JP2001265448A - 温度調節器および熱処理装置 - Google Patents
温度調節器および熱処理装置Info
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Abstract
変更を行うといった面倒な操作を不要とするとともに、
ハンチングやオーバシュートの発生を抑制する。 【解決手段】 検出温度PVに応じて、直線近似式に従
って補正手段7,13では、比例ゲインKp、積分時間
Tiおよび微分時間Tdを補正し、ゲインおよび時定数
の温度による補償を自動的に行うようにしている。
Description
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
置に関する。
た温度制御システムの概略構成図である。
出する温度センサ3の検出温度PVに基づいて、電磁開
閉器などの出力装置4に操作信号(操作量)MVを出力
してヒータ5の通電を制御して制御対象2の温度が、予
め設定される目標温度SPになるように、例えばPID
制御するものである。
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
化するものであり、温度が上昇すると、抵抗値が増大す
る。このため、温度が上昇すると、ヒータに流れる電流
が低下し、同じパルス幅で駆動したとしても電力は、減
少することになる。つまり、制御ループのゲインが低下
する。
は、無駄時間+1次遅れ要素として表すことができる
が、1次遅れ要素の時定数τは、熱容量Cと熱抵抗Rと
によってτ=CRで表される。したがって、熱容量Cま
たは熱抵抗Rが変化すると、時定数τも変化することに
なる。例えば、温度が高くなった場合、対流現象が生
じ、このとき、ヒータから周囲への熱伝導性が良好とな
って熱抵抗Rが低下し、時定数τが小さくなる。すなわ
ち、後述の図8の実線Aで示されるように、温度が上昇
すると、時定数τが低下することになる。
の抵抗値や時定数が変化するので、そのままでは、ハン
チングやオーバシュートが生じることになる。このた
め、従来では、温度変化によるハンチングやオーバシュ
ートの発生を抑制するために、制御する温度に応じて、
上位のコンピュータから制御パラメータ、例えばPID
パラメータを温度調節器に対して切り替え設定しなけれ
ばならず、面倒であり、また、上位のコンピュータもそ
の分負荷が増えるといった難点がある。
であって、制御する温度に応じて制御パラメータの設定
変更を行うといった面倒な操作を不要とするとともに、
ハンチングやオーバシュートの発生を抑制した温度調節
器およびそれを用いた熱処理装置を提供することを目的
とする。
を達成するために、次のように構成している。
出手段からの検出温度と目標温度との偏差に基づいて操
作信号を出力する温度制御手段と、前記検出温度に基づ
いて、前記温度制御手段における制御パラメータを補正
する補正手段とを備えている。
ラメータを自動的に補正する、すなわち、リアルタイム
で温度補償が行われるので、従来のように、制御する温
度に応じて上位のコンピュータから制御パラメータを変
更設定するといった面倒な操作が不要となる。
手段は、前記検出温度に代えて前記目標温度に基づいて
前記制御パラメータを補正するものである。
度とほぼ等しい固定の目標温度に基づいて補正するの
で、時々刻々変化する検出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。
正手段は、前記検出温度または前記目標温度に基づい
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。
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。
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。
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。
は、補正される制御パラメータが、比例ゲイン、積分時
間および微分時間の少なくとも一つである。
変化を補償したり、温度変化による時定数の変化を補償
したり、あるいは、その両者を補償することができる。
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
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温度検出手段とを備えている。
温度に応じて上位のコンピュータから制御パラメータを
温度調節器に変更設定するといった面倒な操作を不要と
しながら、温度の変化によるハンチングやオーバーシュ
ートの発生を抑制することができる。
の形態について詳細に説明する。
実施の形態に係る温度調節器1を用いた温度制御システ
ムの概略構成図であり、図11の従来例に対応する部分
には、同一の参照符号を付す。
象2の温度を検出する温度センサ3からの検出温度PV
に基づいて、電磁開閉器などの出力装置4に操作信号
(操作量)MVを出力して加熱手段としてのヒータ5の
通電を制御して制御対象2の温度が、予め設定される目
標温度SPになるようにPID制御を行うものである。
なお、6はヒータ電源である。
えば図2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2を、熱処理炉としての反応管19と
し、反応管19の周囲に分割して配置された複数のヒー
タ21の通電制御を、複数の温度センサ22からの検出
温度に基づいて行う多点の温度調節器23として適用す
ることができる。
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
実施の形態では、温度変化によるゲインの変化を自動的
に補償するために次のように構成している。
の関係を示す特性図において、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。
値、ηpは温度係数である。
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。
ように変化する。
インである。
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。
は、このゲインの低下を補償するようにPIDパラメー
タの比例ゲインKpを補正するようにしている。
部のブロック線図であり、この図4に示されるように、
温度センサ3からの検出温度PV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8の比例ゲ
インを補正する補正手段7を備えている。
における比例ゲインである。なお、図4において、9は
微分要素、10は積分要素を示している。
比例ゲインKpを算出し、その算出した比例ゲインKp
によってPID制御を行うので、ゲインの温度による変
化を補償したPID制御が行われることになり、従来例
のように、制御する温度に応じてPIDパラメータを上
位のコンピュータから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。し
たがって、上位のコンピュータの通信の負荷も軽減され
ることになる。
例えば、検出温度PVおよび操作量MVなどの複数の入
力に基づいて補正する場合に比べて、構成が簡素化さ
れ、さらに、複雑な制御対象のモデリングなども不要で
ある。
ηpは、予め計測するか、あるいは、ヒータの温度係数
として分かっている場合には、それを用いればよい。ま
た、この温度係数ηpは、例えば、図1に示されるよう
にキー入力によってインタフェース11を介して予め設
定すればよく、あるいは、図5に示されるように、通信
基板12を介して例えば、RS−232Cのシリアル通
信などによって外部から通信で設定してもよい。
て比例ゲインKpを補正したけれども、本発明の他の実
施の形態として、図6に示されるように、目標温度SP
を用いて比例ゲインKpを補正してもよい。
(SP−PV0)+1}Kp0とするのである。
とんど検出温度PVと等しいので、時々刻々変化する検
出温度PVを用いる場合に比べて、固定値である目標温
度SP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。
施の形態の温度調節器内部のブロック線図であり、上述
の実施の形態に対応する部分には、同一の参照符号を付
す。なお、温度制御システムの構成は、図1と基本的に
同様である。
示されるように、温度によって変化するのであるが、こ
の実施の形態では、温度変化による時定数τの変化を自
動的に補償するために次のように構成している。
を示す特性図において、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。
数、−kτは近似式の傾きである。
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。
および微分時間であり、ηi,ηdは、温度係数であ
る。
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。
れるように、温度センサ3からの検出温度PVと予め設
定される前記温度係数ηi,ηdとに基づいて、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10および微分要素9の積分時
間および微分時間を補正する補正手段13を備えてい
る。
積分時間Tiおよび微分時間Tdを算出し、その算出し
た積分時間Tiおよび微分時間TdによってPID制御
を行うので、時定数τの温度による変化を補償したPI
D制御が行われることになり、従来例のように、制御す
る温度に応じてPIDパラメータを上位のコンピュータ
から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。
9に示されるように、検出温度PVに代えて目標温度S
Pを用いて積分時間Tiおよび微分時間Tdを補正して
もよい。また、積分時間Tiおよび微分時間Tdのいず
れか一方を補正するようにしてもよい。
の形態として、図10に示されるように、上述の実施の
形態1および実施の形態2を組み合わせて比例ゲインK
p、積分時間Tiおよび微分時間Tdをすべて補正する
ようにしてもよい。
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。
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。
−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。
する時定数の変化τ/τ0データで求めることができ
る。
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。
して説明したけれども、本発明は、PID制御に限ら
ず、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。
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。
に限らず、拡散炉やCVD装置、例えば、図12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12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。
あるいは目標温度に応じて、比例ゲイン、積分時間およ
び微分時間といった制御パラメータを自動的に補正する
ので、制御する温度に応じて上位のコンピュータから制
御パラメータを変更設定するといった面倒な操作が不要
となり、通信の負荷も軽減され、しかも、温度の変化に
よるハンチングやオーバーシュートの発生を抑制するこ
とができる。
テムの概略構成図である。
概略構成図である。
る。
概略構成図である。
ロック線図である。
部のブロック線図である。
ロック線図である。
内部のブロック線図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 温度検出手段からの検出温度と目標温度
との偏差に基づいて操作信号を出力する温度制御手段
と、 前記検出温度に基づいて、前記温度制御手段における制
御パラメータを補正する補正手段と、 を備えることを特徴とする温度調節器。 - 【請求項2】 前記補正手段は、前記検出温度に代えて
前記目標温度に基づいて前記制御パラメータを補正する
請求項1記載の温度調節器。 - 【請求項3】 前記補正手段は、前記検出温度または前
記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請求項1または2記載の
温度調節器。 - 【請求項4】 前記算出式が、一次の近似式である請求
項3記載の温度調節器。 - 【請求項5】 前記算出式が、二次以上の近似式である
請求項3記載の温度調節器。 - 【請求項6】 補正される制御パラメータが、比例ゲイ
ン、積分時間および微分時間の少なくとも一つである請
求項1ない5のいずれかに記載の温度調節器。 - 【請求項7】 請求項1ないし6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)する加熱(または冷却)手段と、
前記熱処理炉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。 - 【請求項8】 請求項1ないし6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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000071905A JP3829575B2 (ja) | 2000-03-15 | 2000-03-15 | 温度調節器および熱処理装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001265448A true JP2001265448A (ja) | 2001-09-28 |
JP3829575B2 JP3829575B2 (ja) | 2006-10-04 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (1)
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---|---|---|---|---|
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-
2000
- 2000-03-15 JP JP2000071905A patent/JP3829575B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JP7180506B2 (ja) | 2019-04-01 | 2022-11-30 | 株式会社島津製作所 | 材料試験機、及び材料試験機の制御方法 |
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