(57)【要約】【課題】積分ワインドアップを防止し、従来のパラメータ調整方法や自動調整機能の適用を可能にする。【解決手段】特定の状態量を基準状態量とし、基準状態量との相対量が規定値を維持するように制御される状態量を追従状態量とする。制御装置は、ＰＩＤ制御演算部４−１，４−２，４−３と、追従状態量設定値にフィルタリング処理を施す算出部１０−１，１０−２，１０−３と、フィルタリング処理された追従状態量設定値を内部入力値に変換する算出部６−１，６−２，６−３を備える。算出部６−１，６−２，６−３は、内部入力値を基準状態量に対する第１の要素と相対量に対する第２の要素との和とし、基準状態量に対する制御演算用入力値の要素を第１の要素とし、相対量に対する制御演算用入力値の要素に第１の係数を掛けた値を第２の要素とすることで、内部入力値を算出する。【選択図】  図４
2006215614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２個の制御ループを有する制御系の制御方法において、
特定の基準となる状態量を基準状態量とし、この基準状態量との相対量が予め規定された値を維持するように制御される状態量を追従状態量としたとき、
前記追従状態量を制御するコントローラに入力される複数の制御演算用入力値のうちの１つである追従状態量設定値に対して急変動を抑制するフィルタリング処理を施すフィルタ手順と、
前記フィルタリング処理された追従状態量設定値又は他の制御演算用入力値のうちの１つを内部入力値に変換した上で前記コントローラに入力する算出手順とを備え、
前記算出手順は、前記内部入力値を前記基準状態量に対する第１の要素と前記相対量に対する第２の要素との和とし、前記基準状態量に対する前記制御演算用入力値の要素を前記第１の要素とし、前記相対量に対する前記制御演算用入力値の要素に所定の第１の係数を掛けた値を前記第２の要素とすることで、前記内部入力値を算出することを特徴とする制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の制御方法において、
前記フィルタ手順は、時間遅れ演算により前記フィルタリング処理を行うことを特徴とする制御方法。
【請求項３】
請求項２記載の制御方法において、
さらに前記フィルタ手順の前に、前記フィルタリング処理の時定数を、前記コントローラから出力される操作量の飽和が緩和されるように適応的に修正する修正手順を備えることを特徴とする制御方法。
【請求項４】
請求項３記載の制御方法において、
前記修正手順は、前記追従状態量設定値が変更されたときに、前記フィルタリング処理を実施しない場合に発生する前記操作量の飽和の程度を推定する手順と、この推定結果に基づき前記フィルタリング処理の時定数を決定する手順とからなることを特徴とする制御方法。
【請求項５】
請求項１記載の制御方法において、
前記内部入力値に変換される制御演算用入力値は、前記追従状態量設定値ＳＰｉを前記フィルタリング処理した追従状態量フィルタリング設定値ＳＰｉ”であり、前記内部入力値は、追従状態量内部設定値ＳＰｉ’であることを特徴とする制御方法。
【請求項６】
請求項１記載の制御方法において、
前記内部入力値に変換される制御演算用入力値は、追従状態量計測値ＰＶｉであり、前記内部入力値は、追従状態量内部計測値ＰＶｉ’であることを特徴とする制御方法。
【請求項７】
請求項１記載の制御方法において、
前記内部入力値に変換される制御演算用入力値は、追従状態量偏差Ｅｒｉであり、前記内部入力値は、追従状態量内部偏差Ｅｒｉ’であることを特徴とする制御方法。
【請求項８】
少なくとも２個の制御ループを有する制御系の装置において、
特定の基準となる状態量を基準状態量とし、この基準状態量との相対量が予め規定された値を維持するように制御される状態量を追従状態量としたとき、
追従状態量毎に設けられ、追従状態量を制御するための操作量を算出して、算出した操作量を対応する制御ループの制御対象に出力するコントローラと、
追従状態量毎に設けられ、前記コントローラに入力される複数の制御演算用入力値のうちの１つである追従状態量設定値に対して急変動を抑制するフィルタリング処理を施す追従状態量フィルタリング設定値算出部と、
追従状態量毎に設けられ、前記フィルタリング処理された追従状態量設定値又は他の制御演算用入力値のうちの１つを内部入力値に変換した上で、対応する前記コントローラに入力する内部入力値算出部とを備え、
前記内部入力値算出部は、前記内部入力値を前記基準状態量に対する第１の要素と前記相対量に対する第２の要素との和とし、前記基準状態量に対する前記制御演算用入力値の要素を前記第１の要素とし、前記相対量に対する前記制御演算用入力値の要素に所定の第１の係数を掛けた値を前記第２の要素とすることで、前記内部入力値を算出することを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセス制御技術に関するものであり、特に少なくとも２個の制御ループを有する制御系において計測される状態量差などの相対量を制御対象とする制御方法および制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８（ａ）に、従来の制御装置である温度調節計の構成を示す（例えば特許文献１参照）。炉１００１内には、熱処理ワーク１０１６が搬入され、またヒータ１０１１と、制御温度ＴＣ１を検出する検出手段１０１２と、ワーク１０１６の表面温度ＴＣ２を検出する検出手段１０１３と、ワーク１０１６の最深温度ＴＣ３を検出する検出手段１０１４とが配設されている。１００２は電力調整器を示している。制御部１００３は、制御温度ＴＣ１と実行プログラムパターン設定値１０３３とを比較する比較器１０３１と、比較器１０３１の出力により制御されるＰＩＤ等の制御演算部１０３２と、ワーク１０１６の表面温度ＴＣ２と最深温度ＴＣ３との差を検出する温度差検出器１０３４と、予め定められた温度差を設定する温度差設定器１０３５と、温度差検出器１０３４の出力と温度差設定器１０３５の出力とを比較する比較器１０３６と、最深温度ＴＣ３の温度変化率を検出する変化率検出器１０３８と、変化率検出器１０３８の出力と予め定められた温度変化率を設定する変化率設定器１０３９の出力とを比較する比較器１０４０と、比較器１０３６の出力と比較器１０４０の出力に基づいて傾斜演算し実行プログラムパターン設定値１０３３を制御する傾斜演算器１０３７とを有している。
【０００３】
温度差設定器１０３５には許容可能な最大の温度差が設定され、また変化率設定器１０３９には許容可能な最大の温度変化率が設定される。図８（ａ）の構成により、熱処理ワーク１０１６内の温度差、温度変化率の一方もしくは両方が指定された温度許容値以内に入るように、実行プログラムパターン設定値１０３３中の傾斜が常時修正される。
図８（ａ）中の破線で囲まれている部分に着目すると、計測された複数の温度ＴＣ１，ＴＣ２，ＴＣ３に基づき温度差（ＴＣ２−ＴＣ３）および温度変化率ｄＴＣ３／ｄｔを算出する状態量変換が行なわれていることが理解できる。すなわち、図８（ａ）の温度調節計は、温度差（ＴＣ２−ＴＣ３）および温度変化率ｄＴＣ３／ｄｔを算出する状態量変換部１０４１を備えていることになる（図８（ｂ））。
【０００４】
図９（ａ）に、従来の他の制御装置である温度調整装置の構成を示す（例えば特許文献２参照）。図中の２００２は縦型熱処理装置２０２０の反応管であり、この反応管２００２の内部には、ウエハボ−ト２０２１に搭載された半導体ウエハの近傍の温度を検出する温度センサＡが設けられると共に、反応管２００２の外面の温度を検出する温度センサＢが設けられている。偏差回路部２０３１は、温度センサＡの目標値から後述する補正値を引いた偏差、すなわち温度センサＢの目標値を出力する。偏差回路部２０３２は、温度センサＢの目標値から温度センサＢの検出値を引いた偏差をＰＩＤ調節部２００４に出力する。ＰＩＤ調節部２００４は、入力された偏差に基づいてＰＩＤ演算を行い、その演算結果を電力制御部２００５に出力し、電力制御部２００５は、ＰＩＤ調節部２００４の出力値に基づいて縦型熱処理装置２０２０の加熱源であるヒ−タ２００６への電力供給量を制御する。一方、補正値出力部２００７は、温度センサＢの検出値が目標値に収束したとき、この収束した時点の温度センサＡの検出値と温度センサＢの検出値との差（Ａ−Ｂ）を補正値とし、温度センサＢの目標値を補正値分だけ修正する。図９（ａ）の構成により、温度センサＡの検出値が目標値に収束する。
【０００５】
図９（ａ）中の破線で囲まれている部分に着目すると、計測された複数の温度Ａ，Ｂに基づき温度差（Ａ−Ｂ）を算出する状態量変換が行なわれていることが理解できる。すなわち、図９（ａ）の温度調整装置は、温度差（Ａ−Ｂ）を算出する状態量変換部２００８を備えていることになる（図９（ｂ））。
以上のように、実際の状態量そのものだけではなく、状態量差を制御系に取り込む努力は従来から行なわれており、特に状態量差を制御対象として制御系を構成するケースでは、制御系に前記状態量変換部が設けられる。
【０００６】
ここで、２個の制御ループにおいて、状態量ＰＶ１，ＰＶ２そのものではなく、状態量平均値ＰＶ１’と状態量差ＰＶ２’とを制御対象とすることを考える。この場合の制御装置を図１０に示す。図１０の制御装置は、状態量平均値ＰＶ１’に対する設定値ＳＰ１’と状態量平均値ＰＶ１’との差を出力する減算器３００１と、状態量差ＰＶ２’に対する設定値ＳＰ２’と状態量差ＰＶ２’との差を出力する減算器３００２と、減算器３００１，３００２の出力に基づいてそれぞれ操作量ＭＶ１，ＭＶ２を算出するコントローラＣ１，Ｃ２と、制御対象プロセスＰ１，Ｐ２に対してそれぞれ操作量ＭＶ１，ＭＶ２に応じた操作を行うアクチュエータＡ１，Ａ２と、状態量変換部３００３とを有する。
【０００７】
状態量変換部３００３は、制御対象プロセスＰ１，Ｐ２の状態量ＰＶ１，ＰＶ２に対してそれぞれ０．５を乗算する乗算器３００４，３００５と、状態量ＰＶ１，ＰＶ２に対してそれぞれ−１，１を乗算する乗算器３００６，３００７と、乗算器３００４と３００５の出力を加算する加算器３００８と、乗算器３００６と３００７の出力を加算する加算器３００９とから構成される。このような状態量変換部３００３により、状態量平均値ＰＶ１’と状態量差ＰＶ２’とは次式のようになる。
ＰＶ１’＝０．５ＰＶ１＋０．５ＰＶ２                              ・・・（１）
ＰＶ２’＝ＰＶ２−ＰＶ１                                          ・・・（２）
また、状態量変換部３００３の入出力の関係をマトリックスで表現すると、以下のようになる。
【０００８】
【数１】
2006215614.tif 000003
【０００９】
コントローラＣ１は状態量平均値ＰＶ１’を対象とし、コントローラＣ２は状態量差ＰＶ２’を対象とする。コントローラＣ１は、設定値ＳＰ１’と状態量平均値ＰＶ１’との偏差に基づき操作量ＭＶ１を算出し、コントローラＣ２は、設定値ＳＰ２’と状態量差ＰＶ２’との偏差に基づき操作量ＭＶ２を算出する。このとき、状態量平均値ＰＶ１’と状態量差ＰＶ２’とがそれぞれ制御可能な状態になるために、コントローラＣ１で算出される操作量ＭＶ１はアクチュエータＡ１に送られ、コントローラＣ２で算出される操作量ＭＶ２はアクチュエータＡ２に送られるように構成される。これにより、アクチュエータＡ１は状態量平均値ＰＶ１’を制御するために動作し、アクチュエータＡ２は状態量差ＰＶ２’を制御するために動作することになる。このように、図８（ｂ）や図９（ｂ）に示したものと同様の状態量変換部３００３を適用するだけで、状態量平均値ＰＶ１’を直接制御するコントローラＣ１と状態量差ＰＶ２’を直接制御するコントローラＣ２とを含むマルチループの制御系を構成でき、状態量平均値ＰＶ１’と状態量差ＰＶ２’とを所望の値に制御することができる。
【００１０】
しかし、アクチュエータＡ１の動作により状態量ＰＶ１に変化が与えられると、この変化は状態量変換部３００３の作用により状態量差ＰＶ２’にも影響を与える。同様に、アクチュエータＡ２の動作により状態量ＰＶ２に変化が与えられると、この変化は状態量変換部３００３の作用により状態量平均値ＰＶ１’にも影響を与える。すなわち、図１０に示した制御装置では、状態量変換部３００３により人工的にループ間干渉が発生する構成となってしまう。
【００１１】
状態量平均値ＰＶ１’を算出するために状態量ＰＶ１，ＰＶ２に乗算する係数は共に０．５であるため、制御対象プロセスＰ１のプロセスゲインＫｐ１と制御対象プロセスＰ２のプロセスゲインＫｐ２とが同程度だと仮定すると、アクチュエータＡ１が動作することによる状態量平均値ＰＶ１’への影響度と、アクチュエータＡ２が動作したときのループ間干渉による状態量平均値ＰＶ１’への影響度（アクチュエータＡ２により状態量平均値ＰＶ１’が乱れる影響度）とは、同程度ということになる。同様に、状態量差ＰＶ２’を算出するために状態量ＰＶ１，ＰＶ２に乗算する係数の絶対値は共に１であるため、アクチュエータＡ２が動作することによる状態量差ＰＶ２’への影響度と、アクチュエータＡ１が動作したときのループ間干渉による状態量差ＰＶ２’への影響度（アクチュエータＡ１により状態量差ＰＶ２’が乱れる影響度）とは、同程度ということになる。したがって、状態量変換部を単純に適用するだけでは、本質的に人工的なループ間干渉が強くなる傾向にあるので、制御性が劣化しやすくなるという問題が発生する。
【００１２】
そこで、ループ間の非干渉化を実現するために、非特許文献１に開示されたクロスコントローラを適用することが容易に想到できる。非特許文献１に開示された制御装置の構成を図１１に示す。図１１の制御装置は、設定値ＳＰ１と状態量ＰＶ１との差を出力する減算器４００１と、設定値ＳＰ２と状態量ＰＶ２との差を出力する減算器４００２と、減算器４００１，４００２の出力に基づいてそれぞれ操作量ＭＶ１，ＭＶ２を算出するコントローラ４００３，４００４と、操作量ＭＶ１，ＭＶ２をそれぞれ変換した操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’を出力するクロスコントローラ４００５とを有する。
【００１３】
クロスコントローラ４００５は、ループ間干渉による影響分を予め打ち消す処理を操作量ＭＶ１，ＭＶ２に対して行うものであり、操作量ＭＶ１に係数Ｍ１２を乗算する乗算器４００７と、操作量ＭＶ２に係数Ｍ２１を乗算する乗算器４００８と、操作量ＭＶ１と乗算器４００８の出力との差を操作量ＭＶ１’として出力する減算器４００９と、操作量ＭＶ２と乗算器４００７の出力との差を操作量ＭＶ２’として出力する減算器４０１０とから構成される。ここでは説明を簡単にするため、プロセス時定数やプロセスむだ時間などの動的特性は無視することにする。操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’に対する制御対象プロセス４００６のプロセスゲインをそれぞれＫｐ１，Ｋｐ２とすると、非特許文献１によれば、非干渉化のためのクロスコントローラ４００５は以下のように設計できる。
ＭＶ１’＝ＭＶ１＋（−０．５Ｋｐ２／０．５Ｋｐ１）ＭＶ２          ・・・（４）
ＭＶ２’＝（Ｋｐ１／Ｋｐ２）ＭＶ１＋ＭＶ２                        ・・・（５）
また、クロスコントローラ４００５の入出力の関係をマトリックスで表現すると、以下のようになる。
【００１４】
【数２】
2006215614.tif 000004
【００１５】
すなわち、前述の係数Ｍ１２は−Ｋｐ１／Ｋｐ２、係数Ｍ２１は０．５Ｋｐ２／０．５Ｋｐ１となる。コントローラ４００３により算出された操作量ＭＶ１は、クロスコントローラ４００５により操作量ＭＶ１’に変換された後に図示しないアクチュエータを介して制御対象プロセス４００６に送られ、コントローラ４００４により算出された操作量ＭＶ２は、クロスコントローラ４００５により操作量ＭＶ２’に変換された後にアクチュエータを介して制御対象プロセス４００６に送られる。
【００１６】
図１１に示したクロスコントローラ４００５を図１０の制御装置に適用した構成を図１２に示す。状態量変換部３００３とクロスコントローラ４００５とを用いることにより、状態量平均値ＰＶ１’のみを専用的に制御するコントローラＣ１を中心とする第１制御ループと、状態量差ＰＶ２’のみを専用的に制御するコントローラＣ２を中心とする第２制御ループとを有するマルチループの制御系を実現できる。状態量平均値ＰＶ１’のみを専用的に制御するコントローラＣ１の応答特性を安定性重視の方向（低感度）で調整し、状態量差ＰＶ２’のみを専用的に制御するコントローラＣ２の応答特性を即応性重視の方向（高感度）で調整すれば、状態量平均値ＰＶ１’が設定値ＳＰ１’に追従するよりも前に、状態量差ＰＶ２’が設定値ＳＰ２’に追従するようになるので、状態量差ＰＶ２’を所望の値に維持しながら、状態量平均値ＰＶ１’を所望の値に変更するような制御が可能になる。
【００１７】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特開平８−０９５６４７号公報
【特許文献２】特開平９−１９９４９１号公報
【非特許文献１】広井和男，「ディジタル計装制御システムの基礎と応用」，工業技術社，１９８７年１０月，ｐ．１５２−１５６，ＩＳＢＮ４−９０５９５７−００−１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
［第１の課題］
実際のアクチュエータには出力の上下限があり、コントローラはこの上下限を考慮した操作量算出をしなければならない。つまり、アクチュエータの出力が上限値あるいは下限値に達して状態量の変化に限界が生じている状態においては、コントローラは必要以上に操作量の算出結果を高くしたり低くしたりしてはならない。ＰＩＤ等のコントローラがアクチュエータの物理的な上下限を考慮しない場合、積分ワインドアップという問題が生じる。
【００１９】
以下、この積分ワインドアップについて具体的に説明する。例えば、状態量が温度であり、アクチュエータがヒータである場合、一般的にヒータ出力には下限値０％、上限値１００％という制約が与えられる。コントローラで算出される操作量ＭＶが上昇して１００％に達すると、ヒータ出力も１００％に達する。このとき、温度設定値ＳＰに対して温度計測値ＰＶが低い場合、仮にコントローラがヒータ出力の上限値１００％を無視していると、コントローラは１００％よりも大きな操作量ＭＶを算出することになる。ところが、ヒータ出力は１００％で飽和するため、ヒータ出力の上昇に応じた温度計測値ＰＶの上昇は限界に達し、その結果、コントローラは操作量ＭＶをさらに大きな値へと上げていくことになる。
【００２０】
そして、操作量ＭＶの算出値が上昇し続けて例えば５００％に達した時点で、温度設定値ＳＰが温度計測値ＰＶよりも低い値に変更されたと仮定する。温度設定値ＳＰの変更により、コントローラは、操作量ＭＶを５００％から下げていくことになるので、ヒータ出力の上限値１００％よりも低い操作量ＭＶがコントローラから出力されるようになるまでに長い時間がかかる。したがって、温度設定値ＳＰを温度計測値ＰＶよりも低い値に変更したにもかかわらず、コントローラからは長時間にわたって操作量１００％が出力され、結果的に温度降下の開始が大きく遅れることになる。以上のように操作量ＭＶの算出結果が必要以上に高くなり、設定値ＳＰが小さい値に変更されたときに操作量ＭＶの降下が遅れる現象が積分ワインドアップと呼ばれる現象であり、コントローラがアクチュエータの物理的な上下限を考慮して操作量を算出しないことに起因する。
【００２１】
図１２に示した制御装置では、コントローラＣ１，Ｃ２において算出される操作量ＭＶ１，ＭＶ２がクロスコントローラ４００５により操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’に変換される。言い換えれば、コントローラＣ１，Ｃ２が算出する操作量ＭＶ１，ＭＶ２は、複数のアクチュエータＡ１，Ａ２への合成操作量として算出されるわけであり、コントローラＣ１，Ｃ２の操作量ＭＶ１，ＭＶ２とアクチュエータＡ１，Ａ２の出力とが１対１に対応しなくなる。したがって、コントローラＣ１，Ｃ２がアクチュエータＡ１，Ａ２の出力の上下限を考慮した操作量ＭＶ１，ＭＶ２の算出を行ったとしても、アクチュエータＡ１，Ａ２に実際に出力されるのは操作量ＭＶ１，ＭＶ２を合成した操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’なので、結果としてアクチュエータＡ１，Ａ２の出力の上下限を考慮していない操作量出力がアクチュエータＡ１，Ａ２に対して行われる可能性がある。このため、図１２に示した制御装置では、前述のＰＩＤコントローラと同様の積分ワインドアップが発生するという問題点があった。
【００２２】
［第２の課題］
また、通常のコントローラでは、制御対象の特性に合わせてパラメータの調整を行なわなければならない。パラメータ調整の例としては、ＰＩＤコントローラにおけるＰＩＤパラメータ調整がある。従来、このようなパラメータ調整を実現するための調整方法や自動調整機能などが考案されているが、この調整方法や自動調整機能は基本的にコントローラとアクチュエータと制御対象と計測手段とが物理的に対応していることが必要条件になる。
【００２３】
以下、従来のパラメータ調整について具体的に説明する。例えば、状態量が温度であり、アクチュエータがヒータであり、制御対象が炉であり、計測手段が熱電対などの温度センサである場合を考える。このとき、図１３に示すように、２個の制御ループを想定し、コントローラ５００３，５００４と、アクチュエータであるヒータ５００５，５００６と、制御対象である炉５００７，５００８と、計測手段である温度センサ５００９，５０１０とを備えるものとする。図１３において、５００１は温度設定値ＳＰ１と温度計測値ＰＶ１との差を出力する減算器、５００２は温度設定値ＳＰ２と温度計測値ＰＶ２との差を出力する減算器である。
【００２４】
図１３の構成においては、多少のループ間干渉は許容するものの、コントローラ５００３はヒータ５００５に操作量ＭＶ１を出力し、ヒータ５００５は主に炉５００７を加熱し、温度センサ５００９は炉５００７付近の温度を計測して、コントローラ５００３は温度計測値ＰＶ１を制御するように制御演算を実行しなければならない。同様に、コントローラ５００４はヒータ５００６に操作量ＭＶ２を出力し、ヒータ５００６は主に炉５００８を加熱し、温度センサ５０１０は炉５００８付近の温度を計測して、コントローラ５００４は温度計測値ＰＶ２を制御するように制御演算を実行しなければならない。このように、コントローラ５００３，５００４とヒータ５００５，５００６と炉５００７，５００８と温度センサ５００９，５０１０とが物理的に対応していることが、従来考案されている調整方法や自動調整機能などを適用するための必要条件になる。逆に言えば、コントローラ５００３がヒータ５００５とヒータ５００６とに同等のレベルで配分される操作量ＭＶ１，ＭＶ２を１個の合成操作量として算出し、同じくコントローラ５００４がヒータ５００５とヒータ５００６とに同等のレベルで配分される操作量ＭＶ１，ＭＶ２を１個の合成操作量として算出すると、従来考案されている調整方法や自動調整機能などを適用することは不可能になる。
【００２５】
図１２に示した制御装置では、コントローラＣ１，Ｃ２において算出される操作量ＭＶ１，ＭＶ２がクロスコントローラ４００５により操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’に変換される。言い換えれば、コントローラＣ１，Ｃ２が算出する操作量ＭＶ１，ＭＶ２は、複数のアクチュエータＡ１，Ａ２への合成操作量として算出されるわけであり、コントローラＣ１，Ｃ２の操作量ＭＶ１，ＭＶ２とアクチュエータＡ１，Ａ２の出力とが１対１に対応しなくなる。すなわち、コントローラとアクチュエータと制御対象と計測手段とが物理的に対応するという基本的な条件が成立しなくなる。したがって、図１２に示した制御装置では、従来考案されている調整方法や自動調整機能などを適用することは不可能であり、ＰＩＤパラメータ調整等のコントローラのパラメータ調整が非常に難しくなるという問題点があった。
【００２６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の状態量間の相対量を所望の値に維持しつつ、複数の状態量の平均値等の絶対量を所望の値に変更する制御を行う制御系において、積分ワインドアップを防止することができ、かつ従来考案されているパラメータ調整方法や自動調整機能などを適用することができる制御方法および制御装置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】
【００２７】
本発明は、少なくとも２個の制御ループを有する制御系の制御方法において、特定の基準となる状態量を基準状態量とし、この基準状態量との相対量が予め規定された値を維持するように制御される状態量を追従状態量としたとき、前記追従状態量を制御するコントローラに入力される複数の制御演算用入力値のうちの１つである追従状態量設定値に対して急変動を抑制するフィルタリング処理を施すフィルタ手順と、前記フィルタリング処理された追従状態量設定値又は他の制御演算用入力値のうちの１つを内部入力値に変換した上で前記コントローラに入力する算出手順とを備え、前記算出手順は、前記内部入力値を前記基準状態量に対する第１の要素と前記相対量に対する第２の要素との和とし、前記基準状態量に対する前記制御演算用入力値の要素を前記第１の要素とし、前記相対量に対する前記制御演算用入力値の要素に所定の第１の係数を掛けた値を前記第２の要素とすることで、前記内部入力値を算出するようにしたものである。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記フィルタ手順は、時間遅れ演算により前記フィルタリング処理を行うようにしたものである。
また、本発明の制御方法の１構成例は、さらに前記フィルタ手順の前に、前記フィルタリング処理の時定数を、前記コントローラから出力される操作量の飽和が緩和されるように適応的に修正する修正手順を備えるものである。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記修正手順は、前記追従状態量設定値が変更されたときに、前記フィルタリング処理を実施しない場合に発生する前記操作量の飽和の程度を推定する手順と、この推定結果に基づき前記フィルタリング処理の時定数を決定する手順とからなるものである。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記内部入力値に変換される制御演算用入力値は、前記追従状態量設定値ＳＰｉを前記フィルタリング処理した追従状態量フィルタリング設定値ＳＰｉ”であり、前記内部入力値は、追従状態量内部設定値ＳＰｉ’である。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記内部入力値に変換される制御演算用入力値は、追従状態量計測値ＰＶｉであり、前記内部入力値は、追従状態量内部計測値ＰＶｉ’である。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記内部入力値に変換される制御演算用入力値は、追従状態量偏差Ｅｒｉであり、前記内部入力値は、追従状態量内部偏差Ｅｒｉ’である。
【００２８】
また、本発明の制御装置は、特定の基準となる状態量を基準状態量とし、この基準状態量との相対量が予め規定された値を維持するように制御される状態量を追従状態量としたとき、追従状態量毎に設けられ、追従状態量を制御するための操作量を算出して、算出した操作量を対応する制御ループの制御対象に出力するコントローラと、追従状態量毎に設けられ、前記コントローラに入力される複数の制御演算用入力値のうちの１つである追従状態量設定値に対して急変動を抑制するフィルタリング処理を施す追従状態量フィルタリング設定値算出部と、追従状態量毎に設けられ、前記フィルタリング処理された追従状態量設定値又は他の制御演算用入力値のうちの１つを内部入力値に変換した上で、対応する前記コントローラに入力する内部入力値算出部とを備え、前記内部入力値算出部は、前記内部入力値を前記基準状態量に対する第１の要素と前記相対量に対する第２の要素との和とし、前記基準状態量に対する前記制御演算用入力値の要素を前記第１の要素とし、前記相対量に対する前記制御演算用入力値の要素に所定の第１の係数を掛けた値を前記第２の要素とすることで、前記内部入力値を算出するものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、少なくとも２個の制御ループを有する制御系において、特定の基準となる状態量を基準状態量とし、この基準状態量との相対量が予め規定された値を維持するように制御される状態量を追従状態量としたとき、追従状態量設定値又は他の制御演算用入力値のうちの１つを内部入力値に変換した上でコントローラに入力する算出手順を実行し、この算出手順において内部入力値を基準状態量に対する第１の要素と相対量に対する第２の要素との和として算出することにより、基準状態量と追従状態量との状態量差などの相対量を所望の値に維持しつつ、状態量平均値などの基準状態量を所望の値に変更する制御を実現することができる。また、本発明では、コントローラの操作量と実際のアクチュエータの出力とが１対１に対応する制御系を構成することができるので、積分ワインドアップを防止することができ、従来考案されているパラメータ調整方法や自動調整機能などを適用してコントローラを調整することができる。また、内部入力値の第２の要素として、相対量に対する制御演算用入力値の要素に第１の係数を掛けた値を使用することにより、相対量を優先的に制御しながら、基準状態量も同時に制御することができる。さらに、本発明では、追従状態量設定値に対して急変動を抑制するフィルタリング処理を施すことにより、状態量差などの相対量が小さくなるように制御する際に、操作量の飽和を緩和することができ、本来の目的である、状態量差を小さくするという効果が損なわれることを回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
［発明の原理］
以下、本発明では、状態量平均値のような基準となる絶対的な状態量を基準状態量、基準状態量との相対量（例えば状態量差）が予め規定された値を維持するように制御される状態量を追従状態量と称する。また、基準状態量に対する設定値を基準状態量設定値、基準状態量の計測値を基準状態量計測値、追従状態量に対する設定値を追従状態量設定値、追従状態量の計測値を追従状態量計測値、基準状態量と追従状態量との相対量に対する設定値を追従状態量相対設定値、基準状態量と追従状態量との相対量の計測値を追従状態量相対計測値、基準状態量に対してコントローラの内部に設定される内部設定値を基準状態量内部設定値、追従状態量に対してコントローラの内部に設定される内部設定値を追従状態量内部設定値と称する。状態量としては、例えば温度、圧力、流量などがある。
【００３１】
本発明では、外部から与えられる状態量設定値ＳＰとは別に、コントローラの内部に設定される状態量内部設定値ＳＰ’を用いて、操作量ＭＶを算出するものとする。このとき、状態量内部設定値ＳＰ’は、基準状態量に対する要素ＳＰｍと、基準状態量と追従状態量との相対量に対する要素ΔＳＰとに分離しておく（ＳＰ’＝ＳＰｍ＋ΔＳＰ）。また、本発明では、状態量計測値との内挿外挿演算（ＳＰ’＝ＡＳＰ＋（１−Ａ）ＰＶ）により、実際に与えられている設定値ＳＰｍやΔＳＰをそのまま適用する場合よりも、実質的にコントローラの特性を低感度側にシフトさせたり、高感度側にシフトさせたりできることに着目し、基準状態量の感度と、基準状態量と追従状態量との相対量の感度とを、各々個別にシフトできる状態量内部設定値ＳＰ’に変換する。
【００３２】
このように、本発明では、状態量内部設定値ＳＰ’を基準状態量に対する要素ＳＰｍと基準状態量と追従状態量との相対量に対する要素ΔＳＰとに分離し、この状態量内部設定値ＳＰ’を状態量設定値ＳＰと状態量計測値ＰＶとの内挿外挿演算により求めて操作量ＭＶの算出に用いる構成とする。これにより、本発明では、状態量平均値のような基準状態量については応答特性を低感度側にシフトさせ、状態量差のような、基準状態量と追従状態量との相対量については応答特性を高感度側にシフトさせれば、基準状態量計測値ＰＶｍが基準状態量設定値ＳＰｍに追従するよりも前に、追従状態量相対計測値ΔＰＶが追従状態量相対設定値ΔＳＰに追従するようになるので、基準状態量と追従状態量との相対量を所望の値に維持しながら、基準状態量を所望の値に変更するような制御が可能になる。
【００３３】
また、本発明の構成によれば、通常の制御系との相違点は、状態量設定値ＳＰが状態量内部設定値ＳＰ’に変換されることだけになる。すなわち、コントローラの操作量と実際のアクチュエータの出力とが１対１に対応する形式で、基準状態量と追従状態量との相対量を優先的に制御しながら、基準状態量も同時に制御する制御方法を提供することができる。
【００３４】
ここで、上記の２つの着眼点のうち、状態量設定値ＳＰと状態量計測値ＰＶとの内挿外挿演算による状態量内部設定値ＳＰ’の算出（以下、第１の着眼点と呼ぶ）について説明する。状態量設定値ＳＰと状態量計測値ＰＶとを参照し、特定の係数Ａを用いて、以下の数式によりコントローラの内部に設定される状態量内部設定値ＳＰ’に変換することを考える。
ＳＰ’＝ＡＳＰ＋（１−Ａ）ＰＶ                                    ・・・（７）
ただし、係数Ａは０より大きい実数とする。このとき、Ａ＝１とすれば、ＳＰ’＝ＳＰとなり、状態量設定値ＳＰは全く変換されないことを意味する。
【００３５】
式（７）において係数Ａの値を０＜Ａ＜１とすれば、変換された状態量内部設定値ＳＰ’は、元の状態量設定値ＳＰと状態量計測値ＰＶとの間の数値（内挿関係）になる。したがって、例えばＰＩＤコントローラなどで偏差を算出する場合、図１に示すように、状態量設定値ＳＰと状態量計測値ＰＶとの偏差Ｅｒ＝ＳＰ−ＰＶよりも、状態量内部設定値ＳＰ’と状態量計測値ＰＶとの偏差Ｅｒ’＝ＳＰ’−ＰＶの方が、絶対値が小さい値になる。その結果、コントローラが偏差Ｅｒに基づいて操作量ＭＶを算出する場合よりも、偏差Ｅｒ’に基づいて操作量ＭＶ’を算出する場合の方が、操作量の変化は緩くなる。すなわち、係数Ａの値を０＜Ａ＜１とすれば、コントローラの応答特性は安定性重視の方向（低感度）の特性にシフトする。
【００３６】
一方、係数Ａの値をＡ＞１とすれば、変換された状態量内部設定値ＳＰ’は、元の状態量設定値ＳＰよりも更に状態量計測値ＰＶから離れた数値（外挿関係）になる。したがって、例えばＰＩＤコントローラなどで偏差を算出する場合、図２に示すように、状態量設定値ＳＰと状態量計測値ＰＶとの偏差Ｅｒ＝ＳＰ−ＰＶよりも、状態量内部設定値ＳＰ’と状態量計測値ＰＶとの偏差Ｅｒ’＝ＳＰ’−ＰＶの方が、絶対値が大きい値になる。その結果、コントローラが偏差Ｅｒに基づいて操作量ＭＶを算出する場合よりも、偏差Ｅｒ’に基づいて操作量ＭＶ’を算出する場合の方が、操作量の変化は激しくなる。すなわち、係数Ａの値をＡ＞１とすれば、コントローラの応答特性は即応性重視の方向（高感度）の特性にシフトする。
【００３７】
次に、上記の２つの着眼点のうち、状態量内部設定値ＳＰ’を基準状態量に対する要素と基準状態量と追従状態量との相対量に対する要素とに分離する点（以下、第２の着眼点と呼ぶ）について説明する。基準状態量と、基準状態量と追従状態量との相対量とを同時に制御する場合、状態量設定値ＳＰは、次式のように、基準状態量に対する要素ＳＰｍと、基準状態量と追従状態量との相対量に対する要素ΔＳＰｍとに分離できる。
ＳＰ＝ＳＰｍ＋ΔＳＰｍ                                            ・・・（８）
【００３８】
また、状態量設定値ＳＰに合わせて、状態量計測値ＰＶについても、次式のように、基準状態量計測値ＰＶｍと、追従状態量相対計測値ΔＰＶｍとに分離できる。
ＰＶ＝ＰＶｍ＋ΔＰＶｍ                                            ・・・（９）
【００３９】
ここで、第１の着眼点と第２の着眼点とをまとめると、式（７）〜式（９）より以下のようになる。
ＳＰ’＝Ａ（ＳＰｍ＋ΔＳＰｍ）＋（１−Ａ）（ＰＶｍ＋ΔＰＶｍ）
＝ＡＳＰｍ＋（１−Ａ）ＰＶｍ＋ＡΔＳＰｍ＋（１−Ａ）ΔＰＶｍ
・・・（１０）
【００４０】
このとき、式（１０）中のＡＳＰｍ＋（１−Ａ）ＰＶｍは基準状態量に関する要素であり、ＡΔＳＰｍ＋（１−Ａ）ΔＰＶｍは基準状態量と追従状態量との相対量に関する要素である。すなわち、両者は各々個別に内挿関係と外挿関係を与える線形結合式に分離されている形になるので、以下のように個別の係数Ａ，Ｂにより、内挿関係と外挿関係を与えることが可能になる。
ＳＰ’＝ＡＳＰｍ＋（１−Ａ）ＰＶｍ＋ＢΔＳＰｍ＋（１−Ｂ）ΔＰＶｍ
・・・（１１）
【００４１】
式（１１）において、Ａは基準状態量に関する係数、Ｂは基準状態量と追従状態量との相対量に関する係数となる。複数の制御ループがある場合、基準状態量と追従状態量との相対量に関する係数Ｂは特に各制御ループ個別に与えられることが好ましく、その場合、複数の制御ループにおけるｉ（ｉは１，２，３・・・・）番目の追従状態量について、以下のような状態量設定値ＳＰｉの変換を実施すれば良い。
ＳＰｉ’＝ＡｍＳＰｍ＋（１−Ａｍ）ＰＶｍ＋ＢｉΔＳＰｉｍ
＋（１−Ｂｉ）ΔＰＶｉｍ                                ・・・（１２）
【００４２】
式（１２）において、ＳＰｉ’はｉ番目の追従状態量に対する内部設定値、ΔＳＰｉｍは基準状態量とｉ番目の追従状態量との相対量の設定値である追従状態量相対設定値、ΔＰＶｉｍは基準状態量とｉ番目の追従状態量との相対量の計測値である追従状態量相対計測値、Ｂｉは基準状態量とｉ番目の追従状態量との相対量に関する係数である。なお、基準状態量に関する係数Ａｍは、各制御ループ共通に与えても各制御ループ個別に与えてもかまわない。
【００４３】
また式（１２）において、ΔＳＰｉｍ＝ＳＰｉ−ＳＰｍ、ΔＰＶｉｍ＝ＰＶｉ−ＰＶｍであることは言うまでもなく、以下のような等価な置換は容易に可能である。
ＳＰｉ’＝ＡｍＳＰｍ＋（１−Ａｍ）ＰＶｍ＋ＢｉΔＳＰｉｍ
＋（１−Ｂｉ）（ＰＶｉ−ＰＶｍ）                        ・・・（１３）
ＳＰｉ’＝ＡｍＳＰｍ＋（１−Ａｍ）ＰＶｍ＋Ｂｉ（ＳＰｉ−ＳＰｍ）
＋（１−Ｂｉ）（ＰＶｉ−ＰＶｍ）                        ・・・（１４）
【００４４】
なお、追従状態量相対計測値ΔＰＶｉｍを採用する場合と、追従状態量計測値ＰＶｉと基準状態量計測値ＰＶｍとの差ＰＶｉ−ＰＶｍを採用する場合とでは、単純に制御装置内部の処理が異なるだけである。これに対して、追従状態量相対設定値ΔＳＰｉｍを採用する場合には、オペレータがユーザインタフェースを通して基準状態量設定値ＳＰｍと追従状態量相対設定値ΔＳＰｉｍとを設定することになり、一方、追従状態量設定値ＳＰｉと基準状態量設定値ＳＰｍとの差ＳＰｉ−ＳＰｍを採用する場合には、オペレータがユーザインタフェースを通して基準状態量設定値ＳＰｍと追従状態量設定値ＳＰｉとを設定することになり、この両者の場合は相違があるので、敢えて別な構成として扱うものとする。
【００４５】
また、式（１３）、式（１４）は、以下のような等価な数式に整理することも容易に可能である。
ＳＰｉ’＝ＰＶｉ＋Ａｍ（ＳＰｍ−ＰＶｍ）
＋Ｂｉ｛ΔＳＰｉｍ−（ＰＶｉ−ＰＶｍ）｝                ・・・（１５）
ＳＰｉ’＝ＰＶｉ＋Ａｍ（ＳＰｍ−ＰＶｍ）
＋Ｂｉ｛（ＳＰｉ−ＳＰｍ）−（ＰＶｉ−ＰＶｍ）｝        ・・・（１６）
【００４６】
また、ＳＰｉ＝ＳＰｉ'''＋ΔＳＰｉ'''、ＰＶｉ＝ＰＶｉ'''＋ΔＰＶｉ'''のように考えると、式（１４）は以下のような等価変換も容易に可能である。
ＳＰｉ’＝ＡｍＳＰｍ＋（１−Ａｍ）ＰＶｍ＋Ｂｉ（ＳＰｉ−ＳＰｍ）
＋（１−Ｂｉ）（ＰＶｉ−ＰＶｍ）
＝ＡｍＳＰｍ＋（１−Ａｍ）ＰＶｍ
＋Ｂｉ（ＳＰｉ'''＋ΔＳＰｉ'''−ＳＰｍ）
＋（１−Ｂｉ）（ＰＶｉ'''＋ΔＰＶｉ'''−ＰＶｍ）
＝ＡｍＳＰｍ＋（１−Ａｍ）ＰＶｍ＋Ｂｉ（ＳＰｉ'''−ＳＰｍ'''）
＋（１−Ｂｉ）（ＰＶｉ'''−ＰＶｍ'''）                  ・・・（１７）
【００４７】
式（１７）において、ＳＰｉ'''、ΔＳＰｉ'''は追従状態量設定値ＳＰｉをさらに別の絶対量と相対量に分離したときの絶対量に対応する要素ＳＰｉ''' と相対量に対応する要素ΔＳＰｉ''' であり、ＰＶｉ'''、ΔＰＶｉ'''は追従状態量計測値ＰＶｉを同様に別の絶対量と相対量に分離したときの絶対量に対応する要素ＰＶｉ''' と相対量に対応する要素ΔＰＶｉ''' である。ここで、ＳＰｍ'''＝ＳＰｍ−ΔＳＰｉ'''、ＰＶｍ'''＝ＰＶｍ−ΔＰＶｉ'''である。すなわち、基準状態量と追従状態量との相対量に関する要素において、ＳＰｍやＰＶｍを別のＳＰｍ'''やＰＶｍ'''に置換することは、両者の関係が明確である限りは等価な線形結合式であり、実質的に本発明の基本的技術思想の範囲から外れるものではない。
以上の原理により、基準状態量の感度と、基準状態量と追従状態量との相対量の感度とを、各々個別にシフトできる状態量内部設定値ＳＰ’が得られる。
【００４８】
続いて、基準状態量と追従状態量との相対量を優先的に制御する原理について説明する。式（１４）において、基準状態量に関する係数Ａｍと基準状態量と追従状態量との相対量に関する係数Ｂｉとの関係をＡｍ＝Ｂｉ＝１とすれば、ＳＰｉ’＝ＳＰｉになる。このときの状態量内部設定値ＳＰｉ’は状態量設定値ＳＰｉから全く変化しておらず、感度についても通常の制御と全く変化はない。
【００４９】
ここで、特に重要なのは基準状態量と追従状態量との相対量に関する係数Ｂｉであり、Ｂｉ＞１とすることで基準状態量と追従状態量との相対量について特に感度が向上するので、相対量を優先的に制御するように制御装置を動作させることができる。したがって、基準状態量に関する係数Ａｍについては常時Ａｍ＝１としても、本発明における課題解決は達成されることになるので、以下のような状態量内部設定値ＳＰｉ’への変換でも良い。
ＳＰｉ’＝ＳＰｍ＋ＢｉΔＳＰｉｍ＋（１−Ｂｉ）（ＰＶｉ−ＰＶｍ）  ・・（１８）
ＳＰｉ’＝ＳＰｍ＋Ｂｉ（ＳＰｉ−ＳＰｍ）＋（１−Ｂｉ）（ＰＶｉ−ＰＶｍ）
・・・（１９）
ＳＰｉ’＝ＰＶｉ＋（ＳＰｍ−ＰＶｍ）＋Ｂｉ｛ΔＳＰｉｍ−（ＰＶｉ−ＰＶｍ）｝
・・・（２０）
ＳＰｉ’＝ＰＶｉ＋（ＳＰｍ−ＰＶｍ）
＋Ｂｉ｛（ＳＰｉ−ＳＰｍ）−（ＰＶｉ−ＰＶｍ）｝        ・・・（２１）
【００５０】
ただし、基準状態量と追従状態量との相対量について感度を向上させるだけでは、相対量について十分な制御特性が得られる以前に、高感度化が過度な状態になり制御系が不安定化することもあり得る。このような場合には、基準状態量と追従状態量との相対量に関する係数Ｂｉを小さな値に戻すのではなく、基準状態量に関する係数ＡｍをＡｍ＜１とすることにより不安定化を解消することも可能であり、基準状態量と追従状態量との相対量の優先度を犠牲にすることも回避できる。したがって、基準状態量に関する係数Ａｍが調整可能な変換式を採用することがより好ましい。
【００５１】
発明者は、以上の原理を用いて、コントローラの操作量と実際のアクチュエータの出力とが１対１に対応する形式で、状態量差のような相対量を優先的に制御しながら、状態量平均値のような基準状態量も同時に制御できる制御方法を提案した（特願２００４−１２８２２７、特願２００４−１２８２３６、特願２００４−１２８２４０）。この先行出願の制御方法において、基準状態量は、各制御ループの状態量の平均値であったり、特定の１つの状態量であったりする。いずれの場合でも、操作量に制約がない範囲で上下動させることができれば、状態量差を要求通りに制御することが可能である。
【００５２】
しかし、操作量飽和が発生する場合、要求通りに制御できない状況も発生する。以下、先行出願の制御方法の問題点を図３（ａ）、図３（ｂ）を用いて説明する。ここでは、制御ループがI，II，IIIの３つあり、制御ループ間の状態量差を小さくすることを制御の目的とする。また、このときの各制御ループのコントローラの制御アルゴリズムはＰＩＤであるとする。図３（ａ）は、各制御ループI，II，IIIのコントローラに設定値ＳＰ＝３０％のステップ入力が加わったときの制御応答を示し、図３（ｂ）は、このステップ入力時に各制御ループI，II，IIIのコントローラから出力される操作量ＭＶを示している。
【００５３】
設定値ＳＰのステップ入力が加わると、通常のＰＩＤの演算では操作量出力ＭＶが大きく変化し、状態量ＰＶが設定値ＳＰに追従する方向に変化する。このときの過渡状態において、状態量差を要求通りに制御するためには、操作量ＭＶが０〜１００％の範囲にあって、かつ自在に増減できることが必要である。しかし、コントローラが演算する操作量ＭＶが１００％を大きく超えている場合、演算上では操作量ＭＶを増減することはできても、実際にコントローラから出力される操作量ＭＶは上限値１００％で飽和したまま変化しないという状況になってしまう。したがって、状態量差を小さくするという効果が得られなくなる。以上のように、先行出願の制御方法では、操作量飽和の発生により、本来の効果が損なわれるという問題点がある。
【００５４】
これに対して、本発明では、この問題点の発生要因が設定値ＳＰのステップ入力時に起こるＰＩＤ制御演算特有の微分キックであることに着眼する。例えば、ＰＩＤの微分動作に対して設定値ＳＰの急変が作用すると、設定値ＳＰの急変に追従する方向に操作量ＭＶも急変し、操作量飽和が発生する。
先行出願の問題点を解決するには、前述の問題点の発生要因に基づき、操作量上下限処理の制約を受けない範囲に操作量ＭＶをできる限り維持できるようにすればよい。特に、微分キックが緩和されることが重要であり、設定値ＳＰの急変がＰＩＤ制御演算に作用しないか、あるいは十分に緩和されればよい。そこで、本発明では、設定値ＳＰの変化にダンピングの効果を与えるフィルタを適用する。このフィルタとしては、構造が簡単な１次遅れ、２次遅れなどの時間遅れフィルタが適当である。
【００５５】
フィルタの設定方法としては、予め操作量飽和の発生の程度を調べておいて、例えば１次遅れフィルタの時定数を適当に設定する方法がある。ただし、この方法は、予め見通せるパターンでしか制御動作が発生しない場合にのみ適用可能である。より好ましくは、操作量飽和の発生に応じて１次遅れフィルタの時定数を自動修正できるようにするべきである。操作量飽和の発生原因が設定値ＳＰの急変であるならば、設定値ＳＰの変更幅に連動して１次遅れフィルタの時定数を自動修正すればよく、設定値ＳＰの変更幅が大きいときは時定数を大きくするような要領になる。また、より詳細には、設定値ＳＰの変更前の操作量ＭＶ値や、設定されているＰＩＤパラメータなども参照して時定数を自動修正するべきである。
【００５６】
［実施の形態］
図４は、本発明の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、制御ループが３個で、基準状態量として３個の制御ループの状態量平均値を採用し、追従状態量として３個の制御ループの各状態量を採用する場合の例であるが、２個以上の制御ループであれば同様の原理で、同様の制御系を構成できる。
【００５７】
図４の制御装置は、第１の追従状態量に関する第１の制御系の構成として、追従状態量設定値ＳＰ１入力部１−１と、追従状態量計測値ＰＶ１入力部２−１と、操作量ＭＶ１出力部３−１と、ＰＩＤ制御演算部（ＰＩＤコントローラ）４−１と、係数Ｂ１記憶部５−１と、追従状態量内部設定値ＳＰ１’算出部（内部入力値算出部）６−１と、追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ１”算出部１０−１とを備える。また、図４の制御装置は、第２の追従状態量に関する第２の制御系の構成として、追従状態量設定値ＳＰ２入力部１−２と、追従状態量計測値ＰＶ２入力部２−２と、操作量ＭＶ２出力部３−２と、ＰＩＤ制御演算部（ＰＩＤコントローラ）４−２と、係数Ｂ２記憶部５−２と、追従状態量内部設定値ＳＰ２’算出部（内部入力値算出部）６−２と、追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ２”算出部１０−２とを備える。また、図４の制御装置は、第３の追従状態量に関する第３の制御系の構成として、追従状態量設定値ＳＰ３入力部１−３と、追従状態量計測値ＰＶ３入力部２−３と、操作量ＭＶ３出力部３−３と、ＰＩＤ制御演算部（ＰＩＤコントローラ）４−３と、係数Ｂ３記憶部５−３と、追従状態量内部設定値ＳＰ３’算出部（内部入力値算出部）６−３と、追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ３”算出部１０−３とを備える。
【００５８】
また、図４の制御装置は、基準状態量に関する構成として、追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ１”とＳＰ２”とＳＰ３”の平均値を基準状態量設定値ＳＰｍとして算出する基準状態量設定値ＳＰｍ算出部７と、追従状態量計測値ＰＶ１とＰＶ２とＰＶ３の平均値を基準状態量計測値ＰＶｍとして算出する基準状態量計測値ＰＶｍ算出部８と、係数Ａｍ記憶部９とを備える。
【００５９】
さらに、図４の制御装置は、フィルタ時定数適応修正に関する構成として、追従状態量設定値ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３のうち少なくとも１つが変更された場合、この設定値が変更された制御ループｊの設定値変更直前の操作量ＭＶｊを取得する設定値変更時操作量検出部１１と、設定値変更が検出されたときに、所定の操作量上限値と操作量ＭＶｊとの差である操作量上限余裕ＲＨｊ、あるいは所定の操作量下限値と操作量ＭＶｊとの差である操作量下限余裕ＲＬｊを算出する操作量上下限余裕算出部１２と、設定値変更が検出されたときに、制御ループｊにおいて設定値に対するフィルタリング処理を実施せずにＰＩＤ制御演算を実行した場合に発生する操作量変化分ΔＭＶｊを推定する操作量変化推定部１３と、操作量上限余裕ＲＨｊあるいは操作量下限余裕ＲＬｊと操作量変化分ΔＭＶｊと予め設定された比率αｊとに基づいてフィルタリング時定数Ｔｆを決定し、このフィルタリング時定数Ｔｆを追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ１”算出部１０−１と追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ２”算出部１０−２と追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ３”算出部１０−３とに設定するフィルタリング時定数決定部１４とを備える。
【００６０】
図５は本実施の形態における制御系のブロック線図である。図５において、Ｅｒ１’は第１の追従状態量の内部設定値ＳＰ１’と第１の追従状態量の計測値ＰＶ１との偏差、Ｅｒ２’は第２の追従状態量の内部設定値ＳＰ２’と第２の追従状態量の計測値ＰＶ２との偏差、Ｅｒ３’は第３の追従状態量の内部設定値ＳＰ３’と第３の追従状態量の計測値ＰＶ３との偏差、Ａｍは基準状態量に関する係数、Ｂ１は第１の追従状態量と基準状態量との状態量差に関する係数、Ｂ２は第２の追従状態量と基準状態量との状態量差に関する係数、Ｂ３は第３の追従状態量と基準状態量との状態量差に関する係数、Ａ１は第１の追従状態量を制御するアクチュエータ、Ａ２は第２の追従状態量を制御するアクチュエータ、Ａ３は第３の追従状態量を制御するアクチュエータ、Ｐ１は第１の追従状態量に係る制御対象プロセス、Ｐ２は第２の追従状態量に係る制御対象プロセス、Ｐ３は第３の追従状態量に係る制御対象プロセス、Ｇｐ１はアクチュエータＡ１とプロセスＰ１とを含むブロックの伝達関数、Ｇｐ２はアクチュエータＡ２とプロセスＰ２とを含むブロックの伝達関数、Ｇｐ３はアクチュエータＡ３とプロセスＰ３とを含むブロックの伝達関数である。
【００６１】
追従状態量設定値ＳＰ１入力部１−１と、追従状態量計測値ＰＶ１入力部２−１と、操作量ＭＶ１出力部３−１と、ＰＩＤ制御演算部４−１と、追従状態量内部設定値ＳＰ１’算出部６−１と、追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ１”算出部１０−１と、アクチュエータＡ１と、プロセスＰ１とは、第１の制御系（第１の制御ループ）を構成している。追従状態量設定値ＳＰ２入力部１−２と、追従状態量計測値ＰＶ２入力部２−２と、操作量ＭＶ２出力部３−２と、ＰＩＤ制御演算部４−２と、追従状態量内部設定値ＳＰ２’算出部６−２と、追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ２”算出部１０−２と、アクチュエータＡ２と、プロセスＰ２とは、第２の制御系（第２の制御ループ）を構成している。そして、追従状態量設定値ＳＰ３入力部１−３と、追従状態量計測値ＰＶ３入力部２−３と、操作量ＭＶ３出力部３−３と、ＰＩＤ制御演算部４−３と、追従状態量内部設定値ＳＰ３’算出部６−３と、追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ３”算出部１０−３と、アクチュエータＡ３と、プロセスＰ３とは、第３の制御系（第３の制御ループ）を構成している。
【００６２】
次に、本実施の形態の制御装置の動作を図６を用いて説明する。まず、追従状態量設定値ＳＰ１は、制御装置のオペレータによって設定され、追従状態量設定値ＳＰ１入力部１−１を介して追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ１”算出部１０−１と設定値変更時操作量検出部１１とに入力される（図６ステップＳ１０１）。追従状態量設定値ＳＰ２は、オペレータによって設定され、追従状態量設定値ＳＰ２入力部１−２を介して追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ２”算出部１０−２と設定値変更時操作量検出部１１とに入力される（ステップＳ１０２）。追従状態量設定値ＳＰ３は、オペレータによって設定され、追従状態量設定値ＳＰ３入力部１−３を介して追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ３”算出部１０−３と設定値変更時操作量検出部１１とに入力される（ステップＳ１０３）。
【００６３】
追従状態量計測値ＰＶ１は、図示しない第１の検出手段によって検出され、追従状態量計測値ＰＶ１入力部２−１を介してＰＩＤ制御演算部４−１と追従状態量内部設定値ＳＰ１’算出部６−１と基準状態量計測値ＰＶｍ算出部８とに入力される（ステップＳ１０４）。追従状態量計測値ＰＶ２は、図示しない第２の検出手段によって検出され、追従状態量計測値ＰＶ２入力部２−２を介してＰＩＤ制御演算部４−２と追従状態量内部設定値ＳＰ２’算出部６−２と基準状態量計測値ＰＶｍ算出部８とに入力される（ステップＳ１０５）。追従状態量計測値ＰＶ３は、図示しない第３の検出手段によって検出され、追従状態量計測値ＰＶ３入力部２−３を介してＰＩＤ制御演算部４−３と追従状態量内部設定値ＳＰ３’算出部６−３と基準状態量計測値ＰＶｍ算出部８とに入力される（ステップＳ１０６）。
【００６４】
次に、設定値変更時操作量検出部１１は、追従状態量設定値ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３のうち少なくとも１つが変更された場合、この設定値が変更された制御ループｊの設定値変更直前の操作量ＭＶｊを取得する（ステップＳ１０７）。
操作量上下限余裕算出部１２は、設定値変更時操作量検出部１１において設定値変更が検出されたとき、所定の操作量上限値と操作量ＭＶｊとの差である操作量上限余裕ＲＨｊ、あるいは所定の操作量下限値と操作量ＭＶｊとの差である操作量下限余裕ＲＬｊを算出する（ステップＳ１０８）。
【００６５】
操作量上下限余裕算出部１２は、操作量ＭＶｊを大きな値に変更しなければならない場合（変更後の追従状態量設定値が変更前の追従状態量設定値より大きい場合）、操作量上限余裕ＲＨｊを次式により算出する。
ＲＨｊ＝ＯＨｊ−ＭＶｊ                                          ・・・（２２）
式（２２）において、ＯＨｊは制御ループｊの操作量上限値である。
【００６６】
また、操作量上下限余裕算出部１２は、操作量ＭＶｊを小さな値に変更しなければならない場合（変更後の追従状態量設定値が変更前の追従状態量設定値より小さい場合）、操作量下限余裕ＲＬｊを次式により算出する。
ＲＬｊ＝ＯＬｊ−ＭＶｊ                                          ・・・（２３）
式（２３）において、ＯＬｊは制御ループｊの操作量下限値である。
【００６７】
操作量変化推定部１３は、設定値変更時操作量検出部１１において設定値変更が検出されたとき、制御ループｊにおいて設定値に対するフィルタリング処理を実施せずにＰＩＤ制御演算を実行した場合に発生する１制御周期あたりの操作量変化分ΔＭＶｊを次式により推定する（ステップＳ１０９）。
ΔＭＶｊ＝（１００／Ｐｂｊ）｛１＋（１／Ｔｉｊｓ）＋Ｔｄｊｓ｝（ＳＰｊ
−ＰＶｊ）−ＭＶｊ                                    ・・・（２４）
式（２４）における伝達関数式（１００／Ｐｂｊ）｛１＋（１／Ｔｉｊｓ）＋Ｔｄｊｓ｝（ＳＰｊ−ＰＶｊ）は、制御ループｊのＰＩＤ制御演算式であり、Ｐｂｊは比例帯、Ｔｉｊは積分時間、Ｔｄｊは微分時間、ｓはラプラス演算子である。
【００６８】
フィルタリング時定数決定部１４は、フィルタリング時定数Ｔｆを決定し、このフィルタリング時定数Ｔｆを追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ１”算出部１０−１と追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ２”算出部１０−２と追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ３”算出部１０−３とに設定する（ステップＳ１１０）。
【００６９】
フィルタリング時定数決定部１４は、操作量ＭＶｊを大きな値に変更しなければならない場合、フィルタリング時定数の候補値Ｔｆｊを次式により算出する。
Ｔｆｊ＝αｊΔＭＶｊ／ＲＨｊ                                    ・・・（２５）
また、フィルタリング時定数決定部１４は、操作量ＭＶｊを小さな値に変更しなければならない場合、フィルタリング時定数の候補値Ｔｆｊを次式により算出する。
Ｔｆｊ＝αｊΔＭＶｊ／ＲＬｊ                                    ・・・（２６）
【００７０】
なお、追従状態量設定値が変更された制御ループｊは１つとは限らない。したがって、ステップＳ１０７〜Ｓ１０９の処理と式（２５）、式（２６）の算出とは、設定値が変更された制御ループｊの各々についてそれぞれ個別に行われる。
【００７１】
式（２５）、式（２６）で用いる比率αｊは、制御シミュレーションにより決定され、フィルタリング時定数決定部１４に予め設定されている。この制御シミュレーションでは、操作量上下限処理を行わずに、操作量ＭＶ＝０の初期状態から設定値ＳＰが変更されたときの制御ループｊの応答を求める。フィルタリング処理しないときに現れる操作量の最大値がＭＶａで、フィルタリング時定数を任意の値Ｔｆｘとしてフィルタリング処理したときの操作量の最大値がＭＶｂである場合、αｊ＝Ｔｆｘ（ＭＶｂ／ＭＶａ）のように決定すればよい。また、木目細かに修正したい場合は、ΔＭＶｊ／（ＯＨｊ−ＭＶｊ）あるいはΔＭＶｊ／（ＯＬｊ−ＭＶｊ）の値に応じた場合分けをし、各場合毎に比率αｊを設定すればよい。なお、ＰＩＤ制御演算部に設定されるＰＩＤパラメータの値により操作量ＭＶの値は変化し、また前述のとおり、追従状態量設定値が変更された制御ループｊは１つとは限らないのであるから、比率αｊを第１〜第３の制御ループ毎に予め容易しておく必要がある。
【００７２】
フィルタリング時定数決定部１４は、制御ループｊの各々について算出したフィルタリング時定数の候補値Ｔｆｊのうちの最大値をフィルタリング時定数Ｔｆとして決定し、このフィルタリング時定数Ｔｆを追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ１”算出部１０−１と追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ２”算出部１０−２と追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ３”算出部１０−３とに設定する。以上でステップＳ１１０の処理が終了する。
【００７３】
次に、追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ１”算出部１０−１は、追従状態量設定値ＳＰ１に対して次式の伝達関数式のような１次遅れフィルタリング処理を実行し、追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ１”を算出する（ステップＳ１１１）。
ＳＰ１”＝ＳＰ１／（１＋Ｔｆｓ）                                ・・・（２７）
【００７４】
追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ２”算出部１０−２は、追従状態量設定値ＳＰ２に対して次式の伝達関数式のような１次遅れフィルタリング処理を実行し、追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ２”を算出する（ステップＳ１１２）。
ＳＰ２”＝ＳＰ２／（１＋Ｔｆｓ）                                ・・・（２８）
【００７５】
追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ３”算出部１０−３は、追従状態量設定値ＳＰ３に対して次式の伝達関数式のような１次遅れフィルタリング処理を実行し、追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ３”を算出する（ステップＳ１１３）。
ＳＰ３”＝ＳＰ３／（１＋Ｔｆｓ）                                ・・・（２９）
【００７６】
基準状態量設定値ＳＰｍ算出部７は、次式のように追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ１”と追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ２”と追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ３”との平均値を基準状態量設定値ＳＰｍとして算出し、この基準状態量設定値ＳＰｍを追従状態量内部設定値ＳＰ１’算出部６−１と追従状態量内部設定値ＳＰ２’算出部６−２と追従状態量内部設定値ＳＰ３’算出部６−３とに出力する（ステップＳ１１４）。
ＳＰｍ＝（ＳＰ１”＋ＳＰ２”＋ＳＰ３”）／３                    ・・・（３０）
【００７７】
基準状態量計測値ＰＶｍ算出部８は、次式のように追従状態量計測値ＰＶ１と追従状態量計測値ＰＶ２と追従状態量計測値ＰＶ３との平均値を基準状態量計測値ＰＶｍとして算出し、この基準状態量計測値ＰＶｍを追従状態量内部設定値ＳＰ１’算出部６−１と追従状態量内部設定値ＳＰ２’算出部６−２と追従状態量内部設定値ＳＰ３’算出部６−３とに出力する（ステップＳ１１５）。
ＰＶｍ＝（ＰＶ１＋ＰＶ２＋ＰＶ３）／３                          ・・・（３１）
【００７８】
係数Ａｍ記憶部９は、基準状態量に関する係数Ａｍを予め記憶しており、係数Ｂ１記憶部５−１は、第１の追従状態量と基準状態量との状態量差に関する係数Ｂ１を予め記憶している。追従状態量内部設定値ＳＰ１’算出部６−１は、係数Ａｍ，Ｂ１と基準状態量設定値ＳＰｍと基準状態量計測値ＰＶｍと追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ１”と追従状態量計測値ＰＶ１とに基づき、追従状態量内部設定値ＳＰ１’を次式のように算出する（ステップＳ１１６）。
ＳＰ１’＝ＡｍＳＰｍ＋（１−Ａｍ）ＰＶｍ＋Ｂ１（ＳＰ１”−ＳＰｍ）
＋（１−Ｂ１）（ＰＶ１−ＰＶｍ）                      ・・・（３２）
【００７９】
係数Ｂ２記憶部５−２は、第２の追従状態量と基準状態量との状態量差に関する係数Ｂ２を予め記憶している。追従状態量内部設定値ＳＰ２’算出部６−２は、係数Ａｍ，Ｂ２と基準状態量設定値ＳＰｍと基準状態量計測値ＰＶｍと追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ２”と追従状態量計測値ＰＶ２とに基づき、追従状態量内部設定値ＳＰ２’を次式のように算出する（ステップＳ１１７）。
ＳＰ２’＝ＡｍＳＰｍ＋（１−Ａｍ）ＰＶｍ＋Ｂ２（ＳＰ２”−ＳＰｍ）
＋（１−Ｂ２）（ＰＶ２−ＰＶｍ）                      ・・・（３３）
【００８０】
係数Ｂ３記憶部５−３は、第３の追従状態量と基準状態量との状態量差に関する係数Ｂ３を予め記憶している。追従状態量内部設定値ＳＰ３’算出部６−３は、係数Ａｍ，Ｂ３と基準状態量設定値ＳＰｍと基準状態量計測値ＰＶｍと追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ３”と追従状態量計測値ＰＶ３とに基づき、追従状態量内部設定値ＳＰ３’を次式のように算出する（ステップＳ１１８）。
ＳＰ３’＝ＡｍＳＰｍ＋（１−Ａｍ）ＰＶｍ＋Ｂ３（ＳＰ３”−ＳＰｍ）
＋（１−Ｂ３）（ＰＶ３−ＰＶｍ）                      ・・・（３４）
【００８１】
次に、ＰＩＤ制御演算部４−１は、次式の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ１を算出する（ステップＳ１１９）。
ＭＶ１＝（１００／Ｐｂ１）｛１＋（１／Ｔｉ１ｓ）＋Ｔｄ１ｓ｝（ＳＰ１’
−ＰＶ１）                                              ・・・（３５）
式（３５）において、Ｐｂ１は比例帯、Ｔｉ１は積分時間、Ｔｄ１は微分時間である。なお、ＰＩＤ制御演算部４−１は、算出した操作量ＭＶ１がアクチュエータＡ１の出力の下限値ＯＬ１より小さい場合、操作量ＭＶ１＝ＯＬ１とし、算出した操作量ＭＶ１がアクチュエータＡ１の出力の上限値ＯＨ１より大きい場合、操作量ＭＶ１＝ＯＨ１とする操作量上下限処理を積分ワインドアップの対策として行う。
【００８２】
ＰＩＤ制御演算部４−２は、次式の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ２を算出する（ステップＳ１２０）。
ＭＶ２＝（１００／Ｐｂ２）｛１＋（１／Ｔｉ２ｓ）＋Ｔｄ２ｓ｝（ＳＰ２’
−ＰＶ２）                                              ・・・（３６）
式（３６）において、Ｐｂ２は比例帯、Ｔｉ２は積分時間、Ｔｄ２は微分時間である。ＰＩＤ制御演算部４−２は、算出した操作量ＭＶ２がアクチュエータＡ２の出力の下限値ＯＬ２より小さい場合、操作量ＭＶ２＝ＯＬ２とし、算出した操作量ＭＶ２がアクチュエータＡ２の出力の上限値ＯＨ２より大きい場合、操作量ＭＶ２＝ＯＨ２とする操作量上下限処理を積分ワインドアップの対策として行う。
【００８３】
ＰＩＤ制御演算部４−３は、次式の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ３を算出する（ステップＳ１２１）。
ＭＶ３＝（１００／Ｐｂ３）｛１＋（１／Ｔｉ３ｓ）＋Ｔｄ３ｓ｝（ＳＰ３’
−ＰＶ３）                                              ・・・（３７）
式（３７）において、Ｐｂ３は比例帯、Ｔｉ３は積分時間、Ｔｄ３は微分時間である。ＰＩＤ制御演算部４−３は、算出した操作量ＭＶ３がアクチュエータＡ３の出力の下限値ＯＬ３より小さい場合、操作量ＭＶ３＝ＯＬ３とし、算出した操作量ＭＶ３がアクチュエータＡ３の出力の上限値ＯＨ３より大きい場合、操作量ＭＶ３＝ＯＨ３とする操作量上下限処理を積分ワインドアップの対策として行う。
【００８４】
操作量ＭＶ１出力部３−１は、ＰＩＤ制御演算部４−１によって算出された操作量ＭＶ１をアクチュエータＡ１に出力する（ステップＳ１２２）。アクチュエータＡ１は、操作量ＭＶ１に基づいて第１の追従状態量を制御するために動作する。操作量ＭＶ２出力部３−２は、ＰＩＤ制御演算部４−２によって算出された操作量ＭＶ２をアクチュエータＡ２に出力する（ステップＳ１２３）。アクチュエータＡ２は、操作量ＭＶ２に基づいて第２の追従状態量を制御するために動作する。操作量ＭＶ３出力部３−３は、ＰＩＤ制御演算部４−３によって算出された操作量ＭＶ３をアクチュエータＡ３に出力する（ステップＳ１２４）。アクチュエータＡ３は、操作量ＭＶ３に基づいて第３の追従状態量を制御するために動作する。
【００８５】
以上のようなステップＳ１０１〜Ｓ１２４の処理が例えばオペレータによって制御の終了が指示されるまで（ステップＳ１２５においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。
【００８６】
図７は、本実施の形態の制御装置のシミュレーション結果を示す図である。図７（ａ）は、図１の制御装置にＳＰ１＝ＳＰ２＝ＳＰ３＝３０％のステップ入力が加わったときの制御応答を示し、図７（ｂ）は、このステップ入力時に制御装置から出力される操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３を示している。シミュレーションの条件は以下の通りである。
【００８７】
まず、アクチュエータＡ１とプロセスＰ１とを含むブロックの伝達関数Ｇｐ１、アクチュエータＡ２とプロセスＰ２とを含むブロックの伝達関数Ｇｐ２、アクチュエータＡ３とプロセスＰ３とを含むブロックの伝達関数Ｇｐ３を次式のように設定する。ここでは、制御ループ間の干渉はないものとする。
Ｇｐ１＝０．３４３ｅｘｐ（−２．０ｓ）
／｛（１＋７０．０ｓ）（１＋１０．０ｓ）｝              ・・・（３８）
Ｇｐ２＝０．８００ｅｘｐ（−２．０ｓ）
／｛（１＋６０．０ｓ）（１＋１０．０ｓ）｝              ・・・（３９）
Ｇｐ３＝０．３０８ｅｘｐ（−２．０ｓ）
／｛（１＋５０．０ｓ）（１＋１０．０ｓ）｝              ・・・（４０）
【００８８】
ＰＩＤ制御演算部４−１の操作量下限値ＯＬ１を０％、上限値ＯＨ１を１００％とし、ＰＩＤ制御演算部４−２の操作量下限値ＯＬ２を０％、上限値ＯＨ２を１００％とし、ＰＩＤ制御演算部４−３の操作量下限値ＯＬ３を０％、上限値ＯＨ３を１００％とする。
操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３に応じて追従状態量計測値ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３は、次式のように定まる。
ＰＶ１＝Ｇｐ１ＭＶ１                                            ・・・（４１）
ＰＶ２＝Ｇｐ２ＭＶ２                                            ・・・（４２）
ＰＶ３＝Ｇｐ３ＭＶ３                                            ・・・（４３）
【００８９】
ＰＩＤ制御演算部４−１のＰＩＤパラメータである比例帯Ｐｂ１を１４．３、積分時間Ｔｉ１を３５．０、微分時間Ｔｄ１を２０．０とし、ＰＩＤ制御演算部４−２のＰＩＤパラメータである比例帯Ｐｂ２を１３．３、積分時間Ｔｉ２を３５．０、微分時間Ｔｄ２を２０．０とし、ＰＩＤ制御演算部４−３のＰＩＤパラメータである比例帯Ｐｂ３を１５．４、積分時間Ｔｉ３を３５．０、微分時間Ｔｄ３を２０．０とする。また、係数Ａｍを０．７とし、係数Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を４．０とし、比率αｊを１０．０とする。この結果、フィルタリング時定数決定部１４で算出されるフィルタリング時定数Ｔｆは約７５秒となる。
【００９０】
図７（ｂ）から分かるように、本実施の形態によれば、操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３が上限値１００％を大きく超えるような状況は生じておらず、操作量飽和を緩和できることが分かる。その結果、本実施の形態では、図７（ａ）に示すように、制御ループ間の状態量差を小さくするという効果が損なわれることを回避でき、図７（ａ）に示すように追従状態量計測値ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３を概ね一致させることができる。
【００９１】
なお、本実施の形態で説明した制御装置は、演算装置、記憶装置およ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。
【００９２】
また、本実施の形態では、追従状態量を制御するＰＩＤ制御演算部に入力される複数の制御演算用入力値のうち追従状態量設定値ＳＰｉを内部入力値である追従状態量内部設定値ＳＰｉ’に変換した上で、ＰＩＤ制御演算部に入力するようにしているが、本発明の原理は他の制御演算用入力値を内部入力値に変換する場合でも適用可能であり、本実施の形態と同じ効果を得ることができる。他の制御演算用入力値としては、追従状態量計測値ＰＶｉや追従状態量偏差Ｅｒｉがある。
【００９３】
ｉ番目の追従状態量計測値ＰＶｉを内部入力値である追従状態量内部計測値ＰＶｉ’に変換する場合には、次式により変換すればよい。
ＰＶｉ’＝（１−Ａｍ）ＳＰｍ＋ＡｍＰＶｍ＋（１−Ｂｉ）（ＳＰｉ”−ＳＰｍ）
＋Ｂｉ（ＰＶｉ−ＰＶｍ）                                ・・・（４４）
そして、ｉ番目のＰＩＤ制御演算部に対して、追従状態量内部計測値ＰＶｉ’と追従状態量フィルタリング設定値ＳＰｉ”を入力すればよい。このとき、ＰＩＤ制御演算部は、次式により操作量ＭＶｉを算出する。
ＭＶｉ＝（１００／Ｐｂｉ）｛１＋（１／Ｔｉｉｓ）＋Ｔｄｉｓ｝（ＳＰｉ”
−ＰＶｉ’）                                            ・・・（４５）
式（４５）において、Ｐｂｉは比例帯、Ｔｉｉは積分時間、Ｔｄｉは微分時間である。
【００９４】
一方、ｉ番目の追従状態量偏差Ｅｒｉを内部入力値である追従状態量内部偏差Ｅｒｉ’に変換する場合には、次式により変換すればよい。
Ｅｒｉ’＝Ａｍ（ＳＰｍ−ＰＶｍ）
＋Ｂｉ｛（ＳＰｉ”−ＳＰｍ）−（ＰＶｉ−ＰＶｍ）｝      ・・・（４６）
そして、ｉ番目のＰＩＤ制御演算部に対して、追従状態量内部偏差Ｅｒｉ’を入力すればよい。このとき、ＰＩＤ制御演算部は、次式により操作量ＭＶｉを算出する。
ＭＶｉ＝（１００／Ｐｂｉ）｛１＋（１／Ｔｉｉｓ）＋Ｔｄｉｓ｝Ｅｒｉ’
・・・（４７）
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、プロセス制御技術に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の状態量内部設定値によるコントローラの応答特性の変化について説明するための図である。
【図２】本発明の状態量内部設定値によるコントローラの応答特性の変化について説明するための図である。
【図３】先行出願の制御方法の問題点を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態における制御系のブロック線図である。
【図６】本発明の実施の形態における制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態における制御装置の動作のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】従来の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】従来の他の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】状態量平均値と状態量差とを制御対象とする従来の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】クロスコントローラを用いた従来の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１１のクロスコントローラを図１０の制御装置に適用した構成を示すブロック図である。
【図１３】従来のパラメータ調整について説明するための図である。
【符号の説明】
【００９７】
４−１、４−２、４−３…ＰＩＤ制御演算部、５−１…係数Ｂ１記憶部、５−２…係数Ｂ２記憶部、５−３…係数Ｂ３記憶部、６−１…追従状態量内部設定値ＳＰ１’算出部、６−２…追従状態量内部設定値ＳＰ２’算出部、６−３…追従状態量内部設定値ＳＰ３’算出部、７…基準状態量設定値ＳＰｍ算出部、８…基準状態量計測値ＰＶｍ算出部、９…係数Ａｍ記憶部、１０−１…追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ１”算出部、１０−２…追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ２”算出部、１０−３…追従状態量フィルタリング設定値ＳＰ３”算出部、１１…設定値変更時操作量検出部、１２…操作量上下限余裕算出部、１３…操作量変化推定部、１４…フィルタリング時定数決定部。
【図１】
2006215614.tif 000005
【図２】
2006215614.tif 000006
【図３】
2006215614.tif 000007
【図４】
2006215614.tif 000008
【図５】
2006215614.tif 000009
【図６】
2006215614.tif 000010
【図７】
2006215614.tif 000011
【図８】
2006215614.tif 000012
【図９】
2006215614.tif 000013
【図１０】
2006215614.tif 000014
【図１１】
2006215614.tif 000015
【図１２】
2006215614.tif 000016
【図１３】
2006215614.tif 000017