JPH07281707A - 制御装置及びディジタル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動的にパラメータ設計ができる制御装置を
提供する。 【構成】 伝達関数がべき級数の逆数で与えられる制御
対象５１ａを制御する制御装置において、データ格納手
段１４が、所定の積分パラメータ（又は微分パラメー
タ）、ゲイン交差周波数、ゲイン余裕及び位相余裕を格
納し、データ格納手段１４が格納する積分パラメータ
（又は微分パラメータ）、ゲイン交差周波数、位相余裕
並びに制御対象５１ａとＰＩＤコントローラ５０ａとの
一巡伝達関数とゲイン交差周波数及び位相余裕の定義と
により導出されたパラメータ、ゲイン交差周波数及び位
相余裕の関係式に基づき、パラメータ演算手段１５が、
未知の微分パラメータ（又は積分パラメータ）及び比例
パラメータを演算する構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、制御装置に関し、特に
位置決め制御等に用いられ、制御対象の出力が取るべき
目標値と、制御対象の出力との偏差の比例、積分、微分
の各信号に予め定められた各々のパラメータを乗算した
各信号を加算して、制御対象への入力信号を生成するＰ
ＩＤコントローラを有する制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図２０は、従来の一般的なＰＩＤ制御系
の構成例を示すブロック図である。ＰＩＤコントローラ
５０から操作量ｕが制御対象５１へ与えられ、制御対象
５１では、操作量ｕと伝達関数Ｐ（ｓ）＝Ｋ／（ｓⁿ ＋
ａ₁ ｓ^n-1 ＋・・・＋ａ_n ）とに基づき、制御量ｙを出
力する。制御量ｙは引き出し点５７から差し引き点５２
へフィードバックされ、制御量ｙが取るべき目標値ｒと
の偏差が求められる。この偏差は、ＰＩＤコントローラ
５０内の比例要素５３、積分要素５４、微分要素５５へ
入力される。比例要素５３へ入力された偏差は、予め定
められた比例パラメータＫp を乗算され、加え合わせ点
５６へ出力される。積分要素５４へ入力された偏差は、
積分された後、予め定められた積分パラメータＫi を乗
算され、加え合わせ点５６へ出力される。微分要素５５
へ入力された偏差は、微分された後、予め定められた微
分パラメータＫd を乗算され、加え合わせ点５６へ出力
される。比例要素５３、積分要素５４、微分要素５５の
各出力は、加え合わせ点５６において加算され、ＰＩＤ
コントローラ５０の伝達関数Ｃ（ｓ）＝（Ｋd ｓ² ＋Ｋ
p ｓ＋Ｋi ）／ｓに基づき操作量ｕとして、制御対象５
１へ入力される。以下、上述の動作が連続的に行われる
ようになっている。

【０００３】ところで、一般に制御系の設計とは、与え
られた設計仕様を満足するコントローラを設計すること
であり、ＰＩＤ制御系の場合、設計仕様を満足するよう
に、ＰＩＤコントローラの比例パラメータ、積分パラメ
ータ、微分パラメータを決めることで、目的を果たすこ
とができる。設計仕様としては、速応性（応答の速
さ）、最大行き過ぎ量（制御量が目標値を超えてから最
初に現れる行き過ぎ量の最大値）、オフセット（目標値
がステップ状に変化する場合の定常偏差）等の制御性能
に関する特性及びロバスト安定性（制御対象が変動した
場合などに制御系が持ち堪えられる程度）に関する特性
等がある。制御系を設計する方法には、図２１に例示す
るようなボード線図に図示される一巡伝達関数Ｇ（ｓ）
＝Ｃ（ｓ）×Ｐ（ｓ）の周波数応答を用いる設計方法が
あり、この場合、設計仕様は、速応性の指標となるゲイ
ン交差周波数ωc （ゲイン曲線が０ｄＢの線と交差する
点の周波数）と、ロバスト安定性の指標となるゲイン余
裕Ｇm （位相曲線が−１８０°と交差する点におけるゲ
イン０ｄＢに対する余裕）、位相余裕（ゲイン曲線が０
ｄＢの線と交差する点における−１８０°に対する余
裕）とで与えられる。従来は、これらの設計仕様を満足
するような制御系を設計する為に、例えば、ボード線図
等を用いて、設計仕様間の調整を図式的に行いながら、
ＰＩＤコントローラの３つのパラメータを調整してい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ＰＩＤコン
トローラの３つのパラメータを調整する手順に明確なも
のは無く、経験と試行錯誤とによって調整を行ってお
り、設計仕様の全てを満足するように、３つのパラメー
タを調整することは、容易では無く、また、時間を要す
る作業であった。また、ＰＩＤパラメータの調整方法
（又は、パラメータの初期値の与え方）として、限界感
度法、北森の方法等もあるが、これらの方法により計算
したパラメータを設定した場合に、設計仕様が満足され
るかどうかは明らかでは無い。これらの調整方法は、も
とはプロセス制御用に考えられた手法と言うこともあ
り、サーボ系の制御に適用できるとは限らない（例え
ば、限界感度法によりパラメータを求めると、安定余裕
が不十分である。また、北森の方法では、積分パラメー
タが無条件に０になり積分要素が０になるが、加速度入
力の目標値に追従する為には、コントローラが１次以上
の積分要素を含む必要がある）。また、ＰＩＤパラメー
タの調整を自動化する方法として、例えば、特開平４−
３４６１０１号に開示された方法もあるが、この方法
は、制御対象を２重積分系に限定したものである。その
為、例えば、サーボモータを用いたサーボ系が制御対象
である場合、１次積分＋２次遅れ系になる場合があるの
で、この方法を適用することはできない。

【０００５】本発明は、上述のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、伝達関数がべき級数の逆数で表現され
る制御対象を設計対象として、第１，２発明では、所定
のパラメータ及び特性値を格納するデータ格納手段と、
これらのパラメータ及び特性値を用いて、与えられた演
算式に基づき未知のパラメータを演算するパラメータ演
算手段とを設けることにより、自動的にパラメータ設計
ができる制御装置を提供することを目的とする。第３発
明では、所定のパラメータの内の１パラメータの変更指
定に対して、その他の所定のパラメータを、与えられた
算出式に基づき連動して変更するパラメータ調整手段を
設けることにより、容易にパラメータの調整ができる制
御装置を提供することを目的とする。

【０００６】第４発明では、与えられたパラメータと伝
達関数とに基づき、特性値を演算する制御特性演算手段
を設けることにより、特定の特性に注目して、容易にパ
ラメータの調整ができる制御装置を提供することを目的
とする。第５発明では、制御特性演算手段が演算したゲ
イン余裕と所定のゲイン余裕との差が所定値より小さく
なる迄、パラメータを繰り返し演算するゲイン余裕調整
手段を設けることにより、ゲイン余裕特性に注目して、
容易にパラメータの調整ができる制御装置を提供するこ
とを目的とする。第６発明では、制御特性演算手段が演
算した位相余裕と所定の位相余裕との差が所定値より小
さくなる迄、パラメータを繰り返し演算する位相余裕調
整手段を設けることにより、位相余裕特性に注目して、
容易にパラメータの調整ができる制御装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】第７発明では、制御特性演算手段が演算し
たゲイン交差周波数と所定のゲイン交差周波数との差が
所定値より小さくなる迄、パラメータを繰り返し演算す
るゲイン交差周波数調整手段を設けることにより、ゲイ
ン交差周波数特性に注目して、容易にパラメータの調整
ができる制御装置を提供することを目的とする。第８発
明では、所定のパラメータ及び特性値を格納するデータ
格納手段と、これらのパラメータ及び特性値を用いて、
与えられた演算式に基づき未知のディジタルパラメータ
を演算するディジタルパラメータ演算手段とを設けるこ
とにより、自動的にディジタルパラメータを設計できる
ディジタル制御装置を提供することを目的とする。

【０００８】第９発明では、所定のパラメータの内の１
パラメータの変更指定に対して、その他の所定のパラメ
ータを、与えられた算出式に基づき連動して変更するデ
ィジタルパラメータ調整手段を設けることにより、容易
にディジタルパラメータの調整ができる制御装置を提供
することを目的とする。第１０発明では、伝達関数を所
定のサンプリング周期を用いて離散化する制御対象離散
化手段と、与えられたディジタルパラメータと離散化さ
れた伝達関数とに基づき、離散系特性値を演算する離散
系制御特性演算手段とを設けることにより、特定の特性
に注目して、容易にパラメータの調整ができる制御装置
を提供することを目的とする。第１１発明では、離散系
制御特性演算手段が演算した離散系ゲイン余裕と所定の
ゲイン余裕との差が所定値より小さくなる迄、ディジタ
ルパラメータを繰り返し演算する離散系ゲイン余裕調整
手段を設けることにより、離散系ゲイン余裕特性に注目
して、容易にパラメータの調整ができる制御装置を提供
することを目的とする。

【０００９】第１２発明では、離散系制御特性演算手段
が演算した離散系位相余裕と所定の位相余裕との差が所
定値より小さくなる迄、ディジタルパラメータを繰り返
し演算する離散系位相余裕調整手段を設けることによ
り、離散系位相余裕特性に注目して、容易にパラメータ
の調整ができる制御装置を提供することを目的とする。
第１３発明では、離散系制御特性演算手段が演算した離
散系ゲイン交差周波数と所定のゲイン交差周波数との差
が所定値より小さくなる迄、ディジタルパラメータを繰
り返し演算する離散系ゲイン交差周波数調整手段を設け
ることにより、ゲイン交差周波数特性に注目して、容易
にパラメータの調整ができる制御装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る制御装置
は、制御対象の出力が取るべき目標値と、制御対象の出
力で定まる主フィードバック信号との偏差の比例、積
分、微分の各信号に予め定められた比例パラメータ、積
分パラメータ、微分パラメータをそれぞれ乗算した各信
号を加算して、制御対象への入力信号を生成するＰＩＤ
コントローラを備え、与えられた入力に対する出力の伝
達関数がべき級数の逆数で与えられる制御対象を制御す
る制御装置において、前記積分パラメータ（又は微分パ
ラメータ）、所定のゲイン交差周波数、ゲイン余裕及び
位相余裕を格納するデータ格納手段と、該データ格納手
段に格納された積分パラメータ（又は微分パラメー
タ）、ゲイン交差周波数、位相余裕、並びに前記制御対
象と前記ＰＩＤコントローラとの一巡伝達関数とゲイン
交差周波数及び位相余裕の定義とにより導出されたパラ
メータ、ゲイン交差周波数及び位相余裕の関係式に基づ
き、未知の微分パラメータ（又は積分パラメータ）及び
前記比例パラメータを演算するパラメータ演算手段とを
備えることを特徴とする。

【００１１】第２発明に係る制御装置は、伝達関数が
（１）式で与えられ、パラメータ、ゲイン交差周波数及
び位相余裕の関係式が（２），（３）式で与えられるこ
とを特徴とする。 Ｐ (ｓ) ＝Ｋ／（ｓⁿ ＋ａ₁ ｓ^n-1 ＋・・・＋ａ_n ） （１） Ｋp(ｓ) ＝｛ｙ_d ( ωc ）＋ｘ_d ( ωc ）ｔａｎＰm ｝ ／ωc （１＋ｔａｎ² Ｐm ）^1/2 （２） ｜ωc ² Ｋd −Ｋi ｜＝｜ｘ_d ( ωc ) −ｙ_d ( ωc ) ｔａｎＰm ｜ ／（１＋ｔａｎ² Ｐm ）^1/2 （３） 但し、 ｓ：ラプラス演算子 Ｋ：ゲイン定数 ｎ：自然数 ａ_i ：任意の実数（ｉ＝１，
２，…，ｎ） ωc ：所定のゲイン交差周波数 Ｐm ：所定の位相余
裕 Ｋp ：比例パラメータ Ｋi ：積分パラメー
タ Ｋd ：微分パラメータ ｘ_d ( ωc ) ＝Ｒｅ｛( ｊωc ) ⁿ⁺¹ ＋ａ₁ ( ｊωc ) ⁿ ＋ ・・・＋ａ_n ( ｊωc ) ｝／Ｋ ｙ_d ( ωc ) ＝Ｉm ｛( ｊωc ) ⁿ⁺¹ ＋ａ₁ ( ｊωc ) ⁿ ＋ ・・・＋ａ_n ( ｊωc ) ｝／Ｋ Ｒｅ：実部 Ｉm ：虚部

【００１２】第３発明に係る制御装置は、比例パラメー
タ、積分パラメータ、微分パラメータの３ＰＩＤパラメ
ータの内の１パラメータの変更指定に対して、その他の
パラメータを（２），（３）式に基づき連動して変更す
るパラメータ調整手段を備えることを特徴とする。

【００１３】第４発明に係る制御装置は、与えられた３
ＰＩＤパラメータ及び伝達関数に基づき、周波数応答、
ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波数を演算する制
御特性演算手段を備えることを特徴とする。

【００１４】第５発明に係る制御装置は、制御特性演算
手段が演算したゲイン余裕と所定のゲイン余裕との差及
び（２），（３），（４）式により新たに３ＰＩＤパラ
メータを求め、この３ＰＩＤパラメータ及び伝達関数に
基づき、制御特性演算手段に周波数応答、ゲイン余裕、
位相余裕、ゲイン交差周波数を演算させ、以下、制御特
性演算手段に演算させたゲイン余裕と所定のゲイン余裕
との差が所定値より小さくなる迄、制御特性演算手段に
周波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波数
を演算させる動作及び新たに３ＰＩＤパラメータを演算
する動作を繰り返すゲイン余裕調整手段を備えることを
特徴とする。 Ｋpa＝Ｋp −Ｃ1 ×（Ｇm0−Ｇm ） （４） 但し、Ｋpa：新たに求められた比例パラメータ Ｃ1
：定数 Ｇm0：所定のゲイン余裕 Ｇm ：演算されたゲイン余裕

【００１５】第６発明に係る制御装置は、制御特性演算
手段が演算した位相余裕と所定の位相余裕との差及び
（２），（３），（５）式により新たに３ＰＩＤパラメ
ータを求め、この３ＰＩＤパラメータ及び伝達関数に基
づき、制御特性演算手段に周波数応答、ゲイン余裕、位
相余裕、ゲイン交差周波数を演算させ、以下、制御特性
演算手段が演算した位相余裕と所定の位相余裕との差が
所定値より小さくなる迄、制御特性演算手段に周波数応
答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波数を演算さ
せる動作及び新たに３ＰＩＤパラメータを演算する動作
を繰り返す位相余裕調整手段を備えることを特徴とす
る。 Ｋda＝Ｋd ＋Ｃ2 ×（Ｐm0−Ｐm ） （５） 但し、Ｋda：新たに求められた比例パラメータ Ｃ
2 ：定数 Ｐm0：所定の位相余裕 Ｐm ：演算された位相余裕

【００１６】第７発明に係る制御装置は、制御特性演算
手段が演算したゲイン交差周波数と所定のゲイン交差周
波数との差及び（２），（３），（６）式により新たに
３ＰＩＤパラメータを求め、この３ＰＩＤパラメータ及
び伝達関数に基づき、制御特性演算手段に周波数応答、
ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波数を演算させ、
以下、制御特性演算手段が演算したゲイン交差周波数と
所定のゲイン交差周波数との差が所定値より小さくなる
迄、制御特性演算手段に周波数応答、ゲイン余裕、位相
余裕、ゲイン交差周波数を演算させる動作及び新たに３
ＰＩＤパラメータを演算する動作を繰り返すゲイン交差
周波数調整手段を備えることを特徴とする。 Ｋpa＝Ｋp ＋Ｃ3 ×（ωc0−ωc ） （６） 但し、ωc0：所定のゲイン交差周波数 ωc ：演算されたゲイン交差周波数

【００１７】第８発明に係るディジタル制御装置は、制
御対象の出力が取るべき目標値と、制御対象の出力であ
る制御量で定まる主フィードバック信号との偏差の比
例、積分、微分の各信号に予め定められたディジタル比
例パラメータ、ディジタル積分パラメータ、ディジタル
微分パラメータをそれぞれ乗算した各信号を加算して、
制御対象への入力信号を生成するディジタルＰＩＤコン
トローラを備え、与えられた入力に対する出力の伝達関
数が（１）式で与えられる制御対象を制御するディジタ
ル制御装置において、所定の積分パラメータ（又は微分
パラメータ）、ゲイン交差周波数、ゲイン余裕及び位相
余裕を格納するデータ格納手段と、該データ格納手段に
格納された積分パラメータ（又は微分パラメータ）、ゲ
イン交差周波数、ゲイン余裕、位相余裕及び（２），
（３），（７），（８），（９）式に基づき、未知のデ
ィジタル微分パラメータ（又はディジタル積分パラメー
タ）、ディジタル比例パラメータを演算するディジタル
パラメータ演算手段とを備えることを特徴とする。

【００１８】 ＤＫp ＝Ｋp （７） ＤＫi ＝Ｋi ×Ｔs （８） ＤＫd ＝Ｋd ／Ｔs （９） 但し、ＤＫp ：ディジタル比例パラメータ ＤＫi ：ディジタル積分パラメータ ＤＫd ：ディジタル微分パラメータ Ｔs ：サンプリング周期 Ｄωc ：演算された離散系ゲイン交差周波数

【００１９】第９発明に係るディジタル制御装置は、デ
ィジタル比例パラメータ、ディジタル積分パラメータ、
ディジタル微分パラメータの３ディジタルＰＩＤパラメ
ータの内の１パラメータの変更指定に対して、その他の
パラメータを（２），（３），（７），（８），（９）
式に基づき連動して変更するディジタルパラメータ調整
手段を備えることを特徴とする。

【００２０】第１０発明に係るディジタル制御装置は、
伝達関数を所定のサンプリング周期を用いて離散化する
制御対象離散化手段と、与えられた３ディジタルＰＩＤ
パラメータ及び離散化された伝達関数に基づき、離散系
の周波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波
数を演算する離散系制御特性演算手段とを備えることを
特徴とする。

【００２１】第１１発明に係るディジタル制御装置は、
離散系制御特性演算手段が演算した離散系ゲイン余裕と
所定のゲイン余裕との差及び（２），（３），（７），
（８），（９），（１０）式により新たに３ディジタル
ＰＩＤパラメータを求め、この３ディジタルＰＩＤパラ
メータ及び離散化された伝達関数に基づき、離散系制御
特性演算手段に離散系の周波数応答、ゲイン余裕、位相
余裕、ゲイン交差周波数を演算させ、以下、離散系制御
特性演算手段が演算した離散系ゲイン余裕と所定のゲイ
ン余裕との差が所定値より小さくなる迄、離散系制御特
性演算手段に離散系の周波数応答、ゲイン余裕、位相余
裕、ゲイン交差周波数を演算させる動作及び新たに３Ｐ
ＩＤディジタルパラメータを演算する動作を繰り返す離
散系ゲイン余裕調整手段を備えることを特徴とする。 ＤＫpa＝ＤＫp −Ｃ4 ×（Ｇm0−ＤＧm ） （１０） 但し、ＤＫpa：新たに求められたディジタル比例パラメ
ータ Ｃ4 ：定数 ＤＧm ：演算された離散系ゲイン余裕

【００２２】第１２発明に係るディジタル制御装置は、
離散系制御特性演算手段が演算した離散系位相余裕と所
定の位相余裕との差及び（２），（３），（７），
（８），（９），（１１）式により新たに３ディジタル
ＰＩＤパラメータを求め、この３ディジタルＰＩＤパラ
メータ及び離散化された伝達関数に基づき、離散系制御
特性演算手段に離散系の周波数応答、ゲイン余裕、位相
余裕、ゲイン交差周波数を演算させ、以下、離散系制御
特性演算手段が演算した離散系位相余裕と所定の位相余
裕との差が所定値より小さくなる迄、離散系制御特性演
算手段に離散系の周波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、
ゲイン交差周波数を演算させる動作及び新たに３ディジ
タルＰＩＤパラメータを演算する動作を繰り返す離散系
位相余裕調整手段を備えることを特徴とする。 ＤＫda＝ＤＫd ＋Ｃ5 ×（Ｐm0−ＤＰm ） （１１） 但し、ＤＫda：新たに求められたディジタル微分パラメ
ータ Ｃ5 ：定数 ＤＰm ：演算された離散系位相余裕

【００２３】第１３発明に係るディジタル制御装置は、
離散系制御特性演算手段が演算した離散系ゲイン交差周
波数と所定のゲイン交差周波数との差及び（２），
（３），（７），（８），（９），（１２）式により新
たに３ディジタルＰＩＤパラメータを求め、この３ディ
ジタルＰＩＤパラメータ及び離散化式された伝達関数に
基づき、離散系制御特性演算手段に離散系の周波数応
答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波数を演算さ
せ、以下、離散系制御特性演算手段が演算した離散系ゲ
イン交差周波数と所定のゲイン交差周波数との差が所定
値より小さくなる迄、離散系制御特性演算手段に離散系
の周波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波
数を演算させる動作及び新たに３ディジタルＰＩＤパラ
メータを演算する動作を繰り返す離散系ゲイン交差周波
数調整手段を備えることを特徴とする。 ＤＫpa＝ＤＫp ＋Ｃ6 ×（ωc0−Ｄωc ） （１２） 但し、 Ｃ6 ：定数 Ｄωc ：演算された離散系ゲイン交差周波数

【００２４】

【作用】第１発明に係る制御装置では、所定の積分パラ
メータ（又は微分パラメータ）、ゲイン交差周波数、ゲ
イン余裕及び位相余裕をデータ格納手段が格納し、これ
らの格納された積分パラメータ（又は微分パラメー
タ）、ゲイン交差周波数、位相余裕、並びに制御対象と
ＰＩＤコントローラとの一巡伝達関数とゲイン交差周波
数及び位相余裕の定義とにより導出されたパラメータ、
ゲイン交差周波数及び位相余裕の関係式に基づき、パラ
メータ演算手段が、未知の微分パラメータ（又は積分パ
ラメータ）及び比例パラメータを演算する。

【００２５】第２発明に係る制御装置では、与えられた
入力に対する出力の伝達関数が（１）式で与えられる制
御対象を制御する制御装置において、積分パラメータ
（又は微分パラメータ）、所定のゲイン交差周波数、ゲ
イン余裕及び位相余裕をデータ格納手段が格納し、これ
らの格納されたパラメータ、ゲイン交差周波数、ゲイン
余裕、位相余裕及び（２），（３）式に基づき、パラメ
ータ演算手段が、未知の微分パラメータ（又は積分パラ
メータ）及び比例パラメータを演算する。

【００２６】 Ｐ (ｓ) ＝Ｋ／（ｓⁿ ＋ａ₁ ｓ^n-1 ＋・・・＋ａ_n ） （１） Ｋp(ｓ) ＝｛ｙ_d ( ωc ）＋ｘ_d ( ωc ）ｔａｎＰm ｝ ／ωc （１＋ｔａｎ² Ｐm ）^1/2 （２） ｜ωc ² Ｋd −Ｋi ｜＝｜ｘ_d ( ωc ) −ｙ_d ( ωc ) ｔａｎＰm ｜ ／（１＋ｔａｎ² Ｐm ）^1/2 （３） 但し、 ｓ：ラプラス演算子 Ｋ：ゲイン定数 ｎ：自然数 ａ_i ：任意の実数（ｉ＝１，
２，…，ｎ） ωc ：所定のゲイン交差周波数 Ｐm ：所定の位相余
裕 Ｋp ：比例パラメータ Ｋi ：積分パラ
メータ Ｋd ：微分パラメータ ｘ_d ( ωc ) ＝Ｒｅ｛( ｊωc ) ⁿ⁺¹ ＋ａ₁ ( ｊωc ) ⁿ ＋ ・・・＋ａ_n ( ｊωc ) ｝／Ｋ ｙ_d ( ωc ) ＝Ｉm ｛( ｊωc ) ⁿ⁺¹ ＋ａ₁ ( ｊωc ) ⁿ ＋ ・・・＋ａ_n ( ｊωc ) ｝／Ｋ Ｒｅ：実部 Ｉm ：虚部

【００２７】第３発明に係る制御装置では、パラメータ
調整手段が、比例パラメータ、積分パラメータ、微分パ
ラメータの３ＰＩＤパラメータの内の１パラメータの変
更指定に対して、その他のパラメータを（２），（３）
式に基づき連動して変更する。

【００２８】第４発明に係る制御装置では、制御特性演
算手段が、与えられた３ＰＩＤパラメータ及び伝達関数
に基づき、周波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン
交差周波数を演算する。

【００２９】第５発明に係る制御装置では、ゲイン余裕
調整手段が、制御特性演算手段が演算したゲイン余裕と
所定のゲイン余裕との差及び（２），（３），（４）式
により新たに３ＰＩＤパラメータを求め、この３ＰＩＤ
パラメータ及び伝達関数に基づき、制御特性演算手段に
周波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波数
を演算させ、以下、制御特性演算手段に演算させたゲイ
ン余裕と所定のゲイン余裕との差が所定値より小さくな
る迄、制御特性演算手段に周波数応答、ゲイン余裕、位
相余裕、ゲイン交差周波数を演算させる動作及び新たに
３ＰＩＤパラメータを演算する動作を繰り返す。 Ｋpa＝Ｋp −Ｃ1 ×（Ｇm0−Ｇm ） （４） 但し、Ｋpa：新たに求められた比例パラメータ Ｃ1
：定数 Ｇm0：所定のゲイン余裕 Ｇm ：演算されたゲイン余裕

【００３０】第６発明に係る制御装置では、位相余裕調
整手段が、制御特性演算手段が演算した位相余裕と所定
の位相余裕との差及び（２），（３），（５）式により
新たに３ＰＩＤパラメータを求め、この３ＰＩＤパラメ
ータ及び伝達関数に基づき、制御特性演算手段に周波数
応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波数を演算
させ、以下、制御特性演算手段が演算した位相余裕と所
定の位相余裕との差が所定値より小さくなる迄、制御特
性演算手段に周波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイ
ン交差周波数を演算させる動作及び新たに３ＰＩＤパラ
メータを演算する動作を繰り返す。 Ｋda＝Ｋd ＋Ｃ2 ×（Ｐm0−Ｐm ） （５） 但し、Ｋda：新たに求められた比例パラメータ Ｃ
2 ：定数 Ｐm0：所定の位相余裕 Ｐm ：演算された位相余裕

【００３１】第７発明に係る制御装置では、ゲイン交差
周波数調整手段が、制御特性演算手段が演算したゲイン
交差周波数と所定のゲイン交差周波数との差及び
（２），（３），（６）式により新たに３ＰＩＤパラメ
ータを求め、この３ＰＩＤパラメータ及び伝達関数に基
づき、制御特性演算手段に周波数応答、ゲイン余裕、位
相余裕、ゲイン交差周波数を演算させ、以下、制御特性
演算手段が演算したゲイン交差周波数と所定のゲイン交
差周波数との差が所定値より小さくなる迄、制御特性演
算手段に周波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交
差周波数を演算させる動作及び新たに３ＰＩＤパラメー
タを演算する動作を繰り返す。 Ｋpa＝Ｋp ＋Ｃ3 ×（ωc0−ωc ） （６） 但し、ωc0：所定のゲイン交差周波数 ωc ：演算されたゲイン交差周波数

【００３２】第８発明に係るディジタル制御装置では、
与えられた入力に対する出力の伝達関数が（１）式で与
えられる制御対象を制御するディジタル制御装置におい
て、所定の積分パラメータ（又は微分パラメータ）、ゲ
イン交差周波数、ゲイン余裕及び位相余裕をデータ格納
手段が格納し、これらデータ格納手段に格納された積分
パラメータ（又は微分パラメータ）、ゲイン交差周波
数、ゲイン余裕、位相余裕及び（２），（３），
（７），（８），（９）式に基づき、ディジタルパラメ
ータ演算手段が、未知のディジタル微分パラメータ（又
はディジタル積分パラメータ）及びディジタル比例パラ
メータを演算する。 ＤＫp ＝Ｋp （７） ＤＫi ＝Ｋi ×Ｔs （８） ＤＫd ＝Ｋd ／Ｔs （９） 但し、ＤＫp ：ディジタル比例パラメータ ＤＫi ：ディジタル積分パラメータ ＤＫd ：ディジタル微分パラメータ Ｔs ：サンプリング周期

【００３３】第９発明に係るディジタル制御装置では、
ディジタルパラメータ調整手段が、ディジタル比例パラ
メータ、ディジタル積分パラメータ、ディジタル微分パ
ラメータの３ディジタルＰＩＤパラメータの内の１パラ
メータの変更指定に対して、その他のパラメータを
（２），（３），（７），（８），（９）式に基づき連
動して変更する。

【００３４】第１０発明に係るディジタル制御装置で
は、制御対象離散化手段が、伝達関数を所定のサンプリ
ング周期を用いて離散化し、離散系制御特性演算手段
が、与えられた３ディジタルＰＩＤパラメータ及び離散
化された伝達関数に基づき、離散系の周波数応答、ゲイ
ン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波数を演算する。

【００３５】第１１発明に係るディジタル制御装置で
は、離散系ゲイン余裕調整手段が、離散系制御特性演算
手段が演算した離散系ゲイン余裕と所定のゲイン余裕と
の差及び（２），（３），（７），（８），（９），
（１０）式により新たに３ディジタルＰＩＤパラメータ
を求め、この３ディジタルＰＩＤパラメータ及び離散化
された伝達関数に基づき、離散系制御特性演算手段に離
散系の周波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差
周波数を演算させ、以下、離散系制御特性演算手段が演
算した離散系ゲイン余裕と所定のゲイン余裕との差が所
定値より小さくなる迄、離散系制御特性演算手段に離散
系の周波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周
波数を演算させる動作及び新たに３ＰＩＤディジタルパ
ラメータを演算する動作を繰り返す。 ＤＫpa＝ＤＫp −Ｃ4 ×（Ｇm0−ＤＧm ） （１０） 但し、ＤＫpa：新たに求められたディジタル比例パラメ
ータ Ｃ4 ：定数 ＤＧm ：演算された離散系ゲイン余裕

【００３６】第１２発明に係るディジタル制御装置で
は、離散系位相余裕調整手段が、離散系制御特性演算手
段が演算した離散系位相余裕と所定の位相余裕との差及
び（２），（３），（７），（８），（９），（１１）
式により新たに３ディジタルＰＩＤパラメータを求め、
この３ディジタルＰＩＤパラメータ及び離散化された伝
達関数に基づき、離散系制御特性演算手段に離散系の周
波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波数を
演算させ、以下、離散系制御特性演算手段が演算した離
散系位相余裕と所定の位相余裕との差が所定値より小さ
くなる迄、離散系制御特性演算手段に離散系の周波数応
答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波数を演算さ
せる動作及び新たに３ディジタルＰＩＤパラメータを演
算する動作を繰り返す。 ＤＫda＝ＤＫd ＋Ｃ5 ×（Ｐm0−ＤＰm ） （１１） 但し、ＤＫda：新たに求められたディジタル微分パラメ
ータ Ｃ5 ：定数 ＤＰm ：演算された離散系位相余裕

【００３７】第１３発明に係るディジタル制御装置で
は、離散系ゲイン交差周波数調整手段が、離散系制御特
性演算手段が演算した離散系ゲイン交差周波数と所定の
ゲイン交差周波数との差及び（２），（３），（７），
（８），（９），（１２）式により新たに３ディジタル
ＰＩＤパラメータを求め、この３ディジタルＰＩＤパラ
メータ及び離散化式された伝達関数に基づき、離散系制
御特性演算手段に離散系の周波数応答、ゲイン余裕、位
相余裕、ゲイン交差周波数を演算させ、以下、離散系制
御特性演算手段が演算した離散系ゲイン交差周波数と所
定のゲイン交差周波数との差が所定値より小さくなる
迄、離散系制御特性演算手段に離散系の周波数応答、ゲ
イン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波数を演算させる動
作及び新たに３ディジタルＰＩＤパラメータを演算する
動作を繰り返す。 ＤＫpa＝ＤＫp ＋Ｃ6 ×（ωc0−Ｄωc ） （１２） 但し、 Ｃ6 ：定数 Ｄωc ：演算された離散系ゲイン交差周波数

【００３８】

【実施例】図１は、第１〜７発明に係る制御装置の１実
施例の構成を示すブロック図である。ＰＩＤコントロー
ラ５０ａから操作量ｕが制御対象５１ａへ与えられ、制
御対象５１ａでは、操作量ｕと伝達関数Ｐ（ｓ）＝Ｋ／
（ｓⁿ ＋ａ₁ ｓ^n-1 ＋・・・＋ａ_n ）とに基づき、制御
量ｙを出力する。制御量ｙは引き出し点５７から差し引
き点５２へフィードバックされ、制御量ｙが取るべき目
標値ｒとの偏差が求められる。この偏差は、ＰＩＤコン
トローラ５０ａ内の比例要素５３ａ、積分パラメータ要
素１０、微分パラメータ要素１２へ入力される。比例要
素５３ａへ入力された偏差は、予め定められた比例パラ
メータＫp を乗算され、加え合わせ点５６へ出力され
る。積分パラメータ要素１０へ入力された偏差は、与え
られた積分パラメータＫi を乗算された後、積分要素１
１において積分され、加え合わせ点５６へ出力される。
微分パラメータ要素１２へ入力された偏差は、与えられ
た微分パラメータＫd を乗算された後、微分要素１３に
おいて微分され、加え合わせ点５６へ出力される。比例
要素５３ａ、積分要素１１、微分要素１３の各出力は、
加え合わせ点５６において加算され、ＰＩＤコントロー
ラ５０ａの伝達関数Ｃ（ｓ）＝（Ｋd ｓ² ＋Ｋp ｓ＋Ｋ
i ）／ｓに基づき、操作量ｕとして制御対象５１ａへ入
力される。

【００３９】比例要素５３ａ、積分パラメータ要素１
０、微分パラメータ要素１２へ与えられる比例パラメー
タ、積分パラメータ、微分パラメータの３ＰＩＤパラメ
ータは、ＰＩＤコントローラ５０ａの外部に設けられた
パラメータ演算手段１５、パラメータ調整手段１６、ゲ
イン余裕調整手段１８、位相余裕調整手段１９又はゲイ
ン交差周波数調整手段２０から出力され、制御特性演算
手段１７へも与えられる。制御特性演算手段１７へは制
御対象５１ａから伝達関数Ｐ（ｓ）が与えられ、制御特
性演算手段１７において、これら与えられた３ＰＩＤパ
ラメータ及び伝達関数と記憶しているＰＩＤコントロー
ラ５０ａの伝達関数Ｃ（ｓ）とに基づいて演算されたゲ
イン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波数は、それぞれゲ
イン余裕調整手段１８、位相余裕調整手段１９、ゲイン
交差周波数調整手段２０へ与えられる。パラメータ演算
手段１５、ゲイン余裕調整手段１８、位相余裕調整手段
１９又はゲイン交差周波数調整手段２０において演算さ
れた３ＰＩＤパラメータは、パラメータ調整手段１６に
も与えられる。データ格納手段１４に格納されたパラメ
ータ、ゲイン余裕、位相余裕又はゲイン交差周波数は、
必要に応じて、パラメータ演算手段１５、パラメータ調
整手段１６、ゲイン余裕調整手段１８、位相余裕調整手
段１９又はゲイン交差周波数調整手段２０へ与えられ
る。

【００４０】このような構成の制御装置の動作を以下に
説明する。伝達特性が（１）式で与えられる制御対象５
１ａを制御するＰＩＤコントローラ５０ａを設計すると
き、データ格納手段１４に、所定の積分パラメータＫi
（又は微分パラメータＫd ）、ゲイン交差周波数ωc0、
ゲイン余裕Ｇm0及び位相余裕Ｐm0を格納しておく。積分
パラメータＫi 、ゲイン交差周波数ωc0、ゲイン余裕Ｇ
m0及び位相余裕Ｐm0が、データ格納手段１４に格納され
ているとき、パラメータ演算手段１５は、データ格納手
段１４から積分パラメータＫi 、ゲイン交差周波数ωc
0、ゲイン余裕Ｇm0及び位相余裕Ｐm0を受け取り、
（２），（３）式の演算を実行して、未知の比例パラメ
ータＫp 、微分パラメータＫd を求める。

【００４１】 Ｐ (ｓ) ＝Ｋ／（ｓⁿ ＋ａ₁ ｓ^n-1 ＋・・・＋ａ_n ） （１） Ｋp(ｓ) ＝｛ｙ_d ( ωc ）＋ｘ_d ( ωc ）ｔａｎＰm ｝ ／ωc （１＋ｔａｎ² Ｐm ）^1/2 （２） ｜ωc ² Ｋd −Ｋi ｜＝｜ｘ_d ( ωc ) −ｙ_d ( ωc ) ｔａｎＰm ｜ ／（１＋ｔａｎ² Ｐm ）^1/2 （３） 但し、 ｓ：ラプラス演算子 Ｋ：ゲイン定数 ｎ：自然数 ａ_i ：任意の実数（ｉ＝１，
２，…，ｎ） ωc ：所定のゲイン交差周波数 Ｐm ：所定の位相余
裕 Ｋp ：比例パラメータ Ｋi ：積分パラメー
タ Ｋd ：微分パラメータ ｘ_d ( ωc ) ＝Ｒｅ｛( ｊωc ) ⁿ⁺¹ ＋ａ₁ ( ｊωc ) ⁿ ＋ ・・・＋ａ_n ( ｊωc ) ｝／Ｋ ｙ_d ( ωc ) ＝Ｉm ｛( ｊωc ) ⁿ⁺¹ ＋ａ₁ ( ｊωc ) ⁿ ＋ ・・・＋ａ_n ( ｊωc ) ｝／Ｋ Ｒｅ：実部 Ｉm ：虚部

【００４２】一方、微分パラメータＫd 、ゲイン交差周
波数ωc0、ゲイン余裕Ｇm0及び位相余裕Ｐm0が、データ
格納手段１４に格納されているとき、パラメータ演算手
段１５は、データ格納手段１４から微分パラメータＫd
、ゲイン交差周波数ωc0、ゲイン余裕Ｇm0及び位相余
裕Ｐm0を受け取り、（２），（３）式の演算を実行し
て、未知の比例パラメータＫp 、積分パラメータＫi を
求める。上述の１回の演算で設計仕様を満足するＰＩＤ
パラメータを得られない場合、設計者が、パラメータ調
整手段１６を用いて、３ＰＩＤパラメータの内の１パラ
メータを手動で変更指定するとき、パラメータ調整手段
１６は、（２），（３）式の演算を実行して、他のＰＩ
Ｄパラメータを求める。

【００４３】設計仕様の中で、ゲイン余裕Ｇm に関する
仕様を正確に満足させるＰＩＤパラメータを求める場
合、ゲイン余裕調整手段１８と制御特性演算手段１７と
が、ゲイン余裕Ｇm 以外の制御特性も略仕様通りに維持
しながら、３ＰＩＤパラメータを演算により求める。設
計仕様の中で、位相余裕Ｐm に関する仕様を正確に満足
させるＰＩＤパラメータを求める場合、位相余裕調整手
段１９と制御特性演算手段１７とが、位相余裕Ｐm 以外
の制御特性も略仕様通りに維持しながら、３ＰＩＤパラ
メータを演算により求める。設計仕様の中で、ゲイン交
差周波数ωc に関する仕様を正確に満足させるＰＩＤパ
ラメータを求める場合、ゲイン交差周波数調整手段２０
と制御特性演算手段１７とが、ゲイン交差周波数ωc 以
外の制御特性も略仕様通りに維持しながら、３ＰＩＤパ
ラメータを演算により求める。

【００４４】以下に、（２），（３）式の導出方法を説
明する。制御対象５１ａの伝達関数が（１）式で与えら
れる場合の、位相余裕Ｐm 、ゲイン交差周波数ωc を満
足するＰＩＤパラメータＫp ，Ｋi ，Ｋd を求める。Ｐ
ＩＤコントローラ５０ａの伝達関数は Ｃ (ｓ) ＝Ｋp ＋Ｋi ／ｓ＋Ｋd ｓ＝ (Ｋd ｓ² ＋Ｋp ｓ＋Ｋi ) ／ｓ 従って、ＰＩＤコントローラ５０ａと制御対象５１ａと
の一巡伝達関数は、 Ｇ (ｓ) ＝Ｃ (ｓ) ×Ｐ (ｓ) ＝｛ (Ｋd ｓ² ＋Ｋp ｓ＋Ｋi ) ／ｓ｝× Ｋ／（ｓⁿ ＋ａ₁ ｓ^n-1 ＋・・・＋ａ_n ） ＝ (Ｋd ｓ² ＋Ｋp ｓ＋Ｋi ) ／ (α₀ ｓⁿ⁺¹ ＋α₁ ｓⁿ ＋・・・＋α_n ｓ) 但し、α₀ ＝１／Ｋ，α₁ ＝ａ₁ ／Ｋ，・・・α_n ＝ａ_n ／Ｋ

【００４５】 Ｇ (ｊω）＝ (−ω² Ｋd ＋ｊωＫp ＋Ｋi ) ／｛α₀ ( ｊω ) ⁿ⁺¹＋α₁ ( ｊω ) ⁿ＋・・・＋α_n ｊω｝ ＝｛ｘ_n ( ω )＋ｊｙ_n ( ω )｝ ／｛ｘ_d ( ω )＋ｊｙ_d ( ω )｝ 但し、ｘ_n ( ω )＝Ｋi −ω² Ｋd （１３） ｙ_n ( ω )＝ωＫp （１４） ｘ_d ( ω )＝分母の実部 ｙ_d ( ω )＝分母の虚部 ここで、図２１に例示するような一巡伝達関数Ｇ（ｊ
ω）の周波数応答を示すボード線図において、ゲイン曲
線が０ｄＢ（ゲインが１）の線と交差する点の周波数で
あるゲイン交差周波数ωc と、位相曲線が−１８０°と
交差する点におけるゲイン０ｄＢに対する余裕であるゲ
イン余裕Ｇm と、ゲイン曲線が０ｄＢの線と交差する点
における−１８０°に対する余裕である位相余裕とが求
められる。ゲイン交差周波数ωc 、位相余裕Ｐm の定義
より ｜Ｇ (ｊωc ）｜＝１ （１５） ａｒｇＧ (ｊωc ）＝Ｐm −１８０° （１６） （１５）式より ｜Ｇ (ｊωc ）｜² ＝｛ｘ_n ( ωc ）² ＋ｙ_n ( ωc ）² ｝ ／（ｘ_d ( ωc ）² ＋ｙ_d ( ωc ）² ） ＝１

【００４６】よって ｘ_n ( ωc ）² ＋ｙ_n ( ωc ）² ＝ｘ_d ( ωc ）² ＋ｙ_d ( ωc ）² （１５ａ） また、（１６）式に関して Ｇ (ｊωc ）＝（ｘ_n ＋ｊｙ_n ）／（ｘ_d ＋ｊｙ_d ） ＝（ｘ_n ＋ｊｙ_n ）（ｘ_d −ｊｙ_d ）／（ｘ_d ² ＋ｙ_d ² ） ＝｛ｘ_n ｘ_d ＋ｙ_n ｙ_d ＋ｊ（ｙ_n ｘ_d −ｘ_n ｙ_d ）｝ ／（ｘ_d ² ＋ｙ_d ² ） 従って、 ａｒｇＧ (ｊωc ） ＝ｔａｎ^-1（ｙ_n ｘ_d −ｘ_n ｙ_d ）／（ｘ_n ｘ_d ＋ｙ_n ｙ_d ） ＝Ｐm −１８０°

【００４７】よって （ｙ_n ｘ_d −ｘ_n ｙ_d ）／（ｘ_n ｘ_d ＋ｙ_n ｙ_d ） ＝ｔａｎ（Ｐm −１８０°） ＝ｔａｎＰm 故に ｙ_n ｘ_d −ｘ_n ｙ_d ＝（ｘ_n ｘ_d ＋ｙ_n ｙ_d ）ｔａｎＰm ｙ_n ＝ｘ_n （ｙ_d ＋ｘ_d ｔａｎＰm ） ／（ｘ_d −ｙ_d ｔａｎＰm ） （１６ａ） ここで、（１５ａ），（１６ａ）式からｙ_n ( ωc ）を
消去すると、 ｘ_n ² ＋（ｙ_d ＋ｘ_d ｔａｎＰm ）² ｘ_n ² ／（ｘ_d −ｙ_d ｔａｎＰm ）² ＝ｘ_d ² ＋ｙ_d ² （ｘ_d ² ＋ｙ_d ² ｔａｎ² Ｐm ＋ｙ_d ² ＋ｘ_d ² ｔａｎ² Ｐm ）ｘ_n ² ＝（ｘ_d ² ＋ｙ_d ² ）（ｘ_d −ｙ_d ｔａｎＰm ）² （ｘ_d ² ＋ｙ_d ² ）（１＋ｔａｎ² Ｐm ）ｘ_n ² ＝（ｘ_d ² ＋ｙ_d ² ）（ｘ_d −ｙ_d ｔａｎＰm ）²

【００４８】よって ｘ_n ² ＝（ｘ_d −ｙ_d ｔａｎＰm ）² ／（１＋ｔａｎ² Ｐm ） ｜ｘ_n ｜＝｜ｘ_d −ｙ_d ｔａｎＰm ｜／（１＋ｔａｎ² Ｐm ）^1/2 （１３）式よりｘ_n を元に戻して、 ｜Ｋi −ωc ² Ｋd ｜＝｜ｘ_d ( ωc ）−ｙ_d ( ωc ）ｔａｎＰm ｜ ／（１＋ｔａｎ² Ｐm ）^1/2 （３） 同様にして、（１４ａ），（１５ａ）からｘ_n ( ｊωc
）を消去する。 （ｘ_d −ｙ_d ｔａｎＰm ）² ｙ_n ² ／（ｙ_d ＋ｘ_d ｔａｎＰm ）² ＋ｙ_n ² ＝ｘ_d ² ＋ｙ_d ² （ｘ_d ² ＋ｙ_d ² ）（１＋ｔａｎ² Ｐm ）ｙ_n ² ＝（ｘ_d ² ＋ｙ_d ² ）（ｙ_d ＋ｘ_d ｔａｎＰm ）²

【００４９】よって ｙ_n ² ＝（ｙ_d ＋ｘ_d ｔａｎＰm ）² ／（１＋ｔａｎ² Ｐm ） （１４）式よりｙ_n を元に戻して、 Ｋp ＝｛ｙ_d ( ωc ）＋ｘ_d ( ωc ）ｔａｎＰm ｝ ／ωc （１＋ｔａｎ² Ｐm ）^1/2 （２） 以上より、ゲイン交差周波数ωc 、位相余裕Ｐm が与え
られた場合、ＰＩＤパラメータの内で、比例パラメータ
Ｋp は一意に定まり、（２）式で与えられることが分か
る。また、積分パラメータＫi 、微分パラメータＫd は
一意には定まらないが、（３）式の関係が有ることが分
かる。

【００５０】図２は、パラメータ演算手段１５の動作を
示すフローチャートである。以下に、図２のフローチャ
ートを参照しながら、パラメータ演算手段１５の動作を
説明する。パラメータ演算手段１５は、まず、所定のゲ
イン交差周波数ωc0、位相余裕Ｐm0をデータ格納手段１
４から受入れ（Ｓ１）、このゲイン交差周波数ωc0と位
相余裕Ｐm0とを用いて、（２）式を演算し、比例パラメ
ータＫp を求める（Ｓ２）。

【００５１】ここで、データ格納手段１４に積分パラメ
ータＫi が格納されている場合（Ｓ３）、パラメータ演
算手段１５は、データ格納手段１４から積分パラメータ
Ｋiを受入れて（Ｓ４）、この積分パラメータＫi と先
に受入れたゲイン交差周波数ωc0及び位相余裕Ｐm0とを
用いて、（３）式を演算し、微分パラメータＫd を求め
る（Ｓ５）。次いで、この微分パラメータＫd 及び積分
パラメータＫi と先に求めた比例パラメータＫp とをＰ
ＩＤコントローラ５０ａ、パラメータ調整手段１６又は
制御特性演算手段１７へ出力する（Ｓ６）。一方、デー
タ格納手段１４に微分パラメータＫd が格納されている
場合（Ｓ３）、パラメータ演算手段１５は、データ格納
手段１４から微分パラメータＫd を受入れて（Ｓ７）、
この微分パラメータＫd と先に受入れたゲイン交差周波
数ωc0及び位相余裕Ｐm0とを用いて、（３）式を演算
し、積分パラメータＫi を求める（Ｓ８）。次いで、こ
の積分パラメータＫi 及び微分パラメータＫd と先に求
めた比例パラメータＫp とをＰＩＤコントローラ５０
ａ、パラメータ調整手段１６又は制御特性演算手段１７
へ出力する（Ｓ６）。

【００５２】図３は、パラメータ調整手段１６の外観例
を示す外観図である。ＰＩＤパラメータの内の１パラメ
ータを変更することによって、他のパラメータが自動的
に変更される連動モードを指定する連動モード釦６０
と、各ＰＩＤパラメータが互いに無関係に変更される独
立モードを指定する独立モード釦６１とが、下部に設置
されている。また、上部左側には、上から比例パラメー
タＫp 、積分パラメータＫi 、微分パラメータＫd を手
で設定入力する為のそれぞれの入力窓６２，６３，６４
が設置され、上部右側には、入力窓６２，６３，６４に
それぞれ隣合う態様で、上から比例パラメータＫp 、積
分パラメータＫi 、微分パラメータＫd の調整用スライ
ダー６５，６６，６７が設置されている。

【００５３】調整用スライダー６５，６６，６７のノブ
６５ａ，６６ａ，６７ａを操作することにより、比例パ
ラメータＫp 、積分パラメータＫi 、微分パラメータＫ
d が設定入力されると共に、そのときの数値がそれぞれ
に対応する入力窓６２，６３，６４に表示されるように
なっている。また、逆に、入力窓６２，６３，６４に手
動操作により設定入力された数値によって、それぞれに
対応する調整用スライダー６５，６６，６７のノブ６５
ａ，６６ａ，６７ａが移動し、その位置によっても設定
値が読めるようになっている。連動モード釦６０、独立
モード釦６１の何れもが操作されていないときは、パラ
メータ演算手段１５等、制御装置の他の部分で演算され
設定されたそのときの比例パラメータＫp 、積分パラメ
ータＫi 、微分パラメータＫd を入力窓６２，６３，６
４及び調整用スライダー６５，６６，６７にて表示す
る。

【００５４】図４，５は、パラメータ調整手段１６の動
作を示すフローチャートである。以下に、図４，５のフ
ローチャートを参照しながら、パラメータ調整手段１６
の動作を説明する。連動モード釦６０、独立モード釦６
１の何れもが操作されていないときは、表示モードとし
て（Ｓ１１）、パラメータ演算手段１５等、制御装置の
他の部分で演算され設定された比例パラメータＫp 、積
分パラメータＫi 、微分パラメータＫd を受入れ、入力
窓６２，６３，６４及び調整用スライダー６５，６６，
６７にて表示する（Ｓ１２）。

【００５５】連動モード釦６０が操作されて連動モード
になっている場合（Ｓ１３）、入力窓６２又は調整用ス
ライダー６５のノブ６５ａが操作されて、比例パラメー
タＫp が変更されたとき（Ｓ１４）、所定の位相余裕Ｐ
m0をデータ格納手段１４から受入れ（Ｓ１５）、この位
相余裕Ｐm0と変更された比例パラメータＫp とを用いて
（２）式を演算し、ゲイン交差周波数ωc を求める（Ｓ
１６）。

【００５６】ここで、積分パラメータＫi を固定してお
く場合（Ｓ１７）、その積分パラメータＫi と所定の位
相余裕Ｐm0と上述の演算で求めたゲイン交差周波数ωc
とを用いて、（３）式を演算し、微分パラメータＫd を
求めて（Ｓ１８）、入力窓６４及び調整用スライダー６
７に表示する（Ｓ１９）。それと共に、新しく定まった
比例パラメータＫp 、積分パラメータＫi 、微分パラメ
ータＫd の組を、必要に応じて、ＰＩＤコントローラ５
０ａ又は制御特性演算手段１７へ出力する（Ｓ２０）。
微分パラメータＫd を固定しておく場合（Ｓ１７）、そ
の微分パラメータＫdと所定の位相余裕Ｐm0と上述の演
算で求めたゲイン交差周波数ωc とを用いて、（３）式
を演算し、積分パラメータＫi を求めて（Ｓ２２）、入
力窓６３及び調整用スライダー６６に表示する（Ｓ２
３）。それと共に、新しく定まった比例パラメータＫp
、積分パラメータＫi 、微分パラメータＫd の組を、
必要に応じて、ＰＩＤコントローラ５０ａ又は制御特性
演算手段１７へ出力する（Ｓ２０）。

【００５７】入力窓６３又は調整用スライダー６６のノ
ブ６６ａが操作されて、積分パラメータＫi が変更され
たとき（Ｓ２４）、所定の位相余裕Ｐm0及びゲイン交差
周波数ωc0をデータ格納手段１４から受入れ（Ｓ２
５）、この位相余裕Ｐm0及びゲイン交差周波数ωc0と変
更された積分パラメータＫi とを用いて（３）式を演算
し、微分パラメータＫd を求める（Ｓ２６）。次いで、
求めた微分パラメータＫdを、入力窓６４及び調整用ス
ライダー６７に表示する（Ｓ１９）と共に、新しく定ま
った比例パラメータＫp 、積分パラメータＫi 、微分パ
ラメータＫd の組を、必要に応じて、ＰＩＤコントロー
ラ５０ａ又は制御特性演算手段１７へ出力する（Ｓ２
０）。

【００５８】入力窓６４又は調整用スライダー６７のノ
ブ６７ａが操作されて、微分パラメータＫd が変更され
たとき（Ｓ２７）、所定の位相余裕Ｐm0及びゲイン交差
周波数ωc0をデータ格納手段１４から受入れ（Ｓ２
８）、この位相余裕Ｐm0及びゲイン交差周波数ωc0と変
更された微分パラメータＫd とを用いて（３）式を演算
し、積分パラメータＫi を求める（Ｓ２９）。次いで、
求めた積分パラメータＫiを、入力窓６３及び調整用ス
ライダー６６に表示する（Ｓ３０）と共に、新しく定ま
った比例パラメータＫp 、積分パラメータＫi 、微分パ
ラメータＫd の組を、必要に応じて、ＰＩＤコントロー
ラ５０ａ又は制御特性演算手段１７へ出力する（Ｓ２
０）。

【００５９】独立モード釦６１が操作されて独立モード
になっている場合（Ｓ１３）、入力窓６２，６３，６４
の何れかにて変更されたパラメータは、それぞれの調整
用スライダー６５，６６，６７のノブ６５ａ，６６ａ，
６７ａが移動することにより表示される。または、ノブ
６５ａ，６６ａ，６７ａの移動により変更されたパラメ
ータは、それぞれの入力窓６２，６３，６４にて表示さ
れる。新しく定まった比例パラメータＫp 、積分パラメ
ータＫi 、微分パラメータＫd の組は、必要に応じて、
ＰＩＤコントローラ５０ａ又は制御特性演算手段１７へ
出力する（Ｓ２１）。

【００６０】図６は、制御特性演算手段１７の動作を示
すフローチャートである。以下に、図６のフローチャー
トを参照しながら、制御特性演算手段１７の動作を説明
する。パラメータ演算手段１５、パラメータ調整手段１
６、ゲイン余裕調整手段１８、位相余裕調整手段１９、
ゲイン交差周波数調整手段２０の何れかから比例パラメ
ータＫp 、積分パラメータＫi 、微分パラメータＫd を
受入れ（Ｓ３３）、ＰＩＤコントローラ５０ａの伝達関
数Ｃ（ｓ）＝（Ｋd ｓ² ＋Ｋp ｓ＋Ｋi ）／ｓを定め
る。次いで、制御対象１７から伝達関数Ｐ（ｓ）＝Ｋ／
（ｓⁿ ＋ａ₁ ｓ^{n- 1} ＋・・・＋ａ_n ）を受入れ（Ｓ３
４）、制御系の一巡伝達関数Ｇ（ｓ）＝Ｃ（ｓ）×Ｐ
（ｓ）を演算する（Ｓ３５）。一巡伝達関数Ｇ（ｓ）の
周波数応答Ｇ（ｊω）を演算し（Ｓ３６）、これにより
ゲイン余裕Ｇm 、位相余裕Ｐm 、ゲイン交差周波数ωc
を求める（Ｓ３７）。求めたゲイン余裕Ｇm 、位相余裕
Ｐm 、ゲイン交差周波数ωc 及び先に受入れた３ＰＩＤ
パラメータを、必要に応じて、ゲイン余裕調整手段１
８、位相余裕調整手段１９、ゲイン交差周波数調整手段
２０の何れかへ出力する（Ｓ３８）。

【００６１】図７は、ゲイン余裕調整手段１８の動作を
示すフローチャートである。以下に、図７のフローチャ
ートを参照しながら、ゲイン余裕調整手段１８の動作を
説明する。制御特性演算手段１７から、比例パラメータ
Ｋp と積分パラメータＫi と制御特性演算手段１７が求
めたゲイン余裕Ｇm 及び位相余裕Ｐm とを受入れ（Ｓ４
１）、データ格納手段１４から、所定のゲイン余裕Ｇm0
を受入れる（Ｓ４２）。次いで、比例パラメータＫp と
制御特性演算手段１７が求めたゲイン余裕Ｇm と所定の
ゲイン余裕Ｇm0とを用いて、（４）式を演算し、新たに
比例パラメータＫpaを求める（Ｓ４３）。 Ｋpa＝Ｋp −Ｃ1 ×（Ｇm0−Ｇm ） （４） 但し、Ｋpa：新たに求められた比例パラメータ Ｃ1
：定数 Ｇm0：所定のゲイン余裕 Ｇm ：演算されたゲイン余裕

【００６２】新たに求めた比例パラメータＫpaと制御特
性演算手段１７が求めた位相余裕Ｐm とを用いて、
（２）式を演算し、そのときのゲイン交差周波数ωc を
求め（Ｓ４４）、このゲイン交差周波数ωc と積分パラ
メータＫi と制御特性演算手段１７が求めた位相余裕Ｐ
m とを用いて、（３）式を演算し、新たに微分パラメー
タＫdaを求める（Ｓ４５）。次いで、｜Ｇm0−Ｇm ｜を
演算し、所定値よりも小さいとき（Ｓ４６）、新たに求
めた比例パラメータＫpa、積分パラメータＫi 、微分パ
ラメータＫdaの組を、調整後の３ＰＩＤパラメータとし
て表示する為に、パラメータ調整手段１６へ出力し（Ｓ
４８）、所定のゲイン余裕Ｇm0に注目したＰＩＤパラメ
ータの調整処理を終える。また、必要に応じて、この３
ＰＩＤパラメータをＰＩＤコントローラ５０ａへも出力
する。｜Ｇm0−Ｇm ｜を演算し、所定値よりも大きいと
き（Ｓ４６）、新たに求めた比例パラメータＫpa、積分
パラメータＫi 、微分パラメータＫdaの組を制御特性演
算手段１７へ出力し、制御特性演算手段１７にこの３Ｐ
ＩＤパラメータを用いて、再度、制御特性を演算させる
（Ｓ４７）。

【００６３】図８は、位相余裕調整手段１９の動作を示
すフローチャートである。以下に、図８のフローチャー
トを参照しながら、位相余裕調整手段１９の動作を説明
する。制御特性演算手段１７から、比例パラメータＫp
と微分パラメータＫd と制御特性演算手段１７が求めた
位相余裕Ｐm 及びゲイン交差周波数ωc とを受入れ（Ｓ
５１）、データ格納手段１４から、所定の位相余裕Ｐm0
を受入れる（Ｓ５２）。次いで、微分パラメータＫd と
制御特性演算手段１７が求めた位相余裕Ｐm と所定の位
相余裕Ｇm0とを用いて、（５）式を演算し、新たに微分
パラメータＫdaを求める（Ｓ５３）。 Ｋda＝Ｋd ＋Ｃ2 ×（Ｐm0−Ｐm ） （５） 但し、Ｋda：新たに求められた微分パラメータ Ｃ
2 ：定数 Ｐm0：所定の位相余裕 Ｐm ：演算された位相余裕

【００６４】新たに求めた微分パラメータＫdaと制御特
性演算手段１７が求めた位相余裕Ｐm 及びゲイン交差周
波数ωc とを用いて、（３）式を演算し、新たに積分パ
ラメータＫiaを求める（Ｓ５４）。次いで、｜Ｐm0−Ｐ
m ｜を演算し、所定値よりも小さいとき（Ｓ５５）、新
たに求めた比例パラメータＫp 、積分パラメータＫia、
微分パラメータＫdaの組を、調整後の３ＰＩＤパラメー
タとして表示する為に、パラメータ調整手段１６へ出力
し（Ｓ５７）、所定のゲイン余裕Ｐm0に注目したＰＩＤ
パラメータの調整処理を終える。また、必要に応じて、
この３ＰＩＤパラメータをＰＩＤコントローラ５０ａへ
も出力する。｜Ｐm0−Ｐm ｜を演算し、所定値よりも大
きいとき（Ｓ５５）、新たに求めた比例パラメータＫp
、積分パラメータＫia、微分パラメータＫdaの組を制
御特性演算手段１７へ出力し、制御特性演算手段１７に
この３ＰＩＤパラメータを用いて、再度、制御特性を演
算させる（Ｓ５６）。

【００６５】図９は、ゲイン交差周波数調整手段２０の
動作を示すフローチャートである。以下に、図９のフロ
ーチャートを参照しながら、ゲイン交差周波数調整手段
２０の動作を説明する。制御特性演算手段１７から、比
例パラメータＫp と積分パラメータＫi と制御特性演算
手段１７が求めたゲイン交差周波数ωc 及び位相余裕Ｐ
m とを受入れ（Ｓ６１）、データ格納手段１４から、所
定のゲイン交差周波数ωc0を受入れる（Ｓ６２）。次い
で、比例パラメータＫp と制御特性演算手段１７が求め
たゲイン交差周波数ωc と所定のゲイン交差周波数ωc0
とを用いて、（６）式を演算し、新たに比例パラメータ
Ｋpaを求める（Ｓ６３）。 Ｋpa＝Ｋp ＋Ｃ3 ×（ωc0−ωc ） （６） 但し、Ｋpa：新たに求められた比例パラメータ Ｃ
3 ：定数 ωc0：所定のゲイン交差周波数 ωc ：演算されたゲイン交差周波数

【００６６】新たに求めた比例パラメータＫpaと制御特
性演算手段１７が求めた位相余裕Ｐm とを用いて、
（２）式を演算し、そのときのゲイン交差周波数ωcaを
求め（Ｓ６４）、このゲイン交差周波数ωcaと積分パラ
メータＫi と制御特性演算手段１７が求めた位相余裕Ｐ
m とを用いて、（３）式を演算し、新たに微分パラメー
タＫdaを求める（Ｓ６５）。次いで、｜ωc0−ωc ｜を
演算し、所定値よりも小さいとき（Ｓ６６）、新たに求
めた比例パラメータＫpa、積分パラメータＫi 、微分パ
ラメータＫdaの組を、調整後の３ＰＩＤパラメータとし
て表示する為に、パラメータ調整手段１６へ出力し（Ｓ
６８）、所定のゲイン交差周波数ωc0に注目したＰＩＤ
パラメータの調整処理を終える。また、必要に応じて、
この３ＰＩＤパラメータをＰＩＤコントローラ５０ａへ
も出力する。｜Ｇm0−Ｇm ｜を演算し、所定値よりも大
きいとき（Ｓ６６）、新たに求めた比例パラメータＫp
a、積分パラメータＫi 、微分パラメータＫdaの組を制
御特性演算手段１７へ出力し、制御特性演算手段１７に
この３ＰＩＤパラメータを用いて、再度、制御特性を演
算させる（Ｓ６７）。

【００６７】図１０は、第８〜１３発明に係るディジタ
ル制御装置の１実施例の構成を示すブロック図である。
ディジタルＰＩＤコントローラ２９からの操作量ｕd
が、０次ホールド２６により連続信号に変換されて制御
対象２７へ与えられ、制御対象２７では、この連続信号
と伝達関数Ｐ（ｓ）＝Ｋ／（ｓⁿ ＋ａ₁ ｓ^n-1 ＋・・・
＋ａ_n ）とに基づき、制御量ｙを出力する。制御量ｙ
は、サンプラー２８により間欠的に伝達されて、離散系
制御量ｙd となり、引き出し点５７から差し引き点５２
へフィードバックされ、制御量ｙd が取るべき目標値ｒ
との偏差が求められる。この偏差は、ディジタルＰＩＤ
コントローラ２９内のディジタル比例パラメータ要素２
３、ディジタル積分パラメータ要素２１、ディジタル微
分パラメータ要素２４へ入力される。

【００６８】ディジタル比例パラメータ要素２３へ入力
された偏差は、予め定められたディジタル比例パラメー
タＤＫp を乗算され、加え合わせ点５６へ出力される。
ディジタル積分パラメータ要素２１へ入力された偏差
は、与えられたディジタル積分パラメータＤＫi を乗算
された後、ディジタル積分要素２２において積分され、
加え合わせ点５６へ出力される。ディジタル微分パラメ
ータ要素２４へ入力された偏差は、与えられたディジタ
ル微分パラメータＤＫd を乗算された後、ディジタル微
分要素２５において微分され、加え合わせ点５６へ出力
される。ディジタル比例パラメータ要素２３、ディジタ
ル積分要素２２、ディジタル微分要素２５の各出力は、
加え合わせ点５６において加算され、ディジタルＰＩＤ
コントローラ２９の伝達関数Ｃ（ｚ）＝ＤＫp ＋ＤＫi
／（１−ｚ^-1）＋ＤＫd （１−ｚ^-1）に基づき、操作量
ｕd として０次ホールド２６へ出力される。

【００６９】ディジタル比例パラメータ要素２３、ディ
ジタル積分パラメータ要素２１、ディジタル微分パラメ
ータ要素２４へ与えられるディジタル比例パラメータ、
ディジタル積分パラメータ、ディジタル微分パラメータ
の３ディジタルＰＩＤパラメータは、ディジタルＰＩＤ
コントローラ２９の外部に設けられたディジタルパラメ
ータ演算手段３５、ディジタルパラメータ調整手段３
６、離散系ゲイン余裕調整手段３８、離散系位相余裕調
整手段３９又は離散系ゲイン交差周波数調整手段４０か
ら出力され、離散系制御特性演算手段３７へ与えられ
る。離散系制御特性演算手段３７へは制御対象２７か
ら、制御対象離散化手段３１により離散化された伝達関
数Ｐ（ｚ）が与えられ、離散系制御特性演算手段３７に
おいて、これら与えられた３ディジタルＰＩＤパラメー
タ及び伝達関数と記憶しているディジタルＰＩＤコント
ローラ２９の伝達関数Ｃ（ｚ）とに基づいて演算された
離散系ゲイン余裕、離散系位相余裕、離散系ゲイン交差
周波数は、それぞれ離散系ゲイン余裕調整手段３８、離
散系位相余裕調整手段３９、離散系ゲイン交差周波数調
整手段４０へ与えられる。

【００７０】また、ディジタルパラメータ演算手段３
５、離散系ゲイン余裕調整手段３８、離散系位相余裕調
整手段３９又は離散系ゲイン交差周波数調整手段４０に
おいて演算されたディジタル３ＰＩＤパラメータは、デ
ィジタルパラメータ調整手段３６へも与えられる。デー
タ格納手段３４に格納されたパラメータ、ゲイン余裕、
位相余裕又はゲイン交差周波数は、必要に応じて、ディ
ジタルパラメータ演算手段３５、ディジタルパラメータ
調整手段３６、離散系ゲイン余裕調整手段３８、離散系
位相余裕調整手段３９又は離散系ゲイン交差周波数調整
手段４０へ与えられる。

【００７１】このような構成のディジタル制御装置の動
作を以下に説明する。伝達特性が（１）式で与えられる
制御対象２７を制御するディジタルＰＩＤコントローラ
２９を設計するとき、データ格納手段３４に、所定の積
分パラメータＫi （又は微分パラメータＫd ）、ゲイン
交差周波数ωc0、ゲイン余裕Ｇm0及び位相余裕Ｐm0を格
納しておく。積分パラメータＫi 、ゲイン交差周波数ω
c0、ゲイン余裕Ｇm0及び位相余裕Ｐm0が、データ格納手
段３４に格納されているとき、ディジタルパラメータ演
算手段３５は、データ格納手段３４から積分パラメータ
Ｋi 、ゲイン交差周波数ωc0、ゲイン余裕Ｇm0及び位相
余裕Ｐm0を受け取り、（２），（３）式の演算を実行し
て、未知の比例パラメータＫp 、微分パラメータＫd を
求める。次いで、比例パラメータＫp 、積分パラメータ
Ｋi 、微分パラメータＫd を用いて、それぞれ（７），
（８），（９）式を演算して、ディジタル比例パラメー
タＤＫp 、ディジタル積分パラメータＤＫi 、ディジタ
ル微分パラメータＤＫd を求める。

【００７２】 ＤＫp ＝Ｋp （７） ＤＫi ＝Ｋi ×Ｔs （８） ＤＫd ＝Ｋd ／Ｔs （９） 但し、Ｔs ：サンプリング周期

【００７３】一方、微分パラメータＫd 、ゲイン交差周
波数ωc0、ゲイン余裕Ｇm0及び位相余裕Ｐm0が、データ
格納手段３４に格納されているとき、ディジタルパラメ
ータ演算手段３５は、データ格納手段３４から微分パラ
メータＫd 、ゲイン交差周波数ωc0、ゲイン余裕Ｇm0及
び位相余裕Ｐm0を受け取り、（２），（３）式の演算を
実行して、未知の比例パラメータＫp 、積分パラメータ
Ｋi を求める。次いで、比例パラメータＫp 、積分パラ
メータＫi 、微分パラメータＫd を用いて、それぞれ
（７），（８），（９）式を演算して、ディジタル比例
パラメータＤＫp、ディジタル積分パラメータＤＫi 、
ディジタル微分パラメータＤＫd を求める。上述の１回
の演算で設計仕様を満足するディジタルＰＩＤパラメー
タを得られない場合、設計者が、ディジタルパラメータ
調整手段３６を用いて、３ディジタルＰＩＤパラメータ
の内の１ディジタルパラメータを手動で変更指定すると
き、ディジタルパラメータ調整手段３６は、（７），
（８），（９），（２），（３）式の演算を実行して、
他のディジタルＰＩＤパラメータを求める。

【００７４】設計仕様の中で、ゲイン余裕Ｇm に関する
仕様を正確に満足させる３ディジタルＰＩＤパラメータ
を求める場合、離散系ゲイン余裕調整手段３８と離散系
制御特性演算手段３７とが、ゲイン余裕Ｇm 以外の制御
特性を略仕様通りに維持しながら、３ディジタルＰＩＤ
パラメータを演算により求める。設計仕様の中で、位相
余裕Ｐm に関する仕様を正確に満足させる３ディジタル
ＰＩＤパラメータを求める場合、離散系位相余裕調整手
段３９と離散系制御特性演算手段３７とが、位相余裕Ｐ
m 以外の制御特性も略仕様通りに維持しながら、３ディ
ジタルＰＩＤパラメータを演算により求める。設計仕様
の中で、ゲイン交差周波数ωc に関する仕様を正確に満
足させる３ディジタルＰＩＤパラメータを求める場合、
離散系ゲイン交差周波数調整手段４０と離散系制御特性
演算手段３７とが、ゲイン交差周波数ωc 以外の制御特
性も略仕様通りに維持しながら、３ディジタルＰＩＤパ
ラメータを演算により求める。

【００７５】図１１は、ディジタルパラメータ演算手段
３５の動作を示すフローチャートである。以下に、図１
１のフローチャートを参照しながら、ディジタルパラメ
ータ演算手段３５の動作を説明する。ディジタルパラメ
ータ演算手段３５は、まず、所定のゲイン交差周波数ω
c0、位相余裕Ｐm0をデータ格納手段３４から受入れ（Ｓ
７１）、このゲイン交差周波数ωc0と位相余裕Ｐm0とを
用いて、（２）式を演算し、比例パラメータＫp を求め
る（Ｓ７２）。

【００７６】ここで、データ格納手段３４に積分パラメ
ータＫi が格納されている場合（Ｓ７３）、パラメータ
演算手段３５は、データ格納手段３４から積分パラメー
タＫi を受入れ（Ｓ７４）、この積分パラメータＫi と
先に受入れたゲイン交差周波数ωc0及び位相余裕Ｐm0と
を用いて、（３）式を演算し、微分パラメータＫd を求
める（Ｓ７５）。次いで、先に求めた比例パラメータＫ
p 、積分パラメータＫi 、微分パラメータＫd を用い
て、それぞれ（７），（８），（９）式を演算し、ディ
ジタル比例パラメータＤＫp 、ディジタル積分パラメー
タＤＫi 、ディジタル微分パラメータＤＫd を求めて
（Ｓ７６）、ディジタルＰＩＤコントローラ２９、ディ
ジタルパラメータ調整手段３６又は離散系制御特性演算
手段３７へ出力する（Ｓ７７）。

【００７７】一方、データ格納手段３４に微分パラメー
タＫd が格納されている場合（Ｓ７３）、ディジタルパ
ラメータ演算手段３５は、データ格納手段３４から微分
パラメータＫd を受入れて（Ｓ７８）、この微分パラメ
ータＫd と先に受入れたゲイン交差周波数ωc0及び位相
余裕Ｐm0とを用いて、（３）式を演算し、積分パラメー
タＫi を求める（Ｓ７９）。次いで、先に求めた比例パ
ラメータＫp 、積分パラメータＫi 、微分パラメータＫ
d を用いて、それぞれ（７），（８），（９）式を演算
し、ディジタル比例パラメータＤＫp 、ディジタル積分
パラメータＤＫi 、ディジタル微分パラメータＤＫd を
求めて（Ｓ７６）、ディジタルＰＩＤコントローラ２
９、ディジタルパラメータ調整手段３６又は離散系制御
特性演算手段３７へ出力する（Ｓ７７）。

【００７８】図１２は、ディジタルパラメータ調整手段
３６の外観例を示す外観図である。ディジタルＰＩＤパ
ラメータの内の１ディジタルパラメータを変更すること
によって、他のディジタルパラメータが自動的に変更さ
れる連動モードを指定する連動モード釦７０と、各ディ
ジタルＰＩＤパラメータが互いに無関係に変更される独
立モードを指定する独立モード釦７１とが、下部に設置
されている。また、上部左側には、上からディジタル比
例パラメータＤＫp 、ディジタル積分パラメータＤＫi
、ディジタル微分パラメータＤＫd を手で設定入力す
る為のそれぞれの入力窓７２，７３，７４が設置され、
上部右側には、入力窓７２，７３，７４にそれぞれ隣合
う態様で、上からディジタル比例パラメータＤＫp 、デ
ィジタル積分パラメータＤＫi 、ディジタル微分パラメ
ータＤＫd の調整用スライダー７５，７６，７７が設置
されている。

【００７９】調整用スライダー７５，７６，７７のノブ
７５ａ，７６ａ，７７ａを操作することにより、ディジ
タル比例パラメータＤＫp 、ディジタル積分パラメータ
ＤＫi 、ディジタル微分パラメータＤＫd が設定入力さ
れると共に、そのときの数値がそれぞれに対応する入力
窓７２，７３，７４に表示されるようになっている。ま
た、逆に、入力窓７２，７３，７４に手動操作により設
定入力された数値によって、それぞれに対応する調整用
スライダー７５，７６，７７のノブ７５ａ，７６ａ，７
７ａが移動し、その位置によっても設定値が読めるよう
になっている。連動モード釦７０、独立モード釦７１の
何れもが操作されていないときは、ディジタルパラメー
タ演算手段３５等、ディジタル制御装置の他の部分で演
算され設定されたそのときのディジタル比例パラメータ
Ｋp 、ディジタル積分パラメータＫi 、ディジタル微分
パラメータＫd を入力窓７２，７３，７４及び調整用ス
ライダー７５，７６，７７にて表示する。

【００８０】図１３，１４，１５は、ディジタルパラメ
ータ調整手段３６の動作を示すフローチャートである。
以下に、図１３，１４，１５のフローチャートを参照し
ながら、ディジタルパラメータ調整手段３６の動作を説
明する。連動モード釦７０、独立モード釦７１の何れも
が操作されていないときは、表示モードとして（Ｓ８
４）、ディジタルパラメータ演算手段３５等、ディジタ
ル制御装置の他の部分で演算され設定されたディジタル
比例パラメータＤＫp 、ディジタル積分パラメータＤＫ
i 、ディジタル微分パラメータＤＫd を受入れ、入力窓
７２，７３，７４及び調整用スライダー７５，７６，７
７にて表示する（Ｓ８５）。

【００８１】連動モード釦７０が操作されて連動モード
になっている場合（Ｓ８６）、入力窓７２又は調整用ス
ライダー７５のノブ７５ａが操作されて、ディジタル比
例パラメータＤＫp が変更されたとき（Ｓ８７）、ディ
ジタル比例パラメータＤＫpにより（７）式を演算して
比例パラメータＫp を求める（Ｓ８８）。次いで、所定
の位相余裕Ｐm0をデータ格納手段３４から受入れ（Ｓ８
９）、この位相余裕Ｐm0と演算された比例パラメータＫ
p とを用いて（２）式を演算し、ゲイン交差周波数ωc
を求める（Ｓ９０）。

【００８２】ここで、ディジタル積分パラメータＤＫi
を固定しておく場合（Ｓ９１）、そのディジタル積分パ
ラメータＤＫi により（８）式を演算して積分パラメー
タＫi を求める（Ｓ９２）。次いで、この積分パラメー
タＫi と所定の位相余裕Ｐm0と上述の演算で求めたゲイ
ン交差周波数ωc とを用いて、（３）式を演算し、微分
パラメータＫd を求める（Ｓ９３）。求めた微分パラメ
ータＫd により（９）式を演算して、ディジタル微分パ
ラメータＤＫd を求めて（Ｓ９４）、入力窓７４及び調
整用スライダー７７に表示する（Ｓ９５）。それと共
に、新しく定まったディジタル比例パラメータＤＫp 、
ディジタル積分パラメータＤＫi 、ディジタル微分パラ
メータＤＫd の組を、必要に応じて、ディジタルＰＩＤ
コントローラ２９又は離散系制御特性演算手段３７へ出
力する（Ｓ９６）。

【００８３】ディジタル微分パラメータＤＫd を固定し
ておく場合（Ｓ９１）、そのディジタル微分パラメータ
ＤＫd より（９）式を演算して微分パラメータＫd を求
める（Ｓ９１）。次いで、この微分パラメータＫd と所
定の位相余裕Ｐm0と上述の演算で求めたゲイン交差周波
数ωc とを用いて、（３）式を演算し、積分パラメータ
Ｋi を求める（Ｓ９９）。求めた積分パラメータＫi に
より（８）式を演算してディジタル積分パラメータＤＫ
i を求めて（Ｓ１００）、入力窓７３及び調整用スライ
ダー７６に表示する（Ｓ１０１）。それと共に、新しく
定まったディジタル比例パラメータＤＫp 、ディジタル
積分パラメータＤＫi 、ディジタル微分パラメータＤＫ
d の組を、必要に応じて、ディジタルＰＩＤコントロー
ラ２９又は離散系制御特性演算手段３７へ出力する（Ｓ
９６）。

【００８４】入力窓７３又は調整用スライダー７６のノ
ブ７６ａが操作されて、ディジタル積分パラメータＤＫ
i が変更されたとき（Ｓ１０２）、その変更されたディ
ジタル積分パラメータＤＫi により（８）式を演算して
積分パラメータＫi を求める（Ｓ１０３）。次いで、所
定の位相余裕Ｐm0及びゲイン交差周波数ωc0をデータ格
納手段３４から受入れ（Ｓ１０４）、この位相余裕Ｐm0
及びゲイン交差周波数ωc0と変更された積分パラメータ
Ｋi とを用いて（３）式を演算し、微分パラメータＫd
を求める（Ｓ１０５）。求めた微分パラメータＫd によ
り（９）式を演算してディジタル微分パラメータＤＫd
を求めて（Ｓ９４）、入力窓７４及び調整用スライダー
７７に表示する（Ｓ９５）。それと共に、新しく定まっ
たディジタル比例パラメータＤＫp 、ディジタル積分パ
ラメータＤＫi 、ディジタル微分パラメータＤＫd の組
を、必要に応じて、ディジタルＰＩＤコントローラ２９
又は離散系制御特性演算手段３７へ出力する（Ｓ９
６）。

【００８５】入力窓７４又は調整用スライダー７７のノ
ブ７７ａが操作されて、ディジタル微分パラメータＤＫ
d が変更されたとき（Ｓ１０６）、そのディジタル微分
パラメータＤＫd により（９）式を演算し微分パラメー
タＫd を求める（Ｓ１０７）。次いで、所定の位相余裕
Ｐm0及びゲイン交差周波数ωc0をデータ格納手段３４か
ら受入れ（Ｓ１０８）、この位相余裕Ｐm0及びゲイン交
差周波数ωc0と演算された微分パラメータＫd とを用い
て（３）式を演算し、積分パラメータＫi を求める（Ｓ
１０９）。求めた積分パラメータＫi により（９）式を
演算しディジタル積分パラメータＤＫi を求めて（Ｓ１
１０）、入力窓７３及び調整用スライダー７６に表示す
る（Ｓ１１１）。それと共に、新しく定まったディジタ
ル比例パラメータＤＫp 、ディジタル積分パラメータＤ
Ｋi 、ディジタル微分パラメータＤＫd の組を、必要に
応じて、ディジタルＰＩＤコントローラ２９又は離散系
制御特性演算手段３７へ出力する（Ｓ９６）。

【００８６】独立モード釦７１が操作されて独立モード
になっている場合（Ｓ８６）、入力窓７２，７３，７４
の何れかにて変更されたディジタルパラメータは、それ
ぞれの調整用スライダー７５，７６，７７のノブ７５
ａ，７６ａ，７７ａが移動することにより表示される。
または、ノブ７５ａ，７６ａ，７７ａの移動により変更
されたパラメータは、それぞれの入力窓７２，７３，７
４にて表示される。新しく定まったディジタル比例パラ
メータＤＫp 、ディジタル積分パラメータＤＫi、ディ
ジタル微分パラメータＤＫd の組は、必要に応じて、デ
ィジタルＰＩＤコントローラ２９又は離散系制御特性演
算手段３７へ出力する（Ｓ９７）。

【００８７】図１６は、離散系制御特性演算手段３７の
動作を示すフローチャートである。以下に、図１６のフ
ローチャートを参照しながら、離散系制御特性演算手段
３７の動作を説明する。ディジタルパラメータ演算手段
３５、ディジタルパラメータ調整手段３６、離散系ゲイ
ン余裕調整手段３８、離散系位相余裕調整手段３９、離
散系ゲイン交差周波数調整手段４０の何れかからディジ
タル比例パラメータＤＫp 、ディジタル積分パラメータ
ＤＫi 、ディジタル微分パラメータＤＫd を受入れ（Ｓ
１１４）、ディジタルＰＩＤコントローラ２９の伝達関
数Ｃ（ｚ）＝ＤＫp ＋ＤＫi ／（１−ｚ^-1）＋ＤＫd
（１−ｚ^-1）を定める。

【００８８】次いで、制御対象離散化手段３１から制御
対象２７の離散化された伝達関数

【００８９】

【数１】

【００９０】を受入れ（Ｓ１１５）、ディジタル制御系
の離散化一巡伝達関数Ｇ（ｚ）＝Ｃ（ｚ）×Ｐ（ｚ）を
演算する（Ｓ１１６）。次に、ｚ＝（１＋ｓ）／（１−
ｓ）を離散化一巡伝達関数Ｇ（ｚ）へ代入し、離散化一
巡伝達関数Ｇ（ｚ）の周波数応答Ｇ（ｊω）を演算し
（Ｓ１１７）、これにより離散系ゲイン余裕ＤＧm 、離
散系位相余裕ＤＰm 、離散系ゲイン交差周波数Ｄωc を
求める（Ｓ１１８）。求めた離散系位相余裕ＤＰm 、離
散系位相余裕ＤＰm 、離散系ゲイン交差周波数Ｄωc 及
び先に受入れた３ディジタルＰＩＤパラメータを、必要
に応じて、離散系ゲイン余裕調整手段３８、離散系位相
余裕調整手段３９、離散系ゲイン交差周波数調整手段４
０の何れかへ出力する（Ｓ１１９）。

【００９１】図１７は、離散系ゲイン余裕調整手段３８
の動作を示すフローチャートである。以下に、図１７の
フローチャートを参照しながら、離散系ゲイン余裕調整
手段３８の動作を説明する。離散系制御特性演算手段３
７から、ディジタル比例パラメータＤＫp とディジタル
積分パラメータＤＫi と離散系制御特性演算手段３７が
求めた離散系ゲイン余裕ＤＧm 及び離散系位相余裕ＤＰ
m とを受入れ（Ｓ１２１）、データ格納手段３４から、
所定のゲイン余裕Ｇm0を受入れる（Ｓ１２２）。次い
で、ディジタル比例パラメータＤＫp により（１０）式
を演算し、新たにディジタル比例パラメータＤＫpaを求
め（Ｓ１２３）、このディジタル比例パラメータＤＫp
a、ディジタル積分パラメータＤＫi により（７），
（８）式を演算して、比例パラメータＫpa、積分パラメ
ータＫi を求める（Ｓ１２４）。 ＤＫpa＝ＤＫp −Ｃ4 ×（Ｇm0−ＤＧm ） （１０） 但し、ＤＫpa：新たに求められたディジタル比例パラメ
ータ Ｃ4 ：定数 ＤＧm ：演算された離散系ゲイン余裕

【００９２】新たに求めた比例パラメータＫpaと離散系
制御特性演算手段３７が求めた離散系位相余裕ＤＰm と
を用いて、（２）式（但し、ＤＰm ＝Ｐm とする）を演
算し、そのときのゲイン交差周波数ωc を求め（Ｓ１２
５）、このゲイン交差周波数ωc と積分パラメータＫi
と離散系制御特性演算手段３７が求めた離散系位相余裕
ＤＰm とを用いて、（３）式を演算し、新たに微分パラ
メータＫdaを求める（Ｓ１２６）。求めた微分パラメー
タＫdaにより（９）式を演算し、ディジタル微分パラメ
ータＤＫdaを求める。次いで、｜Ｇm0−ＤＧm ｜を演算
し、予め定められた値よりも小さいとき（Ｓ１２８）、
新たに求めたディジタル比例パラメータＤＫpa、ディジ
タル積分パラメータＤＫi 、ディジタル微分パラメータ
ＤＫdaの組を、調整後の３ディジタルＰＩＤパラメータ
として表示する為に、ディジタルパラメータ調整手段３
６へ出力し（Ｓ１３０）、所定のゲイン余裕Ｇm0に注目
したディジタルＰＩＤパラメータの調整処理を終える。
また、必要に応じて、この３ディジタルＰＩＤパラメー
タをディジタルＰＩＤコントローラ２９へも出力する。
｜Ｇm0−ＤＧm ｜を演算し、予め定められた値よりも大
きいとき（Ｓ１２８）、新たに求めたディジタル比例パ
ラメータＤＫpa、ディジタル積分パラメータＤＫi 、デ
ィジタル微分パラメータＤＫdaの組を、離散系制御特性
演算手段３７へ出力し、離散系制御特性演算手段３７に
この３ディジタルＰＩＤパラメータを用いて、再度、離
散系制御特性を演算させる（Ｓ１２９）。

【００９３】図１８は、離散系位相余裕調整手段３９の
動作を示すフローチャートである。以下に、図１８のフ
ローチャートを参照しながら、離散系位相余裕調整手段
３９の動作を説明する。離散系制御特性演算手段３７か
ら、ディジタル比例パラメータＤＫp とディジタル微分
パラメータＤＫd と離散系制御特性演算手段３７が求め
た離散系位相余裕ＤＰm 及び離散系ゲイン交差周波数Ｄ
ωc とを受入れ（Ｓ１３４）、データ格納手段３４か
ら、所定の位相余裕Ｐm0を受入れる（Ｓ１３５）。次い
でディジタル微分パラメータＤＫd により（１１）式を
演算し、新たにディジタル微分パラメータＤＫdaを求め
（Ｓ１３６）、このディジタル微分パラメータＤＫdaに
より（９）式を演算して、微分パラメータＫdaを求める
（Ｓ１３７）。 ＤＫda＝ＤＫd ＋Ｃ5 ×（Ｐm0−ＤＰm ） （１１） 但し、ＤＫda：新たに求められたディジタル微分パラメ
ータ Ｃ5 ：定数 ＤＰm ：演算された離散系位相余裕

【００９４】新たに求めた微分パラメータＫdaと離散系
制御特性演算手段３７が求めた離散系位相余裕ＤＰm 及
び離散系ゲイン交差周波数Ｄωc とを用いて、（３）式
を演算し（但し、ＤＰm ＝Ｐm ，Ｄωc ＝ωc とす
る）、新たに積分パラメータＫiaを求め（Ｓ１３８）、
この求めた積分パラメータＫiaにより（８）式を演算し
て、ディジタル積分パラメータＤＫiaを求める（Ｓ１３
９）。次いで、｜Ｐm0−ＤＰm ｜を演算し、予め定めら
れた値よりも小さいとき（Ｓ１４０）、新たに求めたデ
ィジタル比例パラメータＤＫp 、ディジタル積分パラメ
ータＤＫia、ディジタル微分パラメータＤＫdaの組を、
調整後の３ディジタルＰＩＤパラメータとして表示する
為に、ディジタルパラメータ調整手段３６へ出力し（Ｓ
１４２）、所定のゲイン余裕Ｐm0に注目したディジタル
ＰＩＤパラメータの調整処理を終える。また、必要に応
じて、このディジタル３ＰＩＤパラメータをディジタル
ＰＩＤコントローラ２９へも出力する。｜Ｐm0−ＤＰm
｜を演算し、予め定められた値よりも大きいとき（Ｓ１
４０）、新たに求めたディジタル比例パラメータＤＫp
、ディジタル積分パラメータＤＫia、ディジタル微分
パラメータＤＫdaの組を、離散系制御特性演算手段３７
へ出力し、離散系制御特性演算手段３７にこの３ディジ
タルＰＩＤパラメータを用いて、再度、離散系制御特性
を演算させる（Ｓ１４１）。

【００９５】図１９は、離散系ゲイン交差周波数調整手
段４０の動作を示すフローチャートである。以下に、図
１９のフローチャートを参照しながら、離散系ゲイン交
差周波数調整手段４０の動作を説明する。離散系制御特
性演算手段３７から、ディジタル比例パラメータＤＫp
とディジタル積分パラメータＤＫi と離散系制御特性演
算手段３７が求めた離散系ゲイン交差周波数Ｄωc 及び
離散系位相余裕ＤＰm とを受入れ（Ｓ１４６）、データ
格納手段３４から、所定のゲイン交差周波数Ｄωc0を受
入れる（Ｓ１４７）。次いで、ディジタル比例パラメー
タＤＫp により（１２）式を演算し、新たにディジタル
比例パラメータＤＫpaを求め（Ｓ１４８）、このディジ
タル比例パラメータＤＫpa、ディジタル積分パラメータ
ＤＫi により（７），（８）式を演算して、比例パラメ
ータＫpa、積分パラメータＫi を求める（Ｓ１４９）。 ＤＫpa＝ＤＫp ＋Ｃ6 ×（ωc0−Ｄωc ） （１２） 但し、 Ｃ6 ：定数 Ｄωc ：演算された離散系ゲイン交差周波数

【００９６】新たに求めた比例パラメータＫpaと離散系
制御特性演算手段３７が求めた離散系位相余裕ＤＰm と
を用いて、（２）式（但し、ＤＰm ＝Ｐm とする）を演
算し、そのときのゲイン交差周波数ωcaを求め（Ｓ１５
０）、このゲイン交差周波数ωcaと積分パラメータＫi
と離散系制御特性演算手段３７が求めた離散系位相余裕
ＤＰm とを用いて、（３）式を演算し、新たに微分パラ
メータＫdaを求める（Ｓ１５１）。求めた微分パラメー
タＫdaにより（９）式を演算し、ディジタル微分パラメ
ータＤＫdaを求める。次いで、｜ωc0−Ｄωc ｜を演算
し、予め定められた値よりも小さいとき（Ｓ１５３）、
新たに求めたディジタル比例パラメータＤＫpa、ディジ
タル積分パラメータＤＫi 、ディジタル微分パラメータ
ＤＫdaの組を、調整後の３ディジタルＰＩＤパラメータ
として表示する為に、ディジタルパラメータ調整手段３
６へ出力し（Ｓ１５５）、所定のゲイン交差周波数ωc0
に注目したディジタルＰＩＤパラメータの調整処理を終
える。また、必要に応じて、この３ディジタルＰＩＤパ
ラメータをディジタルＰＩＤコントローラ２９へも出力
する。｜ωc0−Ｄωc ｜を演算し、予め定められた値よ
りも大きいとき（Ｓ１５３）、新たに求めたディジタル
比例パラメータＤＫpa、ディジタル積分パラメータＤＫ
i 、ディジタル微分パラメータＤＫdaの組を、離散系制
御特性演算手段３７へ出力し、離散系制御特性演算手段
３７にこの３ディジタルＰＩＤパラメータを用いて、再
度、離散系制御特性を演算させる（Ｓ１５４）。

【００９７】

【発明の効果】第１，２発明に係る制御装置によれば、
データ格納手段に格納されたパラメータ及び特性値を用
いて、与えられた演算式に基づき未知のパラメータを演
算するので、容易に自動的にパラメータ設計ができる。

【００９８】第３発明に係る制御装置によれば、所定の
パラメータの内の１パラメータの変更指定に対して、そ
の他の所定のパラメータを、与えられた算出式に基づき
連動して変更するので、容易にパラメータの調整ができ
る。

【００９９】第４発明に係る制御装置によれば、与えら
れたパラメータと伝達関数とに基づき、特性値を演算
し、特定の特性に注目して、容易にパラメータの調整が
できる。

【０１００】第５発明に係る制御装置によれば、制御特
性演算手段が演算したゲイン余裕と所定のゲイン余裕と
の差が予め定められた値より小さくなる迄、パラメータ
を繰り返し演算するので、ゲイン余裕特性に注目して、
容易にパラメータの調整ができる。

【０１０１】第６発明に係る制御装置によれば、制御特
性演算手段が演算した位相余裕と所定の位相余裕との差
が所定値より小さくなる迄、パラメータを繰り返し演算
するので、位相余裕特性に注目して、容易にパラメータ
の調整ができる。

【０１０２】第７発明に係る制御装置によれば、制御特
性演算手段が演算したゲイン交差周波数と所定のゲイン
交差周波数との差が所定値より小さくなる迄、パラメー
タを繰り返し演算するので、ゲイン交差周波数特性に注
目して、容易にパラメータの調整ができる。

【０１０３】第８発明に係るディジタル制御装置によれ
ば、データ格納手段に格納されたパラメータ及び特性値
を用いて、与えられた演算式に基づき未知のディジタル
パラメータを演算するので、容易に自動的にディジタル
パラメータを設計できる。

【０１０４】第９発明に係るディジタル制御装置によれ
ば、所定のパラメータの内の１パラメータの変更指定に
対して、その他の所定のパラメータを、与えられた算出
式に基づき連動して変更するので、容易にディジタルパ
ラメータの調整ができる。

【０１０５】第１０発明に係るディジタル制御装置によ
れば、与えられたディジタルパラメータと離散化された
伝達関数とに基づき、離散系特性値を演算し、特定の特
性に注目して、容易にパラメータの調整ができる。

【０１０６】第１１発明に係るディジタル制御装置によ
れば、離散系制御特性演算手段が演算した離散系ゲイン
余裕と所定のゲイン余裕との差が所定値より小さくなる
迄、ディジタルパラメータを繰り返し演算するので、離
散系ゲイン余裕特性に注目して、容易にパラメータの調
整ができる。

【０１０７】第１２発明に係るディジタル制御装置によ
れば、離散系制御特性演算手段が演算した離散系位相余
裕と所定の位相余裕との差が所定値より小さくなる迄、
ディジタルパラメータを繰り返し演算するので、離散系
位相余裕特性に注目して、容易にパラメータの調整がで
きる。

【０１０８】第１３発明に係るディジタル制御装置によ
れば、離散系制御特性演算手段が演算した離散系ゲイン
交差周波数と所定のゲイン交差周波数との差が所定値よ
り小さくなる迄、ディジタルパラメータを繰り返し演算
するので、ゲイン交差周波数特性に注目して、容易にパ
ラメータの調整ができる。

【０１０９】

【図面の簡単な説明】

【図１】第１〜７発明に係る制御装置の１実施例の構成
を示すブロック図である。

【図２】第２発明に係る制御装置のパラメータ演算手段
の動作を示すフローチャートである。

【図３】第３発明に係る制御装置のパラメータ調整手段
の外観を示す外観図である。

【図４】第３発明に係る制御装置のパラメータ調整手段
の動作を示すフローチャートである。

【図５】第３発明に係る制御装置のパラメータ調整手段
の動作を示すフローチャートである。

【図６】第４発明に係る制御装置の制御特性演算手段の
動作を示すフローチャートである。

【図７】第５発明に係る制御装置のゲイン余裕調整手段
の動作を示すフローチャートである。

【図８】第６発明に係る制御装置の位相余裕調整手段の
動作を示すフローチャートである。

【図９】第７発明に係る制御装置のゲイン交差周波数調
整手段の動作を示すフローチャートである。

【図１０】第８〜１３発明に係るディジタル制御装置の
１実施例の構成を示すブロック図である。

【図１１】第８発明に係るディジタル制御装置のディジ
タルパラメータ演算手段の動作を示すフローチャートで
ある。

【図１２】第８発明に係るディジタル制御装置のディジ
タルパラメータ調整手段の外観を示す外観図である。

【図１３】第９発明に係るディジタル制御装置のディジ
タルパラメータ調整手段の動作を示すフローチャートで
ある。

【図１４】第９発明に係るディジタル制御装置のディジ
タルパラメータ調整手段の動作を示すフローチャートで
ある。

【図１５】第９発明に係るディジタル制御装置のディジ
タルパラメータ調整手段の動作を示すフローチャートで
ある。

【図１６】第１０発明に係るディジタル制御装置の離散
系制御特性演算手段の動作を示すフローチャートであ
る。

【図１７】第１１発明に係るディジタル制御装置の離散
系ゲイン余裕調整手段の動作を示すフローチャートであ
る。

【図１８】第１２発明に係るディジタル制御装置の離散
系位相余裕調整手段の動作を示すフローチャートであ
る。

【図１９】第１３発明に係るディジタル制御装置の離散
系ゲイン交差周波数調整手段の動作を示すフローチャー
トである。

【図２０】従来のＰＩＤ制御系の構成例を示すブロック
図である。

【図２１】周波数応答の特性値を例示したボード線図で
ある。

【符号の説明】

１４，３４ データ格納手段 １５ パラメータ演算手段 １６ パラメータ調整手段 １７ 制御特性演算手段 １８ ゲイン余裕調整手段 １９ 位相余裕調整手段 ２０ ゲイン交差周波数調整手段 ２６ ０次ホールド ２７，５１ａ 制御対象 ２８ サンプラー ２９ ディジタルＰＩＤコントローラ ３１ 制御対象離散化手段 ３５ ディジタルパラメータ演算手段 ３６ ディジタルパラメータ調整手段 ３７ 離散系制御特性演算手段 ３８ 離散系ゲイン余裕調整手段 ３９ 離散系位相余裕調整手段 ４０ 離散系ゲイン交差周波数調整手段 ５０ａ ＰＩＤコントローラ ６０，７０ 連動モード釦 ６１，７１ 独立モード釦 ６２，６３，６４，７２，７３，７４ 入力窓 ６５，６６，６７，７５，７６，７７ 調整用スライダ
ー ６５ａ，６６ａ，６７ａ，７５ａ，７６ａ，７７ａ ノ
ブ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御対象の出力が取るべき目標値と、制
   御対象の出力で定まる主フィードバック信号との偏差の
   比例、積分、微分の各信号に予め定められた比例パラメ
   ータ、積分パラメータ、微分パラメータをそれぞれ乗算
   した各信号を加算して、制御対象への入力信号を生成す
   るＰＩＤコントローラを備え、与えられた入力に対する
   出力の伝達関数がべき級数の逆数で与えられる制御対象
   を制御する制御装置において、 前記積分パラメータ（又は微分パラメータ）、所定のゲ
   イン交差周波数、ゲイン余裕及び位相余裕を格納するデ
   ータ格納手段と、該データ格納手段に格納された積分パ
   ラメータ（又は微分パラメータ）、ゲイン交差周波数、
   位相余裕、並びに前記制御対象と前記ＰＩＤコントロー
   ラとの一巡伝達関数とゲイン交差周波数及び位相余裕の
   定義とにより導出されたパラメータ、ゲイン交差周波数
   及び位相余裕の関係式に基づき、未知の微分パラメータ
   （又は積分パラメータ）及び前記比例パラメータを演算
   するパラメータ演算手段とを備えることを特徴とする制
   御装置。
2. 【請求項２】 前記伝達関数が（１）式で与えられ、前
   記パラメータ、ゲイン交差周波数及び位相余裕の関係式
   が（２），（３）式で与えられることを特徴とする請求
   項１記載の制御装置。 Ｐ (ｓ) ＝Ｋ／（ｓⁿ ＋ａ₁ ｓ^n-1 ＋・・・＋ａ_n ） （１） Ｋp(ｓ) ＝｛ｙ_d ( ωc ）＋ｘ_d ( ωc ）ｔａｎＰm ｝ ／ωc （１＋ｔａｎ² Ｐm ）^1/2 （２） ｜ωc ² Ｋd −Ｋi ｜＝｜ｘ_d ( ωc ) −ｙ_d ( ωc ) ｔａｎＰm ｜ ／（１＋ｔａｎ² Ｐm ）^1/2 （３） 但し、 ｓ：ラプラス演算子 Ｋ：ゲイン定数 ｎ：自然数 ａ_i ：任意の実数（ｉ＝１，
   ２，…，ｎ） ωc ：所定のゲイン交差周波数 Ｐm ：所定の位相余
   裕 Ｋp ：比例パラメータ Ｋi ：積分パラメー
   タ Ｋd ：微分パラメータ ｘ_d ( ωc ) ＝Ｒｅ｛( ｊωc ) ⁿ⁺¹ ＋ａ₁ ( ｊωc ) ⁿ ＋ ・・・＋ａ_n ( ｊωc ) ｝／Ｋ ｙ_d ( ωc ) ＝Ｉm ｛( ｊωc ) ⁿ⁺¹ ＋ａ₁ ( ｊωc ) ⁿ ＋ ・・・＋ａ_n ( ｊωc ) ｝／Ｋ Ｒｅ：実部 Ｉm ：虚部
3. 【請求項３】 前記比例パラメータ、前記積分パラメー
   タ、前記微分パラメータの３ＰＩＤパラメータの内の１
   パラメータの変更指定に対して、その他のパラメータを
   （２），（３）式に基づき連動して変更するパラメータ
   調整手段を備えることを特徴とする請求項２記載の制御
   装置。
4. 【請求項４】 与えられた前記３ＰＩＤパラメータ及び
   前記伝達関数に基づき、周波数応答、ゲイン余裕、位相
   余裕、ゲイン交差周波数を演算する制御特性演算手段を
   備えることを特徴とする請求項２又は３記載の制御装
   置。
5. 【請求項５】 前記制御特性演算手段は、演算したゲイ
   ン余裕と前記所定のゲイン余裕との差及び（２），
   （３），（４）式により新たに３ＰＩＤパラメータを求
   め、この３ＰＩＤパラメータ及び前記伝達関数に基づ
   き、前記制御特性演算手段に周波数応答、ゲイン余裕、
   位相余裕、ゲイン交差周波数を演算させ、以下、前記制
   御特性演算手段に演算させたゲイン余裕と前記所定のゲ
   イン余裕との差が所定値より小さくなる迄、前記制御特
   性演算手段に周波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイ
   ン交差周波数を演算させる動作及び新たに３ＰＩＤパラ
   メータを演算する動作を繰り返すゲイン余裕調整手段を
   備えることを特徴とする請求項３記載の制御装置。 Ｋpa＝Ｋp −Ｃ1 ×（Ｇm0−Ｇm ） （４） 但し、Ｋpa：新たに求められた比例パラメータ Ｃ1
   ：定数 Ｇm0：所定のゲイン余裕 Ｇm ：演算されたゲイン余裕
6. 【請求項６】 前記制御特性演算手段が演算した位相余
   裕と前記所定の位相余裕との差及び（２），（３），
   （５）式により新たに３ＰＩＤパラメータを求め、この
   ３ＰＩＤパラメータ及び前記伝達関数に基づき、前記制
   御特性演算手段に周波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、
   ゲイン交差周波数を演算させ、以下、前記制御特性演算
   手段が演算した位相余裕と前記所定の位相余裕との差が
   所定値より小さくなる迄、前記制御特性演算手段に周波
   数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波数を演
   算させる動作及び新たに３ＰＩＤパラメータを演算する
   動作を繰り返す位相余裕調整手段を備えることを特徴と
   する請求項４又は５記載の制御装置。 Ｋda＝Ｋd ＋Ｃ2 ×（Ｐm0−Ｐm ） （５） 但し、Ｋda：新たに求められた比例パラメータ Ｃ
   2 ：定数 Ｐm0：所定の位相余裕 Ｐm ：演算された位相余裕
7. 【請求項７】 前記制御特性演算手段が演算したゲイン
   交差周波数と前記所定のゲイン交差周波数との差及び
   （２），（３），（６）式により新たに３ＰＩＤパラメ
   ータを求め、この３ＰＩＤパラメータ及び前記伝達関数
   に基づき、前記制御特性演算手段に周波数応答、ゲイン
   余裕、位相余裕、ゲイン交差周波数を演算させ、以下、
   前記制御特性演算手段が演算したゲイン交差周波数と前
   記所定のゲイン交差周波数との差が所定値より小さくな
   る迄、前記制御特性演算手段に周波数応答、ゲイン余
   裕、位相余裕、ゲイン交差周波数を演算させる動作及び
   新たに３ＰＩＤパラメータを演算する動作を繰り返すゲ
   イン交差周波数調整手段を備えることを特徴とする請求
   項４〜６何れか記載の制御装置。 Ｋpa＝Ｋp ＋Ｃ3 ×（ωc0−ωc ） （６） 但し、ωc0：所定のゲイン交差周波数 ωc ：演算されたゲイン交差周波数
8. 【請求項８】 制御対象の出力が取るべき目標値と、制
   御対象の出力である制御量で定まる主フィードバック信
   号との偏差の比例、積分、微分の各信号に予め定められ
   たディジタル比例パラメータ、ディジタル積分パラメー
   タ、ディジタル微分パラメータをそれぞれ乗算した各信
   号を加算して、制御対象への入力信号を生成するディジ
   タルＰＩＤコントローラを備え、与えられた入力に対す
   る出力の伝達関数が（１）式で与えられる制御対象を制
   御するディジタル制御装置において、 所定の積分パラメータ（又は微分パラメータ）、ゲイン
   交差周波数、ゲイン余裕及び位相余裕を格納するデータ
   格納手段と、該データ格納手段に格納されたパラメー
   タ、ゲイン交差周波数、位相余裕及び（２），（３），
   （７），（８），（９）式に基づき、未知のディジタル
   微分パラメータ（又はディジタル積分パラメータ）及び
   前記ディジタル比例パラメータを演算するディジタルパ
   ラメータ演算手段とを備えることを特徴とするディジタ
   ル制御装置。 ＤＫp ＝Ｋp （７） ＤＫi ＝Ｋi ×Ｔs （８） ＤＫd ＝Ｋd ／Ｔs （９） 但し、ＤＫp ：ディジタル比例パラメータ ＤＫi ：ディジタル積分パラメータ ＤＫd ：ディジタル微分パラメータ Ｔs ：サンプリング周期
9. 【請求項９】 前記ディジタル比例パラメータ、前記デ
   ィジタル積分パラメータ、前記ディジタル微分パラメー
   タの３ディジタルＰＩＤパラメータの内の１パラメータ
   の変更指定に対して、その他のパラメータを（２），
   （３），（７），（８），（９）式に基づき連動して変
   更するディジタルパラメータ調整手段を備えることを特
   徴とする請求項８記載のディジタル制御装置。
10. 【請求項１０】 前記伝達関数を予め定められたサンプ
    リング周期を用いて離散化する制御対象離散化手段と、
    与えられた前記３ディジタルＰＩＤパラメータ及び離散
    化された前記伝達関数に基づき、離散系の周波数応答、
    ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波数を演算する離
    散系制御特性演算手段とを備えることを特徴とする請求
    項８又は９記載のディジタル制御装置。
11. 【請求項１１】 前記離散系制御特性演算手段が演算し
    た離散系ゲイン余裕と前記所定のゲイン余裕との差及び
    （２），（３），（７），（８），（９），（１０）式
    により新たに３ディジタルＰＩＤパラメータを求め、こ
    の３ディジタルＰＩＤパラメータ及び離散化された前記
    伝達関数に基づき、前記離散系制御特性演算手段に離散
    系の周波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周
    波数を演算させ、以下、前記離散系制御特性演算手段が
    演算した離散系ゲイン余裕と前記所定のゲイン余裕との
    差が所定値より小さくなる迄、前記離散系制御特性演算
    手段に離散系の周波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲ
    イン交差周波数を演算させる動作及び新たに３ＰＩＤデ
    ィジタルパラメータを演算する動作を繰り返す離散系ゲ
    イン余裕調整手段を備えることを特徴とする請求項１０
    記載の制御装置。 ＤＫpa＝ＤＫp −Ｃ4 ×（Ｇm0−ＤＧm ） （１０） 但し、ＤＫpa：新たに求められたディジタル比例パラメ
    ータ Ｃ4 ：定数 ＤＧm ：演算された離散系ゲイン余裕
12. 【請求項１２】 前記離散系制御特性演算手段が演算し
    た離散系位相余裕と前記所定の位相余裕との差及び
    （２），（３），（７），（８），（９），（１１）式
    により新たに３ディジタルＰＩＤパラメータを求め、こ
    の３ディジタルＰＩＤパラメータ及び離散化された前記
    伝達関数に基づき、前記離散系制御特性演算手段に離散
    系の周波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周
    波数を演算させ、以下、前記離散系制御特性演算手段が
    演算した離散系位相余裕と前記所定の位相余裕との差が
    所定値より小さくなる迄、前記離散系制御特性演算手段
    に離散系の周波数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン
    交差周波数を演算させる動作及び新たに３ディジタルＰ
    ＩＤパラメータを演算する動作を繰り返す離散系位相余
    裕調整手段を備えることを特徴とする請求項１０又は１
    １記載の制御装置。 ＤＫda＝ＤＫd ＋Ｃ5 ×（Ｐm0−ＤＰm ） （１１） 但し、ＤＫda：新たに求められたディジタル微分パラメ
    ータ Ｃ5 ：定数 ＤＰm ：演算された離散系位相余裕
13. 【請求項１３】 前記離散系制御特性演算手段が演算し
    た離散系ゲイン交差周波数と前記所定のゲイン交差周波
    数との差及び（２），（３），（７），（８），
    （９），（１２）式により新たに３ディジタルＰＩＤパ
    ラメータを求め、この３ディジタルＰＩＤパラメータ及
    び離散化式された前記伝達関数に基づき、前記離散系制
    御特性演算手段に離散系の周波数応答、ゲイン余裕、位
    相余裕、ゲイン交差周波数を演算させ、以下、前記離散
    系制御特性演算手段が演算した離散系ゲイン交差周波数
    と前記所定のゲイン交差周波数との差が所定値より小さ
    くなる迄、前記離散系制御特性演算手段に離散系の周波
    数応答、ゲイン余裕、位相余裕、ゲイン交差周波数を演
    算させる動作及び新たに３ディジタルＰＩＤパラメータ
    を演算する動作を繰り返す離散系ゲイン交差周波数調整
    手段を備えることを特徴とする請求項１０〜１２の何れ
    か記載の制御装置。 ＤＫpa＝ＤＫp ＋Ｃ6 ×（ωc0−Ｄωc ） （１２） 但し、 Ｃ6 ：定数 Ｄωc ：演算された離散系ゲイン交差周波数