JP2004206515A

JP2004206515A - 制御装置

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Publication number: JP2004206515A
Application number: JP2002376104A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kihara; 健木原; Noriaki Koyama; 典昭小山; Yoshiro Sugihara; 義朗杉原
Original assignee: RKC Instrument Inc
Current assignee: RKC Instrument Inc
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】制御対象に構造的な変化が生じて制御量が急変しても、オーバーシュートを発生させ難く、制御量が安定する時間を早める。
【解決手段】第１、第２の操作量演算部１７、１９は、制御対象１５の構造変化に対応する制御モデル、制御量ＰＶおよび操作量ＳＶに基づきその制御対象１５の状態推定量を出力し、それら制御量ＰＶと目標値ＳＶとの偏差積分量に状態推定量を加算し、所定の初期値を考慮して操作量ＭＶ１、２を出力する。スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、制御対象１５の構造変化を示す構造変化信号に対応して第１、第２の操作量演算部１７、１９を選択するよう切り換える。初期値制御部２１は、切換え前に選択されていた第１又は第２の操作量演算部１７、１９から入力した状態推定量などの初期値を、切換によって選択された第２又は第１の操作量演算部１９、１７に出力する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は制御対象をフィードバック制御する制御装置に係り、特に、制御対象の構造変化に伴う外乱が発生する制御系（制御対象を含む制御システム）において、その制御対象に係る状態推定機能および状態フィードバック機能を有する制御装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、制御対象をフィードバック制御する場合、操作量ＭＶを加えた制御対象からの制御量ＰＶを測定し、この制御量ＰＶと所定の目標値ＳＶとの偏差が小さくなるようにその操作量ＭＶを演算出力して行うが、制御対象には種々の外乱が加わり易く、これによって制御量ＰＶが変化してしまう。
【０００３】
そして、制御理論上、制御対象に対する外乱を考察する場合、図５に示すように、加算器１において操作量ＭＶに対し外乱としてのステップ状又はインパルス状信号ａを加算して制御対象３に加え、この制御対象３から出力される制御量ＰＶの変化を測定して行うのが一般的である。
【０００４】
ところが、実際には、制御対象３から出力される制御量ＰＶは、そのような外乱信号ａ以外に、制御対象３自体の構造変化によって変化することが頻繁にある。
【０００５】
例えば、図６に示すように、センサ５が配置されヒータ７で加熱制御された熱板９上に、比較的低温の被加熱物（例えば半導体ウェーハ）１１を載置して加熱加工した後これを取り除き、これを一定周期で繰り返す場合が考えられる。
【０００６】
実際には、被加熱物１１が熱板９に接触した時点で、制御対象３はヒータ（熱板）７と被加熱物１１を組合せたものであり、接触時の温度変化はヒータ７と被加熱物１１の２つの熱容量に蓄積された熱量が接触により移動することによって発生する。このような外乱を本明細書では「構造変化型外乱」と称する。
【０００７】
そのような加熱加工工程では、熱板９の温度と被加熱物１１の初期温度との間に差があると、それらの熱容量間の熱移動によって熱板９と被加熱物１１の間に大きな温度変化が発生するが、制御対象３はあくまでもヒータ９であり、従来の考え方では、制御対象３としてのヒータ９に被加熱物１１という外乱が加わったものと考えて制御していた。
【０００８】
なお、構造が変化する制御対象に対する制御装置に関して特許文献をあげれば、特許文献１（特開平７−３１９５４６号）がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−３１９５４６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の制御では、制御対象３がヒータ７と被加熱物１１の複合体でありながら、ヒータ７に対してのフィードバック制御しか行っておらず、ヒータ７に対してのみ最適化されているだけで、被加熱物１１自体が制御対象３に含まれていないため、被加熱物１１の温度が考慮されていなかった。
【００１１】
そのため、熱板９上にこれと温度差のある被加熱物１１が載置されると、熱容量間の熱移動による熱板９の温度変化に伴い、大きな外乱が加わった状態となって制御量ＰＶの急激な変化が発生し、速い制御量ＰＶの変化に追随させるために必要以上に操作量ＭＶを出力してしまう、所謂オーバーシュートを生じさせ易い課題があった。
【００１２】
しかも、連続的又は定期的にこのような構造変化型外乱が生じると、周囲の雰囲気によるピークレベルのシフトの問題や、接触した被加熱物１１の初期温度に応じてピークレベルにばらつきが生じる問題もあり、制御量ＰＶが安定するまでの時間が長くなったり不揃いになる課題もあった。
【００１３】
このような課題は、加熱制御した熱板９に被加熱物１１を載置して加熱加工する場合に限らず、図示はしないが、射出成形機のノズルに金型を当接させる構成など、制御の過程で制御対象の構造が変化する一般的な構成でも、同様に発生し易い。
【００１４】
本発明はそのような課題を解決するためになされたもので、制御対象に構造的な変化が生じて制御量が急激に変化しても、オーバーシュートを発生させ難く、制御量が安定までの時間を早くかつ一定にすることが容易な制御装置の提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そのような課題を解決するために本発明は、制御対象に対応した制御モデルと、その制御対象からの制御量および制御対象への操作量とに基づきその制御対象の状態を推定して状態推定量を出力し、それら制御量と目標値との偏差の積分量にその状態推定量のフィードバック量を加算し、その制御量を目標値に近づける操作量を制御対象側へ出力する複数の操作量演算部であって、その制御対象の構造変化に対応した制御モデルおよび所定の初期値から、その構造変化に対応した操作量を出力する複数の操作量演算部と、それら制御対象の構造変化を示す構造変化信号に基づき、この構造変化信号に対応した操作量演算部を選択するよう切り換えてその操作量を制御対象側へ出力するスイッチと、その操作量演算部が切換えられたとき、切換え前に選択されていた操作量演算部からそれまでの状態推定量、積分量および操作量を上記初期値として入力し、この切換によって選択された前記操作量演算部にそれら入力初期値を出力する初期値制御部とを具備している。
【００１６】
そして、本発明において、上記初期値制御部には、その切換えの前後における状態推定量の数を検出し、この検出結果に基づき、切換え選択された上記操作量演算部に対応させた初期値を演算出力する機能を備えることが可能である。
【００１７】
また、本発明において、上記操作量演算部には、その操作量が所定の出力リミット値に達したとき、当該操作量を前記出力リミット値に一致させるよう上記積分演算における積分量の演算を変更する機能を設けることも可能である。
【００１８】
さらに、本発明において、上記操作量演算部には、その切換え前に選択されていた操作量演算部からの操作量に基づき、その切換え時に当該操作量の変動を抑える積分変更量を算出して上記積分量の演算を変更させる機能を設けることも可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る制御装置の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る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、構造変化検出部１３は、制御対象１５の構造変化に対応した構造変化信号を外部から入力してそのまま出力するか、又は制御対象１５からの制御量ＰＶを入力し、その変化、例えば制御量ＰＶ値が一定値以上に変化したとか、制御量ＰＶ値の傾きが一定値以上になったことを自動的に検出して構造変化信号として出力するもので、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、第１の操作量演算部１７、第２の操作量演算部１９および初期値制御部２１に接続されている。
【００２１】
外部から入力する構造変化信号は、手動による入力のほか、図示しない別の制御装置からのオンラインによる電子的な入力であっても良いが、制御対象１５の構造変化の状態に対応しこれを特定する変化信号であることが好ましい。
【００２２】
例えば、構造変化信号は、２ビットのデジタル表現による「００」、「０１」、「１０」、「１１」で４種類の識別が可能であるし、５種類以上の場合はビット数を増加することにより可能となる。
【００２３】
また、複数の構造を選択するには、手動や、図示しない外部のシーケンス制御による上記構造変化信号を構造変化検出部１３に入力する構成の他に、構造変化に対応させた構造変化信号を自動的に得て行う構成もある。
【００２４】
すなわち、上述した図６において、被加熱物１１にチャンバ（図示せず）を載せる場合を想定すると、構造物の重量を自動的に検出して構造変化信号として出力することもできる。
【００２５】
また、図６において、熱板９のみの構成を構造１とし、これに被加熱物１１として半導体ウェーハを加えた構成を構造２とし、更に、この構造２にチャンバを加えた構成を構造３とし、各構造１〜３の重量を自動的に検出して対応する構造変化信号を出力する構成も可能である。
【００２６】
制御対象１５の構造変化が２種類の場合は、単なるオンオフ信号でも良く、図１および以下の説明は、制御対象１５の構造変化が２種類、例えば上述した図６に示すように、熱板９に被加熱物１１を載置させた状態（後述する第１の構造）と載置させない状態（後述する第２の構造）を例にしている。
【００２７】
この場合、構造変化信号は、例えば第１の構造の選択に対応してオン信号、第２の構造の選択に対応してオフ信号とする。
【００２８】
スイッチＳＷ１の切換端子Ｐ１には、制御対象１５の構造変化に対応した目標値ＳＶが加えられており、スイッチＳＷ１の選択端子Ｐ２は第１の操作量演算部１７に接続され、選択端子Ｐ３は第２の操作量演算部１９に接続されている。
【００２９】
スイッチＳＷ１は、構造変化検出部１３からの構造変化信号（オンオフ信号）によって目標値ＳＶを第１又は第２の操作量演算部１７、１９へ選択的に出力する機能を有している。
【００３０】
第１の操作量演算部１７は、制御対象１５の第１の構造に対応した制御モデル、制御量ＰＶ、目標値ＳＶに基づき第１の構造に係る状態を推定して状態推定量を演算し、第１の構造に対応した制御量ＰＶと目標値ＳＶの偏差の積分量に、その状態推定量のフィードバック量を加算し、制御量ＰＶを目標値ＳＶに近づける操作量ＭＶ１を制御対象１５側へ出力するもので、スイッチＳＷ２の選択端子Ｐ２に接続されている。
【００３１】
なお、フィードバック量は、後述するように、制御モデルと極配置に基づき演算されたフィードバックゲインと状態推定量が積算されたものである。
【００３２】
第１の操作量演算部１７は、初期値制御部２１にも接続されており、後述するように初期値制御部２１を介して入力した第２の操作量演算部１９からの初期値を用いてその操作量ＭＶ１を出力し、構造変化信号（オフ信号）を受けると、それまで推定していた状態推定値、演算してきた積分値およびその時点の操作量ＭＶ１を初期値として、初期値制御部２１に出力する機能を有している。
【００３３】
第２の操作量演算部１９は、制御対象１５の第２の構造に対応した制御モデル、制御量ＰＶ、目標値ＳＶに基づき第２の構造に係る状態を推定して状態推定量を演算し、第２の構造に対応した制御量ＰＶと目標値ＳＶの偏差の積分量に、その状態推定量のフィードバック量を加算し、制御量ＰＶを目標値ＳＶに近づける操作量ＭＶ２を制御対象１５側へ出力するもので、スイッチＳＷ２の選択端子Ｐ３に接続されている。
【００３４】
第２の操作量演算部１９は、初期値制御部２１にも接続されており、初期値制御部２１を介して入力した第１の操作量演算部１７からの初期値を用いてその操作量ＭＶ２を出力し、構造変化信号（オン信号）を受けると、それまで推定していた状態推定値、演算してきた積分値およびその時点の操作量ＭＶ２を初期値として、初期値制御部２１に出力する機能を有している。
【００３５】
なお、それら第１および第２の操作量演算部１７、１９の詳細は後述する。
【００３６】
初期値制御部２１は、構造変化信号（オフ信号）に基づき制御対象１５が第１の構造から第２の構造へ変化するとき、それまで第１の操作量演算部１７で演算を行っていた状態推定値、積分値および操作量ＭＶ１を初期値として入力し、その後に制御出力演算を行う第２の操作量演算部１９にそれら初期値を出力する一方、構造変化信号（オン信号）に基づき第２の構造から第１の構造へ変化するとき、第２の操作量演算部１９で演算を行っていた状態推定値、積分値および操作量ＭＶ２を新たな初期値として入力し、その後に制御出力演算を行う第１の操作量演算部１７に対してそれら初期値を出力する機能を有している。
【００３７】
また、初期値制御部２１は、制御対象１５の構造変化の前後における状態推定量の数を制御モデルから検出し、変化後の第１又は第２の操作量演算部１７、１９に対応する初期値をこの検出結果に基づき演算する機能を有し、制御対象１５のモデル次数が変化するに伴って、不足又は余剰の状態量が発生しても、それらを補って次数を一致させる処理機能を有している。
【００３８】
スイッチＳＷ２は、構造変化信号（オンオフ信号）によって第１又は第２の操作量演算部１７、１９からの操作量ＭＶ１、ＭＶ２を、共通端子Ｐ１を介して制御対象１５側に選択的に出力する機能を有している。すなわち、スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、第１、第２の操作量演算部１７、１９の選択手段として機能している。
【００３９】
制御対象１５は、例えば図６に示したように、センサ５が配置されヒータ７によって一定温度に制御された熱板９と、半導体ウェーハなどの被加熱物１１とを含んでなるものである。
【００４０】
図２は、上述した第１の操作量演算部１７を具体的構成を示すブロック図であり、第２の操作量演算部１９も基本的には同様である。
【００４１】
図２において、制御モデル設定部２３は、制御対象１５に関する第１の構造について、予め同定され制御モデルを設定する部分であり、コントローラゲイン演算部２５および状態推定部２７に接続され、これらに制御モデルを出力するものである。
【００４２】
制御モデルは、例えば熱板９や被加熱物１１の温度など、物理的な意味をもつ状態量で設計された状態空間モデルであり、一般に状態方程式「ｘ＝Ａｘ＋ｂｕ」や出力方程式「ｙ＝ｃｘ」の形式で表されて別途設計されたものであり、制御モデル設定部２３はその電子的な入力部である。
【００４３】
コントローラゲイン演算部２５は、制御モデル設定部２３からの制御モデルと、後述する極配置設定部２９からの極配置情報を受け、制御モデルについてのコントローラゲインを演算する機能を有し、状態推定部２７および出力演算部３１に接続されている。
【００４４】
コントローラゲインは、フィードバックゲイン、オブザーバゲインなどの制御や状態推定に関するパラメータであり、状態推定部２７および出力演算部３１に出力される。
【００４５】
極配置設定部２９は、コントローラゲインを演算する際の指標となる制御系の極に関する極配置情報を設定する部分であり、この極配置情報をコントローラゲイン演算部２５に出力する機能を有する。
【００４６】
状態推定部２７は、制御対象１５からの制御量ＰＶ、後述する出力リミッタ３３からの操作量ＭＶ１、コントローラゲイン演算部２５からのコントローラゲイン、制御モデル設定部２３からの制御モデルから、制御対象１５の第１の構造に対応する制御モデルについての状態の推定を行って状態推定値を出力するもので、出力演算部３１、後述する積分変更部３５および上述した初期値制御部２１に接続されている。
【００４７】
状態推定部２７は、構造変化信号（オフ信号）をうけたとき、状態推定値を初期値制御部２１に出力する機能を有し、構造変化信号（オン信号）を受けたとき、第２の操作量演算部１９からの状態推定値を初期値制御部２１から入力する機能を有している。
【００４８】
従って、状態推定部２７は、構造変化後、初期値制御部２１からの初期値（状態推定量）に基づき状態推定を行う機能を有している。
【００４９】
減算器３７は、制御対象１５の構造変化に対応した目標値ＳＶから制御量ＰＶを減算して偏差を得るもので、積分器３９に接続されている。
【００５０】
積分器３９は、減算器３７からの偏差および積分変更部３５からの値を入力して積分するもので、出力演算部３１および初期値制御部２１に接続されており、積分値を出力演算部３１に出力する機能を有している。
【００５１】
積分器３９は、構造変化信号（オフ信号）の入力に対応して、それまで積分した積分値を初期値制御部２１に出力し、構造変化信号（オン信号）の入力に対応して、第２の操作量演算部１９からの積分値を初期値制御部２１から入力する機能を有している。
【００５２】
積分器３９は、構造変化直後、初期値制御部２１からの初期値（積分値）に基づき積分演算する一方、後述する積分変更量に基づき積分演算する機能を有する。
【００５３】
出力演算部３１は、状態推定値、積分値およびフィードバックゲインを用いて操作量ＭＶ１を演算するもので、出力リミッタ３３に接続されている。
【００５４】
出力リミッタ３３は、操作量ＭＶ１が所定のリミット値を越えたとき、出力量をリミット値以下に抑える出力リミット処理をして操作量ＭＶ１を出力するものであり、状態推定部２７、状態推定値設定部２１およびスイッチＳＷ２の選択端子Ｐ２に接続されている。
【００５５】
出力リミッタ３３は、操作量ＭＶ１が所定のリミット値を越えたとき、例えばリミット値を超えた超過値を積分変更部３５へ出力する機能も有している。
【００５６】
積分変更部３５は、その超過値に基づき、積分器３９の出力を調整するように積分変更量を演算して積分器３９に出力するリセットワインドアップ防止機能を有している。
【００５７】
また、積分変更部３５は、制御対象１５の構造が変化した際に操作量ＭＶ１の急な変動が起こらないよう、出力演算部３１からのコントローラゲイン、状態推定部２７からの状態推定値、初期値制御部２１からの初期値（状態推定量）および操作量ＭＶ２を受け、出力演算部３１からの操作量ＭＶ１が切換え前の操作量ＭＶ２と一致するよう、積分変更量を積分器３９に出力する機能も有している。
【００５８】
すなわち、積分変更部３５は、切換え前に選択されていた第１又は第２の操作量演算部１７、１９からの操作量ＭＶ１、ＭＶ２に基づき、その切換え時に当該操作量ＭＶ１とＭＶ２が一致するような積分変更量を算出して積分器３９へ出力するバンプレス演算機能も有している。
【００５９】
第２の操作量演算部１９は、便宜上図２を用いて説明すれば、制御モデル設定部２３では、制御対象１５に関する第２の構造について同定された制御モデルを設定し、コントローラゲイン演算部２５ではその制御モデルのコントローラゲインを演算し、状態推定部２７では、その制御モデルについての状態の推定を行い、減算器３７、積分器３９、出力演算部３１および出力リミッタ３３から操作量ＭＶ２を出力する機能を有し、第１の操作量演算部１７とほぼ同様の構成となっている。
【００６０】
次に、上述した本発明に係る制御装置の動作を簡単に説明する。
まず、図１に示す構造変化検出部１３から、制御対象１５の第１の構造を示す構造変化信号（オン信号）が出力された場合を説明する。
【００６１】
この場合、スイッチＳＷ１、ＳＷ２では共通端子Ｐ１が一方の選択端子Ｐ２を選択するから、目標値ＳＶが第１の操作量演算部１７に加えられ、第１の操作量演算部１７では第１の構造に対応した操作量ＭＶ１を演算し、スイッチＳＷ２の一方の選択端子Ｐ２から共通端子Ｐ１を介してその制御量ＭＶ１が制御対象１５へ加えられ、制御対象１５から出力される制御量ＰＶがフィードバックされてフィードバック制御される。
【００６２】
すなわち、第１の操作量演算部１７では、図２に示すように、制御モデル設定部２３で設定された制御対象１５の第１の構造についての制御モデルがコントローラゲイン演算部２５に加えられ、コントローラゲイン演算部２５にて極配置情報に基づきコントローラゲインが演算され、状態推定部２７および出力演算部３１へ出力される。
【００６３】
状態推定部２７では、制御量ＰＶ、操作量ＭＶ１およびコントローラゲインから、制御対象１５の第１の構造に対応する制御モデルについての状態推定値が推定され、それが出力演算部３１へ出力される。
【００６４】
減算器３７では、第１の構造に係る目標値ＳＶから制御量ＰＶを減算して偏差を得て積分器３９へ出力し、積分器３９では、その偏差および積分変更部３５からの積分変更量を入力して積分し、出力演算部３１へ出力する。
【００６５】
出力演算部３１では、状態推定値、積分値およびフィードバックゲインを用いて操作量ＭＶ１を演算して、出力リミッタ３３へ出力する。
【００６６】
出力リミッタ３３では、操作量ＭＶ１が所定のリミット値を越えたとき、出力リミット処理して操作量ＭＶ１を出力する一方、操作量ＭＶ１が所定のリミット値を越えたとき、リミット値を超えた超過値を積分変更部３５へ出力する。
【００６７】
積分変更部３５では、その超過値に基づき積分変更量を演算し、これを積分器３９へ出力する。
【００６８】
積分器３９では、積分変更部３５からの積分変更量を受け、操作量ＭＶ１が所定のリミット値に一致するように積分値の変更を行う。
【００６９】
次に、図１に示す構造変化検出部１３から、制御対象１５の第２の構造を示す構造変化信号（オフ信号）が出力された場合を説明する。
【００７０】
この場合、第１の操作量演算部１７では、それまで演算してきた状態推定値、積分値および操作量ＭＶ１を、状態推定部２７、積分器３９および出力リミッタ３３から初期値制御部２１へ出力するとともに、初期値制御部２１は、それらを初期値として、第２の操作量演算部１９の状態推定部２７、積分変更部３５へ出力する。
【００７１】
このとき、積分変更部３５では、操作量ＭＶ２がＭＶ１と一致するように、積分変更量を演算してこれを積分器３９へ出力する。
【００７２】
他方、スイッチＳＷ１、ＳＷ２では共通端子Ｐ１が他方の選択端子Ｐ３を選択するから、目標値ＳＶが第２の操作量演算部１９に加えられ、第２の操作量演算部１９では第２の構造に対応した操作量ＭＶ２を演算し、スイッチＳＷ２の他方の選択端子Ｐ３から共通端子Ｐ１を介して操作量ＭＶ２が制御対象１５へ加えられ、制御対象１５から出力される制御量ＰＶがフィードバックされてフィードバック制御される。
【００７３】
すなわち、第２の操作量演算部１９では、図２に示すように、制御モデル設定部２３で設定された制御対象１５の第２の構造についての制御モデルがコントローラゲイン演算部２５に加えられ、コントローラゲイン演算部２５にて極配置情報に基づきコントローラゲインが演算されて状態推定部２７および出力演算部３１に出力される。
【００７４】
状態推定部２７では、初期値である初期値制御部２１からの状態推定値、制御量ＰＶおよび操作量ＭＶ２、コントローラゲイン演算部２５からのコントローラゲインから、制御対象１５の第２の構造に対応する制御モデルについての状態推定値を推定し、出力演算部３１へ出力する。
【００７５】
減算器３７では、第２の構造に係る目標値ＳＶから制御量ＰＶを減算して偏差を得て積分器３９へ出力し、積分器３９では、その偏差、初期値制御部２１からの積分値および積分変更部３５からの積分変更量を入力して積分し、出力演算部３１へ出力する。
【００７６】
出力演算部３１では、状態推定値、積分値およびフィードバックゲインを用いて操作量ＭＶ２を演算し、出力リミッタ３３へ出力する。
【００７７】
出力リミッタ３３では、操作量ＭＶ２が所定のリミット値を越えたとき、操作量ＭＶ２を抑える出力リミット処理をして出力する。
【００７８】
出力リミッタ３３は、操作量ＭＶ２が所定のリミット値を越えたとき、リミット値を超えた超過値を積分変更部３５へ出力する。
【００７９】
積分変更部３５では、それら超過値を受け、積分変更量を積分器３９に出力する。
【００８０】
積分器３９では、その積分変更量に基づき、積分値の調整をして出力する。
【００８１】
さらに、図１に示す構造変化検出部１３から、制御対象１５の第１の構造を示す構造変化信号（オン信号）が出力されたとき、第２の操作量演算部１９では、それまで演算してきた状態推定値、積分値および操作量ＭＶ２を、状態推定部２７、積分器３９および出力リミッタ３３から初期値制御部２１へ出力する。
【００８２】
初期値制御部２１は、それらを初期値として第１の操作量演算部１７の状態推定部２７、積分変更部３５へ出力し、第１の操作量演算部１７が第２の操作量演算部１９と同様に動作する。このとき積分変更部３５では、操作量ＭＶ１がＭＶ２と一致するように積分変更量を演算し、これを積分器３９へ出力する。
【００８３】
このような本発明に係る制御装置は、第１の操作量演算部１７および第２の操作量演算部１９は、各々制御対象１５の第１および第２の構造に対応する制御モデルや極配置情報とコントローラゲインに基づく状態推定値を用い、これと目標値ＳＶや操作量ＰＶなどから操作量ＭＶ１、ＭＶ２を演算出力するから、構造変化する制御対象の数や要素に合わせた操作量演算部１７、１９を複数通り設計し、構造の変化に合わせて第１、第２の操作量演算部１７、１９を切り換えれば、制御対象について構造が変化しても、その変化した構造を構成する構成要素を考慮し、正確で速い制御が可能となる。
【００８４】
しかも、第１、第２の操作量演算部１７、１９は、制御対象１５に係る全ての要素に対して状態推定を行うことが可能で、それに対してフィードバック制御を行うことができるし、コントローラゲインの調整もそれぞれの制御対象１５の構造によって指定できるため、自由度の高い制御が可能である。
【００８５】
また、第１および第２の構造の間で変化があっても、それまで演算してきた状態推定値、積分値、操作量ＭＶ２などの初期値が初期値制御部２１を介して第１および第２の操作量演算部１７、１９の間で引き継がれて操作量ＭＶ１、ＭＶ２の演算に利用できるので、第１および第２の構造の変化に伴う制御量の急変を無視できるようになり、オーバーシュートを発生させ難いうえ、制御量が安定するまでの時間を早くかつ一定化することが容易となる。
【００８６】
そして、本発明は、過積分によるオーバーシュート（アンダーシュート）を防止するために出力が飽和した場合には、積分変更部３５および積分器３９によって積分値を調整する機能もあるから、この点からもオーバーシュート（アンダーシュート）を防止できる。
【００８７】
図３は、本発明の制御装置による制御特性を示すものであり、オーバーシュート量が従来に比べ減少し、安定までの時間も早いことが分かる。
【００８８】
他方、図４は従来の制御装置による制御特性を示すものであり、急激な制御量の変化によって、瞬時に出力の飽和が起こり、結果としてオーバーシュートを引き起こしていることが分かる。
【００８９】
上述した第１、第２の操作量演算部１７、１９における状態推定部２７は、各種オブザーバ演算機能、例えば同一次元オブザーバ、最小次元オブザーバ、カルマンフィルタなど、状態を推定できるよう形成されていれば良い。
【００９０】
上述した実施の形態では、制御対象１５の構造変化が２種類の場合について、構造変化信号を単なるオンオフ信号として説明したが、本発明では制御対象１５が２種類以上に変化する構成でも実施可能である。
【００９１】
その場合には、変化する構成に合わせた第１、第２、第３…の操作量演算部を設けて構成し、それに合わせて初期値制御部やスイッチを形成するとともに、それら第１、第２、第３…の操作量演算部を選択できるような構造変化信号とすることが必要である。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、制御対象に関する制御モデル、制御量および操作量に基づきその制御対象の状態推定量を出力し、それら制御量と目標値との偏差積分量にその状態推定量を加算して操作量を出力する複数の操作量演算部であって、その制御対象の構造変化に対応した制御モデルおよび所定の初期値から構造変化に対応した操作量を出力する複数の操作量演算部と、それら制御対象の構造変化を示す構造変化信号に対応した操作量演算部を選択するよう切り換えてその操作量を出力するスイッチと、その操作量演算部が切換えられたとき、切換え前に選択されていた操作量演算部からそれら状態推定量、積分量および操作量を上記初期値として入力し、この切換によって選択された操作量演算部にそれら入力初期値を出力する初期値制御部とを具備するから、制御対象に構造的な変化に基づき構造変化型外乱が生じても、オーバーシュートを発生させ難く、制御量が安定するまでの時間を早くかつ一定にすることが容易である。
そして、その切換えの前後における状態推定量の数を検出し、この検出結果に基づき、切換え選択された上記操作量演算部に対応させた初期値を演算出力する機能を上記初期値制御部に備える構成では、上述した効果に加え、状態推定量の数の大きき異なる制御対象間で構造切換えがあっても、同様にオーバーシュートを発生させ難く、制御量が安定するまでの時間を早くかつ一定にすることが容易である。
さらに、その操作量が所定の出力リミット値に達したとき、当該操作量を抑える積分変更量を算出して上記積分量の演算を変更する機能を上記操作量演算部に設ける構成では、上述した効果に加え、過積分を抑えて適切な積分値を速く得ることが可能である。
さらにまた、その切換え前に選択されていた操作量演算部からの操作量に基づき、その切換え時に当該操作量の変動を抑える積分変更量を算出して上記積分量の演算を変更させる機能を上記操作量演算部に設ける構成では、構造切換え時に、操作量の差が大きくても操作量の急変を抑えて安定した制御を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る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に示す第１、第２の操作量演算部を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る制御装置の制御特性を示す図である。
【図４】従来の制御装置に係る制御特性を示す図である。
【図５】従来の制御装置を説明する参考となる図である。
【図６】従来の制御装置を説明する参考となる図である。
【符号の説明】
１加算器
３、１５制御対象
５センサ
７ヒータ
９熱板
１１被加熱物（半導体ウェーハ）
１３構造変化検出部
１７第１の操作量演算部（操作量演算部）
１９第２の操作量演算部（操作量演算部）
２１初期値制御部
２３制御モデル設定部
２５コントローラゲイン演算部
２７状態推定部
２９極配置設定部
３１出力演算部
３３出力リミッタ
３５積分変更部
３７減算器
３９積分器
Ｐ１共通端子
Ｐ２、Ｐ３選択端子
ＳＷ１、ＳＷ２スイッチ

Claims

制御対象に対応した制御モデルと、前記制御対象からの制御量および前記制御対象への操作量とに基づき前記制御対象の状態を推定して状態推定量を出力し、前記制御量と目標値との偏差の積分量に前記状態推定量のフィードバック量を加算し、前記制御量を目標値に近づける前記操作量を前記制御対象側へ出力する複数の操作量演算部であって、前記制御対象の構造変化に対応した前記制御モデルおよび所定の初期値から前記構造変化に対応した前記操作量を出力する複数の操作量演算部と、
前記構造変化を示す構造変化信号に基づき、この構造変化信号に対応した前記操作量演算部を選択するよう切り換え、前記操作量を前記制御対象側へ出力するスイッチと、
前記操作量演算部が切換えられたとき、切換え前に選択されていた前記操作量演算部からそれまでの状態推定量、積分量および操作量を前記初期値として入力し、切換によって選択された前記操作量演算部に前記初期値を出力する初期値制御部と、
とを具備することを特徴とする制御装置。
前記初期値制御部は、前記切換えの前後における前記状態推定量の数を検出し、この検出結果に基づき、切換え選択された前記操作量演算部に対応させた前記初期値を演算する機能を有する請求項１記載の制御装置。
前記操作量演算部は、前記操作量が所定の出力リミット値に達したとき、当該操作量を前記出力リミット値に一致させるよう前記積分演算における積分量の演算を変更する機能を有する請求項１又は２記載の制御装置。
前記操作量演算部は、前記切換え前に選択されていた前記操作量演算部からの前記操作量に基づき、前記切換え時に当該操作量の変動を抑える積分変更量を算出して前記積分量の演算を変更させる機能を有する請求項１、２又は３記載の制御装置。