(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＩＤ制御における比例定数、微分定数および積分定数を設定する設定手段と、
制御対象物から入力されたセンサー信号の値と目標値との偏差を演算する偏差演算手段と、
前記比例定数と前記偏差とを用いて、ＰＩＤ制御における比例処理とその有効／無効の判断とを行う比例判断手段と、
該比例判断手段が無効と判断した場合に、前記微分定数を用いてＰＩＤ制御における微分処理の有効／無効を判断する微分判断手段と、
該微分判断手段が有効と判断した場合に、ファジィ推論法を用いて微分処理を行う微分処理手段と、
前記微分判断手段が無効と判断した場合または前記微分処理手段が微分処理を行った場合に、前記積分定数を用いてＰＩＤ制御における積分処理の有効／無効を判断する積分判断手段と、
該積分判断手段が有効と判断した場合に積分処理を行う積分処理手段と、
前記比例処理、前記微分処理および前記積分処理の結果に応じて、前記偏差から出力信号を生成する出力信号生成手段と、
を備えることを特徴とするファジィ・ＰＩＤ制御装置。
【請求項２】
前記積分処理手段が、加重平均処理法を用いて前記積分処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のファジィ・ＰＩＤ制御装置。
【請求項３】
ＰＩＤ制御における比例定数、微分定数および積分定数をメモリに格納する第１機能と、
制御対象物から入力されたセンサー信号の値と目標値との偏差を演算手段に演算させる第２機能と、
前記比例定数と前記偏差とを用いて、ＰＩＤ制御における比例処理とその有効／無効の判断とを前記演算手段に行わせる第３機能と、
該第３機能が無効と判断した場合に、前記微分定数を用いてＰＩＤ制御における微分処理の有効／無効を前記演算手段に判断させる第４機能と、
該第４機能が有効と判断した場合に、ファジィ推論法を用いて微分処理を前記演算手段に行わせる第５機能と、
前記第３機能が無効と判断した場合または前記第５機能がファジィ推論法を用いた微分処理を実行した場合に、前記積分定数を用いてＰＩＤ制御における積分処理の有効／無効を前記演算手段に判断させる第６機能と、
該第６機能が有効と判断した場合に積分処理を前記演算手段に行わせる第７機能と、
前記比例処理、前記微分処理および前記積分処理の結果に応じて、前記偏差から出力信号を前記演算手段に生成させる第８機能と、
をコンピュータに実現させるためのファジィ・ＰＩＤ制御プログラム。
【請求項４】
前記第７機能が、加重平均処理法を用いて前記積分処理を行う機能であることを特徴とする請求項３に記載のファジィ・ＰＩＤ制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファジィ制御をＰＩＤ制御に組み込んで、例えば、半導体製造装置におけるフィードバック制御を実行するための、ファジィ・ＰＩＤ制御方法及びその装置並びにプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の半導体製造装置におけるフィードバック制御は、例えば、ヒーター加熱電源、ガス流量、モーター位置設定(位置決め)、モーター回転速度などの制御に用いられている。
【０００３】
このアナログフィードバック制御としては、あいまいさを数値化してデジタル処理するファジィ制御（Fuzzy Logic）、及びＰＩＤ（Propotional／比例、Intergral／積分、Derivative／微分)制御が既知である。
【０００４】
まず、従来のファジィ制御について説明する。
【０００５】
図６は従来のファジィ制御の機能構成を示すブロック図であり、図７は従来のファジィ制御処理を説明するための図である。また、図８は従来のファジィ制御での目標値（設定値）に対するファジィ制御信号及びセンサー信号のレベルを時間軸上で説明するための図である。
【０００６】
図６を参照すると、このファジィ制御では、ファジィ制御ユニット３１に、前記した半導体製造装置などのヒーター加熱電源、ガスモーター位置設定（位置決め）及びモーター回転速度などの制御の状態を示すセンサー信号が、温度／流量／モーション部３３の図示しない検出器から入力される。
【０００７】
このセンサー信号は、例えば、上記したヒーター加熱電源、ガス流量、モーター位置設定（位置決め）及びモーター回転速度などの制御における状態を示す検出値である。
【０００８】
電源制御ユニット３２は、ファジィ制御ユニット３１が生成したファジィ制御信号に基づいて、リニア／ＯＮ・ＯＦＦ(オン・オフ)制御の信号を温度／流量／モーション部３３に出力する。この温度／流量／モーション部３３は、ファジィ制御による上記した「ヒーター加熱電源からモーター回転速度などまでの制御における状態」において、次の目標値の状態に変更設定したり、初期の状態（制御開始時）の目標値の状態に設定する制御を実行するものである。
【０００９】
このファジィ制御は、温度／流量／モーション部３３のそれぞれのアナログ的な量の制御（リニア／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号における「リニア制御信号」に対応）、及び電源（通電）のＯＮ・ＯＦＦ制御（リニア／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号における「ＯＮ・ＯＦＦ制御信号」に対応）である。
【００１０】
なお、このファジィ制御は、具体的には、ＣＰＵ，ＲＯＭ及びＲＡＭからなるＭＰＵ(Microprocessing Unit)構成によるソフトウェアで処理するのが一般的である。
【００１１】
このＭＰＵ構成によるファジィ制御では、図６及び図７に図示したように、時間軸に対し、予め定められた制御収束の目標値である目標値信号（図６参照）と、センサー信号との差異(Δｙ)のΔｙ(負又は正)をΔｙ(零／０)とするファジィ制御信号から、リニア／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号を生成して、そのファジィ制御を実行している。
【００１２】
図８を参照すると、従来のファジィ制御にあって、目標値信号に対するファジィ制御信号及びセンサー信号のレベルを時間軸上で示した場合、目標値に対して、センサー信号が同一値になるようにファジィ制御信号レベルをＣＰＵなどで制御する。この制御では、センサー信号と目標値信号との差の偏差信号に対応してファジィ制御信号のレベルを大、中、小の各領域に区分し、この区分において、目標値信号に近づくように偏差信号が小さくなり、ファジィ制御信号も小さくなって、目標値信号になると、そのファジィ制御のループが制御目標に収束して安定する。
【００１３】
この従来のファジィ制御は、あいまい理論よりｉｆ条件処理（フロー制御のなかで入力条件による出力分岐の処理）のためＣＰＵの処理速度と判断条件の階層の深さで時間軸を決定しており、比較的低速演算処理用のＣＰＵでも高速処理となってしまうため、制御変化時間の長いフィードバック制御への適用（時間軸の制御）は困難であった。このようにファジィ制御では、そのループ時間軸に整合するように制御を実行している。
【００１４】
次に、従来のＰＩＤ制御について説明する。
【００１５】
図９は従来のＰＩＤ制御の機能構成を示すブロック図であり、図１０は従来のＰＩＤ制御装置の具体な構成例を示すブロック図である。また、図１１は従来のＰＩＤ制御にあって目標値に対するＰＩＤ制御信号及びセンサー信号を時間軸上で説明するための図である。
【００１６】
図９を参照すると、このＰＩＤ制御では、ＰＩＤ制御ユニット４１に、半導体製造装置などにおけるヒーター加熱電源、ガス流量、モーター位置設定（位置決め）及びモーター回転速度などの制御を実行する温度／流量／モーション部４３の図示しない検出器からのセンサー信号が入力される。ＰＩＤ制御ユニット４１は、電源制御ユニット４２に予め定められた制御収束目標の目標値信号とセンサー信号との差異に対応するＰＩＤ制御信号から、リニア／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号を生成して、そのＰＩＤ制御を実行している。
【００１７】
このＰＩＤ制御は、具体的には、ＭＰＵ構成（図１０のＣＰＵ６０，ＲＯＭ６１，ＲＡＭ６２）によるソフトウェアで処理するのが一般的である。
【００１８】
図１０を参照すると、このＰＩＤ制御の具体例では、加算器５０に目標値信号とセンサー信号とが入力されて、この差の偏差信号がＰＩＤ補償部５１に入力される。ＰＩＤ補償部５１からのＰＩＤ制御信号が制御対象部５３（図９における電源制御ユニット４２、温度／流量／モーション部４３に対応）に入力されて、そのＰＩＤ制御が実行される。
【００１９】
ＰＩＤ補償部５１は、加算器５０からの偏差信号を比例５１ａ，積分５１ｂ，微分５１ｃで処理し、このそれぞれの値を加算器５１ｄで加算し、その加算値のＰＩＤ制御信号を制御対象部５３に供給する。
【００２０】
また、制御対象部５３からのセンサー信号が加算器５０にフィードバックされ、目標値信号に対する偏差信号が生成される。
【００２１】
図１１を参照すると、従来のＰＩＤ制御において目標値信号に対するＰＩＤ制御信号及びセンサー信号のレベルは時間軸上においてハンチング波形である。
【００２２】
このＰＩＤ制御では、目標値信号に対して、ＰＩＤ制御信号をセンサー信号と同一のレベルになるように、ＣＰＵなどで制御する。この制御において、偏差の大きな偏差信号の領域では、比例定数で制御し、外乱に対しては微分定数で制御し、また、偏差の小さな偏差信号の領域では、積分定数で制御して、目標値信号になると、そのＰＩＤ制御のループが収束して安定する。
【００２３】
このようなＰＩＤ制御によるフィードバック制御では、そのループ時間軸に整合するように、ＰＩＤ制御を実行している。このＰｌＤ制御において、時間的要素(時間軸上の処理)は、一般的にＰＩＤ定数による固定値であるため、制御非収束の要因となる外部信号（適宜、外乱と表記する）には一つのＰＩＤ定数でのみでしか動作しないことになる。上記したファジィ制御に関しては、各種の提案がある。例えば、電線製造ラインにあって、電線の絶縁体の厚さを安定させて、電線外径の一定化を図るファジィ制御の例が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００２４】
また、ＰＩＤ制御に関しては、電子制御スロットル装置において、目標開度と実開度との偏差が収束状態にあるときにスロットルバルブの駆動モータの制御電流を制限するＰＩＤ制御の提案が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００２５】
【特許文献１】
特開平７−３７４５６号公報「ファジー制御による電線の外径制御システム」（要約）
【特許文献２】
特開２００２−７０５８８号公報「電子制御スロットル装置」（要約）
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
このような上記従来例では、次の（１）（２）（３）の不都合がある。
（１）従来例の前者のファジィ制御では、制御変化時間の長いフィードバック制御への適用(時間軸の制御)は困難であった。すなわち、ファジィ制御では、偏差信号に対応した制御が実行され、時間軸の制御(制御時間)が困難である。さらに、ファジィ制御信号のレベル変化(波形)がセンサー信号と対象である。
（２）従来例の後者のＰＩＤ制御によるフィードバック制御では、ループ時間軸に整合するように、ＰＩＤ制御を実行している。したがって、制御対象部(図１０参照)のループゲインで決定されるＰＩＤ定数において、固定値が多いことから、制御対象部のループゲインが直線性の場合は再現性が高く得られるものの、ＰＩＤ定数が固定値である場合には、多種の外乱や制御対象部での制御箇所が複数、かつ、非直線性のＰＩＤ制御では、良好な再現性が得られない。
（３）上記した（１）ファジィ制御、及び（２）ＰＩＤ制御の両方を半導体製造装置におけるフィードバック制御などにＣＰＵ構成をもって適用する場合、ファジィ制御及びＰＩＤ制御用のそれぞれのプログラムが必要となる。さらに、ファジィ制御及びＰＩＤ制御用のそれぞれを連携処理するためのシーケンスプログラムも必要となる。換言すれば、装置規模及び処理規模が増大化してしまう。公報例も上記した（１）ファジィ制御、及び（２）ＰＩＤ制御と同様の不都合がある。
【００２７】
本発明は、上記課題を解決するためになされ、プログラムステップ数が削減され、かつ、ファジィ制御及びＰＩＤ制御用のそれぞれのプログラム及び連携処理用のシーケンスプログラムが不要となって、装置規模及び処理規模が低減する、ファジィ・ＰＩＤ制御方法及びその装置並びにプログラムの提供を目的としている。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るファジィ・ＰＩＤ制御装置は、ＰＩＤ制御における比例定数、微分定数および積分定数を設定する設定手段と、制御対象物から入力されたセンサー信号の値と目標値との偏差を演算する偏差演算手段と、比例定数と偏差とを用いてＰＩＤ制御における比例処理とその有効／無効の判断とを行う比例判断手段と、比例判断手段が無効と判断した場合に微分定数を用いてＰＩＤ制御における微分処理の有効／無効を判断する微分判断手段と、微分判断手段が有効と判断した場合にファジィ推論法を用いて微分処理を行う微分処理手段と、微分判断手段が無効と判断した場合または微分処理手段が微分処理を行った場合に積分定数を用いてＰＩＤ制御における積分処理の有効／無効を判断する積分判断手段と、積分判断手段が有効と判断した場合に積分処理を行う積分処理手段と、比例処理、微分処理および積分処理の結果に応じて偏差から出力信号を生成する出力信号生成手段とを備える。
【００２９】
この発明に係るファジィ・ＰＩＤ制御プログラムは、ＰＩＤ制御における比例定数、微分定数および積分定数をメモリに格納する第１機能と、制御対象物から入力されたセンサー信号の値と目標値との偏差を演算手段に演算させる第２機能と、比例定数と偏差とを用いてＰＩＤ制御における比例処理とその有効／無効の判断とを演算手段に行わせる第３機能と、第３機能が無効と判断した場合に微分定数を用いてＰＩＤ制御における微分処理の有効／無効を演算手段に判断させる第４機能と、第４機能が有効と判断した場合にファジィ推論法を用いて微分処理を演算手段に行わせる第５機能と、第３機能が無効と判断した場合または第５機能がファジィ推論法を用いた微分処理を実行した場合に積分定数を用いてＰＩＤ制御における積分処理の有効／無効を演算手段に判断させる第６機能と、第６機能が有効と判断した場合に積分処理を演算手段に行わせる第７機能と、比例処理、微分処理および積分処理の結果に応じて偏差から出力信号を演算手段に生成させる第８機能とをコンピュータに実現させる。
【００３０】
この発明では、ＰＩＤ制御における微分処理を、ファジィ推論法を用いて行う。また、ＰＩＤ制御における積分処理の代わりに、ファジィ推論法の加重平均処理を行う。
【００３１】
上記目的を達成する本発明のファジィ・ＰＩＤ制御方法では、ＰＩＤ制御にファジィ制御を組み込んでいる。そして、このファジィ制御で、制御の時間軸の制御を可能にしている。さらに、固定的なＰＩＤ定数での動作に対し、ファジィ制御による制御対象部のループゲインの補正も可能にしている。
【００３２】
この場合、ファジィ制御用のプログラムの処理の加重平均が積分となる。また、ファジィ制御では、有効無効が比例領域となり、さらに、ファジィ制御の範囲が微分となる。この結果、これらをＭＰＵ構成で実行する際のプログラムステップ数が低減する。また、半導体製造装置におけるフィードバック制御をＭＰＵ構成で実行する際の、ファジィ制御及びＰＩＤ制御用のそれぞれのプログラム及び連携処理用のシーケンスプログラムが不要となる。これらの結果、装置規模及び処理規模が低減される。
【００３７】
本発明のプログラムでは、当該発明が、情報記録媒体（パッケージソフトウェアなど）や通信ネットワーク上からのダウンロード／インストールを通じた提供が可能になる。したがって、当該発明を、種々の装置に搭載されるマイクロコンピュータなどで容易に実施できるようになって、その汎用性が向上する。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明の実施形態を説明する。この構成は、本発明を理解できる程度に概略的に示している。
【００３９】
以下、本発明の好適な構成例について説明する。したがって、本発明は以下の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載に基づく様々な形態に適用可能である。
【００４０】
（実施形態の構成及び要部の個々の動作）
図１は本発明のファジィ・ＰＩＤ制御方法及びその装置並びにプログラムの実施形態における機能構成を示すブロック図である。
【００４１】
図１を参照すると、このファジィ・ＰＩＤ制御では、ファジィ・ＰＩＤ制御ユニット１に、例えば、半導体製造装置におけるヒーター加熱電源、ガス流量、モーター位置設定（位置決め）及びモーター回転速度の制御のためのセンサー信号（本発明（請求項）における検出信号に対応する）が温度／流量／モーション部３（本発明（請求項）における制御実施部に対応する。また、「モーション」は本発明（請求項）における「移動」に対応する）の図示しない検出器から入力される。ファジィ・ＰＩＤ制御ユニット１は、温度／流量／モーション部３からのセンサー信号に基づいてファジィ・ＰＩＤ制御信号を生成し、このファジィ・ＰＩＤ制御信号を、電源制御ユニット２に出力する。このファジィ・ＰＩＤ制御信号に基づいて、電源制御ユニット２（本発明（請求項）における電源制御部に対応する）がリニア／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号（本発明（請求項）におけるアナログ駆動信号、電源オン・オフ信号に対応する）を生成して、温度／流量／モーション部３に出力する。そのファジィ・ＰＩＤ制御を温度／流量／モーション部３が実行する。この温度／流量／モーション部３は、ファジィ制御による上記した「ヒーター加熱電源からモーター回転速度などまでの制御における状態」から、次の目標値の状態に変更設定したり、初期の状態（制御開始時）の目標値の状態に設定する制御を実行するものである。
【００４２】
この実施形態に係るファジィ・ＰＩＤ制御では、ＰＩＤ制御のうちＤ（微分）の演算を、ファジィ演算プログラムで行う。すなわち、この実施形態のファジィ・ＰＩＤ制御では、ＰＩＤ制御にファジィ制御を組み込んでいる。これにより、従来のファジィ制御では行えなかった、時間軸の制御を可能にしている。さらに、従来のＰＩＤ制御（固定的なＰＩＤ定数を用いた制御）と異なり、ファジィ制御による制御対象部のループゲインの補正が可能となるので、外乱に対する高速且つ高精度の対処が容易となる。
【００４３】
この場合、ファジィ制御用のプログラムの処理の加重平均が積分となる。また、ファジィ制御の有効無効では比例領域となり、さらに、ファジィ制御の範囲が微分となる。この結果、これらをＭＰＵ構成で実行する際のプログラムステップ数が低減する。すなわち、従来例をもって説明したようなファジィ制御及びＰＩＤ制御用のそれぞれのプログラム及び連携処理用のシーケンスプログラムも不要となる。
【００４４】
図２は、図１のファジィ・ＰＩＤ制御装置の機能構成の具体的な構成例を示すブロック図である。
【００４５】
図２を参照すると、この具体例の構成は、目標値信号とセンサー信号とが入力されて、この信号の差である偏差信号を出力する加算器１０（本発明（請求項）における検出手段に対応する）と、この加算器１０からの偏差信号に基づいたファジィ・ＰＩＤの制御によるファジィ・ＰＩＤ制御信号を出力するファジィ・ＰＩＤ制御部１１と、このファジィ・ＰＩＤ制御部１１からのファジィ・ＰＩＤ制御信号が入力され、そのファジィ・ＰＩＤ制御を実行するとともに、センサー信号を出力する制御対象部１２（本発明（請求項）における制御対象手段に対応する）とを有している。
【００４６】
ファジィ・ＰＩＤ制御部１１は、ＣＰＵ２０と、本実施形態での以下に説明するプログラムを格納したＲＯＭ２１及びワーキング処理用のＲＡＭ２２からなるＭＰＵ構成である。
【００４７】
ファジィ・ＰＩＤ制御部１１において、ＭＰＵ構成による処理(機能構成ファジィ・ＰＩＤ制御部１１のブロック内に図示)は、以降で詳細に説明する様に「（１）ファジィ制御の範囲／微分（Derivative）、（２）ファジィ演算結果を加重平均／積分（Intergral）、（３）ファジィ制御の有効無効範囲と置換／比例（Propotional）」である。
【００４８】
また、制御対象部１２は、図１中の電源制御ユニット２及び温度／流量／モーション部３に対応して構成されている。
【００４９】
なお、ここでの制御対象部１２の制御は、上記した半導体製造装置などにおける「ヒーター加熱電源からモーター回転速度などまでの制御における状態まで」において、次の目標値の状態に変更設定したり、初期の状態（制御開始時）の目標値の状態に設定する制御である。
【００５０】
また、ファジィ・ＰＩＤ制御信号の生成は、加算器１０での目標値信号とセンサー信号との差の偏差信号に対応するものであり、最終的には制御対象部１２の電源制御ユニットにおけるリニア／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号を生成して、最終的に制御対象部１２での温度／流量／モーション部によるファジィ・ＰＩＤ制御を制御収束目標として実行するためのものである。
【００５１】
センサー信号は、ファジィ・ＰＩＤ制御部１１が、制御対象部１２を制御するための、ファジィ・ＰＩＤ制御信号の生成用である。
【００５２】
（実施形態の全体の動作）
図３は図２に示す実施形態の動作の処理手順を示すフローチャートであり、図４は図３中のサブルーチン(ステップＳ４)の動作の処理手順を示すフローチャートである。また、図５はファジィ・ＰＩＤ制御における目標値に対するファジィ・ＰＩＤ制御信号及びセンサー信号を時間軸上で説明するための図である。
【００５３】
まず、図３を参照すると、ステップＳ１で、図２中のＲＡＭ２２に目標値及び基本定数が設定される。例えば、図２中のＣＰＵ２０に、入出力（Ｉ／Ｏ）回路（図示せず）に接続された入力操作装置（例えば、キーボード、マウス）から設定される。
【００５４】
この目標値は、図５中におけるファジィ・ＰＩＤ制御信号のレベルにおける設定値であり、半導体製造装置などにおけるフィードバック制御にあって、ヒーター加熱電源、ガス流量、モーター位置設定（位置決め）及びモーター回転速度の制御の所望値（所定値）である。
【００５５】
次に、ステップＳ２において、目標値及び基本定数（これはＰＩＤ定数である）が設定される。このそれぞれの設定は、図２中のファジィ・ＰＩＤ制御部１１の具体的な構成におけるＣＰＵ２０に対してＲＡＭ２２から取り込んだ記憶データ(ＰＩＤ定数)が設定される。
【００５６】
さらに、ステップＳ３において、図２中の加算器１０にセンサー信号、及び目標値信号が入力される。次に、ステップＳ４で、ファジィ・ＰＩＤ計算処理が実行される。このファジィ・ＰＩＤ計算処理は、図２に示すように、加算器１０における目標値信号とセンアー信号との差である偏差信号をファジィ・ＰＩＤ制御部１１で次のように処理してファジィ・ＰＩＤ制御信号を生成する。
【００５７】
このファジィ・ＰＩＤ計算処理Ｓ４は、偏差信号（センサー信号値と目標値との偏差を示す信号）に対応したファジィ・ＰＩＤ制御信号を生成する。後述するように、ファジィ・ＰＩＤ制御信号からは、制御対象部１２により、リニア（アナログ）／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号が生成される。この実施形態のリニア（アナログ）／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号は、図５に示すように、偏差信号値が所定範囲内に到達するまでは通常のＰＩＤ制御と同様にして生成され、該偏差信号値が所定範囲内になるとこの実施形態のファジィ・ＰＩＤ制御を用いて生成される。いずれの範囲でも、リニア（アナログ）／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号の生成には、同じＰＩＤ定数が利用される。図５から解るように、リニア（アナログ）／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号は、センサー信号の時間変化とほぼ対象となるように変化する。
【００５８】
ファジィ・ＰＩＤ制御部１１によるファジィ・ＰＩＤ制御信号計算処理（ステップＳ４）では、以下のような処理を行う。
（１）ファジィ制御の有効無効の範囲の判断を、ＰＩＤ制御における比例（Ｐ）定数を用いて行う。偏差信号値Ｓと比例定数Ｐとの比Ｓ／Ｐ［％］が０〜１０％と９０〜１００％とを「有効範囲」とし、残りの１０〜９０％を「無効範囲」とする。
（２）ＰＩＤ制御におけるＤ（微分）の演算（上記した図１０のＰＩＤ補償部を参照）を、ファジィ演算プログラムを用いて行う。
（３）ＰＩＤ制御におけるＩ（積分）定数に応じた回数（０〜ｎ回）分の加重平均を行う。
【００６０】
このステップＳ４の処理を図４に示すサブルーチンを参照して詳細に説明する。
【００６１】
図３中のステップＳ４のサブルーチンでは、ステップＳ３で偏差信号ｅを入力した後に、有効範囲／無効範囲を、比例領域に応じて判断する（図４のステップＳ４１）。比例領域とは、通常のＰＩＤ制御において、比例（Ｐ）定数のみを用いてフィードバック制御を行う領域である。すなわち、この比例領域では、微分・積分演算（後述）は行われない。比例処理の演算は、通常のＰＩＤ制御と同様であり、例えば偏差信号ｅと比例定数Ｐとの比［％］を求めることにより行う。そして、この演算結果ｅ／Ｐにより、偏差信号ｅが有効範囲に属するか或いは無効範囲に属するかが判断される。例えば、上記した０〜１００％内における０〜１０％と９０〜１００％とを「有効範囲」（比例処理のみを行う範囲）とし、残りの１０〜９０％を「無効範囲」（微分、積分処理を行う範囲、但し微分定数、積分定数が零の場合は行わない（後述））とする。このように、この処理Ｓ４１は、図３のステップＳ１，Ｓ２で設定された基本定数のうちの比例定数（Ｐ）で処理される。そして、判定結果が無効範囲の場合は次のファジィ制御の判定Ｓ４２に進み、また、有効範囲の場合は以降のステップＳ４６に進む。
【００６２】
ファジィ制御の判定（ステップＳ４２）では、通常のＰＩＤ制御プログラムと同様、図３のステップＳ１，Ｓ２で設定された微分（Ｄ）定数を用いて、微分処理の有効／無効が判断される。通常のＰＩＤ制御プログラムでは、微分定数の値が非零の場合は微分処理を行うが、該微分定数が零の場合は微分処理を行わない。この実施形態の制御プログラムは、ファジィ制御が有効の場合は次のファジィ計算（ステップＳ４３）に進み、また、ファジィ制御が無効の場合は以降のステップＳ４４に進む。微分処理を行わない場合、このＰＩＤ制御プログラムは、実質的にＰＩ制御を実行することになる。
【００６３】
ファジィ計算（ステップＳ４３）では、偏差信号ｅと微分定数とを用いて、微分（Ｄ）演算を行う。上述のように、この実施形態では、従来のＰＩＤ制御プログラムで行う微分演算処理に代えて、ファジィ演算プログラムで微分演算を行う。通常のＰＩＤ制御では微分定数Ｄが固定されているので、外乱の状態（極大値等）に応じて高速且つ高精度に微分処理を行うことができない（上述）。これに対して、この実施形態では、ファジィ演算プログラムを用いて微分演算処理を行うので、ＰＩＤ制御の微分定数を適宜変更する場合と同様の処理を簡単なプログラムで行うことができ、したがって、外乱の状態に応じた柔軟な微分処理を行うことが可能である。
【００６４】
加重平均の判定（ステップＳ４４）では、通常のＰＩＤ制御プログラムと同様、図３のステップＳ１，Ｓ２で設定された積分（Ｉ）定数を用いて、積分処理の有効／無効が判断される。通常のＰＩＤ制御プログラムでは、積分定数の値が非零の場合は積分処理を行うが、該積分定数が零の場合は積分処理を行わない。積分処理を行わない場合、このＰＩＤ制御プログラムは、実質的にＰＤ制御を実行することになる。この実施形態の制御プログラムは、加重平均が有効の場合は次の加重平均計算（ステップＳ４５）に進み、また、加重平均が無効の場合は以降のステップＳ４６に進む。
加重平均計算（ステップＳ４５）では、ファジィ制御プログラムを用いてファジィ計算結果の加重平均処理が行われる。この加重平均計算は、通常のＰＩＤ制御における積分演算処理に対応している。
【００６５】
この後でファジィ制御・ＰＩＤ出力となる。この値は、例えば、図２中のＲＡＭ２２で一時的に記憶され、前回出力値としてステップＳ４５の加重平均計算に用いられる（ステップＳ４６）。
【００６６】
次に、この図４のサブルーチン（図３中の（ステップＳ４）の処理の後は、図３におけるステップＳ５の処理となる。このステップＳ５おいて、ファジィ・ＰＩＤによる制御信号（ファジィ・ＰＩＤ制御信号）を制御対象部１２に出力する。
【００６７】
そして、図４のステップＳ６において、目標値（設定値）の変更有無を判断し、この有無で変更がある場合（Ｎo）、ステップＳ２の目標値が設定され、基本定数（ＰＩＤ定数）の設定にリターンして、以降のルーチンを実行する。また、ステップＳ６において、目標値の変更がない場合は（Ｙｅｓ）、制御終了を判断し、終了でない場合は（Ｎo）、再度の制御実行のために、ステップＳ３のセンサー信号入力にリターンして以降の処理を実行する。また、ステップＳ７で制御終了の場合は、一連のファジィ・ＰＩＤ制御が終了となる。
【００６８】
（実施形態の利点）
このように、この実施形態では、フィードバック制御のファジィ・ＰＩＤ制御では、ＰＩＤ制御にファジィ制御を組み込み、ファジィ制御で、時間軸の制御を可能にし、さらに、固定的なＰＩＤ定数での動作に対し、ファジィ制御による制御対象部のループゲインの補正も可能にしている。
【００６９】
この場合、ファジィ制御用のプログラム処理の加重平均が積分となる。また、ファジィ制御のプログラム処理が、有効無効範囲が比例領域となり、さらに、ファジィ制御の範囲が微分となる。この結果、これらをＭＰＵ構成で実行する際のプログラムステップ数が低減する。
【００７０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、この発明のファジィ・ＰＩＤ制御装置並びにプログラムによれば、ＰＩＤ制御における微分処理に代えてファジィ推論法を用いた微分処理を行うので、外乱の状態に応じた柔軟な微分処理を行うことができる。
さらに、ファジィ制御プログラムとＰＩＤ制御プログラムとを併用する場合と比較して、これらのプログラムを連携させるためのシーケンスプログラムが不要となることなどの理由により、ファジィ・ＰＩＤ制御装置の装置規模及びファジィ・ＰＩＤ制御プログラムの処理規模を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のファジィ・ＰＩＤ制御方法及びその装置並びにプログラムの実施形態における機能構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態のファジィ・ＰＩＤ制御装置の実際の構成例を示すブロック図である。
【図３】実施形態の動作の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図３中のサブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図５】実施形態のファジィ・ＰＩＤ制御における目標値に対するファジィ・ＰＩＤ制御信号及びセンサー信号を時間軸上で説明するための図である。
【図６】従来のファジィ制御の機能構成を示すブロック図である。
【図７】従来のファジィ制御処理を説明するための図である。
【図８】従来のファジィ制御での目標値に対するファジィ制御信号及びセンサー信号のレベルを時間軸上で説明するための図である。
【図９】従来のＰＩＤ制御の機能構成を示すブロック図である。
【図１０】従来のＰＩＤ制御装置の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図１１】従来のＰＩＤ制御にあって目標値に対するＰＩＤ制御信号及びセンサー信号を時間軸上で説明するための図である。
【符号の説明】
１  ファジィ・ＰＩＤ制御ユニット
２  電源制御ユニット
３  温度／流量／モーション部
１０  加算器
１１  ファジィ・ＰＩＤ制御部
１２  制御対象部
２０  ＣＰＵ
２１  ＲＯＭ
２２  ＲＡＭ
【図１】
0003774705.tif 000002
【図２】
0003774705.tif 000003
【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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