JP2001265447A - 制御装置、温度調節器および熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】干渉のある制御対象の制御において、干渉を低
減するとともに、オートチューニングを正しく実行でき
るようにして制御パラメータの設定を可能とする。 【解決手段】個別的に対応する複数のヒータおよび複数
の温度センサを備えるとともに、複数のＰＩＤ制御手段
６₁〜６ｎを備え、平均温度・傾斜温度算出手段５で複
数の温度センサの検出温度の平均温度および検出温度に
基づく傾斜温度を算出し、各ＰＩＤ制御手段６₁〜６ｎ
は、それぞれ平均温度または各傾斜温度が目標値になる
ように操作信号を出力し、配分手段７によって、各ＰＩ
Ｄ制御手段６₁〜６ｎによる制御が、他のＰＩＤ制御手
段の制御に影響を与えないように、各ヒータに各ＰＩＤ
制御手段６₁〜６ｎからの操作信号を配分するようにし
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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温度調節器を用いた熱処
理装置に関し、さらに詳しくは、制御対象の物理状態を
制御する状態制御手段を複数備え、各状態制御手段によ
る制御が、他の状態制御手段による制御に影響を与え
る、いわゆる干渉のある制御対象の制御に好適な技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の制御対象、例えば、半導体プロ
セスの熱処理装置として、図２７に示される熱酸化装置
があり、この熱酸化装置１８は、シリコンのウェハを酸
化するものであって、熱処理炉としての反応管１９に必
要なガスを流しながら酸化膜の生成を行うものである。
この熱酸化装置１８は、反応管１９を外囲する均熱管２
０の周囲に分割して配置された複数、この例では、３つ
の第１〜第３のヒータ２１₁〜２１₃とそれに個別的に対
応する第１〜第３の温度センサ２２₁〜２２₃とを有し、
温度制御は、マイクロコンピュータ２３によって、ヒー
タおよび温度センサの各組に対応する領域（以下「ゾー
ン」という）毎に個別に行われている。

【０００３】すなわち、第１のヒータ２１₁および第１
の温度センサ２２₁が配置された上側の第１のゾーンで
は、第１の温度センサ２２₁の検出出力に基づいて、目
標温度になるように第１のヒータ２１₁が操作され、第
２のヒータ２１₂および第２の温度センサ２２₂が配置さ
れた中間の第２のゾーンでは、第２の温度センサ２２₂
の検出出力に基づいて、目標温度になるように第２のヒ
ータ２１₂が操作され、第３のヒータ２１₃および第３の
温度センサ２２₃が配置された下側の第３のゾーンで
は、第３の温度センサ２２₃の検出出力に基づいて、目
標温度になるように第３のヒータ２１₃が操作される。

【０００４】しかしながら、各ゾーンは熱的に連続して
いるので、一つのゾーンのヒータによる熱量は、そのゾ
ーンのみならず、他のゾーンの温度センサにも影響を与
える、いわゆる干渉を生じる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような干渉がある
ために、特に、過渡時や外乱時に温度のバラツキが顕著
となって均一な温度制御が困難であり、また、各ゾーン
を異なる目標温度に制御するといったことが容易でな
い。

【０００６】さらに、温度調節器における最適なＰＩＤ
制御のパラメータを決定するためのオートチューニング
が正しく実行できないという難点もある。

【０００７】以下、オートチューニングが正しく実行で
きない理由について、制御のシュミレーションソフト
（ＭＡＴＬＡＢ（登録商標））を使用した例を用いて説
明する。

【０００８】先ず、正常にオートチューニングをできる
例として、図２８に示される干渉のない独立な第１，第
２の制御対象２４₁，２４₂を制御する場合について説明
する。この例は、独立に二つの制御対象２４₁，２４₂を
制御するものであり、第１のＰＩＤ制御手段２５₁で
は、オートチューニングを実行し、第２のＰＩＤ制御手
段２５₂では、目標値をグランドとしてＰＩＤ制御を実
行している。なお、２６₁，２６₂は、目標値とフィード
バック量との制御偏差を出力する加算器である。

【０００９】図２９は、このシステムにおける第１の制
御対象２４₁からの第１のフィードバック量ＰＶ１（破
線）、第１のＰＩＤ制御手段２５₁からの第１の操作量
ＭＶ１（実線）、第２の制御対象２４₂からの第２のフ
ィードバック量ＰＶ２（二点鎖線）および第２のＰＩＤ
制御手段２５₂からの第２の操作量ＭＶ２（一点鎖線）
を、スコープに表示した波形を示すものであり、第１の
操作量ＭＶ１がオンオフするリミットサイクルが生じて
おり、第１のフィードバック量ＰＶ１の周期と振幅とを
使って第１のＰＩＤ制御手段２５₁のＰＩＤ制御のパラ
メータを決定することができる。

【００１０】なお、フィードバック量ＰＶ１，ＰＶ２
は、例えば温度制御における温度センサで検出された検
出温度に相当し、操作量ＭＶ１，ＭＶ２は、制御対象を
加熱するヒータおよびそのヒータの通電をオンオフする
電磁開閉器からなる操作手段に与えられる操作量であ
る。

【００１１】次に、図３０に示されるように、２入力
（ＭＶ１，ＭＶ２）２出力（ＰＶ１，ＰＶ２）の干渉の
ある制御対象２７に独立な制御を実行した場合について
説明する。

【００１２】この制御対象２７は、図３１に示されるよ
うに、第１のＰＩＤ制御手段２５₁からの第１の操作量
ＭＶ１が、第１の加算器２８に与えられるとともに、第
１の減衰器２９で０.９に減衰されて第２の加算器３０
に与えられる一方、第２のＰＩＤ制御手段２５₂からの
第２の操作量ＭＶ２が、第２の加算器３０に与えられる
とともに、第２の減衰器３１で０.９に減衰されて第１
の加算器２８に与えられ、各加算器２８，３０の加算出
力が、第１，第２の遅れ要素３２，３３にそれぞれ与え
られる構成とされており、この例では、各操作量ＭＶ
１，ＭＶ２が０.９の割合で他方に加えられて互いに干
渉を生じるものである。

【００１３】このような干渉のある制御対象２７では、
第１のＰＩＤ制御手段２５₁で、オートチューニングを
実行し、第２のＰＩＤ制御手段２５₂では、目標値をグ
ランドとしてＰＩＤ制御を実行すると、図３２に示され
るように、第１の操作量ＭＶ１（実線）に、オンオフの
リミットサイクルが生じない場合があり、かかる場合に
は、第１のフィードバック量ＰＶ１（破線）の振動の振
幅および周期を正しく測定できず、ＰＩＤ制御のパラメ
ータも計算することができないことになる。

【００１４】このように第１の操作量ＭＶ１がオンオフ
しない原因は、オートチューニングをしない側の第２の
ＰＩＤ制御手段２５₂が干渉してオートチューニング側
の第１のフィードバック量ＰＶ１の変化が生じないよう
に勝手に動作してしまうからである。これは、第２の操
作量ＭＶ２（一点鎖線）が、第１のフィードバック量Ｐ
Ｖ１の変化とは逆向きの動きをしていることからも分か
る。

【００１５】このように、干渉のある制御対象では、Ｐ
ＩＤの制御パラメータを設定するためのオートチューニ
ングが実行できず、試行錯誤的な設定にならざるを得
ず、このため、設定に時間を要するとともに、所望の制
御特性を得るのが困難である。

【００１６】本発明は、上述の点に鑑みて為されたもの
であって、干渉のある制御対象であっても、その干渉を
低減するとともに、制御パラメータの設定を可能とする
ことを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。

【００１８】すなわち、本発明による制御装置は、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
の情報と前記複数の検出手段に個別的に対応する複数の
目標情報との偏差を、前記物理状態の勾配を示す情報の
偏差に変換するとともに、物理状態の代表状態を示す情
報の偏差に変換する変換手段と、前記変換手段からの前
記勾配を示す情報の偏差または前記代表状態を示す情報
の偏差を制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複
数の状態制御手段と、前記各状態制御手段からの操作信
号を、複数の操作手段に、各状態制御手段による制御
が、他の状態制御手段による制御に与える影響をなくす
又は小さくするように配分する配分手段と、を備えてい
る。

【００１９】ここで、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。

【００２０】また、物理状態の勾配とは、温度勾配、圧
力勾配、流量勾配、速度勾配などの様々な物理量の勾配
をいう。

【００２１】さらに、物理状態の代表状態とは、制御対
象の物理状態を代表的に示す状態をいい、例えば、温度
であれば、制御対象の平均温度、ある位置（例えば中央
位置）における温度などをいう。

【００２２】また、目標情報とは、物理状態の制御目標
の情報をいい、例えば、目標温度、目標圧力、目標流量
などをいう。

【００２３】本発明の制御装置によると、複数の検出手
段からの情報を、物理状態の勾配あるいは代表状態を利
用した情報、すなわち、干渉のない独立の情報に変換し
て制御を行うとともに、配分手段によって各状態制御手
段による制御が、他の状態制御手段による制御に与える
影響をなくす又は小さくするように配分するので、干渉
のある制御対象の制御において、その干渉を低減するこ
とが可能となる。

【００２４】また、本発明による制御装置は、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情
報を、前記物理状態の勾配を示す情報に変換するととも
に、物理状態の代表状態を示す情報に変換する変換手段
と、前記変換手段からの各情報が個別的に与えられる複
数の状態制御手段と、前記各状態制御手段からの操作信
号を、複数の操作手段に、各状態制御手段による制御
が、他の状態制御手段による制御に与える影響をなくす
又は小さくするように配分する配分手段とを備え、前記
各状態制御手段の操作信号を変化させて前記各検出手段
の情報の変化を計測して前記配分手段による配分比を決
定するための伝達係数（伝達関数）を予め求めるもので
ある。

【００２５】本発明によると、複数の検出手段からの情
報を、物理状態の勾配を示す情報と代表状態を示す情
報、すなわち、干渉のない独立の情報に変換して制御を
行うとともに、配分手段によって各状態制御手段による
制御が、他の状態制御手段による制御に与える影響をな
くす又は小さくするように配分するので、干渉のある制
御対象の制御において、その干渉を低減することが可能
となる。

【００２６】また、各状態制御手段による制御が、他の
状態制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さ
くするように配分するためには、各状態制御手段による
制御が、他の状態制御手段による制御にどの程度影響を
与えるかを予め把握する必要があるが、各状態制御手段
の操作信号を変化させて各検出手段の情報の変化を計測
して伝達係数（伝達関数）を求めることでそれを把握で
きることになる。

【００２７】また、本発明による温度調節器は、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得
られる検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度に
変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手
段と、前記変換手段からの傾斜温度または代表温度を制
御量として操作信号をそれぞれ出力する複数の温度制御
手段と、前記各温度制御手段からの操作信号を、前記制
御対象を加熱（または冷却）する複数の加熱（または冷
却）手段に、各温度制御手段による制御が、他の温度制
御手段による制御に与える影響をなくす又は小さくする
ように配分する配分手段とを備え、前記各温度制御手段
の操作信号を変化させて前記各温度検出手段の検出温度
の変化を計測して前記配分手段による配分比を決定する
ための伝達係数（伝達関数）を予め求めるものである。

【００２８】本発明によると、複数の温度検出手段から
得られる検出温度を、傾斜温度と代表温度、すなわち、
干渉のない独立の情報に変換して制御を行うとともに、
配分手段によって各温度制御手段による制御が、他の温
度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小さく
するように配分するので、干渉のある制御対象の制御に
おいて、その干渉を低減することが可能となる。また、
例えば、制御対象を複数のゾーン毎に区分して温度制御
を行う場合に、特定のゾーンの検出温度を代表温度とし
てそのゾーンに着目した制御を行うことができる。

【００２９】さらに、各温度制御手段による制御が、他
の温度制御手段による制御に与える影響をなくす又は小
さくするように配分するためには、各温度制御手段によ
る制御が、他の温度制御手段による制御にどの程度影響
を与えるかを予め把握する必要があるが、各温度制御手
段の操作信号を変化させて各検出手段の検出温度の変化
を計測して伝達係数（伝達関数）、すなわち、加熱（ま
たは冷却）手段の熱量が、複数の温度検出手段にそれぞ
れ伝わる際の伝達係数（または伝達関数）を求めること
でそれを把握できることになる。

【００３０】本発明の一実施態様においては、前記各温
度制御手段の操作信号を順番に変化させて前記各温度検
出手段の検出温度の変化を計測するものである。

【００３１】本発明によると、各温度制御手段の操作信
号を順番に変化させて各温度検出手段の検出温度の変化
を計測するので、各温度制御手段が、他の温度制御手段
に及ぼす影響、すなわち、伝達係数（伝達関数）を精度
よく求めることができる。

【００３２】本発明の他の実施態様においては、ステッ
プ応答法またはリミットサイクル法を用いて前記伝達係
数（伝達関数）を求めるものである。

【００３３】本発明によると、ステップ応答法またはリ
ミットサイクル法を用いるので、伝達係数（伝達関数）
を精度よく求めることができ、特に、リミットサイクル
法は、操作量を、プラス側およびマイナス側に変化させ
ることで、所望の温度における伝達係数（伝達関数）を
求めることができる。

【００３４】本発明の好ましい実施態様においては、複
数の温度検出手段に個別的に対応する目標温度を、目標
代表温度および目標傾斜温度に変換する変換手段を備え
ている。

【００３５】本発明によると、代表温度および傾斜温度
を制御量として制御するので、目標代表温度（代表温度
の目標値）および目標傾斜温度（傾斜温度の目標値）を
設定する必要があるが、複数の温度検出手段に個別的に
対応する目標温度を、目標代表温度および目標傾斜温度
に変換する変換手段を備えることにより、ユーザは、目
標代表温度および目標傾斜温度という不慣れな目標値を
設定する必要がなく、従来と同様に、複数の温度検出手
段に個別的に対応する目標温度、すなわち、各ｃｈ毎の
目標温度を設定すればよい。

【００３６】本発明の他の実施態様においては、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得
られる検出温度と前記複数の温度検出手段に個別的に対
応する複数の目標温度との温度偏差を、傾斜温度の偏差
に変換するとともに、代表的な代表温度の偏差に変換す
る変換手段と、前記変換手段からの傾斜温度の偏差また
は代表温度の偏差を制御偏差として操作信号をそれぞれ
出力する複数の温度制御手段と、前記各温度制御手段か
らの操作信号を、前記制御対象を加熱（または冷却）す
る複数の加熱（または冷却）手段に、各温度制御手段に
よる制御が、他の温度制御手段による制御に与える影響
をなくす又は小さくするように配分する配分手段とを備
えている。

【００３７】本発明によると、複数の温度検出手段から
の検出温度と目標温度との温度偏差を、傾斜温度の偏差
と代表温度の偏差、すなわち、干渉のない独立の情報に
変換して制御を行うとともに、配分手段によって各温度
制御手段による制御が、他の温度制御手段による制御に
与える影響をなくす又は小さくするように配分するの
で、干渉のある制御対象の制御において、その干渉を低
減することが可能となる。また、例えば、制御対象を複
数のゾーン毎に区分して温度制御を行う場合に、特定の
ゾーンの検出温度を代表温度としてそのゾーンに着目し
た制御を行うことができる。

【００３８】しかも、ユーザは、複数の温度検出手段に
個別的に対応する目標温度、すなわち、各ｃｈ毎の目標
温度を設定すればよく、目標代表温度（代表温度の目標
値）および目標傾斜温度（傾斜温度の目標値）という不
慣れな目標値を設定する必要がない。

【００３９】本発明の他の実施態様においては、前記代
表温度または目標代表温度に基づいて、前記温度制御手
段の制御パラメータを補正する補正手段を備えるもので
ある。

【００４０】制御する温度が変化すると、加熱手段であ
るヒータの抵抗値が変化し、あるいは、時定数が変化す
るので、そのままではハチングやオバーシュートが発生
することになるが、本発明よると、平均温度などの代表
温度または代表温度の目標値である目標代表温度に基づ
いて、制御パラメータを補正するので、自動的に温度補
償が行われてハンチングやオバーシュートの発生を抑制
できることになる。特に、過渡状態を除いて代表温度と
ほぼ等しい固定の目標代表温度に基づいて補正すること
により、時々刻々変化する代表温度に基づいて補正する
構成に比べて処理が簡素化される。

【００４１】本発明の他の実施態様においては、前記補
正手段は、前記代表温度または前記代表目標温度に基づ
いて、予め設定された定数を用いた算出式に従って補正
値を算出するものである。

【００４２】本発明によると、予め定数を設定すること
により、自動的に温度に応じて制御パラメータが補正さ
れることになる。

【００４３】本発明の好ましい実施態様においては、前
記算出式が、一次の近似式であり、本発明によると、簡
単な直線近似式で温度補償を行えることになる。

【００４４】本発明の他の実施態様においては、前記算
出式が、二次以上の近似式であり、本発明によると、よ
り精度の高い温度補償が行えることになる。

【００４５】本発明のさらに他の実施態様においては、
前記代表温度が複数の検出温度に基づく平均温度であ
る。

【００４６】本発明によると、平均温度および傾斜温度
を制御量として温度制御を行うので、例えば、制御対象
を複数のゾーン毎に区分して各ゾーンの検出温度を制御
量として温度制御を行う場合に比べてゾーンの間の干渉
の度合いを低減できる。

【００４７】また、例えば、制御対象を複数のゾーンに
区分して各ゾーンに温度検出手段を配置した場合に、或
るゾーンの温度検出手段で検出された検出温度と、隣接
するゾーンの温度検出手段で検出された検出温度との差
である傾斜温度を制御量とすることができ、ゾーン毎に
温度差を持たせた制御を行えることになる。

【００４８】本発明による熱処理装置は、本発明の温度
調節器と、制御対象としての熱処理炉あるいは熱処理盤
と、該熱処理炉あるいは熱処理盤を加熱（または冷却）
する複数の加熱（または冷却）手段と、前記熱処理炉あ
るいは熱処理盤の温度を検出する複数の温度検出手段と
を備えている。

【００４９】本発明によると、本発明の温度調節器によ
って熱処理炉あるいは熱処理盤の温度制御を行うので、
干渉を低減した温度制御が可能となる。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、図面によって本発明の実施
の形態について詳細に説明する。

【００５１】図１は、本発明の一つの実施の形態に係る
温度調節器を用いた温度制御システムの概略構成図であ
る。

【００５２】この実施の形態の温度制御システムは、制
御対象３を加熱する複数のヒータ１ ₁〜１ｎと、複数の
ヒータ１₁〜１ｎに個別的に対応して制御対象３の温度
を検出する複数の温度センサ２₁〜２ｎと、これら温度
センサ２₁〜２ｎの検出出力に基づいて、各ヒータ１₁〜
１ｎを図示しない電磁開閉器などを介して操作して制御
対象３の温度を制御する本発明に係る温度調節器４とを
備えている。

【００５３】制御対象３は、熱的に連続して干渉を生じ
るものであり、各ヒータ１₁〜１ｎと対応する各温度セ
ンサ２₁〜２ｎとがそれぞれ近接して配置されて複数の
ゾーンがそれぞれ形成されている。

【００５４】この温度制御システムは、例えば、上述の
図２７に示される熱酸化装置１８に適用できるものであ
り、制御対象３を、熱処理炉としての反応管１９とし、
第１〜第３のヒータ１₁〜１₃を、反応管１９の周囲に分
割して配置された第１〜第３のヒータ２１₁〜２１₃と
し、第１〜第３の温度センサ２₁〜２₃を、各ゾーンの温
度を検出する第１〜第３の温度センサ２２₁〜２２₃とし
て適用することができるものである。

【００５５】図２は、図１の温度調節器４のブロック図
であり、この実施の形態の温度調節器４は、複数の温度
センサ２₁〜２ｎの検出温度の平均温度および検出温度
に基づく傾斜温度を後述のようにして算出する平均温度
・傾斜温度算出手段（以下「モード変換器」ともいう）
５と、この算出手段５で算出された平均温度または各傾
斜温度がそれぞれ入力される複数の温度制御手段として
のＰＩＤ制御手段６₁〜６ｎと、各ＰＩＤ制御手段６₁〜
６ｎからの操作信号（操作量）を後述のように所定の配
分比で加熱手段を構成する各ヒータ１₁〜１ｎに配分す
る配分手段（以下「前置補償器」ともいう）７とを備え
ている。平均温度・傾斜温度算出手段５、ＰＩＤ制御手
段６_1〜６ｎおよび配分手段７は、例えば、マイクロコ
ンピュータによって構成される。

【００５６】従来では、上述の図２７に示されるよう
に、各ゾーン毎に温度を検出して対応するヒータを個別
に制御していたけれども、この実施の形態では、干渉を
なくすために、平均温度・傾斜温度算出手段５で算出さ
れる代表温度としての平均温度および複数の各傾斜温度
を制御量として温度制御を行うようにしている。

【００５７】変換手段としての平均温度・傾斜温度算出
手段５は、複数の温度センサ２₁〜２ｎからの情報を、
一つの平均温度と複数の傾斜温度との情報に変換するも
のであり、その理由は、干渉がなく、独立で分かりやす
い情報にするためであり、例えば、次のような演算を行
うものである。

【００５８】すなわち、第１の温度センサ２₁の検出出
力をＳ１，第２の温度センサ２₂の検出出力をＳ２，…
第ｎの温度センサ２ｎの検出出力をＳｎとすると、下記
に示される平均温度Ｔａｖ，第１の傾斜温度Ｔｔ１，第
２の傾斜温度Ｔｔ２，…第ｎ−１の傾斜温度Ｔｔ_n-1を
算出する。

【００５９】Ｔａｖ＝（Ｓ１＋Ｓ２＋…Ｓｎ）÷ｎ Ｔｔ１＝（Ｓ１＋Ｓ２＋…Ｓ_n-1）÷（ｎ−１）−Ｓｎ Ｔｔ２＝（Ｓ１＋Ｓ２＋…Ｓ_n-2）÷（ｎ−２）−Ｓ_n-1 ・ ・ Ｔｔ_n-1＝Ｓ１−Ｓ２ ここで、Ｔａｖは、複数の温度センサ２₁〜２ｎの検出
温度の平均温度であり、傾斜温度Ｔｔ１は、複数の温度
センサ２₁〜２ｎを、温度センサ２₁〜２_n-1と温度セン
サ２ｎとの二つに区分した場合の温度センサ２₁〜２_n-1
の平均検出温度と温度センサ２ｎの検出温度との差であ
り、傾斜温度Ｔｔ２は、複数の温度センサ２₁〜２
_n-1を、温度センサ２₁〜２_n-2と温度センサ２_n-1との二
つに区分した場合の温度センサ２₁〜２_n-2の平均検出温
度と温度センサ２_n-1の検出温度との差であり、以下同
様にして、傾斜温度Ｔｔ_n-1は、温度センサ２₁と温度セ
ンサ２ ₂との検出温度の差である。

【００６０】以上の式をまとめて、モード変換行列Ｇｍ
と称する行列を用いて下記のように表すことができる。

【数１】 Ｔ＝Ｇｍ・Ｓ ただし、Ｔ＝［Ｔａｖ Ｔｔ１ Ｔｔ２ ……Ｔｔ_n-1］^T Ｓ＝［Ｓ１ Ｓ２ Ｓ３ ……Ｓ_n］^T この実施の形態では、これら平均温度Ｔａｖと複数の傾
斜温度Ｔｔ１〜Ｔｔ_{n- 1}とを制御量として温度制御を行
うものである。

【００６１】なお、傾斜温度は、この実施の形態に限ら
れるものではなく、例えば、下記のモード変換行列Ｇｍ
に示されるように隣り合う温度センサの検出温度の温度
差や複数の温度センサを二つのグループに区分して各グ
ループの平均検出温度の温度差などの種々の傾斜温度を
用いることができる。

【数２】 また、傾斜温度は、複数の温度センサを大きく二つのグ
ループに区分した各グループの平均検出温度の温度差、
各グループをさらに二つに区分した各グループの平均検
出温度の温度差、さらに各グループを二つに区分した各
グループの平均検出温度の温度差といったように、マク
ロな傾斜温度からミクロな傾斜温度までを算出して用い
るようにしてもよい。

【００６２】要するに、温度の傾斜を意味する情報と平
均の情報とに分離して制御できるようにすればよい。

【００６３】第１のＰＩＤ制御手段６₁は、平均温度・
傾斜温度算出手段５からの平均温度と目標平均温度の制
御偏差に基づいて、平均温度が目標平均温度になるよう
に操作信号を配分手段７に出力し、第２のＰＩＤ制御手
段６₂は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの第１の
傾斜温度と第１の目標傾斜温度との制御偏差に基づい
て、第１の傾斜温度が第１の目標傾斜温度になるように
操作信号を配分手段７に出力し、第３のＰＩＤ制御手段
６₃は、平均温度・傾斜温度算出手段５からの第２の傾
斜温度と第２の目標傾斜温度との制御偏差に基づいて、
第２の傾斜温度が第２の目標傾斜温度になるように操作
信号を配分手段７に出力し、以下同様にして、第ｎのＰ
ＩＤ制御手段６ｎは、平均温度・傾斜温度算出手段５か
らの第ｎ−１の傾斜温度と第ｎ−１の目標傾斜温度との
制御偏差に基づいて、第ｎ−１の傾斜温度が第ｎ−１の
目標傾斜温度になるように操作信号を配分手段７に出力
する。

【００６４】すなわち、第１のＰＩＤ制御手段６₁は、
平均温度を制御し、第２〜第ｎの各ＰＩＤ制御手段６₂
〜６ｎは、第１〜第ｎ−１の傾斜温度をそれぞれ制御す
るものである。

【００６５】次に配分手段７について説明する。

【００６６】この配分手段７は、各ＰＩＤ制御手段６₁
〜６ｎからの操作信号（操作量）を、各ヒータ１₁〜１_n
に配分するのであるが、その際に、各ＰＩＤ制御手段６
₁〜６ｎそれぞれによる平均温度または各傾斜温度の制
御が、他のＰＩＤ制御手段６ ₁〜６ｎそれぞれによる平
均温度または傾斜温度の制御に与える干渉をなくすよう
に配分するものである。

【００６７】例えば、第１のＰＩＤ制御手段６₁の操作
信号によって平均温度を変化させる場合に、その操作信
号によって傾斜温度が変化せず、また、第２のＰＩＤ制
御手段６₂の操作信号によって第１の傾斜温度を変化さ
せる場合に、その操作信号によって平均温度および他の
傾斜温度が変化せず、同様に、各ＰＩＤ制御手段の操作
信号によって他のＰＩＤ制御手段による制御が影響され
ないように配分するのである。

【００６８】この配分手段７による配分について、さら
に詳細に説明する。

【００６９】ここで、分かり易くするために、ｎ＝２、
すなわち、ゾーンが２つであって、第１，第２のヒータ
１₁，１₂、第１、第２の温度センサ２₁，２₂、平均温度
を制御する第１のＰＩＤ制御手段６₁および両温度セン
サ２₁，２₂の検出温度の差である傾斜温度を制御する第
２のＰＩＤ制御手段６₂を備える場合に適用して図３に
基づいて説明する。

【００７０】この図３は、上述の図３０，図３１の従来
例で説明した２入力２出力の干渉のある制御対象２７に
適用した例であり、図２に対応する部分には、同一の参
照符号を付す。

【００７１】平均温度・傾斜温度検出手段５は、第１，
第２の温度センサ２₁，２₂の検出出力に相当する制御対
象３からのフィードバック量ＰＶ１，ＰＶ２を、図４に
示されるように加算器８で加算して減衰器９で１／２に
減衰して平均温度Ｔａｖを出力する一方、両温度センサ
２₁，２₂の検出出力に相当するフィードバック量ＰＶ
１，ＰＶ２を減算器１０で減算して傾斜温度Ｔｔを出力
するものである。

【００７２】第１のＰＩＤ制御手段６₁は、平均温度・
傾斜温度算出手段５からの平均温度Ｔａｖと目標平均温
度の制御偏差に基づいて、平均温度が目標平均温度にな
るように操作信号（操作量）Ｈａｖを配分手段７に出力
し、第２のＰＩＤ制御手段６ ₂は、平均温度・傾斜温度
算出手段５からの傾斜温度Ｔｔと目標傾斜温度との制御
偏差に基づいて、傾斜温度が目標傾斜温度になるように
操作信号（操作量）Ｈｔを配分手段７に出力する。

【００７３】配分手段７は、各ＰＩＤ制御手段６₁，６₂
の操作信号（操作量）Ｈａｖ，Ｈｔを以下のような配分
比で各ヒータ１₁，１₂に配分する。

【００７４】すなわち、図５は、図３のシステムの制御
系のブロック線図である。平均温度を制御する第１のＰ
ＩＤ制御手段６₁から与えられる操作量Ｈａｖを、配分
手段７で干渉をなくす、すなわち、非干渉化するための
係数である非干渉化係数（配分比）ｋ₁，ｋ₂で第１，第
２のヒータ１₁，１₂にそれぞれ配分するとともに、第２
のＰＩＤ制御手段６₂から与えられる操作量Ｈｔを、非
干渉化係数（配分比）ｋ₃，ｋ₄で第１，第２のヒータ１
₁，１₂にそれぞれ配分し、これによって、各ヒータ
１₁，１₂に熱量Ｈ₁，Ｈ₂がそれぞれ与えられるとする。

【００７５】また、第１のヒータ１₁に与えられた熱量
Ｈ₁は、伝達係数（干渉係数）ｌ₁で第１の温度センサ２
₁に伝わる一方、伝達係数（干渉係数）ｌ₂で第２の温度
センサ２₂に伝わり、同様に、第２のヒータ１₂に与えら
れた熱量Ｈ₂は、伝達係数（干渉係数）ｌ₃で第１の温度
センサ２₁に伝わる一方、伝達係数（干渉係数）ｌ₄で第
２の温度センサ２₂に伝わるとする。

【００７６】そして、第１の温度センサ２₁で検出され
た検出温度Ｔ₁と第２の温度センサ２ ₂で検出された検出
温度Ｔ₂とから平均温度Ｔａｖおよび傾斜温度Ｔｔが算
出されて各ＰＩＤ制御手段６₁，６₂に入力されるという
制御ループが構成されている。

【００７７】以上のことから平均温度Ｔａｖは、次のよ
うに示される。

【００７８】 Ｔａｖ＝（Ｔ₁＋Ｔ₂）／２ ＝｛（ｌ₁・Ｈ₁＋ｌ₃・Ｈ₂）＋（ｌ₂・Ｈ₁＋ｌ₄・Ｈ₂）｝／２ ＝｛（ｌ₁＋ｌ₂）Ｈ₁＋（ｌ₃＋ｌ₄）Ｈ₂｝／２ ＝｛（ｌ₁＋ｌ₂）（ｋ₁・Ｈａｖ＋ｋ₃・Ｈｔ） ＋（ｌ₃＋ｌ₄）（ｋ₂・Ｈａｖ＋ｋ₄・Ｈｔ）｝／２ ＝〔｛（ｌ₁＋ｌ₂）ｋ₁＋（ｌ₃＋ｌ₄）ｋ₂｝Ｈａｖ ＋｛（ｌ₁＋ｌ₂）ｋ₃＋（ｌ₃＋ｌ₄）ｋ₄｝Ｈｔ〕／２ ここで、平均温度Ｔａｖは、平均温度の操作量Ｈａｖの
みの関数で、傾斜温度の操作量Ｈｔの影響をなくすよう
に、すなわち、非干渉化を図るために、Ｈｔの項を０と
する。

【００７９】すなわち、（ｌ₁＋ｌ₂）・ｋ₃＋（ｌ₃＋ｌ
₄）・ｋ₄＝０ したがって、ｋ₄＝−｛（ｌ₁＋ｌ₂）／（ｌ₃＋ｌ₄）｝
ｋ₃ となる。

【００８０】同様に、傾斜温度Ｔｔは、次のように示さ
れる。

【００８１】 Ｔｔ＝Ｔ₁−Ｔ₂ ＝（ｌ₁・Ｈ₁＋ｌ₃・Ｈ₂）−（ｌ₂・Ｈ₁＋ｌ₄・Ｈ₂） ＝（ｌ₁−ｌ₂）Ｈ₁＋（ｌ₃−ｌ₄）Ｈ₂ ＝（ｌ₁−ｌ₂）（ｋ₁・Ｈａｖ＋ｋ₃・Ｈｔ） ＋（ｌ₃−ｌ₄）（ｋ₂・Ｈａｖ＋ｋ₄・Ｈｔ） ＝｛（ｌ₁−ｌ₂）ｋ₁＋（ｌ₃−ｌ₄）ｋ₂｝Ｈａｖ ＋｛（ｌ₁−ｌ₂）ｋ₃＋（ｌ₃−ｌ₄）ｋ₄｝Ｈｔ ここで、傾斜温度Ｔｔは、傾斜温度の操作量Ｈｔのみの
関数で、平均温度の操作量Ｈａｖの影響をなくすよう
に、すなわち、非干渉化を図るために、Ｈａｖの項を０
とする。

【００８２】すなわち、（ｌ₁−ｌ₂）ｋ₁＋（ｌ₃−
ｌ₄）ｋ₂＝０ したがって、ｋ₂＝−｛（ｌ₁−ｌ₂）／（ｌ₃−ｌ₄）｝
ｋ₁ となる。

【００８３】以上のことから傾斜温度に影響を与えずに
平均温度を制御し、また、平均温度に影響を与えずに傾
斜温度を制御する、すなわち、平均温度と傾斜温度との
干渉をなくした非干渉制御を行うためには、非干渉化係
数（配分比）ｋ₁〜ｋ₄で配分すればよく、この非干渉化
係数（配分比）ｋ₁〜ｋ₄を算出するためには、第１のヒ
ータ１₁の熱量が第１，第２の温度センサ２₁，２₂に伝
わる伝達係数（干渉係数）ｌ₁，ｌ₂および第２のヒータ
１₂の熱量が第１，第２の温度センサ２₁，２₂に伝わる
伝達係数（干渉係数）ｌ₃，ｌ₄を知る必要がある。

【００８４】なお、非干渉化係数（配分比）ｋ₁〜ｋ
₄は、ｋ₁とｋ₂、ｋ₃とｋ₄との比率がそれぞれ分かれ
ば、ＰＩＤ制御のゲインによって対応できるので、絶対
値は必ずしも必要でない。

【００８５】伝達係数（干渉係数）ｌ₁〜ｌ₄は、次のよ
うにして求めることができる。すなわち、ヒータを一つ
だけ変動させて他のヒータは、一定値に固定、例えば、
オンのままあるいはオフのままとし、ヒータの変化量に
対する各温度センサの変化量の比率を伝達係数とするの
である。

【００８６】例えば、第２のヒータ２₂をオフのままの
状態で、第１のヒータ１₁を、ある温度振幅で変動させ
たときに、第１，第２の温度センサ２₁，２₂の検出温度
にどの程度の温度振幅の変動が生じるかによって伝達係
数ｌ₁，ｌ₂を計測することができ、例えば、ヒータを温
度振幅１で変動させたきに、温度センサの温度振幅が１
０であれば、伝達係数は、１０（＝１０／１）となる。

【００８７】ここで、図３の配分手段７における非干渉
化係数（配分比）を用いた配分についてさらに具体的に
説明する。制御対象２７の特性は、上述の図３１に示さ
れており、この特性から伝達係数は、ｌ₁＝１，ｌ₂＝
０.９，ｌ₃＝０.９，ｌ₄＝１である。

【００８８】したがって、上述の非干渉化係数の式に代
入すると、 ｋ₄＝−｛（ｌ₁＋ｌ₂）／（ｌ₃＋ｌ₄）｝ｋ₃ ＝−｛（１＋０.９）／（０.９＋１）｝ｋ₃ ＝−ｋ₃ また、ｋ₂＝−｛（ｌ₁−ｌ₂）／（ｌ₃−ｌ₄）｝ｋ₁ ＝−｛（１−０.９）／（０.９−１）｝ｋ₁ ＝ｋ₁ となる。

【００８９】そこで、仮に各ヒータに配分される熱量の
合計が、Ｈａｖと等しくなるように、すなわち、ｋ₁＋
ｋ₂＝１となるように設計し、分かり易さのために、ｋ₃
＝１という条件を加える。

【００９０】これによって、 ｋ₂＝ｋ₁＝１／２ また、ｋ₄＝−ｋ₃＝−１ となり、配分比（非干渉化係数）が決定される。

【００９１】つまり、図５に示されるように、平均温度
の操作量Ｈａｖは、１／２ずつ各ヒータ１₁，１₂に配分
し、傾斜温度の操作量Ｈｔは、第１のヒータ１₁には、
そのまま、第２のヒータ１₂には、符号を変えて配分す
ればよい。

【００９２】ここで、配分比（非干渉化係数）は、次の
ようにして求めることもできる。

【００９３】すなわち、上述のモード変換行列Ｇｍと上
述の伝達係数（干渉係数）の行列Ｐとから配分比（非干
渉化係数）の行列（以下「前置補償行列」ともいう）Ｇ
ｃは、以下のように逆行列として求めることもできる。

【００９４】Ｇｃ＝（Ｇｍ・Ｐ）^-1 この実施の形態に適用すると、制御対象のある時間の特
性である伝達係数（干渉係数）の行列Ｐを、

【数３】 とすると、配分比（非干渉化係数）の行列である前置補
償行列Ｇｃは、

【数４】 確かめとして、Ｇｍ・Ｐ・Ｇｃ＝１となるかどうかを計
算する。

【数５】 なお、この実施の形態では、配分比（非干渉化係数）
を、伝達係数を用いて算出したけれども、本発明の他の
実施の形態として、伝達係数に代えて、周波数特性も表
す伝達関数を用いて算出するようにしてもよい。

【００９５】図３のシステムでは、配分手段７は、図６
に示されるように、平均温度の操作信号（操作量）Ｈａ
ｖは、各減衰器１１，１２でそれぞれ１／２に減衰して
加算器１３および減算器１４にそれぞれ配分され、傾斜
温度の操作信号（操作量）Ｈｔは、加算器１３および減
算器１４にそれぞれ配分され、加算器１３の出力Ｈ₁が
第１のヒータ１₁に、減算器１４の出力Ｈ₂が第２のヒー
タ１₂に与えられる。

【００９６】この配分手段７によれば、平均温度の操作
量Ｈａｖによって平均温度を変化させる場合には、各ヒ
ータ１₁，１₂に操作量が等しく配分されるので、傾斜温
度に影響を与えることなく、すなわち、干渉することな
く、平均温度のみを変化させることができる。また、傾
斜温度の操作量Ｈｔによって傾斜温度を変化させる場合
には、一方のヒータ１₁には、その操作量が１倍で与え
られる一方、他方のヒータ１₂には、−１倍で与えられ
るので、両ヒータに与える総熱量を変化させることな
く、すなわち、平均温度に影響を与えることなく、傾斜
温度のみを変化させることができる。

【００９７】図７は、図３のシステムにおいて、第１の
ＰＩＤ制御手段６₁でオートチューニングを行った場合
の平均温度・傾斜温度算出手段５からの平均温度Ｔａｖ
（破線）、第１のＰＩＤ制御手段６₁からの平均温度の
操作量Ｈａｖ（実線）、平均温度・傾斜温度算出手段５
からの傾斜温度Ｔｔ（二点鎖線）、第２のＰＩＤ制御手
段６₂からの傾斜温度の操作量Ｈｔ（一点鎖線）をスコ
ープに表示した波形を示しており、平均温度の操作量Ｈ
ａｖがオンオフするリミットサイクルが生じており、平
均温度Ｔａｖの周期と振幅とを使ってＰＩＤ制御のパラ
メータを決定することができる。なお、平均温度Ｔａ
ｖ、傾斜温度Ｔｔ、平均温度の操作量Ｈａｖ、傾斜温度
の操作量Ｈｔが、上述の図２９，図３２の従来例のＰＶ
１、ＰＶ２、ＭＶ１、ＭＶ２にそれぞれ対応する。

【００９８】なお、第１のＰＩＤ制御手段６₁のＰＩＤ
制御のパラメータが決定された後には、そのパラメータ
を設定し、次は、傾斜温度を制御する第２のＰＩＤ制御
手段６₂のオートチューニングを行ってＰＩＤ制御のパ
ラメータを決定する。

【００９９】このように、平均温度と傾斜温度とを制御
量として制御することにより、干渉のない制御が可能と
なり、ＰＩＤ制御のパラメータを決定するためのオート
チューニングが可能となり、最適な制御パラメータを設
定して所望の制御特性を得ることができる。

【０１００】このようにしてＰＩＤ制御のパラメータが
設定された後の通常の制御では、平均温度が目標平均温
度になるように、傾斜温度が目標傾斜温度になるように
制御が行われる。

【０１０１】次に、この実施の形態と従来例とのシミュ
レーションの結果を以下に説明する。このシミュレーシ
ョンでは、以下のような制御対象のモデリングを行っ
た。すなわち、熱干渉系の最も簡単な例として、図８に
示すように２組のヒータ１₁，１₂と温度センサ２₁，２₂
と、その間を熱伝導体５０でつないだ熱処理装置を考え
る。制御目的は、２点の温度を任意の設定温度で均一化
することである。図９に制御対象の電気的な等価回路を
示す。Ｒ₁，Ｒ₂は、温度センサから周囲の空気への熱抵
抗、Ｃ₁，Ｃ₂は、温度センサ近傍の熱容量である。

【０１０２】制御対象の入力は、２つのヒータ熱量であ
り、ヒータ１₁の熱量ｐ₁の一部は熱伝導体５０を伝わっ
て、熱抵抗Ｒ₃で温度センサ２₂の温度θ₂に干渉し、ヒ
ータ１₂の熱量ｐ₂の一部は、同様に熱抵抗Ｒ₃で温度セ
ンサ２₁の温度θ₁に干渉する。また、熱量ｐ₂の一部の
熱エネルギーは、熱抵抗Ｒ₄で熱処理装置が固定されて
いる機械装置本体に熱伝導する。ただし、機械装置本体
の熱容量は、非常に大きいので、周囲温度と一致すると
近似した。

【０１０３】制御対象の等価回路のパラメータは、Ｒ₁
＝Ｒ₂＝１０［℃／Ｗ］、Ｒ₃＝１［℃／Ｗ］、Ｒ₄＝０.
２［℃／Ｗ］、Ｃ₁＝Ｃ₂＝１０［Ｊ／℃］とした。外乱
は、１００Ｗのステップ状とし、従来例とこの実施の形
態と同じ条件で印加した。

【０１０４】下記の表１のパラメータによる従来のＰＩ
Ｄ制御の応答波形を図１０に、下記の表２のパラメータ
によるこの実施の形態の応答波形を、図１１に示す。

【表１】

【表２】 図１０，図１１を比較すると、従来の制御方式で２°Ｃ
の温度差が発生していたものが、この実施の形態では、
２つのセンサ間の温度差を０．８°Ｃまで改善している
ことが分かる。

【０１０５】このような特性の差を生み出せる理由は、
この実施の形態では、傾斜温度と平均温度で独立にＰＩ
Ｄパラメータを設定できる点にある。この例では、表２
に示すように比例ゲインＫｐに差をつけ平均温度よりも
傾斜温度の収束を優先するように、傾斜温度制御の比例
ゲインＫｐを平均温度制御の比例ゲインＫｐよりも大き
な値に設定した。その結果、簡単なＰＩＤ制御のパラメ
ータの設定であるにも関わらず、高精度な温度均一化を
期待できるものである。

【０１０６】さらに、この実施の形態と従来例との目標
値応答および外乱応答の比較結果を、図１２〜図１５に
示す。なお、ここでは、ＣＨＲ（Chien, Hrones and Re
swick）の調整則の目標値応答オーバーシュート無しを
平均温度制御に、外乱応答オーバーシュート２０％を傾
斜温度制御に使用した。

【０１０７】図１２および図１３が、この実施の形態の
目標値応答および外乱応答の波形であり、図１４および
図１５が、従来例の目標値応答および外乱応答の波形を
示している。

【０１０８】図１４の従来例の目標値応答では、整定時
間も２９秒と長く、オーバーシュートも認められたけれ
ども、この実施の形態の目標値応答では、図１２に示さ
れるように整定時間も９秒と短く、オーバーシュートも
認められなかった。

【０１０９】また、図１５の従来例の外乱応答では、整
定時間も３２秒と長く、オーバーシュートもやや認めら
れたのに対して、この実施の形態の外乱応答では、図１
３に示されるように、整定時間も６秒と短く、オーバー
シュートも認められなかった。

【０１１０】すなわち、この実施の形態では、平均温度
制御は、弱くて遅い制御を、傾斜温度制御は、強くて速
い制御を行ったので、目標値応答および外乱応答のいず
れの場合も、オーバーシュートがなく整定時間も短く満
足できるものとなった。

【０１１１】上述の例では、簡単にするために、ｎ＝２
の場合について説明したけれども、ゾーンが３つの場
合、すなわち、ヒータ、温度センサおよびＰＩＤ制御手
段が３つのｎ＝３の場合にも同様に適用できるものであ
る。

【０１１２】すなわち、上述の図５に対応する図１６の
ブロック線図に示されるように、第１〜第３のヒータ１
₁〜１₃と、各ヒータ１₁〜１₃に個別的に対応する第１〜
第３の温度センサ２₁〜２₃とが、第１〜第３の各ゾーン
にそれぞれ配置されており、第１のゾーンと第２のゾー
ンとが隣接し、第２のゾーンと第３のゾーンとが隣接し
ているとし、簡単化のために、隣接するゾーン間でのみ
干渉があるとし、第１のヒータ１₁から第２の温度セン
サ２₂への伝達係数（干渉係数）をｌ₁、第２のヒータ１
₂から第１，第３の温度センサ２₁，２₃への伝達係数
（干渉係数）をｌ₂，ｌ₃、第３のヒータ１₃から第２の
温度センサ２₂への伝達係数（干渉係数）をｌ₄とし、第
１のヒータ１₁から第１の温度センサ２₁といった相対す
る伝達係数（干渉係数）は、１.０とする。

【０１１３】また、干渉をなくすための非干渉化係数
（配分比）について、平均温度を制御する第１のＰＩＤ
制御手段６₁の操作量Ｈａｖを第２，第３のヒータ１₂，
１₃に配分するための非干渉化係数（配分比）をｋ₁，ｋ
₂、第１の傾斜温度Ｔｔ₁を制御する第２のＰＩＤ制御手
段６₂の操作量Ｈｔ₁を第１，第３のヒータ１₁，１₃に配
分するための非干渉化係数（配分比）をｋ₃，ｋ₄、第２
の傾斜温度Ｔｔ₂を制御する第３のＰＩＤ制御手段６₃の
操作量Ｈｔ２を第１，第２のヒータ１₁，１₂に配分する
ための非干渉化係数（配分比）をｋ₅，ｋ₆とし、第１の
ＰＩＤ制御手段６₁から第１のヒータ１₁といった相対す
る非干渉化係数は１.０とする。なお、この例では、第
１の傾斜温度Ｔｔ１は、第２，第３の温度センサ２₂，
２₃の検出温度Ｔ₂，Ｔ₃の平均の検出温度と第１の温度
センサ２₁の検出温度Ｔ₁との差としており、また、第２
の傾斜温度Ｔｔ₂は、第２の温度センサ２₂の検出温度Ｔ
₂と第３の温度センサ２₃の検出温度Ｔ₃との差としてい
る。

【０１１４】このとき、平均温度Ｔａｖは、次のように
示される。

【０１１５】 Ｔａｖ＝（Ｔ₁＋Ｔ₂＋Ｔ₃）／３ ＝｛（Ｈ₁＋ｌ₂・Ｈ₂）＋（ｌ₁・Ｈ₁＋Ｈ₂＋ｌ₄・Ｈ₃） ＋（ｌ₃・Ｈ₂＋Ｈ₃）｝／３ ＝｛（１＋ｌ₁）Ｈ₁＋（１＋ｌ₂＋ｌ₃）Ｈ₂＋（１＋ｌ₄）Ｈ₃｝／３ ＝｛（１＋ｌ₁）（Ｈａｖ＋ｋ₃・Ｈｔ₁＋ｋ₅・Ｈｔ₂） ＋（１＋ｌ₂＋ｌ₃）（ｋ₁・Ｈａｖ＋Ｈｔ₁＋ｋ₆・Ｈｔ₂） ＋（１＋ｌ₄）（ｋ₂・Ｈａｖ＋ｋ₄・Ｈｔ₁＋Ｈｔ₂）｝／３ ＝〔｛（１＋ｌ₁）＋（１＋ｌ₂＋ｌ₃）ｋ₁＋（１＋ｌ₄）ｋ₂｝Ｈａｖ ＋｛（１＋ｌ₁）ｋ₃＋（１＋ｌ₂＋ｌ₃）＋（１＋ｌ₄）ｋ₄｝Ｈｔ₁ ＋｛（１＋ｌ₁）ｋ₅＋（１＋ｌ₂＋ｌ₃）ｋ₆＋（１＋ｌ₄）｝Ｈｔ₂〕／３ ここで、平均温度Ｔａｖは、平均温度の操作量Ｈａｖの
みの関数で、傾斜温度の操作量Ｈｔ₁，Ｈｔ₂の操作量の
影響をなくすように、すなわち、非干渉化を図るため
に、Ｈｔ₁，Ｈｔ₂の項を０とする。

【０１１６】すなわち、（１＋ｌ₁）ｋ₃＋（１＋ｌ₂＋
ｌ₃）＋（１＋ｌ₄）ｋ₄＝０ （１＋ｌ₁）ｋ₅＋（１＋ｌ₂＋ｌ₃）ｋ₆＋（１＋ｌ₄）＝
０ となる。これを以下のように簡略化する。

【０１１７】 ｌａ＋ｌｂ・ｋ₃＋ｌｃ・ｋ₄＝０ …… ｌｄ＋ｌｅ・ｋ₅＋ｌｆ・ｋ₆＝０ …… 第１の傾斜温度Ｔｔ₁についても同様にして、第１の傾
斜温度の操作量Ｈｔ₁のみの関数で、平均温度の操作量
Ｈａｖおよび第２の傾斜温度の操作量Ｈｔ₂の影響を受
けないという条件を適用して、以下のような同様の方程
式が得られる。

【０１１８】 ｌｇ＋ｌｈ・ｋ₁＋ｌｉ・ｋ₂＝０ …… ｌｊ＋ｌ_k・ｋ₅＋ｌ_l・ｋ₆＝０ …… また、第２の傾斜温度Ｔｔ₂についても同様に、以下の
方程式が得られる。

【０１１９】 ｌｍ＋ｌｎ・ｋ₁＋ｌｏ・ｋ₂＝０ …… ｌｐ＋ｌｑ・ｋ₃＋ｌｒ・ｋ₄＝０ …… 伝達係数ｌ₁〜ｌ₄、したがって、ｌａ〜ｌｒは、ｎ＝２
の場合と同様にして求められるので、非干渉化係数ｋ₁
〜ｋ₆を未知数とする上記〜の６つ方程式が得られ
ることになり、これら方程式を解くことにより、配分手
段で配分するための非干渉化係数（配分比）ｋ₁〜ｋ₆が
求まることになる。

【０１２０】例えば、行列式で求めるとすれば、以下の
ようになる。

【数６】

【数７】 以上のようにして、本発明は、ｎ＝３以上の制御系にも
同様に適用することができるものである。

【０１２１】なお、配分比（非干渉化係数）の行列であ
る前置補償行列Ｇｃは、上述のように、モード変換行列
Ｇｍと伝達係数（干渉係数）の行列Ｐとから求めること
もでき、第１のＰＩＤ制御手段６₁から第１のヒータ１₁
といった相対する非干渉化係数も含めて求めることがで
きる。ここで、制御対象のある時間の特性である伝達係
数（干渉係数）の行列Ｐを、

【数８】 仮に、ｌ１＝ｌ２＝ｌ３＝ｌ４＝０.９とすると、

【数９】 前置補償行列Ｇｃは、

【数１０】 確かめとして、Ｇｍ・Ｐ・Ｇｃ＝１となるかどうかを計
算する。

【数１１】 上述のように、配分比（非干渉化係数）の行例である前
置補償行列Ｇｃは、モード変換行列Ｇｍと伝達係数（干
渉係数）の行列Ｐとから以下のように逆行列として求め
ることができる。

【０１２２】Ｇｃ＝（Ｇｍ・Ｐ）^-1 したがって、前置補償行列Ｇｃを求めるには、上述のよ
うに伝達係数（干渉係数）の行列Ｐを知る必要がある。

【０１２３】なお、上述のように伝達係数に代えて、周
波数特性も表す伝達関数を用いてもよいので、以下にお
いては、伝達関数（干渉係数）として、その行列Ｐの計
測方法の具体例を説明する。

【０１２４】図１７は、本発明の一つの実施の形態に係
るステップ応答法を利用した干渉係数の行列Ｐの計測方
法を説明するための操作量ＭＶおよびフィードバック量
ＰＶの変化を示す図である。

【０１２５】例えば、図１８に示される温度制御システ
ム、すなわち、制御対象３を加熱する第０から第ｎの複
数のヒータ１₀〜１ｎと、各ヒータ１₀〜１ｎに個別的に
対応して制御対象３の温度を検出する第０から第ｎの複
数の温度センサ２₀〜２ｎと、これら温度センサ２₀〜２
ｎの検出出力に基づいて、各ヒータ１₀〜１ｎを図示し
ない電磁開閉器などを介して操作して制御対象３の温度
を制御する本発明に係る温度調節器４とを備えているシ
ステムにおいて、図１７（ａ）〜（ｄ）に示されるよう
に各ヒータ１₀〜１ｎに順番にステップ状の操作量ＭＶ
０，ＭＶ１…ＭＶｎを与え、図１７（ｅ）〜（ｈ）に示
される各温度センサ２₀〜２ｎからのフィードバック量
である検出温度ＰＶ０，ＰＶ１…ＰＶｎに基づいて、一
定時間ｔｍ後の上昇直前の温度に対する温度上昇値ΔＰ
Ｖを単位時間Ｌで割った値ΔＰＶ／Ｌを、下記に示され
る干渉係数（伝達関数）の行列Ｐのａ₀₀〜ａ_nnとして設
定するものである。なお、本発明の他の実施の形態とし
て、単位時間Ｌで割らなくてもよい。

【数１２】 例えば、第０のヒータ１₀に図１７（ａ）に示されるス
テップ状の操作量ＭＶ０を与えたときの図１７（ｅ）に
示される第０の温度センサ２₀の検出温度ＰＶ０に基づ
く上述の単位時間当たりの温度上昇値ΔＰＶ／Ｌをａ₀₀
とし、図１７（ｆ）に示される第１の温度センサ２₁の
検出温度ＰＶ１に基づく単位時間当たりの温度上昇値Δ
ＰＶ／Ｌをａ₁₀とし、図１７（ｇ）に示される第２の温
度センサ２₂の検出温度ＰＶ２に基づく単位時間当たり
の温度上昇値ΔＰＶ／Ｌをａ₂₀とし、同様に、図１７
（ｈ）に示される第ｎの温度センサ２ｎの検出温度ＰＶ
ｎに基づく単位時間当たりの温度上昇値ΔＰＶ／Ｌをａ
_n0とする。また、第１のヒータ１₁に図１７（ｂ）に示
されるステップ状の操作量ＭＶ１を与えたときの図１７
（ｅ）に示される第０の温度センサ２₀の検出温度ＰＶ
０に基づく単位時間当たりの温度上昇値ΔＰＶ／Ｌをａ
₀₁とし、図１７（ｆ）に示される第１の温度センサ２₁
の検出温度ＰＶ１に基づく単位時間当たりの温度上昇値
ΔＰＶ／Ｌをａ_{1 1}とし、図１７（ｇ）に示される第２の
温度センサ２₂の検出温度ＰＶ２に基づく単位時間当た
りの温度上昇値ΔＰＶ／Ｌをａ₂₁とし、同様に、図１７
（ｈ）に示される第ｎの温度センサ２ｎの検出温度ＰＶ
ｎに基づく単位時間当たりの温度上昇値ΔＰＶ／Ｌをａ
_n1とする。

【０１２６】以下同様にして、第ｎのヒータに図１７
（ｄ）に示されるステップ状の操作量ＭＶｎを与えたと
きの図１７（ｅ）に示される第０の温度センサ２₀の検
出温度ＰＶ０に基づく単位時間当たりの温度上昇値ΔＰ
Ｖ／Ｌをａ_0nとし、図１７（ｆ）に示される第１の温度
センサ２₁の検出温度ＰＶ１に基づく単位時間当たりの
温度上昇値ΔＰＶ／Ｌをａ_1nとし、図１７（ｇ）に示さ
れる第２の温度センサ２ ₂の検出温度ＰＶ２に基づく単
位時間当たりの温度上昇値ΔＰＶ／Ｌをａ_2nとし、同様
に、図１７（ｈ）に示される第ｎの温度センサ２ｎの検
出温度ＰＶｎに基づく単位時間当たりの温度上昇値ΔＰ
Ｖ／Ｌをａ_nnとするものである。なお、図１７において
は、ｔｃは、操作量ＭＶの変化に対して検出温度ＰＶの
変化が安定するまでの一定時間である。

【０１２７】このように、あるヒータにステップ状の操
作量を与えたときに、各温度センサの検出温度がどれだ
けの影響を受けるかを順次に計測して干渉係数（伝達関
数）の行列Ｐを求めるものであり、この干渉係数（伝達
関数）の行列Ｐの計測は、温度制御システムの立ち上げ
時に自動的に行われ、この干渉係数（伝達関数）の行列
Ｐおよび予め設定されているモード変換行列Ｇｍから上
述のように配分比（非干渉化係数）の行例である前置補
償行列Ｇｃが求められ、この前置補償行列Ｇｃに基づい
て、操作量が配分されて上述した干渉のない制御が行わ
れることになる。 さらに、この実施の形態では、干渉
係数（伝達関数）の行列Ｐを求める際には、温度調節器
４を構成する各ＰＩＤ制御手段６₀〜６ｎは、ステップ
状の操作量を順番に出力するだけであって、上述の図３
２の従来例のように、ＰＩＤ制御は行っていないので、
干渉係数の行列Ｐを求めると同時に、各ＰＩＤ制御手段
６ ₀〜６ｎのＰＩＤ制御のパラメータも併せて求めるこ
とができる。

【０１２８】この実施の形態では、ステップ状の操作量
ＭＶを与えるので、温度が上昇することになるので、か
かる温度の上昇をなくして、例えば室温で干渉係数を計
測できるよう図１９（ａ）〜（ｄ）に示されるように、
一定の幅を有するパルス状の操作量ＭＶ０〜ＭＶｎを順
番に与えるようにしてもよい。その他の構成は、図１７
の実施の形態と同様である。

【０１２９】なお、干渉の程度が弱いところ同士では、
同時に計測を行っても構わない。例えば、第０のヒータ
１₀と第ｎのヒータ１ｎとが、遠く離れていてほとんど
干渉しない場合には、第０のヒータ１₀と第ｎのヒータ
１ｎとに同時に操作量ＭＶ０，ＭＶｎを与え、そのとき
のＭＶ０に対するＰＶｎは０、ＭＶｎに対するＰＶ０は
０とするものであり、このように干渉の弱いところで
は、同時に計測を行うことによって計測時間を短縮でき
る。

【０１３０】図２０は、本発明の他の実施の形態に係る
リミットサイクル法を利用して干渉係数（伝達関数）の
行列Ｐの計測方法を説明するための上述の図１７に対応
する図である。

【０１３１】一旦、例えば室温の状態に制御しておき、
各ヒータ１₀〜１ｎに与える操作量ＭＶ０〜ＭＶｎを順
番にプラス側とマイナス側とに変動させてそのときの検
出温度ＰＶ０〜ＰＶｎの最大振幅ΔＰＶを単位時間で割
った値ΔＰＶ／Ｌを計測し、上述の干渉係数（伝達関
数）の行列Ｐのａ₀₀〜ａ_n0とするものである。その他の
構成は、上述のステップ応答法と同様である。

【０１３２】このリミットサイクル法を利用した場合に
は、操作量ＭＶをプラス側とマイナス側とに変化させる
ので、例えば、実動作温度に維持した状態で干渉係数
（伝達関数）の行列Ｐを計測できることになり、より高
い精度で干渉係数を求めることができる。

【０１３３】上述の各実施の形態では、各ＰＩＤ制御手
段は、平均温度が目標平均温度になるように、あるい
は、傾斜温度が目標傾斜温度になるようにそれぞれ制御
するものであり、目標平均温度および目標傾斜温度は、
ユーザが設定するのであるが、従来では、各ｃｈ毎に目
標温度を設定していたユーザにとっては、目標平均温度
や目標傾斜温度の設定は理解しにくいものである。

【０１３４】そこで、図２１に示されるように、各ｃｈ
毎の目標温度ＳＰから目標平均温度および目標傾斜温度
を演算するモード変換器５’を設けてもよい。なお、こ
の図２１において、上述の図３に対応する部分には、同
一の参照符号を付している。このモード変換器５’は、
制御対象２７からのフィードバック量である各ｃｈの温
度センサの検出温度から平均温度と傾斜温度とを算出す
るモード変換器５と同じ構成である。

【０１３５】このようにモード変換器５’を追加するこ
とによって、ユーザは、平均温度や傾斜温度を考慮する
ことなく、従来と同様に各ｃｈ毎に目標温度ＳＰを設定
すればよい。

【０１３６】さらに、本発明の他の実施の形態として、
図２２に示されるように、制御対象２７からのフィード
バック量である各ｃｈの温度センサの検出温度と目標温
度ＳＰとの温度偏差を求め、この各ｃｈ毎の温度偏差か
ら制御偏差である平均温度偏差および傾斜温度偏差を演
算するモード変換器５’’を設けてもよい。この構成に
よれば、ユーザは、平均温度や傾斜温度を考慮すること
なく、従来と同様に各ｃｈの目標温度を設定できる一
方、モード変換器５’’を一つにすることができ、メモ
リ容量の削減と処理の簡素化を図ることができる。

【０１３７】すなわち、上述の各実施の形態では、モー
ド変換器５，５’は、複数の温度センサからの検出温度
を、平均温度および傾斜温度に変換するものであったの
に対して、この実施の形態のモード変換器５’’は、複
数の温度センサからの検出温度と目標温度との温度偏差
を、検出された平均温度と目標平均温度との偏差である
平均温度偏差に変換するとともに、検出された傾斜温度
と目標傾斜温度との偏差である傾斜温度偏差に変換する
ものである。

【０１３８】つまり、上述の各実施の形態では、検出温
度を、平均温度および傾斜温度に変換した後に制御偏差
を求めるのに対して、この実施の形態では、検出温度と
目標温度との温度偏差を求め、その温度偏差を、制御偏
差である平均温度偏差および傾斜温度偏差に変換するも
のである。

【０１３９】図２３は、本発明のさらに他の実施の形態
の構成図であり、上述の各実施の形態に対応する部分に
は、同一の参照符号を付す。

【０１４０】一般に温度が上昇すると、ヒータの抵抗値
が大きくなって流れる電流が低下して制御ループのゲイ
ンが低下し、また、時定数も低下することになり、その
ままでは、ハンチングやオーバーシュートを生じること
になる。そこで、従来では、制御する温度に応じて、制
御パラメータを変更設定しているが、かかる変更設定操
作は、面倒である。

【０１４１】そこで、この実施の形態では、制御対象２
７からのフィードバック量ＰＶである複数の温度センサ
の検出温度に基づく平均温度に応じて各ＰＩＤ制御手段
６₁〜６ｎのＰＩＤパラメータを補正するものである。

【０１４２】図２４は、図２３のＰＩＤ制御手段６₁の
内部のブロック線図である。

【０１４３】この実施の形態では、モード変換器５から
の平均温度に基づいて、比例要素８０の比例ゲインＫｐ
を補正手段８１で補正して温度変化によるヒータの抵抗
値の変化に起因するゲインの変化を補償する一方、積分
要素８２の積分時間Ｔｉおよび微分要素８３の微分時間
Ｔｄを補正手段８４で補正して温度変化による時定数の
変化を補償するようにしている。

【０１４４】各補正手段８１，８４による補正について
さらに詳細に説明する。先ず、ヒータは、図２５の実線
Ａで示されるように温度によってその抵抗値が変化する
ために、制御ループのゲインが変化するのであるが、こ
の実線Ａで示される実際の変化に対して、例えば、破線
Ｂで示される下記の近似直線式を考える。

【０１４５】Ｒ／Ｒ₀＝ηｐ（Ｔ−Ｔ₀）＋１.０ ここで、Ｒ₀は、基準温度Ｔ₀、例えば室温における抵抗
値、ηｐは温度係数である。

【０１４６】ヒータに印加する電圧Ｖは、一定であるの
で、ヒータに流れる電流は、ヒータの抵抗値の変化に応
じて変化することになり、同じパルス幅で駆動したとし
ても電力Ｐは、温度によって次のように変化することに
なる。

【０１４７】 Ｐ／Ｐ₀＝（Ｖ²／Ｒ）／（Ｖ²／Ｒ₀） ＝Ｒ₀／Ｒ ＝１／｛ηｐ（Ｔ−Ｔ₀）＋１.０｝ つまり、制御ループのゲインＧは、温度によって下記の
ように変化する。

【０１４８】 Ｇ／Ｇ₀＝Ｐ／Ｐ₀ ＝１／｛ηｐ（Ｔ−Ｔ₀）＋１.０｝ なお、Ｐ₀，Ｇ₀は、基準温度Ｔ₀における電力およびゲ
インである。

【０１４９】前記式から明らかなように温度が上昇して
ヒータの抵抗値Ｒが増加すると、ゲインが低下すること
になる。

【０１５０】そこで、この実施の形態では、平均温度と
予め設定される前記温度係数ηｐとに基づいて、下記の
一次近似式に従って比例ゲインＫｐの補正値を算出して
比例要素８０の比例ゲインを補正手段８１で補正するの
である。

【０１５１】Ｋｐ＝｛ηｐ（ＰＶ−ＰＶ₀）＋１｝Ｋｐ₀ ここで、ＰＶ₀は室温などの基準温度、Ｋｐ₀は基準温度
における比例ゲインである。

【０１５２】また、時定数τは、図２６の実線で示され
るように、温度によって変化するのであるが、この実線
Ａで示される実際の変化に対して、例えば、破線Ｂで示
される下記の近似直線式を考えることができる。

【０１５３】τ／τ₀＝−ｋ_τ（Ｔ−Ｔ₀）＋１.０ ここで、τ₀は、基準温度Ｔ₀、例えば室温における時定
数、−ｋ_τは近似式の傾きである。

【０１５４】このように温度変化に対する時定数τの変
化を直線近似するのと同様に、時定数τに対応するＰＩ
Ｄパラメータの積分時間Ｔｉおよび微分時間Ｔｄも下記
のように直線近似することができる。

【０１５５】Ｔｉ＝｛ηｉ（ＰＶ−ＰＶ₀）＋１｝Ｔｉ₀ Ｔｄ＝｛ηｄ（ＰＶ−ＰＶ₀）＋１｝Ｔｄ₀ ここで、Ｔｉ₀，Ｔｄ₀は基準温度Ｔ₀における積分時間
および微分時間であり、ηｉ，ηｄは、温度係数であ
る。

【０１５６】この温度係数ηｉ，ηｄは、例えば、予め
ステップ応答法によって無駄時間を計測することによっ
て算出することができる。

【０１５７】そこで、この実施の形態では、図２４に示
されるように、温度センサからの検出温度に基づく平均
温度と予め設定される前記温度係数ηｉ，ηｄとに基づ
いて、補正手段によって上記一次近似式に従って積分時
間Ｔｉおよび微分時間Ｔｄの補正値を算出して積分要素
８２および微分要素８３の積分時間Ｔｉおよび微分時間
Ｔｄを補正するのである。

【０１５８】このように検出温度に基づく平均温度に応
じて比例ゲインＫｐ、積分時間Ｔｉおよび微分時間Ｔｄ
を補正してＰＩＤ制御を行うので、ゲインの温度による
変化が補償されるとともに、時定数τの温度による変化
が補償されることになり、従来例のように、制御する温
度に応じてＰＩＤパラメータを変更設定しなくても、ハ
ンチングやオーバーシュートの発生を抑制できることに
なる。

【０１５９】この実施の形態では、検出温度に基づく平
均温度を用いて比例ゲインＫｐ、積分時間Ｔｉおよび微
分時間Ｔｄを補正したけれども、本発明の他の実施の形
態として、目標平均温度を用いて補正してもよい。

【０１６０】目標平均温度は、過渡的な状態を除いてほ
とんど検出温度に基づく平均温度と等しいので、時々刻
々変化する平均温度を用いる場合に比べて、固定値であ
る目標平均温度を用いることで処理の負担を大幅に低減
することができる。

【０１６１】また、この実施の形態では、比例ゲインＫ
ｐ、積分時間Ｔｉおよび微分時間Ｔｄのすべてを補正し
たけれども、本発明の他の実施の形態として、比例ゲイ
ンＫｐ、積分時間Ｔｉおよび微分時間Ｔｄの少なくとも
一つを補正してもよい。

【０１６２】図２４では、平均温度を制御するＰＩＤ制
御手段６₁について説明したが、傾斜温度を制御する各
ＰＩＤ制御手段６₂〜６ｎも、同様にモード変換器５か
らの平均温度に基づいて、比例ゲインＫｐ、積分時間Ｔ
ｉおよび微分時間Ｔｄを補正するものである。

【０１６３】上述の実施の形態では、一次の直線近似を
行ったけれども、本発明は、二次以上の近似式を用いて
もよい。例えば、時定数τについての二次の近似式の例
を示す。

【０１６４】 τ／τ₀＝ｋａ（Ｔ−Ｔ₀）²＋ｋｂ（Ｔ−Ｔ₀）＋ｋｃ ３つのパラメータ（ｋａ，ｋｂ，ｋｃ）は、次のように
して求める。近似する元の制御対象の特性曲線のデータ
３点の温度の値（Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃）に対するτ／τ₀を、
（τ₁／τ₀，τ₂／τ₀，τ₃／τ₀）とすると、以下の３
つの方程式ができる。

【０１６５】τ₁／τ₀＝ｋａ（Ｔ₁−Ｔ₀）²＋ｋｂ（Ｔ₁
−Ｔ₀）＋ｋｃ τ₂／τ₀＝ｋａ（Ｔ₂−Ｔ₀）²＋ｋｂ（Ｔ₂−Ｔ₀）＋ｋ
ｃ τ₃／τ₀＝ｋａ（Ｔ₃−Ｔ₀）²＋ｋｂ（Ｔ₃−Ｔ₀）＋ｋ
ｃ この３つの式から３つの変数は、数学的に求まるので、
３つのパラメータ（ｋａ，ｋｂ，ｋｃ）は、求まる。

【０１６６】ｎ次の近似式も同様にｎ＋１点の温度に対
する時定数の変化τ／τ₀データで求めることができ
る。

【０１６７】このように複数の次数で求めると、制御対
象の変化曲線に一致した近似式が作れるので、より精度
の高い補正が実現できるという効果が有る。

【０１６８】本発明の他の実施の形態として、平均温度
に代えて、例えば、中央のゾーンの温度の温度などを代
表温度とし、代表温度と傾斜温度とを制御量として制御
を行ってもよい。

【０１６９】上述の実施の形態では、平均温度は、全体
の平均温度一つだけを用いたけれども、本発明の他の実
施の形態として、例えば、複数に区分した各グループの
各平均温度、すなわち、複数の平均温度を用いるように
してもよい。

【０１７０】上述の実施の形態では、ＰＩＤ制御に適用
して説明したけれども、本発明は、ＰＩＤ制御に限ら
ず、オンオフ制御、比例制御、積分制御などの他の制御
方式にも適用できるものである。

【０１７１】また、本発明の熱処理装置は、熱酸化装置
に限らず、拡散炉やＣＶＤ装置、例えば、図３３に示さ
れるように、枚葉式のＣＶＤ装置における熱処理盤の温
度制御にも適用できるものである。なお、図３３におい
て、ウェーハ６０が載置される熱処理盤６１は、同心状
に外円部６２、中間部６３、中心部６４に３分割されて
おり、各部に個別的に対応するヒータ６５〜６７が設け
られて各ゾーン毎に温度制御するものである。また、本
発明の熱処理装置は、射出成形機のシリンダ部の温度制
御あるいは包装機のヒータ台の温度制御などにも適用で
きるものである。

【０１７２】上述の実施の形態では、ヒータなどの加熱
手段を用いた温度制御に適用した説明したけれとも、ペ
ルチェ素子や冷却器などを用いた温度制御に適用しても
よいのは勿論であり、さらに、加熱手段と冷却手段とを
併用する温度制御に適用してもよい。

【０１７３】また、本発明は、温度制御に限らず、圧
力、流量、速度あるいは液位などの他の物理状態の制御
に適用することもできる。

【０１７４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、干渉のあ
る制御対象の制御において、その干渉を低減することが
可能となるとともに、最適な制御パラメータの設定も可
能となる。

【０１７５】しかも、配分手段の配分比を決定するため
の伝達係数（伝達関数）を、各状態制御手段の操作信号
を変化させて各検出手段の情報の変化を計測することで
容易に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施の形態に係る温度制御シス
テムの概略構成図である。

【図２】図１の温度調節器のブロック図である。

【図３】温度センサ、ヒータおよびＰＩＤ制御手段が２
つの場合の構成図である。

【図４】図３の平均温度・傾斜温度算出手段５のブロッ
ク図である。

【図５】図３の制御系のブロック線図である。

【図６】図３の配分手段のブロック図である。

【図７】図３のシステムのオートチューニングの際の波
形図である。

【図８】制御対象のモデルを示す図である。

【図９】制御対象の等価回路図である。

【図１０】従来例の応答波形を示す図である。

【図１１】実施の形態の応答波形を示す図である。

【図１２】実施の形態の目標値応答波形を示す図であ
る。

【図１３】実施の形態の外乱応答波形を示す図である。

【図１４】従来例の目標値応答波形を示す図である。

【図１５】従来例の外乱応答波形を示す図である。

【図１６】ゾーンが３つの場合の制御系のブロック線図
である。

【図１７】ステップ応答法を利用した干渉係数の行列Ｐ
の計測方法を説明するための図である。

【図１８】図１７に対応する温度制御システムの概略構
成図である。

【図１９】本発明の他の実施の形態の図１７に対応する
図である。

【図２０】リミットサイクル法を利用した干渉係数の行
列Ｐの計測方法を説明するための図である。

【図２１】本発明の他の実施の形態のブロック図であ
る。

【図２２】本発明のさらに他の実施の形態のブロック図
である。

【図２３】本発明の他の実施の形態のブロック図であ
る。

【図２４】図２３のＰＩＤ制御手段のブロック線図であ
る。

【図２５】温度とヒータ抵抗値との関係を示す特性図で
ある。

【図２６】温度と時定数との関係を示す特性図である。

【図２７】熱酸化装置の構成を示す図である。

【図２８】干渉のない二つの制御対象を制御するシステ
ムの構成図である。

【図２９】図２８のシステムのオートチューニングの際
の波形図である。

【図３０】干渉のある制御対象を制御するシステムの構
成図である。

【図３１】図３０の制御対象の構成を示す図である。

【図３２】図３０のシステムのオートチューニングの際
の波形図である。

【図３３】他の熱処理装置を示す図である。

【符号の説明】

１₀〜１ｎ ヒータ ２₀〜２ｎ 温度センサ ３ 制御対象 ４ 温度調節器 ５ 平均温度・傾斜温度算出手段 ６₁〜６ｎ ＰＩＤ制御手段 ７ 配分手段 １５ ヒータプレート １８ 熱酸化装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成松 聖也 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 (72)発明者 田中 政仁 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 Ｆターム(参考） 3K058 AA54 AA73 AA86 BA19 CA01 CB14 CB25 CB32 CB34 CC06 CC07 CE23 GA03 GA05 5H004 GA03 GB20 HA01 HB01 KA71 KB02 KB04 KB06 KC32 5H323 AA27 BB05 CB02 CB42 DA01 FF01 FF10 KK05 LL01 LL02 LL03 LL22 LL27

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【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情報と前記複数の検出手段に個別
   的に対応する複数の目標情報との偏差を、前記物理状態
   の勾配を示す情報の偏差に変換するとともに、物理状態
   の代表状態を示す情報の偏差に変換する変換手段と、 前記変換手段からの前記勾配を示す情報の偏差または前
   記代表状態を示す情報の偏差を制御偏差として操作信号
   をそれぞれ出力する複数の状態制御手段と、 前記各状態制御手段からの操作信号を、複数の操作手段
   に、各状態制御手段による制御が、他の状態制御手段に
   よる制御に与える影響をなくす又は小さくするように配
   分する配分手段と、 を備えることを特徴とする制御装置。
2. 【請求項２】 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情報を、前記物理状態の勾配を示
   す情報に変換するとともに、物理状態の代表状態を示す
   情報に変換する変換手段と、 前記変換手段からの各情報が個別的に与えられる複数の
   状態制御手段と、 前記各状態制御手段からの操作信号を、複数の操作手段
   に、各状態制御手段による制御が、他の状態制御手段に
   よる制御に与える影響をなくす又は小さくするように配
   分する配分手段とを備え、 前記各状態制御手段の操作信号を変化させて前記各検出
   手段の情報の変化を計測して前記配分手段による配分比
   を決定するための伝達係数（伝達関数）を予め求めるこ
   とを特徴とする制御装置。
3. 【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得られる検出温度を、複数の検出温
   度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表
   温度に変換する変換手段と、 前記変換手段からの傾斜温度または代表温度を制御量と
   して操作信号をそれぞれ出力する複数の温度制御手段
   と、 前記各温度制御手段からの操作信号を、前記制御対象を
   加熱（または冷却）する複数の加熱（または冷却）手段
   に、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段に
   よる制御に与える影響をなくす又は小さくするように配
   分する配分手段とを備え、 前記各温度制御手段の操作信号を変化させて前記各温度
   検出手段の検出温度の変化を計測して前記配分手段によ
   る配分比を決定するための伝達係数（伝達関数）を予め
   求めることを特徴とする温度調節器。
4. 【請求項４】 前記各温度制御手段の操作信号を順番に
   変化させて前記各温度検出手段の検出温度の変化を計測
   する請求項３記載の温度調節器。
5. 【請求項５】 ステップ応答法またはリミットサイクル
   法を用いて前記伝達係数（伝達関数）を求める請求項３
   または４記載の温度調節器。
6. 【請求項６】 複数の温度検出手段に個別的に対応する
   目標温度を、目標代表温度および目標傾斜温度に変換す
   る変換手段を備える３ないし５のいずれかに記載の温度
   調節器。
7. 【請求項７】 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得られる検出温度と前記複数の温度
   検出手段に個別的に対応する複数の目標温度との温度偏
   差を、傾斜温度の偏差に変換するとともに、代表的な代
   表温度の偏差に変換する変換手段と、 前記変換手段からの傾斜温度の偏差または代表温度の偏
   差を制御偏差として操作信号をそれぞれ出力する複数の
   温度制御手段と、 前記各温度制御手段からの操作信号を、前記制御対象を
   加熱（または冷却）する複数の加熱（または冷却）手段
   に、各温度制御手段による制御が、他の温度制御手段に
   よる制御に与える影響をなくす又は小さくするように配
   分する配分手段と、 を備えることを特徴とする温度調節器。
8. 【請求項８】 前記代表温度または目標代表温度に基づ
   いて、前記温度制御手段の制御パラメータを補正する補
   正手段を備える請求項３ないし７のいずれかに記載の温
   度調節器。
9. 【請求項９】 前記補正手段は、前記代表温度または前
   記目標代表温度に基づいて、予め設定された定数を用い
   た算出式に従って補正値を算出する請求項８記載の温度
   調節器。
10. 【請求項１０】 前記算出式が、一次の近似式である請
    求項９記載の温度調節器。
11. 【請求項１１】 前記算出式が、二次以上の近似式であ
    る請求項９記載の温度調節器。
12. 【請求項１２】 前記代表温度が複数の検出温度に基づ
    く平均温度である請求項３ないし１１のいずれかに記載
    の温度調節器。
13. 【請求項１３】 請求項３ないし１２のいずれかに記載
    の温度調節器と、制御対象としての熱処理炉と、該熱処
    理炉を加熱（または冷却）する複数の加熱（または冷
    却）手段と、前記熱処理炉の温度を検出する複数の温度
    検出手段とを備えることを特徴とする熱処理装置。
14. 【請求項１４】 請求項３ないし１２のいずれかに記載
    の温度調節器と、制御対象としての熱処理盤と、該熱処
    理盤を加熱（または冷却）する加熱（または冷却）手段
    と、前記熱処理盤の温度を検出する温度検出手段とを備
    えることを特徴とする熱処理装置。