ステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法及び装置
【課題】 オーバーシュート防止用のフィードフォワード項をオートチューニングできるようにする。
【解決手段】 上流側にＦＦ制御ブロック５を備えたフィードバック制御系２の制御対象４の応答を入力可能なオートチューニング装置１を備える。ＦＦ制御ブロック５を無効にした状態で、ステップ目標値Ｘに対するステップ応答を求め、値が最大になるオーバーシュートの頂点と、与えられたステップ目標値の大きさから、オーバーシュート率αを求める。又、ステップ目標値が与えられた後にオーバーシュートの頂点に達するまでの時間から、ステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１を求める。ＦＦ制御ブロック５に、入力されるステップ目標値Ｘに係数（時定数の逆数）をｌｏｇ（α／（１＋α））／Ｔ１とした一時遅れをかけた信号Ｓを出力させる指令を与える。
【解決手段】 上流側にＦＦ制御ブロック５を備えたフィードバック制御系２の制御対象４の応答を入力可能なオートチューニング装置１を備える。ＦＦ制御ブロック５を無効にした状態で、ステップ目標値Ｘに対するステップ応答を求め、値が最大になるオーバーシュートの頂点と、与えられたステップ目標値の大きさから、オーバーシュート率αを求める。又、ステップ目標値が与えられた後にオーバーシュートの頂点に達するまでの時間から、ステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１を求める。ＦＦ制御ブロック５に、入力されるステップ目標値Ｘに係数（時定数の逆数）をｌｏｇ（α／（１＋α））／Ｔ１とした一時遅れをかけた信号Ｓを出力させる指令を与える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステップ目標値に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束する特性を備えた系に対し、フィードフォワード制御を用いてステップ目標値からのオーバーシュートを抑制する際に、フィードフォワード項をオートチューニングするために用いるステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、制御系は、フィードバック制御とフィードフォワード制御に大別され、このうち、フィードバック制御として多く用いられているＰＩＤ（比例、積分、微分）制御については、様々なオートチューニングの手法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、フィードフォワード制御については、二自由度制御系において、制御対象を特定して、該制御対象の詳細なモデルを用いてフィードフォワード項をオートチューニングする手法が従来提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
ところで、フィードバック制御系や、流体圧で作動する部材のような振動する部材を備えた制御対象では、制御目標として或るステップ目標値が入力される（与えられる）と、該或るステップ目標値に対してステップ追従するときに、一旦オーバーシュートを生じ、その後、上記或るステップ目標値に応じた一定値に収束するようなステップ追従特性を示すことが一般に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１６１３０１号公報
【特許文献２】特許第３５４５００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に示された手法によれば、制御対象の詳細なモデルを用いることなくオートチューニングを行うことが可能であるが、その対象は、フィードバック制御であるＰＩＤ制御に限られている。
【０００７】
一方、特許文献２に示されたものは、フィードフォワード制御に関連するオートチューニング手法であるが、該手法では、制御対象の詳細なモデルが必要とされるため、この制御対象の詳細なモデルを作成するために、設計段階で制御対象の物理特性を特定する必要が生じることから、手間と時間を要するというのが実状である。
【０００８】
そこで、本発明者等は、前述したような制御目標となる或るステップ目標値の入力に対するステップ追従時に、一旦オーバーシュートを生じた後、上記或るステップ目標値に応じた一定値に収束するような特性を示すステップ追従特性を備えた系において、オーバーシュートを抑制できるようにするためのフィードフォワード制御を行うに当り、そのためのフィードフォワード項のオートチューニングを、詳細なモデルを必要とすることなく実施できるようにするための工夫、研究を行った結果、多くのプラントや機械系等の制御系で近似的に成立する線形性と、時不変性という２つの基本的な性質に着目して、本発明をなした。
【０００９】
したがって、本発明の目的とするところは、制御目標となるステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系についてフィードフォワード制御を用いてステップ目標値からのオーバーシュートを抑制する場合に、上記系の応答と、線形性及び時不変性の２つの基本的な性質のみを用いてフィードフォワード項をオートチューニングできるようにするためのステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法及び装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系の上流側にフィードフォワード制御ブロックを備えた構成における上記フィードフォワード制御ブロックを無効にした状態で、上記系のステップ目標値に対するステップ応答を求め、次に、上記ステップ応答の値が最大になる点をオーバーシュートの頂点と定めて、該頂点の値と上記ステップ目標値の大きさを基に、オーバーシュート率αを決定すると共に、上記ステップ応答について、上記ステップ目標値が与えられた後にオーバーシュートの頂点に達するまでの経過時間を、ステップ応答のむだ時間と立ち上がり時間Ｔ１とし、且つ該立ち上がり時間Ｔ１と等しい収束時間で上記オーバーシュートの頂点よりステップ目標値に直線的に収束する近似応答で近似し、しかる後、上記フィードフォワード制御ブロックを、該フィードフォワード制御ブロックに制御目標として入力されるステップ目標値に係数をｌｏｇ（α／（１＋α））／Ｔ１とした一時遅れをかけた信号を出力させるようにオートチューニングするようにするステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法とする。
【００１１】
又、上記構成において、ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系のステップ目標値に対するステップ応答に、二次微分フィルターを掛け、その値が最大になる点を、応答が立ち上がる点として、上記系に上記ステップ目標値が与えられてから、上記応答が立ち上がる点までの時間をステップ応答のむだ時間とし、上記応答が立ち上がる点から、上記ステップ応答のオーバーシュートの頂点までの時間をステップ応答の立ち上がり時間と定めるようにする。
【００１２】
更に、上記各構成において、ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系を、フィードバック制御系又は制御対象自体とするようにする。
【００１３】
又、請求項４に対応して、ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系の上流側にフィードフォワード制御ブロックを備えた構成における上記フィードフォワード制御ブロックを無効にした状態で、上記系のステップ目標値に対するステップ応答を求める機能と、上記ステップ応答の値が最大になる点を、オーバーシュートの頂点と定めて、該頂点の値と上記ステップ目標値の大きさを基に、オーバーシュート率αを決定すると共に、上記ステップ応答について、上記ステップ目標値が与えられた後にオーバーシュートの頂点に達するまでの経過時間を、ステップ応答のむだ時間と立ち上がり時間Ｔ１とし、且つ該立ち上がり時間Ｔ１と等しい収束時間で上記オーバーシュートの頂点よりステップ目標値に直線的に収束する近似応答で近似する機能と、上記フィードフォワード制御ブロックに、該フィードフォワード制御ブロックに制御目標として入力されるステップ目標値に係数をｌｏｇ（α／（１＋α））／Ｔ１とした一時遅れをかけた信号を出力させるよう指令を与えて、該フィードフォワード制御ブロックをオートチューニングする機能を備えてなる構成を有するステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング装置とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系の上流側にフィードフォワード制御ブロックを備えた構成における上記フィードフォワード制御ブロックを無効にした状態で、上記系のステップ目標値に対するステップ応答を求め、次に、上記ステップ応答の値が最大になる点をオーバーシュートの頂点と定めて、該頂点の値と上記ステップ目標値の大きさを基に、オーバーシュート率αを決定すると共に、上記ステップ応答について、上記ステップ目標値が与えられた後にオーバーシュートの頂点に達するまでの経過時間を、ステップ応答のむだ時間と立ち上がり時間Ｔ１とし、且つ該立ち上がり時間Ｔ１と等しい収束時間で上記オーバーシュートの頂点よりステップ目標値に直線的に収束する近似応答で近似し、しかる後、上記フィードフォワード制御ブロックを、該フィードフォワード制御ブロックに制御目標として入力されるステップ目標値に係数をｌｏｇ（α／（１＋α））／Ｔ１とした一時遅れをかけた信号を出力させるようにオートチューニングするようにするステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法及び装置としてあるので、上記ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系の上流側のフィードフォワード制御ブロックについて、その制御内容であるフィードフォワード項を、上記系の詳細なモデルを必要とすることなく、その応答と、線形性及び時不変性の２つの基本的な性質のみを用いてオートチューニングすることができる。
（２）しかも、上記オートチューニングされたフィードフォワード制御ブロックより出力させる上記所定の係数の一時遅れを含む信号により、上記系の応答を、オーバーシュートを抑制した状態で、速やかに上記ステップ目標値に追従させるようにフィードフォワード制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法及び装置の実施の一形態として、ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系をフィードバック制御系として、該フィードバック制御系についてフィードフォワード制御を用いてステップ目標値からのオーバーシュートを抑制する場合の適用例の概要を示すブロック線図である。
【図２】図１のオートチューニング装置によるＦＦ制御ブロックを無効にした状態でフィードバック制御系よりステップ応答を得る状態を示すブロック線図である。
【図３】図２のステップ応答の時間変化を示す図である。
【図４】図３のステップ応答を近似して設定した近似応答を示す図である。
【図５】ステップ目標値に対するオーバーシュートを解消するためにＦＦ制御ブロックでステップ目標値に一時遅れをかけた信号が入力されるフィードバック制御系の制御対象の応答を示す図である。
【図６】本発明の実施の更に他の形態として、ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えてなる制御対象について、フィードフォワード制御を用いてステップ目標値からのオーバーシュートを抑制する場合の適用例の概要を示すブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１乃至図５は本発明のステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法及び装置の実施の一形態として、ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系を、フィードバック制御系とし、該フィードバック制御系についてフィードフォワード制御を用いてステップ目標値からのオーバーシュートを抑制する場合の適用例の概要を示すもので、以下のようにしてある。
【００１８】
すなわち、本発明のステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法及び装置を適用する制御系は、図１に示すように、フィードバック制御ブロック（以下、ＦＢ制御ブロックと記す）３と制御対象４とを直列に接続してなるフィードバック制御系２の上流側に、本発明のステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング装置１（以下、単に、本発明のオートチューニング装置１と云う）によるオートチューニングの対象とするフィードフォワード制御ブロック（以下、ＦＦ制御ブロックと記す）５を備えた構成としてある。
【００１９】
上記構成としてある制御系に適用する本発明のオートチューニング装置１は、上記フィードバック制御系２によりフィードバック制御された上記制御対象４より出力される応答（出力値）Ｙを入力できるようにした構成とする。更に、上記本発明のオートチューニング装置１は、上記ＦＢ制御ブロック３及びＦＦ制御ブロック５を制御する機能を備えると共に、上記フィードバック制御された制御対象４より応答Ｙが入力されると、該応答Ｙを基に、後述する処理により求める指令を上記ＦＦ制御ブロック５へ与える機能を備えてなるものとする。
【００２０】
上記ＦＦ制御ブロック５は、後述する図５に線Ｃで示す如く、上記制御目標となるステップ目標値Ｘの入力に対して一時遅れをかけた信号Ｓを出力する機能を有するようにしてある。
【００２１】
上記ＦＢ制御ブロック３は、一般的なフィードバック制御に用いられる、ＰＩＤ制御、最適レギュレーター制御、Ｈ無限大制御等、線形制御手法であれば、いかなる形式の制御手法のものを採用したものでもよい。
【００２２】
以下、本発明のオートチューニング装置１における処理手順に即して、該本発明のオートチューニング装置１の機能について説明する。
【００２３】
本発明のオートチューニング装置１は、先ず、上記ＦＦ制御ブロック５を無効にした状態、すなわち、図２に示すように、ＦＢ制御ブロック３と制御対象４とからなるフィードバック制御系２に、制御目標となるステップ目標値Ｘが直接入力されるようにした状態で、上記ＦＢ制御ブロック３のチューニングを行うようにしてある。
【００２４】
この際、上記ＦＢ制御ブロック３のチューニング手法としては、試行錯誤で行ってもよく、又、該ＦＢ制御ブロック３の制御手法がＰＩＤ制御の場合は、既存のオートチューニング手法を用いるようにしてもよい。
【００２５】
上記のようにしてＦＢ制御ブロック３のチューニングが終了すると、本発明のオートチューニング装置１は、次に、上記ＦＦ制御ブロック５を無効にした状態のままで、上記チューニングが終了した後のＦＢ制御ブロック３を備えたフィードバック制御系２に対し、ステップ目標値Ｘを与えて、該フィードバック制御系２のみによるステップ応答Ｙａを取る。この際、上記フィードバック制御系２は、ステップ目標値Ｘの入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えていることから、上記ステップ応答Ｙａは、たとえば、図３に実線で示すようになる。図３における破線は、制御目標となるステップ目標値Ｘである（後述する図４及び図５でも同様）。
【００２６】
次いで、上記本発明のオートチューニング装置１では、上記得られたステップ応答Ｙａについて近似を行って、図４に示す如き近似応答（近似したステップ応答）Ｙｂを求める。
【００２７】
この近似は、具体的には、図４に示すように、上記ステップ応答Ｙａにおいて値が最大になる点を、オーバーシュートの頂点Ａと定め、該オーバーシュートの頂点Ａの値と、上記与えられたステップ目標値Ｘの高さ（大きさ）ｘとを基に、上記オーバーシュートの頂点Ａの値がｘ（１＋α）となるようにオーバーシュート率αを決定する。
【００２８】
更に、上記ステップ目標値Ｘが上記フィードバック制御系２に与えられた後に上記ステップ応答Ｙａがオーバーシュートの頂点Ａに達するまでの経過時間Ｔを、ステップ応答のむだ時間Ｔ０と、上記ステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１に分けて、上記近似応答Ｙｂを、上記フィードバック制御系２に上記ステップ目標値Ｘが与えられた後、上記ステップ応答のむだ時間Ｔ０経過後に、上記ステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１でオーバーシュートの頂点Ａまで直線的に立ち上がるものとし、しかる後、上記ステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１と等しい収束時間Ｔ２（Ｔ２＝Ｔ１）で上記ステップ目標値Ｘに直線的に収束するものとして設定する。
【００２９】
なお、上記ステップ応答のむだ時間Ｔ０と、ステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１は、上記ステップ応答Ｙａに、二次微分フィルター［１，−２,１］を掛け、その値が最大になる点を、応答が立ち上がる点Ｂと決めて、上記フィードバック制御系２に上記ステップ目標値Ｘが与えられてから、上記応答が立ち上がる点Ｂまでの時間をステップ応答のむだ時間Ｔ０とし、上記応答が立ち上がる点Ｂから、上記ステップ応答Ｙａにおけるオーバーシュートの頂点Ａまでの時間をステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１と定めるようにすることが好ましい。このようにすれば、上記ステップ応答のむだ時間Ｔ０と立ち上がり時間Ｔ１とを自動的に演算で求めることができると共に、上記ステップ応答Ｙａの変化をより良好に反映した近似応答Ｙｂを得ることができるようになる。
【００３０】
上記のようにして近似応答Ｙｂが定まると、上記本発明のオートチューニング装置１は、上記フィードバック制御系２の有している線形性及び時不変性を基に、上記近似応答Ｙｂにおける上記ステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１、及び、オーバーシュート率αをパラメータとして、上記図４に示した如き近似応答Ｙｂをオーバーシュートなくステップ目標値Ｘに追従させるようにするために、上記フィードバック制御系２への入力が必要とされる信号Ｓを求めて、この信号Ｓを、上記ステップ目標値Ｘが入力される上記ＦＦ制御ブロック５より出力できるように、該ＦＦ制御ブロック５に対し、制御目標として入力される上記ステップ目標値Ｘに対し、係数（時定数の逆数）を、ｌｏｇ（α／（１＋α））／Ｔ１と設定した一時遅れをかけた信号Ｓを出力させる指令を与えるようにしてある。
【００３１】
したがって、以上の構成としてある本発明のオートチューニング装置１を備えた図１に示した如き制御系では、制御目標となる或るステップ目標値ＸがＦＦ制御ブロック５に入力されると、上記本発明のオートチューニング装置１からの指令に基づいて、該ＦＦ制御ブロック５より、上記フィードバック制御系２に対して、図５に線Ｃで示す如く、上記ステップ目標値Ｘに対して上記のように設定した所定の係数（時定数の逆数）の一時遅れをかけた信号Ｓが出力されるように、該ＦＦ制御ブロック５のオートチューニングが行われるようになる。
【００３２】
これにより、上記ＦＦ制御ブロック５より出力された上記ステップ目標値Ｘに対し上記所定の係数（時定数の逆数）の一時遅れをかけた信号Ｓが入力される上記フィードバック制御系２では、制御対象４の応答Ｙが、図５に示すように、滑らかに且つオーバーシュートを生じることなく上記ステップ目標値に追従するよう制御されるようになる。
【００３３】
このように、本発明のステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法、及び、本発明のオートチューニング装置１によれば、本来のステップ追従特性として、制御目標となるステップ目標値Ｘの入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値Ｘに収束するようなステップ追従特性を備えた上記フィードバック制御系２の上流側に設けるＦＦ制御ブロック５について、その制御内容であるフィードフォワード項を、上記フィードバック制御系２の詳細なモデルを必要とすることなく、該フィードバック制御系２の応答と、線形性及び時不変性の２つの基本的な性質のみを用いてオートチューニングして、上記フィードバック制御系２における制御対象４の応答Ｙを、オーバーシュートを抑制した状態で、速やかに上記ステップ目標値Ｘに追従させるようにすることができる。
【００３４】
次に、図６は本発明の実施の他の形態として、ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を、制御対象４Ａ自体が元々備えている場合に、該制御対象４Ａについてフィードフォワード制御を用いてステップ目標値からのオーバーシュートを抑制する場合の適用例の概要を示すもので、以下のようにしてある。
【００３５】
すなわち、この場合は、図１に示したと同様の構成において、フィードバック制御系２に代えて、上記制御対象４Ａ自体の上流側に、本発明のオートチューニング装置１によるオートチューニングの対象とするＦＦ制御ブロック５を備えた構成とし、本発明のオートチューニング装置１は、上記制御対象４Ａより出力される応答（出力値）Ｙを入力できるようにした構成とする。なお、上記制御対象４Ａは、制御に関して線形性、及び、時不変性を備えているものとする。
【００３６】
この状態で、本発明のオートチューニング装置１は、上記図２乃至図５に示したと同様の手順で、先ず、上記ＦＦ制御ブロック５を無効にした状態で、制御対象４Ａに対し、ステップ目標値Ｘを与えたときのステップ応答Ｙａ（図３参照）を求め、このステップ応答Ｙａにおけるオーバーシュートの頂点Ａと、オーバーシュート率αと、ステップ応答のむだ時間Ｔ０と、立ち上がり時間Ｔ１と、該立ち上がり時間Ｔ１と等しい収束時間Ｔ２（Ｔ２＝Ｔ１）を決定した近似応答Ｙｂを求めるようにしてある（図４参照）。
【００３７】
次いで、上記本発明のオートチューニング装置１は、上記オーバーシュート率αと、ステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１をパラメータとして、上記ＦＦ制御ブロック５に対し、制御目標として入力される上記ステップ目標値Ｘに、係数（時定数の逆数）をｌｏｇ（α／（１＋α））／Ｔ１とする一時遅れをかけた信号Ｓを出力させる指令を与えるようにしてある。
【００３８】
これにより、上記ＦＦ制御ブロック５より出力された上記一時遅れを含む信号Ｓが入力される制御対象４Ａでは、該制御対象４Ａの応答Ｙが、図５に示したフィードバック制御系２の応答Ｙと同様に、オーバーシュートの発生が抑制された状態で出力されるようになる。
【００３９】
したがって、本実施の形態によれば、本来のステップ追従特性として、制御目標となるステップ目標値Ｘの入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値Ｘに収束するようなステップ追従特性を備えた上記制御対象４Ａの上流側に設けるＦＦ制御ブロック５について、その制御内容であるフィードフォワード項を、上記制御対象４Ａの詳細なモデルを必要とすることなく、該制御対象４Ａの応答と、線形性及び時不変性の２つの基本的な性質のみを用いてオートチューニングして、上記制御対象４Ａの応答Ｙを、オーバーシュートを抑制した状態で、速やかに上記ステップ目標値Ｘに追従させるようにすることができる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、一度オートチューニングしたＦＦ制御ブロック５に対して、再度オートチューニングを施すようにしてもよい。この場合は、ＦＦ制御ブロック５を生かした状態で、該ＦＦ制御ブロック５にステップ目標値Ｘが入力されるときに生じる制御対象４，４Ａの応答Ｙを取り、この応答Ｙを基に、上述した通常のオートチューニングの場合と同様に一次遅れの係数（時定数の逆数）を定めて、それを前回の係数に加えたものを新たな係数とするようにすればよい。
【００４１】
制御目標となるステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えていれば、上記フィードバック制御系２、及び、制御対象４Ａはいかなるものであってもよい。
【００４２】
図４に示した近似応答Ｙｂは、ＦＦ制御ブロック５を無効にした状態で得られるステップ応答Ｙａを基に、オーバーシュートの頂点Ａに至るステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１と、収束時間Ｔ２が等しくなるように設定できれば、ステップ応答のむだ時間Ｔ０の長さを、上記ステップ応答Ｙａに、二次微分フィルター［１，−２,１］を掛け、その値が最大になる点を、応答が立ち上がる点Ｂと決めて、ステップ目標値Ｘが与えられてから、上記応答が立ち上がる点Ｂまでの時間をステップ応答のむだ時間Ｔ０とする場合に比して増減してもよい。
【００４３】
図１乃至図５の実施の形態にて、本発明のオートチューニング装置１よりＦＢ制御ブロック３のオートチューニング機能を省略してもよい。この場合は、本発明のオートチューニング装置１によるＦＦ制御ブロック５のオートチューニングを開始させる前に、別の装置で予め上記ＦＢ制御ブロック３のオートチューニングを行わせるようにすればよい。
【００４４】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４５】
１ オートチューニング装置
２ フィードバック制御系（系）
４，４Ａ 制御対象
５ フィードフォワード制御ブロック
α オーバーシュート率
Ａ オーバーシュートの頂点
Ｂ 応答が立ち上がる点
Ｘ ステップ目標値
Ｙａ ステップ応答
Ｙｂ 近似応答
Ｓ 信号
Ｔ０ ステップ応答のむだ時間
Ｔ１ ステップ応答の立ち上がり時間
Ｔ２ 収束時間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステップ目標値に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束する特性を備えた系に対し、フィードフォワード制御を用いてステップ目標値からのオーバーシュートを抑制する際に、フィードフォワード項をオートチューニングするために用いるステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、制御系は、フィードバック制御とフィードフォワード制御に大別され、このうち、フィードバック制御として多く用いられているＰＩＤ（比例、積分、微分）制御については、様々なオートチューニングの手法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、フィードフォワード制御については、二自由度制御系において、制御対象を特定して、該制御対象の詳細なモデルを用いてフィードフォワード項をオートチューニングする手法が従来提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
ところで、フィードバック制御系や、流体圧で作動する部材のような振動する部材を備えた制御対象では、制御目標として或るステップ目標値が入力される（与えられる）と、該或るステップ目標値に対してステップ追従するときに、一旦オーバーシュートを生じ、その後、上記或るステップ目標値に応じた一定値に収束するようなステップ追従特性を示すことが一般に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１６１３０１号公報
【特許文献２】特許第３５４５００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１に示された手法によれば、制御対象の詳細なモデルを用いることなくオートチューニングを行うことが可能であるが、その対象は、フィードバック制御であるＰＩＤ制御に限られている。
【０００７】
一方、特許文献２に示されたものは、フィードフォワード制御に関連するオートチューニング手法であるが、該手法では、制御対象の詳細なモデルが必要とされるため、この制御対象の詳細なモデルを作成するために、設計段階で制御対象の物理特性を特定する必要が生じることから、手間と時間を要するというのが実状である。
【０００８】
そこで、本発明者等は、前述したような制御目標となる或るステップ目標値の入力に対するステップ追従時に、一旦オーバーシュートを生じた後、上記或るステップ目標値に応じた一定値に収束するような特性を示すステップ追従特性を備えた系において、オーバーシュートを抑制できるようにするためのフィードフォワード制御を行うに当り、そのためのフィードフォワード項のオートチューニングを、詳細なモデルを必要とすることなく実施できるようにするための工夫、研究を行った結果、多くのプラントや機械系等の制御系で近似的に成立する線形性と、時不変性という２つの基本的な性質に着目して、本発明をなした。
【０００９】
したがって、本発明の目的とするところは、制御目標となるステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系についてフィードフォワード制御を用いてステップ目標値からのオーバーシュートを抑制する場合に、上記系の応答と、線形性及び時不変性の２つの基本的な性質のみを用いてフィードフォワード項をオートチューニングできるようにするためのステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法及び装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系の上流側にフィードフォワード制御ブロックを備えた構成における上記フィードフォワード制御ブロックを無効にした状態で、上記系のステップ目標値に対するステップ応答を求め、次に、上記ステップ応答の値が最大になる点をオーバーシュートの頂点と定めて、該頂点の値と上記ステップ目標値の大きさを基に、オーバーシュート率αを決定すると共に、上記ステップ応答について、上記ステップ目標値が与えられた後にオーバーシュートの頂点に達するまでの経過時間を、ステップ応答のむだ時間と立ち上がり時間Ｔ１とし、且つ該立ち上がり時間Ｔ１と等しい収束時間で上記オーバーシュートの頂点よりステップ目標値に直線的に収束する近似応答で近似し、しかる後、上記フィードフォワード制御ブロックを、該フィードフォワード制御ブロックに制御目標として入力されるステップ目標値に係数をｌｏｇ（α／（１＋α））／Ｔ１とした一時遅れをかけた信号を出力させるようにオートチューニングするようにするステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法とする。
【００１１】
又、上記構成において、ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系のステップ目標値に対するステップ応答に、二次微分フィルターを掛け、その値が最大になる点を、応答が立ち上がる点として、上記系に上記ステップ目標値が与えられてから、上記応答が立ち上がる点までの時間をステップ応答のむだ時間とし、上記応答が立ち上がる点から、上記ステップ応答のオーバーシュートの頂点までの時間をステップ応答の立ち上がり時間と定めるようにする。
【００１２】
更に、上記各構成において、ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系を、フィードバック制御系又は制御対象自体とするようにする。
【００１３】
又、請求項４に対応して、ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系の上流側にフィードフォワード制御ブロックを備えた構成における上記フィードフォワード制御ブロックを無効にした状態で、上記系のステップ目標値に対するステップ応答を求める機能と、上記ステップ応答の値が最大になる点を、オーバーシュートの頂点と定めて、該頂点の値と上記ステップ目標値の大きさを基に、オーバーシュート率αを決定すると共に、上記ステップ応答について、上記ステップ目標値が与えられた後にオーバーシュートの頂点に達するまでの経過時間を、ステップ応答のむだ時間と立ち上がり時間Ｔ１とし、且つ該立ち上がり時間Ｔ１と等しい収束時間で上記オーバーシュートの頂点よりステップ目標値に直線的に収束する近似応答で近似する機能と、上記フィードフォワード制御ブロックに、該フィードフォワード制御ブロックに制御目標として入力されるステップ目標値に係数をｌｏｇ（α／（１＋α））／Ｔ１とした一時遅れをかけた信号を出力させるよう指令を与えて、該フィードフォワード制御ブロックをオートチューニングする機能を備えてなる構成を有するステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング装置とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系の上流側にフィードフォワード制御ブロックを備えた構成における上記フィードフォワード制御ブロックを無効にした状態で、上記系のステップ目標値に対するステップ応答を求め、次に、上記ステップ応答の値が最大になる点をオーバーシュートの頂点と定めて、該頂点の値と上記ステップ目標値の大きさを基に、オーバーシュート率αを決定すると共に、上記ステップ応答について、上記ステップ目標値が与えられた後にオーバーシュートの頂点に達するまでの経過時間を、ステップ応答のむだ時間と立ち上がり時間Ｔ１とし、且つ該立ち上がり時間Ｔ１と等しい収束時間で上記オーバーシュートの頂点よりステップ目標値に直線的に収束する近似応答で近似し、しかる後、上記フィードフォワード制御ブロックを、該フィードフォワード制御ブロックに制御目標として入力されるステップ目標値に係数をｌｏｇ（α／（１＋α））／Ｔ１とした一時遅れをかけた信号を出力させるようにオートチューニングするようにするステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法及び装置としてあるので、上記ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系の上流側のフィードフォワード制御ブロックについて、その制御内容であるフィードフォワード項を、上記系の詳細なモデルを必要とすることなく、その応答と、線形性及び時不変性の２つの基本的な性質のみを用いてオートチューニングすることができる。
（２）しかも、上記オートチューニングされたフィードフォワード制御ブロックより出力させる上記所定の係数の一時遅れを含む信号により、上記系の応答を、オーバーシュートを抑制した状態で、速やかに上記ステップ目標値に追従させるようにフィードフォワード制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法及び装置の実施の一形態として、ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系をフィードバック制御系として、該フィードバック制御系についてフィードフォワード制御を用いてステップ目標値からのオーバーシュートを抑制する場合の適用例の概要を示すブロック線図である。
【図２】図１のオートチューニング装置によるＦＦ制御ブロックを無効にした状態でフィードバック制御系よりステップ応答を得る状態を示すブロック線図である。
【図３】図２のステップ応答の時間変化を示す図である。
【図４】図３のステップ応答を近似して設定した近似応答を示す図である。
【図５】ステップ目標値に対するオーバーシュートを解消するためにＦＦ制御ブロックでステップ目標値に一時遅れをかけた信号が入力されるフィードバック制御系の制御対象の応答を示す図である。
【図６】本発明の実施の更に他の形態として、ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えてなる制御対象について、フィードフォワード制御を用いてステップ目標値からのオーバーシュートを抑制する場合の適用例の概要を示すブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
図１乃至図５は本発明のステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法及び装置の実施の一形態として、ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系を、フィードバック制御系とし、該フィードバック制御系についてフィードフォワード制御を用いてステップ目標値からのオーバーシュートを抑制する場合の適用例の概要を示すもので、以下のようにしてある。
【００１８】
すなわち、本発明のステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法及び装置を適用する制御系は、図１に示すように、フィードバック制御ブロック（以下、ＦＢ制御ブロックと記す）３と制御対象４とを直列に接続してなるフィードバック制御系２の上流側に、本発明のステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング装置１（以下、単に、本発明のオートチューニング装置１と云う）によるオートチューニングの対象とするフィードフォワード制御ブロック（以下、ＦＦ制御ブロックと記す）５を備えた構成としてある。
【００１９】
上記構成としてある制御系に適用する本発明のオートチューニング装置１は、上記フィードバック制御系２によりフィードバック制御された上記制御対象４より出力される応答（出力値）Ｙを入力できるようにした構成とする。更に、上記本発明のオートチューニング装置１は、上記ＦＢ制御ブロック３及びＦＦ制御ブロック５を制御する機能を備えると共に、上記フィードバック制御された制御対象４より応答Ｙが入力されると、該応答Ｙを基に、後述する処理により求める指令を上記ＦＦ制御ブロック５へ与える機能を備えてなるものとする。
【００２０】
上記ＦＦ制御ブロック５は、後述する図５に線Ｃで示す如く、上記制御目標となるステップ目標値Ｘの入力に対して一時遅れをかけた信号Ｓを出力する機能を有するようにしてある。
【００２１】
上記ＦＢ制御ブロック３は、一般的なフィードバック制御に用いられる、ＰＩＤ制御、最適レギュレーター制御、Ｈ無限大制御等、線形制御手法であれば、いかなる形式の制御手法のものを採用したものでもよい。
【００２２】
以下、本発明のオートチューニング装置１における処理手順に即して、該本発明のオートチューニング装置１の機能について説明する。
【００２３】
本発明のオートチューニング装置１は、先ず、上記ＦＦ制御ブロック５を無効にした状態、すなわち、図２に示すように、ＦＢ制御ブロック３と制御対象４とからなるフィードバック制御系２に、制御目標となるステップ目標値Ｘが直接入力されるようにした状態で、上記ＦＢ制御ブロック３のチューニングを行うようにしてある。
【００２４】
この際、上記ＦＢ制御ブロック３のチューニング手法としては、試行錯誤で行ってもよく、又、該ＦＢ制御ブロック３の制御手法がＰＩＤ制御の場合は、既存のオートチューニング手法を用いるようにしてもよい。
【００２５】
上記のようにしてＦＢ制御ブロック３のチューニングが終了すると、本発明のオートチューニング装置１は、次に、上記ＦＦ制御ブロック５を無効にした状態のままで、上記チューニングが終了した後のＦＢ制御ブロック３を備えたフィードバック制御系２に対し、ステップ目標値Ｘを与えて、該フィードバック制御系２のみによるステップ応答Ｙａを取る。この際、上記フィードバック制御系２は、ステップ目標値Ｘの入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えていることから、上記ステップ応答Ｙａは、たとえば、図３に実線で示すようになる。図３における破線は、制御目標となるステップ目標値Ｘである（後述する図４及び図５でも同様）。
【００２６】
次いで、上記本発明のオートチューニング装置１では、上記得られたステップ応答Ｙａについて近似を行って、図４に示す如き近似応答（近似したステップ応答）Ｙｂを求める。
【００２７】
この近似は、具体的には、図４に示すように、上記ステップ応答Ｙａにおいて値が最大になる点を、オーバーシュートの頂点Ａと定め、該オーバーシュートの頂点Ａの値と、上記与えられたステップ目標値Ｘの高さ（大きさ）ｘとを基に、上記オーバーシュートの頂点Ａの値がｘ（１＋α）となるようにオーバーシュート率αを決定する。
【００２８】
更に、上記ステップ目標値Ｘが上記フィードバック制御系２に与えられた後に上記ステップ応答Ｙａがオーバーシュートの頂点Ａに達するまでの経過時間Ｔを、ステップ応答のむだ時間Ｔ０と、上記ステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１に分けて、上記近似応答Ｙｂを、上記フィードバック制御系２に上記ステップ目標値Ｘが与えられた後、上記ステップ応答のむだ時間Ｔ０経過後に、上記ステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１でオーバーシュートの頂点Ａまで直線的に立ち上がるものとし、しかる後、上記ステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１と等しい収束時間Ｔ２（Ｔ２＝Ｔ１）で上記ステップ目標値Ｘに直線的に収束するものとして設定する。
【００２９】
なお、上記ステップ応答のむだ時間Ｔ０と、ステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１は、上記ステップ応答Ｙａに、二次微分フィルター［１，−２,１］を掛け、その値が最大になる点を、応答が立ち上がる点Ｂと決めて、上記フィードバック制御系２に上記ステップ目標値Ｘが与えられてから、上記応答が立ち上がる点Ｂまでの時間をステップ応答のむだ時間Ｔ０とし、上記応答が立ち上がる点Ｂから、上記ステップ応答Ｙａにおけるオーバーシュートの頂点Ａまでの時間をステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１と定めるようにすることが好ましい。このようにすれば、上記ステップ応答のむだ時間Ｔ０と立ち上がり時間Ｔ１とを自動的に演算で求めることができると共に、上記ステップ応答Ｙａの変化をより良好に反映した近似応答Ｙｂを得ることができるようになる。
【００３０】
上記のようにして近似応答Ｙｂが定まると、上記本発明のオートチューニング装置１は、上記フィードバック制御系２の有している線形性及び時不変性を基に、上記近似応答Ｙｂにおける上記ステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１、及び、オーバーシュート率αをパラメータとして、上記図４に示した如き近似応答Ｙｂをオーバーシュートなくステップ目標値Ｘに追従させるようにするために、上記フィードバック制御系２への入力が必要とされる信号Ｓを求めて、この信号Ｓを、上記ステップ目標値Ｘが入力される上記ＦＦ制御ブロック５より出力できるように、該ＦＦ制御ブロック５に対し、制御目標として入力される上記ステップ目標値Ｘに対し、係数（時定数の逆数）を、ｌｏｇ（α／（１＋α））／Ｔ１と設定した一時遅れをかけた信号Ｓを出力させる指令を与えるようにしてある。
【００３１】
したがって、以上の構成としてある本発明のオートチューニング装置１を備えた図１に示した如き制御系では、制御目標となる或るステップ目標値ＸがＦＦ制御ブロック５に入力されると、上記本発明のオートチューニング装置１からの指令に基づいて、該ＦＦ制御ブロック５より、上記フィードバック制御系２に対して、図５に線Ｃで示す如く、上記ステップ目標値Ｘに対して上記のように設定した所定の係数（時定数の逆数）の一時遅れをかけた信号Ｓが出力されるように、該ＦＦ制御ブロック５のオートチューニングが行われるようになる。
【００３２】
これにより、上記ＦＦ制御ブロック５より出力された上記ステップ目標値Ｘに対し上記所定の係数（時定数の逆数）の一時遅れをかけた信号Ｓが入力される上記フィードバック制御系２では、制御対象４の応答Ｙが、図５に示すように、滑らかに且つオーバーシュートを生じることなく上記ステップ目標値に追従するよう制御されるようになる。
【００３３】
このように、本発明のステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法、及び、本発明のオートチューニング装置１によれば、本来のステップ追従特性として、制御目標となるステップ目標値Ｘの入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値Ｘに収束するようなステップ追従特性を備えた上記フィードバック制御系２の上流側に設けるＦＦ制御ブロック５について、その制御内容であるフィードフォワード項を、上記フィードバック制御系２の詳細なモデルを必要とすることなく、該フィードバック制御系２の応答と、線形性及び時不変性の２つの基本的な性質のみを用いてオートチューニングして、上記フィードバック制御系２における制御対象４の応答Ｙを、オーバーシュートを抑制した状態で、速やかに上記ステップ目標値Ｘに追従させるようにすることができる。
【００３４】
次に、図６は本発明の実施の他の形態として、ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を、制御対象４Ａ自体が元々備えている場合に、該制御対象４Ａについてフィードフォワード制御を用いてステップ目標値からのオーバーシュートを抑制する場合の適用例の概要を示すもので、以下のようにしてある。
【００３５】
すなわち、この場合は、図１に示したと同様の構成において、フィードバック制御系２に代えて、上記制御対象４Ａ自体の上流側に、本発明のオートチューニング装置１によるオートチューニングの対象とするＦＦ制御ブロック５を備えた構成とし、本発明のオートチューニング装置１は、上記制御対象４Ａより出力される応答（出力値）Ｙを入力できるようにした構成とする。なお、上記制御対象４Ａは、制御に関して線形性、及び、時不変性を備えているものとする。
【００３６】
この状態で、本発明のオートチューニング装置１は、上記図２乃至図５に示したと同様の手順で、先ず、上記ＦＦ制御ブロック５を無効にした状態で、制御対象４Ａに対し、ステップ目標値Ｘを与えたときのステップ応答Ｙａ（図３参照）を求め、このステップ応答Ｙａにおけるオーバーシュートの頂点Ａと、オーバーシュート率αと、ステップ応答のむだ時間Ｔ０と、立ち上がり時間Ｔ１と、該立ち上がり時間Ｔ１と等しい収束時間Ｔ２（Ｔ２＝Ｔ１）を決定した近似応答Ｙｂを求めるようにしてある（図４参照）。
【００３７】
次いで、上記本発明のオートチューニング装置１は、上記オーバーシュート率αと、ステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１をパラメータとして、上記ＦＦ制御ブロック５に対し、制御目標として入力される上記ステップ目標値Ｘに、係数（時定数の逆数）をｌｏｇ（α／（１＋α））／Ｔ１とする一時遅れをかけた信号Ｓを出力させる指令を与えるようにしてある。
【００３８】
これにより、上記ＦＦ制御ブロック５より出力された上記一時遅れを含む信号Ｓが入力される制御対象４Ａでは、該制御対象４Ａの応答Ｙが、図５に示したフィードバック制御系２の応答Ｙと同様に、オーバーシュートの発生が抑制された状態で出力されるようになる。
【００３９】
したがって、本実施の形態によれば、本来のステップ追従特性として、制御目標となるステップ目標値Ｘの入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値Ｘに収束するようなステップ追従特性を備えた上記制御対象４Ａの上流側に設けるＦＦ制御ブロック５について、その制御内容であるフィードフォワード項を、上記制御対象４Ａの詳細なモデルを必要とすることなく、該制御対象４Ａの応答と、線形性及び時不変性の２つの基本的な性質のみを用いてオートチューニングして、上記制御対象４Ａの応答Ｙを、オーバーシュートを抑制した状態で、速やかに上記ステップ目標値Ｘに追従させるようにすることができる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、一度オートチューニングしたＦＦ制御ブロック５に対して、再度オートチューニングを施すようにしてもよい。この場合は、ＦＦ制御ブロック５を生かした状態で、該ＦＦ制御ブロック５にステップ目標値Ｘが入力されるときに生じる制御対象４，４Ａの応答Ｙを取り、この応答Ｙを基に、上述した通常のオートチューニングの場合と同様に一次遅れの係数（時定数の逆数）を定めて、それを前回の係数に加えたものを新たな係数とするようにすればよい。
【００４１】
制御目標となるステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えていれば、上記フィードバック制御系２、及び、制御対象４Ａはいかなるものであってもよい。
【００４２】
図４に示した近似応答Ｙｂは、ＦＦ制御ブロック５を無効にした状態で得られるステップ応答Ｙａを基に、オーバーシュートの頂点Ａに至るステップ応答の立ち上がり時間Ｔ１と、収束時間Ｔ２が等しくなるように設定できれば、ステップ応答のむだ時間Ｔ０の長さを、上記ステップ応答Ｙａに、二次微分フィルター［１，−２,１］を掛け、その値が最大になる点を、応答が立ち上がる点Ｂと決めて、ステップ目標値Ｘが与えられてから、上記応答が立ち上がる点Ｂまでの時間をステップ応答のむだ時間Ｔ０とする場合に比して増減してもよい。
【００４３】
図１乃至図５の実施の形態にて、本発明のオートチューニング装置１よりＦＢ制御ブロック３のオートチューニング機能を省略してもよい。この場合は、本発明のオートチューニング装置１によるＦＦ制御ブロック５のオートチューニングを開始させる前に、別の装置で予め上記ＦＢ制御ブロック３のオートチューニングを行わせるようにすればよい。
【００４４】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００４５】
１ オートチューニング装置
２ フィードバック制御系（系）
４，４Ａ 制御対象
５ フィードフォワード制御ブロック
α オーバーシュート率
Ａ オーバーシュートの頂点
Ｂ 応答が立ち上がる点
Ｘ ステップ目標値
Ｙａ ステップ応答
Ｙｂ 近似応答
Ｓ 信号
Ｔ０ ステップ応答のむだ時間
Ｔ１ ステップ応答の立ち上がり時間
Ｔ２ 収束時間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系の上流側にフィードフォワード制御ブロックを備えた構成における上記フィードフォワード制御ブロックを無効にした状態で、上記系のステップ目標値に対するステップ応答を求め、次に、上記ステップ応答の値が最大になる点をオーバーシュートの頂点と定めて、該頂点の値と上記ステップ目標値の大きさを基に、オーバーシュート率αを決定すると共に、上記ステップ応答について、上記ステップ目標値が与えられた後にオーバーシュートの頂点に達するまでの経過時間を、ステップ応答のむだ時間と立ち上がり時間Ｔ１とし、且つ該立ち上がり時間Ｔ１と等しい収束時間で上記オーバーシュートの頂点よりステップ目標値に直線的に収束する近似応答で近似し、しかる後、上記フィードフォワード制御ブロックを、該フィードフォワード制御ブロックに制御目標として入力されるステップ目標値に係数をｌｏｇ（α／（１＋α））／Ｔ１とした一時遅れをかけた信号を出力させるようにオートチューニングすることを特徴とするステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法。
【請求項２】
ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系のステップ目標値に対するステップ応答に、二次微分フィルターを掛け、その値が最大になる点を、応答が立ち上がる点として、上記系に上記ステップ目標値が与えられてから、上記応答が立ち上がる点までの時間をステップ応答のむだ時間とし、上記応答が立ち上がる点から、上記ステップ応答のオーバーシュートの頂点までの時間をステップ応答の立ち上がり時間と定めるようにする請求項１記載のステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法。
【請求項３】
ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系を、フィードバック制御系又は制御対象自体とする請求項１又は２記載のステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法。
【請求項４】
ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系の上流側にフィードフォワード制御ブロックを備えた構成における上記フィードフォワード制御ブロックを無効にした状態で、上記系のステップ目標値に対するステップ応答を求める機能と、上記ステップ応答の値が最大になる点を、オーバーシュートの頂点と定めて、該頂点の値と上記ステップ目標値の大きさを基に、オーバーシュート率αを決定すると共に、上記ステップ応答について、上記ステップ目標値が与えられた後にオーバーシュートの頂点に達するまでの経過時間を、ステップ応答のむだ時間と立ち上がり時間Ｔ１とし、且つ該立ち上がり時間Ｔ１と等しい収束時間で上記オーバーシュートの頂点よりステップ目標値に直線的に収束する近似応答で近似する機能と、上記フィードフォワード制御ブロックに、該フィードフォワード制御ブロックに制御目標として入力されるステップ目標値に係数をｌｏｇ（α／（１＋α））／Ｔ１とした一時遅れをかけた信号を出力させるよう指令を与えて、該フィードフォワード制御ブロックをオートチューニングする機能を備えてなる構成を有することを特徴とするステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング装置。
【請求項１】
ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系の上流側にフィードフォワード制御ブロックを備えた構成における上記フィードフォワード制御ブロックを無効にした状態で、上記系のステップ目標値に対するステップ応答を求め、次に、上記ステップ応答の値が最大になる点をオーバーシュートの頂点と定めて、該頂点の値と上記ステップ目標値の大きさを基に、オーバーシュート率αを決定すると共に、上記ステップ応答について、上記ステップ目標値が与えられた後にオーバーシュートの頂点に達するまでの経過時間を、ステップ応答のむだ時間と立ち上がり時間Ｔ１とし、且つ該立ち上がり時間Ｔ１と等しい収束時間で上記オーバーシュートの頂点よりステップ目標値に直線的に収束する近似応答で近似し、しかる後、上記フィードフォワード制御ブロックを、該フィードフォワード制御ブロックに制御目標として入力されるステップ目標値に係数をｌｏｇ（α／（１＋α））／Ｔ１とした一時遅れをかけた信号を出力させるようにオートチューニングすることを特徴とするステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法。
【請求項２】
ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系のステップ目標値に対するステップ応答に、二次微分フィルターを掛け、その値が最大になる点を、応答が立ち上がる点として、上記系に上記ステップ目標値が与えられてから、上記応答が立ち上がる点までの時間をステップ応答のむだ時間とし、上記応答が立ち上がる点から、上記ステップ応答のオーバーシュートの頂点までの時間をステップ応答の立ち上がり時間と定めるようにする請求項１記載のステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法。
【請求項３】
ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系を、フィードバック制御系又は制御対象自体とする請求項１又は２記載のステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法。
【請求項４】
ステップ目標値の入力に対するステップ追従時にオーバーシュートを生じた後、上記ステップ目標値に収束するステップ追従特性を備えた系の上流側にフィードフォワード制御ブロックを備えた構成における上記フィードフォワード制御ブロックを無効にした状態で、上記系のステップ目標値に対するステップ応答を求める機能と、上記ステップ応答の値が最大になる点を、オーバーシュートの頂点と定めて、該頂点の値と上記ステップ目標値の大きさを基に、オーバーシュート率αを決定すると共に、上記ステップ応答について、上記ステップ目標値が与えられた後にオーバーシュートの頂点に達するまでの経過時間を、ステップ応答のむだ時間と立ち上がり時間Ｔ１とし、且つ該立ち上がり時間Ｔ１と等しい収束時間で上記オーバーシュートの頂点よりステップ目標値に直線的に収束する近似応答で近似する機能と、上記フィードフォワード制御ブロックに、該フィードフォワード制御ブロックに制御目標として入力されるステップ目標値に係数をｌｏｇ（α／（１＋α））／Ｔ１とした一時遅れをかけた信号を出力させるよう指令を与えて、該フィードフォワード制御ブロックをオートチューニングする機能を備えてなる構成を有することを特徴とするステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２４８５１８（Ｐ２０１１−２４８５１８Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１９４８９（Ｐ２０１０−１１９４８９）
【出願日】平成２２年５月２５日（２０１０．５．２５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２５日（２０１０．５．２５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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