(57)【要約】  【課題】汎用の温度調節器であっても、傾斜温度制御を実現できるようにする。  【解決手段】  制御対象１の検出温度を、モード変換器６で傾斜温度および平均温度に変換し、入力される目標傾斜温度および目標平均温度になるように、ＰＩＤ制御部８−１，８−２で操作信号を出力し、この操作信号を、前置補償器９、リミッタ１０−１，１０−２および補償部１１−１，１１−２を介して温度調節器２−１，２−２の目標温度として与え、傾斜温度制御を行なっている。【選択図】図１
2006323723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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得られる各検出温度が、複数の各目標温度にそれぞれ一致するように、前記制御対象を温度制御する温度制御手段に対して、前記複数の各目標温度を与える目標温度加工装置であって、
前記複数の温度検出手段から得られる検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段と、入力される目標傾斜温度および目標代表温度を、前記変換手段からの傾斜温度および代表温度に基いて加工し、前記温度制御手段に対して、前記複数の各目標温度として与える目標温度加工手段とを備え、
前記目標温度加工手段は、前記目標傾斜温度と前記傾斜温度との偏差または前記目標代表温度と前記代表温度との偏差を、それぞれ制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の制御部と、前記複数の制御部からの操作信号を、各制御部による制御が、他の制御部による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分部とを備えることを特徴とする目標温度加工装置。
【請求項２】
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得られる各検出温度が、複数の各目標温度にそれぞれ一致するように、前記制御対象を温度制御する温度制御手段に対して、前記複数の各目標温度を与える目標温度加工装置であって、
入力される複数の目標温度を加工して前記温度制御手段に対して、前記複数の各目標温度として与える目標温度加工手段を備え、
前記目標温度加工手段は、前記複数の温度検出手段から得られる複数の検出温度と入力される複数の目標温度との偏差を、傾斜温度の偏差に変換するとともに、代表的な代表温度の偏差に変換する変換部と、前記傾斜温度の偏差または前記代表温度の偏差を、それぞれ制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の制御部と、前記複数の制御部からの操作信号を、各制御部による制御が、他の制御部による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分部とを備えることを特徴とする目標温度加工装置。
【請求項３】
前記目標温度加工手段は、前記配分部からの操作信号を、前記温度制御手段に対して、目標温度として与える補償部を備え、該補償部の伝達関数は、前記温度制御手段の制御部の伝達関数の逆数である請求項１または２に記載の目標温度加工装置。
【請求項４】
前記温度制御手段に対する複数の前記温度検出手段からの各検出温度の入力を差し引いて打ち消すように処理する処理部を備える請求項３に記載の目標温度加工装置。
【請求項５】
複数の入力温度を、複数の入力温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段と、入力される目標傾斜温度および目標代表温度を、前記変換手段からの傾斜温度および代表温度に基いて加工し、複数の目標温度として出力する目標温度加工手段とを備え、前記目標温度加工手段は、前記目標傾斜温度と前記傾斜温度との偏差または前記目標代表温度と前記代表温度との偏差を、それぞれ制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の制御部と、前記複数の制御部からの操作信号を、各制御部による制御が、他の制御部による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分部とを含む目標温度加工装置の複数を階層化する階層構造であって、
上層の目標温度加工装置は、複数の下層の目標温度加工装置の各変換手段でそれぞれ変換された複数の代表温度が、前記複数の入力温度として入力される一方、該上層の目標温度加工装置は、前記配分部で配分した複数の操作信号を、前記下層の複数の目標温度加工装置に対して、目標代表温度としてそれぞれ与えることを特徴とする目標温度加工装置の階層構造。
【請求項６】
最下層の目標温度加工装置は、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得られる複数の検出温度が、前記複数の入力温度として入力される一方、複数の前記温度検出手段から得られる各検出温度が、複数の各目標温度にそれぞれ一致するように、前記制御対象を温度制御する温度制御手段に対して、前記配分部で配分した複数の操作信号を、前記目標温度としてそれぞれ与える請求項５に記載の目標温度加工装置の階層構造。
【請求項７】
熱処理手段と、該熱処理手段を加熱および／または冷却する操作手段とを制御対象とし、
前記操作手段の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段から得られる各検出温度が、複数の各目標温度にそれぞれ一致するように、前記操作手段を温度制御する温度制御手段に対して、前記複数の各目標温度を与える目標温度加工装置であって、
前記熱処理手段の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段から得られる検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段と、入力される目標傾斜温度および目標代表温度を、前記変換手段からの傾斜温度および代表温度に基いて加工し、前記温度制御手段に対して、前記複数の各目標温度として与える目標温度加工手段とを備え、
前記目標温度加工手段は、前記目標傾斜温度と前記傾斜温度との偏差または前記目標代表温度と前記代表温度との偏差を、それぞれ制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の制御部と、前記複数の制御部からの操作信号を、各制御部による制御が、他の制御部による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分部とを備えることを特徴とする目標温度加工装置。
【請求項８】
熱処理手段と、該熱処理手段を加熱および／または冷却する操作手段とを制御対象とし、
前記操作手段の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段から得られる各検出温度が、複数の各目標温度にそれぞれ一致するように、前記操作手段を温度制御する温度制御手段に対して、前記複数の各目標温度を与える目標温度加工装置であって、
前記熱処理手段の温度をそれぞれ検出する前記複数の温度検出手段から得られる各検出温度と入力される複数の各目標温度との偏差を、傾斜温度の偏差に変換するとともに、代表的な代表温度の偏差に変換する変換手段と、前記変換手段からの傾斜温度の偏差および代表温度の偏差をそれぞれ加工して前記複数の温度制御手段に対して、前記複数の各目標温度として与える目標温度加工手段とを備え、
前記目標温度加工手段は、前記傾斜温度の偏差または前記代表温度の偏差を、それぞれ制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の制御部と、前記複数の制御部からの操作信号を、各制御部による制御が、他の制御部による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分部とを備えることを特徴とする目標温度加工装置。
【請求項９】
前記代表温度が、複数の温度の平均温度である請求項１〜８のいずれか１項に記載の目標温度加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標温度を加工して温度調節器に与える目標温度加工装置およびその階層構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、図８に示すような加熱炉２１の温度制御は、次のようにして行われる。この例では、加熱炉２１の外周には、二つのヒータ２０−１，２０−２が配設される一方、加熱炉２１内には、各ヒータ２０−１，２０−２に対応した二つの温度センサ２２−１，２２−２が配設されている。
【０００３】
各温度センサ２２−１，２２−２からの検出温度ＰＶは、二つの温度調節器２３−１，２３−２にそれぞれ入力され、各温度調節器２３−１，２３−２は、検出温度ＰＶが目標温度ＳＰに一致するように操作信号を出力して図示しない電磁開閉器等を介してヒータ２０−１，２０−２の通電をそれぞれ制御するものであり、ヒータ２０−１，２０−２および温度センサ２２−１，２２−２の各組に対応するゾーン(領域)毎に個別に制御されている。
【０００４】
しかしながら、各ゾーンは熱的に連続しているので、一つのゾーンのヒータによる熱量は、そのゾーンのみならず、他のゾーンの温度センサにも影響を与える、いわゆる干渉を生じる。
【０００５】
このような干渉があるために、特に、過渡時や外乱時に温度のバラツキが顕著となって均一な温度制御が困難であり、また、各ゾーンを異なる目標温度に制御するといったことが容易でない。
【０００６】
そこで、本件出願人は、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得られる検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段と、前記変換手段からの傾斜温度または代表温度を制御量として操作信号をそれぞれ出力する複数の温度制御手段と、前記各温度制御手段からの操作信号を、前記制御対象を加熱（または冷却）する複数の加熱（または冷却）手段に、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分手段とを備える温度調節器を提案した(特許文献１参照)。
【特許文献１】特許第３２７８８０７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記先に提案した温度制御では、制御対象の複数の検出温度を、複数の検出温度の差である傾斜温度および複数の検出温度の代表的な代表温度(例えば、平均温度)に変換し、傾斜温度および代表温度を制御量として制御するものであり(以下「傾斜温度制御」という)、干渉を低減した高精度の温度制御を実現することができる。
【０００８】
しかしながら、かかる制御機能を有していない汎用の比較的安価な温度調節器では、干渉を低減した高精度な温度制御を実現することができない。だからといって、実績のある汎用の温度調節器を交換すると、飽和処理や異常処理などの違いによる製造工程の応答波形変化が生じ、製品の仕上がり具合が変化し、品質が低下するリスクや、取り付け上の問題が生じるリスクがある。このため、実績のある汎用の温度調節器を使ったままで、傾斜温度制御を行なえるようにすることが望まれる。
【０００９】
本発明は、上述のような課題に鑑みて為されたものであって、高精度な温度制御機能を備えていない温度調節器であっても、傾斜温度制御を実現できるようにすることを目的とし、更には、多チャンネルの制御に容易に対応できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００１１】
本発明の目標温度工装置は、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得られる各検出温度が、複数の各目標温度にそれぞれ一致するように、前記制御対象を温度制御する温度制御手段に対して、前記複数の各目標温度を与える目標温度加工装置であって、前記複数の温度検出手段から得られる検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段と、入力される目標傾斜温度および目標代表温度を、前記変換手段からの傾斜温度および代表温度に基いて加工し、前記温度制御手段に対して、前記複数の各目標温度として与える目標温度加工手段とを備え、前記目標温度加工手段は、前記目標傾斜温度と前記傾斜温度との偏差または前記目標代表温度と前記代表温度との偏差を、それぞれ制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の制御部と、前記複数の制御部からの操作信号を、各制御部による制御が、他の制御部による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分部とを備えている。
【００１２】
ここで、温度制御手段は、多チャンネルの温度調節器であってもよいし、単チャンネルの温度調節器の複数であってもよい。
【００１３】
また、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、平均温度であるのが好ましいが、或る位置(例えば、制御対象の中央の位置)における温度などであってもよい。
【００１４】
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い、これら目標値は、上位装置から入力されるようにしてもよいし、ユーザが設定入力してもよい。
【００１５】
本発明によると、変換手段によって、複数の検出温度を、傾斜温度および代表温度に変換し、これらを制御量として制御部で操作信号(操作量)を出力し、配分部で分配して複数の温度制御手段に対して目標温度として与えるので、干渉を低減した傾斜温度制御が可能となる。
【００１６】
しかも、実績のある汎用の温度調節器を、そのまま使用できるので、温度調節器を交換することで生じるリスクもない。
【００１７】
本発明の目標温度加工装置は、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得られる各検出温度が、複数の各目標温度にそれぞれ一致するように、前記制御対象を温度制御する温度制御手段に対して、前記複数の各目標温度を与える目標温度加工装置であって、入力される複数の目標温度を加工して前記温度制御手段に対して、前記複数の各目標温度として与える目標温度加工手段を備え、前記目標温度加工手段は、前記複数の温度検出手段から得られる複数の検出温度と入力される複数の目標温度との偏差を、傾斜温度の偏差に変換するとともに、代表的な代表温度の偏差に変換する変換部と、前記傾斜温度の偏差または前記代表温度の偏差を、それぞれ制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の制御部と、前記複数の制御部からの操作信号を、各制御部による制御が、他の制御部による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分部とを備えることを特徴とする目標温度加工装置。
【００１８】
本発明によると、複数の検出温度と複数の目標温度との偏差を、変換部で傾斜温度の偏差および代表温度の偏差に変換し、これらを制御偏差として、すなわち、傾斜温度および代表温度を制御量として制御部で操作信号(操作量)を出力し、配分部で分配して複数の温度制御手段に対して目標温度として与えるので、干渉を低減した傾斜温度制御が可能となる。
【００１９】
本発明の他の実施態様においては、前記目標温度加工手段は、前記配分部からの操作信号を、前記温度制御手段に対して、目標温度として与える補償部を備え、該補償部の伝達関数は、前記温度制御手段の制御部の伝達関数の逆数である。
【００２０】
この実施態様によると、温度制御手段の制御部の逆モデルである補償部を備えているので、温度制御手段の制御部の動作の影響を受けることなく、傾斜温度制御を行うことが可能となる。
【００２１】
本発明の好ましい実施態様においては、前記温度制御手段に対する複数の前記温度検出手段からの各検出温度の入力を差し引いて打ち消すように処理する処理部を備えている。
【００２２】
この実施態様によると、温度制御手段のフィードバックループを打ち消すので、その影響を受けることなく、傾斜温度制御を行なうことが可能となる。
【００２３】
本発明の目標温度加工装置の階層構造は、複数の入力温度を、複数の入力温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段と、入力される目標傾斜温度および目標代表温度を、前記変換手段からの傾斜温度および代表温度に基いて加工し、複数の目標温度として出力する目標温度加工手段とを備え、前記目標温度加工手段は、前記目標傾斜温度と前記傾斜温度との偏差または前記目標代表温度と前記代表温度との偏差を、それぞれ制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の制御部と、前記複数の制御部からの操作信号を、各制御部による制御が、他の制御部による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分部とを含む目標温度加工装置の複数を階層化する階層構造であって、上層の目標温度加工装置は、複数の下層の目標温度加工装置の各変換手段でそれぞれ変換された複数の代表温度が、前記複数の入力温度として入力される一方、該上層の目標温度加工装置は、前記配分部で配分した複数の操作信号を、前記下層の複数の目標温度加工装置に対して、目標代表温度としてそれぞれ与えるものである。
【００２４】
ここで、複数の目標温度加工装置は、個別の独立した装置として構成してもよいし、複数の目標加工装置を内蔵した一つの目標温度加工装置として構成してもよい。
【００２５】
本発明によると、同様の構成を有する目標温度加工装置を階層化することによって、容易に多チャンネル化を図ることができる。
【００２６】
本発明の好ましい実施態様においては、最下層の目標温度加工装置は、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得られる複数の検出温度が、前記複数の入力温度として入力される一方、複数の前記温度検出手段から得られる各検出温度が、複数の各目標温度にそれぞれ一致するように、前記制御対象を温度制御する温度制御手段に対して、前記配分部で配分した複数の操作信号を、前記目標温度としてそれぞれ与えるものである。
【００２７】
この実施態様によると、最下層の目標温度加工装置から温度制御手段に対して、目標温度を与えることにより、階層化した目標温度加工装置によって、傾斜温度制御を行なうことができる。
【００２８】
本発明の目標温度加工装置は、熱処理手段と、該熱処理手段を加熱および／または冷却する操作手段とを制御対象とし、前記操作手段の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段から得られる各検出温度が、複数の各目標温度にそれぞれ一致するように、前記操作手段を温度制御する温度制御手段に対して、前記複数の各目標温度を与える目標温度加工装置であって、前記熱処理手段の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段から得られる検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段と、入力される目標傾斜温度および目標代表温度を、前記変換手段からの傾斜温度および代表温度に基いて加工し、前記温度制御手段に対して、前記複数の各目標温度として与える目標温度加工手段とを備え、前記目標温度加工手段は、前記目標傾斜温度と前記傾斜温度との偏差または前記目標代表温度と前記代表温度との偏差を、それぞれ制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の制御部と、前記複数の制御部からの操作信号を、各制御部による制御が、他の制御部による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分部とを備えている。
【００２９】
ここで、熱処理手段とは、被処理物を加熱および／または冷却処理するものをいい、例えば、加熱炉、熱板、連続炉などをいい、操作手段とは、熱処理手段を、加熱および／または冷却するヒータやペルチェ素子などをいう。
【００３０】
本発明によると、当該目標温度加工装置によって、主ループの熱処理手段の温度を制御し、温度制御手段によって、副ループの操作手段を制御するカスケード制御および傾斜温度制御が可能となる。
【００３１】
また、本発明の目標温度加工装置は、熱処理手段と、該熱処理手段を加熱および／または冷却する操作手段とを制御対象とし、前記操作手段の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段から得られる各検出温度が、複数の各目標温度にそれぞれ一致するように、前記操作手段を温度制御する温度制御手段に対して、前記複数の各目標温度を与える目標温度加工装置であって、前記熱処理手段の温度をそれぞれ検出する前記複数の温度検出手段から得られる各検出温度と入力される複数の各目標温度との偏差を、傾斜温度の偏差に変換するとともに、代表的な代表温度の偏差に変換する変換手段と、前記変換手段からの傾斜温度の偏差および代表温度の偏差をそれぞれ加工して前記複数の温度制御手段に対して、前記複数の各目標温度として与える目標温度加工手段とを備え、前記目標温度加工手段は、前記傾斜温度の偏差または前記代表温度の偏差を、それぞれ制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の制御部と、前記複数の制御部からの操作信号を、各制御部による制御が、他の制御部による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分部とを備えている。
【００３２】
本発明によると、当該目標温度加工装置によって、主ループの熱処理手段の温度を制御し、温度制御手段によつて、副ループの操作手段を制御するカスケード制御および傾斜温度制御が可能となる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、当該目標温度加工装置から、例えば、汎用の温度調節器に対して目標温度を与えることで、傾斜温度制御が可能となる。
【００３４】
また、本発明の目標温度加工装置を階層化することによって、容易に多チャンネル化できることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３６】
(実施の形態１)
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る目標温度加工装置を備える温度制御システムの概略構成図である。
【００３７】
この実施の形態の温度制御システムは、例えば、加熱炉や熱板などの制御対象１の温度を複数、この実施の形態では、二つの温度センサ(図示せず)で検出し、各検出温度ＰＶが目標温度ＳＰになるように、操作信号(操作量)ＭＶを出力して二つのヒータ(図示せず)の通電をそれぞれ制御することにより、制御対象１の温度を制御する２台の温度調節器２−１，２−２と、これら温度調節器２−１，２−２に対して、前記目標温度ＳＰをそれぞれ供給する本発明に係る目標温度加工装置３とを備えている。
【００３８】
この実施の形態では、制御対象１としての、例えば、加熱炉や熱板は、二つのゾーン(領域)に区分され、二つのヒータおよび温度センサが、各ゾーンに個別的に対応するように配設されており、２チャンネルの温度制御を行なうものである。
【００３９】
各温度調節器２−１，２−２は、例えば、汎用の温度調節器であり、これら温度調節器２−１，２−２は、目標温度加工装置３からの目標温度ＳＰが入力される入力部を備えている。各温度調節器２−１，２−２は、目標温度加工装置３の出力部からの目標温度ＳＰと温度センサからの検出温度ＰＶとの偏差に基いて、操作信号(操作量)を出力するＰＩＤ制御部４−１，４−２と、このＰＩＤ制御部４−１，４−２からの操作信号を制限するリミッタ５−１，５−２とを備えている。
【００４０】
目標温度加工装置３と各温度調節器２−１，２−２とは、連結器や通信ケーブル等を介して電気的に接続されており、かかる連結器や通信ケーブルを介して目標温度加工装置３からの目標温度が、各温度調節器２−１，２−２に供給される。
【００４１】
この実施の形態の目標温度加工装置３は、各温度調節器２−１，２−２に対して、目標温度ＳＰをそれぞれ供給して上述の傾斜温度制御を可能にするものである。
【００４２】
この実施の形態の目標温度加工装置３には、パソコンやＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）などの上位装置あるいは図示しない設定部から目標となる目標傾斜温度および目標となる代表温度として目標平均温度が設定入力される。
【００４３】
ここで、傾斜温度とは、温度差をいい、この実施の形態では、制御対象の上述の二つのゾーン間の温度差をいい、また、平均温度とは、二つのゾーンの温度の平均温度をいう。
【００４４】
目標傾斜温度および目標平均温度とは、目標とする傾斜温度および目標とする平均温度をいい、例えば、制御対象１として加熱炉や熱板の二つのゾーンを均一な所望の温度に制御したい場合には、目標傾斜温度(温度差の目標値)は、０℃となり、目標平均温度は、前記所望の温度となる。
【００４５】
この実施の形態の目標温度加工装置３は、入力される目標傾斜温度および目標平均温度を、加工して各温度調節器２−１，２−２に、目標温度としてそれぞれ出力するものであり、二つの温度センサからの検出温度を、二つの検出温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、平均温度に変換する変換手段としてのモード変換器６と、入力される目標傾斜温度および目標平均温度を、モード変換器６からの傾斜温度および平均温度に基いて加工して各温度調節器２−１，２−２に対して、各目標温度として出力する目標温度加工手段７とを備えている。
【００４６】
目標温度加工手段７は、目標平均温度とモード変換器６からの平均温度との偏差または目標傾斜温度とモード変換器６からの傾斜温度との偏差を、それぞれ制御偏差として操作信号(操作量)をそれぞれ出力する二つのＰＩＤ制御部８−１，８−２と、各ＰＩＤ制御部８−１，８−２からの操作信号を、各ＰＩＤ制御部８−１(８−２)による制御が、他のＰＩＤ制御部８−２(８−１)による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分する配分部としての前置補償器９と、この前置補償器９からの操作信号をそれぞれ制限する二つのリミッタ１０−１，１０−２と、対応する各温度調節器２−１，２−２のＰＩＤ制御部４−１，４−２の逆モデルである補償部１１−１，１１−２と、対応する各温度調節器２−１，２−２に対する温度センサからの検出温度の入力を差し引いて打ち消すための処理部としての加算部１２−１，１２−２とを備えている。
【００４７】
この目標温度加工手段７およびモード変換器６は、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。
【００４８】
前置補償器９は、傾斜温度の操作量の変化に対して傾斜温度だけが反応し、平均温度への反応は小さくなるように、また逆に、平均温度の操作量の変化に対しては傾斜温度への反応が小さくなるように操作量を分解するものである。
【００４９】
モード変換器６および前置補償器９は、上述の傾斜温度制御の公知文献(特許第３２７８８０７号、特開２００２−１５７００１)等と同様の構成であり、前置補償器９の配分比の行列である前置補償行列をＧｃ、モード変換器６によって検出温度を傾斜温度および平均温度に変換する行列をモード変換行列Ｇｍ、制御対象の伝達関数行列をＧｐとすると、前置補償行列Ｇｃは、以下のように逆行列として求めることもできる。
【００５０】
Ｇｃ＝（Ｇｍ・Ｇｐ）-1
各温度調節器２−１，２−２のＰＩＤ制御部４−１，４−２の逆モデルである各補償部１１−１，１１−２の伝達関数は、対応する温度調節器２−１，２−２の各ＰＩＤ制御部４−１，４−２の伝達関数の逆数である。
【００５１】
加算部１２−１，１２−２は、補償部１１−１，１１−２の出力に、温度センサで検出された検出温度を加算することにより、温度調節器２−１，２−２のフィードバックループを打ち消すようにしている。
【００５２】
また、目標温度加工装置３の各リミッタ１０−１，１０−２は、対応する温度調節器２−１，２−２の各リミッタ５−１，５−２よりもその制限がやや厳しく、温度調節器２−１，２−２のリミッタ５−１，５−２が飽和する前に、飽和して操作信号を制限するようにしている。
【００５３】
すなわち、この実施の形態の目標温度加工装置３では、温度調節器２−１，２−２のリミッタ５−１，５−２よりも制限が厳しいリミッタ１０−１，１０−２、ＰＩＤ制御部４−１，４−２の逆モデルである補償部１１−１，１１−２および加算部１２−１，１２−２を有しており、これらによって、温度調節器２−１，２−２が実質的に動作していない状態として温度調節器２−１，２−２の影響を受けないようにする一方、上述のモード変換器６、ＰＩＤ制御部８−１，８−２および前置補償器９によって、平均温度および傾斜温度を制御量として傾斜温度制御を行うものである。
【００５４】
したがって、この実施の形態によれば、汎用の温度調節器２−１，２−２に対して、目標温度加工装置３から目標温度を供給することにより、高度な温度制御である傾斜温度制御が可能となり、干渉を低減した制御が可能となる。
【００５５】
さらに、この実施の形態によれば、目標温度加工装置３から温度調節器２−１，２−２に対する目標温度の供給が何らかの理由、例えば、通信エラーによって断たれたようなときには、例えば、温度調節器２−１，２−２自体に予め設定されている目標温度になるように、温度調節器２−１，２−２のみで従来と同様の温度制御を行えるようにすることもできるので、信頼性が高いものとなる。
【００５６】
また、ユーザは、従来から使用していた温度調節器２−１，２−２を用いた既存のループを用いることができるので、入力回路や出力回路などのハード的な変更の必要がなく、目標温度加工装置３を用いたシステムの導入が容易となる。
【００５７】
この実施の形態では、目標温度加工装置３には、目標傾斜温度および目標平均温度を入力する一方、モード変換器６で温度センサからの検出温度を傾斜温度および平均温度に変換し、傾斜温度および平均温度の偏差を、各ＰＩＤ制御部８−１，８−２に入力するように構成したけれども、本発明の他の実施の形態として、図２に示すように、目標温度加工装置３−１には、目標傾斜温度および目標平均温度に代えて目標温度を入力し、各目標温度と各温度センサからの検出温度との偏差を、モード変換器６で平均温度の偏差および傾斜温度の偏差に変換して各ＰＩＤ制御部８−１，８−２に入力するように構成してもよい。その他の構成および効果は、上述の実施の形態と同様である。
【００５８】
上述の各実施の形態では、温度調節器２−１，２−２の各ＰＩＤ制御部４−１，４−２の影響をなくすように、その逆モデルである補償部１１−１，１１−２を設けたけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、図３および図４に示すように、補償部１１−１，１１−２を省略してもよい。
【００５９】
すなわち、図３の目標温度加工装置３−２では、補償部１１−１，１１−２を省略するとともに、温度調節器２−１，２−２のフィードバックループを打ち消すための加算部１２−１，１２−２に代えて、一次遅れ特性を作るためのローパスフィルタ(ＬＰＦ)１３−１，１３−２を設けている。
【００６０】
また、図４の目標温度加工装置３−３では、補償部１１−１，１１−２、加算部１２−１，１２−２およびリミッタ１０−１，１０−２を省略している。
【００６１】
その他の構成は、図１の実施の形態と同様である。
【００６２】
これらの目標温度加工装置３−２，３−３では、温度調節器２−１，２−２のＰＩＤ制御部４−１，４−２等を含めた制御ループを、新たな制御対象として傾斜温度制御を行なうものであり、例えば、図４の構成では、温度調節器２−１，２−２および制御対象１を含めて制御対象とし、モード変換器６、ＰＩＤ制御部８−１，８−２および前置補償器９によって、平均温度および傾斜温度を制御量として傾斜温度制御を行うものであり、上述の図１の実施の形態と比べて、制御対象の特性が異なるだけで、同様の傾斜温度制御が可能となる。
【００６３】
また、上述の各実施の形態では、二つの温度センサの検出温度に基いて、二つのヒータを制御する２チャンネルの温度制御に適用して説明したけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、図５に示すように、３チャンネル以上のｎチャンネル(ｃｈ)にも同様に適用できるのは勿論である。
【００６４】
なお、傾斜温度は、隣り合う温度センサの検出温度の温度差に限らず、例えば、複数の温度センサを二つのグループに区分して各グループの平均検出温度の温度差などの種々の傾斜温度を用いてもよい。
【００６５】
(実施の形態２)
図６は、本発明の一つの実施の形態に係る目標温度加工装置の階層構造を備える温度制御システムの概略構成図であり、上述の各実施の形態に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００６６】
この実施の形態は、４台の汎用の温度調節器２−１〜２−４に対する目標温度を、２層に階層化した３台の目標温度加工装置３−３Ｌ，３−３Ｌ，３−３Ｈによって生成して４チャンネルの制御を行うものであり、各目標温度加工装置３−３Ｌ，３−３Ｌ，３−３Ｈは、上述の図４の目標温度加工装置３−３と同様の構成である。なお、図４の目標温度加工装置３−３に限らず、他の目標温度加工装置３，３−１，３−２，３−４を用いて同様に構成してもよい。
【００６７】
この実施の形態の目標温度加工装置の階層構造では、上層の目標温度加工装置３−３Ｈには、上位装置あるいは図示しない設定部から目標平均温度および目標傾斜温度が入力されるとともに、下層の２台の目標温度加工装置３−３Ｌ，３−３Ｌの各モード変換器９Ｌから平均温度がそれぞれ上層のモード変換器６Ｈに入力される一方、上層の目標温度加工装置３−３Ｈは、下層の２台の目標温度加工装置３−３Ｌ，３−３Ｌに対して、前置補償器９Ｈからの操作量を、各目標温度として出力する。
【００６８】
下層の２台の目標温度加工装置３−３Ｌ，３−３Ｌは、上層の目標温度加工装置３−３Ｈからの目標温度を、目標平均温度とする一方、上位装置あるいは図示しない設定部から目標傾斜温度が入力され、上述の実施の形態と同様にして各温度調節器２−１〜２−４に対して、その操作量を、目標温度として出力するものである。
【００６９】
かかる階層構造では、下層の各目標温度加工装置３−３Ｌ，３−３Ｌは、平均温度および傾斜温度が、上層の目標温度加工装置３−３Ｈからの目標平均温度および入力される目標傾斜温度になるように、その出力である各温度調節器２−１〜２−４に対する目標温度をそれぞれ制御して傾斜温度制御を行なう。
【００７０】
また、上層の目標温度加工装置３−３Ｈは、平均温度および傾斜温度が、入力される目標平均温度および目標傾斜温度になるように、その出力である下層の各目標温度加工装置３−３Ｌ，３−３Ｌに対する平均目標温度を制御して傾斜温度制御を行なう。
【００７１】
この実施の形態では、２層の階層構造としたけれども、同様にして３層以上の階層構造としてもよい。例えば、３層の階層構造では、図６の階層構造を、更に一組追加するとともに、目標温度加工装置３−３Ｈの上に、最上層となる１台の目標温度加工装置を追加して８チャンネルの制御を行うものである。
【００７２】
この場合、図６の下層の目標温度加工装置３−３Ｌが４台となり、上層の目標温度加工装置３−３Ｈ(以下「中層の目標温度加工装置」という)が２台となり、その上に、最上層の目標温度加工装置が追加される構成となる。
【００７３】
最上層の目標温度加工装置に対して、上位装置あるいは図示しない設定部から目標平均温度および目標傾斜温度を入力する一方、最上層の目標温度加工装置は、中層の２台の目標温度加工装置３−３Ｈに対して目標平均温度を出力し、これら中層の２台の目標温度加工装置３−３Ｈから最上層の目標温度加工装置に平均温度が与えられることになる。
【００７４】
中層の目標温度加工装置３−３Ｈは、目標平均温度が最上層の目標温度加工装置から入力され、モード変換器６Ｈからの平均温度を、最上層の目標温度加工装置にも与える以外は、図６と同様である。
【００７５】
また、この実施の形態では、各目標温度加工装置は、２チャンネルの制御を行うものであったけれども、本発明の他の実施の形態として、上述の図５に示すｎチャンネルの目標温度加工装置を用いて階層化してもよい。
【００７６】
このように上層の目標温度加工装置は、下層の目標温度加工装置に対して目標平均温度を与える一方、下層の目標温度加工装置は、上層の目標温度加工装置に対して平均温度を与えるようにして階層化することによって、容易に多チャンネル化に対応できることになる。
【００７７】
また、層の異なる目標温度加工装置を、個別に設けるのではなく、一台の目標温度加工装置に複数の層の目標温度加工装置を内蔵させてもよい。
【００７８】
(実施の形態３)
図７は、本発明の他の実施の形態に係る目標温度加工装置を備える温度制御システムの概略構成図である。
【００７９】
この実施の形態の目標温度加工装置３−５は、２台の汎用の温度調節器２−１，２−２と共に、カスケード制御および傾斜温度制御を行なうものである。
【００８０】
この実施の形態では、外側の主ループは、加熱炉１４の炉内温度を制御量とし、内側の副ループは、加熱炉１４を外囲して加熱するヒータ１５−１，１５−２の温度を制御量としている。
【００８１】
目標温度加工装置３−５は、炉内温度を検出する二つの温度センサ１６−１，１６−２からの検出温度と炉内温度の目標温度ＳＰとの偏差を、モード変換器６で平均温度の偏差と傾斜温度の偏差とに変換して各ＰＩＤ制御部８−１，８−２に入力し、各ＰＩＤ制御部８−１，８−２の出力が、前置補償器９で分配されて各温度調節器２−１，２−２に対してヒータ１５−１，１５−２の目標温度としてそれぞれ与えられる。
【００８２】
各温度調節器２−１，２−２は、ヒータ１５−１，１５−２の温度を検出する二つの温度センサ１７−１，１７−２からの各検出温度が、目標温度加工装置３−５から与えられる目標温度に一致するようにヒータ１５−１，１５−２に対する通電を制御するものである。
【００８３】
かかるカスケード制御によって、即応性に優れた高精度な制御が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、温度制御に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施形態の目標温度加工装置と温度調節器とを含むブロック図である。
【図２】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図３】本発明の更に他の実施の形態のブロック図である。
【図４】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図５】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図６】本発明の一実施の形態の目標温度加工装置の階層構造を示すブロック図である。
【図７】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図８】従来例の構成図である。
【符号の説明】
【００８６】
１                  制御対象
２−１〜２−４      温度調節器
３，３−１〜３−５  目標温度加工装置
６                  モード変換器(変換手段)
９                  前置補償器(配分部)
８−１〜８−ｎ      ＰＩＤ制御部
【図１】
2006323723.tif 000003
【図２】
2006323723.tif 000004
【図３】
2006323723.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006323723.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006323723.tif 000009
【図８】
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