(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】2024-08-26
(45)【発行日】2024-09-03
(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 20060101AFI20240827BHJP
【ＦＩ】
G05B11/32 F
【請求項の数】
16
(21)【出願番号】P 2020109322
(22)【出願日】2020-06-25
(65)【公開番号】P2022006821
(43)【公開日】2022-01-13
【審査請求日】2023-03-24
(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】田中 雅人
【審査官】松本 泰典
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－２２０１９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－２２７８０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２２５２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－１２４８６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－２１２９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－１３１６７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２２－６８２０（ＪＰ，Ａ）
(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】
設定値と制御量とを入力として第１の操作量を制御周期毎に算出するように構成された操作量算出部と、外乱の印加前に有意の値となり外乱の印加後に非有意の値となるトリガー変数の入力に応じて、ステップ外乱の抑制に必要な第１のフィードフォワード量とインパルス外乱の抑制に必要な第２のフィードフォワード量との和を第３のフィードフォワード量として制御周期毎に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の操作量に前記第３のフィードフォワード量を制御周期毎に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の操作量に前記第３の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、
前記トリガー変数が有意の値になったときの外乱リカバリー応答前の整定時の前記第２の操作量と外乱リカバリーの整定後の前記第２の操作量の差を、前記第１のフィードフォワード量の算出のための第１のパラメータとして推定し、推定した第１のパラメータを第１の診断指標とするように構成された第１の推定部と、
前記第１の推定部によって推定された値と同じ前記第１のパラメータが前記フィードフォワード算出部に設定済みで前記トリガー変数が有意の値になったときに設定済みの前記第１のパラメータに基づいて前記第１のフィードフォワード量が出力されたと仮定したときの前記第２の操作量の整定までの前記第１のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量を算出するように構成された総量算出部と、
前記トリガー変数が有意の値になった期間における前記第２の操作量の整定までの前記第２の操作量の各制御周期の変化量の積算値である総量から前記第１のフィードフォワード量の総量を減算し、前記制御周期に前記減算の結果を乗算した値を、前記第２のフィードフォワード量の算出のための第２のパラメータとして推定し、推定した第２のパラメータを第２の診断指標とするように構成された第２の推定部と、
前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって制御周期毎に算出された前記第２のフィードフォワード量のうち、前記第２の操作量が操作量上限値を上回る出力飽和または操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である無効量を算出するように構成された無効量算出部と、
前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記第２の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第２の診断指標に乗算した補正値を、前記第２のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第２の診断指標とするように構成された補正部と、
前記第１の診断指標と前記補正後の第２の診断指標とを提示するように構成された診断指標提示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に設定されている前記第１のパラメータを前記第１の診断指標の値に修正し、前記フィードフォワード算出部に設定されている前記第２のパラメータを前記補正後の第２の診断指標の値に修正し、前記フィードフォワード算出部に設定されている、前記第２の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時定数を、時定数の補正値に修正するように構成された修正部をさらに備え、
前記補正部は、前記補正後の第２の診断指標を算出すると共に、前記時定数に前記比率を乗算した値を前記時定数の補正値として算出する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、前記第２のフィードフォワード量は、前記第２のパラメータをＫｘ２、前記第２の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時定数をＴｆ、前記時定数を調整する係数をＡ、前記トリガー変数をＦＦ＿Ｘ、ラプラス演算子をｓとしたとき、［Ｋｘ２ｓ／｛（１＋ＡＴｆｓ）（１＋（２．０－Ａ）Ｔｆｓ）｝］ＦＦ＿Ｘにより算出されることを特徴とする制御装置。
【請求項4】
請求項３記載の制御装置において、前記補正部は、前記無効量をＦＦ＿Ｎ、前記第１の操作量と前記第１、第２、第３のフィードフォワード量との算出周期である前記制御周期をｄｔ、前記比率をＲＨとしたとき、前記比率ＲＨをＫｘ２／（Ｋｘ２－ＦＦ＿Ｎ×ｄｔ）により算出し、前記補正後の第２の診断指標として、前記第２のパラメータＫｘ２の補正値をＫｘ２×ＲＨにより算出し、前記時定数Ｔｆに前記比率ＲＨを乗算した値Ｔｆ×ＲＨを前記時定数Ｔｆの補正値として算出することを特徴とする制御装置。
【請求項5】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御装置において、前記第１のフィードフォワード量は、前記第１のパラメータをＫｘ１、前記第１の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時定数をＴｆ、前記時定数を調整する係数をＡ、前記トリガー変数をＦＦ＿Ｘ、ラプラス演算子をｓとしたとき、［Ｋｘ１／｛（１＋ＡＴｆｓ）（１＋（２．０－Ａ）Ｔｆｓ）｝］ＦＦ＿Ｘにより算出されることを特徴とする制御装置。
【請求項6】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置において、前記無効量と、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を、第３の診断指標として算出するように構成された指標比率算出部をさらに備え、
前記診断指標提示部は、前記第１の診断指標と前記補正後の第２の診断指標に加えて前記第３の診断指標を提示することを特徴とする制御装置。
【請求項7】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置において、前記フィードフォワード実行部によって算出された第２の操作量を前記操作量下限値以上で前記操作量上限値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をさらに備え、
前記操作量出力部は、前記リミット処理された第２の操作量を制御対象に出力し、
前記第１の推定部と前記総量算出部と前記第２の推定部とは、前記リミット処理された第２の操作量を入力として処理を行い、
前記無効量算出部は、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって制御周期毎に算出された前記第２のフィードフォワード量のうち、前記リミット処理前の第２の操作量が前記操作量上限値を上回る出力飽和または前記操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である前記無効量を算出し、
前記補正部は、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記リミット処理前の第２の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第２の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第２のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第２の診断指標とすることを特徴とする制御装置。
【請求項8】
請求項６記載の制御装置において、前記フィードフォワード実行部によって算出された第２の操作量を前記操作量下限値以上で前記操作量上限値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をさらに備え、
前記操作量出力部は、前記リミット処理された第２の操作量を制御対象に出力し、
前記第１の推定部と前記総量算出部と前記第２の推定部と前記指標比率算出部とは、前記リミット処理された第２の操作量を入力として処理を行い、
前記無効量算出部は、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって制御周期毎に算出された前記第２のフィードフォワード量のうち、前記リミット処理前の第２の操作量が前記操作量上限値を上回る出力飽和または前記操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である前記無効量を算出し、
前記補正部は、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記リミット処理前の第２の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第２の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第２のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第２の診断指標とすることを特徴とする制御装置。
【請求項9】
設定値と制御量とを入力として第１の操作量を制御周期毎に算出する第１のステップと、外乱の印加前に有意の値となり外乱の印加後に非有意の値となるトリガー変数の入力に応じて、ステップ外乱の抑制に必要な第１のフィードフォワード量とインパルス外乱の抑制に必要な第２のフィードフォワード量との和を第３のフィードフォワード量として制御周期毎に算出する第２のステップと、
前記第１の操作量に前記第３のフィードフォワード量を制御周期毎に加算する第３のステップと、
前記第１の操作量に前記第３の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、
前記トリガー変数が有意の値になったときの外乱リカバリー応答前の整定時の前記第２の操作量と外乱リカバリーの整定後の前記第２の操作量の差を、前記第１のフィードフォワード量の算出のための第１のパラメータとして推定し、推定した第１のパラメータを第１の診断指標とする第５のステップと、
前記第５のステップで推定した値と同じ前記第１のパラメータが設定済みで前記トリガー変数が有意の値になったときに設定済みの前記第１のパラメータに基づいて前記第１のフィードフォワード量が出力されたと仮定したときの前記第２の操作量の整定までの前記第１のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量を算出する第６のステップと、
前記トリガー変数が有意の値になった期間における前記第２の操作量の整定までの前記第２の操作量の各制御周期の変化量の積算値である総量から前記第１のフィードフォワード量の総量を減算し、前記制御周期に前記減算の結果を乗算した値を、前記第２のフィードフォワード量の算出のための第２のパラメータとして推定し、推定した第２のパラメータを第２の診断指標とする第７のステップと、
前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって制御周期毎に算出された前記第２のフィードフォワード量のうち、前記第２の操作量が操作量上限値を上回る出力飽和または操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である無効量を算出する第８のステップと、
前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記第２の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第２の診断指標に乗算した補正値を、前記第２のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第２の診断指標とする第９のステップと、
前記第１の診断指標と前記補正後の第２の診断指標とを提示する第１０のステップとを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項10】
請求項９記載の制御方法において、前記第２のステップにおいて前記第１のフィードフォワード量を算出するために設定されている前記第１のパラメータを前記第１の診断指標の値に修正し、前記第２のステップにおいて前記第２のフィードフォワード量を算出するために設定されている前記第２のパラメータを前記補正後の第２の診断指標の値に修正し、前記第２のステップにおいて前記第２のフィードフォワード量を算出するために設定されている、前記第２の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時定数を、時定数の補正値に修正する第１１のステップをさらに含み、
前記第９のステップは、前記補正後の第２の診断指標を算出すると共に、前記時定数に前記比率を乗算した値を前記時定数の補正値として算出するステップを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項11】
請求項９または１０記載の制御方法において、前記第２のフィードフォワード量は、前記第２のパラメータをＫｘ２、前記第２の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時定数をＴｆ、前記時定数を調整する係数をＡ、前記トリガー変数をＦＦ＿Ｘ、ラプラス演算子をｓとしたとき、［Ｋｘ２ｓ／｛（１＋ＡＴｆｓ）（１＋（２．０－Ａ）Ｔｆｓ）｝］ＦＦ＿Ｘにより算出されることを特徴とする制御方法。
【請求項12】
請求項１１記載の制御方法において、前記第９のステップは、前記無効量をＦＦ＿Ｎ、前記第１の操作量と前記第１、第２、第３のフィードフォワード量との算出周期である前記制御周期をｄｔ、前記比率をＲＨとしたとき、前記比率ＲＨをＫｘ２／（Ｋｘ２－ＦＦ＿Ｎ×ｄｔ）により算出し、前記補正後の第２の診断指標として、前記第２のパラメータＫｘ２の補正値をＫｘ２×ＲＨにより算出し、前記時定数Ｔｆに前記比率ＲＨを乗算した値Ｔｆ×ＲＨを前記時定数Ｔｆの補正値として算出するステップを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項13】
請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の制御方法において、前記第１のフィードフォワード量は、前記第１のパラメータをＫｘ１、前記第１の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時定数をＴｆ、前記時定数を調整する係数をＡ、前記トリガー変数をＦＦ＿Ｘ、ラプラス演算子をｓとしたとき、［Ｋｘ１／｛（１＋ＡＴｆｓ）（１＋（２．０－Ａ）Ｔｆｓ）｝］ＦＦ＿Ｘにより算出されることを特徴とする制御方法。
【請求項14】
請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の制御方法において、前記無効量と、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を、第３の診断指標として算出する第１２のステップと、
前記第３の診断指標を提示する第１３のステップとをさらに含むことを特徴とする制御方法。
【請求項15】
請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の制御方法において、前記第３のステップによって算出された第２の操作量を前記操作量下限値以上で前記操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なう第１２のステップをさらに含み、
前記第４のステップは、前記リミット処理された第２の操作量を制御対象に出力するステップを含み、
前記第５のステップと前記第６のステップと前記第７のステップとは、前記リミット処理された第２の操作量を入力として処理を行い、
前記第８のステップは、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって制御周期毎に算出された前記第２のフィードフォワード量のうち、前記リミット処理前の第２の操作量が前記操作量上限値を上回る出力飽和または前記操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である前記無効量を算出するステップを含み、
前記第９のステップは、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記リミット処理前の第２の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第２の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第２のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第２の診断指標とするステップを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項16】
請求項１４記載の制御方法において、前記第３のステップによって算出された第２の操作量を前記操作量下限値以上で前記操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なう第１４のステップをさらに含み、
前記第４のステップは、前記リミット処理された第２の操作量を制御対象に出力するステップを含み、
前記第５のステップと前記第６のステップと前記第７のステップと前記第１２のステップとは、前記リミット処理された第２の操作量を入力として処理を行い、
前記第８のステップは、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって制御周期毎に算出された前記第２のフィードフォワード量のうち、前記リミット処理前の第２の操作量が前記操作量上限値を上回る出力飽和または前記操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である前記無効量を算出するステップを含み、
前記第９のステップは、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記リミット処理前の第２の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第２の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第２のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第２の診断指標と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１７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１７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１８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１８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。
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）
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１９に示す。図１９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）
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）
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、制御技術の専門家ではない通常のオペレータ（制御技術ユーザ）が、フィードフォワード制御の実行結果を適切に評価できることはほとんどない。特にフィードフォワード分の操作量加算量（本発明では、特許文献３と区別するため、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘとする）は、適切に診断しながら修正されなければならない。言うまでもなく、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘに対し外乱が変化すれば、フィードフォワード制御の効果は劣化する。しかしながら、制御技術の専門家ではない通常のオペレータにとって、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを適切に修正して、フィードフォワード制御の効果を高めることは困難であった。
【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、フィードフォワード量の妥当性を合理的に診断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の操作量を制御周期毎に算出するように構成された操作量算出部と、外乱の印加前に有意の値となり外乱の印加後に非有意の値となるトリガー変数の入力に応じて、ステップ外乱の抑制に必要な第１のフィードフォワード量とインパルス外乱の抑制に必要な第２のフィードフォワード量との和を第３のフィードフォワード量として制御周期毎に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の操作量に前記第３のフィードフォワード量を制御周期毎に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の操作量に前記第３の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、前記トリガー変数が有意の値になったときの外乱リカバリー応答前の整定時の前記第２の操作量と外乱リカバリーの整定後の前記第２の操作量の差を、前記第１のフィードフォワード量の算出のための第１のパラメータとして推定し、推定した第１のパラメータを第１の診断指標とするように構成された第１の推定部と、前記第１の推定部によって推定された値と同じ前記第１のパラメータが前記フィードフォワード算出部に設定済みで前記トリガー変数が有意の値になったときに設定済みの前記第１のパラメータに基づいて前記第１のフィードフォワード量が出力されたと仮定したときの前記第２の操作量の整定までの前記第１のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量を算出するように構成された総量算出部と、前記トリガー変数が有意の値になった期間における前記第２の操作量の整定までの前記第２の操作量の各制御周期の変化量の積算値である総量から前記第１のフィードフォワード量の総量を減算し、前記制御周期に前記減算の結果を乗算した値を、前記第２のフィードフォワード量の算出のための第２のパラメータとして推定し、推定した第２のパラメータを第２の診断指標とするように構成された第２の推定部と、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって制御周期毎に算出された前記第２のフィードフォワード量のうち、前記第２の操作量が操作量上限値を上回る出力飽和または操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である無効量を算出するように構成された無効量算出部と、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記第２の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第２の診断指標に乗算した補正値を、前記第２のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第２の診断指標とするように構成された補正部と、前記第１の診断指標と前記補正後の第２の診断指標とを提示するように構成された診断指標提示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構成例は、前記フィードフォワード算出部に設定されている前記第１のパラメータを前記第１の診断指標の値に修正し、前記フィードフォワード算出部に設定されている前記第２のパラメータを前記補正後の第２の診断指標の値に修正し、前記フィードフォワード算出部に設定されている、前記第２の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時定数を、時定数の補正値に修正するように構成された修正部をさらに備え、前記補正部は、前記補正後の第２の診断指標を算出すると共に、前記時定数に前記比率を乗算した値を前記時定数の補正値として算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、前記第２のフィードフォワード量は、前記第２のパラメータをＫｘ２、前記第２の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時定数をＴｆ、前記時定数を調整する係数をＡ、前記トリガー変数をＦＦ＿Ｘ、ラプラス演算子をｓとしたとき、［Ｋｘ２ｓ／｛（１＋ＡＴｆｓ）（１＋（２．０－Ａ）Ｔｆｓ）｝］ＦＦ＿Ｘにより算出され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、前記補正部は、前記無効量をＦＦ＿Ｎ、前記第１の操作量と前記第１、第２、第３のフィードフォワード量との算出周期である前記制御周期をｄｔ、前記比率をＲＨとしたとき、前記比率ＲＨをＫｘ２／（Ｋｘ２－ＦＦ＿Ｎ×ｄｔ）により算出し、前記補正後の第２の診断指標として、前記第２のパラメータＫｘ２の補正値をＫｘ２×ＲＨにより算出し、前記時定数Ｔｆに前記比率ＲＨを乗算した値Ｔｆ×ＲＨを前記時定数Ｔｆの補正値として算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、前記第１のフィードフォワード量は、前記第１のパラメータをＫｘ１、前記第１の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時定数をＴｆ、前記時定数を調整する係数をＡ、前記トリガー変数をＦＦ＿Ｘ、ラプラス演算子をｓとしたとき、［Ｋｘ１／｛（１＋ＡＴｆｓ）（１＋（２．０－Ａ）Ｔｆｓ）｝］ＦＦ＿Ｘにより算出され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、前記第２のフィードフォワード量は、前記第２のパラメータをＫｘ２、前記第２の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時定数をＴｆ、前記時定数を調整する係数をＡ、前記トリガー変数をＦＦ＿Ｘ、ラプラス演算子をｓとしたとき、［Ｋｘ２ｓ／｛（１＋ＡＴｆｓ）（１＋（２．０－Ａ）Ｔｆｓ）｝］ＦＦ＿Ｘにより算出され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、前記補正部は、前記無効量をＦＦ＿Ｎ、前記第１の操作量と前記第１、第２、第３のフィードフォワード量との算出周期である前記制御周期をｄｔ、前記比率をＲＨとしたとき、前記比率ＲＨをＫｘ２／（Ｋｘ２－ＦＦ＿Ｎ×ｄｔ）により算出し、前記補正後の第２の診断指標として、前記第２のパラメータＫｘ２の補正値をＫｘ２×ＲＨにより算出し、前記時定数Ｔｆに前記比率ＲＨを乗算した値Ｔｆ×ＲＨを前記時定数Ｔｆの補正値として算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、前記第１のフィードフォワード量は、前記第１のパラメータをＫｘ１、前記第１の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時定数をＴｆ、前記時定数を調整する係数をＡ、前記トリガー変数をＦＦ＿Ｘ、ラプラス演算子をｓとしたとき、［Ｋｘ１／｛（１＋ＡＴｆｓ）（１＋（２．０－Ａ）Ｔｆｓ）｝］ＦＦ＿Ｘにより算出されることを特徴とするものである。
【0018】
また、本発明の制御装置の１構成例は、前記無効量と、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を、第３の診断指標として算出するように構成された指標比率算出部をさらに備え、前記診断指標提示部は、前記第１の診断指標と前記補正後の第２の診断指標に加えて前記第３の診断指標を提示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構成例は、前記フィードフォワード実行部によって算出された第２の操作量を前記操作量下限値以上で前記操作量上限値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をさらに備え、前記操作量出力部は、前記リミット処理された第２の操作量を制御対象に出力し、前記第１の推定部と前記総量算出部と前記第２の推定部とは、前記リミット処理された第２の操作量を入力として処理を行い、前記無効量算出部は、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって制御周期毎に算出された前記第２のフィードフォワード量のうち、前記リミット処理前の第２の操作量が前記操作量上限値を上回る出力飽和または前記操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である前記無効量を算出し、前記補正部は、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記リミット処理前の第２の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第２の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第２のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第２の診断指標と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構成例は、前記フィードフォワード実行部によって算出された第２の操作量を前記操作量下限値以上で前記操作量上限値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をさらに備え、前記操作量出力部は、前記リミット処理された第２の操作量を制御対象に出力し、前記第１の推定部と前記総量算出部と前記第２の推定部と前記指標比率算出部とは、前記リミット処理された第２の操作量を入力として処理を行い、前記無効量算出部は、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって制御周期毎に算出された前記第２のフィードフォワード量のうち、前記リミット処理前の第２の操作量が前記操作量上限値を上回る出力飽和または前記操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である前記無効量を算出し、前記補正部は、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記リミット処理前の第２の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第２の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第２のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第２の診断指標と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構成例は、前記フィードフォワード実行部によって算出された第２の操作量を前記操作量下限値以上で前記操作量上限値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をさらに備え、前記操作量出力部は、前記リミット処理された第２の操作量を制御対象に出力し、前記第１の推定部と前記総量算出部と前記第２の推定部とは、前記リミット処理された第２の操作量を入力として処理を行い、前記無効量算出部は、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって制御周期毎に算出された前記第２のフィードフォワード量のうち、前記リミット処理前の第２の操作量が前記操作量上限値を上回る出力飽和または前記操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である前記無効量を算出し、前記補正部は、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記リミット処理前の第２の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第２の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第２のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第２の診断指標と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構成例は、前記フィードフォワード実行部によって算出された第２の操作量を前記操作量下限値以上で前記操作量上限値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をさらに備え、前記操作量出力部は、前記リミット処理された第２の操作量を制御対象に出力し、前記第１の推定部と前記総量算出部と前記第２の推定部と前記指標比率算出部とは、前記リミット処理された第２の操作量を入力として処理を行い、前記無効量算出部は、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって制御周期毎に算出された前記第２のフィードフォワード量のうち、前記リミット処理前の第２の操作量が前記操作量上限値を上回る出力飽和または前記操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である前記無効量を算出し、前記補正部は、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記フィードフォワード算出部によって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記リミット処理前の第２の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第２の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第２のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第２の診断指標とすることを特徴とするものである。
【0019】
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の操作量を制御周期毎に算出する第１のステップと、外乱の印加前に有意の値となり外乱の印加後に非有意の値となるトリガー変数の入力に応じて、ステップ外乱の抑制に必要な第１のフィードフォワード量とインパルス外乱の抑制に必要な第２のフィードフォワード量との和を第３のフィードフォワード量として制御周期毎に算出する第２のステップと、前記第１の操作量に前記第３のフィードフォワード量を制御周期毎に加算する第３のステップと、前記第１の操作量に前記第３の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、前記トリガー変数が有意の値になったときの外乱リカバリー応答前の整定時の前記第２の操作量と外乱リカバリーの整定後の前記第２の操作量の差を、前記第１のフィードフォワード量の算出のための第１のパラメータとして推定し、推定した第１のパラメータを第１の診断指標とする第５のステップと、前記第５のステップで推定した値と同じ前記第１のパラメータが設定済みで前記トリガー変数が有意の値になったときに設定済みの前記第１のパラメータに基づいて前記第１のフィードフォワード量が出力されたと仮定したときの前記第２の操作量の整定までの前記第１のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量を算出する第６のステップと、前記トリガー変数が有意の値になった期間における前記第２の操作量の整定までの前記第２の操作量の各制御周期の変化量の積算値である総量から前記第１のフィードフォワード量の総量を減算し、前記制御周期に前記減算の結果を乗算した値を、前記第２のフィードフォワード量の算出のための第２のパラメータとして推定し、推定した第２のパラメータを第２の診断指標とする第７のステップと、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって制御周期毎に算出された前記第２のフィードフォワード量のうち、前記第２の操作量が操作量上限値を上回る出力飽和または操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である無効量を算出する第８のステップと、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記第２の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第２の診断指標に乗算した補正値を、前記第２のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第２の診断指標とする第９のステップと、前記第１の診断指標と前記補正後の第２の診断指標とを提示する第１０のステップとを含むことを特徴とするものである。
【0020】
また、本発明の制御方法の１構成例は、前記第２のステップにおいて前記第１のフィードフォワード量を算出するために設定されている前記第１のパラメータを前記第１の診断指標の値に修正し、前記第２のステップにおいて前記第２のフィードフォワード量を算出するために設定されている前記第２のパラメータを前記補正後の第２の診断指標の値に修正し、前記第２のステップにおいて前記第２のフィードフォワード量を算出するために設定されている、前記第２の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時定数を、時定数の補正値に修正する第１１のステップをさらに含み、前記第９のステップは、前記補正後の第２の診断指標を算出すると共に、前記時定数に前記比率を乗算した値を前記時定数の補正値として算出するステップを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記第２のフィードフォワード量は、前記第２のパラメータをＫｘ２、前記第２の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時定数をＴｆ、前記時定数を調整する係数をＡ、前記トリガー変数をＦＦ＿Ｘ、ラプラス演算子をｓとしたとき、［Ｋｘ２ｓ／｛（１＋ＡＴｆｓ）（１＋（２．０－Ａ）Ｔｆｓ）｝］ＦＦ＿Ｘにより算出されることを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記第９のステップは、前記無効量をＦＦ＿Ｎ、前記第１の操作量と前記第１、第２、第３のフィードフォワード量との算出周期である前記制御周期をｄｔ、前記比率をＲＨとしたとき、前記比率ＲＨをＫｘ２／（Ｋｘ２－ＦＦ＿Ｎ×ｄｔ）により算出し、前記補正後の第２の診断指標として、前記第２のパラメータＫｘ２の補正値をＫｘ２×ＲＨにより算出し、前記時定数Ｔｆに前記比率ＲＨを乗算した値Ｔｆ×ＲＨを前記時定数Ｔｆの補正値として算出するステップを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記第１のフィードフォワード量は、前記第１のパラメータをＫｘ１、前記第１の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時定数をＴｆ、前記時定数を調整する係数をＡ、前記トリガー変数をＦＦ＿Ｘ、ラプラス演算子をｓとしたとき、［Ｋｘ１／｛（１＋ＡＴｆｓ）（１＋（２．０－Ａ）Ｔｆｓ）｝］ＦＦ＿Ｘにより算出されることを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記第２のフィードフォワード量は、前記第２のパラメータをＫｘ２、前記第２の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時定数をＴｆ、前記時定数を調整する係数をＡ、前記トリガー変数をＦＦ＿Ｘ、ラプラス演算子をｓとしたとき、［Ｋｘ２ｓ／｛（１＋ＡＴｆｓ）（１＋（２．０－Ａ）Ｔｆｓ）｝］ＦＦ＿Ｘにより算出されることを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記第９のステップは、前記無効量をＦＦ＿Ｎ、前記第１の操作量と前記第１、第２、第３のフィードフォワード量との算出周期である前記制御周期をｄｔ、前記比率をＲＨとしたとき、前記比率ＲＨをＫｘ２／（Ｋｘ２－ＦＦ＿Ｎ×ｄｔ）により算出し、前記補正後の第２の診断指標として、前記第２のパラメータＫｘ２の補正値をＫｘ２×ＲＨにより算出し、前記時定数Ｔｆに前記比率ＲＨを乗算した値Ｔｆ×ＲＨを前記時定数Ｔｆの補正値として算出するステップを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記第１のフィードフォワード量は、前記第１のパラメータをＫｘ１、前記第１の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時定数をＴｆ、前記時定数を調整する係数をＡ、前記トリガー変数をＦＦ＿Ｘ、ラプラス演算子をｓとしたとき、［Ｋｘ１／｛（１＋ＡＴｆｓ）（１＋（２．０－Ａ）Ｔｆｓ）｝］ＦＦ＿Ｘにより算出されることを特徴とするものである。
【0021】
また、本発明の制御方法の１構成例は、前記無効量と、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を、第３の診断指標として算出する第１２のステップと、前記第３の診断指標を提示する第１３のステップとをさらに含むことを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の１構成例は、前記第３のステップによって算出された第２の操作量を前記操作量下限値以上で前記操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なう第１２のステップをさらに含み、前記第４のステップは、前記リミット処理された第２の操作量を制御対象に出力するステップを含み、前記第５のステップと前記第６のステップと前記第７のステップとは、前記リミット処理された第２の操作量を入力として処理を行い、前記第８のステップは、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって制御周期毎に算出された前記第２のフィードフォワード量のうち、前記リミット処理前の第２の操作量が前記操作量上限値を上回る出力飽和または前記操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である前記無効量を算出するステップを含み、前記第９のステップは、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記リミット処理前の第２の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第２の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第２のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第２の診断指標とするステップを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の１構成例は、前記第３のステップによって算出された第２の操作量を前記操作量下限値以上で前記操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なう第１４のステップをさらに含み、前記第４のステップは、前記リミット処理された第２の操作量を制御対象に出力するステップを含み、前記第５のステップと前記第６のステップと前記第７のステップと前記第１２のステップとは、前記リミット処理された第２の操作量を入力として処理を行い、前記第８のステップは、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって制御周期毎に算出された前記第２のフィードフォワード量のうち、前記リミット処理前の第２の操作量が前記操作量上限値を上回る出力飽和または前記操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である前記無効量を算出するステップを含み、前記第９のステップは、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記リミット処理前の第２の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第２の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第２のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第２の診断指標とするステップを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の１構成例は、前記第３のステップによって算出された第２の操作量を前記操作量下限値以上で前記操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なう第１２のステップをさらに含み、前記第４のステップは、前記リミット処理された第２の操作量を制御対象に出力するステップを含み、前記第５のステップと前記第６のステップと前記第７のステップとは、前記リミット処理された第２の操作量を入力として処理を行い、前記第８のステップは、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって制御周期毎に算出された前記第２のフィードフォワード量のうち、前記リミット処理前の第２の操作量が前記操作量上限値を上回る出力飽和または前記操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である前記無効量を算出するステップを含み、前記第９のステップは、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記リミット処理前の第２の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第２の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第２のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第２の診断指標とするステップを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の１構成例は、前記第３のステップによって算出された第２の操作量を前記操作量下限値以上で前記操作量上限値以下の値に制限するリミット処理を行なう第１４のステップをさらに含み、前記第４のステップは、前記リミット処理された第２の操作量を制御対象に出力するステップを含み、前記第５のステップと前記第６のステップと前記第７のステップと前記第１２のステップとは、前記リミット処理された第２の操作量を入力として処理を行い、前記第８のステップは、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって制御周期毎に算出された前記第２のフィードフォワード量のうち、前記リミット処理前の第２の操作量が前記操作量上限値を上回る出力飽和または前記操作量下限値を下回る出力飽和のいずれかによって無効化された分の積算値である前記無効量を算出するステップを含み、前記第９のステップは、前記トリガー変数が有意の値になった期間において前記リミット処理された第２の操作量の整定までに前記第２のステップによって算出された前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量と前記出力飽和によって無効化されなかった前記第２のフィードフォワード量の各制御周期の積算値である総量との比率を前記無効量に基づいて算出し、前記出力飽和によって無効化されない前記リミット処理前の第２の操作量の範囲内に前記無効量の相当分が配分されるように、前記比率を前記第２の診断指標に乗算した前記補正値を、前記第２のフィードフォワード量の補正のための値として推定し、推定した値を補正後の第２の診断指標と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】
【0022】
本発明によれば、第１の推定部と総量算出部と第２の推定部と無効量算出部と補正部と診断指標提示部とを設けることにより、外乱リカバリー制御の実行結果に基づいて、ステップ外乱の抑制に必要な第１のフィードフォワード量とインパルス外乱の抑制に必要な第２のフィードフォワード量の診断指標を得ることができ、第１のフィードフォワード量と第２のフィードフォワード量の妥当性を合理的に診断することができる。
【0023】
また、本発明では、修正部を設けることにより、適応的な再調整機能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【発明を実施するための形態】
【0025】
［発明の原理１］
本発明では、特許文献３で提案した技術などが特に適用対象とする外乱リカバリー応答を適用対象とする。適用対象の外乱には、大きく分けてインパルス外乱とステップ外乱の２種類がある。
本発明では、特許文献３で提案した技術などが特に適用対象とする外乱リカバリー応答を適用対象とする。適用対象の外乱には、大きく分けてインパルス外乱とステップ外乱の２種類がある。
【0026】
インパルス外乱は、外乱リカバリー応答の前後で整定時の実操作量ＭＶ＿Ｆにほぼ変化が生じない外乱であり、一時的かつ衝撃のような外乱である。ステップ外乱は、外乱リカバリー応答の前後で整定時の実操作量ＭＶ＿Ｆに顕著な変化が生じる外乱であり、整定状態という平衡点自体が変化する外乱である。なお、特許文献３で提案した技術は、インパルス外乱に特に適している。
【0027】
インパルス外乱のみであれば、フィードバック制御のみによる外乱リカバリー制御（制御量ＰＶを設定値ＳＰに復帰させる制御）での実操作量ＭＶ＿Ｆの変化量総量ΔＭＶ＿ｉｍｐを目安にフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを適正化できる。また、ステップ外乱のみであれば、フィードバック制御のみによる外乱リカバリー応答前後の実操作量差ΔＭＶ＿ｓｔｐを目安にフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを適正化できる。特に調整が難しいのは、インパルス外乱とステップ外乱の両方が同時に発生する外乱（本発明では混合外乱とする）である。
【0028】
発明者は、鋭意研究の結果、以下の（I）、（II）の手順でフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを推定できることを突き止め、（I）、（II）の手順の制御方法を提案した（特願２０２０－０１６８９１）。
【0029】
（I）少なくともフィードバック制御による外乱リカバリー制御（またはフィードバック制御のみの外乱リカバリー制御）を実行し、外乱リカバリー応答前後の実操作量差ΔＭＶ＿ｓｔｐを目安にステップ外乱に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１を推定する。
【0030】
（II）上記（I）で実行した外乱リカバリー制御において、実操作量ＭＶ＿Ｆの変化量総量ΔＭＶ＿ａｌｌを算出し、（I）で推定したステップ外乱に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の総量ＭＶ＿Ｘ１＿ａｌｌを減算した実操作量ＭＶ＿Ｆの変化量総量ΔＭＶ＿ｉｍｐを目安にインパルス外乱に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２を推定する。
【0031】
上記の（I）、（II）の手順により、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘの概ね適切な推定が可能である。ただし、図１９のようなフィードフォワード量は実操作量ＭＶ＿Ｆを一時的に大きく変動させる動作になるので、実操作量ＭＶ＿Ｆの上限値ＯＨあるいは下限値ＯＬを超える出力飽和に至る可能性が高い。出力飽和が生じた場合、想定されているフィードフォワード量が確保できなくなる。すなわち、特に診断が難しいのは、インパルス外乱に必要なフィードフォワード量が出力飽和による影響を受けてしまう場合である。
【0032】
発明者は、鋭意研究の結果、以下の（III）、（IV）、（V）の手順でフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘについてほぼ適正な監視・診断および再調整ができることを突き止めた。なお、本発明では、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動作を加えるタイミングを、自動決定できることを前提とする。また、本発明では、フィードバック制御として例えばＰＩＤ制御を採用することにより、コントローラパラメータであるＰＩＤパラメータに基づいて、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを収束させる時間のパラメータＴｆを、一意的に自動決定できることを前提とする。すなわち、本発明では、再現性が得られずに変化するのは外乱の極性および大きさのみとする。
【0033】
（III）ステップ外乱とインパルス外乱に対するフィードフォワード制御とフィードバック制御により外乱リカバリー制御を実行し、外乱リカバリー応答前後の実操作量差ΔＭＶ＿ｓｔｐに基づきステップ外乱に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の適正さを診断する指標を算出する。理論的には、適正なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１は、実操作量差ΔＭＶ＿ｓｔｐに比例する。
【0034】
（IV）上記（III）の手順で求めた診断指標に基づいて想定できるステップ外乱に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の総量ＭＶ＿Ｘ１＿ａｌｌを減算した実操作量ＭＶ＿Ｆの変化量総量ΔＭＶ＿ｉｍｐに基づき、インパルス外乱に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２の適正さを診断する指標を算出する。理論的には、適正なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２は、実操作量ＭＶ＿Ｆの変化量総量ΔＭＶ＿ｉｍｐに概ね比例する。
【0035】
（V）上記（III）の手順で実行した外乱リカバリー制御において、出力飽和により無効化されたフィードフォワード量の総量（無効量ＦＦ＿Ｎ）とインパルス外乱に対するフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２とにより算出される比率ＲＨを目安に、出力飽和により無効化されない範囲内に無効量ＦＦ＿Ｎの相当分が配分されるように、上記（IV）の手順で求めた診断指標であるフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２の補正量を補正後の診断指標として算出する。
【0036】
上記の（III）、（IV）、（V）の手順により、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ（ＭＶ＿Ｘ１＋ＭＶ＿Ｘ２Ｈ）の妥当性を合理的に診断できる。実用上は、外乱リカバリー制御と監視を繰り返す中で、統計的に信頼性のある判定を行ない、必要に応じてフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを適宜修正するのが好ましい。
【0037】
［発明の原理２］
上記のように汎用性を考えて出力飽和を想定した場合、ステップ外乱に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１とインパルス外乱に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２を個別に監視対象とするだけではなく、無効量ＦＦ＿Ｎに関する比率ＲＸも監視対象とするのが好ましい。これにより、フィードフォワード制御の有効性の変化も監視することができる。
上記のように汎用性を考えて出力飽和を想定した場合、ステップ外乱に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１とインパルス外乱に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２を個別に監視対象とするだけではなく、無効量ＦＦ＿Ｎに関する比率ＲＸも監視対象とするのが好ましい。これにより、フィードフォワード制御の有効性の変化も監視することができる。
【0038】
［第１の実施例］
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は本発明の第１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。本実施例は、上記発明の原理１に対応する例である。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演算により算出する操作量算出部１と、外乱の印加前に有意の値となり外乱の印加後に非有意の値となるトリガー変数ＦＦ＿Ｘの入力に応じて、ステップ外乱の抑制に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１（第１のフィードフォワード量）とインパルス外乱の抑制に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２（第２のフィードフォワード量）との和をフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ（第３のフィードフォワード量）として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。
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は本発明の第１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。本実施例は、上記発明の原理１に対応する例である。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演算により算出する操作量算出部１と、外乱の印加前に有意の値となり外乱の印加後に非有意の値となるトリガー変数ＦＦ＿Ｘの入力に応じて、ステップ外乱の抑制に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１（第１のフィードフォワード量）とインパルス外乱の抑制に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２（第２のフィードフォワード量）との和をフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ（第３のフィードフォワード量）として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。
【0039】
また、制御装置は、トリガー変数ＦＦ＿Ｘが有意の値になったときの外乱リカバリー応答前後の実操作量差ΔＭＶ＿ｓｔｐに基づいて、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の算出のためのパラメータＫｘ１（第１のパラメータ）を第１の診断指標として推定するステップ対応推定部４（第１の推定部）と、ステップ対応推定部４によって推定された値と同じパラメータＫｘ１がフィードフォワード算出部２に設定済みでトリガー変数ＦＦ＿Ｘが有意の値になったときに設定済みのパラメータＫｘ１に基づいてフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１が出力されたと仮定したときのフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の総量ＭＶ＿Ｘ１＿ａｌｌを算出する総量算出部５と、トリガー変数ＦＦ＿Ｘが有意の値になった期間における実操作量ＭＶ＿Ｆの変化量総量ΔＭＶ＿ａｌｌからフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の総量ＭＶ＿Ｘ１＿ａｌｌを減算した結果ΔＭＶ＿ｉｍｐに基づいて、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２の算出のためのパラメータＫｘ２（第２のパラメータ）を第２の診断指標として推定するインパルス対応推定部６（第２の推定部）とを備えている。
【0040】
さらに、制御装置は、トリガー変数ＦＦ＿Ｘが有意の値になった期間において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＿Ｘ２のうち、実操作量ＭＶ＿Ｆが操作量上限値ＯＨを上回る出力飽和または操作量下限値ＯＬを下回る出力飽和のいずれかによって無効化された総量である無効量ＦＦ＿Ｎを算出する無効量算出部７と、トリガー変数ＦＦ＿Ｘが有意の値になった期間において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＿Ｘ２の総量と出力飽和によって無効化されなかったフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２の総量との比率を無効量ＦＦ＿Ｎに基づいて算出し、出力飽和によって無効化されない実操作量ＭＶ＿Ｆの範囲内に無効量ＦＦ＿Ｎの相当分が配分されるように、比率に基づいてフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２の補正のためのパラメータを補正後の第２の診断指標として推定するインパルス対応補正部８と、ステップ対応推定部４とインパルス対応補正部８の推定結果を出力する推定結果出力部９と、第１の診断指標と補正後の第２の診断指標をオペレータに対して提示する診断指標提示部１０と、診断指標に基づきフィードフォワード算出部２の設定を修正する適応修正部１１とを備えている。
【0041】
さらに、制御装置は、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１２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１３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。
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。
【0042】
【0043】
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）。
【0044】
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。
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。
【0045】
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）となるトリガー変数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Ｓ１０４）。
【0046】
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Ｓ１０５）。
ＭＶ＿Ｆ＝ＭＶ＋ＭＶ＿Ｘ ・・・（６）
ＭＶ＿Ｆ＝ＭＶ＋ＭＶ＿Ｘ ・・・（６）
【0047】
ここでは、ＭＶ＿Ｘ＝０なので、ＭＶ＿Ｆ＝ＭＶである。リミット処理部１２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Ｓ１０６）。
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１２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。
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１２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。
【0048】
操作量出力部１３は、リミット処理部１２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Ｓ１０７）。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。
【0049】
ステップ対応推定部４とインパルス対応推定部６とは、フィードフォワード実行部３によって算出されリミット処理部１２によって処理された実操作量ＭＶ＿Ｆ’を時刻と共に記憶する（図３ステップＳ１０８）。
【0050】
【0051】
次に、トリガー変数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変数ＦＦ＿Ｘ＝１が自動的に入力される。
【0052】
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）よりも前の時点で本実施例の制御装置に対してトリガー変数ＦＦ＿Ｘ＝１を送信する。
【0053】
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）よりも前の時点で本実施例の制御装置に対してトリガー変数ＦＦ＿Ｘ＝１を送信する。
【0054】
また、外部機器は、外乱の印加が終了した時点から所定時間後にトリガー変数ＦＦ＿Ｘを０（非有意の値）にする。このトリガー変数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、外乱印加のタイミングに対してトリガー変数ＦＦ＿Ｘを１にするタイミングをどの程度前にすべきかについては後述する。
なお、外乱印加のタイミングに対してトリガー変数ＦＦ＿Ｘを１にするタイミングをどの程度前にすべきかについては後述する。
【0055】
フィードフォワード算出部２は、トリガー変数ＦＦ＿Ｘが０から１になったとき（ステップＳ１０３においてＹＥＳ）、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）によりステップ外乱の抑制に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１を算出する（図４ステップＳ１１０）。このフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の算出と同時に、フィードフォワード算出部２は、下記の式（１０）によりインパルス外乱の抑制に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２を算出する（図４ステップＳ１１１）。
【0056】
ステップ外乱の抑制に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の算出式は次式のようになる。
ＭＶ＿Ｘ１
＝［Ｋｘ１／｛（１＋ＡＴｆｓ）（１＋（２．０－Ａ）Ｔｆｓ）｝］ＦＦ＿Ｘ
・・・（９）
ＭＶ＿Ｘ１
＝［Ｋｘ１／｛（１＋ＡＴｆｓ）（１＋（２．０－Ａ）Ｔｆｓ）｝］ＦＦ＿Ｘ
・・・（９）
【0057】
また、インパルス外乱の抑制に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２の算出式は次式のようになる。
ＭＶ＿Ｘ２
＝［Ｋｘ２ｓ／｛（１＋ＡＴｆｓ）（１＋（２．０－Ａ）Ｔｆｓ）｝］ＦＦ＿Ｘ
・・・（１０）
ＭＶ＿Ｘ２
＝［Ｋｘ２ｓ／｛（１＋ＡＴｆｓ）（１＋（２．０－Ａ）Ｔｆｓ）｝］ＦＦ＿Ｘ
・・・（１０）
【0058】
式（９）、式（１０）において、Ｔｆはフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１，ＭＶ＿Ｘ２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。時定数Ｔｆ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。
【0059】
式（９）、式（１０）のＡは時定数Ｔｆのバランスを調整する係数（Ａは０より大きい実数）である。本実施例では、Ａ＝１．０としている。
パラメータＫｘ１は、ステップ外乱の抑制に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の算出のためのパラメータであり、基本操作量ＭＶに対するフィードフォワード分の加減算量の実質的に目標値である。式（９）により、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１は、ゼロ値からパラメータＫｘ１の値へと徐々に収束する。
パラメータＫｘ１は、ステップ外乱の抑制に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の算出のためのパラメータであり、基本操作量ＭＶに対するフィードフォワード分の加減算量の実質的に目標値である。式（９）により、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１は、ゼロ値からパラメータＫｘ１の値へと徐々に収束する。
【0060】
また、式（１０）のＫｘ２は、インパルス外乱の抑制に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２の算出のためのパラメータであり、基本操作量ＭＶに対するフィードフォワード分の加減算量の総量（各制御周期の加減算量の積算値）の実質的に目標値である。式（１０）により、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２は、その総量（各制御周期の積算値）がパラメータＫｘ２の値に近づいた後に、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２自体はゼロ値へと徐々に収束する。式（９）、式（１０）は、フィードフォワード算出部２に記憶されている。
【0061】
次に、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１，ＭＶ＿Ｘ２の算出後、フィードフォワード算出部２は、次式のようにフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１とＭＶ＿Ｘ２とを加算したフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを算出する（図４ステップＳ１１２）。
ＭＶ＿Ｘ＝ＭＶ＿Ｘ１＋ＭＶ＿Ｘ２ ・・・（１１）
ＭＶ＿Ｘ＝ＭＶ＿Ｘ１＋ＭＶ＿Ｘ２ ・・・（１１）
【0062】
なお、本実施例では、少なくともインパルス外乱対応のフィードフォワード制御とフィードバック制御で外乱リカバリー制御を実行すればよく、ステップ外乱対応のフィードフォワード制御を実行しなくてもよい。パラメータＫｘ１が０で、パラメータＫｘ２が０以外の値に設定されている場合、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１が０になるので、外乱リカバリー制御として、インパルス外乱対応のフィードフォワード制御とフィードバック制御とが実行される。ＭＶ＿Ｘ１＝０とするかどうかは外乱に応じて適宜決定すればよい。
【0063】
図４のステップＳ１１３～Ｓ１１５の処理は、ステップＳ１０５～Ｓ１０７の処理と同じである。ステップ対応推定部４とインパルス対応推定部６と無効量算出部７とインパルス対応補正部８とは、フィードフォワード実行部３によって算出されリミット処理部１２によって処理された実操作量ＭＶ＿Ｆ’と、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＿Ｘ２，ＭＶ＿Ｘとを、時刻と共に記憶する（図４ステップＳ１１６）。
こうして、制御装置は、トリガー変数ＦＦ＿Ｘが１のときに、ステップＳ１００～Ｓ１０２，Ｓ１１０～Ｓ１１６の処理を制御周期毎に実行する。
こうして、制御装置は、トリガー変数ＦＦ＿Ｘが１のときに、ステップＳ１００～Ｓ１０２，Ｓ１１０～Ｓ１１６の処理を制御周期毎に実行する。
【0064】
次に、ステップ対応推定部４は、トリガー変数ＦＦ＿Ｘが１になった外乱リカバリー制御において、実操作量ＭＶ＿Ｆ’が整定したと判定した場合（図４ステップＳ１１７においてＹＥＳ）、外乱リカバリー応答前後の実操作量差ΔＭＶ＿ｓｔｐを算出する（図４ステップＳ１１８）。実操作量差ΔＭＶ＿ｓｔｐは、ステップＳ１１７において整定したと判定したときの実操作量ＭＶ＿Ｆ’の整定値と外乱印加前の実操作量ＭＶ＿Ｆ’（トリガー変数ＦＦ＿Ｘが１になる直前の実操作量ＭＶ＿Ｆ’の整定値）との差である。
【0065】
そして、ステップ対応推定部４は、ステップ外乱の抑制に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の算出のためのパラメータＫｘ１の適正値を診断指標Ｋｘ１ｎｅｗとして推定する（図４ステップＳ１１９）。
Ｋｘ１ｎｅｗ＝ΔＭＶ＿ｓｔｐ ・・・（１２）
すなわち、本実施例では、ステップ対応推定部４は、実操作量差ΔＭＶ＿ｓｔｐをそのまま診断指標Ｋｘ１ｎｅｗとする。
Ｋｘ１ｎｅｗ＝ΔＭＶ＿ｓｔｐ ・・・（１２）
すなわち、本実施例では、ステップ対応推定部４は、実操作量差ΔＭＶ＿ｓｔｐをそのまま診断指標Ｋｘ１ｎｅｗとする。
【0066】
推定結果出力部９は、ステップ対応推定部４によって推定された診断指標Ｋｘ１ｎｅｗの値を診断指標提示部１０と適応修正部１１とに出力する。診断指標提示部１０は、ステップ対応推定部４によって推定された診断指標Ｋｘ１ｎｅｗの値をオペレータに対して提示する（図４ステップＳ１２０）。
【0067】
適応修正部１１は、フィードフォワード算出部２に設定されているパラメータＫｘ１の値を、ステップ対応推定部４によって推定された診断指標Ｋｘ１ｎｅｗの値に修正する（図４ステップＳ１２１）。
【0068】
ただし、適応修正部１１によるパラメータＫｘ１の自動修正は本発明において必須の構成要件ではない。例えば診断指標提示部１０によって画面に表示された診断指標Ｋｘ１ｎｅｗの値をオペレータに確認させた上でオペレータが手動でパラメータＫｘ１の値を修正してもよい。あるいは、統計的に信頼性のある判定を行なうために、パラメータＫｘ１の修正自体は一旦保留してもよい。
【0069】
次に、総量算出部５は、ステップ対応推定部４によって推定された値と同じパラメータＫｘ１がフィードフォワード算出部２に設定済みでトリガー変数ＦＦ＿Ｘが１になったときに設定済みのパラメータＫｘ１に基づいてフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１が出力されたと仮定したときの実操作量ＭＶ＿Ｆ’の整定までのフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の総量ＭＶ＿Ｘ１＿ａｌｌ（各制御周期の加減算量の積算値）を算出する（図４ステップＳ１２２）。
【0070】
つまり、トリガー変数ＦＦ＿Ｘが１になり、実操作量ＭＶ＿Ｆ’が整定した後にステップ対応推定部４によって診断指標Ｋｘ１ｎｅｗが推定されるので、トリガー変数ＦＦ＿Ｘが１になった時点では診断指標Ｋｘ１ｎｅｗと同じ値のパラメータＫｘ１がフィードフォワード算出部２に設定されていない可能性がある。これに対して、総量算出部５は、トリガー変数ＦＦ＿Ｘが１になる前に診断指標Ｋｘ１ｎｅｗと同じ値のパラメータＫｘ１がフィードフォワード算出部２に設定されており、トリガー変数ＦＦ＿Ｘが１になったときにステップＳ１１０の処理によりフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１が算出され出力されると仮定したときの実操作量ＭＶ＿Ｆ’の整定までの総量ＭＶ＿Ｘ１＿ａｌｌを算出する。
【0071】
インパルス対応推定部６は、外乱印加前の実操作量ＭＶ＿Ｆ’（トリガー変数ＦＦ＿Ｘが１になる直前の実操作量ＭＶ＿Ｆ’の整定値）に対して、トリガー変数ＦＦ＿Ｘが１になった外乱リカバリー制御における実操作量ＭＶ＿Ｆ’の変化量総量ΔＭＶ＿ａｌｌ（各制御周期の変化量の積算値）を、記憶している実操作量ＭＶ＿Ｆ’の時系列データに基づいて算出する（図４ステップＳ１２３）。
【0072】
続いて、インパルス対応推定部６は、ステップＳ１２３で算出した実操作量ＭＶ＿Ｆ’の変化量総量ΔＭＶ＿ａｌｌから総量算出部５によって算出されたフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の総量ＭＶ＿Ｘ１＿ａｌｌを減算した変化量総量ΔＭＶ＿ｉｍｐを算出する（図４ステップＳ１２４）。
ΔＭＶ＿ｉｍｐ＝ΔＭＶ＿ａｌｌ－ＭＶ＿Ｘ１＿ａｌｌ ・・・（１３）
ΔＭＶ＿ｉｍｐ＝ΔＭＶ＿ａｌｌ－ＭＶ＿Ｘ１＿ａｌｌ ・・・（１３）
【0073】
さらに、インパルス対応推定部６は、インパルス外乱の抑制に必要なフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２の算出のためのパラメータＫｘ２の適正値を診断指標Ｋｘ２ｎｅｗとして推定する（図４ステップＳ１２５）。
Ｋｘ２ｎｅｗ＝ΔＭＶ＿ｉｍｐ×ｄｔ ・・・（１４）
Ｋｘ２ｎｅｗ＝ΔＭＶ＿ｉｍｐ×ｄｔ ・・・（１４）
【0074】
式（１４）において、ｄｔは制御周期（基本操作量ＭＶとフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１，ＭＶ＿Ｘ２，ＭＶ＿Ｘの算出周期）であり、単位はｓｅｃ．である。
次に、無効量算出部７は、トリガー変数ＦＦ＿Ｘが１になった外乱リカバリー制御において、実操作量ＭＶ＿Ｆ’が整定したときに、実操作量ＭＶ＿Ｆ’の整定まで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＿Ｘ２のうち、実操作量ＭＶ＿Ｆが操作量上限値ＯＨを上回る出力飽和または操作量下限値ＯＬを下回る出力飽和のいずれかによって無効化された総量である無効量ＦＦ＿Ｎを算出する（図４ステップＳ１２６）。
次に、無効量算出部７は、トリガー変数ＦＦ＿Ｘが１になった外乱リカバリー制御において、実操作量ＭＶ＿Ｆ’が整定したときに、実操作量ＭＶ＿Ｆ’の整定まで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＿Ｘ２のうち、実操作量ＭＶ＿Ｆが操作量上限値ＯＨを上回る出力飽和または操作量下限値ＯＬを下回る出力飽和のいずれかによって無効化された総量である無効量ＦＦ＿Ｎを算出する（図４ステップＳ１２６）。
【0075】
具体的には、無効量算出部７は、実操作量ＭＶ＿Ｆが操作量上限値ＯＨを上回る出力飽和の場合、制御周期毎に得られたフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘと操作量上限値ＯＨとの差分ＭＶ＿Ｘ－ＯＨのうち正の差分の積算値を無効量ＦＦ＿Ｎとすればよい。また、無効量算出部７は、実操作量ＭＶ＿Ｆが操作量下限値ＯＬを下回る出力飽和の場合、制御周期毎に得られたフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘと操作量上限値ＯＨとの差分ＭＶ＿Ｘ－ＯＬのうち負の差分の積算値を無効量ＦＦ＿Ｎとすればよい。
【0076】
なお、出力飽和においては、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２だけでなく、基本操作量ＭＶまたはフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１が部分的に無効化される場合が有り得る。しかしながら、本発明のフィードフォワード＋フィードバック制御において出力飽和を生じる実操作量ＭＶ＿Ｆの急峻な立ち上がりまたは急峻な立ち下がりの殆どはフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘによるものであり、さらにその殆どはフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２によるものである。基本操作量ＭＶとフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１はフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２よりも遅れて変化する。したがって、上記のようにフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘと操作量上限値ＯＨ，ＯＬの単純な比較によって無効量ＦＦ＿Ｎを簡易的に算出して構わない。
【0077】
次に、インパルス対応補正部８は、実操作量ＭＶ＿Ｆ’の整定まで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＿Ｘ２の総量Ｋｘ２と総量Ｋｘ２のうち出力飽和によって無効化されなかったフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２の総量との比率ＲＨを、無効量ＦＦ＿Ｎに基づいて次式のように算出する（図４ステップＳ１２７）。
ＲＨ＝Ｋｘ２／（Ｋｘ２－ＦＦ＿Ｎ×ｄｔ） ・・・（１５）
ＲＨ＝Ｋｘ２／（Ｋｘ２－ＦＦ＿Ｎ×ｄｔ） ・・・（１５）
【0078】
なお、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２の総量はフィードフォワード算出部２に設定されているパラメータＫｘ２と一致するので、式（１５）の計算では、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２の積算で計算するのではなく、Ｋｘ２を総量としている。
【0079】
そして、インパルス対応補正部８は、出力飽和により無効化されない実操作量ＭＶ＿Ｆの範囲内に無効量ＦＦ＿Ｎの相当分が配分されるように、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２の補正量を補正後の診断指標として算出する。より具体的には、インパルス対応補正部８は、インパルス対応推定部６によって推定された診断指標Ｋｘ２ｎｅｗと比率ＲＨとに基づいてパラメータＫｘ２の補正値Ｋｘ２Ｈを式（１６）により推定する。また、インパルス対応補正部８は、フィードフォワード算出部２に設定されている時定数Ｔｆと比率ＲＨとに基づいて時定数Ｔｆの補正値ＴｆＨを式（１７）により推定する（図４ステップＳ１２８）。
Ｋｘ２Ｈ＝Ｋｘ２ｎｅｗ×ＲＨ ・・・（１６）
ＴｆＨ＝Ｔｆ×ＲＨ ・・・（１７）
Ｋｘ２Ｈ＝Ｋｘ２ｎｅｗ×ＲＨ ・・・（１６）
ＴｆＨ＝Ｔｆ×ＲＨ ・・・（１７）
【0080】
推定結果出力部９は、インパルス対応補正部８によって推定された補正後の診断指標Ｋｘ２Ｈ，ＴｆＨの値を診断指標提示部１０と適応修正部１１とに出力する。
診断指標提示部１０は、インパルス対応補正部８によって推定された診断指標Ｋｘ２Ｈ，ＴｆＨの値をオペレータに対して提示する（図４ステップＳ１２９）。
診断指標提示部１０は、インパルス対応補正部８によって推定された診断指標Ｋｘ２Ｈ，ＴｆＨの値をオペレータに対して提示する（図４ステップＳ１２９）。
【0081】
適応修正部１１は、フィードフォワード算出部２に設定されているパラメータＫｘ２の値を、インパルス対応補正部８によって推定された診断指標Ｋｘ２Ｈに修正し、フィードフォワード算出部２に設定されている時定数Ｔｆの値を、インパルス対応補正部８によって推定された診断指標ＴｆＨに修正する（図４ステップＳ１３０）。
【0082】
パラメータＫｘ１の場合と同様に、適応修正部１１によるパラメータＫｘ２と時定数Ｔｆの自動修正は本発明において必須の構成要件ではない。例えば診断指標提示部１０によって画面に表示された診断指標Ｋｘ２Ｈ，ＴｆＨの値をオペレータに確認させた上でオペレータが手動でパラメータＫｘ２と時定数Ｔｆの値を修正してもよい。あるいは、統計的に信頼性のある判定を行なうために、パラメータＫｘ２と時定数Ｔｆの修正自体は一旦保留してもよい。
なお、ステップＳ１１８～Ｓ１３０の処理は、実操作量ＭＶ＿Ｆ’が整定したときに１回行えばよい。
なお、ステップＳ１１８～Ｓ１３０の処理は、実操作量ＭＶ＿Ｆ’が整定したときに１回行えばよい。
【0083】
図５はフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の変化の例を示す図、図６はフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２の変化の例を示す図、図７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～図７の例では、Ｋｘ１＝２０．０、Ｋｘ２＝３３０４．０、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～図７における曲線により囲まれる面積に相当する量である。
【0084】
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） ・・・（１８）
Ｇｐ＝１０．０ｅｘｐ（－２０．０ｓ）／（１＋４００．０ｓ） ・・・（１８）
【0085】
なお、フィーフォワード制御による出力飽和が発生するように、実操作量ＭＶ＿Ｆの上限値ＯＨを７５％に設定しておく。すなわち、７５％を超える分が無効化されるという意味になる。
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。制御周期ｄｔは１．０ｓｅｃ．である。
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。制御周期ｄｔは１．０ｓｅｃ．である。
【0086】
フィードフォワード制御の開始タイミング、すなわちトリガー変数ＦＦ＿Ｘを０から１にするタイミングは、微分時間Ｔｄに基づいて設定できる。具体的には、外乱印加の時点よりαＴｄ前（係数α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、フィードフォワード制御の開始タイミングは、外乱印加の時点より７．０ｓｅｃ．前となる。ただし、係数αは、適宜微調整され得る値である。
【0087】
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＝βＴｄ（係数β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βは、適宜微調整され得る値である。
【0088】
図８は、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８は、フィードフォワード制御を行なわない場合の参考例を示しており、１００ｓｅｃ．の時点で混合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。混合外乱はステップ外乱を含むため、外乱リカバリー応答の前後で整定時の実操作量ＭＶ＿Ｆ’（＝操作量ＭＶ）に顕著な変化が生じている。
【0089】
図９は、１００ｓｅｃ．の時点で混合外乱が印加された場合の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１０は、図９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９、図１０の例では、フィードフォワード算出部２にパラメータＫｘ１＝１５．０、Ｋｘ２＝８７０．５、時定数Ｔｆ＝４．６ｓｅｃ．が予め設定されていた場合を示している。
【0090】
図９、図１０の例では、外乱印加前の実操作量ＭＶ＿Ｆ’＝３０．０％に対して外乱リカバリー応答後の実操作量ＭＶ＿Ｆ’の整定値が４５．０％なので、実操作量差ΔＭＶ＿ｓｔｐ＝１５．０％となる。ステップ対応推定部４は、式（１２）により診断指標Ｋｘ１ｎｅｗ＝１５．０と推定する（図４ステップＳ１１９）。
【0091】
また、図９、図１０の例では、実操作量ＭＶ＿Ｆ’の変化量総量ΔＭＶ＿ａｌｌからフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の総量を減算した変化量総量ΔＭＶ＿ｉｍｐ＝７５２．４％となる。インパルス対応推定部６は、式（１４）により診断指標Ｋｘ２ｎｅｗ＝７５２．４と推定する（図４ステップＳ１２５）。無効量算出部７は、無効量ＦＦ＿Ｎ＝１１８．１％と算出する（図４ステップＳ１２６）。
【0092】
インパルス対応補正部８は、式（１５）により比率ＲＨ＝８７０．５／（８７０．５－１１８．１×１．０）＝１．１５７と算出する（図４ステップＳ１２７）。さらに、インパルス対応補正部８は、式（１６）により補正後の診断指標Ｋｘ２Ｈ＝７５２．４×１．１５７＝８７０．５と推定し、式（１７）により補正後の診断指標ＴｆＨ＝４．０×１．１５７＝４．６ｓｅｃ．と推定する（図４ステップＳ１２８）。
【0093】
図９、図１０の例では、フィードフォワード算出部２に予め設定されていたパラメータＫｘ１，Ｋｘ２，Ｔｆの値と推定した診断指標Ｋｘ１ｎｅｗ，Ｋｘ２Ｈ，ＴｆＨの値とが等しい。このため、オペレータは、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘが適正と診断することができる。
【0094】
図１１は、１００ｓｅｃ．の時点で図９、図１０の場合よりも印加量の多い混合外乱が印加された場合の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ている。図９、図１０と同様に、図１１の例では、フィードフォワード算出部２にパラメータＫｘ１＝１５．０、Ｋｘ２＝８７０．５、時定数Ｔｆ＝４．６ｓｅｃ．が予め設定されていた場合を示している。図９、図１０の場合よりも外乱印加量が増加しており、かつ外乱印加前の整定時の実操作量ＭＶ＿Ｆ’も高いので、制御結果も図９とは異なる。
【0095】
図１１の例では、外乱印加前の実操作量ＭＶ＿Ｆ’＝３５．０％に対して外乱リカバリー応答後の実操作量ＭＶ＿Ｆ’の整定値が５５．０％なので、実操作量差ΔＭＶ＿ｓｔｐ＝２０．０％となる。ステップ対応推定部４は、式（１２）により診断指標Ｋｘ１ｎｅｗ＝２０．０と推定する（図４ステップＳ１１９）。
【0096】
また、図１１の例では、実操作量ＭＶ＿Ｆ’の変化量総量ΔＭＶ＿ａｌｌからフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の総量を減算した変化量総量ΔＭＶ＿ｉｍｐ＝７６８．３％となる。インパルス対応推定部６は、式（１４）により診断指標Ｋｘ２ｎｅｗ＝７６８．３と推定する（図４ステップＳ１２５）。無効量算出部７は、無効量ＦＦ＿Ｎ＝２２０．０％と算出する（図４ステップＳ１２６）。
【0097】
インパルス対応補正部８は、式（１５）により比率ＲＨ＝８７０．５／（８７０．５－２２０．０×１．０）＝１．３４２と算出する（図４ステップＳ１２７）。さらに、インパルス対応補正部８は、式（１６）により補正後の診断指標Ｋｘ２Ｈ＝７６８．３×１．３４２＝１０３１．０と推定し、式（１７）により補正後の診断指標ＴｆＨ＝４．０×１．３４２＝５．４ｓｅｃ．と推定する（図４ステップＳ１２８）。
【0098】
図１１の例では、外乱印加量の増加と外乱印加前の整定時の実操作量ＭＶ＿Ｆ’の上昇に伴い、フィードフォワード算出部２に予め設定されていたパラメータＫｘ１，Ｋｘ２，Ｔｆの値よりも推定した診断指標Ｋｘ１ｎｅｗ，Ｋｘ２Ｈ，ＴｆＨの値が大きくなる。このため、オペレータは、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを増加させるのが妥当と診断することができる。
【0099】
図１２は、１００ｓｅｃ．の時点で図９、図１０の場合よりも印加量の少ない混合外乱が印加された場合の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ている。図９、図１０と同様に、図１２の例では、フィードフォワード算出部２にパラメータＫｘ１＝１５．０、Ｋｘ２＝８７０．５、時定数Ｔｆ＝４．６ｓｅｃ．が予め設定されていた場合を示している。図９、図１０の場合よりも外乱印加量が減少しており、かつ外乱印加前の整定時の実操作量ＭＶ＿Ｆ’も低いので、制御結果も図９とは異なる。
【0100】
図１２の例では、外乱印加前の実操作量ＭＶ＿Ｆ’＝２２．５％に対して外乱リカバリー応答後の実操作量ＭＶ＿Ｆ’の整定値が３５．０％なので、実操作量差ΔＭＶ＿ｓｔｐ＝１２．５％となる。ステップ対応推定部４は、式（１２）により診断指標Ｋｘ１ｎｅｗ＝１２．５と推定する（図４ステップＳ１１９）。
【0101】
また、図１１の例では、実操作量ＭＶ＿Ｆ’の変化量総量ΔＭＶ＿ａｌｌからフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の総量を減算した変化量総量ΔＭＶ＿ｉｍｐ＝７２０．３％となる。インパルス対応推定部６は、式（１４）により診断指標Ｋｘ２ｎｅｗ＝７２０．３と推定する（図４ステップＳ１２５）。無効量算出部７は、無効量ＦＦ＿Ｎ＝８９．４％と算出する（図４ステップＳ１２６）。
【0102】
インパルス対応補正部８は、式（１５）により比率ＲＨ＝｛８７０．５／（８７０．５－８９．４）｝×１．０＝１．１１４と算出する（図４ステップＳ１２７）。さらに、インパルス対応補正部８は、式（１６）により補正後の診断指標Ｋｘ２Ｈ＝７２０．３×１．１１４＝８０２．４と推定し、式（１７）により補正後の診断指標ＴｆＨ＝４．０×１．１１４＝４．５ｓｅｃ．と推定する（図４ステップＳ１２８）。
【0103】
図１２の例では、外乱印加量の減少と外乱印加前の整定時の実操作量ＭＶ＿Ｆ’の下降に伴い、フィードフォワード算出部２に予め設定されていたパラメータＫｘ１，Ｋｘ２，Ｔｆの値よりも推定した診断指標Ｋｘ１ｎｅｗ，Ｋｘ２Ｈ，ＴｆＨの値が小さくなる。このため、オペレータは、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘを減少させるのが妥当と診断することができる。
【0104】
以上のように本実施例では、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１とフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２の診断指標を得ることができ、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１とフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２の妥当性を合理的に診断することができる。また、本実施例では、診断指標に基づいてパラメータＫｘ１，Ｋｘ２，Ｔｆを修正する適応修正部１１を設けることにより、適応的な再調整機能を実現することができる。
【0105】
［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図１３は本発明の第２の実施例に係る制御装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例は、上記発明の原理２に対応する例である。本実施例の制御装置は、操作量算出部１と、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、ステップ対応推定部４と、総量算出部５と、インパルス対応推定部６と、無効量算出部７と、インパルス対応補正部８と、推定結果出力部９と、診断指標提示部１０ａと、リミット処理部１２と、操作量出力部１３と、無効量ＦＦ＿Ｎとトリガー変数ＦＦ＿Ｘが有意の値になった期間において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＿Ｘ２の総量との比率ＲＸを、第３の診断指標として算出する指標比率算出部１４とを備えている。
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図１３は本発明の第２の実施例に係る制御装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例は、上記発明の原理２に対応する例である。本実施例の制御装置は、操作量算出部１と、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、ステップ対応推定部４と、総量算出部５と、インパルス対応推定部６と、無効量算出部７と、インパルス対応補正部８と、推定結果出力部９と、診断指標提示部１０ａと、リミット処理部１２と、操作量出力部１３と、無効量ＦＦ＿Ｎとトリガー変数ＦＦ＿Ｘが有意の値になった期間において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＿Ｘ２の総量との比率ＲＸを、第３の診断指標として算出する指標比率算出部１４とを備えている。
【0106】
次に、本実施例の制御装置の動作を図１４を参照して説明する。トリガー変数ＦＦ＿Ｘが０のままで、フィードバック制御のみが実行される場合の動作は図３に示したとおりであるので、説明は省略する。
トリガー変数ＦＦ＿Ｘが１になったときのステップＳ１１０～Ｓ１１９の処理は第１の実施例と同じである。
トリガー変数ＦＦ＿Ｘが１になったときのステップＳ１１０～Ｓ１１９の処理は第１の実施例と同じである。
【0107】
診断指標提示部１０ａは、第１の実施例と同様にステップ対応推定部４によって推定された診断指標Ｋｘ１ｎｅｗの値をオペレータに対して提示する（図１４ステップＳ１２０ａ）。本実施例では、オペレータが診断指標Ｋｘ１ｎｅｗの経時的変化に基づいて、統計的な信頼性も含めて何らかの判断が行ない易いように、診断指標Ｋｘ１ｎｅｗを時系列のグラフで表示する。
【0108】
トリガー変数ＦＦ＿Ｘが１になったときのステップＳ１２２～Ｓ１２８の処理は第１の実施例と同じである。
診断指標提示部１０ａは、インパルス対応補正部８によって推定された診断指標Ｋｘ２Ｈ，ＴｆＨの値をオペレータに対して提示する（図１４ステップＳ１２９ａ）。上記と同様に、診断指標提示部１０ａは、診断指標Ｋｘ２Ｈ，ＴｆＨを時系列のグラフで表示する。
診断指標提示部１０ａは、インパルス対応補正部８によって推定された診断指標Ｋｘ２Ｈ，ＴｆＨの値をオペレータに対して提示する（図１４ステップＳ１２９ａ）。上記と同様に、診断指標提示部１０ａは、診断指標Ｋｘ２Ｈ，ＴｆＨを時系列のグラフで表示する。
【0109】
指標比率算出部１４は、無効量算出部７によって算出された無効量ＦＦ＿Ｎと実操作量ＭＶ＿Ｆ’の整定まで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＿Ｘ２の総量Ｋｘ２との比率ＲＸを、さらに診断指標として算出する（図１４ステップＳ１３１）。
ＲＸ＝ＦＦ＿Ｎ×ｄｔ／Ｋｘ２ ・・・（１９）
ＲＸ＝ＦＦ＿Ｎ×ｄｔ／Ｋｘ２ ・・・（１９）
【0110】
上記で説明したとおり、式（１９）の計算では、フィードフォワード算出部２に設定されているパラメータＫｘ２をフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２の総量としている。
第１の実施例に示した比率ＲＨでも問題ないが、比率ＲＨはフィードフォワード制御のパラメータを補正するための数値になるので、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２が無効になる度合として直感的に理解しやすい比率ＲＸを採用するのが好ましい。
第１の実施例に示した比率ＲＨでも問題ないが、比率ＲＨはフィードフォワード制御のパラメータを補正するための数値になるので、フィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ２が無効になる度合として直感的に理解しやすい比率ＲＸを採用するのが好ましい。
【0111】
診断指標提示部１０ａは、指標比率算出部１４によって算出された診断指標ＲＸの値をオペレータに対して提示する（図１４ステップＳ１３２）。上記と同様に、診断指標提示部１０ａは、診断指標ＲＸを時系列のグラフで表示する。
ステップＳ１１８，Ｓ１１９，Ｓ１２０ａ，Ｓ１２２～Ｓ１２８，Ｓ１２９ａ，Ｓ１３１，Ｓ１３２の処理は、実操作量ＭＶ＿Ｆ’が整定したときに１回行えばよい。
ステップＳ１１８，Ｓ１１９，Ｓ１２０ａ，Ｓ１２２～Ｓ１２８，Ｓ１２９ａ，Ｓ１３１，Ｓ１３２の処理は、実操作量ＭＶ＿Ｆ’が整定したときに１回行えばよい。
【0112】
本実施例では、第１の実施例で説明した適応修正部１１が無い構成で説明しているが、本実施例に適応修正部１１を追加しても構わない。本実施例に適応修正部１１を追加した場合、原理的には外乱印加量が増加したり減少したりしても適正なフィードフォワード制御が維持されることになる。適応修正部１１を追加した場合であっても、各診断指標の経時的変化は、適応修正部１１が無い場合とほぼ同じ数値が算出される。したがって、適応修正部１１の有無が、外乱印加量の変化と外乱の性質の変化とを監視する機能に影響を与えることはない。
【0113】
比率ＲＸの算出式として式（１９）を採用した場合、最小値ＲＸ＝０．０から最大値ＲＸ＝１．０の指標になり、数値が小さいほどフィードフォワードが理想的な変化パターンで適用されているという意味になる。出力飽和によりフィードフォワード量が影響を受ける場合、図１１、図１２のように外乱自体の変化だけではなく、外乱印加前の整定時の実操作量ＭＶ＿Ｆ’（平衡点）の変化によっても、比率ＲＸが変化する。例えば図１７のような加熱装置であれば、加熱装置全体の温まり具合が放熱特性という形で比率ＲＸの変化の要因になり得る。
【0114】
上記のように、診断指標の経時的な変化の原因が何らかの不具合であると考えられるアプリケーションにおいては、各診断指標の管理範囲を予め設定し、管理範囲から外れたときにアラームを発報するアラーム出力部を第１、第２の実施例に追加するようにしてもよい。適応修正部１１を追加している場合は、原理的には適正なフィードフォワード制御が維持されることになるが、適応修正部１１を追加していない場合は不具合の有無に関係なく制御性能に悪影響が現れる可能性が高いので、アラーム出力部を必ず設置することが好ましい。
【0115】
図１５は、比率ＲＸの提示例を示す図である。図１５の例では、画面１５０に、比率ＲＸがグラフ表示されている。グラフの横軸は、トリガー変数ＦＦ＿Ｘが１になったときから０になるまでの外乱リカバリー制御を１回として数えた回数である。本実施例のようなグラフ表示は、外乱リカバリー制御が繰り返し行われるようなアプリケーションにおいて、特に有効に活用できる。
【0116】
第１、第２の実施例では、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した場合には、実操作量差ΔＭＶ＿ｓｔｐと実操作量ＭＶ＿Ｆ’の変化量総量ΔＭＶ＿ａｌｌとフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１の総量ＭＶ＿Ｘ１＿ａｌｌとパラメータＫｘ１，Ｋｘ２とフィードフォワード量ＭＶ＿Ｘ１，ＭＶ＿Ｘ２と無効量ＦＦ＿Ｎとが負の値となる。
【0117】
第１、第２の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１６に示す。
【0118】
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、第１、第２の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第１、第２の実施例で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【0119】
本発明は、制御装置に適用することができる。
【符号の説明】
【0120】
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…ステップ対応推定部、５…総量算出部、６…インパルス対応推定部、７…無効量算出部、８…インパルス対応補正部、９…推定結果出力部、１０，１０ａ…診断指標提示部、１１…適応修正部、１２…リミット処理部、１３…操作量出力部、１４…指標比率算出部。
【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】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】