(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いの制御量に干渉する関係にある複数の制御対象をそれぞれ制御する複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置において、
特定の制御ループについて設定値と制御量との偏差を算出する第１の偏差算出部と、
前記特定の制御ループの偏差を入力として操作量を算出して前記特定の制御ループの制御対象に出力する第１の制御演算部と、
前記操作量が上下限値に達しているか否かを判定する操作量飽和判定部と、
前記操作量が上下限値に達していると判定された場合は、前記特定の制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された場合は、前記乗算結果を０にする倍率演算部と、
前記特定の制御ループとの間に前記干渉が存在する他の制御ループに設けられ、対応する制御ループの設定値に前記倍率演算部の乗算結果を加算して補正設定値を算出する加算部と、
前記他の制御ループについて前記補正設定値と制御量との偏差を算出する第２の偏差算出部と、
前記他の制御ループの偏差を入力として操作量を算出して前記他の制御ループの制御対象に出力する第２の制御演算部とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
互いの制御量に干渉する関係にある複数の制御対象をそれぞれ制御する複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置において、
制御ループ毎に設定値を補正した補正設定値と制御量との偏差を算出する偏差算出部と、
制御ループ毎に前記偏差を入力として操作量を算出して対応する制御ループの制御対象に出力する制御演算部と、
制御ループ毎に前記操作量が上下限値に達しているか否かを判定する操作量飽和判定部と、
前記操作量が上下限値に達していると判定された制御ループについては、この制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された制御ループについては、この制御ループについての前記乗算結果を０にする倍率演算部と、
制御ループ毎の設定値に、この制御ループとの間に前記干渉が存在する他の制御ループについての前記倍率演算部の乗算結果を加算して前記補正設定値を算出する加算部とを備え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に記載の制御装置において、
さらに、制御ループ毎に前記偏差を受け取って出力する際に、この偏差の絶対値が特定の値より小さい場合は偏差を０にする不感帯処理部と、
制御ループ毎に前記不感帯処理部から出力された偏差を予め設定された上限値と下限値の範囲内に制限する上下限処理を実行する上下限処理部とを備え、
前記倍率演算部は、前記操作量が上下限値に達していると判定された制御ループについては、この制御ループの前記上下限処理された偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された制御ループについては、この制御ループについての前記乗算結果を０にすることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
互いの制御量に干渉する関係にある複数の制御対象をそれぞれ制御する複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御方法において、
特定の制御ループについて設定値と制御量との偏差を算出する第１の偏差算出手順と、
前記特定の制御ループの偏差を入力として操作量を算出して前記特定の制御ループの制御対象に出力する第１の制御演算手順と、
前記操作量が上下限値に達しているか否かを判定する操作量飽和判定手順と、
前記操作量が上下限値に達していると判定された場合は、前記特定の制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された場合は、前記乗算結果を０にする倍率演算手順と、
前記特定の制御ループとの間に前記干渉が存在する他の制御ループの設定値に前記倍率演算手順の乗算結果を加算して補正設定値を算出する加算手順と、
前記他の制御ループについて前記補正設定値と制御量との偏差を算出する第２の偏差算出手順と、
前記他の制御ループの偏差を入力として操作量を算出して前記他の制御ループの制御対象に出力する制御演算手順とを繰り返し実行することを特徴とする制御方法。
【請求項５】
互いの制御量に干渉する関係にある複数の制御対象をそれぞれ制御する複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御方法において、
制御ループ毎に設定値を補正した補正設定値と制御量との偏差を算出する偏差算出手順と、
制御ループ毎に前記偏差を入力として操作量を算出して対応する制御ループの制御対象に出力する制御演算手順と、
制御ループ毎に前記操作量が上下限値に達しているか否かを判定する操作量飽和判定手順と、
前記操作量が上下限値に達していると判定された制御ループについては、この制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された制御ループについては、この制御ループについての前記乗算結果を０にする倍率演算手順と、
制御ループ毎の設定値に、この制御ループとの間に前記干渉が存在する他の制御ループについての前記倍率演算手順の乗算結果を加算して前記補正設定値を算出する加算手順とを繰り返し実行することを特徴とする制御方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の制御方法において、
さらに、制御ループ毎に前記偏差を受け取って出力する際に、この偏差の絶対値が特定の値より小さい場合は偏差を０にする不感帯処理手順と、
制御ループ毎に前記不感帯処理手順で出力された偏差を予め設定された上限値と下限値の範囲内に制限する上下限処理を実行する上下限処理手順とを備え、
前記倍率演算手順は、前記操作量が上下限値に達していると判定された制御ループについては、この制御ループの前記上下限処理された偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された制御ループについては、この制御ループについての前記乗算結果を０に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、複数の制御対象を制御するマルチループ制御系の状態量制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば電気ヒータを用いたマルチループの温度制御系として、図１２に示すような炉がある。図１２の例では、炉１００の内部が第１のゾーンＺ１、第２のゾーンＺ２、第３のゾーンＺ３に分割されており、ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３にそれぞれヒータ１０１，１０２，１０３が設置され、コントローラ１０４，１０５，１０６により温度制御される。コントローラ１０４，１０５，１０６は、それぞれゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３の温度ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３を測定し、温度ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３がそれぞれ設定値ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３と一致するように操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３を算出する。ヒータ１０１，１０２，１０３は、それぞれコントローラ１０４，１０５，１０６から出力された操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３に応じてゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３を加熱する。コントローラ１０４，１０５，１０６としては、例えば市販の温調計などがあり、代表的な制御アルゴリズムとしてＰＩＤが用いられる。
【０００３】
通常、このような温度制御系では、隣接ゾーン間に温度干渉が発生する。例えば第１のゾーンＺ１のヒータ１０１は、第１のゾーンＺ１のみではなく、隣接する第２のゾーンＺ２に対しても温度を上昇させるように影響する。同様に、第２のゾーンＺ２のヒータ１０２は、隣接する第１、第３のゾーンＺ１，Ｚ３に影響を与え、第３のゾーンＺ３のヒータ１０３は、隣接する第２のゾーンＺ２に影響を与える。このように隣接ゾーン間に相互干渉がある場合であっても、前述の市販の温調計を始めとする従来のコントローラを用いる温度制御系では、各コントローラがゾーン毎に完全に独立したＰＩＤループを形成することになる。
【０００４】
一方、最近では、マルチループ間に相互作用を与えることで、第１、第２、第３のゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３の温度ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３が、昇温時の過渡状態においてもほぼ同じ値を維持するようにした制御方法が提案されている（例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
特許文献１に開示された制御方法は、制御対象の複数のゾーンの温度から平均温度と傾斜温度を算出して、この平均温度と各傾斜温度に基づいてそれぞれ操作量を算出し、各ゾーンのコントローラによる温度制御が他のゾーンのコントローラによる温度制御に与える影響がなくなるか又は小さくなるように、操作量を各ゾーンのヒータに配分することで、制御ループ間の非干渉化を実現するものである。
【０００５】
特許文献２、特許文献３に開示された制御方法は、最も遅く昇温する制御ループに他の制御ループを自動的に同調させるようにしたものである。
特許文献４に開示された制御方法は、マルチループの制御系において、特定の基準となる温度等の状態量を基準状態量とし、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、追従状態量を制御するコントローラに入力される設定値を内部入力値に変換した上でコントローラに入力し、この内部入力値を算出する際に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相対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ものである。
【０００６】
【特許文献１】特許第３２７８８０７号公報
【特許文献２】特開２００５−３５０９０号公報
【特許文献３】特開２００２−４９４０６号公報
【特許文献４】特開２００５−３０９９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１２のマルチループの温度制御系において、例えば第２のゾーンＺ２のヒータ１０２が劣化して十分なヒータパワーが発揮できなくなると、図１３に示すように第２のゾーンＺ２のコントローラ１０５から出力される操作量ＭＶ２が上限値の１００％になっていても、設定値ＳＰ２＝２００℃に対して実際の温度ＰＶ２は１９０℃という低い値になり、１０℃の定常偏差が発生してしまう。同様な定常偏差は、温度に限らず湿度など他の状態量の制御においても発生し得る。
【０００８】
このように、ヒータの劣化あるいは断線などといった不備が状態量制御のためのアクチュエータに発生すると、この不備を補うべくコントローラが操作量ＭＶを変更するが、操作量ＭＶが上限値あるいは下限値に到達した時点で飽和してしまうため、設定値と計測される状態量との間に定常偏差が発生するという問題点があった。定常偏差が偏差の許容量を超える場合には、例えば製造プロセスのための炉であれば不良品が製造されるような不具合にも発展し得る。
なお、前記の特許文献１〜特許文献４に開示された技術を適用したとしても、定常偏差が発生しているゾーンの温度に他のゾーンの温度を近づけるような作用になるため、許容量を超える定常偏差を解消するような効果は得られない。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、マルチループの状態量制御系における特定の制御ループに例えば制御アクチュエータの不備による定常偏差が発生した場合に、定常偏差の絶対値を小さく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】
【００１０】
本発明は、互いの制御量に干渉する関係にある複数の制御対象をそれぞれ制御する複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置において、特定の制御ループについて設定値と制御量との偏差を算出する第１の偏差算出部と、前記特定の制御ループの偏差を入力として操作量を算出して前記特定の制御ループの制御対象に出力する第１の制御演算部と、前記操作量が上下限値に達しているか否かを判定する操作量飽和判定部と、前記操作量が上下限値に達していると判定された場合は、前記特定の制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された場合は、前記乗算結果を０にする倍率演算部と、前記特定の制御ループとの間に前記干渉が存在する他の制御ループに設けられ、対応する制御ループの設定値に前記倍率演算部の乗算結果を加算して補正設定値を算出する加算部と、前記他の制御ループについて前記補正設定値と制御量との偏差を算出する第２の偏差算出部と、前記他の制御ループの偏差を入力として操作量を算出して前記他の制御ループの制御対象に出力する第２の制御演算部とを備えるものである。
また、本発明の制御装置は、制御ループ毎に設定値を補正した補正設定値と制御量との偏差を算出する偏差算出部と、制御ループ毎に前記偏差を入力として操作量を算出して対応する制御ループの制御対象に出力する制御演算部と、制御ループ毎に前記操作量が上下限値に達しているか否かを判定する操作量飽和判定部と、前記操作量が上下限値に達していると判定された制御ループについては、この制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された制御ループについては、この制御ループについての前記乗算結果を０にする倍率演算部と、制御ループ毎の設定値に、この制御ループとの間に前記干渉が存在する他の制御ループについての前記倍率演算部の乗算結果を加算して前記補正設定値を算出する加算部とを備えるものである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、制御ループ毎に前記偏差を受け取って出力する際に、この偏差の絶対値が特定の値より小さい場合は偏差を０にする不感帯処理部と、制御ループ毎に前記不感帯処理部から出力された偏差を予め設定された上限値と下限値の範囲内に制限する上下限処理を実行する上下限処理部とを備え、前記倍率演算部は、前記操作量が上下限値に達していると判定された制御ループについては、この制御ループの前記上下限処理された偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された制御ループについては、この制御ループについての前記乗算結果を０にするものである。
【００１１】
また、本発明の制御方法は、特定の制御ループについて設定値と制御量との偏差を算出する第１の偏差算出手順と、前記特定の制御ループの偏差を入力として操作量を算出して前記特定の制御ループの制御対象に出力する第１の制御演算手順と、前記操作量が上下限値に達しているか否かを判定する操作量飽和判定手順と、前記操作量が上下限値に達していると判定された場合は、前記特定の制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された場合は、前記乗算結果を０にする倍率演算手順と、前記特定の制御ループとの間に前記干渉が存在する他の制御ループの設定値に前記倍率演算手順の乗算結果を加算して補正設定値を算出する加算手順と、前記他の制御ループについて前記補正設定値と制御量との偏差を算出する第２の偏差算出手順と、前記他の制御ループの偏差を入力として操作量を算出して前記他の制御ループの制御対象に出力する制御演算手順とを繰り返し実行するようにしたものである。
また、本発明の制御方法は、制御ループ毎に設定値を補正した補正設定値と制御量との偏差を算出する偏差算出手順と、制御ループ毎に前記偏差を入力として操作量を算出して対応する制御ループの制御対象に出力する制御演算手順と、制御ループ毎に前記操作量が上下限値に達しているか否かを判定する操作量飽和判定手順と、前記操作量が上下限値に達していると判定された制御ループについては、この制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された制御ループについては、この制御ループについての前記乗算結果を０にする倍率演算手順と、制御ループ毎の設定値に、この制御ループとの間に前記干渉が存在する他の制御ループについての前記倍率演算手順の乗算結果を加算して前記補正設定値を算出する加算手順とを繰り返し実行するようにしたものである。
また、本発明の制御方法の１構成例は、さらに、制御ループ毎に前記偏差を受け取って出力する際に、この偏差の絶対値が特定の値より小さい場合は偏差を０にする不感帯処理手順と、制御ループ毎に前記不感帯処理手順で出力された偏差を予め設定された上限値と下限値の範囲内に制限する上下限処理を実行する上下限処理手順とを備え、前記倍率演算手順は、前記操作量が上下限値に達していると判定された制御ループについては、この制御ループの前記上下限処理された偏差に予め設定された倍率を乗算して乗算結果を出力し、前記操作量が上下限値に達していないと判定された制御ループについては、この制御ループについての前記乗算結果を０にするようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、定常偏差が発生している特定の制御ループの偏差に予め設定された倍率を乗算して、この乗算結果を、特定の制御ループとの間に干渉が存在する他の制御ループの設定値に加算して設定値を補正することにより、補正設定値に基づく他の制御ループの操作量のずれが特定の制御ループの定常偏差を削減する方向に影響を与えるので、定常偏差の絶対値を小さくする協調動作を実現することができる。
【００１３】
また、本発明では、制御ループ毎に倍率演算部と加算部を設けることにより、互いに干渉する関係にある複数の制御ループ間で互いの定常偏差を削減する方向に影響を与えるようにすることができるので、複数の制御ループの定常偏差の絶対値を小さくすることができる。
【００１４】
また、本発明では、操作量飽和判定部の判定結果に応じて倍率演算部が、操作量が上下限値に達している場合は偏差に予め設定された倍率を乗算し、操作量が上下限値に達していない場合は乗算結果を０にするので、操作量に応じて制御装置の動作を適切に切り換えることができる。また、本発明では、不感帯処理部を設けることにより、定常偏差が微小な場合は、マルチループ間の協調動作をオフにすることができる。また、本発明では、上下限処理部を設けることにより、定常偏差が極端に大きい場合に補正設定値が本来の設定値から大きく乖離し過ぎないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［発明の原理］
本発明は、マルチループの状態量制御系におけるゾーン間干渉に着眼する。すなわち、定常偏差Ｅｒが発生している特定の制御ループのゾーンに隣接するゾーンの制御ループにおいて、設定値が本来の設定値ＳＰ’から多少ずれると操作量ＭＶ’が本来の値からずれて出力され、この操作量ＭＶ’のずれがゾーン間干渉により特定の制御ループの定常偏差Ｅｒを削減する方向に影響を与えることができるという点に着眼する。
【００１６】
具体的には、特定の制御ループにＥｒ＝ＳＰ−ＰＶ（ＳＰは特定の制御ループの設定値、ＰＶは特定の制御ループの制御量）が発生しているときに、隣接ゾーンの制御ループの設定値ＳＰ’を、特定の制御ループの設定値ＳＰから見た制御量ＰＶの方向と逆方向に補正することにより、定常偏差Ｅｒを削減する。このような定常偏差Ｅｒの削減を自動的に行なうためには、定常偏差Ｅｒを特定の倍率で修正した量を設定値ＳＰ’に加算すればよい。
【００１７】
なお、定常偏差Ｅｒを監視して、隣接ゾーンの操作量ＭＶ’を自動補正することも有効ではあるが、隣接ゾーンの制御ループにＰＩＤのようなフィードバック制御が適用されている場合は、操作量ＭＶ’の自動補正がフィードバック制御により補償されてしまうため実用にならない。本発明は、定常偏差Ｅｒを隣接ゾーンの制御ループの設定値ＳＰ’に反映していることに特徴がある。
【００１８】
状態量としては例えば温度、圧力、流量などがあるが、ここでは温度制御を例として、本発明の原理とその効果をより具体的に説明する。図１３に示すように第２のゾーンＺ２のコントローラ１０５から出力される操作量ＭＶ２が上限値１００％になっていて、Ｅｒ２＝ＳＰ２−ＰＶ２＝２００℃−１９０℃＝１０℃の定常偏差が発生しているものとする。このとき、第１、第３のゾーンＺ１，Ｚ３では、ともに設定値ＳＰ１，ＳＰ３が２００℃になっているのに対して制御量（温度）ＰＶ１，ＰＶ３も２００℃になっていて、操作量ＭＶ１，ＭＶ３は６０％である。なお、炉１００の内部全体で見ると、第１、第２、第３のゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３の平均温度は（２００＋１９０＋２００）／３＝１９６．７℃である。
【００１９】
ここで、例えば第２のゾーンＺ２の定常偏差Ｅｒ２の０．６倍を、それぞれ隣接する第１、第３のゾーンＺ１，Ｚ３の設定値ＳＰ１，ＳＰ３に加算すると、設定値ＳＰ１，ＳＰ３が２０６℃になり、その結果として操作量ＭＶ１，ＭＶ３も６０％よりも上昇する（例えばＭＶ１＝ＭＶ３＝７０％）。この操作量ＭＶ１，ＭＶ３の上昇がゾーン間の温度干渉により第２のゾーンＺ２の温度ＰＶ２に影響を与えるため、温度ＰＶ２も上昇する。その後、最終的には例えば図１に示すように、第１、第３のゾーンＺ１，Ｚ３の設定値ＳＰ１，ＳＰ３が２０３℃で、温度ＰＶ１，ＰＶ３も２０３℃になり、第２のゾーンＺ２の定常偏差がＥｒ２＝ＳＰ２−ＰＶ２＝２００℃−１９５℃＝５℃という状態になって、第２のゾーンＺ２の定常偏差Ｅｒ２の０．６倍が第１、第３のゾーンＺ１，Ｚ３の設定値ＳＰ１，ＳＰ３に加算された平衡点に温度制御が収束する。
【００２０】
この場合、第１、第３ゾーンＺ１，Ｚ３については当初の設定値ＳＰ１，ＳＰ３が２００℃であったのに対して３℃の定常偏差が発生していることにはなるが、第２のゾーンＺ２の定常偏差が５℃に削減されるため、大きな定常偏差は改善される。炉１００の内部全体で見ても、第１、第２、第３のゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３の平均温度は（２０３＋１９５＋２０３）／３＝２００．３℃となるので、本手法を適用する前の１９６．７℃よりも改善していると言える。
【００２１】
以上のような原理により、マルチループの状態量制御系における特定の制御ループに発生している定常偏差の絶対値を小さくする協調動作を実現することができる。なお、本発明は、図１に示すようなマルチループ間の協調動作を扱う状態量制御装置１０７（市販のマルチループコントローラなど）を利用することになる。
【００２２】
［第１参考例］
図２は本発明の第１参考例となる状態量制御装置の構成を示すブロック図、図３は図２の状態量制御装置の動作を示すフローチャートである。本参考例は、本発明の状態量制御装置の最小限の構成を示しており、特定の第１の制御ループのみに定常偏差が発生することを想定している。
【００２３】
本参考例の状態量制御装置は、第１の制御ループに関する構成として、設定値ＳＰ１入力部１−１と、制御量ＰＶ１入力部２−１と、第１の制御ループの設定値ＳＰ１と制御量ＰＶ１との偏差Ｅｒ１を算出する偏差Ｅｒ１算出部３−１と、偏差Ｅｒ１を入力としてＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶ１を算出し、さらに操作量ＭＶ１の上下限処理を実行するＰＩＤ演算部４−１と、操作量ＭＶ１出力部５−１とを備え、第２の制御ループに関する構成として、設定値ＳＰ２入力部１−２と、制御量ＰＶ２入力部２−２と、第２の制御ループの設定値ＳＰ２を補正した補正設定値ＳＰ２ｘと制御量ＰＶ２との偏差Ｅｒ２を算出する偏差Ｅｒ２算出部３−２と、偏差Ｅｒ２を入力としてＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶ２を算出し、さらに操作量ＭＶ２の上下限処理を実行するＰＩＤ演算部４−２と、操作量ＭＶ２出力部５−２とを備える。
【００２４】
さらに、本参考例の状態量制御装置は、マルチループ間の協調動作に関する構成として、偏差Ｅｒ１に予め設定された倍率Ａ１を乗算する倍率Ａ１演算部６−１と、設定値ＳＰ２に倍率Ａ１演算部６−１の乗算結果を加算して補正設定値ＳＰ２ｘを算出する加算部７−２とを備える。
【００２５】
図４は本参考例のマルチループの状態量制御系のブロック線図である。図４において、Ｐ１は第１の制御ループの制御対象、Ｐ２は第２の制御ループの制御対象である。なお、図４では明記していないが、第１の制御ループと第２の制御ループとの間には互いの制御量に影響を与える干渉が存在する。
【００２６】
次に、本参考例の状態量制御装置の動作を図３を用いて説明する。第１の制御ループの状態量の要求値である設定値ＳＰ１は、制御装置のオペレータによって設定され、設定値ＳＰ１入力部１−１を介して偏差Ｅｒ１算出部３−１に入力される（図３ステップＳ１００）。
第１の制御ループの状態量の計測値である制御量ＰＶ１は、図示しない第１の計測手段によって計測され、制御量ＰＶ１入力部２−１を介して偏差Ｅｒ１算出部３−１に入力される（ステップＳ１０１）。
偏差Ｅｒ１算出部３−１は、設定値ＳＰ１と制御量ＰＶ１との偏差Ｅｒ１を次式により算出する（ステップＳ１０２）。
Ｅｒ１＝ＳＰ１−ＰＶ１                                            ・・・（１）
【００２７】
次に、ＰＩＤ演算部４−１は、偏差Ｅｒ１を入力として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Ｓ１０３）。
ＭＶ１＝（１００／Ｐｂ１）｛１＋（１／Ｔｉ１ｓ）＋Ｔｄ１ｓ｝Ｅｒ１  ・・（２）
式（２）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。なお、ＰＩＤ演算部４−１は、算出した操作量ＭＶ１が予め設定された出力下限値ＯＬ１より小さい場合、操作量ＭＶ１＝ＯＬ１とし、算出した操作量ＭＶ１が予め設定された出力上限値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行う。
【００２８】
操作量ＭＶ１出力部５−１は、ＰＩＤ演算部４−１から出力された操作量ＭＶ１を第１の制御ループの図示しない制御アクチュエータに出力する（ステップＳ１０４）。制御アクチュエータは、操作量ＭＶ１に基づいて第１の制御ループの状態量を制御するために動作する。
倍率Ａ１演算部６−１は、偏差Ｅｒ１に予め設定された倍率Ａ１を乗算して乗算結果Ａ１Ｅｒ１を出力する（ステップＳ１０５）。倍率Ａ１の値としては通常は０＜Ａ１＜１の範囲の値を用いる。Ａ１＝０とすると、本発明を適用しない場合と同じになり、倍率Ａ１の値を１に近付けるほど定常偏差を削減する効果は大きくなる。
【００２９】
一方、第２の制御ループの状態量の要求値である設定値ＳＰ２は、制御装置のオペレータによって設定され、設定値ＳＰ２入力部１−２を介して加算部７−２に入力される（ステップＳ１０６）。
第２の制御ループの状態量の計測値である制御量ＰＶ２は、図示しない第２の計測手段によって計測され、制御量ＰＶ２入力部２−２を介して偏差Ｅｒ２算出部３−２に入力される（ステップＳ１０７）。
【００３０】
加算部７−２は、設定値ＳＰ２に倍率Ａ１演算部６−１の乗算結果Ａ１Ｅｒ１を加算して次式のように補正設定値ＳＰ２ｘを算出する（ステップＳ１０８）。
ＳＰ２ｘ＝ＳＰ２＋Ａ１Ｅｒ１                                      ・・・（３）
偏差Ｅｒ２算出部３−２は、補正設定値ＳＰ２ｘと制御量ＰＶ２との偏差Ｅｒ２を次式により算出する（ステップＳ１０９）。
Ｅｒ２＝ＳＰ２ｘ−ＰＶ２                                          ・・・（４）
【００３１】
次に、ＰＩＤ演算部４−２は、偏差Ｅｒ２を入力として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Ｓ１１０）。
ＭＶ２＝（１００／Ｐｂ２）｛１＋（１／Ｔｉ２ｓ）＋Ｔｄ２ｓ｝Ｅｒ２  ・・（５）
式（５）において、Ｐｂ２は比例帯、Ｔｉ２は積分時間、Ｔｄ２は微分時間である。なお、ＰＩＤ演算部４−２は、算出した操作量ＭＶ２が予め設定された出力下限値ＯＬ２より小さい場合、操作量ＭＶ２＝ＯＬ２とし、算出した操作量ＭＶ２が予め設定された出力上限値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行う。
【００３２】
操作量ＭＶ２出力部５−２は、ＰＩＤ演算部４−２から出力された操作量ＭＶ２を第２の制御ループの図示しない制御アクチュエータに出力する（ステップＳ１１１）。制御アクチュエータは、操作量ＭＶ２に基づいて第２の制御ループの状態量を制御するために動作する。
以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１１１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Ｓ１１２においてＹＥＳ）、制御サイクル毎に繰り返し実行される。
【００３３】
本参考例では、定常偏差が発生している特定の第１の制御ループの偏差Ｅｒ１に倍率Ａ１を乗算して、乗算結果Ａ１Ｅｒ１を設定値ＳＰ２に加算して設定値ＳＰ２を補正することにより、補正設定値ＳＰ２ｘに基づく第２の制御ループの操作量ＭＶ２のずれが第１の制御ループの定常偏差Ｅｒ１を削減する方向に影響を与えるので、定常偏差Ｅｒ１の絶対値を小さくする協調動作を実現することができる。その結果、例えば温度制御でのヒータの劣化あるいは断線などといった不備が制御アクチュエータに発生している場合に、この制御アクチュエータの不備による定常偏差の絶対値を小さくすることができる。
【００３４】
［第２参考例］
次に、本発明の第２参考例について説明する。図５は本発明の第２参考例となる状態量制御装置の構成を示すブロック図、図６は図５の状態量制御装置の動作を示すフローチャートである。本参考例は、双方向に作用する形態の最小限の構成を示しており、第１の制御ループと第２の制御ループの両方に定常偏差が発生することを想定している。
【００３５】
本参考例の状態量制御装置は、第１の制御ループに関する構成として、設定値ＳＰ１入力部１１−１と、制御量ＰＶ１入力部１２−１と、第１の制御ループの設定値ＳＰ１を補正した補正設定値ＳＰ１ｘと制御量ＰＶ１との偏差Ｅｒ１を算出する偏差Ｅｒ１算出部１３−１と、ＰＩＤ演算部１４−１と、操作量ＭＶ１出力部１５−１とを備え、第２の制御ループに関する構成として、設定値ＳＰ２入力部１１−２と、制御量ＰＶ２入力部１２−２と、第２の制御ループの設定値ＳＰ２を補正した補正設定値ＳＰ２ｘと制御量ＰＶ２との偏差Ｅｒ２を算出する偏差Ｅｒ２算出部１３−２と、ＰＩＤ演算部１４−２と、操作量ＭＶ２出力部１５−２とを備える。
【００３６】
さらに、本参考例の状態量制御装置は、マルチループ間の協調動作に関する構成として、偏差Ｅｒ１に予め設定された倍率Ａ１を乗算する倍率Ａ１演算部１６−１と、偏差Ｅｒ２に予め設定された倍率Ａ２を乗算する倍率Ａ２演算部１６−２と、設定値ＳＰ１に倍率Ａ２演算部１６−２の１制御サイクル前の乗算結果を加算して補正設定値ＳＰ１ｘを算出する加算部１７−１と、設定値ＳＰ２に倍率Ａ１演算部６−１の乗算結果を加算して補正設定値ＳＰ２ｘを算出する加算部１７−２とを備える。
【００３７】
図７は本参考例のマルチループの状態量制御系のブロック線図である。図４の場合と同様に、第１の制御ループと第２の制御ループとの間には互いの制御量に影響を与える干渉が存在する。
【００３８】
次に、本参考例の状態量制御装置の動作を図６を用いて説明する。第１の制御ループの設定値ＳＰ１は、オペレータによって設定され、設定値ＳＰ１入力部１１−１を介して加算部１７−１に入力される（図６ステップＳ２００）。
第１の制御ループの制御量ＰＶ１は、図示しない第１の計測手段によって計測され、制御量ＰＶ１入力部１２−１を介して偏差Ｅｒ１算出部１３−１に入力される（ステップＳ２０１）。
【００３９】
加算部１７−１は、設定値ＳＰ１に倍率Ａ２演算部１６−２の１制御サイクル前の乗算結果Ａ２Ｅｒ２を加算して次式のように補正設定値ＳＰ１ｘを算出する（ステップＳ２０２）。
ＳＰ１ｘ＝ＳＰ１＋Ａ２Ｅｒ２                                      ・・・（６）
偏差Ｅｒ１算出部１３−１は、補正設定値ＳＰ１ｘと制御量ＰＶ１との偏差Ｅｒ１を次式により算出する（ステップＳ２０３）。
Ｅｒ１＝ＳＰ１ｘ−ＰＶ１                                          ・・・（７）
【００４０】
次に、ＰＩＤ演算部１４−１は、ＰＩＤ演算部４−１と同様に、偏差Ｅｒ１を入力としてＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶ１を算出し、さらに操作量ＭＶ１の上下限処理を実行する（ステップＳ２０４）。
操作量ＭＶ１出力部１５−１は、ＰＩＤ演算部１４−１から出力された操作量ＭＶ１を第１の制御ループの図示しない制御アクチュエータに出力する（ステップＳ２０５）。
倍率Ａ１演算部１６−１は、倍率Ａ１演算部６−１と同様に、偏差Ｅｒ１に予め設定された倍率Ａ１を乗算して乗算結果Ａ１Ｅｒ１を出力する（ステップＳ２０６）。
【００４１】
一方、第２の制御ループの設定値ＳＰ２は、オペレータによって設定され、設定値ＳＰ２入力部１１−２を介して加算部１７−２に入力される（ステップＳ２０７）。
第２の制御ループの制御量ＰＶ２は、図示しない第２の計測手段によって計測され、制御量ＰＶ２入力部１２−２を介して偏差Ｅｒ２算出部１３−２に入力される（ステップＳ２０８）。
【００４２】
加算部１７−２は、加算部７−２と同様に、設定値ＳＰ２に倍率Ａ１演算部１６−１の乗算結果Ａ１Ｅｒ１を加算して補正設定値ＳＰ２ｘを算出する（ステップＳ２０９）。
偏差Ｅｒ２算出部１３−２は、偏差Ｅｒ２算出部３−２と同様に、補正設定値ＳＰ２ｘと制御量ＰＶ２との偏差Ｅｒ２を算出する（ステップＳ２１０）。
【００４３】
次に、ＰＩＤ演算部１４−２は、ＰＩＤ演算部４−２と同様に、偏差Ｅｒ２を入力としてＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶ２を算出し、さらに操作量ＭＶ２の上下限処理を実行する（ステップＳ２１１）。
操作量ＭＶ２出力部１５−２は、ＰＩＤ演算部１４−２から出力された操作量ＭＶ２を第２の制御ループの図示しない制御アクチュエータに出力する（ステップＳ２１２）。
【００４４】
倍率Ａ２演算部１６−２は、偏差Ｅｒ２に予め設定された倍率Ａ２を乗算して乗算結果Ａ２Ｅｒ２を出力する（ステップＳ２１３）。倍率Ａ２の値としては通常は０＜Ａ２＜１の範囲の値を用いる。Ａ２＝０とすると、本発明を適用しない場合と同じになり、倍率Ａ２の値を１に近付けるほど定常偏差を削減する効果は大きくなる。
以上のようなステップＳ２００〜Ｓ２１３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Ｓ２１４においてＹＥＳ）、制御サイクル毎に繰り返し実行される。
【００４５】
本参考例では、偏差Ｅｒ１に倍率Ａ１を乗算して、乗算結果Ａ１Ｅｒ１を設定値ＳＰ２に加算して設定値ＳＰ２を補正すると共に、偏差Ｅｒ２に倍率Ａ２を乗算して、乗算結果Ａ２Ｅｒ２を設定値ＳＰ１に加算して設定値ＳＰ１を補正することにより、補正設定値ＳＰ２ｘに基づく第２の制御ループの操作量ＭＶ２のずれが第１の制御ループの定常偏差Ｅｒ１を削減する方向に影響を与えると共に、補正設定値ＳＰ１ｘに基づく第１の制御ループの操作量ＭＶ１のずれが第２の制御ループの定常偏差Ｅｒ２を削減する方向に影響を与えるので、定常偏差Ｅｒ１，Ｅｒ２の絶対値を小さくする協調動作を実現することができる。
【００４６】
［第１の実施の形態］
次に、本発明の第１の実施の形態について説明する。図８は本発明の第１の実施の形態となる状態量制御装置の構成を示すブロック図、図９は図８の状態量制御装置の動作を示すフローチャートである。本実施の形態は、本発明を図１のマルチループの温度制御系に適用したものである。
【００４７】
本実施の形態の状態量制御装置は、第１の制御ループに関する構成として、設定値ＳＰ１入力部２１−１と、制御量ＰＶ１入力部２２−１と、第１の制御ループの設定値ＳＰ１を補正した補正設定値ＳＰ１ｘと制御量ＰＶ１との偏差Ｅｒ１を算出する偏差Ｅｒ１算出部２３−１と、ＰＩＤ演算部２４−１と、操作量ＭＶ１出力部２５−１とを備え、第２の制御ループに関する構成として、設定値ＳＰ２入力部２１−２と、制御量ＰＶ２入力部２２−２と、第２の制御ループの設定値ＳＰ２を補正した補正設定値ＳＰ２ｘと制御量ＰＶ２との偏差Ｅｒ２を算出する偏差Ｅｒ２算出部２３−２と、ＰＩＤ演算部２４−２と、操作量ＭＶ２出力部２５−２とを備え、第３の制御ループに関する構成として、設定値ＳＰ３入力部２１−３と、制御量ＰＶ３入力部２２−３と、第３の制御ループの設定値ＳＰ３を補正した補正設定値ＳＰ３ｘと制御量ＰＶ３との偏差Ｅｒ３を算出する偏差Ｅｒ３算出部２３−３と、偏差Ｅｒ３を入力としてＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶ３を算出し、さらに操作量ＭＶ３の上下限処理を実行するＰＩＤ演算部２４−３と、操作量ＭＶ３出力部２５−３とを備える。
【００４８】
さらに、本実施の形態の状態量制御装置は、マルチループ間の協調動作に関する構成として、操作量ＭＶ１が上下限値に達している場合は後述する上下限処理された偏差Ｅｒ１に倍率Ａ１を乗算し、操作量ＭＶ１が上下限値に達していない場合は乗算結果を０にする倍率Ａ１演算部２６−１と、操作量ＭＶ２が上下限値に達している場合は後述する上下限処理された偏差Ｅｒ２に倍率Ａ２を乗算し、操作量ＭＶ２が上下限値に達していない場合は乗算結果を０にする倍率Ａ２演算部２６−２と、操作量ＭＶ３が上下限値に達している場合は後述する上下限処理された偏差Ｅｒ３に倍率Ａ３を乗算し、操作量ＭＶ３が上下限値に達していない場合は乗算結果を０にする倍率Ａ３演算部２６−３と、設定値ＳＰ１に倍率Ａ２演算部２６−２の１制御サイクル前の乗算結果を加算して補正設定値ＳＰ１ｘを算出する加算部２７−１と、設定値ＳＰ２に倍率Ａ１演算部２６−１の乗算結果を加算し、さらに倍率Ａ３演算部２６−３の１制御サイクル前の乗算結果を加算して補正設定値ＳＰ２ｘを算出する加算部２７−２と、設定値ＳＰ３に倍率Ａ２演算部２６−２の乗算結果を加算して補正設定値ＳＰ３ｘを算出する加算部２７−３と、偏差Ｅｒ１を受け取って出力する際に偏差Ｅｒ１の絶対値が特定の値より小さい場合は偏差Ｅｒ１を０にする不感帯処理部２８−１と、偏差Ｅｒ２を受け取って出力する際に偏差Ｅｒ２の絶対値が特定の値より小さい場合は偏差Ｅｒ２を０にする不感帯処理部２８−２と、偏差Ｅｒ３を受け取って出力する際に偏差Ｅｒ３の絶対値が特定の値より小さい場合は偏差Ｅｒ３を０にする不感帯処理部２８−３と、不感帯処理部２８−１から出力された偏差Ｅｒ１の上下限処理を実行する上下限処理部２９−１と、不感帯処理部２８−２から出力された偏差Ｅｒ２の上下限処理を実行する上下限処理部２９−２と、不感帯処理部２８−３から出力された偏差Ｅｒ３の上下限処理を実行する上下限処理部２９−３と、操作量ＭＶ１が上下限値に達しているか否かを判定し、その判定結果を倍率Ａ１演算部２６−１に通知する操作量ＭＶ１飽和判定部３０−１と、操作量ＭＶ２が上下限値に達しているか否かを判定し、その判定結果を倍率Ａ２演算部２６−２に通知する操作量ＭＶ２飽和判定部３０−２と、操作量ＭＶ３が上下限値に達しているか否かを判定し、その判定結果を倍率Ａ３演算部２６−３に通知する操作量ＭＶ３飽和判定部３０−３とを備える。
【００４９】
図１０は本実施の形態のマルチループの状態量制御系のブロック線図である。第１の制御ループと第２の制御ループとの間には互いの制御量に影響を与える干渉が存在し、また第２の制御ループと第３の制御ループとの間にも干渉が存在する。
【００５０】
次に、本実施の形態の状態量制御装置の動作を図９を用いて説明する。第１の制御ループの設定値ＳＰ１は、オペレータによって設定され、設定値ＳＰ１入力部２１−１を介して加算部２７−１に入力される（図９ステップＳ３００）。
第１の制御ループの制御量ＰＶ１は、図示しない第１の計測手段によって計測され、制御量ＰＶ１入力部２２−１を介して偏差Ｅｒ１算出部２３−１に入力される（ステップＳ３０１）。
【００５１】
加算部２７−１は、加算部１７−１と同様に、設定値ＳＰ１に倍率Ａ２演算部２６−２の１制御サイクル前の乗算結果Ａ２Ｅｒ２を加算して補正設定値ＳＰ１ｘを算出する（ステップＳ３０２）。
偏差Ｅｒ１算出部２３−１は、偏差Ｅｒ１算出部１３−１と同様に、補正設定値ＳＰ１ｘと制御量ＰＶ１との偏差Ｅｒ１を算出する（ステップＳ３０３）。
【００５２】
次に、ＰＩＤ演算部２４−１は、ＰＩＤ演算部４−１と同様に、偏差Ｅｒ１算出部２３−１で算出された偏差Ｅｒ１を入力としてＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶ１を算出し、さらに操作量ＭＶ１の上下限処理を実行する（ステップＳ３０４）。
操作量ＭＶ１出力部２５−１は、ＰＩＤ演算部２４−１から出力された操作量ＭＶ１を第１の制御ループの図示しない制御アクチュエータに出力する（ステップＳ３０５）。
【００５３】
不感帯処理部２８−１は、偏差Ｅｒ１算出部２３−１で算出された偏差Ｅｒ１の絶対値が特定の値（不感帯Ｒ１）より小さい場合に、上下限処理部２９−１に出力する偏差Ｅｒ１を０にする（ステップＳ３０６）。不感帯処理部２８−１は、具体的には以下の式を実行する。
ＩＦ｜Ｅｒ１｜＜Ｒ１  ＴＨＥＮ  Ｅｒ１＝０  
ＥＬＳＥＩＦ  Ｅｒ１＞０  ＴＨＥＮ  Ｅｒ１←Ｅｒ１−Ｒ１
ＥＬＳＥＩＦ  Ｅｒ１＜０  ＴＨＥＮ  Ｅｒ１←Ｅｒ１＋Ｒ１        ・・・（８）
【００５４】
なお、式（８）によると、｜Ｅｒ１｜≧Ｒ１かつＥｒ１＞０の場合、偏差Ｅｒ１から不感帯Ｒ１を減算し、一方｜Ｅｒ１｜≧Ｒ１かつＥｒ１＜０の場合、偏差Ｅｒ１に不感帯Ｒ１を加算することになっている（式（８）の２つのＥＬＳＥＩＦ文以下の処理）。その理由は、このような処理を行わない場合、｜Ｅｒ１｜＜Ｒ１の条件を満たす場合と満たさない場合で不感帯処理後の偏差Ｅｒ１が不連続になるからである。そこで、｜Ｅｒ１｜＜Ｒ１の条件を満たさない場合も偏差Ｅｒ１の絶対値が不感帯Ｒ１の分だけ小さくなるようにすることで、不感帯処理後の偏差Ｅｒ１に連続性を持たせている。
【００５５】
上下限処理部２９−１は、不感帯処理部２８−１から出力された偏差Ｅｒ１が予め設定された上限値Ｈ１より大きい場合、Ｅｒ１＝Ｈ１とし、不感帯処理部２８−１から出力された偏差Ｅｒ１が予め設定された下限値Ｌ１より小さい場合、Ｅｒ１＝Ｌ１とする偏差上下限処理を実行する（ステップＳ３０７）。すなわち、上下限処理部２９−１は以下の式を実行する。
ＩＦ  Ｅｒ１＞Ｈ１  ＴＨＥＮ  Ｅｒ１＝Ｈ１                        ・・・（９）
ＩＦ  Ｅｒ１＜Ｌ１  ＴＨＥＮ  Ｅｒ１＝Ｌ１                      ・・・（１０）
【００５６】
操作量ＭＶ１飽和判定部３０−１は、操作量ＭＶ１が上限値ＯＨ１又は下限値ＯＬ１に達しているか否かを判定して、判定結果を倍率Ａ１演算部２６−１に送る（ステップＳ３０８）。
倍率Ａ１演算部２６−１は、操作量ＭＶ１が上限値ＯＨ１又は下限値ＯＬ１に達していると判定された場合は、上下限処理部２９−１から出力された偏差Ｅｒ１に予め設定された倍率Ａ１を乗算して乗算結果Ａ１Ｅｒ１を出力し、操作量ＭＶ１が上限値ＯＨ１と下限値ＯＬ１のいずれにも達していないと判定された場合は、乗算結果Ａ１Ｅｒ１を０にして出力する（ステップＳ３０９）。倍率Ａ１の値としては通常は０＜Ａ１＜１の範囲の値を用いる。なお、乗算結果Ａ１Ｅｒ１を０にする処理は、Ａ１＝０に相当する処理であることは言うまでもない。
【００５７】
一方、第２の制御ループの設定値ＳＰ２は、オペレータによって設定され、設定値ＳＰ２入力部２１−２を介して加算部２７−２に入力される（ステップＳ３１０）。
第２の制御ループの制御量ＰＶ２は、図示しない第２の計測手段によって計測され、制御量ＰＶ２入力部２２−２を介して偏差Ｅｒ２算出部２３−２に入力される（ステップＳ３１１）。
【００５８】
加算部２７−２は、設定値ＳＰ２に倍率Ａ１演算部２６−１の乗算結果Ａ１Ｅｒ１を加算し、さらに倍率Ａ３演算部２６−３の１制御サイクル前の乗算結果Ａ３Ｅｒ３を加算して次式のように補正設定値ＳＰ２ｘを算出する（ステップＳ３１２）。
ＳＰ２ｘ＝ＳＰ２＋Ａ１Ｅｒ１＋Ａ３Ｅｒ３                        ・・・（１１）
偏差Ｅｒ２算出部２３−２は、偏差Ｅｒ２算出部３−２と同様に、補正設定値ＳＰ２ｘと制御量ＰＶ２との偏差Ｅｒ２を算出する（ステップＳ３１３）。
【００５９】
次に、ＰＩＤ演算部２４−２は、ＰＩＤ演算部４−２と同様に、偏差Ｅｒ２算出部２３−２で算出された偏差Ｅｒ２を入力としてＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶ２を算出し、さらに操作量ＭＶ２の上下限処理を実行する（ステップＳ３１４）。
操作量ＭＶ２出力部２５−２は、ＰＩＤ演算部２４−２から出力された操作量ＭＶ２を第２の制御ループの図示しない制御アクチュエータに出力する（ステップＳ３１５）。
【００６０】
不感帯処理部２８−２は、偏差Ｅｒ２算出部２３−２で算出された偏差Ｅｒ２の絶対値が特定の値（不感帯Ｒ２）より小さい場合に、上下限処理部２９−２に出力する偏差Ｅｒ２を０にする（ステップＳ３１６）。不感帯処理部２８−２は、具体的には以下の式を実行する。
ＩＦ  ｜Ｅｒ２｜＜Ｒ２  ＴＨＥＮ  Ｅｒ２＝０
ＥＬＳＥＩＦ  Ｅｒ２＞０  ＴＨＥＮ  Ｅｒ２←Ｅｒ２−Ｒ２
ＥＬＳＥＩＦ  Ｅｒ２＜０  ＴＨＥＮ  Ｅｒ２←Ｅｒ２＋Ｒ２      ・・・（１２）
【００６１】
上下限処理部２９−２は、不感帯処理部２８−２から出力された偏差Ｅｒ２が予め設定された上限値Ｈ２より大きい場合、Ｅｒ２＝Ｈ２とし、不感帯処理部２８−２から出力された偏差Ｅｒ２が予め設定された下限値Ｌ２より小さい場合、Ｅｒ２＝Ｌ２とする偏差上下限処理を実行する（ステップＳ３１７）。すなわち、上下限処理部２９−２は以下の式を実行する。
ＩＦ  Ｅｒ２＞Ｈ２  ＴＨＥＮ  Ｅｒ２＝Ｈ２                      ・・・（１３）
ＩＦ  Ｅｒ２＜Ｌ２  ＴＨＥＮ  Ｅｒ２＝Ｌ２                      ・・・（１４）
【００６２】
操作量ＭＶ２飽和判定部３０−２は、操作量ＭＶ２が上限値ＯＨ２又は下限値ＯＬ２に達しているか否かを判定して、判定結果を倍率Ａ２演算部２６−２に送る（ステップＳ３１８）。
倍率Ａ２演算部２６−２は、操作量ＭＶ２が上限値ＯＨ２又は下限値ＯＬ２に達していると判定された場合は、上下限処理部２９−２から出力された偏差Ｅｒ２に予め設定された倍率Ａ２を乗算して乗算結果Ａ２Ｅｒ２を出力し、操作量ＭＶ２が上限値ＯＨ２と下限値ＯＬ２のいずれにも達していないと判定された場合は、乗算結果Ａ２Ｅｒ２を０にして出力する（ステップＳ３１９）。倍率Ａ２の値としては通常は０＜Ａ２＜１の範囲の値を用いる。なお、乗算結果Ａ２Ｅｒ２を０にする処理は、Ａ２＝０に相当する処理であることは言うまでもない。
【００６３】
一方、第３の制御ループの状態量の要求値である設定値ＳＰ３は、オペレータによって設定され、設定値ＳＰ３入力部２１−３を介して加算部２７−３に入力される（ステップＳ３２０）。
第３の制御ループの状態量の計測値である制御量ＰＶ３は、図示しない第３の計測手段によって計測され、制御量ＰＶ３入力部２２−３を介して偏差Ｅｒ３算出部２３−３に入力される（ステップＳ３２１）。
【００６４】
加算部２７−３は、設定値ＳＰ３に倍率Ａ２演算部２６−２の乗算結果Ａ２Ｅｒ２を加算して次式のように補正設定値ＳＰ３ｘを算出する（ステップＳ３２２）。
ＳＰ３ｘ＝ＳＰ３＋Ａ２Ｅｒ２                                    ・・・（１５）
偏差Ｅｒ３算出部２３−３は、補正設定値ＳＰ３ｘと制御量ＰＶ３との偏差Ｅｒ３を次式により算出する（ステップＳ３２３）。
Ｅｒ３＝ＳＰ３ｘ−ＰＶ３                                        ・・・（１６）
【００６５】
次に、ＰＩＤ演算部２４−３は、偏差Ｅｒ３算出部２３−３で算出された偏差Ｅｒ３を入力として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Ｓ３２４）。
ＭＶ３＝（１００／Ｐｂ３）｛１＋（１／Ｔｉ３ｓ）＋Ｔｄ３ｓ｝Ｅｒ３
・・・（１７）
式（１７）において、Ｐｂ３は比例帯、Ｔｉ３は積分時間、Ｔｄ３は微分時間である。なお、ＰＩＤ演算部２４−３は、算出した操作量ＭＶ３が予め設定された出力下限値ＯＬ３より小さい場合、操作量ＭＶ３＝ＯＬ３とし、算出した操作量ＭＶ３が予め設定された出力上限値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行う。
【００６６】
操作量ＭＶ３出力部２５−３は、ＰＩＤ演算部２４−３から出力された操作量ＭＶ３を第３の制御ループの図示しない制御アクチュエータに出力する（ステップＳ３２５）。制御アクチュエータは、操作量ＭＶ３に基づいて第３の制御ループの状態量を制御するために動作する。
【００６７】
不感帯処理部２８−３は、偏差Ｅｒ３算出部２３−３で算出された偏差Ｅｒ３の絶対値が特定の値（不感帯Ｒ３）より小さい場合に、上下限処理部２９−３に出力する偏差Ｅｒ３を０にする（ステップＳ３２６）。不感帯処理部２８−３は、具体的には以下の式を実行する。
ＩＦ  ｜Ｅｒ３｜＜Ｒ３  ＴＨＥＮ  Ｅｒ３＝０
ＥＬＳＥＩＦ  Ｅｒ３＞０  ＴＨＥＮ  Ｅｒ３←Ｅｒ３−Ｒ３
ＥＬＳＥＩＦ  Ｅｒ３＜０  ＴＨＥＮ  Ｅｒ３←Ｅｒ３＋Ｒ３      ・・・（１８）
【００６８】
上下限処理部２９−３は、不感帯処理部２８−３から出力された偏差Ｅｒ３が予め設定された上限値Ｈ３より大きい場合、Ｅｒ３＝Ｈ３とし、不感帯処理部２８−３から出力された偏差Ｅｒ３が予め設定された下限値Ｌ３より小さい場合、Ｅｒ３＝Ｌ３とする偏差上下限処理を実行する（ステップＳ３２７）。すなわち、上下限処理部２９−３は以下の式を実行する。
ＩＦ  Ｅｒ３＞Ｈ３  ＴＨＥＮ  Ｅｒ３＝Ｈ３                      ・・・（１９）
ＩＦ  Ｅｒ３＜Ｌ３  ＴＨＥＮ  Ｅｒ３＝Ｌ３                      ・・・（２０）
【００６９】
操作量ＭＶ３飽和判定部３０−３は、操作量ＭＶ３が上限値ＯＨ３又は下限値ＯＬ３に達しているか否かを判定して、判定結果を倍率Ａ３演算部２６−３に送る（ステップＳ３２８）。
倍率Ａ３演算部２６−３は、操作量ＭＶ３が上限値ＯＨ３又は下限値ＯＬ３に達していると判定された場合は、上下限処理部２９−３から出力された偏差Ｅｒ３に予め設定された倍率Ａ３を乗算して乗算結果Ａ３Ｅｒ３を出力し、操作量ＭＶ３が上限値ＯＨ３と下限値ＯＬ３のいずれにも達していないと判定された場合は、乗算結果Ａ３Ｅｒ３を０にして出力する（ステップＳ３２９）。倍率Ａ３の値としては通常は０＜Ａ３＜１の範囲の値を用いる。なお、乗算結果Ａ３Ｅｒ３を０にする処理は、Ａ３＝０に相当する処理であることは言うまでもない。
【００７０】
以上のようなステップＳ３００〜Ｓ３２９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Ｓ３３０においてＹＥＳ）、制御サイクル毎に繰り返し実行される。
【００７１】
本実施の形態では、偏差Ｅｒ１，Ｅｒ２，Ｅｒ３にそれぞれ倍率Ａ１，Ａ２，Ａ３を乗算して、乗算結果Ａ２Ｅｒ２をそれぞれ設定値ＳＰ１，ＳＰ３に加算して設定値ＳＰ１，ＳＰ３を補正すると共に、乗算結果Ａ１Ｅｒ１とＡ３Ｅｒ３を設定値ＳＰ２に加算して設定値ＳＰ２を補正することにより、補正設定値ＳＰ２ｘに基づく第２の制御ループの操作量ＭＶ２のずれが第１、第３の制御ループの定常偏差Ｅｒ１，Ｅｒ３を削減する方向に影響を与えると共に、補正設定値ＳＰ１ｘ，ＳＰ３ｘに基づく第１、第３の制御ループの操作量ＭＶ１，ＭＶ３のずれが第２の制御ループの定常偏差Ｅｒ２を削減する方向に影響を与えるので、定常偏差Ｅｒ１，Ｅｒ２，Ｅｒ３の絶対値を小さくする協調動作を実現することができる。
【００７２】
また、本実施の形態では、操作量飽和判定部３０−１〜３０−３の判定結果に応じて倍率演算部２６−１〜２６−３が、操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３が上下限値に達している場合は偏差Ｅｒ１，Ｅｒ２，Ｅｒ３に倍率Ａ１，Ａ２，Ａ３を乗算し（マルチループ間の協調動作オン）、操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３が上下限値に達していない場合は乗算結果を０にするので（協調動作オフ）、操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３の状態に応じて制御装置の動作を適切に切り換えることができる。また、本実施の形態では、不感帯処理部２８−１〜２８−３を設けることにより、定常偏差が微小な場合は、この定常偏差を無視してマルチループ間の協調動作をオフにすることができる。また、本実施の形態では、上下限処理部２９−１〜２９−３を設けることにより、定常偏差が極端に大きい場合に補正設定値ＳＰｘが本来の設定値ＳＰから大きく乖離し過ぎないようにすることができる。こうして、本実施の形態では、実用上好適な付加機能を実現することができる。
【００７３】
なお、第２参考例および第１の実施の形態では、一部の加算部で他の制御ループの倍率演算部の１制御サイクル前の乗算結果を使用しているが、補正設定値を算出する際に他の制御ループの倍率演算部の乗算結果が同一の制御サイクルで既に演算されている場合はその乗算結果を使用すればよく、乗算結果が未だ演算されていない場合は１制御サイクル前の乗算結果を使用すればよい。
【００７４】
［第２の実施の形態］
第１〜第２参考例および第１の実施の形態では、ＰＩＤ演算に使用される段階での偏差Ｅｒ＝ＳＰｘ−ＰＶを処理して隣接する制御ループの設定値ＳＰを補正しているが、市販の温調計などにおいては、図１１の破線で示すように偏差算出部２３−１，２３−２，２３−３とＰＩＤ演算部２４−１，２４−２，２４−３が温調計の内部にあるため、偏差Ｅｒ１，Ｅｒ２，Ｅｒ３を温調計の外部に取り出すことは困難である。この場合、別途偏差Ｅｒ１，Ｅｒ２，Ｅｒ３を算出しなければならないが、本発明の効果を得るためには、簡易的に偏差Ｅｒ’＝ＳＰ−ＰＶで代用しても問題ない。
【００７５】
図１１は、偏差Ｅｒ１，Ｅｒ２，Ｅｒ３の代わりに偏差Ｅｒ１’，Ｅｒ２’，Ｅｒ３’を使用するようにした状態量制御系のブロック線図であり、設定値ＳＰ１と制御量ＰＶ１との偏差Ｅｒ１’＝ＳＰ１−ＰＶ１を偏差算出部３１−１で算出して、偏差Ｅｒ１の代わりに偏差Ｅｒ１’を不感帯処理部２８−１に入力し、設定値ＳＰ２と制御量ＰＶ２との偏差Ｅｒ２’＝ＳＰ２−ＰＶ２を偏差算出部３１−２で算出して、偏差Ｅｒ２の代わりに偏差Ｅｒ２’を不感帯処理部２８−２に入力し、設定値ＳＰ３と制御量ＰＶ３との偏差Ｅｒ３’＝ＳＰ３−ＰＶ３を偏差算出部３１−３で算出して、偏差Ｅｒ３の代わりに偏差Ｅｒ３’を不感帯処理部２８−３に入力している。この偏差Ｅｒ１，Ｅｒ２，Ｅｒ３の代わりに偏差Ｅｒ１’，Ｅｒ２’，Ｅｒ３’を使用して設定値ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３を補正する点を除けば、状態量制御装置としての構成は第１の実施の形態と同じである。なお、第１〜第２参考例および第１〜第２の実施の形態で説明した状態量制御装置は、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。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、マルチループの状態量制御に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の状態量制御装置の効果を説明するための図である。
【図２】本発明の第１参考例となる状態量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の状態量制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１参考例におけるマルチループの状態量制御系のブロック線図である。
【図５】本発明の第２参考例となる状態量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】図５の状態量制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２参考例におけるマルチループの状態量制御系のブロック線図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態となる状態量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図８の状態量制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第１の実施の形態におけるマルチループの状態量制御系のブロック線図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態におけるマルチループの状態量制御系のブロック線図である。
【図１２】従来のマルチループの温度制御系の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２のマルチループの温度制御系において特定の制御ループに定常偏差が発生している場合の各制御ループの設定値、制御量及び操作量を示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
３−１，３−２，１３−１，１３−２，２３−１，２３−２，２３−３…偏差算出部、４−１，４−２，１４−１，１４−２，２４−１，２４−２，２４−３…ＰＩＤ演算部、６−１，１６−１，１６−２，２６−１，２６−２，２６−３…倍率演算部、７−２，１７−１，１７−２，２７−１，２７−２，２７−３…加算部、２８−１，２８−２，２８−３…不感帯処理部、２９−１，２９−２，２９−３…上下限処理部、３０−１，３０−２，３０−３…操作量飽和判定部。
【図１】
0004444915.tif 000002
【図２】
0004444915.tif 000003
【図３】
0004444915.tif 000004
【図４】
0004444915.tif 000005
【図５】
0004444915.tif 000006
【図６】
0004444915.tif 000007
【図７】
0004444915.tif 000008
【図８】
0004444915.tif 000009
【図９】
0004444915.tif 000010
【図１０】
0004444915.tif 000011
【図１１】
0004444915.tif 000012
【図１２】
0004444915.tif 000013
【図１３】
0004444915.tif 000014