制御システム
【課題】非干渉化器を作動させた状態で、実運転させて昇温させた場合に、制御対象の温度が低い領域では干渉を見越して操作量を少なくするようにフィードバックが作用するので、投入熱量が抑制されてしまう。その結果、実運転開始から目標温度までの昇温に時間がかかるため、昇温までの時間の短縮化を図る。
【解決手段】複数の制御手段と制御対象との間に、各制御量において、一方の制御量が他方の制御量に与える影響をなくすか低減するように処理する非干渉化手段を備え、非干渉化手段として、補償要素３ｂと減算器３ｄとの間の減算器側ラインおよび補償要素３ｂと加算器３ｃとの間の加算器側ラインに、補償要素３ｂからのフィードバック量を可変するフィードバック量可変手段３ｈ３，３ｈ４を備えた。
【解決手段】複数の制御手段と制御対象との間に、各制御量において、一方の制御量が他方の制御量に与える影響をなくすか低減するように処理する非干渉化手段を備え、非干渉化手段として、補償要素３ｂと減算器３ｄとの間の減算器側ラインおよび補償要素３ｂと加算器３ｃとの間の加算器側ラインに、補償要素３ｂからのフィードバック量を可変するフィードバック量可変手段３ｈ３，３ｈ４を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象や制御対象などのモデルに好適なモデル構造を用いた制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
入出力が複数点の干渉のある制御対象、すなわち、制御対象に入力される操作量と制御対象からの制御量とを複数備えるとともに、操作量と制御量との間に相互干渉が存在する制御対象を、非干渉化制御する公知技術として非干渉化ＰＩＤ制御があった。
【０００３】
しかしながら、こうした非干渉化ＰＩＤ制御では、複数点の制御対象の各点間の温度差が大きいときには、干渉による熱の移動は大きく、各点間の温度差が小さいときには、干渉による熱の移動は小さいという関係が考慮されていないために、想定する制御対象モデルの誤差が大きく、そのために、非干渉化制御にも限界があった。
【０００４】
そこで、本件出願人は、特願２００３−２８９８６７で 非干渉化制御を行なう温度制御システムを提案した。この提案にかかる温度制御システムは、モデル構造を用いて非干渉化を行なうものであり、制御対象からの二つの検出温度と各目標温度との偏差に基づいて、操作量をそれぞれ演算出力する二つのＰＩＤ制御手段と、両ＰＩＤ制御手段からの操作量を、モデル構造を用いて非干渉化するように処理して制御対象に対して出力する非干渉化器とを備えている。
【０００５】
この非干渉化器は、制御対象のモデル構造の二つの出力の差を算出する減算器と、この減算器からの出力を、制御対象のモデル構造のフィードバック要素に対応する補償要素と、この補償要素の出力を入力される操作量に加算する加算器と、補償要素の出力を入力される操作量により減算する減算器と、を備え、干渉を打ち消す非干渉化を行うように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開特開２００４−０９４９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記本件出願人の出願にかかる温度制御システムでは、非干渉化器を作動させた状態で、実運転させて昇温させた場合に、制御対象の温度が低い領域では干渉を見越して操作量を少なくするようにフィードバックが作用するので、投入熱量が抑制されてしまう。その結果、実運転開始から目標温度までの昇温に時間がかかるという課題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、実運転開始から目標温度あるいは目標温度近傍から予め定めた所定温度分以上離れた温度から昇温させる場合にその昇温までの時間の短縮化を可能とするようにしたものである。
【０００９】
なお、昇温ではなく、実運転開始から冷却させる場合も同様の課題があり、本発明では、この場合も上記同様に降温の時間の短縮化を可能とするようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明第１による制御システムは、制御対象からの複数の制御量と当該複数の制御量のそれぞれに対応して設定された複数の目標値との各偏差を演算する複数の加減算器と、これら加減算器からの各偏差に基づいて前記制御対象に操作量を出力制御する複数の制御手段とを具備した制御システムにおいて、
前記複数の制御手段と前記制御対象との間に、前記各制御量において、一方の制御量が他方の制御量に与える影響をなくすか低減するように処理する非干渉化手段を備え、
前記非干渉化手段は、制御対象モデルを用いて非干渉化を行うものであり、該制御対象モデルは、前記各制御量の差をフィードバックするフィードバック要素を含むと共に、このフィードバック要素からのフィードバック量を、前記一方の制御量に対応する操作量から減算し、また、前記他方の制御量に対応する操作量に加算するものであり、
前記非干渉化手段は、
前記各制御量の差を、前記フィードバック要素に対応してフィードバック量として出力する補償要素と、前記補償要素からのフィードバック量を前記一方の制御量に対応する操作量から減算する減算器と、前記フィードバック量を前記他方の制御量に対応する操作量に加算する加算器とを含み、かつ、前記補償要素と前記減算器との間の減算器側ラインおよび前記補償要素と前記加算器との間の加算器側ラインのうちの少なくとも一方のラインに、補償要素からの前記フィードバック量をオンオフしたり、あるいは可変したりするフィードバック量制御手段を備えた、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明第２による制御システムは、制御対象からの複数の制御量と当該複数の制御量のそれぞれに対応して設定された複数の目標値との各偏差を演算する複数の加減算器と、これら加減算器からの各偏差に基づいて前記制御対象に操作量を出力制御する複数の制御手段とを具備した制御システムにおいて、
前記複数の加減算器の前段側に、前記各制御量において、一方の制御量が他方の制御量に与える影響をなくすか低減するように処理する非干渉化手段を備え、
前記非干渉化手段は、制御対象モデルを用いて非干渉化を行うものであり、該制御対象モデルは、前記各制御量の差をフィードバックするフィードバック要素を含むと共に、このフィードバック要素からのフィードバック量を、前記一方の制御量に対応する操作量から減算し、また、前記他方の制御量に対応する操作量に加算するものであり、
前記非干渉化手段は、
前記各制御量の差を、前記フィードバック要素に対応してフィードバック量として出力する補償要素と、前記目標値から前記補償要素からのフィードバック量を減算する減算器と、前記目標値に前記補償要素からのフィードバック量を加算する加算器とを含み、かつ、前記補償要素と前記減算器との間の減算器側ラインおよび前記補償要素と前記加算器との間の加算器側ラインのうちの少なくとも一方のラインに、補償要素からの前記フィードバック量をオンオフしたり、あるいは可変したりするフィードバック量制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、前記フィードバック量制御手段は、前記制御量あるいはフィードバック量が予め定めた量を超えて離れているとき、非干渉化を抑制するよう制御する。
【００１３】
好ましくは、前記フィードバック量制御手段は、当該制御システムの運転開始時間からの経過時間に基づいて非干渉化抑制の制御を行う。
【００１４】
上記制御量は、温度、圧力、流量、速度あるいは液位などの種々の物理量の状態の制御量を含む。
【００１５】
上記制御対象モデルは、制御対象や計測対象などの想定している対象をモデル化するのに必要なものをいう。このモデル要素は、物理量、例えば、温度、圧力、流量、速度あるいは液位を、その出力として把握できるものである。このモデル要素は、例えば、熱板の温度制御、容器の圧力制御、タンクの液位制御を想定すると、入力、例えば、熱流（熱量）、気流、液体流量に対して、出力を、物理量、例えば、温度、圧力、液位として与えるものであり、容量成分、例えば、熱容量、容器体積、タンク断面積を有するものである。
【００１６】
したがって、容量成分を有するものを、モデル要素として把握することができ、例えば、熱容量の大きな金属製の支持構造体に固定された熱板によるウェハの熱処理を想定すると、熱容量を有する塊である熱板、ウェハ、支持構造体などをモデル要素として把握することができ、または、熱板を複数チャンネルのヒータで温度制御する場合には、各チャンネルのヒータに割当てられる熱板の各部分を、モデル要素として把握することができる。
【００１７】
フィードバック要素は、制御量の差に係数値を乗じる要素であってもよいし、１次遅れ要素、あるいは、動特性を持たせた要素であってもよい。フィードバック要素は、干渉の度合いなどに応じて設定することができる。
【００１８】
上記制御には、カスケード制御、モデル予測制御、スミス補償型制御等の各種の制御を含むものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、実運転から目的とする温度まで昇温あるいは冷却に要する時間の短縮化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は本発明の一つの実施の形態に係る制御対象モデルを示す図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態に係る温度制御システムの概略構成図である。
【図３】図３は図１の温度制御システムにおける制御対象と非干渉化器とのブロック構成を示す図である。
【図４】図４は従来の非干渉制御と本発明の非干渉制御との説明に用いる図である。
【図５】図５は別の非干渉化器のブロック構成を示す図である。
【図６】図６はさらに別の非干渉化器のブロック構成とその非干渉化器内のフィードバック量可変手段におけるゲイン−温度偏差の関係を示す図である。
【図７】図７はさらに別の非干渉化器のブロック構成とその非干渉化器内のフィードバック量可変手段におけるゲイン−温度偏差の関係を示す図である。
【図８】図８はさらに別の非干渉化器のブロック構成とその非干渉化器内のフィードバック量可変手段におけるゲイン−温度偏差の関係を示す図である。
【図９】図９は本発明の実施の形態において３チャンネルの温度制御システムを示す図である。
【図１０】図１０は本発明の他の実施の形態に係る温度制御システムの構成を示す図である。
【図１１】図１１は図１０に対応する３チャンネルの温度制御システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る温度制御システムを説明する。温度制御対象となるモデル構造について図１を参照して説明する。実施の形態では制御量の一例として温度としているが、制御量が温度に限定されるものではない。また、実施の形態では温度を目的の温度まで所定温度以上離れている場合に、その目的の温度にまで昇温する場合を説明するが、冷却の場合も同様である。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係る制御対象モデルのモデル構造のブロック線図である。実施の形態のモデル構造１００は、２入力（ｕ１，ｕ２）２出力（ｚ１，ｚ２）の熱干渉系の制御対象の熱モデルであり、２ｃｈの制御対象モデルである。
【００２３】
入力ｕ１，ｕ２としては、例えば、熱処理盤や熱処理炉などの制御対象をそれぞれ加熱する二つのヒータ出力である操作量ＭＶ１，ＭＶ２を、また、出力ｚ１，ｚ２としては、例えば、制御対象の温度をそれぞれ検出する二つの温度センサからの検出温度である制御量ＰＶ１，ＰＶ２を想定することができる。
【００２４】
制御対象モデルのモデル構造１００は、２出力ｚ１，ｚ２の差を、減算部１０２で算出し、フィードバック要素Ｐｆを介して２入力ｕ１，ｕ２に、減算部１０３および加算部１０４を介して、正負を異ならせてそれぞれフィードバックするものである。
【００２５】
Ｐ１１，Ｐ２２は、各入力ｕ１，ｕ２から各出力ｚ１，ｚ２への伝達関数である。この例では、熱処理盤や熱処理炉などの制御対象の二つのヒータに割当てられた部分、すなわち、各ｃｈに対応する制御対象が、熱容量を有するモデル要素としてそれぞれ把握されるものであり、各モデル要素は、伝達関数Ｐ１１，Ｐ２２として示されている。
【００２６】
モデル構造１００は、熱干渉系の熱モデルであり、温度差があるときに、熱量の移動が生じ、この熱量の移動は、温度差に比例するというフーリエの法則の意味するところと等価である。
【００２７】
フーリエの法則は、例えば、「伝熱工学」、田坂英紀著、森北出版株式会社のｐ６より、熱移動量を決める重要な因子は、空間的な温度勾配であり、２点間の距離をΔｘ、２点間の温度差をΔＴとすると、熱流束ｑ（単位面積当たりの熱移動量）は、λを熱伝導率として、ｑ＝−λ（ｄＴ／ｄｘ）となる。
【００２８】
フィードバック要素Ｐｆがフーリエの法則の熱伝導率λに対応する。モデル構造１００は、上述の各モデル要素の出力である２出力ｚ１，ｚ２の差、すなわち、温度差を、干渉の度合い等に対応するフィードバック要素Ｐｆを介して各モデル要素の入力である２入力ｕ１，ｕ２、すなわち、熱量に対応する操作量に、正負を異ならせてそれぞれフィードバックするものであり、温度差によって、一方のｃｈから他方のｃｈへ熱量の移動が生じ、一方のｃｈは熱量が奪われ（負）、他方のｃｈには熱量が足される（正）という熱干渉の現象をブロック線図で表したものである。
【００２９】
実施の形態の制御対象モデルのモデル構造１００は、熱系の制御対象の干渉は、二つの温度があって、温度の差ができたときに、その温度差に比例した熱量の移動が起こるというフーリエの法則を意味している。フィードバック要素ｐｆは、温度差によってどれだけ熱量が移動するかの比率であって、係数値であってもよいし、一次遅れ要素であってもよい。
【００３０】
以下、図２以降を参照してモデル構造１００を制御対象とした本実施の形態の温度制御システムを説明する。図２における温度制御システムにおいては、目標温度ＳＰ１，ＳＰ２と検出温度ＰＶ１，ＰＶ２とを加減算する加減算部１ａ，１ｂと、制御対象４からの二つの検出温度ＰＶ１，ＰＶ２と各目標温度ＳＰ１，ＳＰ２との偏差である加減算部１ａ，１ｂ出力に基づいて、操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’をそれぞれ演算出力する二つのＰＩＤ制御部２ａ，２ｂと、両ＰＩＤ制御部２ａ，２ｂからの操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’を、モデル構造１００を用いて非干渉化するように処理して制御対象４に対して出力する非干渉化器３とを備えている。なお、加減算部１ａ，１ｂと、ＰＩＤ制御部２ａ，２ｂと、非干渉化器３と、でもって温度調節器５を構成する。
【００３１】
本実施の形態における非干渉化器３の原理を図３、図４を参照して以下に説明する。
【００３２】
なお、図４（ａ１）および図４（ｂ１）の横軸は時間、縦軸は温度、図４（ａ２）、図４（ｂ２）で横軸は時間、縦軸はスイッチ３ｅのオンオフ状態を示す。
【００３３】
この非干渉化器３においては、本件出願人の特願２００３−２８９８６７と同様に、制御対象のモデル構造の二つの出力ＰＶ１，ＰＶ２の差を算出する減算器３ａと、この減算器３ａからの出力を、制御対象のモデル構造１００のフィードバック要素Ｐｆに対応する補償要素３ｂと、この補償要素３ｂの出力を、入力される操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’に、加算または減算する加算器３ｃおよび減算器３ｄを備えて、干渉を打ち消すよう動作（非干渉化動作）すると共に、補償要素３ｂと減算器３ｄとの間のライン内にフィードバック量制御手段としてスイッチ３ｅを具備し、補償要素３ｂと加算器３ｃとの間のライン内にはスイッチを設けず、そして、スイッチ３ｅのオンオフ（開閉）制御により実運転開始時において制御対象４の昇温を高速で行うことができるようにしている。
【００３４】
すなわち、図４（ａ１）（ａ２）、図４（ｂ１）（ｂ２）を参照して、目標温度ＳＰ１，ＳＰ２＝８０℃で、かつ、検出温度ＰＶ１＞検出温度ＰＶ２と仮定して、図４（ａ２）で示すように運転開始時点からスイッチ３ｅをオン（閉）して加算器３ｃと減算器３ｄに共に検出温度ＰＶ１，ＰＶ２の温度偏差がフィードバック入力されることで非干渉化処理している状態では、図４（ａ１）で示すように、検出温度ＰＶ１が早期に目標温度ＳＰ１＝８０℃に昇温しても、検出温度ＰＶ２がそれより遅れて目標温度ＳＰ２が８０℃になる。すなわち、両目標温度ＳＰ１，ＳＰ２が共に目標温度８０℃になるまでには１２０秒の時間がかかる。
【００３５】
これは、スイッチ３ｅをオンにして非干渉化器３を作動させた状態で、実運転させて昇温させた場合、制御対象４の温度が低い領域（上記例では検出温度ＰＶ２の領域）では干渉を見越して操作量ＭＶ２を少なくするようなフィードバックが作用するので、上記領域への投入熱量が抑制されてしまい、その結果、上記領域が目標温度ＳＰ２に到達するまでの昇温に時間がかかるからである。
【００３６】
これに対して、本実施の形態では、図４（ｂ２）で示すように実運転の開始時点ではスイッチ３ｅをオフにすることで補償要素３ｂから検出温度ＰＶ１，ＰＶ２の温度偏差に対応する出力が加算器３ｃにフィードバック入力されても減算器３ｄへはフィードバック入力されなくすることで、図４（ｂ２）で示すように検出温度ＰＶ１の領域は非干渉化されて検出温度ＰＶ２の領域の干渉を受けずに済む。このため検出温度ＰＶ１の領域は多めに加熱されて検出温度ＰＶ１が目標温度ＳＰ１を９０秒以下の早い時間でオーバーした後、降温して９０秒で８０℃になる。
【００３７】
一方、検出温度ＰＶ２の領域はスイッチ３ｅのオフで検出温度ＰＶ１の領域から非干渉化されず、干渉されるので検出温度ＰＶ２は目標温度ＳＰ２に図４（ａ１）の場合よりも３０秒早い９０秒で８０℃に到達する。それ以降はスイッチ３ｅをオフにして全体を非干渉制御とする。その結果、図４（ｂ２）のほうが図４（ａ１）よりも制御対象４全体が３０秒早く目標温度に到達することとなる。
【００３８】
以上では、フィードバック量制御手段であるスイッチ３ｅは、制御量である検出温度ＰＶ２が目標値である目標温度ＳＰ２またはこれに関連した温度から予め定めた所定温度以上離れているとき例えば実運転開示等、または、後述するフィードバック量（補償要素３ｂからのフィードバック入力の大きさ）が所定値を超えているときに、非干渉化を抑制するようオンオフする。また、上記温度ではなく、当該温度制御システムの運転開始時間からの経過時間に基づいてスイッチ３ｅをオンオフさせて非干渉化抑制の制御を行うようにしてもよい。
【００３９】
なお、スイッチ３ｅは、図４（ｂ２）のようにオンオフ制御することに限定するものではなく、スイッチ３ｅに代えて図５ないし図８で示すフィードバック量可変手段３ｈないし３ｈ４でもよい。
【００４０】
図５（ａ）に示す非干渉化器３においては、フィードバック量制御手段としてフィードバック量可変手段３ｈを備える。このフィードバック量可変手段３ｈは、図３と同様に、補償要素３ｂと減算器３ｄとの間のライン内に設け、補償要素３ｂと加算器３ｃとの間のライン内には設けていない。
【００４１】
そして、このフィードバック量可変手段３ｈは、フィードバック入力検知手段３ｆと、フィードバック入力のゲイン（フィードバック量）切替手段３ｇとを含む。フィードバック入力検知手段３ｆは、目標温度ＳＰ２と検出温度ＰＶ２との温度偏差を検知し、その検知出力をゲイン切替手段３ｇに入力する。ゲイン切替手段３ｇは、図５（ｂ）に示すゲイン−温度偏差関係により補償要素３ｂから減算器３ｄへのフィードバック量（フィードバック入力ゲイン）を切り替える。
【００４２】
すなわち、実運転開始において制御対象４の温度立ち上げ時で目標温度ＳＰ２と検出温度ＰＶ２との温度偏差がｔ２以上に大きいとするフィードバック入力検知出力がフィードバック入力検知手段３ｆから与えられると、ゲイン切替手段３ｇはそれに対応して減算器３ｄへのフィードバック量（フィードバック入力ゲイン）をゲイン０に抑制して非干渉化を小さくし、これにより操作量ＭＶ２を大きくして検出温度ＰＶ１を目標温度ＳＰ１に早く昇温させる。
【００４３】
そして、制御対象４の温度が立ち上って温度偏差がｔ１以下に小さくなったとするフィードバック入力検知出力がフィードバック入力検知手段３ｆから与えられると、ゲイン切替手段３ｇは、それに対応して減算器３ｄへのフィードバック入力ゲインをゲイン１に制御し、非干渉化制御させる。
【００４４】
図５（ｂ）の温度偏差ｔ１とｔ２との間は、フィードバック量が可変する過渡期間を示す。
【００４５】
図６（ａ）の非干渉化器３は別のフィードバック量可変手段３ｈ１を備える。このフィードバック量可変手段３ｈ１は、図３と同様に、補償要素３ｂと減算器３ｄとの間のライン内に設け、補償要素３ｂと加算器３ｃとの間のライン内には設けていない。そして、このフィードバック量可変手段３ｈ１は、フィードバック入力検知手段３ｆ１とゲイン切替手段３ｇ１とを含む。図６（ａ）で示すフィードバック量可変手段３ｈ１におけるフィードバック入力検知手段３ｆ１は、フィードバック入力を検知し、その検知出力をゲイン切替手段３ｇ１に入力する。ゲイン切替手段３ｇは、図６（ｂ）で示すゲイン−フィードバック入力関係で補償要素３ｂからのフィードバック入力のゲインをゲイン０とゲイン１とに切り替える。
【００４６】
すなわち、フィードバック入力が一定以上に大きいことがフィードバック入力検知手段３ｆ１により検知され、その検知出力によりゲイン切替手段３ｇ１は、減算器３ｄへのフィードバック入力ゲインをゲイン０に切り替えることで非干渉化を抑制し、これにより検出温度ＰＶ２が目標温度ＳＰ２に早く昇温できるようにし、フィードバック入力が一定以下に小さいことがフィードバック入力検知手段３ｆ１により検知されると、ゲイン切替手段３ｇ１は、減算器３ｄへのフィードバック入力ゲインをゲイン１に切り替えることで非干渉化制御を行わせる。図６（ｂ）の温度偏差ｔ１とｔ２との間は、フィードバック量が可変する過渡期間を示す。
【００４７】
上記ではいずれもフィードバック量可変手段３ｈ，３ｈ１は補償要素３ｂと減算器３ｄとの間のライン内に設けたが、図７（ａ）で示すように補償要素３ｂとの加算器３ｃとの間のライン内にフィードバック量可変手段３ｈ２を設けてもよい。この場合、フィードバック量可変手段３ｈ２は、フィードバック入力検知手段３ｆ２とゲイン切替手段３ｇ２とで構成される。このゲイン切替手段３ｇ２は、図７（ｂ）で示すゲイン−温度偏差関係や、ゲイン−フィードバック入力関係のいずれの関係でゲインをゲイン０とゲイン１とに切り替えてよい。図７（ｂ）の温度偏差ｔ１とｔ２との間は、フィードバック量が可変する過渡期間を示す。
【００４８】
フィードバック量可変手段３ｈ２は、図５（ｂ）や図６（ｂ）のそれとは異なって、運転開始の立ち上げ時で目標温度ＳＰ２と検出温度ＰＶ２との温度偏差が一定以上のとき、または、フィードバック入力が一定以上に大きいときは、ゲイン切替手段３ｇ２はゲイン１とし、一定以下のときはゲイン０に切り替える。
【００４９】
以上では、上記ではフィードバック量可変手段３ｈ，３ｈ１，３ｈ２は、補償要素３ｂとの加算器３ｃとの間のライン内、補償要素３ｂとの減算器３ｄとの間のライン内のいずれか一方内であった。
【００５０】
これに対して、図８（ａ）で示すように補償要素３ｂと加算器３ｃとの間のライン内と、補償要素３ｂと減算器３ｄとの間のライン内双方に配置してもよい。
【００５１】
すなわち、図８（ａ）では、補償要素３ｂと加算器３ｃとの間のライン内にはフィードバック量可変手段３ｈ３、補償要素３ｂと減算器３ｄとの間のライン内にはフィードバック量可変手段３ｈ４を設ける。
【００５２】
フィードバック量可変手段３ｈ３は、フィードバック入力検知手段３ｆ３とゲイン切替手段３ｇ３とを含み、フィードバック量可変手段３ｈ４は、フィードバック入力検知手段３ｆ４とゲイン切替手段３ｇ４とを含む。
【００５３】
ゲイン切替手段３ｇ３は、図８（ｂ１）のゲイン−フィードバック入力関係で、ゲイン切替手段３ｇ４は、図８（ｂ２）のゲイン−フィードバック入力関係でゲインを切り替える。図３ないし図７でのゲイン−温度偏差関係、ゲイン−フィードバック入力関係は、検出温度ＰＶ１＞検出温度ＰＶ２が前提であったが、図８（ｂ１）（ｂ２）ではその前提はなく、検出温度ＰＶ１＞検出温度ＰＶ２の場合、その逆の場合を含む。
【００５４】
図８（ｂ１）（ｂ２）のゲイン−フィードバック入力関係において、検出温度ＰＶ１＞ＰＶ２の関係領域での図８（ｂ１）のゲイン１、図８（ｂ２）のゲイン０は非干渉化抑制である。また、検出温度ＰＶ１＜ＰＶ２の関係領域での図８（ｂ１）のゲイン０、図８（ｂ２）のゲイン１は非干渉化抑制である。図８（ｂ１）（ｂ２）のゲイン２は非干渉化である。
【００５５】
図８（ｂ１）では検出温度ＰＶ１＞ＰＶ２においてフィードバック入力がｔ１以上であれば、ゲイン１、検出温度ＰＶ１＜ＰＶ２においてフィードバック入力がｔ２以下であれば、ゲイン０、フィードバック入力がｔ２´とｔ１´の間であれば、ゲイン２とする。ゲイン２の幅すなわちｔ２´とｔ１´の間は、検出温度ＰＶ１，ＰＶ２が目標温度ＳＰ１，ＳＰ２から或る一定の温度範囲では非干渉化するように定めることができる。
【００５６】
図８（ｂ２）では検出温度ＰＶ１＞ＰＶ２においてフィードバック入力がｔ１以上であれば、ゲイン０、検出温度ＰＶ１＜ＰＶ２においてフィードバック入力がｔ２以下であれば、ゲイン１、フィードバック入力がｔ２´とｔ１´の間であれば、ゲイン２とする。この場合のゲイン２の幅すなわちｔ２´とｔ１´の間も、検出温度ＰＶ１，ＰＶ２が目標温度ＳＰ１，ＳＰ２から或る一定の温度範囲では非干渉化するように定めることができる。
フィードバック量可変手段３ｈ３は、検出温度ＰＶ１，ＰＶ２の温度偏差のフィードバック入力がプラス側（検出温度ＰＶ１＞検出温度ＰＶ２）一定値以上に大きい場合はフィードバック入力ゲインをゲイン１に切り替え、検出温度ＰＶ１，ＰＶ２の温度偏差のフィードバック入力がマイナス側（検出温度ＰＶ１＜検出温度ＰＶ２）一定値以上に大きい場合はフィードバック入力ゲインをゲイン０に切り替えて非干渉化を抑制し、上記プラス側一定値とマイナス側一定値との間ではゲイン２に切り替えて非干渉化制御を行う。
【００５７】
フィードバック量可変手段３ｈ４は、検出温度ＰＶ１，ＰＶ２の温度偏差のフィードバック入力がプラス側（検出温度ＰＶ１＞検出温度ＰＶ２）一定値以上に大きいか、マイナス側（検出温度ＰＶ１＜検出温度ＰＶ２）一定値以上に大きい場合は、ゲインを０または１に切り替えて非干渉化を抑制し、上記プラス側一定値とマイナス側一定値との間ではゲイン２に切り替えて非干渉化制御を行う。
【００５８】
以上では２チャンネルであったが、図９で示すように３チャンネルでもよい。図９を参照して、ＳＰ１−ＳＰ３は目標温度、ＰＶ１−ＰＶ３は検出温度、Ｃ１−Ｃ３は、ＰＩＤ制御部、Ｈ１−Ｈ３は操作量からヒータ発熱量への変換係数、Ｈｓ１−Ｈｓ３は伝達関数、ＳＷはゲイン切替手段、β１２−β１３はフィードバック要素、Ｈ１−１−Ｈ３−１は操作量からヒータ発熱量への変換係数の逆数、ＦＣＰ，ＦＣＮはフィードバック入力検知手段である。加減算部は特に符号を付けていない。図９の３チャンネルは２チャンネルと同様であるから、特にその詳細な説明は略する。
【００５９】
図１０は、本実施の形態における非干渉化器のもう１つの原理に関わるブロック図を示す。この非干渉化器３０は、加減算部１ａ，１ｂの前段に挿入される。この非干渉化器３０は、減算器３０ａと、補償要素３０ｂと、スイッチ３０ｃと、ＰＩＤ−１制御部３０ｄ，３０ｅと、減算器３０ｆ，３０ｇとを備える。この場合の非干渉の原理は、上記とほぼ同様である。なお、ＰＩＤ−１制御部３０ｄ，３０ｅを挿入しているのはＰＩＤ制御部２ａ，２ｂでのＰＩＤ制御の影響をなくすためである。このスイッチ３０ｃは、フィードバック量制御手段である。このスイッチ３０ｃのオンオフ制御は、図３のスイッチ３ｅと同様である。目標値ＳＰ１，ＳＰ２は非干渉化器３０により、それぞれ、目標値ＳＰ１´，ＳＰ２´に制御される。スイッチ３０ｃのオンオフ（開閉）制御により実運転開始時において制御対象４の昇温を高速で行うことができる。
【００６０】
なお、図１０は２チャンネルであるが、３チャンネルの場合を図１１に示す。図１１において図９と対応する部分には同一の符号を付している。なお、Ｃ１−１、Ｃ２−１、Ｃ３−１は、図１０の３０ｄ，３０ｅに対応する。図１１の３チャンネルは図１０の２チャンネルと同様であるから、特にその詳細な説明は略する。
【符号の説明】
【００６１】
３ 非干渉化器
３ｃ 加算器
３ｄ 減算器
３ｅ スイッチ
３ｆ フィードバック入力検知手段
３ｇ ゲイン切替手段
３ｈ−３ｈ４ フィードバック量可変手段
４ 制御対象
５ 温度調節器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測対象や制御対象などのモデルに好適なモデル構造を用いた制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
入出力が複数点の干渉のある制御対象、すなわち、制御対象に入力される操作量と制御対象からの制御量とを複数備えるとともに、操作量と制御量との間に相互干渉が存在する制御対象を、非干渉化制御する公知技術として非干渉化ＰＩＤ制御があった。
【０００３】
しかしながら、こうした非干渉化ＰＩＤ制御では、複数点の制御対象の各点間の温度差が大きいときには、干渉による熱の移動は大きく、各点間の温度差が小さいときには、干渉による熱の移動は小さいという関係が考慮されていないために、想定する制御対象モデルの誤差が大きく、そのために、非干渉化制御にも限界があった。
【０００４】
そこで、本件出願人は、特願２００３−２８９８６７で 非干渉化制御を行なう温度制御システムを提案した。この提案にかかる温度制御システムは、モデル構造を用いて非干渉化を行なうものであり、制御対象からの二つの検出温度と各目標温度との偏差に基づいて、操作量をそれぞれ演算出力する二つのＰＩＤ制御手段と、両ＰＩＤ制御手段からの操作量を、モデル構造を用いて非干渉化するように処理して制御対象に対して出力する非干渉化器とを備えている。
【０００５】
この非干渉化器は、制御対象のモデル構造の二つの出力の差を算出する減算器と、この減算器からの出力を、制御対象のモデル構造のフィードバック要素に対応する補償要素と、この補償要素の出力を入力される操作量に加算する加算器と、補償要素の出力を入力される操作量により減算する減算器と、を備え、干渉を打ち消す非干渉化を行うように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開特開２００４−０９４９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記本件出願人の出願にかかる温度制御システムでは、非干渉化器を作動させた状態で、実運転させて昇温させた場合に、制御対象の温度が低い領域では干渉を見越して操作量を少なくするようにフィードバックが作用するので、投入熱量が抑制されてしまう。その結果、実運転開始から目標温度までの昇温に時間がかかるという課題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、実運転開始から目標温度あるいは目標温度近傍から予め定めた所定温度分以上離れた温度から昇温させる場合にその昇温までの時間の短縮化を可能とするようにしたものである。
【０００９】
なお、昇温ではなく、実運転開始から冷却させる場合も同様の課題があり、本発明では、この場合も上記同様に降温の時間の短縮化を可能とするようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明第１による制御システムは、制御対象からの複数の制御量と当該複数の制御量のそれぞれに対応して設定された複数の目標値との各偏差を演算する複数の加減算器と、これら加減算器からの各偏差に基づいて前記制御対象に操作量を出力制御する複数の制御手段とを具備した制御システムにおいて、
前記複数の制御手段と前記制御対象との間に、前記各制御量において、一方の制御量が他方の制御量に与える影響をなくすか低減するように処理する非干渉化手段を備え、
前記非干渉化手段は、制御対象モデルを用いて非干渉化を行うものであり、該制御対象モデルは、前記各制御量の差をフィードバックするフィードバック要素を含むと共に、このフィードバック要素からのフィードバック量を、前記一方の制御量に対応する操作量から減算し、また、前記他方の制御量に対応する操作量に加算するものであり、
前記非干渉化手段は、
前記各制御量の差を、前記フィードバック要素に対応してフィードバック量として出力する補償要素と、前記補償要素からのフィードバック量を前記一方の制御量に対応する操作量から減算する減算器と、前記フィードバック量を前記他方の制御量に対応する操作量に加算する加算器とを含み、かつ、前記補償要素と前記減算器との間の減算器側ラインおよび前記補償要素と前記加算器との間の加算器側ラインのうちの少なくとも一方のラインに、補償要素からの前記フィードバック量をオンオフしたり、あるいは可変したりするフィードバック量制御手段を備えた、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明第２による制御システムは、制御対象からの複数の制御量と当該複数の制御量のそれぞれに対応して設定された複数の目標値との各偏差を演算する複数の加減算器と、これら加減算器からの各偏差に基づいて前記制御対象に操作量を出力制御する複数の制御手段とを具備した制御システムにおいて、
前記複数の加減算器の前段側に、前記各制御量において、一方の制御量が他方の制御量に与える影響をなくすか低減するように処理する非干渉化手段を備え、
前記非干渉化手段は、制御対象モデルを用いて非干渉化を行うものであり、該制御対象モデルは、前記各制御量の差をフィードバックするフィードバック要素を含むと共に、このフィードバック要素からのフィードバック量を、前記一方の制御量に対応する操作量から減算し、また、前記他方の制御量に対応する操作量に加算するものであり、
前記非干渉化手段は、
前記各制御量の差を、前記フィードバック要素に対応してフィードバック量として出力する補償要素と、前記目標値から前記補償要素からのフィードバック量を減算する減算器と、前記目標値に前記補償要素からのフィードバック量を加算する加算器とを含み、かつ、前記補償要素と前記減算器との間の減算器側ラインおよび前記補償要素と前記加算器との間の加算器側ラインのうちの少なくとも一方のラインに、補償要素からの前記フィードバック量をオンオフしたり、あるいは可変したりするフィードバック量制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、前記フィードバック量制御手段は、前記制御量あるいはフィードバック量が予め定めた量を超えて離れているとき、非干渉化を抑制するよう制御する。
【００１３】
好ましくは、前記フィードバック量制御手段は、当該制御システムの運転開始時間からの経過時間に基づいて非干渉化抑制の制御を行う。
【００１４】
上記制御量は、温度、圧力、流量、速度あるいは液位などの種々の物理量の状態の制御量を含む。
【００１５】
上記制御対象モデルは、制御対象や計測対象などの想定している対象をモデル化するのに必要なものをいう。このモデル要素は、物理量、例えば、温度、圧力、流量、速度あるいは液位を、その出力として把握できるものである。このモデル要素は、例えば、熱板の温度制御、容器の圧力制御、タンクの液位制御を想定すると、入力、例えば、熱流（熱量）、気流、液体流量に対して、出力を、物理量、例えば、温度、圧力、液位として与えるものであり、容量成分、例えば、熱容量、容器体積、タンク断面積を有するものである。
【００１６】
したがって、容量成分を有するものを、モデル要素として把握することができ、例えば、熱容量の大きな金属製の支持構造体に固定された熱板によるウェハの熱処理を想定すると、熱容量を有する塊である熱板、ウェハ、支持構造体などをモデル要素として把握することができ、または、熱板を複数チャンネルのヒータで温度制御する場合には、各チャンネルのヒータに割当てられる熱板の各部分を、モデル要素として把握することができる。
【００１７】
フィードバック要素は、制御量の差に係数値を乗じる要素であってもよいし、１次遅れ要素、あるいは、動特性を持たせた要素であってもよい。フィードバック要素は、干渉の度合いなどに応じて設定することができる。
【００１８】
上記制御には、カスケード制御、モデル予測制御、スミス補償型制御等の各種の制御を含むものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、実運転から目的とする温度まで昇温あるいは冷却に要する時間の短縮化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は本発明の一つの実施の形態に係る制御対象モデルを示す図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態に係る温度制御システムの概略構成図である。
【図３】図３は図１の温度制御システムにおける制御対象と非干渉化器とのブロック構成を示す図である。
【図４】図４は従来の非干渉制御と本発明の非干渉制御との説明に用いる図である。
【図５】図５は別の非干渉化器のブロック構成を示す図である。
【図６】図６はさらに別の非干渉化器のブロック構成とその非干渉化器内のフィードバック量可変手段におけるゲイン−温度偏差の関係を示す図である。
【図７】図７はさらに別の非干渉化器のブロック構成とその非干渉化器内のフィードバック量可変手段におけるゲイン−温度偏差の関係を示す図である。
【図８】図８はさらに別の非干渉化器のブロック構成とその非干渉化器内のフィードバック量可変手段におけるゲイン−温度偏差の関係を示す図である。
【図９】図９は本発明の実施の形態において３チャンネルの温度制御システムを示す図である。
【図１０】図１０は本発明の他の実施の形態に係る温度制御システムの構成を示す図である。
【図１１】図１１は図１０に対応する３チャンネルの温度制御システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る温度制御システムを説明する。温度制御対象となるモデル構造について図１を参照して説明する。実施の形態では制御量の一例として温度としているが、制御量が温度に限定されるものではない。また、実施の形態では温度を目的の温度まで所定温度以上離れている場合に、その目的の温度にまで昇温する場合を説明するが、冷却の場合も同様である。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係る制御対象モデルのモデル構造のブロック線図である。実施の形態のモデル構造１００は、２入力（ｕ１，ｕ２）２出力（ｚ１，ｚ２）の熱干渉系の制御対象の熱モデルであり、２ｃｈの制御対象モデルである。
【００２３】
入力ｕ１，ｕ２としては、例えば、熱処理盤や熱処理炉などの制御対象をそれぞれ加熱する二つのヒータ出力である操作量ＭＶ１，ＭＶ２を、また、出力ｚ１，ｚ２としては、例えば、制御対象の温度をそれぞれ検出する二つの温度センサからの検出温度である制御量ＰＶ１，ＰＶ２を想定することができる。
【００２４】
制御対象モデルのモデル構造１００は、２出力ｚ１，ｚ２の差を、減算部１０２で算出し、フィードバック要素Ｐｆを介して２入力ｕ１，ｕ２に、減算部１０３および加算部１０４を介して、正負を異ならせてそれぞれフィードバックするものである。
【００２５】
Ｐ１１，Ｐ２２は、各入力ｕ１，ｕ２から各出力ｚ１，ｚ２への伝達関数である。この例では、熱処理盤や熱処理炉などの制御対象の二つのヒータに割当てられた部分、すなわち、各ｃｈに対応する制御対象が、熱容量を有するモデル要素としてそれぞれ把握されるものであり、各モデル要素は、伝達関数Ｐ１１，Ｐ２２として示されている。
【００２６】
モデル構造１００は、熱干渉系の熱モデルであり、温度差があるときに、熱量の移動が生じ、この熱量の移動は、温度差に比例するというフーリエの法則の意味するところと等価である。
【００２７】
フーリエの法則は、例えば、「伝熱工学」、田坂英紀著、森北出版株式会社のｐ６より、熱移動量を決める重要な因子は、空間的な温度勾配であり、２点間の距離をΔｘ、２点間の温度差をΔＴとすると、熱流束ｑ（単位面積当たりの熱移動量）は、λを熱伝導率として、ｑ＝−λ（ｄＴ／ｄｘ）となる。
【００２８】
フィードバック要素Ｐｆがフーリエの法則の熱伝導率λに対応する。モデル構造１００は、上述の各モデル要素の出力である２出力ｚ１，ｚ２の差、すなわち、温度差を、干渉の度合い等に対応するフィードバック要素Ｐｆを介して各モデル要素の入力である２入力ｕ１，ｕ２、すなわち、熱量に対応する操作量に、正負を異ならせてそれぞれフィードバックするものであり、温度差によって、一方のｃｈから他方のｃｈへ熱量の移動が生じ、一方のｃｈは熱量が奪われ（負）、他方のｃｈには熱量が足される（正）という熱干渉の現象をブロック線図で表したものである。
【００２９】
実施の形態の制御対象モデルのモデル構造１００は、熱系の制御対象の干渉は、二つの温度があって、温度の差ができたときに、その温度差に比例した熱量の移動が起こるというフーリエの法則を意味している。フィードバック要素ｐｆは、温度差によってどれだけ熱量が移動するかの比率であって、係数値であってもよいし、一次遅れ要素であってもよい。
【００３０】
以下、図２以降を参照してモデル構造１００を制御対象とした本実施の形態の温度制御システムを説明する。図２における温度制御システムにおいては、目標温度ＳＰ１，ＳＰ２と検出温度ＰＶ１，ＰＶ２とを加減算する加減算部１ａ，１ｂと、制御対象４からの二つの検出温度ＰＶ１，ＰＶ２と各目標温度ＳＰ１，ＳＰ２との偏差である加減算部１ａ，１ｂ出力に基づいて、操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’をそれぞれ演算出力する二つのＰＩＤ制御部２ａ，２ｂと、両ＰＩＤ制御部２ａ，２ｂからの操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’を、モデル構造１００を用いて非干渉化するように処理して制御対象４に対して出力する非干渉化器３とを備えている。なお、加減算部１ａ，１ｂと、ＰＩＤ制御部２ａ，２ｂと、非干渉化器３と、でもって温度調節器５を構成する。
【００３１】
本実施の形態における非干渉化器３の原理を図３、図４を参照して以下に説明する。
【００３２】
なお、図４（ａ１）および図４（ｂ１）の横軸は時間、縦軸は温度、図４（ａ２）、図４（ｂ２）で横軸は時間、縦軸はスイッチ３ｅのオンオフ状態を示す。
【００３３】
この非干渉化器３においては、本件出願人の特願２００３−２８９８６７と同様に、制御対象のモデル構造の二つの出力ＰＶ１，ＰＶ２の差を算出する減算器３ａと、この減算器３ａからの出力を、制御対象のモデル構造１００のフィードバック要素Ｐｆに対応する補償要素３ｂと、この補償要素３ｂの出力を、入力される操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’に、加算または減算する加算器３ｃおよび減算器３ｄを備えて、干渉を打ち消すよう動作（非干渉化動作）すると共に、補償要素３ｂと減算器３ｄとの間のライン内にフィードバック量制御手段としてスイッチ３ｅを具備し、補償要素３ｂと加算器３ｃとの間のライン内にはスイッチを設けず、そして、スイッチ３ｅのオンオフ（開閉）制御により実運転開始時において制御対象４の昇温を高速で行うことができるようにしている。
【００３４】
すなわち、図４（ａ１）（ａ２）、図４（ｂ１）（ｂ２）を参照して、目標温度ＳＰ１，ＳＰ２＝８０℃で、かつ、検出温度ＰＶ１＞検出温度ＰＶ２と仮定して、図４（ａ２）で示すように運転開始時点からスイッチ３ｅをオン（閉）して加算器３ｃと減算器３ｄに共に検出温度ＰＶ１，ＰＶ２の温度偏差がフィードバック入力されることで非干渉化処理している状態では、図４（ａ１）で示すように、検出温度ＰＶ１が早期に目標温度ＳＰ１＝８０℃に昇温しても、検出温度ＰＶ２がそれより遅れて目標温度ＳＰ２が８０℃になる。すなわち、両目標温度ＳＰ１，ＳＰ２が共に目標温度８０℃になるまでには１２０秒の時間がかかる。
【００３５】
これは、スイッチ３ｅをオンにして非干渉化器３を作動させた状態で、実運転させて昇温させた場合、制御対象４の温度が低い領域（上記例では検出温度ＰＶ２の領域）では干渉を見越して操作量ＭＶ２を少なくするようなフィードバックが作用するので、上記領域への投入熱量が抑制されてしまい、その結果、上記領域が目標温度ＳＰ２に到達するまでの昇温に時間がかかるからである。
【００３６】
これに対して、本実施の形態では、図４（ｂ２）で示すように実運転の開始時点ではスイッチ３ｅをオフにすることで補償要素３ｂから検出温度ＰＶ１，ＰＶ２の温度偏差に対応する出力が加算器３ｃにフィードバック入力されても減算器３ｄへはフィードバック入力されなくすることで、図４（ｂ２）で示すように検出温度ＰＶ１の領域は非干渉化されて検出温度ＰＶ２の領域の干渉を受けずに済む。このため検出温度ＰＶ１の領域は多めに加熱されて検出温度ＰＶ１が目標温度ＳＰ１を９０秒以下の早い時間でオーバーした後、降温して９０秒で８０℃になる。
【００３７】
一方、検出温度ＰＶ２の領域はスイッチ３ｅのオフで検出温度ＰＶ１の領域から非干渉化されず、干渉されるので検出温度ＰＶ２は目標温度ＳＰ２に図４（ａ１）の場合よりも３０秒早い９０秒で８０℃に到達する。それ以降はスイッチ３ｅをオフにして全体を非干渉制御とする。その結果、図４（ｂ２）のほうが図４（ａ１）よりも制御対象４全体が３０秒早く目標温度に到達することとなる。
【００３８】
以上では、フィードバック量制御手段であるスイッチ３ｅは、制御量である検出温度ＰＶ２が目標値である目標温度ＳＰ２またはこれに関連した温度から予め定めた所定温度以上離れているとき例えば実運転開示等、または、後述するフィードバック量（補償要素３ｂからのフィードバック入力の大きさ）が所定値を超えているときに、非干渉化を抑制するようオンオフする。また、上記温度ではなく、当該温度制御システムの運転開始時間からの経過時間に基づいてスイッチ３ｅをオンオフさせて非干渉化抑制の制御を行うようにしてもよい。
【００３９】
なお、スイッチ３ｅは、図４（ｂ２）のようにオンオフ制御することに限定するものではなく、スイッチ３ｅに代えて図５ないし図８で示すフィードバック量可変手段３ｈないし３ｈ４でもよい。
【００４０】
図５（ａ）に示す非干渉化器３においては、フィードバック量制御手段としてフィードバック量可変手段３ｈを備える。このフィードバック量可変手段３ｈは、図３と同様に、補償要素３ｂと減算器３ｄとの間のライン内に設け、補償要素３ｂと加算器３ｃとの間のライン内には設けていない。
【００４１】
そして、このフィードバック量可変手段３ｈは、フィードバック入力検知手段３ｆと、フィードバック入力のゲイン（フィードバック量）切替手段３ｇとを含む。フィードバック入力検知手段３ｆは、目標温度ＳＰ２と検出温度ＰＶ２との温度偏差を検知し、その検知出力をゲイン切替手段３ｇに入力する。ゲイン切替手段３ｇは、図５（ｂ）に示すゲイン−温度偏差関係により補償要素３ｂから減算器３ｄへのフィードバック量（フィードバック入力ゲイン）を切り替える。
【００４２】
すなわち、実運転開始において制御対象４の温度立ち上げ時で目標温度ＳＰ２と検出温度ＰＶ２との温度偏差がｔ２以上に大きいとするフィードバック入力検知出力がフィードバック入力検知手段３ｆから与えられると、ゲイン切替手段３ｇはそれに対応して減算器３ｄへのフィードバック量（フィードバック入力ゲイン）をゲイン０に抑制して非干渉化を小さくし、これにより操作量ＭＶ２を大きくして検出温度ＰＶ１を目標温度ＳＰ１に早く昇温させる。
【００４３】
そして、制御対象４の温度が立ち上って温度偏差がｔ１以下に小さくなったとするフィードバック入力検知出力がフィードバック入力検知手段３ｆから与えられると、ゲイン切替手段３ｇは、それに対応して減算器３ｄへのフィードバック入力ゲインをゲイン１に制御し、非干渉化制御させる。
【００４４】
図５（ｂ）の温度偏差ｔ１とｔ２との間は、フィードバック量が可変する過渡期間を示す。
【００４５】
図６（ａ）の非干渉化器３は別のフィードバック量可変手段３ｈ１を備える。このフィードバック量可変手段３ｈ１は、図３と同様に、補償要素３ｂと減算器３ｄとの間のライン内に設け、補償要素３ｂと加算器３ｃとの間のライン内には設けていない。そして、このフィードバック量可変手段３ｈ１は、フィードバック入力検知手段３ｆ１とゲイン切替手段３ｇ１とを含む。図６（ａ）で示すフィードバック量可変手段３ｈ１におけるフィードバック入力検知手段３ｆ１は、フィードバック入力を検知し、その検知出力をゲイン切替手段３ｇ１に入力する。ゲイン切替手段３ｇは、図６（ｂ）で示すゲイン−フィードバック入力関係で補償要素３ｂからのフィードバック入力のゲインをゲイン０とゲイン１とに切り替える。
【００４６】
すなわち、フィードバック入力が一定以上に大きいことがフィードバック入力検知手段３ｆ１により検知され、その検知出力によりゲイン切替手段３ｇ１は、減算器３ｄへのフィードバック入力ゲインをゲイン０に切り替えることで非干渉化を抑制し、これにより検出温度ＰＶ２が目標温度ＳＰ２に早く昇温できるようにし、フィードバック入力が一定以下に小さいことがフィードバック入力検知手段３ｆ１により検知されると、ゲイン切替手段３ｇ１は、減算器３ｄへのフィードバック入力ゲインをゲイン１に切り替えることで非干渉化制御を行わせる。図６（ｂ）の温度偏差ｔ１とｔ２との間は、フィードバック量が可変する過渡期間を示す。
【００４７】
上記ではいずれもフィードバック量可変手段３ｈ，３ｈ１は補償要素３ｂと減算器３ｄとの間のライン内に設けたが、図７（ａ）で示すように補償要素３ｂとの加算器３ｃとの間のライン内にフィードバック量可変手段３ｈ２を設けてもよい。この場合、フィードバック量可変手段３ｈ２は、フィードバック入力検知手段３ｆ２とゲイン切替手段３ｇ２とで構成される。このゲイン切替手段３ｇ２は、図７（ｂ）で示すゲイン−温度偏差関係や、ゲイン−フィードバック入力関係のいずれの関係でゲインをゲイン０とゲイン１とに切り替えてよい。図７（ｂ）の温度偏差ｔ１とｔ２との間は、フィードバック量が可変する過渡期間を示す。
【００４８】
フィードバック量可変手段３ｈ２は、図５（ｂ）や図６（ｂ）のそれとは異なって、運転開始の立ち上げ時で目標温度ＳＰ２と検出温度ＰＶ２との温度偏差が一定以上のとき、または、フィードバック入力が一定以上に大きいときは、ゲイン切替手段３ｇ２はゲイン１とし、一定以下のときはゲイン０に切り替える。
【００４９】
以上では、上記ではフィードバック量可変手段３ｈ，３ｈ１，３ｈ２は、補償要素３ｂとの加算器３ｃとの間のライン内、補償要素３ｂとの減算器３ｄとの間のライン内のいずれか一方内であった。
【００５０】
これに対して、図８（ａ）で示すように補償要素３ｂと加算器３ｃとの間のライン内と、補償要素３ｂと減算器３ｄとの間のライン内双方に配置してもよい。
【００５１】
すなわち、図８（ａ）では、補償要素３ｂと加算器３ｃとの間のライン内にはフィードバック量可変手段３ｈ３、補償要素３ｂと減算器３ｄとの間のライン内にはフィードバック量可変手段３ｈ４を設ける。
【００５２】
フィードバック量可変手段３ｈ３は、フィードバック入力検知手段３ｆ３とゲイン切替手段３ｇ３とを含み、フィードバック量可変手段３ｈ４は、フィードバック入力検知手段３ｆ４とゲイン切替手段３ｇ４とを含む。
【００５３】
ゲイン切替手段３ｇ３は、図８（ｂ１）のゲイン−フィードバック入力関係で、ゲイン切替手段３ｇ４は、図８（ｂ２）のゲイン−フィードバック入力関係でゲインを切り替える。図３ないし図７でのゲイン−温度偏差関係、ゲイン−フィードバック入力関係は、検出温度ＰＶ１＞検出温度ＰＶ２が前提であったが、図８（ｂ１）（ｂ２）ではその前提はなく、検出温度ＰＶ１＞検出温度ＰＶ２の場合、その逆の場合を含む。
【００５４】
図８（ｂ１）（ｂ２）のゲイン−フィードバック入力関係において、検出温度ＰＶ１＞ＰＶ２の関係領域での図８（ｂ１）のゲイン１、図８（ｂ２）のゲイン０は非干渉化抑制である。また、検出温度ＰＶ１＜ＰＶ２の関係領域での図８（ｂ１）のゲイン０、図８（ｂ２）のゲイン１は非干渉化抑制である。図８（ｂ１）（ｂ２）のゲイン２は非干渉化である。
【００５５】
図８（ｂ１）では検出温度ＰＶ１＞ＰＶ２においてフィードバック入力がｔ１以上であれば、ゲイン１、検出温度ＰＶ１＜ＰＶ２においてフィードバック入力がｔ２以下であれば、ゲイン０、フィードバック入力がｔ２´とｔ１´の間であれば、ゲイン２とする。ゲイン２の幅すなわちｔ２´とｔ１´の間は、検出温度ＰＶ１，ＰＶ２が目標温度ＳＰ１，ＳＰ２から或る一定の温度範囲では非干渉化するように定めることができる。
【００５６】
図８（ｂ２）では検出温度ＰＶ１＞ＰＶ２においてフィードバック入力がｔ１以上であれば、ゲイン０、検出温度ＰＶ１＜ＰＶ２においてフィードバック入力がｔ２以下であれば、ゲイン１、フィードバック入力がｔ２´とｔ１´の間であれば、ゲイン２とする。この場合のゲイン２の幅すなわちｔ２´とｔ１´の間も、検出温度ＰＶ１，ＰＶ２が目標温度ＳＰ１，ＳＰ２から或る一定の温度範囲では非干渉化するように定めることができる。
フィードバック量可変手段３ｈ３は、検出温度ＰＶ１，ＰＶ２の温度偏差のフィードバック入力がプラス側（検出温度ＰＶ１＞検出温度ＰＶ２）一定値以上に大きい場合はフィードバック入力ゲインをゲイン１に切り替え、検出温度ＰＶ１，ＰＶ２の温度偏差のフィードバック入力がマイナス側（検出温度ＰＶ１＜検出温度ＰＶ２）一定値以上に大きい場合はフィードバック入力ゲインをゲイン０に切り替えて非干渉化を抑制し、上記プラス側一定値とマイナス側一定値との間ではゲイン２に切り替えて非干渉化制御を行う。
【００５７】
フィードバック量可変手段３ｈ４は、検出温度ＰＶ１，ＰＶ２の温度偏差のフィードバック入力がプラス側（検出温度ＰＶ１＞検出温度ＰＶ２）一定値以上に大きいか、マイナス側（検出温度ＰＶ１＜検出温度ＰＶ２）一定値以上に大きい場合は、ゲインを０または１に切り替えて非干渉化を抑制し、上記プラス側一定値とマイナス側一定値との間ではゲイン２に切り替えて非干渉化制御を行う。
【００５８】
以上では２チャンネルであったが、図９で示すように３チャンネルでもよい。図９を参照して、ＳＰ１−ＳＰ３は目標温度、ＰＶ１−ＰＶ３は検出温度、Ｃ１−Ｃ３は、ＰＩＤ制御部、Ｈ１−Ｈ３は操作量からヒータ発熱量への変換係数、Ｈｓ１−Ｈｓ３は伝達関数、ＳＷはゲイン切替手段、β１２−β１３はフィードバック要素、Ｈ１−１−Ｈ３−１は操作量からヒータ発熱量への変換係数の逆数、ＦＣＰ，ＦＣＮはフィードバック入力検知手段である。加減算部は特に符号を付けていない。図９の３チャンネルは２チャンネルと同様であるから、特にその詳細な説明は略する。
【００５９】
図１０は、本実施の形態における非干渉化器のもう１つの原理に関わるブロック図を示す。この非干渉化器３０は、加減算部１ａ，１ｂの前段に挿入される。この非干渉化器３０は、減算器３０ａと、補償要素３０ｂと、スイッチ３０ｃと、ＰＩＤ−１制御部３０ｄ，３０ｅと、減算器３０ｆ，３０ｇとを備える。この場合の非干渉の原理は、上記とほぼ同様である。なお、ＰＩＤ−１制御部３０ｄ，３０ｅを挿入しているのはＰＩＤ制御部２ａ，２ｂでのＰＩＤ制御の影響をなくすためである。このスイッチ３０ｃは、フィードバック量制御手段である。このスイッチ３０ｃのオンオフ制御は、図３のスイッチ３ｅと同様である。目標値ＳＰ１，ＳＰ２は非干渉化器３０により、それぞれ、目標値ＳＰ１´，ＳＰ２´に制御される。スイッチ３０ｃのオンオフ（開閉）制御により実運転開始時において制御対象４の昇温を高速で行うことができる。
【００６０】
なお、図１０は２チャンネルであるが、３チャンネルの場合を図１１に示す。図１１において図９と対応する部分には同一の符号を付している。なお、Ｃ１−１、Ｃ２−１、Ｃ３−１は、図１０の３０ｄ，３０ｅに対応する。図１１の３チャンネルは図１０の２チャンネルと同様であるから、特にその詳細な説明は略する。
【符号の説明】
【００６１】
３ 非干渉化器
３ｃ 加算器
３ｄ 減算器
３ｅ スイッチ
３ｆ フィードバック入力検知手段
３ｇ ゲイン切替手段
３ｈ−３ｈ４ フィードバック量可変手段
４ 制御対象
５ 温度調節器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象からの複数の制御量と当該複数の制御量のそれぞれに対応して設定された複数の目標値との各偏差を演算する複数の加減算器と、これら加減算器からの各偏差に基づいて前記制御対象に操作量を出力制御する複数の制御手段とを具備した制御システムにおいて、
前記複数の制御手段と前記制御対象との間に、前記各制御量において、一方の制御量が他方の制御量に与える影響をなくすか低減するように制御対象モデルを用いて非干渉化処理する非干渉化手段を備え、
前記制御対象モデルは、前記各制御量の差をフィードバックするフィードバック要素を含むと共に、このフィードバック要素からのフィードバック量を、前記一方の制御量に対応する操作量から減算し、また、前記他方の制御量に対応する操作量に加算するものであり、
前記非干渉化手段は、
前記各制御量の差を、前記フィードバック要素に対応してフィードバック量として出力する補償要素と、前記補償要素からのフィードバック量を前記一方の制御量に対応する操作量から減算する減算器と、前記フィードバック量を前記他方の制御量に対応する操作量に加算する加算器とを含み、かつ、前記補償要素と前記減算器との間の減算器側ラインおよび前記補償要素と前記加算器との間の加算器側ラインのうちの少なくとも一方のラインに、補償要素からの前記フィードバック量をオンオフしたり、あるいは可変したりするフィードバック量制御手段を備えた、ことを特徴とする制御システム。
【請求項２】
制御対象からの複数の制御量と当該複数の制御量のそれぞれに対応して設定された複数の目標値との各偏差を演算する複数の加減算器と、これら加減算器からの各偏差に基づいて前記制御対象に操作量を出力制御する複数の制御手段とを具備した制御システムにおいて、
前記複数の加減算器の前段側に、前記各制御量において、一方の制御量が他方の制御量に与える影響をなくすか低減するように制御対象モデルを用いて非干渉化処理する非干渉化手段を備え、
前記制御対象モデルは、前記各制御量の差をフィードバックするフィードバック要素を含むと共に、このフィードバック要素からのフィードバック量を、前記一方の制御量に対応する操作量から減算し、また、前記他方の制御量に対応する操作量に加算するものであり、
前記非干渉化手段は、
前記各制御量の差を、前記フィードバック要素に対応してフィードバック量として出力する補償要素と、前記目標値から前記補償要素からのフィードバック量を減算する減算器と、前記目標値に前記補償要素からのフィードバック量を加算する加算器とを含み、かつ、前記補償要素と前記減算器との間の減算器側ラインおよび前記補償要素と前記加算器との間の加算器側ラインのうちの少なくとも一方のラインに、補償要素からの前記フィードバック量をオンオフしたり、あるいは可変したりするフィードバック量制御手段を備えた、ことを特徴とする制御システム。
【請求項３】
前記フィードバック量制御手段は、前記制御量あるいはフィードバック量が予め定めた量を超えて離れているとき、非干渉化を抑制するよう制御する、請求項１または２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記フィードバック量制御手段は、当該制御システムの運転開始時間からの経過時間に基づいて非干渉化抑制の制御を行う、請求項１または２に記載の制御システム。
【請求項１】
制御対象からの複数の制御量と当該複数の制御量のそれぞれに対応して設定された複数の目標値との各偏差を演算する複数の加減算器と、これら加減算器からの各偏差に基づいて前記制御対象に操作量を出力制御する複数の制御手段とを具備した制御システムにおいて、
前記複数の制御手段と前記制御対象との間に、前記各制御量において、一方の制御量が他方の制御量に与える影響をなくすか低減するように制御対象モデルを用いて非干渉化処理する非干渉化手段を備え、
前記制御対象モデルは、前記各制御量の差をフィードバックするフィードバック要素を含むと共に、このフィードバック要素からのフィードバック量を、前記一方の制御量に対応する操作量から減算し、また、前記他方の制御量に対応する操作量に加算するものであり、
前記非干渉化手段は、
前記各制御量の差を、前記フィードバック要素に対応してフィードバック量として出力する補償要素と、前記補償要素からのフィードバック量を前記一方の制御量に対応する操作量から減算する減算器と、前記フィードバック量を前記他方の制御量に対応する操作量に加算する加算器とを含み、かつ、前記補償要素と前記減算器との間の減算器側ラインおよび前記補償要素と前記加算器との間の加算器側ラインのうちの少なくとも一方のラインに、補償要素からの前記フィードバック量をオンオフしたり、あるいは可変したりするフィードバック量制御手段を備えた、ことを特徴とする制御システム。
【請求項２】
制御対象からの複数の制御量と当該複数の制御量のそれぞれに対応して設定された複数の目標値との各偏差を演算する複数の加減算器と、これら加減算器からの各偏差に基づいて前記制御対象に操作量を出力制御する複数の制御手段とを具備した制御システムにおいて、
前記複数の加減算器の前段側に、前記各制御量において、一方の制御量が他方の制御量に与える影響をなくすか低減するように制御対象モデルを用いて非干渉化処理する非干渉化手段を備え、
前記制御対象モデルは、前記各制御量の差をフィードバックするフィードバック要素を含むと共に、このフィードバック要素からのフィードバック量を、前記一方の制御量に対応する操作量から減算し、また、前記他方の制御量に対応する操作量に加算するものであり、
前記非干渉化手段は、
前記各制御量の差を、前記フィードバック要素に対応してフィードバック量として出力する補償要素と、前記目標値から前記補償要素からのフィードバック量を減算する減算器と、前記目標値に前記補償要素からのフィードバック量を加算する加算器とを含み、かつ、前記補償要素と前記減算器との間の減算器側ラインおよび前記補償要素と前記加算器との間の加算器側ラインのうちの少なくとも一方のラインに、補償要素からの前記フィードバック量をオンオフしたり、あるいは可変したりするフィードバック量制御手段を備えた、ことを特徴とする制御システム。
【請求項３】
前記フィードバック量制御手段は、前記制御量あるいはフィードバック量が予め定めた量を超えて離れているとき、非干渉化を抑制するよう制御する、請求項１または２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記フィードバック量制御手段は、当該制御システムの運転開始時間からの経過時間に基づいて非干渉化抑制の制御を行う、請求項１または２に記載の制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１８６５８９（Ｐ２０１１−１８６５８９Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４８９４６（Ｐ２０１０−４８９４６）
【出願日】平成２２年３月５日（２０１０．３．５）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月５日（２０１０．３．５）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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