(57)【要約】【課題】温度制御などにおいて、干渉の強い制御対象であっても、ハンチング等が生じない安定な制御を可能とする。【解決手段】各チャンネルのコントローラＣ１，Ｃ２の比例ゲインを、各チャンネル間の干渉を考慮して、操作量を変化させたチャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインとしている。【選択図】図１
2009116721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの制御量に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの制御装置において、
比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとすることを特徴とする制御装置。
【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の各検出温度に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの温度調節器において、
比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとすることを特徴とする温度調節器。
【請求項３】
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の各検出温度に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの温度調節器において、
比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルの検出温度の応答および当該チャンネル以外のチャンネルの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとすることを特徴とする温度調節器。
【請求項４】
前記当該チャンネルの比例ゲインが、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインである請求項３に記載の温度調節器。
【請求項５】
前記各チャンネルの比例ゲインを、前記制御対象の干渉が強い程、より小さな比例ゲインとする請求項２または４に記載の温度調節器。
【請求項６】
ｉ番目のチャンネルの操作量を変化させた場合のｊ番目のチャンネルの検出温度の変化をＰＶｊｉとしたとき、前記当該チャンネルであるｉ番目のチャンネルの比例ゲインＫｐｉは、以下の式を満足する請求項２、４または５に記載の温度調節器。
Ｋｐｉ ≦ Ｋｐｉ’×ＰＶｉｉ／ (ＰＶ１ｉ+ＰＶ２ｉ+…ＰＶｉｉ+…ＰＶｎｉ)
ここで、
Ｋｐｉ’：操作量を変化させたチャンネルの検出温度のみを用いて算出した比例ゲイン
Ｋｐｉ  ：操作量を変化させたチャンネル以外の検出温度も考慮して算出した比例ゲイン
ｎ      ：最大チャンネル数
【請求項７】
ｉ番目のチャンネルの操作量を変化させた場合のｊ番目のチャンネルの検出温度の変化の勾配をＲｊｉとしたとき、前記当該チャンネルであるｉ番目のチャンネルの比例ゲインＫｐｉは、以下の式を満足する請求項２、４または５に記載の温度調節器。
Ｋｐｉ ≦ Ｋｐｉ’×Ｒｉｉ／ (Ｒ１ｉ+Ｒ２ｉ+…Ｒｉｉ+…Ｒｎｉ)
ここで、
Ｋｐｉ’：操作量を変化させたチャンネルの検出温度のみを用いて算出した比例ゲイン
Ｋｐｉ  ：操作量を変化させたチャンネル以外の検出温度も考慮して算出した比例ゲイン
ｎ      ：最大チャンネル数
【請求項８】
前記チャンネルの数の増加に応じて、各チャンネルの比例ゲインを小さくする請求項２、４〜７のいずれか一項に記載の温度調節器。
【請求項９】
前記当該チャンネルの比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインを、Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄとし、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて得られる比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインを、Ｋｐ’、Ｋｉ’、Ｋｄ’としたときに、Ｋｐ’＞Ｋｐであって、かつ、Ｋｐ’／Ｋｐ＞Ｋｉ’／ＫｉまたはＫｐ’／Ｋｐ＞Ｋｄ’／Ｋｄの関係を満足する請求項２、４〜８のいずれか一項に記載の温度調節器。
【請求項１０】
評価指標に基づきゲインの良否を判定して、前記各チャンネルのゲインを探索するゲイン探索手段を有し、該ゲイン探索手段は、前記当該チャンネルの比例ゲインを、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて得られる比例ゲインよりも小さな値を探索範囲として探索する請求項２または４に記載の温度調節器。
【請求項１１】
前記各チャンネルによる制御が、他のチャンネルによる制御に与える影響をなくす又は低減する非干渉化手段を備え、
前記非干渉化手段は、各検出温度の差を、干渉を打ち消すように、各チャンネルの入力側および出力側の少なくとも一方側に、フィードバックする請求項２〜１０のいずれか一項に記載の温度調節器。
【請求項１２】
制御対象の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの制御量に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの制御装置の前記各チャンネルのゲインを調整する装置において、
比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに、当該チャンネルの比例ゲインを調整することを特徴とするゲイン調整装置。
【請求項１３】
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の各検出温度に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの温度調節器の前記各チャンネルのゲインを調整する装置において、
比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに、当該チャンネルの比例ゲインを調整することを特徴とするゲイン調整装置。
【請求項１４】
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の各検出温度に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの温度調節器の前記各チャンネルのゲインを調整する装置において、
比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルの検出温度の応答および当該チャンネル以外のチャンネルの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインに、当該チャンネルの比例ゲインを調整することを特徴とするゲイン調整装置。
【請求項１５】
前記当該チャンネルの比例ゲインを、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに調整する請求項１４に記載のゲイン調整装置。
【請求項１６】
前記各チャンネルの比例ゲインを、前記制御対象の干渉が強い程、より小さな比例ゲインに調整する請求項１３または１５に記載のゲイン調整装置。
【請求項１７】
ｉ番目のチャンネルの操作量を変化させた場合のｊ番目のチャンネルの検出温度の変化をＰＶｊｉとしたとき、前記当該チャンネルであるｉ番目のチャンネルの比例ゲインＫｐｉが、以下の式を満足するように調整する請求項１３、１５または１６に記載のゲイン調整装置。
Ｋｐｉ ≦ Ｋｐｉ’×ＰＶｉｉ／ (ＰＶ１ｉ+ＰＶ２ｉ+…ＰＶｉｉ+…ＰＶｎｉ)
ここで、
Ｋｐｉ’：操作量を変化させたチャンネルの検出温度のみを用いて算出した比例ゲイン
Ｋｐｉ  ：操作量を変化させたチャンネル以外の検出温度も考慮して算出した比例ゲイン
ｎ      ：最大チャンネル数
【請求項１８】
ｉ番目のチャンネルの操作量を変化させた場合のｊ番目のチャンネルの検出温度の変化の勾配をＲｊｉとしたとき、前記当該チャンネルであるｉ番目のチャンネルの比例ゲインＫｐｉが、以下の式を満足するように調整する請求項１３、１５または１６に記載のゲイン調整装置。
Ｋｐｉ ≦ Ｋｐｉ’×Ｒｉｉ／ (Ｒ１ｉ+Ｒ２ｉ+…Ｒｉｉ+…Ｒｎｉ)
ここで、
Ｋｐｉ’：操作量を変化させたチャンネルの検出温度のみを用いて算出した比例ゲイン
Ｋｐｉ  ：操作量を変化させたチャンネル以外の検出温度も考慮して算出した比例ゲイン
ｎ      ：最大チャンネル数
【請求項１９】
前記チャンネルの数の増加に応じて、前記各チャンネルの比例ゲインを小さく調整する請求項１３、１５〜１８のいずれか一項に記載のゲイン調整装置。
【請求項２０】
前記当該チャンネルの比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインを、Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄとし、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて得られる比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインを、Ｋｐ’、Ｋｉ’、Ｋｄ’としたときに、Ｋｐ’＞Ｋｐであって、かつ、Ｋｐ’／Ｋｐ＞Ｋｉ’／ＫｉまたはＫｐ’／Ｋｐ＞Ｋｄ’／Ｋｄの関係を満足するようにゲインを調整する１３、１５〜１９のいずれか一項に記載のゲイン調整装置。
【請求項２１】
評価指標に基づきゲインの良否を判定して、前記各チャンネルのゲインを探索するゲイン探索手段を有し、該ゲイン探索手段は、前記当該チャンネルの比例ゲインを、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて得られる比例ゲインよりも小さな値を探索範囲として探索して、前記比例ゲインを調整する請求項１３または１５に記載のゲイン調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象の温度や圧力などの物理状態を制御する制御装置、制御対象の温度を制御する温度調節器およびそれらのゲインを調整するのに好適なゲイン調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、被加熱物を、熱板上に載置して加熱処理するような温度制御においては、温度調節器は、熱板に配設された温度センサからの検出温度に基づいて、熱板の温度が設定温度になるように、熱板に配設されたヒータの通電を制御することにより行なわれる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、図１３は、熱板を構成する二つのヒータブロック２１，２２からなる干渉のある制御対象２の温度を、熱電対等の温度センサ１３，１３でそれぞれ検出し、温度調節器１４によって、ＳＳＲ１５，１５を介してヒータ１６，１６による通電を制御する２チャンネル（ｃｈ）温度制御システムである。
【０００４】
温度調節器１４は、図１４に示すように、チャンネル１，２に個別的に対応するコントローラＣ１，Ｃ２を有しており、各コントローラＣ１，Ｃ２は、検出温度θ１，θ２と目標温度ｒ１，ｒ２との偏差に基づいて、ＰＩＤ制御を行なうものである。
【０００５】
従来では、かかるコントローラＣ１，Ｃ２のゲインの調整は、次のようにして行われている。
【０００６】
すなわち、先ず、チャンネル１の操作量を、ステップ状に変化させて、図１５に示すようなチャンネル１の応答波形を計測する。この応答波形からＺＮ（Ziegler−Nichols）法を用いて、コントローラＣ１のゲインである比例ゲインＫｐ、積分時間ＴＩ、微分時間ＴＤを演算する。
【０００７】
この比例ゲインＫｐ、積分時間ＴＩ、微分時間ＴＤは、次式で算出される。
【０００８】
Ｋｐ＝１．２／ＲＬ
ＴＩ＝２．０Ｌ
ＴＤ＝０．５Ｌ
ここで、Ｒは、最大傾きであり、図１５のステップ応答波形から計測される定常ゲインＫおよび時定数Ｔから、Ｒ＝Ｋ／Ｔとして算出される。また、Ｌは、むだ時間である。
【０００９】
図１６は、具体的な実験結果の一例を示すものであり、この図１６において、チャンネル１の入力である操作量をＵ１、出力である検出温度をＰＶ１とし、チャンネル２の入力である操作量をＵ２、出力である検出温度をＰＶ２としている。
【００１０】
また、この図１６および後述の図１７では、図１８に示すように、チャンネル１にステップ状の操作量Ｕ１１を入力したときのチャンネル２の操作量をＵ２１、前記操作量Ｕ１１に対するチャンネル１，２の検出温度の変化をＰＶ１１，ＰＶ２１とし、後述のように、チャンネル２にステップ状の操作量Ｕ２２を入力したときのチャンネル１の操作量をＵ１２、前記操作量Ｕ２２に対するチャンネル１，２の検出温度の変化をＰＶ１２，ＰＶ２２としている。
【００１１】
図１６では、チャンネル１の操作量Ｕ１１＝１のステップ入力に対して、チャンネル１の検出温度ＰＶ１１が、５．２となったことを示している。また、チャンネル２もチャンネル１の影響を受けて検出温度ＰＶ２１が、４．７となったことを示している。
【００１２】
このチャンネル１の応答波形、すなわち、チャンネル１の操作量Ｕ１の変化Ｕ１１に対する検出温度ＰＶ１の応答波形ＰＶ１１から、上述の図１５と同様にして、傾きＲ１＝０．５０、むだ時間Ｌ１＝０．７０秒が得られる。
【００１３】
これによって、チャンネル１のコントローラＣ１の比例ゲインＫｐ１、積分時間Ｔｉ、微分時間Ｔｄ１が、次のように算出される。
【００１４】
Ｋｐ１＝１．２／ＲＬ＝１．２／（０．５０×０．７０）＝３．４
Ｔｉ＝２．０Ｌ＝２．０×０．７＝１．４
Ｔｄ１＝０．５Ｌ＝０．５×０．７＝０．３５
次に、チャンネル２の操作量Ｕ２を、図１７に示すように、同様にステップ状に変化させて、応答波形を計測する。
【００１５】
このチャンネル２の応答波形、すなわち、チャンネル２の操作量Ｕ２の変化Ｕ２２に対する検出温度ＰＶ２の応答波形ＰＶ２２から、傾きＲ２＝０．５０、むだ時間Ｌ２＝０．７０秒が得られる。
【００１６】
これによって、チャンネル２のコントローラＣ２の比例ゲインＫｐ１、積分時間Ｔｉ、微分時間Ｔｄ１が、次のように算出される。
【００１７】
Ｋｐ１＝１．２／ＲＬ＝１．２／（０．５０×０．７０）＝３．４
Ｔｉ＝２．０Ｌ＝２．０×０．７＝１．４
Ｔｄ１＝０．５Ｌ＝０．５×０．７＝０．３５
このように、チャンネル１のステップ状の操作量Ｕ１の変化Ｕ１１に対するチャンネル１の検出温度ＰＶ１の応答波形ＰＶ１１に基づいて、チャンネル１のコントローラＣ１の比例ゲインＫｐ、積分時間ＴＩ、微分時間ＴＤを算出し、また、チャンネル２のステップ状の操作量Ｕ２の変化Ｕ２２に対するチャンネル２の検出温度ＰＶ２の応答波形ＰＶ２２に基づいて、チャンネル２のコントローラＣ２の比例ゲインＫｐ、積分時間ＴＩ、微分時間ＴＤを算出して、各チャンネルのコントローラＣ１，Ｃ２のゲインとしてそれぞれ設定する。
【００１８】
すなわち、チャンネル毎の個別の応答波形に基づいて、各チャンネルのコントローラＣ１，Ｃ２のゲインをそれぞれ設定している。
【特許文献１】特開２００１−２７４０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上述の従来例では、チャンネル毎に、それぞれ単独でゲインを算出して調整している。
【００２０】
このため、各チャンネル間の干渉が強い制御対象では、適切なゲインに調整できず、図１９に示すように、目標温度を、破線で示すようにステップ状に変化させたときに、各チャンネルの温度がハンチングするという課題がある。
【００２１】
本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、干渉の強い制御対象であっても、ハンチング等が生じない安定な制御を行なえるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
（１）本発明の制御装置は、制御対象の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの制御量に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの制御装置において、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとしている。
【００２３】
物理状態とは、温度、圧力、流量、速度あるいは液位などの様々な物理量の状態をいう。
【００２４】
各チャンネルの操作量を順番に変化させて、各チャンネルの比例ゲインをそれぞれ求めるのが好ましい。
【００２５】
操作量の変化は、操作量自体を直接変化させるものであってもよいし、例えば、目標値を変化させることによって、操作量を間接的に変化させるようなものであってもよい。
【００２６】
「操作量を変化させた当該チャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められる」とは、操作量を変化させたチャンネルと同じチャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められることをいい、例えば、チャンネル１の操作量を変化させたときには、チャンネル１のみの制御量の応答に基づいて求められ、また、チャンネル２の操作量を変化させたときには、チャンネル２のみの制御量の応答に基づいて求められることをいう。
【００２７】
制御量は、制御量そのものに限らず、例えば、制御量の微分値（変化率）などを用いてもよい。
【００２８】
制御量の応答に基づいてゲインを求める手法は、従来の手法を用いることができ、例えば、ＺＮ（Ziegler−Nichols）法などを用いることができる。
【００２９】
制御対象は、例えば、温度差のように物理状態に差があると、その差をなくすように物理状態が変化する際に干渉を生じることになるが、比例ゲインを、操作量を変化させたチャンネルのみの制御量の応答に基づいて求めると、すなわち、比例ゲインをチャンネル毎に、他のチャンネルの応答を無視して独立に求めると、チャンネル間の干渉の影響が無視された比例ゲインとなり、このため、干渉の大きな制御対象の場合には、本来の比例ゲインよりも大きな比例ゲインが見積もられることになって、制御が不安定になる。
【００３０】
本発明の制御装置によると、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとしているので、各チャンネルの比例ゲインがより適切なものとなり、安定な制御が可能となる。
【００３１】
（２）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の各検出温度に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの温度調節器において、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとしている。
【００３２】
制御対象は、温度差があると、高温の部位から低温の部位への熱流によって干渉が生じることになるが、比例ゲインを、操作量を変化させたチャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求めると、すなわち、比例ゲインをチャンネル毎に、他のチャンネルの応答を無視して独立に求めると、チャンネル間の熱流による干渉の影響が無視された比例ゲインとなり、このため、干渉の大きな制御対象の場合には、本来の比例ゲインよりも大きな比例ゲインが見積もられることになって、制御が不安定になる。
【００３３】
本発明の温度調節器によると、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとしているので、各チャンネルの比例ゲインがより適切なものとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。
【００３４】
（３）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の各検出温度に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの温度調節器において、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルの検出温度の応答および当該チャンネル以外のチャンネルの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとしている。
【００３５】
本発明の温度調節器によると、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルの検出温度の応答および当該チャンネル以外のチャンネルの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとしている、すなわち、各チャンネルの比例ゲインを当該チャンネルのみならず、他のチャンネルの応答に基づいて求めるので、当該チャンネルのみの応答に基づいて得られる比例ゲインに比べて、チャンネル間の干渉を考慮したより適切な比例ゲインとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。
【００３６】
（４）上記（３）の実施形態では、前記当該チャンネルの比例ゲインが、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインである。
【００３７】
この実施形態によると、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとしているので、各チャンネルの比例ゲインがより適切なものとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。
【００３８】
（５）上記（２）または（４）の実施形態では、前記各チャンネルの比例ゲインを、前記制御対象の干渉が強い程、より小さな比例ゲインとしてもよい。
【００３９】
この実施形態によると、制御対象の干渉が強ければ強い程、小さな比例ゲインとするので、各チャンネルの比例ゲインが、制御対象の干渉の度合いに応じて、より適切なものとなり、干渉の強い制御対象であっても、安定な制御が可能となる。
【００４０】
（６）本発明の温度調節器の一つの実施形態では、ｉ番目のチャンネルの操作量を変化させた場合のｊ番目のチャンネルの検出温度の変化をＰＶｊｉとしたとき、前記当該チャンネルであるｉ番目のチャンネルの比例ゲインＫｐｉは、以下の式を満足するものである。
【００４１】
Ｋｐｉ ≦ Ｋｐｉ’×ＰＶｉｉ／ (ＰＶ１ｉ+ＰＶ２ｉ+…ＰＶｉｉ+…ＰＶｎｉ)
ここで、
Ｋｐｉ’：操作量を変化させたチャンネルの検出温度のみを用いて算出した比例ゲイン
Ｋｐｉ  ：操作量を変化させたチャンネル以外の検出温度も考慮して算出した比例ゲイン
ｎ      ：最大チャンネル数
この実施形態によると、前記当該チャンネルであるチャンネルｉの比例ゲインＫｐｉを、当該チャンネルｉのみの検出温度を用いて算出した比例ゲインＫｐｉ’に、当該チャンネルｉの検出温度の変化ＰＶｉｉを全てのチャンネルの検出温度の変化の総和(ＰＶ１ｉ+ＰＶ２ｉ+…ＰＶｉｉ+…+ＰＶｎｉ)で割った値を、乗算することにより、他のチャンネルとの間の干渉の影響を補正しているので、より適切な比例ゲインとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。
【００４２】
（７）本発明の温度調節器の他の実施形態では、ｉ番目のチャンネルの操作量を変化させた場合のｊ番目のチャンネルの検出温度の変化の勾配をＲｊｉとしたとき、前記当該チャンネルであるｉ番目のチャンネルの比例ゲインＫｐｉは、以下の式を満足するものである。
【００４３】
Ｋｐｉ ≦ Ｋｐｉ’×Ｒｉｉ／ (Ｒ１ｉ+Ｒ２ｉ+…Ｒｉｉ+…Ｒｎｉ)
ここで、
Ｋｐｉ’：操作量を変化させたチャンネルの検出温度のみを用いて算出した比例ゲイン
Ｋｐｉ  ：操作量を変化させたチャンネル以外の検出温度も考慮して算出した比例ゲイン
ｎ      ：最大チャンネル数
この実施形態によると、前記当該チャンネルであるチャンネルｉの比例ゲインＫｐｉを、当該チャンネルｉのみの検出温度の変化の勾配を用いて算出した比例ゲインＫｐｉ’に、当該チャンネルｉの検出温度の変化の勾配Ｒｉｉを他の全てのチャンネルの検出温度の変化の勾配の総和(Ｒ１ｉ+Ｒ２ｉ+…Ｒｉｉ+…Ｒｎｉ)で割った値を、乗算することにより、他のチャンネルとの間の干渉の影響を補正しているので、より適切な比例ゲインとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。
【００４４】
（８）本発明の温度調節器の更に他の実施形態では、前記チャンネルの数の増加に応じて、各チャンネルの比例ゲインを小さくするようにしている。
【００４５】
この実施形態によると、チャンネル数が増えれば増える程、小さな比例ゲインとするので、各チャンネルの比例ゲインが、チャンネル数に応じた干渉の度合いに応じて、より適切なものとなり、チャンネル数に関らず、安定な制御が可能となる。
【００４６】
（９）本発明の温度調節器の好ましい実施形態では、前記当該チャンネルの比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインを、Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄとし、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて得られる比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインを、Ｋｐ’、Ｋｉ’、Ｋｄ’としたときに、Ｋｐ’＞Ｋｐであって、かつ、Ｋｐ’／Ｋｐ＞Ｋｉ’／ＫｉまたはＫｐ’／Ｋｐ＞Ｋｄ’／Ｋｄの関係を満足するものである。
【００４７】
（１０）上記（２）または（４）の実施形態では、評価指標に基づきゲインの良否を判定して、前記各チャンネルのゲインを探索するゲイン探索手段を有し、該ゲイン探索手段は、前記当該チャンネルの比例ゲインを、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて得られる比例ゲインよりも小さな値を探索範囲として探索するようにしてもよい。
【００４８】
この実施形態によると、各チャンネルの比例ゲインとして、操作量を変化させたチャンネルのみの検出温度の応答に基づいて得られる比例ゲインよりも小さな値が、探索によって得られることになり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。
【００４９】
（１１）本発明の温度調節器の他の実施形態では、前記各チャンネルによる制御が、他のチャンネルによる制御に与える影響をなくす又は低減する非干渉化手段を備え、前記非干渉化手段は、各検出温度の差を、干渉を打ち消すように、各チャンネルの入力側および出力側の少なくとも一方側に、フィードバックするようにしてもよい。
【００５０】
非干渉化手段は、各検出温度の差を、各チャンネルの出力側である操作量、あるいは、入力側である偏差や目標温度などにフィードバックするのが好ましい。
【００５１】
この実施形態によると、非干渉化手段によって、干渉を打ち消すので、一層安定な制御が可能となる。
【００５２】
（１２）本発明のゲイン調整装置は、制御対象の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの制御量に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの制御装置の前記各チャンネルのゲインを調整する装置において、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに、当該チャンネルの比例ゲインを調整するものである。
【００５３】
本発明のゲイン調整装置によると、各チャンネルの比例ゲインを、操作量を変化させたチャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに調整するので、各チャンネルの比例ゲインがより適切なものとなり、安定な制御が可能となる。
【００５４】
（１３）本発明のゲイン調整装置は、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の各検出温度に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの温度調節器の前記各チャンネルのゲインを調整する装置において、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに、当該チャンネルの比例ゲインを調整するものである。
【００５５】
本発明のゲイン調整装置によると、各チャンネルの比例ゲインを、操作量を変化させたチャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに調整するので、各チャンネルの比例ゲインがより適切なものとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。
【００５６】
（１４）本発明のゲイン調整装置は、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の各検出温度に基づいて、複数の操作量をそれぞれ演算して出力する複数チャンネルの温度調節器の前記各チャンネルのゲインを調整する装置において、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、操作量を変化させた当該チャンネルの検出温度の応答および当該チャンネル以外のチャンネルの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインに、当該チャンネルの比例ゲインを調整するものである。
【００５７】
本発明のゲイン調整装置によると、各チャンネルの比例ゲインを当該チャンネルのみならず、他のチャンネルの応答に基づいて求めるので、当該チャンネルのみの応答に基づいて得られる比例ゲインに比べて、チャンネル間の干渉を考慮したより適切な比例ゲインに調整することができ、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。
【００５８】
（１５）上記（１４）の実施形態では、前記当該チャンネルの比例ゲインを、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに調整してもよい。
【００５９】
この実施形態によると、各チャンネルの比例ゲインを、操作量を変化させたチャンネルのみの検出温度の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインに調整するので、各チャンネルの比例ゲインがより適切なものとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。
【００６０】
（１６）上記（１３）または（１５）の実施形態では、前記各チャンネルの比例ゲインを、前記制御対象の干渉が強い程、より小さな比例ゲインに調整するようにしてもよい。
この実施形態によると、制御対象の干渉が強ければ強い程、小さな比例ゲインに調整するので、各チャンネルの比例ゲインが、制御対象の干渉の度合いに応じて、より適切なものとなり、干渉の強い制御対象であっても、安定な制御が可能となる。
【００６１】
（１７）本発明のゲイン調整装置の一つの実施形態では、ｉ番目のチャンネルの操作量を変化させた場合のｊ番目のチャンネルの検出温度の変化をＰＶｊｉとしたとき、前記当該チャンネルであるｉ番目のチャンネルの比例ゲインＫｐｉが、以下の式を満足するように調整してもよい。
【００６２】
Ｋｐｉ ≦ Ｋｐｉ’×ＰＶｉｉ／ (ＰＶ１ｉ+ＰＶ２ｉ+…ＰＶｉｉ+…ＰＶｎｉ)
ここで、
Ｋｐｉ’：操作量を変化させたチャンネルの検出温度のみを用いて算出した比例ゲイン
Ｋｐｉ  ：操作量を変化させたチャンネル以外の検出温度も考慮して算出した比例ゲイン
ｎ      ：最大チャンネル数
この実施形態によると、前記当該チャンネルであるチャンネルｉの比例ゲインＫｐｉを、当該チャンネルｉのみの検出温度を用いて算出した比例ゲインＫｐｉ’に、当該チャンネルｉの検出温度の変化ＰＶｉｉを全てのチャンネルの検出温度の変化の総和(ＰＶ１ｉ+ＰＶ２ｉ+…ＰＶｉｉ+…ＰＶｎｉ)で割った値を、乗算することにより、他のチャンネルとの間の干渉の影響を補正しているので、より適切な比例ゲインとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。
【００６３】
（１８）本発明のゲイン調整装置の他の実施形態では、ｉ番目のチャンネルの操作量を変化させた場合のｊ番目のチャンネルの検出温度の変化の勾配をＲｊｉとしたとき、前記当該チャンネルであるｉ番目のチャンネルの比例ゲインＫｐｉが、以下の式を満足するように調整してもよい。
【００６４】
Ｋｐｉ ≦ Ｋｐｉ’×Ｒｉｉ／ (Ｒ１ｉ+Ｒ２ｉ+…Ｒｉｉ+…Ｒｎｉ)
ここで、
Ｋｐｉ’：操作量を変化させたチャンネルの検出温度のみを用いて算出した比例ゲイン
Ｋｐｉ  ：操作量を変化させたチャンネル以外の検出温度も考慮して算出した比例ゲイン
ｎ      ：最大チャンネル数
この実施形態によると、前記当該チャンネルであるチャンネルｉの比例ゲインＫｐｉを、当該チャンネルｉのみの検出温度の変化の勾配を用いて算出した比例ゲインＫｐｉ’に、当該チャンネルｉの検出温度の変化の勾配Ｒｉｉを他の全てのチャンネルの検出温度の変化の勾配の総和(Ｒ１ｉ+Ｒ２ｉ+…Ｒｉｉ+…+Ｒｎｉ)で割った値を、乗算することにより、他のチャンネルとの間の干渉の影響を補正しているので、より適切な比例ゲインとなり、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。
【００６５】
（１９）本発明の他の実施形態のゲイン調整装置では、前記チャンネルの数の増加に応じて、前記各チャンネルの比例ゲインを小さく調整するようにしてもよい。
【００６６】
この実施形態によると、チャンネル数が増えれば増える程、小さな比例ゲインに調整するので、各チャンネルの比例ゲインが、チャンネル数に応じた干渉の度合いに応じて、より適切なものとなり、チャンネル数に関らず、安定な制御が可能となる。
【００６７】
（２０）本発明のゲイン調整装置の好ましい実施形態では、前記当該チャンネルの比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインを、Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄとし、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて得られる比例ゲイン、積分ゲインおよび微分ゲインを、Ｋｐ’、Ｋｉ’、Ｋｄ’としたときに、Ｋｐ’＞Ｋｐであって、かつ、Ｋｐ’／Ｋｐ＞Ｋｉ’／ＫｉまたはＫｐ’／Ｋｐ＞Ｋｄ’／Ｋｄの関係を満足するようにゲインを調整するものである。
【００６８】
（２１）本発明のゲイン調整装置の他の実施形態では、評価指標に基づきゲインの良否を判定して、前記各チャンネルのゲインを探索するゲイン探索手段を有し、該ゲイン探索手段は、前記当該チャンネルの比例ゲインを、当該チャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの検出温度の応答に基づいて得られる比例ゲインよりも小さな値を探索範囲として探索して、前記比例ゲインを調整してもよい。
【００６９】
この実施形態によると、各チャンネルの比例ゲインとして、操作量を変化させたチャンネルのみの検出温度の応答に基づいて得られる比例ゲインよりも小さな値が、探索によって得られることになり、この得られた比例ゲインに調整することにより、ハンチング等を抑制した安定な制御が可能となる。
【発明の効果】
【００７０】
本発明によれば、比例ゲインを求めるべきチャンネルの操作量を変化させたときに、当該チャンネルのみの制御量の応答に基づいて求められる比例ゲインよりも小さな比例ゲインを、当該チャンネルの比例ゲインとしているので、各チャンネルの比例ゲインが干渉の影響を考慮した適切なものとなり、安定な制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７１】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００７２】
（実施形態１）
図１は、本発明に係る温度調節器を用いた温度制御システムの構成図である。
【００７３】
この実施形態の温度調節器１は、上述の図１３と同様に、例えば、熱板を構成する二つのヒータブロック２１，２２からなる干渉のある制御対象２の温度を、熱電対等の温度センサ１３，１３でそれぞれ検出し、ＳＳＲ１５，１５を介してヒータ１６，１６による通電を制御するものであり、２チャンネルの温度制御に適用して説明する。なお、３チャンネル以上にも同様に適用できるものである。
【００７４】
この温度調節器１は、制御対象２の２つの制御点の検出温度θ１，θ２と目標温度ｒ１，ｒ２との偏差に基づいて、操作量をそれぞれ演算出力する温度制御手段としてのコントローラＣ１，Ｃ２と、各コントローラＣ１，Ｃ２のゲインを、後述のように調整するゲイン調整手段５とを備えている。
【００７５】
各コントローラＣ１，Ｃ２およびゲイン調整手段５等は、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。
【００７６】
各コントローラＣ１，Ｃ２は、ＰＩＤコントローラであるが、少なくともＰ制御を行うコントローラであればよい。
【００７７】
この実施形態の温度調節器１では、干渉の強い制御対象であっても、ハンチング等が生じないように、ゲイン調整手段５によるゲインの調整を次のようにしている。
【００７８】
先ず、図１において、制御対象２と各コントローラＣ１，Ｃ２との間の接続スイッチ７，８を切り、制御対象２を、ゲイン調整手段５側に接続する。
【００７９】
ゲイン調整手段５のＭＶ設定手段９は、図２に示すように、１チャンネルずつステップ状の操作量Ｕ１，Ｕ２を順番に加え、ゲイン調整手段５のＰＶ取得手段１０は、その時の制御量ＰＶ１，ＰＶ２を取得する。
【００８０】
図３は、チャンネル１にステップ状の操作量を与えたときの具体的な実験結果の一例を示すものであり、Ｕ１１、Ｕ２１、ＰＶ１１、ＰＶ２１は、上述の図１８に対応するものである。
【００８１】
この図３において、チャンネル１の操作量Ｕ１１＝１の入力に対して、チャンネル１の検出温度ＰＶ１１が、５．２となり、干渉によってチャンネル２の検出温度ＰＶ２１が、４．７となったことを示している。
【００８２】
このとき、上述の図１５に示すようなチャンネル１の応答波形から、チャンネル１の傾きＲ１＝０．５０、むだ時間Ｌ１＝０．７０秒が得られる。
【００８３】
従来では、上述のように、この傾きＲ１およびむだ時間Ｌ１からチャンネル１のコントローラＣ１のゲインを算出したけれども、この実施形態では、傾きＲ１をそのままゲインの算出に用いるのではなく、この傾きＲ１は、真の傾きＲ１ではなく、見かけの傾きＲ１’であるとして、次のようにして真の傾きＲを求めるものである。
【００８４】
以降の説明では、必要に応じて、傾きＲを、真の傾きＲと見かけの傾きＲ’とに区別して説明する。
【００８５】
ここで、見かけの傾きＲ’とは、応答波形から得られる傾きであって、チャンネル間の干渉ある場合にその影響を受けている傾きをいう。したがって、上述の従来例で説明した傾きＲは、見かけの傾きＲ’である。
【００８６】
一方、真の傾きＲとは、見かけの傾きＲ’を、チャンネル間の干渉の影響をなくす、あるいは、低減するように修正した傾きであり、この実施形態で用いる傾きである。
【００８７】
図４は、ステップ応答波形を示しており、実線は、チャンネル間に干渉がない場合を示し、破線は、チャンネル間に干渉がある場合を示している。
【００８８】
干渉がある場合には、干渉領域への熱の流出が生じるために、破線で示すように温度上昇の波形がなだらかとなり、本来は、真の傾きＲ（＝Ｋ／Ｔ）を求めたいのに、見かけの傾きＲ’（＝Ｋ／Ｔ’）が求まることになる。また、真の傾きＲと見かけの傾きＲ’との関係は、次のようになる。
【００８９】
Ｒ＝Ｋ／Ｔ＞Ｒ’＝Ｋ／Ｔ’
従って、ＺＮ法によるゲイン設計では、比例ゲインＫｐ＝１．２／ＲＬは、適正な値よりも大きく見積もられることになる。
【００９０】
そこで、この実施形態では、チャンネル毎に真の傾きＲｉ、無駄時間Ｌｉを、次式によって算出する。
【００９１】
Ｒｉ＝Ｒｉ’×（ＰＶ１ｉ＋ＰＶ２ｉ＋…＋ＰＶｎｉ）／ＰＶｉｉ
Ｌｉ＝ＬＩ’
ｉ      ：チャンネル番号
ｎ      ：最大チャンネル数
ＰＶ１ｉ：チャンネルｉにステップ入力を与えた時のチャンネル１の制御量（ＰＶ１）
上述の図３の実験結果に適用すると、
Ｒ１＝Ｒ１’×（ＰＶ１１＋ＰＶ２１）／ＰＶ１１
＝０．５×（５．２＋４．７）／５．２＝０．９５
Ｌ１＝Ｌ１’＝０．７
となる。
【００９２】
このように、チャンネル１の真の傾きＲ１を算出するために、チャンネル１の制御量である検出温度ＰＶ１１だけでなく、チャンネル２の制御量である検出温度ＰＶ２１も用いており、干渉を考慮したものとなっている。
【００９３】
ここで、上記のようにして見かけの傾きＲ’から真の傾きＲが得られる理由について定性的に説明する。
【００９４】
チャンネル数がｎのとき，ｎ個間に干渉無く分割された状態の温度上昇の傾きを真のＲと定義する。しかし、実際には、ｎ個はつながっているのでｉ番目のチャンネルに加えた熱流は他のチャンネルに漏れる。そのために，チャンネルｉの温度上昇は低下し、他のチャンネルの温度は上昇する。干渉が非常に大きいときには、全てのチャンネルが同じ傾きＲで上昇する。そのときの傾きは、チャンネル数分の一になる。
【００９５】
干渉が非常に大きくないときには、加熱するチャンネルの傾きＲが最も大きく，その周辺に離れるに従って、傾きＲが小さくなる。漏れた熱流による温度上昇Ｒ分を全て集めて１つのセルの温度上昇にすれば、真の傾きＲを求めることができる。これを意味するものが次の数式である。
【００９６】
Ｒｉ＝Ｒｉ’×（Ｒ１i＋Ｒ２i＋…＋Ｒni）/Ｒii
このままでも良いが、Ｒの代わりに計測し易い定常温度のＰＶを使った場合が上記式となる。１次遅れの時定数が揃ってＴとして等しいとき、Ｒ＝Ｋ／Ｔの式からＲの比率はＫの比率に比例し、ＭＶが一定であれば，ＰＶ＝Ｋ×ＭＶなので、ＲをＰＶに置きかえることができ、上述の式が得られることになる。
【００９７】
次に、図５は、チャンネル２の具体的な実験結果の一例を示すものであり、図３に対応するものである。
【００９８】
チャンネル２についてもチャンネル１と同様に、ステップ応答波形から真の傾きＲおよびむだ時間Ｌを求める。
【００９９】
図５に示すように、チャンネル２の操作量Ｕ２２＝１の入力に対して、チャンネル２の検出温度ＰＶ２２が、５．２となり、チャンネル１の検出温度ＰＶ１２が、干渉によって４．７となる。
【０１００】
このとき、チャンネル２の応答波形から、傾きＲ２’＝０．５０、むだ時間Ｌ１’＝０．７０秒が得られた。
【０１０１】
したがって、チャンネル１と同様に、チャンネル２の真の傾きＲ２およびむだ時間Ｌ２は、
Ｒ２＝Ｒ２’×（ＰＶ１２＋ＰＶ２２）／ＰＶ２２
＝０．５×（４．７＋５．２）／５．２＝０．９５
Ｌ１＝Ｌ１’＝０．７
となる。
【０１０２】
次に、以上のようにして得られた真の傾きＲおよびむだ時間Ｌから、ＺＮ法によって各チャンネルのコントローラＣ１，Ｃ２のゲインを設計する。
【０１０３】
チャンネル１のコントローラＣ１は、
Ｒ１＝０．９５
Ｌ１＝０．７０秒
より、
Ｋｐ１＝１．２／ＲＬ＝１．２／（０．５０×０．９５）＝２．５
Ｔｉ１＝２．０Ｌ＝２．０×０．７＝１．４
Ｔｄ１＝０．５Ｌ＝０．５×０．７＝０．３５
となる。
【０１０４】
同様に、チャンネル２のコントローラＣ２は、
Ｒ２＝０．９５
Ｌ２＝０．７０秒
より、
Ｋｐ２＝１．２／ＲＬ＝１．２／（０．５０×０．９５）＝２．５
Ｔｉ２＝２．０Ｌ＝２．０×０．７＝１．４
Ｔｄ２＝０．５Ｌ＝０．５×０．７＝０．３５
となる。
【０１０５】
ゲイン調整手段５のゲイン設計手段１２は、以上のようにして算出したゲインを各コントローラＣ１，Ｃ２に設定し、その後、制御対象２とゲイン調整手段５との接続を切り離し、各コントローラＣ１Ｃ２と制御対象２とを接続して制御を行なう。
【０１０６】
図６は、以上のようにしてゲインが調整されたコントローラＣ１，Ｃ２によるステップ応答を示す図であり、上述の図１９に対応するものである。
【０１０７】
この図６に示すように、一方の目標温度を、破線で示すようにステップ状に変化させると、最初は、波形がハンチングしているが、最終的には、目標値に整定している。
【０１０８】
（実施形態２）
図７は、本発明の他の実施形態に係る温度調節器を用いた温度制御システムの構成図である。
【０１０９】
この実施の形態の温度調節器１−１は、制御対象２のモデルとして、本件出願人が、例えば、特開２００４−９４９３９号公報で提案しているフィードバック型のモデル構造を用いるものであり、２チャンネルの温度制御に適用して説明する。
【０１１０】
この実施形態の温度調節器１−１は、制御対象２の２つの制御点の検出温度θ１，θ２と、目標温度ｒ１，ｒ２との偏差に基づいて、操作量をそれぞれ演算するコントローラＣ１，Ｃ２とを備えており、かかる構成は、上述の実施形態と同様である。
【０１１１】
この実施形態の温度調節器１−１では、干渉の強い制御対象であっても、ハンチング等が生じないように、各検出温度θ１，θ２の差を、各コントローラＣ１，Ｃ２の出力側にそれぞれフィードバックする非干渉化器Ｆ１，Ｆ２を備えるとともに、この非干渉化器Ｆ１，Ｆ２および各コントローラＣ１，Ｃ２のゲインを調整するゲイン調整手段５−１とを備えている。
【０１１２】
ここで、制御対象２のモデル構造について簡単に説明する。
【０１１３】
このモデル構造は、上述のように本件出願人が先に提案しているものであって、各チャンネルの温度θ１，θ２の差を、干渉項６を介して入力側に正負を異ならせてそれぞれフィードバックするものであり、Ｈ1，Ｈ２は、ヒータの発熱度合いを示すものである。
【０１１４】
このモデル構造は、熱干渉系の熱モデルであり、温度差があるときに、熱量の移動が生じ、この熱量の移動は、温度差に比例するというフーリエの法則の意味するところと等価である。
【０１１５】
温度差によって、一方のチャンネルから他方のチャンネルへ熱量の移動が生じ、一方のチャンネルは熱量が奪われ（負）、他方のチャンネルには熱量が足される（正）という熱干渉の現象をブロック線図で表したものであり、熱系の制御対象の干渉は、二つの温度があって、温度の差ができたときに、その温度差に比例した熱量の移動が起こるというフーリエの法則を意味しており、このモデル構造を、以下、「温度差モデル」ともいう。
【０１１６】
この実施形態では、干渉の度合いを表す干渉項６の伝達関数Ｇβおよび発熱度合いを表す伝達関数Ｈ１，Ｈ２は、それぞれ次式で示される。
【０１１７】
Ｇβ＝β／（Ｔβ・ｓ＋１）
Ｈ１＝Ｈ２＝Ｈｉ＝ｈi／（Ｔｉ・ｓ＋１）
ここで、βは干渉度、Ｔβは干渉のむだ時間、ｈｉはヒータの発熱量、Ｔｉはむだ時間である。
【０１１８】
また、モデル構造の要素Ｈｓｉの伝達関数は、Ｈｓ１＝Ｈｓ２＝Ｈｓｉ＝ｇｉ／（Ｔｓｉ・ｓ＋１）である。
【０１１９】
ゲイン調整手段５−１は、制御対象２の特性を求めるために、ステップ状の操作量を制御対象２に与えるＭＶ設定手段９と、そのときの制御対象２のステップ応答波形を取得するＰＶ取得手段１０と、両チャンネルの干渉度合いを求めて各非干渉化器Ｆ１，Ｆ２の設定を行う干渉度推定手段１１と、各コントローラＣ１，Ｃ２のゲインの設定を行なうゲイン設計手段１２とを備えている。
【０１２０】
この実施形態の非干渉化器Ｆ１，Ｆ２の伝達関数Ｆｕ１，Ｆｕ２は、それぞれ次式で表される。
【０１２１】
【数１】
2009116721.tif 000003
【０１２２】
【数２】
2009116721.tif 000004
次に、この実施形態のコントローラの設計の手順を説明する。
（１）先ず、制御対象２の波形を取得し、見かけの傾きＲｉ’を求める。
【０１２３】
すなわち、図７において、制御対象２と各コントローラＣ１，Ｃ２との間の接続スイッチ７，８を切り、制御対象２を、ゲイン調整手段５−１側に接続する。
【０１２４】
ＭＶ設定手段９は、上述の図２に示すように、１チャンネルずつステップ状の操作量Ｕ１，Ｕ２を加え、ＰＶ取得手段１０はその時の制御量ＰＶ１，ＰＶ２を取得する。
【０１２５】
取得したステップ応答波形から、上述のように見かけの傾きＲ１’が得られるとともに、むだ時間Ｌ１が得られる。
【０１２６】
具体的な実験結果の一例を示す。
【０１２７】
先ず、チャンネル１にステップ入力を与える、すなわち、Ｕ１１＝１、Ｕ２１＝０とすると、各チャンネルの検出温度ＰＶとして、例えば、ＰＶ１１＝２．０１７、ＰＶ２１＝１．９１８が得られるとともに、見かけの傾きＲ１’＝０．４５、むだ時間Ｌ１’＝０．８５が得られる。
【０１２８】
次に、チャンネル２にステップ入力を与える、すなわち、Ｕ１２＝０、Ｕ２２＝１とすると、各チャンネルの検出温度ＰＶとして、例えば、ＰＶ１２＝１．９１８、ＰＶ２２＝２．１０７が得られるとともに、見かけの傾きＲ２’＝０．４５、むだ時間Ｌ２’＝０．８５が得られる。
【０１２９】
（２）次に、上述の実施形態と同様に、チャンネル毎に真の傾きＲｉ、無駄時間Ｌｉを、上述の式によって算出する。
【０１３０】
すなわち、（１）の実験結果から、チャンネル１の真の傾きＲ１および無駄時間Ｌ１は、
Ｒ１＝Ｒ１’×（ＰＶ１１＋ＰＶ２１）／ＰＶ１１
＝０．４５×（２．０１７＋１．９１８）／２．０１７＝０．８７
Ｌ１＝Ｌ１’＝０．８５
また、チャンネル２の真の傾きＲ２および無駄時間Ｌ２は、
Ｒ２＝Ｒ２’×（ＰＶ１２＋ＰＶ２２）／ＰＶ２２
＝０．４５×（１．９１８＋２．０１７）／２．０１７＝０．８７
Ｌ２＝Ｌ２’＝０．８５
（３）次に、以上のようにして得られたチャンネル毎の真の傾きＲｉ、無駄時間Ｌｉを用いて、ＺＮ法によって各コントローラＣ１，Ｃ２のゲインを設計する。
上記（２）の結果から、各チャンネルのコントローラＣ１，Ｃ２のゲインは、次のようになる。
【０１３１】
チャンネル１のコントローラＣ１は、
Ｒ１＝０．８７
Ｌ１＝０．８５
より、
Ｋｐ１＝１．２／ＲＬ＝１．２／（０．８７×０．８５）＝１．６２
Ｔｉ１＝２．０Ｌ＝２．０×０．８５＝１．７
Ｔｄ１＝０．５Ｌ＝０．５×０．８５＝０．４２５
となる。
【０１３２】
同様に、チャンネル２のコントローラＣ２は、
Ｒ２＝０．８７
Ｌ２＝０．８５
より、
Ｋｐ２＝１．２／ＲＬ＝１．２／（０．８７×０．８５）＝１．６２
Ｔｉ２＝２．０Ｌ＝２．０×０．８５＝１．７
Ｔｄ２＝０．５Ｌ＝０．５×０．８５＝０．４２５
となる。
【０１３３】
以上のようにして、各コントローラＣ１，Ｃ２のゲインが決定される。
【０１３４】
（４）次に、非干渉化器Ｆ１，Ｆ２を設計するために、上述の干渉成分βを同定する。
この干渉成分βは、例えば、本件出願人が先に提案して国際公開されている、ＷＯ２００６／０８８０７２に示されるように、定常特性から得ることができ、例えば、各チャンネルに順番にステップ状の入力を与えたときの各チャンネルの定常状態での出力の変化を計測することにより、求めることができる。
【０１３５】
ここで、上記国際公開された出願の内容を引用して干渉成分βの導出の概要を説明する。
【０１３６】
図８は、上述のモデル構造を複数チャンネルに適用したものであり、図７の要素Ｈｓｉが、図８のモデル要素６０１〜６０ｎに対応し、干渉項６が、フィードバック要素６１１２〜６１(ｎ−１)ｎに対応する。また、図８および図９では、θは熱抵抗を示している。
【０１３７】
複数（ｎ）のモデル要素６０１〜６０ｎは、定常ゲインＫ１〜Ｋｎおよび時定数Ｔ１〜Ｔｎを用いた一次遅れ系とし、複数(ｎ−１)のフィードバック要素６１１２〜６１(ｎ−１)ｎは、熱抵抗θ１２〜θ(ｎ−１)ｎによる定値としている。また、入力をＰ１〜Ｐｎ、出力をＴ１〜Ｔｎとしている。
【０１３８】
ここでは、定常特性を考え、定常状態からパラメータを求める。
【０１３９】
熱系の制御対象の伝達関数Ｇ（ｓ）を、一次遅れ系とすると、
Ｇ（ｓ）＝Ｋ／（１＋Ｔｓ）
となる。ここで、Ｋは定常ゲイン、Ｔは時定数、ｓはラプラス変換の演算子である。
【０１４０】
定常状態では、ｓ＝０なので、
Ｇ（ｓ）＝Ｋ
となる。
【０１４１】
定常ゲインＫは、一定値の熱流（入力）Ｐと定常温度（出力）Ｔとを使って
Ｋ＝Ｔ／Ｐ
と表すことができる。
【０１４２】
一方、熱抵抗θは、オームの法則に似せて、熱流Ｐと温度Ｔとを用いて
θ＝Ｔ／Ｐ
と表すことができる。
【０１４３】
したがって、定常状態では、
Ｋ＝θ
と表すことができる。
【０１４４】
したがって、図８のモデル構造において、定常特性（ｓ＝０）のみを考えると、モデル要素６０１〜６０ｎは、時定数Ｔ１〜Ｔｎの項が消えるとともに、定常ゲインＫ１〜Ｋｎを熱抵抗θ１〜θｎに置き換えることができ、図９に示すように、１入力１出力の熱抵抗θ１〜θｎをそれぞれ有する複数(ｎ)のモデル要素６０１〜６０ｎと、モデル要素６０１〜６０ｎの出力の差を入力側にフィードバックする熱抵抗θ１２〜θ(ｎ−１)ｎをそれぞれ有する複数(ｎ−１)のフィードバック要素６１１２〜６１(ｎ−１)ｎとを備えるモデル構造となる。
【０１４５】
図９のモデル構造の各要素のパラメータである熱抵抗θ１〜θｎ，θ１２〜θ(ｎ−１)ｎを、次のようにして求めるものである。
【０１４６】
すなわち、第１の入力Ｐ１にステップ入力Ｐ１１を入力したときに、定常状態で計測される各出力Ｔ１〜Ｔｎの変化を、Ｔ１１〜Ｔ１ｎとし、第２の入力Ｐ２にステップ入力Ｐ２２を入力したときに、定常状態で計測される各出力Ｔ１〜Ｔｎの変化を、Ｔ２１〜Ｔ２ｎとし、同様に、第ｎの入力Ｐｎにステップ入力Ｐｎｎを入力したときに、定常状態で計測される各出力Ｔ１〜Ｔｎの変化を、Ｔｎ１〜Ｔｎｎとすると、各要素の熱抵抗θ１〜θｎ，θ１２〜θ(ｎ−１)ｎは、下記の数３，数４の式で算出することができる。
【０１４７】
なお、制御対象を熱処理盤とすると、ステップ入力Ｐ１１〜Ｐｎｎとしては、熱処理盤を加熱するヒータ出力を想定することができ、定常状態で計測される各出力Ｔ１〜Ｔｎの変化であるＴ１１〜Ｔｎｎとしては、温度変化を想定することができる。
【０１４８】
【数３】
2009116721.tif 000005
【０１４９】
【数４】
2009116721.tif 000006
上記式によって、各要素の熱抵抗が算出できる理由について、上記国際公開された出願に詳述している。
【０１５０】
以上のようにして、各チャンネルに順番にステップ状の入力を与えたときの各チャンネルの定常状態での出力の変化を計測することにより、フィードバック要素、すなわち、図７の干渉項６の熱抵抗である干渉成分を求めることができる。
【０１５１】
この例では、例えば、β１／ｈ１＝５．０、β２／ｈ２＝５．０が求まる。
【０１５２】
（５）次に、非干渉化器Ｆ１，Ｆ２を、上述（１），（２）式の伝達関数に従って設計する。なお、この実施形態では、上述のように、定常状態（Ｓ＝０）が設計する。
【０１５３】
ゲイン設計手段１２が、上述のようにして、各コントローラＣ１，Ｃ２のゲインおよび非干渉化器Ｆ１，Ｆ２を設定し終わったら、ゲイン調整手段５−１は、制御対象２とゲイン調整手段５−１との接続を切り離し、各コントローラＣ１，Ｃ２と制御対象２とを接続して制御を行なう。
【０１５４】
図１０は、以上のようにして各コントローラＣ１，Ｃ２のゲインが調整されるとともに、非干渉化器Ｆ１，Ｆ２が設計されたときのステップ応答を示す図であり、この図１０では、各チャンネルの波形が重なって不明瞭になるのを避けるために、各チャンネルのステップ応答を（ａ），（ｂ）に分けてそれぞれ示している。
【０１５５】
この図１０に示すように、最初は、波形がハンチングしているが、最終的には、目標値に整定している。
【０１５６】
なお、図１１には、図１０との比較のため、非干渉化器Ｆ１，Ｆ２を設けず、各コントローラＣ１，Ｃ２のゲインを上述の実施形態と同様に設計した場合のステップ応答を示している。
【０１５７】
非干渉化器Ｆ１，Ｆ２を設けた図１０では、図１１に比べて、ハンチングも消え、良好な制御が行なわれていることが確認できる。
【０１５８】
（実施形態３）
図１２は、本発明の他の実施形態の図１に対応する構成図であり、この実施形態では、各コントローラＣ１，Ｃ２のゲインの調整を、探索によって行うものである。
【０１５９】
すなわち、この実施形態のゲイン調整手段５−２は、ゲイン探索手段１７を有しており、ゲイン探索によって、各コントローラＣ１，Ｃ２のゲインを調整するものである。
【０１６０】
上述のように、ステップ応答波形の見かけの傾きＲ’から算出される比例ゲインＫｐ’は、干渉の影響を除いた真の傾きＲから算出される比例ゲインＫｐよりも大きくなる。
【０１６１】
そこで、この実施形態では、チャンネルｉのコントローラの比例ゲインＫｐｉを、見かけの傾きＲ’から算出される比例ゲインＫｐｉ’以下で探索する。
【０１６２】
先ず、制御対象２のステップ応答波形を取得し、見かけの傾きＲｉ’およびむだ時間を求めるまでの手順は、上述の実施形態と同様である。
【０１６３】
すなわち、制御対象２と各コントローラＣ１，Ｃ２との間の接続スイッチ７，８を切り、制御対象２を、ゲイン調整手段５−２側に接続する。
【０１６４】
ＭＶ設定手段９は、１チャンネルずつステップ状の操作量Ｕ１，Ｕ２を加え、ＰＶ取得手段１０はその時の制御量ＰＶ１，ＰＶ２を取得する。
【０１６５】
取得したステップ応答波形から、上述のように見かけの傾きＲ’が得られるとともに、むだ時間Ｌが得られる。
【０１６６】
次に、見かけの傾きＲ’およびむだ時間Ｌから算出されるゲインを、初期値として設定する。このゲインの設定は、上述の実施形態と同様に、ＺＮ法などの従来の手法を用いて行われる。
【０１６７】
次に、ゲイン探索手段は、チャンネル１のゲイン候補をコントローラＣ１に設定する。
【０１６８】
ゲイン探索手段１７は、チャンネル１の目標値ｒ１としてステップ状の目標入力を入れる。ゲイン探索手段１７は、評価指標としてチャンネル１の偏差平方和（Σ（ｒ１−θ１）2）を計算し、結果を記憶する。
【０１６９】
チャンネル１の比例ゲイン候補として０に達するまで比例ゲインを少しずつ小さくなるように変更する。チャンネル１の積分ゲイン、微分ゲインは変更しない。
【０１７０】
一連の探索が終了したら、最も偏差平方和が小さくなる比例ゲインをＫｐとしてチャンネル１のコントローラＣ１に設定する。
【０１７１】
次に、チャンネル２について、同様の探索を行って最も偏差平方和が小さくなる比例ゲインをＫｐとしてチャンネル２のコントローラＣ２に設定する。
【０１７２】
以上でゲイン探索を終了する。
【０１７３】
ここでは、比例ゲインを除々に下げる方法を示したが、ＧＡやＰＳＯなどの他の探索手法により、０〜Ｋｐｉ’の範囲で最適な比例ゲインを探索しても良い。
【０１７４】
特に、最適な比例ゲイン候補として、真のＲいて用いて計算した比例ゲインのまわりでゲイン探索を行えばより効率的なゲイン探索が行える。
【０１７５】
上述の各実施形態では、ゲイン調整手段は、温度調節器に内蔵させたけれども、本発明の他の実施形態として、ゲイン調整装置として、温度調節器とは独立の装置として構成し、通信などによって温度調節器に対してゲインを設定するようにしてもよい。
【０１７６】
上述の各実施形態では、制御対象の温度の制御に適用して説明したけれども、本発明は、温度に限らず、圧力、流量、液位などの他の物理量の制御にも適用できるものである。
【０１７７】
本発明は、マルチループタイプの制御装置にも適用できるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１７８】
本発明は、制御対象の状態、例えば、温度状態を制御する温度調節器などの制御装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１７９】
【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構成図である。
【図２】ステップ応答を説明するための図である。
【図３】一方のチャンネルにステップ入力を与えたときの出力を示す図である。
【図４】見かけの傾きＲ’と真の傾きＲとを示すステップ応答波形である。
【図５】他方のチャンネルのステップ入力を与えたときの出力を示す図である。
【図６】図１の実施形態のステップ応答波形を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る温度制御システムの構成図である。
【図８】図７のモデル構造のブロック線図である。
【図９】定常状態に対応する図８のブロック線図である。
【図１０】図７の実施形態の制御波形を示す図である。
【図１１】図１の実施形態の図１０に対応する制御波形を示す図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る温度制御システムの構成図である。
【図１３】温度制御システムの構成図である。
【図１４】従来例の構成図である。
【図１５】ステップ応答波形を示す図である。
【図１６】一方のチャンネルにステップ入力を与えたときの出力を示す図である。
【図１７】他方のチャンネルのステップ入力を与えたときの出力を示す図である。
【図１８】入力と出力との対応を示すタイムチャートである。
【図１９】従来例のステップ応答波形を示す図である。
【符号の説明】
【０１８０】
１                        温度調節器
２                        制御対象
５，５−１，５−２        ゲイン調整手段
Ｃ１，Ｃ２                コントローラ
Ｆ１，Ｆ２                非干渉化器
【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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【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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