とｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ との関係を示す近似式を導出し、近似式設定後の各目標値変換部は、設定された複数の近似式のうち、ｎ次制御部から出力された操作量に対応する近似式を用いて、（ｉ－１）次制御部によって算出された操作量ＭＶ _ｉ－１ をｉ次制御部の目標値ＳＰ _ｉ に変換することを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、主制御部目標値と副制御部目標値とが異なる種類の物理量であっても適用可能な制御装置を実現することができる。従来技術では、主制御部目標値の変更に対してイベント検出を必要としたが、本発明によれば、主制御部目標値の変更に対してイベントによる係数の変換を必要とせず、より連続的な制御の挙動を実現できるため、円滑かつ安定的な制御応答を得ることができる。また、本発明では、（ｉ－１）次制御部の制御量とｉ次制御部の制御量との関係または（ｉ－１）次制御部の目標値とｉ次制御部の目標値との関係を示す近似式を導出して目標値変換部に設定するので、線形な制御対象、非線形な制御対象のいずれにも対応可能である。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本発明の実施例に係る制御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設定部の構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、本発明の実施例に係る制御装置の制御動作を説明するフローチャートである。

【図4】図４は、本発明の実施例に係る制御装置の設定部の動作を説明するフローチャートである。

【図5】図５は、本発明の実施例における整定時制御量測定時の操作量変更を説明する図である。

【図6】図６は、本発明の実施例における（ｉ－１）次制御部制御量とｉ次制御部制御量との関係の１例を示す図である。

【図7】図７は、本発明の実施例における（ｉ－１）次制御部目標値とｉ次制御部目標値との関係の１例を示す図である。

【図8】図８は、本発明の実施例に係る制御装置の上下限値決定部の動作を説明するフローチャートである。

【図9】図９は、本発明の実施例に係る制御対象の１例を示す図である。

【図10】図１０は、本発明の実施例に係る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11】図１１は、従来のカスケード制御系の構成を示すブロック図である。

【図12】図１２は、従来のカスケード制御系の別の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明は、主制御部から出力される操作量ＭＶ_i-1を副制御部目標値ＳＰ_iに変換する際、主制御部操作量ＭＶ_i-1と副制御部目標値ＳＰ_iとに依存関係がある場合、つまりは独立変数である主制御部操作量ＭＶ_i-1が決定されると従属変数である副制御部目標値ＳＰ_iが決定される関係にある場合に、主制御部目標値ＳＰ_i-1と副制御部目標値ＳＰ_iの物理量の違いをパラメータ設定によって吸収することを可能とした制御装置である。

【0020】

［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制御装置の構成を示すブロック図である。制御装置は、縦続接続されたｎ（ｎは２以上の整数）個の制御部１₁～１_nと、（ｉ－１）次（ｉは２～ｎの整数）制御部１_i-1とｉ次制御部１_iとの間に設けられ、（ｉ－１）次制御部１_i-1によって算出された操作量ＭＶ_i-1をｉ次制御部１_iの目標値ＳＰ_iに変換する（ｎ－１）個の目標値変換部２₂～２_nと、目標値変換部２₂～２_nで用いるパラメータと近似式とを設定する設定部３とから構成される。

【0021】

図２は設定部３の構成を示すブロック図である。設定部３は、近似式設定のための測定時に、ｎ次制御部１_nから複数の所定の測定用操作量ＭＶ_nを制御対象の操作端に順次出力させる操作量設定部３０と、各測定用操作量ＭＶ_nに対する各制御部１₁～１_nの整定時制御量ＰＶ₁～ＰＶ_nを測定用操作量ＭＶ_n毎に取得する制御量取得部３１と、制御量取得部３１によって取得された整定時制御量ＰＶ₁～ＰＶ_nに基づいて、（ｉ－１）次制御部制御量ＰＶ_i-1とｉ次制御部制御量ＰＶ_iとの関係または（ｉ－１）次制御部目標値ＳＰ_i-1とｉ次制御部目標値ＳＰ_iとの関係を示す近似式を目標値変換部毎に導出する近似式導出部３２と、近似式導出部３２によって目標値変換部毎に導出された近似式をそれぞれ対応する目標値変換部２₂～２_nに設定する近似式設定部３３と、ｉ次制御部１_iの目標値ＳＰ_iの上下限を設定するためのｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上下限値の初期値を設定する上下限初期設定部３４と、１次制御部１₁の目標値ＳＰ₁の変更に対して（ｉ－１）次制御部１_i-1の制御量ＰＶ_i-1の所望の制御応答が得られることを条件として、ｉ次目標値スケーリング・リミット上下限幅が可能な限り狭くなるように、ｉ次目標値スケーリング・リミット上下限値を目標値変換部毎に決定する上下限値決定部３５と、上下限値決定部３５によって目標値変換部毎に決定されたｉ次目標値スケーリング・リミット上下限値をそれぞれ対応する目標値変換部２₂～２_nに設定する上下限値設定部３６と、各制御部１₁～１_nのＰＩＤパラメータ（比例帯、積分時間、微分時間）を調整するＰＩＤパラメータ調整部３７とから構成される。

【0022】

上下限値決定部３５は、目標値入力部３５０と、到達時間計測部３５１と、振動量計測部３５２と、上下限調整部３５３とから構成される。

【0023】

図３は本実施例の制御装置の制御動作を説明するフローチャートである。１次制御部１₁の目標値ＳＰ₁は、制御装置のユーザーによって設定され、１次制御部１₁に入力される（図３ステップＳ１００）。
１次制御部１₁の制御量ＰＶ₁は、１次プロセス４₁に設けられたセンサ（不図示）によって計測され、１次制御部１₁に入力される（図３ステップＳ１０１）。

【0024】

１次制御部１₁は、目標値ＳＰ₁と制御量ＰＶ₁とを入力として、制御量ＰＶ₁が目標値ＳＰ₁と一致するように周知のＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶ₁を算出する（図３ステップＳ１０２）。

【0025】

２次目標値変換部２₂は、１次制御部１₁から出力された操作量ＭＶ₁を、式（４）の変換式により２次制御部１₂の目標値ＳＰ₂に変換して２次制御部１₂に出力する（図３ステップＳ１０３）。
ＳＰ₂＝（Ｈ₂－Ｌ₂）／１００×ＭＶ₁＋Ｌ₂＋ｆ（ＳＰ₁） ・・・（４）

【0026】

式（４）において、Ｈ₂（％）は２次制御部目標値スケーリング・リミット上限値、Ｌ₂（％）は２次制御部目標値スケーリング・リミット下限値、ｆ（ＳＰ₁）は１次制御部目標値ＳＰ₁と２次制御部目標値ＳＰ₂との関係を示す近似式から求まる基準量である。

【0027】

なお、２次目標値変換部２₂は、１次制御部目標値ＳＰ₁の代わりに、１次制御部制御量ＰＶ₁を用いる以下の式（５）により２次制御部目標値ＳＰ₂を算出するようにしてもよい。
ＳＰ₂＝（Ｈ₂－Ｌ₂）／１００×ＭＶ₁＋Ｌ₂＋ｆ（ＰＶ₁） ・・・（５）

【0028】

式（５）において、ｆ（ＰＶ₁）は１次制御部制御量ＰＶ₁と２次制御部制御量ＰＶ₂との関係を示す近似式から求まる基準量である。
２次制御部１₂の制御量ＰＶ₂は、２次プロセス４₂に設けられたセンサ（不図示）によって計測され、２次制御部１₂に入力される（図３ステップＳ１０４）。
２次制御部１₂は、目標値ＳＰ₂と制御量ＰＶ₂とを入力として、制御量ＰＶ₂が目標値ＳＰ₂と一致するように周知のＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶ₂を算出する（図３ステップＳ１０５）。

【0029】

３次目標値変換部２₃は、２次制御部１₂から出力された操作量ＭＶ₂を、式（６）の変換式により３次制御部１₃の目標値ＳＰ₃に変換して３次制御部１₃に出力する（図３ステップＳ１０６）。
ＳＰ₃＝（Ｈ₃－Ｌ₃）／１００×ＭＶ₂＋Ｌ₃＋ｆ（ＳＰ₂） ・・・（６）

【0030】

式（６）において、Ｈ₃（％）は３次制御部目標値スケーリング・リミット上限値、Ｌ₃（％）は３次制御部目標値スケーリング・リミット下限値、ｆ（ＳＰ₂）は２次制御部目標値ＳＰ₂と３次制御部目標値ＳＰ₃との関係を示す近似式から求まる基準量である。

【0031】

なお、３次目標値変換部２₃は、２次制御部目標値ＳＰ₂の代わりに、２次制御部制御量ＰＶ₂を用いる以下の式（７）により３次制御部目標値ＳＰ₃を算出するようにしてもよい。
ＳＰ₃＝（Ｈ₃－Ｌ₃）／１００×ＭＶ₂＋Ｌ₃＋ｆ（ＰＶ₂） ・・・（７）

【0032】

式（７）において、ｆ（ＰＶ₂）は２次制御部制御量ＰＶ₂と３次制御部制御量ＰＶ₃との関係を示す近似式から求まる基準量である。
こうして、１次、２次、３次・・・・と順番に処理が実施される。次に、ｎ次目標値変換部２_nは、（ｎ－１）次制御部（不図示）から出力された操作量ＭＶ_n-1を、式（８）の変換式によりｎ次制御部１_nの目標値ＳＰ_nに変換してｎ次制御部１_nに出力する（図３ステップＳ１０７）。
ＳＰ_n＝（Ｈ_n－Ｌ_n）／１００×ＭＶ_n-1＋Ｌ_n＋ｆ（ＳＰ_n-1） ・・・（８）

【0033】

式（８）において、Ｈ_n（％）はｎ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値、Ｌ_n（％）はｎ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値、ｆ（ＳＰ_n-1）は（ｎ－１）次制御部目標値ＳＰ_n-1とｎ次制御部目標値ＳＰ_nとの関係を示す近似式から求まる基準量である。

【0034】

なお、ｎ次目標値変換部２_nは、（ｎ－１）次制御部目標値ＳＰ_n-1の代わりに、（ｎ－１）次制御部制御量ＰＶ_n-1を用いる以下の式（９）によりｎ次制御部目標値ＳＰ_nを算出するようにしてもよい。
ＳＰ_n＝（Ｈ_n－Ｌ_n）／１００×ＭＶ_n-1＋Ｌ_n＋ｆ（ＰＶ_n-1） ・・・（９）

【0035】

式（９）において、ｆ（ＰＶ_n-1）は（ｎ－１）次制御部制御量ＰＶ_n-1とｎ次制御部制御量ＰＶ_nとの関係を示す近似式から求まる基準量である。
ｉ（ｉは２～ｎの整数）次制御部１_iの目標値ＳＰ_iについて式（４）～式（９）を一般化すると、以下のようになる。
ＳＰ_i＝（Ｈ_i－Ｌ_i）／１００×ＭＶ_i-1＋Ｌ_i＋ｆ（ＳＰ_i-1） ・・・（１０）
ＳＰ_i＝（Ｈ_i－Ｌ_i）／１００×ＭＶ_i-1＋Ｌ_i＋ｆ（ＰＶ_i-1） ・・・（１１）

【0036】

次に、ｎ次制御部１_nの制御量ＰＶ_nは、ｎ次プロセス４_nに設けられたセンサ（不図示）によって計測され、ｎ次制御部１_nに入力される（図３ステップＳ１０８）。
ｎ次制御部１_nは、目標値ＳＰ_nと制御量ＰＶ_nとを入力として、制御量ＰＶ_nが目標値ＳＰ_nと一致するように周知のＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶ_nを算出してｎ次プロセス４_nに出力する（図３ステップＳ１０９）。操作量ＭＶ_nの出力先は例えばバルブ等の操作端となる。
以上のようなステップＳ１００～Ｓ１０９の処理を、制御装置の動作が終了するまで（図３ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行する。

【0037】

次に、以上のような制御動作の前に行われる、設定部３によるパラメータＨ₂～Ｈ_n，Ｌ₂～Ｌ_nと近似式ｆ（ＳＰ_i-1），ｆ（ＰＶ_i-1）の設定動作を図４を参照して説明する。
ここでは、（ｉ－１）次制御部１_i-1（ｉは２～ｎの整数）を主制御部、後段のｉ次制御部１_iを副制御部として代表的に説明する。

【0038】

次に、設定部３は、以下のように操作量ＭＶ_n（測定用操作量）の値を変更しながら整定時制御量ＰＶ₁，ＰＶ₂，・・・・，ＰＶ_nを測定する。
まず、設定部３の操作量設定部３０は、ｎ次制御部１_nに対して所定の操作量ＭＶ_n（例えばＭＶ_n＝０％）を出力するように指示する（図４ステップＳ２００）。一般に、制御部は、外部から設定された値の操作量ＭＶを出力するマニュアルモードを備えているので、このようなマニュアルモードを利用することにより、操作量ＭＶ_nの固定出力が可能である。

【0039】

続いて、設定部３の制御量取得部３１は、ｎ次プロセス４_nに操作量ＭＶ_nが出力されている場合の整定時の制御量ＰＶ₁，ＰＶ₂，・・・・，ＰＶ_nを取得して記憶する（図４ステップＳ２０１）。

【0040】

次に、操作量設定部３０は、予め定められた操作量ＭＶ_nの出力を終えていない場合（図４ステップＳ２０２においてＮＯ）、ｎ次制御部１_nに対して次に出力すべき操作量ＭＶ_nの値に変更するように指示して（図４ステップＳ２０３）、ステップＳ２０１に戻る。操作量ＭＶ_nの変更の仕方を図５に示す。図５に示すように、操作量設定部３０は、操作量ＭＶ_nをステップ状に上昇させる。

【0041】

このように、操作量設定部３０と制御量取得部３１とは、操作量ＭＶ_nの値を変更しながら、ステップＳ２０３，Ｓ２０１の処理を繰り返し実施する。こうして、０～１００％の各操作量ＭＶ_nに対する整定時制御量ＰＶ₁，ＰＶ₂，・・・・，ＰＶ_nを取得することができる。

【0042】

操作量ＭＶ_n＝０～１００％の範囲中の、予め定められた各操作量ＭＶ_nについて整定時制御量ＰＶ₁，ＰＶ₂，・・・・，ＰＶ_nを取得し終えた時点で測定終了となり（ステップＳ２０２においてＹＥＳ）、操作量設定部３０は、ｎ次制御部１_nに対して操作量ＭＶ_nの出力を停止するよう指示する（図４ステップＳ２０４）。

【0043】

次に、設定部３の近似式導出部３２は、制御量取得部３１によって取得された、各操作量ＭＶ_nに対する整定時制御量ＰＶ_i-1，ＰＶ_iに基づいて、（ｉ－１）次制御部制御量ＰＶ_i-1とｉ次制御部制御量ＰＶ_iとの関係を示す近似式ＰＶ_i＝ｆ（ＰＶ_i-1）を導出する（図４ステップＳ２０５）。

【0044】

（ｉ－１）次制御部制御量ＰＶ_i-1とｉ次制御部制御量ＰＶ_iとの関係の１例を図６に示す。（ｉ－１）次制御部制御量ＰＶ_i-1（目標値ＳＰ_i-1）とｉ次制御部制御量ＰＶ_i（目標値ＳＰ_i）との静的関係は、制御対象により異なるが、近似式で与えられるものと考えられる。そこで、上記のように操作量ＭＶ_nの値を変更しながら、各操作量ＭＶ_nに対する整定時制御量ＰＶ_i-1，ＰＶ_i（定常値）を取得し、取得したデータに基づいて、近似式ＰＶ_i＝ｆ（ＰＶ_i-1）を導出すればよい。近似式の導出方法は周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。

【0045】

なお、整定時制御量ＰＶ₁，ＰＶ₂，・・・・，ＰＶ_nは目標値ＳＰ₁，ＳＰ₂，・・・・，ＳＰ_nとほぼ同一の値となるので、整定時制御量ＰＶ₁，ＰＶ₂，・・・・，ＰＶ_nを目標値ＳＰ₁，ＳＰ₂，・・・・，ＳＰ_nとみなすことができる。このときの（ｉ－１）次制御部目標値ＳＰ_i-1とｉ次制御部目標値ＳＰ_iとの関係の１例を図７に示す。

【0046】

図７から明らかなように、近似式導出部３２は、各操作量ＭＶ_nに対する目標値ＳＰ_i-1，ＳＰ_iに基づいて、（ｉ－１）次制御部目標値ＳＰ_i-1とｉ次制御部目標値ＳＰ_iとの関係を示す近似式ＳＰ_i＝ｆ（ＳＰ_i-1）を導出してもよい（ステップＳ２０５）。

【0047】

近似式導出部３２は、操作量ＭＶ_n＝０～１００％の全範囲における制御量ＰＶ_i-1（目標値ＳＰ_i-1）と制御量ＰＶ_i（目標値ＳＰ_i）との関係を示す１つの連続近似式ＰＶ_i＝ｆ（ＰＶ_i-1）またはＳＰ_i＝ｆ（ＳＰ_i-1）を導出すればよい。

【0048】

また、近似式導出部３２は、ある操作量ＭＶ_n＝α％のときの整定時制御量ＰＶ_i-1，ＰＶ_i（目標値ＳＰ_i-1，ＳＰ_i）と、この操作量ＭＶ_n＝α％に隣接する操作量ＭＶ_n＝β％のときの整定時制御量ＰＶ_i-1，ＰＶ_i（目標値ＳＰ_i-1，ＳＰ_i）とに基づいて、操作量ＭＶ_n＝α％とＭＶ_n＝β％間の制御量ＰＶ_i-1（目標値ＳＰ_i-1）と制御量ＰＶ_i（目標値ＳＰ_i）との関係を示す近似式ＰＶ_i＝ｆ（ＰＶ_i-1）またはＳＰ_i＝ｆ（ＳＰ_i-1）を導出してもよい。この場合には、図６、図７から明らかなように、上記の整定時制御量ＰＶ₁，ＰＶ₂，・・・・，ＰＶ_nの測定時に出力された操作量ＭＶ_n＝０～１００％のうち、隣接する値の操作量ＭＶ_nの組毎に近似式を導出すればよい。

【0049】

近似式導出部３２が導出する近似式は、線形の近似式でもよいし、非線形の近似式でもよいことは言うまでもない。
次に、設定部３の近似式設定部３３は、ｉ次目標値変換部２_iに対して、近似式導出部３２によって導出された近似式ｆ（ＰＶ_i-1）またはｆ（ＳＰ_i-1）を設定する（図４ステップＳ２０６）。
近似式導出部３２と近似式設定部３３とは、ｉ次目標値変換部２_i（ｉは２～ｎの整数）毎にステップＳ２０５，Ｓ２０６の処理を実施すればよい。

【0050】

なお、上記のように近似式導出部３２が、隣接する操作量ＭＶ_nの組毎に近似式を導出した場合には、複数の近似式ｆ（ＰＶ_i-1）または複数の近似式ｆ（ＳＰ_i-1）がｉ次目標値変換部２_iに設定されることになる。この場合、近似式設定後のｉ次目標値変換部２_iは、設定された複数の近似式ｆ（ＰＶ_i-1）または複数の近似式ｆ（ＳＰ_i-1）のうち、式（１０）または式（１１）で用いる近似式を、直前の制御周期で出力された操作量ＭＶ_nに対応する近似式ｆ（ＰＶ_i-1）またはｆ（ＳＰ_i-1）に切り替えることにより、（ｉ－１）次制御部操作量ＭＶ_i-1をｉ次制御部目標値ＳＰ_iに変換する。

【0051】

次に、設定部３の上下限初期設定部３４は、上記のように近似式ｆ（ＰＶ_i-1）またはｆ（ＳＰ_i-1）が設定された後に、ｉ次目標値変換部２_iに対して、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ_iとｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ_iのそれぞれの初期値を設定する（図４ステップＳ２０７）。

【0052】

試行時間の短縮、装置の安全操業を考慮して、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ_iの初期値を、ｉ次制御部１_iの制御量ＰＶ_iの既知の上限値とし、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ_iの初期値を、ｉ次制御部１_iの制御量ＰＶ_iの既知の下限値とする。
上下限初期設定部３４（ｉは２～ｎの整数）は、ｉ次目標値変換部２_i毎にステップＳ２０７の処理を実施すればよい。

【0053】

次に、設定部３のＰＩＤパラメータ調整部３７は、各制御部１₁～１_nのＰＩＤパラメータ（比例帯、積分時間、微分時間）を調整する（図４ステップＳ２０８）。各制御部１₁～１_nのＰＩＤパラメータ調整方法は周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。なお、ＰＩＤパラメータの調整の際には、ｎ次制御部１_n→（ｎ－１）次制御部１_n-1→・・・・→２次制御部１₂→１次制御部１₁の順に調整を行う必要がある。また、本実施例では、ＰＩＤパラメータ調整部３７を制御装置の内部に設けているが、外部に設けるようにしてもよい。

【0054】

次に、設定部３の上下限値決定部３５は、１次制御部目標値ＳＰ₁の変更に対して（ｉ－１）次制御部制御量ＰＶ_i-1の所望の制御応答が得られることを条件として、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅（Ｈ_iとＬ_iとの差）が可能な限り狭くなるように、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ_iとｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ_iとを決定する（図４ステップＳ２０９）。

【0055】

ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅を狭めることは、（ｉ－１）次制御部制御量ＰＶ_i-1を安定化させ易くする一方で、（ｉ－１）次制御部制御量ＰＶ_i-1の目標値到達時間短縮のポテンシャルを弱める方向に作用する。したがって、（ｉ－１）次制御部制御量ＰＶ_i-1の所望の制御応答が得られる範囲で、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅をできるだけ狭めるようにする。

【0056】

ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ_iとｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ_iとは、主制御部である（ｉ－１）次制御部１_i-1の制御量ＰＶ_i-1の安定化と、制御量ＰＶ_i-1の目標値到達時間などの制御特性や経時変化等の環境変動等の許容特性などとのトレードオフで決めるべき値である。このｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ_iとｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ_iとは、コントローラゲインがある程度定まっていないと設定することが困難である。

【0057】

例えば、（ｉ－１）次制御部１_i-1のコントローラゲインが強めの調整結果となった場合、（ｉ－１）次制御部制御量ＰＶ_i-1の制御応答は振動的になり易く、この状況でｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅を広めに選ぶと、制御量ＰＶ_i-1の制御応答がさらに振動的傾向となる。そのため、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ_iとｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ_iとは、制御量ＰＶ_i-1の制御応答に基づいて決める必要がある。

【0058】

図８は上下限値決定部３５の動作を説明するフローチャートである。上下限値決定部３５の目標値入力部３５０は、１次制御部１₁に所定の目標値ＳＰ₁を入力し（図８ステップＳ３００）、一定時間経過後（例えば制御系が整定するのに十分な時間の経過後）に目標値ＳＰ₁を所定の目標値変更幅だけ変更する（図８ステップＳ３０１）。

【0059】

上下限値決定部３５の到達時間計測部３５１は、１次制御部目標値ＳＰ₁が変更されたときから、（ｉ－１）次制御部制御量ＰＶ_i-1が（ｉ－１）次制御部目標値ＳＰ_i-1に到達するまでの目標値到達時間Ｔ_i-1を計測する（図８ステップＳ３０２）。

【0060】

上下限値決定部３５の振動量計測部３５２は、１次制御部目標値ＳＰ₁が変更された後に、（ｉ－１）次制御部制御量ＰＶ_i-1が（ｉ－１）次制御部目標値ＳＰ_i-1に到達したときから所定の振動量計測時間が経過するまでの間の（ｉ－１）次制御部目標値ＳＰ_i-1と（ｉ－１）次制御部制御量ＰＶ_i-1との偏差（ＳＰ_i-1－ＰＶ_i-1）の絶対値の積算値である振動量Ｄ_i-1を計測する（図８ステップＳ３０３）。

【0061】

上下限値決定部３５の上下限調整部３５３は、振動量計測部３５２によって計測された振動量Ｄ_i-1が所定の振動量指標値以上の場合（図８ステップＳ３０４においてＹＥＳ）、ｉ次目標値変換部２_iのｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ_iを所定の上下限値変更幅だけ下げて、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ_iを所定の上下限値変更幅だけ上げることにより、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅を狭めて（図８ステップＳ３０６）、ステップＳ３００に戻る。振動量指標値は、制御対象装置の目的に合わせて予め設定されている。

【0062】

ただし、上下限調整部３５３は、振動量Ｄ_i-1が振動量指標値以上の場合に、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ_iが許容可能な最小値に達するか、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ_iが許容可能な最大値に達するかのうち、少なくとも一方が成立していて、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上下限値が許容範囲外の場合には（図８ステップＳ３０５においてＮＯ）、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅をさらに狭めることはできない。

【0063】

そこで、上下限調整部３５３は、（ｉ－１）次制御部１_i-1のコントローラゲインを下げて（図８ステップＳ３０７）、ステップＳ３００に戻る。具体的には、上下限調整部３５３は、（ｉ－１）次制御部１_i-1に設定されている比例帯に、１より大きい所定の係数を乗じることにより、比例帯を上げて（ｉ－１）次制御部１_i-1のコントローラゲインを下げるようにすればよい。ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ_iの許容可能な最小値、およびｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ_iの許容可能な最大値は、経時変化等の環境変動等の許容特性から予め設定されている。

【0064】

また、上下限調整部３５３は、振動量Ｄ_i-1が振動量指標値未満の場合に、到達時間計測部３５１によって計測された目標値到達時間Ｔ_i-1が所定の時間指標値以上の場合（図８ステップＳ３０８においてＹＥＳ）、ｉ次目標値変換部２_iのｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ_iを所定の上下限値変更幅だけ上げて、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ_iを所定の上下限値変更幅だけ下げることにより、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅を広げて（図８ステップＳ３１０）、ステップＳ３００に戻る。時間指標値は、制御対象装置の目的に合わせて予め設定されている。

【0065】

ただし、上下限調整部３５３は、目標値到達時間Ｔ_i-1が時間指標値以上の場合に、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ_iが許容可能な最大値に達するか、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ_iが許容可能な最小値に達するかのうち、少なくとも一方が成立していて、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上下限値が許容範囲外の場合には（図８ステップＳ３０９においてＮＯ）、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上下限幅をさらに広げることはできない。

【0066】

そこで、上下限調整部３５３は、（ｉ－１）次制御部１_i-1のコントローラゲインを上げて（図８ステップＳ３１１）、ステップＳ３００に戻る。具体的には、上下限調整部３５３は、（ｉ－１）次制御部１_i-1に設定されている比例帯に、１より小さい所定の係数を乗じて、比例帯を下げて（ｉ－１）次制御部１_i-1のコントローラゲインを上げるようにすればよい。ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ_iの許容可能な最大値は、上限値Ｈ_iの上記の初期値と同じであり、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ_iの許容可能な最小値は、下限値Ｌ_iの上記の初期値と同じである。

【0067】

こうして、振動量Ｄ_i-1が振動量指標値未満、かつ目標値到達時間Ｔ_i-1が時間指標値未満となるまでステップＳ３００～Ｓ３１１の処理が繰り返し実行され、振動量Ｄ_i-1が振動量指標値未満、かつ目標値到達時間Ｔ_i-1が時間指標値未満となった時点で、ｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ_iとｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ_iの決定が完了し、上下限値決定部３５の処理が終了する。

【0068】

次に、設定部３の上下限値設定部３６は、ｉ次目標値変換部２_iに対して、上下限値決定部３５によって決定されたｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ_iとｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ_iとを設定する（図４ステップＳ２１０）。

【0069】

上下限値決定部３５と上下限値設定部３６とは、以上のステップＳ２０９（ステップＳ３００～Ｓ３１１），Ｓ２１０の処理を、ｉ＝２，３，・・・，ｎの順（２次目標値変換部２₂→３次目標値変換部２₃→ｎ次目標値変換部２_nの順）にｉ次目標値変換部２_i毎に実施する。この順番で実施する理由は、低次側の制御部の振動を抑えないと制御を安定化させることが難しいと考えられるからである。
全てのｉ次目標値変換部２_iについてステップＳ２０９，Ｓ２１０の処理が終わった時点で（図４ステップＳ２１１においてＹＥＳ）、設定部３の処理が終了する。

【0070】

本実施例では、上記の（II）、（III）の方式および特許文献１に開示された技術の問題点を解消することができ、主制御部目標値ＳＰ_i-1と副制御部目標値ＳＰ_iとが異なる種類の物理量であっても適用することができる。特許文献１に開示された技術では、減衰率というレシオ係数で（ｉ－１）次制御部操作量の変換を行っているが、単純なレシオだけでは異なる種類の物理量の変換に対応できないため、（ｉ－１）次制御部の目標値変更等何らかのイベントをトリガとした係数変換が必要となる。

【0071】

これに対して、本実施例では、イベントによる係数の変換を必要とせず、目標値スケーリング・リミット上下限値Ｈ_i，Ｌ_iと近似式ｆ（ＰＶ_i-1）またはｆ（ＳＰ_i-1）とにより、（ｉ－１）次制御部目標値ＳＰ_i-1をｉ次制御部目標値ＳＰ_iの物理量に合わせて変換することが可能となる。また、本実施例は、線形な制御対象、非線形な制御対象のいずれにも対応可能である。

【0072】

なお、本実施例では、上下限値決定部３５によってｉ次制御部目標値スケーリング・リミット上限値Ｈ_iとｉ次制御部目標値スケーリング・リミット下限値Ｌ_iとを決定しているが、これに限るものではなく、ユーザーによって予め決定された上下限値Ｈ_i，Ｌ_iを用いてもよい。

【0073】

図９は本実施例の制御対象の１例を示す図である。この図９に示したカスケード制御系では、燃焼炉２００内に設けられた温度計２０１によって計測された温度（１次制御部制御量ＰＶ₁）が１次制御部１₁に入力される。１次制御部１₁は、操作量ＭＶ₁を算出して出力する。２次目標値変換部２₂は、１次制御部操作量ＭＶ₁を２次制御部目標値ＳＰ₂に変換する。流量発信器２０２によって計測された燃料流量（２次制御部制御量ＰＶ₂）が２次制御部１₂に入力される。２次制御部１₂は、操作量ＭＶ₂を算出してバルブ２０３に出力する。バルブ２０３によって流量が調整された燃料は、燃焼炉２００のバーナ２０４に供給される。

【0074】

本実施例で説明した制御装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及び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１０に示す。コンピュータは、ＣＰＵ３００と、記憶装置３０１と、インターフェース装置（以下、Ｉ／Ｆと略する）３０２とを備えている。Ｉ／Ｆ３０２には、例えば温度計、流量発信器等のセンサや、バルブ等の操作端などが接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明のパラメータ設定方法を実現させるためのプログラムは記憶装置３０１に格納される。ＣＰＵ３００は、記憶装置３０１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。

【0075】

なお、カスケード制御機能はマルチループ制御装置（調節計）の周知の機能として搭載されている。すなわち、内部に複数の制御部を備えた調節計を用いることで、本発明のように複数の制御部が縦続接続されたカスケード制御系を実現することが可能である。また、個々の制御部を調節計で実現し、複数の調節計を縦続接続して本発明のカスケード制御系を構成してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0076】

本発明は、カスケード制御系に適用することができる。

【符号の説明】

【0077】

１₁～１_n…制御部、２₂～２_n…目標値変換部、３…設定部、４₁～４_n…プロセス、３０…操作量設定部、３１…制御量取得部、３２…近似式導出部、３３…近似式設定部、３４…上下限初期設定部、３５…上下限値決定部、３６…上下限値設定部、３７…ＰＩＤパラメータ調整部、３５０…目標値入力部、３５１…到達時間計測部、３５２…振動量計測部、３５３…上下限調整部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】