(57)【要約】【課題】  ＰＩＤ出力が出力リミッタによって制限される状況であっても、検出温度を設定温度で安定させる。【解決手段】  温度制御装置３１は、自動整合制御系を構成する積分演算部４１、比例演算部４２、微分演算部４３、第１の加算部４４、第２の加算部４７、第１の出力リミッタ４５、第２の出力リミッタ４８、及びフィードバックする経路４６を備える。温度制御装置３１は、制御出力カット機能として、偏差ｅ（＝設定温度ＳＶ−検出温度ＰＶ）に基づく所定条件が成立する時に、第２の出力リミッタ４８からの出力をカットする制御出力カット部５１と、所定条件が成立する時だけに有効化される第３の加算部５２と、を更に備える。第２の出力リミッタからの出力は、操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍとして制御対象に出力され、所定条件が成立する時に、操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍは、０［％］に設定される。所定条件が成立する時に、第３の加算部５２は、比例演算部４２からの出力と微分演算部４３からの出力との合計に相当する積分値を積分演算部４１からの出力にセットする。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定温度から検出温度を減算した値である偏差に基づく積分演算部と、
前記検出温度に基づく比例演算部と、
前記検出温度に基づく微分演算部と、
前記積分演算部からの出力と前記比例演算部からの出力の反転とを加算する第１の加算部と、
前記第１の加算部からの出力を第１の上限値と第１の下限値との間に制限する第１の出力リミッタと、
前記第１の加算部からの前記出力から前記第１の出力リミッタからの出力を減算した値を前記積分演算部にフィードバックする経路と、
前記第１の加算部からの前記出力と前記微分演算部からの出力の反転とを加算する第２の加算部と、
前記第２の加算部からの出力を、前記第１の上限値よりも低い第２の上限値と前記第１の下限値よりも高い第２の下限値との間に制限する第２の出力リミッタと、
前記偏差に基づく所定条件が成立する時に、前記第２の出力リミッタからの出力をカットする制御出力カット部と、
前記所定条件が成立する時だけに有効化される第３の加算部と、
を備え、
前記第２の出力リミッタからの前記出力は、操作量として制御対象に出力され、
前記所定条件が成立する時に、前記操作量は、前記制御出力カット部によって０［％］に設定され、且つ、前記制御出力カット部によって有効化された前記第３の加算部は、前記比例演算部からの前記出力と前記微分演算部からの前記出力との合計に相当する積分値を前記積分演算部からの前記出力にセットすることを特徴とする成形機の温度制御装置。
【請求項２】
前記制御出力カット部によって有効化されていない前記第３の加算部は、前記積分演算部からの前記出力に何もセットしない、又は、前記第３の加算部からの出力をカットすることを特徴とする請求項１に記載の成形機の温度制御装置。
【請求項３】
前記積分演算部は、積分器と、（１／ＴＩ）×（１００／ＰＢ）を有するゲイン設定部と、を含み、
前記比例演算部は、１００／ＰＢを有するゲイン設定部を含み、
前記微分演算部は、微分器と、ＴＤ×（１００／ＰＢ）を有するゲイン設定部と、を含み、
前記経路は、ＰＢ／１００を有するゲイン設定部と、を含み、
前記第２の上限値は、１００［％］であり、
前記第２の下限値は、０［％］であることを特徴とする請求項１又は２に記載の成形機の温度制御装置。
ここで、ＰＢ、ＴＩ及びＴＤは、それぞれ、比例帯、積分時間及び微分時間である。
【請求項４】
前記第１の上限値は、１０１［％］から１１０［％］までの値であり、
前記第１の下限値は、−１［％］から−１０［％］までの値であることを特徴とする請求項３に記載の成形機の温度制御装置。
【請求項５】
前記所定条件は、前記偏差が所定温度を超えることであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の成形機の温度制御装置。
【請求項６】
前記所定温度は、３［℃］以上であり、
前記所定条件が成立する時に、前記制御出力カット部は、前記第２の出力リミッタからの前記出力のカットを開始することを特徴とする請求項５に記載の成形機の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば射出成形機、押出成形機等の成形機の温度を制御し、且つ、その制御出力をカット可能である装置（制御出力カット機能付き温度制御装置）等に関し、典型的な実施形態は、加熱部への制御出力をカット可能な制御出力カット機能に適合するＩ−ＰＤ制御に関する。
【０００２】
（関連出願）
本発明に従うＩ−ＰＤ制御は、本出願と同日付けで出願された、本出願人（本発明者ら）の日本国特許出願（特願２０１９−１１３４１８）の改良である。言い換えれば、本発明は、この出願（先の出願）にかかる温度制御に、制御出力カット機能を付加したものである。以下に、この出願（先の出願）にかかる背景技術等を説明する。
【背景技術】
【０００３】
従来、ＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）は、広く知られ、また、その改良は、様々な分野で、多く思考されている。例えば特許文献１は、少なくとも積分演算を行う制御装置を開示し、その制御装置の制御対象は、例えば温度、圧力、流量等である。より具体的には、特許文献１の制御装置は、積分処理停止部を備え、その積分処理停止部は、目的値の変更を検出し、この目的値変更検出時点から所定期間だけ積分演算処理を停止させるとともに、目的値変更検出時点の積分値を保持させてこの保持積分値を出力することができる。
【０００４】
なお、特許文献１の制御装置は、典型的には、目標値から入力信号を減算した偏差（制御偏差）に基づく比例演算部、積分演算部及び微分演算部と、比例演算部、積分演算部及び微分演算部からの３つの演算出力を加算して出力信号を出力する加算部と、を更に備え、従って、ＰＩＤ制御に積分処理停止部を加えることによって、ＰＩＤ制御を改良している。加えて、特許文献１の制御装置は、加算部からの出力（ＰＩＤ出力）を上限値と下限値との間に制限して出力信号を出力する出力リミッタを更に備えることもできる。
【０００５】
偏差に基づく比例演算部、積分演算部及び微分演算部を備える基本的なＰＩＤ制御とは異なる微分先行型ＰＩＤ制御（前記偏差の目標値を微分することをやめて、微分動作は入力信号だけに働くような構成）も、広く知られ、また、その改良は、例えば特許文献２に開示されている。
【０００６】
より具体的には、特許文献２の制御装置は、目標値から入力信号を減算した偏差（制御偏差）に基づく比例演算部及び積分演算部と、入力信号に基づく入力微分演算部と、比例演算部、積分演算部及び入力微分演算部からの３つの演算出力に基づく出力（第１のＰＩＤ出力）を出力する加算部と、を備える（微分先行型ＰＩＤ制御）。特許文献２の制御装置は、加算部からの出力（第１のＰＩＤ出力）を上限値と下限値との間に制限して出力信号を出力する第１の出力リミッタと、目標値に基づく目標値微分演算部と、第１の出力リミッタ及び目標値微分演算部からの２つの演算出力に基づく出力（第２のＰＩＤ出力）を出力する加算部と、この加算部からの出力（第２のＰＩＤ出力）を上限値と下限値との間に制限して出力信号を出力する第２の出力リミッタと、を更に備えることができる。
【０００７】
例えば特許文献３の制御装置は、特許文献１の比例演算部、積分演算部、微分演算部、加算部及び出力リミッタに相当する「制御演算部及び出力リミッタ」を備えている。より具体的には、特許文献３の制御演算部は、目標値（制御目標値）と制御対象からの入力信号（制御入力信号）とから求めた偏差（制御偏差）をなくすように位置形の比例演算、微分演算及び積分演算を行い、それらの演算出力を加算してＰＩＤ演算結果（ＰＩＤ出力）を得て出力リミッタに出力することができる。
【０００８】
特許文献３の制御装置は、積分演算修正部及び積分演算修正判断部を更に備えることができる。積分演算修正部は、ＰＩＤ演算結果が上限値又は下限値に制限されたとき、制御演算部の積分演算値を修正してＰＩＤ演算結果を上限値又は下限値に一致させるものである。積分演算修正判断部は、その入力信号（制御入力信号）の変化方向とＰＩＤ演算結果が上限値又は下限値を越える方向とから入力信号の変化の正常又は異常を判定し、異常と判定したときに積分演算修正部による積分演算値の修正を禁止し、更に、ＰＩＤ演算結果が上限値と下限値の間に戻ったとき、又は当該時点の入力信号が積分演算値の修正禁止をした時点より１時点前の入力信号レベルに戻ったとき、その積分演算値修正禁止を解除するものである。
【０００９】
（先の出願にかかる課題）
本発明者らは、成形機の温度制御には、比例・微分先行型ＰＩＤ（Ｉ−ＰＤ）が適しており、更に、Ｉ−ＰＤ演算結果（ＰＩＤ出力）から出力リミッタの出力を減算した値（出力リミッタで制限した値）を積分演算部にフィードバックする自動整合制御系が適していると考え、添付図面の図２の温度制御装置での成形機の温度制御を試みた。しかしながら、添付図面の図３（Ａ）に示す通り、成形機（加熱部）の検出温度（測定値：Process variable）ＰＶは、設定温度（設定値：Setting point value）ＳＶである例えば３５０℃に、到達する前に、飽和してしまう（オフセットの発生）。
【００１０】
図３（Ａ）の操作量（Manipulated variable）は、図２の出力リミッタからの出力信号（ＰＩＤ出力）であるＭＶＰＩＤｌｉｍである一方、図３（Ｂ）の操作量は、図２の微分演算部からの出力（Ｄ出力）である微分操作量ＭＶＤ（−ＫＤ［ｄ（ＰＶｎ−ＰＶｎ−１）／ｄｔ］）を示す。本発明者らは、図２の出力リミッタの入力である操作量ＭＶＰＩＤが出力リミッタによって制限される飽和状態である時に、図３（Ｂ）の上昇側（１００［％］を超える）の微分操作量ＭＶＤが図３（Ａ）の操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍに反映されないことを認識した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３１４４６０４号公報（段落［０００１］，請求項１，図１，段落［００１４］，図９参照）
【特許文献２】特許第３０４７６５４号公報（図１参照）
【特許文献３】特許第２９５００５０号公報（段落［００２８］，［００２９］，図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
成形機の加熱筒（広義には、加熱部）の温度制御においては、一般に、樹脂材料の取替えに起因したＰＩＤ定数が制御対象と合致しない場合や室温などの外乱の影響がある場合に、温度制御が不安定になることがある。そのような場合は検出温度が設定温度（目標温度）より高温になってしまい、樹脂材料の劣化が発生するのみならず、樹脂材料がその分解による有害ガスが発生することがある。そのため、成形機の温度制御には、過昇温状態時に、制御出力カット（出力を０％にする）機能を設けることができる。本発明者らは、例えば先の出願にかかる温度制御（広義には、自動整合制御系）への制御出力カット機能の付加を試みた。しかしながら、例えば、先の出願にかかる温度制御に、制御出力カット機能を付加する時に、制御出力カット後に積分演算を継続すると、通常制御領域で過積分又は操作量（図示せず）が発生するため、本発明者らは、添付図面の図４に示す通り、通常制御復帰後に温度が上昇してしまうことを認識した。
【００１３】
すなわち、図４に示す通り、成形機（加熱部）の検出温度（測定値：Process variable）ＰＶは、設定温度（設定値：Setting point value）ＳＶよりも高くなったり、設定温度ＳＶよりも低くなったり、制御出力カットのＯｎ／Ｏｆｆを繰り返してしまう。本発明者らは、その結果として、検出温度ＰＶが設定温度ＳＶ付近で安定しないことを認識した。
【００１４】
本発明の１つの目的は、制御出力カット機能が温度制御に付加される状況であっても、検出温度ＰＶが設定温度ＳＶ付近で安定可能である成形機の温度制御装置を提供することである。本発明の他の目的は、以下に例示する態様及び最良の実施形態、並びに添付の図面を参照することによって、当業者に明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以下に、本発明の概要を容易に理解するために、本発明に従う態様を例示する。
【００１６】
本発明に従う態様において、成形機の温度制御装置は、先の出願にかかる構成と同様の自動整合制御系を備え、先の出願に開示されていない構成として制御出力カット機能を更に備える。
【００１７】
自動整合制御系は、先の出願にかかる構成と同様に、例えば、積分演算部と、比例演算部と、微分演算部と、第１の加算部と、第２の加算部と、第１の出力リミッタと、第２の出力リミッタと、フィードバックする経路とで構成される。制御出力カット機能は、偏差ｅ（＝設定温度ＳＶ−検出温度ＰＶ）に基づく所定条件が成立する時に、第２の出力リミッタからの出力をカットする制御出力カット部と、所定条件が成立する時だけに有効化される第３の加算部とで構成される。成形機の温度制御装置は、制御出力カット機能（第３の加算部を含む）を備えることで、過昇温状態を防ぐことができる。特に、成形機の温度制御装置は、制御出力カットが有効化される時に、温度制御が不安定になる場合がある。成形機の温度制御装置は、制御出力カット機能が有効化される場合であっても、温度制御が不安定になることを防止することができる。具体的には、所定条件の成立によって制御出力カット機能が有効化される時に、以下の動作が実行される。
【００１８】
第２の出力リミッタからの出力は、操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍとして制御対象に出力され、所定条件が成立する時に、操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍは、制御出力カット部によって０［％］に設定される。所定条件が成立する時に、制御出力カット部によって有効化された第３の加算部は、比例演算部からの出力と微分演算部からの出力との合計に相当する積分値を積分演算部からの出力にセットする。したがって、通常制御復帰後に、積分演算部の出力（操作量ＭＶＩ）は、第３の加算部からの出力に応じて、ＰＩＤ演算部の出力（操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍ＝操作量ＭＶＰＩＤ）＝０［％］の状態から積分動作が連続的に動作することになる。これにより、通常制御復帰（制御出力カットがＯｎからＯｆｆに変更）後に温度が上昇してしまうことが防止されて、検出温度ＰＶは、設定温度ＳＶ付近で安定する。
【００１９】
自動整合制御系は、先の出願にかかる構成と同様に、第１の出力リミッタと第２の出力リミッタと、を備える。第１の出力リミッタは、第２の出力リミッタの外側に組み込む。第２の出力リミッタは、例えば０［％］〜例えば１００％［％］の範囲で、その出力をリミッタする（加熱部のＯｎ／Ｏｆｆ操作の物理的限界）。第１の出力リミッタの出力範囲（好ましくは例えば−１［％］、より好ましくは例えば−１０［％］（例えば０［％］未満であればよい）〜好ましくは例えば１０１［％］、より好ましくは例えば１１０％［％］（例えば１００［％］を超えればよい）の範囲）は、第２の出力リミッタの出力範囲（例えば０［％］〜例えば１００％［％］の範囲）よりも大きい。
【００２０】
第１の出力リミッタには、先の出願にかかる構成と同様に、Ｉ−ＰＤ演算結果（比例操作量、積分操作量及び微分操作量の操作量ＭＶＰＩＤ）ではなく、Ｉ−Ｐ演算結果（比例操作量及び積分操作量の操作量ＭＶＰＩ）が入力される。ここで、第１の出力リミッタで操作量ＭＶＰＩが制限される時に、その制限された値を積分器から取り除いて、積分操作量が生成されている。第１の出力リミッタからの出力（操作量ＭＶＰＩ）に微分操作量ＭＶＤが加味されて、Ｉ−ＰＤ演算結果（比例操作量、積分操作量及び微分操作量の操作量ＭＶＰＩＤ）が得られる。この操作量ＭＶＰＩＤが第２の出力リミッタに入力される。
【００２１】
このような第１の出力リミッタを設けたことで、先の出願にかかる効果と同様に、第２の出力リミッタでＩ−ＰＤ演算結果（ＰＩＤ出力）に制限が掛かることが軽減されて、制御対象（典型的には、加熱部）の検出温度ＰＶが設定温度ＳＶで安定し易くなる（オフセットの解消）。
【００２２】
当業者は、例示した本発明に従う態様が、本発明の精神を逸脱することなく、さらに変更され得ることを容易に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明に従う温度制御装置が適用される成形機の概略構成例を示す。
【図２】図２は、従来の温度制御装置の構成例を示す。
【図３】図３（Ａ）は、図２の温度制御装置でのＩ−ＰＤ演算結果（比例操作量、積分操作量及び微分操作量の操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍ）及び検出温度ＰＶを示し、図３（Ｂ）は、図２の温度制御装置での微分操作量ＭＶＤを示す。
【図４】比較例（先の出願に制御出力カット機能を付加した場合）での検出温度ＰＶの時間変化を示す。
【図５】図５は、本発明に従う温度制御装置の構成例を示す。
【図６】図６は、図５の温度制御装置のＰＩＤ演算部に等価である構成例を示す。
【図７】図７は、先の出願（制御出力カット機能なし）の温度制御装置でのＩ−ＰＤ演算結果（比例操作量、積分操作量及び微分操作量の操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍ）及び検出温度ＰＶを示す。
【図８】図５の温度制御装置での検出温度ＰＶの時間変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に説明する最良の実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられている。従って、当業者は、本発明が、以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。
【００２５】
図１は、本発明に従う温度制御装置が適用される成形機の概略構成例を示す。図１は、成形機として、例えば射出成形機Ｍが図示され、射出成形機Ｍは、射出装置Ｍｉと型締装置Ｍｃとを備える。図１の例において、射出装置Ｍｉは、樹脂材料を加熱するための加熱部を備え、加熱部は、典型的には、加熱筒である。図１の加熱筒は、例えば、前部３ａと、中間部３ｂと、後部３ｃと、を有し、加熱筒の前端には、射出ノズル２１が設けられるとともに、加熱筒の後端には、樹脂材料を供給するためのホッパ２２（広義には、材料供給部）が設けられる。型締装置Ｍｃの構成は、当業者によく知られているので、その説明は、省略するが、典型的には、図示されない可動型と固定型とからなる金型（mold）を備え、この金型には冷却用のウォータージャケット（図示せず）が設けられている。
【００２６】
図１の例において、加熱筒の内部にはスクリュ２が挿入され、このスクリュ２の後端には、材料供給部の後方へ延出することにより、スクリュ２を回転駆動及び進退駆動するスクリュ駆動部２３が接続される。なお、スクリュ駆動部２３の構成は、当業者によく知られているので、その説明は、省略する。
【００２７】
加熱筒の外部には、加熱部を構成する例えば３つのバンドヒータ４ａ，４ｂ，４ｃ（広義には、ヒータ、更に広義には、加熱体）が装着されている。射出成形機Ｍ（具体的には、加熱部、典型的には、樹脂材料の加熱筒）は、本発明に従う温度制御装置３１の制御対象１であり、例えば３つの温度センサ６ａ，６ｂ，６ｃが、加熱筒（前部３ａ、中間部３ｂ及び後部３ｃ）に、設けられている。なお、ホッパ２２から加熱筒の内部に供給された固形状のペレット（樹脂材料）は、スクリュ２の回転による剪断及び加熱筒による加熱により可塑化混練され、型締装置Ｍｃの金型に射出充填するための溶融樹脂が生成される。
【００２８】
図１の温度制御装置３１は、図５又は図６のＰＩＤ演算部７（具体的には、加熱部のＩ−ＰＤ制御を実行するコントローラ）を備えることができる。なお、温度制御装置３１は、典型的には、成形機制御装置１０の一部を構成し、成形機制御装置１０は、加熱の制御対象１だけでなく、スクリュ駆動部２３、型締装置Ｍｃ等、射出成形機Ｍ全体を制御することができ、その制御に必要な構成（図示せず）を温度制御装置３１と一緒に備えることができる。温度制御装置３１又は成形機制御装置１０の構成（又は温度制御装置３１を含む成形機制御装置１０を有する射出成形機Ｍ全体の制御装置の構成）は、当業者によく知られているので、その説明は、省略する。更に、温度制御装置３１は、加熱部のＩ−ＰＤ制御を実行するためのプログラムを格納する内部メモリ（図示せず）、Ｉ−ＰＤ制御の設定値（設定温度ＳＶ、比例帯［℃］、積分時間［秒］及び微分時間［秒］等）を入力し、且つ及びＩ−ＰＤ制御の測定値（検出温度ＰＶ）をモニタするためのディスプレイ（図示せず）を更に有することができる。
【００２９】
また、射出成形機Ｍの構成は、図１の例に限定されず、例えば、射出成形機Ｍは、加熱筒の冷却部を更に備えることができる。言い換えれば、加熱筒は、少なくとも加熱部を備え、好ましくは、樹脂材料を加熱可能又は冷却可能である加熱冷却部である。図示されない冷却部（例えば、図示されないエア供給部からの送風による空冷を行う冷却部）の構成は、当業者によく知られているので、その説明は、省略する。
【００３０】
更に、射出成形機Ｍの構成は、図１の例に限定されず、例えば、射出成形機Ｍの加熱部を構成する例えば３つのバンドヒータ４ａ，４ｂ，４ｃは、例えば４つのバンドヒータで構成されてもよく、加えて、射出成形機Ｍは、加熱部として、射出ノズル２１部に設けられるバンドヒータ（図示せず）及び／又は加熱筒の最後部に設けられるバンドヒータ（図示せず）を更に有することができる。冷却部は、このような加熱部に対応して、冷却範囲を拡大することができるとともに、射出成形機Ｍは、樹脂材料の落下口の冷却部（例えば、落下口の冷却用に設けたウォータジャケット）を更に有することができる。
【００３１】
成形機の１例として、図１に射出成形機Ｍを示したが、加熱部を有する例えば押出成形機等のその他の成形機（プラスチック製品を製造するための装置）に、温度制御装置３１が適用されてもよい。型締装置Ｍｃを備えず、射出ノズル２１内部にダイ（die）が設けられた押出成形機の構成は、当業者によく知られているので、その説明は、省略する。
【００３２】
図５は、本発明に従う温度制御装置３１（ＰＩＤ演算部７）の構成例を示し、図６は、図５の温度制御装置３１のＰＩＤ演算部７に等価である構成例を示す。図５に示されるように、本発明に従う温度制御装置３１（及び先の出願（制御出力カット機能なし）の温度制御装置（図示せず））のＰＩＤ演算部７は、積分演算部４１、比例演算部４２、微分演算部４３、第１の加算部４４、第１の出力リミッタ４５、経路４６、第２の加算部４７及び第２の出力リミッタ４８を備える。
【００３３】
本発明に従う温度制御装置３１は、制御出力カット機能として、制御出力カット部５１を更に備える。所定条件の成立によって制御出力カット部５１が有効化される時に、有効化された制御出力カット部５１は、ＰＩＤ演算部７からの制御出力（第２の出力リミッタ４８からの出力（操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍ）をカットすることができる。通常時又は正常時に、制御出力カットは、Ｏｆｆ又は停止されて、ＰＩＤ演算部７は、操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍを出力することができる。言い換えれば、通常時又は正常時に、本発明に従う温度制御装置３１の動作は、先の出願（制御出力カット機能なし）の温度制御装置の動作と同じである。
【００３４】
例えば偏差ｅ（制御偏差）に基づき、所定条件が成立する時に、制御出力カットは、Ｏｎ又は実行されて、ＰＩＤ演算部７は、操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍを出力しない、或いは、ゼロであるＭＶＰＩＤｌｉｍを出力することができる。すなわち、所定条件が成立する時に、０［％］の時間でヒータが常にＯｆｆされる（電流が流れない）。
【００３５】
上述の通り、本発明者らは、例えば先の出願にかかる温度制御（広義には、自動整合制御系）への制御出力カット機能の付加を試みたが、図４に示す通り、通常制御復帰（制御出力カットがＯｎからＯｆｆに変更）後に温度が上昇してしまうことを認識した。そこで、検出温度ＰＶが設定温度ＳＶ付近で安定するように、図５に図示される本発明に従う温度制御装置３１（ＰＩＤ演算部７）は、積分演算部４１が制御出力カット部５１からの指示又は調整を受け入れる。その結果、通常制御復帰後に、図５の積分演算部４１の出力（操作量ＭＶＩ）は、第３の加算部５２からの出力に応じて、ＰＩＤ演算部７の出力（操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍ＝操作量ＭＶＰＩＤ）＝０％の状態から積分動作が連続的に動作することになる。
【００３６】
本発明に従う温度制御装置３１（ＰＩＤ演算部７）の動作を容易に理解するために、最初に、制御出力カット機能を無視して、以下に、温度制御装置３１（ＰＩＤ演算部７）の基本機能を説明する。
【００３７】
積分演算部４１は、設定温度ＳＶ［℃］から検出温度ＰＶ［℃］を減算した値である偏差ｅに基づく積分操作量を演算することができる。比例演算部４２は、検出温度ＰＶに基づく比例操作量を演算することができる。第１の加算部４４は、積分演算部４１からの出力と比例演算部４２からの出力の反転とを加算することができる。第１の出力リミッタ４５は、第１の加算部４４からの出力（比例操作量及び積分操作量の操作量ＭＶＰＩ）を第１の上限値と第１の下限値との間に制限することができる。経路４６は、第１の加算部４４からの出力（操作量ＭＶＰＩ）から第１の出力リミッタ４５からの出力（操作量ＭＶＰＩｌｉｍ）を減算した値を積分演算部４１にフィードバックすることができる。
【００３８】
微分演算部４３は、検出温度ＰＶに基づく微分操作量を演算することができる。第２の加算部４７は、第１の加算部４４からの出力と微分演算部４３からの出力の反転とを加算することができる。第２の出力リミッタ４８は、第２の加算部４７からの出力（比例操作量、積分操作量及び微分操作量の操作量ＭＶＰＩＤ）を第２の上限値（＜第１の上限値）と第２の下限値（＞第１の下限値）との間に制限することができる。第２の出力リミッタ４８からの出力（比例操作量、積分操作量及び微分操作量の操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍ）は、操作量として制御対象１に出力される。
【００３９】
図６において、図５の積分演算部４１は、積分器と、（１／ＴＩ）×（１００／ＰＢ）を有するゲイン設定部と、を含む。図５の比例演算部４２は、１００／ＰＢを有するゲイン設定部を含む。図５の経路４６は、ＰＢ／１００を有するゲイン設定部を含み、より具体的には、減算した値（操作量ＭＶＰＩ−操作量ＭＶＰＩｌｉｍ）を積分演算部４１にフィードバックするための２つの加算器を更に含む。ここで、ＰＢ、ＴＩ及びＴＤは、それぞれ、比例帯［℃］、積分時間［秒］及び微分時間［秒］である。
【００４０】
図６の例において、図５の第１の出力リミッタ４５の第１の上限値及び第１の下限値は、それぞれ、例えば１１０［％］及び例えば−１０［％］である。図５の第２の出力リミッタ４８の第２の上限値及び第２の下限値は、それぞれ、例えば１００［％］及び例えば０［％］である。第２の上限値及び第２の下限値は、それぞれ、加熱部のＯｎ／Ｏｆｆ操作の物理的限界である。ここで、加熱部を構成するヒータは、時間比例で制御され、物理的限界である上限値（第２の上限値）は、１００［％］の時間でヒータが常にＯｎされ、０［％］の時間でヒータが常にＯｆｆされる（電流が流れない）。
【００４１】
本発明者らは、図２の出力リミッタの入力である操作量ＭＶＰＩＤが出力リミッタによって制限される飽和状態である時に、図３（Ｂ）の上昇側（１００［％］を超える）の微分操作量ＭＶＤが図３（Ａ）の操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍに反映されないことを認識した。したがって、図５又は図６の本発明に従う温度制御装置３１（ＰＩＤ演算部７）では、Ｉ−ＰＤ演算結果（ＰＩＤ出力）が出力リミッタによって制限される状況であっても、検出温度ＰＶが設定温度ＳＶに到達可能であるように、図５の第１の出力リミッタ４５は、第２の出力リミッタ４８の内側に組み込む。第１の出力リミッタ４５の出力範囲（例えば−１［％］〜例えば１０１％［％］の範囲、好ましくは例えば−５［％］〜例えば１０５％［％］の範囲、より好ましくは例えば−１０［％］〜例えば１１０％［％］の範囲）は、第２の出力リミッタ４８の出力範囲（例えば０［％］〜例えば１００％［％］の範囲）よりも大きい。
【００４２】
なお、第２の出力リミッタ４８の出力範囲は、第１の出力リミッタ４５の出力範囲の内側に設定されることで、本発明に従う効果が得られ、第１の出力リミッタ４５の上限値は、例えば１００％に近づく程、その効果が薄くなり、同様に、第１の出力リミッタ４５の下限値は、例えば０％に近づく程、その効果が薄くなる。
【００４３】
加えて、図５の第１の出力リミッタ４５には、図２のＩ−ＰＤ演算結果（比例操作量、積分操作量及び微分操作量の操作量ＭＶＰＩＤ）ではなく、図５のＩ−Ｐ演算結果（比例操作量及び積分操作量の操作量ＭＶＰＩ）が入力される。ここで、図５の第１の出力リミッタ４５で操作量ＭＶＰＩが制限される時に、その制限された値を積分器（積分演算部４１）から取り除いて、積分操作量が生成されている。第１の出力リミッタ４５からの出力（操作量ＭＶＰＩ）に微分操作量ＭＶＤ（図２（Ｂ）参照）が加味されて、図５のＩ−ＰＤ演算結果（比例操作量、積分操作量及び微分操作量の操作量ＭＶＰＩＤ）が得られる。この操作量ＭＶＰＩＤが第２の出力リミッタ４８に入力される。
【００４４】
図５又は図６のＰＩＤ制御系（制御出力カット機能を無視する時に、制御出力カットは、Ｏｆｆ又は停止されている。すなわち、制御出力カットがＯｆｆされる時に、積分演算部４１は、第３の加算部５２からの出力を受け入れない、又は、第３の加算部５２からの出力をカットする。代替的に、制御出力カットがＯｆｆされる時に、第３の加算部５２は、積分演算部４１からの出力に何もセットしない。）においては、以下に示す演算式が成立する。
【００４５】
【数１】
2020203465.tif 000003
【００４６】
ここで、ＫＩ及びＫＰは、それぞれ、積分ゲイン及び比例ゲインである。また、ＫＩ＝（１／ＴＩ）×（１００／ＰＢ）であり、ＫＰ＝１００／ＰＢである。
【００４７】
【数２】
2020203465.tif 000004
【００４８】
ここで、ＵＬ１及びＬＬ１は、それぞれ、第１の上限値（例えば１１０［％］）及び第１の下限値（例えば−１０［％］）である。なお、第１の上限値は、１１０［％］に限定されず、例えば、１０５［％］から１１０［％］までの値であることが好ましい。同様に、第１の下限値は、−１０［％］に限定されず、例えば、−５［％］から−１０［％］までの値であることが好ましい。
【００４９】
【数３】
2020203465.tif 000005
【００５０】
ここで、ＫＤは、微分ゲインである。また、ＫＤ＝ＴＤ×（１００／ＰＢ）である。
【００５１】
【数４】
2020203465.tif 000006
【００５２】
ここで、ＵＬ２及びＬＬ２は、それぞれ、第２の上限値（例えば１００［％］）及び第２の下限値（例えば０［％］）である。
【００５３】
温度制御装置３１（ＰＩＤ演算部７）の動作を容易に理解するために、制御出力カット機能を無視して、温度制御装置３１（ＰＩＤ演算部７）の基本機能（Ｉ−ＰＤ演算結果）を説明する。図７は、図５の温度制御装置３１（ＰＩＤ演算部７）でのＩ−ＰＤ演算結果（比例操作量、積分操作量及び微分操作量の操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍ）及び検出温度ＰＶを示す。制御出力カット機能を無視する時に、言い換えれば、通常時又は正常時に、図５に示されるように、温度制御装置３１は、第１の出力リミッタ４５を備えることで、第２の出力リミッタ４８でＩ−ＰＤ演算結果（ＰＩＤ出力）に制限が掛かることが軽減されて、制御対象１の検出温度ＰＶが設定温度ＳＶ（例えば３５０［℃］）で安定し易くなり、オフセットが解消される（図７参照）。
【００５４】
なお、設定温度ＳＶは、図３（Ａ）及び図７の３５０［℃］に限定されない。
【００５５】
次に、制御出力カット機能について説明する。所定条件が成立して制御出力カットがＯｎ又は実行される時に、０［％］の時間でヒータが常にＯｆｆされる（電流が流れない）とともに、図５の積分演算部４１は、第３の加算部５２からの出力を受け入れて、積分演算部４１の出力（操作量ＭＶＩ）は、ＰＩＤ演算部７の出力（操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍ＝操作量ＭＶＰＩＤ）＝０％の状態から積分動作が連続的に動作することになる。
【００５６】
制御出力カットがＯｎ又は実行される状態、言い換えれば、制御出力Ｏｆｆ状態について考える。そもそも制御出力Ｏｆｆ状態と言う事は、操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍ＝操作量ＭＶＰＩＤ＝０％の状態と同様の状態であるから、所定条件が成立している間、操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍ＝操作量ＭＶＰＩＤ＝０％として考えることができる。制御出力Ｏｆｆ状態からの復帰時（通常制御時又は正常制御時）に、積分演算部４１が操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍ＝操作量ＭＶＰＩＤ＝０％から行える積分量を保持し続ける事ができれば、復帰後の操作量ＭＶＰＩＤ及び操作量ＭＶＩは、連続的に変化することになり、温度が下がりすぎる問題（図４参照）は防止できる。
【００５７】
制御出力Ｏｆｆ状態であっても、図５又は図６のＰＩＤ制御系は、Ｉ−ＰＤ制御であるから、
ＭＶＰＩＤ＝ＭＶＩ−ＭＶＰ−ＭＶＤ
である。
【００５８】
ＭＶＰＩＤ＝０％である時に、上の式は、以下の式となる。
０＝ＭＶＩ−ＭＶＰ−ＭＶＤ
【００５９】
次に、積分操作量を左辺に移行し、右辺の符号を反転すると、
ＭＶＩ＝ＭＶＰ＋ＭＶＤ
となる。これは、以下のことを意味する。
【００６０】
制御出力カットがＯｎ又は実行される状態で、制御出力カット部５１が、第３の加算部５２を介して、積分演算部４１の積分値（積分演算部４１からの出力）として、比例操作量と微分操作量との合計に相当する積分値をセットすれば、復帰後の操作量ＭＶＰＩＤ及び操作量ＭＶＩは、連続的に変化する。同様に、制御出力カットがＯｎ又は実行される時に、以下に示す演算式が成立することを意味する。
【００６１】
【数５】
2020203465.tif 000007
【００６２】
このように、所定条件が成立して制御出力カットがＯｎ又は実行される時に、図５の積分演算部４１の出力（操作量ＭＶＩ）には、第３の加算部５２からの出力に応じて、比例操作量と微分操作量との合計に相当する積分値がセットされる。したがって、制御出力カットがＯｆｆ又は停止されて、通常制御が復帰する時に、積分演算部４１の出力（操作量ＭＶＩ）は、第３の加算部５２からの出力に応じて、ＰＩＤ演算部７の出力（操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍ＝操作量ＭＶＰＩＤ＝０％の状態から積分動作が連続的に動作することになる。その結果、検出温度ＰＶは、設定温度ＳＶ付近で安定し、制御出力カットのＯｎ／Ｏｆｆの繰り返しを防止することができる（図８参照）。
【００６３】
なお、図６に示されるように、所定条件は、これに限定されない１例として、偏差ｅ（＝設定温度ＳＶ−検出温度ＰＶ）が例えば３［℃］を超えることである。また、制御出力カット部５１は、第３の加算部５２だけでなく、セレクタ５３−１，５３−２も一緒に、機能してもよい。具体的には、図６に示されるように、偏差ｅが３［℃］を超える時に、制御出力カット部５１は、セレクタ５３−１，５３−２を介して、操作量ＭＶＰＩ＝０％及び操作量ＭＶＤ＝０％からなる操作量ＭＶＰＩＤ＝操作量ＭＶＰＩＤｌｉｍ＝０％（ＰＩＤ演算部７の出力）を選択することができる。これにより、０［％］の時間でヒータが常にＯｆｆされる（電流が流れない）。
【００６４】
ここで、所定条件は、これに限定されない１例として、例えば、偏差ｅが所定温度（例えば３［℃］）を超えることである。所定条件の例として、例えば、偏差ｅが３［℃］を超えることの代わりに、偏差ｅが４［℃］を超えること、又は、偏差ｅが５［℃］を超えること等に設定することができる。また、所定条件（又は所定温度）は、２つ設定することができる。言い換えれば、偏差ｅが例えば３［℃］（第１の所定温度）を超える時に、制御出力カットがＯｎ又は実行又は開始されるとともに、偏差ｅが例えば１．５［℃］（これに限定されない１例として、例えば、０［℃］＜第２の所定温度＜第１の所定温度）を下回る時に、制御出力カットがＯｆｆ又は停止されて通常制御が復帰してもよい（図８参照）。もちろん、所定条件は、１つであってもよく、偏差ｅが所定温度（例えば３［℃］）以下である時に、制御出力カットがＯｆｆ又は停止されて通常制御が復帰してもよい。
【００６５】
本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができるであろう。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・制御対象、２・・・スクリュ、３ａ，３ｂ，３ｃ・・・加熱筒の前部，中間部，後部）、４ａ，４ｂ，４ｃ・・・バンドヒータ、６ａ，６ｂ，６ｃ・・・温度センサ、７・・・ＰＩＤ演算部、１０・・・成形機制御装置、２１・・・射出ノズル、２２・・・ホッパ、２３…スクリュ駆動部、３１・・・温度制御装置、４１・・・積分演算部、４２・・・比例演算部、４３・・・微分演算部、４４・・・第１の加算部、４５・・・第１の出力リミッタ、４６・・・経路、４７・・・第２の加算部、４８・・・第２の出力リミッタ、５１・・・制御出力カット部、５２・・・第３の加算部、５３−１，５３−２・・・セレクタ。
【図１】
2020203465.tif 000008
【図２】
2020203465.tif 000009
【図３】
2020203465.tif 000010
【図４】
2020203465.tif 000011
【図５】
2020203465.tif 000012
【図６】
2020203465.tif 000013
【図７】
2020203465.tif 000014
【図８】
2020203465.tif 000015