(57)【要約】【課題】オペレータのデータ収集品質に依存して電力使用量の非常識な推定が行なわれる確率を低減する。【解決手段】電力使用量推定装置は、設定値変更前の操作量ＭＶｏを取得する初期操作量取得部６と、設定値ＳＰの変更による制御量ＰＶの変更量ΔＰＶを算出する制御量変更量算出部７と、操作量出力上限値ＯＨを取得する出力上限値取得部８と、昇温時間係数ＴＨを、多変量解析に基づく推定用多項式を用いて操作量ＭＶｏと変更量ΔＰＶと操作量出力上限値ＯＨとから算出する昇温時間係数算出部９と、昇温時間係数ＴＨに対する上限処理と下限処理のうち少なくとも一方を行なう上下限処理部１０と、上下限処理部１０による処理後の昇温時間係数ＴＨとヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰと変更量ΔＰＶとから電力使用量を算出する電力使用量算出部１１とを備えている。【選択図】  図２
2012063901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を制御量ＰＶとして計測する温度センサと、制御量ＰＶと外部から入力された設定値ＳＰに基づいて操作量ＭＶを算出して前記ヒータに出力するコントローラとからなる制御系において、前記制御対象を昇温するときに必要とされる前記ヒータの電力使用量を推定する電力使用量推定装置であって、
前記コントローラから出力された設定値変更前の操作量ＭＶｏを取得する初期操作量取得手段と、
変更後の設定値ＳＰと設定値変更前の制御量ＰＶとから制御量ＰＶの変更量ΔＰＶを算出する制御量変更量算出手段と、
前記コントローラに設定されている操作量出力上限値ＯＨを取得する出力上限値取得手段と、
前記制御対象を単位温度加熱するのに必要な時間を表す昇温時間係数ＴＨを、多変量解析に基づく推定用多項式を用いて前記操作量ＭＶｏと前記変更量ΔＰＶと前記操作量出力上限値ＯＨとから算出する昇温時間係数算出手段と、
前記昇温時間係数ＴＨに対する上限処理と下限処理のうち少なくとも一方を行なう上下限処理手段と、
この上下限処理手段による処理後の昇温時間係数ＴＨと前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰと前記変更量ΔＰＶとから前記電力使用量を算出する電力使用量算出手段とを備えることを特徴とする電力使用量推定装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力使用量推定装置において、
さらに、多変量解析の対象となるサンプルデータを記憶するサンプルデータ記憶手段と、
前記昇温時間係数ＴＨを算出する前に、前記サンプルデータを利用して多変量解析により前記推定用多項式を算出する多変量解析手段と、
前記昇温時間係数ＴＨを算出する前に、前記多変量解析手段が算出した推定用多項式の係数を前記昇温時間係数算出手段に出力して設定する推定用多項式出力手段と、
前記昇温時間係数ＴＨを算出する前に、前記サンプルデータを利用して前記昇温時間係数ＴＨの上限値と下限値を確定する上下限値確定手段と、
前記昇温時間係数ＴＨを算出する前に、前記上下限値確定手段が確定した上限値と下限値のうち少なくとも一方を前記上下限処理手段に出力して設定する上下限値出力手段とを備えることを特徴とする電力使用量推定装置。
【請求項３】
制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を制御量ＰＶとして計測する温度センサと、制御量ＰＶと外部から入力された設定値ＳＰに基づいて操作量ＭＶを算出して前記ヒータに出力するコントローラとからなる制御系において、前記制御対象を昇温するときに必要とされる前記ヒータの電力使用量を推定する電力使用量推定方法であって、
前記コントローラから出力された設定値変更前の操作量ＭＶｏを取得する初期操作量取得ステップと、
変更後の設定値ＳＰと設定値変更前の制御量ＰＶとから制御量ＰＶの変更量ΔＰＶを算出する制御量変更量算出ステップと、
前記コントローラに設定されている操作量出力上限値ＯＨを取得する出力上限値取得ステップと、
前記制御対象を単位温度加熱するのに必要な時間を表す昇温時間係数ＴＨを、多変量解析に基づく推定用多項式を用いて前記操作量ＭＶｏと前記変更量ΔＰＶと前記操作量出力上限値ＯＨとから算出する昇温時間係数算出ステップと、
前記昇温時間係数ＴＨに対する上限処理と下限処理のうち少なくとも一方を行なう上下限処理ステップと、
この上下限処理ステップによる処理後の昇温時間係数ＴＨと前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰと前記変更量ΔＰＶとから前記電力使用量を算出する電力使用量算出ステップとを備えることを特徴とする電力使用量推定方法。
【請求項４】
請求項３記載の電力使用量推定方法において、
さらに、前記昇温時間係数ＴＨを算出する前に、サンプルデータを利用して多変量解析により前記推定用多項式を算出する多変量解析ステップと、
前記昇温時間係数ＴＨを算出する前に、前記多変量解析ステップで算出した推定用多項式の係数を前記昇温時間係数算出ステップで用いる推定用多項式の係数として設定する推定用多項式出力ステップと、
前記昇温時間係数ＴＨを算出する前に、前記サンプルデータを利用して前記昇温時間係数ＴＨの上限値と下限値を確定する上下限値確定ステップと、
前記昇温時間係数ＴＨを算出する前に、前記上下限値確定ステップで確定した上限値と下限値のうち少なくとも一方を前記上下限処理ステップで用いる値として設定する上下限値出力ステップとを備えることを特徴とする電力使用量推定方法。
【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係り、特に制御対象を昇温するときに必要とされるヒータの電力使用量を推定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化問題に起因する法改正などに伴い、工場や生産ラインのエネルギー使用量管理が強く求められている。工場内の加熱装置や空調機器は特にエネルギー使用量の大きな設備装置であるため、エネルギー使用量の上限を、本来備える最大量よりも低く抑えるように管理されることが多い。例えば電力を使用する設備装置では、電力デマンド管理システムからの指示により、特定の電力使用量以内に制限する運用が行なわれている。
【０００３】
このような事情により、電気ヒータを備える加熱装置を対象として、立ち上げ時に供給される電力を推定する電力使用量予測装置が提案されている（特許文献１参照）。この電力使用量予測装置が対象とする加熱装置の１例を図７に示す。図７の例では、空気循環式の加熱チャンバー１０１の内部にヒータ１０２と温度センサ１０３とが設置されている。温度センサ１０３は、ヒータ１０２によって加熱される空気の温度ＰＶを計測する。温調計１００は、温度計測値ＰＶが温度設定値ＳＰと一致するように操作量ＭＶを算出する。電力調整器１０４は、操作量ＭＶに応じた電力を決定し、この決定した電力を電力供給回路１０５を通じてヒータ１０２に供給する。こうして、温調計１００は、加熱チャンバー１０１内の温度を制御する。
【０００４】
特許文献１に開示された電力使用量予測装置は、ヒータ１０２の加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰと、加熱チャンバー１０１を単位温度加熱するのに必要な時間を表す昇温時間係数ＴＨと、昇温開始時点における温度設定値ＳＰと温度計測値ＰＶとの差である制御偏差に基づいて、ヒータ１０２の電力使用量を予測するようにしたものである。このような電力使用量予測装置は、温調計などの汎用的に使用される制御機器に実装されることで、広く普及するようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された電力使用量予測装置の原理は、操作量ＭＶの上限値ＯＨとヒータの電力使用量との関係が線形的になることを前提としている。しかしながら、実際には多かれ少なかれ線形近似からの乖離分（非線形分）が存在する。図８にヒータの出力飽和特性の例を示す。図８において、２００は操作量ＭＶとヒータの発熱量（電力使用量）との関係が線形な特性、２０１は操作量ＭＶとヒータの発熱量との関係が非線形な特性を示し、２０２は線形特性２００と非線形特性２０１との乖離分を示している。実際のヒータでは、図８の２０１に示すように、高い操作量領域において発熱量が収束する。このような出力飽和特性はヒータ固有の特性である。
【０００７】
ヒータに出力飽和特性が存在するため、例えば制御機器メーカが電力使用量予測装置を加熱装置メーカに出荷する以前に、電力使用量を推定するための非線形関数式を予め限定しておいて、加熱装置メーカあるいは加熱装置ユーザがその予め限定された非線形関数式に適切に合わせこむには、限界がある。特に加熱装置ユーザ側では、装置オペレータは制御や機械の専門知識がないケースが多いので、電力使用量を推定するための適切な非線形関数が得られていない場合に生じる誤差分は、全く修正されないままにならざるを得ない。
【０００８】
専門知識に基づいて非線形関数式を合わせこむ作業を回避するためには、十分な入出力データを収集して、多変量解析の手法により非線形関数式を自動的に得る方法がある。この場合、関数式は完全にブラックボックスモデルになる。しかし、全てをブラックボックスモデル化すると、装置オペレータのデータ収集品質に依存して非常識な関数式が作成される可能性があった。このような関数式を用いると、電力使用量の非常識な推定が行われることになる。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、多変量解析の手法を用いて関数式をヒータの出力特性や伝熱特性による非線形性に自動的に合わせこむ方法を採用しながらも、装置オペレータのデータ収集品質に依存して電力使用量の非常識な推定が行なわれる確率を低減することができる電力使用量推定装置および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、制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を制御量ＰＶとして計測する温度センサと、制御量ＰＶと外部から入力された設定値ＳＰに基づいて操作量ＭＶを算出して前記ヒータに出力するコントローラとからなる制御系において、前記制御対象を昇温するときに必要とされる前記ヒータの電力使用量を推定する電力使用量推定装置であって、前記コントローラから出力された設定値変更前の操作量ＭＶｏを取得する初期操作量取得手段と、変更後の設定値ＳＰと設定値変更前の制御量ＰＶとから制御量ＰＶの変更量ΔＰＶを算出する制御量変更量算出手段と、前記コントローラに設定されている操作量出力上限値ＯＨを取得する出力上限値取得手段と、前記制御対象を単位温度加熱するのに必要な時間を表す昇温時間係数ＴＨを、多変量解析に基づく推定用多項式を用いて前記操作量ＭＶｏと前記変更量ΔＰＶと前記操作量出力上限値ＯＨとから算出する昇温時間係数算出手段と、前記昇温時間係数ＴＨに対する上限処理と下限処理のうち少なくとも一方を行なう上下限処理手段と、この上下限処理手段による処理後の昇温時間係数ＴＨと前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰと前記変更量ΔＰＶとから前記電力使用量を算出する電力使用量算出手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の電力使用量推定装置の１構成例は、さらに、多変量解析の対象となるサンプルデータを記憶するサンプルデータ記憶手段と、前記昇温時間係数ＴＨを算出する前に、前記サンプルデータを利用して多変量解析により前記推定用多項式を算出する多変量解析手段と、前記昇温時間係数ＴＨを算出する前に、前記多変量解析手段が算出した推定用多項式の係数を前記昇温時間係数算出手段に出力して設定する推定用多項式出力手段と、前記昇温時間係数ＴＨを算出する前に、前記サンプルデータを利用して前記昇温時間係数ＴＨの上限値と下限値を確定する上下限値確定手段と、前記昇温時間係数ＴＨを算出する前に、前記上下限値確定手段が確定した上限値と下限値のうち少なくとも一方を前記上下限処理手段に出力して設定する上下限値出力手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明は、制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を制御量ＰＶとして計測する温度センサと、制御量ＰＶと外部から入力された設定値ＳＰに基づいて操作量ＭＶを算出して前記ヒータに出力するコントローラとからなる制御系において、前記制御対象を昇温するときに必要とされる前記ヒータの電力使用量を推定する電力使用量推定方法であって、前記コントローラから出力された設定値変更前の操作量ＭＶｏを取得する初期操作量取得ステップと、変更後の設定値ＳＰと設定値変更前の制御量ＰＶとから制御量ＰＶの変更量ΔＰＶを算出する制御量変更量算出ステップと、前記コントローラに設定されている操作量出力上限値ＯＨを取得する出力上限値取得ステップと、前記制御対象を単位温度加熱するのに必要な時間を表す昇温時間係数ＴＨを、多変量解析に基づく推定用多項式を用いて前記操作量ＭＶｏと前記変更量ΔＰＶと前記操作量出力上限値ＯＨとから算出する昇温時間係数算出ステップと、前記昇温時間係数ＴＨに対する上限処理と下限処理のうち少なくとも一方を行なう上下限処理ステップと、この上下限処理ステップによる処理後の昇温時間係数ＴＨと前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰと前記変更量ΔＰＶとから前記電力使用量を算出する電力使用量算出ステップとを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の電力使用量推定方法の１構成例は、さらに、前記昇温時間係数ＴＨを算出する前に、サンプルデータを利用して多変量解析により前記推定用多項式を算出する多変量解析ステップと、前記昇温時間係数ＴＨを算出する前に、前記多変量解析ステップで算出した推定用多項式の係数を前記昇温時間係数算出ステップで用いる推定用多項式の係数として設定する推定用多項式出力ステップと、前記昇温時間係数ＴＨを算出する前に、前記サンプルデータを利用して前記昇温時間係数ＴＨの上限値と下限値を確定する上下限値確定ステップと、前記昇温時間係数ＴＨを算出する前に、前記上下限値確定ステップで確定した上限値と下限値のうち少なくとも一方を前記上下限処理ステップで用いる値として設定する上下限値出力ステップとを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、多変量解析の手法を用いて推定用多項式をヒータの出力特性や伝熱特性による非線形性に自動的に合わせこむ方法を採用しながらも、装置オペレータのデータ収集品質に依存して電力使用量の非常識な推定が行なわれる確率を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る推定用多項式決定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係る電力使用量推定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る推定用多項式決定装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係る電力使用量推定装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】１次多項式による昇温時間係数の推定結果を示す図である。
【図６】３次多項式による昇温時間係数の推定結果を示す図である。
【図７】加熱装置の１例を示す図である。
【図８】ヒータの出力飽和特性の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［発明の原理］
まず、特許文献１においてヒータの電力使用量の推定に用いる推定式を、直接的に非線形関数式に置換することを考えてみる。非線形関数式への入力情報としては昇温幅（昇温開始時点における温度設定値と温度計測値との差）や操作量出力上限値などが与えられる。非線形関数式を用いて算出される電力使用量の数値は、特に昇温幅に依存して小さい値から大きい値までが幅広く算出されることになる。したがって、非線形関数式を導出する多変量解析を行なうために収集すべき電力使用量のサンプルデータも、実測値の範囲が広くなる。
【００１７】
このようにサンプルデータの値の範囲が広くなると、多変量解析で求めた非線形関数式により現実的な推定ができているかどうかを確認する際に、例えば電力使用量の推定値が小さな値になっている場合に推定値が常識的な範囲になっているかどうかを判断しようとしてサンプルデータを参照しても、サンプルデータ自体の存在範囲も広いため、適切な指標としては利用できない。例えば電力使用量のサンプルデータが１００Ｗから３０００Ｗまでの範囲（最大値と最小値との比が３０の範囲）に幅広く存在しているときに、ブラックボックスモデル化した非線形関数式による電力使用量の推定値が５００Ｗであったとする。このとき、電力使用量が本来２０００Ｗと推定されるべき状況であったとすれば小さ過ぎる推定値が算出されていることになるが、推定値が常識的な範囲になっているのか小さ過ぎる数値になっているのかは、電力使用量のサンプルデータを単純に参照するだけでは判断することができない。
【００１８】
しかし、特許文献１に開示された推定式に着目すると、推定式によって算出される電力使用量の幅を大きくしているのは昇温幅（制御量ＰＶの変更量ΔＰＶ）である。昇温時間係数ＴＨは、非線形性があっても、装置の制御系においては幅広く数値が分布するという性質のものではない。後述の実施の形態のデータによると、昇温時間係数ＴＨの最大値と最小値との比は４．０３である。したがって、昇温時間係数ＴＨを推定する非線形関数式を設定し、サンプルデータに基づき昇温時間係数ＴＨの推定値に上下限を与えるようにすれば、電力使用量を直接推定する場合よりも、ブラックボックスモデル化した非線形関数式による推定値を常識的な範囲に管理しやすくなる。すなわち、電力使用量の推定値の最大値と最小値との比を常識的な値に改善することができる。特に、制御機器メーカから製造装置メーカに出荷され、さらに製造装置ユーザに流通する制御機器では、ヒータの出力特性や伝熱特性による非線形性に合わせこむためにブラックボックスモデル化される電力使用量の推定方法を、現実的な上下限処理で管理できることで、流通適合度が大幅に向上することになる。
【００１９】
なお、特許文献１では、操作量出力上限値ＯＨあるいは操作量ＭＶと電力使用量との関係が線形的になることを前提としており、ゆえに昇温時間係数ＴＨは操作量出力上限値ＯＨと反比例の関係（ＴＨとＯＨの積が一定）になるものとして扱っている。常識的な操作量出力上限値ＯＨの設定範囲は小さくても５０％程度であるから、この５０％という値と最大値１００％とを比較すれば、最大値と最小値との比は２になっている。この原理的に最も単純な関係に対し、ヒータの出力特性や伝熱特性による非線形性が影響を及ぼしても、非線形関数式によって得られる推定値の最大値と最小値との比が４〜５程度となる非線形関数式で十分に実用水準になることが考察できる。
【００２０】
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る推定用多項式決定装置の構成を示すブロック図である。推定用多項式決定装置は、多変量解析の対象となるサンプルデータを記憶するサンプルデータ記憶部１と、サンプルデータを利用して多変量解析により昇温時間係数ＴＨの推定のための推定用多項式を算出する多変量解析部２と、多変量解析部２が算出した推定用多項式の係数を後述する電力使用量推定装置の昇温時間係数算出部に出力して設定する推定用多項式出力部３と、サンプルデータを利用して昇温時間係数ＴＨの上限値と下限値を確定する上下限値確定部４と、上下限値確定部４が確定した上限値と下限値のうち少なくとも一方を後述する電力使用量推定装置の上下限処理部に出力して設定する上下限値出力部５とを備えている。
【００２１】
図２は本発明の実施の形態に係る電力使用量推定装置の構成を示すブロック図である。電力使用量推定装置は、設定値変更前の操作量ＭＶｏを取得する初期操作量取得部６と、変更後の設定値ＳＰと設定値変更前の制御量ＰＶとから、設定値ＳＰの変更による制御量ＰＶの変更量ΔＰＶを算出する制御量変更量算出部７と、操作量出力上限値ＯＨを取得する出力上限値取得部８と、昇温時間係数ＴＨを、多変量解析に基づく推定用多項式を用いて操作量ＭＶｏと変更量ΔＰＶと操作量出力上限値ＯＨとから算出する昇温時間係数算出部９と、昇温時間係数ＴＨに対する上限処理と下限処理のうち少なくとも一方を行なう上下限処理部１０と、上下限処理部１０による処理後の昇温時間係数ＴＨとヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰと変更量ΔＰＶとから電力使用量を算出する電力使用量算出部１１とを備えている。
【００２２】
次に、オフライン時の推定用多項式決定装置の動作について説明する。図３は推定用多項式決定装置の動作を示すフローチャートである。まず、オフライン時にサンプルデータを用いて昇温時間係数ＴＨの推定用多項式を求める動作について説明する。オペレータは、図７に示した加熱装置を電力使用量推定の適用対象として、設定値ＳＰの変更による制御量ＰＶの変更量ΔＰＶと操作量出力上限値ＯＨと設定値変更前の操作量ＭＶｏと昇温時間係数ＴＨとの関係について予め数通りの実験データであるサンプルデータを収集する。サンプルデータの１例を表１に示す。
【００２３】
【表１】
2012063901.tif 000003
【００２４】
昇温時間係数ＴＨを求めるには、ヒータ出力を操作量出力上限値ＯＨに維持して昇温させたときに、加熱装置の加熱チャンバー１０１が例えば常温（２５℃）から１００℃になるまでに必要な所要時間Ｔ＿１００を実際に調べ、単位温度（１℃）あたりにかかる昇温時間を昇温時間係数ＴＨとして算出すればよい。すなわち、昇温時間係数ＴＨは次式により算出できる。
ＴＨ＝Ｔ＿１００／（１００−２５）                              ・・・（１）
【００２５】
推定用多項式決定装置のサンプルデータ記憶部１には、表１に示すように変更量ΔＰＶのデータと操作量出力上限値ＯＨのデータと操作量ＭＶｏのデータと昇温時間係数ＴＨのデータとの組からなるサンプルデータが予め記憶されている。
多変量解析部２は、サンプルデータ記憶部１が記憶しているサンプルデータに対して重回帰分析やＳＶＲ（Support Vector Regression）などの多変量解析を行うことにより、昇温時間係数ＴＨを推定する推定用多項式を求める（図３ステップＳ１００）。表１のサンプルデータから得られた推定用多項式を以下に示す。ここでは、多変量解析手法としてＳＶＲ法を採用し、ヒータの出力特性の非線形性を再現するために、３次の推定用多項式とした。
【００２６】
ＴＨ＝０．２７３９２×｛（ΔＰＶ−２１．８１８）×０．０６２７９｝3
＋０．９８２３６×｛（ΔＰＶ−２１．８１８）×０．０６２７９｝2
×（ＯＨ−８２．７２７）×０．０４７１７
−１．０１０２×｛（ΔＰＶ−２１．８１８）×０．０６２７９｝2
×（ＭＶｏ−４１．２２４）×０．０９６４９
−２．１９７６×｛（ΔＰＶ−２１．８１８）×０．０６２７９｝2
＋２．９８４７×（ΔＰＶ−２１．８１８）×０．０６２７９
×｛（ＯＨ−８２．７２７）×０．０４７１７｝2
−３．５６１５×（ΔＰＶ−２１．８１８）×０．０６２７９×（ＯＨ
−８２．７２７）×０．０４７１７×（ＭＶｏ−４１．２２４）×０．０９６４９
−７．４２３３×（ΔＰＶ−２１．８１８）×０．０６２７９×（ＯＨ
−８２．７２７）×０．０４７１７
＋０．９０７８９×（ΔＰＶ−２１．８１８）×０．０６２７９×（ＭＶｏ
−４１．２２４）×０．０９６４９×（ＭＶｏ−４１．２２４）×０．０９６４９
＋３．３８５４×（ΔＰＶ−２１．８１８）×０．０６２７９×（ＭＶｏ
−４１．２２４）×０．０９６４９
＋８．７２８４×（ΔＰＶ−２１．８１８）×０．０６２７９
−９．６２０９×｛（ＯＨ−８２．７２７）×０．０４７１７｝3
＋１５．５８３×｛（ＯＨ−８２．７２７）×０．０４７１７｝2
×（ＭＶｏ−４１．２２４）×０．０９６４９
＋１６．３３２×｛（ＯＨ−８２．７２７）×０．０４７１７｝2
−７．６５６５×（ＯＨ−８２．７２７）×０．０４７１７×｛（ＭＶｏ
−４１．２２４）×０．０９６４９｝2
−１７．６８９×（ＯＨ−８２．７２７）×０．０４７１７×（ＭＶｏ
−４１．２２４）×０．０９６４９
−２０．２７７×（ＯＨ−８２．７２７）×０．０４７１７
＋２．３９２８×｛（ＭＶｏ−４１．２２４）×０．０９６４９｝3
＋３．１４７９×｛（ＭＶｏ−４１．２２４）×０．０９６４９｝2
＋９．８７９３×（ＭＶｏ−４１．２２４）×０．０９６４９
＋３０．５２９                                                ・・・（２）
【００２７】
電力使用量推定装置には、推定用多項式自体は予め実装されており、係数のみがパラメータ値として与えられるようになっている。すなわち、推定用多項式出力部３は、多変量解析部２が求めた推定用多項式の係数を電力使用量推定装置の昇温時間係数算出部９に出力して設定する（図３ステップＳ１０１）。
【００２８】
次に、オフライン時に昇温時間係数ＴＨの上下限値を確定する動作について説明する。表１に示したサンプルデータにおいて推定対象となるのは昇温時間係数ＴＨである。このサンプルデータ中では昇温時間係数ＴＨの最大値は５５．２３［ｓｅｃ．／℃］で、最小値は１３．７０［ｓｅｃ．／℃］である。
【００２９】
上下限値確定部４は、電力使用量推定装置が電力管理の安全性を優先してヒータ１０２の電力使用量を推定する場合、昇温時間係数ＴＨのサンプルデータの最大値５５．２３［ｓｅｃ．／℃］を昇温時間係数ＴＨの上限値ＴＨＨとし、昇温時間係数ＴＨのサンプルデータの最小値１３．７０［ｓｅｃ．／℃］を昇温時間係数ＴＨの下限値ＴＨＬとすることで、上下限値を確定する（図３ステップＳ１０２）。
【００３０】
ただしこの場合、サンプルデータによる拘束が大きくなるので、ある程度のマージンを与えるのがよい。すなわち、上下限値確定部４は、昇温時間係数ＴＨのサンプルデータの最大値５５．２３［ｓｅｃ．／℃］と最小値１３．７０［ｓｅｃ．／℃］のレンジが４１．５３［ｓｅｃ．／℃］なので、このレンジの例えば１０％（４．１５［ｓｅｃ．／℃］）をマージンとして、最大値５５．２３［ｓｅｃ．／℃］にマージン４．１５［ｓｅｃ．／℃］を加えた値５９．３８［ｓｅｃ．／℃］を昇温時間係数ＴＨの上限値ＴＨＨとし、最小値１３．７０［ｓｅｃ．／℃］からマージン４．１５［ｓｅｃ．／℃］を引いた値９．５５［ｓｅｃ．／℃］を昇温時間係数ＴＨの下限値ＴＨＬとしてもよい。なお、１０％というマージンは一例に過ぎない。
【００３１】
上下限値出力部５は、上下限値確定部４が確定した昇温時間係数ＴＨの上限値ＴＨＨと下限値ＴＨＬの両方あるいはどちらか一方を電力使用量推定装置の上下限処理部１０に出力して設定する（図３ステップＳ１０３）。
以上で、推定用多項式決定装置の動作が終了する。
【００３２】
次に、オンライン時の電力使用量推定装置の動作について説明する。図４は電力使用量推定装置の動作を示すフローチャートである。電力使用量推定装置は、例えば図７に示した加熱装置の温調計１００（コントローラ）に実装され、加熱装置のオペレータ等によって温度設定値ＳＰが変更されたときにヒータの電力使用量推定を行なう。
初期操作量取得部６は、温調計１００から出力される操作量について、設定値変更直前の操作量ＭＶｏを取得する（図４ステップＳ２００）。
【００３３】
制御量変更量算出部７は、温調計１００に入力される設定値ＳＰと制御量ＰＶ（温度計測値）とを取得し、変更後の設定値ＳＰと設定値変更直前の制御量ＰＶとから制御量ＰＶの変更量ΔＰＶを次式のように算出する（図４ステップＳ２０１）。
ΔＰＶ＝ＳＰ−ＰＶ                                              ・・・（３）
【００３４】
出力上限値取得部８は、温調計１００に設定されている操作量出力上限値ＯＨを取得する（図４ステップＳ２０２）。温調計１００は、例えばＰＩＤ等の制御演算により、制御量ＰＶが設定値ＳＰと一致するように操作量ＭＶを算出するが、算出した操作量ＭＶが操作量出力上限値ＯＨを超える場合、ＭＶ＝ＯＨとして、操作量ＭＶを操作量出力上限値ＯＨ以下に制限する上限処理を行う。
【００３５】
昇温時間係数算出部９は、推定用多項式決定装置が決定した推定用多項式を用いて、設定値変更直前の操作量ＭＶｏと制御量ＰＶの変更量ΔＰＶと操作量出力上限値ＯＨとから昇温時間係数ＴＨを算出する（図４ステップＳ２０３）。上記のとおり、昇温時間係数算出部９には、係数が未定の推定用多項式が予め設定されており、推定用多項式決定装置の推定用多項式出力部３から推定用多項式の係数が出力されることにより、式（２）に示したような推定用多項式が確定する。
【００３６】
上下限処理部１０は、昇温時間係数ＴＨに対する上下限処理を行なう（図４ステップＳ２０４）。すなわち、上下限処理部１０は、昇温時間係数算出部９によって算出された昇温時間係数ＴＨが推定用多項式決定装置の上下限値出力部５から出力された上限値ＴＨＨより大きい場合、昇温時間係数ＴＨ＝ＴＨＨとする上限処理を行い、算出された昇温時間係数ＴＨが上下限値出力部５から出力された下限値ＴＨＬより小さい場合、昇温時間係数ＴＨ＝ＴＨＬとする下限処理を行う。なお、上下限処理部１０は、上限処理と下限処理のうちどちらか一方のみを行うようにしてもよい。
【００３７】
電力使用量算出部１１は、上下限処理部１０による処理後の昇温時間係数ＴＨと、ヒータ１０２の加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰと、制御量ＰＶの変更量ΔＰＶとから次式によりヒータ１０２の電力使用量ＰＷを算出する（図４ステップＳ２０５）。
ＰＷ＝ΔＰＶ×ＨＰ×ＴＨ                                        ・・・（４）
【００３８】
この電力使用量算出部１１の処理は、特許文献１に開示された電力使用量予測部の処理と同等である。ヒータ能力係数ＨＰは、電力使用量算出部１１に予め設定されているが、このヒータ能力係数ＨＰとしては、ヒータ容量を使用すればよい。
なお、電力使用量ＰＷの単位は、変更量ΔＰＶの単位とヒータ能力係数ＨＰの単位と昇温時間係数ＴＨの単位によって決まるものなので、必要に応じて適宜換算するのがよい。本実施の形態では、変更量ΔＰＶの単位が［℃］、ヒータ能力係数ＨＰの単位が［Ｗ］、昇温時間係数ＴＨの単位が［ｓｅｃ．／℃］なので、電力使用量ＰＷの単位は［Ｗｓｅｃ．］である。
以上で、電力使用量推定装置の動作が終了する。
【００３９】
次に、表１のサンプルデータとは別に集めた下記の実験データにより、昇温時間係数ＴＨの再現性（推定精度）を確認した。
【００４０】
【表２】
2012063901.tif 000004
【００４１】
図５は１次多項式による昇温時間係数ＴＨの推定結果を示す図であり、横軸が昇温時間係数ＴＨの実験値、縦軸が昇温時間係数ＴＨの推定値である。図５において、直線５００にプロット点があまり乗っていないのは、非線形な特性を直線的な線形特性として扱ったことに起因するものであり、昇温時間係数ＴＨの推定精度が低いことを示している。
【００４２】
図６は３次多項式による昇温時間係数ＴＨの推定結果を示す図である。図６によると、直線５００にプロット点がほぼ乗っており、昇温時間係数ＴＨの推定精度が高いことが分かる。したがって、推定用多項式の次数を３次まで上げれば、制御量ＰＶの変更量ΔＰＶと操作量出力上限値ＯＨと設定値変更直前の操作量ＭＶｏとを入力として、昇温時間係数ＴＨを高精度に推定可能であることが分かる。また、図６は、制御量ＰＶの変更量ΔＰＶ、操作量出力上限値ＯＨ、設定値変更直前の操作量ＭＶｏ、昇温時間係数ＴＨという４つの変数の間の関連性が十分なものであることを示している。
【００４３】
以上のように本実施の形態によれば、多変量解析の手法を用いて推定用多項式をヒータの出力特性や伝熱特性による非線形性に自動的に合わせこむ方法を採用しながらも、装置オペレータのデータ収集品質に依存して電力使用量の非常識な推定が行なわれる確率を低減することができる。
【００４４】
なお、電力使用量推定装置は、推定用多項式決定装置を内部に有するものであってもよい。
本実施の形態で説明した推定用多項式決定装置と電力使用量推定装置とは、ＣＰＵ、記憶装置及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。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、例えばプロセス制御における電力使用量の推定技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１…サンプルデータ記憶部、２…多変量解析部、３…推定用多項式出力部、４…上下限値確定部、５…上下限値出力部、６…初期操作量取得部、７…制御量変更量算出部、８…出力上限値取得部、９…昇温時間係数算出部、１０…上下限処理部、１１…電力使用量算出部。
【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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