特許 6792790 制御装置及び制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6792790

(24)【登録日】2020年11月11日

(45)【発行日】2020年12月2日

(54)【発明の名称】制御装置及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   G05B 11/32 20060101AFI20201119BHJP

   G05B 13/02 20060101ALI20201119BHJP

【ＦＩ】

   G05B11/32 A

   G05B13/02 B

【請求項の数】13

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-565150(P2018-565150)

(86)(22)【出願日】2017年2月2日

(86)【国際出願番号】JP2017003688

(87)【国際公開番号】WO2018142523

(87)【国際公開日】20180809

【審査請求日】2019年7月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000250317

【氏名又は名称】理化工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134061

【弁理士】

【氏名又は名称】菊地 公一

(72)【発明者】

【氏名】井▲崎▼ 勝敏

(72)【発明者】

【氏名】橋本 誠司

(72)【発明者】

【氏名】木原 健

(72)【発明者】

【氏名】池田 凌太

【審査官】 牧 初

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−０４９４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０２１１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０７５９０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｂ １／００− ７／０４

Ｇ０５Ｂ １１／００−１３／０４

Ｇ０５Ｂ １７／００−１７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の測定点と各測定点に対応する複数の入力を有する制御対象を制御する制御装置であって、
前記測定点のうち入力に対する応答が他の測定点での応答に比べて遅い測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第１の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御する第１の制御器と、
前記測定点のうち前記第１の部分制御対象の測定点以外の測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第２の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御する第２の制御器と、
前記第１の部分制御対象の出力から、前記第１の部分制御対象のむだ時間成分を除去して出力する第１のむだ時間補償器
を備え、
前記第２の部分制御対象の測定点に対する目標値を前記第１のむだ時間補償器の出力に基づいて定め、前記第２の制御器に与える制御装置。

【請求項2】

前記第１のむだ時間補償器の出力は、前記第１の部分制御対象に対する外乱成分及び／又は前記第２の部分制御対象からの干渉成分を含む請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記第２の部分制御対象の逆特性を有するフィードフォワード制御器
を更に備え、
前記第２の部分制御対象の測定点に対する目標値を、前記フィードフォワード制御器と前記第２の制御器に与え、
前記フィードフォワード制御器の出力と前記第２の制御器の出力を、前記第２の部分制御対象に与える請求項１又は２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記第２の部分制御対象のむだ時間から前記第１の部分制御対象のむだ時間を引いた差分の時間、前記第１の部分制御対象の操作量を遅らせる第１のむだ時間差補償器
をさらに備える請求項１乃至３のいずれかに記載の制御装置。

【請求項5】

前記第１の部分制御対象のむだ時間から前記第２の部分制御対象のむだ時間を引いた差分の時間、前記第２の部分制御対象の測定点に対する目標値又は操作量を遅らせる第２のむだ時間差補償器
をさらに備える請求項１乃至４のいずれかに記載の制御装置。

【請求項6】

前記第１の部分制御対象の操作量を遅らせる第１のむだ時間差補償器と、
前記第２の部分制御対象の測定点に対する目標値又は操作量を遅らせる第２のむだ時間差補償器と、
前記第１の部分制御対象のむだ時間が前記第２の部分制御対象のむだ時間より長い場合、前記第２のむだ時間差補償器を有効にし、前記第２の部分制御対象のむだ時間が前記第１の部分制御対象のむだ時間より長い場合、前記第１のむだ時間差補償器を有効にする切り替え部と
をさらに備える請求項１乃至３のいずれかに記載の制御装置。

【請求項7】

前記第２の制御器に入力する目標値に対して、前記第１の部分制御対象の測定点に対する目標値と前記第２の部分制御対象の測定点を最終的に整定させる最終目標値の比を乗じて、前記第２の制御器に入力する請求項１乃至６のいずれかに記載の制御装置。

【請求項8】

前記複数の測定点は、３つ以上の測定点を有し、
前記測定点のうち入力に対する応答が他の測定点での応答と比べて相対的に遅い測定点のひとつを出力とする部分制御対象を前記第１の部分制御対象とし、前記第１の制御器は、該第１の部分制御対象に対して該測定点における物理量を制御し、
前記測定点のうち前記第１の部分制御対象の測定点以外の複数の測定点を出力する部分制御対象を前記第２の部分制御対象とし、前記第２の制御器は、該第２の部分制御対象に対して各測定点における物理量を制御する請求項１乃至７のいずれかに記載の制御装置。

【請求項9】

前記測定点のうち入力に対する応答が最も遅い測定点を出力とする部分制御対象を前記第１の部分制御対象とする請求項８に記載の制御装置。

【請求項10】

前記第１の制御器及び前記第２の制御器が制御する物理量は、温度である請求項１乃至９のいずれかに記載の制御装置。

【請求項11】

前記制御対象はむだ時間要素を含み、
前記第１の制御器及び前記第２の制御器はそれぞれ、ＰＩＤ制御器である請求項１乃至１０のいずれかに記載の制御装置。

【請求項12】

前記第１の部分制御対象及び前記第２の部分制御対象は、互いに干渉する請求項１乃至１１のいずれかに記載の制御装置。

【請求項13】

複数の測定点と各測定点に対応する複数の入力を有する制御対象を制御する制御方法であって、
前記測定点のうち入力に対する応答が他の測定点での応答に比べて遅い測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第１の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御することと、
前記測定点のうち前記第１の部分制御対象の測定点以外の測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第２の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御することと、
前記第１の部分制御対象の出力から、前記第１の部分制御対象のむだ時間成分を除去することと、
前記第２の部分制御対象の測定点に対する目標値を、前記むだ時間成分の除去後の第１の部分制御対象の出力に基づいて定めること
を含む制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御装置及び制御方法に係り、特に多入出力制御系における制御装置及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

複数のセンサと熱源（アクチュエータ）による多点制御が必要な、干渉を有するシステムにおける温度調整系が知られている。このような温度調整系は、例えば、空調システム、射出成型機などに利用されている。このようなシステムでは、多点それぞれが、対応する個々の目標値に素早く追従することだけでなく、目標値に到達するまでの過渡状態においても、多点間の温度差を零に制御するニーズ、及び、目標値が各点で異なる場合には目標値と出力値の比率を多点間で同じに制御するニーズがある。さらに、省エネルギーという観点からも、過渡状態での追従特性を改善し、特に行き過ぎ量を抑えたいというニーズがある。

【0003】

従来から、多点温度制御としてＰＩＤ制御を用いた多点ＰＩＤ制御法がよく用いられている。これに対して、多点の温度差と平均温度を制御する下記特許文献１に示す方法、及び、非干渉化と極零相殺を用いた下記特許文献２に示す方法などが提案されている。例えば特許文献１は、各温度から平均温度（全体の平均温度）と多点間の温度差へのモード変換行列Ｇｍと、ヒータへの操作量を適切に分配する前置補償行列Ｇｃにより、全体の温度を制御しつつ、温度差も制御可能な構造が開示されている（例えば、同文献の図２５参照）。

【0004】

また、特許文献２は、干渉項に対する補償項β’により干渉項を相殺しつつ制御対象の逆特性（温度差モデルの逆特性）により対象の動特性を相殺し、理想の一次遅れモデルを仮定し、ＰＩＤ制御を行う構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１−２９６９０２号公報

【特許文献2】特開２００９−２８２８７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１及び２に開示されたいずれの手法も、多点の温度差を最小化しつつ目標温度へ追従させることを目的としている。しかしながら、これらの手法は以下のような課題がある。

【0007】

まず、制御対象の特性はむだ時間を含んでいるため、ＰＩＤ制御器設計にはむだ時間を考慮した設計が必要である。例えば、ジーグラ・ニコルス（Ｚｉｅｇｌｅｒ−Ｎｉｃｈｏｌｓ、ＺＮ）法などによる設計となる。これに伴い、特許文献１に示す方法は従来法（多点ＰＩＤ制御法）に比べ改善され得るが、平均温度においては大幅な特性改善は望めない。また、特許文献１に示す方法では、多点の目標値が異なる場合、温度差（の絶対値）しか制御できず、例えば到達時間を同一に制御する場合、その傾きを制御することはできない。

【0008】

上述の多点温度制御法は、いずれも多点間の温度差に主眼をおいた制御法であり、必ずしもむだ時間を考慮した過渡特性に対する性能改善については焦点をあてていない。その結果、温度差と平均温度に対する過渡特性を両立して積極的に改善することは望めない。このような課題は、温度制御以外でも、むだ時間要素を含む制御対象においては同様である。

【0009】

本発明は以上の点に鑑み、各点での出力の差（例えば多点間の温度差）とともに各点の出力の平均（例えば平均温度）の過渡特性を所望の特性に制御する制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の第1の解決手段によると、複数の測定点と各測定点に対応する複数の入力を有する制御対象を制御する制御装置であって、（ａ）上記測定点のうち入力に対する応答が他の測定点での応答に比べて遅い測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第１の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御する第１の制御器と、（ｂ）上記測定点のうち上記第１の部分制御対象の測定点以外の測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第２の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御する第２の制御器とを備え、（ｃ）上記第２の部分制御対象の測定点に対する目標値を上記第１の部分制御対象の出力に基づいて定め、上記第２の制御器に与える制御装置が提供される。

【0011】

本発明の第２の解決手段によると、複数の測定点と各測定点に対応する複数の入力を有する制御対象を制御する制御方法であって、（Ａ）上記測定点のうち入力に対する応答が他の測定点での応答に比べて遅い測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第１の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御することと、（Ｂ）上記測定点のうち上記第１の部分制御対象の測定点以外の測定点を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする第２の部分制御対象に対して、該測定点における物理量を制御することと、（Ｃ）上記第２の部分制御対象の測定点に対する目標値を上記第１の部分制御対象の出力に基づいて定めることを含む制御方法が提供される。

【発明の効果】

【0012】

本発明によると、各点での出力の差（例えば多点間の温度差）とともに各点の出力の平均（例えば平均温度）の過渡特性を所望の特性に制御する制御装置及び制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施の形態における制御系のブロック図である。

【図2】従来の制御法による平均温度と多点間の温度差のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図3A】本実施の形態における態様２（構成１＋２）におけるシミュレーション結果を示すグラフ（１）である。

【図3B】本実施の形態における態様２におけるシミュレーション結果を示すグラフ（２）である。

【図4A】本実施の形態における態様３（構成１＋２＋３）におけるシミュレーション結果を示すグラフ（１）である。

【図4B】本実施の形態における態様３におけるシミュレーション結果を示すグラフ（２）である。

【図5A】本実施の形態における態様４（構成１＋２＋３＋４）におけるシミュレーション結果を示すグラフ（１）である。

【図5B】本実施の形態における態様４におけるシミュレーション結果を示すグラフ（２）である。

【図6A】本実施の形態における態様５（構成１＋２＋３＋４＋５）で異なる目標値におけるシミュレーション結果を示すグラフ（１）である。

【図6B】本実施の形態における態様５で異なる目標値におけるシミュレーション結果を示すグラフ（２）である。

【図7A】本実施の形態における態様５で同一目標値におけるシミュレーション結果を示すグラフ（１）である。

【図7B】本実施の形態における態様５で同一目標値におけるシミュレーション結果を示すグラフ（２）である。

【図8A】本実施の形態における態様６（構成１＋３）におけるシミュレーション結果を示すグラフ（１）である。

【図8B】本実施の形態における態様６におけるシミュレーション結果を示すグラフ（２）である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

【0015】

１．本実施の形態の基本構成
まず、本実施の形態の基本構成について説明する。本実施の形態では、多点温度制御などの多入出力制御系（多入出力制御システム）において、入力に対して測定値（例えば、温度）の立ち上がりが比較的遅い点（この点に対する制御系を、以下スローモード（Ｓｌｏｗ ｍｏｄｅ）とも称する）に着目し、その出力に上記測定点以外の測定点（この点に対する制御系を、以下ファストモード（Ｆａｓｔ ｍｏｄｅ）とも称する）を追従させる。このような構成を基本構成とし、多点間の温度差とともに平均温度の過渡特性を所望の特性に制御する。また、ＰＩＤ制御器設計時にむだ時間を考慮することなく設計可能な制御装置及び設計方法を提案する。更に、多点の目標値が異なる場合であっても、立ち上がりの温度比率（目標値に対する測定温度の比率）を均等にし、ほぼ同じタイミングで各点を目標値に到達させる。

【0016】

なお、本実施の形態は温度を制御する例を用いて説明するが、温度以外の物理量を制御してもよい。また、制御する温度は、測定点で測定（検出）される例を用いて説明するが、測定点で測定された温度に基づいて求められる測定点以外の温度、又は、測定点で測定された物理量に基づいて求められる温度を制御してもよい。換言すると、制御する物理量は、測定点で直接測定される必要はない。

【0017】

２．制御装置の構成例
図１は、本実施の形態における多入出力制御系のブロック図である。本実施の形態における制御装置１０は、制御対象１の複数の測定点における各物理量を制御する。制御装置１０は、例えば、第１のＰＩＤ制御器（第１の制御器）１１と、第１のむだ時間差補償器１２と、第１のむだ時間補償器１３と、第２のむだ時間差補償器１４と、フィードフォワ―ド補償器（ＦＦ補償器）１５と、第２のＰＩＤ制御器（第２の制御器）１６と、第２のむだ時間補償器１７と、目標値調整器１８とを備える。なお、後述するように、第１のむだ時間差補償器１２、第１のむだ時間補償器１３、第２のむだ時間差補償器１４、ＦＦ補償器１５、第２のむだ時間補償器１７、及び、目標値調整器１８は適宜省略することができる。

【0018】

制御対象１は、複数の測定点と各測定点に対応する複数の入力を有する。制御対象１は、第１の部分制御対象１Ａと第２の部分制御対象１Ｂとに分けて図示されている。第１の部分制御対象１Ａは、複数の測定点のうち入力に対する応答が他の測定点での応答に比べて遅い測定点（第１測定点）を出力とし、第１測定点に対応する入力を入力とする。第２の部分制御対象１Ｂは、複数の測定点のうち第１の部分制御対象１Ａの測定点以外の測定点（第２測定点）を出力とし、該測定点に対応する入力を入力とする。第2の部分制御対象１Ｂの出力は、換言すれば、入力に対する応答が比較的速い測定点である。なお、第１の部分制御対象１Ａ及び第２の部分制御対象１Ｂはそれぞれ、外乱を受ける場合がある。また、第１の部分制御対象１Ａは、第２の部分制御対象１Ｂの入力等からの干渉を受ける場合があり、逆も同じである。

【0019】

第１のＰＩＤ制御器１１は、第１の部分制御対象１Ａに対してＰＩＤ制御を行う。第２のＰＩＤ制御器１６は、第２の部分制御対象１Ｂに対してＰＩＤ制御を行う。第１のＰＩＤ制御器１１及び第２のＰＩＤ制御器１６の設計手法は、従来の手法を用いることができる。なお、ＰＩＤ制御以外の他の制御法を用いてもよい。

【0020】

以下、本実施の形態における各構成例を、図１を参照して説明する。

【0021】

（構成１）
本実施の形態は、上述の基本構成で述べたように、スローモードの出力にファストモードの出力を追従させる構成を有する。例えば、第２の部分制御対象１Ｂの目標値ＳＶ２を、第１の部分制御対象１Ａの出力ＰＶ１に基づいて定め、第２のＰＩＤ制御器１６に与える。なお、第１の部分制御対象１Ａの出力ＰＶ１をそのまま第２の部分制御対象１Ｂの目標値ＳＶ２としてもよいが、後述するように、第１のむだ時間補償器１３、第２のむだ時間差補償器１４、及び／又は、目標値調整器１８により、第１の部分制御対象１Ａの出力ＰＶ１に基づいて第２の部分制御対象１Ｂの目標値ＳＶ２を求めることができる。図１に示すように、ブロック線図の左側（信号の上流側。マスタと呼ぶ場合もある）にスローモードを配置し、右側（信号の下流側。スレーブと呼ぶ場合もある）にファストモードを配置する。

【0022】

このような構成により、スローモードとファストモードの２点間の温度差を零に近づけるような制御が可能となる。

【0023】

（構成２）
本実施の形態は、スローモードの出力ＰＶ１に対して第１の部分制御対象１Ａの時間遅れを補償してファストモードにおける目標値ＳＶ２を求める構成（第１のむだ時間補償器１３）を有する。

【0024】

スローモードの出力（第１の部分制御対象１Ａの出力ＰＶ１）をそのままファストモードにおける目標値ＳＶ２とした場合、ファストモードの応答は、スローモードにおける時間遅れに加えて、ファストモードの時間遅れ分（むだ時間分）遅れて出力される。本実施の形態の第１のむだ時間補償器１３は、第１の部分制御対象１Ａの出力ＰＶ１から、第１の部分制御対象１Ａのむだ時間成分を除去する。換言すると、第１のむだ時間補償器１３からの出力は、スローモードの遅れ無し出力である。なお、多入出力制御系に干渉項が存在する場合、目標値ＳＶ２が定常偏差を持ち、その結果、ファストモードの出力ＰＶ２にも定常偏差が生じる。そこで、第１のむだ時間補償器１３では、干渉項や外乱信号をそれに含む信号を出力する。

【0025】

具体的には、第１のむだ時間補償器１３は、Ｓｍｉｔｈ法の制御構造を応用して実現することができる。例えば、第１のむだ時間補償器１３は、第１の部分制御対象１Ａのむだ時間成分を含む第１の部分制御対象１Ａのモデル（第１のモデル）と、第１の部分制御対象１Ａのむだ時間成分を除いた第１の部分制御対象１Ａのモデル（第２のモデル）を有する。例えば、第１のモデルには第１の部分制御対象１Ａに対する操作量ＭＶ１を入力し、第１のモデルの出力を得る。また、例えば、第２のモデルには第１のＰＩＤ制御器１１からの出力を入力し、第２のモデルの出力を得る。第１のむだ時間補償器１３は、例えば、第１の部分制御対象１Ａの出力ＰＶ１から第１のモデルの出力を減算して、干渉項と外乱に相当する成分を求める。さらに、第１のむだ時間補償器１３は、減算結果に第２のモデルの出力を加算して出力する。なお、上述の加算及び減算の順序が逆でもよいことはいうまでもない。第２のむだ時間補償器１７は第１のむだ時間補償器１３と同様に、第２の部分制御対象１Ｂに対する上記第１のモデルと第２のモデルを有し、同様の処理を行うように構成することができる。

【0026】

なお、第１のむだ時間補償器１３からの出力を、第１の部分制御対象１Ａに対するフィードバックループにおけるフィードバックとしてもよい。また、第２の部分制御対象１Ｂの出力に対しても、第２のむだ時間補償器１７より第２の部分制御対象１Ｂの時間遅れを補償して、第２の部分制御対象１Ｂに対するフィードバックループにおけるフィードバックとしてもよい。

【0027】

このような構成により、ファストモードの出力が、スローモードの時間遅れとファストモードの時間遅れの双方を含むことを回避できる。また、外乱や干渉項を同定あるいは推定せずとも、ファストモードの出力での定常偏差を少なく又は零にできる。
（構成３）

【0028】

本実施の形態は、ファストモードにおける目標値応答について、第２のＰＩＤ制御器１６とＦＦ補償器１５を有する構成とする。

【0029】

ＦＦ補償器１５は、第２の部分制御対象１Ｂの逆特性を有する。第２の部分制御対象１Ｂの目標値ＳＶ２をＦＦ補償器１５と第２のＰＩＤ制御器１６に与え、ＦＦ補償器１５の出力と第２のＰＩＤ制御器１６の出力を加算して第２の部分制御対象１Ｂに与える。

【0030】

このような構成により、ファストモード自身の追従性を改善できる。換言すると、ファストモード自身の持つ動特性の遅れを改善し、スローモードの出力に対してほぼ遅れなく追従可能となる。これにより、スローモードとファストモードの温度差をより小さくすることが可能である。

【0031】

（構成４）
本実施の形態は、スローモードとファストモードの間のむだ時間差を補償する構成（第１のむだ時間差補償器１２、第２のむだ時間差補償器１４）を有する。

【0032】

スローモードの第１の部分制御対象１Ａとファストモードの第２の部分制御対象１Ｂは、各々のむだ時間に差がある。したがって、第１のむだ時間補償器１３からの遅れ無し出力をファストモードにおける目標値ＳＶ２とした場合、第１の部分制御対象１Ａの出力ＰＶ１は第１の部分制御対象１Ａのむだ時間分（Ｌ１とする）だけ遅れて出力されるのに対して、第２の部分制御対象１Ｂの出力ＰＶ２は第２の部分制御対象１Ｂのむだ時間分（Ｌ２とする）だけ遅れて出力される。その結果、両モードの出力にはむだ時間差分だけ時間差が生じる。これにより、同じ時間でみると温度差が生じる。

【0033】

本実施の形態の第１のむだ時間差補償器１２は、第２の部分制御対象１Ｂのむだ時間が第１の部分制御対象１Ａのむだ時間より長い場合（Ｌ２＞Ｌ１）、第１の部分制御対象１Ａの操作量を遅らせる。第１のむだ時間差補償器１２は、例えば第２の部分制御対象１Ｂのむだ時間から第１の部分制御対象１Ａのむだ時間を引いた差分（Ｌ２−Ｌ１）の時間だけ遅らせる。第２のむだ時間差補償器１４は、第１の部分制御対象１Ａのむだ時間が第２の部分制御対象１Ｂのむだ時間より長い場合（Ｌ１＞Ｌ２）、第２の部分制御対象１Ｂの目標値又は操作量を遅らせる。第２のむだ時間差補償器１４は、例えば第１の部分制御対象１Ａのむだ時間から第２の部分制御対象１Ｂのむだ時間を引いた差分（Ｌ１−Ｌ２）の時間だけ遅らせる。

【0034】

なお、第２の部分制御対象１Ｂのむだ時間が第１の部分制御対象１Ａのむだ時間より長い場合、第１のむだ時間差補償器１２を有効にし、第１の部分制御対象１Ａのむだ時間が第２の部分制御対象１Ｂのむだ時間より長い場合、第２のむだ時間差補償器１４を有効にする切り替え部（図示せず）をさらに有しても良い。

【0035】

このような構成により、ファストモードの出力波形の形状がスローモードの出力波形の形状に一致しても、両出力にむだ時間差分だけ時間的にずれが生じ、出力の差（例えば、温度差）が一致しないという状況を改善できる。換言すると、応答波形の形状はスローモードの波形に一致させ、時間軸ではむだ時間の長いモードに一致させることで、両者の温度差の最小化を図ることが可能となる。

【0036】

（構成５）
本実施の形態は、スローモードとファストモードにおける目標値が異なる場合でも、各モードにおける目標値の比を用いてファストモードにおける目標値を適切に設定する構成（目標値調整器１８）を有する。

【0037】

目標値調整器１８は、スローモードにおける目標値ｒ１とファストモードにおける目標値ｒ２の比（ｒ２／ｒ１）を入力される信号に乗じて出力する。ここでのファストモードにおける目標値ｒ２とは、スローモードの出力に応じて動的に設定される目標値ＳＶ２ではなく、ファストモードの出力ＰＶを最終的に到達させたい本来の目標値（本明細書において、最終目標値と称する）である。ここでのスローモードにおける目標値ｒ１は、上述の目標値ＳＶ１と同じであるが、便宜上ｒ１と記す。

【0038】

このような構成により、温度差の制御に加え、多点間の温度の比を直接制御することができる。より具体的には、多点の目標値が異なる場合にも、スローモードの応答に対してファストモードの応答をそれらの比率を一定に制御しながら異なる目標値に追従させることができる。また、多点での目標値への到達時間を一致させ、またその応答の傾き（レート）を直接的に制御することができる。

【0039】

上述の構成１を基本構成とし、構成２乃至構成５を適宜組み合わせることができる。例えば本実施の形態の制御装置１０は、以下の各態様のように構成することができるが、この組み合わせのみに限定されるものではない。

【0040】

（態様１）
制御装置１０は上述の構成１で構成してもよい。換言すると、制御装置１０は、第１のＰＩＤ制御器１１と第２のＰＩＤ制御器１６を備える。第２の部分制御対象１Ｂの目標値として第１の部分制御対象１Ａの出力を用いる。

【0041】

（態様２）
制御装置１０は、上述の構成１と構成２で構成してもよい。換言すると、制御装置１０は、第１のＰＩＤ制御器１１と、第２のＰＩＤ制御器１６と、第１のむだ時間補償器１３を備える。制御装置１０は、第２のむだ時間補償器１７をさらに備えても良い。第２の部分制御対象１Ｂの目標値として、第１のむだ時間補償器１３の出力を用いる。

【0042】

（態様３）
制御装置１０は、上述の構成１〜構成３で構成してもよい。換言すると、制御装置１０は、第１のＰＩＤ制御器１１と、第２のＰＩＤ制御器１６と、第１のむだ時間補償器１３と、ＦＦ補償器１５を備える。制御装置１０は、第２のむだ時間補償器１７をさらに備えても良い。第２の部分制御対象１Ｂの目標値として、第１のむだ時間補償器１３の出力を用いる。

【0043】

（態様４）
制御装置１０は、上述の構成１〜構成４で構成してもよい。換言すると、制御装置１０は、第１のＰＩＤ制御器１１と、第２のＰＩＤ制御器１６と、第１のむだ時間補償器１３と、ＦＦ補償器１５と、第１のむだ時間差補償器１２と、第２のむだ時間差補償器１４を備える。制御装置１０は、第２のむだ時間補償器１７をさらに備えても良い。第２の部分制御対象１Ｂの目標値として、第２のむだ時間差補償器１４の出力を用いる。

【0044】

（態様５）
制御装置１０は、上述の構成１〜構成５で構成してもよい。換言すると、制御装置１０は、第１のＰＩＤ制御器１１と、第２のＰＩＤ制御器１６と、第１のむだ時間補償器１３と、ＦＦ補償器１５と、第１のむだ時間差補償器１２と、第２のむだ時間差補償器１４と目標値調整器１８を備える。制御装置１０は、第２のむだ時間補償器１７をさらに備えても良い。第２の部分制御対象１Ｂの目標値として、目標値調整器１８の出力を用いる。

【0045】

（態様６）
制御装置１０は、上述の構成１と構成３で構成してもよい。換言すると、制御装置１０は、第１のＰＩＤ制御器１１と、第２のＰＩＤ制御器１６と、ＦＦ補償器１５を備える。第２の部分制御対象１Ｂの目標値として第１の部分制御対象１Ａの出力を用いる。

【0046】

（態様７）
制御装置１０は、上述の構成１と構成５で構成してもよい。換言すると、制御装置１０は、第１のＰＩＤ制御器１１と、第２のＰＩＤ制御器１６と、目標値調整器１８を備える。第２の部分制御対象１Ｂの目標値として、目標値調整器１８の出力を用いる。

【0047】

（態様８）
上述の態様１、態様２、及び、態様６に対して、構成４を更に付加してもよい。この場合、第２の部分制御対象１Ｂの目標値として、第２のむだ時間差補償器１４の出力を用いる。

【0048】

（態様９）
上述の態様１、態様２、態様６、及び、態様８に対して、構成５を更に付加してもよい。第２の部分制御対象１Ｂの目標値として、目標値調整器１８の出力を用いる。

【0049】

３．シミュレーション結果
次に、２入出力温度制御でのシミュレーション結果を示す。図２は、従来の制御法による平均温度と多点間の温度差のシミュレーション結果を示す。図では、多点制御、特許文献１に示す方法及び特許文献２に示す方法について、制御対象の２点の平均温度２１と各点間の温度差２２の結果を示している。図中、多点制御における結果を実線で示し、符号にａを付している。また、特許文献１に示す方法における結果を破線で示し、符号にｂを付している。特許文献２に示す方法における結果を一点鎖線で示し、符号にｃを付している。図より、多点制御、特許文献１に示す方法、及び特許文献２に示す方法での最大温度差は、それぞれ約６８℃、約１８℃、約２５℃である。

【0050】

図３Ａ及び図３Ｂは、上述の態様２（構成１＋２）におけるシミュレーション結果を示す。換言すると、干渉項と外乱成分を含む、スローモードの遅れ無し出力（第１のむだ時間補償器１３の出力）をファストモードにおける目標値ＳＶ２としたシミュレーション結果を示す。図３Ａの上段は各モードにおける目標値ＳＶ１、ＳＶ２と出力ＰＶ１、ＰＶ２を示す。同図下段は各モードの制御入力ＭＶ１、ＭＶ２を示す。図３Ｂの上段は、各点の平均温度の目標値３１、平均温度３２、各点間の温度差の目標値４１、及び、各点間の温度差４２を示す。同図下段は制御入力を表している。図３Ｂ上段より、最大温度差（各点間の最大温度差）は約２５℃であり、従来法と同等程度であることがわかる。また、目標値からの行き過ぎ量や整定時間といった動特性も改善されていることが確認できる。さらに、干渉があるにもかかわらず定常偏差は零となっている。

【0051】

図４Ａ及び図４Ｂは、上述の態様３（構成１＋２＋３）におけるシミュレーション結果を示す。換言すると、ファストモードにＦＦ補償器１５を導入した場合のシミュレーション結果を示す。図４Ａ上段より、ＦＦ補償器１５によりファストモードの応答性、特に行き過ぎ量が低減し、その結果最大温度差が約１５℃まで改善されたことがわかる。

【0052】

図５Ａ及び図５Ｂは、上述の態様４（構成１＋２＋３＋４）におけるシミュレーション結果を示す。換言すると、スローモードとファストモードの制御対象のむだ時間の差を補償したシミュレーション結果を示す。なお、この例では、両モードのむだ時間の差は０．５秒であり、スローモードの方がファストモードに比べ、むだ時間が長い。図５Ａ上段に示すように、図４Ａ上段に示す態様３に対して、ファストモードの出力ＰＶ２の立ち上がりが０．５秒遅れる。このように、ファストモードの出力ＰＶ２の立ち上がりとスローモードの出力ＰＶ１の立ち上がりが一致し、特に立ち上がり部分での両モードの温度差が更に小さくなることがわかる。図５Ｂ上段を見ても、温度差が小さくなっていることが確認できる。この例では最大温度差も１２℃に改善された結果となる。

【0053】

図６Ａ及び図６Ｂは、上述の態様５（構成１＋２＋３＋４＋５）で異なる目標値におけるシミュレーション結果を示す。換言すると、上述の構成１から構成５の全てを含む制御装置１０での異なる目標値におけるシミュレーション結果である。この例では、目標値としてスローモードにおける目標値ｒ１を１００℃、ファストモードにおける目標値ｒ２を２００℃とした例を示す。態様５では、各目標値に対する温度の比が制御されており、図６Ａ上段より、目標値への到達時間も温度の比の制御に応じてほぼ同一となっていることが確認できる。また、図６Ｂ上段の温度差も、定常状態で１００℃（目標値の差）に制御されていることが確認できる。

【0054】

図７Ａ及び図７Ｂは、上述の態様５で同一目標値におけるシミュレーション結果を示す。換言すると、上述の構成１から構成５の全てを含む制御装置１０での同一目標値におけるシミュレーション結果を示す。図７Ｂより、平均温度特性では過渡特性（行き過ぎ量及び整定時間）も改善されており、また最大温度差は１２℃であり、従来法より優れた効果を奏することが確認できる。

【0055】

図８Ａ及び図８Ｂは、上述の態様６（構成１＋３）におけるシミュレーション結果を示す。換言すると、ファストモードにＦＦ補償器１５を導入し、２自由度制御を適用した場合のシミュレーション結果を示す。従来の多点ＰＩＤ制御器に対して、応答が改善されることは確認できる。ただし、むだ時間分の遅れが生じるため応答が遅れる。
４．３点以上の制御

【0056】

上述の実施の形態では、主に２つの測定点（２点）を制御する例を用いて説明したが、本実施の形態は３点以上を制御する場合にも適用可能である。３点以上の制御の場合には、例えば入力に対する応答が最も遅い点に対する制御系をスローモードとし、それ以外の点に対する各制御系をファストモードとして信号の下流側に並列に配置してもよい。この場合、応答が最も遅いスローモードの出力をファストモードのすべての制御系における目標値としてもよい。なお、応答が最も遅い点に対する制御系をスローモードとする以外に、入力に対する応答が他の測定点に対して相対的に遅い点のひとつに対する制御系をスローモードとしてもよい。また、目標値と出力の偏差が大きいモードをマスタと捉え上流に配置し、その出力をそれ以外のモードへの目標値とした構造にしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0057】

本発明は、例えば、多入出力制御系に適用可能である。

【符号の説明】

【0058】

１０ 制御装置
１１ 第１のＰＩＤ制御器
１２ 第１のむだ時間差補償器
１３ 第１のむだ時間補償器
１４ 第２のむだ時間差補償器
１４ フィードフォワ―ド補償器（ＦＦ補償器）
１６ 第２のＰＩＤ制御器
１７ 第２のむだ時間補償器
１８ 目標値調整器

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】