特開 2024-142835 制御装置、制御方法、制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024142835

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】制御装置、制御方法、制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   G05B 11/36 20060101AFI20241003BHJP

【ＦＩ】

G05B11/36 501B

G05B11/36 505A

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023055186

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000133526

【氏名又は名称】株式会社チノー

(74)【代理人】

【識別番号】100067323

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 教光

(74)【代理人】

【識別番号】100124268

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 典行

(72)【発明者】

【氏名】尾島 大樹

(72)【発明者】

【氏名】今村 藍介

(72)【発明者】

【氏名】牛田 大貴

(72)【発明者】

【氏名】桜井 智広

【テーマコード（参考）】

5H004

【Ｆターム（参考）】

5H004GA02

5H004GA03

5H004HA01

5H004HA02

5H004JA03

5H004KB02

5H004KB04

5H004KB06

5H004KC38

5H004MA12

(57)【要約】

【課題】測定値の揺れを抑えたり、最終目標値に収束までの時間を短縮する。
【解決手段】ＰＩＤ値、二自由度係数、微分ゲイン係数をパラメータ設定部２にて設定し、目標値変化率算出部５が目標値変化率を算出し、ベース時定数算出部６がＰＩＤ値の微分時間または積分時間を使用したベース時定数を算出し、時定数算出部７がベース時定数と二自由度係数に基づいて時定数を算出し、オフセット算出部８が二自由度係数、ベース時定数、目標値変化率に基づいてオフセットを算出する。目標値フィルタ部９は、制御周期ごとに目標値を更新し、更新後の目標値と最終目標値との差である目標値差がオフセットに到達したか否かを判定し、目標値差がオフセットに到達したと判定したときに更新後の目標値と更新後の目標値に１次遅れフィルタを付加した目標値のうち値の小さい方を目標値フィルタ処理後の目標値として選択出力する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

制御対象の物理量の測定値が最終目標値になるように前記制御対象をランプ制御する制御装置において、
ＰＩＤ値、二自由度係数、微分ゲイン係数を設定するパラメータ設定部と、
目標値変化率を算出する目標値変化率算出部と、
前記ＰＩＤ値の微分時間または積分時間を使用したベース時定数を算出するベース時定数算出部と、
前記ベース時定数と前記二自由度係数に基づいて時定数を算出する時定数算出部と、
前記二自由度係数、前記ベース時定数、前記目標値変化率に基づいてオフセットを算出するオフセット算出部と、
予め決められた制御周期ごとに目標値を更新する目標値更新処理部と、該目標値更新処理部による更新後の目標値と前記最終目標値との差である目標値差が前記オフセットに到達したか否かを判定するオフセット判定部と、前記目標値差が前記オフセットに到達したと判定したときに前記更新後の目標値と該更新後の目標値に１次遅れフィルタを付加した目標値のうち値の小さい方を目標値フィルタ処理後の目標値として選択出力するセレクタとを含む目標値フィルタ部と、
前記目標値フィルタ処理後の目標値と前記測定値との差を偏差として演算する偏差演算部と、
前記偏差に基づいて前記制御対象の物理量を制御するための操作量を算出するＰＩＤ制御部と、を備えたことを特徴とする制御装置。

【請求項2】

制御対象の物理量の測定値が最終目標値になるように前記制御対象をランプ制御する制御方法において、
ＰＩＤ値、二自由度係数、微分ゲイン係数を設定するステップと、
目標値変化率を算出するステップと、
前記ＰＩＤ値の微分時間または積分時間を使用したベース時定数を算出するステップと、
前記ベース時定数と前記二自由度係数に基づいて時定数を算出するステップと、
前記二自由度係数、前記ベース時定数、前記目標値変化率に基づいてオフセットを算出するステップと、
予め決められた制御周期ごとに目標値を更新するステップと、
前記更新後の目標値と前記最終目標値との差である目標値差が前記オフセットに到達したか否かを判定するステップと、
前記目標値差が前記オフセットに到達したと判定したときに前記更新後の目標値と該更新後の目標値に１次遅れフィルタを付加した目標値のうち値の小さい方を目標値フィルタ処理後の目標値として選択出力するステップと、
前記目標値フィルタ処理後の目標値と前記測定値との差を偏差として演算するステップと、
前記偏差に基づいて前記制御対象の物理量を制御するための操作量を算出するステップと、を含むことを特徴とする制御方法。

【請求項3】

制御対象の物理量の測定値が最終目標値になるように前記制御対象をランプ制御するときに、
コンピュータを、
ＰＩＤ値、二自由度係数、微分ゲイン係数を設定するパラメータ設定部と、
目標値変化率を算出する目標値変化率算出部と、
前記ＰＩＤ値の微分時間または積分時間を使用したベース時定数を算出するベース時定数算出部と、
前記ベース時定数と前記二自由度係数に基づいて時定数を算出する時定数算出部と、
前記二自由度係数、前記ベース時定数、前記目標値変化率に基づいてオフセットを算出するオフセット算出部と、
予め決められた制御周期ごとに目標値を更新する目標値更新処理部と、該目標値更新処理部による更新後の目標値と前記最終目標値との差である目標値差が前記オフセットに到達したか否かを判定するオフセット判定部と、前記目標値差が前記オフセットに到達したと判定したときに前記更新後の目標値と該更新後の目標値に１次遅れフィルタを付加した目標値のうち値の小さい方を目標値フィルタ処理後の目標値として選択出力するセレクタとを含む目標値フィルタ部と、
前記目標値フィルタ処理後の目標値と前記測定値との差を偏差として演算する偏差演算部と、
前記偏差に基づいて前記制御対象の物理量を制御するための操作量を算出するＰＩＤ制御部として機能させることを特徴とする制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば電気炉、ガス炉などの制御対象の物理量（温度、流量など）をランプ制御する制御装置、制御方法、制御プログラムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、ランプ制御において、通常のランプＳＶ（勾配目標値）で制御させようとすると、図６の点線で示すように、ＰＶ（測定値）が最終目標値ＳＶ１を超えてオーバーシュートが発生するという問題があった。特に、熱処理の分野においては、オーバーシュートがワーク（材料）の特性を変化させるため、極力発生させないことが望ましい。

【0003】

そこで、上記課題を解消する従来技術として、一次遅れフィルタをランプＳＶに付加してＳＶ（目標値）の変化を遅らせ、オーバーシュートを抑制する機能が使われている。なお、一次遅れフィルタとしては、例えば下記特許文献１に開示される目標値フィルタが知られている。

【0004】

目標値フィルタの基本式は、τ：時定数［ｓ］、ＳＶ（ｓ）：目標値、ＳＶＦ（ｓ）：目標値フィルタ処理後の目標値とすると、ＳＶＦ（ｓ）＝（１／（１＋τｓ））ＳＶ（ｓ）…式（１）で表すことができる。

【0005】

式（１）において、１／（１＋τｓ）は信号処理分野の一次遅れ要素を表している。ｓはラプラス演算子であり、微分と同じ意味を持つ。１／ｓは積分を表す。式（１）はランプＳＶに一次遅れ要素を追加して、ＳＶの変化を遅らせている。一次遅れ要素を付加したＳＶのことを目標値フィルタ処理後のＳＶとして、ＳＶＦと表す。この処理全般のことを目標値フィルタまたは目標値フィルタ演算と呼ぶ。

【0006】

従来技術では、ランプ関数のＳＶに対して式（１）の一次遅れフィルタをかけることで、ＳＶを図７（ａ），（ｂ）に示すように遅らせている。図７（ｂ）において、点Ｐで目標値フィルタによる一次遅れフィルタの処理を開始し、ＳＶの変化を遅らせてからＳＶが最終目標値ＳＶ１に到達するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第６９６５５１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上述した従来技術の目標値フィルタでは、オーバーシュートを抑制することはできるが、ランプＳＶに一次遅れ要素を付加するため遅れ要素が増えてしまう。ここで、ランプ関数は、下記式（２）のように、１／ｓ² の遅れ要素を含んでおり、下記式（３）のステップ関数と比較して、遅れ要素を多く含む。そのため、従来技術のように、ランプ関数のＳＶに対して一次遅れフィルタをかけると、ＳＶＦの変化がより遅れることになる。

【0009】

ランプ関数のラプラス変換式：Ｆγ（ｓ）＝１／ｓ² …式（２）、ステップ関数のラプラス変換式：Ｆｓ（ｓ）＝１／ｓ…式（３）

【0010】

その結果、測定値（ＰＶ）の揺れの原因となったり、最終目標値に収束するまでに時間を要するという問題があった。

【0011】

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、測定値の揺れを抑えたり、最終目標値に収束までの時間を短縮することができる制御装置、制御方法、制御プログラムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された制御装置は、制御対象の物理量の測定値が最終目標値になるように前記制御対象をランプ制御する制御装置において、
ＰＩＤ値、二自由度係数、微分ゲイン係数を設定するパラメータ設定部と、
目標値変化率を算出する目標値変化率算出部と、
前記ＰＩＤ値の微分時間または積分時間を使用したベース時定数を算出するベース時定数算出部と、
前記ベース時定数と前記二自由度係数に基づいて時定数を算出する時定数算出部と、
前記二自由度係数、前記ベース時定数、前記目標値変化率に基づいてオフセットを算出するオフセット算出部と、
予め決められた制御周期ごとに目標値を更新する目標値更新処理部と、該目標値更新処理部による更新後の目標値と前記最終目標値との差である目標値差が前記オフセットに到達したか否かを判定するオフセット判定部と、前記目標値差が前記オフセットに到達したと判定したときに前記更新後の目標値と該更新後の目標値に１次遅れフィルタを付加した目標値のうち値の小さい方を目標値フィルタ処理後の目標値として選択出力するセレクタとを含む目標値フィルタ部と、
前記目標値フィルタ処理後の目標値と前記測定値との差を偏差として演算する偏差演算部と、
前記偏差に基づいて前記制御対象の物理量を制御するための操作量を算出するＰＩＤ制御部と、を備えたことを特徴とする。

【0013】

本発明の請求項２に記載された制御方法は、制御対象の物理量の測定値が最終目標値になるように前記制御対象をランプ制御する制御方法において、
ＰＩＤ値、二自由度係数、微分ゲイン係数を設定するステップと、
目標値変化率を算出するステップと、
前記ＰＩＤ値の微分時間または積分時間を使用したベース時定数を算出するステップと、
前記ベース時定数と前記二自由度係数に基づいて時定数を算出するステップと、
前記二自由度係数、前記ベース時定数、前記目標値変化率に基づいてオフセットを算出するステップと、
予め決められた制御周期ごとに目標値を更新するステップと、
前記更新後の目標値と前記最終目標値との差である目標値差が前記オフセットに到達したか否かを判定するステップと、
前記目標値差が前記オフセットに到達したと判定したときに前記更新後の目標値と該更新後の目標値に１次遅れフィルタを付加した目標値のうち値の小さい方を目標値フィルタ処理後の目標値として選択出力するステップと、
前記目標値フィルタ処理後の目標値と前記測定値との差を偏差として演算するステップと、
前記偏差に基づいて前記制御対象の物理量を制御するための操作量を算出するステップと、を含むことを特徴とする。

【0014】

本発明の請求項３に記載された制御プログラムは、制御対象の物理量の測定値が最終目標値になるように前記制御対象をランプ制御するときに、
コンピュータを、
ＰＩＤ値、二自由度係数、微分ゲイン係数を設定するパラメータ設定部と、
目標値変化率を算出する目標値変化率算出部と、
前記ＰＩＤ値の微分時間または積分時間を使用したベース時定数を算出するベース時定数算出部と、
前記ベース時定数と前記二自由度係数に基づいて時定数を算出する時定数算出部と、
前記二自由度係数、前記ベース時定数、前記目標値変化率に基づいてオフセットを算出するオフセット算出部と、
予め決められた制御周期ごとに目標値を更新する目標値更新処理部と、該目標値更新処理部による更新後の目標値と前記最終目標値との差である目標値差が前記オフセットに到達したか否かを判定するオフセット判定部と、前記目標値差が前記オフセットに到達したと判定したときに前記更新後の目標値と該更新後の目標値に１次遅れフィルタを付加した目標値のうち値の小さい方を目標値フィルタ処理後の目標値として選択出力するセレクタとを含む目標値フィルタ部と、
前記目標値フィルタ処理後の目標値と前記測定値との差を偏差として演算する偏差演算部と、
前記偏差に基づいて前記制御対象の物理量を制御するための操作量を算出するＰＩＤ制御部として機能させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、ＳＶ（目標値）の切替タイミングでＳＶをステップ変化させて遅れ要素を減らすことにより、測定値の揺れを抑えたり、最終目標値に収束までの時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る制御装置の全体構成を示すブロック図である。

【図2】図１の目標値フィルタ部の内部構成を示す図である。

【図3】図１のＰＩＤ制御部の内部構成を示す図である。

【図4】（ａ），（ｂ）本発明の目標値フィルタ部による改良前後の説明図である。

【図5】本発明の目標値フィルタ部による目標値フィルタ開始条件を示す説明図である。

【図6】従来のランプ制御における問題点の説明図である。

【図7】（ａ），（ｂ）一次遅れフィルタをランプＳＶに付加したときの従来技術の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

【0018】

図１に示すように、本実施の形態の制御装置１は、例えば電気炉、ガス炉、電磁弁などを制御対象Ｗとして物理量（温度、流量など）を所定の目標値変化率でランプ制御するものであり、パラメータ設定部２、入力部３、目標値設定部４、目標値変化率算出部５、ベース時定数算出部６、時定数算出部７、オフセット算出部８、目標値フィルタ部９、偏差演算部１０、ＰＩＤ制御部１１、出力部１２、操作器１３を備えて概略構成される。

【0019】

なお、本実施の形態では、図１に示すように、ヒータＷ１（プロセス）と温度センサＷ２（物理量を検出するセンサ）を備えた電気炉を制御対象Ｗとし、制御装置１により電気炉の温度（物理量）をランプ制御する場合を例にとって説明する。

【0020】

パラメータ設定部２は、制御対象Ｗのランプ制御に必要な各種パラメータとして、ＰＩＤ値（比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉ、微分時間Ｔｄ）、二自由度係数β、γ、微分ゲイン係数ηを設定する。本実施の形態の制御装置１は、ユーザが各種パラメータの値を設定し、その値に従って動作する。

【0021】

入力部３は、温度センサＷ２からの検出信号を取得して温度に変換し、変換した温度の測定値ＰＶを偏差演算部１０に出力する。

【0022】

目標値設定部４は、目標値ＳＶ（開始目標値ＳＶ０、最終目標値ＳＶ１）、開始目標値ＳＶ０から最終目標値ＳＶ１までの区間時間ｔを設定する。

【0023】

目標値変化率算出部５は、目標値設定部４にて設定された開始目標値ＳＶ０、最終目標値ＳＶ１、区間時間ｔに基づいて目標値変化率ΔＳＶ＝（最終目標値ＳＶ１－開始目標値ＳＶ０）÷区間時間ｔを算出し、算出した目標値変化率ΔＳＶをオフセット算出部８に出力する。

【0024】

ベース時定数算出部６は、微分時間をもとにしたベース時定数τ’を下記式（４）にて算出し、算出したベース時手数τ’を時定数算出部７に出力する。

【0025】

τ’＝Ｐｂ（Ｔｄ／（１＋ηＴｄ））…式（４）なお、式（４）において、τ’：ベース時定数［ｓ］、Ｐｂ：比例帯［％］、Ｔｄ：微分時間［ｓ］、η：微分ゲイン係数である。

【0026】

式（４）は微分時間Ｔｄを使用したベース時定数τ’の算出方法を示している。微分時間Ｔｄ、積分時間Ｔｉは制御対象Ｗの時間要素と関係のあるパラメータである。熱処理分野において、応答の速いプロセスでは微分時間Ｔｄ、積分時間Ｔｉが小さくなり、応答が遅いプロセスでは微分時間Ｔｄ、積分時間Ｔｉが大きくなる。

【0027】

また、一般的に微分ゲイン係数ηは、ＰＩＤ制御の不完全微分で使われているパラメータである。熱処理分野のＰＩＤ制御では完全微分ではなく、完全微分に一次遅れ要素を付加した不完全微分が使われている。このときの一次遅れ要素の大小を決定するのが、微分ゲイン係数ηである。そのため、上記式（４）では、微分時間Ｔｄと微分に関係のある微分ゲイン係数ηで時定数を表している。

【0028】

比例帯ＰｂはＰＩＤ制御のＰパラメータである。一般的に、応答が速いプロセスを制御するときはＰが小さくなり、応答が遅いプロセスを制御するときはＰが大きくなる。また、応答が速いプロセスのときは時定数が小さくなり、応答が遅いプロセスのときは時定数が大きくなる。これにより、Ｐｂと時定数には線形関係があり、この対応を式に反映させている。

【0029】

なお、ベース時定数算出部６は、積分時間Ｔｉをもとにしたベース時定数τ’を下記式（５）にて算出することもできる。

【0030】

τ’＝Ｐｂ（Ｔｉ／（１＋Ｔｉ））…式（５）なお、式（５）において、τ’：ベース時定数［ｓ］、Ｐｂ：比例帯［％］、Ｔｉ：積分時間［ｓ］である。

【0031】

上記式（５）は積分時間Ｔｉを使用したベース時定数τ’の算出方法を示しており、微分を使ったものと比べて微分ゲイン係数ηを排除している。それ以外は微分時間Ｔｄの式（４）と同等である。

【0032】

時定数算出部７は、ベース時定数算出部６にて算出したベース時定数τ’と、パラメータ設定部２にて設定された二自由度係数β，γから時定数τを下記式（６）にて算出し、算出した時定数τを目標値フィルタ部９に出力する。

【0033】

τ＝βγτ’…式（６）なお、式（６）において、τ：時定数［ｓ］、τ’：ベース時定数［ｓ］、β：二自由度係数、γ：二自由度係数である。

【0034】

背景技術の欄で説明した目標値フィルタの基本式である式（１）の一次遅れ要素の遅れ量を決定するのが時定数τである。時定数τが大きいとＳＶ（目標値）はゆっくり変化し、最終的にＳＶへ収束する。時定数τが小さいとＳＶに速く収束する。二自由度係数β，γはＰＩＤ制御の分野ではよく使われている用語である。二自由度とはパラメータを増やし、設定の自由度を上げることである。

【0035】

なお、目標値フィルタの基本式である式（１）は、後退差分法の下記式（２）を用いて下記式（３）の離散式に変換することができる。

【0036】

式（２）は信号処理分野では一般的に使われている後退差分法を表している。この処理は、アナログデータをデジタルデータへ変換している。この内容は一般論である。

【0037】

また、式（１）のアナログデータ式を式（２）の後退差分法で解くと、下記式（３）のデジタルデータ式に変換される。この内容は一般論である。

【0038】

ｓ＝（１－Ｚ^-1）／ΔＴ…式（２）なお、Ｚ^-1：遅延演算子、ΔＴ：サンプリング周期［ｓ］である。

【0039】

ｓｖｆ（ｎ）＝（ΔＴ・ｓｖ（ｎ））／（ΔＴ＋τ）＋（τ・ｓｖｆ（ｎ－１）／（ΔＴ＋τ）…式（３）なお、τ：時定数［ｓ］、ΔＴ：サンプリング周期［ｓ］、ｓｖ（ｎ）：現在のＳＶ、ｓｖｆ（ｎ）：現在のＳＶＦ、ｓｖｆ（ｎ－１）：前回のＳＶＦである。

【0040】

二自由度係数βは時定数τに影響を与えるパラメータであり、時定数τのパラメータ調整をするときに使う。二自由度係数γは時定数τと後述のフィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔに影響を与えるパラメータであり、時定数τとフィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔのパラメータ調整をするときに使う。

【0041】

オフセット算出部８は、ベース時定数算出部６にて算出したベース時定数τ’と、パラメータ設定部２にて設定された二自由度係数γと、目標値変化率算出部５にて算出した目標値変化率ΔＳＶからフィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔを下記式（７）にて算出し、算出したフィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔを目標値フィルタ部９に出力する。

【0042】

Ｏｆｆｓｅｔ＝γτ’ΔＳＶ…式（７）なお、式（７）において、γ：二自由度係数、τ’：ベース時定数［ｓ］、ΔＳＶ：目標値変化率である。

【0043】

フィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔは目標値フィルタ演算を開始する温度を表している。終了目標値ＳＶ１からＯｆｆｓｅｔを引いた値が目標値フィルタ演算の開始温度となる。ランプＳＶ（勾配目標値）が目標値フィルタ演算開始温度まで達すると目標値フィルタ演算が開始される。ＳＶ変化率ΔＳＶをＯｆｆｓｅｔ算出に用いることで、ランプＳＶの傾きが大きいときフィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔの値が大きくなり速いプロセスにもフィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔを大きくして対応する。これに対し、遅いプロセスの場合はフィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔを小さくすることで対応する。

【0044】

目標値フィルタ部９は、ＳＶ（目標値）に一次遅れフィルタを実施し、ＳＶを遅らせたＳＶＦ（目標値フィルタ処理後の目標値）を生成する。遅延量は時定数τにより決定し、目標値フィルタ処理の開始条件はＯｆｆｓｅｔ値より決定する。

【0045】

目標値フィルタ部９は、図２に示すように、目標値更新処理部９ａ、オフセット判定部９ｂ、１次遅れフィルタ９ｃ、セレクタ９ｄを備えて構成される。

【0046】

目標値更新処理部９ａは、予め決められた制御周期ごとにＳＶ（目標値）を更新処理する（目標値変化率ΔＳＶを加算、減算する）。例えばＳＶ（目標値）を例にとって具体的数値を示すと、１０秒でＳＶ（目標値）を０℃から１００℃まで上昇させるとき、１００ｍｓごとに１℃上昇させる（１℃→２℃→３℃→…→１００℃：１００ｍｓ更新）。なお、制御周期とは、制御対象Ｗの温度センサＷ２からのＰＶ（測定値）の取得→ＳＶ（目標値）の更新→目標値フィルタ演算→偏差演算→ＰＩＤ制御演算→制御対象ＷのヒータＷ１への出力処理からなる一連の処理を実行する周期である。

【0047】

オフセット判定部９ｂは、制御周期ごとに更新されるＳＶ（目標値）と最終目標値ＳＶ１との差（目標値差）がフィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔ内に到達したか否かを判定する。そして、前記目標値差がフィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔ内に到達したと判定したときに、目標値フィルタ演算を実行する。

【0048】

１次遅れフィルタ９ｃは、更新後のＳＶ（目標値）に対して１次遅れフィルタを付加したＳＶＦ’を出力することにより、式（１）に示す目標値フィルタの基本式を実行するフィルタである。なお、式（１）の１／（１＋τｓ）の部分が１次遅れフィルタ９ｃに対応している。

【0049】

セレクタ９ｄは、更新後のＳＶ（目標値）と１次遅れフィルタ９ｃの出力ＳＶＦ’のうち値の小さい方を選択し、選択した値を目標値フィルタ処理後の目標値ＳＶＦとして出力する。

【0050】

偏差演算部１０は、目標値フィルタ部９から出力される目標値フィルタ処理後の目標値ＳＶＦと、制御対象Ｗの温度センサＷ２から入力部３を介して取得した測定値ＰＶとの差、すなわち、ＳＶＦ－ＰＶを偏差Ｅとして演算し、演算した偏差ＥをＰＩＤ制御部１１に出力する。

【0051】

ＰＩＤ制御部１１は、一般的に使用されているＰＩＤ値に基づく制御を行うものであり、図３に示すように、比例演算部１１ａ、積分演算部１１ｂ、微分演算部１１ｃ、加算部１１ｄ、出力制限部１１ｅを備えて構成される。

【0052】

比例演算部１１ａは、偏差演算部１０からの偏差Ｅに基づいてＰ制御演算を行い、Ｐ制御演算結果ＭＶＰを加算部１１ｄに出力する。

【0053】

積分演算部１１ｂは、偏差演算部１０からの偏差Ｅに基づいてＩ制御演算を行い、Ｉ制御演算結果ＭＶＩを加算部１１ｄに出力する。

【0054】

微分演算部１１ｃは、偏差演算部１０からの偏差Ｅに基づいてＤ制御演算を行い、Ｄ制御演算結果ＭＶＤを加算部１１ｄに出力する。

【0055】

加算部１１ｄは、比例演算部１１ａによるＰ制御演算結果ＭＶＰと、積分演算部１１ｂによるＩ制御演算結果ＭＶＩと、微分演算部１１ｃによるＤ制御演算結果ＭＶＤとを加算し、加算結果を出力制限前の操作量ＭＶ’として出力制限部１１ｅに出力する。

【0056】

出力制限部１１ｅは、加算部１１ｄからの操作量ＭＶ’が基準値を超えたとき、または操作量ＭＶ’が基準値を下回ったときに頭打ちさせて出力を制限し、制御対象ＷのヒータＷ１を制御するための操作量ＭＶを出力する。

【0057】

出力部１２は、ＰＩＤ制御部１１で算出した操作量ＭＶを例えば電圧や電流といった出力に変換する。

【0058】

操作器１３は、出力部１２からの操作量ＭＶに基づく出力により制御対象ＷのヒータＷ１（プロセス）の状態を変化させる機器であり、熱処理分野ではソリッドステートリレー、サイリスタといったものが使われる。

【0059】

次に、上記のように構成される制御装置１の動作について説明する。まず、制御対象Ｗのランプ制御に必要な各種パラメータとして、パラメータ設定部２にてＰＩＤ値、二自由度係数β，γ、微分ゲイン係数ηを設定するとともに、目標値設定部４にて目標値ＳＶ（開始目標値ＳＶ０、最終目標値ＳＶ１）、区間時間ｔを設定する。

【0060】

そして、目標値変化率算出部５にて目標値変化率ΔＳＶを算出し、ベース時定数算出部６にてベース時定数τ’を算出し、時定数算出部７にて時定数τを算出し、オフセット算出部８にてフィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔを算出する。

【0061】

その後、制御対象Ｗのランプ制御を開始し、制御対象Ｗの温度センサＷ２からのＰＶ（測定値）の取得→ＳＶ（目標値）の更新→目標値フィルタ演算→偏差演算→ＰＩＤ制御演算→制御対象ＷのヒータＷ１への出力処理からなる一連の処理を、ＳＶ（目標値）が最終目標値ＳＶ１に到達するまで制御周期ごとに繰り返し実行する。

【0062】

ここで、上記制御周期ごとの一連の処理の目標値フィルタ演算において、図４（ａ）に示すように、更新後のＳＶ（目標値）がフィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔの点Ｐに到達したとき、更新後のＳＶに対して１次遅れフィルタをかけた目標値フィルタ処理後の目標値ＳＶＦを採用する。すなわち、ステップ関数に対して式（１）の一次遅れフィルタをかけるようにし、ステップ関数を使うことで遅れ要素を減らし、目標値フィルタ処理後の目標値ＳＶＦの立ち上がりを早くする。

【0063】

しかし、この場合、図４（ａ）の太線で示すように、フィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔの点Ｐに到達した後、目標値フィルタ処理後の目標値ＳＶＦが図４（ａ）の細線で示すランプＳＶよりも立ち上がりが早くなり、制御が乱れる可能性がある。

【0064】

そこで、本実施の形態では、図２に示すように、目標値フィルタ部９にセレクタ９ｄを備え、上記制御周期ごとの一連の処理の目標値フィルタ演算において、目標値更新処理部９ａにて制御周期ごとにＳＶ（目標値）を更新し、オフセット判定部９ｂにて更新後のＳＶがフィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔに到達したと判定したとき、更新後のＳＶと１次遅れフィルタ９ｃの出力ＳＶＦ’のうち値が小さい方を目標値フィルタ処理後の目標値ＳＶＦとして選択してセレクタ９ｄから出力している。

【0065】

その結果、図４（ｂ）に示すように、更新後のＳＶ（目標値）がフィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔの点Ｐに到達すると、図４（ｂ）の太線で示すように、前半は更新後のＳＶが目標値フィルタ処理後の目標値ＳＶＦとして選択され、途中から１次遅れフィルタ９ｃの出力ＳＶＦ’が目標値フィルタ処理後の目標値ＳＶＦ’として選択される。

【0066】

すなわち、ランプＳＶが最終目標値ＳＶ１を基準としたフィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔより小さい場合は、更新後のＳＶによる目標値フィルタ処理後の目標値ＳＶＦで制御し、ランプＳＶが最終目標値ＳＶ１を基準としたフィルタ開始オフセットＯｆｆｓｅｔより大きい場合は、１次遅れフィルタ９ｃの出力ＳＶＦ’による目標値フィルタ処理後の目標値ＳＶＦで制御する。

【0067】

そして、図５に示すように、点ＰまでのランプＳＶ区間ではそのままランプＳＶ（更新後のＳＶ）で制御し、点Ｐ以降のＳＶＦ区間では１次遅れフィルタ９ｃの出力ＳＶＦ’による目標値フィルタ処理後の目標値ＳＶＦで制御する。その結果、測定値のオーバーシュートが抑制されるだけでなく、測定値の揺れを抑え、最終目標値に収束までの時間の短縮が図れる。

【0068】

ところで、上述した制御装置１が備える構成要素（パラメータ設定部２、入力部３、目標値設定部４、目標値変化率算出部５、ベース時定数算出部６、時定数算出部７、オフセット算出部８、目標値フィルタ部９（目標値更新処理部９ａ、オフセット判定部９ｂ、１次遅れフィルタ９ｃ、セレクタ９ｄ）、偏差演算部１０、ＰＩＤ制御部１１（比例演算部１１ａ、積分演算部１１ｂ、微分演算部１１ｃ、加算部１１ｄ、出力制限部１１ｅ）、出力部１２、操作器１３）は、演算処理装置、記憶装置などを備えたコンピュータで構成し、各構成要素の処理がプログラムによって実行されるものとしてもよい。

【0069】

このように、上述した実施の形態によれば、ＳＶ（目標値）の切替タイミングでＳＶをステップ変化させ、遅れ要素を減らしている。遅れ要素を減らすことで、ＰＶ（測定値）の揺れを抑えたり、最終目標値ＳＶ１に収束までの時間を短縮することができる。

【0070】

また、本実施の形態では、目標値変化率ΔＳＶをパラメータとして採用しているので、目標値フィルタ部９によるフィルタ処理を開始した目標値幅によらずにフィルタ係数の算出が可能であり、ＰＩＤ値（比例帯Ｐｂ、積分時間Ｔｉ、微分時間Ｔｄ）、二自由度係数β、γ、微分ゲイン係数ηのパラメータを同じに設定すれば、目標値勾配が同じなら内部目標値の動きも同じになり、同じ動作を再現したい場合に有用である。

【0071】

以上、本発明に係る制御装置、制御方法、制御プログラムの最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。

【符号の説明】

【0072】

１ 制御装置
２ パラメータ設定部
３ 入力部
４ 目標値設定部
５ 目標値変化率算出部
６ ベース時定数算出部
７ 時定数算出部
８ オフセット算出部
９ 目標値フィルタ部
９ａ 目標値更新処理部
９ｂ オフセット判定部
９ｃ １次遅れフィルタ
９ｄ セレクタ
１０ 偏差演算部
１１ ＰＩＤ制御部
１１ａ 比例演算部
１１ｂ 積分演算部
１１ｃ 微分演算部
１１ｄ 加算部
１１ｅ 出力制限部
１２ 出力部
１３ 操作器
Ｗ 制御対象
Ｗ１ ヒータ
Ｗ２ 温度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】