(57)【要約】【課題】非干渉化による制御性能の悪化を抑制できるようにすることを目的とする。【解決手段】非干渉化部４で非干渉化に用いる干渉行列Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１に、不所望な値の項が生じているか否かを判定部７で判定し、生じているときには、補正部８で逆行列Ｇｐ−１を補正し、この補正した逆行列を用いて非干渉化するので、前記不所望な項、例えば、絶対値が非常に大きな項に起因する操作量の発振や定常偏差を抑制して制御性能を改善する。【選択図】図１
2010015540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの複数の検出出力に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算する物理状態制御手段と、前記複数の操作量を、干渉の度合いを示す行列の逆行列に基づいて、それぞれ変換する非干渉化手段とを備える制御装置であって、
前記非干渉化手段の前記逆行列を補正する補正手段を備え、
前記非干渉化手段は、前記補正手段で補正された補正逆行列を用いて前記複数の操作量をそれぞれ変換することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、前記干渉の度合いを示す行列を干渉の度合いを小さくする方向に補正した補正行列に対する逆行列を、前記補正逆行列とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記補正手段による補正の要否を判定する判定手段を備える請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記判定手段は、前記干渉の度合いを示す行列または前記干渉の度合いを示す行列の逆行列に基づいて、前記補正の要否を判定する請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
制御対象の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの複数の検出温度に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算する温度制御手段と、前記複数の操作量を、干渉の度合いを示す行列の逆行列に基づいて、それぞれ変換する非干渉化手段とを備える温度調節器であって、
前記非干渉化手段の前記逆行列を補正する補正手段を備え、
前記非干渉化手段は、前記補正手段で補正された補正逆行列を用いて前記複数の操作量をそれぞれ変換することを特徴とする温度調節器。
【請求項６】
前記補正手段は、前記干渉の度合いを示す行列を干渉の度合いを小さくする方向に補正した補正行列に対する逆行列を、前記補正逆行列とする請求項５に記載の温度調節器。
【請求項７】
前記補正手段は、前記干渉の度合いを示す行列の対角項以外の項に、予め定めた０以上１未満の係数を乗じて前記補正行列とする請求項６に記載の温度調節器。
【請求項８】
前記補正手段は、前記干渉の度合いを示す行列の対角項以外の項を０として前記補正行列とする請求項６に記載の温度調節器。
【請求項９】
前記補正手段による補正の要否を判定する判定手段を備える請求項５ないし８のいずれか一項に記載の温度調節器。
【請求項１０】
前記判定手段による判定結果を、外部に出力する出力部を備える請求項９に記載の温度調節器。
【請求項１１】
前記判定手段は、前記干渉の度合いを示す行列または前記干渉の度合いを示す行列の逆行列に基づいて、前記補正の要否を判定する請求項９または１０に記載の温度調節器。
【請求項１２】
前記判定手段は、前記干渉の度合いを示す行列の各行における対角項以外の項の総和と、その行における対角項との比に基づいて、前記補正の要否を判定する請求項１１に記載の温度調節器。
【請求項１３】
前記判定手段は、前記干渉の度合いを示す行列の逆行列に、予め定めた閾値以上の絶対値の項が含まれるか否かに基づいて、前記補正の要否を判定する請求項１１に記載の温度調節器。
【請求項１４】
前記判定手段は、前記干渉の度合いを示す行列の逆行列の各行における各項の総和に基づいて、前記補正の要否を判定する請求項１１または１３に記載の温度調節器。
【請求項１５】
制御対象の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの複数の検出出力に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算する物理状態制御手段と、前記複数の操作量を、干渉の度合いを示す行列の逆行列に基づいて、それぞれ変換する非干渉化手段とを備え、前記非干渉化手段で変換された複数の操作量を、後段の制御装置に対する複数の目標値として与える目標値加工装置であって、
前記非干渉化手段の前記逆行列を補正する補正手段を備え、
前記非干渉化手段は、前記補正手段で補正された補正逆行列を用いて前記複数の操作量をそれぞれ変換することを特徴とする目標値加工装置。
【請求項１６】
制御対象の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの複数の検出温度に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算する温度制御手段と、前記複数の操作量を、干渉の度合いを示す行列の逆行列に基づいて、それぞれ変換する非干渉化手段とを備え、前記非干渉化手段で変換された複数の操作量を、後段の温度調節器に対する複数の目標温度として与える目標値加工装置であって、
前記非干渉化手段の前記逆行列を補正する補正手段を備え、
前記非干渉化手段は、前記補正手段で補正された補正逆行列を用いて前記複数の操作量をそれぞれ変換することを特徴とする目標値加工装置。
【請求項１７】
前記複数の検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度および代表的な代表温度に変換する変換手段と、前記温度制御手段からの複数の操作量を、前記変換手段とは逆変換する逆変換手段とを備え、
前記温度制御手段は、前記傾斜温度と目標傾斜温度との偏差および前記代表温度と目標代表温度との偏差に基づいて、前記複数の操作量をそれぞれ演算するものであり、前記非干渉化手段には、前記逆変換手段で逆変換された複数の操作量が与えられる請求項１６に記載の目標値加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象の温度や圧力などの物理状態を制御する制御装置、制御対象の温度を制御する温度調節器、および、目標値を加工して後段の制御装置に与える目標値加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、干渉のある多点制御系では、制御系に干渉を除去する手段を付加して非干渉化する場合がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図１１は、従来の非干渉化制御の構成の一例を示すブロック図であり、３チャンネルの温度制御の例を示している。
【０００４】
温度調節器１ａは、制御対象２の３つの制御点に対応する検出温度ＰＶ１〜ＰＶ３と各チャンネルの目標温度ＳＰ１〜ＳＰ３との偏差に基づいて、各チャンネルの操作量をそれぞれ演算するＰＩＤ制御部３と、ＰＩＤ制御部３からの操作量に、後述の制御対象２の干渉の度合いを示す行列（以下「干渉行列」ともいう）Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１を乗算して非干渉化する非干渉化部４ａと、操作量を０〜１００％に制限する操作量リミッタ５とを備えており、各チャンネルに対応する操作量ＭＶ１〜ＭＶ３を制御対象２に与える。
【０００５】
制御対象２として、各チャンネルに対応する一次遅れ要素２−１〜２−３を想定し、各チャンネルに対応する操作量ＭＶ１〜ＭＶ３が、制御対象２の干渉を示す干渉要素６によって干渉して各一次遅れ要素２−１〜２−３に、操作量ｕ１〜ｕ３がそれぞれ与えられる。
【０００６】
干渉要素６が、例えば、図１２に示すように干渉する場合に、制御対象２の各一次遅れ要素２−１〜２−３に与えられる操作量ｕ１〜ｕ３は、温度調節器１ａから出力される操作量ＭＶ１〜ＭＶ３と、制御対象２の干渉の度合いを示す干渉要素６の干渉行列Ｇｐとを用いて次式で示される。
【０００７】
【数１】
2010015540.tif 000003
【０００８】
図１２の例では、制御対象２の干渉行列Ｇｐは、
【０００９】
【数２】
2010015540.tif 000004
【００１０】
となる。
【００１１】
この干渉行列Ｇｐは、一般的に知られているように、例えば、入力データと出力データの関係を最小二乗法で解くことによって得ることができ、例えば、ＰＩＤ制御部３のＰＩＤパラメータを求めるオートチューニングの時に併せて求めることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】千本資、花渕  太『計装システムの基礎と応用』４５９頁（オーム社、１９８７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述の非干渉化部４ａの逆行列Ｇｐ−１を干渉行列Ｇｐから算出する際に、行列式で割ることになるが、制御対象２の干渉が大きいような場合には、その行列式の値が０に近くなり、その結果、逆行列Ｇｐ−１に、絶対値の大きな要素が生じることになり、かかる絶対値の大きな要素を含む逆行列Ｇｐ−１に、ＰＩＤ制御部３からの操作量を乗算して非干渉化しようとすると、操作量が飽和して発振したり、定常偏差が残って制御性能が悪化してしまう。
【００１４】
また、制御対象の干渉が大きいような場合には、干渉行列Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１の行に、負の絶対値の大きな要素が生じてその行の各項の総和が負になると、前記行に対応するチャンネルの操作量は、負の操作量となるが、実際の加熱制御では負の操作量を出力することができず、温度が上昇し、操作量が飽和して定常偏差が発生してしまう。
【００１５】
本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、非干渉化による制御性能の悪化を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（１）本発明の制御装置は、制御対象の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの複数の検出出力に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算する物理状態制御手段と、前記複数の操作量を、干渉の度合いを示す行列の逆行列に基づいて、それぞれ変換する非干渉化手段とを備える制御装置であって、前記非干渉化手段の前記逆行列を補正する補正手段を備え、前記非干渉化手段は、前記補正手段で補正された補正逆行列を用いて前記複数の操作量をそれぞれ変換するものである。
【００１７】
物理状態とは、温度 、圧力、流量、速度あるいは液位などの様々な物理量の状態をいう。
【００１８】
検出出力とは、制御対象の物理状態を検出する検出手段の出力をいい、例えば、検出温度、検出圧力、検出流量などをいう。
【００１９】
干渉の度合いとは、操作量と制御量との間の他のチャンネルによる影響の度合いをいう。
【００２０】
この干渉の度合いを示す行列は、干渉行列、好ましくは、干渉ゲイン行列と称することができる。
【００２１】
本発明の制御装置によると、非干渉化に用いる逆行列を補正する補正手段を備えているので、干渉が大きいために、前記逆行列に、絶対値の大きな項や各項の総和が負になる行などの不所望な項が生じるような場合には、それを補正することができ、これによって、前記不所望な項に起因する操作量の発振や定常偏差を抑制して制御性能を改善することが可能となる。
【００２２】
（２）本発明の制御装置の一つの実施形態では、前記補正手段は、前記干渉の度合いを示す行列を干渉の度合いを小さくする方向に補正した補正行列に対する逆行列を、前記補正逆行列としている。
【００２３】
干渉の度合いを小さくする方向とは、干渉の度合いを弱める方向をいい、干渉の度合いを零、すなわち、干渉がないと補正してもよく、この場合には、非干渉化制御を行わないことになる。
【００２４】
この実施形態によると、干渉の度合いを示す行列を、干渉を小さくする方向に補正し、この補正した行列の逆行列を補正逆行列とするので、干渉が大きいことによって、干渉の度合いを示す行列の逆行列に生じていた不所望な項が補正されることになる。
【００２５】
（３）本発明の制御装置の他の実施形態では、前記補正手段による補正の要否を判定する判定手段を備えている。
【００２６】
判定手段では、例えば、数値演算上、逆行列が算出できない、すなわち、コンピュータで表現できる数を超えているときには、補正が必要であると判定するのが好ましい。また、操作量が飽和するときには、補正が必要であると判定するようにしてもよい。
【００２７】
この実施形態によると、判定手段によって補正の要否を判定するので、干渉の度合いを示す行列の逆行列に、不所望な項が生じない場合には、補正をすることなく、十分な非干渉化を図ることができる一方、不所望な項が生じるような場合には、それを補正して制御性能が悪化するのを抑制することができる。
【００２８】
（４）上記（３）の実施形態では、前記判定手段は、前記干渉の度合いを示す行列または前記干渉の度合いを示す行列の逆行列に基づいて、前記補正の要否を判定するようにしてもよい。
【００２９】
この実施形態によると、干渉の度合いを示す行列の逆行列に基づいて、補正の要否を判定してもよいし、逆行列を算出することなく、干渉の度合いを示す行列に基づいて補正の要否を判定してもよい。
【００３０】
（５）本発明の温度調節器は、制御対象の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの複数の検出温度に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算する温度制御手段と、前記複数の操作量を、干渉の度合いを示す行列の逆行列に基づいて、それぞれ変換する非干渉化手段とを備える温度調節器であって、前記非干渉化手段の前記逆行列を補正する補正手段を備え、前記非干渉化手段は、前記補正手段で補正された補正逆行列を用いて前記複数の操作量をそれぞれ変換するものである。
【００３１】
本発明の温度調節器によると、非干渉化に用いる逆行列を補正する補正手段を備えているので、干渉が大きいために、前記逆行列に、不所望な値の項が生じたような場合には、それを補正することができ、これによって、前記不所望な項に起因する操作量の発振や定常偏差を抑制して制御性能を改善することが可能となる。
【００３２】
（６）本発明の温度調節器の一つの実施形態では、前記補正手段は、前記干渉の度合いを示す行列を干渉の度合いを小さくする方向に補正した補正行列に対する逆行列を、前記補正逆行列としている。
【００３３】
この実施形態によると、干渉の度合いを示す行列を、干渉を小さくする方向に補正し、この補正した行列の逆行列を補正逆行列とするので、干渉が大きいことによって、干渉の度合いを示す行列の逆行列に生じていた不所望な項が補正されることになる。
【００３４】
（７）上記（６）の実施形態では、前記補正手段は、前記干渉の度合いを示す行列の対角項以外の項に、予め定めた０以上１未満の係数を乗じて前記補正行列としてもよい。
【００３５】
前記係数は、ユーザが設定できるようにしてもよい。
【００３６】
この実施形態によると、干渉の度合いを示す行列の対角項以外の項に、０以上１未満の係数を乗じることによって、干渉を小さくする方向に補正することができる。
【００３７】
（８）上記（６）の実施形態では、前記補正手段は、前記干渉の度合いを示す行列の対角項以外の項を０として前記補正行列としてもよい。
【００３８】
この実施形態によると、干渉の度合いを示す行列の対角項以外の項を０とする、すなわち、干渉がないと補正してもよく、この場合には、非干渉化制御を行わないことになる。
【００３９】
（９）本発明の温度調節器の他の実施形態では、前記補正手段による補正の要否を判定する判定手段を備えている。
【００４０】
この実施形態によると、判定手段によって補正の要否を判定するので、干渉の度合いを示す行列の逆行列に、不所望な項が生じない場合には、補正をすることなく、十分な非干渉化を図ることができる一方、不所望な項が生じるような場合には、それを補正して制御性能が悪化するのを抑制することができる。
【００４１】
（１０）上記（９）の実施形態では、前記判定手段による判定結果を、外部に出力する出力部を備えてもよい。
【００４２】
外部では、この出力部の出力に基づいて、補正が必要であるときには、それをユーザに知らせる警報部を設けるのが好ましい。また、温度調節器自体で、判定結果を、例えば、表示出力するようにしてもよい。
【００４３】
この実施形態によると、判定結果を外部に出力するので、ユーザは、干渉が大きいために補正が必要となった場合には、それを把握できることになり、例えば、本来、干渉が大きくない制御対象であるにも拘らず、補正が必要であるとの出力が得られた場合には、誤配線、ヒータの容量やその配置等の設定が適切でない可能性があるとして、ユーザに注意を喚起することができる。
【００４４】
（１１）上記（９）または（１０）の実施形態では、前記判定手段は、前記干渉の度合いを示す行列または前記干渉の度合いを示す行列の逆行列に基づいて、前記補正の要否を判定してもよい。
【００４５】
この実施形態によると、干渉の度合いを示す行列の逆行列に基づいて、補正の要否を判定してもよいし、逆行列を算出することなく、干渉の度合いを示す行列に基づいて補正の要否を判定してもよい。
【００４６】
（１２）上記（１１）の実施形態では、前記判定手段は、前記干渉の度合いを示す行列の各行における対角項以外の項の総和と、その行における対角項との比に基づいて、前記補正の要否を判定してもよい。
【００４７】
（前記各行における対角項以外の項の総和）／（その行における対角項）は、干渉の度合いに応じた値となり、この値と閾値とを比較し、閾値以上であるときに、補正が必要であると判定するのが好ましい。
【００４８】
前記閾値は、１以上であるのが好ましい。
【００４９】
上記（６）の実施形態において、補正手段の係数は、（その行における対角項）／（前記各行における対角項以外の項の総和）の内、最小のものに比例する値とするのが好ましい。
【００５０】
この実施形態によると、干渉の度合いを示す行列に基づいて、補正の要否を判定するので、逆行列を算出して判定する必要がなく、逆行列を算出するための演算処理が不要となる。
【００５１】
（１３）上記（１１）の実施形態では、前記判定手段は、前記干渉の度合いを示す行列の逆行列に、予め定めた閾値以上の絶対値の項が含まれるか否かに基づいて、前記補正の要否を判定してもよい。
【００５２】
前記閾値は、１以上であるのが好ましく、制御点数、すなわち、チャンネル数が多い程、大きく設定するのが好ましい。また、この閾値は、干渉の度合いを示す行列の対角項の積の逆数より大きく設定してもよい。
【００５３】
前記閾値を、ユーザが設定できるようにしてもよい。
【００５４】
この実施形態によると、干渉の度合いを示す行列の逆行列に、絶対値の大きな項が含まれているか否かによって補正の要否を判定することができる。
【００５５】
（１４）上記（１１）または（１３）の実施形態では、前記判定手段は、前記干渉の度合いを示す行列の逆行列の各行における各項の総和に基づいて、前記補正の要否を判定してもよい。
【００５６】
前記逆行列に、前記各項の総和が予め定めた閾値以下となる行が含まれていたときに、補正が必要であると判定するのが好ましい。
【００５７】
また、前記閾値は、例えば、０．１以下の正数としてもよいし、０としてもよい。
この実施形態によると、干渉の度合いを示す行列の逆行列の各行における各項の総和に基づいて、補正の要否を判定するので、逆行列の行に、例えば、負の絶対値の大きな要素が生じてその行の各項の総和が負になるような場合には、補正をすることが可能となる。
（１５）本発明の目標値加工装置は、制御対象の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの複数の検出出力に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算する物理状態制御手段と、前記複数の操作量を、干渉の度合いを示す行列の逆行列に基づいて、それぞれ変換する非干渉化手段とを備え、前記非干渉化手段で変換された複数の操作量を、後段の制御装置に対する複数の目標値として与える目標値加工装置であって、前記非干渉化手段の前記逆行列を補正する補正手段を備え、前記非干渉化手段は、前記補正手段で補正された補正逆行列を用いて前記複数の操作量をそれぞれ変換するものである。
【００５８】
本発明の目標値加工装置は、後段の制御装置に内蔵させてもよい。
【００５９】
本発明の目標値加工装置によると、非干渉化に用いる逆行列を補正する補正手段を備えているので、干渉が大きいために、前記逆行列に、絶対値の大きな項や各項の総和が負になる行などの不所望な項が生じるような場合には、それを補正することができ、これによって、前記不所望な項に起因する操作量の発振や定常偏差を抑制して制御性能を改善することが可能となる。しかも、後段の制御装置は、非干渉化機能を有しない汎用の制御装置であってもよい。
【００６０】
（１６）本発明の目標値加工装置は、制御対象の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段からの複数の検出温度に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算する温度制御手段と、前記複数の操作量を、干渉の度合いを示す行列の逆行列に基づいて、それぞれ変換する非干渉化手段とを備え、前記非干渉化手段で変換された複数の操作量を、後段の温度調節器に対する複数の目標温度として与える目標値加工装置であって、前記非干渉化手段の前記逆行列を補正する補正手段を備え、前記非干渉化手段は、前記補正手段で補正された補正逆行列を用いて前記複数の操作量をそれぞれ変換するものである。
【００６１】
本発明の目標値加工装置は、後段の温度調節器に内蔵させてもよい。
【００６２】
本発明の目標値加工装置によると、非干渉化に用いる逆行列を補正する補正手段を備えているので、干渉が大きいために、前記逆行列に、不所望な値の項が生じたような場合には、それを補正することができ、これによって、前記不所望な項に起因する操作量の発振や定常偏差を抑制して制御性能を改善することが可能となる。しかも、後段の温度調節器は、非干渉化機能を有しない汎用の温度調節器であってもよい。
【００６３】
（１７）上記（１６）の実施形態では、前記複数の検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度および代表的な代表温度に変換する変換手段と、前記温度制御手段からの複数の操作量を、前記変換手段とは逆変換する逆変換手段とを備え、前記温度制御手段は、前記傾斜温度と目標傾斜温度との偏差および前記代表温度と目標代表温度との偏差に基づいて、前記複数の操作量をそれぞれ演算するものであり、前記非干渉化手段には、前記逆変換手段で逆変換された複数の操作量が与えられるようにしてもよい。
【００６４】
傾斜温度とは、温度勾配、すなわち、温度差をいい、代表温度とは、代表的な温度をいい、複数の検出温度の平均温度であるのが好ましいが、或る位置における温度などであってもよい。
【００６５】
目標傾斜温度および目標代表温度とは、傾斜温度の目標値および代表温度の目標値をいう。
【００６６】
この実施形態によると、複数の検出温度を、傾斜温度および代表温度に変換し、温度制御手段では、これらを制御量として制御するので、干渉を低減した温度制御が可能となる。
【発明の効果】
【００６７】
本発明によれば、非干渉化に用いる逆行列を補正する補正手段を備えているので、干渉が大きいために、前記逆行列に、不所望な値の項が生じたような場合には、それを補正することができ、これによって、前記不所望な項に起因する操作量の発振や定常偏差を抑制して制御性能を改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る温度調節器を備える温度制御システムのブロック図である。
【図２】図１の実施形態の動作説明に供するフローチャートである。
【図３】従来例の検出温度および操作量のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】図３の従来例に対応する実施形態のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】従来例の検出温度および操作量のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】図５の従来例に対応する実施形態のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態の温度制御システムのブロック図である。
【図８】本発明の更に他の実施形態の動作説明に供するフローチャートである。
【図９】本発明の他の実施形態の温度制御システムのブロック図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態の温度制御システムのブロック図である。
【図１１】従来例のブロック図である。
【図１２】制御対象の干渉の度合いを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００７０】
（実施形態１）
図１は、本発明の一つの実施形態の温度調節器を備える温度制御システムの概略構成図であり、上述の図１１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００７１】
この実施形態の温度調節器１は、制御対象２の３つの制御点に対応する検出温度ＰＶ１〜ＰＶ３と各チャンネルの目標温度ＳＰ１〜ＳＰ３の偏差に基づいて、各チャンネルの操作量をそれぞれ演算するＰＩＤ制御部３と、ＰＩＤ制御部３からの各チャンネルの操作量に、制御対象２の干渉の度合いを示す干渉行列Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１を乗算して操作量を変換する非干渉化部４と、非干渉化部４からの操作量を０〜１００％に制限する操作量リミッタ５とを備えており、各チャンネルに対応する操作量ＭＶ１〜ＭＶ３を制御対象２に出力する。
【００７２】
制御対象２として、各チャンネルに対応する一次遅れ要素２−１〜２−３を想定し、各チャンネルに対応する操作量ＭＶ１〜ＭＶ３が、制御対象２の干渉を示す干渉要素６によって干渉して各一次遅れ要素２−１〜２−３に、操作量ｕ１〜ｕ３がそれぞれ与えられる。
【００７３】
ＰＩＤ制御部３、非干渉化部４および操作量リミッタ５等は、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。
【００７４】
以上の構成は、上述の従来例と同様である。
【００７５】
この実施形態では、非干渉制御による制御性能の悪化を改善するために、ＰＩＤ制御部３のＰＩＤパラメータおよび干渉行列Ｇｐを求めるオートチューニング時に、必要に応じて干渉行列Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１を補正できるようにしている。
【００７６】
すなわち、この実施形態の温度調節器１は、オートチューニング時に、干渉行列Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１を補正する必要があるか否かを判定する判定部７と、判定部７の判定結果に応じて、干渉行列Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１を補正して、あるいは、補正することなく、非干渉化部４に設定する補正部８とを備えている。
【００７７】
判定部７は、干渉行列Ｇｐからその逆行列Ｇｐ−１を算出し、算出した逆行列Ｇｐ−１と予め設定された閾値とに基づいて、逆行列Ｇｐ−１を補正する必要があるか否かを判定する。補正部８は、判定部７で補正の必要があると判定されたときには、干渉行列Ｇｐを補正し、この補正した補正干渉行列Ｇｐ’の逆行列Ｇｐ’−１を算出し、この算出した逆行列Ｇｐ’−１を補正逆行列Ｇｐ’−１として非干渉化部４に設定し、補正の必要がないと判定されたときには、干渉行列Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１をそのまま非干渉化部４に設定する。
判定部７および補正部８等は、上述のマイクロコンピュータによって構成される。
【００７８】
図２は、上述の判定部７および補正部８の処理を説明するためのフローチャートであり、同図（ａ）は、上述の逆行列Ｇｐ−１に、絶対値の大きな要素が生じた場合に対する処理Ａであり、同図（ｂ）は、逆行列Ｇｐ−１の行に、負の絶対値の大きな要素が生じて、行の和が負となる場合に対する処理Ｂである。
【００７９】
処理Ａでは、先ず、図２（ａ）に示すように、干渉行列Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１の要素の内、最大の絶対値を、ｇｐ−１ｍａｘとし（ステップｎ１０１）、ｇｐ−１ｍａｘが閾値、例えば、１０以上であるか否かを判定し（ステップｎ１０２）、１０以上でないときには、逆行列ＧＰ−１の補正の必要はないとして、次の処理に移る。
【００８０】
ステップｎ１０２において、ｇｐ−１ｍａｘが１０以上であるときには、逆行列Ｇｐ−１の補正が必要であるとして、干渉行列Ｇｐの対角項以外の要素を全てゼロにして補正干渉行列Ｇｐ’とし（ステップｎ１０３）、その補正干渉行列Ｇｐ’の逆行列を再計算して、補正した逆行列Ｇｐ’−１として次の処理に移行する（ステップｎ１０４）。
【００８１】
このように干渉行列Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１の要素に、絶対値の大きなものがあるときには、干渉行列Ｇｐの対角項以外の要素を全てゼロにする、すなわち、干渉がないものとして処理する。これによって、干渉が大きいような場合に逆行列Ｇｐ−１の要素に、絶対値の大きなものが生じて、操作量が飽和して発振したり、定常偏差が生じるのを改善することができる。
【００８２】
また、処理Ｂでは、図２（ｂ）に示すように、干渉行列Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１の各行の項の和の最小値を、ｇｐ−１ｍｉｎとし（ステップｎ２０１）、ｇｐ−１ｍｉｎが閾値、例えば、０以下であるか否か判定し（ステップｎ２０２）、０以下でないときには、補正は必要ないとして次の処理に移る。
【００８３】
ステップｎ２０２において、０以下であるときには、逆行列Ｇｐ−１の補正が必要であるとして、干渉行列Ｇｐの対角項以外の要素を全てゼロにして補正干渉行列Ｇｐ’とし（ステップｎ２０３）、その補正干渉行列Ｇｐ’の逆行列を再計算して、補正した逆行列ＧＰ’−１として次の処理に移行する（ステップｎ２０４）。
【００８４】
このように干渉行列の逆行列Ｇｐ−１の各行の和の最小値ｇｐ−１ｍｉｎが０以下であるときには、干渉行列Ｇｐの対角項以外の要素を全てゼロにする、すなわち、干渉がないものとして処理する。これによって、干渉が大きいような場合に、逆行列Ｇｐ−１の行に、負の絶対値の大きな要素が生じて、その行の和が負となって、対応するチャンネルの操作量が飽和したり、定常偏差が生じるのを改善することができる。
【００８５】
なお、この実施形態では、図２（ａ）の処理Ａを実行した後、図２（ｂ）の処理Ｂを実行するようにしている。
【００８６】
この実施形態では、干渉行列Ｇｐの対角項以外の要素を全てゼロにしたけれども、本発明の他の実施形態として、干渉行列Ｇｐの対角項以外の要素を小さな値にする、例えば、０以上１未満の係数値を乗じて小さな値にしてもよいし、あるいは、ステップｎ１０２において、ｇｐ−１ｍａｘが１０未満になるまで、または、ステップｎ２０２において、逆行列Ｇｐ−１の各行の和の最小値ｇｐ−１ｍｉｎが正になるまで、干渉行列Ｇｐの対角項以外の要素に係数を繰り返し乗じて小さな値にしてもよい。
【００８７】
図３は、干渉行列Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１に絶対値の大きな要素がある場合の従来例のシミュレーションであり、図４は、上述の処理Ａを行なった実施形態のシミュレーションであり、４チャンネルの例を示している。各図において、（ａ）は各チャンネルの検出温度ＰＶ１〜ＰＶ４の変化を、（ｂ）は各チャンネルの操作量の変化をそれぞれ示している。
【００８８】
各図において、設定条件は、下記の表１に示す通りである。
【００８９】
【表１】
2010015540.tif 000005
【００９０】
表１の干渉設定（干渉行列Ｇｐ）に示すように干渉が大きい場合には、この干渉行列Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１は、次のように絶対値の大きな要素を含むことになる。
【００９１】
【数３】
2010015540.tif 000006
【００９２】
このため、図３（ｂ）に示すように各チャンネルの操作量が発振し、図３（ａ）に示すように、目標温度（ＳＰ）１００℃に対して３０℃以上の定常偏差が生じている。
【００９３】
これに対して、この実施形態では、表１に示すように、干渉行列Ｇｐの対角項以外の要素を全てゼロにするので、この補正した干渉行列Ｇｐ’の逆行列Ｇｐ’−１は、次のように絶対値の大きな要素がなくなる。
【００９４】
【数４】
2010015540.tif 000007
【００９５】
このため、図４（ｂ）に示すように各チャンネルの操作量が発振することもなく、図４（ａ）に示すように各チャンネルの検出温度ＰＶ１〜ＰＶ４が目標温度（ＳＰ）１００℃に追従している。
【００９６】
また、図５は、干渉行列Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１の行の和が負になる場合の従来例のシミュレーションであり、図６は、上述の処理Ｂを行なった実施形態のシミュレーションであり、３チャンネルの例を示している。各図において、（ａ）は各チャンネルの検出温度ＰＶ１〜ＰＶ３の変化を、（ｂ）は各チャンネルの操作量の変化をそれぞれ示している。
【００９７】
各図において、設定条件は、下記の表２に示す通りである。
【００９８】
【表２】
2010015540.tif 000008
【００９９】
表２の干渉設定（干渉行列Ｇｐ）に示すように干渉が大きい場合には、この干渉行列の逆行列Ｇｐ−１は、次のように、その和が負となる行を含んでいる。
【０１００】
【数５】
2010015540.tif 000009
【０１０１】
このため、図５（ｂ）に示すように各チャンネルの操作量が飽和し、図５（ａ）に示すように、１００℃の目標温度ＳＰに対して定常偏差が生じている。
【０１０２】
なお、上記干渉行列の逆行列Ｇｐ−１には、絶対値の大きな項も含んでいるが、平均操作量が負の大きな値であるにも拘らず、正の操作量を出力しているチャンネルがあるので、負の要素のある逆行列が主要な原因であることが分る。
【０１０３】
これに対して、この実施形態では、表２に示すように、干渉行列Ｇｐの対角項以外の要素を全てゼロにするので、この補正した干渉行列Ｇｐ’の逆行列Ｇｐ’−１は、次のように、その和が負となる行を含んでいない。
【０１０４】
【数６】
2010015540.tif 000010
【０１０５】
このため、図６（ｂ）に示すように操作量の飽和を防止することができ、図６（ａ）に示すように定常偏差が小さくなっている。
【０１０６】
（実施形態２）
図７は、本発明の他の実施形態の温度調節器を備える温度制御システムの概略構成図であり、上述の図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【０１０７】
この実施形態では、本件出願人が、例えば、特願１９９９−２１５０６１「制御装置、温度調節器および熱処理装置」（特開２０００−１８７５１４）として提案し、特許第３２７８８０７号として登録された、いわゆる傾斜温度制御に適用したものである。
【０１０８】
この傾斜温度制御は、制御対象２からの温度を、代表的な温度、例えば、平均温度と、温度差である傾斜温度とに変換し、これら平均温度および傾斜温度を、制御量として制御を行なうものである。
【０１０９】
この実施の形態の温度調節器１−１は、制御対象２からの三つの検出温度ＰＶ１〜ＰＶ３を、モード変換行列Ｇｍに従って平均温度と傾斜温度とに変換する第１のモード変換部９と、各チャンネルの目標温度ＳＰ１〜ＳＰ３を、一つの目標平均温度と二つの目標傾斜温度とに変換する第２のモード変換部１０と、平均温度と目標平均温度との偏差または傾斜温度と目標傾斜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ＰＩＤ制御部３と、ＰＩＤ制御部３からの操作量を、非干渉化するように各チャンネルに配分する前置補償部１１と、操作量を０〜１００％に制限する操作量リミッタ５とを備えており、各チャンネルに対応する操作量ＭＶ１〜ＭＶ３を制御対象２に出力する。
【０１１０】
制御対象２の構成は、上述の実施形態と同様であり、前置補償部１１は、モード変換行列Ｇｍの逆行列Ｇｍ−１に従ってモード逆変換を行うモード逆変換部１２と、上述の実施形態と同様に、干渉行列Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１を乗算して操作量を変換する非干渉化部４とを備えている。
【０１１１】
その他の構成は、上述の実施形態と同様である。
【０１１２】
（その他の実施形態）
上述の各実施形態では、干渉行列Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１に基づいて、補正の要否を判定したので、補正が必要な場合には、再度、補正した逆行列Ｇｐ’−１を算出しなければならず、演算処理が増大することになる。
【０１１３】
そこで、本発明の他の実施形態として、干渉行列Ｇｐに基づいて、補正の要否を判定するようにしてもよい。
【０１１４】
図８は、この場合の処理を示すフローチャートである。
【０１１５】
先ず、閾値Ｌおよび比例定数ｋを設定する。例えば、いずれも１を設定する（ステップｎ３０１）。干渉行列Ｇｐの各行について、干渉項（対角項以外の項）の総和／対角項を算出し、その内、最大の値をｇｐｍａｘとする（ステップｎ３０２）。次に、ｋ／ｇｐｍａｘを補正係数ｍとし（ステップｎ３０３）、ｇｐｍａｘが閾値Ｌ以上であるか否かを判定し（ステップｎ３０４）、閾値Ｌ以上でないときには、補正は必要ないとして次の処理に移る。
【０１１６】
ステップｎ３０４において、閾値Ｌ以上であるときには、干渉が大きく、補正が必要であるとして、干渉行列Ｇｐの対角項以外の項である干渉項に補正係数ｍを乗じて補正し（ステップｎ３０５）、補正した補正干渉行列Ｇｐ’の逆行列を再計算して補正逆行列Ｇｐ’−１とし（ステップｎ３０６）、次の処理に移る。
【０１１７】
この場合の具体的な数値例を説明する。干渉行列Ｇｐを、例えば、次式とする。
【０１１８】
【数７】
2010015540.tif 000011
【０１１９】
この場合、干渉行列の２行目が、ｇｐｍａｘ＝（０．７５＋０．７５）／１＝１．５
となる。
【０１２０】
したがって、補正係数ｍ＝ｋ／ｇｐｍａｘ＝１／１．５となる。
【０１２１】
また、ｇｐｍａｘ＝１．５≧Ｌ＝１
が成り立ち、補正が必要となり、補正係数ｍを、干渉行列Ｇｐの干渉項に乗じて補正する。ここでは、干渉項の値を、比例定数ｋ＝１と同じ程度に干渉を弱めるように補正している。
【０１２２】
したがって、補正後の干渉行列Ｇｐ’は、次のようになる。
【０１２３】
【数８】
2010015540.tif 000012
【０１２４】
因みに、補正前の干渉行列Ｇｐの逆行列Ｇｐ−１は、次のようになり、
【０１２５】
【数９】
2010015540.tif 000013
【０１２６】
補正後の干渉行列の逆行列Ｇｐ’−１は、次のようになる。
【０１２７】
【数１０】
2010015540.tif 000014
【０１２８】
また、本発明の他の実施形態として、図９に示すように、上述の図１の温度調節器１と同様の構成を、目標値を加工する目標値加工装置として用い、温度調節器１からの操作量ＭＶ１〜ＭＶ３を、後段の温度調節器の各チャンネルに対応する各ＰＩＤ制御部３’の目標値ＳＰ１’〜ＳＰ３’として与え、各ＰＩＤ制御部３’の操作量ＭＶ１’〜ＭＶ３’によって制御対象２を制御するようにしてもよい。
【０１２９】
また、図１０に示すように、上述の図７の温度調節器１−１と同様の構成を、目標値を加工する目標値加工装置として用い、温度調節器１からの操作量ＭＶ１〜ＭＶ３を、後段の温度調節器の各チャンネルに対応する各ＰＩＤ制御部３’の目標値ＳＰ１’〜ＳＰ３’として与え、各ＰＩＤ制御部３’の操作量ＭＶ１’〜ＭＶ３’によって制御対象２を制御するようにしてもよい。
【０１３０】
このように目標値加工装置で非干渉化を図ることにより、後段の温度調節器は、非干渉化機能を備えていない汎用の温度調節器を用いることができる。
【０１３１】
上述の実施形態では、加熱制御に適用して説明したけれども、本発明は、冷却制御にも同様に適用できるのは勿論である。
本発明は、温度制御に限らず、圧力、流量、速度あるいは液位などの他の物理状態の制御に適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本発明は、複数チャンネルの温度制御などに有用である。
【符号の説明】
【０１３３】
１，１−１                      温度調節器
２                              制御対象
３，３’                        ＰＩＤ制御部
４                              非干渉化部
７                              判定部
８                              補正部
【図１】
2010015540.tif 000015
【図２】
2010015540.tif 000016
【図３】
2010015540.tif 000017
【図４】
2010015540.tif 000018
【図５】
2010015540.tif 000019
【図６】
2010015540.tif 000020
【図７】
2010015540.tif 000021
【図８】
2010015540.tif 000022
【図９】
2010015540.tif 000023
【図１０】
2010015540.tif 000024
【図１１】
2010015540.tif 000025
【図１２】
2010015540.tif 000026