特許 7534180 制御装置および制御方法

(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】2024-08-05

(45)【発行日】2024-08-14

(54)【発明の名称】制御装置および制御方法

(51)【国際特許分類】

   G05B 11/32 20060101AFI20240806BHJP

   G05B 11/36 20060101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

G05B11/32 F

G05B11/36 501B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020171019

(22)【出願日】2020-10-09

(65)【公開番号】P2022062857

(43)【公開日】2022-04-21

【審査請求日】2023-09-27

(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】田中 雅人

【審査官】西井 香織

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／０４２５８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１２６３９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１０１８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０７０１６７４３（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ １１／３２

Ｇ０５Ｂ １１／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

設定値と制御量とを入力として第１の操作量をフィードバック制御演算により算出するように構成された操作量算出部と、
外乱印加の時点よりも先行開始時間だけ前にフィードフォワード制御を開始するためのトリガー信号の入力に応じて、前記外乱の抑制に必要なフィードフォワード量を算出するように構成されたフィードフォワード算出部と、
前記操作量算出部によって算出された前記第１の操作量に前記フィードフォワード量を加算するように構成されたフィードフォワード実行部と、
前記第１の操作量に前記フィードフォワード量を加算した第２の操作量を制御対象に出力するように構成された操作量出力部と、
前記制御量の変化に基づいて外乱印加を検出するように構成された外乱印加検出部と、
前記トリガー信号が入力されていない状態で前記外乱印加が検出された後に前記トリガー信号が遅れて入力されたときに、予め規定されたフィードフォワード量の時系列的な配分のパラメータを参照してフィードフォワード制御を中止するか否かを判定し、中止と判定した場合に前記フィードフォワード算出部に対して前記フィードフォワード量の算出を中止させるように構成されたフィードフォワード中止部とを備えることを特徴とする制御装置。

【請求項2】

請求項１記載の制御装置において、
前記フィードフォワード算出部は、前記フィードフォワード量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータをＴｆ、前記フィードフォワード量の総量を規定するパラメータをＫｘ、ラプラス演算子をｓとしたとき、前記フィードフォワード量をＫｘｓ／（１＋Ｔｆｓ）²により算出し、
前記フィードフォワード中止部は、予め規定された定数をα（３．０＜α＜５．０）、前記トリガー信号が正常に入力されるときの前記先行開始時間をＦＦ＿ｉｎとしたとき、前記トリガー信号の入力がない状態で外乱印加が検出された時点から前記トリガー信号が入力される迄の経過時間が、前記パラメータＴｆと前記定数αと前記先行開始時間ＦＦ＿ｉｎとを用いてαＴｆ－ＦＦ＿ｉｎにより算出される時間閾値よりも長い場合に、フィードフォワード制御を中止すると判定することを特徴とする制御装置。

【請求項3】

設定値と制御量とを入力として第１の操作量をフィードバック制御演算により算出する第１のステップと、
外乱印加の時点よりも先行開始時間だけ前にフィードフォワード制御を開始するためのトリガー信号の入力に応じて、前記外乱の抑制に必要なフィードフォワード量を算出する第２のステップと、
前記第１の操作量に前記フィードフォワード量を加算する第３のステップと、
前記第１の操作量に前記フィードフォワード量を加算した第２の操作量を制御対象に出力する第４のステップと、
前記制御量の変化に基づいて外乱印加を検出する第５のステップと、
前記トリガー信号が入力されていない状態で前記外乱印加が検出された後に前記トリガー信号が遅れて入力されたときに、予め規定されたフィードフォワード量の時系列的な配分のパラメータを参照してフィードフォワード制御を中止するか否かを判定する第６のステップと、
前記第６のステップで中止と判定した場合に前記第２のステップによる前記フィードフォワード量の算出を中止させる第７のステップとを含むことを特徴とする制御方法。

【請求項4】

請求項３記載の制御方法において、
前記第２のステップは、前記フィードフォワード量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータをＴｆ、前記フィードフォワード量の総量を規定するパラメータをＫｘ、ラプラス演算子をｓとしたとき、前記フィードフォワード量をＫｘｓ／（１＋Ｔｆｓ）²により算出するステップを含み、
前記第６のステップは、予め規定された定数をα（３．０＜α＜５．０）、前記トリガー信号が正常に入力されるときの前記先行開始時間をＦＦ＿ｉｎとしたとき、前記トリガー信号の入力がない状態で外乱印加が検出された時点から前記トリガー信号が入力される迄の経過時間が、前記パラメータＴｆと前記定数αと前記先行開始時間ＦＦ＿ｉｎとを用いてαＴｆ－ＦＦ＿ｉｎにより算出される時間閾値よりも長い場合に、フィードフォワード制御を中止すると判定するステップを含むことを特徴とする制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを併用する制御装置および制御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（Feedback）制御であるＰＩＤ制御に、フィードフォワード（Feedforward）分を加算する方法（以下、フィードフォワード＋フィードバック制御とする）が提案されている（特許文献１参照）。

【0003】

発明者は、このようなフィードフォワード＋フィードバック制御を特に図１２のような加熱装置に適用する場合において、実用性を向上させるために、操作量ＭＶの下限値ＯＬ、上限値ＯＨを通常値に漸近的に収束させる形式のフィードフォワード方法（特許文献２）と、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｐをゼロに漸近的に収束させる形式のフィードフォワード方法（特許文献３）とを提案した。

【0004】

図１２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。

【0005】

発明者が特許文献３で提案したフィードフォワード＋フィードバック制御は、典型的なフィードフォワード制御に近い。図１３の制御系のブロック線図を用いて、発明者が特許文献３で提案した技術について説明する。図１３のＰは制御対象を示している。

【0006】

操作量算出部２０１は、設定値ＳＰと制御量ＰＶとを入力として、制御量ＰＶが設定値ＳＰと一致するように、例えば以下の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ（本発明では、基本操作量ＭＶとする）を算出する。
ＭＶ＝（１００／Ｐｂ）｛１＋（１／Ｔｉｓ）＋Ｔｄｓ｝（ＳＰ－ＰＶ）
・・・（１）
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。

【0007】

加算量算出部２０４は、基本操作量ＭＶに対するフィードフォワード分の加算量の目標値である操作量加算値ＦＦ＿Ｐ（ＦＦ＿Ｐ≠０）が入力されると、操作量加算値ＦＦ＿Ｐに近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量加算量ＭＶ＿Ｐを算出する。具体的には、加算量算出部２０４は、下記のような伝達関数式で操作量加算量ＭＶ＿Ｐを算出する。
ＭＶ＿Ｐ＝｛Ｋｘｓ／（１＋Ｔｆｓ）²｝ＦＦ＿Ｐ ・・・（２）

【0008】

式（２）のＴｆは、操作量加算量ＭＶ＿Ｐを徐々に収束させる時間を規定するパラメータである。Ｋｘはフィードフォワードの大きさを規定するパラメータである。操作量加算量ＭＶ＿Ｐの変化の１例を図１４に示す。図１４の例では、操作量加算値ＦＦ＿Ｐ＝５０％、パラメータＴｆ＝１００ｓｅｃ．、パラメータＫｘ＝２７５としている。

【0009】

減算量算出部２０５は、基本操作量ＭＶに対するフィードフォワード分の減算量の目標値である操作量減算値ＦＦ＿Ｍ（ＦＦ＿Ｍ≠０）が入力されると、操作量減算値ＦＦ＿Ｍに近づいた後にゼロ値へと徐々に収束する操作量減算量ＭＶ＿Ｍを算出する。具体的には、減算量算出部２０５は、下記のような伝達関数式で操作量減算量ＭＶ＿Ｍを算出する。
ＭＶ＿Ｍ＝｛Ｋｘｓ／（１＋Ｔｆｓ）²｝ＦＦ＿Ｍ ・・・（３）

【0010】

式（３）のＴｆは、操作量減算量ＭＶ＿Ｍを徐々に収束させる時間を規定するパラメータである。操作量変更部２０６は、操作量算出部２０１で算出された基本操作量ＭＶに、加算量算出部２０４によって算出された操作量加算量ＭＶ＿Ｐを加算し、さらに減算量算出部２０５によって算出された操作量減算量ＭＶ＿Ｍを減算した結果を操作量ＭＶ＿Ｆ（本発明では、実操作量ＭＶ＿Ｆとする）として算出する。
ＭＶ＿Ｆ＝ＭＶ＋ＭＶ＿Ｐ－ＭＶ＿Ｍ ・・・（４）

【0011】

リミット処理部２０７は、操作量変更部２０６によって算出された実操作量ＭＶ＿Ｆを所定の操作量下限値ＯＬ以上の値に制限する下限リミット処理と、実操作量ＭＶ＿Ｆを所定の操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する上限リミット処理とを行なう。このリミット処理部２０７でリミット処理された実操作量ＭＶ＿Ｆ’が制御対象Ｐに出力される。

【0012】

特許文献３で提案した技術によれば、基本操作量ＭＶにフィードフォワード分の変更を施して、一定時間経過後にフィードフォワード分を０％に戻すような不連続な制御で発生する不具合を低減することができる。

【0013】

ただし、特許文献３で提案した技術では、フィードフォワード制御を外乱印加前に開始する場合、外乱印加の予定（あるいは予測）を通知する信号の役割を果たす操作量加算値ＦＦ＿Ｐ、操作量減算値ＦＦ＿Ｍを、フィードフォワード制御のトリガーとして入力する必要がある。しかしながら、通信障害などによりトリガーが極端に遅れる場合があり得る。その場合、フィードバック制御との関連次第でフィードフォワード制御の実行が逆効果になる可能性があるので、改善が求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0014】

【文献】特開２００７－１０２８１６号公報

【文献】特開２０１９－１０１８４６号公報

【文献】特開２０１９－１０１８４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、外乱印加の後にトリガー信号が遅れて入力された場合に、フィードフォワード制御の実行が逆効果になるのを抑制することができる制御装置および制御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】

【0016】

本発明の制御装置は、設定値と制御量とを入力として第１の操作量をフィードバック制御演算により算出するように構成された操作量算出部と、外乱印加の時点よりも先行開始時間だけ前にフィードフォワード制御を開始するためのトリガー信号の入力に応じて、前記外乱の抑制に必要なフィードフォワード量を算出するように構成されたフィードフォワード算出部と、前記操作量算出部によって算出された前記第１の操作量に前記フィードフォワード量を加算するように構成されたフィードフォワード実行部と、前記第１の操作量に前記フィードフォワード量を加算した第２の操作量を制御対象に出力するように構成された操作量出力部と、前記制御量の変化に基づいて外乱印加を検出するように構成された外乱印加検出部と、前記トリガー信号が入力されていない状態で前記外乱印加が検出された後に前記トリガー信号が遅れて入力されたときに、予め規定されたフィードフォワード量の時系列的な配分のパラメータを参照してフィードフォワード制御を中止するか否かを判定し、中止と判定した場合に前記フィードフォワード算出部に対して前記フィードフォワード量の算出を中止させるように構成されたフィードフォワード中止部とを備えることを特徴とするものである。

【0017】

また、本発明の制御装置の１構成例において、前記フィードフォワード算出部は、前記フィードフォワード量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータをＴｆ、前記フィードフォワード量の総量を規定するパラメータをＫｘ、ラプラス演算子をｓとしたとき、前記フィードフォワード量をＫｘｓ／（１＋Ｔｆｓ）²により算出し、前記フィードフォワード中止部は、予め規定された定数をα（３．０＜α＜５．０）、前記トリガー信号が正常に入力されるときの前記先行開始時間をＦＦ＿ｉｎとしたとき、前記トリガー信号の入力がない状態で外乱印加が検出された時点から前記トリガー信号が入力される迄の経過時間が、前記パラメータＴｆと前記定数αと前記先行開始時間ＦＦ＿ｉｎとを用いてαＴｆ－ＦＦ＿ｉｎにより算出される時間閾値よりも長い場合に、フィードフォワード制御を中止すると判定することを特徴とするものである。

【0018】

また、本発明の制御方法は、設定値と制御量とを入力として第１の操作量をフィードバック制御演算により算出する第１のステップと、外乱印加の時点よりも先行開始時間だけ前にフィードフォワード制御を開始するためのトリガー信号の入力に応じて、前記外乱の抑制に必要なフィードフォワード量を算出する第２のステップと、前記第１の操作量に前記フィードフォワード量を加算する第３のステップと、前記第１の操作量に前記フィードフォワード量を加算した第２の操作量を制御対象に出力する第４のステップと、前記制御量の変化に基づいて外乱印加を検出する第５のステップと、前記トリガー信号が入力されていない状態で前記外乱印加が検出された後に前記トリガー信号が遅れて入力されたときに、予め規定されたフィードフォワード量の時系列的な配分のパラメータを参照してフィードフォワード制御を中止するか否かを判定する第６のステップと、前記第６のステップで中止と判定した場合に前記第２のステップによる前記フィードフォワード量の算出を中止させる第７のステップとを含むことを特徴とするものである。

【0019】

また、本発明の制御方法の１構成例において、前記第２のステップは、前記フィードフォワード量を徐々に収束させる時間を規定するパラメータをＴｆ、前記フィードフォワード量の総量を規定するパラメータをＫｘ、ラプラス演算子をｓとしたとき、前記フィードフォワード量をＫｘｓ／（１＋Ｔｆｓ）²により算出するステップを含み、前記第６のステップは、予め規定された定数をα（３．０＜α＜５．０）、前記トリガー信号が正常に入力されるときの前記先行開始時間をＦＦ＿ｉｎとしたとき、前記トリガー信号の入力がない状態で外乱印加が検出された時点から前記トリガー信号が入力される迄の経過時間が、前記パラメータＴｆと前記定数αと前記先行開始時間ＦＦ＿ｉｎとを用いてαＴｆ－ＦＦ＿ｉｎにより算出される時間閾値よりも長い場合に、フィードフォワード制御を中止すると判定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】

【0020】

本発明によれば、外乱印加検出部とフィードフォワード中止部とを設けることにより、外乱印加の後にトリガー信号が遅れて入力された場合にフィードフォワード制御の実行が逆効果になるのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【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系のブロック線図である。

【図3】図３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4】図４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5】図５は、本発明の実施例に係るフィードフォワード量の変化の１例を示す図である。

【図6】図６は、本発明の実施例においてフィードフォワード制御を実行せずにフィードバック制御のみを実行した場合の制御量と実操作量のシミュレーション結果を示す図である。

【図7】図７は、本発明の実施例においてトリガー信号が入力された後に外乱が印加された場合の制御量と実操作量のシミュレーション結果を示す図である。

【図8】図８は、本発明の実施例においてトリガー信号が入力された後に外乱が印加された場合のフィードフォワード量のシミュレーション結果を示す図である。

【図9】図９は、本発明の実施例において外乱印加から遅れてフィードフォワード制御を開始した場合の制御量と実操作量のシミュレーション結果を示す図である。

【図10】図１０は、外乱印加から遅れてフィードフォワード制御を開始した場合の制御量と実操作量のシミュレーション結果を示す図である。

【図11】図１１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12】図１２は、加熱装置の構成を示すブロック図である。

【図13】図１３は、フィードバック＋フィードフォワードの制御系のブロック線図である。

【図14】図１４は、フィードバック＋フィードフォワード制御における操作量加算量の変化の１例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

［発明の原理］
発明者は、フィードフォワード制御を実行する場合、フィードフォワード量の時系列的な配分（時間を規定するパラメータＴｆにより設定される配分）が、外乱印加後の経過のフィードバック制御との協調も踏まえたものになっており、フィードフォワード量の配分についてのパラメータがフィードバック制御との協調の目安になることに着眼した。

【0023】

そして、発明者は、フィードフォワード制御のトリガーが遅れている場合に、外乱印加とフィードバック制御の進行の経過時間を確認し、予め規定されたフィードフォワード量の時系列的な配分のパラメータを参照して、フィードフォワード制御の中止を判定することに想到した。これにより、フィードフォワード制御の実行が逆効果になるのを抑制することができる。

【0024】

［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、設定値ＳＰと制御量ＰＶとを入力として基本操作量ＭＶ（第１の操作量）をＰＩＤ演算（フィードバック制御演算）により算出する操作量算出部１と、外乱印加の時点よりも先行開始時間ＦＦ＿ｉｎだけ前にフィードフォワード制御を開始するためのトリガー信号ＦＦ＿Ｘの入力に応じて、外乱の抑制に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを算出するフィードフォワード算出部２と、操作量算出部１によって算出された基本操作量ＭＶにフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを加算して実操作量ＭＶ＿Ｆ（第２の操作量）とするフィードフォワード実行部３とを備えている。

【0025】

また、制御装置は、外部機器（不図示）からトリガー信号ＦＦ＿Ｘが入力されるトリガー信号入力部４と、制御量ＰＶの変化に基づいて外乱印加を検出する外乱印加検出部５と、トリガー信号ＦＦ＿Ｘが入力されていない状態で外乱印加が検出された後にトリガー信号ＦＦ＿Ｘが遅れて入力されたときに、予め規定されたフィードフォワード量の時系列的な配分のパラメータを参照してフィードフォワード制御を中止するか否かを判定し、中止と判定した場合にフィードフォワード算出部２に対してフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘの算出を中止させるフィードフォワード中止部６と、フィードフォワード実行部３で算出された実操作量ＭＶ＿Ｆを操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限するリミット処理を行なうリミット処理部７と、リミット処理された実操作量ＭＶ＿Ｆ’（第２の操作量）を制御対象に出力する操作量出力部８とを備えている。
図２は本実施例の制御系のブロック線図である。図２のＰは制御対象を示している。

【0026】

次に、本実施例の制御装置の動作を図３、図４を参照して説明する。設定値ＳＰ（例えば温度設定値）は、制御装置のオペレータなどによって設定され、操作量算出部１に入力される（図３ステップＳ１００）。

【0027】

制御量ＰＶ（例えば温度計測値）は、図示しない計測器（例えば被加熱物の温度を計測する温度センサ）によって計測され、操作量算出部１に入力される（図３ステップＳ１０１）。

【0028】

操作量算出部１は、設定値ＳＰと制御量ＰＶとを入力として、制御量ＰＶが設定値ＳＰと一致するように、例えば以下の伝達関数式のようなＰＩＤ演算を行って基本操作量ＭＶを算出する（図３ステップＳ１０２）。
ＭＶ＝（１００／Ｐｂ）｛１＋（１／Ｔｉｓ）＋Ｔｄｓ｝（ＳＰ－ＰＶ）
・・・（５）
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。

【0029】

フィードフォワード算出部２は、フィードフォワード制御の実行時にフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを算出するが、外乱の印加前に１（有意の値）となり外乱の印加後に０（非有意の値）となるトリガー信号ＦＦ＿Ｘが０の場合（図３ステップＳ１０３においてＮＯ）、フィードバック制御のみでフィードフォワード制御を実行しないものとして、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを０にする（図３ステップＳ１０５）。
トリガー信号ＦＦ＿Ｘが０の状態で外乱印加が検出された後にトリガー信号ＦＦ＿Ｘが１になった場合の動作（図３ステップＳ１０４においてＹＥＳ、ステップＳ１１５～Ｓ１２１）については後述する。

【0030】

フィードフォワード実行部３は、操作量算出部１によって算出された基本操作量ＭＶに、フィードフォワード算出部２によって算出されたフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを加算した結果を実操作量ＭＶ＿Ｆとして算出する（図３ステップＳ１０６）。
ＭＶ＿Ｆ＝ＭＶ＋ＭＶ＿Ｘ ・・・（６）

【0031】

ここでは、ＭＶ＿Ｘ＝０なので、ＭＶ＿Ｆ＝ＭＶである。リミット処理部７は、フィードフォワード実行部３によって算出された実操作量ＭＶ＿Ｆを所定の操作量下限値ＯＬ以上の値に制限する下限リミット処理と、実操作量ＭＶ＿Ｆを所定の操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する上限リミット処理とを行なう（図３ステップＳ１０７）。
ＩＦ ＭＶ＿Ｆ＜ＯＬ ＴＨＥＮ ＭＶ＿Ｆ’＝ＯＬ ・・・（７）
ＩＦ ＭＶ＿Ｆ＞ＯＨ ＴＨＥＮ ＭＶ＿Ｆ’＝ＯＨ ・・・（８）
つまり、リミット処理部７は、実操作量ＭＶ＿Ｆが操作量下限値ＯＬより小さい場合、実操作量ＭＶ＿Ｆ’＝ＯＬとし、実操作量ＭＶ＿Ｆが操作量上限値ＯＨより大きい場合、実操作量ＭＶ＿Ｆ’＝ＯＨとする。

【0032】

操作量出力部８は、リミット処理部７でリミット処理された実操作量ＭＶ＿Ｆ’を制御対象に出力する（図３ステップＳ１０８）。実操作量ＭＶ＿Ｆ’の出力先は、ヒータやバルブなどの操作部（不図示）である。ヒータの場合には、実操作量ＭＶ＿Ｆ’の実際の出力先は、ヒータに電力を供給する電力調整器（不図示）となる。

【0033】

こうして、制御装置は、トリガー信号ＦＦ＿Ｘが０のときに、ステップＳ１００～Ｓ１０２，Ｓ１０５～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３ステップＳ１０９においてＹＥＳ）、制御周期毎に実行する。

【0034】

次に、外乱印加前にトリガー信号ＦＦ＿Ｘが１（有意の値）になったときの動作を説明する。本実施例では、外乱印加のタイミングが既知であることにより、フィードフォワード制御の実行のタイミングを自動決定できることを前提としており、本実施例の制御装置が適用されるシステムにおいて、制御中に想定される外乱を抑制するために、外部機器から制御装置に対して規定のタイミングでトリガー信号ＦＦ＿Ｘ＝１が自動的に入力される。このトリガー信号ＦＦ＿Ｘは、トリガー信号入力部４を通じてフィードフォワード算出部２とフィードフォワード中止部６とに入力される。

【0035】

例えば薬品の製造装置において、薬品製造の炉の扉が開くことによって炉内の温度が変動するという状況がある。この場合、炉の温度を制御する制御装置（外部機器）は、炉の扉が開くタイミング（外乱印加のタイミング）よりも先行開始時間ＦＦ＿ｉｎだけ前の時点で本実施例の制御装置に対してトリガー信号ＦＦ＿Ｘ＝１を送信する。

【0036】

同様に、設定値ＳＰ（温度設定値）が一定のリフロー炉において、はんだ付けの対象となるプリント基板が定期的に投入されることによって温度が変動するという状況がある。この場合、プリント基板の搬送を制御する制御装置（外部機器）は、リフロー炉にプリント基板が投入されるタイミング（外乱印加のタイミング）よりも先行開始時間ＦＦ＿ｉｎだけ前の時点で本実施例の制御装置に対してトリガー信号ＦＦ＿Ｘ＝１を送信する。

【0037】

また、外部機器は、トリガー信号ＦＦ＿Ｘを１にした時点から所定時間が経過したときにトリガー信号ＦＦ＿Ｘを０（非有意の値）にする。このトリガー信号ＦＦ＿Ｘを０にするタイミングは、外乱印加後に実操作量ＭＶ＿Ｆ’が整定するタイミングよりも後のタイミングに設定する必要がある。
なお、先行開始時間ＦＦ＿ｉｎをどの程度の値にすべきかについては後述する。

【0038】

フィードフォワード算出部２は、トリガー信号ＦＦ＿Ｘが０から１になったとき（ステップＳ１０３においてＹＥＳ）、後述のようにフィードフォワード中止部６からフィードフォワード制御中止の指示が出ていない場合には（図４ステップＳ１１０においてＮＯ）、フィードフォワード＋フィードバック制御を実行するため、下記の式（９）によりフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを算出する（図４ステップＳ１１１）。
ＭＶ＿Ｘ＝｛Ｋｘｓ／（１＋Ｔｆｓ）²｝ＦＦ＿Ｘ ・・・（９）

【0039】

式（９）において、Ｔｆはフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを徐々に収束させる時間を規定するパラメータ（時定数）である。Ｋｘはフィードフォワード量（総量）を規定するパラメータである。時定数ＴｆとパラメータＫｘは、フィードバック制御系などの情報に基づいて事前に設定しておくことができる。

【0040】

図５は、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘの変化の例を示す図である。図５の例では、Ｋｘ＝３２６２．０、Ｔｆ＝１５．０ｓｅｃ．としている。なお、前述の総量（各制御周期の積算値）とは、図５における曲線により囲まれる面積に相当する量である。

【0041】

次に、フィードフォワード実行部３は、ステップＳ１０６と同様に、操作量算出部１によって算出された基本操作量ＭＶに、フィードフォワード算出部２によって算出されたフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを加算した結果を実操作量ＭＶ＿Ｆとして算出する（図４ステップＳ１１２）。
図４のステップＳ１１３，Ｓ１１４の処理は、ステップＳ１０７，Ｓ１０８の処理と同じである。

【0042】

こうして、制御装置は、トリガー信号ＦＦ＿Ｘが１のときに、ステップＳ１００～Ｓ１０２，Ｓ１１１～Ｓ１１４の処理を制御周期毎に実行する。ステップＳ１１１～Ｓ１１４の処理は、トリガー信号ＦＦ＿Ｘが適切なタイミングで遅れずに入力される場合の処理である。

【0043】

次に、トリガー信号ＦＦ＿Ｘが０の状態で外乱印加が検出された後にトリガー信号ＦＦ＿Ｘが１になった場合の動作について説明する。外乱印加検出部５は、制御量ＰＶの変化に基づき、外乱印加を検出する。外乱印加検出部５は、制御量ＰＶが設定値ＳＰから離れる方向に変化したとき外乱が印加されたと判定するが、制御量ＰＶが設定値ＳＰから離れる状況には以下の２種類がある。

【0044】

（I）設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差Ｅｒ＝ＳＰ－ＰＶが正の値で、その絶対値｜Ｅｒ｜が増大する場合（制御量ＰＶが設定値ＳＰより小さくなっていく場合）、すなわち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。
（II）偏差Ｅｒが負の値で、その絶対値｜Ｅｒ｜が増大する場合（制御量ＰＶが設定値ＳＰより大きくなっていく場合）、すなわちＥｒ＜０で、かつＥｒ＜Ｅｒ’が成立する場合。

【0045】

外乱印加検出部５は、上記（I）、（II）の何れかの状況が生じたとき外乱が印加されたと判定する。外乱印加検出部５は、このような判定を制御周期毎に実行する。なお、例えば制御量ＰＶが設定値ＳＰに整定している状態から、予め規定された整定範囲Ｅｒ＿Ｓから外れたときというように、シンプルな方法でも外乱印加を検出可能である。

【0046】

フィードフォワード中止部６は、トリガー信号ＦＦ＿Ｘが０の状態で外乱印加が検出された後にトリガー信号ＦＦ＿Ｘが１になったときに（図３ステップＳ１１５においてＹＥＳ）、予め規定されたフィードフォワード量の時系列的な配分のパラメータ（時定数Ｔｆ）を参照してフィードフォワード制御を中止するか否かを判定する。

【0047】

より具体的には、フィードフォワード中止部６は、トリガー信号ＦＦ＿Ｘの入力がない（ＦＦ＿Ｘ＝０）状態で外乱印加が検出された時点からトリガー信号ＦＦ＿Ｘ＝１が入力される迄の経過時間ＴＧを計測する。また、フィードフォワード中止部６は、時定数Ｔｆと先行開始時間ＦＦ＿ｉｎとに基づいて次式のように時間閾値ＴＨを算出する。
ＴＨ＝αＴｆ－ＦＦ＿ｉｎ ・・・（１０）

【0048】

式（１０）におけるαは３．０＜α＜５．０程度の範囲で適宜設定される定数である。上記のとおり、先行開始時間ＦＦ＿ｉｎは、外乱印加のタイミングに対して先行してトリガー信号ＦＦ＿Ｘを１にするタイミングを決める。この先行開始時間ＦＦ＿ｉｎの正常な値は、トリガー信号ＦＦ＿Ｘを出力する外部機器と制御装置のフィードフォワード中止部６の双方に予め設定されている。時定数Ｔｆは、フィードフォワード算出部２に設定されている。

【0049】

フィードフォワード中止部６は、ＴＧ≦ＴＨ、すなわち経過時間ＴＧが時間閾値ＴＨ以下の場合（図３ステップＳ１１６においてＮＯ）、フィードフォワード制御を中止しない。この場合のフィードフォワード算出部２とフィードフォワード実行部３とリミット処理部７と操作量出力部８の動作（図３ステップＳ１１７～Ｓ１２０）は、ステップＳ１１１～Ｓ１１４と同様である。

【0050】

また、フィードフォワード中止部６は、ＴＧ＞ＴＨ、すなわち経過時間ＴＧが時間閾値ＴＨより長い場合（ステップＳ１１６においてＹＥＳ）、フィードフォワード算出部２に指示してフィードフォワード制御を中止させる（図３ステップＳ１２１）。フィードフォワード算出部２は、正常な動作の場合にはトリガー信号ＦＦ＿Ｘが１になったことにより、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを算出するが、フィードフォワード中止部６から中止の指示を受けたことにより、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを０にする（ステップＳ１０５）。したがって、フィードバック制御のみで外乱リカバリー制御が行われる。

【0051】

なお、トリガー信号ＦＦ＿Ｘが１になったときにフィードフォワード中止部６からフィードフォワード制御中止の指示が出たことにより、以後の制御周期ではステップＳ１１０において判定ＹＥＳとなるので、フィードフォワード算出部２は、ステップＳ１０５に進む。上記のとおり、外部機器は、トリガー信号ＦＦ＿Ｘを１にした時点から所定時間が経過したときにトリガー信号ＦＦ＿Ｘを０にする。

【0052】

以下、シミュレーションにより本実施例の効果を検証する。以下の例では、制御対象を、プロセスゲイン１０．０、プロセス時定数４００．０ｓｅｃ．、プロセスむだ時間２０．０ｓｅｃ．の１次遅れ伝達関数で近似できる制御系とする。すなわち、制御対象のモデル数式Ｇｐは次式のように記述できる。
Ｇｐ＝１０．０ｅｘｐ（－２０．０ｓ）／（１＋４００．０ｓ） ・・・（１１）

【0053】

また、操作量算出部１に設定されるＰＩＤパラメータを、比例帯Ｐｂ＝６０％、積分時間Ｔｉ＝１２０．０ｓｅｃ．、微分時間Ｔｄ＝１０．０ｓｅｃ．とした。操作量上限値ＯＨは１００．０％、操作量下限値ＯＬは０．０％、制御周期は１．０ｓｅｃ．である。

【0054】

正常な場合のフィードフォワード制御の開始時点を決定する先行開始時間ＦＦ＿ｉｎは、微分時間Ｔｄに基づいて設定できる。具体的には、ＦＦ＿ｉｎ＝βＴｄ（係数βは０より大きい実数であり、例えば０．７）であることが妥当である。微分時間Ｔｄ＝１０．０ｓｅｃ．の場合、正常な場合のフィードフォワード制御の開始時点は、外乱印加の時点より７．０ｓｅｃ．前となる。ただし、係数βは、適宜微調整され得る値である。

【0055】

同様に、時定数Ｔｆは、微分時間Ｔｄに基づいて設定できる。具体的には、Ｔｆ＝γＴｄ（係数γは０より大きい実数であり、例えば０．４）であることが妥当である。微分時間Ｔｄ＝１０．０ｓｅｃ．の場合、時定数Ｔｆ＝４．０ｓｅｃ．となる。ただし、係数γは、適宜微調整され得る値である。

【0056】

図６は、外乱リカバリー応答の例を示す図であり、フィードフォワード制御を実行せずにフィードバック制御のみで温度制御した場合の制御量ＰＶと実操作量ＭＶ＿Ｆ’（＝操作量ＭＶ）の変化の例を示す図である。この図６の例は、１００ｓｅｃ．の時点で外乱が印加された場合のフィードバック制御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している。

【0057】

図７は、トリガー信号ＦＦ＿Ｘ＝１が入力された後に１００ｓｅｃ．の時点で外乱が印加された場合の正常なフィードフォワード制御とフィードバック制御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し、図８は、図７の場合のフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘのシミュレーション結果を示している。図７、図８の例は、フィードフォワード算出部２にパラメータＫｘ＝６５２．３、時定数Ｔｆ＝４．０ｓｅｃ．が予め設定され、フィードフォワード中止部６に先行開始時間ＦＦ＿ｉｎ＝７．０ｓｅｃ．が予め設定されていた場合を示している。正常なフィードフォワード制御の開始タイミング、すなわちトリガー信号ＦＦ＿Ｘを０から１にするタイミングは、外乱印加の時点より７．０ｓｅｃ．前の９３ｓｅｃ．の時点である。

【0058】

図９は、トリガー信号ＦＦ＿Ｘが入力されずに（ＦＦ＿Ｘ＝０）、１００ｓｅｃ．の時点で外乱が印加され、外乱印加から６．０ｓｅｃ．遅れて（ＴＧ＝６．０ｓｅｃ．）トリガー信号ＦＦ＿Ｘ＝１が入力された場合の外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示している。図９の例は、フィードフォワード算出部２にパラメータＫｘ＝６５２．３、時定数Ｔｆ＝４．０ｓｅｃ．が予め設定され、フィードフォワード中止部６に先行開始時間ＦＦ＿ｉｎ＝７．０ｓｅｃ．が予め設定されていた場合を示している。

【0059】

α＝４．０とすると、フィードフォワード中止部６は、時定数Ｔｆ＝４．０ｓｅｃ．と先行開始時間ＦＦ＿ｉｎ＝７．０ｓｅｃ．とに基づいて次式のように時間閾値ＴＨを算出する。
ＴＨ＝αＴｆ－ＦＦ＿ｉｎ＝４．０×４．０－７．０＝９．０ｓｅｃ．・・（１２）

【0060】

このとき、フィードフォワード中止部６は、経過時間ＴＧ＝６．０ｓｅｃ．が時間閾値ＴＨ＝９．０ｓｅｃ．よりも短いので、フィードフォワード制御を中止しないと判定する。図９の例では、図６の場合よりも外乱による制御量ＰＶの下降が小さくなっており、フィードフォワード制御は逆効果にはなっていない。

【0061】

図１０は、トリガー信号ＦＦ＿Ｘが入力されずに（ＦＦ＿Ｘ＝０）、１００ｓｅｃ．の時点で外乱が印加され、外乱印加から２０．０ｓｅｃ．遅れて（ＴＧ＝２０．０ｓｅｃ．）トリガー信号ＦＦ＿Ｘ＝１が入力された場合の外乱リカバリー応答のシミュレーション結果を示している。図１０の例は、フィードフォワード算出部２にパラメータＫｘ＝６５２．３、時定数Ｔｆ＝４．０ｓｅｃ．が予め設定され、フィードフォワード中止部６に先行開始時間ＦＦ＿ｉｎ＝７．０ｓｅｃ．が予め設定されていた場合を示している。

【0062】

α＝４．０とすると、フィードフォワード中止部６は、式（１２）のように時間閾値ＴＨ＝９．０ｓｅｃ．と算出する。本実施例どおりの動作であれば、フィードフォワード中止部６は、経過時間ＴＧ＝２０．０ｓｅｃ．が時間閾値ＴＨ＝９．０ｓｅｃ．よりも長いので、フィードフォワード制御を中止すべきと判定する。

【0063】

これに対して、図１０の例は、本実施例と異なり、フィードフォワード制御を中止しなかった場合を示している。この図１０の例では、図６の場合と比較して外乱による制御量ＰＶの下降が小さくなってはおらず、図６の場合よりもオーバーシュートが大きくなっている。すなわち、フィードフォワード制御は逆効果になってしまう。本実施例によれば、このような逆効果になってしまうフィードフォワード制御を中止することができる。

【0064】

なお、本実施例では、設定値ＳＰに対して制御量ＰＶが下降する外乱の例で説明しているが、本発明は設定値ＳＰに対して制御量ＰＶが上昇する外乱にも対応可能である。制御量ＰＶが上昇する外乱が発生する場合には、パラメータＫｘとフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘとが負の値となる。

【0065】

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１１に示す。

【0066】

コンピュータは、ＣＰＵ３００と、記憶装置３０１と、インタフェース装置（Ｉ／Ｆ）３０２とを備えている。Ｉ／Ｆ３０２には、例えば温度センサや電力調整器が接続される。このようなコンピュータにおいて、本実施例の制御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。

【産業上の利用可能性】

【0067】

本発明は、制御装置に適用することができる。

【符号の説明】

【0068】

１…操作量算出部、２…フィードフォワード算出部、３…フィードフォワード実行部、４…トリガー信号入力部、５…外乱印加検出部、６…フィードフォワード中止部、７…リミット処理部、８…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】

【図13】

【図14】