(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の制御ループＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータのエネルギー使用量を規定する割当総エネルギーの情報を受信する割当総エネルギー入力手段と、
各制御ループＲｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間ＴＬｉを推定し、前記制御量変化時間ＴＬｉのうちの最大値である制御量変化時間ＴＬを選出する制御量変化時間推定手段と、
各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間ＴＬの間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用エネルギーの総和である使用エネルギー総量を算出し、この使用エネルギー総量が前記割当総エネルギーを超えない範囲で最大になる前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＲｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定するエネルギー抑制手段と、
制御ループＲｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＲｉの制御アクチュエータに出力する制御手段とを備えることを特徴とするエネルギー総和抑制制御装置。
【請求項２】
複数の制御ループＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータの電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力手段と、
各制御ループＲｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間ＴＬｉを推定し、前記制御量変化時間ＴＬｉのうちの最大値である制御量変化時間ＴＬを選出する制御量変化時間推定手段と、
各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間ＴＬの間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出し、この使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない範囲で最大になる前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＲｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する電力抑制手段と、
制御ループＲｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＲｉの制御アクチュエータに出力する制御手段とを備えることを特徴とする電力総和抑制制御装置。
【請求項３】
複数の制御ループＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータの電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力手段と、
各制御ループＲｉの変更後の設定値ＳＰｉと設定値変更前の制御量ＰＶｉとから各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉを算出する制御量変更量算出手段と、
各制御ループＲｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉから制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出する制御量変化レート算出手段と、
各制御ループＲｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の各制御ループＲｉの昇温時間ＴＬｉを前記変更量ΔＰＶｉと前記変化レートＴＨｉとから推定し、前記昇温時間ＴＬｉのうちの最大値である昇温時間ＴＬを選出する昇温時間算出手段と、
各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉを前記昇温時間ＴＬの間に前記変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定する必要出力推定手段と、
前記必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出する使用電力合計算出手段と、
前記昇温時間ＴＬを逐次変更しながら前記必要出力推定手段と前記使用電力合計算出手段とに処理を実行させ、前記使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない範囲で最大になる前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索し、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＲｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する探索処理手段と、
制御ループＲｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＲｉの制御アクチュエータに出力する制御手段とを備えることを特徴とする電力総和抑制制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の電力総和抑制制御装置において、
前記制御量変化レート算出手段は、代表的な操作量出力時の制御量ＰＶｉの変化レートを、操作量ＭＶｉの特定の出力値と現在値との差である操作量上昇幅で換算することにより、操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にする場合の制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出し、
前記必要出力推定手段は、前記変化レートＴＨｉを算出する数式を操作量出力上限について解くことにより得られる数式を用いて、前記必要出力ＭＵｉを算出することを特徴とする電力総和抑制制御装置。
【請求項５】
請求項３記載の電力総和抑制制御装置において、
前記制御量変化レート算出手段は、各制御ループＲｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉと制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉとを入力変数として、予め設定された第１の推定用多項式により制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出し、
前記必要出力推定手段は、各制御ループＲｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉと制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉと昇温時間ＴＬとを入力変数として、予め設定された第２の推定用多項式により必要出力ＭＵｉを算出し、
前記第１の推定用多項式は、設定値変更前の操作量ＭＶｉの実験データと操作量出力上限値ＯＨｉの実験データと制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉの実験データと制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉの実験データとから多変量解析により予め導出され、
前記第２の推定用多項式は、設定値変更前の操作量ＭＶｉの実験データと制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉの実験データと制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉの実験データと必要出力ＭＵｉの実験データとから多変量解析により予め導出されることを特徴とする電力総和抑制制御装置。
【請求項６】
複数の制御ループＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータのエネルギー使用量を規定する割当総エネルギーの情報を受信する割当総エネルギー入力ステップと、
各制御ループＲｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間ＴＬｉを推定し、前記制御量変化時間ＴＬｉのうちの最大値である制御量変化時間ＴＬを選出する制御量変化時間推定ステップと、
各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間ＴＬの間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用エネルギーの総和である使用エネルギー総量を算出し、この使用エネルギー総量が前記割当総エネルギーを超えない範囲で最大になる前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＲｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定するエネルギー抑制ステップと、
設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＲｉの制御アクチュエータに出力する制御ステップとを備えることを特徴とするエネルギー総和抑制制御方法。
【請求項７】
複数の制御ループＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータの電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力ステップと、
各制御ループＲｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間ＴＬｉを推定し、前記制御量変化時間ＴＬｉのうちの最大値である制御量変化時間ＴＬを選出する制御量変化時間推定ステップと、
各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間ＴＬの間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出し、この使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない範囲で最大になる前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＲｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する電力抑制ステップと、
設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＲｉの制御アクチュエータに出力する制御ステップとを備えることを特徴とする電力総和抑制制御方法。
【請求項８】
複数の制御ループＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータの電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力ステップと、
各制御ループＲｉの変更後の設定値ＳＰｉと設定値変更前の制御量ＰＶｉとから各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉを算出する制御量変更量算出ステップと、
各制御ループＲｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉから制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出する制御量変化レート算出ステップと、
各制御ループＲｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の各制御ループＲｉの昇温時間ＴＬｉを前記変更量ΔＰＶｉと前記変化レートＴＨｉとから推定し、前記昇温時間ＴＬｉのうちの最大値である昇温時間ＴＬを選出する昇温時間算出ステップと、
各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉを前記昇温時間ＴＬの間に前記変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定する必要出力推定ステップと、
前記必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出する使用電力合計算出ステップと、
前記昇温時間ＴＬを逐次変更しながら前記必要出力推定ステップと前記使用電力合計算出ステップの処理を実行させ、前記使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない範囲で最大になる前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索し、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＲｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する探索処理ステップと、
設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＲｉの制御アクチュエータに出力する制御ステップとを備えることを特徴とする電力総和抑制制御方法。
【請求項９】
請求項８記載の電力総和抑制制御方法において、
前記制御量変化レート算出ステップは、代表的な操作量出力時の制御量ＰＶｉの変化レートを、操作量ＭＶｉの特定の出力値と現在値との差である操作量上昇幅で換算することにより、操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にする場合の制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出し、
前記必要出力推定ステップは、前記変化レートＴＨｉを算出する数式を操作量出力上限について解くことにより得られる数式を用いて、前記必要出力ＭＵｉを算出することを特徴とする電力総和抑制制御方法。
【請求項１０】
請求項８記載の電力総和抑制制御方法において、
前記制御量変化レート算出ステップは、各制御ループＲｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉと制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉとを入力変数として、予め設定された第１の推定用多項式により制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出し、
前記必要出力推定ステップは、各制御ループＲｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉと制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉと昇温時間ＴＬとを入力変数として、予め設定された第２の推定用多項式により必要出力ＭＵｉを算出し、
前記第１の推定用多項式は、設定値変更前の操作量ＭＶｉの実験データと操作量出力上限値ＯＨｉの実験データと制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉの実験データと制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉの実験データとから多変量解析により予め導出され、
前記第２の推定用多項式は、設定値変更前の操作量ＭＶｉの実験データと制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉの実験データと制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉの実験データと必要出力ＭＵｉの実験データとから多変量解析により予め導出されることを特徴とする電力総和抑制制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置および制御方法に係り、特にステップ応答制御においてエネルギー使用量（例えば電力使用量）が指定された一定値を超えないように、かつ設定値への追従特性が可能な限り損なわれないように、制御を行うエネルギー総和抑制制御装置、電力総和抑制制御装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化問題に起因する法改正などに伴い、工場や生産ラインのエネルギー使用量管理が強く求められている。工場内の加熱装置や空調機器は特にエネルギー使用量の大きな設備装置であるため、エネルギー使用量の上限を、本来備える最大量よりも低く抑えるように管理されることが多い。例えば電力を使用する設備装置では、電力デマンド管理システムからの指示により、特定の電力使用量以内に制限する運用が行なわれている。
特に複数の電気ヒータを備える加熱装置では、立ち上げ時（複数の電気ヒータが設置されている領域の一斉昇温時）に同時供給される総電力を抑制するために、以下のような手法が提案されている。
【０００３】
特許文献１に開示されたリフロー装置では、立ち上げ時の消費電流を低減するために、ヒータの近傍が熱的に飽和してから次のヒータを立ち上げるようにして、立ち上げ時間帯をずらすようにしていた。
特許文献２に開示された半導体ウエハの処理装置では、装置立ち上げ時に一時に大電力が消費されないように、各ヒータに対して時間的にずらしながら電力を供給するようにしていた。
【０００４】
特許文献３に開示された基板処理装置では、電力供給部から同時に供給される最大電力を小さくするために、所定の立ち上げ順序に従って、各熱処理部を１台ずつ順次立ち上げていくようにしていた。
特許文献４に開示された加熱装置では、装置立ち上げ時の過度の消費電流による電力障害を防止するために、まずコンベアより下方に位置するヒータに対し必要とする電力を供給し、かつコンベアより上方に位置するヒータへ供給される電力を制限して、合計消費電力を一定値以下に制御し、炉体内の温度の上昇に伴って温度を切換パラメータとして、コンベアより下方に位置するヒータへの供給電力を減少させるように制御していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２８８５０４７号公報
【特許文献２】特開平１１−１２６７４３号公報
【特許文献３】特開平１１−２０４４１２号公報
【特許文献４】特許第４４２６１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜特許文献４に開示された技術は、いずれも複数のヒータに時間差を設けて電力を供給する方式であるため、昇温効率が悪くなる、すなわちステップ応答時における制御量ＰＶ（温度）の設定値ＳＰへの追従特性が悪くなるという問題点があった。
【０００７】
製造装置では、複数のヒータに時間差を設けて電力を供給する場合、装置の立ち上げに要する時間や立ち上げに要する電力には多少のばらつきが必ずあるため、余裕のある時間差を与えて立ち上げの切換判断をする必要がある。したがって、例えば４系統の加熱制御系を備える加熱装置を立ち上げる（昇温する）場合に、加熱制御系を別々に順次立ち上げていくと、結果的に１系統の立ち上げ時間を単純に４倍した時間以上の時間が使われることになる。
【０００８】
また、立ち上げの切換判断を行ないやすくするために、特許文献４に開示された技術のように特定の位置のヒータに対して決められた順序で電力を供給していくような工夫が考えられる。しかし、特許文献４に開示された技術は、全く同じパターンの立ち上げ時においてのみ通用する方法であり、製造条件などに応じて昇温要求が変化する場合には適用できない。複数のヒータに同時に電力を供給する通常の同時昇温という最も効率的な方法から乖離した方法になればなるほど、昇温効率が低下するか、適用対象が限られるかの、いずれかの問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の制御系に関し、ステップ応答制御においてエネルギー使用量（例えば電力使用量）が指定された一定値を超えないように、かつ設定値への追従特性が可能な限り損なわれないように、制御を行うことができるエネルギー総和抑制制御装置、電力総和抑制制御装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のエネルギー総和抑制制御装置は、複数の制御ループＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータのエネルギー使用量を規定する割当総エネルギーの情報を受信する割当総エネルギー入力手段と、各制御ループＲｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間ＴＬｉを推定し、前記制御量変化時間ＴＬｉのうちの最大値である制御量変化時間ＴＬを選出する制御量変化時間推定手段と、各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間ＴＬの間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用エネルギーの総和である使用エネルギー総量を算出し、この使用エネルギー総量が前記割当総エネルギーを超えない範囲で最大になる前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＲｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定するエネルギー抑制手段と、制御ループＲｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＲｉの制御アクチュエータに出力する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の電力総和抑制制御装置は、複数の制御ループＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータの電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力手段と、各制御ループＲｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間ＴＬｉを推定し、前記制御量変化時間ＴＬｉのうちの最大値である制御量変化時間ＴＬを選出する制御量変化時間推定手段と、各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間ＴＬの間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出し、この使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない範囲で最大になる前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＲｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する電力抑制手段と、制御ループＲｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＲｉの制御アクチュエータに出力する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の電力総和抑制制御装置は、複数の制御ループＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータの電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力手段と、各制御ループＲｉの変更後の設定値ＳＰｉと設定値変更前の制御量ＰＶｉとから各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉを算出する制御量変更量算出手段と、各制御ループＲｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉから制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出する制御量変化レート算出手段と、各制御ループＲｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の各制御ループＲｉの昇温時間ＴＬｉを前記変更量ΔＰＶｉと前記変化レートＴＨｉとから推定し、前記昇温時間ＴＬｉのうちの最大値である昇温時間ＴＬを選出する昇温時間算出手段と、各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉを前記昇温時間ＴＬの間に前記変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定する必要出力推定手段と、前記必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出する使用電力合計算出手段と、前記昇温時間ＴＬを逐次変更しながら前記必要出力推定手段と前記使用電力合計算出手段とに処理を実行させ、前記使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない範囲で最大になる前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索し、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＲｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する探索処理手段と、制御ループＲｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＲｉの制御アクチュエータに出力する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の電力総和抑制制御装置の１構成例において、前記制御量変化レート算出手段は、代表的な操作量出力時の制御量ＰＶｉの変化レートを、操作量ＭＶｉの特定の出力値と現在値との差である操作量上昇幅で換算することにより、操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にする場合の制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出し、前記必要出力推定手段は、前記変化レートＴＨｉを算出する数式を操作量出力上限について解くことにより得られる数式を用いて、前記必要出力ＭＵｉを算出することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の電力総和抑制制御装置の１構成例において、前記制御量変化レート算出手段は、各制御ループＲｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉと制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉとを入力変数として、予め設定された第１の推定用多項式により制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出し、前記必要出力推定手段は、各制御ループＲｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉと制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉと昇温時間ＴＬとを入力変数として、予め設定された第２の推定用多項式により必要出力ＭＵｉを算出し、前記第１の推定用多項式は、設定値変更前の操作量ＭＶｉの実験データと操作量出力上限値ＯＨｉの実験データと制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉの実験データと制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉの実験データとから多変量解析により予め導出され、前記第２の推定用多項式は、設定値変更前の操作量ＭＶｉの実験データと制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉの実験データと制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉの実験データと必要出力ＭＵｉの実験データとから多変量解析により予め導出されることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明のエネルギー総和抑制制御方法は、複数の制御ループＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータのエネルギー使用量を規定する割当総エネルギーの情報を受信する割当総エネルギー入力ステップと、各制御ループＲｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間ＴＬｉを推定し、前記制御量変化時間ＴＬｉのうちの最大値である制御量変化時間ＴＬを選出する制御量変化時間推定ステップと、各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間ＴＬの間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用エネルギーの総和である使用エネルギー総量を算出し、この使用エネルギー総量が前記割当総エネルギーを超えない範囲で最大になる前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＲｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定するエネルギー抑制ステップと、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＲｉの制御アクチュエータに出力する制御ステップとを備えることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の電力総和抑制制御方法は、複数の制御ループＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータの電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力ステップと、各制御ループＲｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間ＴＬｉを推定し、前記制御量変化時間ＴＬｉのうちの最大値である制御量変化時間ＴＬを選出する制御量変化時間推定ステップと、各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間ＴＬの間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出し、この使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない範囲で最大になる前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＲｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する電力抑制ステップと、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＲｉの制御アクチュエータに出力する制御ステップとを備えることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の電力総和抑制制御方法は、複数の制御ループＲｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータの電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力ステップと、各制御ループＲｉの変更後の設定値ＳＰｉと設定値変更前の制御量ＰＶｉとから各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉを算出する制御量変更量算出ステップと、各制御ループＲｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉから制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出する制御量変化レート算出ステップと、各制御ループＲｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の各制御ループＲｉの昇温時間ＴＬｉを前記変更量ΔＰＶｉと前記変化レートＴＨｉとから推定し、前記昇温時間ＴＬｉのうちの最大値である昇温時間ＴＬを選出する昇温時間算出ステップと、各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉを前記昇温時間ＴＬの間に前記変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定する必要出力推定ステップと、前記必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出する使用電力合計算出ステップと、前記昇温時間ＴＬを逐次変更しながら前記必要出力推定ステップと前記使用電力合計算出ステップの処理を実行させ、前記使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない範囲で最大になる前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索し、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＲｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する探索処理ステップと、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＲｉの制御アクチュエータに出力する制御ステップとを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、各制御ループＲｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間を推定し、各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉを制御量変化時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用エネルギーの総和である使用エネルギー総量を算出し、この使用エネルギー総量が割当総エネルギーを超えない必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＲｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定することにより、複数の制御系に関し、ステップ応答制御（設定値ＳＰｉのステップ変更が行なわれ、制御量ＰＶｉの設定値ＳＰｉへの追従のために制御機能が利用されている状態）においてエネルギー使用量が割当総エネルギーを超えないように、かつ制御量ＰＶｉの設定値ＳＰｉへの追従特性が可能な限り損なわれないように、制御を行うことができる。
【００１９】
また、本発明では、各制御ループＲｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間を推定し、各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉを制御量変化時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出し、この使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷを超えない必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＲｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定することにより、複数の制御系に関し、ステップ応答制御において電力使用量が割当総電力ＰＷを超えないように、かつ制御量ＰＶｉの設定値ＳＰｉへの追従特性が可能な限り損なわれないように、制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電力総和抑制制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る制御系のブロック線図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る電力総和抑制制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】従来の加熱装置の動作例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る加熱装置の動作例を示す図である。
【図７】１次多項式による制御量の変化レートの推定結果を示す図である。
【図８】３次多項式による制御量の変化レートの推定結果を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係るエネルギー総和抑制制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［発明の原理］
例として加熱装置を取り上げて説明する。例えば複数の加熱制御系に時間差を設けて順次立ち上げると、結果的に電力に余裕のある時間帯が生じることは避けられないので、その電力の余裕が装置の立ち上げ完了を遅らせる非効率分になることに、発明者は着眼した。単純に言えば、設定値ＳＰのステップ変更が行なわれた際に、制御量ＰＶの設定値ＳＰへの追従制御が行なわれていない状態を多く発生させていることになる。
【００２２】
また、制御ループ間の干渉がある加熱制御系では、先に立ち上げ完了した制御ループに、後から立ち上がる制御ループからの干渉による昇温外乱が発生するので、制御の整定までに余計な時間がかかり非効率になる。したがって、使用する総電力を一定値以内に抑えて各制御ループの同時昇温をしながら、各制御ループが極力同時に昇温を完了するように「完了のタイミング」を合わせることが、最も効率的な装置の立ち上げ方になる。
【００２３】
そこで、制御ループの代表的な昇温能力（例えば最大出力時の昇温レート）を予め記憶しておき、操作量ＭＶを設定値変更前の値（現在値）から特定の出力値（例えば最大値）にした場合の昇温レートを推定し、昇温完了までの推定時間と操作量出力上限に対応する使用電力とを簡易的に求める。あるいは、操作量ＭＶを設定値変更前の値（現在値）から特定の出力値（例えば最大値）にした場合の昇温レートを推定する推定式を実験データに基づいて求め、その比較的高精度な推定式を備えるようにしてもよい。
各制御ループの昇温完了時間が概ね等しくなり、かつ使用電力の合計が割当総電力以内で最大になる操作量出力上限の組み合わせを、前記昇温完了までの推定時間を適宜修正しながら求めれば、最も効率的な立ち上げ方に近づけることができる。
【００２４】
小型の調節計では、アルゴリズム記憶容量や１制御周期当りの演算量も限られている。したがって、各制御ループにおける最大出力時（操作量ＭＶｉが最大値の時）の昇温時間をまず算出し、算出した各ループの昇温時間から最大のものを抽出し、その昇温時間近傍を所要時間とした場合に各ループの出力上限を低くできる度合を求め、合計が割当総電力以内になるかどうかを判定し、割当総電力を超える場合は、前記所要時間を数パーセント程度大きくして、各ループの出力上限を低くできる度合を再度求めるという演算手順が好ましい。
【００２５】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態は、代表的な昇温能力として最大出力時の昇温レートを予め記憶しておき、任意の出力上限に絞ったときの昇温レートを推定する簡易的な方法を開示するものである。図１は本発明の第１の実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。加熱装置は、被加熱物を加熱するための加熱処理炉１と、加熱処理炉１の内部に設置された複数の制御アクチュエータであるヒータＨ１〜Ｈ４と、それぞれヒータＨ１〜Ｈ４によって加熱される領域の温度を測定する複数の温度センサＳ１〜Ｓ４と、ヒータＨ１〜Ｈ４に出力する操作量ＭＶ１〜ＭＶ４を算出する電力総和抑制制御装置２と、電力総和抑制制御装置２から出力された操作量ＭＶ１〜ＭＶ４に応じた電力をそれぞれヒータＨ１〜Ｈ４に供給する電力調整器３−１〜３−４とから構成される。
【００２６】
図２は電力総和抑制制御装置２の構成を示すブロック図である。電力総和抑制制御装置２は、上位ＰＣ４から割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力部１０と、各制御ループＲｉ（ｉ＝１〜ｎであり、制御ループの個数ｎは図１の例ではｎ＝４）の操作量ＭＶｉを現在値から最大値１００．０％にした場合の各制御ループＲｉの昇温時間ＴＬｉのうちの最大値ＴＬを推定する昇温時間推定部１１と、各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉを昇温時間ＴＬの間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定する必要出力推定部１５と、各制御ループＲｉの必要出力ＭＵｉから各ヒータＨｉの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出する使用電力合計算出部１６と、使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷを超えない必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索し、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＲｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する探索処理部１７と、制御ループＲｉ毎に設けられた制御部２０−ｉとから構成される。なお、本実施の形態では、操作量ＭＶｉを現在値から最大値１００．０％にした場合の昇温時間ＴＬｉを推定しているが、このような推定は小型の調節計に特に好ましいものである。原理的には、特定の出力値は最大値１００．０％に限られるものではなく、適度に大きな値であれば十分に実用できる。
【００２７】
昇温時間推定部１１は、制御量ＰＶｉ変更量算出部１２と、制御量ＰＶｉ変化レート算出部１３と、昇温時間算出部１４とから構成される。この昇温時間推定部１１は、制御量変化時間推定手段を構成している。
探索処理部１７は、昇温時間設定部１８と、割当総電力判定部１９とから構成される。必要出力推定部１５と使用電力合計算出部１６と探索処理部１７とは、電力抑制手段を構成している。
【００２８】
制御部２０−ｉは、設定値ＳＰｉ入力部２１−ｉと、制御量ＰＶｉ入力部２２−ｉと、ＰＩＤ制御演算部２３−ｉと、出力上限処理部２４−ｉと、操作量ＭＶｉ出力部２５−ｉとから構成される。
【００２９】
図３は本実施の形態の制御系のブロック線図である。各制御ループＲｉは、制御部２０−ｉと、制御対象Ｐｉとから構成される。後述のように、制御部２０−ｉは、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉとから操作量ＭＶｉを算出して、この操作量ＭＶｉを制御対象Ｐｉに出力する。図１の例では、制御対象ＰｉはヒータＨｉが加熱する加熱処理炉１であるが、操作量ＭＶｉの実際の出力先は電力調整器３−ｉであり、操作量ＭＶｉに応じた電力が電力調整器３−ｉからヒータＨｉに供給される。
【００３０】
以下、本実施の形態の電力総和抑制制御装置２の動作を説明する。図４は電力総和抑制制御装置２の動作を示すフローチャートである。
割当総電力入力部１０は、電力を管理する電力デマンド管理システムのコンピュータである上位ＰＣ４から、ヒータの電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する（図４ステップＳ１００）。
【００３１】
探索処理部１７の昇温時間設定部１８は、加熱装置のオペレータ等によって設定値ＳＰが変更されたとき（ステップＳ１０１においてＹＥＳ）、操作量ＭＶｉを現在値から最大値１００．０％にした場合の各制御ループＲｉの昇温時間ＴＬｉのうちの最大値ＴＬを求める処理を、以下のように行なわせる。
【００３２】
まず、昇温時間推定部１１の制御量ＰＶｉ変更量算出部１２は、各制御ループＲｉの変更後の設定値ＳＰｉと設定値変更前の制御量ＰＶｉとを取得して、各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉを次式により制御ループＲｉ毎に算出する（ステップＳ１０２）。
ΔＰＶｉ＝ＳＰｉ−ＰＶｉ                                        ・・・（１）
【００３３】
制御量ＰＶｉ（温度）は、温度センサＳｉによって測定され、制御部２０−ｉに入力される。なお、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉとに応じた制御はステップＳ１０２よりも後ろのステップで行われるので、制御部２０−ｉに入力される制御量ＰＶｉをステップＳ１０２の時点で取得すれば、この制御量ＰＶｉは設定値変更前の制御量となる。
【００３４】
続いて、昇温時間推定部１１の制御量ＰＶｉ変化レート算出部１３は、各制御ループＲｉの制御部２０−ｉから設定値変更前の操作量ＭＶｉを取得し、設定値ＳＰｉの変更に伴う制御量ＰＶｉの変化のレート（速度）ＴＨｉを次式により制御ループＲｉ毎に算出する（ステップＳ１０３）。
ＴＨｉ＝ＴＨｏｉ｛１００．０／（１００．０−ＭＶｉ）｝          ・・・（２）
【００３５】
設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉとに応じた制御はステップＳ１０３よりも後ろのステップで行われるので、制御部２０−ｉから出力されている操作量ＭＶｉをステップＳ１０３の時点で取得すれば、この操作量ＭＶｉは設定値変更前の操作量となる。式（２）において、ＴＨｏｉは制御ループＲｉ毎に予め記憶されている値であり、操作量ＭＶｉ＝０．０％の状態から最大出力ＭＶｉ＝１００．０％にしたとき（すなわち操作量上昇幅が１００．０％のとき）の制御量ＰＶｉの変化レート値である。つまり、式（２）は、変化レート値ＴＨｏｉを操作量上昇幅（１００．０−ＭＶｉ）で換算する数式である。本実施の形態では加熱装置の例で説明しているので、制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉは昇温レート［ｓｅｃ．／℃］である。
【００３６】
次に、昇温時間推定部１１の昇温時間算出部１４は、各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉをΔＰＶｉだけ変化させるのに必要な制御量変化時間である昇温時間ＴＬｉを、制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉと変更量ΔＰＶｉとから次式により制御ループＲｉ毎に推定する（ステップＳ１０４）。
ＴＬｉ＝ＴＨｉΔＰＶｉ                                          ・・・（３）
【００３７】
そして、昇温時間算出部１４は、各制御ループＲｉの昇温時間ＴＬｉのうちの最大値ＴＬを選出する（ステップＳ１０５）。
ＴＬ＝ｍａｘ（ＴＬｉ）                                          ・・・（４）
式（４）において、ｍａｘ（  ）は最大値選出演算関数である。以上のステップＳ１０２〜Ｓ１０５の処理により、昇温時間ＴＬを推定することができる。
【００３８】
次に、探索処理部１７の割当総電力判定部１９は、制御量ＰＶｉを昇温時間ＴＬの間に変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させる場合の全ヒータの使用電力ＴＷを求める処理を、以下のように行なわせる。
【００３９】
まず、必要出力推定部１５は、各制御ループＲｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉを取得し、各制御ループＲｉの制御量ＰＶｉを昇温時間ＴＬの間に変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを次式により制御ループＲｉ毎に算出する（ステップＳ１０６）。
ＭＵｉ＝｛１００．０ＴＨｏｉ／（ＴＬ／ΔＰＶｉ）｝＋ＭＶｉ      ・・・（５）
式（５）は、式（２）において、分母の１００．０をＭＵｉに置換し、ＴＨｉをＴＬ／ΔＰＶｉに置換して、ＭＵｉについて解くことにより得られる数式である。
【００４０】
続いて、使用電力合計算出部１６は、各制御ループＲｉの必要出力ＭＵｉから各ヒータＨｉの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを次式により算出する（ステップＳ１０７）。
【００４１】
【数１】
0005578990.tif 000002
【００４２】
式（６）において、ＣＴｍｉは制御ループＲｉ毎に予め記憶されている値であり、操作量ＭＶｉが最大値１００．０％の場合のヒータＨｉの使用電力値である。
探索処理部１７の割当総電力判定部１９は、ＴＷ≦ＰＷ、すなわち使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷを超えない場合は（ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、各制御ループＲｉの必要出力ＭＵｉをそれぞれ各制御ループＲｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する（ステップＳ１０９）。
【００４３】
また、割当総電力判定部１９は、ＴＷ＞ＰＷ、すなわち使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷを超える場合は、昇温時間設定部１８に指示して、昇温時間ＴＬを現在の値の例えば１．０５倍に延長させて（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０６に戻る。こうして、使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷ以内になるまで、ステップＳ１０６〜Ｓ１０８，Ｓ１１０の処理が繰り返される。
【００４４】
次に、制御部２０−ｉは、制御ループＲｉの操作量ＭＶｉを以下のとおりに算出する。設定値ＳＰｉは、設定値ＳＰｉ入力部２１−ｉを介してＰＩＤ制御演算部２３−ｉに入力される（ステップＳ１１１）。
制御量ＰＶｉは、制御量ＰＶｉ入力部２２−ｉを介してＰＩＤ制御演算部２３−ｉに入力される（ステップＳ１１２）。
【００４５】
ＰＩＤ制御演算部２３−ｉは、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉに基づいて、以下の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶｉを算出する（ステップＳ１１３）。
ＭＶｉ＝（１００／ＰＢｉ）｛１＋（１／ＴＩｉｓ）＋ＴＤｉｓ｝（ＳＰｉ−ＰＶｉ）
・・・（７）
ＰＢｉは比例帯、ＴＩｉは積分時間、ＴＤｉは微分時間、ｓはラプラス演算子である。
【００４６】
出力上限処理部２４−ｉは、以下の式のような操作量ＭＶｉの上限処理を行う（ステップＳ１１４）。
ＩＦ  ＭＶｉ＞ＯＨｉ  ＴＨＥＮ  ＭＶｉ＝ＯＨｉ                  ・・・（８）
すなわち、出力上限処理部２４−ｉは、操作量ＭＶｉが操作量出力上限値ＯＨｉより大きい場合、操作量ＭＶｉ＝ＯＨｉとする上限処理を行う。
【００４７】
操作量ＭＶｉ出力部２５−ｉは、出力上限処理部２４−ｉによって上限処理された操作量ＭＶｉを制御対象（実際の出力先は電力調整器３−ｉ）に出力する（ステップＳ１１５）。制御部２０−ｉは制御ループＲｉ毎に設けられているので、ステップＳ１１１〜Ｓ１１５の処理は制御ループＲｉ毎に実施されることになる。
【００４８】
電力総和抑制制御装置２は、以上のようなステップＳ１０１〜Ｓ１１５の処理を例えばユーザの指示によって制御が終了するまで（ステップＳ１１６においてＹＥＳ）、一定時間毎に行う。なお、ステップＳ１０２〜Ｓ１１０の処理は、各制御ループＲｉの設定値ＳＰｉのうち少なくとも１つが変更されたときに行われる。
【００４９】
次に、本実施の形態の加熱装置の動作例を図５、図６に示す。図５、図６では、見やすさを考慮し、ｎ＝３ループの制御系の動作例を示す。図５は、１００ＷのヒータＨ１、２００ＷのヒータＨ２、３００ＷのヒータＨ３という３個合計で６００Ｗのヒータに対して、割当総電力ＰＷを３００Ｗ（全ヒータ容量の５０％）とする場合において、各ヒータの出力上限を一律に５０％にして制御を行う従来の加熱装置の動作例を示している。縦軸は制御量ＰＶｉ、操作量ＭＶｉ、操作量出力上限値ＯＨｉであり、全て０−１００のスケールで示されている。制御量ＰＶｉの単位は℃、操作量ＭＶｉおよび操作量出力上限値ＯＨｉの単位は％である。
【００５０】
ここでは、設定値ＳＰ１〜ＳＰ３を０．０秒時点で２０．０℃に同時変更し、昇温整定後の５００．０秒時点で４０．０℃に同時変更している。各ヒータの昇温能力に差があるので、操作量出力上限値ＯＨ１〜ＯＨ３が一律に５０％である場合、３ループの制御系の全てが昇温完了するまでの所要時間は最も遅い制御量ＰＶ１によって決まり、昇温効率が明らかに低下する。特に制御量ＰＶ２，ＰＶ３の昇温が完了した後は、全体での電力に余裕があるにもかかわらず操作量ＭＶ１が抑制されていることになる。
【００５１】
図６は、同じ条件における本実施の形態の加熱装置の動作例を示している。ここでは、各ヒータの昇温能力の差を表す値として、制御量ＰＶ１の変化レート値ＴＨｏ１＝１０．１２［ｓｅｃ．／℃］、制御量ＰＶ２の変化レート値ＴＨｏ２＝６．６８［ｓｅｃ．／℃］、制御量ＰＶ３の変化レート値ＴＨｏ３＝５．０６［ｓｅｃ．／℃］が予め設定されているものとする。これらの変化レート値ＴＨｏ１〜ＴＨｏ３の値は高精度の数値である必要はなく、現実的には各変化レート値の比率が各ヒータの昇温能力の比率と概ね合っている程度までの精密さがあれば、十分に実用の範囲にある。
【００５２】
本実施の形態では、各ヒータの昇温能力を考慮した操作量出力上限値ＯＨ１〜ＯＨ３が設定されることになるので、昇温完了するまでの所要時間が３ループの制御系でほぼ同じになる。極端に遅く昇温する制御系が存在しないので、昇温効率は大幅に改善される。なお、５００．０秒時点でも操作量出力上限値ＯＨ１〜ＯＨ３が更新されているが、原理的にも更新幅は少ない。
【００５３】
また、本実施の形態では、操作量ＭＶ１〜ＭＶ３自体を直接的に変化させるのではなく、操作量出力上限値ＯＨ１〜ＯＨ３を変化させるので、操作量ＭＶ１〜ＭＶ３には無意味な上下動は発生しない。すなわち、ＰＩＤ制御演算への悪影響が発生することがなく、不自然さのない制御応答波形を得ることができる。
【００５４】
なお、本実施の形態の電力総和抑制制御装置２における処理の順序は図４に示したとおりでなくてもよいことは言うまでもない。また、図４の例では、割当総電力ＰＷの情報を１回だけ受信するようになっているが、上位ＰＣ４は必要に応じて情報を送信し、これにより割当総電力ＰＷの値が随時更新されるようになっていてもよい。
【００５５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉの推定算出について簡易的な方法を用いたが、本実施の形態は、昇温特性の非線形性を考慮して、制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉの推定算出精度をさらに上げる方法を提示するものである。
本実施の形態においても電力総和抑制制御装置２の構成および処理の流れは第１の実施の形態と同様であるので、図１〜図４の符号を用いて説明する。
【００５６】
以下、本実施の形態の電力総和抑制制御装置２の動作を説明する。図４のステップＳ１００〜Ｓ１０２の処理は、第１の実施の形態と同じである。
次に、本実施の形態の昇温時間推定部１１の制御量ＰＶｉ変化レート算出部１３は、予め設定された推定用多項式ｆ（）により、各制御ループＲｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉと制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉとから制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを次式により制御ループＲｉ毎に算出する（ステップＳ１０３）。
ＴＨｉ＝ｆ（ＭＶｉ，ＯＨｉ＝１００．０，ΔＰＶｉ）              ・・・（９）
【００５７】
ここでは、推定用多項式ｆ（）に与える操作量出力上限値ＯＨｉを１００．０％としている。次に、推定用多項式ｆ（）の求め方について説明する。推定用多項式ｆ（）を設定するユーザは、設定値変更前の操作量ＭＶｉと操作量出力上限値ＯＨｉと制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉと制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉとの関係について予め数通りの実験データである分析用データを収集する。分析用データの１例を表１に示す。
【００５８】
【表１】
0005578990.tif 000003
【００５９】
この分析用データに対して重回帰分析やＳＶＲ（Support Vector Regression）などの多変量解析を行うことにより、推定用多項式ｆ（）を制御ループＲｉ毎に算出する。この制御ループＲｉ毎の推定用多項式ｆ（）を制御量ＰＶｉ変化レート算出部１３に設定しておけばよい。表１の分析用データから求めた推定用多項式ｆ（）を以下に示す。ここでは、多変量解析手法としてＳＶＲ法を採用している。
【００６０】
ＴＨ１＝０．２７３９２×｛（ΔＰＶ１−２１．８１８）×０．０６２７９｝3
＋０．９８２３６×｛（ΔＰＶ１−２１．８１８）×０．０６２７９｝2
×（ＯＨ１−８２．７２７）×０．０４７１７
−１．０１０２×｛（ΔＰＶ１−２１．８１８）×０．０６２７９｝2
×（ＭＶ１−４１．２２４）×０．０９６４９
−２．１９７６×｛（ΔＰＶ１−２１．８１８）×０．０６２７９｝2
＋２．９８４７×（ΔＰＶ１−２１．８１８）×０．０６２７９
×｛（ＯＨ１−８２．７２７）×０．０４７１７｝2
−３．５６１５×（ΔＰＶ１−２１．８１８）×０．０６２７９×（ＯＨ１
−８２．７２７）×０．０４７１７×（ＭＶ１−４１．２２４）×０．０９６４９
−７．４２３３×（ΔＰＶ１−２１．８１８）×０．０６２７９×（ＯＨ１
−８２．７２７）×０．０４７１７
＋０．９０７８９×（ΔＰＶ１−２１．８１８）×０．０６２７９×（ＭＶ１
−４１．２２４）×０．０９６４９×（ＭＶ１−４１．２２４）×０．０９６４９
＋３．３８５４×（ΔＰＶ１−２１．８１８）×０．０６２７９×（ＭＶ１
−４１．２２４）×０．０９６４９
＋８．７２８４×（ΔＰＶ１−２１．８１８）×０．０６２７９
−９．６２０９×｛（ＯＨ１−８２．７２７）×０．０４７１７｝3
＋１５．５８３×｛（ＯＨ１−８２．７２７）×０．０４７１７｝2
×（ＭＶ１−４１．２２４）×０．０９６４９
＋１６．３３２×｛（ＯＨ１−８２．７２７）×０．０４７１７｝2
−７．６５６５×（ＯＨ１−８２．７２７）×０．０４７１７×｛（ＭＶ１
−４１．２２４）×０．０９６４９｝2
−１７．６８９×（ＯＨ１−８２．７２７）×０．０４７１７×（ＭＶ１
−４１．２２４）×０．０９６４９
−２０．２７７×（ＯＨ１−８２．７２７）×０．０４７１７
＋２．３９２８×｛（ＭＶ１−４１．２２４）×０．０９６４９｝3
＋３．１４７９×｛（ＭＶ１−４１．２２４）×０．０９６４９｝2
＋９．８７９３×（ＭＶ１−４１．２２４）×０．０９６４９
＋３０．５２９                                              ・・・（１０）
【００６１】
次に、図４のステップＳ１０４，Ｓ１０５の処理は、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態の必要出力推定部１５は、予め設定された推定用多項式ｇ（）により、各制御ループＲｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉと制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉと昇温時間ＴＬとから必要出力ＭＵｉを次式により制御ループＲｉ毎に算出する（ステップＳ１０６）。
ＭＵｉ＝ｇ（ＭＶｉ，ＴＨｉ＝ＴＬ，ΔＰＶｉ）                  ・・・（１１）
【００６２】
ここでは、推定用多項式ｇ（）に与える制御量ＰＶｉの変化レートをＴＨｉ＝ＴＬとしている。推定用多項式ｇ（）を求めるには、設定値変更前の操作量ＭＶｉと制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉと制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉと必要出力ＭＵｉ（操作量出力上限値ＯＨｉ）との関係について予め数通りの実験データである分析用データを収集し、この分析用データに対して重回帰分析やＳＶＲなどの多変量解析を実施すればよい。分析用データは、推定用多項式ｆ（）を求めるためのデータと同一のものでよい。そして、制御ループＲｉ毎に求めた推定用多項式ｇ（）を必要出力推定部１５に設定しておけばよい。
図４のステップＳ１０７〜Ｓ１１６の処理は、第１の実施の形態と同じである。
【００６３】
次に、表１の分析用データとは別に集めた下記の実験データにより、制御量ＰＶ１の変化レートＴＨ１の再現性（推定精度）を確認した。
【００６４】
【表２】
0005578990.tif 000004
【００６５】
図７は１次多項式による変化レートＴＨ１の推定結果を示す図であり、横軸が変化レートＴＨ１の実験値、縦軸が変化レートＴＨ１の推定値である。図７において、直線７００にプロット点があまり乗っていないのは、変化レートＴＨ１の推定精度が低いことを示している。
【００６６】
図８は３次多項式による変化レートＴＨ１の推定結果を示す図である。図８によると、直線７００にプロット点がほぼ乗っており、変化レートＴＨ１の推定精度が高いことが分かる。したがって、推定用多項式の次数を３次まで上げれば、設定値変更前の操作量ＭＶｉ、操作量出力上限値ＯＨｉ、制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉを入力として、制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを高精度に推定可能であることが分かる。また、図８は、設定値変更前の操作量ＭＶｉ、操作量出力上限値ＯＨｉ、制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉ、制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉという４つの変数の間の関連性が十分なものであることを示している。すなわち、図８は、推定用多項式ｆ（）やｇ（）が実用水準にあることを示している。
【００６７】
こうして、本実施の形態では、制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉおよび必要出力ＭＵｉの推定算出精度を向上させることができるので、第１の実施の形態と比べて昇温制御の精度を向上させることができる。
なお、第１、第２の実施の形態では、加熱装置を例に挙げて説明しているが、例えば対象物の冷却温度を制御する冷却装置に本発明を適用してもよい。
【００６８】
［第３の実施の形態］
第１、第２の実施の形態では、操作量出力上限値ＯＨｉを電力量に基づいて算出しているが、これに限るものではなく、燃料使用量に基づいて算出するようにしてもよい。すなわち、本発明は、第１、第２の実施の形態の電力総和抑制制御装置２で用いる「電力」という物理量を、「エネルギー」あるいは「パワー」に置き換えた形態を権利範囲に含む。
【００６９】
第１、第２の実施の形態の電力総和抑制制御装置２で用いる「電力」という物理量を「エネルギー」に置き換えたエネルギー総和抑制制御装置の構成を図９に示す。
図９のエネルギー総和抑制制御装置は、割当総エネルギー入力部１０ａと、昇温時間推定部１１と、必要出力推定部１５と、使用エネルギー合計算出部１６ａと、探索処理部１７ａと、制御ループＲｉ毎に設けられた制御部２０−ｉとから構成される。探索処理部１７ａは、昇温時間設定部１８と、割当総エネルギー判定部１９ａとから構成される。このエネルギー総和抑制制御装置の構成は、第１、第２の実施の形態において「電力」を「エネルギー」に置き換えたものに相当するので、詳細な説明は省略する。
【００７０】
第１〜第３の実施の形態で説明した電力総和抑制制御装置とエネルギー総和抑制制御装置とは、ＣＰＵ、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第３の実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置および制御方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１…加熱処理炉、２…電力総和抑制制御装置、３−１〜３−４…電力調整器、１０…割当総電力入力部、１０ａ…割当総エネルギー入力部、１１…昇温時間推定部、１２…制御量ＰＶｉ変更量算出部、１３…制御量ＰＶｉ変化レート算出部、１４…昇温時間算出部、１５…必要出力推定部、１６…使用電力合計算出部、１６ａ…使用エネルギー合計算出部、１７，１７ａ…探索処理部、１８…昇温時間設定部、１９…割当総電力判定部、１９ａ…割当総エネルギー判定部、２０−ｉ…制御部、２１−ｉ…設定値ＳＰｉ入力部、２２−ｉ…制御量ＰＶｉ入力部、２３−ｉ…ＰＩＤ制御演算部、２４−ｉ…出力上限処理部、２５−ｉ…操作量ＭＶｉ出力部、Ｈ１〜Ｈ４…ヒータ、Ｓ１〜Ｓ４…温度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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