JP6494648B2 - 制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィードバック制御により対象装置の制御を行う制御装置及び制御方法に関する。

産業用装置では、必要な動作を実現するためにフィードバック制御が利用される。フィードバック制御では、検出される制御量から操作量を算出するために使用される制御ゲインの調整が必要になる。

制御ゲインを適切に調整するための方法の１つにリミットサイクル法がある。リミットサイクル法は、２値制御と呼ばれる２つの操作量のうちから１つを選択して出力する制御を行うことにより、制御量を一定又は一定とみなされる周期で振動させ、振動波形に基づいて制御対象の動特性を同定し、制御ゲインを計算するものである（非特許文献１）。振動波形は、リミットサイクル波形と呼ばれている。

リミットサイクル法は、制御対象の動特性を同定するために、制御偏差の正負の符号に基づいて２値制御の操作量の１つを選択し、制御量を一定又は一定とみなされる周期で振動させ、リミットサイクル波形を生じさせる必要がある。しかし、リミットサイクル法は、検出される制御量にノイズが含まれており、制御偏差の正負の符号がノイズの影響で反転した場合、制御対象の動特性とは無関係にオンオフ制御が動作してしまい、チャタリングが発生して一定又は一定とみなされる周期のリミットサイクル波形が得られず、制御対象の動特性を同定することができない場合がある。

特許文献１は、検出される制御量にノイズが含まれる場合であっても、一定又は一定とみなされる周期のリミットサイクル波形を生じさせることが記載されている。特許文献１は、制御偏差の正負の符号の判定にヒステリシス特性を設けることで、検出される制御量に含まれるノイズの影響による２値制御のチャタリングを防止することが記載されている。特許文献１は、検出される制御量にノイズが含まれる場合にも制御対象の動特性を同定して制御ゲインを計算することが記載されている。

特開昭６１−２７９９０１号公報

須田信英、"ＰＩＤ制御"、システム制御情報ライブラリー、朝倉書店、ｐｐ１６２−１６７

しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、制御偏差の正負の符号の判定に設けられるヒステリシス特性のヒステリシスの大きさを適切に設定しないと、精度のよいリミットサイクル波形が得られずに、制御ゲインの計算を精度よく行うことが困難になる。

設定されるヒステリシスの大きさが小さくて適切でない場合には、検出される制御量に含まれるノイズの影響を除去できず、制御対象の動特性とは無関係に２値制御が動作することによりチャタリングが発生してしまい、一定又は一定とみなされる周期のリミットサイクル波形を得ることができず、制御ゲインの計算を精度よく行うことができない。

また、設定されるヒステリシスの大きさが大き過ぎて適切でない場合には、ノイズの影響を除去できても、制御量の振動振幅が大きくなり、制御量が飽和してリミットサイクル波形が制御対象の動特性とは無関係な形状になってしまったり、制御対象が損傷してしまったりする可能性があり、制御ゲインの計算を精度よく行うことができない。

したがって、特許文献１に基づいてリミットサイクル法を実施する場合には、操作者が、検出される制御量に含まれるノイズの大きさを予め観測して、ノイズの影響を除去でき、かつ、制御量の振動振幅を過剰に増大させない程度にヒステリシスの大きさを設定する必要がある。よって、特許文献１は、適切なヒステリシスの大きさを設定するために多大な時間及び手間を要するといった問題点がある。

また、操作者がヒステリシスの大きさを設定するような構成の場合には、操作者が外部から制御量を詳細に観測できるように制御量を表示する機能、及びヒステリシスの大きさを外部から設定するための機能を制御装置に備えておく必要がある。よって、特許文献１は、制御装置の生産コストを増加させるといった問題点もある。

さらに、ある特定の動作環境において、操作者によって適切にヒステリシスの大きさが設定されても、制御量の大きさの変化に伴って制御量に含まれるノイズの大きさが増大したり、制御装置及び制御対象の周辺に設置される電気機械及び電子機器の動作状況により制御量に含まれるノイズの大きさが増大したりして、ノイズの影響を除去できず、制御ゲインの計算が精度よく行えない場合も生じる。このような場合には、制御量の大きさに基づいて、又は、制御装置及び制御対象の周辺に設置される電気機械及び電子機器の動作状態の影響に基づいて、操作者がヒステリシスの大きさを変更する必要がある。また、操作者が制御量に含まれるノイズの大きさを調べる必要もある。よって、特許文献１は、操作者がヒステリシスの大きさの設定を継続的に変更し続ける必要があり、多大な時間及び手間を要する問題点もある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ヒステリシスの大きさを適切に設定することにより、ノイズの影響を除去して精度よく制御ゲインを算出することができる制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る制御装置は、外部から入力される指令値と制御対象装置から入力される制御量とに基づいて制御偏差を算出する減算器と、前記制御偏差と制御ゲインとに基づいて操作量を生成し、前記操作量を出力する制御演算部と、オン又はオフを示す調整実行指令値を生成し、前記調整実行指令値を出力する調整実行指令生成部と、前記調整実行指令生成部から出力されている前記調整実行指令値がオンである期間において、前記制御偏差とヒステリシス幅設定値とに基づいて調整時加算値を生成し、前記調整時加算値を出力する２値出力部と、前記調整実行指令生成部から出力されている前記調整実行指令値がオンである期間において、前記制御偏差に基づいて前記制御ゲインの候補値である制御ゲイン候補値を算出する制御ゲイン演算部と、前記調整実行指令生成部から出力されている前記調整実行指令値がオフである期間において、前記制御量又は前記制御偏差の低周波数成分を除去した低周波数成分除去信号を算出し、前記低周波数成分除去信号の標準偏差の推定値である標準偏差推定値を算出する標準偏差推定部と、前記標準偏差推定値に基づいてヒステリシス幅演算値を算出し、前記２値出力部のヒステリシス幅設定値を前記ヒステリシス幅演算値に変更するヒステリシス幅演算部と、を備える。

本発明によれば、ヒステリシスの大きさを適切に設定することにより、ノイズの影響を除去して精度よく制御ゲインを算出する、という効果を奏する。

実施の形態１に係る制御装置及び制御対象装置の構成図 実施の形態１に係る２値出力部の動作を模式的に示す図 実施の形態１に係る標準偏差推定部の構成図 実施の形態２に係る制御装置及び制御対象装置の構成図 実施の形態２に係る標準偏差推定部の構成図 実施の形態３に係る制御装置及び制御対象装置の構成図 実施の形態３に係る標準偏差推定部の構成図 実施の形態４に係る制御装置及び制御対象装置の構成図 実施の形態４に係る標準偏差推定部の構成図 実施の形態５に係る制御装置及び制御対象装置の構成図 実施の形態５に係る標準偏差推定部の構成図 実施の形態６に係る制御装置及び制御対象装置の構成図

以下に、本発明の実施の形態に係る制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る制御装置１００及び制御対象装置１０の構成図、図２は、実施の形態１に係る２値出力部１０３の動作を模式的に示す図、図３は、実施の形態１に係る標準偏差推定部１０６の構成図である。

図１に示すように、制御対象装置１０は、搬送材１２を搬送し巻き取るロール間搬送機構１１と、張力軸モータ１３の回転速度を制御する張力軸速度制御器２１と、速度軸モータ１５の回転速度を制御する速度軸速度制御器２２と、加算を行う加算器２３とを備える。制御対象装置１０は、制御装置１００から張力軸速度加算値Ｖａｄｄが入力され、外部から基準速度指令値Ｖｒ０が入力される。

ロール間搬送機構１１は、帯状又は線状の搬送材１２を複数のロールの間で搬送する機構を有する。搬送材１２は、紙、樹脂、金属又は繊維が例示される。ロール間搬送機構１１は、駆動機構を有する張力軸モータ１３と、回転機構を有する張力軸ロール１４と、駆動機構を有する速度軸モータ１５と、回転機構を有する速度軸ロール１６と、張力検出値Ｙｆｂを算出する張力検出器２０とを備える。

ロール間搬送機構１１は、張力軸モータ１３及び速度軸モータ１５を駆動して張力軸ロール１４及び速度軸ロール１６を回転させることで搬送材１２を巻き取る。

張力軸ロール１４と搬送材１２との間のすべりは、微小であるものとする。張力軸ロール１４の周速度と、搬送材１２の張力軸ロール１４に接する部分の速度とは、一致又は予め定められた範囲内に収まるものとする。速度軸ロール１６と搬送材１２との間のすべりは、微小であるものとする。速度軸ロール１６の周速度と、搬送材１２の速度軸ロール１６に接する部分の速度とは、一致又は予め定められた範囲内に収まるものとする。

張力軸速度制御器２１は、入力された張力軸速度指令値Ｖｒ１に、張力軸ロール１４が搬送材１２を搬送する速度が一致するように張力軸モータ１３の回転速度を制御する。具体的には、張力軸速度制御器２１は、張力軸ロール１４の径及び減速比を考慮して張力軸速度指令値Ｖｒ１を張力軸モータ１３の回転速度に変換した指令値に対して張力軸モータ１３の回転速度が一致又は予め定められた範囲内に収まるように制御する。

速度軸速度制御器２２は、入力された基準速度指令値Ｖｒ０に、速度軸ロール１６が搬送材１２を搬送する速度が一致又は予め定められた範囲内に収まるように速度軸モータ１５の回転速度を制御する。具体的には、速度軸速度制御器２２は、速度軸ロール１６の径及び減速比を考慮して、基準速度指令値Ｖｒ０を速度軸モータ１５の回転速度に変換した指令値に対して速度軸モータ１５の回転速度が一致又は予め定められた範囲内に収まるように制御する。

外部から入力される基準速度指令値Ｖｒ０は、搬送材１２の搬送速度を規定するものであり、搬送材１２の搬送条件により様々な値を取り得る。

加算器２３は、基準速度指令値Ｖｒ０と張力軸速度加算値Ｖａｄｄとを加算して張力軸速度指令値Ｖｒ１を算出し、張力軸速度指令値Ｖｒ１を出力する。

張力検出器２０は、搬送材１２の張力を検出した値である張力検出値Ｙｆｂを出力する。張力検出値Ｙｆｂは、制御量であり、後述するように指令値に近づくように制御される変数である。

実施の形態１では張力軸ロール１４は、搬送材１２を巻き取る構成、速度軸ロール１６は、搬送材１２を巻き出す構成で説明するが、これらの構成に限られない。速度軸ロール１６は、搬送材１２を巻き取り、張力軸ロール１４は、搬送材１２を巻き出す構成でもよい。また、張力軸ロール１４及び速度軸ロール１６は、搬送材１２の巻き取り及び巻き出しを直接行わず、搬送材１２の送り動作のみを行う中間軸であってもよい。

制御対象装置１０は、基準速度指令値Ｖｒ０と張力軸速度加算値Ｖａｄｄとを加算して、張力軸ロール１４の張力軸速度指令値Ｖｒ１を生成する。したがって、張力軸ロール１４は、速度軸ロール１６と比較して張力軸速度加算値Ｖａｄｄの分だけ速く回転する。つまり、搬送材１２の張力軸ロール１４に接する部分の搬送速度は、搬送材１２の速度軸ロール１６に接する部分の搬送速度よりも速くなる。搬送材１２は、張力軸ロール１４と速度軸ロール１６との間で引っ張られることにより張力が発生する。制御対象装置１０は、張力軸速度加算値Ｖａｄｄの値が変更されると、張力軸ロール１４の回転速度が変更されるので、搬送材１２に発生する張力が変化する。

また、ロール間搬送機構１１は、張力検出器２０により搬送材１２に作用する張力を測定し、張力検出値Ｙｆｂを出力する。つまり、制御対象装置１０は、張力検出値Ｙｆｂの値を用いて張力軸速度加算値Ｖａｄｄを算出する制御装置１００と組み合わされることで、フィードバック制御を行う構成になっている。

制御装置１００は、操作量Ｕｃを算出する制御演算部１０１と、調整の実行の可否を示す指令値である調整実行指令値ＳＷａｔを生成する調整実行指令生成部１０２と、調整時に操作量Ｕｃに加算される値である調整時加算値Ｕａｄｄを算出する２値出力部１０３と、ゲイン候補値を算出する制御ゲイン演算部１０４とを備える。また、制御装置１００は、制御演算部１０１で用いるゲインの値を変更する制御ゲイン調整部１０５と、標準偏差の推定値である標準偏差推定値Ｓｉｇを算出する標準偏差推定部１０６と、ヒステリシス幅演算値Ｈｃを算出するヒステリシス幅演算部１０７と、減算を行う減算器１０８と、加算を行う加算器１０９とを備える。制御装置１００は、外部から張力指令値Ｙｒが入力され、制御対象装置１０から張力検出値Ｙｆｂが入力され、制御対象装置１０に張力軸速度加算値Ｖａｄｄを出力する。

制御演算部１０１は、張力指令値Ｙｒと張力検出値Ｙｆｂとの偏差である張力偏差値Ｙｅと、調整実行指令値ＳＷａｔとが入力される。張力偏差値Ｙｅは、制御偏差のことである。また、制御演算部１０１は、調整実行指令値ＳＷａｔがオフである通常の状態においては、張力偏差値Ｙｅに対して、制御ゲインの１つである比例ゲインを乗じて得た比例補償と、張力偏差値Ｙｅに対して、制御ゲインの１つである積分ゲインを乗じて積分を行って得た積分補償との和を操作量Ｕｃで出力する。実施の形態１では、調整実行指令値ＳＷａｔがオンである期間を自動調整期間と呼ぶ。

制御演算部１０１は、調整実行指令値ＳＷａｔがオフからオンに切り換わるときに、調整実行指令値ＳＷａｔがオンになる直前の操作量Ｕｃの値を保持し、自動調整期間には保持された操作量Ｕｃの値を出力する。調整実行指令値ＳＷａｔがオンになる直前の操作量Ｕｃの値を保つ動作は、比例ゲイン及び積分ゲインを０にし、積分の出力を保持するようにすることで実現される。これにより、制御演算部１０１は、自動調整期間においても直前の安定な制御状態を保つことができ、後述のように自動調整が実行される自動調整期間へと安定して移行し、短時間で制御ゲインを精度のよい値に設定することができる。

調整実行指令生成部１０２は、外部からの操作による指示入力に基づいてオン又はオフかを示す信号である調整実行指令値ＳＷａｔを生成する。調整実行指令生成部１０２は、外部からの操作により調整実行指令値ＳＷａｔをオフからオンに変更し、予め定められた期間だけオンの信号を出力した後にオフへと戻す。ここで予め定められた期間とは、予め定めた一定時間又は後述する２値出力部１０３の出力が予め定められた回数だけ変化したという判断を行うまでの期間のことであるが、これらの構成に限られない。

２値出力部１０３は、調整実行指令値ＳＷａｔがオンである自動調整期間に調整動作し、張力偏差値Ｙｅと、ヒステリシス幅設定値Ｈｓとを用いて、予め設定された加算値振幅Ｄの大きさの振幅を持ち、後述する方法で正負が決定される値である調整時加算値Ｕａｄｄを出力する。なお、後述するように、２値出力部１０３は、調整実行指令値ＳＷａｔがオフの期間において、０の調整時加算値Ｕａｄｄを出力する。

図２は、張力偏差値Ｙｅと、ヒステリシス幅設定値Ｈｓとに基づいて＋Ｄ又は−Ｄのうちから一方を選択して調整時加算値Ｕａｄｄを出力する２値出力部１０３の動作を模式的に示す図である。

ここで、調整時加算値Ｕａｄｄの正負の決め方について説明する。２値出力部１０３は、張力偏差値Ｙｅの大きさがヒステリシス幅設定値Ｈｓより大きい場合には、張力偏差値Ｙｅの符号に基づいて＋Ｄ又は−Ｄの２つの値のうちから一方を選択する。２値出力部１０３は、張力偏差値Ｙｅの大きさがヒステリシス幅設定値Ｈｓ以下の場合には、前回の調整時加算値Ｕａｄｄが＋Ｄであれば＋Ｄを、前回の調整時加算値Ｕａｄｄが−Ｄであれば−Ｄを選択する。つまり、調整時加算値Ｕａｄｄの決定に際して張力偏差値Ｙｅは、ヒステリシス幅設定値Ｈｓの大きさのヒステリシス特性を持つ。

また、図２は、張力偏差値Ｙｅとヒステリシス幅設定値Ｈｓとに基づいて＋Ｄと−Ｄとの２つの値のうちから一方を選択するときの２値出力部１０３の動作を模式的に示している。２値出力部１０３は、＋Ｄと−Ｄとのうちいずれか一方を選択するときに、張力偏差値Ｙｅの代わりに張力偏差値Ｙｅにローパスフィルタを作用させた信号を用いて、張力偏差値Ｙｅにローパスフィルタを作用させた信号とヒステリシス幅設定値Ｈｓとに基づいて、＋Ｄと−Ｄとの２つの値のうちから一方を選択してもよい。

２値出力部１０３の動作は、温度調整制御で用いられるリミットサイクル法と呼ばれる方法と同様であり、調整実行指令値ＳＷａｔがオンになると２値出力部１０３が出力する調整時加算値Ｕａｄｄと、張力偏差値Ｙｅが発振する。

制御ゲイン演算部１０４は、張力偏差値Ｙｅと調整実行指令値ＳＷａｔとが入力される。また、制御ゲイン演算部１０４は、調整実行指令値ＳＷａｔがオンになっている自動調整期間において、張力偏差値Ｙｅの振動周期と振幅とを測定し、測定の結果に基づいて制御演算部１０１の比例ゲインの候補である比例ゲイン候補値Ｇ１と、積分ゲインの候補である積分ゲイン候補値Ｇ２とを算出する。なお、比例ゲイン候補値Ｇ１と積分ゲイン候補値Ｇ２とを合わせて制御ゲイン候補値という。

具体的には、制御ゲイン演算部１０４は、張力偏差値Ｙｅの振幅からヒステリシス幅設定値Ｈｓを減算して得た値を補正振幅Ｙａとし、補正振幅Ｙａの逆数に予め定められた定数を乗じて比例ゲイン候補値Ｇ１を算出する。また、制御ゲイン演算部１０４は、比例積分演算の積分時定数が振動周期に、補正振幅Ｙａと張力偏差値Ｙｅとの振幅の比と、予め定められた定数を乗じて積分ゲイン候補値Ｇ２を算出する。

比例ゲイン及び積分ゲインの具体的な計算方法は、記述関数法に基づいて２値出力部１０３の入出力の線形化ゲインを計算し、Ｚｉｅｇｌｅｒ−Ｎｉｃｈｏｌｓの限界感度法に基づいて比例ゲインと積分ゲインを決定するといった方法を用いればよい。この方法により、制御ゲイン演算部１０４は、搬送材１２の特性及び張力検出器２０の特性に基づいた正確な調整が可能である。

制御ゲイン演算部１０４は、算出された比例ゲイン候補値Ｇ１と積分ゲイン候補値Ｇ２とを、調整実行指令値ＳＷａｔがオフとなった時点で出力する。

制御ゲイン調整部１０５は、制御ゲイン演算部１０４で算出された比例ゲイン候補値Ｇ１と積分ゲイン候補値Ｇ２とが入力される。制御ゲイン調整部１０５は、制御演算部１０１の比例ゲインと積分ゲインとを、算出された比例ゲイン候補値Ｇ１と積分ゲイン候補値Ｇ２とに変更する。

実施の形態１では、制御ゲイン調整部１０５は、比例ゲイン候補値Ｇ１と積分ゲイン候補値Ｇ２とが入力された直後に、制御演算部１０１の比例ゲインと積分ゲインとを比例ゲイン候補値Ｇ１と積分ゲイン候補値Ｇ２とに変更するものとするが、これらの構成に限られない。制御ゲイン調整部１０５は、制御装置１００の操作者が比例ゲイン候補値Ｇ１と積分ゲイン候補値Ｇ２とを確認した後に、制御演算部１０１の比例ゲインと積分ゲインとの変更操作を実行してもよい。また、制御ゲイン調整部１０５は、複数組の比例ゲイン候補値Ｇ１と積分ゲイン候補値Ｇ２とを保持しておき、制御装置１００の操作者が、複数組の中から１組の比例ゲイン候補値Ｇ１と積分ゲイン候補値Ｇ２とを選択した後に、制御演算部１０１の比例ゲインと積分ゲインの変更処理を実行してもよい。

図３は、標準偏差推定部１０６の具体的な構成図である。標準偏差推定部１０６は、張力検出値Ｙｆｂの低周波数成分を除去した低周波数成分除去信号ｙｈを算出する高域通過フィルタ部１０６ａと、入力される信号ｙｈの２乗値である出力信号ｙ_１０６ｂを算出する２乗値計算部１０６ｂと、低域通過フィルタを作用させて出力信号ｙ_１０６ｃを算出する低域通過フィルタ部１０６ｃとを備える。また、標準偏差推定部１０６は、入力される信号ｙ_１０６ｃの２乗根である出力信号ｙ_１０６ｄを算出する２乗根計算部１０６ｄと、調整実行指令値ＳＷａｔに基づいて標準偏差推定値Ｓｉｇを出力するセレクタ部１０６ｅと、標準偏差推定値Ｓｉｇを保持する遅延部１０６ｆとを備える。

標準偏差推定部１０６は、調整実行指令値ＳＷａｔと張力検出値Ｙｆｂとが入力され、調整実行指令値ＳＷａｔがオフである期間には、張力検出値Ｙｆｂに基づいて後述する方法で標準偏差推定値Ｓｉｇを算出し、標準偏差推定値Ｓｉｇを出力する。

標準偏差推定部１０６は、調整実行指令値ＳＷａｔがオンである自動調整期間において、後述する１周期前の標準偏差推定値である前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻が出力されるように動作する。よって、自動調整期間において標準偏差推定部１０６から出力される標準偏差推定値Ｓｉｇは、前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻になる。

高域通過フィルタ部１０６ａは、張力検出値Ｙｆｂが入力され、張力検出値Ｙｆｂに対して高域通過フィルタを作用させて、張力検出値Ｙｆｂの低周波数成分を除去した低周波数成分除去信号ｙｈを算出し、低周波数成分除去信号ｙｈを出力する。

２乗値計算部１０６ｂは、低周波数成分除去信号ｙｈが入力され、低周波数成分除去信号ｙｈの値を２乗して得られる出力信号ｙ_１０６ｂを算出し、出力信号ｙ_１０６ｂを出力する。

低域通過フィルタ部１０６ｃは、出力信号ｙ_１０６ｂが入力され、出力信号ｙ_１０６ｂに対して低域通過フィルタを作用させて、出力信号ｙ_１０６ｂの高周波数成分を除去した出力信号ｙ_１０６ｃを算出し、出力信号ｙ_１０６ｃを出力する。

２乗根計算部１０６ｄは、出力信号ｙ_１０６ｃが入力され、出力信号ｙ_１０６ｃの２乗根を計算して得られる出力信号ｙ_１０６ｄを算出し、出力信号ｙ_１０６ｄを出力する。

セレクタ部１０６ｅは、前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻と出力信号ｙ_１０６ｄとが入力され、調整実行指令値ＳＷａｔに基づいて、調整実行指令値ＳＷａｔがオンのときには前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻を選択し、また、調整実行指令値ＳＷａｔがオフのときには出力信号ｙ_１０６ｄを選択して、選択した方を標準偏差推定値Ｓｉｇにして出力する。

遅延部１０６ｆは、標準偏差推定値Ｓｉｇを、標準偏差推定部１０６の動作周期の１周期の期間だけ保持し、保持した値を前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻にして標準偏差推定部１０６の動作周期の１周期後に出力する。

図１に戻り、ヒステリシス幅演算部１０７は、標準偏差推定値Ｓｉｇが入力され、標準偏差推定値Ｓｉｇに基づいてヒステリシス幅演算値Ｈｃを算出する。具体的には、ヒステリシス幅演算部１０７は、標準偏差推定値Ｓｉｇに対して、予め定められた係数Ｋｈを乗じることによりヒステリシス幅演算値Ｈｃを算出する。ここで、係数Ｋｈは定数であり、１以上６０以下の値に設定されるものとする。

また、ヒステリシス幅演算部１０７は、動作周期毎に２値出力部１０３のヒステリシス幅設定値Ｈｓをヒステリシス幅演算値Ｈｃに変更する。

減算器１０８は、張力指令値Ｙｒと張力検出値Ｙｆｂとが入力され、張力指令値Ｙｒと張力検出値Ｙｆｂとの差分から張力偏差値Ｙｅを算出し、張力偏差値Ｙｅを出力する。

加算器１０９は、操作量Ｕｃと調整時加算値Ｕａｄｄとが入力され、操作量Ｕｃと調整時加算値Ｕａｄｄとを加算して張力軸速度加算値Ｖａｄｄを算出し、張力軸速度加算値Ｖａｄｄを出力する。

次に、制御装置１００の動作について説明する。制御演算部１０１は、調整実行指令生成部１０２から出力されている調整実行指令値ＳＷａｔがオフの期間において、張力偏差値Ｙｅを０にするように操作量Ｕｃを算出する。ここで、２値出力部１０３の出力である調整時加算値Ｕａｄｄは、０であり、張力軸速度加算値Ｖａｄｄの値は、操作量Ｕｃの値と一致する。すなわち、制御装置１００による張力軸速度加算値Ｖａｄｄを出力する動作は、ＰＩ制御によるフィードバック制御の動作となる。

標準偏差推定部１０６は、調整実行指令値ＳＷａｔがオフの期間において、張力検出値Ｙｆｂの低周波数成分を除去した低周波数成分除去信号ｙｈの標準偏差の推定値である標準偏差推定値Ｓｉｇを出力する。ヒステリシス幅演算部１０７は、標準偏差推定部１０６にて計算された標準偏差推定値Ｓｉｇに基づいて、ヒステリシス幅演算値Ｈｃを算出し、２値出力部１０３のヒステリシス幅設定値Ｈｓをヒステリシス幅演算値Ｈｃに変更する。

次に、調整実行指令生成部１０２が調整実行指令値ＳＷａｔをオフからオンへと出力を変更する時点の動作について説明する。制御演算部１０１は、調整実行指令値ＳＷａｔがオフからオンへと変更されると、積分の出力を保持して一定の操作量Ｕｃを出力する。また、標準偏差推定部１０６は、標準偏差推定値Ｓｉｇに前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻を代入する動作に切り替わり、前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻が出力されるように動作する。よって、調整実行指令値ＳＷａｔがオフからオンへと変更された場合、標準偏差推定部１０６から出力される標準偏差推定値Ｓｉｇは、前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻になる。したがって、ヒステリシス幅演算部１０７で算出されるヒステリシス幅演算値Ｈｃは、一定の値となり、２値出力部１０３のヒステリシス幅設定値Ｈｓは一定の値となる。２値出力部１０３は、張力偏差値Ｙｅとヒステリシス幅設定値Ｈｓとに基づいて＋Ｄ又は−Ｄの値を交互に選択して調整時加算値Ｕａｄｄを出力する。

張力軸速度加算値Ｖａｄｄと張力偏差値Ｙｅは、２値出力部１０３の調整時加算値Ｕａｄｄの＋Ｄ又は−Ｄの値の選択に際して、ヒステリシス幅設定値Ｈｓが張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの影響を適切に除去できている場合には、一定又は一定とみなされる周期のリミットサイクル振動を発生する。

また、制御ゲイン演算部１０４は、調整実行指令値ＳＷａｔがオンの期間において、張力偏差値Ｙｅの振動振幅と振動周期に基づいて、比例ゲイン候補値Ｇ１と積分ゲイン候補値Ｇ２とを算出する。

調整実行指令生成部１０２は、調整実行指令値ＳＷａｔをオフからオンへと変更してから予め定められた自動調整期間が経過した後に、調整実行指令値ＳＷａｔをオンからオフへと変更する。

２値出力部１０３は、調整実行指令生成部１０２が調整実行指令値ＳＷａｔをオンからオフへと変更した時点で、調整時加算値Ｕａｄｄの値を０に保持する。制御ゲイン演算部１０４は、調整実行指令値ＳＷａｔがオンからオフへと変更される直前に算出された比例ゲイン候補値Ｇ１と積分ゲイン候補値Ｇ２を出力する。

制御ゲイン調整部１０５は、制御演算部１０１の比例ゲインの値と積分ゲインの値とを、入力された比例ゲイン候補値Ｇ１と積分ゲイン候補値Ｇ２とに変更する。このとき、標準偏差推定部１０６は、２乗根計算部１０６ｄで算出された出力信号ｙ_１０６ｄが出力されるように動作する。よって、標準偏差推定部１０６から出力される標準偏差推定値Ｓｉｇは、出力信号ｙ_１０６ｄである。制御演算部１０１は、制御ゲイン調整部１０５により変更された比例ゲインと積分ゲインとに基づいて操作量Ｕｃの算出を開始する。

制御装置１００は、以下に述べるように、２値出力部１０３のヒステリシス幅設定値Ｈｓを適切な値に設定し、調整時加算値Ｕａｄｄを張力偏差値Ｙｅとヒステリシス幅設定値Ｈｓとに基づいて決定するので、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの影響が低減される。結果として、制御装置１００は、一定又は一定とみなされる周期のリミットサイクルを発生することができ、精度よく制御ゲインを調整することができる。

制御装置１００は、算出されたヒステリシス幅演算値Ｈｃをヒステリシス幅設定値Ｈｓに代入する。このとき、ヒステリシス幅演算値Ｈｃは、標準偏差推定値Ｓｉｇに基づいて算出される。標準偏差推定値Ｓｉｇは、後述する標準偏差推定部１０６により、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの信号の標準偏差の良好な推定値となっている。つまり、制御装置１００は、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの信号の標準偏差の値を標準偏差推定値Ｓｉｇに基づいて推定するので、自動調整期間に生じるノイズの信号の分布を推定することができ、高い確率でノイズの信号の振幅を上回る程度の大きさのヒステリシス幅演算値Ｈｃを算出することができる。

次に、標準偏差推定部１０６の動作と効果について説明する。高域通過フィルタ部１０６ａは、調整実行指令値ＳＷａｔがオフの期間において、張力検出値Ｙｆｂに対して高域通過フィルタを作用させて得られる低周波数成分除去信号ｙｈを計算する。

このとき、仮に、制御演算部１０１の制御ゲインが適切な値ではない状態であって制御帯域が低い場合には、張力検出値Ｙｆｂは、外乱の影響による低周波数の振動成分、及び張力指令値Ｙｒに対してオフセット誤差を持つことになる。低周波数の振動成分及びオフセット誤差は、制御帯域が低く制御性能が適切でないことに起因して生じるものであり、張力検出値Ｙｆｂを限界周波数付近の高い周波数で振動させるリミットサイクル法の動作時には見られない現象である。つまり、制御帯域が低いことに起因して生じる低周波数の振動成分及びオフセット誤差は、リミットサイクル法における調整時加算値Ｕａｄｄの決定には影響を及ぼさないため、ヒステリシス幅演算値Ｈｃの算出にこれらを考慮する必要がない。さらに言えば、張力検出値Ｙｆｂの低周波数成分の振動の振幅は、ノイズの振幅と比較して大きい場合があり、張力検出値Ｙｆｂの低周波数成分の振動とノイズの信号を区別せずに標準偏差推定値Ｓｉｇを算出してしまうと、標準偏差推定値Ｓｉｇの算出結果がノイズの信号の標準偏差の真の値を大きく上回ることになる。そして、必要以上に大きなヒステリシス幅設定値Ｈｓが設定されてしまい、張力検出値Ｙｆｂの振動振幅を過剰に増幅させるという悪影響を及ぼすため、低周波数成分の振動成分及びオフセット誤差は、標準偏差推定値Ｓｉｇを算出する際には除去されるべきである。

高域通過フィルタ部１０６ａは、張力検出値Ｙｆｂに高域通過フィルタを作用させるので、張力検出値Ｙｆｂの低周波数の振動成分及びオフセット誤差を除去し、張力検出値Ｙｆｂの高周波数成分からなるノイズの信号を低周波数成分除去信号ｙｈにより抽出することができる。

次に、２乗値計算部１０６ｂと低域通過フィルタ部１０６ｃと２乗根計算部１０６ｄを備えることによる標準偏差推定部１０６の構成と効果について説明する。説明のために、ある正規分布の時系列信号ｘを例にとる。時系列信号ｘの平均値をμ_ｘとし、標準偏差をσ_ｘとする。時系列信号ｘから標本を時系列順に抽出するために、標本の時間間隔をｄｔとすると、次の式（１）と式（２）が成り立つ。

式（１）及び式（２）においてｘｓ（ｉ）は、時系列信号ｘからｉ番目に抽出された標本を示す。また、ｘｓ（ｎ）は、時系列信号ｘの中での終端の時間における標本を示す。また、式（１）及び式（２）においてＴ＝Ｎ×ｄｔである。

一方で、時系列信号ｘに対して、ｄｔより大きなτを時定数とする一次遅れの低域通過フィルタを作用させて得られる信号のｉ番目の標本は、ｘｌｐｆ（ｉ）とする。このとき終端の時間におけるｘｌｐｆ（ｎ）は、次の式（３）で計算される。

ｘｌｐｆ（ｎ）の計算に用いる時系列信号ｘの標本の数をＮとする。Ｎが大きい場合には、次の式（４）が成り立つ。

ここでは、時定数τがｄｔよりも大きいこと、及びＮが１より大きいことを利用して式を近似している。また、ｏ（ｄｔ^２／τ^２）は、ｄｔ^２／τ^２のオーダー以下の大きさの項をまとめたものであり、０に近似できる。

式（１）と式（４）とを比較すると、標本の数Ｎが大きく、かつ低域通過フィルタの時定数τが標本の時間間隔ｄｔよりも大きい場合に、ｘｌｐｆ（ｎ）とμ_ｘは、一致又は予め定められた範囲内に収まるので、ｘｌｐｆ（ｎ）は、μ_ｘのよい推定値となることがわかる。

同様に、標本ｘｓ（ｎ）を２乗した値に対して、τを時定数とする一次遅れの低域通過フィルタを作用させた結果をｘ２ｌｐｆ（ｎ）とすると、ｘ２ｌｐｆ（ｎ）は、次の式（５）で計算される。

ここで、ｘ２ｌｐｆ（ｎ）とｘｌｐｆ（ｎ）とを用いて、式（６−１）においてＡで表されるものを式（６−２）で定義する。

式（２）と式（６−２）とを比較すると、標本の数Ｎが大きく、かつ低域通過フィルタの時定数τが標本の時間間隔ｄｔよりも大きい場合に以下のことがわかる。

すなわち、Ａとσ_ｘは、一致又は予め定められた範囲内に収まるため、Ａは、σ_ｘのよい推定値となることがわかる。また、仮に時系列信号ｘの平均値μ_ｘが０であれば、式（７）となることは明らかである。

標準偏差推定部１０６は、上記の例のように低域通過フィルタを用いた方法で、低周波数成分除去信号ｙｈの標準偏差の推定値を算出する。ただし、低周波数成分除去信号ｙｈは、張力検出値Ｙｆｂの低周波数成分が除去された信号であるため、低周波数成分除去信号ｙｈの平均値は０に近似できる。すなわち、低周波数成分除去信号ｙｈの標準偏差の推定値は、平均値が０である場合の標準偏差の推定値の演算式である式（７）に基づいて計算できる。

２乗値計算部１０６ｂと低域通過フィルタ部１０６ｃと２乗根計算部１０６ｄにおいて、式（７）の計算が実施される。よって、２乗根計算部１０６ｄの出力信号ｙ_１０６ｄ及び標準偏差推定値Ｓｉｇは、張力検出値Ｙｆｂのノイズの信号を抽出した低周波数成分除去信号ｙｈの標準偏差のよい推定値となっている。以上から、標準偏差推定部１０６は、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの信号の標準偏差の推定を行うことができる。

次に、ヒステリシス幅演算部１０７の動作について説明する。説明のため前述の時系列信号ｘを例にとる。ここでは時系列信号ｘの平均値μ_ｘは、０であると考える。時系列信号ｘは、正規分布であることから、時系列信号ｘから無作為に抽出された標本ｘｓは、約６８．２６８９４９２％の確率で次の式（８）を満たす値であり、約９９．９９９９９９８％の確率で次の式（９）を満たす値である。

このように、正規分布の信号の標準偏差の値を用いると、標本が高い確率で含まれる範囲の上下限を計算することができる。標準偏差に対して１以上６以下の係数を乗算して計算される値を上下限とする範囲は、無作為に抽出される標本ｘｓが約６８．２６８９４９２％から約９９．９９９９９９８％の高い確率で含まれる範囲である。よって、標準偏差に対して１以上６以下の係数を乗算した値は、一定期間内に時系列信号ｘがとり得る振幅の、よい推定値であるといえる。

したがって、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの信号の推定値である標準偏差推定値Ｓｉｇに対して１以上６以下の係数を乗算することで得られる値は、一定期間内のノイズの信号の振幅のよい推定値になるといえる。

ヒステリシス幅演算部１０７は、ヒステリシスの大きさを張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの振幅に対して１倍以上１０倍以下の大きさにして設定するので、ノイズの影響を除去し、かつ、ヒステリシスの大きさが過大に設定されることを回避することができる。

ヒステリシス幅演算部１０７は、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの信号の標準偏差の推定値である標準偏差推定値Ｓｉｇに対して１以上６０以下の係数Ｋｈを乗じることによりヒステリシス幅演算値Ｈｃを算出する。１以上６０以下の係数Ｋｈは、標準偏差に対して１以上６以下の係数を乗算し、さらに１以上１０以下の係数を乗算して得られる値をヒステリシス幅演算値Ｈｃとすることを意図されたものである。これによりヒステリシス幅演算値Ｈｃの大きさは、ノイズの影響を除去できる大きさであり、かつ、制御量の振動振幅を過剰に増大させない程度に算出される。

以上より、操作者は、リミットサイクル法による制御ゲインを計算する前に、検出される制御量に含まれるノイズの大きさを観測する必要がない。制御装置１００は、ノイズの影響を除去でき、かつ、制御量の振動振幅を過剰に増大させないようにヒステリシスの大きさを適切に設定することができる。

また、操作者は、検出される制御量を詳細に観測して制御装置１００の外部からヒステリシスの大きさの調整を行う必要がない。このため、制御装置１００は、制御量を表示する機能及び外部からヒステリシスの大きさを設定するための機能を備える必要が無い。

さらに、制御装置１００は、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの大きさの変化があっても、標準偏差推定部１０６とヒステリシス幅演算部１０７の機能により、適切なヒステリシスの大きさが逐次演算される。このため、制御装置１００は、制御量の大きさの変化及び制御対象装置１０の周辺に設置される電気機械及び電子機器の動作状態の変更に伴うノイズの大きさの変化があっても、適切な大きさのヒステリシスの値を設定することができる。

また、制御装置１００は、適切な大きさのヒステリシスを設定することができ、自動調整期間に調整時加算値を適切に決定するので、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの影響によるハンチングを抑制できる。結果として、制御装置１００は、一定又は一定とみなされる周期のリミットサイクルを発生し、制御ゲインの値を精度よく計算することができる。

なお、高域通過フィルタ部１０６ａは、張力検出値Ｙｆｂに対して高域通過フィルタを作用させて、張力検出値Ｙｆｂの低周波数成分を除去する構成であると説明したが、これらの構成に限られない。高域通過フィルタ部１０６ａは、張力検出値Ｙｆｂが時間経過に伴って、高周波数成分の信号を除いて一定の値を示す場合には、張力検出値Ｙｆｂと定数との差を低周波数成分除去信号ｙｈで算出する減算器によって構成されてもよい。当該構成でも、高域通過フィルタ部１０６ａは、張力検出値Ｙｆｂの低周波数成分を除去した低周波数成分除去信号ｙｈを算出することができ、同様の効果が得られることは明らかである。以下の実施の形態でも同様である。

また、実施の形態１では、低域通過フィルタを一次遅れフィルタで構成する制御装置１００の例を示したが、これらの構成に限られない。制御装置１００は、入力信号の高周波数成分を除去する特性を持っていればよく、一次遅れフィルタを直列に並べた高次の遅れフィルタ、バターワースフィルタ又はチェビシェフフィルタのような、異なる極配置をもつフィルタを用いても同様の効果を得ることができる。以下の実施の形態でも同様である。

ヒステリシス幅演算部１０７は、動作周期毎に２値出力部１０３のヒステリシス幅設定値Ｈｓを、ヒステリシス幅演算値Ｈｃに変更すると説明したが、これらの構成に限られない。ヒステリシス幅演算部１０７は、動作周期の整数倍の時間毎に２値出力部１０３のヒステリシス幅設定値Ｈｓを、ヒステリシス幅演算値Ｈｃに変更してもよい。また、ヒステリシス幅演算部１０７は、制御装置１００の動作中に操作者がヒステリシス幅設定値Ｈｓを変更するタイミングを指定することができる機能を有し、操作者が指定したタイミングでヒステリシス幅設定値Ｈｓをヒステリシス幅演算値Ｈｃに変更してもよい。以下の実施の形態でも同様である。

また、実施の形態１では、制御対象装置１０はロール間搬送機構を含む装置であると説明したが、ロール間搬送機構を含む装置に限定されない。制御対象装置１０は、操作量を外部から入力することで制御量を変更できる機構と、制御量を検出して出力する機構とを有しており、フィードバック制御により安定化を行える装置であれば他の構成の装置でもよい。以下の実施の形態でも同様である。

実施の形態２．
本発明に係る制御装置の実施の形態２について説明する。図４は、実施の形態２に係る制御装置２００及び制御対象装置１０の構成図、図５は、標準偏差推定部１１６の構成図である。標準偏差推定部１１６は、上述した制御装置１００の標準偏差推定部１０６に変更を加えたものである。なお、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

制御装置２００は、操作量Ｕｃを算出する制御演算部１０１と、調整実行指令値ＳＷａｔを生成する調整実行指令生成部１０２と、調整時加算値Ｕａｄｄを算出する２値出力部１０３と、ゲイン候補値を算出する制御ゲイン演算部１０４とを備える。また、制御装置２００は、制御演算部１０１で用いるゲインの値を変更する制御ゲイン調整部１０５と、標準偏差推定値Ｓｉｇを算出する標準偏差推定部１１６と、ヒステリシス幅演算値Ｈｃを算出するヒステリシス幅演算部１０７と、減算を行う減算器１０８と、加算を行う加算器１０９とを備える。

制御装置２００は、外部から張力指令値Ｙｒが入力され、制御対象装置１０から張力検出値Ｙｆｂが入力され、制御対象装置１０に張力軸速度加算値Ｖａｄｄを出力する。

標準偏差推定部１１６は、低周波数成分除去信号ｙｈを算出する高域通過フィルタ部１０６ａと、低周波数成分除去信号ｙｈの値の絶対値を計算して出力信号ｙ_１１６ｂを算出する絶対値計算部１１６ｂと、低域通過フィルタを作用させて出力信号ｙ_１１６ｃを算出する低域通過フィルタ部１１６ｃとを備える。また、標準偏差推定部１１６は、出力信号ｙ_１１６ｃに基づいて出力信号ｙ_１１６ｄを算出する変換ゲイン器１１６ｄと、調整実行指令値ＳＷａｔに基づいて標準偏差推定値Ｓｉｇを出力するセレクタ部１１６ｅと、標準偏差推定値Ｓｉｇを保持する遅延部１０６ｆとを備える。

標準偏差推定部１１６は、調整実行指令値ＳＷａｔと張力検出値Ｙｆｂとが入力され、調整実行指令値ＳＷａｔがオフである期間において、張力検出値Ｙｆｂに基づいて標準偏差推定値Ｓｉｇを算出し、標準偏差推定値Ｓｉｇを出力する。

また、標準偏差推定部１１６は、調整実行指令値ＳＷａｔがオンである自動調整期間において、前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻を出力する。よって、自動調整期間において標準偏差推定部１１６から出力される標準偏差推定値Ｓｉｇは、前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻になる。

絶対値計算部１１６ｂは、低周波数成分除去信号ｙｈが入力され、低周波数成分除去信号ｙｈの値に対して絶対値を計算して得られる出力信号ｙ_１１６ｂを算出し、出力信号ｙ_１１６ｂを出力する。

低域通過フィルタ部１１６ｃは、出力信号ｙ_１１６ｂが入力され、出力信号ｙ_１１６ｂに低域通過フィルタを作用させて、出力信号ｙ_１１６ｂの高周波数成分を除去した出力信号ｙ_１１６ｃを算出し、出力信号ｙ_１１６ｃを出力する。変換ゲイン器１１６ｄは、出力信号ｙ_１１６ｃが入力され、出力信号ｙ_１１６ｃに対して√（π／２）を乗算して出力信号ｙ_１１６ｄを算出し、出力信号ｙ_１１６ｄを出力する。なお、√（π／２）は、（π／２）が根号であることを意味する。

セレクタ部１１６ｅは、前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻と出力信号ｙ_１１６ｄとが入力される。セレクタ部１１６ｅは、調整実行指令値ＳＷａｔに基づいて、調整実行指令値ＳＷａｔがオンのときには前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻を選択し、また、調整実行指令値ＳＷａｔがオフのときには出力信号ｙ_１１６ｄを選択して、選択した方を標準偏差推定値Ｓｉｇにして出力する。

つまり、標準偏差推定部１１６は、調整実行指令値ＳＷａｔがオフの期間において、張力検出値Ｙｆｂの低周波数成分を除去した低周波数成分除去信号ｙｈの標準偏差の推定値である標準偏差推定値Ｓｉｇを出力する。

また、制御装置２００は、２値出力部１０３のヒステリシス幅設定値Ｈｓを適切な値に設定し、調整時加算値Ｕａｄｄを張力偏差値Ｙｅとヒステリシス幅設定値Ｈｓとに基づいて決定するので、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの影響が低減される。結果として、制御装置２００は、一定又は一定とみなされる周期のリミットサイクルを発生することができ、精度よく制御ゲインを調整することができる。

制御装置２００は、算出されたヒステリシス幅演算値Ｈｃをヒステリシス幅設定値Ｈｓに代入する。このとき、ヒステリシス幅演算値Ｈｃは、標準偏差推定値Ｓｉｇに基づいて算出される。標準偏差推定値Ｓｉｇは、後述する標準偏差推定部１１６により、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの信号の標準偏差の良好な推定値となっている。つまり、制御装置２００は、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの信号の標準偏差の値を標準偏差推定値Ｓｉｇに基づいて推定するので、自動調整期間に生じるノイズの信号の分布を推定することができ、高い確率でノイズの信号の振幅を上回る程度の大きさのヒステリシス幅演算値Ｈｃを算出することができる。

制御装置２００と上述した制御装置１００とは、標準偏差推定部の構成のみが異なる。以下では、標準偏差推定部１１６により標準偏差推定値Ｓｉｇを計算する際の動作と効果について説明する。

ここで、実施の形態１と同様に、ある正規分布の時系列信号ｘを例にとる。時系列信号ｘの平均値をμ_ｘ、標準偏差をσ_ｘとする。また、時系列信号ｘの絶対値をとった信号を信号ａｘとし、信号ａｘの平均値をμ_ａｘとする。時系列信号ｘの平均値μ_ｘが０である場合には、次の式（１０）が成り立つ。

したがって、信号ａｘの平均値μ_ａｘに対して√（π／２）を乗算して得られる値は、時系列信号ｘの標準偏差となる。なお、√（π／２）は、（π／２）が根号であることを意味する。

実施の形態１で説明した式（１）及び式（４）は、信号ａｘの場合にも同様に成り立つ。信号ａｘから時間間隔ｄｔで標本を抽出し、ｉ番目の標本をａｘｓ（ｉ）とし、ａｘｓ（ｎ）を終端の時間における信号ａｘの標本とする。信号ａｘに対して、ｄｔより大きなτを時定数とする一次遅れの低域通過フィルタを作用させて得られる信号のｉ番目の標本をａｘｌｐｆ（ｉ）とする。このとき、次の式（１１）と式（１２）が成り立つ。

ただし、Ｔ＝Ｎ×ｄｔである。

式（１１）と式（１２）とを比較すると、標本の数Ｎが大きく、かつ低域通過フィルタの時定数τが標本の時間間隔ｄｔよりも大きい場合に、ａｘｌｐｆ（ｎ）とμ_ａｘは、一致又は予め定められた範囲内に収まるため、ａｘｌｐｆ（ｎ）は、μ_ａｘのよい推定値となることがわかる。

絶対値計算部１１６ｂ、低域通過フィルタ部１１６ｃ及び変換ゲイン器１１６ｄは、上述した例と同様の計算を行っている。つまり、出力信号ｙ_１１６ｃは、出力信号ｙ_１１６ｂの平均値のよい推定値となっている。また、出力信号ｙ_１１６ｄは、低周波数成分除去信号ｙｈの標準偏差のよい推定値となっている。

また、制御装置２００は、適切な大きさのヒステリシスを設定することができ、自動調整期間に調整時加算値を適切に決定するので、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの影響によるハンチングを抑制できる。結果として、制御装置２００は、一定又は一定とみなされる周期のリミットサイクルを発生し、制御ゲインの値を精度よく計算することができる。

実施の形態３．
本発明に係る制御装置の実施の形態３について説明する。図６は、実施の形態３に係る制御装置３００及び制御対象装置１０の構成図、図７は、標準偏差推定部１２６の構成図である。標準偏差推定部１２６は、上述した制御装置２００の標準偏差推定部１１６に変更を加えたものである。なお、実施の形態１又は実施の形態２と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１又は実施の形態２と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

制御装置３００は、操作量Ｕｃを算出する制御演算部１０１と、調整実行指令値ＳＷａｔを生成する調整実行指令生成部１０２と、調整時加算値Ｕａｄｄを算出する２値出力部１０３と、ゲイン候補値を算出する制御ゲイン演算部１０４とを備える。また、制御装置３００は、制御演算部１０１で用いるゲインの値を変更する制御ゲイン調整部１０５と、標準偏差推定値Ｓｉｇを算出する標準偏差推定部１２６と、ヒステリシス幅演算値Ｈｃを算出するヒステリシス幅演算部１０７と、減算を行う減算器１０８と、加算を行う加算器１０９とを備える。

制御装置３００は、外部から張力指令値Ｙｒが入力され、制御対象装置１０から張力検出値Ｙｆｂが入力され、制御対象装置１０に張力軸速度加算値Ｖａｄｄを出力する。

標準偏差推定部１２６は、低周波数成分除去信号ｙｈを算出する高域通過フィルタ部１０６ａと、低周波数成分除去信号ｙｈの値の絶対値を計算して出力信号ｙ_１１６ｂを算出する絶対値計算部１１６ｂと、低域通過フィルタを作用させて出力信号ｙ_１２６ｃを算出する第１の低域通過フィルタ部１２６ｃと、２乗値計算により出力信号ｙ_１２６ｄを算出する第１の２乗値計算部１２６ｄと、２乗値計算により出力信号ｙ_１２６ｅを算出する第２の２乗値計算部１２６ｅと、低域通過フィルタを作用させて出力信号ｙ_１２６ｆを算出する第２の低域通過フィルタ部１２６ｆとを備える。また、標準偏差推定部１２６は、減算を行う減算器１２６ｇと、２乗根計算により出力信号ｙ_１２６ｈを算出する２乗根計算部１２６ｈと、出力信号ｙ_１２６ｈに基づいて出力信号ｙ_１２６ｉを算出する変換ゲイン器１２６ｉと、調整実行指令値ＳＷａｔに基づいて標準偏差推定値Ｓｉｇを出力するセレクタ部１２６ｊと、標準偏差推定値Ｓｉｇを保持する遅延部１０６ｆとを備える。

標準偏差推定部１２６は、調整実行指令値ＳＷａｔと張力検出値Ｙｆｂとが入力され、調整実行指令値ＳＷａｔがオフである期間において、張力検出値Ｙｆｂに基づいて標準偏差推定値Ｓｉｇを算出し、標準偏差推定値Ｓｉｇを出力する。

また、標準偏差推定部１２６は、調整実行指令値ＳＷａｔがオンである自動調整期間において、前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻が出力されるように動作する。よって、自動調整期間において標準偏差推定部１２６から出力される標準偏差推定値Ｓｉｇは、前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻になる。

第１の低域通過フィルタ部１２６ｃは、出力信号ｙ_１１６ｂが入力され、出力信号ｙ_{１ １６ｂ}に対して低域通過フィルタを作用させて、出力信号ｙ_１１６ｂの高周波数成分を除去した出力信号ｙ_１２６ｃを算出し、出力信号ｙ_１２６ｃを出力する。

第１の２乗値計算部１２６ｄは、出力信号ｙ_１２６ｃが入力され、出力信号ｙ_１２６ｃを２乗して得られる出力信号ｙ_１２６ｄを算出し、出力信号ｙ_１２６ｄを出力する。

第２の２乗値計算部１２６ｅは、出力信号ｙ_１１６ｂが入力され、出力信号ｙ_１１６ｂを２乗して得られる出力信号ｙ_１２６ｅを算出し、出力信号ｙ_１２６ｅを出力する。

第２の低域通過フィルタ部１２６ｆは、出力信号ｙ_１２６ｅが入力され、出力信号ｙ_{１ ２６ｅ}に対して低域通過フィルタを作用させて、出力信号ｙ_１２６ｅの高周波数成分を除去した出力信号ｙ_１２６ｆを算出し、出力信号ｙ_１２６ｆを出力する。減算器１２６ｇは、出力信号ｙ_１２６ｄと出力信号ｙ_１２６ｆとの差を計算して出力信号ｙ_１２６ｇを算出し、出力信号ｙ_１２６ｇを出力する。

２乗根計算部１２６ｈは、出力信号ｙ_１２６ｇが入力され、出力信号ｙ_１２６ｇの２乗根を計算して得られる出力信号ｙ_１２６ｈを算出し、出力信号ｙ_１２６ｈを出力する。変換ゲイン器１２６ｉは、出力信号ｙ_１２６ｈが入力され、出力信号ｙ_１２６ｈに√（π／（π−２））を乗算して出力信号ｙ_１２６ｉを算出し、出力信号ｙ_１２６ｉを出力する。なお、√（π／（π−２））は、（π／（π−２））が根号であることを意味する。

セレクタ部１２６ｊは、前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻と出力信号ｙ_１２６ｉとが入力される。セレクタ部１２６ｊは、調整実行指令値ＳＷａｔに基づいて、調整実行指令値ＳＷａｔがオンのときには前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻を選択し、また、調整実行指令値ＳＷａｔがオフのときには出力信号ｙ_１２６ｉを選択して、選択した方を標準偏差推定値Ｓｉｇにして出力する。

つまり、標準偏差推定部１２６は、調整実行指令値ＳＷａｔがオフの期間において、張力検出値Ｙｆｂの低周波数成分を除去した低周波数成分除去信号ｙｈの標準偏差の推定値である標準偏差推定値Ｓｉｇを出力する。

制御装置３００は、２値出力部１０３のヒステリシス幅設定値Ｈｓを適切な値に設定し、調整時加算値Ｕａｄｄを張力偏差値Ｙｅとヒステリシス幅設定値Ｈｓとに基づいて決定するので、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの影響が低減される。結果として、制御装置３００は、一定又は一定とみなされる周期のリミットサイクルを発生することができ、精度よく制御ゲインを調整することができる。

制御装置３００は、算出されたヒステリシス幅演算値Ｈｃをヒステリシス幅設定値Ｈｓに代入する。このとき、ヒステリシス幅演算値Ｈｃは、標準偏差推定値Ｓｉｇに基づいて算出される。標準偏差推定値Ｓｉｇは、後述する標準偏差推定部１２６により、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの信号の標準偏差の良好な推定値となっている。つまり、制御装置３００は、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの信号の標準偏差の値を標準偏差推定値Ｓｉｇに基づいて推定するので、自動調整期間に生じるノイズの信号の分布を推定することができ、高い確率でノイズの信号の振幅を上回る程度の大きさのヒステリシス幅演算値Ｈｃを算出することができる。

制御装置３００と制御装置１００とは、標準偏差推定部の構成のみが異なる。以下では、標準偏差推定部１２６により標準偏差推定値Ｓｉｇを算出する際の動作と効果について説明する。

ここで、実施の形態１及び実施の形態２と同様に、ある正規分布の時系列信号ｘを例にとる。時系列信号ｘの平均値をμ_ｘ、標準偏差をσ_ｘとする。また、時系列信号ｘの絶対値をとった信号を信号ａｘとし、信号ａｘの平均値をμ_ａｘとし、標準偏差をσ_ａｘとする。時系列信号ｘの平均値μ_ｘが０である場合には、次の式（１３）が成り立つ。

したがって、信号ａｘの標準偏差σ_ａｘに、√（π／（π−２））を乗算して得られる値は、時系列信号ｘの標準偏差となる。なお、√（π／（π−２））は、（π／（π−２））が根号であることを意味する。

信号ａｘから時間間隔ｄｔで標本を抽出し、ｉ番目の標本をａｘｓ（ｉ）とし、ａｘｓ（ｎ）を終端の時間における信号ａｘの標本であるとする。信号ａｘに対して、ｄｔよりも大きなτを時定数とする一次遅れの低域通過フィルタを作用させて得られる信号のｉ番目の標本をａｘｌｐｆ（ｉ）とする。信号ａｘの標準偏差σ_ａｘは、次の式（１４）で計算される。

ただし、Ｔ＝Ｎ×ｄｔである。

また、標本ａｘｓ（ｎ）を２乗した値に対して、ｄｔよりも大きなτを時定数とする一次遅れの低域通過フィルタを作用させた結果をａｘ２ｌｐｆ（ｎ）とするとａｘ２ｌｐｆ（ｎ）は、次の式（１５）で計算される。

ここで、式（１２）及び式（１５）で計算されるａｘｌｐｆ（ｎ）とａｘ２ｌｐｆ（ｎ）とを用いて、式（１６−１）においてＢで表されるものを式（１６−２）で定義する。

式（１４）と式（１６−２）とを比較すると、標本の数Ｎが大きく、かつ低域通過フィルタの時定数τが標本の時間間隔ｄｔよりも大きい場合に、Ｂとσ_ａｘは、一致又は予め定められた範囲内に収まるため、Ｂは、σ_ａｘのよい推定値となることがわかる。

絶対値計算部１１６ｂ、第１の低域通過フィルタ部１２６ｃ、第１の２乗値計算部１２６ｄ、第２の２乗値計算部１２６ｅ、第２の低域通過フィルタ部１２６ｆ、減算器１２６ｇ、２乗根計算部１２６ｈ及び変換ゲイン器１２６ｉは、上述した例と同様の計算を行っている。つまり、出力信号ｙ_１２６ｈは、出力信号ｙ_１１６ｂの標準偏差のよい推定値となっている。また、出力信号ｙ_１２６ｉは、低周波数成分除去信号ｙｈの標準偏差のよい推定値となっている。

よって、制御装置３００は、適切な大きさのヒステリシスを設定することができ、自動調整期間に調整時加算値を適切に決定するので、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの影響によるハンチングを抑制できる。結果として、制御装置３００は、一定又は一定とみなされる周期のリミットサイクルを発生し、制御ゲインの値を精度よく計算することができる。

実施の形態４．
本発明に係る制御装置の実施の形態４について説明する。図８は、実施の形態４に係る制御装置４００及び制御対象装置１０の構成図、図９は、標準偏差推定部１３６の構成図である。標準偏差推定部１３６は、上述した制御装置１００の標準偏差推定部１０６に変更を加えたものである。なお、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

制御装置４００は、操作量Ｕｃを算出する制御演算部１０１と、調整実行指令値ＳＷａｔを生成する調整実行指令生成部１０２と、調整時加算値Ｕａｄｄを算出する２値出力部１０３と、ゲイン候補値を算出する制御ゲイン演算部１０４とを備える。また、制御装置４００は、制御演算部１０１で用いるゲインの値を変更する制御ゲイン調整部１０５と、標準偏差推定値Ｓｉｇを算出する標準偏差推定部１３６と、ヒステリシス幅演算値Ｈｃを算出するヒステリシス幅演算部１０７と、減算を行う減算器１０８と、加算を行う加算器１０９とを備える。

制御装置４００は、外部から張力指令値Ｙｒが入力され、制御対象装置１０から張力検出値Ｙｆｂが入力され、制御対象装置１０に張力軸速度加算値Ｖａｄｄを出力する。

標準偏差推定部１３６は、低周波数成分除去信号ｙｈを算出する高域通過フィルタ部１０６ａと、低周波数成分除去信号ｙｈを保持するデータ保持部１３６ｂと、標準偏差を算出する標準偏差演算部１３６ｃと、調整実行指令値ＳＷａｔに基づいて標準偏差推定値Ｓｉｇを出力するセレクタ部１３６ｄと、標準偏差推定値Ｓｉｇを保持する遅延部１０６ｆとを備える。

標準偏差推定部１３６は、調整実行指令値ＳＷａｔと張力検出値Ｙｆｂとが入力され、調整実行指令値ＳＷａｔがオフである期間には、張力検出値Ｙｆｂに基づいて標準偏差推定値Ｓｉｇを算出し、標準偏差推定値Ｓｉｇを出力する。

また、標準偏差推定部１３６は、調整実行指令値ＳＷａｔがオンである自動調整期間において、前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻が出力されるように動作する。よって、自動調整期間において標準偏差推定部１３６から出力される標準偏差推定値Ｓｉｇは、前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻になる。

データ保持部１３６ｂは、低周波数成分除去信号ｙｈが入力され、低周波数成分除去信号ｙｈの値を時間と関連付けたデータにより保持し、保持したデータのうち、最新のｍ個のデータを出力信号ｙ_１３６ｂにして出力する。ｍは、１以上の整数である。

標準偏差演算部１３６ｃは、出力信号ｙ_１３６ｂが入力され、出力信号ｙ_１３６ｂの標準偏差を算出し、算出した出力信号ｙ_１３６ｃを出力する。ここで、出力信号ｙ_１３６ｂは、時間に関連付けられたｍ個の低周波数成分除去信号ｙｈである。

セレクタ部１３６ｄは、前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻と出力信号ｙ_１３６ｃとが入力され、調整実行指令値ＳＷａｔに基づいて、調整実行指令値ＳＷａｔがオンのときには前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻を選択し、また、調整実行指令値ＳＷａｔがオフのときには出力信号ｙ_１３６ｃを選択して、選択した方を標準偏差推定値Ｓｉｇにして出力する。

つまり、標準偏差推定部１３６は、調整実行指令値ＳＷａｔがオフの期間において、張力検出値Ｙｆｂの低周波数成分を除去した低周波数成分除去信号ｙｈの標準偏差の推定値である標準偏差推定値Ｓｉｇを出力する。

また、制御装置４００は、２値出力部１０３のヒステリシス幅設定値Ｈｓを適切な値に設定し、調整時加算値Ｕａｄｄを張力偏差値Ｙｅとヒステリシス幅設定値Ｈｓとに基づいて決定するので、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの影響が低減される。結果として、制御装置４００は、一定又は一定とみなされる周期のリミットサイクルを発生することができ、精度よく制御ゲインを調整することができる。

制御装置４００は、算出されたヒステリシス幅演算値Ｈｃをヒステリシス幅設定値Ｈｓに代入する。このとき、ヒステリシス幅演算値Ｈｃは、標準偏差推定値Ｓｉｇに基づいて算出される。標準偏差推定値Ｓｉｇは、後述する標準偏差推定部１３６により、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの信号の標準偏差の良好な推定値となっている。つまり、制御装置４００は、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの信号の標準偏差の値を標準偏差推定値Ｓｉｇに基づいて推定するので、自動調整期間に生じるノイズの信号の分布を推定することができ、高い確率でノイズの信号の振幅を上回る程度の大きさのヒステリシス幅演算値Ｈｃを算出することができる。

制御装置４００と制御装置１００とは、標準偏差推定部の構成のみが異なる。以下では、標準偏差推定部１３６により標準偏差推定値Ｓｉｇを算出する際の動作と効果について説明をする。

ここで、実施の形態１、２及び３と同様に、ある正規分布の時系列信号ｘを例にとる。時系列信号ｘの標準偏差をσ_ｘとする。式（２）により、標本ｘｓの数を無限大に増加させた場合に標準偏差σ_ｘが計算される。ここで、ある数Ｍを用いてμ_ｘＭ及びσ_ｘＭを式（１７）及び式（１８）により定義する。Ｍは、１以上の整数である。

式（２）と式（１８）とを比較すると、Ｍが大きな数であるとすると、Ｍ個の標本ｘｓにより計算されるσ_ｘＭと標準偏差σ_ｘとは、一致又は予め定められた範囲内に収まるため、σ_ｘＭは、標準偏差σ_ｘのよい推定値となっているといえる。ここで、σ_ｘＭは、予め定められた期間の時系列信号ｘの標準偏差である。

データ保持部１３６ｂで保持されている低周波数成分除去信号ｙｈのデータの数ｍが大きい値に設定されている場合には、標準偏差演算部１３６ｃは、上述した例と同様の計算を行っていることになる。つまり、出力信号ｙ_１３６ｃは、低周波数成分除去信号ｙｈの標準偏差のよい推定値となっているといえる。

よって、制御装置４００は、適切な大きさのヒステリシスを設定することができ、自動調整期間に調整時加算値を適切に決定するので、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの影響によるハンチングを抑制できる。結果として、制御装置４００は、一定又は一定とみなされる周期のリミットサイクルを発生し、制御ゲインの値を精度よく計算することができる。

実施の形態５．
本発明に係る制御装置の実施の形態５について説明する。図１０は、実施の形態５に係る制御装置５００及び制御対象装置１０の構成図、図１１は、標準偏差推定部１４６の構成図である。標準偏差推定部１４６は、上述した制御装置１００の標準偏差推定部１０６に変更を加えたものである。なお、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

制御装置５００は、操作量Ｕｃを算出する制御演算部１０１と、調整実行指令値ＳＷａｔを生成する調整実行指令生成部１０２と、調整時加算値Ｕａｄｄを算出する２値出力部１０３と、ゲイン候補値を算出する制御ゲイン演算部１０４とを備える。また、制御装置５００は、制御演算部１０１で用いるゲインの値を変更する制御ゲイン調整部１０５と、標準偏差推定値Ｓｉｇを算出する標準偏差推定部１４６と、ヒステリシス幅演算値Ｈｃを算出するヒステリシス幅演算部１０７と、減算を行う減算器１０８と、加算を行う加算器１０９とを備える。制御装置５００は、外部から張力指令値Ｙｒが入力され、制御対象装置１０から張力検出値Ｙｆｂが入力され、制御対象装置１０に張力軸速度加算値Ｖａｄｄを出力する。

標準偏差推定部１４６は、低周波数成分除去信号ｙｈを算出する高域通過フィルタ部１４６ａと、２乗値計算により出力信号ｙ_１０６ｂを算出する２乗値計算部１０６ｂと、低域通過フィルタを作用させて出力信号ｙ_１０６ｃを算出する低域通過フィルタ部１０６ｃとを備える。また、標準偏差推定部１４６は、２乗根計算により出力信号ｙ_１０６ｄを算出する２乗根計算部１０６ｄと、調整実行指令値ＳＷａｔに基づいて標準偏差推定値Ｓｉｇを出力するセレクタ部１０６ｅと、標準偏差推定値Ｓｉｇを保持する遅延部１０６ｆとを備える。

標準偏差推定部１４６は、調整実行指令値ＳＷａｔと張力偏差値Ｙｅとが入力され、調整実行指令値ＳＷａｔがオフである期間には、張力偏差値Ｙｅに基づいて標準偏差推定値Ｓｉｇを算出し、標準偏差推定値Ｓｉｇを出力する。

また、標準偏差推定部１４６は、調整実行指令値ＳＷａｔがオンである自動調整期間において、前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻が出力されるように動作する。よって、自動調整期間において標準偏差推定部１４６から出力される標準偏差推定値Ｓｉｇは、前回標準偏差推定値Ｓｉｇ⁻になる。

高域通過フィルタ部１４６ａは、張力偏差値Ｙｅが入力され、張力検出値Ｙｅに対して高域通過フィルタを作用させて、張力偏差値Ｙｅの低周波数成分を除去した低周波数成分除去信号ｙｈを算出し、低周波数成分除去信号ｙｈを出力する。

つまり、標準偏差推定部１４６は、調整実行指令値ＳＷａｔがオフの期間において、張力偏差値Ｙｅの低周波数成分を除去した低周波数成分除去信号ｙｈの標準偏差の推定値である標準偏差推定値Ｓｉｇを出力する。

また、制御装置５００は、２値出力部１０３のヒステリシス幅設定値Ｈｓを適切な値に設定し、調整時加算値Ｕａｄｄを張力偏差値Ｙｅとヒステリシス幅設定値Ｈｓとに基づいて決定するので、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの影響が低減される。結果として、制御装置５００は、一定又は一定とみなされる周期のリミットサイクルを発生することができ、精度よく制御ゲインを調整することができる。

制御装置５００は、算出されたヒステリシス幅演算値Ｈｃをヒステリシス幅設定値Ｈｓに代入する。このとき、ヒステリシス幅演算値Ｈｃは、標準偏差推定値Ｓｉｇに基づいて算出される。標準偏差推定値Ｓｉｇは、後述する標準偏差推定部１４６により、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの信号の標準偏差の良好な推定値となっている。つまり、制御装置５００は、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの信号の標準偏差の値を標準偏差推定値Ｓｉｇに基づいて推定するので、自動調整期間に生じるノイズの信号の分布を推定することができ、高い確率でノイズの信号の振幅を上回る程度の大きさのヒステリシス幅演算値Ｈｃを算出することができる。

制御装置５００と上述した制御装置１００とは、標準偏差推定部の構成のみが異なる。以下では、標準偏差推定部１４６により標準偏差推定値Ｓｉｇを計算する際の動作と効果について説明する。

標準偏差推定部１４６に入力される張力偏差値Ｙｅは、張力検出値Ｙｆｂから一定値である張力指令値Ｙｒを減算したものであり、低周波数成分だけが張力検出値Ｙｆｂと異なるものである。よって、張力偏差値Ｙｅの低周波数成分を除去した信号は、張力検出値Ｙｆｂから低周波数成分を除去した信号と一致又は予め定められた範囲内に収まるものである。

したがって、標準偏差推定部１４６は、低周波数成分除去信号ｙｈを算出する高域通過フィルタ部１４６ａ以外は、制御装置１００の標準偏差推定部１０６と同様なので、標準偏差推定部１０６と同様の効果が得られる。

よって、制御装置５００は、適切な大きさのヒステリシスを設定することができ、自動調整期間に調整時加算値を適切に決定するので、張力検出値Ｙｆｂに含まれるノイズの影響によるハンチングを抑制できる。結果として、制御装置５００は、一定又は一定とみなされる周期のリミットサイクルを発生し、制御ゲインの値を精度よく計算することができる。

実施の形態６．
図１２は、実施の形態６に係る制御装置６００及び制御対象装置３０の構成図である。なお、制御装置６００の構成要素のうち、実施の形態１に係る制御装置１００と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図１２に示すように、制御対象装置３０は、液体３５を蓄える水槽３１と、液体３５の温度を検出する温度検出器３２、液体３５を加熱する加熱器３３、電流を供給する電流供給器３４とを備え、液体３５の温度を調整する液体加熱装置である。

制御対象装置３０は、制御装置６００から電流指令値Ｉｒが入力され、温度検出値Ｔｆｂを出力する。

温度検出器３２は、液体３５の温度を検出し、検出した値である温度検出値Ｔｆｂを出力する。温度検出値Ｔｆｂは、制御量であり、後述するように指令値に近づくように制御される値である。

加熱器３３には、電流供給器３４から電流が供給される。加熱器３３は、供給される電流の大きさに基づいて熱を発生する。加熱器３３に発生した熱は、液体３５に伝わり、液体３５を加熱する。

電流供給器３４は、電流指令値Ｉｒに基づいて、電流指令値Ｉｒに一致する量の電流を加熱器３３に供給する。

液体３５は、水、油、薬液などの液体である。液体３５は、加熱器３３より熱を伝えられることで、温度が上昇する。つまり、電流指令値Ｉｒの値が変更されると、液体３５の温度が変化する。

また、制御対象装置３０は、温度検出器３２により液体３５の温度を測定し、温度検出値Ｔｆｂを出力する。つまり、制御対象装置３０は、温度検出値Ｔｆｂの値を用いて電流指令値Ｉｒを算出する制御装置６００と組み合わされることで、フィードバック制御を行う構成になっている。

制御装置６００は、操作量Ｕｃを算出する制御演算部６０１と、調整の実行の可否を示す指令値である調整実行指令値ＳＷａｔを生成する調整実行指令生成部１０２と、調整時に操作量Ｕｃに加算される値である調整時加算値Ｕａｄｄを算出する２値出力部６０３と、ゲイン候補値を算出する制御ゲイン演算部６０４とを備える。また、制御装置６００は、制御演算部６０１で用いるゲインの値を変更する制御ゲイン調整部１０５と、標準偏差推定値Ｓｉｇを算出する標準偏差推定部６０６と、ヒステリシス幅演算値Ｈｃを算出するヒステリシス幅演算部１０７と、減算を行う減算器６０８と、加算を行う加算器６０９とを備える。制御装置６００は、外部から温度指令値Ｔｒが入力され、制御対象装置３０から温度検出値Ｔｆｂが入力され、制御対象装置３０に電流指令値Ｉｒを出力する。

制御演算部６０１、２値出力部６０３、制御ゲイン演算部６０４は、入力信号のうちの一方が温度偏差値Ｔｅである点を除いて、実施の形態１の制御演算部１０１、２値出力部１０３、制御ゲイン演算部１０４と同様の機能を持つので、詳細な動作の説明を省略する。また、標準偏差推定部６０６は、入力信号のうちの一方が温度偏差値Ｔｅである点と、入力信号のうちの他方が温度検出値Ｔｆｂである点を除いて、実施の形態１の標準偏差推定部１０６と同様の機能を持つので、詳細な動作の説明を省略する。

減算器６０８は、温度指令値Ｔｒと、温度検出値Ｔｆｂとが入力され、温度指令値Ｔｒと温度検出値Ｔｆｂとの差分から温度偏差値Ｔｅを算出し、温度偏差値Ｔｅを出力する。

加算器６０９は、操作量Ｕｃと調整時加算値Ｕａｄｄとが入力され、操作量Ｕｃと調整時加算値Ｕａｄｄとを加算して電流指令値Ｉｒを算出し、電流指令値Ｉｒを出力する。

制御対象装置３０は、調整実行指令ＳＷａｔがオフである場合には、制御演算部６０１で計算される操作量Ｕｃによって温度検出値Ｔｆｂが温度指令値Ｔｒに近づくようにフィードバック制御される。また、調整実行指令ＳＷａｔがオンであり、ヒステリシス幅設定値Ｈｓが適切に設定される場合には、電流指令値Ｉｒと温度偏差値Ｔｅとは、一定又は一定とみなされる周期のリミットサイクル振動を発生する。

実施の形態６に係る制御装置６００は、実施の形態１に係る制御装置１００と同様の構成であるので、制御装置１００が奏する効果と同様の効果を奏する。

よって、制御装置６００は、適切な大きさのヒステリシスを設定することができ、調整時加算値Ｕａｄｄを適切に決定するので、温度検出値Ｔｆｂに含まれるノイズの影響によるハンチングを抑制できる。結果として、制御装置６００は、一定又は一定とみなされる周期のリミットサイクルを発生し、制御ゲインの値を精度よく計算することができる。

１０，３０ 制御対象装置、１１ ロール間搬送機構、１２ 搬送材、１３ 張力軸モータ、１４ 張力軸ロール、１５ 速度軸モータ、１６ 速度軸ロール、２０ 張力検出器、２１ 張力軸速度制御器、２２ 速度軸速度制御器、２３，１０９，６０９ 加算器、３１ 水槽、３２ 温度検出器、３３ 加熱器、３４ 電流供給器、３５ 液体、１００，２００，３００，４００，５００，６００ 制御装置、１０１，６０１ 制御演算部、１０２ 調整実行指令生成部、１０３，６０３ ２値出力部、１０４，６０４ 制御ゲイン演算部、１０５ 制御ゲイン調整部、１０６，１１６，１２６，１３６，１４６，６０６ 標準偏差推定部、１０６ａ，１４６ａ 高域通過フィルタ部、１０６ｂ ２乗値計算部、１０６ｃ，１１６ｃ 低域通過フィルタ部、１０６ｄ，１２６ｈ ２乗根計算部、１０６ｅ，１１６ｅ，１２６ｊ，１３６ｄ セレクタ部、１０６ｆ 遅延部、１０７ ヒステリシス幅演算部、１０８，１２６ｇ，６０８ 減算器、１１６ｂ 絶対値計算部、１１６ｄ，１２６ｉ 変換ゲイン器、１２６ｄ 第１の２乗値計算部、１２６ｅ 第２の２乗値計算部、１２６ｃ 第１の低域通過フィルタ部、１２６ｆ 第２の低域通過フィルタ部、１３６ｂ データ保持部、１３６ｃ 標準偏差演算部。

Claims (7)

1. 外部から入力される指令値と制御対象装置から入力される制御量とに基づいて制御偏差を算出する減算器と、
   前記制御偏差と制御ゲインとに基づいて操作量を生成し、前記操作量を出力する制御演算部と、
   オン又はオフを示す調整実行指令値を生成し、前記調整実行指令値を出力する調整実行指令生成部と、
   前記調整実行指令生成部から出力されている前記調整実行指令値がオンである期間において、前記制御偏差とヒステリシス幅設定値とに基づいて調整時加算値を生成し、前記調整時加算値を出力する２値出力部と、
   前記調整実行指令生成部から出力されている前記調整実行指令値がオンである期間において、前記制御偏差に基づいて前記制御ゲインの候補値である制御ゲイン候補値を算出する制御ゲイン演算部と、
   前記調整実行指令生成部から出力されている前記調整実行指令値がオフである期間において、前記制御量又は前記制御偏差の低周波数成分を除去した低周波数成分除去信号を算出し、前記低周波数成分除去信号の標準偏差の推定値である標準偏差推定値を算出する標準偏差推定部と、
   前記標準偏差推定値に基づいてヒステリシス幅演算値を算出し、前記２値出力部のヒステリシス幅設定値を前記ヒステリシス幅演算値に変更するヒステリシス幅演算部と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記標準偏差推定部は、予め定められた期間における前記低周波数成分除去信号の値を抽出して保持し、前記抽出して保持した値の標準偏差を算出し、算出した予め定められた期間の標準偏差を前記標準偏差推定値にする
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記標準偏差推定部は、前記低周波数成分除去信号を２乗して得られる信号を算出し、前記算出された信号に低域通過フィルタを作用させて高周波数成分を除去した信号を算出し、算出された信号の２乗根を計算することにより、前記標準偏差推定値を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
4. 前記ヒステリシス幅演算部は、前記標準偏差推定値に対して予め定められた係数を乗じることにより前記ヒステリシス幅演算値を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
5. 前記標準偏差推定部は、前記制御量又は前記制御偏差に対して高域通過フィルタを作用させることにより前記低周波数成分除去信号を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
6. 前記制御演算部により前記操作量の算出に使用される前記制御ゲインを、前記制御ゲイン演算部により算出された前記制御ゲイン候補値に変更する制御ゲイン調整部を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
7. 外部から入力される指令値と制御対象装置から入力される制御量とを減算することにより制御偏差を算出する減算工程と、
   前記制御偏差と制御ゲインとに基づいて操作量を生成し、前記操作量を出力する制御演算工程と、
   オン又はオフを示す調整実行指令値を生成し、前記調整実行指令値を出力する調整実行指令生成工程と、
   前記調整実行指令生成工程から出力されている前記調整実行指令値がオンである期間において、前記制御偏差とヒステリシス幅設定値とに基づいて調整時加算値を生成し、前記調整時加算値を出力する２値出力工程と、
   前記調整実行指令生成工程から出力されている前記調整実行指令値がオンである期間において、前記制御偏差に基づいて前記制御ゲインの候補値である制御ゲイン候補値を算出する制御ゲイン演算工程と、
   前記調整実行指令生成工程から出力されている前記調整実行指令値がオフである期間において、前記制御量又は前記制御偏差の低周波数成分を除去した低周波数成分除去信号を算出し、前記低周波数成分除去信号の標準偏差の推定値である標準偏差推定値を算出する標準偏差推定工程と、
   前記標準偏差推定値に基づいてヒステリシス幅演算値を算出し、前記２値出力工程のヒステリシス幅設定値を前記ヒステリシス幅演算値に変更するヒステリシス幅演算工程と、
   を備えることを特徴とする制御方法。

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