パルス変換装置、制御システム、及び制御方法
【課題】各切換装置に係る複雑な処理なしに、各制御対象の性能を損なうことなく、最大需要電力を抑制する。
【解決手段】
本発明のパルス変換装置１は、制御対象、調節計、及び切換装置を有する制御ループをｍ個（ｍ＞１）含む制御システムの中で、各調節計と各切換装置との間に接続されるパルス変換装置であって、各調節計から各パルス変調信号が入力される入力ポート１０３と、各制御ループに対応付けられたｍ桁のデータ列であって、各切換装置の最大同時点弧数がｎ（ｎ＜ｍ）である場合、ｍ桁のうち、各切換装置の点弧を示す値をｎ桁含むデータ列を出力するデータ列出力部１０１と、交流電源の電源周期毎に、データ列出力部からデータ列を読み込み、ｍ個の切換装置のうち、ｎ桁の点弧を示す値に対応する切換装置にパルス変調信号を出力し、他の切換装置にパルス変調信号を出力しないように制御する演算部１０２と、演算部の制御に基づき、各パルス変調信号を各切換装置に出力する出力ポート１０４とを備える。
【解決手段】
本発明のパルス変換装置１は、制御対象、調節計、及び切換装置を有する制御ループをｍ個（ｍ＞１）含む制御システムの中で、各調節計と各切換装置との間に接続されるパルス変換装置であって、各調節計から各パルス変調信号が入力される入力ポート１０３と、各制御ループに対応付けられたｍ桁のデータ列であって、各切換装置の最大同時点弧数がｎ（ｎ＜ｍ）である場合、ｍ桁のうち、各切換装置の点弧を示す値をｎ桁含むデータ列を出力するデータ列出力部１０１と、交流電源の電源周期毎に、データ列出力部からデータ列を読み込み、ｍ個の切換装置のうち、ｎ桁の点弧を示す値に対応する切換装置にパルス変調信号を出力し、他の切換装置にパルス変調信号を出力しないように制御する演算部１０２と、演算部の制御に基づき、各パルス変調信号を各切換装置に出力する出力ポート１０４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス変調信号を変換するパルス変換装置、このパルス変換装置を備える制御システム、及びこのパルス変換装置を用いた制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス成形溶融炉や半導体基板リフロー炉など、複数のヒータを備える連続炉は、一般的に、次のような温度制御システムを備える場合がある。各ヒータには、それぞれＳＳＲ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｒｅｌａｙ）又はＳＣＲ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）などの、各ヒータの電流のＯＮ／ＯＦＦを切り換える切換装置が接続される。さらに各切換装置には、それぞれ調節計が接続される。各調節計は、炉内温度の測定値と予め設定された温度設定値とを比較し、両者を近づけるような各ヒータの制御量としてデューティ比を求め、求めたデューティ比に基づき各切換装置に対してパルス変調信号を出力する。各切換装置は、交流電源の電源周期毎に、パルス変調信号の値が「１」であれば点弧し、パルス変調信号の値が「０」であれば消弧する。このように、かかる連続炉は、ヒータ毎に独立して温度制御を行う多ループ制御システムを備えている。
【０００３】
このような多ループ制御システムにおいて、全ての調節計から出力されるパルス変調信号の値が「１」であるときは、全ての切換装置が同時に点弧することになる。このときの各ヒータの合計電力は最大値となり、すなわち最大需要電力となる。一方、温度制御開始から一定時間が経過し、ヒータの温度がある程度安定すると、各ヒータの合計電力は最大需要電力に比べて大幅に低くなり、例えば最大需要電力の約１０％程度にとどまる。しかし、契約電力は、最大需要電力に基づき決定されることから、かかる多ループ制御システムでは、契約電力が、各ヒータの合計電力の平均値と比較して、非常に高くなるという問題がある。
【０００４】
最大需要電力の抑制を目的とした従来の多ループ制御システムに係る温度制御方法として、交流電源の半電源周期毎に切換装置の導通角を９０°未満に維持しながら制御するという位相制御方法がある。
【０００５】
また、他の従来の多ループ制御システムに係る温度制御方法として、交流電源の半電源周期毎に各ヒータに接続する切換装置を点弧するとともに、各半電源周期内での各切換装置の点弧タイミングを互いに重複しないようにずらすという、相補的な位相制御方法がある（例えば、特許文献１）。
【０００６】
また、さらに他の従来の多ループ制御システムに係る温度制御方法として、複数のヒータに接続する切換装置を２つのグループに分け、一方のグループの切換装置を点弧する間、他方のグループの切換装置を消弧するという、相補的なパルス変調制御方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１７６２９２号公報
【特許文献２】特願２０１０−２９３８１１号明細書
【特許文献３】特許第３６５８６２３号明細書
【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、交流電源の半電源周期毎に導通角を９０°未満に維持しながら制御するという上記の位相制御方法は、各ヒータに供給される電流が最大値より低い値となるため、各ヒータの性能を十分に発揮できないという問題がある。また、回路が複雑で高コストとなるという問題がある。また、いわゆるゼロクロス制御ではないため、電源高調波や高周波ノイズが発生し環境に悪影響を与えるという問題がある。また、温度制御の開始時では、ヒータの抵抗器、ハロゲンランプ、調光器などは、これらの抵抗値が低いことから、切換装置が同時点弧すると温度制御開始時に過度の電流が発生し、前記機器を故障にいたらしめるという問題がある。
【０００９】
また、交流電源の半電源周期毎に各ヒータに接続する切換装置の点弧タイミングを重複しないようにずらすという上記の相補的な位相制御方法では、各調節計において、各切換装置の点弧タイミングを、互いに重複しないように制御する必要があるため、調節計の処理が複雑になるという問題がある。
【００１０】
また、複数の切換装置を２つのグループに分け、各グループの点弧タイミングを切換えることによって、両グループの同時点弧を防ぐという上記の相補的なパルス変調制御方法では、少なくとも一方のグループのデューティ比が５０％以下となる。よって、ヒータの性能を十分に発揮できないという問題がある。また、一方のグループの切換装置に接続される調節計が、他のグループの切換装置に接続された調節計が出力するパルス変調信号の値を知る必要があるため、対になる調節計間の通信が必要となる。これにより、調節計の処理が複雑になるという問題がある。
【００１１】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、各切換装置に係る複雑な処理なしに、各制御対象の性能を損なうことなく、各制御対象に係る消費電力の合計の最大値（最大需要電力）を抑制することが可能なパルス変換装置、制御システム、及び制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のパルス変換装置は、制御対象、前記制御対象の制御量に基づきパルス変調信号を出力する調節計、及び前記パルス変調信号に基づき前記制御対象と交流電源との間の点弧及び消弧を切り換える切換装置を有する制御ループをｍ個（ｍ＞１）含む制御システムの中で、前記各調節計と前記各切換装置との間に接続されるパルス変換装置であって、前記各調節計から前記各パルス変調信号が入力される入力ポートと、前記各制御ループに対応付けられたｍ桁のデータ列であって、前記各切換装置の最大同時点弧数がｎ（ｎ＜ｍ）である場合、前記ｍ桁のうち、前記各切換装置の点弧を示す値をｎ桁含むデータ列を出力するデータ列出力部と、前記交流電源の電源周期毎に、前記データ列出力部から前記ｍ桁のデータ列を読み込み、前記ｍ個の切換装置のうち、前記ｎ桁の点弧を示す値に対応する前記切換装置に前記パルス変調信号を出力し、他の前記切換装置に前記パルス変調信号を出力しないように制御する演算部と、前記演算部の制御に基づき、前記各パルス変調信号を前記各切換装置に出力する出力ポートと、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明のパルス変換装置において、前記データ列出力部は、前記演算部による読み込み回数を格納するループカウンタと、前記ｍ桁のデータ列を格納するシフトレジスタと、を有し、前記演算部は、前記電源周期毎に前記シフトレジスタから前記ｍ桁のデータ列を読み込むと、前記ループカウンタの前記読み込み回数を１増加させるとともに前記シフトレジスタの前記ｍ桁のデータ列を１ビットシフトさせ、前記読み込み回数がｍ回に達した場合、前記ループカウンタに格納された前記読み込み回数及び前記シフトレジスタに格納された前記ｍ桁のデータ列を初期化することを特徴とする。
【００１４】
本発明のパルス変換装置において、前記データ列出力部は、複数の要素の離散的配列データを生成する離散的配列データ生成部と、前記離散的配列データを記憶する離散的配列データ記憶部と、前記離散的配列データ記憶部に記憶された前記離散的配列データの各要素に応じた前記ｍ桁のデータ列を生成するデータ列生成部と、を有し、前記電源周期毎に、前記演算部が前記データ列生成部から前記離散的配列データの所定要素に応じた前記ｍ桁のデータ列を読み込むと、前記データ列生成部は、前記離散的配列データにおいて前記所定要素の次の要素に応じた前記ｍ桁のデータ列を生成する、ことを特徴とする。
【００１５】
本発明のパルス変換装置において、前記離散的配列データ生成部は、前記離散的配列データのうちの一部をライブラリ用配列データとして設定し、前記離散的配列データのうちの前記ライブラリ用配列データとは異なる他の部分を乱数判定用データとして設定し、前記ライブラリ用配列データに基づき決定論的非線形予測手法を用いて予測データを生成し、前記予測データと順次取り出した前記乱数判定用データとを比較し、非ランダムな状態が所定回数連続しない場合、前記離散的配列データを前記離散的配列データ記憶部に記憶することを特徴とする。
【００１６】
本発明の制御システムは、制御対象、前記制御対象の制御量に基づきパルス変調信号を出力する調節計、及び前記パルス変調信号に基づき前記制御対象と交流電源との間の点弧及び消弧を切り換える切換装置を有する制御ループをｍ個（ｍ＞１）含む制御システムであって、前記各調節計と前記各切換装置との間に、上記のパルス変換装置が接続されることを特徴とする。
【００１７】
本発明の制御方法は、上記パルス変換装置を用いた制御方法であって、前記データ列出力部が前記ｍ桁のデータ列を生成するステップと、前記演算部が前記交流電源の新たな電源周期になったか否かを判断するステップと、前記演算部が前記新たな電源周期になったと判断すると、前記演算部が前記ｍ桁のデータ列を読み込むステップと、前記演算部が前記入力ポートに入力される前記各パルス変調信号を読み込み、前記ｍ桁のデータ列に基づき、ｍ個の前記切換装置のうち、ｎ桁の点弧を示す値に対応する前記切換装置に前記パルス変調信号を出力し、他の前記切換装置に前記パルス変調信号を出力しないように制御するステップと、前記データ列出力部が、前記演算部によって前記ｍ桁のデータ列が読み出された後に、次の電源周期で前記演算部が読み込むための新たな前記ｍ桁のデータ列を生成するステップと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、各切換装置に係る複雑な処理なしに、各制御対象の性能を損なうことなく、各制御対象に係る消費電力の合計の最大値（最大需要電力）を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るパルス変換装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るパルス変換装置を備えた制御システムを示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るパルス変換装置の処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１に係るパルス変換装置を備えた制御システムにおいて、各調節計から出力されるパルス変調信号と各制御対象の電流と各制御対象の合計電力量との関係を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るパルス変換装置を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係るパルス変換装置を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係るパルス変換装置を備えた制御システムにおいて、各調節計から出力されるパルス変調信号と各制御対象の電流と各制御対象の合計電力量との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
図１〜４を参照して、本発明の実施の形態１を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態１に係るパルス変換装置１を示すブロック図である。パルス変換装置１は、入力ポート１０３と、データ列出力部１０１と、演算部１０２と、周波数検出部１００と、出力ポート１０４とを備えている。パルス変換装置１は、例えばマイクロコンピュータや、ＦＰＧＡなどのゲートアレーなどにより構成することができる。これにより、パルス変換装置１の製造コストを安価にすることができる。
【００２２】
ここで、パルス変換装置１は、後述するとおり、制御対象、調節計、及び切換装置等を含む制御ループをｍ個（ｍ＞１）含む制御システムの中で、各調節計及び各切換装置の間に接続される。そして、パルス変換装置１は、各調節計から入力されるパルス変調信号を変換して各切換装置に出力するものである。
【００２３】
なお、パルス変調信号としては、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号、パルス密度変調（ＰＤＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号、シグマデルタ変調（ΣΔ変調）信号、又は差分スペクトル符号変調信号等を用いる。
【００２４】
例えば、図１は、ｍが４の場合、すなわちパルス変換装置１が４個の制御ループに接続されている場合を示している。そして、パルス変換装置１は、入力信号ＰＭｉｎ１を変換して信号ＰＭｏｕｔ１を出力し、入力信号ＰＭｉｎ２を変換して信号ＰＭｏｕｔ２を出力し、入力信号ＰＭｉｎ３を変換して信号ＰＭｏｕｔ３を出力し、入力信号ＰＭｉｎ４を変換して信号ＰＭｏｕｔ４を出力する。
【００２５】
入力ポート１０３には、各調節計から各パルス変調信号が入力される。例えば、図１に示す例では、制御ループの数ｍが４であるから、入力ポート１０３には、４つの制御ループそれぞれに関する入力信号として、パルス変調信号ＰＭｉｎ１〜４が入力される。入力ポート１０３は、入力されたパルス変調信号ＰＭｉｎ１〜４を演算部１０２に出力する。
【００２６】
周波数検出部１００は、外部の交流電源１０に接続されており、交流電源１０の電源周期を演算部１０２に出力する。具体的には、周波数検出部１００は、例えば、交流電源１０の電源電圧のゼロクロス点に基づき交流電源１０の電源周波数を検出する。そして、周波数検出部１００は、当該電源周波数に基づき電源周期を算出し、算出した電源周期を演算部１０２に出力する。
【００２７】
データ列出力部１０１は、制御ループ数ｍに相当するｍ桁（ビット）の（例えば２進数の）データ列を、演算部１０２に対して出力する。そして、データ列出力部１０１は、演算部１０２によってデータ列が読み出されると、新たなｍ桁のデータ列を生成する。
【００２８】
データ列出力部１０１が出力するデータ列の各桁の値は、各制御ループに対応付けられている。例えば、図１の場合、パルス変換装置１は４個の制御ループに接続されているため、データ列出力部１０１は、４桁からなる２進数のデータ列を演算部１０２に対して出力する。そして、データ列の1桁目の値はＰＭｉｎ１〜ＰＭｏｕｔ１に関する制御ループ、２桁目の値はＰＭｉｎ２〜ＰＭｏｕｔ２に関する制御ループ、３桁目の値はＰＭｉｎ３〜ＰＭｏｕｔ３に関する制御ループ、４桁目の値はＰＭｉｎ４〜ＰＭｏｕｔ４に関する制御ループに対応付けられている。
【００２９】
また、データ列出力部１０１は、毎回、データ列を、「１」と「０」との割合を一定にして出力する。データ列出力部１０１が出力するデータ列に係る「１」と「０」との割合は、例えば、出力ポート１０４の先に接続された切換装置の最大同時点弧数や、最大需要電力等に応じて、使用者等により予め設定されている。ここで、データ列の「１」と「０」のいずれか一方は、各切換装置の点弧を示す値であり、各切換装置の最大同時点弧数がｎ（ｎ＜ｍ）である場合、データ列は、ｍ桁のうち点弧を示す値をｎ桁含む。例えば、４つの制御ループのうち、各切換装置の最大同時点弧数ｎが３である場合には、データ列は、「１１１０」のように、４桁のうち点弧を示す値「１」を３桁含み、「１」と「０」との割合は３対１となる。
【００３０】
演算部１０２は、電源周期毎に、データ列出力部１０１からデータ列を読み込み、読み込んだデータ列に基づき、入力ポート１０３からのパルス変調信号ＰＭｉｎ１〜４を変換し、変換後のパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１〜４を出力ポート１０４に出力する。ここで、演算部１０２は、ｍ個の切換装置のうち、ｎ桁の点弧を示す値に対応する切換装置にパルス変調信号を出力し、他の切換装置にパルス変調信号を出力しないように制御する。
【００３１】
例えば、データ列における点弧を示す値が「１」であるとすると、演算部１０２は、データ列出力部１０１から読み込んだデータ列のうち、値が「１」の桁に対応した制御ループについては入力ポート１０３からのパルス変調信号をそのまま出力ポート１０４に出力し、値が「０」の桁に対応した制御ループについては出力ポート１０４に対して信号の出力を行わない。具体的には、図１の例で説明すると、演算部１０２は、データ列出力部１０１が出力するデータ列の１桁目の値が「１」であれば、入力ポート１０３からの第１のパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１を出力ポート１０４に出力する。一方、データ列の１桁目の値が「０」であれば、演算部１０２は、第１のパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１を出力ポート１０４に出力しない。入力ポート１０３からの第２〜４のパルス変調信号ＰＭｉｎ２〜４についても、演算部１０２は、同様にデータ列の２〜４桁目の値に応じて、出力ポート１０４への出力を制御する。
【００３２】
出力ポート１０４は、演算部１０２の制御に基づき、各パルス変調信号を各切換装置に出力する。例えば、図１の場合、出力ポート１０４は、演算部１０２で変換されたパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１〜４を演算部１０２から入力されると、パルス変調信号ＰＭｏｕｔ１〜４をそれぞれ対応する制御ループの切換装置に出力する。
【００３３】
図２は、実施の形態１に係るパルス変換装置１を備えた制御システム６０を示すブロック図である。制御システム６０は、図１のパルス変換装置１と、交流電源１０と、制御対象２１〜２４と、測定器５１〜５４と、調節計４１〜４４と、切換装置３１〜３４とを備える。
【００３４】
なお、本明細書では、図２の例において、調節計４１、パルス変換装置１、切換装置３１、制御対象２１、及び測定器５１を備える制御ループを制御ループＬ１と呼び、調節計４２、パルス変換装置１、切換装置３２、制御対象２２、及び測定器５２を備える制御ループを制御ループＬ２と呼び、調節計４３、パルス変換装置１、切換装置３３、制御対象２３、及び測定器５３を備える制御ループを制御ループＬ３と呼び、調節計４４、パルス変換装置１、切換装置３４、制御対象２４、及び測定器５４を備える制御ループを制御ループＬ４と呼ぶ。
【００３５】
パルス変換装置１は、各調節計４１〜４４と各切換装置３１〜３４との間に電気的に接続される。具体的には、調節計４１〜４４の出力側が、パルス変換装置１の入力ポート１０３に接続される。また、パルス変換装置１の出力ポート１０４が、切換装置３１〜３４の入力側に接続される。そして、パルス変換装置１は、調節計４１〜４４から入力されるパルス変調信号ＰＭｉｎ１〜４を変換して、変換後のパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１〜４を切換装置３１〜３４に出力する。このように、制御システム６０は、既存の制御システムに係る調節計と切換装置との間に、パルス変換装置１を接続するだけで、容易に実現することができる。
【００３６】
切換装置３１〜３４は、その入力側にパルス変換装置１の出力ポート１０４が接続されており、出力側で交流電源１０と各制御対象２１〜２４との間の点弧及び消弧を切り換えることができる。そして、切換装置３１〜３４は、パルス変換装置１から入力されるパルス信号に基づき、交流電源１０と各制御対象２１〜２４との間の点弧及び消弧を切り換えることにより、制御対象２１〜２４への電流のＯＮ／ＯＦＦを切り換える。
【００３７】
例えば、図２の例における制御ループＬ１について説明すると、切換装置３１は、パルス変換装置１から「１」の値を持つパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１の値が入力されると、交流電源１０と制御対象２１との間を点弧する。これにより、制御対象２１の電流がＯＮする。一方、パルス変換装置１から「０」の値を持つパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１が入力されると、切換装置３１は交流電源１０と制御対象２１との間を消弧する。これにより、制御対象２１の電流がＯＦＦする。
【００３８】
なお、切換装置３１〜３４は、例えばＳＳＲ、ＳＣＲ、又はＳＳＲ以外のリレー等により構成することができる。
【００３９】
交流電源１０に接続される制御対象２１〜２４は、例えばヒータ又はモータなどである。なお、制御対象２１〜２４は、図２に示すように交流電源１０に対して並列に接続されてもよいし、又は、それぞれ別個の交流電源１０と直列に接続されてもよい。また、制御対象２１〜２４は、消費電力が同等なものでもよいし、互いに異なるものでもよい。
【００４０】
調節計４１〜４４は、その入力側に測定器５１〜５４の出力側が接続されており、その出力側にパルス変換装置１の入力ポート１０３が接続されている。そして、調節計４１〜４４は、測定器５１〜５４から入力される測定値に基づき制御対象２１〜２４の制御量を求め、この制御量に基づきパルス変換装置１に対してパルス変調信号を出力する。具体的には、図１及び図２に示す例で説明すると、調節計４１〜４４は、パルス変調周期毎に、測定器５１〜５４から出力される測定値と、予め内部に設定される設定値とを比較し、測定値と設定値との差を小さくするように、制御対象２１〜２４の制御量としてデューティ比を求める。その後、調節計４１〜４４は、求めたデューティ比に基づき、それぞれパルス変調信号ＰＭｉｎ１〜４をパルス変換装置１に出力する。なお、調節計４１〜４４に予め設定される設定値は、同一でもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００４１】
測定器５１〜５４は、制御対象２１〜２４に関連する測定値を調節計４１〜４４に出力する。具体的には、測定器５１〜５４は、制御対象２１〜２４がヒータである場合、例えば制御対象２１〜２４付近の炉内温度、又は炉内で制御対象２１〜２４によって加熱される物（ガラス、半田など）の温度を、測定値として出力する。一方、測定器５１〜５４は、制御対象２１〜２４がモータである場合、例えば制御対象２１〜２４の回転数又は回転位置を測定値として出力する。
【００４２】
次に、図３を参照して、パルス変換装置１の処理を説明する。図３は、実施の形態１に係るパルス変換装置１の処理を示すフローチャートである。まず、データ列出力部１０１は、ｍ桁のデータ列を生成する（ステップＳ１）。
【００４３】
次に、演算部１０２は、周波数検出部１００の出力に基づき、新たな電源周期になったか否かを判断する（ステップＳ２）。演算部１０２は、新たな電源周期になったと判断するまで、定期的にＳ２の処理を繰り返す。
【００４４】
Ｓ２で新たな電源周期になったと判断した後、演算部１０２は、この新たな電源周期でのパルス変調信号の変換に用いるためのデータ列を、データ列出力部１０１から読み込む（ステップＳ３）。
【００４５】
Ｓ３の後、演算部１０２は、Ｓ３で読み込んだデータ列に基づき、ｍ個の切換装置３１〜３４のうち、ｎ桁の点弧を示す値に対応する切換装置３１〜３４にパルス変調信号を出力し、他の切換装置３１〜３４にパルス変調信号を出力しないように、制御する（ステップＳ４）。例えば、図１の場合、データ列における点弧を示す値が「１」であるとすると、演算部１０２は、データ列のうち値が「１」である桁に対応する入力ポート１０３からのパルス変調信号ＰＭｉｎ１〜４を、変換後のパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１〜４として出力ポート１０４に出力する。出力ポート１０４は、演算部１０２からパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１〜４を入力されると、これらを外部の切換装置３１〜３４に出力する。なお、Ｓ３で読み込んだデータ列のうち値が「０」である桁に対応する入力ポート１０３からのパルス変調信号ＰＭｉｎ１〜４については、出力ポート１０４に対する信号の出力を行わない。
【００４６】
次に、データ列出力部１０１は、次の電源周期で演算部１０２が読み込むための新たなｍ桁のデータ列を生成する（ステップＳ５）。
【００４７】
Ｓ５の後、演算部１０２は、Ｓ２に戻って新たな電源周期になったか否かを判断する。
【００４８】
図４は、実施の形態１に係るパルス変換装置１を備えた制御システム６０において、各調節計４１〜４４から出力されるパルス変調信号と各制御対象２１〜２４の電流と各制御対象２１〜２４の合計電力量との関係を示す説明図である。図４の電力量の波形において、破線はパルス変換装置１によるパルス変調信号の変換を行わない場合での各制御対象２１〜２４の合計電力量の波形を示し、実線はパルス変換装置１によるパルス変調信号の変換を行う場合での各制御対象２１〜２４の合計電力量の波形を示している。
【００４９】
図４の例では、調節計４１〜４４が、それぞれ制御対象２１〜２４のデューティ比を「５０％」に設定しており、パルス変換装置１に対して同一のパルス変調信号を出力している。なお、この例では、調節計４１〜４４は、パルス変調信号としてＰＷＭ信号を出力している。各パルス変調信号は、８電源周期分の長さのパルス変調周期のうち、前半の４つの電源周期の間は「１」の値を持ち、後半の４電源周期の間は「０」の値を持つ。また、この例では、各制御対象２１〜２４の消費電力は同等である。
【００５０】
また、図４の例では、制御ループ数ｍは４、最大同時点弧数ｎは３である。すなわち、２進数のデータ列において点弧を示す値が「１」であるとすると、パルス変換装置１のデータ列出力部１０１は、電源周期毎に、４桁からなるデータ列を、「１」と「０」の割合を３対１に維持しつつ出力している。例えば、データ列出力部１０１は、電源周期１においてデータ列「１１１０」を出力し、電源周期２においてデータ列「１１０１」を出力し、電源周期３においてデータ列「１０１１」を出力し、電源周期４においてデータ列「０１１１」を出力する。この場合、パルス変換装置１は、各調節計４１〜４４から入力される４つのパルス変調信号のうち、３つのパルス変調信号をそれぞれ対応する切換装置３１〜３４に出力する。そして、出力ポート１０４からパルス変調信号が入力される切換装置３１〜３４のうち、「１」の値を持つパルス変調信号が入力される３個の切換装置３１〜３４が点弧し、その他の１個の切換装置３１〜３４が消弧する。これにより、４個の制御対象２１〜２４のうち、点弧する切換装置３１〜３４に対応する３個の制御対象２１〜２４の電流がＯＮされ、その他の１個の制御対象２１〜２４の電流がＯＦＦされる。
【００５１】
すると、切換装置３１〜３４の最大同時点弧数が３個に抑制されることから、図４の制御対象の電流の波形で示すように、同時に電流がＯＮされる制御対象２１〜２４の数が最大３個に抑制される。したがって、パルス変換装置１によるパルス変調信号の変換を行う場合の制御対象２１〜２４の合計電力の最大値（実線波形のピーク値）は、パルス変調信号の変換を行わない場合の制御対象２１〜２４の合計電力の最大値（破線波形のピーク値）と比べて、３／４倍に抑制される。
【００５２】
なお、パルス変換装置１は、交流電源１０の電源電圧のゼロクロス点に応じて切換装置３１〜３４を点弧するという、ゼロクロス制御方式を用いることで、高調波や高周波のノイズを低減することができる。
【００５３】
また、パルス変換装置１のデータ列出力部１０１は、図４の例のように電源周期毎にデータ列を変化させて出力することで、電源周期毎に点弧する切換装置３１〜３４を巡回して変化させることができる。これにより、各切換装置３１〜３４のうち常に同じ３個のみが同時に点弧されるのを防止し、各切換装置３１〜３４を均一な確率で点弧することができる。
【００５４】
以上より、実施の形態１に係るパルス変換装置１は、ｍ（ｍ＞１）個の調節計４１〜４４からのパルス変調信号のうち予め設定されたｎ（ｎ＜ｍ）個のパルス変調信号のみを、各切換装置３１〜３４へ出力することにより、切換装置３１〜３４の最大同時点弧数がｎ個となるように制御するものである。これにより、各制御対象２１〜２４における消費電力の合計の最大値（最大需要電力）を抑制することができる。また、パルス変換装置１は、調節計４１〜４４と切換装置３１〜３４との間に接続されるので、調節計４１〜４４間の通信を行う必要がなく、各調節計４１〜４４における複雑な処理が不要になる。また、切換装置３１〜３４の位相制御を行う必要が無いので、各制御対象２１〜２４の性能を損なうことがない。
【００５５】
なお、実施の形態１のパルス変換装置１は、切換装置の導通角を制御する位相制御にも適用することができる。これにより、位相制御開始時の過度の電流の発生を抑制することができる。
【００５６】
実施の形態２．
図２〜５を参照して、実施の形態２に係るパルス変換装置１の構成を詳細に説明する。なお、実施の形態１と同様の部分については、その詳細の説明を省略し、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００５７】
実施の形態２は、パルス変換装置１のデータ列出力部１０１が、後述するシフトレジスタ１０５とループカウンタ１０６を備える点で、実施の形態１と異なる。実施の形態２に係るパルス変換装置１を備えた制御システム６０は、図２に示すものと同じであるので、詳細の説明を省略する。
【００５８】
図５は、実施の形態２に係るパルス変換装置１を示すブロック図である。図５に示すパルス変換装置１は、データ列出力部１０１の構成のみが図１と異なるので、その他のブロックの詳細の説明を省略する。データ列出力部１０１は、シフトレジスタ１０５とループカウンタ１０６を有し、これらにより巡回シフトレジスタを構成している。そして、データ列出力部１０１は、制御ループ数ｍに相当するｍ桁（ビット）の（例えば２進数の）データ列を、電源周期毎に、各桁の値を左方向又は右方向に１ビットずつシフトしつつ、演算部１０２に対して出力する。なお、データ列出力部１０１をシフトレジスタ１０５とループカウンタ１０６で構成することにより、パルス変換装置１の製造コストを安価にすることができる。
【００５９】
データ列出力部１０１が出力するデータ列は、実施の形態１と同様に、各制御ループに対応付けられたｍ桁のデータ列であって、各切換装置３１〜３４の最大同時点弧数がｎ（ｎ＜ｍ）である場合、ｍ桁のうち、各切換装置３１〜３４の点弧を示す値をｎ桁含むデータ列である。
【００６０】
例として、４つの制御ループのうち、各切換装置３１〜３４の最大同時点弧数ｎが３であり、データ列における点弧を示す値が「１」である場合について説明する。この場合、データ列出力部１０１は、電源周期１においてデータ列「１１１０」を出力し、電源周期２においてデータ列「１１０１」を出力し、電源周期３においてデータ列「１０１１」を出力し、電源周期４においてデータ列「０１１１」を出力する。その後も、データ列出力部１０１は、同様にしてこの４つのデータ列を同じ順番で繰り返して出力する。このように、データ列出力部１０１は、データ列を１ビットずつシフトしつつ出力するため、データ列の「１」と「０」との割合を一定に維持しつつ出力することができる。
【００６１】
ループカウンタ１０６は、演算部１０２がシフトレジスタ１０５からデータ列を読み込んだ回数を格納する。具体的に、ループカウンタ１０６は、演算部１０２がシフトレジスタ１０５からデータ列を読み込む毎に、演算部１０２によって読み込み回数が１回ずつ増加される。そして、読み込み回数が制御ループ数ｍに相当するｍ回に達した場合、演算部１０２によって読み込み回数が初期化され、すなわち０回に戻される。このように、ループカウンタ１０６は、演算部１０２の操作により、制御ループ数ｍに相当するｍ回まで繰り返してカウントする。
【００６２】
シフトレジスタ１０５は、制御ループ数ｍに相当するｍ桁にそれぞれ「１」又は「０」の値を記憶しており、これによりｍ桁の２進数のデータ列を格納する。このｍ桁のデータ列は、各切換装置３１〜３４の点弧を示す値を、最大同時点弧数ｎに相当するｎ桁含む。ここで、シフトレジスタ１０５の各桁に記憶される「１」と「０」との割合は、例えば、出力ポート１０４の先に接続される切換装置３１〜３４の最大同時点弧数や制御対象２１〜２４の最大需要電力に応じて、使用者等により予め設定されている。
【００６３】
そして、シフトレジスタ１０５は、演算部１０２によって電源周期毎に各桁に記憶する値が左方向又は右方向に１ビットずつシフトされてデータ列が読み出される。また、シフトレジスタ１０５は、ループカウンタ１０６の読み込み回数が制御ループ数ｍに相当するｍ回に達した場合、演算部１０２によって、ｍ桁のデータ列が初期化され、すなわち各桁に記憶する値が初期の値に戻される。
【００６４】
シフトレジスタ１０５が出力するデータ列の各桁の値は、各制御ループに対応付けられている。例えば、図５の場合、パルス変換装置１は、４個の制御ループに接続されているため、シフトレジスタ１０５は、４桁からなる２進数のデータ列を格納する。そして、データ列の1桁目の値はＰＭｉｎ１〜ＰＭｏｕｔ１に関する制御ループＬ１、２桁目の値はＰＭｉｎ２〜ＰＭｏｕｔ２に関する制御ループＬ２、３桁目の値はＰＭｉｎ３〜ＰＭｏｕｔ３に関する制御ループＬ３、４桁目の値はＰＭｉｎ４〜ＰＭｏｕｔ４に関する制御ループＬ４に対応付けられている。
【００６５】
演算部１０２は、電源周期毎に、シフトレジスタ１０５からデータ列を読み込み、読み込んだデータ列に基づき、実施の形態１と同様にパルス変調信号の出力の制御を行う。さらに、演算部１０２は、シフトレジスタ１０５からデータ列を読み込んだ後、ループカウンタ１０６の読み込み回数が制御ループ数ｍに相当するｍ回に達していない場合は、シフトレジスタ１０５のｍ桁のデータ列を１ビットずつ左方向又は右方向にシフトさせることにより、シフトレジスタ１０５に新たなデータ列を生成させる。さらに、演算部１０２は、ループカウンタ１０６の読み込み回数を１回増加させる。一方、ループカウンタ１０６の読み込み回数がｍ回に達している場合は、演算部１０２は、シフトレジスタ１０５に格納されたｍ桁のデータ列を初期化することにより、シフトレジスタ１０５に新たなデータ列を生成させる。さらに、演算部１０２は、ループカウンタ１０６に格納された読み込み回数を初期化する。
【００６６】
次に、図３を参照して、実施の形態２に係るパルス変換装置１の処理を説明する。まず、データ列出力部１０１のシフトレジスタ１０５は、ｍ桁のデータ列を格納することによりデータ列を生成する（ステップＳ１）。
【００６７】
次に、演算部１０２は、周波数検出部１００の出力に基づき、新たな電源周期になったか否かを判断する（ステップＳ２）。演算部１０２は、新たな電源周期になったと判断するまで、定期的にＳ２の処理を繰り返す。
【００６８】
Ｓ２で新たな電源周期になったと判断した後、演算部１０２は、この新たな電源周期でパルス変調信号の変換に用いるためのデータ列を、データ列出力部１０１のシフトレジスタ１０５から読み込む（ステップＳ３）。
【００６９】
Ｓ３の後、演算部１０２は、Ｓ３で読み込んだデータ列に基づき、ｍ個の切換装置３１〜３４のうち、ｎ桁の点弧を示す値に対応する切換装置３１〜３４にパルス変調信号を出力し、他の切換装置３１〜３４にパルス変調信号を出力しないように制御する（ステップＳ４）。このＳ４は実施の形態１で説明したものと同様である。
【００７０】
Ｓ４の後、データ列出力部１０１は、次の電源周期で演算部１０２が読み込むための新たなｍ桁のデータ列を生成する（ステップＳ５）。ここで、ループカウンタ１０６の読み込み回数が、制御ループ数ｍに相当するｍ回に達していない場合は、演算部１０２は、シフトレジスタ１０５のｍ桁のデータ列を１ビットずつ左方向又は右方向にシフトさせることにより、シフトレジスタ１０５に新たなデータ列を生成させる。さらに、演算部１０２は、ループカウンタ１０６の読み込み回数を１回増加させる。一方、ループカウンタ１０６の読み込み回数がｍ回に達している場合は、演算部１０２は、シフトレジスタ１０５に格納されたｍ桁のデータ列を初期化することにより、シフトレジスタ１０５に新たなデータ列を生成させる。さらに、演算部１０２は、ループカウンタ１０６に格納された読み込み回数を初期化する。
【００７１】
Ｓ５の後、演算部１０２は、Ｓ２に戻って新たな電源周期になったか否かを判断する。
【００７２】
なお、実施の形態２に係るパルス変換装置１を備えた制御システム６０において、各調節計４１〜４４から出力されるパルス変調信号と各制御対象２１〜２４の電流と各制御対象２１〜２４の合計電力量との関係は、実施の形態１で説明した図４と同様になる。図４の例では、制御ループ数ｍが４であり、各切換装置３１〜３４の最大同時点弧数ｎが３である。データ列における点弧を示す値が「１」であるとすると、データ列出力部１０１は、電源周期１においてデータ列「１１１０」を出力し、電源周期２においてデータ列「１１０１」を出力し、電源周期３においてデータ列「１０１１」を出力し、電源周期４においてデータ列「０１１１」を出力する。その後も、データ列出力部１０１は、同様にしてこれら４つのデータ列を同じ順番で繰り返して出力する。
【００７３】
すると、実施の形態１で説明したように切換装置３１〜３４の最大同時点弧数が３個に抑制されることから、図４の制御対象の電流の波形で示すように、同時に電流がＯＮされる制御対象２１〜２４の数が最大３個に抑制される。したがって、パルス変換装置１によるパルス変調信号の変換を行う場合の制御対象２１〜２４の合計電力の最大値（実線波形のピーク値）は、パルス変調信号の変換を行わない場合の制御対象２１〜２４の合計電力の最大値（破線波形のピーク値）と比べて、３／４倍に抑制される。
【００７４】
さらに、上記のようにデータ列出力部１０１が電源周期毎に４つのデータ列を同じ順番で繰り返して出力することで、電源周期毎に点弧する切換装置３１〜３４を巡回して変化させることができる。これにより、各切換装置３１〜３４を均一な確率で点弧することができる。
【００７５】
以上より、実施の形態２に係るパルス変換装置１は、データ列出力部１０１をシフトレジスタ１０５及びループカウンタ１０６で構成することにより、電源周期毎に点弧する切換装置３１〜３４を巡回して変化させるものである。これにより、実施の形態１の効果に加えて、各切換装置３１〜３４をより均一な確率で点弧することができる。また、パルス変換装置１の製造コストを安価にすることができる。
【００７６】
また、実施の形態２のパルス変換装置１は、切換装置の導通角を制御する位相制御にも適用することができる。これにより、位相制御開始時の過度の電流の発生を抑制することができる。
【００７７】
実施の形態３．
図２、３、６、及び７を参照して、本発明の実施の形態３を説明する。なお、実施の形態１と同様の部分については、その詳細の説明を省略し、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００７８】
実施の形態２は、データ列出力部１０１を巡回シフトレジスタで構成することにより、電源周期毎に点弧する切換装置を巡回して変化させるものである。このように、同時に点弧する切換装置の組み合わせを一定の周期性を持つ順番で変化させることにより、数百ミリＨｚ〜数Ｈｚ程度の低周波ノイズが発生する場合がある。これにより、例えば各制御対象の電力量を等分散したいという場合に、各切換装置の点弧時間を同等にしても、各制御対象の電力量を等分散することができないおそれがある。このような低周波ノイズの発生を抑制するために、実施の形態３では、同時に点弧する切換装置の組み合わせを、一定の周期性を持たないランダムな順番で、電源周期毎に変化させるものである。
【００７９】
実施の形態３は、パルス変換装置１のデータ列出力部１０１が、後述する離散的配列データ記憶部１１０、離散的配列データ生成部１１１、及びデータ列生成部１１２を備える点で、実施の形態１と異なる。実施の形態３の制御システム６０は、図２に示すものと同じであるので、詳細の説明を省略する。
【００８０】
図６は、実施の形態３に係るパルス変換装置を示すブロック図である。実施の形態３のパルス変換装置１は、データ列出力部１０１の構成のみが実施の形態１と異なるので、その他のブロックの詳細の説明を省略する。データ列出力部１０１は、離散的配列データ記憶部１１０と、離散的配列データ生成部１１１と、データ列生成部１１２とを備える。離散的配列データ生成部１１１及びデータ列生成部１１２は、その処理内容が記述されたプログラムを予めコンピュータに記憶させ、このコンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ）にそのプログラム実行させることにより、実現される。そして、データ列出力部１０１は、制御ループ数ｍに相当するｍ桁（ビット）の（例えば２進数の）データ列を、電源周期毎に、「１」と「０」の割合を一定に維持しつつ、「１」と「０」の並び順をランダムな順番で変化させて、演算部１０２に対して出力する。
【００８１】
データ列出力部１０１が出力するデータ列は、実施の形態１と同様に、各制御ループに対応付けられたｍ桁のデータ列であって、各切換装置３１〜３４の最大同時点弧数がｎ（ｎ＜ｍ）である場合、ｍ桁のうち、各切換装置３１〜３４の点弧を示す値をｎ桁含むデータ列である。
【００８２】
例として、４つの制御ループのうち、各切換装置３１〜３４の最大同時点弧数ｎが３であり、データ列における点弧を示す値が「１」である場合について説明する。この場合、データ列出力部１０１は、電源周期１においてデータ列「１１０１」を出力し、電源周期２においてデータ列「１０１１」を出力し、電源周期３においてデータ列「１１１０」を出力し、電源周期４においてデータ列「０１１１」を出力する。その後も、データ列出力部１０１は、電源周期毎に、４桁のデータ列を、「１」と「０」の割合を一定に維持しつつ、一定の周期性を持たないランダムな順番で変化させながら出力する。
【００８３】
離散的配列データ生成部１１１は、複数の要素の離散的配列データを生成し、生成した離散的配列データを離散的配列データ記憶部１１０に記憶させる。離散的配列データ生成部１１１は、例えば特許文献２に開示された擬似乱数生成装置により構成することができる。離散的配列データは、例えば複数の塩基の塩基配列データである。塩基配列データは、核酸塩基であるＤＮＡ（cDNA、cpDNA、gDNA、msDNA、mtDNAを含む）又はＲＮＡ（mRNA (pre-mRNA/hnRNA)、tRNA、rRNA、aRNA、gRNA、miRNA、ncRNA、piRNA、shRNA、siRNA、stRNA、snRNA、snoRNA、stRNA、ta-siRNA、tmRNAを含む）の値の集合である。塩基配列データを用いることにより、優れたランダム性を得ることができる。
【００８４】
離散的配列データ生成部１１１は、ネットワークに接続されており、インターネット上に配備されるゲノム・データベースから、ネットワークを介して離散的配列データを必要に応じてダウンロードすることができる。ゲノム・データベースは、例えばインターネット上の塩基配列データバンク（ＤＤＢＪ：ＤＮＡ Ｄａｔａ Ｂａｎｋ ｏｆ Ｊａｐａｎ）のデータベースである。そして、離散的配列データ生成部１１１は、後述の処理によりこの離散的配列データのランダム性が十分であると判断した場合に、この離散的配列データを離散的配列データ記憶部１１０に記憶させる。
【００８５】
離散的配列データ生成部１１１は、ゲノム・データベースからダウンロードした離散的配列データの一部をライブラリ用配列データとして設定し、離散的配列データの他の部分を乱数判定用データとして設定する。その後、離散的配列データ生成部１１１は、このライブラリ用配列データに基づき、例えば特許文献３に開示されたいわゆる決定論的非線形予測手法を用いて、予測データを生成する。
【００８６】
次に、離散的配列データ生成部１１１は、予測データと順次取り出した乱数判定用データとを比較し、非ランダムな状態がＰ回連続しなければ、この離散的配列データのランダム性が十分であると判断して、当該離散的配列データを離散的配列データ記憶部１１０に記憶させる。一方、離散的配列データ生成部１１１は、非ランダムな状態がＰ回連続した場合、この離散的配列データのランダム性が失われたと判断し、ゲノム・データベースから新たな離散的配列データをダウンロードし、上記処理を始めから繰り返す。なお、このパラメータＰ（Ｐ≧１）は、ランダム性の程度を意味するものであり、使用者が任意に設定することができる。
【００８７】
離散的配列データ記憶部１１０は、離散的配列データ生成部１１１が生成する離散的配列データを記憶する。
【００８８】
データ列生成部１１２は、離散的配列データ記憶部１１０が記憶する離散的配列データの各要素に応じたｍ桁の２進数のデータ列を生成する。そして、データ列生成部１１２が生成したデータ列は、演算部１０２によって読み出される。ｍ桁のデータ列は、各切換装置３１〜３４の点弧を示す値を、最大同時点弧数ｎに相当するｎ桁含む。
【００８９】
例えば、制御ループ数ｍが４、最大同時点弧数ｎが３、点弧を示す値が「１」であるとした場合につき説明する。この場合、データ列生成部１１２は、例えば、要素「Ｇ」に対してはデータ列「１１０１」を割り当て、要素「Ｃ」に対してはデータ列「１０１１」を割り当て、要素「Ａ」に対してはデータ列「１１１０」を割り当て、要素Ｔに対してはデータ列「０１１１」を割り当てる。なお、このような各要素と各データ列との対応関係を規定する情報は、予めデータ列出力部１０１に記憶される。また、各データ列の「１」と「０」の割合は、例えば、切換装置３１〜３４の最大同時点弧数や制御対象２１〜２４の最大需要電力に応じて、使用者等により予め設定される。
【００９０】
また、データ列生成部１１２は、演算部１０２がデータ列生成部１１２から離散的配列データの所定要素に応じたｍ桁のデータ列を読み込むと、離散的配列データにおいてこの所定要素の次の要素に応じたｍ桁のデータ列を生成する。このように、データ列生成部１１２は、演算部１０２がデータ列を読み込む毎に、ｍ桁のデータ列を生成する。
【００９１】
なお、データ列生成部１１２から演算部１０２によって読み出されるデータ列の各桁の値は、各制御ループに対応付けられている。例えば、図６の場合、パルス変換装置１は、４個の制御ループに接続されているため、データ列生成部１１２は、４桁からなる２進数のデータ列を生成する。そして、データ列の1桁目の値はＰＭｉｎ１〜ＰＭｏｕｔ１に関する制御ループＬ１、２桁目の値はＰＭｉｎ２〜ＰＭｏｕｔ２に関する制御ループＬ２、３桁目の値はＰＭｉｎ３〜ＰＭｏｕｔ３に関する制御ループＬ３、４桁目の値はＰＭｉｎ４〜ＰＭｏｕｔ４に関する制御ループＬ４に対応付けられている。
【００９２】
次に、図３を参照して、実施の形態３に係るパルス変換装置１の演算部１０２の処理を説明する。なお、予め離散的配列データ記憶部１１０には、離散的配列データ生成部１１１によって生成された離散的配列データが記憶されているものとする。まず、データ列出力部１０１のデータ列生成部１１２は、離散的配列データ記憶部１１０に記憶された離散的配列データの所定要素に応じたｍ桁のデータ列を生成する（ステップＳ１）。
【００９３】
次に、演算部１０２は、周波数検出部１００の出力に基づき、新たな電源周期になったか否かを判断する（ステップＳ２）。演算部１０２は、新たな電源周期になったと判断するまで、定期的にＳ２の処理を繰り返す。
【００９４】
Ｓ２で新たな電源周期になったと判断した後、演算部１０２は、この新たな電源周期でのパルス変調信号の変換に用いるためのデータ列を、データ列出力部１０１のデータ列生成部１１２から読み込む（ステップＳ３）。
【００９５】
Ｓ３の後、演算部１０２は、Ｓ３で読み込んだデータ列に基づき、ｍ個の切換装置３１〜３４のうち、ｎ桁の点弧を示す値に対応する切換装置３１〜３４にパルス変調信号を出力し、他の切換装置３１〜３４にパルス変調信号を出力しないように制御する（ステップＳ４）。このＳ４は実施の形態１で説明したものと同様である。
【００９６】
Ｓ４の後、データ列出力部１０１は、次の電源周期で演算部１０２が読み込むための新たなｍ桁のデータ列を生成する（ステップＳ５）。ここで、データ列生成部１１２は、上記離散的配列データの上記所定要素の次の要素に応じたｍ桁のデータ列を生成する。
【００９７】
Ｓ５の後、演算部１０２は、Ｓ２に戻って新たな電源周期になったか否かを判断する。
【００９８】
図７は、実施の形態３に係るパルス変換装置１を備えた制御システム６０において、各調節計４１〜４４から出力されるパルス変調信号と各制御対象２１〜２４の電流と各制御対象２１〜２４の合計電力量との関係を示す説明図である。
【００９９】
図７の例では、実施の形態１で説明した図４の例と同様に、制御ループ数ｍが４であり、各切換装置３１〜３４の最大同時点弧数ｎが３である。データ列における点弧を示す値が「１」であるとすると、データ列出力部１０１は、電源周期１においてデータ列「１１０１」を出力し、電源周期２においてデータ列「１０１１」を出力し、電源周期３においてデータ列「１１１０」を出力し、電源周期４においてデータ列「０１１１」を出力する。その後も、データ列出力部１０１は、電源周期毎に、４桁のデータ列を、「１」と「０」の割合を一定に維持しつつ、一定の周期性を持たないランダムな順番で変化させながら出力する。
【０１００】
すると、実施の形態１で説明したように切換装置３１〜３４の最大同時点弧数が３個に抑制されることから、図７の制御対象の電流の波形で示すように、同時に電流がＯＮされる制御対象２１〜２４の数が最大３個に抑制される。したがって、パルス変換装置１によるパルス変調信号の変換を行う場合の制御対象２１〜２４の合計電力の最大値（実線波形のピーク値）は、パルス変調信号の変換を行わない場合の制御対象２１〜２４の合計電力の最大値（破線波形のピーク値）と比べて、３／４倍に抑制される。
【０１０１】
さらに、同時に点弧する切換装置３１〜３４の組み合わせが、一定の周期性を持たないランダムな順番で、電源周期毎に変化する。これにより、低周波ノイズを低減することができるため、例えば各制御対象の電力量を等分散したいという場合に、各切換装置３１〜３４の平均点弧時間を同等にするだけで、各制御対象２１〜２４の電力量を等分散することができる。
【０１０２】
以上より、実施の形態３は、データ列出力部１０１が、電源周期毎に、離散的配列データの各要素に応じたｍ桁のデータ列を出力することにより、同時に点弧する切換装置３１〜３４の組み合わせを、一定の周期性を持たないランダムな順番で変化させるものである。これにより、実施の形態２の効果に加えて、低周波ノイズを低減することができる。
【０１０３】
なお、実施の形態３のパルス変換装置は、切換装置の導通角を制御する位相制御にも適用することができる。これにより、位相制御開始時の過度の電流の発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１ パルス変換装置
１０ 交流電源
２１〜２４ 制御対象
３１〜３４ 切換装置
４１〜４４ 調節計
５１〜５４ 測定器
６０ 制御システム
１００ 周波数検出部
１０１ データ列出力部
１０２ 演算部
１０３ 入力ポート
１０４ 出力ポート
１０５ シフトレジスタ
１０６ ループカウンタ
１１０ 離散的配列データ記憶部
１１１ 離散的配列データ生成部
１１２ データ列生成部
Ｌ１〜Ｌ４ 制御ループ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス変調信号を変換するパルス変換装置、このパルス変換装置を備える制御システム、及びこのパルス変換装置を用いた制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス成形溶融炉や半導体基板リフロー炉など、複数のヒータを備える連続炉は、一般的に、次のような温度制御システムを備える場合がある。各ヒータには、それぞれＳＳＲ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｒｅｌａｙ）又はＳＣＲ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）などの、各ヒータの電流のＯＮ／ＯＦＦを切り換える切換装置が接続される。さらに各切換装置には、それぞれ調節計が接続される。各調節計は、炉内温度の測定値と予め設定された温度設定値とを比較し、両者を近づけるような各ヒータの制御量としてデューティ比を求め、求めたデューティ比に基づき各切換装置に対してパルス変調信号を出力する。各切換装置は、交流電源の電源周期毎に、パルス変調信号の値が「１」であれば点弧し、パルス変調信号の値が「０」であれば消弧する。このように、かかる連続炉は、ヒータ毎に独立して温度制御を行う多ループ制御システムを備えている。
【０００３】
このような多ループ制御システムにおいて、全ての調節計から出力されるパルス変調信号の値が「１」であるときは、全ての切換装置が同時に点弧することになる。このときの各ヒータの合計電力は最大値となり、すなわち最大需要電力となる。一方、温度制御開始から一定時間が経過し、ヒータの温度がある程度安定すると、各ヒータの合計電力は最大需要電力に比べて大幅に低くなり、例えば最大需要電力の約１０％程度にとどまる。しかし、契約電力は、最大需要電力に基づき決定されることから、かかる多ループ制御システムでは、契約電力が、各ヒータの合計電力の平均値と比較して、非常に高くなるという問題がある。
【０００４】
最大需要電力の抑制を目的とした従来の多ループ制御システムに係る温度制御方法として、交流電源の半電源周期毎に切換装置の導通角を９０°未満に維持しながら制御するという位相制御方法がある。
【０００５】
また、他の従来の多ループ制御システムに係る温度制御方法として、交流電源の半電源周期毎に各ヒータに接続する切換装置を点弧するとともに、各半電源周期内での各切換装置の点弧タイミングを互いに重複しないようにずらすという、相補的な位相制御方法がある（例えば、特許文献１）。
【０００６】
また、さらに他の従来の多ループ制御システムに係る温度制御方法として、複数のヒータに接続する切換装置を２つのグループに分け、一方のグループの切換装置を点弧する間、他方のグループの切換装置を消弧するという、相補的なパルス変調制御方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１７６２９２号公報
【特許文献２】特願２０１０−２９３８１１号明細書
【特許文献３】特許第３６５８６２３号明細書
【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、交流電源の半電源周期毎に導通角を９０°未満に維持しながら制御するという上記の位相制御方法は、各ヒータに供給される電流が最大値より低い値となるため、各ヒータの性能を十分に発揮できないという問題がある。また、回路が複雑で高コストとなるという問題がある。また、いわゆるゼロクロス制御ではないため、電源高調波や高周波ノイズが発生し環境に悪影響を与えるという問題がある。また、温度制御の開始時では、ヒータの抵抗器、ハロゲンランプ、調光器などは、これらの抵抗値が低いことから、切換装置が同時点弧すると温度制御開始時に過度の電流が発生し、前記機器を故障にいたらしめるという問題がある。
【０００９】
また、交流電源の半電源周期毎に各ヒータに接続する切換装置の点弧タイミングを重複しないようにずらすという上記の相補的な位相制御方法では、各調節計において、各切換装置の点弧タイミングを、互いに重複しないように制御する必要があるため、調節計の処理が複雑になるという問題がある。
【００１０】
また、複数の切換装置を２つのグループに分け、各グループの点弧タイミングを切換えることによって、両グループの同時点弧を防ぐという上記の相補的なパルス変調制御方法では、少なくとも一方のグループのデューティ比が５０％以下となる。よって、ヒータの性能を十分に発揮できないという問題がある。また、一方のグループの切換装置に接続される調節計が、他のグループの切換装置に接続された調節計が出力するパルス変調信号の値を知る必要があるため、対になる調節計間の通信が必要となる。これにより、調節計の処理が複雑になるという問題がある。
【００１１】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、各切換装置に係る複雑な処理なしに、各制御対象の性能を損なうことなく、各制御対象に係る消費電力の合計の最大値（最大需要電力）を抑制することが可能なパルス変換装置、制御システム、及び制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のパルス変換装置は、制御対象、前記制御対象の制御量に基づきパルス変調信号を出力する調節計、及び前記パルス変調信号に基づき前記制御対象と交流電源との間の点弧及び消弧を切り換える切換装置を有する制御ループをｍ個（ｍ＞１）含む制御システムの中で、前記各調節計と前記各切換装置との間に接続されるパルス変換装置であって、前記各調節計から前記各パルス変調信号が入力される入力ポートと、前記各制御ループに対応付けられたｍ桁のデータ列であって、前記各切換装置の最大同時点弧数がｎ（ｎ＜ｍ）である場合、前記ｍ桁のうち、前記各切換装置の点弧を示す値をｎ桁含むデータ列を出力するデータ列出力部と、前記交流電源の電源周期毎に、前記データ列出力部から前記ｍ桁のデータ列を読み込み、前記ｍ個の切換装置のうち、前記ｎ桁の点弧を示す値に対応する前記切換装置に前記パルス変調信号を出力し、他の前記切換装置に前記パルス変調信号を出力しないように制御する演算部と、前記演算部の制御に基づき、前記各パルス変調信号を前記各切換装置に出力する出力ポートと、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明のパルス変換装置において、前記データ列出力部は、前記演算部による読み込み回数を格納するループカウンタと、前記ｍ桁のデータ列を格納するシフトレジスタと、を有し、前記演算部は、前記電源周期毎に前記シフトレジスタから前記ｍ桁のデータ列を読み込むと、前記ループカウンタの前記読み込み回数を１増加させるとともに前記シフトレジスタの前記ｍ桁のデータ列を１ビットシフトさせ、前記読み込み回数がｍ回に達した場合、前記ループカウンタに格納された前記読み込み回数及び前記シフトレジスタに格納された前記ｍ桁のデータ列を初期化することを特徴とする。
【００１４】
本発明のパルス変換装置において、前記データ列出力部は、複数の要素の離散的配列データを生成する離散的配列データ生成部と、前記離散的配列データを記憶する離散的配列データ記憶部と、前記離散的配列データ記憶部に記憶された前記離散的配列データの各要素に応じた前記ｍ桁のデータ列を生成するデータ列生成部と、を有し、前記電源周期毎に、前記演算部が前記データ列生成部から前記離散的配列データの所定要素に応じた前記ｍ桁のデータ列を読み込むと、前記データ列生成部は、前記離散的配列データにおいて前記所定要素の次の要素に応じた前記ｍ桁のデータ列を生成する、ことを特徴とする。
【００１５】
本発明のパルス変換装置において、前記離散的配列データ生成部は、前記離散的配列データのうちの一部をライブラリ用配列データとして設定し、前記離散的配列データのうちの前記ライブラリ用配列データとは異なる他の部分を乱数判定用データとして設定し、前記ライブラリ用配列データに基づき決定論的非線形予測手法を用いて予測データを生成し、前記予測データと順次取り出した前記乱数判定用データとを比較し、非ランダムな状態が所定回数連続しない場合、前記離散的配列データを前記離散的配列データ記憶部に記憶することを特徴とする。
【００１６】
本発明の制御システムは、制御対象、前記制御対象の制御量に基づきパルス変調信号を出力する調節計、及び前記パルス変調信号に基づき前記制御対象と交流電源との間の点弧及び消弧を切り換える切換装置を有する制御ループをｍ個（ｍ＞１）含む制御システムであって、前記各調節計と前記各切換装置との間に、上記のパルス変換装置が接続されることを特徴とする。
【００１７】
本発明の制御方法は、上記パルス変換装置を用いた制御方法であって、前記データ列出力部が前記ｍ桁のデータ列を生成するステップと、前記演算部が前記交流電源の新たな電源周期になったか否かを判断するステップと、前記演算部が前記新たな電源周期になったと判断すると、前記演算部が前記ｍ桁のデータ列を読み込むステップと、前記演算部が前記入力ポートに入力される前記各パルス変調信号を読み込み、前記ｍ桁のデータ列に基づき、ｍ個の前記切換装置のうち、ｎ桁の点弧を示す値に対応する前記切換装置に前記パルス変調信号を出力し、他の前記切換装置に前記パルス変調信号を出力しないように制御するステップと、前記データ列出力部が、前記演算部によって前記ｍ桁のデータ列が読み出された後に、次の電源周期で前記演算部が読み込むための新たな前記ｍ桁のデータ列を生成するステップと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、各切換装置に係る複雑な処理なしに、各制御対象の性能を損なうことなく、各制御対象に係る消費電力の合計の最大値（最大需要電力）を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るパルス変換装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るパルス変換装置を備えた制御システムを示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るパルス変換装置の処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１に係るパルス変換装置を備えた制御システムにおいて、各調節計から出力されるパルス変調信号と各制御対象の電流と各制御対象の合計電力量との関係を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るパルス変換装置を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係るパルス変換装置を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係るパルス変換装置を備えた制御システムにおいて、各調節計から出力されるパルス変調信号と各制御対象の電流と各制御対象の合計電力量との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
図１〜４を参照して、本発明の実施の形態１を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態１に係るパルス変換装置１を示すブロック図である。パルス変換装置１は、入力ポート１０３と、データ列出力部１０１と、演算部１０２と、周波数検出部１００と、出力ポート１０４とを備えている。パルス変換装置１は、例えばマイクロコンピュータや、ＦＰＧＡなどのゲートアレーなどにより構成することができる。これにより、パルス変換装置１の製造コストを安価にすることができる。
【００２２】
ここで、パルス変換装置１は、後述するとおり、制御対象、調節計、及び切換装置等を含む制御ループをｍ個（ｍ＞１）含む制御システムの中で、各調節計及び各切換装置の間に接続される。そして、パルス変換装置１は、各調節計から入力されるパルス変調信号を変換して各切換装置に出力するものである。
【００２３】
なお、パルス変調信号としては、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号、パルス密度変調（ＰＤＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号、シグマデルタ変調（ΣΔ変調）信号、又は差分スペクトル符号変調信号等を用いる。
【００２４】
例えば、図１は、ｍが４の場合、すなわちパルス変換装置１が４個の制御ループに接続されている場合を示している。そして、パルス変換装置１は、入力信号ＰＭｉｎ１を変換して信号ＰＭｏｕｔ１を出力し、入力信号ＰＭｉｎ２を変換して信号ＰＭｏｕｔ２を出力し、入力信号ＰＭｉｎ３を変換して信号ＰＭｏｕｔ３を出力し、入力信号ＰＭｉｎ４を変換して信号ＰＭｏｕｔ４を出力する。
【００２５】
入力ポート１０３には、各調節計から各パルス変調信号が入力される。例えば、図１に示す例では、制御ループの数ｍが４であるから、入力ポート１０３には、４つの制御ループそれぞれに関する入力信号として、パルス変調信号ＰＭｉｎ１〜４が入力される。入力ポート１０３は、入力されたパルス変調信号ＰＭｉｎ１〜４を演算部１０２に出力する。
【００２６】
周波数検出部１００は、外部の交流電源１０に接続されており、交流電源１０の電源周期を演算部１０２に出力する。具体的には、周波数検出部１００は、例えば、交流電源１０の電源電圧のゼロクロス点に基づき交流電源１０の電源周波数を検出する。そして、周波数検出部１００は、当該電源周波数に基づき電源周期を算出し、算出した電源周期を演算部１０２に出力する。
【００２７】
データ列出力部１０１は、制御ループ数ｍに相当するｍ桁（ビット）の（例えば２進数の）データ列を、演算部１０２に対して出力する。そして、データ列出力部１０１は、演算部１０２によってデータ列が読み出されると、新たなｍ桁のデータ列を生成する。
【００２８】
データ列出力部１０１が出力するデータ列の各桁の値は、各制御ループに対応付けられている。例えば、図１の場合、パルス変換装置１は４個の制御ループに接続されているため、データ列出力部１０１は、４桁からなる２進数のデータ列を演算部１０２に対して出力する。そして、データ列の1桁目の値はＰＭｉｎ１〜ＰＭｏｕｔ１に関する制御ループ、２桁目の値はＰＭｉｎ２〜ＰＭｏｕｔ２に関する制御ループ、３桁目の値はＰＭｉｎ３〜ＰＭｏｕｔ３に関する制御ループ、４桁目の値はＰＭｉｎ４〜ＰＭｏｕｔ４に関する制御ループに対応付けられている。
【００２９】
また、データ列出力部１０１は、毎回、データ列を、「１」と「０」との割合を一定にして出力する。データ列出力部１０１が出力するデータ列に係る「１」と「０」との割合は、例えば、出力ポート１０４の先に接続された切換装置の最大同時点弧数や、最大需要電力等に応じて、使用者等により予め設定されている。ここで、データ列の「１」と「０」のいずれか一方は、各切換装置の点弧を示す値であり、各切換装置の最大同時点弧数がｎ（ｎ＜ｍ）である場合、データ列は、ｍ桁のうち点弧を示す値をｎ桁含む。例えば、４つの制御ループのうち、各切換装置の最大同時点弧数ｎが３である場合には、データ列は、「１１１０」のように、４桁のうち点弧を示す値「１」を３桁含み、「１」と「０」との割合は３対１となる。
【００３０】
演算部１０２は、電源周期毎に、データ列出力部１０１からデータ列を読み込み、読み込んだデータ列に基づき、入力ポート１０３からのパルス変調信号ＰＭｉｎ１〜４を変換し、変換後のパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１〜４を出力ポート１０４に出力する。ここで、演算部１０２は、ｍ個の切換装置のうち、ｎ桁の点弧を示す値に対応する切換装置にパルス変調信号を出力し、他の切換装置にパルス変調信号を出力しないように制御する。
【００３１】
例えば、データ列における点弧を示す値が「１」であるとすると、演算部１０２は、データ列出力部１０１から読み込んだデータ列のうち、値が「１」の桁に対応した制御ループについては入力ポート１０３からのパルス変調信号をそのまま出力ポート１０４に出力し、値が「０」の桁に対応した制御ループについては出力ポート１０４に対して信号の出力を行わない。具体的には、図１の例で説明すると、演算部１０２は、データ列出力部１０１が出力するデータ列の１桁目の値が「１」であれば、入力ポート１０３からの第１のパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１を出力ポート１０４に出力する。一方、データ列の１桁目の値が「０」であれば、演算部１０２は、第１のパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１を出力ポート１０４に出力しない。入力ポート１０３からの第２〜４のパルス変調信号ＰＭｉｎ２〜４についても、演算部１０２は、同様にデータ列の２〜４桁目の値に応じて、出力ポート１０４への出力を制御する。
【００３２】
出力ポート１０４は、演算部１０２の制御に基づき、各パルス変調信号を各切換装置に出力する。例えば、図１の場合、出力ポート１０４は、演算部１０２で変換されたパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１〜４を演算部１０２から入力されると、パルス変調信号ＰＭｏｕｔ１〜４をそれぞれ対応する制御ループの切換装置に出力する。
【００３３】
図２は、実施の形態１に係るパルス変換装置１を備えた制御システム６０を示すブロック図である。制御システム６０は、図１のパルス変換装置１と、交流電源１０と、制御対象２１〜２４と、測定器５１〜５４と、調節計４１〜４４と、切換装置３１〜３４とを備える。
【００３４】
なお、本明細書では、図２の例において、調節計４１、パルス変換装置１、切換装置３１、制御対象２１、及び測定器５１を備える制御ループを制御ループＬ１と呼び、調節計４２、パルス変換装置１、切換装置３２、制御対象２２、及び測定器５２を備える制御ループを制御ループＬ２と呼び、調節計４３、パルス変換装置１、切換装置３３、制御対象２３、及び測定器５３を備える制御ループを制御ループＬ３と呼び、調節計４４、パルス変換装置１、切換装置３４、制御対象２４、及び測定器５４を備える制御ループを制御ループＬ４と呼ぶ。
【００３５】
パルス変換装置１は、各調節計４１〜４４と各切換装置３１〜３４との間に電気的に接続される。具体的には、調節計４１〜４４の出力側が、パルス変換装置１の入力ポート１０３に接続される。また、パルス変換装置１の出力ポート１０４が、切換装置３１〜３４の入力側に接続される。そして、パルス変換装置１は、調節計４１〜４４から入力されるパルス変調信号ＰＭｉｎ１〜４を変換して、変換後のパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１〜４を切換装置３１〜３４に出力する。このように、制御システム６０は、既存の制御システムに係る調節計と切換装置との間に、パルス変換装置１を接続するだけで、容易に実現することができる。
【００３６】
切換装置３１〜３４は、その入力側にパルス変換装置１の出力ポート１０４が接続されており、出力側で交流電源１０と各制御対象２１〜２４との間の点弧及び消弧を切り換えることができる。そして、切換装置３１〜３４は、パルス変換装置１から入力されるパルス信号に基づき、交流電源１０と各制御対象２１〜２４との間の点弧及び消弧を切り換えることにより、制御対象２１〜２４への電流のＯＮ／ＯＦＦを切り換える。
【００３７】
例えば、図２の例における制御ループＬ１について説明すると、切換装置３１は、パルス変換装置１から「１」の値を持つパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１の値が入力されると、交流電源１０と制御対象２１との間を点弧する。これにより、制御対象２１の電流がＯＮする。一方、パルス変換装置１から「０」の値を持つパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１が入力されると、切換装置３１は交流電源１０と制御対象２１との間を消弧する。これにより、制御対象２１の電流がＯＦＦする。
【００３８】
なお、切換装置３１〜３４は、例えばＳＳＲ、ＳＣＲ、又はＳＳＲ以外のリレー等により構成することができる。
【００３９】
交流電源１０に接続される制御対象２１〜２４は、例えばヒータ又はモータなどである。なお、制御対象２１〜２４は、図２に示すように交流電源１０に対して並列に接続されてもよいし、又は、それぞれ別個の交流電源１０と直列に接続されてもよい。また、制御対象２１〜２４は、消費電力が同等なものでもよいし、互いに異なるものでもよい。
【００４０】
調節計４１〜４４は、その入力側に測定器５１〜５４の出力側が接続されており、その出力側にパルス変換装置１の入力ポート１０３が接続されている。そして、調節計４１〜４４は、測定器５１〜５４から入力される測定値に基づき制御対象２１〜２４の制御量を求め、この制御量に基づきパルス変換装置１に対してパルス変調信号を出力する。具体的には、図１及び図２に示す例で説明すると、調節計４１〜４４は、パルス変調周期毎に、測定器５１〜５４から出力される測定値と、予め内部に設定される設定値とを比較し、測定値と設定値との差を小さくするように、制御対象２１〜２４の制御量としてデューティ比を求める。その後、調節計４１〜４４は、求めたデューティ比に基づき、それぞれパルス変調信号ＰＭｉｎ１〜４をパルス変換装置１に出力する。なお、調節計４１〜４４に予め設定される設定値は、同一でもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００４１】
測定器５１〜５４は、制御対象２１〜２４に関連する測定値を調節計４１〜４４に出力する。具体的には、測定器５１〜５４は、制御対象２１〜２４がヒータである場合、例えば制御対象２１〜２４付近の炉内温度、又は炉内で制御対象２１〜２４によって加熱される物（ガラス、半田など）の温度を、測定値として出力する。一方、測定器５１〜５４は、制御対象２１〜２４がモータである場合、例えば制御対象２１〜２４の回転数又は回転位置を測定値として出力する。
【００４２】
次に、図３を参照して、パルス変換装置１の処理を説明する。図３は、実施の形態１に係るパルス変換装置１の処理を示すフローチャートである。まず、データ列出力部１０１は、ｍ桁のデータ列を生成する（ステップＳ１）。
【００４３】
次に、演算部１０２は、周波数検出部１００の出力に基づき、新たな電源周期になったか否かを判断する（ステップＳ２）。演算部１０２は、新たな電源周期になったと判断するまで、定期的にＳ２の処理を繰り返す。
【００４４】
Ｓ２で新たな電源周期になったと判断した後、演算部１０２は、この新たな電源周期でのパルス変調信号の変換に用いるためのデータ列を、データ列出力部１０１から読み込む（ステップＳ３）。
【００４５】
Ｓ３の後、演算部１０２は、Ｓ３で読み込んだデータ列に基づき、ｍ個の切換装置３１〜３４のうち、ｎ桁の点弧を示す値に対応する切換装置３１〜３４にパルス変調信号を出力し、他の切換装置３１〜３４にパルス変調信号を出力しないように、制御する（ステップＳ４）。例えば、図１の場合、データ列における点弧を示す値が「１」であるとすると、演算部１０２は、データ列のうち値が「１」である桁に対応する入力ポート１０３からのパルス変調信号ＰＭｉｎ１〜４を、変換後のパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１〜４として出力ポート１０４に出力する。出力ポート１０４は、演算部１０２からパルス変調信号ＰＭｏｕｔ１〜４を入力されると、これらを外部の切換装置３１〜３４に出力する。なお、Ｓ３で読み込んだデータ列のうち値が「０」である桁に対応する入力ポート１０３からのパルス変調信号ＰＭｉｎ１〜４については、出力ポート１０４に対する信号の出力を行わない。
【００４６】
次に、データ列出力部１０１は、次の電源周期で演算部１０２が読み込むための新たなｍ桁のデータ列を生成する（ステップＳ５）。
【００４７】
Ｓ５の後、演算部１０２は、Ｓ２に戻って新たな電源周期になったか否かを判断する。
【００４８】
図４は、実施の形態１に係るパルス変換装置１を備えた制御システム６０において、各調節計４１〜４４から出力されるパルス変調信号と各制御対象２１〜２４の電流と各制御対象２１〜２４の合計電力量との関係を示す説明図である。図４の電力量の波形において、破線はパルス変換装置１によるパルス変調信号の変換を行わない場合での各制御対象２１〜２４の合計電力量の波形を示し、実線はパルス変換装置１によるパルス変調信号の変換を行う場合での各制御対象２１〜２４の合計電力量の波形を示している。
【００４９】
図４の例では、調節計４１〜４４が、それぞれ制御対象２１〜２４のデューティ比を「５０％」に設定しており、パルス変換装置１に対して同一のパルス変調信号を出力している。なお、この例では、調節計４１〜４４は、パルス変調信号としてＰＷＭ信号を出力している。各パルス変調信号は、８電源周期分の長さのパルス変調周期のうち、前半の４つの電源周期の間は「１」の値を持ち、後半の４電源周期の間は「０」の値を持つ。また、この例では、各制御対象２１〜２４の消費電力は同等である。
【００５０】
また、図４の例では、制御ループ数ｍは４、最大同時点弧数ｎは３である。すなわち、２進数のデータ列において点弧を示す値が「１」であるとすると、パルス変換装置１のデータ列出力部１０１は、電源周期毎に、４桁からなるデータ列を、「１」と「０」の割合を３対１に維持しつつ出力している。例えば、データ列出力部１０１は、電源周期１においてデータ列「１１１０」を出力し、電源周期２においてデータ列「１１０１」を出力し、電源周期３においてデータ列「１０１１」を出力し、電源周期４においてデータ列「０１１１」を出力する。この場合、パルス変換装置１は、各調節計４１〜４４から入力される４つのパルス変調信号のうち、３つのパルス変調信号をそれぞれ対応する切換装置３１〜３４に出力する。そして、出力ポート１０４からパルス変調信号が入力される切換装置３１〜３４のうち、「１」の値を持つパルス変調信号が入力される３個の切換装置３１〜３４が点弧し、その他の１個の切換装置３１〜３４が消弧する。これにより、４個の制御対象２１〜２４のうち、点弧する切換装置３１〜３４に対応する３個の制御対象２１〜２４の電流がＯＮされ、その他の１個の制御対象２１〜２４の電流がＯＦＦされる。
【００５１】
すると、切換装置３１〜３４の最大同時点弧数が３個に抑制されることから、図４の制御対象の電流の波形で示すように、同時に電流がＯＮされる制御対象２１〜２４の数が最大３個に抑制される。したがって、パルス変換装置１によるパルス変調信号の変換を行う場合の制御対象２１〜２４の合計電力の最大値（実線波形のピーク値）は、パルス変調信号の変換を行わない場合の制御対象２１〜２４の合計電力の最大値（破線波形のピーク値）と比べて、３／４倍に抑制される。
【００５２】
なお、パルス変換装置１は、交流電源１０の電源電圧のゼロクロス点に応じて切換装置３１〜３４を点弧するという、ゼロクロス制御方式を用いることで、高調波や高周波のノイズを低減することができる。
【００５３】
また、パルス変換装置１のデータ列出力部１０１は、図４の例のように電源周期毎にデータ列を変化させて出力することで、電源周期毎に点弧する切換装置３１〜３４を巡回して変化させることができる。これにより、各切換装置３１〜３４のうち常に同じ３個のみが同時に点弧されるのを防止し、各切換装置３１〜３４を均一な確率で点弧することができる。
【００５４】
以上より、実施の形態１に係るパルス変換装置１は、ｍ（ｍ＞１）個の調節計４１〜４４からのパルス変調信号のうち予め設定されたｎ（ｎ＜ｍ）個のパルス変調信号のみを、各切換装置３１〜３４へ出力することにより、切換装置３１〜３４の最大同時点弧数がｎ個となるように制御するものである。これにより、各制御対象２１〜２４における消費電力の合計の最大値（最大需要電力）を抑制することができる。また、パルス変換装置１は、調節計４１〜４４と切換装置３１〜３４との間に接続されるので、調節計４１〜４４間の通信を行う必要がなく、各調節計４１〜４４における複雑な処理が不要になる。また、切換装置３１〜３４の位相制御を行う必要が無いので、各制御対象２１〜２４の性能を損なうことがない。
【００５５】
なお、実施の形態１のパルス変換装置１は、切換装置の導通角を制御する位相制御にも適用することができる。これにより、位相制御開始時の過度の電流の発生を抑制することができる。
【００５６】
実施の形態２．
図２〜５を参照して、実施の形態２に係るパルス変換装置１の構成を詳細に説明する。なお、実施の形態１と同様の部分については、その詳細の説明を省略し、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００５７】
実施の形態２は、パルス変換装置１のデータ列出力部１０１が、後述するシフトレジスタ１０５とループカウンタ１０６を備える点で、実施の形態１と異なる。実施の形態２に係るパルス変換装置１を備えた制御システム６０は、図２に示すものと同じであるので、詳細の説明を省略する。
【００５８】
図５は、実施の形態２に係るパルス変換装置１を示すブロック図である。図５に示すパルス変換装置１は、データ列出力部１０１の構成のみが図１と異なるので、その他のブロックの詳細の説明を省略する。データ列出力部１０１は、シフトレジスタ１０５とループカウンタ１０６を有し、これらにより巡回シフトレジスタを構成している。そして、データ列出力部１０１は、制御ループ数ｍに相当するｍ桁（ビット）の（例えば２進数の）データ列を、電源周期毎に、各桁の値を左方向又は右方向に１ビットずつシフトしつつ、演算部１０２に対して出力する。なお、データ列出力部１０１をシフトレジスタ１０５とループカウンタ１０６で構成することにより、パルス変換装置１の製造コストを安価にすることができる。
【００５９】
データ列出力部１０１が出力するデータ列は、実施の形態１と同様に、各制御ループに対応付けられたｍ桁のデータ列であって、各切換装置３１〜３４の最大同時点弧数がｎ（ｎ＜ｍ）である場合、ｍ桁のうち、各切換装置３１〜３４の点弧を示す値をｎ桁含むデータ列である。
【００６０】
例として、４つの制御ループのうち、各切換装置３１〜３４の最大同時点弧数ｎが３であり、データ列における点弧を示す値が「１」である場合について説明する。この場合、データ列出力部１０１は、電源周期１においてデータ列「１１１０」を出力し、電源周期２においてデータ列「１１０１」を出力し、電源周期３においてデータ列「１０１１」を出力し、電源周期４においてデータ列「０１１１」を出力する。その後も、データ列出力部１０１は、同様にしてこの４つのデータ列を同じ順番で繰り返して出力する。このように、データ列出力部１０１は、データ列を１ビットずつシフトしつつ出力するため、データ列の「１」と「０」との割合を一定に維持しつつ出力することができる。
【００６１】
ループカウンタ１０６は、演算部１０２がシフトレジスタ１０５からデータ列を読み込んだ回数を格納する。具体的に、ループカウンタ１０６は、演算部１０２がシフトレジスタ１０５からデータ列を読み込む毎に、演算部１０２によって読み込み回数が１回ずつ増加される。そして、読み込み回数が制御ループ数ｍに相当するｍ回に達した場合、演算部１０２によって読み込み回数が初期化され、すなわち０回に戻される。このように、ループカウンタ１０６は、演算部１０２の操作により、制御ループ数ｍに相当するｍ回まで繰り返してカウントする。
【００６２】
シフトレジスタ１０５は、制御ループ数ｍに相当するｍ桁にそれぞれ「１」又は「０」の値を記憶しており、これによりｍ桁の２進数のデータ列を格納する。このｍ桁のデータ列は、各切換装置３１〜３４の点弧を示す値を、最大同時点弧数ｎに相当するｎ桁含む。ここで、シフトレジスタ１０５の各桁に記憶される「１」と「０」との割合は、例えば、出力ポート１０４の先に接続される切換装置３１〜３４の最大同時点弧数や制御対象２１〜２４の最大需要電力に応じて、使用者等により予め設定されている。
【００６３】
そして、シフトレジスタ１０５は、演算部１０２によって電源周期毎に各桁に記憶する値が左方向又は右方向に１ビットずつシフトされてデータ列が読み出される。また、シフトレジスタ１０５は、ループカウンタ１０６の読み込み回数が制御ループ数ｍに相当するｍ回に達した場合、演算部１０２によって、ｍ桁のデータ列が初期化され、すなわち各桁に記憶する値が初期の値に戻される。
【００６４】
シフトレジスタ１０５が出力するデータ列の各桁の値は、各制御ループに対応付けられている。例えば、図５の場合、パルス変換装置１は、４個の制御ループに接続されているため、シフトレジスタ１０５は、４桁からなる２進数のデータ列を格納する。そして、データ列の1桁目の値はＰＭｉｎ１〜ＰＭｏｕｔ１に関する制御ループＬ１、２桁目の値はＰＭｉｎ２〜ＰＭｏｕｔ２に関する制御ループＬ２、３桁目の値はＰＭｉｎ３〜ＰＭｏｕｔ３に関する制御ループＬ３、４桁目の値はＰＭｉｎ４〜ＰＭｏｕｔ４に関する制御ループＬ４に対応付けられている。
【００６５】
演算部１０２は、電源周期毎に、シフトレジスタ１０５からデータ列を読み込み、読み込んだデータ列に基づき、実施の形態１と同様にパルス変調信号の出力の制御を行う。さらに、演算部１０２は、シフトレジスタ１０５からデータ列を読み込んだ後、ループカウンタ１０６の読み込み回数が制御ループ数ｍに相当するｍ回に達していない場合は、シフトレジスタ１０５のｍ桁のデータ列を１ビットずつ左方向又は右方向にシフトさせることにより、シフトレジスタ１０５に新たなデータ列を生成させる。さらに、演算部１０２は、ループカウンタ１０６の読み込み回数を１回増加させる。一方、ループカウンタ１０６の読み込み回数がｍ回に達している場合は、演算部１０２は、シフトレジスタ１０５に格納されたｍ桁のデータ列を初期化することにより、シフトレジスタ１０５に新たなデータ列を生成させる。さらに、演算部１０２は、ループカウンタ１０６に格納された読み込み回数を初期化する。
【００６６】
次に、図３を参照して、実施の形態２に係るパルス変換装置１の処理を説明する。まず、データ列出力部１０１のシフトレジスタ１０５は、ｍ桁のデータ列を格納することによりデータ列を生成する（ステップＳ１）。
【００６７】
次に、演算部１０２は、周波数検出部１００の出力に基づき、新たな電源周期になったか否かを判断する（ステップＳ２）。演算部１０２は、新たな電源周期になったと判断するまで、定期的にＳ２の処理を繰り返す。
【００６８】
Ｓ２で新たな電源周期になったと判断した後、演算部１０２は、この新たな電源周期でパルス変調信号の変換に用いるためのデータ列を、データ列出力部１０１のシフトレジスタ１０５から読み込む（ステップＳ３）。
【００６９】
Ｓ３の後、演算部１０２は、Ｓ３で読み込んだデータ列に基づき、ｍ個の切換装置３１〜３４のうち、ｎ桁の点弧を示す値に対応する切換装置３１〜３４にパルス変調信号を出力し、他の切換装置３１〜３４にパルス変調信号を出力しないように制御する（ステップＳ４）。このＳ４は実施の形態１で説明したものと同様である。
【００７０】
Ｓ４の後、データ列出力部１０１は、次の電源周期で演算部１０２が読み込むための新たなｍ桁のデータ列を生成する（ステップＳ５）。ここで、ループカウンタ１０６の読み込み回数が、制御ループ数ｍに相当するｍ回に達していない場合は、演算部１０２は、シフトレジスタ１０５のｍ桁のデータ列を１ビットずつ左方向又は右方向にシフトさせることにより、シフトレジスタ１０５に新たなデータ列を生成させる。さらに、演算部１０２は、ループカウンタ１０６の読み込み回数を１回増加させる。一方、ループカウンタ１０６の読み込み回数がｍ回に達している場合は、演算部１０２は、シフトレジスタ１０５に格納されたｍ桁のデータ列を初期化することにより、シフトレジスタ１０５に新たなデータ列を生成させる。さらに、演算部１０２は、ループカウンタ１０６に格納された読み込み回数を初期化する。
【００７１】
Ｓ５の後、演算部１０２は、Ｓ２に戻って新たな電源周期になったか否かを判断する。
【００７２】
なお、実施の形態２に係るパルス変換装置１を備えた制御システム６０において、各調節計４１〜４４から出力されるパルス変調信号と各制御対象２１〜２４の電流と各制御対象２１〜２４の合計電力量との関係は、実施の形態１で説明した図４と同様になる。図４の例では、制御ループ数ｍが４であり、各切換装置３１〜３４の最大同時点弧数ｎが３である。データ列における点弧を示す値が「１」であるとすると、データ列出力部１０１は、電源周期１においてデータ列「１１１０」を出力し、電源周期２においてデータ列「１１０１」を出力し、電源周期３においてデータ列「１０１１」を出力し、電源周期４においてデータ列「０１１１」を出力する。その後も、データ列出力部１０１は、同様にしてこれら４つのデータ列を同じ順番で繰り返して出力する。
【００７３】
すると、実施の形態１で説明したように切換装置３１〜３４の最大同時点弧数が３個に抑制されることから、図４の制御対象の電流の波形で示すように、同時に電流がＯＮされる制御対象２１〜２４の数が最大３個に抑制される。したがって、パルス変換装置１によるパルス変調信号の変換を行う場合の制御対象２１〜２４の合計電力の最大値（実線波形のピーク値）は、パルス変調信号の変換を行わない場合の制御対象２１〜２４の合計電力の最大値（破線波形のピーク値）と比べて、３／４倍に抑制される。
【００７４】
さらに、上記のようにデータ列出力部１０１が電源周期毎に４つのデータ列を同じ順番で繰り返して出力することで、電源周期毎に点弧する切換装置３１〜３４を巡回して変化させることができる。これにより、各切換装置３１〜３４を均一な確率で点弧することができる。
【００７５】
以上より、実施の形態２に係るパルス変換装置１は、データ列出力部１０１をシフトレジスタ１０５及びループカウンタ１０６で構成することにより、電源周期毎に点弧する切換装置３１〜３４を巡回して変化させるものである。これにより、実施の形態１の効果に加えて、各切換装置３１〜３４をより均一な確率で点弧することができる。また、パルス変換装置１の製造コストを安価にすることができる。
【００７６】
また、実施の形態２のパルス変換装置１は、切換装置の導通角を制御する位相制御にも適用することができる。これにより、位相制御開始時の過度の電流の発生を抑制することができる。
【００７７】
実施の形態３．
図２、３、６、及び７を参照して、本発明の実施の形態３を説明する。なお、実施の形態１と同様の部分については、その詳細の説明を省略し、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００７８】
実施の形態２は、データ列出力部１０１を巡回シフトレジスタで構成することにより、電源周期毎に点弧する切換装置を巡回して変化させるものである。このように、同時に点弧する切換装置の組み合わせを一定の周期性を持つ順番で変化させることにより、数百ミリＨｚ〜数Ｈｚ程度の低周波ノイズが発生する場合がある。これにより、例えば各制御対象の電力量を等分散したいという場合に、各切換装置の点弧時間を同等にしても、各制御対象の電力量を等分散することができないおそれがある。このような低周波ノイズの発生を抑制するために、実施の形態３では、同時に点弧する切換装置の組み合わせを、一定の周期性を持たないランダムな順番で、電源周期毎に変化させるものである。
【００７９】
実施の形態３は、パルス変換装置１のデータ列出力部１０１が、後述する離散的配列データ記憶部１１０、離散的配列データ生成部１１１、及びデータ列生成部１１２を備える点で、実施の形態１と異なる。実施の形態３の制御システム６０は、図２に示すものと同じであるので、詳細の説明を省略する。
【００８０】
図６は、実施の形態３に係るパルス変換装置を示すブロック図である。実施の形態３のパルス変換装置１は、データ列出力部１０１の構成のみが実施の形態１と異なるので、その他のブロックの詳細の説明を省略する。データ列出力部１０１は、離散的配列データ記憶部１１０と、離散的配列データ生成部１１１と、データ列生成部１１２とを備える。離散的配列データ生成部１１１及びデータ列生成部１１２は、その処理内容が記述されたプログラムを予めコンピュータに記憶させ、このコンピュータの中央演算処理装置（ＣＰＵ）にそのプログラム実行させることにより、実現される。そして、データ列出力部１０１は、制御ループ数ｍに相当するｍ桁（ビット）の（例えば２進数の）データ列を、電源周期毎に、「１」と「０」の割合を一定に維持しつつ、「１」と「０」の並び順をランダムな順番で変化させて、演算部１０２に対して出力する。
【００８１】
データ列出力部１０１が出力するデータ列は、実施の形態１と同様に、各制御ループに対応付けられたｍ桁のデータ列であって、各切換装置３１〜３４の最大同時点弧数がｎ（ｎ＜ｍ）である場合、ｍ桁のうち、各切換装置３１〜３４の点弧を示す値をｎ桁含むデータ列である。
【００８２】
例として、４つの制御ループのうち、各切換装置３１〜３４の最大同時点弧数ｎが３であり、データ列における点弧を示す値が「１」である場合について説明する。この場合、データ列出力部１０１は、電源周期１においてデータ列「１１０１」を出力し、電源周期２においてデータ列「１０１１」を出力し、電源周期３においてデータ列「１１１０」を出力し、電源周期４においてデータ列「０１１１」を出力する。その後も、データ列出力部１０１は、電源周期毎に、４桁のデータ列を、「１」と「０」の割合を一定に維持しつつ、一定の周期性を持たないランダムな順番で変化させながら出力する。
【００８３】
離散的配列データ生成部１１１は、複数の要素の離散的配列データを生成し、生成した離散的配列データを離散的配列データ記憶部１１０に記憶させる。離散的配列データ生成部１１１は、例えば特許文献２に開示された擬似乱数生成装置により構成することができる。離散的配列データは、例えば複数の塩基の塩基配列データである。塩基配列データは、核酸塩基であるＤＮＡ（cDNA、cpDNA、gDNA、msDNA、mtDNAを含む）又はＲＮＡ（mRNA (pre-mRNA/hnRNA)、tRNA、rRNA、aRNA、gRNA、miRNA、ncRNA、piRNA、shRNA、siRNA、stRNA、snRNA、snoRNA、stRNA、ta-siRNA、tmRNAを含む）の値の集合である。塩基配列データを用いることにより、優れたランダム性を得ることができる。
【００８４】
離散的配列データ生成部１１１は、ネットワークに接続されており、インターネット上に配備されるゲノム・データベースから、ネットワークを介して離散的配列データを必要に応じてダウンロードすることができる。ゲノム・データベースは、例えばインターネット上の塩基配列データバンク（ＤＤＢＪ：ＤＮＡ Ｄａｔａ Ｂａｎｋ ｏｆ Ｊａｐａｎ）のデータベースである。そして、離散的配列データ生成部１１１は、後述の処理によりこの離散的配列データのランダム性が十分であると判断した場合に、この離散的配列データを離散的配列データ記憶部１１０に記憶させる。
【００８５】
離散的配列データ生成部１１１は、ゲノム・データベースからダウンロードした離散的配列データの一部をライブラリ用配列データとして設定し、離散的配列データの他の部分を乱数判定用データとして設定する。その後、離散的配列データ生成部１１１は、このライブラリ用配列データに基づき、例えば特許文献３に開示されたいわゆる決定論的非線形予測手法を用いて、予測データを生成する。
【００８６】
次に、離散的配列データ生成部１１１は、予測データと順次取り出した乱数判定用データとを比較し、非ランダムな状態がＰ回連続しなければ、この離散的配列データのランダム性が十分であると判断して、当該離散的配列データを離散的配列データ記憶部１１０に記憶させる。一方、離散的配列データ生成部１１１は、非ランダムな状態がＰ回連続した場合、この離散的配列データのランダム性が失われたと判断し、ゲノム・データベースから新たな離散的配列データをダウンロードし、上記処理を始めから繰り返す。なお、このパラメータＰ（Ｐ≧１）は、ランダム性の程度を意味するものであり、使用者が任意に設定することができる。
【００８７】
離散的配列データ記憶部１１０は、離散的配列データ生成部１１１が生成する離散的配列データを記憶する。
【００８８】
データ列生成部１１２は、離散的配列データ記憶部１１０が記憶する離散的配列データの各要素に応じたｍ桁の２進数のデータ列を生成する。そして、データ列生成部１１２が生成したデータ列は、演算部１０２によって読み出される。ｍ桁のデータ列は、各切換装置３１〜３４の点弧を示す値を、最大同時点弧数ｎに相当するｎ桁含む。
【００８９】
例えば、制御ループ数ｍが４、最大同時点弧数ｎが３、点弧を示す値が「１」であるとした場合につき説明する。この場合、データ列生成部１１２は、例えば、要素「Ｇ」に対してはデータ列「１１０１」を割り当て、要素「Ｃ」に対してはデータ列「１０１１」を割り当て、要素「Ａ」に対してはデータ列「１１１０」を割り当て、要素Ｔに対してはデータ列「０１１１」を割り当てる。なお、このような各要素と各データ列との対応関係を規定する情報は、予めデータ列出力部１０１に記憶される。また、各データ列の「１」と「０」の割合は、例えば、切換装置３１〜３４の最大同時点弧数や制御対象２１〜２４の最大需要電力に応じて、使用者等により予め設定される。
【００９０】
また、データ列生成部１１２は、演算部１０２がデータ列生成部１１２から離散的配列データの所定要素に応じたｍ桁のデータ列を読み込むと、離散的配列データにおいてこの所定要素の次の要素に応じたｍ桁のデータ列を生成する。このように、データ列生成部１１２は、演算部１０２がデータ列を読み込む毎に、ｍ桁のデータ列を生成する。
【００９１】
なお、データ列生成部１１２から演算部１０２によって読み出されるデータ列の各桁の値は、各制御ループに対応付けられている。例えば、図６の場合、パルス変換装置１は、４個の制御ループに接続されているため、データ列生成部１１２は、４桁からなる２進数のデータ列を生成する。そして、データ列の1桁目の値はＰＭｉｎ１〜ＰＭｏｕｔ１に関する制御ループＬ１、２桁目の値はＰＭｉｎ２〜ＰＭｏｕｔ２に関する制御ループＬ２、３桁目の値はＰＭｉｎ３〜ＰＭｏｕｔ３に関する制御ループＬ３、４桁目の値はＰＭｉｎ４〜ＰＭｏｕｔ４に関する制御ループＬ４に対応付けられている。
【００９２】
次に、図３を参照して、実施の形態３に係るパルス変換装置１の演算部１０２の処理を説明する。なお、予め離散的配列データ記憶部１１０には、離散的配列データ生成部１１１によって生成された離散的配列データが記憶されているものとする。まず、データ列出力部１０１のデータ列生成部１１２は、離散的配列データ記憶部１１０に記憶された離散的配列データの所定要素に応じたｍ桁のデータ列を生成する（ステップＳ１）。
【００９３】
次に、演算部１０２は、周波数検出部１００の出力に基づき、新たな電源周期になったか否かを判断する（ステップＳ２）。演算部１０２は、新たな電源周期になったと判断するまで、定期的にＳ２の処理を繰り返す。
【００９４】
Ｓ２で新たな電源周期になったと判断した後、演算部１０２は、この新たな電源周期でのパルス変調信号の変換に用いるためのデータ列を、データ列出力部１０１のデータ列生成部１１２から読み込む（ステップＳ３）。
【００９５】
Ｓ３の後、演算部１０２は、Ｓ３で読み込んだデータ列に基づき、ｍ個の切換装置３１〜３４のうち、ｎ桁の点弧を示す値に対応する切換装置３１〜３４にパルス変調信号を出力し、他の切換装置３１〜３４にパルス変調信号を出力しないように制御する（ステップＳ４）。このＳ４は実施の形態１で説明したものと同様である。
【００９６】
Ｓ４の後、データ列出力部１０１は、次の電源周期で演算部１０２が読み込むための新たなｍ桁のデータ列を生成する（ステップＳ５）。ここで、データ列生成部１１２は、上記離散的配列データの上記所定要素の次の要素に応じたｍ桁のデータ列を生成する。
【００９７】
Ｓ５の後、演算部１０２は、Ｓ２に戻って新たな電源周期になったか否かを判断する。
【００９８】
図７は、実施の形態３に係るパルス変換装置１を備えた制御システム６０において、各調節計４１〜４４から出力されるパルス変調信号と各制御対象２１〜２４の電流と各制御対象２１〜２４の合計電力量との関係を示す説明図である。
【００９９】
図７の例では、実施の形態１で説明した図４の例と同様に、制御ループ数ｍが４であり、各切換装置３１〜３４の最大同時点弧数ｎが３である。データ列における点弧を示す値が「１」であるとすると、データ列出力部１０１は、電源周期１においてデータ列「１１０１」を出力し、電源周期２においてデータ列「１０１１」を出力し、電源周期３においてデータ列「１１１０」を出力し、電源周期４においてデータ列「０１１１」を出力する。その後も、データ列出力部１０１は、電源周期毎に、４桁のデータ列を、「１」と「０」の割合を一定に維持しつつ、一定の周期性を持たないランダムな順番で変化させながら出力する。
【０１００】
すると、実施の形態１で説明したように切換装置３１〜３４の最大同時点弧数が３個に抑制されることから、図７の制御対象の電流の波形で示すように、同時に電流がＯＮされる制御対象２１〜２４の数が最大３個に抑制される。したがって、パルス変換装置１によるパルス変調信号の変換を行う場合の制御対象２１〜２４の合計電力の最大値（実線波形のピーク値）は、パルス変調信号の変換を行わない場合の制御対象２１〜２４の合計電力の最大値（破線波形のピーク値）と比べて、３／４倍に抑制される。
【０１０１】
さらに、同時に点弧する切換装置３１〜３４の組み合わせが、一定の周期性を持たないランダムな順番で、電源周期毎に変化する。これにより、低周波ノイズを低減することができるため、例えば各制御対象の電力量を等分散したいという場合に、各切換装置３１〜３４の平均点弧時間を同等にするだけで、各制御対象２１〜２４の電力量を等分散することができる。
【０１０２】
以上より、実施の形態３は、データ列出力部１０１が、電源周期毎に、離散的配列データの各要素に応じたｍ桁のデータ列を出力することにより、同時に点弧する切換装置３１〜３４の組み合わせを、一定の周期性を持たないランダムな順番で変化させるものである。これにより、実施の形態２の効果に加えて、低周波ノイズを低減することができる。
【０１０３】
なお、実施の形態３のパルス変換装置は、切換装置の導通角を制御する位相制御にも適用することができる。これにより、位相制御開始時の過度の電流の発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１ パルス変換装置
１０ 交流電源
２１〜２４ 制御対象
３１〜３４ 切換装置
４１〜４４ 調節計
５１〜５４ 測定器
６０ 制御システム
１００ 周波数検出部
１０１ データ列出力部
１０２ 演算部
１０３ 入力ポート
１０４ 出力ポート
１０５ シフトレジスタ
１０６ ループカウンタ
１１０ 離散的配列データ記憶部
１１１ 離散的配列データ生成部
１１２ データ列生成部
Ｌ１〜Ｌ４ 制御ループ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象、前記制御対象の制御量に基づきパルス変調信号を出力する調節計、及び前記パルス変調信号に基づき前記制御対象と交流電源との間の点弧及び消弧を切り換える切換装置を有する制御ループをｍ個（ｍ＞１）含む制御システムの中で、前記各調節計と前記各切換装置との間に接続されるパルス変換装置であって、
前記各調節計から前記各パルス変調信号が入力される入力ポートと、
前記各制御ループに対応付けられたｍ桁のデータ列であって、前記各切換装置の最大同時点弧数がｎ（ｎ＜ｍ）である場合、前記ｍ桁のうち、前記各切換装置の点弧を示す値をｎ桁含むデータ列を出力するデータ列出力部と、
前記交流電源の電源周期毎に、前記データ列出力部から前記ｍ桁のデータ列を読み込み、前記ｍ個の切換装置のうち、前記ｎ桁の点弧を示す値に対応する前記切換装置に前記パルス変調信号を出力し、他の前記切換装置に前記パルス変調信号を出力しないように制御する演算部と、
前記演算部の制御に基づき、前記各パルス変調信号を前記各切換装置に出力する出力ポートと、
を備えたことを特徴とするパルス変換装置。
【請求項２】
前記データ列出力部は、
前記演算部による読み込み回数を格納するループカウンタと、
前記ｍ桁のデータ列を格納するシフトレジスタと、を有し、
前記演算部は、
前記電源周期毎に前記シフトレジスタから前記ｍ桁のデータ列を読み込むと、前記ループカウンタの前記読み込み回数を１増加させるとともに前記シフトレジスタの前記ｍ桁のデータ列を１ビットシフトさせ、前記読み込み回数がｍ回に達した場合、前記ループカウンタに格納された前記読み込み回数及び前記シフトレジスタに格納された前記ｍ桁のデータ列を初期化することを特徴とする請求項１に記載のパルス変換装置。
【請求項３】
前記データ列出力部は、
複数の要素の離散的配列データを生成する離散的配列データ生成部と、
前記離散的配列データを記憶する離散的配列データ記憶部と、
前記離散的配列データ記憶部に記憶された前記離散的配列データの各要素に応じた前記ｍ桁のデータ列を生成するデータ列生成部と、を有し、
前記電源周期毎に、前記演算部が前記データ列生成部から前記離散的配列データの所定要素に応じた前記ｍ桁のデータ列を読み込むと、前記データ列生成部は、前記離散的配列データにおいて前記所定要素の次の要素に応じた前記ｍ桁のデータ列を生成する、ことを特徴とする請求項１に記載のパルス変換装置。
【請求項４】
前記離散的配列データ生成部は、
前記離散的配列データのうちの一部をライブラリ用配列データとして設定し、前記離散的配列データのうちの前記ライブラリ用配列データとは異なる他の部分を乱数判定用データとして設定し、
前記ライブラリ用配列データに基づき決定論的非線形予測手法を用いて予測データを生成し、
前記予測データと順次取り出した前記乱数判定用データとを比較し、非ランダムな状態が所定回数連続しない場合、前記離散的配列データを前記離散的配列データ記憶部に記憶することを特徴とする請求項３に記載のパルス変換装置。
【請求項５】
制御対象、前記制御対象の制御量に基づきパルス変調信号を出力する調節計、及び前記パルス変調信号に基づき前記制御対象と交流電源との間の点弧及び消弧を切り換える切換装置を有する制御ループをｍ個（ｍ＞１）含む制御システムであって、
前記各調節計と前記各切換装置との間に、請求項１〜４に記載のパルス変換装置が接続されることを特徴とする制御システム。
【請求項６】
請求項１〜４に記載のパルス変換装置を用いた制御方法であって、
前記データ列出力部が前記ｍ桁のデータ列を生成するステップと、
前記演算部が前記交流電源の新たな電源周期になったか否かを判断するステップと、
前記演算部が前記新たな電源周期になったと判断すると、前記演算部が前記ｍ桁のデータ列を読み込むステップと、
前記演算部が前記入力ポートに入力される前記各パルス変調信号を読み込み、前記ｍ桁のデータ列に基づき、ｍ個の前記切換装置のうち、ｎ桁の点弧を示す値に対応する前記切換装置に前記パルス変調信号を出力し、他の前記切換装置に前記パルス変調信号を出力しないように制御するステップと、
前記データ列出力部が、前記演算部によって前記ｍ桁のデータ列が読み出された後に、次の電源周期で前記演算部が読み込むための新たな前記ｍ桁のデータ列を生成するステップと、
を備えたことを特徴とする制御方法。
【請求項１】
制御対象、前記制御対象の制御量に基づきパルス変調信号を出力する調節計、及び前記パルス変調信号に基づき前記制御対象と交流電源との間の点弧及び消弧を切り換える切換装置を有する制御ループをｍ個（ｍ＞１）含む制御システムの中で、前記各調節計と前記各切換装置との間に接続されるパルス変換装置であって、
前記各調節計から前記各パルス変調信号が入力される入力ポートと、
前記各制御ループに対応付けられたｍ桁のデータ列であって、前記各切換装置の最大同時点弧数がｎ（ｎ＜ｍ）である場合、前記ｍ桁のうち、前記各切換装置の点弧を示す値をｎ桁含むデータ列を出力するデータ列出力部と、
前記交流電源の電源周期毎に、前記データ列出力部から前記ｍ桁のデータ列を読み込み、前記ｍ個の切換装置のうち、前記ｎ桁の点弧を示す値に対応する前記切換装置に前記パルス変調信号を出力し、他の前記切換装置に前記パルス変調信号を出力しないように制御する演算部と、
前記演算部の制御に基づき、前記各パルス変調信号を前記各切換装置に出力する出力ポートと、
を備えたことを特徴とするパルス変換装置。
【請求項２】
前記データ列出力部は、
前記演算部による読み込み回数を格納するループカウンタと、
前記ｍ桁のデータ列を格納するシフトレジスタと、を有し、
前記演算部は、
前記電源周期毎に前記シフトレジスタから前記ｍ桁のデータ列を読み込むと、前記ループカウンタの前記読み込み回数を１増加させるとともに前記シフトレジスタの前記ｍ桁のデータ列を１ビットシフトさせ、前記読み込み回数がｍ回に達した場合、前記ループカウンタに格納された前記読み込み回数及び前記シフトレジスタに格納された前記ｍ桁のデータ列を初期化することを特徴とする請求項１に記載のパルス変換装置。
【請求項３】
前記データ列出力部は、
複数の要素の離散的配列データを生成する離散的配列データ生成部と、
前記離散的配列データを記憶する離散的配列データ記憶部と、
前記離散的配列データ記憶部に記憶された前記離散的配列データの各要素に応じた前記ｍ桁のデータ列を生成するデータ列生成部と、を有し、
前記電源周期毎に、前記演算部が前記データ列生成部から前記離散的配列データの所定要素に応じた前記ｍ桁のデータ列を読み込むと、前記データ列生成部は、前記離散的配列データにおいて前記所定要素の次の要素に応じた前記ｍ桁のデータ列を生成する、ことを特徴とする請求項１に記載のパルス変換装置。
【請求項４】
前記離散的配列データ生成部は、
前記離散的配列データのうちの一部をライブラリ用配列データとして設定し、前記離散的配列データのうちの前記ライブラリ用配列データとは異なる他の部分を乱数判定用データとして設定し、
前記ライブラリ用配列データに基づき決定論的非線形予測手法を用いて予測データを生成し、
前記予測データと順次取り出した前記乱数判定用データとを比較し、非ランダムな状態が所定回数連続しない場合、前記離散的配列データを前記離散的配列データ記憶部に記憶することを特徴とする請求項３に記載のパルス変換装置。
【請求項５】
制御対象、前記制御対象の制御量に基づきパルス変調信号を出力する調節計、及び前記パルス変調信号に基づき前記制御対象と交流電源との間の点弧及び消弧を切り換える切換装置を有する制御ループをｍ個（ｍ＞１）含む制御システムであって、
前記各調節計と前記各切換装置との間に、請求項１〜４に記載のパルス変換装置が接続されることを特徴とする制御システム。
【請求項６】
請求項１〜４に記載のパルス変換装置を用いた制御方法であって、
前記データ列出力部が前記ｍ桁のデータ列を生成するステップと、
前記演算部が前記交流電源の新たな電源周期になったか否かを判断するステップと、
前記演算部が前記新たな電源周期になったと判断すると、前記演算部が前記ｍ桁のデータ列を読み込むステップと、
前記演算部が前記入力ポートに入力される前記各パルス変調信号を読み込み、前記ｍ桁のデータ列に基づき、ｍ個の前記切換装置のうち、ｎ桁の点弧を示す値に対応する前記切換装置に前記パルス変調信号を出力し、他の前記切換装置に前記パルス変調信号を出力しないように制御するステップと、
前記データ列出力部が、前記演算部によって前記ｍ桁のデータ列が読み出された後に、次の電源周期で前記演算部が読み込むための新たな前記ｍ桁のデータ列を生成するステップと、
を備えたことを特徴とする制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２１２３６１（Ｐ２０１２−２１２３６１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７８２７７（Ｐ２０１１−７８２７７）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５０４１６５５９１）国立大学法人岩手大学 (222)
【出願人】（０００１３３５２６）株式会社チノー (113)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（５０４１６５５９１）国立大学法人岩手大学 (222)
【出願人】（０００１３３５２６）株式会社チノー (113)
【Ｆターム（参考）】
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