(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段から得られる複数の検出温度を、複数の検出温度に基づく温度差である傾斜温度に変換するとともに、前記制御対象の温度を代表的に示す代表温度に変換する変換手段と、
前記変換手段からの傾斜温度または代表温度に基づいて少なくとも比例制御を行ってそれぞれ出力を与える複数の温度制御手段と、
前記各温度制御手段からの前記出力を、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段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配分する配分手段と、
前記配分手段の前段に設けられて、少なくとも一つの前記温度制御手段からの前記出力を制限するリミッタと、
を備えることを特徴とする温度調節器。
【請求項２】
制御対象の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段から得られる複数の検出温度とその制御目標である複数の目標温度との偏差を、複数の検出温度に基づく温度差である傾斜温度とその制御目標である目標傾斜温度との偏差に変換するとともに、前記制御対象の温度を代表的に示す代表温度とその制御目標である目標代表温度との偏差に変換する変換手段と、
前記変換手段からの前記傾斜温度についての前記偏差または前記代表温度についての前記偏差を制御偏差として少なくとも比例制御を行ってそれぞれ出力を与える複数の温度制御手段と、
前記各温度制御手段からの前記出力を、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段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配分する配分手段と、
前記配分手段の前段に設けられて、少なくとも一つの前記温度制御手段からの前記出力を制限するリミッタと、
を備えることを特徴とする温度調節器。
【請求項３】
前記代表温度が複数の検出温度に基づく平均温度であり、少なくとも一つの前記温度制御手段が、平均温度に基づいて少なくとも比例制御を行う前記温度制御手段または平均温度の偏差を制御偏差として少なくとも比例制御を行う前記温度制御手段である請求項１または２記載の温度調節器。
【請求項４】
前記各温度制御手段は、比例積分微分（ＰＩＤ）制御を行なう請求項１〜３のいずれか一項に記載の温度調節器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御対象の温度を制御する温度調節器に関し、さらに詳しくは、干渉のある制御対象の制御に好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の制御対象、例えば、半導体プロセスの熱処理装置として、図２６に示される熱酸化装置があり、この熱酸化装置１８は、シリコンのウェハを酸化するものであって、熱処理炉としての反応管１９に必要なガスを流しながら酸化膜の生成を行うものである。この熱酸化装置１８は、反応管１９を外囲する均熱管２０の周囲に分割して配置された複数、この例では、３つの第１〜第３のヒータ２１1〜２１3とそれに個別的に対応する第１〜第３の温度センサ２２1〜２２3とを有し、温度制御は、マイクロコンピュータ２３によって、ヒータおよび温度センサの各組に対応する領域（以下「ゾーン」という）毎に個別に行われている。
【０００３】
すなわち、第１のヒータ２１1および第１の温度センサ２２1が配置された上側の第１のゾーンでは、第１の温度センサ２２1の検出出力に基づいて、目標温度になるように第１のヒータ２１1が操作され、第２のヒータ２１2および第２の温度センサ２２2が配置された中間の第２のゾーンでは、第２の温度センサ２２2の検出出力に基づいて、目標温度になるように第２のヒータ２１2が操作され、第３のヒータ２１3および第３の温度センサ２２3が配置された下側の第３のゾーンでは、第３の温度センサ２２3の検出出力に基づいて、目標温度になるように第３のヒータ２１3が操作される。
【０００４】
しかしながら、各ゾーンは熱的に連続しているので、一つのゾーンのヒータによる熱量は、そのゾーンのみならず、他のゾーンの温度センサにも影響を与える、いわゆる干渉を生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような干渉があるために、特に、過渡時や外乱時に温度のバラツキが顕著となって均一な温度制御が困難であり、また、各ゾーンを異なる目標温度に制御するといったことが容易でない。
【０００６】
さらに、温度調節器における最適なＰＩＤ制御のパラメータを決定するためのオートチューニングが正しく実行できないという難点もある。
【０００７】
以下、オートチューニングが正しく実行できない理由について、制御のシュミレーションソフト（ＭＡＴＬＡＢ）を使用した例を用いて説明する。
【０００８】
先ず、正常にオートチューニングをできる例として、図２７に示される干渉のない独立な第１，第２の制御対象２４1，２４2を制御する場合について説明する。この例は、独立に二つの制御対象２４1，２４2を制御するものであり、第１のＰＩＤ制御手段２５1では、オートチューニングを実行し、第２のＰＩＤ制御手段２５2では、目標値をグランドとしてＰＩＤ制御を実行している。なお、２６1，２６2は、目標値とフィードバック量との制御偏差を出力する加算器である。
【０００９】
図２８は、このシステムにおける第１の制御対象２４1からの第１のフィードバック量ＰＶ１（破線）、第１のＰＩＤ制御手段２５1からの第１の操作量ＭＶ１（実線）、第２の制御対象２４2からの第２のフィードバック量ＰＶ２（二点鎖線）および第２のＰＩＤ制御手段２５2からの第２の操作量ＭＶ２（一点鎖線）を、スコープに表示した波形を示すものであり、第１の操作量ＭＶ１がオンオフするリミットサイクルが生じており、第１のフィードバック量ＰＶ１の周期と振幅とを使って第１のＰＩＤ制御手段２５1のＰＩＤ制御のパラメータを決定することができる。
【００１０】
なお、フィードバック量ＰＶ１，ＰＶ２は、例えば温度制御における温度センサで検出された検出温度に相当し、操作量ＭＶ１，ＭＶ２は、制御対象を加熱するヒータおよびそのヒータの通電をオンオフする電磁開閉器からなる操作手段に与えられる操作量である。
【００１１】
次に、図２９に示されるように、２入力（ＭＶ１，ＭＶ２）２出力（ＰＶ１，ＰＶ２）の干渉のある制御対象２７に独立な制御を実行した場合について説明する。
【００１２】
この制御対象２７は、図３０に示されるように、第１のＰＩＤ制御手段２５1からの第１の操作量ＭＶ１が、第１の加算器２８に与えられるとともに、第１の減衰器２９で０.９に減衰されて第２の加算器３０に与えられる一方、第２のＰＩＤ制御手段２５2からの第２の操作量ＭＶ２が、第２の加算器３０に与えられるとともに、第２の減衰器３１で０.９に減衰されて第１の加算器２８に与えられ、各加算器２８，３０の加算出力が、第１，第２の遅れ要素３２，３３にそれぞれ与えられる構成とされており、この例では、各操作量ＭＶ１，ＭＶ２が０.９の割合で他方に加えられて互いに干渉を生じるものである。
【００１３】
このような干渉のある制御対象２７では、第１のＰＩＤ制御手段２５1で、オートチューニングを実行し、第２のＰＩＤ制御手段２５2では、目標値をグランドとしてＰＩＤ制御を実行すると、図３１に示されるように、第１の操作量ＭＶ１（実線）に、オンオフのリミットサイクルが生じない場合があり、かかる場合には、第１のフィードバック量ＰＶ１（破線）の振動の振幅および周期を正しく測定できず、ＰＩＤ制御のパラメータも計算することができないことになる。
【００１４】
このように第１の操作量ＭＶ１がオンオフしない原因は、オートチューニングをしない側の第２のＰＩＤ制御手段２５2が干渉してオートチューニング側の第１のフィードバック量ＰＶ１の変化が生じないように勝手に動作してしまうからである。これは、第２の操作量ＭＶ２（一点鎖線）が、第１のフィードバック量ＰＶ１の変化とは逆向きの動きをしていることからも分かる。
【００１５】
このように、干渉のある制御対象では、ＰＩＤの制御パラメータを設定するためのオートチューニングが実行できず、試行錯誤的な設定にならざるを得ず、このため、設定に時間を要するとともに、所望の制御特性を得るのが困難である。
【００１６】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、干渉のある制御対象であっても、その干渉を低減するとともに、制御パラメータの設定を可能とすることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００１８】
すなわち、本発明の温度調節器は、制御対象の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段から得られる複数の検出温度を、複数の検出温度に基づく温度差である傾斜温度に変換するとともに、前記制御対象の温度を代表的に示す代表温度に変換する変換手段と、前記変換手段からの傾斜温度または代表温度に基づいて少なくとも比例制御を行ってそれぞれ出力を与える複数の温度制御手段と、前記各温度制御手段からの前記出力を、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段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配分する配分手段と、前記配分手段の前段に設けられて、少なくとも一つの前記温度制御手段からの前記出力を制限するリミッタとを備えている。
【００２１】
さらに、物理状態の代表状態とは、制御対象の物理状態を代表的に示す状態をいい、例えば、温度であれば、制御対象の平均温度、ある位置（例えば中央位置）における温度などをいう。
【００２２】
少なくとも比例制御を行うとは、比例制御を含む制御を行うことをいい、比例（Ｐ）制御、比例積分（ＰＩ）制御、あるいは、比例積分微分（ＰＩＤ）制御を行うことをいう。
【００２３】
本発明によると、複数の温度検出手段から得られる検出温度を、傾斜温度と代表温度、すなわち、干渉のない独立の情報に変換して制御を行うとともに、配分手段によって各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段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配分するので、干渉のある制御対象の制御において、その干渉を低減することが可能となる。また、例えば、制御対象を複数のゾーン毎に区分して温度制御を行う場合に、特定のゾーンの検出温度を代表温度としてそのゾーンに着目した制御を行うことができる。さらに、少なくとも一つの温度制御手段からの出力を制限するリミッタを設けているので、リミッタで出力を制限した温度制御よりも他の温度制御、例えば、代表温度としての平均温度に基づく温度制御よりも傾斜温度に基づく温度制御を優先させた温度制御を行えることになる。
【００２４】
また、本発明の温度調節器は、制御対象の温度をそれぞれ検出する複数の温度検出手段から得られる複数の検出温度とその制御目標である複数の目標温度との偏差を、複数の検出温度に基づく温度差である傾斜温度とその制御目標である目標傾斜温度との偏差に変換するとともに、前記制御対象の温度を代表的に示す代表温度とその制御目標である目標代表温度との偏差に変換する変換手段と、前記変換手段からの前記傾斜温度についての前記偏差または前記代表温度についての前記偏差を制御偏差として少なくとも比例制御を行ってそれぞれ出力を与える複数の温度制御手段と、前記各温度制御手段からの前記出力を、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段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配分する配分手段と、前記配分手段の前段に設けられて、少なくとも一つの前記温度制御手段からの前記出力を制限するリミッタと  を備えている。
【００２５】
ここで、目標温度とは、温度の制御目標をいい、目標傾斜温度とは、傾斜温度の制御目標、すなわち、傾斜温度についての目標温度をいい、目標代表温度とは、代表温度の制御目標、すなわち、代表温度についての目標温度をいう。
【００２６】
本発明によると、複数の温度検出手段から得られる検出温度と目標温度を、傾斜温度の偏差および代表温度の偏差、すなわち、干渉のない独立の情報に変換して制御を行うとともに、配分手段によって各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段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配分するので、干渉のある制御対象の制御において、その干渉を低減することが可能となる。また、例えば、制御対象を複数のゾーン毎に区分して温度制御を行う場合に、特定のゾーンの検出温度を代表温度としてそのゾーンに着目した制御を行うことができる。さらに、少なくとも一つの温度制御手段からの出力を制限するリミッタを設けているので、リミッタで出力を制限した温度制御よりも他の温度制御、例えば、平均温度に基づく温度制御よりも傾斜温度に基づく温度制御を優先させた温度制御を行えることになる。
【００３４】
本発明の一実施態様においては、前記代表温度が複数の検出温度に基づく平均温度であり、少なくとも一つの前記温度制御手段が、平均温度に基づいて少なくとも比例制御を行う前記温度制御手段または平均温度の偏差を制御偏差として少なくとも比例制御を行う前記温度制御手段である。
【００３５】
この実施態様によると、平均温度に基づく温度制御手段の出力がリミッタで制限されるので、平均温度に基づく温度制御よりも傾斜温度に基づく温度制御を優先させた温度制御を行えることになる。
【００３６】
本発明の好ましい実施態様においては、前記各温度制御手段は、比例積分微分（ＰＩＤ）制御を行なうものである。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３９】
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る温度調節器を用いた温度制御システムの概略構成図である。
【００４０】
この実施の形態の温度制御システムは、制御対象３を加熱する複数のヒータ１1〜１ｎと、複数のヒータ１1〜１ｎに個別的に対応して制御対象３の温度を検出する複数の温度センサ２1〜２ｎと、これら温度センサ２1〜２ｎの検出出力に基づいて、各ヒータ１1〜１ｎを図示しない電磁開閉器などを介して操作して制御対象３の温度を制御する本発明に係る温度調節器４とを備えている。
【００４１】
制御対象３は、熱的に連続して干渉を生じるものであり、各ヒータ１1〜１ｎと対応する各温度センサ２1〜２ｎとがそれぞれ近接して配置されて複数のゾーンがそれぞれ形成されている。
【００４２】
この温度制御システムは、例えば、上述の図２６に示される熱酸化装置１８に適用できるものであり、制御対象３を、熱処理炉としての反応管１９とし、第１〜第３のヒータ１1〜１3を、反応管１９の周囲に分割して配置された第１〜第３のヒータ２１1〜２１3とし、第１〜第３の温度センサ２1〜２3を、各ゾーンの温度を検出する第１〜第３の温度センサ２２1〜２２3として適用することができるものである。
【００４３】
図２は、図１の温度調節器４のブロック図であり、この実施の形態の温度調節器４は、複数の温度センサ２1〜２ｎの検出温度の平均温度および検出温度に基づく傾斜温度を後述のようにして算出する平均温度・傾斜温度算出手段（以下「モード変換器」ともいう）５と、この算出手段５で算出された平均温度または各傾斜温度がそれぞれ入力される複数の温度制御手段としてのＰＩＤ制御手段６1〜６ｎと、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎからの操作信号（操作量）を後述のように所定の配分比で加熱手段を構成する各ヒータ１1〜１ｎに配分する配分手段（以下「前置補償器」ともいう）７とを備えている。平均温度・傾斜温度算出手段５、ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎおよび配分手段７は、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。
【００４４】
従来では、上述の図２６に示されるように、各ゾーン毎に温度を検出して対応するヒータを個別に制御していたけれども、この実施の形態では、干渉をなくすために、平均温度・傾斜温度算出手段５で算出される代表温度としての平均温度および複数の各傾斜温度を制御量として温度制御を行うようにしている。
【００４５】
変換手段としての平均温度・傾斜温度算出手段５は、複数の温度センサ２1〜２ｎからの情報を、一つの平均温度と複数の傾斜温度との情報に変換するものであり、その理由は、干渉がなく、独立で分かりやすい情報にするためであり、例えば、次のような演算を行うものである。
【００４６】
すなわち、第１の温度センサ２1の検出出力をＳ１，第２の温度センサ２2の検出出力をＳ２，…第ｎの温度センサ２ｎの検出出力をＳｎとすると、下記に示される平均温度Ｔａｖ，第１の傾斜温度Ｔｔ１，第２の傾斜温度Ｔｔ２，…第ｎ−１の傾斜温度Ｔｔn-1を算出する。
【００４７】
Ｔａｖ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋…Ｓｎ）÷ｎ
Ｔｔ１＝（Ｓ１＋Ｓ２＋…Ｓn-1）÷（ｎ−１）−Ｓｎ
Ｔｔ２＝（Ｓ１＋Ｓ２＋…Ｓn-2）÷（ｎ−２）−Ｓn-1
・
・
Ｔｔn-1＝Ｓ１−Ｓ２
ここで、Ｔａｖは、複数の温度センサ２1〜２ｎの検出温度の平均温度であり、傾斜温度Ｔｔ１は、複数の温度センサ２1〜２ｎを、温度センサ２1〜２n-1と温度センサ２ｎとの二つに区分した場合の温度センサ２1〜２n-1の平均検出温度と温度センサ２ｎの検出温度との差であり、傾斜温度Ｔｔ２は、複数の温度センサ２1〜２n-1を、温度センサ２1〜２n-2と温度センサ２n-1との二つに区分した場合の温度センサ２1〜２n-2の平均検出温度と温度センサ２n-1の検出温度との差であり、以下同様にして、傾斜温度Ｔｔn-1は、温度センサ２1と温度センサ２2との検出温度の差である。
【００４８】
以上の式をまとめて、モード変換行列Ｇｍと称する行列を用いて下記のように表すことができる。
【００４９】
【数１】
0004192393.tif 000002
【００５０】
Ｔ＝Ｇｍ・Ｓ
ただし、Ｔ＝［Ｔａｖ Ｔｔ１ Ｔｔ２ ……Ｔｔn-1］T
Ｓ＝［Ｓ１ Ｓ２ Ｓ３ ……Ｓn］T
この実施の形態では、これら平均温度Ｔａｖと複数の傾斜温度Ｔｔ１〜Ｔｔn-1とを制御量として温度制御を行うものである。
【００５１】
なお、傾斜温度は、この実施の形態に限られるものではなく、例えば、下記のモード変換行列Ｇｍに示されるように隣り合う温度センサの検出温度の温度差や複数の温度センサを二つのグループに区分して各グループの平均検出温度の温度差などの種々の傾斜温度を用いることができる。
【００５２】
【数２】
0004192393.tif 000003
【００５３】
また、傾斜温度は、複数の温度センサを大きく二つのグループに区分した各グループの平均検出温度の温度差、各グループをさらに二つに区分した各グループの平均検出温度の温度差、さらに各グループを二つに区分した各グループの平均検出温度の温度差といったように、マクロな傾斜温度からミクロな傾斜温度までを算出して用いるようにしてもよい。
【００５４】
要するに、温度の傾斜を意味する情報と平均の情報とに分離して制御できるようにすればよい。
【００５５】
第１のＰＩＤ制御手段６1は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの平均温度と目標平均温度の制御偏差に基づいて、平均温度が目標平均温度になるように操作信号を配分手段７に出力し、第２のＰＩＤ制御手段６2は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの第１の傾斜温度と第１の目標傾斜温度との制御偏差に基づいて、第１の傾斜温度が第１の目標傾斜温度になるように操作信号を配分手段７に出力し、第３のＰＩＤ制御手段６3は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの第２の傾斜温度と第２の目標傾斜温度との制御偏差に基づいて、第２の傾斜温度が第２の目標傾斜温度になるように操作信号を配分手段７に出力し、以下同様にして、第ｎのＰＩＤ制御手段６ｎは、平均温度・傾斜温度算出手段５からの第ｎ−１の傾斜温度と第ｎ−１の目標傾斜温度との制御偏差に基づいて、第ｎ−１の傾斜温度が第ｎ−１の目標傾斜温度になるように操作信号を配分手段７に出力する。
【００５６】
すなわち、第１のＰＩＤ制御手段６1は、平均温度を制御し、第２〜第ｎの各ＰＩＤ制御手段６2〜６ｎは、第１〜第ｎ−１の傾斜温度をそれぞれ制御するものである。
【００５７】
次に配分手段７について説明する。
【００５８】
この配分手段７は、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎからの操作信号（操作量）を、各ヒータ１1〜１nに配分するのであるが、その際に、各ＰＩＤ制御手段６1〜６ｎそれぞれによる平均温度または各傾斜温度の制御が、他のＰＩＤ制御手段６1〜６ｎそれぞれによる平均温度または傾斜温度の制御に与える干渉をなくすように配分するものである。
【００５９】
例えば、第１のＰＩＤ制御手段６1の操作信号によって平均温度を変化させる場合に、その操作信号によって傾斜温度が変化せず、また、第２のＰＩＤ制御手段６2の操作信号によって第１の傾斜温度を変化させる場合に、その操作信号によって平均温度および他の傾斜温度が変化せず、同様に、各ＰＩＤ制御手段の操作信号によって他のＰＩＤ制御手段による制御が影響されないように配分するのである。
【００６０】
この配分手段７による配分について、さらに詳細に説明する。
【００６１】
ここで、分かり易くするために、ｎ＝２、すなわち、ゾーンが２つであって、第１，第２のヒータ１1，１2、第１、第２の温度センサ２1，２2、平均温度を制御する第１のＰＩＤ制御手段６1および両温度センサ２1，２2の検出温度の差である傾斜温度を制御する第２のＰＩＤ制御手段６2を備える場合に適用して図３に基づいて説明する。
【００６２】
この図３は、上述の図２９，図３０の従来例で説明した２入力２出力の干渉のある制御対象２７に適用した例であり、図２に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００６３】
平均温度・傾斜温度検出手段５は、第１，第２の温度センサ２1，２2の検出出力に相当する制御対象２７からのフィードバック量ＰＶ１，ＰＶ２を、図４に示されるように加算器８で加算して減衰器９で１／２に減衰して平均温度Ｔａｖを出力する一方、両温度センサ２1，２2の検出出力に相当するフィードバック量ＰＶ１，ＰＶ２を減算器１０で減算して傾斜温度Ｔｔを出力するものである。
【００６４】
第１のＰＩＤ制御手段６1は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの平均温度Ｔａｖと目標平均温度の制御偏差に基づいて、平均温度が目標平均温度になるように操作信号（操作量）Ｈａｖを配分手段７に出力し、第２のＰＩＤ制御手段６2は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの傾斜温度Ｔｔと目標傾斜温度との制御偏差に基づいて、傾斜温度が目標傾斜温度になるように操作信号（操作量）Ｈｔを配分手段７に出力する。
【００６５】
配分手段７は、各ＰＩＤ制御手段６1，６2の操作信号（操作量）Ｈａｖ，Ｈｔを以下のような配分比で各ヒータ１1，１2に配分する。
【００６６】
すなわち、図５は、図３のシステムの制御系のブロック線図である。平均温度を制御する第１のＰＩＤ制御手段６1から与えられる操作量Ｈａｖを、配分手段７で干渉をなくす、すなわち、非干渉化するための係数である非干渉化係数（配分比）ｋ1，ｋ2で第１，第２のヒータ１1，１2にそれぞれ配分するとともに、第２のＰＩＤ制御手段６2から与えられる操作量Ｈｔを、非干渉化係数（配分比）ｋ3，ｋ4で第１，第２のヒータ１1，１2にそれぞれ配分し、これによって、各ヒータ１1，１2に熱量Ｈ1，Ｈ2がそれぞれ与えられるとする。
【００６７】
また、第１のヒータ１1に与えられた熱量Ｈ1は、伝達係数（干渉係数）ｌ1で第１の温度センサ２1に伝わる一方、伝達係数（干渉係数）ｌ2で第２の温度センサ２2に伝わり、同様に、第２のヒータ１2に与えられた熱量Ｈ2は、伝達係数（干渉係数）ｌ3で第１の温度センサ２1に伝わる一方、伝達係数（干渉係数）ｌ4で第２の温度センサ２2に伝わるとする。
【００６８】
そして、第１の温度センサ２1で検出された検出温度Ｔ1と第２の温度センサ２2で検出された検出温度Ｔ2とから平均温度Ｔａｖおよび傾斜温度Ｔｔが算出されて各ＰＩＤ制御手段６1，６2に入力されるという制御ループが構成されている。
【００６９】
以上のことから平均温度Ｔａｖは、次のように示される。
【００７０】
Ｔａｖ＝（Ｔ1＋Ｔ2）／２
＝｛（ｌ1・Ｈ1＋ｌ3・Ｈ2）＋（ｌ2・Ｈ1＋ｌ4・Ｈ2）｝／２
＝｛（ｌ1＋ｌ2）Ｈ1＋（ｌ3＋ｌ4）Ｈ2｝／２
＝｛（ｌ1＋ｌ2）（ｋ1・Ｈａｖ＋ｋ3・Ｈｔ）
＋（ｌ3＋ｌ4）（ｋ2・Ｈａｖ＋ｋ4・Ｈｔ）｝／２
＝〔｛（ｌ1＋ｌ2）ｋ1＋（ｌ3＋ｌ4）ｋ2｝Ｈａｖ
＋｛（ｌ1＋ｌ2）ｋ3＋（ｌ3＋ｌ4）ｋ4｝Ｈｔ〕／２
ここで、平均温度Ｔａｖは、平均温度の操作量Ｈａｖのみの関数で、傾斜温度の操作量Ｈｔの影響をなくすように、すなわち、非干渉化を図るために、Ｈｔの項を０とする。
【００７１】
すなわち、（ｌ1＋ｌ2）・ｋ3＋（ｌ3＋ｌ4）・ｋ4＝０
したがって、ｋ4＝−｛（ｌ1＋ｌ2）／（ｌ3＋ｌ4）｝ｋ3
となる。
【００７２】
同様に、傾斜温度Ｔｔは、次のように示される。
【００７３】
Ｔｔ＝Ｔ1−Ｔ2
＝（ｌ1・Ｈ1＋ｌ3・Ｈ2）−（ｌ2・Ｈ1＋ｌ4・Ｈ2）
＝（ｌ1−ｌ2）Ｈ1＋（ｌ3−ｌ4）Ｈ2
＝（ｌ1−ｌ2）（ｋ1・Ｈａｖ＋ｋ3・Ｈｔ）
＋（ｌ3−ｌ4）（ｋ2・Ｈａｖ＋ｋ4・Ｈｔ）
＝｛（ｌ1−ｌ2）ｋ1＋（ｌ3−ｌ4）ｋ2｝Ｈａｖ
＋｛（ｌ1−ｌ2）ｋ3＋（ｌ3−ｌ4）ｋ4｝Ｈｔ
ここで、傾斜温度Ｔｔは、傾斜温度の操作量Ｈｔのみの関数で、平均温度の操作量Ｈａｖの影響をなくすように、すなわち、非干渉化を図るために、Ｈａｖの項を０とする。
【００７４】
すなわち、（ｌ1−ｌ2）ｋ1＋（ｌ3−ｌ4）ｋ2＝０
したがって、ｋ2＝−｛（ｌ1−ｌ2）／（ｌ3−ｌ4）｝ｋ1
となる。
【００７５】
以上のことから傾斜温度に影響を与えずに平均温度を制御し、また、平均温度に影響を与えずに傾斜温度を制御する、すなわち、平均温度と傾斜温度との干渉をなくした非干渉制御を行うためには、非干渉化係数（配分比）ｋ1〜ｋ4で配分すればよく、この非干渉化係数（配分比）ｋ1〜ｋ4を算出するためには、第１のヒータ１1の熱量が第１，第２の温度センサ２1，２2に伝わる伝達係数（干渉係数）ｌ1，ｌ2および第２のヒータ１2の熱量が第１，第２の温度センサ２1，２2に伝わる伝達係数（干渉係数）ｌ3，ｌ4を知る必要がある。
【００７６】
なお、非干渉化係数（配分比）ｋ1〜ｋ4は、ｋ1とｋ2、ｋ3とｋ4との比率がそれぞれ分かれば、ＰＩＤ制御のゲインによって対応できるので、絶対値は必ずしも必要でない。
【００７７】
伝達係数（干渉係数）ｌ1〜ｌ4は、次のようにして求めることができる。すなわち、ヒータを一つだけ変動させて他のヒータは、一定値に固定、例えば、オンのままあるいはオフのままとし、ヒータの変化量に対する各温度センサの変化量の比率を伝達係数とするのである。
【００７８】
例えば、第２のヒータ２2をオフのままの状態で、第１のヒータ１1を、ある温度振幅で変動させたときに、第１，第２の温度センサ２1，２2の検出温度にどの程度の温度振幅の変動が生じるかによって伝達係数ｌ1，ｌ2を計測することができ、例えば、ヒータを温度振幅１で変動させたきに、温度センサの温度振幅が１０であれば、伝達係数は、１０（＝１０／１）となる。
【００７９】
ここで、図３の配分手段７における非干渉化係数（配分比）を用いた配分についてさらに具体的に説明する。制御対象２７の特性は、上述の図３０に示されており、この特性から伝達係数は、ｌ1＝１，ｌ2＝０.９，ｌ3＝０.９，ｌ4＝１である。
【００８０】
したがって、上述の非干渉化係数の式に代入すると、
ｋ4＝−｛（ｌ1＋ｌ2）／（ｌ3＋ｌ4）｝ｋ3
＝−｛（１＋０.９）／（０.９＋１）｝ｋ3
＝−ｋ3
また、ｋ2＝−｛（ｌ1−ｌ2）／（ｌ3−ｌ4）｝ｋ1
＝−｛（１−０.９）／（０.９−１）｝ｋ1
＝ｋ1
となる。
【００８１】
そこで、仮に各ヒータに配分される熱量の合計が、Ｈａｖと等しくなるように、すなわち、ｋ1＋ｋ2＝１となるように設計し、分かり易さのために、ｋ3＝１という条件を加える。
【００８２】
これによって、
ｋ2＝ｋ1＝１／２
また、ｋ4＝−ｋ3＝−１
となり、配分比（非干渉化係数）が決定される。
【００８３】
つまり、図５に示されるように、平均温度の操作量Ｈａｖは、１／２ずつ各ヒータ１1，１2に配分し、傾斜温度の操作量Ｈｔは、第１のヒータ１1には、そのまま、第２のヒータ１2には、符号を変えて配分すればよい。
【００８４】
ここで、配分比（非干渉化係数）は、次のようにして求めることもできる。
【００８５】
すなわち、上述のモード変換行列Ｇｍと上述の伝達係数（干渉係数）の行列Ｐとから配分比（非干渉化係数）の行列（以下「前置補償行列」ともいう）Ｇｃは、以下のように逆行列として求めることもできる。
【００８６】
Ｇｃ＝（Ｇｍ・Ｐ）-1
この実施の形態に適用すると、制御対象のある時間の特性である伝達係数（干渉係数）の行列Ｐを、
【００８７】
【数３】
0004192393.tif 000004
【００８８】
とすると、配分比（非干渉化係数）の行列である前置補償行列Ｇｃは、
【００８９】
【数４】
0004192393.tif 000005
【００９０】
確かめとして、Ｇｍ・Ｐ・Ｇｃ＝１となるかどうかを計算する。
【００９１】
【数５】
0004192393.tif 000006
【００９２】
なお、この実施の形態では、配分比（非干渉化係数）を、伝達係数を用いて算出したけれども、本発明の他の実施の形態として、伝達係数に代えて、周波数特性も表す伝達関数を用いて算出するようにしてもよい。
【００９３】
図３のシステムでは、配分手段７は、図６に示されるように、平均温度の操作信号（操作量）Ｈａｖは、各減衰器１１，１２でそれぞれ１／２に減衰して加算器１３および減算器１４にそれぞれ配分され、傾斜温度の操作信号（操作量）Ｈｔは、加算器１３および減算器１４にそれぞれ配分され、加算器１３の出力Ｈ1が第１のヒータ１1に、減算器１４の出力Ｈ2が第２のヒータ１2に与えられる。
【００９４】
この配分手段７によれば、平均温度の操作量Ｈａｖによって平均温度を変化させる場合には、各ヒータ１1，１2に操作量が等しく配分されるので、傾斜温度に影響を与えることなく、すなわち、干渉することなく、平均温度のみを変化させることができる。また、傾斜温度の操作量Ｈｔによって傾斜温度を変化させる場合には、一方のヒータ１1には、その操作量が１倍で与えられる一方、他方のヒータ１2には、−１倍で与えられるので、両ヒータに与える総熱量を変化させることなく、すなわち、平均温度に影響を与えることなく、傾斜温度のみを変化させることができる。
【００９５】
図７は、図３のシステムにおいて、第１のＰＩＤ制御手段６1でオートチューニングを行った場合の平均温度・傾斜温度算出手段５からの平均温度Ｔａｖ（破線）、第１のＰＩＤ制御手段６1からの平均温度の操作量Ｈａｖ（実線）、平均温度・傾斜温度算出手段５からの傾斜温度Ｔｔ（二点鎖線）、第２のＰＩＤ制御手段６2からの傾斜温度の操作量Ｈｔ（一点鎖線）をスコープに表示した波形を示しており、平均温度の操作量Ｈａｖがオンオフするリミットサイクルが生じており、平均温度Ｔａｖの周期と振幅とを使ってＰＩＤ制御のパラメータを決定することができる。なお、平均温度Ｔａｖ、傾斜温度Ｔｔ、平均温度の操作量Ｈａｖ、傾斜温度の操作量Ｈｔが、上述の図２８，図３１の従来例のＰＶ１、ＰＶ２、ＭＶ１、ＭＶ２にそれぞれ対応する。
【００９６】
なお、第１のＰＩＤ制御手段６1のＰＩＤ制御のパラメータが決定された後には、そのパラメータを設定し、次は、傾斜温度を制御する第２のＰＩＤ制御手段６2のオートチューニングを行ってＰＩＤ制御のパラメータを決定する。
【００９７】
このように、平均温度と傾斜温度とを制御量として制御することにより、干渉のない制御が可能となり、ＰＩＤ制御のパラメータを決定するためのオートチューニングが可能となり、最適な制御パラメータを設定して所望の制御特性を得ることができる。
【００９８】
このようにしてＰＩＤ制御のパラメータが設定された後の通常の制御では、平均温度が目標平均温度になるように、傾斜温度が目標傾斜温度になるように制御が行われる。
【００９９】
次に、この実施の形態と従来例とのシミュレーションの結果を以下に説明する。このシミュレーションでは、以下のような制御対象のモデリングを行った。すなわち、熱干渉系の最も簡単な例として、図８に示すように２組のヒータ１1，１2と温度センサ２1，２2と、その間を熱伝導体５０でつないだ熱処理装置を考える。制御目的は、２点の温度を任意の設定温度で均一化することである。図９に制御対象の電気的な等価回路を示す。Ｒ1，Ｒ2は、温度センサから周囲の空気への熱抵抗、Ｃ1，Ｃ2は、温度センサ近傍の熱容量である。
【０１００】
制御対象の入力は、２つのヒータ熱量であり、ヒータ１1の熱量ｐ1の一部は熱伝導体５０を伝わって、熱抵抗Ｒ3で温度センサ２2の温度θ2に干渉し、ヒータ１2の熱量ｐ2の一部は、同様に熱抵抗Ｒ3で温度センサ２1の温度θ1に干渉する。また、熱量ｐ2の一部の熱エネルギーは、熱抵抗Ｒ4で熱処理装置が固定されている機械装置本体に熱伝導する。ただし、機械装置本体の熱容量は、非常に大きいので、周囲温度と一致すると近似した。
【０１０１】
制御対象の等価回路のパラメータは、Ｒ1＝Ｒ2＝１０［℃／Ｗ］、Ｒ3＝１［℃／Ｗ］、Ｒ4＝０.２［℃／Ｗ］、Ｃ1＝Ｃ2＝１０［Ｊ／℃］とした。外乱は、１００Ｗのステップ状とし、従来例とこの実施の形態と同じ条件で印加した。
【０１０２】
下記の表１のパラメータによる従来のＰＩＤ制御の応答波形を図１０に、下記の表２のパラメータによるこの実施の形態の応答波形を、図１１に示す。
【０１０３】
【表１】
0004192393.tif 000007
【０１０４】
【表２】
0004192393.tif 000008
【０１０５】
図１０，図１１を比較すると、従来の制御方式で２°Ｃの温度差が発生していたものが、この実施の形態では、２つのセンサ間の温度差を０．８°Ｃまで改善していることが分かる。
【０１０６】
このような特性の差を生み出せる理由は、この実施の形態では、傾斜温度と平均温度で独立にＰＩＤパラメータを設定できる点にある。この例では、表２に示すように比例ゲインＫｐに差をつけ平均温度よりも傾斜温度の収束を優先するように、傾斜温度制御の比例ゲインＫｐを平均温度制御の比例ゲインＫｐよりも大きな値に設定した。その結果、簡単なＰＩＤ制御のパラメータの設定であるにも拘わらず、高精度な温度均一化を期待できるものである。
【０１０７】
さらに、この実施の形態と従来例との目標値応答および外乱応答の比較結果を、図１２〜図１５に示す。なお、ここでは、ＣＨＲ（Chien, Hrones and Reswick）の調整則の目標値応答オーバーシュート無しを平均温度制御に、外乱応答オーバーシュート２０％を傾斜温度制御に使用した。
【０１０８】
図１２および図１３が、この実施の形態の目標値応答および外乱応答の波形であり、図１４および図１５が、従来例の目標値応答および外乱応答の波形を示している。
【０１０９】
図１４の従来例の目標値応答では、整定時間も２９秒と長く、オーバーシュートも認められたけれども、この実施の形態の目標値応答では、図１２に示されるように整定時間も９秒と短く、オーバーシュートも認められなかった。
【０１１０】
また、図１５の従来例の外乱応答では、整定時間も３２秒と長く、オーバーシュートもやや認められたのに対して、この実施の形態の外乱応答では、図１３に示されるように、整定時間も６秒と短く、オーバーシュートも認められなかった。
【０１１１】
すなわち、この実施の形態では、平均温度制御は、弱くて遅い制御を、傾斜温度制御は、強くて速い制御を行ったので、目標値応答および外乱応答のいずれの場合も、オーバーシュートがなく整定時間も短く満足できるものとなった。
【０１１２】
上述の例では、簡単にするために、ｎ＝２の場合について説明したけれども、ゾーンが３つの場合、すなわち、ヒータ、温度センサおよびＰＩＤ制御手段が３つのｎ＝３の場合にも同様に適用できるものである。
【０１１３】
すなわち、上述の図５に対応する図１６のブロック線図に示されるように、第１〜第３のヒータ１1〜１3と、各ヒータ１1〜１3に個別的に対応する第１〜第３の温度センサ２1〜２3とが、第１〜第３の各ゾーンにそれぞれ配置されており、第１のゾーンと第２のゾーンとが隣接し、第２のゾーンと第３のゾーンとが隣接しているとし、簡単化のために、隣接するゾーン間でのみ干渉があるとし、第１のヒータ１1から第２の温度センサ２2への伝達係数（干渉係数）をｌ1、第２のヒータ１2から第１，第３の温度センサ２1，２3への伝達係数（干渉係数）をｌ2，ｌ3、第３のヒータ１3から第２の温度センサ２2への伝達係数（干渉係数）をｌ4とし、第１のヒータ１1から第１の温度センサ２1といった相対する伝達係数（干渉係数）は、１.０とする。
【０１１４】
また、干渉をなくすための非干渉化係数（配分比）について、平均温度を制御する第１のＰＩＤ制御手段６1の操作量Ｈａｖを第２，第３のヒータ１2，１3に配分するための非干渉化係数（配分比）をｋ1，ｋ2、第１の傾斜温度Ｔｔ1を制御する第２のＰＩＤ制御手段６2の操作量Ｈｔ1を第１，第３のヒータ１1，１3に配分するための非干渉化係数（配分比）をｋ3，ｋ4、第２の傾斜温度Ｔｔ2を制御する第３のＰＩＤ制御手段６3の操作量Ｈｔ２を第１，第２のヒータ１1，１2に配分するための非干渉化係数（配分比）をｋ5，ｋ6とし、第１のＰＩＤ制御手段６1から第１のヒータ１1といった相対する非干渉化係数は１.０とする。なお、この例では、第１の傾斜温度Ｔｔ１は、第２，第３の温度センサ２2，２3の検出温度Ｔ2，Ｔ3の平均の検出温度と第１の温度センサ２1の検出温度Ｔ1との差としており、また、第２の傾斜温度Ｔｔ2は、第２の温度センサ２2の検出温度Ｔ2と第３の温度センサ２3の検出温度Ｔ3との差としている。
【０１１５】
このとき、平均温度Ｔａｖは、次のように示される。
【０１１６】
Ｔａｖ＝（Ｔ1＋Ｔ2＋Ｔ3）／３
＝｛（Ｈ1＋ｌ2・Ｈ2）＋（ｌ1・Ｈ1＋Ｈ2＋ｌ4・Ｈ3）
＋（ｌ3・Ｈ2＋Ｈ3）｝／３
＝｛（１＋ｌ1）Ｈ1＋（１＋ｌ2＋ｌ3）Ｈ2＋（１＋ｌ4）Ｈ3｝／３
＝｛（１＋ｌ1）（Ｈａｖ＋ｋ3・Ｈｔ1＋ｋ5・Ｈｔ2）
＋（１＋ｌ2＋ｌ3）（ｋ1・Ｈａｖ＋Ｈｔ1＋ｋ6・Ｈｔ2）
＋（１＋ｌ4）（ｋ2・Ｈａｖ＋ｋ4・Ｈｔ1＋Ｈｔ2）｝／３
＝〔｛（１＋ｌ1）＋（１＋ｌ2＋ｌ3）ｋ1＋（１＋ｌ4）ｋ2｝Ｈａｖ
＋｛（１＋ｌ1）ｋ3＋（１＋ｌ2＋ｌ3）＋（１＋ｌ4）ｋ4｝Ｈｔ1
＋｛（１＋ｌ1）ｋ5＋（１＋ｌ2＋ｌ3）ｋ6＋（１＋ｌ4）｝Ｈｔ2〕／３
ここで、平均温度Ｔａｖは、平均温度の操作量Ｈａｖのみの関数で、傾斜温度の操作量Ｈｔ1，Ｈｔ2の操作量の影響をなくすように、すなわち、非干渉化を図るために、Ｈｔ1，Ｈｔ2の項を０とする。
【０１１７】
すなわち、（１＋ｌ1）ｋ3＋（１＋ｌ2＋ｌ3）＋（１＋ｌ4）ｋ4＝０
（１＋ｌ1）ｋ5＋（１＋ｌ2＋ｌ3）ｋ6＋（１＋ｌ4）＝０
となる。
【０１１８】
これを以下のように簡略化する。
【０１１９】
ｌａ＋ｌｂ・ｋ3＋ｌｃ・ｋ4＝０          ……▲１▼
ｌｄ＋ｌｅ・ｋ5＋ｌｆ・ｋ6＝０          ……▲２▼
第１の傾斜温度Ｔｔ1についても同様にして、第１の傾斜温度の操作量Ｈｔ1のみの関数で、平均温度の操作量Ｈａｖおよび第２の傾斜温度の操作量Ｈｔ2の影響を受けないという条件を適用して、以下のような同様の方程式が得られる。
【０１２０】
ｌｇ＋ｌｈ・ｋ1＋ｌｉ・ｋ2＝０          ……▲３▼
ｌｊ＋ｌk・ｋ5＋ｌl・ｋ6＝０            ……▲４▼
また、第２の傾斜温度Ｔｔ2についても同様に、以下の方程式が得られる。
【０１２１】
ｌｍ＋ｌｎ・ｋ1＋ｌｏ・ｋ2＝０          ……▲５▼
ｌｐ＋ｌｑ・ｋ3＋ｌｒ・ｋ4＝０          ……▲６▼
伝達係数ｌ1〜ｌ4、したがって、ｌａ〜ｌｒは、ｎ＝２の場合と同様にして求められるので、非干渉化係数ｋ1〜ｋ6を未知数とする上記▲１▼〜▲６▼の６つ方程式が得られることになり、これら方程式を解くことにより、配分手段で配分するための非干渉化係数（配分比）ｋ1〜ｋ6が求まることになる。
【０１２２】
例えば、行列式で求めるとすれば、以下のようになる。
【０１２３】
【数６】
0004192393.tif 000009
【０１２４】
【数７】
0004192393.tif 000010
【０１２５】
以上のようにして、本発明は、ｎ＝３以上の制御系にも同様に適用することができるものである。
【０１２６】
なお、配分比（非干渉化係数）の行列である前置補償行列Ｇｃは、上述のように、モード変換行列Ｇｍと伝達係数（干渉係数）の行列Ｐとから求めることもでき、第１のＰＩＤ制御手段６1から第１のヒータ１1といった相対する非干渉化係数も含めて求めることができる。ここで、制御対象のある時間の特性である伝達係数（干渉係数）の行列Ｐを、
【０１２７】
【数８】
0004192393.tif 000011
【０１２８】
仮に、ｌ１＝ｌ２＝ｌ３＝ｌ４＝０.９とすると、
【０１２９】
【数９】
0004192393.tif 000012
【０１３０】
前置補償行列Ｇｃは、
【０１３１】
【数１０】
0004192393.tif 000013
【０１３２】
確かめとして、Ｇｍ・Ｐ・Ｇｃ＝１となるかどうかを計算する。
【０１３３】
【数１１】
0004192393.tif 000014
【０１３４】
図１７は、本発明の他の実施の形態の温度調節器のブロック図であり、上述の図２の実施の形態に対応する部分には、同一の参照符号を付す。なお、この図１７においては、目標平均温度ＳＶ平均あるいは目標傾斜温度ＳＶｇ１〜ＳＶｇ−１と、平均温度・傾斜温度算出手段（モード変換器）５で算出された平均温度ＰＶ平均あるいは傾斜温度ＰＶｇ１〜ＰＶｇｎ−１との制御偏差を出力する加算器２６1〜２６nを、ＰＩＤ制御手段６1〜６nの外部に示している。
【０１３５】
この実施の形態では、平均温度制御のＰＩＤ制御手段６1からの操作量（操作信号）を制限するリミッタ８０を設けている。このようにすることによって、操作量が飽和するような大きな外乱が全体に加わるような場合、例えば、熱処理盤にウェハを載置したような場合に、温度を均一化する均一化制御性能を向上させることができる。
【０１３６】
その理由を以下に詳述する。例えば、熱処理盤に、外乱としてウェハを載置するような面内温度均一化の外乱応答時に、操作量の飽和がある場合は、平均温度制御と傾斜温度制御とはトレードオフとなっている。
【０１３７】
説明の準備として、２入出力系の例で、２組ある操作量ＭＶについて、図１８を用いて述べる。平均用ＰＩＤコントローラ６1から出力される信号が平均ＭＶ、傾斜用ＰＩＤコントローラ６2から出力される信号が傾斜ＭＶである。平均ＭＶと傾斜ＭＶは、前置補償器（配分手段）７を通過し、さらに、飽和リミット８１1，８１2を通過し、ｃｈ１ＭＶとｃｈ２ＭＶとのｃｈ毎のＭＶとなる。前置補償器７は、簡単のため図１８に示されるように、１と−１とで構成している。したがって、ｃｈ１ＭＶ＝平均ＭＶ−傾斜ＭＶとなっており、ｃｈ２ＭＶ＝平均ＭＶ＋傾斜ＭＶの意味になっている。ｃｈ毎に各ＭＶは、当然０％以下と１００％以上は出力できないのでリミットされている。
【０１３８】
トレードオフの原因は、図１９に示されるように、平均ＭＶが１００％に既に飽和している場合、傾斜ＭＶが温度差を０にする制御のための値を出力したとしても、ｃｈ毎のＭＶの飽和の中に埋もれてしまい、機能しないためである。
【０１３９】
逆に、傾斜ＭＶが制御量である温度差を０にするように働かせたいならば、図２０のように、平均ＭＶでｃｈ毎のＭＶが飽和しないように平均ＭＶのリミット値で抑制すればよい。そうすれば、傾斜ＭＶの値は、ｃｈ毎ＭＶに反映され、温度差が０に速く収束する。つまり、均一化制御が上手く働くのである。その代わり、ｃｈ毎のＭＶは、１００％よりも小さな値になるために、平均的な温度の収束時間は長引くのである。これがトレードオフである。
【０１４０】
そこで、この実施の形態では、図１７に示されるように、リミッタ８０によって平均温度制御の操作量の上限値を抑制するので、ＰＩＤ制御手段６1〜６n-1からの操作量が飽和するような大きな外乱を受けた場合に、傾斜温度制御は、ｃｈ毎の操作量の飽和に中に隠れることなく、表に現れて均一動作が可能となる。
【０１４１】
図２１は、本発明の他の実施の形態のブロック図であり、上述の実施の形態に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【０１４２】
この実施の形態では、平均温度制御の操作量ではなく、傾斜温度制御の操作量を制限するリミッタ８２2〜８２nを設けたものである。
【０１４３】
この実施の形態は、全体的ではなく部分的に片寄った外乱が加わった場合、例えば、熱盤の一部に、低温の物体が接触したような場合に傾斜温度制御を優先すると、外乱の影響をより受けることになり、したがって、傾斜温度制御の操作量を抑制して平均温度の収束を速めるのである。
【０１４４】
なお、本発明のさらに他の実施の形態として、図２２に示されるように、平均温度制御および傾斜温度制御の両者の操作量を制限するリミッタ８０，８２2〜８２nを設けてもよい。
【０１４５】
上述の実施の形態では、リミッタによって操作量の上限値を制限したけれども、本発明の他の実施の形態として、下限値あるいは両者を制限するようにしてもよい。
【０１４６】
上述の各実施の形態では、各ＰＩＤ制御手段は、平均温度が目標平均温度になるように、あるいは、傾斜温度が目標傾斜温度になるようにそれぞれ制御するものであり、目標平均温度および目標傾斜温度は、ユーザが設定するのであるが、従来では、各ｃｈ毎に目標温度を設定していたユーザにとっては、目標平均温度や目標傾斜温度の設定は理解しにくいものである。
【０１４７】
そこで、図２３に示されるように、各ｃｈ毎の目標温度ＳＰから目標平均温度および目標傾斜温度を演算するモード変換器５’を設けてもよい。なお、この図２３において、上述の図３に対応する部分には、同一の参照符号を付している。このモード変換器５’は、制御対象２７からのフィードバック量である各ｃｈの温度センサの検出温度から平均温度と傾斜温度とを算出するモード変換器５と同じ構成である。
【０１４８】
このようにモード変換器５’を追加することによって、ユーザは、平均温度や傾斜温度を考慮することなく、従来と同様に各ｃｈ毎に目標温度ＳＰを設定すればよい。
【０１４９】
さらに、本発明の他の実施の形態として、図２４に示されるように、制御対象２７からのフィードバック量である各ｃｈの温度センサの検出温度と目標温度ＳＰとの温度偏差を求め、この各ｃｈ毎の温度偏差から制御偏差である平均温度偏差および傾斜温度偏差を演算するモード変換器５’’を設けてもよい。この構成によれば、ユーザは、平均温度や傾斜温度を考慮することなく、従来と同様に各ｃｈの目標温度を設定できる一方、モード変換器５’’を一つにすることができ、メモリ容量の削減と処理の簡素化を図ることができる。
【０１５０】
すなわち、上述の各実施の形態では、モード変換器５，５’は、複数の温度センサからの検出温度を、平均温度および傾斜温度に変換するものであったのに対して、この実施の形態のモード変換器５’’は、複数の温度センサからの検出温度と目標温度との温度偏差を、検出された平均温度と目標平均温度との偏差である平均温度偏差に変換するとともに、検出された傾斜温度と目標傾斜温度との偏差である傾斜温度偏差に変換するものである。
【０１５１】
つまり、上述の各実施の形態では、検出温度を、平均温度および傾斜温度に変換した後に制御偏差を求めるのに対して、この実施の形態では、検出温度と目標温度との温度偏差を求め、その温度偏差を、制御偏差である平均温度偏差および傾斜温度偏差に変換するものである。
【０１５２】
本発明の他の実施の形態として、リミッタのリミット値を可変調整できるようにしてもよい。
【０１５３】
本発明の他の実施の形態として、平均温度に代えて、例えば、中央のゾーンの温度などを代表温度とし、代表温度と傾斜温度とを制御量として制御を行ってもよい。
【０１５４】
上述の実施の形態では、平均温度は、全体の平均温度一つだけを用いたけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、複数に区分した各グループの各平均温度、すなわち、複数の平均温度を用いるようにしてもよい。
【０１５５】
上述の実施の形態では、ＰＩＤ制御に適用して説明したけれども、本発明は、ＰＩＤ制御に限らず、比例制御、比例積分制御にも適用できるものである。
【０１５６】
また、本発明の温度調節器は、熱酸化装置に限らず、拡散炉やＣＶＤ装置、例えば、図２５に示されるように、枚葉式のＣＶＤ装置における熱処理盤の温度制御にも適用できるものである。なお、図２５において、ウェーハ６０が載置される熱処理盤６１は、同心状に外円部６２、中間部６３、中心部６４に３分割されており、各部に個別的に対応するヒータ６５〜６７が設けられて各ゾーン毎に温度制御するものである。また、本発明の温度調節器は、射出成形機のシリンダ部の温度制御あるいは包装機のヒータ台の温度制御などにも適用できるものである。
【０１５７】
上述の実施の形態では、ヒータなどの加熱手段を用いた温度制御に適用した説明したけれとも、ペルチェ素子や冷却器などを用いた温度制御に適用してもよいのは勿論であり、さらに、加熱手段と冷却手段とを併用する温度制御に適用してもよい。
【０１５９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、干渉のある制御対象の制御において、その干渉を低減することが可能となるとともに、最適な制御パラメータの設定も可能となる。
【０１６０】
しかも、制限手段で操作信号を制限した状態制御よりも他の状態制御を優先させた制御、例えば、平均温度に基づく温度制御よりも傾斜温度に基づく温度制御を優先させた温度制御を行えることになり、用途や制御対象の特性などに応じた適切な制御を行えることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る温度制御システムの概略構成図である。
【図２】図１の温度調節器のブロック図である。
【図３】温度センサ、ヒータおよびＰＩＤ制御手段が２つの場合の構成図である。
【図４】図３の平均温度・傾斜温度算出手段５のブロック図である。
【図５】図３の制御系のブロック線図である。
【図６】図３の配分手段のブロック図である。
【図７】図３のシステムのオートチューニングの際の波形図である。
【図８】制御対象のモデルを示す図である。
【図９】制御対象の等価回路図である。
【図１０】従来例の応答波形を示す図である。
【図１１】実施の形態の応答波形を示す図である。
【図１２】実施の形態の目標値応答波形を示す図である。
【図１３】実施の形態の外乱応答波形を示す図である。
【図１４】従来例の目標値応答波形を示す図である。
【図１５】従来例の外乱応答波形を示す図である。
【図１６】ゾーンが３つの場合の制御系のブロック線図である。
【図１７】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図１８】操作量を説明するための構成図である。
【図１９】傾斜温度制御が働かない場合の操作量の変化を示す図である。
【図２０】傾斜温度制御が働く場合の操作量の変化を示す図である。
【図２１】本発明のさらに他の実施の形態のブロック図である。
【図２２】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図２３】本発明のさらに他の実施の形態のブロック図である。
【図２４】本発明の他の実施の形態のブロック図である。
【図２５】他の熱処理装置を示す図である。
【図２６】熱酸化装置の構成を示す図である。
【図２７】干渉のない二つの制御対象を制御するシステムの構成図である。
【図２８】図２７のシステムのオートチューニングの際の波形図である。
【図２９】干渉のある制御対象を制御するシステムの構成図である。
【図３０】図２９の制御対象の構成を示す図である。
【図３１】図２９のシステムのオートチューニングの際の波形図である。
【符号の説明】
１0〜１ｎ             ヒータ
２0〜２ｎ             温度センサ
３                    制御対象
４                    温度調節器
５                    平均温度・傾斜温度算出手段
６1〜６ｎ             ＰＩＤ制御手段
７                    配分手段
１５                  ヒータプレート
１８                  熱酸化装置
８０，８２2〜８２n    リミッタ
【図１】
0004192393.tif 000015
【図２】
0004192393.tif 000016
【図３】
0004192393.tif 000017
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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