(57)【要約】【課題】運転中に制御パラメータの更新を行う。【解決手段】操作者が調整可能な１つの調整パラメータδを出力する調整パラメータ出力器（５０）と、伝達関数パラメータおよび調整パラメータδを基に極配置法を用いてＰＩＤパラメータを算出する極配置法制御パラメータ算出器（３１）と、目標温度ｒ（ｔ）とシリンダ温度ｙ（ｔ）とＰＩＤパラメータとに基づいてヒータ操作量ｕ（ｔ）を算出しヒータ（Ｈ）を駆動するＰＩＤ制御器（３２）と、制御性能の評価結果に基づいて調整パラメータδを自動調整する制御性能評価器（８０）とを具備する。【効果】ただ１つの調整パラメータδだけを調整すれば、射出機加熱シリンダの伝達関数パラメータを推定し直すことなく、制御パラメータを更新することが出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作者が調整可能な１つの調整パラメータδを出力する調整パラメータ出力器（５０）と、射出機加熱シリンダ（Ｙ）の伝達関数パラメータおよび前記調整パラメータδを基に制御パラメータを算出する制御パラメータ算出器（３１）と、目標温度ｒ（ｔ）と射出機加熱シリンダ（Ｙ）のシリンダ温度ｙ（ｔ）と前記制御パラメータとに基づいてヒータ操作量ｕ（ｔ）を算出し射出機加熱シリンダ（Ｙ）のヒータ（Ｈ）を駆動する制御器（３２）とを具備したことを特徴とする射出機加熱シリンダの温度制御装置（１００）。
【請求項２】
請求項１に記載の射出機加熱シリンダの温度制御装置（１００）において、前記制御パラメータ算出器（３１）は、極配置法を用いて前記制御パラメータを算出する極配置法制御パラメータ算出器（３１）であることを特徴とする射出機加熱シリンダの温度制御装置（１００）。
【請求項３】
請求項２または請求項３に記載の射出機加熱シリンダの温度制御装置（１００）において、目標温度ｒ（ｔ）とシリンダ温度ｙ（ｔ）とヒータ操作量ｕ（ｔ）とに基づいて制御性能を評価し、評価結果に基づいて調整パラメータδを自動調整し、前記調整パラメータ出力器（５０）に渡す制御性能評価器（８０）を具備し、前記調整パラメータ出力器（５０）は、前記制御性能評価器（８０）から渡された調整パラメータδを出力することを特徴とする射出機加熱シリンダの温度制御装置（１００）。
【請求項４】
請求項３に記載の射出機加熱シリンダの温度制御装置（１００）において、ヒータ操作量ｕ（ｔ）とシリンダ温度ｙ（ｔ）とに基づいて伝達関数パラメータを推定し前記制御パラメータ算出器（３１）に渡す伝達関数パラメータ推定器（４０）を具備し、前記制御性能評価器（８０）は、自動調整した調整パラメータδが推奨調整範囲内か否かを判定し、推奨調整範囲内でなければ前記伝達関数パラメータ推定器（４０）に伝達関数パラメータを新たに推定させることを特徴とする射出機加熱シリンダの温度制御装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出機加熱シリンダの温度制御装置に関し、さらに詳しくは、射出機加熱シリンダの運転中に制御パラメータの更新を好適に行うことが出来る射出機加熱シリンダの温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、射出機加熱シリンダの運転中に、射出機加熱シリンダの伝達関数パラメータを推定し直し、その推定し直した伝達関数パラメータに基づいてＰＩＤ制御器のＰＩＤパラメータを更新する温度制御装置が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２１８６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の射出機加熱シリンダの温度制御装置では、ＰＩＤパラメータを更新するためには、射出機加熱シリンダの伝達関数パラメータを推定し直す必要があった。
しかし、運転状態の小さな変動に対しても常に射出機加熱シリンダの伝達関数パラメータを推定し直すのは計算量の増大を招き、この計算量の増大を避けるために操作者が伝達関数パラメータを手動で変更するにしても多数ある伝達関数パラメータのどれを調整すればよいのか判らない問題点があった。
そこで、本発明の目的は、ただ１つのパラメータだけを調整すれば、射出機加熱シリンダの伝達関数パラメータを推定し直すことなく、制御パラメータを更新することが出来る射出機加熱シリンダの温度制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の観点では、本発明は、操作者が調整可能な１つの調整パラメータδを出力する調整パラメータ出力器（５０）と、射出機加熱シリンダ（Ｙ）の伝達関数パラメータおよび前記調整パラメータδを基に制御パラメータを算出する制御パラメータ算出器（３１）と、目標温度ｒ（ｔ）と射出機加熱シリンダ（Ｙ）のシリンダ温度ｙ（ｔ）と前記制御パラメータとに基づいてヒータ操作量ｕ（ｔ）を算出し射出機加熱シリンダ（Ｙ）のヒータ（Ｈ）を駆動する制御器（３２）とを具備したことを特徴とする射出機加熱シリンダの温度制御装置（１００）を提供する。
上記構成において、制御器（３２）は、ＰＩＤ制御器でもよいし、モデル予測制御器などでもよい。
上記第１の観点による射出機加熱シリンダの温度制御装置では、操作者が調整パラメータδを変更すれば、その変更が制御パラメータに反映される。すなわち、ただ１つのパラメータだけを調整すれば、射出機加熱シリンダの伝達関数パラメータを推定し直すことなく、制御パラメータを更新することが出来る。
【０００５】
第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による射出機加熱シリンダの温度制御装置（１００）において、前記制御パラメータ算出器（３１）は、極配置法を用いて前記制御パラメータを算出する極配置法制御パラメータ算出器（３１）であることを特徴とする射出機加熱シリンダの温度制御装置（１００）を提供する。
上記第２の観点による射出機加熱シリンダの温度制御装置では、極配置法を利用するため、多数の制御パラメータの調整を１つの調整パラメータδに集約して行うことが出来る。
【０００６】
第３の観点では、本発明は、前記第１または前記第２の観点による射出機加熱シリンダの温度制御装置（１００）において、目標温度ｒ（ｔ）とシリンダ温度ｙ（ｔ）とヒータ操作量ｕ（ｔ）とに基づいて制御性能を評価し、評価結果に基づいて調整パラメータδを自動調整し、前記調整パラメータ出力器５０に渡す制御性能評価器（８０）を具備し、前記調整パラメータ出力器（５０）は、前記制御性能評価器（８０）から渡された調整パラメータδを出力することを特徴とする射出機加熱シリンダの温度制御装置（１００）を提供する。
上記第３の観点による射出機加熱シリンダの温度制御装置では、実測した運転状態に応じて調整パラメータδを自動調整するので、運転を継続しながら調整パラメータδを最適化し、制御パラメータを常に最適にすることが出来る。
【０００７】
第４の観点では、本発明は、前記第３の観点による射出機加熱シリンダの温度制御装置（１００）において、ヒータ操作量ｕ（ｔ）とシリンダ温度ｙ（ｔ）とに基づいて伝達関数パラメータを推定し前記制御パラメータ算出器（３１）に渡す伝達関数パラメータ推定器（４０）を具備し、前記制御性能評価器（８０）は、自動調整した調整パラメータδが推奨調整範囲内か否かを判定し、推奨調整範囲内でなければ前記伝達関数パラメータ推定器（４０）に伝達関数パラメータを新たに推定させることを特徴とする射出機加熱シリンダの温度制御装置（１００）を提供する。
上記第４の観点による射出機加熱シリンダの温度制御装置では、調整パラメータδの調整だけでは済まないような場合には、伝達関数パラメータの推定をやり直すので、運転状態の大きな変化にも対応することが出来る。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の射出機加熱シリンダの温度制御装置によれば、１つの調整パラメータδだけを調整することにより制御パラメータを更新することが可能となり、シンプルで判り易い調整が実現できる。また、極配置法を利用するため、多数の制御パラメータの調整を１つの調整パラメータδに集約して行うことが出来る。また、実測した運転状態に応じて調整パラメータδを自動調整するので、運転を継続しながら制御パラメータを常に最適にすることが可能となり、制御の安定性が向上する。また、外気温変化などにより伝達関数パラメータが大きく変動した場合には、伝達関数パラメータの推定をやり直すので、運転状態の大きな変化にも対応することが出来る。そして、必要な時以外は、伝達関数パラメータの推定をやり直さないので、計算量の増大も回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１０】
図１は、本発明の一実施例である射出機加熱シリンダの温度制御装置１００を示すブロック図である。
この射出機加熱シリンダの温度制御装置１００は、射出機加熱シリンダＹのシリンダ温度ｙ（ｔ）を熱電対１０により測定し、与えられた目標温度ｒ（ｔ）に対する偏差ｅ（ｔ）を差分器２０で算出し、ＰＩＤ温度制御器３２で偏差ｅ（ｔ）に基づいたヒータ操作量ｕ（ｔ）を算出し、射出機加熱シリンダＹのヒータＨを駆動する。
【００１１】
極配置法制御パラメータ算出器３１は、伝達関数パラメータ推定器４０から渡されるシステムゲインＫ、むだ時間Ｌ、時定数Ｔなどの伝達関数パラメータと調整パラメータ出力器５０から渡される調整パラメータδとに基づいて、極配置法を用いて、ＰＩＤ制御器３２の制御パラメータであるＰＩＤパラメータを算出し、そのＰＩＤパラメータをＰＩＤ制御器３２に渡す。
【００１２】
伝達関数パラメータ推定器４０は、ヒータ操作量ｕ（ｔ）とシリンダ温度ｙ（ｔ）とに基づいてシステムゲインＫ、むだ時間Ｌ、時定数Ｔなどの伝達関数パラメータを推定する。伝達関数パラメータの推定方法は公知である。例えば特許文献１（特開２０００−２１８６７４号公報）に開示されている。そして、推定した伝達関数パラメータを極配置法制御パラメータ算出器３１に渡す。
【００１３】
推定指令出力器７０は、操作者の指示に応じて、伝達関数パラメータ推定器４０に伝達関数パラメータの推定を行うように推定指令を与える。
【００１４】
調整パラメータ出力器５０は、初期設定されている調整パラメータδまたは制御性能評価器８０から渡された調整パラメータδを出力する。
【００１５】
制御性能評価器８０は、偏差ｅ（ｔ）とヒータ操作量ｕ（ｔ）とに基づいて制御性能を評価し、評価結果に基づいて調整パラメータδを調整して調整パラメータ出力器５０に渡す。また、調整パラメータδの推奨調整範囲を決定し、調整した調整パラメータδが推奨調整範囲内か否かを判定し、調整した調整パラメータδが推奨調整範囲内でなければ、伝達関数パラメータ推定器４０に伝達関数パラメータの推定をやり直すように再推定指令を与える。
【００１６】
図２は、射出機加熱シリンダの温度制御装置１００が、製品を製造するための運転の準備のために行う準備処理の動作を示すフロー図である。
ステップＳ１では、伝達関数パラメータ推定器４０は、オフラインデータやシミュレーションを用いて得られたヒータ操作量ｕ（ｔ）とシリンダ温度ｙ（ｔ）とを基に、一般的に知られているシステム同定法（最小二乗法など）を用いて、システムゲインＫ、むだ時間Ｌ、時定数Ｔなどの伝達関数パラメータを推定し、推定した伝達関数パラメータを極配置法制御パラメータ算出器３１に渡す。
【００１７】
ステップＳ２では、極配置法制御パラメータ算出器３１は、調整パラメータ出力器５０から渡された予め初期設定されている調整パラメータδと、伝達関数パラメータ推定器４０から渡された伝達関数パラメータと、極配置法に基づいた設計多項式とに基づいて、（７）式により、ＰＩＤパラメータを算出する。
2010115898.tif 000003
…（７）
ＫPは比例定数、ＴIは積分定数、ＴDは微分定数である。
ｆ０＝ｐ１−（ａ１＋１）
ｆ１＝ｐ２−（ａ２−ａ１）
ｆ２＝ａ２
ｐ１＝−２・exp（−２・ρ）
ｐ２＝exp（−４・ρ）
ρ＝τ／σ
σ＝（Ｔ＋Ｌ）／δ
ただし、τ：サンプリング時間、Ｔ：時定数、Ｌ：むだ時間である。
ａ１，ａ２は、時定数Ｔやむだ時間Ｌを基に算出する。
【００１８】
ステップＳ３では、制御性能評価器８０は、制御オフラインデータやシミュレーションを用いて得られたヒータ操作量ｕ（ｔ）とシリンダ温度ｙ（ｔ）とを基に、（８）式の評価関数Ｊ１が最小となる調整パラメータδの値を求めて、調整パラメータ出力器５０に渡す。
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…（８）
ただし、
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λ：評価パラメータ
λ＝Ｋ2  …（９）
である。
Δｕ（ｔ）は、調整パラメータδに基づい導出された（７）式に示すＰＩＤパラメータによって算出されており、ｅ2（ｔ）もｕ（ｔ）を用いて制御対象を制御した結果であるため、（８）式の評価関数Ｊ１は調整パラメータδに基づいた評価関数となっている。
評価パラメータλの値は（９）式以外の方法により決定してもよい。
（９）式のようにシステムゲインＫを考慮した評価パラメータλを用いると、（８）式にはシステムゲインＫが考慮されることになる。
（８）式の評価関数Ｊ１が最小となる調整パラメータδの値は、伝達関数パラメータによらず、概ね同じ値となる。
なお、調整パラメータδは、後述するように最適値に自動調整されるため、ここでは厳密に最小値になっている必要は無い。
【００１９】
ステップＳ４では、制御性能評価器８０は、(１２)式に示す推奨調整範囲δ１，δ２を決定する。
δ１≦δ≦δ２  …（１２）
例えばシステムゲインＫが（１−ｗ）・Ｋから（１＋ｗ）・Ｋまで変動している場合、そのシステムゲインＫの不確かさｗを考慮し、
λ１＝｛（１−ｗ）・Ｋ｝2
を（８）式のλに代入し、評価関数Ｊ１が最小となる調整パラメータδの値をδ１とする。また、
λ２＝｛（１＋ｗ）・Ｋ｝2
を（８）式のλに代入し、評価関数Ｊ１が最小となる調整パラメータδの値をδ２とする。
なお、推奨調整範囲δ１，δ２を試行錯誤的に設定してもよい。
【００２０】
図３は、射出機加熱シリンダの温度制御装置１００が製品を製造するための運転中に実行する温度制御処理の動作を示すフロー図である。
ステップＳ５では、ＰＩＤ制御器３２は、シリンダ温度ｙ（ｔ）と目標温度ｒ（ｔ）の偏差ｅ（ｔ）に基づいたヒータ操作量ｕ（ｔ）を算出し、ヒータ操作量ｕ（ｔ）を射出機加熱シリンダＹのヒータＨに対して出力する。
【００２１】
ステップＳ６では、制御性能評価器８０は、 (１０)式の評価関数Ｊ２を求める。
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…（１０）
そして、不感帯係数をγとするとき、λ／γ≦Ｊ２≦γ・λであれば、調整パラメータδが適正であると判定し、現在の調整パラメータδをそのまま調整パラメータ出力器５０へ出力する。そして、ステップＳ５に戻る。
λ／γ≦Ｊ２≦γ・λでなければ、調整パラメータδが不適正であると判定し、ステップＳ７へ進む。
なお、不感帯係数γは、不感帯を設ける場合はγ＞１とし、不感帯を設けない場合はγ＝１とする。
【００２２】
ステップＳ７では、制御性能評価器８０は、調整幅をΔδとするとき、λ／γ＞Ｊ２であれば現在の調整パラメータδを調整幅Δδだけ小さくした値を新たな調整パラメータδとする。他方、Ｊ２＞γ・λであれば現在の調整パラメータδを調整幅Δδだけ大きくした値を新たな調整パラメータδとする。そして、ステップＳ８へ進む。
なお、調整幅Δδは、例えば初期設定された調整パラメータδの１％〜１０％に設定する。
【００２３】
ステップＳ８では、制御性能評価器８０は、新たな調整パラメータδが（１２）式を満たすか判定し、満たす場合は、新たな調整パラメータδを極配置法制御パラメータ算出器３１に渡し、ステップＳ９へ進む。他方、満たさない場合は、現在の伝達関数パラメータが現状に不適合になっていることを意味するので、伝達関数パラメータ推定器４０に再推定指令を与え、ステップＳ１０へ進む。
【００２４】
ステップＳ９では、極配置法制御パラメータ算出器３１は、調整パラメータ出力器５０から渡された調整された調整パラメータδと、伝達関数パラメータ推定器４０から渡された伝達関数パラメータと、極配置法に基づいた設計多項式とに基づいて、ステップＳ２と同様に、（７）式により、ＰＩＤパラメータを算出し直す。そして、ステップＳ５に戻る。
【００２５】
ステップＳ１０では、伝達関数パラメータ推定器４０は、運転中に得られたヒータ操作量ｕ（ｔ）とシリンダ温度ｙ（ｔ）とを基に、一般的に知られているシステム同定法（最小二乗法など）を用いて、システムゲインＫ、むだ時間Ｌ、時定数Ｔなどの伝達関数パラメータを推定し、推定した伝達関数パラメータを極配置法制御パラメータ算出器３１に渡す。
【００２６】
ステップＳ１１では、極配置法制御パラメータ算出器３１は、ステップＳ２と同様に、調整パラメータ出力器５０から渡された予め初期設定されている調整パラメータδと、伝達関数パラメータ推定器４０から渡された伝達関数パラメータと、極配置法に基づいた設計多項式とに基づいて、（７）式により、ＰＩＤパラメータを算出する。そして、ステップＳ５に戻る。
【００２７】
実施例１の射出機加熱シリンダの温度制御装置１００によれば次の効果が得られる。
（１）ＰＩＤパラメータを運転中に修正することが、調整パラメータδというただ１つのパラメータを調整することにより可能となる。
（２）推奨調整範囲内での調整パラメータδの調整で済む場合すなわち運転状態の小さな変動に対しては、伝達関数パラメータを推定し直すことなく、調整パラメータδだけを調整することで対応可能になる。
（３）推奨調整範囲内での調整パラメータδの調整で済まない場合すなわち運転状態の大きな変動に対しては、伝達関数パラメータを推定し直すことで対応可能になる。
【００２８】
−実施例２−
運転状態の大きな変動が生じない場合は、図１の伝達関数パラメータ推定器４０を省略してもよい。この場合、図２のステップＳ１のときだけ伝達関数パラメータ推定器４０を付加する。また、図３のステップＳ８，Ｓ１０，Ｓ１１の処理を省略し、ステップＳ７からステップＳ９へ直接移行する。
【００２９】
−補足説明−
［伝達関数パラメータの推定］
射出機加熱シリンダＹのモデルを（１）式の「一次遅れ＋むだ時間」モデルとする。
Ｇ（ｓ）＝Ｋ・exp（−Ｌ・ｓ）／（１＋Ｔ・ｓ）  …（１）
（１）式で、Ｋはシステムゲイン、Ｌはむだ時間、Ｔは時定数を表している。
（１）式を離散化し、（２）式を得る。
Ａ（ｚ-1）・ｙ（ｔ）＝ｚ-1・Ｂ（ｚ-1）・ｕ（ｔ）＋ξ（ｔ）／Δ  …（２）
ただし、
Ａ（ｚ-1）＝１＋ａ１・ｚ-1＋ａ２・ｚ-2
Ｂ（ｚ-1）＝ｂ０＋ｂ１・ｚ-1
Δ＝１−ｚ-1
ｙ（ｔ）：時刻ｔでのシリンダ温度
ｕ（ｔ）：時刻ｔでのヒータ操作量
ξ（ｔ）：ガウス性白色雑音
上式を基に伝達関数パラメータを推定する。
【００３０】
［ＰＩＤパラメータの算出］
極配置法は、１つの調整パラメータδで応答性に基づいた極を設定できる（３）式を用いる。
Ｐ（ｚ-1）＝１＋ｐ１・ｚ-1＋ｐ２・ｚ-1  …（３）
ｐ１＝−２・exp（−２・ρ）
ｐ２＝exp（−４・ρ）
ρ＝τ／σ
σ＝（Ｔ＋Ｌ）／δ
ただし、τ：サンプリング時間、Ｔ：時定数、Ｌ：むだ時間である。
【００３１】
なお、調整パラメータδを大きくすると、立ち上がりは速くなる。調整パラメータδを小さくすると、立ち上がりは遅くなる。
また、(３）式以外にも１つのパラメータで調整可能な極配置法であれば利用可能である。
極配置法に基づいた制御系構造は、ＰＩＤ制御やモデル予測制御など、どんなものであってもよいが、本実施例のようにＰＩＤ制御を使用する場合、（３）式の望ましい極を持たせるようにＰＩＤパラメータを求める。（４）式に一般的なＰＩＤ制御則を示す。
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…（４）
ただし、Δｕ（ｔ）：ヒータ操作量の差分、ＫPは比例定数、ＴIは積分定数、ＴDは微分定数である。
【００３２】
（３）式の極が（４）式のＰＩＤパラメータと一致するためには、一般化最小分散制御法によって求められる（５）式のＢ（ｚ-1）を定常ゲインに置き換えた式と（４）式を比較することで求められる。
2010115898.tif 000008
…（５）
（５）式のＦ（ｚ-1）は、（６）式のＤｉｏｐｈａｎｔｉｎｅ方程式を解くことにより求められる。
2010115898.tif 000009
…（６）
【００３３】
（５）式のＦ（ｚ-1）は、調整パラメータδによって決定される（３）式のＰ（ｚ-1）に基づいて決定されているため、（４）式と（５）式を比較することで（３）式の極を持たせたＰＩＤパラメータを算出できる。
よって、（３）〜（６）式より、ＰＩＤパラメータは（７）式で算出することが出来る。
2010115898.tif 000010
…（７）
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る射出機加熱シリンダの温度制御装置は、射出機加熱シリンダの温度制御に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例１に係る射出機加熱シリンダの温度制御装置を示す構成ブロック図である。
【図２】実施例１に係る射出機加熱シリンダの温度制御装置における準備処理の動作を示すフロー図である。
【図３】実施例１に係る射出機加熱シリンダの温度制御装置における運転時の温度制御処理の動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０        熱電対
２０        差分器
３１        極配置法制御パラメータ算出器
３２        ＰＩＤ制御器
４０        伝達関数パラメータ推定器
５０        調整パラメータ出力器
７０        推定指令出力器
８０        制御性能評価器
１００      射出機加熱シリンダの温度制御装置
Ｈ          ヒータ
Ｙ          射出機加熱シリンダ
【図１】
2010115898.tif 000011
【図２】
2010115898.tif 000012
【図３】
2010115898.tif 000013