JP2001022404A

JP2001022404A - 時間比例式制御装置

Info

Publication number: JP2001022404A
Application number: JP11190077A
Authority: JP
Inventors: Masashi Shimada; 昌士島田; Noriaki Koyama; 典昭小山; Yoshiro Sugihara; 義朗杉原; Koichi Sakakura; 浩一坂倉; Yukako Oyanagi; 友香子大柳
Original assignee: RKC Instrument Inc
Current assignee: RKC Instrument Inc
Priority date: 1999-07-05
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 2001-01-26
Anticipated expiration: 2019-07-05
Also published as: JP3494082B2

Abstract

(57)【要約】【課題】時間比例式制御において、正確かつ安定した
制御出力を制御対象へ与える。【解決手段】減算部１は設定値ＳＶと測定値ＰＶの偏
差を出力する。ＰＩＤ演算部３は偏差からＰＩＤ演算出
力を出力する。加算部１７は時間比例周期毎にＰＩＤ演
算出力に補正値を加算する。フィードフォワード処理部
５は、ヒータ１３への印加交流操作信号の変動量でＰＩ
Ｄ演算出力を補正する。時間比例出力部７はフィードフ
ォワード処理されたＰＩＤ演算出力に応じた時間比例出
力を出力する。操作器９はその時間比例出力で交流操作
信号を切換える。ＰＩＤ出力平均算出部１９は時間比例
周期内のＰＩＤ演算出力の平均値を出力する。実出力算
出部２３はヒータ１３へ印加しているはずの交流操作信
号に換算したＯＮ時間と時間比例周期の比を実出力とし
て出力する。補正値算出部２１はその平均値と実出力比
から上記補正値を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は時間比例式制御装置
に係り、制御出力信号に応じた操作量を所定の繰返し周
期（時間比例周期：サイクルタイム）のオン（ＯＮ）時
間とオフ（ＯＦＦ）時間の比で出力し、制御対象へ印加
する交流操作信号をその時間比例出力信号で切換える時
間比例式制御装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の時間比例式制御装置とし
ては、図９に示すように、減算部１で設定値ＳＶと後述
する制御対象としてのヒータ１３からの測定値ＰＶとの
偏差ｅを出力し、この偏差ｅをＰＩＤ演算部３でＰＩＤ
演算し、フィードフォワード処理部５にて後述する検出
部１５からのフィードフォワード量でそのＰＩＤ演算出
力を補正し、時間比例出力部７で例えば１周期の時間比
例周期で０％〜１００％まで変化するのこぎり波とその
補正ＰＩＤ演算出力を比較し（図１０参照）、各時間比
例周期毎にＰＩＤ演算出力がのこぎり波を越えた期間を
ＯＮ期間（ＴON）、越えない期間をＯＦＦ期間（ＴOFF
）とした時間比例出力をゼロクロス制御方式の操作器
９へ出力し、この操作器９で交流電源１１からの交流操
作信号を切換えてヒータ１３へ供給するとともに、検出
部１５でその交流操作信号の例えば電圧変動を検出して
上述したフィードフォワード処理部５へフィードフォワ
ード量として出力する構成を有していた。

【０００３】なお、図９中の測定値ＰＶは例えばヒータ
１３に配置された図示しないセンサで測定される。その
ため、図１０に示すように、例えばＰＩＤ演算出力が４
０％、のこぎり波の時間比例周期が３０秒の場合、ＯＮ
期間１２秒でＯＦＦ期間１８秒の時間比例出力が操作器
９へ出力され、この操作器９によってゼロクロス制御さ
れた交流操作信号がヒータ１３へ印加されて加熱制御さ
れる。

【０００４】しかも、検出部１５からのフィードフォワ
ード量に基づき、フィードフォワード処理部５にてその
外乱の影響が小さくなるようにそのＰＩＤ演算出力がフ
ィードフォワード処理され、このＰＩＤ演算出力に基づ
く時間比例出力によってヒータ１３が加熱制御されるか
ら、例えば交流操作信号に電圧変動があっても、フィー
ドバック制御よりも早く安定した制御が可能になってい
る。なお、図１０中、フィードフォワード処理されたＰ
ＩＤ演算出力は破線で示されている。

【０００５】もっとも、現在、時間比例式制御装置はデ
ジタル構成が一般的であり、図１０に示すように、比較
波であるのこぎり波が所定の出力分解能（ΔＭＶ）で増
加する場合、のこぎり波におけるΔＴ間隔の離散的な変
化タイミングで時間比例出力がＯＮ／ＯＦＦ切換え出力
される。

【０００６】また、図１１に示すように、１周期の時間
比例周期で０％〜１００％〜０％まで変化する三角波を
比較波として用いる場合もあり、のこぎり波と同様に時
間比例周期においてＰＩＤ演算出力が三角波を越えた期
間をＯＮ期間（ＴON1、ＴON2）、越えない期間をＯＦＦ
期間（ＴOFF ）とした時間比例出力を操作器９へ出力す
るよう時間比例出力部７を形成する場合もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た時間比例式制御装置では、図１０からも分かるよう
に、フィードフォワード処理したＰＩＤ演算出力を時間
比例周期中にのこぎり波と比較して時間比例出力を出力
しても、のこぎり波がＯＮからＯＦＦ（又はＯＦＦから
ＯＮ）へ変化した時のＰＩＤ演算出力のみ操作量として
制御対象には反映され、制御安定性に影響を与えるはず
のＯＮ時間中に変化した電源電圧変動が反映されず、フ
ィードフォワード量によってより正確な制御を行うには
改善の余地がある。

【０００８】また、図１２に示すように、のこぎり波が
所定の出力分解能（ΔＭＶ）で増加する場合、のこぎり
波がΔＴ間隔のタイミングでしか時間比例出力をＯＮ／
ＯＦＦ切換えできないので、本来、Ｔ'ON 、Ｔ'OFFのタ
イミングで切換えるべきところ、ＴON、ＴOFF のような
遅れたタイミングで切換えられて誤差が生じる。すなわ
ち、時間比例出力の出力分解能（ΔＭＶ）との関係で出
力困難なＰＩＤ演算出力が存在する。

【０００９】さらに、入力ノイズや測定値ＰＶの量子化
誤差等の影響により、図１３のようにＰＩＤ演算出力が
急変した場合、一時的にＰＩＤ演算出力がのこぎり波を
下回って時間比例出力がＯＦＦに切換わる。

【００１０】しかし、一般の時間比例式制御装置には、
時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ切換え時にチャタリングが
発生するのを防止する機能が搭載されているため、ＰＩ
Ｄ演算出力が元に戻ってのこぎり波を上回っても時間比
例出力がＯＦＦのまま持続され、時間比例出力が本来Ｏ
ＦＦに切換わるまでの間の誤差が生じ易い。このような
課題は、ＰＩＤ演算出力以外の制御出力信号をフィード
フォワード処理部５へ加える構成においても起こる問題
である。

【００１１】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、制御対象へ及ぼされる外乱の影響を小
さく抑えることが可能で、制御対象を制御するための制
御出力結果を正確かつ安定して制御対象に与えることが
できる時間比例式制御装置の提供を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、制御対象を制御するための制御出力
信号に補正値を加算する加算部と、その制御対象に影響
を及ぼす外乱測定結果をフィードフォワード量として入
力し、これによってその加算制御出力信号に対し外乱の
影響を抑えるようにフィードフォワード処理して加算制
御出力信号を出力するフィードフォワード処理部と、こ
のフィードフォワード処理されたその加算制御出力信号
に応じて所定の時間比例周期内をＯＮ／ＯＦＦ比に変換
した時間比例出力をその制御対象側へ出力する時間比例
出力部と、その時間比例周期内におけるフィードフォワ
ード処理前の加算制御出力信号の平均値を算出する制御
出力信号平均算出部と、その制御対象を操作する所定の
操作信号をＯＮするＯＮ時間をそれら時間比例出力およ
びフィードフォワード量に基づき算出し、このＯＮ時間
に対する時間比例周期の比からその時間比例出力の実出
力を算出する実出力算出部と、それら加算制御出力信号
平均値と実出力との差を補正値として加算部へ出力する
補正値算出部とを具備している。

【００１３】また、本発明は、設定値と上記制御対象か
らの測定値との偏差をＰＩＤ演算するＰＩＤ演算部を有
し、このＰＩＤ演算部からのＰＩＤ演算出力を上記制御
出力信号として補正値に加算するよう上記加算部を形成
することも可能である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。なお、従来例と共通する部分には
同一の符号を付す。

【００１５】図１は本発明に係る時間比例式制御装置の
実施の形態を示すブロック図である。図１において、減
算部１は、設定値ＳＶと後述するヒータ１３からの測定
値ＰＶとを所定のサンプリングタイミングで減算して偏
差ｅを出力するもので、ＰＩＤ演算部３に接続されてい
る。

【００１６】ＰＩＤ演算部３は、その偏差ｅをＰＩＤ演
算し、例えば図２ＡのようなＰＩＤ演算出力（実線：Ｍ
Ｖ１〜ＭＶ１０）を、制御対象を制御する制御出力とし
て所定の制御サンプリング周期で出力するもので、加算
部１７に接続されている。

【００１７】加算部１７は、ＰＩＤ演算出力に対して後
述する補正値算出部２１からの補正値を加算し、例えば
図２Ｂのように加算ＰＩＤ演算出力（一点鎖線：ＭＶ１
１〜ＭＶ２０）を出力するもので、フィードフォワード
処理部５およびＰＩＤ出力平均算出部１９に接続されて
いる。

【００１８】フィードフォワード処理部５は、制御サン
プリング周期毎の加算ＰＩＤ演算出力（ＭＶ１１〜ＭＶ
２０）に対し、後述する検出部１５からのフィードフォ
ワード量でフィードフォワード処理により補正し、図３
中の破線で示すように、外乱の影響を抑えるような加算
ＰＩＤ演算出力を出力するもので、時間比例出力部７に
接続されている。

【００１９】図３では各制御サンプリング周期毎にフィ
ードフォワード処理する例が図示されているが、任意の
連続する複数の制御サンプリング毎に同一のフィードフ
ォワード量で補正することも可能である。

【００２０】フィードフォワード処理部５におけるフィ
ードフォワード処理後の操作量としての各加算ＰＩＤ演
算出力は、ヒータ１３に印加する印加交流操作信号とし
て設定した基準信号としての所定の操作信号（例えば商
用電源ＡＣ１００Ｖ）をＥo、実際にヒータ１３に印加
され検出部１５で測定された測定電圧をＥn とすると、
次のようになる。

【００２１】フィードフォワード処理後の操作量＝（Ｅ
o）²／（Ｅn）²×（フィードフォワード処理前の加算Ｐ
ＩＤ演算出力）

【００２２】ここで、測定電圧Ｅn の符号n は測定サン
プル数であり、電圧の２乗で処理を行う理由は、ヒータ
抵抗を一定値と考えたときの電力によりこの式を求めて
いるためである。

【００２３】時間比例出力部７は、例えば図３に示すよ
うに、時間比例周期で０％〜１００％まで変化するのこ
ぎり波とフィードフォワード処理後の加算ＰＩＤ演算出
力（破線）とを比較し、その時間比例周期（１周期）内
で加算ＰＩＤ演算出力がのこぎり波を越えている期間で
はＯＮ状態（ＴON）で、加算ＰＩＤ演算出力がのこぎり
波より低下する期間ではＯＦＦ状態（ＴOFF ）の時間比
例出力を形成するもので、ゼロクロス方式の操作器９お
よび実出力算出部２３に接続されている。

【００２４】図３では、のこぎり波の離散的変化タイミ
ングを大きく図示しているが、実際は細かい離散的タイ
ミングΔＴで加算ＰＩＤ演算出力と比較するからフィー
ドフォワード処理に応じてＯＮ／ＯＦＦ比も変化する。
時間比例出力部７はチャタリングを防止する機能を有
し、同一周期内で一度ＯＮ／ＯＦＦ切換え動作後、必ず
しも再びＯＮ／ＯＦＦの切換えが行われない。

【００２５】操作器９は、交流電源１１からの交流操作
信号のうち時間比例出力のＯＦＦ切換えやＯＮ切換えタ
イミングの次に来るゼロクロス点でそれを切換え、制御
対象としてのヒータ１３へ印加する機能を有する。ヒー
タ１３には、図示しない温度センサ等が配置され、上述
した測定値ＰＶが出力されるようになっている。

【００２６】検出部１５は、交流電源１１から実際にヒ
ータ１３へ印加される交流操作信号の例えば電源電圧Ｅ
n を測定し、その値をフィードフォワード量として出力
するもので、フィードフォワード処理部５に接続されて
いる。

【００２７】ＰＩＤ出力平均算出部１９は、各時間比例
周期毎の１周期内における、フィードフォワード処理前
の全ての加算ＰＩＤ演算出力を加算してその平均値を算
出するもので、補正値算出部２１に接続されている。例
えば、図２において、ＭＶ１〜ＭＶ１０を加算するとと
もに全体のサンプル数（１０）で割った平均値を、百分
率で出力するものである。

【００２８】実出力算出部２３は、各時間比例周期毎に
１周期内において、時間比例出力およびフィードフォワ
ード量に基づき、ヒータ１３を操作しているはずの基準
信号としての所定の交流操作信号をＯＮするＯＮ時間を
算出し、このＯＮ時間に対する時間比例周期の比からそ
の時間比例出力の実出力を例えば百分率で出力するもの
であり、補正値算出部２１に接続されている。

【００２９】ヒータ１３には基準信号としての所定の交
流操作信号が印加されているはずであるが、実際には変
動しており、この変動量をフィードフォワード量として
入力して補正した時間比例出力が得られており、この時
のＯＮ時間を基準信号の印加された状態でのＯＮ時間に
換算出力する。なお、その基準信号は、実出力算出部２
３に予め初期設定されているか、又は電源投入時その他
任意の時点で外部から手動もしくは自動的に入力設定さ
れている。

【００３０】具体的には、実出力算出部２３では例えば
次のように実出力を出力する。まず、基準信号としての
所定の交流操作信号が印加されたと考えた場合のＯＮ時
間を求める。

【００３１】ＯＮ時間＝（Ｅ1²／Ｅo²）Δｔ＋（Ｅ2²／Ｅo²）Δｔ＋ … ＋（Ｅn²／Ｅo²）Δｔ＝（ΣＥn²／Ｅo²）Δｔ＝｛（ΣＥn²／nＥo²）Δｔ｝×ｎ＝ΣＥn²／nＥo² （ＯＮ時間）

【００３２】ここで、Δｔは時間比例出力分解能、符号
ｎはＯＮ時間と時間比例出力分解能の比である。すなわ
ち、基準信号としての所定の交流操作信号が印加された
と考えた場合のＯＮ時間は、（Ｅn／Ｅo）² を積算する
とともにその平均値を算出し、実際の時間比例出力のＯ
Ｎ期間に加算した形となる。

【００３３】このＯＮ時間を使用して実出力が次のよう
にして求められる。実出力＝（ＯＮ時間）／（時間比例周期）

【００３４】補正値算出部２１は、加算ＰＩＤ演算出力
の平均値から同じ時間比例周期内の実出力値を減算し、
その差分に基づき過不足している出力を求めてその補正
値として出力するものであり、上述した加算部１７に接
続されている。

【００３５】上述した加算部１７は、ある時間比例周期
におけるＰＩＤ演算部３からのＰＩＤ演算出力につい
て、直前の時間比例周期のＰＩＤ演算出力に基づく補正
値算出部２１からの補正値を加算する機能を有し、時間
比例出力のＯＮ／ＯＦＦを加算ＰＩＤ演算出力平均値へ
近づけるものである。

【００３６】すなわち、加算部１７は、図２に示すよう
に、ある時間比例周期における全てのＰＩＤ演算出力Ｍ
Ｖ１１〜ＭＶ２０について、直前の時間比例周期のＰＩ
Ｄ演算出力ＭＶ１〜ＭＶ１０に基づく補正値を加算し、
一点鎖線で示すような加算ＰＩＤ演算出力を出力する機
能を有する。

【００３７】そのため、時間比例出力部７から出力され
る時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ切換えタイミングが、補
正値の加算に応じて変化することにより、そのＯＮ／Ｏ
ＦＦ比も変化する。加算する補正値は、加算する時間比
例周期中は一定であり、次の時間比例周期では直前の時
間比例周期に基づく別の一定の補正値が保持されるとと
もに加算される。

【００３８】もっとも、制御の初回の時間比例周期では
補正値が作成されていないので、加算部１７へ入力され
たＰＩＤ演算出力と加算部１７から出力される加算ＰＩ
Ｄ演算出力は同じになるうえ、フィードフォワード処理
もＰＩＤ演算出力ＭＶ１〜ＭＶ１０についてなされる。

【００３９】次に、上述した本発明に係る時間比例式制
御装置の動作を簡単に説明する。減算部１へ入力された
設定値ＳＶと測定値ＰＶが所定のサンプリングタイミン
グで減算されて、偏差ｅがＰＩＤ演算部３へ加えられ
る。

【００４０】ＰＩＤ演算部３では、その偏差ｅを所定の
制御サンプリング周期でＰＩＤ演算し、図２Ａに示すよ
うなＰＩＤ演算出力ＭＶ１〜ＭＶ１０を加算部１７へ出
力する。

【００４１】加算部１７では、制御開始当初、補正値が
入力されていないので、同じＰＩＤ演算出力ＭＶ１〜Ｍ
Ｖ１０を加算ＰＩＤ演算出力としてフィードフォワード
処理部５およびＰＩＤ出力平均算出部１９へ出力する。

【００４２】フィードフォワード処理部５では、制御サ
ンプリング周期毎の加算ＰＩＤ演算出力ＭＶ１〜ＭＶ１
０に対し、検出部１５からのフィードフォワード量でフ
ィードフォワード処理し（図３参照）、外乱の影響を抑
えるような加算ＰＩＤ演算出力が時間比例出力部７へ加
えられる。

【００４３】時間比例出力部７では、フィードフォワー
ド処理された加算ＰＩＤ演算出力とのこぎり波とが比較
され（図３参照）、加算ＰＩＤ演算出力がのこぎり波を
越えている期間ではＯＮ状態（ＴON）、加算ＰＩＤ演算
出力がのこぎり波より低下する期間ではＯＦＦ状態（Ｔ
OFF ）の時間比例出力を形成し、これが操作器９および
実出力算出部２３へ出力される。

【００４４】操作器９は、交流電源１１からの交流操作
信号をその時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ切換タイミング
の次に来るゼスクロス点で切換え、ヒータ１３へ実際に
印加する。

【００４５】一方、ＰＩＤ出力平均算出部１９では、時
間比例周期内の全ての加算ＰＩＤ演算出力（ＭＶ１〜Ｍ
Ｖ１０）を加算するとともに全体のサンプル数（１０）
で割った平均値（百分率）が補正値算出部２１へ加え
る。

【００４６】他方、実出力算出部２３では、同じ時間比
例周期内における時間比例出力とフィードフォワード量
に基づき、ヒータ１３へ印加しているはずの基準となる
所定の交流操作信号のＯＮ期間を求め、このＯＮ時間と
時間比例周期から時間比例出力の実出力値を百分率で演
算し、これを補正値算出部２１へ加える。

【００４７】補正値算出部２１では、互いに同じ時間比
例周期内の加算ＰＩＤ演算出力の平均値から実出力値が
減算されて補正値を形成し、これが加算部１７に加えら
れる。

【００４８】加算部１７では、図２Ｂに示すように、そ
の補正値の元になる時間比例周期の次の周期の間その補
正値が保持され、ＰＩＤ演算部３からのＰＩＤ演算出力
に加算され、破線で示す加算ＰＩＤ演算出力（ＭＶ１１
〜ＭＶ２０）がフィードフォワード処理部５およびＰＩ
Ｄ出力平均算出部１９へ加えられる。

【００４９】フィードフォワード処理部５からは、図３
に示すようなフィードフォワード処理された加算ＰＩＤ
演算出力（破線：ＭＶ１１〜ＭＶ２０）が時間比例出力
部７へ加えられ、時間比例出力部７からは加算ＰＩＤ演
算出力に応じた時間比例出力が操作器９に加えられる一
方、ＰＩＤ出力平均算出部１９、実出力算出部２３およ
び補正値算出部２１から次の時間比例周期に用いる補正
値が作成される。以降、この動作が繰返される。

【００５０】このように本発明の時間比例式制御装置
は、減算部１で設定値ＳＶと測定値ＰＶからの偏差ｅを
出力し、ＰＩＤ演算部３でその偏差ｅに基づくＰＩＤ演
算出力を演算し、加算部１７で時間比例周期中のＰＩＤ
演算出力に補正値を加算し、フィードフォワード処理部
５で外乱測定結果としてのフィードフォワード量を入力
し、これによってその加算ＰＩＤ演算出力に対し外乱の
影響を抑えるようにフィードフォワード処理し、時間比
例出力部７でフィードフォワード処理された加算ＰＩＤ
演算出力とのこぎり波とを比較して加算ＰＩＤ演算出力
に応じた時間比例出力を出力する一方、ＰＩＤ出力平均
算出部１９で時間比例周期におけるフィードフォワード
処理前の加算ＰＩＤ演算出力の平均値を算出し、実出力
算出部２３でそれら時間比例出力およびフィードフォワ
ード量に基づきヒータ１３を操作すべき所定の交流操作
信号をＯＮするＯＮ時間を算出してこのＯＮ時間に対す
る時間比例周期の比からその時間比例出力の実出力値を
算出し、補正値算出部２１でそれら加算ＰＩＤ演算出力
の平均値と時間比例出力の実出力値の差を補正値として
形成し、次の時間比例周期でこの補正値を加算部１７で
加算して上述した加算ＰＩＤ演算出力を形成する構成と
した。

【００５１】そのため、フィードフォワード処理を行っ
た加算ＰＩＤ演算出力について、ＯＮからＯＦＦ（又は
ＯＦＦからＯＮ）へ変化した時ののこぎり波との比較に
よって時間比例出力を出力しても、制御安定性に影響を
与えるＯＮ期間中に変化した電源電圧の変動であるフィ
ードフォワード量の変動が次の時間比例周期の補正値に
含まれるうえ、ＯＦＦ期間中のフィードフォワード量は
補正値の算出に含まれない。

【００５２】そのため、時間比例周期における適切なフ
ィードフォワード量がヒータ１３には反映され、制御対
象へ影響を及ぼす外乱の影響を小さく、早く抑えること
が可能で、安定した制御が可能となる。

【００５３】また、上述した図１２に示したように、の
こぎり波が出力分解能（ΔＭＶ）の関係からΔＴ間隔で
しか時間比例出力をＯＮ／ＯＦＦ切換えできず、同図の
ようにＴON、ＴOFF の切換えタイミングが遅れても、当
該時間比例周期の加算ＰＩＤ演算出力に基づく補正値が
作成されて次の時間比例周期においてＰＩＤ演算出力に
加算反映され、ＯＮ／ＯＦＦの切換えタイミングを好し
いのこぎり波の切換えタイミングに近づけることが可能
となり、時間比例出力の出力分解能（ΔＭＶ）との関係
で出力困難なＰＩＤ演算出力の影響がすぐに修正制御さ
れ、早く正確な時間比例制御が可能となる。

【００５４】さらに、入力ノイズや測定値ＰＶの量子化
誤差等の影響でＰＩＤ演算出力が急変し、図１３のよう
に時間比例出力が早くＯＦＦに切換わった時間比例出力
が出力されても、急変した時点以降のＰＩＤ演算出力の
値を含めた補正値で次の時間比例周期のＰＩＤ演算出力
が修正されるから、同様に早く正確な時間比例式制御が
可能となる。

【００５５】さらにまた、従来の時間比例式制御装置で
は、時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ切換え時のＰＩＤ演算
出力以外は無視されていたが、上述した本発明では個々
の時間比例周期内のＰＩＤ演算出力が次の時間比例周期
で有効に反映され、この観点からも正確な時間比例式制
御が可能となる。

【００５６】そのことは、上述した構成では、フィード
フォワード処理による速い段階での補正を確保するとと
もに、フィードフォワード処理後に時間比例出力を得て
ヒータ１３を加熱制御することにより生ずる問題点、す
なわち時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ切換え時以外のフィ
ードフォワード量の変動の補正ができないことの改善が
可能となり、ヒータ１３への外乱影響を小さく抑えるこ
とが可能で、早く安定した制御が可能となる。

【００５７】上述した本発明に係る時間比例式制御装置
では、比較波としてのこぎり波を用いる構成を説明した
が、三角波を用いる構成も可能である。なお、この三角
波も離散的に変化するものである。

【００５８】すなわち、時間比例出力部７は、図５に示
すように、時間比例周期で０％〜１００％〜０％まで変
化する三角波を用い、この時間比例周期の半周期におい
て、フィードフォワード処理された加算ＰＩＤ演算出力
（ＭＶ１１〜ＭＶ２０）と三角波とを比較し、加算ＰＩ
Ｄ演算出力が三角波を越えている期間ではＯＮ状態（Ｔ
ON）、加算ＰＩＤ演算出力が三角波より低下する期間で
はＯＦＦ状態（ＴOFF）の時間比例出力を形成する機能
を有するよう形成可能である。

【００５９】ＰＩＤ出力平均算出部１９は、図５を参考
にして示せば、時間比例周期の半周期内の全ての加算Ｐ
ＩＤ演算出力（ＭＶ１１〜ＭＶ１５）を加算するととも
に半周期の全サンプル数（５）で割った平均値（百分
率）を出力するよう形成し、実出力算出部２３は、やは
り同じ半周期内の実際の時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ比
（百分率）を出力するように形成されている。

【００６０】加算部１７は、時間比例周期においてその
補正値の元になる半周期の次の半周期でその補正値が保
持され、ＰＩＤ演算部３からのＰＩＤ演算出力に加算さ
れて加算ＰＩＤ演算出力（ＭＶ１６〜ＭＶ２０）が時間
比例出力部７およびＰＩＤ出力平均算出部１９へ加えら
れる。それ以外は上述した構成と同様である。なお、図
５中の加算ＰＩＤ演算出力ＭＶ１６〜ＭＶ２０は、加算
後のものである。

【００６１】このように、比較波として三角波を用いる
構成では、三角波の例えば前半の半周期のＰＩＤ演算出
力に基づいて補正値を作成し、続く後半の半周期でＰＩ
Ｄ演算出力に加算補正して時間比例出力を出力すること
が可能となり、同一の時間比例周期内で早い補正が可能
となる利点がある。

【００６２】図６は、比較波として三角波を用いた本発
明に係る時間比例式制御装置について、その動作をシミ
ュレーションした結果の特性図であり、図７は図９に示
した従来の時間比例式制御装置についてシミュレーショ
ンした結果の特性図である。これら図６および図７か
ら、本発明による時間比例式制御装置が制御正確性およ
び安定性に優れていることが分かる。本発明で用いる比
較波は、のこぎり波や三角波のように所定の繰返し周期
を０％〜１００％又は０％〜１００％〜０％で仮想直線
的に変化するものであれば良い。

【００６３】上述した本発明の構成では、制御対象を制
御する制御出力信号としてＰＩＤ演算出力を用いる例を
説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、設
定値（目標値）と制御対象からの測定値からファジィ演
算した出力値に上述した補正値を加算する構成も可能で
あるし、時間の経過とともに所定のパターンで変化する
出力値に上述した補正値を加算する構成も可能である。

【００６４】すなわち、本発明では、制御対象を直接制
御するためにこれに印加される交流又は直流電力をコン
トロールする時間比例出力が、その制御出力信号に上述
した補正値を加算した加算制御出力信号に基づいて形成
される構成であれば、本発明の目的が達成される。

【００６５】このように、種々の制御出力に対応する本
発明を構成するには、例えば図８に示すように、制御出
力信号を加算部１７へ加えて上述した補正値と加算して
加算制御出力信号を出力し、制御出力信号平均算出部２
５で加算制御出力信号の平均値を算出するよう、それら
加算部１７および制御出力信号平均算出部２５を形成す
れば良く、ＰＩＤ演算部３を除き、他の構成は図１と同
様である。もっとも、ＰＩＤ演算部３を制御出力信号出
力部と考えることも可能である。なお、図８では制御出
力信号平均算出部を制御出力平均算出部と簡略化した。

【００６６】ところで、上述した本発明の構成では、時
間比例出力部から出力する時間比例出力は、ヒータ１３
へ印加する交流操作信号との間で何等かの関連付けを持
たせてＯＮ／ＯＦＦ切換え出力させると、より高精度の
制御が可能となる。

【００６７】例えば、操作器１１がゼロクロス方式の場
合、ヒータ１３へ印加させているはずの上述した基準信
号としての所定の交流操作信号の半周期又はこの整数倍
を時間比例出力部７等へ予め設定し、このタイミングで
ＯＮ／ＯＦＦ切換えして時間比例出力を出力させる構成
も可能である。

【００６８】このような構成を採用すれば、ヒータ１３
へ印加される交流操作信号に時間的な遅れは生じるもの
の、時間比例出力部７からの時間比例出力のＯＮ／ＯＦ
Ｆ切換え点から交流操作信号のゼロクロス点までの期間
が常に同じとなり、操作器９からのゼロクロス点情報等
がなくとも、時間比例出力部７からの時間比例出力と実
際にヒータ１３へ反映された出力が同一時間比となり、
ゼスクロス制御における応答が安定する。

【００６９】さらに、検出部１５又は図示しない検出器
により、ヒータ１３へ実際に印加させる交流操作信号の
ゼロクロス点を検出して時間比例出力部７へ取込み（図
１中の破線参照）、そのゼロクロス点から例えば１／４
周期前後遅れたタイミングでＯＮ／ＯＦＦを切換えて時
間比例出力を出力させる構成も可能である。

【００７０】この構成によれば、交流電源１１からの交
流操作信号に変動があったり、操作器９に動作誤差があ
っても、時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ切換え点が印加交
流操作信号のゼロクロス点の直前や直後となり難くな
り、より一層正確な交流操作信号を安定してヒータ１３
へ印加できるから、良好なゼスクロス制御応答が得られ
る。なお、本発明はゼロクロス方式以外の操作器を用い
ることも可能である。

【００７１】また、上述した実施の形態では、外乱とし
て電源電圧の変動を例にしたが、これ以外にも、例えば
冷却制御の冷却媒体の温度など、プロセスゲインを変化
させる外乱が考えられる。それらの場合、フィードフォ
ワード量によりプロセスゲインがどのように変化するか
を明確にし、フィードフォワード処理部５や実出力算出
部２３では各々の式を各フィードフォワード量に対応さ
せて変更する必要があることはいうまでもない。

【００７２】本発明に係る時間比例式制御装置は、一般
には所定のプログラムで演算や判断動作するＣＰＵ、こ
のＣＰＵの動作プログラムを格納したＲＯＭ、演算動作
結果を一時的に格納するＲＡＭ、外部とのインターフェ
ースであるＩ／Ｏを主体としたマイクロコンピュータで
構成する場合が多いが、電子部品を組合せた電子回路で
構成することも可能であり、デジタル構成の機器ではＣ
ＰＵで扱うデジタル信号が上述した制御出力信号とな
り、アナログ構成の機器では電圧信号や電流信号等のア
ナログ信号が制御出力信号となる。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の時間比例式
制御装置は、制御対象を制御する制御出力信号に補正値
を加算する加算部と、その制御対象に対する外乱測定結
果をフィードフォワード量として入力しその加算制御出
力信号に対しフィードフォワード処理するフィードフォ
ワード処理部と、このフィードフォワード処理された制
御出力信号に応じて時間比例周期内をＯＮ／ＯＦＦ比に
変換した時間比例出力を出力する時間比例出力部と、そ
の時間比例周期毎にフィードフォワード処理前の加算制
御出力信号の平均値を算出する制御出力信号平均算出部
と、それら時間比例出力およびフィードフォワード量に
基づき制御対象を操作する所定の操作信号をＯＮするＯ
Ｎ時間を算出しこのＯＮ時間に対する時間比例周期の比
からその時間比例出力の実出力を算出する実出力算出部
と、その加算制御出力信号平均値と実出力との差から上
記補正値を加算部へ出力する補正値算出部とを具備して
いる。そのため、フィードフォワード処理を行った加算
制御出力について、制御安定性に影響を与えるＯＮ期間
中に変化した外乱例えば電源電圧変動が考慮された時間
比例出力が出力されて制御対象が制御され、時間比例周
期における適切なフィードフォワード処理による早い段
階での補正を確保し、フィードフォワード処理後に時間
比例出力を得て制御対象を制御することにより生ずる問
題点を改善し、制御対象への外乱影響を小さく抑えるこ
とが可能となる。しかも、時間比例出力の出力分解能
（ΔＭＶ）との関係で出力困難な制御出力信号の補正が
可能となったり、ノイズ等に起因する制御出力信号の急
変による影響を小さく抑え、時間比例周期内の制御出力
信号を有効に活用した補正が可能となる。その結果、上
記構成において早く安定した高精度の時間比例式制御が
可能となる。さらに、設定値と制御対象からの測定値と
の偏差をＰＩＤ演算してＰＩＤ演算出力を制御信号とし
て出力するＰＩＤ演算部を設ける構成では、上述した効
果に加えて、時間比例出力の出力分解能（△ＭＶ）との
関係で出力困難なＰＩＤ演算出力の補正が可能となった
り、ノイズ等に起因するＰＩＤ演算出力の急変による影
響を小さく抑え、時間比例周期内のＰＩＤ演算出力を有
効に活用した補正が可能となる。これにより、ＰＩＤ演
算出力を制御信号として出力する構成においても、同様
に早く安定した高精度の時間比例式制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る時間比例式制御装置の実施の形態
を示すブロック図である。

【図２】図１の時間比例式制御装置に係る動作を説明す
る図である。

【図３】図１の時間比例式制御装置に係る動作を説明す
る図である。

【図４】図１の時間比例式制御装置に係る動作を説明す
る図である。

【図５】図１の時間比例式制御装置に係る他の動作を説
明する図である。

【図６】図１に係る本発明の時間比例式制御装置のシミ
ュレーション結果を示す特性図である。

【図７】従来の時間比例式制御装置のシミュレーション
結果を示す特性図である。

【図８】本発明に係る時間比例式制御装置の他の実施の
形態を示すブロック図である。

【図９】従来の時比例式制御装置を示すブロック図であ
る。

【図１０】図９の時間比例式制御装置に係る動作を説明
する図である。

【図１１】図９の時間比例式制御装置に係る別の動作を
説明する図である。

【図１２】図９の時間比例式制御装置に係る動作を説明
する図である。

【図１３】図９の時間比例式制御装置に係る動作を説明
する図である。

【符号の説明】

１減算部３ＰＩＤ演算部（制御信号出力部）５フィードフォワード処理部７時間比例出力部９操作器１１交流電源１３ヒータ（制御対象）１５検出部１７加算部１９、２５ＰＩＤ出力平均算出部（制御出力信号平均
算出部）２１補正値算出部２３実出力算出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉原義朗東京都大田区久が原５丁目16番６号理化工業株式会社内 (72)発明者坂倉浩一東京都大田区久が原５丁目16番６号理化工業株式会社内 (72)発明者大柳友香子東京都大田区久が原５丁目16番６号理化工業株式会社内Ｆターム(参考） 5H004 GA07 GA40 HA01 HB01 HB14 KA22 KA65 KB02 KB04 KB06 KB33 KB38 MA02 MA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御対象を制御するための制御出力信号
に補正値を加算する加算部と、前記制御対象の操作に影響を及ぼす外乱測定結果をフィ
ードフォワード量として入力し、これによって前記加算
部からの加算制御出力信号に対し前記外乱の影響を抑え
るようにフィードフォワード処理して加算制御出力信号
を出力するフィードフォワード処理部と、このフィードフォワード処理された前記加算制御出力信
号に応じて所定の繰返し時間比例周期内をＯＮ／ＯＦＦ
比に変換した時間比例出力を前記制御対象側へ出力する
時間比例出力部と、前記時間比例周期内における前記フィードフォワード処
理前の前記加算制御出力信号の平均値を算出する制御出
力信号平均算出部と、前記制御対象を操作する所定の操作信号をＯＮするＯＮ
時間を前記時間比例出力およびフィードフォワード量に
基づき算出し、このＯＮ時間に対する前記時間比例周期
の比から前記時間比例出力の実出力を算出する実出力算
出部と、前記加算制御出力信号平均値と実出力との差を前記補正
値として前記加算部へ出力する補正値算出部と、を具備することを特徴とする時間比例式制御装置。
【請求項２】設定値と前記制御対象からの測定値との
偏差をＰＩＤ演算するＰＩＤ演算部を有し、前記加算部
は前記ＰＩＤ演算部からのＰＩＤ演算出力を前記制御出
力信号として前記補正値を加算するものである請求項１
記載の時間比例式制御装置。