JP2004086858A

JP2004086858A - Controller, thermoregulator and thermal treatment equipment

Info

Publication number: JP2004086858A
Application number: JP2003122389A
Authority: JP
Inventors: Masahito Tanaka; 田中　政仁; Ikuo Minamino; 南野　郁夫; Takaaki Yamada; 山田　隆章; Hitoshi Tanaka; 田中　均; Kosaku Ando; 安藤　功策; Junya Kubo; 久保　淳也
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2023-04-25
Also published as: JP3869388B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a controller, etc. effective for reset windup. <P>SOLUTION: The saturation quantity of operation quantity is calculated by subtracting the operation quantity of a limiter 6 from operation quantity to be inputted into the limiter 6. A feedback element 7 multiplies the saturation quantity by a feedback gain, a subtracting part 10 subtracts the obtained product from control deviation and feeds the resultant value back to an integration operation part 5. The feedback gain can be set and a range where setting is possible is restricted from the stabilization conditions of a feedback loop. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御対象の温度、圧力、流量、速度など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する。
【０００２】
【従来の技術】
制御装置、例えば、温度を制御する温度調節器のＰＩＤ制御やＰＩ制御などの積分制御における積分値は、スタート時から大きな偏差（現在値と設定値との差）を積分しており、そのため、温度が設定値に達するころには、相当大きな積分値になるのに対して、操作量は、一般に飽和特性を有するので、温度が設定値に達してから過大な積分操作量が働き、オーバーシュートが発生するという、いわゆる、リセットワインドアップと呼ばれる現象が生じる。
【０００３】
かかるリセットワインドアップ対策として、飽和した操作量に、比例ゲインの逆数を乗算して積分要素（積分演算部）の入力にフィードバックすることにより、積分操作量が過大とならないようにする方法がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
須田信英他「ＰＩＤ制御」朝倉書店（システム制御情報学会編）、
２０００年３月１０日、ｐ５３
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記比例ゲインの逆数は、任意に設定すると、制御系が不安定になる場合があり、従来では、一定の固定値とされており、このため、制御対象の特性や用途などによっては、必ずしも充分なオーバーシュート抑制効果などが得られない場合があるという難点がある。
【０００６】
本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、リセットワインドアップに対して有効な制御装置、温度調節器および熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【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。
【０００８】
すなわち、本発明の制御装置は、制御対象からの測定値を目標値に一致させるように操作量を演算出力する演算制御部と、該演算制御部からの操作量を制限して前記制御対象側へ出力するリミッタとを備える制御装置において、前記演算制御部は、少なくとも積分演算部を含み、前記積分演算部の入力側に、前記リミッタの入力と出力との差をフィードバックするフィードバック手段を設け、前記フィードバック手段におけるフィードバックゲインを設定可能としている。
【０００９】
ここで、測定値とは、制御対象の物理状態を測定した値をいい、例えば、制御対象の温度状態や圧力温状態を測定した測定温度や測定圧力などをいう。
【００１０】
本発明によると、リミッタの入力と出力との差、すなわち、リミッタで制限された操作量の飽和量を、積分演算部の入力側にフィードバックするので、積分操作量が過大とならないようにしてオーバーシュート等を抑制することができる。しかも、フィードバックする際のフィードバックゲインを設定可能としているので、制御対象の特性や用途などに応じて、ユーザがフィードバックゲインを可変設定することができ、ユーザの要求に応じたオーバーシュート等の抑制効果を奏することができる。
【００１１】
また、本発明の制御装置は、制御対象からの測定値を目標値に一致させるように操作量を演算出力する演算制御部と、該演算制御部からの操作量を制限して制御対象側へ出力する第１のリミッタとを備える制御装置において、前記演算制御部は、少なくとも積分演算部を含み、前記演算制御部からの前記操作量を、前記第１のリミッタよりも狭い範囲に制限する第２のリミッタと、該第２のリミッタの入力と出力との差を、前記積分演算部の入力側にフィードバックするフィードバック手段を設けている。
【００１２】
ここで、第２のリミッタは、第１のリミッタよりも操作量を狭い範囲に制限するものであり、上限値および下限値の少なくとも一方の制限値は、制御対象の特性など応じて設定すればよく、定常偏差をなくすためには、定常状態における整定操作量が制限されないように設定するのが好ましい。
【００１３】
本発明によると、操作量を制限して制御対象側へ出力する第１のリミッタの入力と出力との差を、積分演算部にフィードバックするのではなく、第１のリミッタよりも狭い範囲で操作量を制限する第２のリミッタの入力と出力との差をフィードバックするように構成したので、例えば、制御対象によっては、整定操作量が小さいために、第１のリミッタでは、操作量が飽和せず、積分操作量が過大となるのを抑制できないような場合であっても、第２のリミッタでは、操作量が飽和してその飽和量をフィードバックして積分操作量を抑制することが可能となる。これによって、オーバーシュート等を抑制できるとともに、特に、周期的に繰り返し印加されるような外乱に対して、測定値がシフトするのを抑制することができる。
【００１４】
また、本発明の制御装置は、制御対象からの測定値を目標値に一致させるように操作量を演算出力する演算制御部と、該演算制御部からの操作量を制限して制御対象側へ出力する第１のリミッタとを備える制御装置において、前記演算制御部は、少なくとも積分演算部を含み、前記演算制御部からの操作量を、前記第１のリミッタよりも狭い範囲に制限する第２のリミッタと、該第２のリミッタの入力と出力との差を、前記積分演算部の入力側にフィードバックするフィードバック手段を設け、前記フィードバック手段におけるフィードバックゲインを設定可能としている。
【００１５】
本発明によると、オーバーシュート等を抑制できるとともに、周期的に繰り返し印加されるような外乱に対して、測定値がシフトするのを抑制することができる。しかも、制御対象の特性や用途などに応じて、ユーザがフィードバックゲインを可変設定することができ、ユーザの要求に応じたオーバーシュート等の抑制効果を奏することができる。
【００１６】
本発明の一実施態様においては、前記フィードバックゲインの設定可能範囲が、フィードバックループの安定条件に基づいて制限されるものである。
【００１７】
この実施態様によると、安定条件からフィードバックゲインの設定可能範囲が制限されているので、設定されたフィードバックゲインが大き過ぎたり、小さ過ぎたりして制御系が不安定になるといったことがない。
【００１８】
本発明の好ましい実施態様においては、前記測定値を、設定された補正値で補正する補正手段を備え、前記補正手段は、前記設定された補正値が与えられるフィルタ手段と、このフィルタ手段からの補正値および前記測定値に基づいて、補正された測定値を算出する算出部とを備えている。
【００１９】
この実施態様によると、オフセット調整などの補正を行なう場合に、設定された補正値を、そのまま算出部に与えて測定値を補正するのではなく、フィルタ手段を通して算出部に与えるので、徐々に設定された補正値になるような補正値を算出部に与えることができ、これによって、補正の際にオーバーシュート等が生じるのを抑制できる。
【００２０】
本発明の温度調節器は、制御対象からの測定温度を目標温度に一致させるように操作量を演算出力する演算制御部と、該演算制御部からの操作量を制限して制御対象側へ出力するリミッタとを備える温度調節器において、前記演算制御部は、少なくとも積分演算部を含み、前記積分演算部の入力側に、前記リミッタの入力と出力との差をフィードバックするフィードバック手段を設け、前記フィードバック手段におけるフィードバックゲインを設定可能としている。
【００２１】
本発明によると、リミッタの入力と出力との差、すなわち、リミッタで制限された操作量の飽和量を、積分演算部の入力側にフィードバックするので、積分操作量が過大とならないようにしてオーバーシュート等を抑制することができる。しかも、フィードバックする際のフィードバックゲインを設定可能としているので、制御対象の特性や用途などに応じて、ユーザがフィードバックゲインを可変設定することができ、ユーザの要求に応じたオーバーシュート等の抑制効果を奏することができる。
【００２２】
また、本発明の温度調節器は、制御対象からの測定温度を目標温度に一致させるように操作量を演算出力する演算制御部と、該演算制御部からの操作量を制限して制御対象側へ出力する第１のリミッタとを備える温度調節器において、前記演算制御部は、少なくとも積分演算部を含み、前記演算制御部からの操作量を、前記第１のリミッタよりも狭い範囲に制限する第２のリミッタと、該第２のリミッタの入力と出力との差を、前記積分演算部の入力側にフィードバックするフィードバック手段を設けている。
【００２３】
本発明によると、操作量を制限して制御対象側へ出力する第１のリミッタの入力と出力との差を、積分演算部にフィードバックするのではなく、第１のリミッタよりも狭い範囲で操作量を制限する第２のリミッタの入力と出力との差をフィードバックするように構成したので、例えば、制御対象によっては、整定操作量が小さく、第１のリミッタでは、操作量が飽和せず、積分操作量が過大となるのを抑制できないような場合であっても、第２のリミッタでは、操作量が飽和してその飽和量をフィードバックして積分操作量が過大となるのを抑制することが可能となる。これによって、オーバーシュート等を抑制できるとともに、特に、周期的に繰り返し印加されるような外乱に対して、測定温度がシフトするのを抑制することができる。
【００２４】
本発明の温度調節器は、制御対象からの測定温度を目標温度に一致させるように操作量を演算出力する演算制御部と、該演算制御部からの操作量を制限して制御対象側へ出力する第１のリミッタとを備える温度調節器において、前記演算制御部は、少なくとも積分演算部を含み、前記演算制御部からの操作量を、前記第１のリミッタよりも狭い範囲に制限する第２のリミッタと、該第２のリミッタの入力と出力との差を、前記積分演算部の入力側にフィードバックするフィードバック手段とを設け、前記フィードバック手段におけるフィードバックゲインを設定可能としている。
【００２５】
本発明によると、オーバーシュート等を抑制できるとともに、周期的に繰り返し印加されるような外乱に対して、測定温度がシフトするのを抑制することができる。しかも、制御対象の特性や用途などに応じて、ユーザがフィードバックゲインを可変設定することができ、ユーザの要求に応じたオーバーシュート等の抑制効果を奏することができる。
【００２６】
本発明の一実施態様においては、前記フィードバックゲインの設定可能範囲が、フィードバックループの安定条件に基づいて制限されるものである。
【００２７】
この実施態様によると、安定条件からフィードバックゲインの設定可能範囲が制限されているので、設定されたフィードバックゲインが大き過ぎたり、小さ過ぎたりして制御系が不安定になるといったことがない。
【００２８】
本発明の一実施態様においては、前記フィードバック手段は、前記入力と出力との差を算出する第１の算出部と、算出された差に前記フィードバックゲインを乗算するフィードバック要素と、このフィードバック要素の出力および制御偏差から前記積分演算部に対する入力を算出する第２の算出部とを備えている。
【００２９】
この実施態様によると、第１の算出部で算出された操作量の飽和量に、フィードバックゲインを乗算し、制御偏差から差し引いて積分演算部に対する入力とすることができる。
【００３０】
本発明の他の実施態様においては、制御対象からの前記測定温度を、設定された補正値で補正する補正手段を備え、前記補正手段は、前記設定された補正値が与えられるフィルタ手段と、このフィルタ手段の補正値と前記測定温度とに基づいて、補正された測定温度を算出する算出部とを備えている。
【００３１】
この実施態様によると、設定された補正値を、そのまま算出部に与えて測定温度を補正するのではなく、フィルタ手段を通して算出部に与えるので、補正の際にオーバーシュート等が生じるのを抑制できる。
【００３２】
本発明の更に他の実施態様においては、前記フィルタ手段が、一次遅れフィルタである。
【００３３】
この実施態様によると、設定された補正値は、一次遅れフィルタを通すことで、徐々に補正値まで変化することになり、補正の際にオーバーシュート等が生じるのを抑制できる。
【００３４】
本発明の熱処理装置は、本発明の温度調節器と、熱処理手段と、前記熱処理手段を加熱または冷却する手段と、前記熱処理手段の温度を検出する温度検出手段とを備えている。
【００３５】
本発明によると、本発明の温度調節器によって熱処理炉や熱処理盤といった熱処理手段の温度制御を行うので、用途や制御対象の特性などに応じて、オーバーシュート等を抑制したり、周期的な繰り返し外乱の印加による温度シフトを抑制した温度制御が可能となる。
【００３６】
【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。
【００３７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る温度調節器１のブロック図である。
【００３８】
この実施の形態の温度調節器１は、熱処理盤や熱処理炉などの制御対象２の温度を検出する図示しない温度センサからの測定温度（検出温度）ｙと目標温度ｒとの制御偏差ｅに基づいて、制御偏差がなくなるように操作量を演算出力する演算制御部２０と、この演算制御部２０からの操作量の上下限を制限して電磁開閉器およびヒータを含む図示しない加熱手段に出力するリミッタ６とを備えている。この実施の形態のリミッタ６は、操作量を、例えば、０％〜１００％の範囲に制限している。
【００３９】
演算制御部２０は、比例演算部（比例要素）３、微分演算部（微分要素）４および積分演算部（積分要素）５を備えている。
【００４０】
また、この実施の形態では、リセットワインドアップ対策のために、リミッタ６の入力と出力との差、すなわち、リミッタ６で制限された操作量の飽和量を、積分演算部５の入力側にフィードバックするフィードバック手段９を設けている。
【００４１】
このフィードバック手段９は、リミッタ６に入力される操作量からリミッタ６の出力を差し引いて操作量の飽和量を算出する第１の算出部としての減算部８と、この操作量の飽和量に、後述するフィードバックゲインＦ／Ｋｐを乗算するフィードバック要素７と、このフィードバック要素７の出力を、制御偏差ｅから差し引く第２の算出部としての減算部１０とを備えている。
【００４２】
演算制御部２０、リミッタ６およびフィードバック手段９は、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。
【００４３】
なお、図１の比例演算部３、微分演算部４、積分演算部５およびフィードバック要素７におけるＫｐは比例ゲイン、Ｔ_Ｄは微分時間、λは不完全微分であることを示し、Ｔ_Ｉは積分時間、ｓはラプラス演算子、Ｆは後述のようにして設定算出される係数値である。
【００４４】
この実施の形態の温度調節器１では、リセットワインドアップ対策として、フィードバック要素７におけるフィードバックゲインを可変設定できるようにしており、しかも、制御系が不安定状態にならないように、設定可能範囲を、次のように制限している。
【００４５】
図２は、図１の操作量の飽和量をフィードバックするフィードバックループの部分１５を示すブロック図であり、この図２では、積分演算部５およびフィードバック要素７の伝達関数を、Ｚ変換してディジタル（離散系）で示している。なお、ΔＴは、サンプリング時間である。
【００４６】
この図２より、操作量の飽和量をフィードバックするフィードバックループの部分１５の式は、
【００４７】
【数１】

となる。よって、偏差ｅから操作量ｕまでのパルス伝達関数を計算すると、
【００４８】
【数２】

【００４９】
【数３】

【００５０】
【数４】

【００５１】
【数５】

となる。故に、特性方程式は、
【００５２】
【数６】

【００５３】
【数７】

【００５４】
【数８】

安定条件は、特性方程式の根の絶対値が、単位円内にあることなので、
【００５５】
【数９】

【００５６】
【数１０】

【００５７】
【数１１】

【００５８】
【数１２】

【００５９】
【数１３】

【００６０】
【数１４】

ここで、全パラメータは、正値なので、飽和量をフィードバックするフィードバックループ部分１５の安定条件は、上述の数１２および数１４より、
０＜ΔＴ・Ｆ／Ｔ_Ｉ≦２
となる。
【００６１】
したがって、Ａ＝ΔＴ・Ｆ／Ｔ_Ｉとおくと、
フィードバックループの安定条件は、
０＜Ａ≦２となる。
【００６２】
図３に、Ａを、安定条件の範囲外であるＡ＝０．０およびＡ＝２．１に設定した場合と、安定条件の範囲内であるＡ＝２．０に設定した場合のシミュレーションの結果を示す。この図３では、目標温度を、１００℃に設定した例を示している。
【００６３】
破線で示されるＡ＝０．０および一点鎖線で示されるＡ＝２．１のいずれの場合も不安定となるのに対して、実線で示されるＡ＝２．０の場合は、安定となっている。
【００６４】
そこで、この実施の形態では、フィードバック要素７のフィードバックゲインＦ／Ｋｐの係数値Ｆを、０＜Ａ（＝ΔＴ・Ｆ／Ｔ_Ｉ）≦２の安定条件を満足させるように設定するものである。
【００６５】
すなわち、この実施の形態の温度調節器１では、温度設定などの各種の設定を行なう図示しない操作キーの操作によって、所望の設定モードにしてＡの値を設定操作するものであり、この設定値Ａに基づいて、前記Ｆを算出してフィードバックゲインＦ／Ｋｐを設定するのである。なお、この設定値Ａは、通信によって上位のコンピュータなどから設定するようにしてもよい。
【００６６】
図４は、このフィードバック要素７のフィードバックゲインの設定のフローチャートであり、かかる処理は、上述のマイクロコンピュータによって行われる。
【００６７】
先ず、設定された設定値Ａを読み込み（ステップｎ１）、安定条件　０＜Ａ≦２を満足するか否かを判断し（ステップｎ２）、満足するときには、Ｆ（＝Ｔ_Ｉ×Ａ／ΔＴ）を算出し（ステップｎ３）、満足しないときには、ステップｎ１に戻り、例えば、設定値Ａが、設定可能範囲でないことを報知して再度の設定を促す。ステップｎ４では、算出されたＦをフィードバック要素７に設定して終了する。
【００６８】
なお、比例ゲインＫｐ、微分時間Ｔ_Ｄおよび積分時間Ｔ_Ｉは、従来と同様にオートチューニングによって決定される。
【００６９】
図５は、この実施の形態によるオーバーシュートの抑制のシミュレーション結果を示す図である。
【００７０】
この図５では、設定値Ａを、上述の設定可能範囲であるＡ＝０．０１（実線）、Ａ＝０．０２（破線）、Ａ＝１．００（一点鎖線）にそれぞれ設定した場合を示しており、目標温度を、１００℃としている。
【００７１】
この図５に示されるように、設定値Ａによって、オーバーシュート量を調整できることが分かる。
【００７２】
したがって、制御対象の特性や用途などに応じて、ユーザが設定可能範囲で設定値Ａを設定することにより、所望のオーバーシュート抑制効果を得ることができる。
【００７３】
設定値Ａは、このようにオーバーシュートを抑制できるだけではなく、次のような周期的な繰り返し外乱の印加による温度シフトを抑制する効果もある。
【００７４】
例えば、半導体ウェハを、熱処理盤に載置して順番に熱処理する熱処理装置では、図６に示されるように、目標温度である１００℃に制御された熱処理盤に、外乱として半導体ウェハを載置する度に、半導体ウェハに熱が奪われて熱処理盤の温度が一旦低下し、半導体ウェハが熱処理される間に再び目標温度に復帰し、次の半導体ウェハが載置されると、再び熱処理盤の温度が低下し、再び目標温度に復帰するという温度変化を周期的に繰り返すものである。
【００７５】
なお、周期的とは、一定周期に限らず、処理工程上の多少の時間的なずれを含むものである。
【００７６】
このような熱処理盤の温度制御において、オーバーシュートを抑制するために積分時間を大きめに設定すると、図６の破線で示されるように、全体的に温度が徐々に上昇するという温度シフトの問題がある。
【００７７】
これに対して、この実施の形態では、操作量の飽和量をフィードバックすることにより、徐々に蓄積される過大な積分操作量を抑制することができる。特に、上述の設定値Ａの設定によって、この温度シフトを抑制することができ、例えば、図６の実線で示されるように、Ａ＝０．１に設定した場合には、温度のシフトをなくすことができる。
【００７８】
（実施の形態２）
図７は、本発明の他の実施の形態の温度調節器１−１のブロック図であり、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。
【００７９】
上述の実施の形態では、操作量の上下限を制限するリミッタ６は、例えば、０％〜１００％の範囲で操作量を制限するものであり、したがって、操作量が０％〜１００％の範囲にあるとき、すなわち、操作量が飽和しない限りは、減算部８の出力が０となってフィードバックループが機能せず、積分操作量を抑制できないことになる。
【００８０】
したがって、例えば、制御対象の特性によって、定常状態における整定操作量が低く、リミッタ６で操作量が制限されないような場合には、上述の実施の形態の構成では、積分操作量を抑制するフィードバックループが機能せず、積分操作量が過大となるのを有効に抑制できないことになる。
【００８１】
特に、上述の半導体ウェハの熱処理のような周期的な外乱が繰り返されるような場合には、操作量が飽和しないときには、徐々に蓄積される過大な積分操作量によって、図８に示されるように、温度が全体的に徐々に上昇するという温度シフトが上述のように生じることになる。
【００８２】
そこで、この実施の形態では、図７に示されるように、演算制御部２０からの操作量を制限して制御対象２側に出力するリミッタ６（以下「第１のリミッタ」という）とは別に、この第１のリミッタ６よりも狭い範囲、例えば、０％〜２０％の範囲に操作量を制限する第２のリミッタ２１を設けている。
【００８３】
そして、この第２のリミッタ２１の入力と出力との差、すなわち、第２のリミッタ２１によって制限された操作量の飽和量を、上述の実施の形態と同様に、積分演算部５の入力側にフィードバックしている。その他の構成は、上述の実施の形態と同様である。
【００８４】
この実施の形態によれば、整定操作量が、例えば、１０％〜１５％程度と小さく、第１のリミッタ６で操作量が制限されることがないような制御対象であっても、周期的な外乱が繰り返されるような場合には、第２のリミッタ２１では、操作量が制限されて飽和量がフィードバックされて過大な積分操作量が抑制できることになる。したがって、周期的な繰り返し外乱の印加による温度シフトを、図９に示されるように、十分に抑制することができる。
【００８５】
なお、この実施の形態では、第１，第２のリミッタ６，２１は、並列的に設けたけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、図１０に示されるように、第１のリミッタ６の後段に、第２のリミッタ２１を設けるようにしてもよい。
【００８６】
（実施の形態３）
図１１は、本発明の他の実施の形態の温度調節器１−３のブロック図であり、上述の図１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。
【００８７】
従来、オフセット調整などのために、補正値を設定することにより、制御対象２の温度を検出する温度センサからの入力である検出温度（測定温度）に、前記補正値を加算して入力を補正するようにしている。
【００８８】
このような従来例では、整定状態において、入力補正を行なうと、例えば、図１２の一点鎖線で示されるようにオーバーシュートや温度の振れが生じるという難点がある。
【００８９】
この図１２においては、１００℃に整定している状態で、１℃の入力補正を行なった例を示している。
【００９０】
そこで、この実施の形態では、図１１に示されるように、補正手段としての入力補正手段１１には、設定された補正値が入力される一次遅れフィルタ１２を設けており、この一次遅れフィルタ１２の出力を、加算部１３において、温度センサからの検出温度に加算して補正入力値としている。
【００９１】
この実施の形態では、一次遅れフィルタの特性を、例えば、
｛１＋（１−Ｂ）ＣＴ_Ｉｓ｝／（１＋ＣＴ_Ｉｓ）としている。
【００９２】
ここで、Ｂ，Ｃは、固定値あるいはユーザが設定可能なパラメータである。
【００９３】
図１３は、Ｂ＝０．６、Ｃ＝１．０とした場合の一次遅れフィルタ１２の出力を示すものである。この図１３においては、補正値として、実線で示されるように１℃を設定した場合の一次遅れフィルタ１２の出力を破線で示している。
【００９４】
この図１３に示されるように、設定された補正値が、加算部１３にそのまま与えられるのではなく、徐々に設定された補正値なるような補正値が加算部１３に与えられることになり、これによって、上述の図１２の実線で示されるように、入力補正時のオーバーシュートや温度の振れが抑制されることになる。
【００９５】
なお、上述のＢの値によって、曲線状に変化を開始する点を調整することができ、Ｃの値によって、設定された補正値に達するまでの時間を調整することができる。
【００９６】
この実施の形態の入力補正手段１１を、上述の実施の形態２に設けてもよい。
【００９７】
（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、温度を制御する温度調節器に適用して説明したけれども、本発明は、他の制御装置に適用してもよいのは勿論である。
【００９８】
上述の実施の形態では、制御対象を加熱する場合に適用して説明したけれども、本発明は、制御対象を冷却する場合にも適用できるのは勿論であり、アンダーシュートを抑制することができる。
【００９９】
上述の実施の形態では、ＰＩＤ制御に適用したけれども、本発明は、比例積分制御などの積分制御を含む他の制御（例えば現代制御、ファジィやニューロなどの知識型制御であっても積分を使うもの）にも適用できるものである。
【０１００】
上述の実施の形態２では、リセットワインドアップ対策を講じた本発明のＰＩＤ制御に、本発明の入力補正手段１１を設けたけれども、従来例のＰＩＤ制御に、本発明の入力補正手段１１を設けてもよい。
【０１０１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、操作量の飽和量を、積分演算部の入力側にフィードバックする際に、フィードバックゲインを設定可能としているので、制御対象の特性や用途などに応じて、ユーザがフィードバックゲインを可変設定することができ、所望のオーバーシュート等の抑制効果や周期的な繰り返し外乱印加による測定値のシフトを抑制する効果などを奏することができる。
【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調節器のブロック図
【図２】図１の操作量の飽和量のフィードバックループ部分のブロック図
【図３】設定値Ａによる制御特性の相違を示す図
【図４】フィードバックゲイン設定のフローチャート
【図５】設定値Ａによるオーバーシュート抑制効果を示す図
【図６】図１の実施の形態の温度シフト抑制効果を示す図
【図７】本発明の他の実施の形態に係る温度調節器のブロック図
【図８】操作量が飽和しない場合の温度シフトを示す図
【図９】図７の実施の形態の温度シフト抑制効果を示す図
【図１０】図７の変形例を示すブロック図
【図１１】本発明の他の実施の形態に係る温度調節器のブロック図
【図１２】図１１の実施の形態によるオーバーシュート抑制効果を示す図
【図１３】フィルタ特性の一例を示す図
【符号の説明】
１，１−１〜３　温度調節器　　２　制御対象　　３　比例演算部
４　微分演算部　　５　積分演算部　　６，２１　リミッタ
７　フィードバック要素　　９　フィードバック手段
１１　入力補正手段　　１２　一次遅れフィルタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device that controls the temperature, pressure, flow rate, speed, and the like of a control target, a temperature controller that controls the temperature of the control target, and a heat treatment apparatus that uses the temperature controller.
[0002]
[Prior art]
The integrated value in the integral control such as PID control or PI control of the control device, for example, the temperature controller for controlling the temperature, integrates a large deviation (difference between the current value and the set value) from the start, and therefore, By the time the temperature reaches the set value, the integrated value becomes considerably large, whereas the manipulated variable generally has a saturation characteristic. Occurs, that is, a phenomenon called reset windup occurs.
[0003]
As a countermeasure against such a reset windup, there is a method of multiplying a saturated operation amount by a reciprocal of a proportional gain and feeding it back to an input of an integral element (integration operation unit) so that the integral operation amount does not become excessive ( For example, see Non-Patent Document 1).
[0004]
[Non-patent document 1]
Nobuhide Suda and others "PID control" Asakura Shoten (edited by the Society of System Control and Information Engineers),
March 10, 2000, p53
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
If the reciprocal of the proportional gain is set arbitrarily, the control system may become unstable. Conventionally, the reciprocal is set to a fixed value. However, there is a disadvantage that a large overshoot suppression effect may not be obtained.
[0006]
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide a control device, a temperature controller, and a heat treatment device that are effective against reset windup.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following configuration to achieve the above object.
[0008]
That is, the control device of the present invention includes a calculation control unit that calculates and outputs an operation amount so that a measured value from a control target matches a target value, and restricts an operation amount from the calculation control unit to control the control target side. In a control device including a limiter that outputs to the arithmetic control unit, the arithmetic control unit includes at least an integral operation unit, and an input side of the integral operation unit is provided with a feedback unit that feeds back a difference between an input and an output of the limiter, The feedback gain in the feedback means can be set.
[0009]
Here, the measured value refers to a value obtained by measuring the physical state of the controlled object, such as a measured temperature or measured pressure obtained by measuring the temperature state or the pressure temperature state of the controlled object.
[0010]
According to the present invention, the difference between the input and output of the limiter, that is, the saturation amount of the operation amount limited by the limiter is fed back to the input side of the integration operation unit, so that the integration operation amount is prevented from becoming excessive. Shooting and the like can be suppressed. In addition, since the feedback gain at the time of feedback can be set, the user can variably set the feedback gain according to the characteristics of the control target and the application, and the effect of suppressing overshoot and the like according to the user's request. Can be played.
[0011]
Further, the control device of the present invention includes a calculation control unit that calculates and outputs an operation amount so that a measured value from the control target matches a target value, and restricts the operation amount from the calculation control unit to the control target side. A control device comprising: a first limiter that outputs a signal; wherein the calculation control unit includes at least an integration calculation unit, and limits the operation amount from the calculation control unit to a range narrower than the first limiter. And a feedback means for feeding back a difference between an input and an output of the second limiter to an input side of the integral operation unit.
[0012]
Here, the second limiter limits the operation amount to a narrower range than the first limiter, and at least one of the upper limit value and the lower limit value is set according to the characteristics of the control target. In order to eliminate the steady-state deviation, it is preferable that the setting operation amount in the steady state is set so as not to be limited.
[0013]
According to the present invention, the difference between the input and the output of the first limiter, which limits the amount of operation and outputs to the control target side, is not fed back to the integral operation unit, but is operated in a narrower range than the first limiter. Since the difference between the input and the output of the second limiter that limits the amount is configured to be fed back, for example, depending on the control target, the settling operation amount is small, so that the operation amount is saturated in the first limiter. Even if the integral operation amount cannot be suppressed from becoming excessive, the second limiter can suppress the integral operation amount by saturating the operation amount and feeding back the saturation amount. Become. As a result, overshoot and the like can be suppressed, and in particular, it is possible to suppress the shift of the measured value with respect to disturbance that is repeatedly applied periodically.
[0014]
Further, the control device of the present invention includes a calculation control unit that calculates and outputs an operation amount so that a measured value from the control target matches a target value, and restricts the operation amount from the calculation control unit to the control target side. A control device comprising: a first limiter that outputs a signal; and the arithmetic control unit includes at least an integral arithmetic unit, and limits an operation amount from the arithmetic control unit to a range narrower than the first limiter. And a feedback unit for feeding back the difference between the input and the output of the second limiter to the input side of the integration operation unit, so that the feedback gain of the feedback unit can be set.
[0015]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to suppress an overshoot etc., it can suppress that a measured value shifts with respect to the disturbance which is repeatedly applied periodically. In addition, the user can variably set the feedback gain in accordance with the characteristics of the control target, the application, and the like, and an effect of suppressing overshoot and the like according to the user's request can be achieved.
[0016]
In one embodiment of the present invention, the settable range of the feedback gain is limited based on a feedback loop stability condition.
[0017]
According to this embodiment, since the settable range of the feedback gain is limited by the stability condition, the control system does not become unstable because the set feedback gain is too large or too small.
[0018]
In a preferred embodiment of the present invention, the apparatus further comprises a correction unit for correcting the measurement value with a set correction value, wherein the correction unit includes a filter unit to which the set correction value is given, A calculating unit that calculates a corrected measurement value based on the correction value and the measurement value.
[0019]
According to this embodiment, when performing a correction such as an offset adjustment, the set correction value is not directly provided to the calculating unit to correct the measured value, but is provided to the calculating unit through the filter means. The correction value can be given to the calculation unit such that the correction value becomes the corrected value, thereby suppressing occurrence of overshoot or the like at the time of correction.
[0020]
A temperature controller according to the present invention includes a calculation control unit that calculates and outputs an operation amount so that a measured temperature from a control target matches a target temperature, and restricts an operation amount from the calculation control unit and outputs the operation amount to a control target side. In the temperature controller comprising a limiter, the operation control unit includes at least an integral operation unit, and an input side of the integral operation unit is provided with a feedback unit that feeds back a difference between an input and an output of the limiter, The feedback gain in the feedback means can be set.
[0021]
According to the present invention, the difference between the input and output of the limiter, that is, the saturation amount of the operation amount limited by the limiter is fed back to the input side of the integration operation unit, so that the integration operation amount is prevented from becoming excessive. Shooting and the like can be suppressed. In addition, since the feedback gain at the time of feedback can be set, the user can variably set the feedback gain according to the characteristics of the control target and the application, and the effect of suppressing overshoot and the like according to the user's request. Can be played.
[0022]
The temperature controller according to the present invention further includes a calculation control unit that calculates and outputs an operation amount so that the measured temperature from the control target matches the target temperature; and a control target side that restricts the operation amount from the calculation control unit. And a first limiter for outputting to the first control unit, the calculation control unit includes at least an integration calculation unit, and limits an operation amount from the calculation control unit to a range narrower than the first limiter. There is provided a second limiter, and a feedback unit for feeding back a difference between an input and an output of the second limiter to an input side of the integration operation unit.
[0023]
According to the present invention, the difference between the input and the output of the first limiter, which limits the amount of operation and outputs to the control target side, is not fed back to the integral operation unit, but is operated in a narrower range than the first limiter. Since the difference between the input and the output of the second limiter for limiting the amount is configured to be fed back, for example, depending on the control target, the settling operation amount is small, and the operation amount is not saturated in the first limiter, Even in the case where the integral operation amount cannot be suppressed from becoming excessive, the second limiter suppresses the operation amount from being saturated and feeding back the saturation amount to prevent the integral operation amount from becoming excessive. Becomes possible. As a result, overshoot and the like can be suppressed, and in particular, it is possible to suppress the measured temperature from being shifted due to disturbance that is repeatedly applied periodically.
[0024]
A temperature controller according to the present invention includes a calculation control unit that calculates and outputs an operation amount so that a measured temperature from a control target matches a target temperature, and restricts an operation amount from the calculation control unit and outputs the operation amount to a control target side. And a first limiter, wherein the operation control unit includes at least an integral operation unit, and restricts an operation amount from the operation control unit to a range narrower than the first limiter. And a feedback unit that feeds back the difference between the input and the output of the second limiter to the input side of the integration unit, so that the feedback gain of the feedback unit can be set.
[0025]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to suppress an overshoot etc., it can suppress that a measurement temperature shifts with respect to the disturbance which is repeatedly applied periodically. In addition, the user can variably set the feedback gain in accordance with the characteristics of the control target, the application, and the like, and an effect of suppressing overshoot and the like according to the user's request can be achieved.
[0026]
In one embodiment of the present invention, the settable range of the feedback gain is limited based on a feedback loop stability condition.
[0027]
According to this embodiment, since the settable range of the feedback gain is limited by the stability condition, the control system does not become unstable because the set feedback gain is too large or too small.
[0028]
In one embodiment of the present invention, the feedback means includes: a first calculator that calculates a difference between the input and the output; a feedback element that multiplies the calculated difference by the feedback gain; A second calculator for calculating an input to the integration calculator from the output and the control deviation.
[0029]
According to this embodiment, the saturation amount of the operation amount calculated by the first calculation unit can be multiplied by the feedback gain and subtracted from the control deviation to be used as an input to the integration operation unit.
[0030]
In another embodiment of the present invention, the control device includes a correction unit configured to correct the measured temperature from the control target with a set correction value, wherein the correction unit includes a filter unit to which the set correction value is given, A calculating unit that calculates a corrected measurement temperature based on the correction value of the filter unit and the measurement temperature.
[0031]
According to this embodiment, the set correction value is not directly provided to the calculation unit to correct the measured temperature, but is provided to the calculation unit through the filter means. Therefore, it is possible to suppress occurrence of overshoot or the like at the time of correction. .
[0032]
In still another embodiment of the present invention, the filter means is a first-order lag filter.
[0033]
According to this embodiment, the set correction value gradually changes to the correction value by passing through the first-order lag filter, so that the occurrence of overshoot or the like during correction can be suppressed.
[0034]
The heat treatment apparatus of the present invention includes the temperature controller of the present invention, a heat treatment unit, a unit for heating or cooling the heat treatment unit, and a temperature detection unit for detecting a temperature of the heat treatment unit.
[0035]
According to the present invention, the temperature controller of the present invention controls the temperature of a heat treatment means such as a heat treatment furnace or a heat treatment board, so that overshoot or the like can be suppressed or periodically repeated depending on the application and the characteristics of the control target. Temperature control can be performed while suppressing a temperature shift due to the application of disturbance.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0037]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a temperature controller 1 according to one embodiment of the present invention.
[0038]
The temperature controller 1 of the present embodiment is based on a control deviation e between a target temperature r and a measured temperature (detected temperature) y from a temperature sensor (not shown) that detects the temperature of a control target 2 such as a heat treatment board or a heat treatment furnace. And a control unit 20 for calculating and outputting the operation amount so as to eliminate the control deviation, and limiting the upper and lower limits of the operation amount from the calculation control unit 20 to output to a heating means (not shown) including an electromagnetic switch and a heater. And a limiter 6. The limiter 6 of this embodiment limits the operation amount to, for example, a range of 0% to 100%.
[0039]
The operation control unit 20 includes a proportional operation unit (proportional element) 3, a differential operation unit (differential element) 4, and an integral operation unit (integral element) 5.
[0040]
In this embodiment, the difference between the input and output of the limiter 6, that is, the saturation amount of the operation amount limited by the limiter 6 is fed back to the input side of the integration operation unit 5 in order to prevent reset windup. Feedback means 9 is provided.
[0041]
The feedback unit 9 includes a subtraction unit 8 as a first calculation unit that calculates the saturation amount of the operation amount by subtracting the output of the limiter 6 from the operation amount input to the limiter 6, A feedback element 7 for multiplying a feedback gain F / Kp, which will be described later, and a subtraction section 10 as a second calculation section for subtracting the output of the feedback element 7 from the control deviation e are provided.
[0042]
The arithmetic control unit 20, the limiter 6, and the feedback unit 9 are configured by, for example, a microcomputer.
[0043]
Note that Kp in the proportional operation unit 3, the differential operation unit 4, the integration operation unit 5, and the feedback element 7 in FIG. _D Denotes differentiation time, λ denotes incomplete differentiation, and T _I Is an integration time, s is a Laplace operator, and F is a coefficient value set and calculated as described later.
[0044]
In the temperature controller 1 of this embodiment, as a countermeasure against reset windup, the feedback gain of the feedback element 7 can be variably set, and the settable range is set so that the control system does not become unstable. The restrictions are as follows:
[0045]
FIG. 2 is a block diagram showing a feedback loop portion 15 for feeding back the amount of saturation of the manipulated variable in FIG. 1. In FIG. 2, the transfer functions of the integral operation section 5 and the feedback element 7 are Z-converted and digitally converted. (Discrete system). Note that ΔT is a sampling time.
[0046]
From FIG. 2, the expression of the part 15 of the feedback loop that feeds back the amount of saturation of the manipulated variable is:
[0047]
(Equation 1)

It becomes. Therefore, when calculating the pulse transfer function from the deviation e to the manipulated variable u,
[0048]
(Equation 2)

[0049]
[Equation 3]

[0050]
(Equation 4)

[0051]
(Equation 5)

It becomes. Therefore, the characteristic equation is
[0052]
(Equation 6)

[0053]
(Equation 7)

[0054]
(Equation 8)

The stability condition is that the absolute value of the root of the characteristic equation is within the unit circle,
[0055]
(Equation 9)

[0056]
(Equation 10)

[0057]
[Equation 11]

[0058]
(Equation 12)

[0059]
(Equation 13)

[0060]
[Equation 14]

Here, since all parameters are positive values, the stability condition of the feedback loop portion 15 that feeds back the saturation amount is given by the above equations (12) and (14).
0 <ΔT · F / T _I ≦ 2
It becomes.
[0061]
Therefore, A = ΔT · F / T _I After all,
The stability condition of the feedback loop is
0 <A ≦ 2.
[0062]
FIG. 3 shows simulations of the case where A is set to A = 0.0 and A = 2.1 outside the range of the stability condition and the case where A is set to A = 2.0 which is within the range of the stability condition. The results are shown. FIG. 3 shows an example in which the target temperature is set to 100 ° C.
[0063]
In both cases of A = 0.0 indicated by the broken line and A = 2.1 indicated by the dashed line, the operation becomes unstable, whereas in the case of A = 2.0 indicated by the solid line, the operation becomes stable. ing.
[0064]
Therefore, in this embodiment, the coefficient value F of the feedback gain F / Kp of the feedback element 7 is set to 0 <A (= ΔT · F / T _I ) ≦ 2 is set so as to satisfy the stability condition.
[0065]
That is, in the temperature controller 1 according to the present embodiment, the value of A is set to a desired setting mode by operating an operation key (not shown) for performing various settings such as temperature setting. The feedback gain F / Kp is set by calculating the above F based on A. The set value A may be set from a host computer or the like through communication.
[0066]
FIG. 4 is a flowchart for setting the feedback gain of the feedback element 7, and this processing is performed by the microcomputer described above.
[0067]
First, the set value A that has been set is read (step n1), and it is determined whether or not the stability condition 0 <A ≦ 2 is satisfied (step n2). _I × A / ΔT) is calculated (step n3), and if not satisfied, the process returns to step n1, for example, notifying that the set value A is not within the settable range and prompting the user to set again. In step n4, the calculated F is set in the feedback element 7, and the process ends.
[0068]
Note that the proportional gain Kp and the derivative time T _D And integration time T _I Is determined by auto-tuning as in the conventional case.
[0069]
FIG. 5 is a diagram showing a simulation result of suppression of overshoot according to this embodiment.
[0070]
In FIG. 5, the case where the set value A is set to the above-mentioned settable ranges A = 0.01 (solid line), A = 0.02 (broken line), and A = 1.00 (dash-dot line) is shown. The target temperature is set to 100 ° C.
[0071]
As shown in FIG. 5, it can be seen that the overshoot amount can be adjusted by the set value A.
[0072]
Therefore, a desired overshoot suppression effect can be obtained by setting the set value A within the settable range by the user according to the characteristics and use of the control target.
[0073]
The setting value A not only suppresses the overshoot as described above, but also has the effect of suppressing the temperature shift due to the application of the following periodic repetitive disturbance.
[0074]
For example, in a heat treatment apparatus in which a semiconductor wafer is placed on a heat treatment board and sequentially heat-treated, as shown in FIG. 6, the semiconductor wafer is placed as a disturbance on the heat treatment board controlled to a target temperature of 100 ° C. Each time the semiconductor wafer is deprived of heat, the temperature of the heat treatment board once drops, and returns to the target temperature again while the semiconductor wafer is heat-treated, and when the next semiconductor wafer is mounted, the heat treatment board again Temperature periodically decreases and returns to the target temperature.
[0075]
Note that the term “periodic” includes not only a fixed period but also a slight time lag in a processing step.
[0076]
In the temperature control of such a heat treatment board, if the integration time is set to be relatively large in order to suppress overshoot, the temperature shift problem that the temperature gradually increases as a whole as shown by the broken line in FIG. is there.
[0077]
On the other hand, in this embodiment, by feeding back the saturation amount of the operation amount, it is possible to suppress the excessive integration operation amount that is gradually accumulated. In particular, by setting the above-mentioned set value A, this temperature shift can be suppressed. For example, as shown by the solid line in FIG. 6, when A is set to 0.1, the temperature shift is eliminated. be able to.
[0078]
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a block diagram of a temperature controller 1-1 according to another embodiment of the present invention, and portions corresponding to the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0079]
In the above-described embodiment, the limiter 6 that limits the upper and lower limits of the operation amount limits the operation amount in a range of, for example, 0% to 100%. Therefore, the operation amount is in a range of 0% to 100%. In other words, unless the operation amount is saturated, the output of the subtraction unit 8 becomes 0, the feedback loop does not function, and the integral operation amount cannot be suppressed.
[0080]
Therefore, for example, in the case where the settling operation amount in the steady state is low due to the characteristics of the control target and the operation amount is not limited by the limiter 6, in the configuration of the above-described embodiment, the feedback loop for suppressing the integral operation amount Does not function, and it cannot be effectively suppressed that the integral operation amount becomes excessive.
[0081]
In particular, in the case where a periodic disturbance such as the above-described heat treatment of a semiconductor wafer is repeated, when the operation amount is not saturated, as shown in FIG. As described above, a temperature shift occurs in which the temperature gradually increases as a whole.
[0082]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 7, separately from a limiter 6 (hereinafter, referred to as a “first limiter”) that restricts the operation amount from the arithmetic control unit 20 and outputs the operation amount to the control target 2 side. A second limiter 21 for limiting the operation amount to a range narrower than the first limiter 6, for example, a range of 0% to 20% is provided.
[0083]
Then, the difference between the input and the output of the second limiter 21, that is, the saturation amount of the operation amount limited by the second limiter 21, is determined by the input side of the integration operation unit 5 as in the above-described embodiment. Feedback. Other configurations are the same as those of the above-described embodiment.
[0084]
According to this embodiment, even if the settling operation amount is as small as, for example, about 10% to 15% and the operation amount is not limited by the first limiter 6, even if the control object is not controlled, the setting operation amount is periodically changed. In such a case that the disturbance is repeated, in the second limiter 21, the operation amount is limited, the saturation amount is fed back, and an excessive integral operation amount can be suppressed. Therefore, the temperature shift due to the application of the periodic repetitive disturbance can be sufficiently suppressed as shown in FIG.
[0085]
In this embodiment, although the first and

second limiters

6 and 21 are provided in parallel, as another embodiment of the present invention, for example, as shown in FIG. A second limiter 21 may be provided after the limiter 6.
[0086]
(Embodiment 3)
FIG. 11 is a block diagram of a temperature controller 1-3 according to another embodiment of the present invention, and portions corresponding to the embodiment of FIG. 1 described above are denoted by the same reference numerals.
[0087]
Conventionally, a correction value is set for offset adjustment or the like, and the input is corrected by adding the correction value to a detected temperature (measured temperature) which is an input from a temperature sensor for detecting the temperature of the control target 2. I am trying to do it.
[0088]
In such a conventional example, when the input correction is performed in the settling state, for example, there is a problem that an overshoot or a temperature fluctuation occurs as shown by a dashed line in FIG.
[0089]
FIG. 12 shows an example in which input correction of 1 ° C. is performed while the temperature is set to 100 ° C.
[0090]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 11, the input correction means 11 as a correction means is provided with a first-order lag filter 12 to which a set correction value is input. Is added to the detected temperature from the temperature sensor by the adding unit 13 to obtain a corrected input value.
[0091]
In this embodiment, the characteristics of the first-order lag filter are, for example,
｛1+ (1-B) CT _I s｝ / (1 + CT _I s).
[0092]
Here, B and C are fixed values or parameters that can be set by the user.
[0093]
FIG. 13 shows the output of the primary delay filter 12 when B = 0.6 and C = 1.0. In FIG. 13, the broken line indicates the output of the first-order lag filter 12 when 1 ° C. is set as the correction value as indicated by the solid line.
[0094]
As shown in FIG. 13, the set correction value is not directly provided to the addition unit 13, but a correction value that gradually becomes the set correction value is provided to the addition unit 13. As a result, as shown by the solid line in FIG. 12, overshoot and temperature fluctuation during input correction are suppressed.
[0095]
The point at which the change starts in a curve can be adjusted by the value of B, and the time until the set correction value is reached can be adjusted by the value of C.
[0096]
The input correction means 11 of this embodiment may be provided in the second embodiment.
[0097]
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the description has been given by applying the present invention to the temperature controller for controlling the temperature. However, it is needless to say that the present invention may be applied to other control devices.
[0098]
Although the above-described embodiment has been described by applying to the case where the controlled object is heated, the present invention can of course be applied to the case where the controlled object is cooled, and the undershoot can be suppressed.
[0099]
Although the above-described embodiment is applied to the PID control, the present invention uses the integral even in other controls including integral control such as proportional integral control (for example, modern control, knowledge type control such as fuzzy control and neuro control). ).
[0100]
In the above-described second embodiment, the input correction means 11 of the present invention is provided for the PID control of the present invention in which reset windup measures are taken, but the input correction means 11 of the present invention is provided for the conventional PID control. You may.
[0101]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the feedback gain can be set when the saturation amount of the operation amount is fed back to the input side of the integration operation unit. Can variably set the feedback gain, and can exert the effect of suppressing a desired overshoot or the like and the effect of suppressing the shift of the measured value due to the periodic application of disturbance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a temperature controller according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a feedback loop portion of the saturation amount of the manipulated variable in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a difference in control characteristics depending on a set value A;
FIG. 4 is a flowchart of feedback gain setting.
FIG. 5 is a diagram showing an overshoot suppression effect by a set value A;
FIG. 6 is a view showing a temperature shift suppressing effect of the embodiment of FIG. 1;
FIG. 7 is a block diagram of a temperature controller according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a temperature shift when the operation amount is not saturated.
FIG. 9 is a diagram showing a temperature shift suppressing effect of the embodiment of FIG. 7;
FIG. 10 is a block diagram showing a modification of FIG. 7;
FIG. 11 is a block diagram of a temperature controller according to another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing an overshoot suppression effect according to the embodiment of FIG. 11;
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a filter characteristic.
[Explanation of symbols]
1,1-1-3 Temperature controller 2 Control object 3 Proportional operation unit
4 Differential operation unit 5

Integral operation unit

6,21 Limiter
7 feedback element 9 feedback means
11 Input correction means 12 Primary delay filter

Claims

A control device comprising: a calculation control unit that calculates and outputs an operation amount so that a measurement value from a control target matches a target value; and a limiter that limits the operation amount from the calculation control unit and outputs the operation amount to the control target side. At
The operation control unit includes at least an integral operation unit,
Provided on the input side of the integration operation unit is a feedback unit that feeds back a difference between an input and an output of the limiter,
A control device wherein a feedback gain in the feedback means can be set.

An operation control unit for calculating and outputting an operation amount so that a measured value from the control object matches a target value, and a first limiter for limiting the operation amount from the operation control unit and outputting the operation amount to the control object side In the control device,
The operation control unit includes at least an integral operation unit,
A second limiter for limiting the operation amount from the arithmetic control unit to a range narrower than the first limiter, and a difference between an input and an output of the second limiter, And a feedback means for providing feedback to the control device.

An operation control unit for calculating and outputting an operation amount so that a measured value from the control object matches a target value, and a first limiter for limiting the operation amount from the operation control unit and outputting the operation amount to the control object side In the control device,
The operation control unit includes at least an integral operation unit,
A second limiter that limits an operation amount from the arithmetic control unit to a range narrower than the first limiter, and a difference between an input and an output of the second limiter are input to the input side of the integration arithmetic unit. Provide feedback means for feedback,
A control device wherein a feedback gain in the feedback means can be set.

The control device according to claim 1 or 3,
A control device in which a settable range of the feedback gain is limited based on a stability condition of a feedback loop.

The control device according to any one of claims 1 to 4,
The measurement value, comprising a correction means for correcting with a set correction value,
A control device comprising: a correction unit configured to provide the set correction value; and a calculation unit configured to calculate a corrected measurement value based on the correction value from the filter unit and the measurement value.

A temperature controller including a calculation control unit that calculates and outputs an operation amount so that a measured temperature from a control target matches the target temperature, and a limiter that limits the operation amount from the calculation control unit and outputs the operation amount to the control target side At
The operation control unit includes at least an integral operation unit,
Provided on the input side of the integration operation unit is a feedback unit that feeds back a difference between an input and an output of the limiter,
A temperature controller, wherein a feedback gain in said feedback means can be set.

An operation control unit for calculating and outputting the operation amount so that the measured temperature from the control object matches the target temperature, and a first limiter for limiting the operation amount from the operation control unit and outputting the operation amount to the control object side In the temperature controller,
The operation control unit includes at least an integral operation unit,
A second limiter that limits an operation amount from the arithmetic control unit to a range narrower than the first limiter, and a difference between an input and an output of the second limiter are input to the input side of the integration arithmetic unit. A temperature controller comprising feedback means for feeding back.

An operation control unit for calculating and outputting the operation amount so that the measured temperature from the control object matches the target temperature, and a first limiter for limiting the operation amount from the operation control unit and outputting the operation amount to the control object side In the temperature controller,
The operation control unit includes at least an integral operation unit,
A second limiter that limits an operation amount from the arithmetic control unit to a range narrower than the first limiter, and a difference between an input and an output of the second limiter are input to the input side of the integration arithmetic unit. Providing feedback means for feedback,
A temperature controller, wherein a feedback gain in said feedback means can be set.

The temperature controller according to claim 6 or 8,
A temperature controller in which a settable range of the feedback gain is limited based on a stability condition of a feedback loop.

The temperature controller according to claim 9,
The feedback means includes: a first calculator for calculating a difference between the input and the output; a feedback element for multiplying the calculated difference by the feedback gain; and an integration calculator based on an output and a control deviation of the feedback element. And a second calculator for calculating an input to the temperature controller.

The temperature controller according to any one of claims 6 to 10,
Compensation means for compensating the measured temperature from the control target with a set compensation value,
A temperature controller comprising: a filter unit to which the set correction value is given, and a calculating unit that calculates a corrected measured temperature based on the correction value of the filter unit and the measured temperature.

The temperature controller according to claim 11,
A temperature controller, wherein the filter means is a first-order lag filter.

A temperature controller according to any one of claims 6 to 12, a heat treatment means, a means for heating or cooling the heat treatment means, and a temperature detection means for detecting a temperature of the heat treatment means. Heat treatment equipment.