CN113243140B - 电力控制装置和电力控制方法 - Google Patents

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Abstract

电力控制装置(100)具备：电流检测器(31)，其对合成了流过多个负载(1～4)的电流的合成电流值进行测定；以及输出运算部(11)，其计算校正值，并基于校正操作输出值来进行对各个负载(1～4)的电力供给控制，所述校正值是将对各个负载(1～4)的操作输出值与各个负载(1～4)的额定电流值的各自的乘积的合计值除以由电流检测器(31)得到的合成电流值所得的值，所述校正操作输出值是对各个负载(1～4)的操作输出值与所述校正值的乘积，由此，电力控制装置(100)能够在通过多个负载对工件进行加热或冷却的系统中进行降低了负载特性的变动的影响的加热控制或冷却控制。

Description

电力控制装置和电力控制方法
技术领域
本发明涉及在通过多个负载对工件进行加热或冷却的系统中进行对所述多个负载的每一个的电力供给的控制的电力控制装置和电力控制方法。
背景技术
使用加热器等加热用的负载或珀尔帖元件等冷却用的负载来进行各种工件的加热或冷却。作为用于更正确地进行使用负载的加热或冷却的要素之一，有对于负载特性等的变动的应对。即，期望即使在负载特性等发生了变动的情况下，也能消除或降低负载特性等的变动的影响，以得到正确的输出。
作为与此相关的技术，由专利文献1公开了如下技术，在电饭煲中，由于加热器的偏差或电源电压的偏差所导致的发热量的变化，对煮饭量的误判定进行改善。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-255542号公报
发明内容
发明要解决的课题
根据系统，有时设置有多个用于加热或冷却的负载。
在这样的系统中，在想要通过专利文献1那样的现有技术来应对负载特性的变动的情况下，为了测定各负载的电流值而需要设置多个电流检测器，另外，作为控制处理也变得复杂。
鉴于上述情况，本发明的目的是提供在通过多个负载对工件进行加热或冷却的系统中能够通过较简单的构成来实现降低了负载特性的变动的影响的输出操作的电力控制装置和电力控制方法。
用于解决课题的技术方案
(构成1)
一种电力控制装置，在通过多个负载对工件进行加热或冷却的系统中，进行对多个所述负载中的每一个的电力供给的控制，其特征在于，具备：电流检测器，其对合成了流过多个所述负载的电流的合成电流值进行测定；以及输出运算部，其计算校正值，并基于校正操作输出值来进行对各个所述负载的电力供给控制，所述校正值是将对各个所述负载的操作输出值与各个所述负载的额定电流值的各自的乘积的合计值除以由所述电流检测器得到的合成电流值所得的值，所述校正操作输出值是对各个所述负载的操作输出值与所述校正值的乘积。
(构成2)
根据构成1所述的电力控制装置，其特征在于，在每个给定周期，通过该周期之前的周期的所述校正值与给定值的乘积来进行更新所述校正值的更新处理。
(构成3)
根据构成2所述的电力控制装置，其特征在于，所述给定值是将对各个所述负载的操作输出值与各个所述负载的额定电流值的各自的乘积的合计值除以由所述电流检测器得到的合成电流值所得的值。
(构成4)
根据构成2所述的电力控制装置，其特征在于，所述给定值是对所述校正值的增减量的比例与调整系数的乘积加1所得的值。
(构成5)
根据构成2所述的电力控制装置，其特征在于，所述给定值是将对各个所述负载的操作输出值与各个所述负载的额定电流值的各自的乘积的合计值除以由所述电流检测器得到的合成电流值所得的值再乘以调整系数所得到的值与相对于所述调整系数的补数之和。
(构成6)
根据构成2至5中任一项所述的电力控制装置，其特征在于，在所述合成电流值的变化量超过给定值的情况下，不进行所述校正值的更新。
(构成7)
根据构成2至6中任一项所述的电力控制装置，其特征在于，在通过所述更新处理计算出的校正值不在给定范围内的情况下，不进行所述校正值的更新，或者对所述校正值设置限制。
(构成8)
根据构成2至7中任一项所述的电力控制装置，其特征在于，使用过去的周期的多个所述校正值来计算移动平均，并将该计算出的值作为该周期的校正值。
(构成9)
一种电力控制方法，在由多个负载对工件进行加热或冷却的系统中，进行对多个所述负载中的每一个的电力供给的控制，其特征在于，包括：对合成了流过多个所述负载的电流的合成电流值进行测定的步骤；计算校正值的步骤，所述校正值是将对各个所述负载的操作输出值与各个所述负载的额定电流值的各自的乘积的合计值除以所述合成电流值所得的值；以及基于校正操作输出值来进行对各个所述负载的电力供给控制的步骤，所述校正操作输出值是对各个所述负载的操作输出值与所述校正值的乘积。
发明效果
根据本发明的电力控制装置，在通过多个负载对工件进行加热或冷却的系统中，能够通过较简单的构成来实现降低了负载特性的变动的影响的输出操作。
附图说明
图1是表示本发明涉及的实施方式的加热系统的与本发明相关的构成的概况的框图。
图2是表示实施方式的电力控制装置的处理动作的概况的流程图。
图3是表示将与实施方式的电力控制装置相关的校正处理功能关闭的实验结果的图。
图4是表示将与实施方式的电力控制装置相关的校正处理功能开启的实验结果的图。
具体实施方式
下面将参照附图来对本发明的实施方式进行具体说明。再有，以下的实施方式是使本发明具体化时的一个方式，并没有将本发明限制在其范围内。
<实施方式1>
图1是表示本实施方式的系统的与本发明相关的构成的概况的框图。
本实施方式的系统进行装载于板21的工件(未特别图示)的加热，且为相当于板21埋入了四个加热器(负载1～负载4)的构成。即，是通过多个加热器来对装载于板的工件进行加热的系统。板21由导热率高的材料形成，与负载1～负载4热连接。
本实施方式的系统具备：埋入了负载1～负载4的板21；向各负载供给电力的直流电源P；接通/断开对各负载的电力供给的开关元件SW1～SW4；设置在从直流电源P向各负载的电力供给路径上的电流检测器31；以及通过各开关元件的接通/断开控制来控制向各负载的电力供给的电力控制装置100。
各负载相对于直流电源P并联连接，作为电流检测用电阻器的电流检测器31设置在直流电源P与各负载的并联连接电路之间的电力供给路径上。因此，电流检测器31是对合成了流过所有的负载1～负载4的电流的合成电流值进行测定的电流检测器。
电力控制装置100从温度调节器等其他装置接受操作输出值MV的输入，通过基于该操作输出值MV的PWM控制来进行开关元件SW1～SW4的接通/断开控制，并具备：输出运算部11，其进行PWM控制等各种运算处理；电流检测部12，其从电流检测器31获得合成了流过负载1～负载4的电流的合成电流值i；以及通信部13，其进行与温度调节器等其他装置之间的信息的发送接收。
以下，将负载1～负载4的区别称为“通道”，将与通道1对应的操作输出值记为MV(1)，将与通道ch对应的操作输出值记为MV(ch)等。
本实施方式的系统进行装载于板21的工件的加热，但作为加热器的负载1～负载4的电阻值具有温度依赖性，电阻值随着温度的升高而上升。由此，例如，即使操作输出值MV(ch)为80％是固定的，与温度低的情况相比，在温度高的情况下，实际输出的电力下降。这是由于电流值因电阻值的增加而下降。即，当温度升高时，成为本来想要输出例如80％的电力，但实际上不能获得80％的输出的状况。
针对这样的问题，在本实施方式的电力控制装置100中，计算校正值mc，该校正值mc是将各操作输出值MV(ch)与各负载的额定电流值I(ch)的各自的乘积的合计值除以由电流检测器31得到的合成电流值i所得的值(式1)，并基于各操作输出值MV(ch)与校正值mc的乘积即校正操作输出值来进行各通道的电力供给控制，以此为基本，从而使得因各负载的电阻值的变化而产生的输出电力的偏差被校正为接近适当的值。
(式1)
Figure BDA0003118937380000061
由上述的式1的分子表示的各操作输出值MV(ch)与各额定电流值I(ch)的各自的乘积的合计值相当于控制输出而想要流向各负载的电流的合成值、即作为目标的合成电流值。
与之相对，式1的分母i是实际测定的合成电流值。
即，校正值mc是作为目标的合成电流值和实际测定的合成电流值的比。
在本实施方式的电力控制装置100中，在每个控制周期中，从电流检测器31取得合成电流值i，并进行在下一个周期中使用的校正值的计算和更新。在下一个周期中使用的校正值MCn+1在使用上述基本概念的基础上，如式2所示，根据将当前周期中的各操作输出值MV(ch)n与各额定电流值I(ch)的各自的乘积的合计值除以由电流检测器31得到的合成电流值in所得的值与在当前周期中使用的校正值MCn的乘积来计算。即，下一个周期的校正值MCn+1是当前周期的校正值MCn乘以新计算出的校正值mc而得到的值。
(式2)
Figure BDA0003118937380000062
再有，在式2中，将每个控制周期的数据的区别用下标n、n+1标记。此后也使用同样的标记。
接下来，参照图2来说明本实施方式的电力控制装置100的与本发明有关的部分的处理工作的概况。
作为初始化处理，在输出运算部11中，将0代入n之后，在步骤201中将1代入校正值MCn(即MC0)。
在随后的步骤202中，输出运算部11进行从通信部13取得各操作输出值MV(ch)n的处理。从温度调节器等其他装置取得与各负载对应的各操作输出值MV(ch)n。
在步骤203中，通过输出运算部11计算与各操作输出值MV(ch)n和校正值MCn的乘积(校正操作输出值)成比例的PWM信号，并通过该PWM信号来进行各开关元件SW(ch)的接通/断开控制。在周期n＝0的情况下，由于MC0＝1，因此成为从通信部13得到的各操作输出值的初始值MV(ch)0被直接使用的结果。
在步骤204、205中，输出运算部11使电流检测部12进行电流的测定处理，从而进行取得合成电流值in的处理。
在随后的步骤206中，在输出运算部11中，进行基于上述式2的运算，并计算下一个周期的校正值MCn+1。再有，各负载的额定电流值I(ch)通过在装置的出厂时设定或者由用户输入等而在装置中预先设定。
在步骤206中的校正值MCn+1算出后，在递增n后返回到步骤202，重复上述处理。
图3、图4中示出了在本实施方式的电力控制装置100中将对使用上述说明的校正值MC的操作输出值MV的校正处理功能设为关闭的情况下和开启的情况下的比较实验的结果。
该实验是在电力控制装置100中将操作输出值MV(ch)以如下方式设定而进行的。
MV(1)：每隔约10秒变更10％和90％
MV(2)：固定于20％
MV(3)：固定于50％
MV(4)：固定于20％
图3是表示将校正处理功能关闭的情况下的结果的曲线图，图4是表示将校正处理功能开启情况下的结果的曲线图。
图3、4的(a)中的曲线图是表示在该实验中从在板21的中央附近设置的温度传感器获得的测定温度T1的曲线图。
图3、4的(b)中的曲线图是表示实际算出的校正值MCn的变化状态的曲线图。当校正处理功能关闭的情况下，如图3的(b)所示，与校正值始终为1(100％)的情况意义相同。
图3、4的(c)中的曲线图是表示由电流检测器31测定出的合成电流值的曲线图。
图3、4的(d)中的曲线图是将图3、4的(c)中的曲线图中的860mA附近(电流值的最大值附近)放大的图。
图3、4的(e)中的曲线图是将图3、4的(c)中的曲线图中的480mA附近(电流值的最小值附近)放大的图。
从图3、4可以理解，当将校正处理功能关闭的情况下(图3的(c)～(e))，电流值随着时间推移而下降。即，表示温度随着时间推移而上升，且由于各负载的电阻值增大而导致电流值下降。
与之相对，当将校正处理功能开启的情况下(图4的(c)～(e))，没有在将校正处理功能关闭的情况下观察到的电流值下降，因此，表示维持了想要输出的输出。
如上所述，根据本实施方式的电力控制装置100，在通过多个负载对工件进行加热的系统中，即使在负载特性因温度变动而发生变动的情况下，也能够使输出不受到其影响。此外，该功能可以通过简单的构成来实现。即，根据本实施方式，在具备多个负载的情况下，只要一个电流检测器即可，能够通过简单的构成来实现。电流检测器31、电流检测部12等的构成可以利用为了断线检测等其他目的而原本装备于装置的构成，因此能够以低的成本实现本功能。
(实施方式2)
作为实施方式2，对能够变更实施方式1的系统中的校正强度的方法进行说明。
由于基本概念与实施方式1相同，因此省略重复的说明，以下主要对与实施方式1不同之处进行说明。
在实施方式1的电力控制装置中，仅用作为目标的合成电流值与实际测定的合成电流值之比(由式1表示的校正值mc)来进行校正。与之相对，本实施方式的电力控制装置能够与校正值mc一起使用调整系数来变更校正强度。再有，由于电力控制装置的构成与实施方式1的电力控制装置100相同，因此这里省略说明。
在本实施方式的电力控制装置中，通过使用调整系数α的下述的式3来进行计算、更新校正值MC的处理。即，在图2的步骤206的处理中，代替式2而基于式3来计算校正值MCn+1。
(式3)
Figure BDA0003118937380000091
再有，调整系数α取0至1之间的值，通过在装置的出厂时设定或由用户输入等，从而在装置中设定。
例如，在mc(式1)为10/9的情况下，在实施方式1的式2中，校正值MCn+1是校正值MCn的1.111倍。另一方面，在式3中，成为{1+(0.111)α}倍。即，能够通过校正值的增减的比例(在上述例子中增加0.111)和取0到1之间的值的调整系数α来任意设定校正强度。
在想要抑制每个控制周期的校正量等情况下，是有用的。
再有，在α为1的情况下，成为与实施方式1相同的结果，在α为0的情况下，不进行校正动作。
式3中，在将校正值MCn与"给定值"的乘积作为下一个周期的校正值MCn+1的处理中，“给定值”为“对上述校正值的增减量的比例与调整系数的乘积加1所得的值”。
再有，若将式3变形，则成为下述的式4。
(式4)
Figure BDA0003118937380000101
由于调整系数α取0到1之间的值，因此(1-α)是相对于调整系数α的补数。
因此，式4(即式3)中，在将校正值MCn与"给定值"的乘积作为下一个周期的校正值MCn+1的处理中，“给定值”为“将各操作输出值MV(ch)与各负载的额定电流值I(ch)的各自的乘积的合计值除以由电流检测器31得到的合成电流值i所得的值再乘以调整系数α所得到的值与相对于调整系数α的补数之和”。
再有，这里将式3(以及将式3变形的式4)作为例子，但本发明并不限于此，只要是“使用能够变更校正值mc的校正强度的调整系数，更新校正值MC”即可。
在各实施方式中，以负载是加热器且基本上进行升温控制为例，但也可以是使用冷却元件来进行冷却控制的情况等。
再有，在珀尔帖元件等半导体元件中，表现出电流值随着温度上升而增加的特性，但作为概念，可以直接应用在各实施方式中说明的概念。
此外，在各实施方式中，以电源是直流电源为例，但对于交流电源也可适用本发明。
在各实施方式中，以在电力供给控制的每个控制周期中每次进行校正值的更新处理为例，但本发明不限于此，校正值的更新处理可以在任意的定时执行。然而，在负载的温度变化快的情况下，优选缩短更新周期或更新定时的间隔。
此外，在给定的条件下，也可以不进行校正值的更新。作为其一例，在算出的校正值的变动量(MCn+1与MCn之差)、合成电流值的变动量(例如，in与in-1之差)超过给定值的情况下，也可以不进行校正值的更新。
此外，在考虑负载的温度特性的基础上，可以对校正值的应用范围设定限制(例如0.8～1.2)。
另外，为了不使校正值变动到必要以上，也可以使用算出的多个周期的校正值MC(例如，最近五个周期量的校正值MCn-3～MCn+1)来计算这些值的移动平均值并将其用作最新的校正值MCn+1。此时，可以将移动平均值替换为最新的校正值MCn+1，也可以将校正值MCn+1本身保持原样，并通过将移动平均值乘以操作输出值所得的校正操作输出值来进行对负载的电力供给控制。
再有，也可以不是单纯的移动平均，而是越是最近的周期则越进行加权那样的加权平均等，也可以通过各种计算方法来计算平均值。
在各实施方式的系统中，由于板或工件的温度变化是比较缓慢的，因此不易发生急剧的温度变化，因此在正常的处理下，校正值不会急剧变化。通过这些处理，对于噪声等影响，能够抑制校正值的过于敏感的反应。
在上述中，在校正值的变动量大的状态、校正值不在给定范围内的状态持续给定的次数或给定期间以上的情况下，可以输出警报信息，并停止对负载的电力输出动作。
此外，当操作输出值为给定值以下时、由电流检测器得到的合成电流值为给定值以下时，可以使用初始值作为校正值或自动关闭校正处理功能。由此，在合成电流值in的测定分辨率低的情况下，能够减少校正值进行过大的反应的问题。此外，校正值的初始值可以不是1(100％)，而是0.8、1.2等任意值或能够由用户输入的设定值。
在各实施方式中，以在装置中预先设定各负载的额定电流值I(ch)的情况为例，但也可以是，各负载的额定电阻值R(ch)和电源的额定电压值V通过在装置的出厂时设定或由用户输入等而在装置中预先设定，通过将额定电压值V除以额定电阻值R(ch)来计算额定电流值I(ch)，并使用该额定电流值。此外，为了削减微型计算机等的动作所需的内存，也可以将额定电流值I(ch)、额定电阻值R(ch)设为在所有通道中共通化的值(例如，额定电流值I、额定电阻值R)。
在各实施方式中，设为电力控制装置具有输出运算部11、电流检测部12和通信部13进行了说明，但不限于各功能部在硬件上单独构成，例如，也可以是所有的功能在微型计算机等一个设备上软件地安装等。相反，也可以硬件地(通过专用电路等)安装各功能部中的任一个或全部，也可以硬件地安装在各实施方式中作为在输出运算部11上软件地执行的处理而说明的功能的一部分或全部。
在各实施方式中，以基于在周期n中使用的校正值MCn和在周期n中新算出的校正值mc(和调整系数α)来计算下一个周期即周期n+1的校正值MCn+1的情况为例，但本发明并不限于此。例如，也可以基于前一个周期的校正值MCn-1和周期n中新算出的校正值mc(和调整系数α)来计算在周期n中使用的校正值MCn，周期前后的偏差等并不带来作为概念的不同。
此外，在实施方式中，在该周期的校正值的计算中以使用最近周期的校正值的情况为例，但本发明并不限于此。例如，即使基于两个周期前的校正值MCn-2和在周期n新算出的校正值mc(和调整系数α)来计算该周期的校正值等，也可以获得足够的效果。
此外，“该周期”表示使用更新后的校正值的周期。即，所谓“在每个给定周期，通过该周期之前的周期的所述校正值与给定值的乘积来进行更新所述校正值的更新处理”，是指在每个给定周期(周期间隔为任意的)，通过该周期(使用更新后的校正值的周期)之前的周期(多少个周期之前是任意的)的校正值与“给定值(在上述实施例中说明的值等)”的乘积来更新校正值。
标号说明
100  电力控制装置
11   输出运算部
12   电流检测部
13   通信部
21   板
31   电流检测器
1～4 负载(加热器)

Claims (6)

1.一种电力控制装置，在通过多个负载对工件进行加热或冷却的系统中，进行对多个所述负载的每一个的电力供给的控制，其特征在于，所述电力控制装置具备：
电流检测器，其对合成了流过多个所述负载的电流的合成电流值进行测定；以及
输出运算部，其计算校正值，并基于校正操作输出值来进行对各个所述负载的电力供给控制，所述校正值是将对各个所述负载的操作输出值与各个所述负载的额定电流值的各自的乘积的合计值除以由所述电流检测器得到的合成电流值所得的值，所述校正操作输出值是对各个所述负载的操作输出值与所述校正值的乘积。
2.根据权利要求1所述的电力控制装置，其特征在于，
在每个给定周期，通过该周期之前的周期的所述校正值与给定值的乘积来进行更新所述校正值的更新处理。
3.根据权利要求2所述的电力控制装置，其特征在于，
所述给定值是将对各个所述负载的操作输出值与各个所述负载的额定电流值的各自的乘积的合计值除以由所述电流检测器得到的合成电流值所得的值。
4.根据权利要求2所述的电力控制装置，其特征在于，
所述给定值是对所述校正值的增减量的比例与调整系数的乘积加1所得的值。
5.根据权利要求2所述的电力控制装置，其特征在于，
所述给定值是将对各个所述负载的操作输出值与各个所述负载的额定电流值的各自的乘积的合计值除以由所述电流检测器得到的合成电流值所得的值再乘以调整系数所得到的值与相对于所述调整系数的补数之和。
6.一种电力控制方法，在通过多个负载对工件进行加热或冷却的系统中，进行对多个所述负载的每一个的电力供给的控制，其特征在于，所述电力控制方法包括：
对合成了流过多个所述负载的电流的合成电流值进行测定的步骤；
计算校正值的步骤，所述校正值是将对各个所述负载的操作输出值与各个所述负载的额定电流值的各自的乘积的合计值除以所述合成电流值所得的值；以及
基于校正操作输出值来进行对各个所述负载的电力供给控制的步骤，所述校正操作输出值是对各个所述负载的操作输出值与所述校正值的乘积。
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