(57)【要約】【課題】状態量差が小さくなるように制御する際に、操作量飽和などの制御上の制約が発生した場合であっても、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する。【解決手段】制御装置は、各制御ループの状態量計測値を状態量変換行列により各状態量計測値を線形結合した値に変換する状態量計測値変換部６と、変換された状態量計測値とこれに対応する状態量設定値との制御偏差に基づき各制御ループの操作量を算出するＰＩＤ制御演算部７−１〜７−３と、算出されたｎ個の操作量を操作量変換行列により各制御ループに配分されるように変換する操作量変換部９と、状態量変換行列および操作量変換行列を適応的に修正する行列修正部１２とを備える。【選択図】  図１
2006133953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ（ｎは２以上の自然数）個の制御ループを有する制御系の制御装置において、
前記ｎ個の制御ループの各状態量計測値をｎ×ｎの状態量変換行列により各状態量計測値を線形結合した値に変換する状態量変換部と、
前記変換された各状態量計測値とこれに対応する各状態量設定値との制御偏差に基づき各制御ループの操作量を算出する制御演算部と、
前記算出されたｎ個の操作量をｎ×ｎの操作量変換行列により各制御ループに配分されるように変換し、変換したｎ個の操作量をそれぞれ対応する制御ループの制御対象に出力する操作量変換部と、
前記状態量変換行列および前記操作量変換行列を適応的に修正する行列修正部とを備え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、
前記状態量変換行列は、前記変換された状態量計測値に、前記ｎ個の制御ループの各状態量計測値の加重平均である基準状態量計測値と、異なる制御ループの状態量計測値間の相対的な関係を与える相対状態量計測値とが含まれるように予め設定され、
前記操作量変換行列は、各制御演算部による制御が、他の制御演算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予め設定され、
前記行列修正部は、制御系の制約により前記相対状態量計測値の制御に乱れがあるときに、前記制約を受けている制御ループの制御演算部よりも前記制約を受けていない制御ループの制御演算部が前記相対状態量計測値の乱れを整える制御をより強く要求されるように、前記状態量変換行列とこれに対応する操作量変換行列を適応的に修正することを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の制御装置において、
さらに、前記ｎ個の制御ループの各状態量計測値とこれに対応する各状態量設定値との制御偏差を前記状態量計測値毎に算出する制御偏差算出部と、
前記算出された各制御偏差の絶対値を比較し、制御偏差の絶対値が最も大きな制御ループを探索する最大偏差制御系探索部とを備え、
前記行列修正部は、前記算出された制御偏差の絶対値が大きな制御ループほど状態量に対する加重が大きくなるように、前記状態量変換行列とこれに対応する操作量変換行列を適応的に修正することを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御装置において、
前記操作量変換行列は、傾斜温度制御手法により設計されることを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御装置において、
前記操作量変換行列は、クロスコントローラ設計手法により設計され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（制御量差）などを制御対象とする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】
2006133953.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。また、上記２個の制御ループにもともとループ間の干渉がある場合は、さらに複雑なループ間干渉が発生するようになり、結果的に制御性が劣化しやすくなるという問題が発生する。
【００１１】
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。
【００１２】
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。そしてまず、上記２個の制御ループにもともと発生しているループ間干渉を以下のように仮定する。
【００１３】
【数２】
2006133953.tif 000004
【００１４】
操作量ＭＶ１，ＭＶ２と状態量平均値ＰＶ１’，状態量差ＰＶ２’との関係は以下のようになる。
【００１５】
【数３】
2006133953.tif 000005
【００１６】
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。
【００１７】
【数４】
2006133953.tif 000006
【００１８】
式（６）より、前述の係数Ｍ１２は−１．０、係数Ｍ２１は１．０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。
【００１９】
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。式（５）と式（６）より、コントローラＣ１，Ｃ２からの操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’と状態量平均値ＰＶ１’，状態量差ＰＶ２’との関係は以下のようになる。
【００２０】
【数５】
2006133953.tif 000007
【００２１】
式（７）では、行列部分が対角行列になっており、ＭＶ１’，ＭＶ２’とＰＶ１’，ＰＶ２’との間には相互干渉が発生しないことになる。この非干渉化は、クロスコントローラの本質的な効果である。したがって、操作量ＭＶ１’を算出するコントローラＣ１を、状態量平均値ＰＶ１’を制御する専用コントローラとして独立に動作させ、操作量ＭＶ２’を算出するコントローラＣ２を、状態量差ＰＶ２’を制御する専用コントローラとして独立に動作させることが可能になる。
【００２２】
図１１に示した制御装置と実質的に同じ手法を用いたものとして、傾斜温度制御の手法を用いた制御装置がある（例えば特許文献３参照）。特許文献３に開示された制御装置の構成を図１３に示す。図１３の制御装置は、制御対象プロセス５００２の温度を制御する温度調節器５００１を有し、温度調節器５００１は、図示しない複数の温度センサによって計測された制御対象プロセス５００２の温度（状態量）ＰＶ１，ＰＶ２から平均温度（状態量平均値）ＰＶ１’と傾斜温度（状態量差）ＰＶ２’とを算出する平均温度・傾斜温度算出手段５００３と、状態量平均値ＰＶ１’，状態量差ＰＶ２’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５００４，５００５と、操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’を図示しないアクチュエータに所定の配分比で配分する配分手段５００６とを有する。
【００２３】
ここで、２個の制御ループにもともと発生しているループ間干渉については式（４）と同じとし、操作量ＭＶ１，ＭＶ２と状態量平均値ＰＶ１’，状態量差ＰＶ２’との関係については式（５）と同じとする。特許文献３によれば、式（５）の行列部分の逆行列により、配分手段５００６は以下のように設計できる。
【００２４】
【数６】
2006133953.tif 000008
【００２５】
コントローラ５００４により算出された操作量ＭＶ１’は、配分手段５００６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５００２に送られ、コントローラ５００５により算出された操作量ＭＶ２’は、配分手段５００６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５００２に送られる。式（５）と式（８）より、コントローラ５００４，５００５からの操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’と状態量平均値ＰＶ１’，状態量差ＰＶ２’との関係は以下のようになる。
【００２６】
【数７】
2006133953.tif 000009
【００２７】
式（９）においても、行列部分が対角行列になっており、ＭＶ１’，ＭＶ２’とＰＶ１’，ＰＶ２’との間には相互干渉が発生しないことになる。この非干渉化は、傾斜温度制御の本質的な効果である。したがって、操作量ＭＶ１’を算出するコントローラ５００４を、状態量平均値ＰＶ１’を制御する専用コントローラとして独立に動作させ、操作量ＭＶ２’を算出するコントローラ５００５を、状態量差ＰＶ２’を制御する専用コントローラとして独立に動作させることが可能になる。
【００２８】
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
【特許文献３】特許第３２７８８０７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】
【００２９】
図１２、図１３に示した制御装置では、状態量変換部３００３又は平均温度・傾斜温度算出手段５００３において状態量平均値ＰＶ１’と状態量差ＰＶ２’を算出しているが、状態量平均値ＰＶ１’は「基準となる絶対的な状態量」に相当する基準状態量であり、状態量差ＰＶ２’は「状態量差などの相対的な状態量」に相当する相対状態量である。非特許文献１、特許文献３に開示された範囲では、基準状態量は、各制御ループの状態量の単純平均値であったり、単純に特定の１つの状態量であったりする。これらは広い上位概念で捉えれば、いずれも固定加重の加重平均値と言える。そして、各状態量が制約なしに制御され得る場合、基準状態量として固定加重の加重平均値を利用することは有効であり、特に単純平均値はバランスの良い公平な基準状態量になる。例えば２ループの場合は、ＰＶ１’＝０．５ＰＶ１＋０．５ＰＶ２のようになる。
【００３０】
しかし、操作量飽和などの制御上の制約が事実上予期せぬ形で発生する場合、固定加重であることが不都合に作用することもある。以下、図１２、図１３に示した制御装置の問題点を図１４（ａ）、図１４（ｂ）を用いて説明する。ここでは、温度制御ループがI，II，IIIの３つあり、制御ループ間の温度差（相対状態量）を小さくすることを制御の目的とする。すなわち、各制御ループI，II，IIIにおいて温度（状態量）ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３が計測され、状態量変換部３００３又は平均温度・傾斜温度算出手段５００３により基準状態量計測値ＰＶ１’＝（ＰＶ１＋ＰＶ２＋ＰＶ３）／３と相対状態量計測値ＰＶ２’＝ＰＶ２−ＰＶ１と相対状態量計測値ＰＶ３’＝ＰＶ３−ＰＶ２とが算出される。そして、ＰＶ１’，ＰＶ２’，ＰＶ３’に基づいて各制御ループI，II，IIIのコントローラにより操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’，ＭＶ３’が算出され、この操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’，ＭＶ３’がクロスコントローラ４００５又は配分手段５００６により操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３に変換され、制御対象プロセスに出力される。
【００３１】
図１４（ａ）は、制御ループI，II，IIIの状態量設定値ＳＰが全て３０で整定している状態で外乱が印加されたときの制御系の外乱応答を示し、図１４（ｂ）は、外乱印加時に各制御ループI，II，IIIのコントローラから出力される操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’，ＭＶ３’を示している。ループIII のコントローラの操作量ＭＶ３’の出力上限値を実験的に１６％に設定して、出力飽和を発生し易くした。このため、基準状態量が制御ループI，II，IIIの温度の単純平均値である場合に、外乱応答途中でループIII の操作量ＭＶ３’が飽和し、昇温速度が頭打ちになったとする。すると、ループIII だけが昇温不足になり、図１４（ａ）のようにループIII の温度ＰＶ３がループI，II の温度ＰＶ１，ＰＶ２から離れるようになる。基準状態量がループI，II，IIIの温度ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３の単純平均値であることから、ループIII の温度ＰＶ３とループI，II の温度ＰＶ１，ＰＶ２とに乖離が生じると、ループIII の温度ＰＶ３よりもループI，II の温度ＰＶ１，ＰＶ２に近い方の値が基準状態量計測値ＰＶ１’となる。したがって、各ループI，II，IIIのコントローラは、ループI，II の温度ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３をループIII の温度ＰＶ３に近づけることで温度差を小さくしようとするのではなく、ループIII の温度ＰＶ３をループI，II の温度ＰＶ１，ＰＶ２に近づけることで温度差を小さくしようとする。
【００３２】
しかしながら、前述のようにループIII の操作量ＭＶ３’は既に飽和し、昇温速度が頭打ちになっているため、ループIII の温度ＰＶ３がループI，II の温度ＰＶ１，ＰＶ２に速やかに近づくような作用は起こらない。したがって、温度差を制御しながら、基準状態量も同時に制御できるという効果が得られなくなる。以上のように、図１２、図１３に示した制御装置では、制御上の制約次第で、状態量差を小さくするという本来の効果が大きく損なわれるという問題点がある。
【００３３】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、少なくとも２個の制御ループを有する制御系において状態量差が小さくなるように制御する際に、操作量飽和などの制御上の制約が事実上予期せぬ形で発生した場合であっても、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ない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】
【００３４】
本発明は、ｎ（ｎは２以上の自然数）個の制御ループを有する制御系の制御装置において、前記ｎ個の制御ループの各状態量計測値をｎ×ｎの状態量変換行列により各状態量計測値を線形結合した値に変換する状態量変換部と、前記変換された各状態量計測値とこれに対応する各状態量設定値との制御偏差に基づき各制御ループの操作量を算出する制御演算部と、前記算出されたｎ個の操作量をｎ×ｎの操作量変換行列により各制御ループに配分されるように変換し、変換したｎ個の操作量をそれぞれ対応する制御ループの制御対象に出力する操作量変換部と、前記状態量変換行列および前記操作量変換行列を適応的に修正する行列修正部とを備えるものである。
【００３５】
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記状態量変換行列は、前記変換された状態量計測値に、前記ｎ個の制御ループの各状態量計測値の加重平均である基準状態量計測値と、異なる制御ループの状態量計測値間の相対的な関係を与える相対状態量計測値とが含まれるように予め設定され、前記操作量変換行列は、各制御演算部による制御が、他の制御演算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予め設定され、前記行列修正部は、制御系の制約により前記相対状態量計測値の制御に乱れがあるときに、前記制約を受けている制御ループの制御演算部よりも前記制約を受けていない制御ループの制御演算部が前記相対状態量計測値の乱れを整える制御をより強く要求されるように、前記状態量変換行列とこれに対応する操作量変換行列を適応的に修正するようにしたものである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、前記ｎ個の制御ループの各状態量計測値とこれに対応する各状態量設定値との制御偏差を前記状態量計測値毎に算出する制御偏差算出部と、前記算出された各制御偏差の絶対値を比較し、制御偏差の絶対値が最も大きな制御ループを探索する最大偏差制御系探索部とを備え、前記行列修正部は、前記算出された制御偏差の絶対値が大きな制御ループほど状態量に対する加重が大きくなるように、前記状態量変換行列とこれに対応する操作量変換行列を適応的に修正するようにしたものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記操作量変換行列は、傾斜温度制御手法により設計されるものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記操作量変換行列は、クロスコントローラ設計手法により設計されるものである。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、ｎ個の制御ループの各状態量計測値をｎ×ｎの状態量変換行列により各状態量計測値を線形結合した値に変換する状態量変換部と、変換された各状態量計測値とこれに対応する各状態量設定値との制御偏差に基づき各制御ループの操作量を算出する制御演算部と、算出されたｎ個の操作量をｎ×ｎの操作量変換行列により各制御ループに配分されるように変換し、変換したｎ個の操作量をそれぞれ対応する制御ループの制御対象に出力する操作量変換部とを設けることにより、複数の状態量間の状態量差などの相対状態量を所望の値に維持しつつ、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。さらに、本発明では、状態量変換行列および操作量変換行列を適応的に修正する行列修正部を設けることにより、相対状態量が小さくなるように制御する際に、操作量飽和などの制御上の制約が事実上予期せぬ形で発生した場合であっても、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。
【００３７】
また、本発明では、制御系の制約により相対状態量計測値の制御に乱れがあるときに、制約を受けている制御ループの制御演算部よりも制約を受けていない制御ループの制御演算部が相対状態量計測値の乱れを整える制御をより強く要求されるように、状態量変換行列とこれに対応する操作量変換行列を適応的に修正することにより、制御上の制約が事実上予期せぬ形で発生した場合であっても、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】
【００３８】
［発明の原理］
以下、本発明では、例えば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、例えば状態量差のような相対的な状態量を相対状態量と称する。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、相対状態量に対する設定値を相対状態量設定値、相対状態量の計測値を相対状態量計測値と称する。状態量としては、例えば温度、圧力、流量などがある。
【００３９】
本発明では、基準状態量が各制御ループの状態量の固定加重の加重平均値であるところに、図１２、図１３に示した制御装置の問題点の発生要因があることに着眼する。すなわち、前述の問題点は、例えばループIII の温度が操作量飽和等の原因によりループI，II の温度から離れる場合、各制御ループの目指すべき基準状態量計測値がループIII の温度よりもループI，II の温度に近い方の値になるために、もともと制約を受けているループIII のコントローラが、状態量差を整える制御をより強く要求されることに起因する。
【００４０】
本発明は、上記着眼点に基づき、何らかの制約により状態量差の制御を乱す要因となっている制御ループが存在している場合に、適応的に加重平均の加重を修正し、制約を受けていない制御ループのコントローラに対して、状態量差を整える制御をより強く要求できるようにすることで、前述の課題を解決する。具体的には、状態量差の制御を最も乱す要因になっている制御ループの状態量計測値に基準状態量計測値が近づくように、加重平均の加重を適応修正する。
【００４１】
本発明では、ｎ個の制御ループにおいて、各ループの状態量差が小さくなるように制御することを想定する。操作量飽和などの制御上の制約が事実上予期せぬ形で発生している制御ループを、確実に把握できるとは限らない。しかし、このような制約が状態量差の制御を乱す要因になっているものとすれば、制約を受けている制御ループの応答が遅れていて他のループへの追従が不十分になっている状況が最も想定される。そこで、応答が遅れている制御ループに他の制御ループが合わせるように加重平均の加重を適応修正すればよい。
【００４２】
具体的には、状態量設定値ＳＰｉと状態量計測値ＰＶｉとの制御偏差Ｅｒｉ０の絶対値が最も大きなループの状態量に対する加重が１となり、他の制御ループの状態量に対する加重が０となるように、状態量の加重平均の加重を適応修正する。この場合、加重が急変すると制御動作が不連続になりやすいので、加重の修正処理に時間遅れフィルタを適用して、加重が徐々に変化するようにするのが好ましい。例えば、各制御ループの応答波形にオーバーシュートが発生しない場合には、偏差の絶対値が最も大きなループの状態量に対する加重を急に１に変えたとしても、制御応答に極端な不連続が発生する確率は低い。しかし、応答波形にオーバーシュートが発生する場合に、偏差の絶対値が最も大きなループの状態量に対する加重を急に１に変えると、偏差の絶対値が最も大きなループが状態量設定値ＳＰｉの上側と下側とで突然入れ代わるような状況が発生し得るため、極端な不連続が発生する。
【００４３】
なお、加重の適応修正の方法としては、偏差の絶対値が最も大きなループの状態量に対する加重を１とする方法に限らず、例えば偏差の絶対値が最も大きなループの状態量に対する加重を０．８として、残りの０．２の加重を他のループの状態量に対する加重として均等割りするといったように、偏差の絶対値が大きなループほど加重が大きくなるようにすれば、それなりに課題解決の効果は得られる。
【００４４】
状態量変換部（平均温度・傾斜温度算出手段５００３）の変換行列を適応修正すると、これに伴い操作量変換部（クロスコントローラ４００５又は配分手段５００６）の逆行列も修正することになる。したがって、逆行列算出を必要に応じて実行するか、あるいは変換行列と逆行列のペアを予め複数用意しておいて、制御偏差の絶対値が最も大きなループに対応するペアを適宜選択することにより、実質的な適応修正を実現することになる。
【００４５】
［実施の形態］
図１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、相対状態量として３個の制御ループの各状態量の差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。
【００４６】
図１の制御装置は、第１の状態量に関する第１の計測系の構成として、状態量設定値ＳＰ１入力部１−１と、状態量計測値ＰＶ１入力部２−１と、制御偏差Ｅｒ１０算出部３−１とを備え、第２の状態量に関する第２の計測系の構成として、状態量設定値ＳＰ２入力部１−２と、状態量計測値ＰＶ２入力部２−２と、制御偏差Ｅｒ２０算出部３−２とを備え、第３の状態量に関する第３の計測系の構成として、状態量設定値ＳＰ３入力部１−３と、状態量計測値ＰＶ３入力部２−３と、制御偏差Ｅｒ３０算出部３−３とを備える。
【００４７】
また、図１の制御装置は、状態量変換に関する構成として、状態量変換を実行するための状態量変換行列Ｔを記憶する状態量変換行列Ｔ記憶部４と、状態量変換行列Ｔにより状態量設定値の変換を実行する状態量設定値変換部５と、状態量変換行列Ｔにより状態量計測値の変換を実行する状態量計測値変換部６とを備える。
【００４８】
また、図１の制御装置は、制御に関する構成として、基準状態量設定値ＳＰ１’と計測値ＰＶ１’に基づき操作量ＭＶ１’を算出するＰＩＤ制御演算部（ＰＩＤコントローラ）７−１と、相対状態量設定値ＳＰ２’と計測値ＰＶ２’に基づき操作量ＭＶ２’を算出するＰＩＤ制御演算部７−２と、相対状態量設定値ＳＰ３’と計測値ＰＶ３’に基づき操作量ＭＶ３’を算出するＰＩＤ制御演算部７−３と、操作量変換を実行するための操作量変換行列Ｕを記憶する操作量変換行列Ｕ記憶部８と、操作量変換行列Ｕにより操作量の変換を実行する操作量変換部９と、操作量ＭＶ１出力部１０−１と、操作量ＭＶ２出力部１０−２と、操作量ＭＶ３出力部１０−３とを備える。
【００４９】
さらに、図１の制御装置は、加重適応修正に関する構成として、各制御系の制御偏差の絶対値を比較し、制御偏差の絶対値が最も大きな制御系を探索する最大偏差制御系探索部１１と、最大偏差制御系の状態量に対する加重が最大になるような状態量変換行列Ｔと操作量変換行列Ｕを、状態量変換行列Ｔ記憶部４と操作量変換行列Ｕ記憶部８に格納する行列修正部１２とを備える。なお、状態量変換行列Ｔは、制御ループ数がｎの場合はｎ×ｎの正方行列であり、逆行列Ｔ-1が存在する必要がある。
【００５０】
図２は本実施の形態における制御系のブロック線図である。Ａ１は第１の状態量を制御するアクチュエータ、Ａ２は第２の状態量を制御するアクチュエータ、Ａ３は第３の状態量を制御するアクチュエータ、Ｐ１は第１の状態量に係る制御対象プロセス、Ｐ２は第２の状態量に係る制御対象プロセス、Ｐ３は第３の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。
【００５１】
状態量設定値ＳＰ１入力部１−１と、状態量計測値ＰＶ１入力部２−１と、制御偏差Ｅｒ１０算出部３−１と、状態量設定値変換部５と、状態量計測値変換部６と、ＰＩＤ制御演算部７−１，７−２，７−３と、操作量変換部９と、操作量ＭＶ１出力部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。状態量設定値ＳＰ２入力部１−２と、状態量計測値ＰＶ２入力部２−２と、制御偏差Ｅｒ２０算出部３−２と、状態量設定値変換部５と、状態量計測値変換部６と、ＰＩＤ制御演算部７−１，７−２，７−３と、操作量変換部９と、操作量ＭＶ２出力部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、状態量設定値ＳＰ３入力部１−３と、状態量計測値ＰＶ３入力部２−３と、制御偏差Ｅｒ３０算出部３−３と、状態量設定値変換部５と、状態量計測値変換部６と、ＰＩＤ制御演算部７−１，７−２，７−３と、操作量変換部９と、操作量ＭＶ３出力部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。
【００５２】
次に、本実施の形態の制御装置の動作を図３を用いて説明する。まず、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、状態量計測値ＰＶ１入力部２−１を介して制御偏差Ｅｒ１０算出部３−１と状態量計測値変換部６に入力される（図３ステップＳ１０１）。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、状態量計測値ＰＶ２入力部２−２を介して制御偏差Ｅｒ２０算出部３−２と状態量計測値変換部６に入力される（ステップＳ１０２）。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、状態量計測値ＰＶ３入力部２−３を介して制御偏差Ｅｒ３０算出部３−３と状態量計測値変換部６に入力される（ステップＳ１０３）。
【００５３】
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、状態量設定値ＳＰ１入力部１−１を介して制御偏差Ｅｒ１０算出部３−１と状態量設定値変換部５に入力される（ステップＳ１０４）。状態量設定値ＳＰ２は、オペレータによって設定され、状態量設定値ＳＰ２入力部１−２を介して制御偏差Ｅｒ２０算出部３−２と状態量設定値変換部５に入力される（ステップＳ１０５）。状態量設定値ＳＰ３は、オペレータによって設定され、状態量設定値ＳＰ３入力部１−３を介して制御偏差Ｅｒ３０算出部３−３と状態量設定値変換部５に入力される（ステップＳ１０６）。
【００５４】
続いて、制御偏差Ｅｒ１０算出部３−１は、状態量設定値ＳＰ１と状態量計測値ＰＶ１との制御偏差Ｅｒ１０を次式のように算出して最大偏差制御系探索部１１に出力する（ステップＳ１０７）。
Ｅｒ１０＝ＳＰ１−ＰＶ１                                        ・・・（１０）
【００５５】
制御偏差Ｅｒ２０算出部３−２は、状態量設定値ＳＰ２と状態量計測値ＰＶ２との制御偏差Ｅｒ２０を次式のように算出して最大偏差制御系探索部１１に出力する（ステップＳ１０８）。
Ｅｒ２０＝ＳＰ２−ＰＶ２                                        ・・・（１１）
【００５６】
制御偏差Ｅｒ３０算出部３−３は、状態量設定値ＳＰ３と状態量計測値ＰＶ３との制御偏差Ｅｒ３０を次式のように算出して最大偏差制御系探索部１１に出力する（ステップＳ１０９）。
Ｅｒ３０＝ＳＰ３−ＰＶ３                                        ・・・（１２）
【００５７】
次に、最大偏差制御系探索部１１は、制御偏差Ｅｒ１０，Ｅｒ２０，Ｅｒ３０の絶対値｜Ｅｒ１０｜，｜Ｅｒ２０｜，｜Ｅｒ３０｜を求めて、この各制御系の制御偏差の絶対値に基づき、制御偏差の絶対値が最も大きな制御系ｊ（以下、最大偏差制御系ｊと呼ぶ）を特定する（ステップＳ１１０）。
【００５８】
行列修正部１２は、最大偏差制御系ｊの状態量に対する加重が１となり、他の制御系の状態量に対する加重が０となるような状態量変換行列Ｔを選択して、選択した状態量変換行列Ｔを状態量変換行列Ｔ記憶部４に設定する（ステップＳ１１１）。
行列修正部１２は、第１の制御系が最大偏差制御系ｊである場合、予め定められた式（１３）のような状態量変換行列Ｔを選択する。
【００５９】
【数８】
2006133953.tif 000010
【００６０】
後述する状態量設定値の変換と状態量計測値の変換の際に、式（１３）の状態量変換行列Ｔを用いると、基準状態量設定値ＳＰ１’は状態量設定値ＳＰ１と等しくなり、状態量計測値ＰＶ１’は状態量計測値ＰＶ１と等しくなる。これは、３個の制御ループの状態量の加重平均値を基準状態量とする場合に、第１の制御系の状態量に対する加重を１とし、他の制御系の状態量に対する加重を０としたことに相当する。
【００６１】
行列修正部１２は、第２の制御系が最大偏差制御系ｊである場合、予め定められた式（１４）のような状態量変換行列Ｔを選択する。
【００６２】
【数９】
2006133953.tif 000011
【００６３】
行列修正部１２は、第３の制御系が最大偏差制御系ｊである場合、予め定められた式（１５）のような状態量変換行列Ｔを選択する。
【００６４】
【数１０】
2006133953.tif 000012
【００６５】
２つの制御系が同時に最大偏差制御系ｊとなる場合、例えば第１の制御系と第２の制御系が最大偏差制御系ｊとなる場合には、式（１３）、式（１４）のうちどちらか１つを選択すればよく、３つの制御系が同時に最大偏差制御系ｊとなる場合には、式（１３）、式（１４）、式（１５）のうちどれか１つを選択すればよい。
【００６６】
なお、式（１３）〜式（１５）の状態量変換行列Ｔは、加重の修正と共に相対状態量の修正の役割も担っている。すなわち、状態量変換行列Ｔは、最大偏差制御系ｊの状態量と他の制御系の状態量との差が相対状態量になるように予め設定されている。例えば、状態量設定値の変換と状態量計測値の変換の際に、式（１３）の状態量変換行列Ｔを用いると、相対状態量設定値ＳＰ２’はＳＰ１−ＳＰ２となり、相対状態量設定値ＳＰ３’はＳＰ１−ＳＰ３となり、状態量計測値ＰＶ２’はＰＶ１−ＰＶ２となり、状態量計測値ＰＶ３’はＰＶ１−ＰＶ３となる。最大偏差制御系ｊに応じて相対状態量を修正する理由は、最大偏差制御系ｊの状態量を基準として相対状態量を定めた方が、相対状態量を良好に制御できるからである。
【００６７】
また、行列修正部１２は、最大偏差制御系ｊの状態量に対する加重が１となり、他の制御系の状態量に対する加重が０となるような状態量変換行列Ｔに対応して設計される操作量変換行列Ｕを選択して、選択した操作量変換行列Ｕを操作量変換行列Ｕ記憶部８に設定する（ステップＳ１１２）。
行列修正部１２は、第１の制御系が最大偏差制御系ｊである場合、予め定められた式（１６）のような操作量変換行列Ｕを選択する。
【００６８】
【数１１】
2006133953.tif 000013
【００６９】
行列修正部１２は、第２の制御系が最大偏差制御系ｊである場合、予め定められた式（１７）のような操作量変換行列Ｕを選択する。
【００７０】
【数１２】
2006133953.tif 000014
【００７１】
行列修正部１２は、第３の制御系が最大偏差制御系ｊである場合、予め定められた式（１８）のような操作量変換行列Ｕを選択する。
【００７２】
【数１３】
2006133953.tif 000015
【００７３】
なお、式（１６）〜式（１８）のＰ-1は、制御対象のゲイン行列Ｐの逆行列であり、行列修正部１２に予め記憶されている。ゲイン行列Ｐは、制御ループ数がｎの場合はｎ×ｎの正方行列であり、本実施の形態では次式のようになる。
【００７４】
【数１４】
2006133953.tif 000016
【００７５】
式（１９）において、Ｉ11は操作量ＭＶ１が状態量計測値ＰＶ１に伝わるときのゲイン、Ｉ21は操作量ＭＶ２が状態量計測値ＰＶ１に伝わるときのゲイン、Ｉ31は操作量ＭＶ３が状態量計測値ＰＶ１に伝わるときのゲイン、Ｉ12は操作量ＭＶ１が状態量計測値ＰＶ２に伝わるときのゲイン、Ｉ22は操作量ＭＶ２が状態量計測値ＰＶ２に伝わるときのゲイン、Ｉ32は操作量ＭＶ３が状態量計測値ＰＶ２に伝わるときのゲイン、Ｉ13は操作量ＭＶ１が状態量計測値ＰＶ３に伝わるときのゲイン、Ｉ23は操作量ＭＶ２が状態量計測値ＰＶ３に伝わるときのゲイン、Ｉ33は操作量ＭＶ３が状態量計測値ＰＶ３に伝わるときのゲインである。ゲイン（伝達係数）Ｉ11〜Ｉ33は、特許文献３に記載されているように、予め複数のループ間の干渉を調査することにより与えられる。
【００７６】
次に、状態量設定値変換部５は、状態量変換行列Ｔ記憶部４に設定された状態量変換行列Ｔを用いて次式のように状態量設定値変換を実行して、基準状態量設定値ＳＰ１’と相対状態量設定値ＳＰ２’，ＳＰ３’を算出し、基準状態量設定値ＳＰ１’をＰＩＤ制御演算部７−１に出力すると共に、相対状態量設定値ＳＰ２’，ＳＰ３’をＰＩＤ制御演算部７−２，７−３に出力する（ステップＳ１１３）。
【００７７】
【数１５】
2006133953.tif 000017
【００７８】
一方、状態量計測値変換部６は、状態量変換行列Ｔ記憶部４に設定された状態量変換行列Ｔを用いて次式のように状態量計測値変換を実行して、状態量計測値ＰＶ１’，ＰＶ２’，ＰＶ３’を算出し、状態量計測値ＰＶ１’，ＰＶ２’，ＰＶ３’をＰＩＤ制御演算部７−１，７−２，７−３に出力する（ステップＳ１１４）。
【００７９】
【数１６】
2006133953.tif 000018
【００８０】
次に、ＰＩＤ制御演算部７−１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’を算出して、操作量変換部９に出力する（ステップＳ１１５）。
ＭＶ１’＝（１００／Ｐｂ１）｛１＋（１／Ｔｉ１ｓ）＋Ｔｄ１ｓ｝（ＳＰ１’
−ＰＶ１’）                                          ・・・（２２）
式（２２）において、Ｐｂ１は比例帯、Ｔｉ１は積分時間、Ｔｄ１は微分時間、ｓはラプラス演算子である。
【００８１】
ＰＩＤ制御演算部７−２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’を算出して、操作量変換部９に出力する（ステップＳ１１６）。
ＭＶ２’＝（１００／Ｐｂ２）｛１＋（１／Ｔｉ２ｓ）＋Ｔｄ２ｓ｝（ＳＰ２’
−ＰＶ２’）                                          ・・・（２３）
式（２３）において、Ｐｂ２は比例帯、Ｔｉ２は積分時間、Ｔｄ２は微分時間である。
【００８２】
ＰＩＤ制御演算部７−３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’を算出して、操作量変換部９に出力する（ステップＳ１１７）。
ＭＶ３’＝（１００／Ｐｂ３）｛１＋（１／Ｔｉ３ｓ）＋Ｔｄ３ｓ｝（ＳＰ３’
−ＰＶ３’）                                          ・・・（２４）
式（２４）において、Ｐｂ３は比例帯、Ｔｉ３は積分時間、Ｔｄ３は微分時間である。
【００８３】
操作量変換部９は、操作量変換行列Ｕ記憶部８に設定された操作量変換行列Ｕを用いて次式のように操作量変換を実行して、操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３を算出し、操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３を操作量ＭＶ１出力部１０−１，１０−２，１０−３に出力する（ステップＳ１１８）。
【００８４】
【数１７】
2006133953.tif 000019
【００８５】
操作量ＭＶ１出力部１０−１は、操作量変換部９によって変換された操作量ＭＶ１をアクチュエータＡ１に出力する（ステップＳ１１９）。アクチュエータＡ１は、操作量ＭＶ１に基づいて第１の状態量を制御するために動作する。
操作量ＭＶ２出力部１０−２は、操作量変換部９によって変換された操作量ＭＶ２をアクチュエータＡ２に出力する（ステップＳ１２０）。アクチュエータＡ２は、操作量ＭＶ２に基づいて第２の状態量を制御するために動作する。
操作量ＭＶ３出力部１０−３は、操作量変換部９によって変換された操作量ＭＶ３をアクチュエータＡ３に出力する（ステップＳ１２１）。アクチュエータＡ３は、操作量ＭＶ３に基づいて第３の状態量を制御するために動作する。
【００８６】
以上のようなステップＳ１０１〜Ｓ１２１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Ｓ１２２においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。
【００８７】
図４は、クロスコントローラや傾斜温度制御の手法を適用しない制御装置のシミュレーション結果を示す図である。図５、図６は、特許文献３の傾斜温度制御の手法を適用した制御装置のシミュレーション結果を示す図である。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４〜図７は、ＳＰ１＝ＳＰ２＝ＳＰ３＝３０で整定している状態で外乱が印加されたときの制御系の外乱応答を示している。シミュレーションの条件は以下の通りである。
【００８８】
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＝１．２ｅｘｐ（−２．０ｓ）／｛（１＋７０．０ｓ）（１＋１０．０ｓ）｝
・・・（２６）
Ｇｐ２＝１．６ｅｘｐ（−２．０ｓ）／｛（１＋６０．０ｓ）（１＋１０．０ｓ）｝
・・・（２７）
Ｇｐ３＝２．０ｅｘｐ（−２．０ｓ）／｛（１＋５０．０ｓ）（１＋１０．０ｓ）｝
・・・（２８）
【００８９】
アクチュエータＡ１の操作量下限値を０％、上限値を１００％とし、アクチュエータＡ２の操作量下限値を０％、上限値を１００％とし、アクチュエータＡ３の操作量下限値を０％、上限値を１６％とする。操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３に応じて状態量計測値ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３は、次式のように定まる。
ＰＶ１＝Ｇｐ１ＭＶ１                                            ・・・（２９）
ＰＶ２＝Ｇｐ２ＭＶ２                                            ・・・（３０）
ＰＶ３＝Ｇｐ３ＭＶ３                                            ・・・（３１）
【００９０】
図４のシミュレーションで用いた制御装置の第１のＰＩＤ制御演算部（ＰＩＤ制御演算部７−１に相当）の比例帯Ｐｂを５０．０、積分時間Ｔｉを３５．０、微分時間Ｔｄを２０．０とし、第２のＰＩＤ制御演算部（ＰＩＤ制御演算部７−２に相当）の比例帯Ｐｂを６６．７、積分時間Ｔｉを３５．０、微分時間Ｔｄを２０．０とし、第３のＰＩＤ制御演算部（ＰＩＤ制御演算部７−３に相当）の比例帯Ｐｂを１００．０、積分時間Ｔｉを３５．０、微分時間Ｔｄを２０．０とする。また、図５〜図７のシミュレーションで用いた制御装置のＰＩＤ制御演算部７−１の比例帯Ｐｂ１を１００．０、積分時間Ｔｉ１を３５．０、微分時間Ｔｄ１を２０．０とし、ＰＩＤ制御演算部７−２の比例帯Ｐｂ２を４０．０、積分時間Ｔｉ２を３５．０、微分時間Ｔｄ２を２０．０とし、ＰＩＤ制御演算部７−３の比例帯Ｐｂ３を４０．０、積分時間Ｔｉ３を３５．０、微分時間Ｔｄ３を２０．０とする。
【００９１】
図４に示すシミュレーション結果は、クロスコントローラや傾斜温度制御の手法を適用しない制御により得られたものである。相対的な状態量（状態量差）を制御していないので、状態量計測値ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３は揃わない。
図５に示すシミュレーション結果は、傾斜温度制御の手法を適用し、基準状態量を各制御ループの状態量の単純平均に固定したことにより得られたものである。図４の結果と比べると、制御ループ間の状態量差を小さくするという制御装置の効果が現れている。しかし、アクチュエータＡ３の操作量上限値が１６％という制約があるため、操作量ＭＶ１，ＭＶ２より先にＭＶ３が飽和し、状態量計測値ＰＶ１，ＰＶ２にＰＶ３が追従することができず、状態量差を小さくするという効果が大きく損なわれている。
【００９２】
図６に示すシミュレーション結果は、傾斜温度制御の手法を適用した制御によるものであるが、予め状態量変換行列Ｔ及び操作量変換行列Ｕを、第３の制御系が最大偏差制御系ｊである場合の行列に固定しておくことにより得られたものである。このため、状態量計測値ＰＶ１，ＰＶ２がＰＶ３に追従することになり、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ていない。これにより、本シミュレーション条件においては、状態量差を小さくするという効果が全く損なわれずに制御された場合に、状態量計測値ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３は図６のレベルまで揃うことが検証できる。
【００９３】
図７に示すシミュレーション結果は、本実施の形態の制御により得られたものであり、図６と実質的に全く同じ制御結果が得られており、状態量差を小さくするという効果が全く損なわれていないことが検証できる。
【００９４】
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。
また、本実施の形態では、特許文献３に開示された傾斜温度制御の手法に基づいて制御装置を構成しているが、非特許文献１に開示されたクロスコントローラの手法に基づいて制御装置を図１２のように構成する場合も、状態量変換部と操作量変換部（クロスコントローラ）の入出力関係を表す行列を適応的に修正するように構成すればよい。
【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２】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３】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４】クロスコントローラや傾斜温度制御の手法を適用しない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５】傾斜温度制御の手法を適用した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６】傾斜温度制御の手法を適用した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】傾斜温度制御の手法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１４】従来の制御装置の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９７】
３−１…制御偏差Ｅｒ１０算出部、３−２…制御偏差Ｅｒ２０算出部、３−３…制御偏差Ｅｒ３０算出部、４…状態量変換行列Ｔ記憶部、５…状態量設定値変換部、６…状態量計測値変換部、７−１、７−２、７−３…ＰＩＤ制御演算部、８…操作量変換行列Ｕ記憶部、９…操作量変換部、１１…最大偏差制御系探索部、１２…行列修正部。
【図１】
2006133953.tif 000020
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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