(57)【要約】【課題】高度制御が実装された装置の演算機能や通信機能が停止したときに発生し得るリスクを低減する。【解決手段】上位側制御演算部１０は、高度制御演算により操作量ＭＶ２を算出する。入出力データ記憶部１２は、多項式モデルの入力変数を入力実績データ、操作量ＭＶ２を出力実績データとして記憶する。実行指示部１３は、予め規定されたタイミングで帰納的解析を実行するように指示する。帰納的解析部１４は、入出力データ記憶部１２に記憶された直近のデータセットを利用して帰納的解析を実行し、多項式モデルの係数を算出する。下位側制御演算部２０は、多項式モデルにより操作量ＭＶ１を算出する。操作量出力部２２は、操作量ＭＶ２が設定された制御周期においては操作量ＭＶとして操作量ＭＶ２を採用し、操作量ＭＶ２が設定されなかった制御周期においては操作量ＭＶとして操作量ＭＶ１を採用する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高度制御演算により操作量を算出する上位側制御演算装置と、高度制御を代行可能な多項式モデルにより操作量を算出する下位側制御演算装置とを備え、
前記上位側制御演算装置は、
高度制御演算により入力変数から操作量ＭＶ２を予め規定された制御周期毎に算出する上位側制御演算手段と、
この上位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２を前記下位側制御演算装置に設定する上位側操作量設定手段と、
前記多項式モデルの入力変数を入力実績データ、前記上位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２を出力実績データとして、これら入力実績データと出力実績データとをデータセットとして記憶する入出力データ記憶手段と、
予め規定されたタイミングで、帰納的解析を実行するように指示する実行指示手段と、
この実行指示手段からの指示に応じて、前記入出力データ記憶手段に記憶されたデータセットのうち直近の収集期間で収集されたデータセットを利用して帰納的解析を実行し、前記多項式モデルの係数を算出する帰納的解析手段と、
この帰納的解析手段で算出された前記多項式モデルの係数を前記下位側制御演算装置に設定する係数出力手段とを有し、
前記下位側制御演算装置は、
前記多項式モデルにより入力変数から操作量ＭＶ１を予め規定された制御周期毎に算出する下位側制御演算手段と、
操作量ＭＶ２が設定された制御周期においては制御対象に出力すべき操作量ＭＶとして操作量ＭＶ２を採用し、操作量ＭＶ２が設定されなかった制御周期においては制御対象に出力すべき操作量ＭＶとして操作量ＭＶ１を採用し、操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力手段とを有することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の制御装置において、
前記上位側制御演算装置は、前記下位側制御演算装置よりも複雑な演算を実行可能なコンピュータであり、
前記下位側制御演算装置は、前記上位側制御演算装置よりも安定して動作するように設計された制御機器であり、
前記高度制御演算は、前記下位側制御演算装置では処理できないレベルの演算であることを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の制御装置において、
前記制御対象は、一連の制御工程が繰り返される性質のものであり、
前記予め規定されたタイミングは、前記一連の制御工程が完了したタイミングであることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の制御装置において、
前記制御対象は、製造プロセスにおける状態量であり、
前記予め規定されたタイミングは、製造プロセスの一連の制御工程が完了したタイミングであることを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項３記載の制御装置において、
前記制御対象は、空調制御における状態量であり、
前記予め規定されたタイミングは、エネルギー管理の実施単位となる一連の制御工程が完了したタイミングであることを特徴とする制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置において、
前記多項式モデルの数式は、ＰＩＤ制御演算を実現する数式であり、前記下位側制御演算手段は、ＰＩＤ制御演算手段として機能することを特徴とする制御装置。
【請求項７】
上位側制御演算装置の上位側制御演算手段が、高度制御演算により入力変数から操作量ＭＶ２を予め規定された制御周期毎に算出する上位側制御演算ステップと、
前記上位側制御演算手段の上位側操作量設定手段が、前記上位側制御演算ステップで算出された操作量ＭＶ２を下位側制御演算装置に設定する上位側操作量設定ステップと、
前記上位側制御演算手段の入出力データ記憶手段が、多項式モデルの入力変数を入力実績データ、前記上位側制御演算ステップで算出された操作量ＭＶ２を出力実績データとして、これら入力実績データと出力実績データとをデータセットとして記憶する入出力データ記憶ステップと、
前記上位側制御演算手段の実行指示手段が、予め規定されたタイミングで、帰納的解析を実行するように指示する実行指示ステップと、
前記上位側制御演算手段の帰納的解析手段が、前記実行指示ステップによる指示に応じて、前記入出力データ記憶手段に記憶されたデータセットのうち直近の収集期間で収集されたデータセットを利用して帰納的解析を実行し、前記多項式モデルの係数を算出する帰納的解析ステップと、
前記上位側制御演算手段の係数出力手段が、前記帰納的解析ステップで算出された前記多項式モデルの係数を前記下位側制御演算装置に設定する係数出力ステップと、
前記下位側制御演算装置の下位側制御演算手段が、前記多項式モデルにより入力変数から操作量ＭＶ１を予め規定された制御周期毎に算出する下位側制御演算ステップと、
前記下位側制御演算装置の操作量出力手段が、操作量ＭＶ２が設定された制御周期においては制御対象に出力すべき操作量ＭＶとして操作量ＭＶ２を採用し、操作量ＭＶ２が設定されなかった制御周期においては制御対象に出力すべき操作量ＭＶとして操作量ＭＶ１を採用し、操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力ステップとを備えることを特徴とする制御方法。
【請求項８】
請求項７記載の制御方法において、
前記上位側制御演算装置は、前記下位側制御演算装置よりも複雑な演算を実行可能なコンピュータであり、
前記下位側制御演算装置は、前記上位側制御演算装置よりも安定して動作するように設計された制御機器であり、
前記高度制御演算は、前記下位側制御演算装置では処理できないレベルの演算であることを特徴とする制御方法。
【請求項９】
請求項７または８記載の制御方法において、
前記制御対象は、一連の制御工程が繰り返される性質のものであり、
前記予め規定されたタイミングは、前記一連の制御工程が完了したタイミングであることを特徴とする制御方法。
【請求項１０】
請求項９記載の制御方法において、
前記制御対象は、製造プロセスにおける状態量であり、
前記予め規定されたタイミングは、製造プロセスの一連の制御工程が完了したタイミングであることを特徴とする制御方法。
【請求項１１】
請求項９記載の制御方法において、
前記制御対象は、空調制御における状態量であり、
前記予め規定されたタイミングは、エネルギー管理の実施単位となる一連の制御工程が完了したタイミングであることを特徴とする制御方法。
【請求項１２】
請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記多項式モデルの数式は、ＰＩＤ制御演算を実現する数式であり、前記下位側制御演算ステップは、ＰＩＤ制御演算ステップとして機能することを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高度制御のような上位側制御の停止を下位側の制御で補うバックアップ機能を実現する制御装置および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、多変数モデル予測制御などの技術に基づく高度制御（例えば大規模プラントで利用されるAdvanced Process Control）技術が知られている。多変数モデル予測制御は、制御変数や操作変数などの多変数間の関係をモデル化して、拘束条件や経済効率などの相互関係を与えることで、最適運転・経済運転を行なうための制御である。このような多変数モデル予測制御（特許文献１参照）あるいは多点温度均熱化制御（特許文献２参照）の上位側や目標値整形制御（特許文献３参照）の上位側やシミュレーションベースのオープンループ制御（特許文献４参照）のような高度制御と、ＰＩＤ制御とのハイブリッド制御を実現する手法としては、上位側の高度制御の出力を下位側のＰＩＤ制御の設定値ＳＰとして設定する手法が考えられる。
【０００３】
図６は高度制御とＰＩＤ制御とを組み合わせたハイブリッド制御系の構成を示すブロック図である。多くのケースで、高度制御演算装置１００は、複数の状態観測値を取り込む多入力のアルゴリズムが採用され、シミュレーションや最適化演算などを経て、温度や圧力などの状態量について維持すべき値（目標値）を算出する。このような高度制御演算装置１００は、ＰＣなどのハイスペックなハードウェアで実現される。そして、温度や圧力などの単変数の状態量を目標値に維持するために、温調計１０１は、高度制御演算装置１００が算出した目標値を設定値ＳＰとして、制御対象１０２（図６の例では半導体製造装置）の電力調整器やバルブ等への指示値である操作量ＭＶを、ＰＩＤ制御演算により算出する。
【０００４】
したがって、上位側の高度制御演算装置１００のハードウェアが故障したとしても、設定値ＳＰが維持されたままのＰＩＤ制御が継続するので、温度や圧力などの状態量が暴走することは起こらない。すなわち、制御方式としては、高度制御の異常をＰＩＤ制御で補うバックアップ構造（分散化構造）になる。
【０００５】
一方で、高度制御演算装置１００が、操作量ＭＶを直接算出するケースもある（図７）。この場合、制御方式としては、ハイスペックハードウェアによる集中方式と言うべき構造（集中化構造）になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７５８８６２号公報
【特許文献２】特許第４３５８６７４号公報
【特許文献３】特許第４６３９８２１号公報
【特許文献４】特開平１０−２８５８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
多くのケースで、高度制御は複数の状態観測値を取り込む多入力の複雑なアルゴリズムが採用されるのであるが、それゆえに演算量も大きくなる。そして、演算量が大きい（演算や通信が集中的になる）高度制御は、演算機能や通信機能が停止するリスクも無視できないということになるので、図７に示したような集中化構造で装置を実装するのは、リスクの高い計装ということになる。
【０００８】
図７に示したような集中化構造で高度制御演算装置１００の演算機能や通信機能が停止してしまうと、例えば、半導体、石油化学、鉄鋼などの製造プロセスにおける状態量制御（温度制御や圧力制御など）では、製造停止になるなど大きな問題が生じる。また、熱源最適化などのエネルギー管理を含む建物の空調制御では、電力デマンド超過などの問題が生じる。
【０００９】
図６に示したような分散化構造であれば、高度制御演算装置１００の異常を下位の温調計１０１で補うことができるが、図７に示したように高度制御演算装置１００が操作量ＭＶを直接算出するケースでは、市販の温調計１０１をそのまま利用することは困難である。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、操作量ＭＶを直接算出する高度制御が実装された高度制御演算装置の演算機能や通信機能が停止したときに発生し得る製造停止、電力デマンド超過、制御性能低下などのリスクを低減することができる制御装置および制御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】
【００１１】
本発明の制御装置は、高度制御演算により操作量を算出する上位側制御演算装置と、高度制御を代行可能な多項式モデルにより操作量を算出する下位側制御演算装置とを備え、前記上位側制御演算装置は、高度制御演算により入力変数から操作量ＭＶ２を予め規定された制御周期毎に算出する上位側制御演算手段と、この上位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２を前記下位側制御演算装置に設定する上位側操作量設定手段と、前記多項式モデルの入力変数を入力実績データ、前記上位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２を出力実績データとして、これら入力実績データと出力実績データとをデータセットとして記憶する入出力データ記憶手段と、予め規定されたタイミングで、帰納的解析を実行するように指示する実行指示手段と、この実行指示手段からの指示に応じて、前記入出力データ記憶手段に記憶されたデータセットのうち直近の収集期間で収集されたデータセットを利用して帰納的解析を実行し、前記多項式モデルの係数を算出する帰納的解析手段と、この帰納的解析手段で算出された前記多項式モデルの係数を前記下位側制御演算装置に設定する係数出力手段とを有し、前記下位側制御演算装置は、前記多項式モデルにより入力変数から操作量ＭＶ１を予め規定された制御周期毎に算出する下位側制御演算手段と、操作量ＭＶ２が設定された制御周期においては制御対象に出力すべき操作量ＭＶとして操作量ＭＶ２を採用し、操作量ＭＶ２が設定されなかった制御周期においては制御対象に出力すべき操作量ＭＶとして操作量ＭＶ１を採用し、操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力手段とを有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記上位側制御演算装置は、前記下位側制御演算装置よりも複雑な演算を実行可能なコンピュータであり、前記下位側制御演算装置は、前記上位側制御演算装置よりも安定して動作するように設計された制御機器であり、前記高度制御演算は、前記下位側制御演算装置では処理できないレベルの演算である。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記制御対象は、一連の制御工程が繰り返される性質のものであり、前記予め規定されたタイミングは、前記一連の制御工程が完了したタイミングである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記制御対象は、製造プロセスにおける状態量であり、前記予め規定されたタイミングは、製造プロセスの一連の制御工程が完了したタイミングである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記制御対象は、空調制御における状態量であり、前記予め規定されたタイミングは、エネルギー管理の実施単位となる一連の制御工程が完了したタイミングである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記多項式モデルの数式は、ＰＩＤ制御演算を実現する数式であり、前記下位側制御演算手段は、ＰＩＤ制御演算手段として機能する。
【００１３】
また、本発明の制御方法は、上位側制御演算装置の上位側制御演算手段が、高度制御演算により入力変数から操作量ＭＶ２を予め規定された制御周期毎に算出する上位側制御演算ステップと、前記上位側制御演算手段の上位側操作量設定手段が、前記上位側制御演算ステップで算出された操作量ＭＶ２を下位側制御演算装置に設定する上位側操作量設定ステップと、前記上位側制御演算手段の入出力データ記憶手段が、多項式モデルの入力変数を入力実績データ、前記上位側制御演算ステップで算出された操作量ＭＶ２を出力実績データとして、これら入力実績データと出力実績データとをデータセットとして記憶する入出力データ記憶ステップと、前記上位側制御演算手段の実行指示手段が、予め規定されたタイミングで、帰納的解析を実行するように指示する実行指示ステップと、前記上位側制御演算手段の帰納的解析手段が、前記実行指示ステップによる指示に応じて、前記入出力データ記憶手段に記憶されたデータセットのうち直近の収集期間で収集されたデータセットを利用して帰納的解析を実行し、前記多項式モデルの係数を算出する帰納的解析ステップと、前記上位側制御演算手段の係数出力手段が、前記帰納的解析ステップで算出された前記多項式モデルの係数を前記下位側制御演算装置に設定する係数出力ステップと、前記下位側制御演算装置の下位側制御演算手段が、前記多項式モデルにより入力変数から操作量ＭＶ１を予め規定された制御周期毎に算出する下位側制御演算ステップと、前記下位側制御演算装置の操作量出力手段が、操作量ＭＶ２が設定された制御周期においては制御対象に出力すべき操作量ＭＶとして操作量ＭＶ２を採用し、操作量ＭＶ２が設定されなかった制御周期においては制御対象に出力すべき操作量ＭＶとして操作量ＭＶ１を採用し、操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力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】
【００１４】
本発明によれば、高度制御演算により操作量を算出する上位側制御演算装置に、上位側制御演算手段と上位側操作量設定手段と入出力データ記憶手段と帰納的解析手段と係数出力手段とを設け、高度制御を代行可能な多項式モデルにより操作量を算出する下位側制御演算装置に、下位側制御演算手段と操作量出力手段とを設けることにより、操作量ＭＶを直接算出する高度制御アルゴリズムが実装された上位側制御演算装置の演算機能や通信機能が停止したときに発生し得る製造停止、電力デマンド超過、制御性能低下などのリスクを低減することができる。また、本発明では、直近の実績データを利用して入力変数の変動範囲を限定することで、多項式近似を容易に行なうことができる。また、本発明では、上位側制御演算装置のハードウェアの故障などだけではなく、高度制御のパラメータ修正を行なう計画的なメンテナンス時にも対応することができる。
【００１５】
また、本発明では、制御対象を、一連の制御工程が繰り返される性質のものとし、一連の制御工程が完了したタイミングを、予め規定されたタイミングとして、このタイミングで帰納的解析を実行するように指示を出すので、直近の実績データを用いて多項式近似を容易に行なうことができる。
【００１６】
また、本発明では、多項式モデルの数式として、ＰＩＤ制御演算を実現する数式を用いることにより、下位側制御演算装置の下位側制御演算手段をＰＩＤ制御演算手段として機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る制御系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制御装置の詳細な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高度制御演算装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る専用コントローラの動作を説明するフローチャートである。
【図５】入力実績データと出力実績データの１例を示す図である。
【図６】高度制御とＰＩＤ制御とを組み合わせたハイブリッド制御系の構成を示すブロック図である。
【図７】高度制御単独の制御系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】
【００１８】
［発明の原理１］
分散配置により高度制御を代行できるハードウェアとしては、専用コントローラとして利用可能なプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ：Programmable Logic Controller）がある。このような専用コントローラを用いる場合、多入力の複雑なアルゴリズムは実装できない。そこで、帰納的解析手法などにより求められるコンパクトな多項式モデルを、専用コントローラに実装し、高度制御演算装置の下位側（バックアップ側）に配置するものとする。
【００１９】
専用コントローラを用いる場合、多入力である入力変数の全ての変数域をカバーする多項式を作成するのは、困難と考えるのが妥当である。その理由は、下記の（Ａ）、（Ｂ）のとおりである。
（Ａ）事前に全入力変数域をカバーするシミュレーションにより、帰納的解析手法で利用するデータを生成させるのは、困難であると同時に効率的ではない。
（Ｂ）強非線形系の複雑な入出力関係になれば、全変数域を実用レベルの精度で置換（近似）できる多項式を得るのが困難である。
【００２０】
そこで、発明者は、予め規定された直近の実績データ（上位側の高度制御の実績データ）を用いて簡単な多項式モデルを作成し、高度制御アルゴリズムの非常時用バックアップとして、分散配置の専用コントローラに定期的に多項式モデルの係数をダウンロードすることに想到した。このような構成によれば、入力変数の全ての変数域をカバーする多項式モデルを作成するよりも合理的である。その理由は、下記の（Ｃ）、（Ｄ）のとおりである。
【００２１】
（Ｃ）多数ある入力変数の全てが同じペースで変動するわけではなく、いくつかの入力変数には多項式係数の定期的なダウンロードのペースよりも変動が遅いものが含まれると考えるのが妥当である。したがって、そのような入力変数は、規定された直近の範囲においてはほぼ一定値になり、実質的に変数として扱われないので、多項式近似が行ないやすくなる。
【００２２】
（Ｄ）多数ある入力変数の多くのものが、最小値から最大値までの全範囲にわたって観測・計測されるわけではなく、製造プロセスの工程などに依存して変動範囲が限られる。したがって、直近の実績データを利用して変動範囲を限定することで、入出力間の非線形性を緩和できるので、多項式近似が行ないやすくなる。
【００２３】
［発明の原理２］
半導体、石油化学、鉄鋼などの製造プロセスであれば、特に製造プロセスの繰返し工程を基準にして、直近の実績データを規定するのが好ましい。例えば温度制御であれば、１回の昇降温動作を一連の制御工程としたり、３回の昇降温動作を一連の制御工程としたりして、これら一連の制御工程が完了したタイミングを、多項式モデルを更新するタイミングとする。そして、製造プロセスに冷却水や圧縮空気を供給するユーティリティなどの外的環境要素（冷却水温度、空気圧）や、ヒータ劣化や配管汚れなどに起因する内的環境要素（最大発熱量、最大流量）は、「変動が遅いもの」に相当する。
【００２４】
また、エネルギー管理を含む空調制御であれば、外気変動サイクルに対応するエネルギー管理の工程を基準にして、直近の実績データを規定するのが好ましい。例えば１日を一連の制御工程としたり、３日間を一連の制御工程としたりして、これら一連の制御工程が完了したタイミングを、多項式モデルを更新するタイミングとする。そして、日間での変動が小さい季節変動要素は、「変動が遅いもの」に相当する。
【００２５】
以上のようにして直近の実績データを規定すれば、本来必要な入力変数が必要な変動範囲だけ観測・計測される形で、実績データを収集できるようになる。すなわち、直近の一連の制御工程を再現するための多項式モデルを作成可能な実績データを収集できるようになる。このような実績データの規定方法によれば、直近の実績データ以外のデータ（過去の大量の実績データ）を、保存しておく必要もない。
【００２６】
［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、広い概念でのフレームワークとしての例を示すものである。図１は本実施の形態に係る制御系の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御系は、上位側制御演算装置である高度制御演算装置１と、下位側制御演算装置である専用コントローラ２と、制御対象３とから構成される。図１では、制御対象３として、半導体製造プロセスで用いる半導体製造装置を例に挙げている。
【００２７】
図２は本実施の形態の制御装置の詳細な構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、図１に示した高度制御演算装置１と専用コントローラ２とから構成される。
高度制御演算装置１は、高度制御演算により入力変数から操作量ＭＶ２を予め規定された制御周期毎に算出する上位側制御演算部１０と、操作量ＭＶ２を専用コントローラ２内の後述する操作量出力部に設定する上位側操作量設定部１１と、多項式モデルの入力変数を入力実績データ、上位側制御演算部１０で算出された操作量ＭＶ２を出力実績データとして、これら入力実績データと出力実績データとをデータセットとして記憶する入出力データ記憶部１２と、予め規定されたタイミングで、帰納的解析を実行するように指示する実行指示部１３と、実行指示部１３からの指示に応じて、入出力データ記憶部１２に記憶されたデータセットのうち直近の収集期間で収集されたデータセットを利用して帰納的解析を実行し、入出力間の関係を表す多項式モデルの係数を算出する帰納的解析部１４と、算出された多項式モデルの係数を、専用コントローラ２内の後述する係数設定部に出力する係数出力部１５とを有する。
【００２８】
専用コントローラ２は、多項式モデルにより入力変数から操作量ＭＶ１を予め規定された制御周期毎に算出する下位側制御演算部２０と、操作量ＭＶ１を後述する操作量出力部に設定する下位側操作量設定部２１と、操作量ＭＶ２が設定された制御周期においては制御対象３に出力すべき操作量ＭＶとして操作量ＭＶ２を採用し、操作量ＭＶ２が設定されなかった制御周期においては制御対象３に出力すべき操作量ＭＶとして操作量ＭＶ１を採用し、操作量ＭＶを制御対象３に出力する操作量出力部２２と、高度制御演算装置１内の係数出力部１５から多項式モデルの係数が入力されたときに、この係数を下位側制御演算部２０の多項式モデルの係数として設定する係数設定部２３とを有する。
【００２９】
高度制御演算装置１と専用コントローラ２の各々は、それぞれ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。各々の装置のＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って以下の処理を実行する。
【００３０】
本実施の形態の制御装置の動作として、まず最初に多項式モデルの初期モデルを作成する段階の動作を図３、図４を用いて説明する。図３は高度制御演算装置１の動作を説明するフローチャート、図４は専用コントローラ２の動作を説明するフローチャートである。
【００３１】
高度制御演算装置１の上位側制御演算部１０は、制御対象３に出力されることを想定した操作量ＭＶ２を、次式の制御演算式により算出する（図３ステップＳ１００）。
ＭＶ２＝ｆ（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４）                            ・・・（１）
【００３２】
式（１）において、ｆは高度で複雑なシミュレーションベースの操作量算出アルゴリズム（高度制御アルゴリズム）により予め規定された関数、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４は入力変数（温度センサで計測される温度のような状態量計測値など）である。本実施の形態では入力変数を４個と仮定するが、４個とは限らない。
【００３３】
入力変数Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４の中には、季節に応じて変動する入力変数のような特に長い時間をかけて変動するものも含まれている。このような長い時間をかけて変動する入力変数は、帰納的解析を自動実行する際のデータセット内では、ほぼ一定値になるものとする。また、入力変数Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４の中には、想定し得る最小値から最大値までの全範囲のうち一部の範囲しか計測されないものも含まれている。このような入力変数は、帰納的解析を自動実行する際のデータセット内では、操作量ＭＶ２への影響がほぼ線形的になるものとする。
【００３４】
続いて、高度制御演算装置１の上位側操作量設定部１１は、上位側制御演算部１０で算出された操作量ＭＶ２を専用コントローラ２内の操作量出力部２２に設定する（図３ステップＳ１０１）。
【００３５】
高度制御演算装置１の入出力データ記憶部１２は、現在の制御周期で観測された、多項式モデルの入力変数Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４を入力実績データとし、現在の制御周期で上位側制御演算部１０が算出した操作量ＭＶ２を出力実績データとして、これら入力実績データと出力実績データとをデータセットＡｉとして逐次記憶する（図３ステップＳ１０２）。
Ａｉ＝（Ｘ１ｉ，Ｘ２ｉ，Ｘ３ｉ，Ｘ４ｉ，ＭＶ２ｉ）              ・・・（２）
【００３６】
Ｘ１ｉ，Ｘ２ｉ，Ｘ３ｉ，Ｘ４ｉはそれぞれ現在の制御周期ｉにおける入力変数Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４、ＭＶ２ｉは現在の制御周期ｉで算出された操作量ＭＶ２である。図５は入力実績データと出力実績データの１例を示す図である。図５において、Ｘ１，Ｘ４は一定値あるいはほぼ一定値になる変数であり、Ｘ３は最小値から最大値までの全範囲のうち一部の範囲しか計測されない変数に相当する。なお、図５は、理解を容易にするために、製造プロセスで実際に得られるデータイメージを簡素化した架空のデータ例を示している。
【００３７】
ここでは、操作量ＭＶ１を算出するための多項式モデルが未確定の段階なので（図４ステップＳ２００においてＮＯ）、専用コントローラ２の下位側制御演算部２０および下位側操作量設定部２１は処理を実行しない。
専用コントローラ２の操作量出力部２２は、現在の制御周期で高度制御演算装置１の上位側操作量設定部１１から操作量ＭＶ２が設定されたため（図４ステップＳ２０３においてＹＥＳ）、制御対象３に出力する操作量ＭＶとして操作量ＭＶ２を採用し、この操作量ＭＶを制御対象３（実際の出力先は電力調整器やバルブ等）に出力する（図４ステップＳ２０４）。
【００３８】
高度制御演算装置１においては以上のステップＳ１００〜Ｓ１０２の処理が、一連の制御工程が完了するまで（図３ステップＳ１０６においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行され、専用コントローラ２においてはステップＳ２００，Ｓ２０３，Ｓ２０４の処理が、多項式モデルが確定するか（図４ステップＳ２００においてＹＥＳ）、一連の制御工程が完了するまで（図４ステップＳ２０８においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。なお、高度制御演算装置１の制御周期と専用コントローラ２の制御周期は同じでよい。
【００３９】
一連の制御工程を完了したタイミングが予め規定されていることにより、一連の制御工程のデータセットＡｉ（ｉ＝１〜ｎ）が高度制御演算装置１の入出力データ記憶部１２に蓄積されたタイミングで、実行指示部１３から、帰納的解析を実行するように指示が送られる（図３ステップＳ１０３においてＹＥＳ）。
【００４０】
例えば半導体製造プロセスの１回の昇降温動作が、データセットＡｉを収集する一連の制御工程であり、図５に示すように操作量ＭＶ２が上昇した後に所定の閾値以下の低い値に戻ったときが、制御工程が完了したタイミングであると規定されている場合、実行指示部１３は、操作量ＭＶ２が上昇した後に閾値以下の低い値に戻った時点で、帰納的解析を実行するように指示を出す。また、スケジューリングされた製造プロセスや空調制御であれば、データセットＡｉを収集する一連の制御工程が完了するタイミングを、予め時刻で指定しておけばよい。これにより、実行指示部１３は、指定された時刻になったときに、帰納的解析を実行するように指示を出すことができる。
【００４１】
実行指示部１３からの指示に応じて、高度制御演算装置１の帰納的解析部１４は、入出力データ記憶部１２に蓄積された直近のデータセットＡｉ（ｉ＝１〜ｎ）（すなわち直近の入出力データ）を用いて、帰納的解析（例えばＳＶＲ（Support Vector Regression）や重回帰分析など）により、次式のような多項式モデルの係数Ｒ１_a，Ｒ２_a，Ｒ３_a，Ｒ４_a，Ｒ５_aを算出する（図３ステップＳ１０４）。
ＭＶ２＝Ｒ１_a・Ｘ１＋Ｒ２_a・Ｘ２＋Ｒ３_a・Ｘ３＋Ｒ４_a・Ｘ４＋Ｒ５_a
・・・（３）
【００４２】
なお、本実施の形態では、多項式モデルの数式を１次の多項式としたが、２次以上の多項式としても構わない。また、本実施の形態では、多項式モデルの入力変数と高度制御アルゴリズムの入力変数が同一であるが、多項式モデルと高度制御アルゴリズムの入力変数が異なっていても構わない。入出力データ記憶部１２は、多項式モデルの入力変数を蓄積すればよい。
【００４３】
高度制御演算装置１の係数出力部１５は、算出された係数Ｒ１_a，Ｒ２_a，Ｒ３_a，Ｒ４_a，Ｒ５_aを、多項式モデルの初期モデルの係数として、専用コントローラ２内の係数設定部２３に出力する（図３ステップＳ１０５）。
【００４４】
専用コントローラ２の係数設定部２３は、高度制御演算装置１の係数出力部１５から多項式モデルの係数Ｒ１_a，Ｒ２_a，Ｒ３_a，Ｒ４_a，Ｒ５_aが出力された場合には（図４ステップＳ２０６においてＹＥＳ）、この係数Ｒ１_a，Ｒ２_a，Ｒ３_a，Ｒ４_a，Ｒ５_aを、下位側制御演算部２０の多項式モデルの係数として設定する（図４ステップＳ２０７）。
ＭＶ１＝Ｒ１_a・Ｘ１＋Ｒ２_a・Ｘ２＋Ｒ３_a・Ｘ３＋Ｒ４_a・Ｘ４＋Ｒ５_a
・・・（４）
【００４５】
なお、式（４）の多項式自体は、下位側制御演算部２０に予め実装されている。係数Ｒ１_a，Ｒ２_a，Ｒ３_a，Ｒ４_a，Ｒ５_aの設定により、操作量ＭＶ１を算出するための多項式モデルが確定する。
【００４６】
次に、本実施の形態の制御装置の動作として、高度制御演算装置１の停止を専用コントローラ２による制御で補うバックアップ動作を説明する。
高度制御演算装置１の上位側制御演算部１０および上位側操作量設定部１１の動作（図３のステップＳ１００，Ｓ１０１）は上記のとおりである。高度制御演算装置１の入出力データ記憶部１２は、現在の制御周期で観測された、多項式モデルの入力変数Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４を入力実績データとし、現在の制御周期で上位側制御演算部１０が算出した操作量ＭＶ２を出力実績データとして、これら入力実績データと出力実績データとをデータセットＢｉとして逐次記憶する（図３ステップＳ１０２）。
Ｂｉ＝（Ｘ１ｉ，Ｘ２ｉ，Ｘ３ｉ，Ｘ４ｉ，ＭＶ２ｉ）              ・・・（５）
【００４７】
ここでは、上記の処理により多項式モデルが確定しているため（図４ステップＳ２００においてＹＥＳ）、専用コントローラ２の下位側制御演算部２０は、制御対象３に出力されることを想定した操作量ＭＶ１を、式（４）で表される多項式モデルにより算出する（図４ステップＳ２０１）。
専用コントローラ２の下位側操作量設定部２１は、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ１を操作量出力部２２に設定する（図４ステップＳ２０２）。
【００４８】
専用コントローラ２の操作量出力部２２は、現在の制御周期で高度制御演算装置１の上位側操作量設定部１１から操作量ＭＶ２が設定されたため（図４ステップＳ２０３においてＹＥＳ）、制御対象３に出力する操作量ＭＶとして操作量ＭＶ２を採用し、この操作量ＭＶを制御対象３（実際の出力先は電力調整器やバルブ等）に出力する（図４ステップＳ２０４）。
【００４９】
高度制御演算装置１においては以上のステップＳ１００〜Ｓ１０２の処理が、一連の制御工程が完了するまで（図３ステップＳ１０６においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行され、専用コントローラ２においてはステップＳ２００〜Ｓ２０４の処理が、一連の制御工程が完了するまで（図４ステップＳ２０８においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。ただし、途中で高度制御演算装置１が何らかの事情により停止した場合、下記の処理に切り換わる。
【００５０】
何らかの事情により高度制御演算装置１が図５に示すように停止してしまうと、上位側制御演算部１０、上位側操作量設定部１１および入出力データ記憶部１２は処理を実行することができない。
【００５１】
専用コントローラ２の下位側制御演算部２０および下位側操作量設定部２１の動作（図４ステップＳ２０１，Ｓ２０２）は上記のとおりである。専用コントローラ２の操作量出力部２２は、現在の制御周期で高度制御演算装置１の上位側操作量設定部１１から操作量ＭＶ２が設定されなかったため（図４ステップＳ２０３においてＮＯ）、制御対象３に出力する操作量ＭＶとして下位側操作量設定部２１から設定された操作量ＭＶ１を採用し、この操作量ＭＶを制御対象３に出力する（図４ステップＳ２０５）。
【００５２】
高度制御演算装置１が停止した場合、以上のステップＳ２００〜Ｓ２０３，Ｓ２０５の処理が、一連の制御工程が完了するまで（図４ステップＳ２０８においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。一連の制御工程を完了したタイミングでも、高度制御演算装置１が停止していて、データセットＢｉ（ｉ＝１〜ｍ）が一連の制御工程の分だけ蓄積されたことにならないので、高度制御演算装置１の実行指示部１３が帰納的解析の実行指示を出すことはない。
【００５３】
次に、本実施の形態の制御装置の動作として、高度制御演算装置１による高度制御を専用コントローラ２がバックアップし、多項式モデルを更新する動作を説明する。
高度制御演算装置１の上位側制御演算部１０および上位側操作量設定部１１の動作（図３のステップＳ１００，Ｓ１０１）は上記のとおりである。高度制御演算装置１の入出力データ記憶部１２は、現在の制御周期で観測された、多項式モデルの入力変数Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４を入力実績データとし、現在の制御周期で上位側制御演算部１０が算出した操作量ＭＶ２を出力実績データとして、これら入力実績データと出力実績データとをデータセットＣｉとして逐次記憶する（図３ステップＳ１０２）。
Ｃｉ＝（Ｘ１ｉ，Ｘ２ｉ，Ｘ３ｉ，Ｘ４ｉ，ＭＶ２ｉ）              ・・・（６）
【００５４】
専用コントローラ２の下位側制御演算部２０および下位側操作量設定部２１の動作（図４ステップＳ２０１，Ｓ２０２）は上記のとおりである。
専用コントローラ２の操作量出力部２２は、現在の制御周期で高度制御演算装置１の上位側操作量設定部１１から操作量ＭＶ２が設定されたため（図４ステップＳ２０３においてＹＥＳ）、制御対象３に出力する操作量ＭＶとして操作量ＭＶ２を採用し、この操作量ＭＶを制御対象３に出力する（図４ステップＳ２０４）。
【００５５】
高度制御演算装置１においてはステップＳ１００〜Ｓ１０２の処理が、一連の制御工程が完了するまで（図３ステップＳ１０６においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行され、専用コントローラ２においてはステップＳ２００〜Ｓ２０４の処理が、一連の制御工程が完了するまで（図４ステップＳ２０８においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。
【００５６】
一連の制御工程を完了したタイミングが予め規定されていることにより、一連の制御工程のデータセットＣｉ（ｉ＝１〜ｎ）が高度制御演算装置１の入出力データ記憶部１２に蓄積されたタイミングで、実行指示部１３から、帰納的解析を実行するように指示が送られる（図３ステップＳ１０３においてＹＥＳ）。
【００５７】
実行指示部１３からの指示に応じて、高度制御演算装置１の帰納的解析部１４は、入出力データ記憶部１２に蓄積された直近のデータセットＣｉ（ｉ＝１〜ｎ）（すなわち直近の入出力データ）を用いて、帰納的解析により、式（３）のような多項式モデルの係数Ｒ１_a，Ｒ２_a，Ｒ３_a，Ｒ４_a，Ｒ５_aを算出する（図３ステップＳ１０４）。高度制御演算装置１の係数出力部１５は、算出された係数Ｒ１_a，Ｒ２_a，Ｒ３_a，Ｒ４_a，Ｒ５_aを、多項式モデルの更新後の係数として、専用コントローラ２内の係数設定部２３に出力する（図３ステップＳ１０５）。
【００５８】
専用コントローラ２の係数設定部２３は、高度制御演算装置１の係数出力部１５から多項式モデルの係数Ｒ１_a，Ｒ２_a，Ｒ３_a，Ｒ４_a，Ｒ５_aが出力された場合には（図４ステップＳ２０６においてＹＥＳ）、この係数Ｒ１_a，Ｒ２_a，Ｒ３_a，Ｒ４_a，Ｒ５_aを、下位側制御演算部２０の多項式モデルの係数として設定する（図４ステップＳ２０７）。この係数Ｒ１_a，Ｒ２_a，Ｒ３_a，Ｒ４_a，Ｒ５_aの設定により、操作量ＭＶ１を算出するための多項式モデルが更新される。
【００５９】
本実施の形態では、一連の制御工程のデータセットＡｉ，Ｂｉ，Ｃｉ・・・・がそれぞれ得られたときに、個々のデータセットＡｉ，Ｂｉ，Ｃｉをそれぞれ直近の入出力データとして扱った説明にした。しかし、このような構成に限らず、多項式モデルの更新においては、データセットＢｉが蓄積されたタイミングで、データセットＢｉとその前に収集されたデータセットＡｉとをまとめて直近の入出力データとし、データセットＣｉが蓄積されたタイミングで、データセットＣｉとその前に収集されたデータセットＢｉとをまとめて直近の入出力データとするようにしてもよい。すなわち、制御特性が大きく変化しない期間においては、直近の入出力データとして扱える期間は、自由に拡張することができる。
【００６０】
半導体、石油化学、鉄鋼などの製造プロセスの温度制御であれば、１回の昇降温動作を、データセットを収集して多項式モデルを更新する一連の制御工程とする必要はなく、３回の昇降温動作を、データセットを収集して多項式モデルを更新する一連の制御工程としてもよい。また、エネルギー管理を含む空調制御であれば、１日毎の制御を、データセットを収集して多項式モデルを更新する一連の制御工程とする必要はなく、３日間の制御を、データセットを収集して多項式モデルを更新する一連の制御工程としてもよい。
【００６１】
また、本実施の形態では、ハードウェアの故障等により高度制御演算装置１の演算機能や通信機能が停止して操作量ＭＶ２が設定されないケースを示したが、高度制御のパラメータ修正を行なうメンテナンス時に高度制御演算装置１を停止させるような場合においても、専用コントローラ２によるバックアップ機能を利用できる。この場合、メンテナンス実施時に、予めバックアップモードに切換えられるように、操作量出力部２２に切換え機能を備えておいてもよい。
【００６２】
また、図２に示した高度制御演算装置１に実装される各構成要素は、１台のコンピュータに実装されるものとは限られない。例えば、入出力データは本発明以外の用途でも利用し得るものなので、入出力データ記憶部１２を、帰納的解析部１４などとは別のコンピュータ内にデータベースシステムとして設けるようにしてもよい。
【００６３】
［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。本実施の形態は、本発明の特殊な形態を示すものである。本実施の形態においても、制御装置の構成は第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。
【００６４】
本実施の形態では、専用コントローラ２の下位側制御演算部２０に予め設定されている多項式モデルの数式は、ＰＩＤ制御演算を実現するものとなっている。すなわち、下位側制御演算部２０は、ＰＩＤ制御演算部として機能し、操作量ＭＶ１を算出する（図４ステップＳ２０１）。このときの多項式モデルを以下に示す。
ＭＶ１＝Ｋｐ・Ｅｒ＋（Ｋｐ／Ｔｉ）・ΣＥｒ＋（Ｋｐ・Ｔｄ）・ΔＥｒ
＝Ｋｐ・ＳＰ−Ｋｐ・ＰＶ＋（Ｋｐ／Ｔｉ）・ΣＥｒ＋（Ｋｐ・Ｔｄ）・ΔＥｒ
・・・（７）
【００６５】
式（７）において、ＳＰは制御装置のオペレータによって設定される設定値（例えば半導体製造プロセスの温度制御の場合には半導体製造装置の炉内温度設定値）、ＰＶは図示しないセンサによって計測される制御量（例えば炉内温度）である。Ｋｐは比例ゲインであり、Ｔｉは積分時間であり、Ｔｄは微分時間である。Ｅｒは制御偏差（設定値ＳＰと制御量ＰＶの差分ＳＰ−ＰＶ）であり、ΣＥｒは制御偏差の積分値であり、ΔＥｒは制御偏差の微分値である。Ｋｐ，−Ｋｐ，（Ｋｐ／Ｔｉ），（Ｋｐ・Ｔｄ）は、各々が多項式モデルの係数になる。ＳＰ，ＰＶ，ΣＥｒ，ΔＥｒは、各々が多項式モデルの入力変数になる。
【００６６】
データセットを収集して多項式モデルを更新する一連の制御工程において、設定値ＳＰは一定の数値になり、制御量ＰＶ，積分値ΣＥｒ，微分値ΔＥｒは限られた範囲でしか変動しないものになるとする。その場合、上位側の高度制御アルゴリズムが強非線形系に対応するアルゴリズムであったとしても、下位側は線形制御手法であるＰＩＤ制御が適宜バックアップできる程度になる。
【００６７】
高度制御演算装置１の入出力データ記憶部１２は、現在の制御周期で観測された、多項式モデルの入力変数ＳＰ，ＰＶ，ΣＥｒ，ΔＥｒを入力実績データ、現在の制御周期で上位側制御演算部１０が算出した操作量ＭＶ２を出力実績データとして、これら入力実績データと出力実績データとをデータセットとして記憶すればよい（図３ステップＳ１０２）。
【００６８】
高度制御演算装置１の帰納的解析部１４は、入出力データ記憶部１２に蓄積されたデータセット（すなわち直近の入出力データ）を用いて、帰納的解析により、次式のような多項式モデルの係数Ｋｐ，−Ｋｐ，（Ｋｐ／Ｔｉ），（Ｋｐ・Ｔｄ）を算出すればよい（図３ステップＳ１０４）。
ＭＶ２＝Ｋｐ・Ｅｒ＋（Ｋｐ／Ｔｉ）・ΣＥｒ＋（Ｋｐ・Ｔｄ）・ΔＥｒ
＝Ｋｐ・ＳＰ−Ｋｐ・ＰＶ＋（Ｋｐ／Ｔｉ）・ΣＥｒ＋（Ｋｐ・Ｔｄ）・ΔＥｒ
・・・（８）
【００６９】
このときの帰納的解析手法としては、例えば特許第４２２３８９４号公報に開示された技術が応用できる。こうして、ＰＩＤによる制御動作が高度制御を代行できる動作になるように、係数Ｋｐ，−Ｋｐ，（Ｋｐ／Ｔｉ），（Ｋｐ・Ｔｄ）を算出し、多項式モデルを確定させることができる。
【００７０】
制御装置のその他の構成および処理の流れについては第１の実施の形態で説明したとおりである。なお、多項式モデルの初期モデルの係数を、帰納的解析部１４で算出せずに、一般に知られるＰＩＤ調整手法により確定させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、高度制御のような上位側制御の停止を下位側の制御で補う技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１…高度制御演算装置、２…専用コントローラ、３…制御対象、１０…上位側制御演算部、１１…上位側操作量設定部、１２…入出力データ記憶部、１３…実行指示部、１４…帰納的解析部、１５…係数出力部、２０…下位側制御演算部、２１…下位側操作量設定部、２２…操作量出力部、２３…係数設定部。
【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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