(57)【要約】【課題】目標値が外部から順次に与えられる場合でもオーバーシュート（またはアンダーシュート）が生じることなく速やかに最終目標値に合致する制御装置および制御方法に関する。【解決手段】Ｓｖ補正部２１は、目標値Ｓｖの上昇が開始された場合に外部から与えられる目標値信号Ｓｓｖを遅延させて補正目標値Ｓｖ’を作成する遅延部２１１と、この補正目標値Ｓｖ’と所定のオーバーシュート量Ｖとの合算値が目標値Ｓｖに達したときの補正目標値Ｓｖ’を所定の定値時間Ｔｂの間出力するピーク解消部２１２と、定値時間Ｔｂ経過後に所定のオーバーシュート時間Ｔｏｖからビーク時間Ｔｂが差し引かれた時間で補正目標値Ｓｖ’を目標値Ｓｖへ復帰させる定値復帰部２１３と、これらを制御する補正制御部２１４とを含む。【選択図】        図３
2004192144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から順次受け取る目標値に基づき、所定の制御量を制御するための操作量を出力する制御装置であって、
外部から順次受け取る前記目標値が増加または減少を開始する時点近傍の第１の時点以降において、外部から順次受け取る前記目標値を所定の遅延時間だけ遅延させて補正目標値として順次出力する遅延手段と、
外部から順次受け取る前記目標値と前記遅延手段から順次出力される前記補正目標値との差分が所定のオーバーシュート量に基づく所定量に等しくなる第２の時点から所定時間だけ当該第２の時点での補正目標値を出力する定値化手段と、
前記第１の時点から前記第２の時点までは前記遅延手段から出力される補正目標値に前記制御量が合致するように前記操作量を算出し、前記第２の時点から前記所定時間は前記定値化手段から出力される補正目標値に前記制御量が合致するように前記操作量を算出する制御演算手段と
を備えることを特徴とする、制御装置。
【請求項２】
前記第２の時点から前記所定時間が経過した後は、前記目標値へ近づくほど単位時間あたりの増加量が減少するように前記第２の時点での補正目標値から増加する値を補正目標値として順次出力する定値復帰手段をさらに備え、
前記制御演算手段は、前記第２の時点から前記所定時間が経過した後は前記定値復帰手段から出力される補正目標値に前記制御量が合致するように前記操作量を算出することを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記制御演算手段は、前記制御量のオーバーシュートを抑制するために予め定められたファジィルールによるファジィ推論に基づき前記補正目標値を前記所定時間経過後に増加させることを特徴とする、請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
外部から順次受け取る目標値に基づき、所定の制御量を制御するための操作量を算出する制御方法であって、
外部から順次受け取る前記目標値が増加または減少を開始する時点近傍の第１の時点以降において、外部から順次受け取る前記目標値を所定の遅延時間だけ遅延させて補正目標値として順次生成する遅延ステップと、
外部から順次受け取る前記目標値と前記遅延ステップにおいて順次生成される前記補正目標値との差分が所定のオーバーシュート量に基づく所定量に等しくなる第２の時点から所定時間だけ当該第２の時点での補正目標値を生成する定値化ステップと、
前記第１の時点から前記第２の時点までは前記遅延ステップにおいて生成される補正目標値に前記制御量が合致するように前記操作量を算出し、前記第２の時点から前記所定時間は前記定値化ステップにおいて生成される補正目標値に前記制御量が合致するように前記操作量を算出する制御演算ステップと
を含むことを特徴とする、制御方法。
【請求項５】
前記第２の時点から前記所定時間が経過した後は、前記目標値へ近づくほど単位時間あたりの増加量が減少するように前記第２の時点での補正目標値から増加する値を補正目標値として順次生成する定値復帰ステップをさらに含み、
前記制御演算ステップは、前記第２の時点から前記所定時間は前記定値復帰ステップにおいて生成される補正目標値に前記制御量が合致するように前記操作量を算出することを特徴とする、請求項４に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、目標値が外部から順次に与えられるプロセス系またはサーボ系などの制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロセス系の制御装置、例えば半導体ウェーハを熱処理するための熱処理装置の温度調節器では、炉内にウェーハが導入されて炉内の温度が整定された後に炉内の温度を所定の温度まで上昇させる処理（ランピング処理と呼ばれる）が行われる。この場合、炉の時定数が大きいためその終了時に炉内の温度が所定の温度をオーバーシュートしやすく、温度の整定が困難となることがある。そこで従来より、ウェーハを導入する時点からランピング処理開始時点までの期間とそれ以外の期間とに対応する適切な制御パラメータ（比例ゲイン、積分時間、微分時間など）がそれぞれ予め設定され、それぞれの期間毎に対応する制御パラメータに基づきＰＩＤ制御が行われる構成がある。また、従来より上記ランピング処理期間中はＰＤ制御が行われ、それ以外の期間はＰＩＤ制御が行われる構成がある。
【０００３】
また、サーボ系の制御装置、例えばワークを研削するための研削装置のモータ速度制御装置では、当該制御装置の外部に設けられる制御用コンピュータ等から目標値がパルス列で与えられることが多い。この場合、当該制御装置には最終目標値が予め与えられないので、最終目標値をオーバーシュートしないように制御を行うために制御系のゲインを適切な値よりも小さく設定する構成がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２６５４４８号公報
【特許文献２】
特開平５−１５２３１１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記プロセス系の制御装置のうち、各期間に対応する制御パラメータが個別に設定される従来の構成では、これら複数の制御パラメータの作成が容易ではなく、また必ずしもオーバーシュートを防止することはできない。ＰＤ制御が行われる従来の構成では、定常偏差を解消することができず、複数のゾーンでの温度制御が行われる場合には各ゾーン間での温度のばらつきを解消することができない。その結果、最終目標値となる温度で整定されるには時間がかかる。
【０００６】
また、従来の上記サーボ系の制御装置では制御系のゲインが小さく設定されるため、速やかな応答が得られず、また測定値と目標値との偏差が比較的大きくなる。その結果、最終目標値で安定するには時間がかかる。
【０００７】
なお、以上の説明は目標値が増加する場合を前提とするが、目標値が減少する場合であっても上記オーバーシュートと同様にアンダーシュートが生じるため、同様の問題点が生じる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、目標値が外部から順次に与えられるプロセス系またはサーボ系などの制御装置および制御方法であって、最終目標値を超えてオーバーシュート（またはアンダーシュート）が生じることなく速やかに最終目標値で安定する制御を実現する制御装置および制御方法に関する。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、外部から順次受け取る目標値に基づき、所定の制御量を制御するための操作量を出力する制御装置であって、
外部から順次受け取る前記目標値が増加または減少を開始する時点近傍の第１の時点以降において、外部から順次受け取る前記目標値を所定の遅延時間だけ遅延させて補正目標値として順次出力する遅延手段と、
外部から順次受け取る前記目標値と前記遅延手段から順次出力される前記補正目標値との差分が所定のオーバーシュート量に基づく所定量に等しくなる第２の時点から所定時間だけ当該第２の時点での補正目標値を出力する定値化手段と、
前記第１の時点から前記第２の時点までは前記遅延手段から出力される補正目標値に前記制御量が合致するように前記操作量を算出し、前記第２の時点から前記所定時間は前記定値化手段から出力される補正目標値に前記制御量が合致するように前記操作量を算出する制御演算手段と
を備えることを特徴とする。
【００１０】
このような第１の発明によれば、外部から与えられる目標値を遅延させて補正目標値が作成され、この補正目標値が目標値に達する前に目標値からオーバーシュート量を差し引かれた補正目標値が所定期間維持されるので、肩部分における大きなオーバーシュートの発生を防止することができる。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、
前記第２の時点から前記所定時間が経過した後は、前記目標値へ近づくほど単位時間あたりの増加量が減少するように前記第２の時点での補正目標値から増加する値を補正目標値として順次出力する定値復帰手段をさらに備え、
前記制御演算手段は、前記第２の時点から前記所定時間が経過した後は前記定値復帰手段から出力される補正目標値に前記制御量が合致するように前記操作量を算出することを特徴とする。
【００１２】
このような第２の発明によれば、順次に与えられる目標値へ近づくほど単位時間あたりの増加量が減少するように補正目標値が設定されるので、後述する不自然なこぶ状のオーバーシュートを抑制することができる。
【００１３】
第３の発明は、第２の発明において、
前記制御演算手段は、前記制御量のオーバーシュートを抑制するために予め定められたファジィルールによるファジィ推論に基づき前記補正目標値を前記所定時間経過後に増加させることを特徴とする。
【００１４】
このような第３の発明によれば、所定のファジィルールによるファジィ推論に基づき増加量が減少される構成により、制御条件に変化がある場合であっても、不自然なこぶ状のオーバーシュートを抑制することができる。
【００１５】
第４の発明は、外部から順次受け取る目標値に基づき、所定の制御量を制御するための操作量を算出する制御方法であって、
外部から順次受け取る前記目標値が増加または減少を開始する時点近傍の第１の時点以降において、外部から順次受け取る前記目標値を所定の遅延時間だけ遅延させて補正目標値として順次生成する遅延ステップと、
外部から順次受け取る前記目標値と前記遅延ステップにおいて順次生成される前記補正目標値との差分が所定のオーバーシュート量に基づく所定量に等しくなる第２の時点から所定時間だけ当該第２の時点での補正目標値を生成する定値化ステップと、
前記第１の時点から前記第２の時点までは前記遅延ステップにおいて生成される補正目標値に前記制御量が合致するように前記操作量を算出し、前記第２の時点から前記所定時間は前記定値化ステップにおいて生成される補正目標値に前記制御量が合致するように前記操作量を算出する制御演算ステップと
を含むことを特徴とする。
【００１６】
第５の発明は、第４の発明において、
前記第２の時点から前記所定時間が経過した後は、前記目標値へ近づくほど単位時間あたりの増加量が減少するように前記第２の時点での補正目標値から増加する値を補正目標値として順次生成する定値復帰ステップをさらに含み、
前記制御演算ステップは、前記第２の時点から前記所定時間は前記定値復帰ステップにおいて生成される補正目標値に前記制御量が合致するように前記操作量を算出することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
＜１．制御装置の構成および動作＞
図１は、本発明の一実施形態に係る制御部を含む制御系全体の構成を示すブロック図である。この制御系は、制御対象１３と、検出器１２と、制御対象１３を制御する制御部２０と、制御部２０に対して目標値を与える制御用コンピュータ３０とを備える。
【００１８】
制御対象１３は、例えばヒータやモータなどであり、制御部２０から制御信号Ｓｃが与えられ、当該制御信号Ｓｃが示す電力や電圧などの操作量が調整されることにより制御量が制御される。また、検出器１２は、制御対象１３の制御量を検出することにより得られる測定値Ｐｖ（例えば温度や速度など）を示す測定値信号Ｓｔを制御部２０に与える。
【００１９】
制御用コンピュータ３０は、制御部２０に与えられるべき目標値Ｓｖを示す目標値信号Ｓｓｖを出力する。この目標値信号Ｓｓｖは、所定の目標値Ｓｖを順次に示すパルス列からなる時系列信号である。なお、目標値信号Ｓｓｖは、目標値Ｓｖが順次に変化する場合には変化する目標値Ｓｖを順次に示し、目標値Ｓｖが変化しない場合には出力されないように構成されていてもよい。
【００２０】
制御部２０は、上記測定値が入力されて、測定値と与えられた目標値との偏差に対して比例・積分・微分演算（ＰＩＤ演算）を行い、測定値が目標値に合致するように、操作量（例えば温度や速度など）を示す制御信号Ｓｃを出力する。
【００２１】
＜２．制御部の構成および動作＞
次に、制御部２０の詳細な構成およびその動作について説明する。図２は、制御部２０の詳細な構成を示すブロック図である。この制御部２０は、Ｓｖ補正部２１と、加算器２２と、ＰＩＤコントローラ２３とを含む。なお、これらの機能の一部または全ては、コンピュータソフトウェアにより実現されてもよい。
【００２２】
Ｓｖ補正部２１は、目標値信号Ｓｓｖが示す目標値Ｓｖに基づき、目標値Ｓｖの上昇開始時点から上昇終了時点以降の所定の時点までは所定の補正演算により得られる補正目標値Ｓｖ’を出力し、上記上昇開始時点より前の期間および上記所定の時点より後の期間では目標値Ｓｖを補正目標値Ｓｖ’として出力する。このように、Ｓｖ補正部２１は所定の期間だけ所定の補正演算を行うことに特徴を有するが、その詳細な構成および動作については後述する。
【００２３】
加算器２２は、Ｓｖ補正部２１からの補正目標値Ｓｖ’と、符号が反転された検出器１２からの測定値Ｐｖとを加算し、加算された値を偏差ｅとして出力する。すなわち、ｅ＝Ｓｖ’−Ｐｖとなる。
【００２４】
ＰＩＤコントローラ２３は、この偏差ｅを０に近づけるようにＰＩＤ演算を行い、操作量Ｍｖを出力する。このＰＩＤコントローラ２３の伝達関数Ｃｍ（ｓ）は、比例ゲインをＫｐ、積分時間をＴｉ、微分時間をＴｄ、ラプラス変換に基づく変数をｓとするとき次式（１）のように示される。
Ｃｍ（ｓ）＝（１＋（１／（Ｔｉ・ｓ））＋（Ｔｄ・ｓ））・Ｋｐ  …（１）
【００２５】
＜３．Ｓｖ補正部の構成および動作＞
図３は、Ｓｖ補正部２１の詳細な構成を示すブロック図である。このＳｖ補正部２１は、所定の場合に目標値信号Ｓｓｖを遅延させる遅延部２１１と、所定の場合に所定の一定値を出力するピーク解消部２１２と、所定の場合に補正目標値Ｓｖ’を目標値Ｓｖへ復帰させる定値復帰部２１３と、これらを制御する補正制御部２１４とを含む。
【００２６】
遅延部２１１は、目標値信号Ｓｓｖを受け取り、補正制御部２１４からの制御信号Ｓｃ１に基づく動作期間中は当該目標値信号Ｓｓｖを予め定められた遅延時間Ｔａだけ遅延させた信号により示される第１の中間目標値Ｓｖ’ａを出力し、それ以外の期間は目標値信号Ｓｓｖが示す目標値Ｓｖをそのまま第１の中間目標値Ｓｖ’ａとして出力する。なお、上記制御信号Ｓｃ１が与えられてから上記遅延時間Ｔａまでの間、遅延部２１１は、上記制御信号Ｓｃ１が与えられた時点の目標値Ｓｖをそのまま第１の中間目標値Ｓｖ’ａとして出力する。
【００２７】
ピーク解消部２１２は、遅延部２１１からの第１の中間目標値Ｓｖ’ａを受け取り、補正制御部２１４からの制御信号Ｓｃ２に基づく動作期間中は所定の一定値を第２の中間目標値Ｓｖ’ｂとして出力し、それ以外の期間は第１の中間目標値Ｓｖ’ａをそのまま第２の中間目標値Ｓｖ’ｂとして出力する。典型的には、ピーク解消部２１２は、補正制御部２１４からの制御信号Ｓｃ２が入力された時点での第１の中間目標値Ｓｖ’ａの値をラッチすることにより当該値を第２の中間目標値Ｓｖ’ｂとして出力する。
【００２８】
定値復帰部２１３は、ピーク解消部２１２からの第２の中間目標値Ｓｖ’ｂを受け取り、補正制御部２１４からの制御信号Ｓｃ３に基づく動作期間中は所定のパターンで目標値Ｓｖまで変化する値を補正目標値Ｓｖ’として順次に出力し、それ以外の期間には第２の中間目標値Ｓｖ’ｂをそのまま補正目標値Ｓｖ’として出力する。ここでは、定値復帰部２１３は、補正制御部２１４からの制御信号Ｓｃ３が入力された時点での第２の中間目標値Ｓｖ’ｂの値を起点として、所定の増加率で目標値Ｓｖまで変化する値を補正目標値Ｓｖ’として順次に出力するように構成される。また、別例として、定値復帰部２１３は、補正制御部２１４からの制御信号Ｓｃ３が入力された時点での第２の中間目標値Ｓｖ’ｂの値を起点として、当該値に対して所定のファジィ推論により得られるべき上昇量が加算された補正目標値Ｓｖ’を順次に出力するように構成される。この別例の構成および動作については、変形例として後述する。
【００２９】
補正制御部２１４は、所定の場合に上記制御信号Ｓｃ１〜Ｓｃ３を出力することにより、遅延部２１１、ピーク解消部２１２、および定値復帰部２１３の動作を制御する。図４は、この補正制御部２１４の処理手順を示すフローチャートである。なお、当初より遅延部２１１、ピーク解消部２１２、および定値復帰部２１３の動作は停止しているものとする。
【００３０】
補正制御部２１４は、目標値Ｓｖの上昇が開始されたか否かを判断し（ステップＳ１０）、開始されていない場合（Ｎｏの場合）には当該ステップＳ１０の判断が繰り返される。上昇が開始された場合（Ｙｅｓの場合）には遅延部２１１を動作させるように制御信号Ｓｃ１を出力する（ステップＳ１２）。
【００３１】
次に、補正制御部２１４は、定値復帰部２１３からの補正目標値Ｓｖ’と予め定められたオーバーシュート量Ｖ（典型的にはＳｖ補正部２１が動作しない場合に発生すべきオーバーシュート量であるが、その近傍値であってもよい）との合算値が目標値信号Ｓｓｖに示される目標値Ｓｖ以上であるか否かを判断し（ステップＳ１４）、目標値Ｓｖ未満である場合（Ｎｏの場合）には上記合算値が目標値Ｓｖ以上になるまでステップＳ１４の判断が繰り返される。上記合算値が目標値Ｓｖ以上となった場合（Ｙｅｓの場合）には、図示されない計時部により出力される経過時間を示すタイマー値Ｔｘをリセットし（ステップＳ１６）、ピーク解消部２１２を動作させるように制御信号Ｓｃ２を出力する（ステップＳ１８）。ピーク解消部２１２は、この制御信号Ｓｃ２を受け取ることにより、一定値となった目標値Ｓｖからオーバーシュート量Ｖが差し引かれた値を補正目標値Ｓｖ’として継続的に出力する。
【００３２】
次に、補正制御部２１４は、上記タイマー値Ｔｘが予め定められた定値時間Ｔｂ（典型的には目標値に対する応答遅延時間を２〜４倍した値であって、この遅延時間が大きいほど小さくなるように定められる値であるが、その近傍値であってもよい）以上であるか否かを判断し（ステップＳ２０）、定値時間Ｔｂ未満である場合（Ｎｏの場合）には上記タイマー値Ｔｘが定値時間Ｔｂ以上になるまでステップＳ２０の判断が繰り返される。上記タイマー値Ｔｘが定値時間Ｔｂ以上となった場合（Ｙｅｓの場合）には、定値復帰部２１３を動作させるように制御信号Ｓｃ３を出力する（ステップＳ２２）。定値復帰部２１３は、この制御信号Ｓｃ３を受け取ることにより、この時点における一定値となった目標値Ｓｖからオーバーシュート量Ｖが差し引かれた値を開始値とし、予め定められたピーク時間Ｔｐ（典型的には目標値Ｓｖが定値となる時点からオーバーシュートのピーク時点までの時間であるが、その近傍値であってもよい）が経過した時点での目標値Ｓｖを終了値とするように、所定の増加率で増加する補正目標値Ｓｖ’を順次出力する。
【００３３】
次に、補正制御部２１４は、上記タイマー値Ｔｘが定値時間Ｔｂに予め定められたピーク時間Ｔｐを加えた時間以上であるか否かを判断し（ステップＳ２４）、当該時間（Ｔｂ＋Ｔｐ）未満である場合（Ｎｏの場合）には上記タイマー値Ｔｘが当該時間（Ｔｂ＋Ｔｐ）以上になるまでステップＳ２４の判断が繰り返される。上記タイマー値Ｔｘが当該時間（Ｔｂ＋Ｔｐ）以上となった場合（Ｙｅｓの場合）には、遅延部２１１、ピーク解消部２１２、および定値復帰部２１３の動作を停止させるように、制御信号Ｓｃ１〜Ｓｃ３を出力し、処理を終了する（ステップＳ２６）。なお、この時間（Ｔｂ＋Ｔｐ）に代えて、オーバーシュート時間Ｔｏｖ（典型的にはＳｖ補正部２１が動作しない場合に発生すべきオーバーシュートの発生時間であるが、その近傍値であってもよい）が用いられてもよい。なお、オーバーシュート量Ｖ、定値時間Ｔｂ、ピーク時間Ｔｐ、およびオーバーシュート時間Ｔｏｖは必ずしも上記値に限定されない。
【００３４】
図５（ａ）は、Ｓｖ補正部２１が動作しない場合の目標値Ｓｖと測定値Ｐｖと補正目標値Ｓｖ’との時間変化を示す図であり、図５（ｂ）は、Ｓｖ補正部２１が動作する場合の目標値Ｓｖと補正目標値Ｓｖ’と測定値Ｐｖとの時間変化を示す図である。１点鎖線は目標値Ｓｖの時間変化を示し、実線は補正目標値Ｓｖ’の時間変化を示し、点線は測定値Ｐｖの時間変化を示す。図５（ａ）に示されるように、Ｓｖ補正部２１が動作しない場合、時刻ｔ１に目標値Ｓｖの上昇が開始されると、時刻ｔ１から本制御系における目標値に対する応答遅延時間Ｔｒだけ遅れて測定値Ｐｖが上昇を開始する。その後目標値Ｓｖの上昇が終了し定値となっても、測定値Ｐｖは時刻ｔ７で目標値Ｓｖに合致した後もさらに上昇し続け、時刻ｔ７からピーク時間Ｔｐが経過した時刻ｔ８の時点でオーバーシュートのピーク値となった後、時刻ｔ７からオーバーシュート時間Ｔｏｖが経過した時刻ｔ９の時点で目標値Ｓｖに合致する。なお、応答遅延時間Ｔｒは、目標値Ｓｖが定値となる時点から測定値Ｐｖが当該目標値Ｓｖに達する時点までの時間であるものとする。次に、Ｓｖ補正部２１の動作について、図５（ｂ）を参照して説明する。
【００３５】
時刻ｔ１において、目標値Ｓｖの上昇が開始されることにより、補正制御部２１４は、遅延部２１１へ制御信号Ｓｃ１を出力する（Ｓ１０，Ｓ１２）。この制御信号Ｓｃ１が入力されたことにより動作状態となった遅延部２１１により、補正目標値Ｓｖ’は時刻ｔ１から遅延時間Ｔａだけ遅れた時刻ｔ２まで一定値を維持された後、目標値Ｓｖと同じ増加率で遅延時間Ｔａだけ遅れて上昇される。時刻ｔ３において、定値運転動作が開始され、一定値となった目標値Ｓｖと未だ上昇中である補正目標値Ｓｖ’との差は時刻ｔ３から徐々に小さくなり、時刻ｔ４において、補正目標値Ｓｖ’とオーバーシュート量Ｖとの合算値が目標値Ｓｖに達する。補正目標値Ｓｖ’が目標値Ｓｖに対して遅延されるように構成されるのは、この状態を生じさせるためである。この時点で、ピーク解消部２１２は補正制御部２１４からの制御信号Ｓｃ２が入力されることにより動作状態となり、定値時間Ｔｂが経過して時刻ｔ５になるまで、所定の値である目標値Ｓｖからオーバーシュート量Ｖが差し引かれた値を補正目標値Ｓｖ’として出力する（Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１８，Ｓ２０）。このように補正目標値Ｓｖ’が上昇状態から一定値に転ずる時点からその近傍の所定時点までの期間（以下「肩部分」という）の補正目標値Ｓｖ’を目標値Ｓｖより低くすることにより、発生すべきオーバーシュートのピーク付近に対応する期間の測定値を下げ、結果的にオーバーシュートを解消または抑制する。また、当該期間中の値の変化（当該値の微分値）が０となることにより、ＰＩＤコントローラ２３に含まれる微分演算を行う微分器による補正目標値Ｓｖ’の上昇が防止される。
【００３６】
時刻ｔ５において、定値復帰部２１３は補正制御部２１４からの制御信号Ｓｃ３が入力されることにより動作状態となり、時刻ｔ５からピーク時間Ｔｐから定値時間Ｔｂを差し引いた時間が経過して時刻ｔ６になるまで、予め設定された上記増加率で目標値Ｓｖまで変化する補正目標値Ｓｖ’を連続して出力する（Ｓ２２，Ｓ２４）。時刻ｔ６において、補正目標値Ｓｖ’が目標値Ｓｖと等しくなると、遅延部２１１、ピーク解消部２１２、および定値復帰部２１３の動作が停止され、Ｓｖ補正部２１による補正演算が終了する（Ｓ２６）。
【００３７】
このように、制御部２０に対して予め全動作期間に対応する目標値Ｓｖが与えられることなく、パルス列からなる時系列信号である目標値信号Ｓｓｖにより目標値Ｓｖが逐次与えられる構成であっても、遅延させた補正目標値Ｓｖ’が与えられ、目標値Ｓｖが定値運転動作時の一定値に達する前にオーバーシュート量Ｖを差し引かれた補正目標値Ｓｖ’が所定期間維持される構成により、上記肩部分における大きなオーバーシュートの発生を防止する作用が実現される。
【００３８】
＜４．変形例＞
上記実施形態では、Ｓｖ補正部２１に含まれる定値復帰部２１３が所定の増加率で目標値Ｓｖまで変化する値を補正目標値Ｓｖ’として順次に出力する構成を例示した。しかし、この構成によれば、所定の傾きで上昇する補正目標値Ｓｖ’が一定値である目標値Ｓｖに達した瞬間に急激に傾きが０となるため、測定値が不自然なこぶ状に若干オーバーシュートすることがある。これに対して、増加する補正目標値Ｓｖ’が一定値である目標値Ｓｖに近づくほどその増加率を徐々に小さくするように構成すれば、傾きが急減に変化することがないためオーバーシュートの発生を防止することができる。この構成例としては、徐々に上記増加率（傾き）が小さくなる曲線を予め定値復帰部２１３に記憶させておく構成が考えられるが、この構成では運転条件の変化には必ずしも柔軟に対応することができない。そこで、増加する補正目標値Ｓｖ’が目標値Ｓｖに近づくほどその増加率を徐々に小さくする構成をファジィ推論により実現する変形例としての構成および動作について以下に説明する。
【００３９】
まず、定値復帰部２１３は、オーバーシュート量Ｖ、測定値Ｐｖ、および偏差ｅに基づいて、オーバーシュート量Ｖにより正規化（すなわち無次元化）された変数Ｓおよび変化量ΔＵを算出する。ここで、変数Ｓは次式（２）のように示される。
Ｓ＝ｅ／Ｖ  …（２）
また、変化量ΔＵは次式（３）のように示される。
ΔＵ＝（Ｖ−Ｕ）／Ｖ  …（３）
ここで増分値Ｕは、ピーク解消部２１２の出力値である一定値すなわち定値復帰部２１３の初期入力値から補正目標値Ｓｖ’がどれだけ増加したかを示す値である。よって、補正目標値Ｓｖ’が定値運転動作時の一定値に達すれば、増分値Ｕはオーバーシュート量Ｖと等しくなる。この増分値Ｕは、次式（４）のように与えられる。
Ｕ＝Σ（１＋Ｇ）・（Ｖ／Ｔｐ）  …（４）
ここで、Ｇは後述のファジィ推論値（−１≦Ｇ≦１）、Ｔｐはピーク時間である。また、Σの記号は定値復帰部２１３の動作開始時から現在時点まで積算する演算を示すものとする。したがって、ファジィ推論値Ｇが常に０であるならば、定値復帰部２１３の動作終了時点ではＵ＝Ｖとなる。
【００４０】
次に、定値復帰部２１３は、算出された変数Ｓと変化量ΔＵとに基づいて所定のファジィ推論を行うことによりファジィ推論値Ｇを出力する。図６はファジィルールを表として示す図であり、図７（ａ）は、図６に示すファジィルールの変化量ΔＵに対応する前件部およびファジィ推論値Ｇに対応する後件部のファジィ集合を示す図であり、図７（ｂ）は、変数Ｓに対応する前件部のファジィ集合を示す図である。なお、図７の縦軸はメンバーシップ値であり、横軸は正規化された上記各値である。ここで、ＮＢはＮｅｇａｔｉｖｅＢｉｇ（負大）、ＮＭはＮｅｇａｔｉｖｅＭｅｄｉｕｍ（負中）、ＮＳはＮｅｇａｔｉｖｅＳｍａｌｌ（負小）、ＺＥはＺｅｒｏＥｑｕｉｖａｌｅｎｔ（ほぼゼロ）、ＰＳはＰｏｓｉｔｉｖｅＳｍａｌｌ（正小）、ＰＭはＰｏｓｉｔｉｖｅＭｅｄｉｕｍ（正中）、ＰＢはＰｏｓｉｔｉｖｅＢｉｇ（正大）の略称であり、対応するファジィ集合を定性的に表現する名称である。また、図６に示す表は、変数ＳがＮＢからＰＢまでの各集合に含まれる値をとる場合および変化量ΔＵがＺＥからＰＢまでの各集合に含まれる値をとる場合のそれぞれに対応するファジィ推論値Ｇがとるべき値に対応する集合を示す。なお、表中の空白部分は非制御状態としてＧ＝０であることを示す。
【００４１】
ここで、図７（ａ）に示す変化量ΔＵに対応する前件部およびファジィ推論値Ｇに対応する後件部のファジィ集合は上記の７つ全てを含み（７グレード）、図７（ｂ）に示す変数Ｓに対応するファジィ集合は、ＮＢ、ＮＳ、ＺＥ、ＰＳ、ＰＢの５つ（５グレード）である。また、図６に示す表では変化量ΔＵに対応する７つのファジィ集合のうち、ＮＳ、ＮＭ、ＮＢが省略されているが、増分値Ｕがオーバーシュート量Ｖを超えないことからΔＵ≧０となるため、これらの集合を省略して非制御状態（Ｇ＝０）としてよい。
【００４２】
次に、図６に示す表のファジィルールについて説明する。例えば、この表の２列２行目は、変数ＳがＮＳに含まれる値をとる場合であってかつ変化量ΔＵがＰＳに含まれる値をとる場合には、ファジィ推論値ＧがＺＥに含まれる値をとるべきことを示す。これを条件式により表現すると次式（５）のように示される。
ＩＦ  Ｓ＝ＮＳ  ＡＮＤ  ΔＵ＝ＰＳ  ＴＨＥＮ  Ｇ＝ＺＥ  …（５）
ここで、隣り合うファジィ集合は互いに重なり合うため、図６に示す条件はほとんどが複数成立する。そのため、例えば公知のＭｉｎ−Ｍａｘ法や代数積−加算重心法などに基づいて非ファジィ化を行うことによりファジィ推論値Ｇが求められる。これらの方法は公知であるため、ここでは説明を省略する。
【００４３】
この表に示されるように、ΔＵが小さくなるほどＧが小さくなるため、補正目標値Ｓｖ’が目標値Ｓｖに近づくほど補正目標値Ｓｖ’の増加率が小さくなることがわかる。定値復帰部２１３は、この表に示される条件に適合するように上記非ファジィ化を行うことによりファジィ推論値Ｇを算出する。。なお、図６のファジィルールは例示であって、他のルールによるファジィ推論が行われてもよい。
【００４４】
さらに、定値復帰部２１３は、以上のようにしてファジィ推論により得られたファジィ推論値Ｇを式（４）に代入して増分値Ｕを算出し、目標値Ｓｖ（ここでは第２の中間目標値Ｓｖ’ｂ）に増分値Ｕを加えた値を補正目標値Ｓｖ’として出力する。なお、この変形例では、上記ステップＳ２４において増分値Ｕがオーバーシュート量Ｖ以上であるか否かが判断されるものとする。すなわち、増分値Ｕがオーバーシュート量Ｖ以上になるまでステップＳ２４の判断が繰り返され、増分値Ｕがオーバーシュート量Ｖ以上となった場合にはステップＳ２６の処理が行われ処理が終了する。さらに、タイマー時間Ｔｘがオーバーシュート時間Ｔｏｖ以上となった場合には、上記条件判断処理にかかわらずステップＳ２６の処理が行われ処理が終了するように構成されてもよい。
【００４５】
このように、定値復帰部２１３の上記ファジィ推論により得られるファジィ推論値Ｇに基づき、一定値となった目標値Ｓｖに補正目標値Ｓｖ’が近づくほど増分値Ｕを小さくする構成により、不自然なこぶ状のオーバーシュートを抑制する。
【００４６】
次に、上記実施形態では、Ｓｖ補正部２１の詳細な構成を図３に例示したが、この構成例に限定されるわけではなく、定値運転動作開始時の肩部分における大きなオーバーシュートの発生を防止する作用を実現するために、遅延させた補正目標値Ｓｖ’が与えられ、目標値Ｓｖが定値運転動作時の一定値に達する前にオーバーシュート量Ｖを差し引かれた補正目標値Ｓｖ’が所定期間一定値に維持され、その後当該補正目標値Ｓｖ’が目標値Ｓｖに一致する構成であればよい。
【００４７】
図８は、Ｓｖ補正部２１の詳細な構成の変形例であるＳｖ補正部３１を示すブロック図である。このＳｖ補正部３１は、目標値信号Ｓｓｖを所定の遅延時間だけ遅延させる遅延部３１１と、所定の条件に基づいてこの遅延部３１１へ上記遅延時間を与える遅延制御部３１２とを含む。
【００４８】
遅延部３１１は、目標値信号Ｓｓｖが入力され、遅延制御部３１２からの遅延制御信号Ｓｃｄに示される所定の遅延時間だけ遅延させて得られる補正目標値Ｓｖ’を出力する。なお遅延部３１１は、遅延時間が０の場合には、目標値信号Ｓｓｖが示す目標値Ｓｖをそのまま補正目標値Ｓｖ’として出力し、所定の遅延時間に達するまでの間は、上記制御信号Ｓｃ１が与えられた時点の目標値Ｓｖをそのまま補正目標値Ｓｖ’として出力する。
【００４９】
遅延制御部３１２は、所定の場合に所定の遅延時間を示す上記遅延制御信号Ｓｃｄを出力することにより、遅延部３１１の動作を制御する。図９は、この遅延制御部３１２の処理手順を示すフローチャートである。なお、初期状態では、遅延制御部３１２は遅延部３１１へ遅延時間として０を与えるものとする。
【００５０】
遅延制御部３１２は、目標値Ｓｖの上昇が開始されたか否かを判断し（ステップＳ５０）、開始されない場合（Ｎｏの場合）には当該ステップＳ５０の判断が繰り返される。上昇が開始される場合（Ｙｅｓの場合）、遅延制御部３１２は、遅延部３１１に対して所定の遅延時間Ｔａを与えることにより、目標値信号Ｓｓｖを遅延時間Ｔａだけ遅延させて得られる補正目標値Ｓｖ’を出力させるように遅延部３１１を制御する（ステップＳ５２）。
【００５１】
次に、遅延制御部３１２は、遅延部３１１から出力される補正目標値Ｓｖ’と予め定められたオーバーシュート量Ｖとの合算値が目標値信号Ｓｓｖに示される目標値Ｓｖ以上であるか否かを判断し（ステップＳ５４）、目標値Ｓｖ未満である場合（Ｎｏの場合）には上記合算値が目標値Ｓｖ以上になるまでステップＳ５４の判断が繰り返される。上記合算値が目標値Ｓｖ以上となった場合（Ｙｅｓの場合）には、経過時間を示すタイマー値Ｔｘをリセットし（ステップＳ５６）、遅延時間Ｔａに対してさらに定値時間Ｔｂを加えた遅延時間（Ｔａ＋Ｔｂ）を遅延部３１１に与える（ステップＳ５８）。その結果、補正目標値Ｓｖ’は定値時間Ｔｂの間一定値となる。
【００５２】
次に、遅延制御部３１２は、上記タイマー値Ｔｘが定値時間Ｔｂ以上であるか否かを判断し（ステップＳ６０）、定値時間Ｔｂ未満である場合（Ｎｏの場合）には上記タイマー値Ｔｘが定値時間Ｔｂ以上になるまでステップＳ６０の判断が繰り返される。上記タイマー値Ｔｘが定値時間Ｔｂ以上となった場合（Ｙｅｓの場合）には、遅延時間Ｔａに対して所定の制御周期毎に増加する増加遅延時間Ｔｃを加算して得られる値を遅延時間として遅延部３１１に与える定値復帰処理が行われる（ステップＳ６２）。この増加遅延時間Ｔｃは制御周期毎に所定の変化率で定値時間Ｔｂからオーバーシュート時間Ｔｏｖまで変化するものとする。なお、上記変化率は必ずしも一定である必要はなく、徐々に大きくなるように変化することが好ましい。そうすれば、増加する補正目標値Ｓｖ’が一定値である目標値Ｓｖに近づくほどその増加率が徐々に小さくなるため、小さなこぶ状の上記オーバーシュートの発生を防止することができる。さらに、増加遅延時間Ｔｃは上述のファジィ推論により算出されてもよい。
【００５３】
次に、遅延制御部３１２は、上記タイマー値Ｔｘが定値時間Ｔｂにピーク時間Ｔｐを加えた時間以上であるか否かを判断し（ステップＳ６４）、当該時間（Ｔｂ＋Ｔｐ）未満である場合（Ｎｏの場合）には、上記タイマー値Ｔｘが時間（Ｔｂ＋Ｔｐ）以上になるまで制御周期毎にステップＳ６２の処理が繰り返される。上記タイマー値Ｔｘが時間（Ｔｂ＋Ｔｐ）以上となった場合（Ｙｅｓの場合）には、遅延部３１１へ遅延時間として０を与え、処理を終了する（ステップＳ６６）。
【００５４】
以上の変形例のように遅延させた補正目標値Ｓｖ’が与えられ、目標値Ｓｖが一定値に達する前にオーバーシュート量Ｖを差し引かれた補正目標値Ｓｖ’が所定期間維持される構成により、肩部分における大きなオーバーシュートの発生を防止する作用が実現される。
【００５５】
上記実施形態では、ＰＩＤコントローラ２３によりＰＩＤ制御が行われる構成である。しかし、ＰＩＤコントローラ２３に対してＳｖ補正部２１により補正された補正目標値Ｓｖ’が順次に与えられ、目標値Ｓｖに一致するように制御する制御方式であれば、ここでのＰＩＤコントローラ２３は必ずしもＰＩＤ制御を行う必要はなく、ファジィ制御、ニューロ制御、遺伝子アルゴリズムに基づく制御、または現代制御理論に基づく制御などを行うものであってもよい。
【００５６】
上記実施形態では、目標値Ｓｖが上昇することを前提にする構成である。しかし、目標値Ｓｖが下降する場合、または上昇および下降する場合であっても上記構成と同様に構成することができる。この構成により目標値Ｓｖが下降する場合にはアンダーシュートの発生が防止される。
【００５７】
＜５．効果＞
上記一実施形態では、Ｓｖ補正部２１によりパルス列からなる時系列信号である目標値信号Ｓｓｖに含まれる目標値Ｓｖから遅延させた補正目標値Ｓｖ’が与えられ、目標値Ｓｖが定値運転動作時の一定値に達する前にオーバーシュート量Ｖを差し引かれた補正目標値Ｓｖ’が所定期間維持される構成である。この構成により、肩部分における大きなオーバーシュートの発生を防止することができる。
【００５８】
また、ファジィ推論を行う上記変形例では、定値復帰部２１３のファジィ推論により得られるファジィ推論値Ｇに基づき、一定値となった目標値Ｓｖに補正目標値Ｓｖ’が近づくほど増分値Ｕを小さくする構成により、不自然なこぶ状のオーバーシュートを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御部を含む制御系の全体構成を示す図である。
【図２】上記一実施形態に係る制御部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】上記一実施形態におけるＳｖ補正部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】上記一実施形態における補正制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】目標値Ｓｖと補正目標値Ｓｖ’と測定値Ｐｖとの時間変化を示す図である。
【図６】上記一実施形態の変形例におけるファジィルールを表として示す図である。
【図７】図６のファジィルールの前件部および後件部のファジィ集合を示す図である。
【図８】上記一実施形態の変形例におけるＳｖ補正部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図９】上記一実施形態の変形例における遅延制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１２  …検出器
１３  …制御対象
２０  …制御部
３０  …制御用コンピュータ
２１，３１  …Ｓｖ補正部
２２  …加算器
２３  …ＰＩＤコントローラ
２１１  …遅延部
２１２  …ピーク解消部
２１３  …定値復帰部
２１４  …補正制御部
３１１  …遅延部
３１２  …遅延制御部
Ｓｖ  …目標値
Ｓｖ’…補正目標値
Ｐｖ  …測定値
Ｖ  …オーバーシュート量
Ｔｏｖ  …オーバーシュート時間
Ｔｐ  …ピーク時間
Ｔｂ  …定値時間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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