(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のエネルギー消費量内で２台のコントローラを用いて制御を行う制御装置であって、
（１）第１の操作量出力上限に応じて操作量出力を算出する優先側コントローラと、
（２）第２の操作量出力上限に応じて操作量出力を算出する非優先側コントローラと、
（３）前記優先側コントローラの操作量出力が装置全体の操作量出力上限を示す所定値以下となるように、予め入力された第１の操作量出力上限の大きさを制限して前記優先側コントローラに与える優先側上限処理部と、
（４）前記優先側コントローラと前記非優先側コントローラの操作量出力の和が前記所定値以下となるように、前記第２の操作量出力上限を算出して前記非優先側コントローラに与える非優先側上限算出部と、
（５）前記第２の操作量出力上限に対する前記非優先側コントローラの操作量出力の余裕度に応じて、前記第１の操作量出力上限を増減させる算出を行い、算出した値を次制御周期の第１の操作量出力上限として前記優先側上限処理部に与える優先側上限算出部とを有することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
所定のエネルギー消費量内でｎ（ｎは３以上の整数）台のコントローラを用いて制御を行う制御装置であって、
（１）予め第１番目から第ｍ（ｍはｎ−１）番目の優先順位が割り当てられ、対応する第１〜第ｍの操作量出力上限に応じてそれぞれ操作量出力を算出する第１〜第ｍのコントローラと、
（２）予め最下位に順位付けされ、第ｎの操作量出力上限に応じて操作量出力を算出する第ｎのコントローラと、
（３）第ｋ（ｋは１〜ｍの整数）のコントローラ毎に設けられ、前記第１〜第ｋのコントローラの操作量出力の和が装置全体の操作量出力上限を示す所定値以下となるように、予め入力された第ｋの操作量出力上限の大きさを制限して第ｋのコントローラに与える第１〜第ｍの優先側上限処理部と、
（４）前記第１〜第ｍのコントローラと前記第ｎのコントローラの操作量出力の和が前記所定値以下となるように、前記第ｎの操作量出力上限を算出して前記第ｎのコントローラに与える非優先側上限算出部と、
（５）第ｋのコントローラ毎に設けられ、第ｋ＋１の操作量出力上限に対する第ｋ＋１のコントローラの操作量出力の余裕度に応じて、第ｋの操作量出力上限を増減させる算出を行い、算出した値を次制御周期の第ｋの操作量出力上限として第ｋの優先側上限処理部に与える第１〜第ｍの優先側上限算出部とを有することを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の制御装置において、
前記優先側上限算出部は、前記第２の操作量出力上限に対して前記非優先側コントローラの操作量出力に余裕があるとき、前記第１の操作量出力上限を増加させ、前記余裕がないとき、前記第１の操作量出力上限を減少させ、この減少の程度を前記非優先側コントローラに対する前記優先側コントローラの優先度に応じて変えることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項２記載の制御装置において、
前記第ｋのコントローラに対応する第ｋの優先側上限算出部は、前記第ｋ＋１の操作量出力上限に対して前記第ｋ＋１のコントローラの操作量出力に余裕があるとき、前記第ｋの操作量出力上限を増加させ、前記余裕がないとき、前記第ｋの操作量出力上限を減少させ、この減少の程度を前記第ｋ＋１のコントローラに対する前記第ｋのコントローラの優先度に応じて変えることを特徴とする制御装置。
【請求項５】
所定のエネルギー消費量内で優先側コントローラと非優先側コントローラの２台のコントローラを用いて制御を行う制御装置において、
（１）前記優先側コントローラの操作量出力が装置全体の操作量出力上限を示す所定値以下となるように、予め入力された第１の操作量出力上限の大きさを制限する優先側上限処理と、
（２）この第１の操作量出力上限に応じて前記優先側コントローラで操作量出力を算出する優先側操作量出力算出処理と、
（３）前記優先側コントローラと前記非優先側コントローラの操作量出力の和が前記所定値以下となるように、第２の操作量出力上限を算出する非優先側上限算出処理と、
（４）この第２の操作量出力上限に応じて前記非優先側コントローラで操作量出力を算出する非優先側操作量出力算出処理と、
（５）前記第２の操作量出力上限に対する前記非優先側コントローラの操作量出力の余裕度に応じて、前記第１の操作量出力上限を増減させる算出を行い、算出した値を次制御周期の第１の操作量出力上限として前記優先側上限処理に与える優先側上限算出処理とを繰り返し行うことを特徴とする制御方法。
【請求項６】
所定のエネルギー消費量内で予め第１番目から第ｎ（ｎは３以上の整数）番目の優先順位が割り当てられたｎ台のコントローラを用いて制御を行う制御装置において、
（１）第１のコントローラの操作量出力が装置全体の操作量出力上限を示す所定値以下となるように、予め入力された第１の操作量出力上限の大きさを制限する第１の優先側上限処理と、
（２）この第１の操作量出力上限に応じて前記第１のコントローラで操作量出力を算出する第１の優先側操作量出力算出処理と、
（３）前記第１のコントローラと第２のコントローラの操作量出力の和が前記所定値以下となるように、第２の操作量出力上限を算出する第２の優先側上限処理と、
（４）この第２の操作量出力上限に応じて前記第２のコントローラで操作量出力を算出する第２の優先側操作量出力算出処理と、
（５）前記第２の操作量出力上限に対する前記第２のコントローラの操作量出力の余裕度に応じて、前記第１の操作量出力上限を増減させる算出を行い、算出した値を次制御周期の第１の操作量出力上限として前記第１の優先側上限処理に与える第１の優先側上限算出処理とを行い、
（６）第１〜第ｉのコントローラの操作量出力の和が前記所定値以下となるように、予め入力された第ｉの操作量出力上限の大きさを制限する第ｉの優先側上限処理と、この第ｉの操作量出力上限に応じて第ｉのコントローラで操作量出力を算出する第ｉの優先側操作量出力算出処理と、第ｉの操作量出力上限に対する第ｉのコントローラの操作量出力の余裕度に応じて、第ｉ−１の操作量出力上限を増減させる算出を行い、算出した値を次制御周期の第ｉ−１の操作量出力上限として第ｉ−１の優先側上限処理に与える第ｉ−１の優先側上限算出処理の３つの処理をｉ（ｉは３〜ｍの整数）毎に順次行い、
（７）前記第１〜第ｍのコントローラと前記第ｎのコントローラの操作量出力の和が前記所定値以下となるように、第ｎの操作量出力上限を算出する非優先側上限算出処理と、
（８）この第ｎの操作量出力上限に応じて前記第ｎのコントローラで操作量出力を算出する非優先側操作量出力算出処理と、
（９）前記第ｎの操作量出力上限に対する前記第ｎのコントローラの操作量出力の余裕度に応じて、第ｍの操作量出力上限を増減させる算出を行い、算出した値を次制御周期の第ｍの操作量出力上限として第ｍの優先側上限処理に与える第ｍの優先側上限算出処理とを行い、前記（１）〜（９）の処理を繰り返し行うことを特徴とする制御方法。
【請求項７】
請求項５記載の制御方法において、
前記優先側上限算出処理は、前記第２の操作量出力上限に対して前記非優先側コントローラの操作量出力に余裕があるとき、前記第１の操作量出力上限を増加させ、前記余裕がないとき、前記第１の操作量出力上限を減少させ、この減少の程度を前記非優先側コントローラに対する前記優先側コントローラの優先度に応じて変える処理であることを特徴とする制御方法。
【請求項８】
請求項６記載の制御方法において、
前記第ｋ（ｋは１〜ｍの整数）のコントローラに対応する第ｋの優先側上限算出処理は、前記第ｋ＋１の操作量出力上限に対して前記第ｋ＋１のコントローラの操作量出力に余裕があるとき、前記第ｋの操作量出力上限を増加させ、前記余裕がないとき、前記第ｋの操作量出力上限を減少させ、この減少の程度を前記第ｋ＋１のコントローラに対する前記第ｋのコントローラの優先度に応じて変える処理であることを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定のエネルギー消費量内で複数台のコントローラを用いて制御を行う制御装置および制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、制御系を１つの装置内に複数ループ有する装置（例えば電気ヒータをアクチュエータとする半導体製造装置）が知られている。このような装置では、全ての制御ループの制御特性を重視する必要がない場合、各制御ループ毎のコントローラに優先順位をつけて制御を行うことができる。各コントローラに優先順位をつけて制御すれば、電力消費量（すなわち、エネルギー消費量）を抑えることができる。例えば、ヒータの最大出力が４００Ｗの制御ループが２つある場合、２つのコントローラに優先順位をつけずに制御するとすれば、電源などの電力設備が８００Ｗ分必要になるが、各コントローラに優先順位をつけて制御すれば、電力設備を小型化することが可能になる。
【０００３】
従来、各コントローラに優先順位をつけて制御する場合、優先順位の高いコントローラから順次動作させ、余った能力（供給可能な電力量）内で優先順位の低いコントローラを動作させる方法（以下、第１の従来例と呼ぶ）があった。また、他の方法として、複数のコントローラのうち最も遅い動作をするコントローラに合わせて他のコントローラの能力を落として制御するという方法（以下、第２の従来例と呼ぶ）がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の従来例では、優先順位の高いコントローラが過剰に優先され、優先順位の低いコントローラが殆ど機能せず、優先順位の低いコントローラの制御性が得られない場合があるという問題点があった。また、優先順位の低いコントローラも動作させようとすると、装置全体の能力を上げる必要があり、その結果エネルギー消費量が増えて装置が大型化してしまうという問題点があった。さらに、第１の従来例では、優先順位に基づいて各コントローラ毎に予め決められた固定の能力内でのみ各コントローラが動作するように設定した場合、装置全体の使用可能な能力を使い切れずに、能力に余裕が残ってしまうという問題点があった。
また、第２の従来例では、優先順位の高いコントローラの能力を殺して使うことになるので、初めから能力の小さいコントローラを使っていれば済むことになり、制御性を犠牲にする使い方になるという問題点があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、各コントローラの制御性とエネルギー消費量とを容認できる範囲で両立させ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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の制御装置は、（１）第１の操作量出力上限（ＭＨ1 ）に応じて操作量出力（ＭＶ１）を算出する優先側コントローラ（ＰＩＤ1 ）と、（２）第２の操作量出力上限（ＭＨ2 ）に応じて操作量出力（ＭＶ2 ）を算出する非優先側コントローラ（ＰＩＤ2 ）と、（３）前記優先側コントローラの操作量出力が装置全体の操作量出力上限を示す所定値（ＭＴ1 ）以下となるように、予め入力された第１の操作量出力上限の大きさを制限して前記優先側コントローラに与える優先側上限処理部（Ｌ＿ＭＨ1 ）と、（４）前記優先側コントローラと前記非優先側コントローラの操作量出力の和が前記所定値以下となるように、前記第２の操作量出力上限を算出して前記非優先側コントローラに与える非優先側上限算出部（Ｃ＿ＭＨ2 ）と、（５）前記第２の操作量出力上限に対する前記非優先側コントローラの操作量出力の余裕度に応じて、前記第１の操作量出力上限を増減させる算出を行い、算出した値を次制御周期の第１の操作量出力上限（ＭＨ1 ’）として前記優先側上限処理部に与える優先側上限算出部（Ｃ＿ＭＨ1 ）とを有するものである。
【０００６】
また、本発明の制御装置は、（１）予め第１番目から第ｍ（ｍはｎ−１）番目の優先順位が割り当てられ、対応する第１〜第ｍの操作量出力上限（ＭＨ1 〜ＭＨm ）に応じてそれぞれ操作量出力（ＭＶ1 〜ＭＶm ）を算出する第１〜第ｍのコントローラ（ＰＩＤ1 〜ＰＩＤm ）と、（２）予め最下位に順位付けされ、第ｎの操作量出力上限（ＭＨn ）に応じて操作量出力（ＭＶn ）を算出する第ｎのコントローラ（ＰＩＤn ）と、（３）第ｋ（ｋは１〜ｍの整数）のコントローラ毎に設けられ、前記第１〜第ｋのコントローラの操作量出力の和が装置全体の操作量出力上限を示す所定値（ＭＴ1 ）以下となるように、予め入力された第ｋの操作量出力上限の大きさを制限して第ｋのコントローラに与える第１〜第ｍの優先側上限処理部（Ｌ＿ＭＨ1 〜Ｌ＿ＭＨm ）と、（４）前記第１〜第ｍのコントローラと前記第ｎのコントローラの操作量出力の和が前記所定値以下となるように、前記第ｎの操作量出力上限を算出して前記第ｎのコントローラに与える非優先側上限算出部（Ｃ＿ＭＨn ）と、（５）第ｋのコントローラ毎に設けられ、第ｋ＋１の操作量出力上限に対する第ｋ＋１のコントローラの操作量出力の余裕度に応じて、第ｋの操作量出力上限を増減させる算出を行い、算出した値を次制御周期の第ｋの操作量出力上限（ＭＨ1 ’〜ＭＨm ’）として第ｋの優先側上限処理部に与える第１〜第ｍの優先側上限算出部（Ｃ＿ＭＨ1 〜Ｃ＿ＭＨm ）とを有するものである。
【０００７】
また、本発明の制御装置の１構成例として、前記優先側上限算出部は、前記第２の操作量出力上限に対して前記非優先側コントローラの操作量出力に余裕があるとき、前記第１の操作量出力上限を増加させ、前記余裕がないとき、前記第１の操作量出力上限を減少させ、この減少の程度を前記非優先側コントローラに対する前記優先側コントローラの優先度に応じて変えるものである。
また、本発明の制御装置の１構成例として、前記第ｋのコントローラに対応する第ｋの優先側上限算出部は、前記第ｋ＋１の操作量出力上限に対して前記第ｋ＋１のコントローラの操作量出力に余裕があるとき、前記第ｋの操作量出力上限を増加させ、前記余裕がないとき、前記第ｋの操作量出力上限を減少させ、この減少の程度を前記第ｋ＋１のコントローラに対する前記第ｋのコントローラの優先度に応じて変えるものである。
【０００８】
また、本発明の制御方法は、所定のエネルギー消費量内で優先側コントローラと非優先側コントローラの２台のコントローラを用いて制御を行う制御装置において、（１）前記優先側コントローラ（ＰＩＤ1 ）の操作量出力が装置全体の操作量出力上限を示す所定値（ＭＴ1 ）以下となるように、予め入力された第１の操作量出力上限（ＭＨ1 ）の大きさを制限する優先側上限処理と、（２）この第１の操作量出力上限に応じて前記優先側コントローラで操作量出力（ＭＶ1 ）を算出する優先側操作量出力算出処理と、（３）前記優先側コントローラと前記非優先側コントローラ（ＰＩＤ2 ）の操作量出力の和が前記所定値以下となるように、第２の操作量出力上限（ＭＨ2 ）を算出する非優先側上限算出処理と、（４）この第２の操作量出力上限に応じて前記非優先側コントローラで操作量出力（ＭＶ2 ）を算出する非優先側操作量出力算出処理と、（５）前記第２の操作量出力上限に対する前記非優先側コントローラの操作量出力の余裕度に応じて、前記第１の操作量出力上限を増減させる算出を行い、算出した値を次制御周期の第１の操作量出力上限として前記優先側上限処理に与える優先側上限算出処理とを繰り返し行うようにしたものである。
【０００９】
また、本発明の制御方法は、所定のエネルギー消費量内で予め第１番目から第ｎ（ｎは３以上の整数）番目の優先順位が割り当てられたｎ台のコントローラを用いて制御を行う制御装置において、（１）第１のコントローラ（ＰＩＤ1 ）の操作量出力が装置全体の操作量出力上限を示す所定値（ＭＴ1 ）以下となるように、予め入力された第１の操作量出力上限（ＭＨ1 ）の大きさを制限する第１の優先側上限処理と、（２）この第１の操作量出力上限に応じて前記第１のコントローラで操作量出力（ＭＶ1 ）を算出する第１の優先側操作量出力算出処理と、（３）前記第１のコントローラと第２のコントローラ（ＰＩＤ2 ）の操作量出力の和が前記所定値以下となるように、第２の操作量出力上限（ＭＨ2 ）を算出する第２の優先側上限処理と、（４）この第２の操作量出力上限に応じて前記第２のコントローラで操作量出力（ＭＶ2 ）を算出する第２の優先側操作量出力算出処理と、（５）前記第２の操作量出力上限に対する前記第２のコントローラの操作量出力の余裕度に応じて、前記第１の操作量出力上限を増減させる算出を行い、算出した値を次制御周期の第１の操作量出力上限として前記第１の優先側上限処理に与える第１の優先側上限算出処理とを行い、（６）第１〜第ｉのコントローラの操作量出力の和が前記所定値以下となるように、予め入力された第ｉの操作量出力上限の大きさを制限する第ｉの優先側上限処理と、この第ｉの操作量出力上限に応じて第ｉのコントローラで操作量出力を算出する第ｉの優先側操作量出力算出処理と、第ｉの操作量出力上限に対する第ｉのコントローラの操作量出力の余裕度に応じて、第ｉ−１の操作量出力上限を増減させる算出を行い、算出した値を次制御周期の第ｉ−１の操作量出力上限として第ｉ−１の優先側上限処理に与える第ｉ−１の優先側上限算出処理の３つの処理をｉ（ｉは３〜ｍの整数）毎に順次行い、（７）前記第１〜第ｍのコントローラと前記第ｎのコントローラの操作量出力の和が前記所定値以下となるように、第ｎの操作量出力上限を算出する非優先側上限算出処理と、（８）この第ｎの操作量出力上限に応じて前記第ｎのコントローラで操作量出力（ＭＶn ）を算出する非優先側操作量出力算出処理と、（９）前記第ｎの操作量出力上限に対する前記第ｎのコントローラの操作量出力の余裕度に応じて、第ｍの操作量出力上限を増減させる算出を行い、算出した値を次制御周期の第ｍの操作量出力上限（ＭＨm ’）として第ｍの優先側上限処理に与える第ｍの優先側上限算出処理とを行い、前記（１）〜（９）の処理を繰り返し行うようにしたものである。
【００１０】
また、本発明の制御方法の１構成例として、前記優先側上限算出処理は、前記第２の操作量出力上限に対して前記非優先側コントローラの操作量出力に余裕があるとき、前記第１の操作量出力上限を増加させ、前記余裕がないとき、前記第１の操作量出力上限を減少させ、この減少の程度を前記非優先側コントローラに対する前記優先側コントローラの優先度に応じて変える処理である。
また、本発明の制御方法の１構成例として、前記第ｋ（ｋは１〜ｍの整数）のコントローラに対応する第ｋの優先側上限算出処理は、前記第ｋ＋１の操作量出力上限に対して前記第ｋ＋１のコントローラの操作量出力に余裕があるとき、前記第ｋの操作量出力上限を増加させ、前記余裕がないとき、前記第ｋの操作量出力上限を減少させ、この減少の程度を前記第ｋ＋１のコントローラに対する前記第ｋのコントローラの優先度に応じて変える処理である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
［実施の形態の１］
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
図１の制御装置は、優先側コントローラＰＩＤ1 と、非優先側コントローラＰＩＤ2 と、優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 と、非優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ2 と、優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 とから構成されている。
【００１２】
本実施の形態は、例えば電気ヒータをアクチュエータとする制御系を１つの装置内に２ループ備える装置（半導体製造装置等）において、どちらかの制御ループの制御特性をあまり重視しなくて良い場合に、これら２ループを対象として適用することができる。この場合、制御特性を重視する必要がある制御ループのコントローラが優先側コントローラとなり、制御特性をあまり重視しなくて良い制御ループのコントローラが非優先側コントローラとなる。
【００１３】
以下、本実施の形態の制御装置の動作について説明する。図２は図１の制御装置の動作を示すフローチャート図である。
最初に、優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 は、優先側コントローラＰＩＤ1 の操作量出力ＭＶ1 の上限を示す操作量出力上限値ＭＨ1 と予め設定された装置全体の操作量出力上限を示す所定値ＭＴ1 （例えば１００％）とを比較して、操作量出力上限値ＭＨ1 が所定値ＭＴ1 より大きい場合は、ＭＨ1 ＝ＭＴ1 、すなわち所定値ＭＴ1 を新たな操作量出力上限値ＭＨ1 とする上限処理を行う（図２ステップ１０１）。
【００１４】
そして、優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 は、更新した操作量出力上限値ＭＨ1 を優先側コントローラＰＩＤ1 と優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 へ出力する。なお、操作量出力上限値ＭＨ1 が所定値ＭＴ1 以下の場合は、操作量出力上限値ＭＨ1 を更新する必要はなく、現在の操作量出力上限値ＭＨ1 をそのまま出力すればよい。また、最初の制御周期における操作量出力上限値ＭＨ1 の初期値は例えば１００％に設定されている。
【００１５】
次に、優先側コントローラＰＩＤ1 は、ＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ1 を算出する（ステップ１０２）。
ステップ１０２において、優先側コントローラＰＩＤ1 は、前記操作量出力上限値ＭＨ1 に基づく上限処理を行う前の操作量である内部出力値ＵＣ1 をＰＩＤ演算により次式のように算出する。
【００１６】
ＵＣ1 ＝Ｋｇ1 ｛１＋１／（Ｔｉ1 ｓ）＋Ｔｄ1 ｓ｝（ＳＰ1 −ＰＶ1 ）・・・（１）
式（１）において、Ｋｇ1 はコントローラＰＩＤ1 の比例ゲイン、Ｔｉ1 はコントローラＰＩＤ1 の積分時間、Ｔｄ1 はコントローラＰＩＤ1 の微分時間、ＳＰ1 はコントローラＰＩＤ1 の制御対象（不図示）について設定される設定値、ＰＶ1 はこの制御対象の制御量である。比例ゲインＫｇ1 、積分時間Ｔｉ1 、微分時間Ｔｄ1 及び設定値ＳＰ1 は予め設定され、制御量ＰＶ1 は図示しないセンサによって検出される。
【００１７】
続いて、優先側コントローラＰＩＤ1 は、算出した内部出力値ＵＣ1 と優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 から出力された操作量出力上限値ＭＨ1 とを比較して、内部出力値ＵＣ1 が操作量出力上限値ＭＨ1 より大きい場合は、ＭＶ1 ＝ＭＨ1 、すなわち操作量出力上限値ＭＨ1 を操作量出力ＭＶ1 とする上限処理を行い、内部出力値ＵＣ1 が操作量出力上限値ＭＨ1 以下の場合は、ＭＶ1 ＝ＵＣ1 、すなわち内部出力値ＵＣ1 を操作量出力ＭＶ1 とする。
【００１８】
そして、優先側コントローラＰＩＤ1 は、算出した操作量出力ＭＶ1 を図示しない制御対象と非優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ2 へ出力すると同時に、内部出力値ＵＣ1 を優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 へ出力する。
以上でステップ１０２の処理が終了する。
【００１９】
次に、非優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ2 は、非優先側コントローラＰＩＤ2 の操作量出力ＭＶ2 の上限を示す操作量出力上限値ＭＨ2 を次式のように算出して、この操作量出力上限値ＭＨ2 を非優先側コントローラＰＩＤ2 へ出力する（ステップ１０３）。
ＭＨ2 ＝ＭＴ1 −ＭＶ1                                   ・・・（２）
【００２０】
非優先側コントローラＰＩＤ2 は、ＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ2 を算出する（ステップ１０４）。
ステップ１０４において、非優先側コントローラＰＩＤ2 は、前記操作量出力上限値ＭＨ2 に基づく上限処理を行う前の操作量である内部出力値ＵＣ2 をＰＩＤ演算により次式のように算出する。
【００２１】
ＵＣ2 ＝Ｋｇ2 ｛１＋１／（Ｔｉ2 ｓ）＋Ｔｄ2 ｓ｝（ＳＰ2 −ＰＶ2 ）・・・（３）
式（３）において、Ｋｇ2 はコントローラＰＩＤ2 の比例ゲイン、Ｔｉ2 はコントローラＰＩＤ2 の積分時間、Ｔｄ2 はコントローラＰＩＤ2 の微分時間、ＳＰ2 はコントローラＰＩＤ2 の制御対象（不図示）について設定される設定値、ＰＶ2 はこの制御対象の制御量である。比例ゲインＫｇ2 、積分時間Ｔｉ2 、微分時間Ｔｄ2 及び設定値ＳＰ2 は予め設定され、制御量ＰＶ2 は図示しないセンサによって検出される。
【００２２】
続いて、非優先側コントローラＰＩＤ2 は、算出した内部出力値ＵＣ2 と非優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ2 から出力された操作量出力上限値ＭＨ2 とを比較して、内部出力値ＵＣ2 が操作量出力上限値ＭＨ2 より大きい場合は、ＭＶ2 ＝ＭＨ2 、すなわち操作量出力上限値ＭＨ2 を操作量出力ＭＶ2 とする上限処理を行い、内部出力値ＵＣ2 が操作量出力上限値ＭＨ2 以下の場合は、ＭＶ2 ＝ＵＣ2 、すなわち内部出力値ＵＣ2 を操作量出力ＭＶ2 とする。
【００２３】
そして、非優先側コントローラＰＩＤ2 は、算出した操作量出力ＭＶ2 を図示しない制御対象と優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 へ出力すると同時に、内部出力値ＵＣ2 を優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 へ出力する。
以上でステップ１０４の処理が終了する。
【００２４】
次に、優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 は、優先側コントローラＰＩＤ1 の次制御周期の操作量出力上限値ＭＨ1 ’を算出する（ステップ１０５）。
ステップ１０５において、優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 は、非優先側コントローラＰＩＤ2 から出力された内部出力値ＵＣ2 と操作量出力ＭＶ2 に基づいて次式が成立するかどうかを判定する。
【００２５】
α（ＵＣ2 −ＭＶ2 ）＞０                                ・・・（４）
αは非優先側コントローラＰＩＤ2 に対する優先側コントローラＰＩＤ1 の制御の優先度を示す優先度係数であり、０〜１の実数値をとる（０のとき優先度最大、１のとき優先度最小）。
【００２６】
優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 は、式（４）が成立する場合、優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 から出力された現制御周期の操作量出力上限値ＭＨ1 、優先側コントローラＰＩＤ1 から出力された内部出力値ＵＣ1 、非優先側コントローラＰＩＤ2 から出力された操作量出力ＭＶ2 及び内部出力値ＵＣ2 に基づいて、優先側コントローラＰＩＤ1 の次制御周期の操作量出力上限値ＭＨ1 ’を次式のように算出して、この操作量出力上限値ＭＨ1 ’を優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 へ出力する。
【００２７】
0003785029.tif 000002
Ｔｘ1 は移行時間であり、例えばＴｘ1 ＝Ｔｄ1 とする。ｄＴは制御周期である。
【００２８】
また、優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 は、式（４）が不成立の場合、優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 から出力された現制御周期の操作量出力上限値ＭＨ1 、所定値ＭＴ1 に基づいて、操作量出力上限値ＭＨ1 ’を次式のように算出して、この操作量出力上限値ＭＨ1 ’を優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 へ出力する。
ＭＨ1 ’＝［ＭＨ1 Ｔｘ1 ＋ＭＴ1 ｄＴ］／（Ｔｘ1 ＋ｄＴ）  ・・（６）
こうして、ステップ１０５の処理が終了する。
【００２９】
以上のステップ１０１〜１０５を１制御周期における処理とし、ステップ１０１〜１０５の処理を制御周期ｄＴ毎に繰り返す。
なお、優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 は、ＭＨ1 ＝ＭＨ1 ’、すなわち前制御周期で優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 によって算出され出力された操作量出力上限値ＭＨ1 ’を現制御周期の操作量出力上限値ＭＨ1 として、ステップ１０１の処理を行う。
【００３０】
このように、本実施の形態では、優先側コントローラＰＩＤ1 の操作量出力ＭＶ1 と非優先側コントローラＰＩＤ2 の操作量出力ＭＶ2 の総和を、常に所定値ＭＴ1 （例えば１００％）以下に維持するために、非優先側コントローラＰＩＤ2 の操作量出力上限値ＭＨ2 をＭＴ1 −ＭＶ1 にする（ステップ１０３）。
【００３１】
そして、式（４）が不成立の場合、すなわち非優先側コントローラＰＩＤ2 の内部出力値ＵＣ2 が操作量出力上限値ＭＨ2 に対して余裕がある場合（ＵＣ2 ≦ＭＨ2 ）、式（６）を用いて優先側コントローラＰＩＤ1 の操作量出力上限値ＭＨ1 を増加させて所定値ＭＴ1 に漸近的に接近させる（ステップ１０５）。これにより、優先側コントローラＰＩＤ1 がより大きな操作量出力ＭＶ1 を出力できるようにする。なお、このときの移行時間Ｔｘ1 は、操作量出力上限値ＭＨ1 が所定値ＭＴ1 に移行するまでの時間（正確には、操作量出力上限値ＭＨ1 と所定値ＭＴ1 との間を１００％としたとき、６３．２％変動するまでの時間）となる。
【００３２】
また、式（４）が成立する場合、すなわち非優先側コントローラＰＩＤ2 の内部出力値ＵＣ2 が操作量出力上限値ＭＨ2 に対して余裕がない場合（ＵＣ2 ＞ＭＨ2 ）、式（５）を用いて優先側コントローラＰＩＤ1 の操作量出力上限値ＭＨ1 を非優先側コントローラＰＩＤ2 の出力不足分（ＵＣ2 −ＭＶ2 ）だけ減少する方向に漸近的に接近させる（ステップ１０５）。これにより、優先側コントローラＰＩＤ1 の操作量出力ＭＶ1 を抑えるようにする。なお、このときの移行時間Ｔｘ1 は、操作量出力上限値ＭＨ1 がＵＣ1 −（ＵＣ2 −ＭＶ2 ）に移行するまでの時間となる。
【００３３】
そして、式（４）が成立して、優先側コントローラＰＩＤ1 の操作量出力上限値ＭＨ1 を減少させる際、その減少の指標となる非優先側コントローラＰＩＤ2 の出力不足分（ＵＣ2 −ＭＶ2 ）に対しては優先度係数αが乗算される。この優先度係数αの値を調整することにより、優先側コントローラＰＩＤ1 を過剰に優先することなく、非優先側コントローラＰＩＤ2 の制御性も可能な範囲で良好に維持することができる。
【００３４】
図３は本実施の形態の制御装置の制御動作例を示す図である。図３は６００秒にて外乱が印加され、また９００秒にて優先側コントローラＰＩＤ1 の設定値ＳＰ1 が３０％から４０％に変更されたときの制御量ＰＶ1 ，ＰＶ2 を求めたシミュレーション結果である。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、優先側コントローラＰＩＤ1 の優先度を最大とした場合（α＝０）、図中前半の外乱印加時、図中後半の優先側設定値ＳＰ1 の変更時に非優先側コントローラＰＩＤ2 の制御が劣化するが、優先側コントローラＰＩＤ1 の制御は最速応答になる。
一方、図３（ｂ）に示すように、優先側コントローラＰＩＤ1 の優先度を最小とした場合（α＝１）、図中前半の外乱印加時、図中後半の優先側設定値ＳＰ1 の変更時に非優先側コントローラＰＩＤ2 の制御は大きく劣化しないが、優先側コントローラＰＩＤ1 の制御は最速応答の場合よりも遅くなる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態では、２ループの操作量出力ＭＶ1 ，ＭＶ2 の総和を所定値ＭＴ1 以下に維持し、かつ優先度の高い制御量ＰＶ1 について良好な制御状態を維持することができる。
前述の用途例において、ヒータ出力を時間比例方式の時分割で与えるようにすれば、例えばヒータ最大出力４００Ｗの系２ループを対象としている場合、２ループの操作量出力の総和を１００％以下に維持するので、電源などの電力設備（エネルギー供給源）を４００Ｗ分用意するだけで済み、装置の小型化、低コスト化が図れる。本発明を適用しない場合には、電力設備は８００Ｗ分必要になる。
【００３７】
［実施の形態の２］
図４は本発明の第２の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。図４の制御装置は、予め第１番目から第ｍ（ｍは２以上の整数）番目の優先順位が割り当てられた第１〜第ｍの優先側コントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤm と、予め最下位に順位付けされた非優先側コントローラ（第ｎのコントローラ）ＰＩＤn と、優先側コントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤm 毎に設けられた第１〜第ｍの優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 〜Ｌ＿ＭＨm と、非優先側コントローラＰＩＤn に対応して設けられた非優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨn と、優先側コントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤm 毎に設けられた第１〜第ｍの優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 〜Ｃ＿ＭＨm とから構成されている。
【００３８】
本実施の形態は、例えば電気ヒータをアクチュエータとする制御系を１つの装置内にｎ（ｎは３以上の整数、ｎ＝ｍ＋１）ループ備える装置（例えば半導体製造装置等）において、これらの優先度に応じて制御ループの制御特性をあまり重視しなくて良い場合に、これらｎループを対象として適用することができる。
【００３９】
以下、本実施の形態の制御装置の動作について説明する。図５は図４の制御装置の動作を示すフローチャート図である。ここでは、ＰＩＤ1 ，ＰＩＤ2 ，ＰＩＤ3 ，・・・，ＰＩＤm ，ＰＩＤn の優先順位として説明する。
最初に、第１の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 は、最も優先度が高い第１の優先側コントローラＰＩＤ1 の操作量出力上限値ＭＨ1 と予め設定された所定値ＭＴ1 （例えば１００％）とを比較して、操作量出力上限値ＭＨ1 が所定値ＭＴ1 より大きい場合は、ＭＨ1 ＝ＭＴ1 、すなわち所定値ＭＴ1 を新たな操作量出力上限値ＭＨ1 とする上限処理を行う（図５ステップ２０１）。
【００４０】
そして、第１の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 は、更新した操作量出力上限値ＭＨ1 を第１の優先側コントローラＰＩＤ1 と第１の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 へ出力する。なお、操作量出力上限値ＭＨ1 が所定値ＭＴ1 以下の場合は、操作量出力上限値ＭＨ1 を更新する必要はなく、現在の操作量出力上限値ＭＨ1 をそのまま出力すればよい。
【００４１】
次に、第１の優先側コントローラＰＩＤ1 は、ＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ1 を算出する（ステップ２０２）。
ステップ２０２において、第１の優先側コントローラＰＩＤ1 は、内部出力値ＵＣ1 をＰＩＤ演算により次式のように算出する。
ＵＣ1 ＝Ｋｇ1 ｛１＋１／（Ｔｉ1 ｓ）＋Ｔｄ1 ｓ｝（ＳＰ1 −ＰＶ1 ）・・・（７）
【００４２】
続いて、第１の優先側コントローラＰＩＤ1 は、算出した内部出力値ＵＣ1 と第１の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 から出力された操作量出力上限値ＭＨ1 とを比較して、内部出力値ＵＣ1 が操作量出力上限値ＭＨ1 より大きい場合は、ＭＶ1 ＝ＭＨ1 、すなわち操作量出力上限値ＭＨ1 を操作量出力ＭＶ1 とする上限処理を行い、内部出力値ＵＣ1 が操作量出力上限値ＭＨ1 以下の場合は、ＭＶ1 ＝ＵＣ1 、すなわち内部出力値ＵＣ1 を操作量出力ＭＶ1 とする。
【００４３】
そして、第１の優先側コントローラＰＩＤ1 は、算出した操作量出力ＭＶ1 を図示しない制御対象と第２の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ2 へ出力すると同時に、内部出力値ＵＣ1 を第１の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 へ出力する。
以上でステップ２０２の処理が終了する。
【００４４】
次に、第２の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ2 は、第１の優先側コントローラＰＩＤ1 から出力された操作量出力ＭＶ1 と所定値ＭＴ1 に基づいて、第２の優先側コントローラＰＩＤ2 の操作量出力上限値ＭＨ2 を上限処理するための上限値ＭＴ2 を次式のように算出する（ステップ２０３）。
ＭＴ2 ＝ＭＴ1 −ＭＶ1                                   ・・・（８）
【００４５】
続いて、第２の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ2 は、第２の優先側コントローラＰＩＤ2 の操作量出力上限値ＭＨ2 と上限値ＭＴ2 とを比較して、操作量出力上限値ＭＨ2 が上限値ＭＴ2 より大きい場合は、ＭＨ2 ＝ＭＴ2 、すなわち上限値ＭＴ2 を新たな操作量出力上限値ＭＨ2 とする上限処理を行う（ステップ２０４）。
【００４６】
そして、第２の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ2 は、更新した操作量出力上限値ＭＨ2 を第２の優先側コントローラＰＩＤ2 と第２の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ2 へ出力する。なお、操作量出力上限値ＭＨ2 が上限値ＭＴ2 以下の場合は、操作量出力上限値ＭＨ2 を更新する必要はなく、現在の操作量出力上限値ＭＨ2 をそのまま出力すればよい。
【００４７】
第２の優先側コントローラＰＩＤ2 は、ＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ2 を算出する（ステップ２０５）。
ステップ２０５において、第２の優先側コントローラＰＩＤ2 は、内部出力値ＵＣ2 をＰＩＤ演算により次式のように算出する。
ＵＣ2 ＝Ｋｇ2 ｛１＋１／（Ｔｉ2 ｓ）＋Ｔｄ2 ｓ｝（ＳＰ2 −ＰＶ2 ）・・・（９）
【００４８】
続いて、第２の優先側コントローラＰＩＤ2 は、算出した内部出力値ＵＣ2 と第２の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ2 から出力された操作量出力上限値ＭＨ2 とを比較して、内部出力値ＵＣ2 が操作量出力上限値ＭＨ2 より大きい場合は、ＭＶ2 ＝ＭＨ2 、すなわち操作量出力上限値ＭＨ2 を操作量出力ＭＶ2 とする上限処理を行い、内部出力値ＵＣ2 が操作量出力上限値ＭＨ2 以下の場合は、ＭＶ2 ＝ＵＣ2 、すなわち内部出力値ＵＣ2 を操作量出力ＭＶ2 とする。
【００４９】
そして、第２の優先側コントローラＰＩＤ2 は、算出した操作量出力ＭＶ2 を図示しない制御対象と第１の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 と第３の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ3 へ出力すると同時に、内部出力値ＵＣ2 を第１の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 と第２の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ2 へ出力する。
以上でステップ２０５の処理が終了する。
【００５０】
次に、第１の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 は、第１の優先側コントローラＰＩＤ1 の次制御周期の操作量出力上限値ＭＨ1 ’を算出する（ステップ２０６）。ステップ２０６において、第１の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 は、第２の優先側コントローラＰＩＤ2 から出力された内部出力値ＵＣ2 と操作量出力ＭＶ2 に基づいて次式が成立するかどうかを判定する。
【００５１】
α1 （ＵＣ2 −ＭＶ2 ）＞０                            ・・・（１０）
α1 は第２の優先側コントローラＰＩＤ2 に対する第１の優先側コントローラＰＩＤ1 の制御の優先度を示す優先度係数であり、０〜１の実数値をとる（０のとき優先度最大、１のとき優先度最小）。
【００５２】
第１の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 は、式（１０）が成立する場合、第１の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 から出力された現制御周期の操作量出力上限値ＭＨ1 、第１の優先側コントローラＰＩＤ1 から出力された内部出力値ＵＣ1 、第２の優先側コントローラＰＩＤ2 から出力された操作量出力ＭＶ2 及び内部出力値ＵＣ2 に基づいて、第１の優先側コントローラＰＩＤ1 の次制御周期の操作量出力上限値ＭＨ1 ’を次式のように算出して、この操作量出力上限値ＭＨ1 ’を第１の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 へ出力する。
0003785029.tif 000003
【００５３】
また、第１の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ1 は、式（１０）が不成立の場合、第１の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 から出力された現制御周期の操作量出力上限値ＭＨ1 、所定値ＭＴ1 に基づいて、操作量出力上限値ＭＨ1 ’を次式のように算出して、この操作量出力上限値ＭＨ1 ’を第１の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ1 へ出力する。
ＭＨ1 ’＝［ＭＨ1 Ｔｘ1 ＋ＭＴ1 ｄＴ］／（Ｔｘ1 ＋ｄＴ）  ・・（１２）
こうして、ステップ２０６の処理が終了する。
【００５４】
次に、第３の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ3 は、第２の優先側コントローラＰＩＤ2 から出力された操作量出力ＭＶ2 と第２の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ2 から出力された上限値ＭＴ2 に基づいて、第３の優先側コントローラＰＩＤ3 の操作量出力上限値ＭＨ3 を上限処理するための上限値ＭＴ3 を次式のように算出する（ステップ２０７）。
ＭＴ3 ＝ＭＴ2 −ＭＶ2                                 ・・・（１３）
【００５５】
続いて、第３の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ3 は、第３の優先側コントローラＰＩＤ3 の操作量出力上限値ＭＨ3 と上限値ＭＴ3 とを比較して、操作量出力上限値ＭＨ3 が上限値ＭＴ3 より大きい場合は、ＭＨ3 ＝ＭＴ3 、すなわち上限値ＭＴ3 を新たな操作量出力上限値ＭＨ3 とする上限処理を行う（ステップ２０８）。
【００５６】
そして、第３の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ3 は、更新した操作量出力上限値ＭＨ3 を第３の優先側コントローラＰＩＤ3 と第３の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ3 へ出力する。なお、操作量出力上限値ＭＨ3 が上限値ＭＴ3 以下の場合は、操作量出力上限値ＭＨ3 を更新する必要はなく、現在の操作量出力上限値ＭＨ3 をそのまま出力すればよい。
【００５７】
第３の優先側コントローラＰＩＤ3 は、ＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ３を算出する（ステップ２０９）。
ステップ２０９において、第３の優先側コントローラＰＩＤ3 は、内部出力値ＵＣ3 をＰＩＤ演算により次式のように算出する。
【００５８】
ＵＣ3 ＝Ｋｇ3 ｛１＋１／（Ｔｉ3 ｓ）＋Ｔｄ3 ｓ｝（ＳＰ3 −ＰＶ3 ）・・・（１４）
式（１４）において、Ｋｇ3 、Ｔｉ3 、Ｔｄ3 はそれぞれコントローラＰＩＤ3 の比例ゲイン、積分時間、微分時間、ＳＰ3 はコントローラＰＩＤ3 の制御対象（不図示）について設定される設定値、ＰＶ3 はこの制御対象の制御量である。比例ゲインＫｇ3 、積分時間Ｔｉ3 、微分時間Ｔｄ3 及び設定値ＳＰ3 は予め設定され、制御量ＰＶ3 は図示しないセンサによって検出される。
【００５９】
続いて、第３の優先側コントローラＰＩＤ3 は、算出した内部出力値ＵＣ3 と第３の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ3 から出力された操作量出力上限値ＭＨ3 とを比較して、内部出力値ＵＣ3 が操作量出力上限値ＭＨ3 より大きい場合は、ＭＶ３＝ＭＨ3 、すなわち操作量出力上限値ＭＨ3 を操作量出力ＭＶ３とする上限処理を行い、内部出力値ＵＣ3 が操作量出力上限値ＭＨ3 以下の場合は、ＭＶ３＝ＵＣ3 、すなわち内部出力値ＵＣ3 を操作量出力ＭＶ３とする。
【００６０】
そして、第３の優先側コントローラＰＩＤ3 は、算出した操作量出力ＭＶ３を図示しない制御対象と第２の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ2 と第４の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ4 へ出力すると同時に、内部出力値ＵＣ3 を第２の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ2 と第３の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ3 へ出力する。
以上でステップ２０９の処理が終了する。
【００６１】
次に、第２の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ2 は、第２の優先側コントローラＰＩＤ2 の次制御周期の操作量出力上限値ＭＨ2 ’を算出する（ステップ２１０）。
ステップ２１０において、第２の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ2 は、第３の優先側コントローラＰＩＤ3 から出力された内部出力値ＵＣ3 と操作量出力ＭＶ３に基づいて次式が成立するかどうかを判定する。
【００６２】
α2 （ＵＣ3 −ＭＶ３）＞０                            ・・・（１５）
α2 は第３の優先側コントローラＰＩＤ3 に対する第２の優先側コントローラＰＩＤ2 の制御の優先度を示す優先度係数であり、０〜１の実数値をとる（０のとき優先度最大、１のとき優先度最小）。
【００６３】
第２の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ2 は、式（１５）が成立する場合、第２の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ2 から出力された現制御周期の操作量出力上限値ＭＨ2 、第２の優先側コントローラＰＩＤ2 から出力された内部出力値ＵＣ2 、第３の優先側コントローラＰＩＤ3 から出力された操作量出力ＭＶ３及び内部出力値ＵＣ3 に基づいて、第２の優先側コントローラＰＩＤ2 の次制御周期の操作量出力上限値ＭＨ2 ’を次式のように算出して、この操作量出力上限値ＭＨ2 ’を第２の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ2 へ出力する。
【００６４】
0003785029.tif 000004
Ｔｘ2 は移行時間であり、例えばＴｘ2 ＝Ｔｄ2 とする。
【００６５】
また、第２の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨ2 は、式（１５）が不成立の場合、第２の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ2 から出力された現制御周期の操作量出力上限値ＭＨ2 、所定値ＭＴ1 に基づいて、操作量出力上限値ＭＨ2 ’を次式のように算出して、この操作量出力上限値ＭＨ2 ’を第２の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨ2 へ出力する。
ＭＨ2 ’＝［ＭＨ2 Ｔｘ2 ＋ＭＴ1 ｄＴ］／（Ｔｘ2 ＋ｄＴ）  ・・（１７）
こうして、ステップ２１０の処理が終了する。
【００６６】
以上のようにステップ２０３〜２０６，２０７〜２１０と同様の処理を繰り返して、第ｍの優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨm が第ｍの優先側コントローラＰＩＤm の次制御周期の操作量出力上限値ＭＨm ’を算出し終えた後、第ｍの優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨm は、第ｍ−１の優先側コントローラＰＩＤm-1 から出力された操作量出力ＭＶm-1 と第ｍ−１の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨm-1 （不図示）から出力された上限値ＭＴm-1 に基づいて、第ｍの優先側コントローラＰＩＤm の操作量出力上限値ＭＨm を上限処理するための上限値ＭＴm を次式のように算出する（ステップ３００）。
ＭＴm ＝ＭＴm-1 −ＭＶm-1                             ・・・（１８）
【００６７】
続いて、第ｍの優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨm は、第ｍの優先側コントローラＰＩＤm の操作量出力上限値ＭＨm と上限値ＭＴm とを比較して、操作量出力上限値ＭＨm が上限値ＭＴm より大きい場合は、ＭＨm ＝ＭＴm 、すなわち上限値ＭＴm を新たな操作量出力上限値ＭＨm とする上限処理を行う（ステップ３０１）。
【００６８】
そして、第ｍの優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨm は、更新した操作量出力上限値ＭＨm を第ｍの優先側コントローラＰＩＤm と第ｍの優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨm へ出力する。なお、操作量出力上限値ＭＨm が上限値ＭＴm 以下の場合は、操作量出力上限値ＭＨm を更新する必要はなく、現在の操作量出力上限値ＭＨm をそのまま出力すればよい。
【００６９】
第ｍの優先側コントローラＰＩＤm は、ＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶm を算出する（ステップ３０２）。
ステップ３０２において、第ｍの優先側コントローラＰＩＤm は、内部出力値ＵＣm をＰＩＤ演算により次式のように算出する。
【００７０】
ＵＣm ＝Ｋｇm ｛１＋１／（Ｔｉm ｓ）＋Ｔｄm ｓ｝（ＳＰm −ＰＶm ）・・・（１９）
式（１９）において、Ｋｇm 、Ｔｉm 、Ｔｄm はそれぞれコントローラＰＩＤm の比例ゲイン、積分時間、微分時間、ＳＰm はコントローラＰＩＤm の制御対象（不図示）について設定される設定値、ＰＶm はこの制御対象の制御量である。比例ゲインＫｇm 、積分時間Ｔｉm 、微分時間Ｔｄm 及び設定値ＳＰm は予め設定され、制御量ＰＶm は図示しないセンサによって検出される。
【００７１】
続いて、第ｍの優先側コントローラＰＩＤm は、算出した内部出力値ＵＣm と第ｍの優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨm から出力された操作量出力上限値ＭＨm とを比較して、内部出力値ＵＣm が操作量出力上限値ＭＨm より大きい場合は、ＭＶm ＝ＭＨm 、すなわち操作量出力上限値ＭＨm を操作量出力ＭＶm とする上限処理を行い、内部出力値ＵＣm が操作量出力上限値ＭＨm 以下の場合は、ＭＶm ＝ＵＣm 、すなわち内部出力値ＵＣm を操作量出力ＭＶm とする。
【００７２】
そして、第ｍの優先側コントローラＰＩＤm は、算出した操作量出力ＭＶm を図示しない制御対象と第ｍ−１の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨm-1 と非優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨn へ出力すると同時に、内部出力値ＵＣm を第ｍ−１の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨm-1 と第ｍの優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨm へ出力する。
以上でステップ３０２の処理が終了する。
【００７３】
次に、第ｍ−１の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨm-1 は、第ｍ−１の優先側コントローラＰＩＤm-1 の次制御周期の操作量出力上限値ＭＨm-1 ’を算出する（ステップ３０３）。
ステップ３０３において、第ｍ−１の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨm-1 は、第ｍの優先側コントローラＰＩＤm から出力された内部出力値ＵＣm と操作量出力ＭＶm に基づいて次式が成立するかどうかを判定する。
【００７４】
αm-1 （ＵＣm −ＭＶm ）＞０                          ・・・（２０）
αm-1 は第ｍの優先側コントローラＰＩＤm に対する第ｍ−１の優先側コントローラＰＩＤm-1 の制御の優先度を示す優先度係数であり、０〜１の実数値をとる（０のとき優先度最大、１のとき優先度最小）。
【００７５】
第ｍ−１の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨm-1 は、式（２０）が成立する場合、第ｍ−１の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨm-1 から出力された現制御周期の操作量出力上限値ＭＨm-1 、第ｍ−１の優先側コントローラＰＩＤm-1 から出力された内部出力値ＵＣm-1 、第ｍの優先側コントローラＰＩＤm から出力された操作量出力ＭＶm 及び内部出力値ＵＣm に基づいて、第ｍ−１の優先側コントローラＰＩＤm-1 の次制御周期の操作量出力上限値ＭＨm-1 ’を次式のように算出して、この操作量出力上限値ＭＨm-1 ’を第ｍ−１の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨm-1 へ出力する。
【００７６】
0003785029.tif 000005
Ｔｘm-1 は移行時間であり、例えばＴｘm-1 ＝Ｔｄm-1 とする。
【００７７】
また、第ｍ−１の優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨm-1 は、式（２０）が不成立の場合、第ｍ−１の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨm-1 から出力された現制御周期の操作量出力上限値ＭＨm-1 、所定値ＭＴ1 に基づいて、操作量出力上限値ＭＨm-1 ’を次式のように算出して、この操作量出力上限値ＭＨm-1 ’を第ｍ−１の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨm-1 へ出力する。
ＭＨm-1 ’＝［ＭＨm-1 Ｔｘm-1 ＋ＭＴ1 ｄＴ］／（Ｔｘm-1 ＋ｄＴ）・・・（２２）
こうして、ステップ３０３の処理が終了する。
【００７８】
次に、非優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨn は、第ｍの優先側コントローラＰＩＤm から出力された操作量出力ＭＶm と第ｍの優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨm から出力された上限値ＭＴm に基づいて、非優先側コントローラＰＩＤn の操作量出力ＭＶn の上限を示す操作量出力上限値ＭＨn を次式のように算出して、この操作量出力上限値ＭＨn を非優先側コントローラＰＩＤn へ出力する（ステップ３０４）。
ＭＨn ＝ＭＴm −ＭＶm                                 ・・・（２３）
【００７９】
非優先側コントローラＰＩＤn は、ＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶn を算出する（ステップ３０５）。
ステップ３０５において、非優先側コントローラＰＩＤn は、内部出力値ＵＣn をＰＩＤ演算により次式のように算出する。
【００８０】
ＵＣn ＝Ｋｇｎ｛１＋１／（Ｔｉn ｓ）＋Ｔｄn ｓ｝（ＳＰn −ＰＶn ）・・・（２４）
式（２４）において、Ｋｇｎ、Ｔｉn 、Ｔｄn はそれぞれコントローラＰＩＤn の比例ゲイン、積分時間、微分時間、ＳＰn はコントローラＰＩＤn の制御対象（不図示）について設定される設定値、ＰＶn はこの制御対象の制御量である。比例ゲインＫｇｎ、積分時間Ｔｉn 、微分時間Ｔｄn 及び設定値ＳＰn は予め設定され、制御量ＰＶn は図示しないセンサによって検出される。
【００８１】
続いて、非優先側コントローラＰＩＤn は、算出した内部出力値ＵＣn と非優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨn から出力された操作量出力上限値ＭＨn とを比較して、内部出力値ＵＣn が操作量出力上限値ＭＨn より大きい場合は、ＭＶn ＝ＭＨn 、すなわち操作量出力上限値ＭＨn を操作量出力ＭＶn とする上限処理を行い、内部出力値ＵＣn が操作量出力上限値ＭＨn 以下の場合は、ＭＶn ＝ＵＣn 、すなわち内部出力値ＵＣn を操作量出力ＭＶn とする。
【００８２】
そして、非優先側コントローラＰＩＤn は、算出した操作量出力ＭＶn を図示しない制御対象と第ｍの優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨm へ出力すると同時に、内部出力値ＵＣn を優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨm へ出力する。
以上でステップ３０５の処理が終了する。
【００８３】
次に、第ｍの優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨm は、第ｍの優先側コントローラＰＩＤm の次制御周期の操作量出力上限値ＭＨm ’を算出する（ステップ３０６）。ステップ３０６において、優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨm は、非優先側コントローラＰＩＤn から出力された内部出力値ＵＣn と操作量出力ＭＶn に基づいて次式が成立するかどうかを判定する。
【００８４】
αm （ＵＣn −ＭＶn ）＞０                            ・・・（２５）
αm は非優先側コントローラＰＩＤn に対する第ｍの優先側コントローラＰＩＤm の制御の優先度を示す優先度係数であり、０〜１の実数値をとる（０のとき優先度最大、１のとき優先度最小）。
【００８５】
第ｍの優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨm は、式（２５）が成立する場合、第ｍの優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨm から出力された現制御周期の操作量出力上限値ＭＨm 、第ｍの優先側コントローラＰＩＤm から出力された内部出力値ＵＣm 、非優先側コントローラＰＩＤn から出力された操作量出力ＭＶn 及び内部出力値ＵＣn に基づいて、優先側コントローラＰＩＤm の次制御周期の操作量出力上限値ＭＨm ’を次式のように算出して、この操作量出力上限値ＭＨm ’を第ｍの優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨm へ出力する。
【００８６】
0003785029.tif 000006
Ｔｘm は移行時間であり、例えばＴｘm ＝Ｔｄm とする。
【００８７】
また、優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨm は、式（２５）が不成立の場合、第ｍの優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨm から出力された現制御周期の操作量出力上限値ＭＨm 、所定値ＭＴ1 に基づいて、操作量出力上限値ＭＨm ’を次式のように算出して、この操作量出力上限値ＭＨm ’を優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨm へ出力する。
ＭＨm ’＝［ＭＨm Ｔｘm ＋ＭＴ1 ｄＴ］／（Ｔｘm ＋ｄＴ）  ・・（２７）
こうして、ステップ３０６の処理が終了する。
【００８８】
以上のステップ２０１〜３０６を１制御周期における処理とし、ステップ２０１〜３０６の処理を制御周期ｄＴ毎に繰り返す。
なお、第ｉ（ｉ＝１〜ｍ）の優先側上限処理部Ｌ＿ＭＨi は、ＭＨi ＝ＭＨi ’、すなわち前制御周期で第ｉの優先側上限算出部Ｃ＿ＭＨi によって算出され出力された操作量出力上限値ＭＨi ’を現制御周期の操作量出力上限値ＭＨi として、ステップ２０１，２０４，２０８，３０１の処理を行う。
【００８９】
このように、本実施の形態では、第１の優先側コントローラＰＩＤ1 の操作量出力ＭＶ1 、第２の優先側コントローラＰＩＤ2 の操作量出力ＭＶ2 、・・・非優先側コントローラＰＩＤn の出力ＭＶn の総和を、常に所定値ＭＴ1 以下に維持するために、第２の優先側コントローラＰＩＤ2 の操作量出力上限値ＭＨ2 をＭＴ1 −ＭＶ1 （ステップ２０３）、・・・第３の優先側コントローラＰＩＤ3 の操作量出力上限値ＭＨ3 をＭＴ1 −ＭＶ1 −ＭＶ2 （ステップ２０７）、・・・・非優先側コントローラＰＩＤn の操作量出力上限値ＭＨn をＭＴm −ＭＶm にする（ステップ３０４）。
【００９０】
そして、式（１０）が不成立の場合、すなわち第２の優先側コントローラＰＩＤ2 の内部出力値ＵＣ2 が操作量出力上限値ＭＨ2 に対して余裕がある場合（ＵＣ2 ≦ＭＨ2 ）、式（１２）を用いて第１の優先側コントローラＰＩＤ1 の操作量出力上限値ＭＨ1 を増加させて所定値ＭＴ1 に漸近的に接近させる（ステップ２０６）。これにより、第１の優先側コントローラＰＩＤ1 がより大きな操作量出力ＭＶ1 を出力できるようにする。
【００９１】
また、式（１０）が成立する場合、すなわち第２の優先側コントローラＰＩＤ2 の内部出力値ＵＣ2 が操作量出力上限値ＭＨ2 に対して余裕がない場合（ＵＣ2 ＞ＭＨ2 ）、式（１１）を用いて第１の優先側コントローラＰＩＤ1 の操作量出力上限値ＭＨ1 を第２の優先側コントローラＰＩＤ2 の出力不足分（ＵＣ2 −ＭＶ2 ）だけ減少する方向に漸近的に接近させる（ステップ２０６）。これにより、第１の優先側コントローラＰＩＤ1 の操作量出力ＭＶ1 を抑えるようにする。
【００９２】
そして、式（１０）が成立して、第１の優先側コントローラＰＩＤ1 の操作量出力上限値ＭＨ1 を減少させる際、その減少の指標となる第２の優先側コントローラＰＩＤ2 の出力不足分（ＵＣ2 −ＭＶ2 ）に対しては優先度係数α1 が乗算される。この優先度係数α1 の値を調整することにより、第１の優先側コントローラＰＩＤ1 を過剰に優先することなく、第２の優先側コントローラＰＩＤ2 の制御性も可能な範囲で良好に維持することができる。
【００９３】
以下、同様に、第ｊ＋１（ｊは２〜ｍの整数）の操作量出力上限ＭＨj+1 に対して第ｊ＋１のコントローラＰＩＤj+1 の操作量出力ＭＶj+1 に余裕があるとき、第ｊのコントローラＰＩＤj の操作量出力上限ＭＨj を増加させて所定値ＭＴ1 に漸近的に接近させる。これにより、第ｊのコントローラＰＩＤj がより大きな操作量出力ＭＶj を出力できるようにする。
【００９４】
また、第ｊ＋１の操作量出力上限ＭＨj+1 に対して第ｊ＋１のコントローラＰＩＤj+1 の操作量出力ＭＶj+1 に余裕がないとき、第ｊのコントローラＰＩＤj の操作量出力上限ＭＨj を第ｊ＋１のコントローラＰＩＤj+1 の出力不足分（ＵＣj+1 −ＭＶj+1 ）だけ減少する方向に漸近的に接近させる。これにより、第ｊのコントローラＰＩＤj の操作量出力ＭＶj を抑えるようにする。
【００９５】
そして、第ｊのコントローラＰＩＤj の操作量出力上限値ＭＨj を減少させる際、その減少の指標となる第ｊ＋１のコントローラＰＩＤj+1 の出力不足分（ＵＣj+1 −ＭＶj+1 ）に対しては優先度係数αj が乗算される。この優先度係数αj の値を調整することにより、第ｊのコントローラＰＩＤj を過剰に優先することなく、第ｊ＋１のコントローラＰＩＤj+1 の制御性も可能な範囲で良好に維持することができる。
【００９６】
以上のように、本実施の形態では、ｎループの操作量出力ＭＶ1 ，ＭＶ2 ・・・・ＭＶn の総和を所定値ＭＴ1 以下に維持し、かつ優先度の高い制御量について良好な制御状態を維持することができる。
前述の用途例において、ヒータ出力を時間比例方式の時分割で与えるようにすれば、例えばヒータ最大出力４００Ｗの系４ループを対象としている場合、４ループの操作量出力の総和を１００％以下に維持するので、電源などの電力設備は４００Ｗ分用意するだけで済み、装置の小型化，低コスト化が図れる。本発明を適用しない場合、電力設備は１６００Ｗ分必要になる。
なお、本実施の形態において、最初の制御周期における操作量出力上限値ＭＨ1 ，ＭＨ2 ，ＭＨ3 ・・・，ＭＨm は例えば１００％に設定されている。
【００９７】
【発明の効果】
本発明によれば、優先側コントローラの操作量出力が装置全体の操作量出力上限を示す所定値以下となるように、予め入力された第１の操作量出力上限の大きさを制限して優先側コントローラに与え、優先側コントローラと非優先側コントローラの操作量出力の和が所定値以下となるように、第２の操作量出力上限を算出して非優先側コントローラに与え、第２の操作量出力上限に対する非優先側コントローラの操作量出力の余裕度に応じて、第１の操作量出力上限を増減させる算出を行い、算出した値を次制御周期の第１の操作量出力上限とすることにより、２ループの操作量出力の総和を所定値以下に維持しつつ、優先側コントローラについて良好な制御性を得ることができ、かつ非優先側コントローラについてもある程度の制御性を維持することができ、各コントローラの制御性とエネルギー消費量とを容認できる範囲で両立させることができる。その結果、各コントローラの制御性と制御装置の小型化とを両立させることができる。また、制御装置の使用可能な能力を余すことなく使うことができる。
【００９８】
また、第１〜第ｋ（ｋは１〜ｍの整数）のコントローラの操作量出力の和が装置全体の操作量出力上限を示す所定値以下となるように、予め入力された第ｋの操作量出力上限の大きさを制限して第ｋのコントローラに与え、第１〜第ｍのコントローラと第ｎのコントローラの操作量出力の和が所定値以下となるように、第ｎの操作量出力上限を算出して第ｎのコントローラに与え、第ｋ＋１の操作量出力上限に対する第ｋ＋１のコントローラの操作量出力の余裕度に応じて、第ｋの操作量出力上限を増減させる算出を行い、算出した値を次制御周期の第ｋの操作量出力上限とすることにより、ｎループの操作量出力の総和を所定値以下に維持しつつ、優先側コントローラについて良好な制御性を得ることができ、かつ非優先側コントローラについてもある程度の制御性を維持することができ、各コントローラの制御性とエネルギー消費量とを容認できる範囲で両立させることができる。その結果、各コントローラの制御性と制御装置の小型化とを両立させることができる。また、制御装置の使用可能な能力を余すことなく使うことができる。
【００９９】
また、第２の操作量出力上限に対して非優先側コントローラの操作量出力に余裕がないとき、第１の操作量出力上限を減少させ、この減少の程度を非優先側コントローラに対する優先側コントローラの優先度に応じて変えることにより、優先側コントローラを過剰に優先することなく、非優先側コントローラの制御性も可能な範囲で良好に維持することができる。
【０１００】
また、第ｋ＋１の操作量出力上限に対して第ｋ＋１のコントローラの操作量出力に余裕がないとき、第ｋの操作量出力上限を減少させ、この減少の程度を第ｋ＋１のコントローラに対する第ｋのコントローラの優先度に応じて変えることにより、第ｋのコントローラを過剰に優先することなく、第ｋ＋１のコントローラの制御性も可能な範囲で良好に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  図１の制御装置の動作を示すフローチャート図である。
【図３】  図１の制御装置の制御動作例を示す図である。
【図４】  本発明の第２の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】  図４の制御装置の動作を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
ＰＩＤ1 〜ＰＩＤm 、ＰＩＤn …コントローラ、Ｌ＿ＭＨ1 〜Ｌ＿ＭＨm …優先側上限処理部、Ｃ＿ＭＨ1 〜Ｃ＿ＭＨm 、Ｃ＿ＭＨn …上限算出部。
【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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