JP2008123354A - Temperature controller, temperature control method, and temperature control program - Google Patents

Temperature controller, temperature control method, and temperature control program Download PDF

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Fukiko Kawai
富貴子 河合
Chikashi Nakazawa
親志 中沢
Yuko Shimazaki
優子 嶋崎
Hideyuki Konishi
英之 小西
Masato Kawaura
正人 川浦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To optimize a design parameter for model prediction control after applying model prediction control to multipoint temperature regulation control on a control target having a plurality of temperature control areas. <P>SOLUTION: In a temperature control system, a multipoint temperature regulation means 21 performing temperature regulation control of respective zones Z<SB>1</SB>, Z<SB>2</SB>, ..., Z<SB>n</SB>of a cylinder 31 cooperatively based on the model prediction control is installed, while a personal computer 11 is installed in the upper level of a panel computer 22. The personal computer 11 is provided with a model prediction control support means 12 optimizing the design parameter in the model prediction control. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は温度制御装置、温度制御方法および温度制御プログラムに関し、特に、射出成形機のシリンダの温度制御方法に適用して好適なものである。   The present invention relates to a temperature control device, a temperature control method, and a temperature control program, and is particularly suitable when applied to a temperature control method for a cylinder of an injection molding machine.

従来の射出成形機のシリンダの温度制御ではPID制御を用いる方法がある。このPID制御では、ステップ応答法やリミットサイクル法などの手法を用いてオートチューニングを行いながらPID制御パラメータが決定され、システムの変動に対しては、オートチューニングを繰り返し行うことで、PID制御パラメータをシステム変動に対応したものに変更しながら適応制御が行われている。   There is a method using PID control in the temperature control of a cylinder of a conventional injection molding machine. In this PID control, a PID control parameter is determined while performing auto-tuning using a method such as a step response method or a limit cycle method, and the PID control parameter is determined by repeatedly performing auto-tuning for system fluctuations. Adaptive control is performed while changing to a system corresponding to system fluctuations.

また、複数の制御対象間で起こる干渉を考慮した制御方法として、内部モデル制御やモデル予測制御がある。
内部モデル制御は、モデル伝達関数の逆関数をベースとしたコントローラを設計する方法である。モデル予測制御は、制御対象に対応したモデルを用いて未来の制御量の予測値を求め、予測区間において予測値が設定値(あるいは参照軌道)に近づくように制御入力区間の操作量を決定し、得られた操作量のうちの現時刻に対応する入力値のみを入力する方法である。
Moreover, there are internal model control and model predictive control as a control method considering interference occurring between a plurality of control objects.
Internal model control is a method for designing a controller based on an inverse function of a model transfer function. In model predictive control, the predicted value of the future controlled variable is obtained using a model corresponding to the control target, and the manipulated variable in the control input section is determined so that the predicted value approaches the set value (or reference trajectory) in the predicted section. In this method, only the input value corresponding to the current time among the obtained manipulated variables is input.

また、例えば、特許文献1には、制御対象に対応したモデルを用いることで、モデル予測制御の設計パラメータの1つである制御重み係数をロバスト安定条件に基づいて決定し、モデル予測制御との関係に基づく算出式に従って制御重み係数を用いることで、PID制御パラメータを算出する方法が開示されている。
特開2003−195905号公報
Further, for example, in Patent Document 1, by using a model corresponding to a control target, a control weight coefficient that is one of design parameters of model predictive control is determined based on a robust stability condition, and A method for calculating a PID control parameter by using a control weighting factor according to a calculation formula based on the relationship is disclosed.
JP 2003-195905 A

しかしながら、従来のPID制御では、複雑な制御対象に対しても、低い次数のモデルに近似してPID制御パラメータが決定されるため、制御対象によっては、所望の制御特性が得られないという問題があった。さらに、従来のPID制御では、複数の制御対象間で起こる干渉を考慮した制御ができないため、システム全体を最適化する制御ができないという問題があった。
また、適応制御では、システムの変動に応じて、オートチューニングを繰り返し行う必要があり、システムの変動に応じた制御の自動化や制御安定性が実現されていないという問題があった。
However, in the conventional PID control, a PID control parameter is determined by approximating a low-order model even for a complicated control target, so that a desired control characteristic cannot be obtained depending on the control target. there were. Further, in the conventional PID control, there is a problem that control that optimizes the entire system cannot be performed because control in consideration of interference occurring between a plurality of control targets cannot be performed.
In addition, in adaptive control, it is necessary to repeatedly perform auto-tuning according to system fluctuations, and there is a problem that control automation and control stability according to system fluctuations are not realized.

また、内部モデル制御では、モデル伝達関数の逆行列が取れない場合には内部モデル制御が適用できなくなるという問題があった。
また、モデル予測制御では、制御性能とロバスト性の両立を図るためには、予測ホライズン、制御ホライズン、入力重みおよび出力重みなどの設計パラメータを最適化する必要があり、パラメータチューニングに大きな労力がかかるという問題があった。
Further, the internal model control has a problem that the internal model control cannot be applied when the inverse matrix of the model transfer function cannot be obtained.
In model predictive control, it is necessary to optimize design parameters such as predictive horizon, control horizon, input weight, and output weight in order to achieve both control performance and robustness. There was a problem.

また、特許文献1に開示された方法では、制御重み係数のみがパラメータチューニングされ、予測ホライズンや制御ホライズンなどの他の設計パラメータはパラメータチューニングされないため、PID制御パラメータとして必ずしも最適な解を得ることができないという問題があった。
そこで、本発明の目的は、複数の温度制御領域を持つ制御対象の多点温調制御にモデル予測制御を適用した上で、モデル予測制御の設計パラメータの最適化を図ることが可能な温度制御装置、温度制御方法および温度制御プログラムを提供することである。
Further, in the method disclosed in Patent Document 1, only the control weight coefficient is parameter tuned, and other design parameters such as prediction horizon and control horizon are not parameter tuned. Therefore, an optimal solution as a PID control parameter is not necessarily obtained. There was a problem that I could not.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a temperature control capable of optimizing the design parameters of the model predictive control after applying the model predictive control to the multi-point temperature control of the control target having a plurality of temperature control regions. An apparatus, a temperature control method, and a temperature control program are provided.

上述した課題を解決するために、請求項1記載の温度制御装置によれば、複数の温度制御領域を持つ制御対象の多点温調制御をモデル予測制御に基づいて連携させながら行う多点温度調節手段と、前記モデル予測制御における設計パラメータの最適化を前記モデル予測制御の上位で行うモデル予測制御支援手段とを備えることを特徴とする。
また、請求項2記載の温度制御装置によれば、前記多点温度調節手段は、前記モデル予測制御支援手段にて最適化された設計パラメータに従ってモデル予測制御を行うことにより、前記多点温調制御における設定値を算出するモデル予測制御手段と、前記モデル予測制御手段にて算出された設定値に基づいて、シリンダの多点温調制御を行う多ループ温調計とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, according to the temperature control device of claim 1, the multipoint temperature control is performed while linking the multipoint temperature control of the control target having a plurality of temperature control regions based on the model predictive control. It is characterized by comprising adjusting means and model predictive control support means for optimizing design parameters in the model predictive control above the model predictive control.
Further, according to the temperature control apparatus of claim 2, the multipoint temperature adjusting means performs the model predictive control according to the design parameter optimized by the model predictive control support means, so that the multipoint temperature control means. A model predictive control unit that calculates a set value in the control; and a multi-loop temperature controller that performs multipoint temperature control of the cylinder based on the set value calculated by the model predictive control unit. To do.

また、請求項3記載の温度制御装置によれば、前記モデル予測制御支援手段は、モデル予測制御の設計パラメータの算出対象となるモデルを同定するモデル同定手段と、前記モデル同定手段にて同定されたモデルを対象として前記モデル予測制御における最適化された設計パラメータを算出するオートチューニング手段と、前記モデル予測制御における設計パラメータが与えられた時の前記多点温度調節手段の動作を模擬するシミュレーション手段と、前記多点温調制御におけるデータを蓄積するデータロギング手段とを備えることを特徴とする。   According to the temperature control apparatus of claim 3, the model predictive control support means is identified by the model identifying means for identifying a model that is a calculation target of design parameters for model predictive control, and the model identifying means. Auto-tuning means for calculating an optimized design parameter in the model predictive control for the model, and a simulation means for simulating the operation of the multi-point temperature adjusting means when the design parameter in the model predictive control is given And data logging means for storing data in the multipoint temperature control.

また、請求項4記載の温度制御装置によれば、前記モデル予測制御手段は、予測ホライズンにおける出力が参照軌道と一致するような設定値を算出することを特徴とする。
また、請求項5記載の温度制御装置によれば、前記モデル予測制御支援手段は、パーティクル・スウォーム・オプティマイゼーションを用いることで、前記モデル予測制御における設計パラメータを最適化することを特徴とする。
According to the temperature control apparatus of the fourth aspect, the model prediction control means calculates a set value so that the output in the prediction horizon coincides with the reference trajectory.
According to the temperature control apparatus of the fifth aspect, the model predictive control support means optimizes design parameters in the model predictive control by using particle swarm optimization.

また、請求項6記載の温度制御装置によれば、前記モデル同定手段は、前記シリンダの各ゾーンのステップ入力に対する設定値および制御量について最小二乗法を適用することにより、前記モデルの伝達関数を求めることを特徴とする。
また、請求項7記載の温度制御装置によれば、前記モデル同定手段は、前記シリンダの各ゾーンのステップ入力に対する設定値および制御量について最小二乗法を適用することにより、前記モデルの伝達関数を求め、干渉項の伝達関数はゾーン2からゾーン1への熱干渉のみをモデリングすることを特徴とする。
According to the temperature control apparatus of claim 6, the model identification unit applies the least square method to the set value and the control amount for the step input of each zone of the cylinder, thereby obtaining the transfer function of the model. It is characterized by seeking.
According to the temperature control apparatus of claim 7, the model identification means applies the least square method to the set value and the control amount for the step input of each zone of the cylinder, thereby obtaining the transfer function of the model. The transfer function of the interference term is characterized by modeling only the thermal interference from zone 2 to zone 1.

また、請求項8記載の温度制御装置によれば、前記シミュレーション手段は、前記オートチューニング手段にて算出された設計パラメータを用いたモデル予測制御を模擬するとともに、前記モデル予測制御にて算出された設定値を入力とする多点温調制御を模擬し、その実行結果を画面上に表示させることを特徴とする。
また、請求項9記載の温度制御装置によれば、前記データロギング手段は、前記多点温度制御における設定値、制御量および操作量を画面上に表示させることを特徴とする。
According to the temperature control apparatus of claim 8, the simulation unit simulates model prediction control using the design parameter calculated by the auto tuning unit and is calculated by the model prediction control. It is characterized by simulating multi-point temperature control with a set value as input and displaying the execution result on a screen.
According to the temperature control apparatus of the ninth aspect, the data logging means displays a set value, a control amount, and an operation amount in the multipoint temperature control on a screen.

また、請求項10記載の温度制御方法によれば、モデル予測制御における設計パラメータの最適化を行うステップと、前記最適化された設計パラメータに従ってモデル予測制御を行うことにより、多点温調制御における設定値を算出するステップと、前記モデル予測制御にて算出された設定値に基づいて、複数の温度制御領域を持つ制御対象の多点温調制御を行うステップとを備えることを特徴とする。   According to the temperature control method of claim 10, the step of optimizing the design parameter in the model predictive control, and the model predictive control according to the optimized design parameter, the multipoint temperature control control The method includes a step of calculating a set value, and a step of performing multi-point temperature control of a control target having a plurality of temperature control regions based on the set value calculated in the model predictive control.

また、請求項11記載の温度制御プログラムによれば、モデル予測制御における設計パラメータの最適化を行わせるステップと、前記最適化された設計パラメータに従ってモデル予測制御を行わせることにより、多点温調制御における設定値を算出させるステップと、前記モデル予測制御にて算出された設定値に基づいて、複数の温度制御領域を持つ制御対象の多点温調制御を行わせるステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする。   According to the temperature control program of the eleventh aspect of the present invention, the step of optimizing the design parameter in the model predictive control and the model predictive control according to the optimized design parameter are performed, thereby performing multipoint temperature control. Causing the computer to execute a step of calculating a set value in the control and a step of performing multi-point temperature control of a control target having a plurality of temperature control regions based on the set value calculated in the model predictive control It is characterized by that.

以上説明したように、本発明によれば、複数の温度制御領域を持つ制御対象の多点温調制御にモデル予測制御を適用した上で、モデル予測制御の設計パラメータの最適化を図ることが可能となり、制御性能とロバスト性の両立を図りつつ、モデル予測制御に基づいて多点温調制御を連携させながら複数の温度制御領域の温度を制御することが可能となる。このため、多入力多出力システムに干渉やシステム変動が発生した場合においても、システム変動に応じた制御の自動化や制御安定性を実現することが可能となるとともに、複数の温度制御領域間で起こる干渉を考慮した制御を行うことが可能となり、多点温調制御の高精度化を図ることが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to optimize the design parameters of the model predictive control after applying the model predictive control to the multi-point temperature control of the control target having a plurality of temperature control regions. This makes it possible to control the temperatures of a plurality of temperature control regions while coordinating multipoint temperature control based on model predictive control while achieving both control performance and robustness. For this reason, even when interference or system fluctuation occurs in a multi-input multi-output system, it is possible to realize control automation and control stability according to the system fluctuation and to occur between a plurality of temperature control regions. It is possible to perform control in consideration of interference, and it is possible to improve the accuracy of multipoint temperature control.

以下、本発明の実施形態に係る温度制御装置について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る温度制御装置の概略構成を示すブロック図、図2は、図1の温度制御システムのデータの流れを示すブロック図である。
図1において、射出成形機には樹脂を射出するシリンダ31が設けられ、シリンダ31はn(nは2以上の整数)個のゾーンZ、Z、・・・、Zに分割されている。そして、シリンダ31には、図2に示すように、シリンダ31をゾーンZ、Z、・・・、Zごとにそれぞれ加熱するヒータ32a〜32nが設けられるとともに、シリンダ31の温度をゾーンZ、Z、・・・、Zごとにそれぞれ計測する温度計測手段33a〜33nが設けられている。なお、温度計測手段33a〜33nとしては、例えば、熱電対を用いることができる。
Hereinafter, a temperature control device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a temperature control device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a data flow of the temperature control system of FIG.
In Figure 1, the cylinder 31 for injecting resin is provided in the injection molding machine, the cylinder 31 is n (n is an integer of 2 or more) number of zones Z 1, Z 2, · · ·, is divided into Z n Yes. As shown in FIG. 2, the cylinder 31 is provided with heaters 32 a to 32 n that heat the cylinder 31 for each of the zones Z 1 , Z 2 ,. Z 1, Z 2, ···, a temperature measuring means 33a~33n for measuring respectively for each Z n is provided. For example, thermocouples can be used as the temperature measuring means 33a to 33n.

そして、温度制御システムには、シリンダ31の各ゾーンZ、Z、・・・、Zの温調制御をモデル予測制御に基づいて連携させながら行う多点温度調節手段21が設けられている。ここで、多点温度調節手段21には、シリンダ31の各ゾーンZ、Z、・・・、Zの温調制御をそれぞれ独立して行う多ループ温調計24およびモデル予測制御に基づいてシリンダ31の各ゾーンZ、Z、・・・、Zの温調制御を連携させるパネルコンピュータ22が設けられている。そして、多ループ温調計24とパネルコンピュータ22とは、通信線18を介して接続されている。 The temperature control system is provided with multi-point temperature adjusting means 21 that performs temperature control of each zone Z 1 , Z 2 ,..., Z n of the cylinder 31 in cooperation with each other based on model predictive control. Yes. Here, the multi-point temperature control unit 21, the zone Z 1, Z 2 of the cylinder 31, ..., each independently multi-loop temperature controller meter 24 and model predictive control performed by the temperature control of Z n Based on this, a panel computer 22 is provided to coordinate the temperature control of the zones Z 1 , Z 2 ,..., Z n of the cylinder 31. The multi-loop temperature controller 24 and the panel computer 22 are connected via a communication line 18.

なお、通信線18としては、例えば、RS−485を用いることができる。このRS−485では、バス型のマルチポイント接続に対応し、最大で32台までの複数対複数接続を実現することができる。
ここで、多ループ温調計24には、図2に示すように、シリンダ31のゾーンZ、Z、・・・、Zの温調制御をPID(比例積分微分)制御にてそれぞれ行うPID制御部24a〜24nが設けられ、パネルコンピュータ22には、モデル予測制御に基づいてPID制御部24a〜24nの今回の設定値SV1´、SV2´、・・・、SVn´をそれぞれ算出するモデル予測制御手段23が設けられている。
For example, RS-485 can be used as the communication line 18. This RS-485 is compatible with bus-type multipoint connection, and can realize a multiple-to-multiple connection of up to 32 units.
Here, in the multi-loop temperature controller 24, as shown in FIG. 2, the temperature control of the zones Z 1 , Z 2 ,..., Z n of the cylinder 31 is performed by PID (proportional integral derivative) control. PID control units 24a to 24n to perform are provided, and the panel computer 22 calculates the current set values SV1 ′, SV2 ′,..., SVn ′ of the PID control units 24a to 24n based on the model predictive control. Model prediction control means 23 is provided.

なお、シリンダ31のゾーンZ、Z、・・・、Zの温調制御を行う方法としては、PID制御の他、比例制御、積分制御、比例積分制御などの他の制御方法を用いるようにしてもよい。
さらに、パネルコンピュータ22の上位にはパーソナルコンピュータ11が設けられ、パーソナルコンピュータ11には、モデル予測制御における設計パラメータの最適化を行うモデル予測制御支援手段12が設けられるとともに、各種データを表示する表示装置17が接続されている。そして、パネルコンピュータ22とパーソナルコンピュータ11とは、通信線19を介して接続されている。なお、通信線19としては、例えば、イーサネット(登録商標)を用いることができる。
In addition, as a method for performing the temperature control of the zones Z 1 , Z 2 ,..., Z n of the cylinder 31, other control methods such as proportional control, integral control, proportional integral control are used in addition to PID control. You may do it.
Further, a personal computer 11 is provided above the panel computer 22, and the personal computer 11 is provided with model prediction control support means 12 for optimizing design parameters in model prediction control, and a display for displaying various data. A device 17 is connected. The panel computer 22 and the personal computer 11 are connected via a communication line 19. For example, Ethernet (registered trademark) can be used as the communication line 19.

ここで、モデル予測制御支援手段12には、モデル同定手段13、オートチューニング手段14、シミュレーション手段15およびデータロギング手段16が設けられている。そして、モデル同定手段13は、モデル予測制御の設計パラメータの算出対象となるモデルを同定するモデル予測制御におけるモデルを同定することができる。オートチューニング手段14は、モデル同定手段13にて同定されたモデルを対象としてモデル予測制御における最適化された設計パラメータを算出することができる。シミュレーション手段15は、モデル予測制御における設計パラメータが与えられた時の多点温度調節手段21の動作を模擬することができる。データロギング手段16は、シリンダ31の各ゾーンZ、Z、・・・、Zの温調制御に関するデータを蓄積することができる。 Here, the model prediction control support means 12 is provided with a model identification means 13, an auto tuning means 14, a simulation means 15, and a data logging means 16. And the model identification means 13 can identify the model in model predictive control which identifies the model used as the calculation object of the design parameter of model predictive control. The auto-tuning unit 14 can calculate optimized design parameters in model predictive control for the model identified by the model identifying unit 13. The simulation means 15 can simulate the operation of the multipoint temperature adjustment means 21 when design parameters in model predictive control are given. The data logging means 16 can accumulate data relating to temperature control of each zone Z 1 , Z 2 ,..., Z n of the cylinder 31.

なお、モデル同定手段13、オートチューニング手段14およびシミュレーション手段15はオフラインで動作することができ、データロギング手段16は、オフラインおよびオンラインのいずれでも動作することができる。
そして、シリンダ31は、各ヒータ32a〜32nにてゾーンZ、Z、・・・、Zごとに加熱され、各ゾーンZ、Z、・・・、Zの温度が温度計測手段33a〜33nにてそれぞれ計測される。そして、温度計測手段33a〜33nにてそれぞれ計測された温度は制御量PV1、PV2、・・・、PVnとしてPID制御部24a〜24nにそれぞれ送られる。
The model identification unit 13, the auto tuning unit 14, and the simulation unit 15 can operate offline, and the data logging unit 16 can operate both offline and online.
Then, the cylinder 31, the zone Z 1, Z 2 at the heaters 32a through 32n, · · ·, is heated every Z n, each zone Z 1, Z 2, · · ·, temperature of Z n is temperature measurement It measures by means 33a-33n, respectively. The temperatures measured by the temperature measuring means 33a to 33n are sent to the PID control units 24a to 24n as control amounts PV1, PV2,.

そして、PID制御部24a〜24nは、制御量PV1、PV2、・・・、PVnを温度計測手段33a〜33nからそれぞれ受け取ると、制御量PV1、PV2、・・・、PVnが次回の設定値SV1´、SV2´、・・・、SVn´にそれぞれ一致するように操作量MV1、MV2、・・・、MVnを算出する。そして、PID制御部24a〜24nは、制御量PV1、PV2、・・・、PVnが次回の設定値SV1´、SV2´、・・・、SVn´にそれぞれ一致するように操作量MV1、MV2、・・・、MVnを算出すると、その操作量MV1、MV2、・・・、MVnに基づいてヒータ32a〜32nの出力を制御することにより、ヒータ32a〜32nをゾーンZ、Z、・・・、Zごとに加熱制御する。なお、PID制御部24a〜24nによるPID制御は各ゾーンZ、Z、・・・、Zごとに独立して行うことができる。また、PID制御の周期は、例えば、50msとすることができる。 When the PID control units 24a to 24n receive the control amounts PV1, PV2,..., PVn from the temperature measuring means 33a to 33n, the control amounts PV1, PV2,. The operation amounts MV1, MV2,..., MVn are calculated so as to coincide with ′, SV2 ′,. Then, the PID control units 24a to 24n operate the operation amounts MV1, MV2,..., SVn ′ so that the control amounts PV1, PV2,..., PVn respectively match the next set values SV1 ′, SV2 ′,. ..., calculating the MVn, the operation amount MV1, MV2, ..., by controlling the output of the heater 32a through 32n based on MVn, the zone Z 1 of the heater 32a through 32n, Z 2, · · · to control the heating for each Z n. Incidentally, PID control by the PID controller 24a~24n Each zone Z 1, Z 2, ···, can be performed independently for each Z n. Moreover, the period of PID control can be set to 50 ms, for example.

ここで、多ループ温調計24の上位には、PID制御部24a〜24nの次回の設定値SV1´、SV2´、・・・、SVn´を算出するモデル予測制御手段23が設けられている。そして、PID制御部24a〜24nにて各ゾーンZ、Z、・・・、ZのPID制御が行われると、今回の操作量MV1、MV2、・・・、MVn、制御量PV1、PV2、・・・、PVnおよび設定値SV1、SV2、・・・、SVnがモデル予測制御手段23に送られる。 Here, the model prediction control means 23 for calculating the next set values SV1 ′, SV2 ′,..., SVn ′ of the PID control units 24a to 24n is provided above the multi-loop temperature controller 24. . Each zone Z 1 at PID controller 24a-24n, Z 2, · · ·, the PID control of Z n is performed, the current operation amount MV1, MV2, · · ·, MVn, the controlled variable PV1, PV2,..., PVn and set values SV1, SV2,..., SVn are sent to the model prediction control means 23.

そして、モデル予測制御手段23は、今回の操作量MV1、MV2、・・・、MVn、制御量PV1、PV2、・・・、PVnおよび設定値SV1、SV2、・・・、SVnを多ループ温調計24から受け取ると、シリンダ31に対応したモデルに対して未来の制御量PV1、PV2、・・・、PVnを予測しながら一定時刻毎に最適制御問題を解き、未来の制御量PV1、PV2、・・・、PVnが目標値にできるだけ近くなるようにその時刻での設定値SV1´、SV2´、・・・、SVn´を決定し、多ループ温調計24に出力することができる。   Then, the model prediction control means 23 uses the current manipulated variables MV1, MV2,..., MVn, the controlled variables PV1, PV2,..., PVn and the set values SV1, SV2,. When received from the meter 24, the optimal control problem is solved at a certain time while predicting the future control amounts PV1, PV2,..., PVn for the model corresponding to the cylinder 31, and the future control amounts PV1, PV2 are solved. ,..., PVn can be determined to be as close as possible to the target value, and set values SV1 ′, SV2 ′,..., SVn ′ at that time can be determined and output to the multi-loop temperature controller 24.

例えば、モデル予測制御手段23は、予測ホライズンにおける出力が参照軌道と一致するように、次回の設定値SV1´、SV2´、・・・、SVn´を算出することができる。
ここで、現時刻kにおけるプラント出力をy(k)、そのプラント出力y(k)が従うべき任意の時刻tにおける設定値軌道をs(t)で表す。そして、iステップ後のプラント出力y(k+i)と設定値軌道をs(t+i)との誤差をε(k+i)とすると、参照軌道r(k+i|k)は以下の式で表すことができる。
r(k+i|k)=s(k+i)−ε(k+i)
=s(k+i)−e−iεTs/Tref(k)
For example, the model prediction control means 23 can calculate the next set values SV1 ′, SV2 ′,..., SVn ′ so that the output in the prediction horizon matches the reference trajectory.
Here, the plant output at the current time k is represented by y (k), and the set value trajectory at an arbitrary time t that the plant output y (k) should follow is represented by s (t). If the error between the plant output y (k + i) after i steps and the set value trajectory is s (t + i) is ε (k + i), the reference trajectory r (k + i | k) can be expressed by the following equation.
r (k + i | k) = s (k + i) −ε (k + i)
= S (k + i) -e- iεTs / Tref (k)

なお、Tsはサンプリング周期、Trefは参照軌道の時定数である。また、r(k+i|k)という表記は、参照軌道は時刻kにおける条件に依存することを意味する。
そして、プラント出力y(k)を予測する区間を予測ホライズンHと呼ぶと、予測ホライズンHの間に入力軌道u(k+i|k)(i=0,1,..,H−1)が印加されると仮定し、プラント出力y(k)が予測ホライズンHの間に参照軌道r(k+i|k)にできるだけ近づくように入力軌道u(k+i|k)を選択することができる。そして、未来の入力軌道u(k+i|k)が選択されると、その軌道の一番目の要素だけを入力信号としてプラントに印加することができる。
Ts is a sampling period, and Tref is a time constant of the reference trajectory. The notation r (k + i | k) means that the reference trajectory depends on the condition at time k.
When the section to predict the plant output y (k) is called a prediction horizon H P, the input trajectory u between the prediction horizon H P (k + i | k ) (i = 0,1, .., H P -1 ) is assumed to be applied, the plant output y (k) is the prediction horizon H reference trajectory between P r (k + i | can select k) | k) to as close as possible to the input trajectory u (k + i . When the future input trajectory u (k + i | k) is selected, only the first element of the trajectory can be applied to the plant as an input signal.

なお、モデル予測制御手段23で用いられるモデルとしては、例えば、インパルス応答モデル、ステップ応答モデルを挙げることができる。また、積分プロセスや不安定プロセスを取り扱えるようにするために、伝達関数モデルやARX(Auto−Regressive eXogenous input)モデルを用いるようにしてもよい。あるいは、多変数系への拡張を容易に行えるようにするために、状態空間モデルを用いるようにしてもよい。   Note that examples of the model used in the model prediction control means 23 include an impulse response model and a step response model. Further, in order to be able to handle an integration process and an unstable process, a transfer function model or an ARX (Auto-Regressive eXogenous input) model may be used. Alternatively, a state space model may be used in order to facilitate extension to a multivariable system.

図3は、図1のモデル予測制御手段の概略構成の一例を示すブロック図である。
図3において、モデル予測制御手段41は、プラント出力y(k+i|k)が予測ホライズンHの間に参照軌道r(k+i|k)にできるだけ近づくように入力軌道u(k+i|k)(i=0,1,..,H−1)の系列を算出し、入力軌道u(k+i|k)(i=0,1,..,H−1)の系列の中から一番目の要素だけを入力信号u(k)として抽出し、PID制御部24a〜24nに印加する。また、遅延手段43は、入力信号u(k)を1ステップ分だけ遅らせてモデル予測制御手段41に入力する。なお、入力軌道u(k+i|k)を制御する区間を制御ホライズンHと呼ぶ。
FIG. 3 is a block diagram showing an example of a schematic configuration of the model prediction control means of FIG.
3, model predictive control means 41, the plant output y (k + i | k) reference trajectories between the prediction horizon H P is r (k + i | k) input orbit as close as possible u (k + i | k) (i = 0, 1, ..., H U -1), and the first of the sequences of input trajectories u (k + i | k) (i = 0, 1, ..., H u -1) Only the element is extracted as the input signal u (k) and applied to the PID control units 24a to 24n. The delay means 43 delays the input signal u (k) by one step and inputs it to the model prediction control means 41. A section for controlling the input trajectory u (k + i | k) is called a control horizon H u .

ここで、モデル予測制御手段41には、各ゾーンZ、Z、・・・、Zごと計測された今回の制御量PV1、PV2、・・・、PVnが入力されるとともに、モデル予測制御支援手段12にて最適化された設計パラメータが入力される。なお、モデル予測制御支援手段12にて最適化される設計パラメータとしては、例えば、予測ホライズン間での現時刻kにおけるプラント出力y(k)と参照軌道r(k+i|k)との一致点Pset1、Pset2、・・・、Psetn、参照軌道r(k+i|k)の時定数Tref1、Tref2、・・・、Trefnを選択することができる。 Here, the model predictive control means 41, each zone Z 1, Z 2, · · ·, control the amount of time that is measured by Z n PV1, PV2, · · ·, with PVn are input, the model prediction The design parameter optimized by the control support means 12 is input. The design parameter optimized by the model predictive control support means 12 is, for example, the coincidence point Pset1 between the plant output y (k) and the reference trajectory r (k + i | k) at the current time k between predicted horizons. , Pset2,..., Psetn, and time constants Tref1, Tref2,..., Trefn of the reference trajectory r (k + i | k) can be selected.

そして、モデル予測制御手段41は、シリンダ31に対応したモデルに対して未来の制御量PV1、PV2、・・・、PVnを予測しながら一定時刻毎に最適制御問題を解き、未来の制御量PV1、PV2、・・・、PVnが目標値にできるだけ近くなるように、入力軌道u(k+i|k)(i=0,1,..,H−1)の系列を算出する。そして、モデル予測制御手段41は、入力軌道u(k+i|k)(i=0,1,..,H−1)の系列の中から一番目の要素だけを入力信号u(k)として抽出し、PID制御部24a〜24nに出力する。なお、モデル予測制御の周期は、例えば1000msとすることができる。
具体的には、モデル予測制御手段41は、一致点iの集合をPとすると、以下の式に示すように、参照軌道r(k+i|k)とプラント出力y(k+i|k)との誤差の二乗和が最小となるように、最小二乗解を算出することができる。
Then, the model predictive control means 41 solves the optimal control problem for each fixed time while predicting the future control amounts PV1, PV2,..., PVn for the model corresponding to the cylinder 31, and the future control amount PV1. , PV2,..., PVn are calculated so that the sequence of input trajectories u (k + i | k) (i = 0, 1,..., H U −1) is as close as possible to the target value. Then, the model prediction control means 41 uses only the first element in the sequence of the input trajectory u (k + i | k) (i = 0, 1,..., H u −1) as the input signal u (k). Extract and output to the PID controllers 24a to 24n. The cycle of model prediction control can be set to 1000 ms, for example.
Specifically, when the set of coincidence points i is P, the model prediction control means 41 has an error between the reference trajectory r (k + i | k) and the plant output y (k + i | k) as shown in the following equation. The least squares solution can be calculated so that the square sum of is minimized.

Figure 2008123354
Figure 2008123354

例えば、単位ステップ信号を印加してHステップ後のシステムの応答をS(H)とすると、以下の式の最小二乗解を計算することで、プラント出力y(k+i|k)が参照軌道r(k+i|k)にできるだけ近づくように、入力軌道u(k+i|k)(i=0,1,..,H−1)の系列を算出することができる。
ΔU=θ\[T−Y
なお、\(バックスラッシュオペレータ)は最小二乗解の計算を意味している。また、ΔU、θ、T、YおよびSは以下の式で示すことができる。
For example, when the unit step signal is applied and the response of the system after the HP step is S (H P ), the plant output y (k + i | k) is the reference trajectory by calculating the least squares solution of the following equation. A sequence of input trajectories u (k + i | k) (i = 0, 1,..., H U −1) can be calculated so as to be as close as possible to r (k + i | k).
ΔU = θ \ [T−Y f ]
Note that \ (backslash operator) means the calculation of the least squares solution. Further, ΔU, θ, T, Y f and S can be expressed by the following equation.

Figure 2008123354
Figure 2008123354

Figure 2008123354
Figure 2008123354

Figure 2008123354
Figure 2008123354

ただし、yはプラントの自由応答である。ここで、自由応答とは、未来の入力軌道が最新の値u(k−1)のままであるとしたとき、一致点において得られる応答である。そして、Hステップ後のシステムの応答をS(H)とすると、時刻k+Hにおけるその予測出力は以下の式で表すことができる。
y(k+H|k)=y(k+H|k)+S(H)Δu(k|k)
ただし、Δu(k|k)は、現在の入力u(k−1)から予測された入力u(k|k)までの変化分であり、以下の式で表すことができる。
Δu(k|k)=u(k|k)−u(k−1)
However, y f is the free response of the plant. Here, the free response is a response obtained at a coincidence point when the future input trajectory remains at the latest value u (k−1). If the response of the system after the HP step is S (H P ), the predicted output at time k + H P can be expressed by the following equation.
y (k + H P | k ) = y f (k + H P | k) + S (H P) Δu (k | k)
However, Δu (k | k) is a change from the current input u (k−1) to the predicted input u (k | k), and can be expressed by the following equation.
Δu (k | k) = u (k | k) −u (k−1)

そして、モデル予測制御手段41はベクトルΔUを算出すると、ベクトルΔUの最初の要素Δu(k|k)を抽出する。そして、モデル予測制御手段41は、以下の式に示すように、ベクトルΔUの最初の要素Δu(k|k)から、PID制御部24a〜24nに入力される入力信号u(k)を構成する。
u(k)=Δu(k|k)+u(k−1)
そして、モデル予測制御手段41は、PID制御部24a〜24nに入力される入力信号u(k)を構成すると、その入力信号u(k)をPID制御部24a〜24nにそれぞれ出力するとともに、遅延手段43を介して入力信号u(k−1)をシステム応答予測手段41に出力することができる。
そして、次のステップにおいて、プラント出力y(k+1)が測定されると、これらの一連の計算を繰り返すことができる。
When the model prediction control means 41 calculates the vector ΔU, it extracts the first element Δu (k | k) of the vector ΔU. Then, the model prediction control means 41 constitutes an input signal u (k) to be input to the PID control units 24a to 24n from the first element Δu (k | k) of the vector ΔU as shown in the following equation. .
u (k) = Δu (k | k) + u (k−1)
When the model prediction control means 41 configures the input signal u (k) input to the PID control units 24a to 24n, the model prediction control means 41 outputs the input signal u (k) to the PID control units 24a to 24n, respectively, and delays. The input signal u (k−1) can be output to the system response prediction means 41 via the means 43.
In the next step, when the plant output y (k + 1) is measured, these series of calculations can be repeated.

さらに、図2において、モデル予測制御手段23の上位には、モデル予測制御における設計パラメータの最適化を行うモデル予測制御支援手段12が設けられている。
そして、モデル予測制御手段23にてモデル予測制御が行われる場合、今回の操作量MV1、MV2、・・・、MVn、制御量PV1、PV2、・・・、PVnおよび設定値SV1、SV2、・・・、SVnがモデル予測制御支援手段12に送られる。
Further, in FIG. 2, a model prediction control support means 12 for optimizing design parameters in model prediction control is provided above the model prediction control means 23.
When model predictive control is performed by the model predictive control means 23, the current manipulated variables MV1, MV2,..., MVn, controlled variables PV1, PV2,..., PVn and set values SV1, SV2,. SVn is sent to the model predictive control support means 12.

そして、モデル予測制御支援手段12は、今回の操作量MV1、MV2、・・・、MVn、制御量PV1、PV2、・・・、PVnおよび設定値SV1、SV2、・・・、SVnをモデル予測制御手段23から受け取ると、これらの値を初期値とする。そして、調整パラメータを含む評価関数と制約条件を用意し、制約条件の元で評価関数を最小化するように繰り返し計算を行う。そして、繰り返し計算を行った結果として得られた一致点Pset1、Pset2、・・・、Psetnおよび時定数Tref1、Tref2、・・・、Trefnを最適化された設計パラメータとしてモデル予測制御手段23に出力する。なお、モデル予測制御における設計パラメータの最適化は、オフライン環境にてパーソナルコンピュータ11上で実行させることができる。   Then, the model prediction control support means 12 performs model prediction on the current operation amounts MV1, MV2,..., MVn, control amounts PV1, PV2,..., PVn and set values SV1, SV2,. When received from the control means 23, these values are set as initial values. Then, an evaluation function including an adjustment parameter and a constraint condition are prepared, and repeated calculation is performed so as to minimize the evaluation function under the constraint condition. Then, the coincidence points Pset1, Pset2,..., Psetn and time constants Tref1, Tref2,..., Trefn obtained as a result of the repeated calculation are output to the model prediction control means 23 as optimized design parameters. To do. Note that optimization of design parameters in model predictive control can be executed on the personal computer 11 in an offline environment.

ここで、モデル予測制御における設計パラメータの最適化方法としては、例えば、パーティクル・スウォーム・オプティマイゼーションを用いることができる。
このパーティクル・スウォーム・オプティマイゼーションは、簡単化した社会モデルのシミュレーションを通して開発されたモダンヒューリスティック(Modern Heuristic:MH)手法の1つであり、鳥の群れの動きを連続変数の2次元空間で表現することを通して開発された。
Here, as a design parameter optimization method in model predictive control, for example, particle swarm optimization can be used.
This particle swarm optimization is a modern heuristic (MH) method developed through simulation of a simplified social model, and represents the movement of a flock of birds in a two-dimensional space of continuous variables. Developed through that.

なお、パーティクル・スウォーム・オプティマイゼーションについては、J.Kennedy and R.Eberhartによる“Particle Swarm Optimization”(Proc. of IEEE International Conference on Neural Networks,Vol.IV,pp.1942−1948,Perth,Australia,1995.)や、吉田・福山他による「電圧信頼度を考慮したParticle Swarm Optimizationによる電圧無効電力制御方式の検討」(電気学会論文誌B,119巻12号,1999年12月)、特開2000−116003「電圧無効電力制御方法」、特開2002−51464「配電系統における状態推定法」などに記載されている。   For particle swarm optimization, see J.A. Kennedy and R.K. “Particle Swarm Optimization” by Eberhart (Proc. Of IEEE International Conference on Neural Networks, Vol. IV, pp. 1942–1948, Perth, Australia, et al. "Study of Voltage Reactive Power Control Method by Swarm Optimization" (The Institute of Electrical Engineers of Japan B, Vol.119, No.12, December 1999), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-11603 “Voltage Reactive Power Control Method”, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-51464 It is described in the “state estimation method”.

そして、パーティクル・スウォーム・オプティマイゼーションでは、各エージェント(パーティクル・スウォーム・オプティマイゼーションでは、群れの個々をエージェントと呼ぶ。)の位置(状態量)をx、y座標で表し、各エージェントの速度をvx(x方向の速度)、vy(y方向の速度)で表現する。
そして、各エージェントの位置と速度の情報から、次時点の各エージェントの位置を更新することができる。
In particle swarm optimization, the position (state quantity) of each agent (in the particle swarm optimization, each group is called an agent) is represented by x and y coordinates, and the velocity of each agent is represented by vx. (Velocity in the x direction) and vy (velocity in the y direction).
Then, the position of each agent at the next time point can be updated from the position and speed information of each agent.

この概念に基づき、鳥の群れ全体が何らかの目的関数を最適化するような行動をとると考えると、以下のような最適化が考えられる。
すなわち、各エージェントは、各々の探索における目的関数のそれまでの最も評価の高い最良値pbestと、その位置(状態量)を示すx、y座標とを覚えている。また、各エージェントは、各エージェントが保有する最良値pbestの集団の中で最も評価の高いもの、すなわち、集団のそれまでの目的関数の最良値gbestを共有している。
Based on this concept, the following optimization can be considered if the whole flock of birds takes action that optimizes some objective function.
That is, each agent remembers the best value pbest of the objective function that has been most evaluated so far in each search, and the x and y coordinates indicating the position (state quantity). In addition, each agent shares the highest value among the group of best values pbest held by each agent, that is, the best value gbest of the objective function so far of the group.

また、各エージェントは、現在の位置(x、y座標)および現在の速度(vx、vy)を持っている。
そして、各エージェントは、現在の位置(x、y座標)および速度(vx、vy)と、最良値pbest、gbestとの間の距離に応じて、最良値pbest、gbestの存在する位置に方向を変更しようとする。
この変更しようとする行動は速度で表現される。そして、各エージェントの速度は、現在の速度と最良値pbest、gbestとを用いて、(1)式のように修正することができる。
k+1=w×V +c×rand()×(pbest−s
+c×rand()×(gbest−s ) ・・・(1)
Each agent has a current position (x, y coordinates) and a current speed (vx, vy).
Each agent moves the direction to the position where the best values pbest and gbest exist according to the distance between the current position (x, y coordinates) and velocity (vx, vy) and the best values pbest and gbest. Try to change.
The action to be changed is expressed by speed. Then, the speed of each agent can be corrected as shown in equation (1) using the current speed and the best values pbest and gbest.
V i k + 1 = w × V i k + c 1 × rand () × (pbest i −s i k )
+ C 2 × rand () × (gbest-s i k ) (1)

ただし、V は、エージェントiの速度、rand()は、0〜1までの一様乱数、s は、エージェントiの探索k回目の位置(探索点)、pbestは、エージェントiの最良値pbest、wは、エージェント速度に対する重み関数、c、cは、各項に対する重み係数である。
この(1)式を用いることにより、各エージェントのこれまでの最良値pbestおよび集団の最良値gbestに確率的に近づくような速度V k+1を求めることができ、これにより、各エージェントの現在の位置(探索点)s を(2)式のように修正することができる。
k+1=s +V k+1 ・・・(2)
ここで、パーティクル・スウォーム・オプティマイゼーションでは、遺伝的アルゴリズムと同様に複数の探索点を持った多点探索で、各探索点の最良値pbestおよび集団の最良値gbestを用いて各探索点を確率的に変更していくことにより、大域最適解(最良解)を得ることができる。
Where V i k is the speed of agent i, rand () is a uniform random number from 0 to 1, s i k is the position of k-th search (search point) of agent i, and pbest i is agent i The best values pbest and w are weighting functions for the agent speed, and c 1 and c 2 are weighting coefficients for each term.
By using this equation (1), it is possible to obtain a speed V i k + 1 that probabilistically approaches the best value pbest of each agent and the best value gbest of the group, and thus, the current value of each agent is determined. The position (search point) s i k can be corrected as shown in equation (2).
s i k + 1 = s i k + V i k + 1 (2)
Here, particle swarm optimization is a multi-point search having a plurality of search points as in the genetic algorithm, and each search point is a probability using the best value pbest of each search point and the best value gbest of the group. Thus, a global optimum solution (best solution) can be obtained.

具体的には、パーティクル・スウォーム・オプティマイゼーションのエージェントの状態変数は、モデル予測制御における設計パラメータとする。例えば、パーティクル・スウォーム・オプティマイゼーションのエージェントの状態変数として、予測ホライズン間での現時刻kにおけるプラント出力y(k)と参照軌道r(k+i|k)との一致点Pset1、Pset2、・・・、Psetn、および参照軌道r(k+i|k)の時定数Tref1、Tref2、・・・、Trefnを選択することができる。   Specifically, the state variable of the particle swarm optimization agent is a design parameter in model predictive control. For example, as a state variable of an agent of particle swarm optimization, coincidence points Pset1, Pset2,... Between a plant output y (k) and a reference trajectory r (k + i | k) at a current time k between predicted horizons. , Psetn, and time constants Tref1, Tref2,..., Trefn of the reference trajectory r (k + i | k) can be selected.

次に、エージェントの初期値として、エージェントの位置sおよび速度vを設定する。なお、エージェントの数iは事前に設定しておく。
次に、(1)式および(2)式の計算を繰り返すことにより、最適解を探索する。なお、繰り返し回数kは事前に設定しておく。また、最適解を探索する際に、ステップごとに、各エージェントの評価と、各探索点の最良値pbestおよび集団の最良値gbestの更新を行う。
Next, the agent position s i and the velocity v i are set as initial values of the agent. Note that the number i of agents is set in advance.
Next, the optimal solution is searched by repeating the calculations of the equations (1) and (2). The number of repetitions k is set in advance. When searching for an optimal solution, the evaluation of each agent and the update of the best value pbest of each search point and the best value gbest of the group are performed for each step.

ここで、各エージェントの評価は、以下の手順で行うことができる。
まず、エージェントの状態変数sを、モデル予測制御における設計パラメータに設定する。
次に、制御対象モデルのモデル状態量データおよびシリンダ31の各ゾーンZ、Z、・・・、Zごとの状態量データを、一定範囲の制御出力についてN点分だけ算出する。
次に、制御対象モデルのモデル状態量およびシリンダ31の各ゾーンZ、Z、・・・、Zごとの状態量を、以下の式により評価する。
Here, each agent can be evaluated by the following procedure.
First, an agent state variable s i is set as a design parameter in model predictive control.
Next, the model state quantity data of the model to be controlled and the state quantity data for each zone Z 1 , Z 2 ,..., Z n of the cylinder 31 are calculated by N points for a certain range of control output.
Next, the model state quantity of the control target model and the state quantity for each zone Z 1 , Z 2 ,..., Z n of the cylinder 31 are evaluated by the following equations.

Figure 2008123354
Figure 2008123354

ただし、Xm(n)は、シリンダ31の各ゾーンZ、Z、・・・、Zごとの状態量データ、Xe(n)は、制御対象モデルのモデル状態量データ、W(n)は、データ点に対する重み関数、Fは評価結果である。
そして、全てのエージェントの評価結果Fに基づいて、各探索点の最良値pbestおよび集団の最良値gbestを決定する。
そして、指定された回数が終了したら、集団の最良値gbestの状態量を設計パラメータとしたものを、最適化された設計パラメータとして保存する。
これにより、簡単なアルゴリズムを用いることで、モデル予測制御の設計パラメータの最適化を図ることが可能となり、多入力多出力システムに干渉やシステム変動が発生した場合においても、システム変動に応じた制御の自動化や制御安定性を実現することが可能となるとともに、複数の温度制御領域間で起こる干渉を考慮した制御を行うことが可能となる。
However, Xm (n) is the state quantity data for each zone Z 1 , Z 2 ,..., Z n of the cylinder 31, Xe (n) is the model state quantity data of the controlled object model, and W (n) Is a weight function for data points, and F is an evaluation result.
Based on the evaluation results F of all agents, the best value pbest of each search point and the best value gbest of the group are determined.
Then, when the designated number of times is finished, the state quantity of the best value gbest of the group is set as a design parameter and stored as an optimized design parameter.
This makes it possible to optimize the design parameters for model predictive control by using a simple algorithm. Even when interference or system fluctuation occurs in a multi-input / multi-output system, control according to the system fluctuation is possible. It is possible to realize automation and control stability, and it is possible to perform control in consideration of interference occurring between a plurality of temperature control regions.

図4は、図1の温度制御システムの動作を示すフローチャートである。
図4において、モデル予測制御支援手段12は、モデル予測制御における設計パラメータを最適化する場合、データファイルFの読み込みを行う(ステップS20)。ここで、データファイルFには、シリンダ31に対応したモデルを構築するためのデータが記述され、例えば、各シリンダ31の各ゾーンZ、Z、・・・、Zのステップ入力に対する設定値SV1、SV2、・・・、SVnおよび制御量PV1、PV2、・・・、PVnを登録することができる。また、射出材料や温度帯ごとにモデルを変えることができ、これらのモデルごとにデータファイルFを構築することができる。
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the temperature control system of FIG.
In FIG. 4, the model prediction control support means 12 reads the data file F when optimizing the design parameters in the model prediction control (step S20). Here, data for constructing a model corresponding to the cylinder 31 is described in the data file F. For example, settings for step inputs of the zones Z 1 , Z 2 ,..., Z n of each cylinder 31 are described. Values SV1, SV2,..., SVn and control amounts PV1, PV2,..., PVn can be registered. Also, the model can be changed for each injection material and temperature zone, and the data file F can be constructed for each model.

そして、同定するモデルに対応したデータファイルFを読み込むと、モデル同定手段13にて同定機能を実行し、伝達関数の同定パラメータを算出する(ステップS21)。なお、同定機能は関数化することができ、シリンダ31の各ゾーンZ、Z、・・・、Zのステップ入力に対する設定値SV1、SV2、・・・、SVnおよび制御量PV1、PV2、・・・、PVnについて最小二乗法を適用することにより、シリンダ31に対応したモデルの伝達関数を求めることができる。 When the data file F corresponding to the model to be identified is read, the identification function is executed by the model identification means 13 and the transfer function identification parameter is calculated (step S21). Incidentally, the identification function may be a function of each zone Z 1, Z 2 of the cylinder 31, ..., the set value SV1 to a step input of Z n, SV2, ..., SVn and controlled variable PV1, PV2 ,..., PVn can be applied to obtain a model transfer function corresponding to the cylinder 31 by applying the least square method.

シリンダ31の各ゾーンは、隣のゾーンの熱的影響を受ける。射出成形機において、シリンダ31の先端であるゾーンZは、ノズル部分であり、他のゾーンに比べて熱容量が小さいため、隣のゾーンZの熱的影響を強く受ける。
一般に、隣のゾーンの影響を受けることを、干渉と言う。また、干渉を伝達関数で表し、伝達関数行列の要素として導入したものを、干渉項と呼ぶ。伝達関数行列においては、対角要素以外が干渉項と呼ばれる。例えば、4行4列の伝達関数行列の場合、対角要素以外の12要素が干渉項に相当する。
n行n列で記述されたシリンダの伝達関数行列において、干渉項は、ゾーンZに対するゾーンZへの影響、すなわち1行2列目の要素のみを導入する。
Each zone of the cylinder 31 is affected by the heat of the adjacent zone. In the injection molding machine, the zone Z 1 is the tip of the cylinder 31 is a nozzle portion, since heat capacity is small compared to other zones, strongly it receives a thermal influence of the adjacent zone Z 2.
In general, the influence of the adjacent zone is called interference. Moreover, interference is expressed by a transfer function, and the one introduced as an element of the transfer function matrix is called an interference term. In the transfer function matrix, elements other than diagonal elements are called interference terms. For example, in the case of a transfer function matrix of 4 rows and 4 columns, 12 elements other than diagonal elements correspond to interference terms.
In the transfer function matrix of the cylinder described by n rows and n columns, the interference term introduces the influence on the zone Z 1 with respect to the zone Z 2 , that is, only the first row and second column elements.

Figure 2008123354
Figure 2008123354

ゾーンZに対するゾーンZへの干渉の伝達関数を同定することによって、重要な干渉を考慮した伝達関数行列を用いてモデル予測制御を行うことができる。ゾーンZに対するゾーンZへの干渉をモデルに反映しているため、モデル予測制御手段23では、モデル誤差を小さく入力軌道uを算出することができる。
また、ゾーンZに対するゾーンZへの干渉だけ同定するため、他の干渉項を同定する工数を削減することができる。
そして、モデル同定手段13にてモデルが同定されると、モデル予測制御における設計パラメータをオートチューニング機能にて最適化するかどうかを判断し(ステップS22)、モデル予測制御における設計パラメータをオートチューニング機能にて最適化しない場合には、モデル予測制御における設計パラメータを人手で入力し、その設計パラメータを多ループ温調計24に出力する(ステップS23)。
By identifying the transfer function of the interference to the zone Z 1 with respect to the zone Z 2, the model predictive control can be performed using the transfer function matrix in consideration of the important interference. Since the interference of the zone Z 2 with the zone Z 1 is reflected in the model, the model prediction control means 23 can calculate the input trajectory u with a small model error.
Further, in order to identify only the interference to the zone Z 1 for the zone Z 2, it is possible to reduce the number of steps to identify other interference term.
Then, when the model is identified by the model identification means 13, it is determined whether or not the design parameter in the model predictive control is optimized by the auto tuning function (step S22), and the design parameter in the model predictive control is determined by the auto tuning function. If not optimized, the design parameters in the model predictive control are manually input, and the design parameters are output to the multi-loop temperature controller 24 (step S23).

そして、シミュレーション手段15は、モデル予測制御における設計パラメータが人手で入力されると、シミュレーション機能を実行する(ステップS24)。なお、シミュレーション機能は関数化することができる。すなわち、シミュレーション手段15は、人手で入力された設計パラメータを用いながら、多ループ温調計24についてのモデル予測制御を模擬するとともに、モデル予測制御にて算出された設定値を入力とする多点温調制御を模擬することで、多ループ温調計24における設定値SV1、SV2、・・・、SVnおよび制御量PV1、PV2、・・・、PVnの時系列データを求め、その時系列データをシミュレーション結果として表示手段17に表示させる。   And the simulation means 15 will perform a simulation function, if the design parameter in model prediction control is input manually (step S24). The simulation function can be converted into a function. That is, the simulation means 15 simulates the model prediction control for the multi-loop temperature controller 24 while using the design parameters input manually, and inputs the set values calculated by the model prediction control. By simulating the temperature control, the time series data of the set values SV1, SV2,..., SVn and the control amounts PV1, PV2,. It is displayed on the display means 17 as a simulation result.

そして、モデル予測制御支援手段12の動作を終了させるかどうかを判断し(ステップS25)、モデル予測制御支援手段12の動作を継続させる場合、ステップS23に戻って以上の動作を繰り返す。
一方、モデル予測制御における設計パラメータをオートチューニング機能にて最適化する場合、オートチューニング手段14は、モデル同定手段13にて同定されたモデルを対象としてパーティクル・スウォーム・オプティマイゼーションを用いることで、モデル予測制御における最適化された設計パラメータを算出し、その設計パラメータを多ループ温調計24に出力する(ステップS26)。
Then, it is determined whether or not to end the operation of the model predictive control support means 12 (step S25). When the operation of the model predictive control support means 12 is continued, the process returns to step S23 and the above operations are repeated.
On the other hand, when the design parameters in the model predictive control are optimized by the auto-tuning function, the auto-tuning means 14 uses the particle swarm optimization for the model identified by the model identifying means 13 to The optimized design parameter in the predictive control is calculated, and the design parameter is output to the multi-loop temperature controller 24 (step S26).

そして、シミュレーション手段15は、モデル予測制御における設計パラメータがオートチューニング機能にて最適化されると、シミュレーション機能を実行する(ステップS27)。すなわち、シミュレーション手段15は、オートチューニング機能にて最適化された設計パラメータを用いながら、多ループ温調計24についてのモデル予測制御を模擬するとともに、モデル予測制御にて算出された設定値を入力とする多点温調制御を模擬することで、多ループ温調計24における設定値SV1、SV2、・・・、SVnおよび制御量PV1、PV2、・・・、PVnの時系列データを求め、その時系列データをシミュレーション結果として表示手段17に表示させる。   Then, when the design parameter in the model predictive control is optimized by the auto tuning function, the simulation unit 15 executes the simulation function (step S27). That is, the simulation unit 15 simulates the model predictive control for the multi-loop temperature controller 24 while using the design parameters optimized by the auto-tuning function, and inputs the set value calculated by the model predictive control. By simulating the multipoint temperature control, the time series data of the set values SV1, SV2,..., SVn and the controlled variables PV1, PV2,. The time series data is displayed on the display means 17 as a simulation result.

そして、モデル予測制御支援手段12の動作を終了させるかどうかを判断し(ステップS28)、モデル予測制御支援手段12の動作を継続させる場合、ステップS22に戻って以上の動作を繰り返す。
一方、多点温度調節手段21には、温調機能初期設定の関数と、モデル予測制御による温調機能の関数が用意されている。
そして、多点温度調節手段21は、同定機能にて同定された同定パラメータを取得するとともに(ステップS11)、人手で入力された設計パラメータまたはオートチューニング機能にて最適化された設計パラメータをモデル予測制御支援手段12から取得する(ステップS12)。
そして、同定パラメータおよび設計パラメータを温調機能初期設定の関数に入力することにより、モデル予測制御による温調機能の初期設定を行い、正常処理チェック結果の値を出力する(ステップS13)。
Then, it is determined whether or not to end the operation of the model prediction control support means 12 (step S28), and when the operation of the model prediction control support means 12 is continued, the process returns to step S22 and the above operations are repeated.
On the other hand, the multipoint temperature adjusting means 21 is provided with a function for initial setting of the temperature adjustment function and a function for the temperature adjustment function by model predictive control.
Then, the multipoint temperature adjusting means 21 acquires the identification parameter identified by the identification function (step S11) and predicts the design parameter manually input or the design parameter optimized by the auto tuning function by model prediction. Obtained from the control support means 12 (step S12).
Then, by inputting the identification parameter and the design parameter into the function for initial setting of the temperature adjustment function, the temperature adjustment function is initialized by model predictive control, and the value of the normal process check result is output (step S13).

そして、図2のモデル予測制御手段23には、温度計測手段33a〜33nにてそれぞれ実測された制御量PV1、PV2、・・・、PVnおよび今回の設定値SV1、SV2、・・・、SVnが多ループ温調計24を介して入力され、モデル予測制御にて次回の設定値SV1´、SV2´、・・・、SVn´が算出される(ステップS14)。
なお、モデル予測制御による温調機能の関数には、モデル予測制御によるアルゴリズムが記述され、モデル予測制御支援手段12のシミュレーション機能の関数と同じアルゴリズムを用いることができる。ただし、モデル予測制御による温調機能の関数には、制御量PV1、PV2、・・・、PVnとして温度計測手段33a〜33nにてそれぞれ実測された実測値が用いられるのに対して、モデル予測制御支援手段12のシミュレーション機能の関数には、制御量PV1、PV2、・・・、PVnとしてモデルを用いて計算された計算値が用いられる。
2 includes control amounts PV1, PV2,..., PVn and current set values SV1, SV2,..., SVn actually measured by the temperature measuring means 33a to 33n. Are input via the multi-loop temperature controller 24, and the next set values SV1 ′, SV2 ′,..., SVn ′ are calculated by model predictive control (step S14).
Note that an algorithm based on model predictive control is described in the function of the temperature control function based on model predictive control, and the same algorithm as the function of the simulation function of the model predictive control support means 12 can be used. However, the function of the temperature control function by model predictive control uses measured values actually measured by the temperature measuring means 33a to 33n as the controlled variables PV1, PV2,. As the function of the simulation function of the control support means 12, calculated values calculated using models as control amounts PV1, PV2,..., PVn are used.

そして、モデル予測制御にて次回の設定値SV1´、SV2´、・・・、SVn´が算出されると、多ループ温調計24は、制御量PV1、PV2、・・・、PVnが次回の設定値SV1´、SV2´、・・・、SVn´にそれぞれ一致するように操作量MV1、MV2、・・・、MVnを算出し、PID制御部24a〜24nを介して操作量MV1、MV2、・・・、MVnをヒータ32a〜32nにそれぞれ出力することにより、シリンダ31のゾーンZ、Z、・・・、Zごとに温調制御を行う(ステップS15)。 Then, when the next set values SV1 ′, SV2 ′,..., SVn ′ are calculated in the model predictive control, the multi-loop temperature controller 24 sets the control amounts PV1, PV2,. , MVn are calculated so as to coincide with the set values SV1 ′, SV2 ′,..., SVn ′, and the operation amounts MV1, MV2 are calculated via the PID control units 24a to 24n. , ..., by outputs of MVn to the heater 32a through 32n, the zone Z 1, Z 2 of the cylinder 31, ..., performs temperature control for each Z n (step S15).

そして、シリンダ31のゾーンZ、Z、・・・、Zごとに温調制御が行われると、シリンダ31の温度が温度計測手段33a〜33nにてゾーンZ、Z、・・・、Zごとにそれぞれ計測され、射出成形機は、温度計測手段33a〜33nにてそれぞれ実測された制御量PV1、PV2、・・・、PVnおよび今回の設定値SV1、SV2、・・・、SVnを多ループ温調計24を介してモデル予測制御手段23に出力するとともに、モデル予測制御支援手段12に出力する(ステップS16)。 Then, the zone Z 1, Z 2 of the cylinder 31, ..., the temperature control is performed for each Z n, the zone Z 1 temperature of the cylinder 31 is at a temperature measuring means 33a~33n, Z 2, ·· · are respectively measured for each Z n, an injection molding machine, the amount of control that is actually measured respectively at a temperature measuring means 33a~33n PV1, PV2, ···, PVn and current set value SV1, SV2, · · · SVn is output to the model prediction control means 23 via the multi-loop temperature controller 24 and is also output to the model prediction control support means 12 (step S16).

そして、モデル予測制御支援手段12は、温度計測手段33a〜33nにてそれぞれ実測された制御量PV1、PV2、・・・、PVnおよび今回の設定値SV1、SV2、・・・、SVnが射出成形機から入力されると、データロギング手段16はロギング機能を実行することにより、温度計測手段33a〜33nにてそれぞれ実測された制御量PV1、PV2、・・・、PVnおよび今回の設定値SV1、SV2、・・・、SVnを蓄積する(ステップS29)。   The model predictive control support means 12 performs injection molding on the control amounts PV1, PV2,..., PVn and the current set values SV1, SV2,..., SVn actually measured by the temperature measuring means 33a to 33n. When the data is input from the machine, the data logging means 16 executes the logging function, thereby controlling the control amounts PV1, PV2,..., PVn and the current set value SV1, respectively measured by the temperature measuring means 33a to 33n. SV2,..., SVn are accumulated (step S29).

そして、データロギング手段16はロギング機能を終了させるかどうかを判断し(ステップS30)、ロギング機能を継続させる場合、ステップS29に戻って以上の動作を繰り返す。
また、多点温度調節手段21は、モデル予測制御による温調機能を終了させるかどうかを判断し(ステップS17)、モデル予測制御による温調機能を継続させる場合、ステップS14に戻って以上の動作を繰り返す。
Then, the data logging means 16 determines whether or not to end the logging function (step S30), and when continuing the logging function, returns to step S29 and repeats the above operation.
Further, the multipoint temperature adjusting means 21 determines whether or not to end the temperature adjustment function by the model prediction control (step S17), and when continuing the temperature adjustment function by the model prediction control, returns to step S14 and performs the above operation. repeat.

これにより、ゾーンZ、Z、・・・、Zごとに分割されたシリンダ31の多点温調制御にモデル予測制御を適用した上で、モデル予測制御の設計パラメータの最適化を図ることが可能となり、制御性能とロバスト性の両立を図りつつ、モデル予測制御に基づいて多点温調制御を連携させながらゾーンZ、Z、・・・、Zごとに分割されたシリンダ31の温度を制御することが可能となる。このため、ゾーンZ、Z、・・・、Zごとに分割されたシリンダ31にゾーン間の干渉やシステム変動が発生した場合においても、システム変動に応じた制御の自動化や制御安定性を実現することが可能となるとともに、複数の温度制御領域間で起こる干渉を考慮した制御を行うことが可能となり、多点温調制御の高精度化を図ることが可能となる。 Thereby, after applying the model predictive control to the multipoint temperature control of the cylinder 31 divided for each of the zones Z 1 , Z 2 ,..., Z n , the design parameters of the model predictive control are optimized. Cylinders divided into zones Z 1 , Z 2 ,..., Z n while coordinating multi-point temperature control based on model predictive control while achieving both control performance and robustness. The temperature of 31 can be controlled. For this reason, even when interference between the zones or system fluctuation occurs in the cylinder 31 divided for each of the zones Z 1 , Z 2 ,..., Z n , control automation and control stability according to the system fluctuation In addition, it is possible to perform control in consideration of interference occurring between a plurality of temperature control regions, and it is possible to improve the accuracy of multipoint temperature control.

本発明の一実施形態に係る温度制御システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the temperature control system which concerns on one Embodiment of this invention. 図1の温度制御システムのデータの流れを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the data flow of the temperature control system of FIG. 図1のモデル予測制御手段の概略構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of schematic structure of the model prediction control means of FIG. 図1の温度制御システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the temperature control system of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

11 パーソナルコンピュータ
12 モデル予測制御支援手段
13 モデル同定手段
14 オートチューニング手段
15 シミュレーション手段
16 データロギング手段
17 表示手段
18、19 通信線
21 多点温度調節手段
22 パネルコンピュータ
23、41 モデル予測制御手段
24 多ループ温調計
31 シリンダ
24a〜24n PID制御部
32a〜32n ヒータ
33a〜33n 温度計測手段
43 遅延手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Personal computer 12 Model prediction control support means 13 Model identification means 14 Auto tuning means 15 Simulation means 16 Data logging means 17 Display means 18, 19 Communication line 21 Multipoint temperature control means 22 Panel computer 23, 41 Model prediction control means 24 Many Loop temperature controller 31 Cylinder 24a-24n PID controller 32a-32n Heater 33a-33n Temperature measuring means 43 Delay means

Claims (11)

複数の温度制御領域を持つ制御対象の多点温調制御をモデル予測制御に基づいて連携させながら行う多点温度調節手段と、
前記モデル予測制御における設計パラメータの最適化を前記モデル予測制御の上位で行うモデル予測制御支援手段とを備えることを特徴とする温度制御装置。
Multi-point temperature adjusting means for performing multi-point temperature control of a control target having a plurality of temperature control regions while linking based on model predictive control;
A temperature control apparatus comprising: model predictive control support means for performing optimization of design parameters in the model predictive control at a higher level than the model predictive control.
前記多点温度調節手段は、
前記モデル予測制御支援手段にて最適化された設計パラメータに従ってモデル予測制御を行うことにより、前記多点温調制御における設定値を算出するモデル予測制御手段と、
前記モデル予測制御手段にて算出された設定値に基づいて、シリンダの多点温調制御を行う多ループ温調計とを備えることを特徴とする請求項1記載の温度制御装置。
The multipoint temperature adjusting means includes:
Model predictive control means for calculating a set value in the multi-point temperature control by performing model predictive control according to the design parameter optimized by the model predictive control support means;
The temperature control apparatus according to claim 1, further comprising: a multi-loop temperature controller that performs multi-point temperature control of the cylinder based on the set value calculated by the model predictive control unit.
前記モデル予測制御支援手段は、
モデル予測制御の設計パラメータの算出対象となるモデルを同定するモデル同定手段と、
前記モデル同定手段にて同定されたモデルを対象として前記モデル予測制御における最適化された設計パラメータを算出するオートチューニング手段と、
前記モデル予測制御における設計パラメータが与えられた時の前記多点温度調節手段の動作を模擬するシミュレーション手段と、
前記多点温調制御におけるデータを蓄積するデータロギング手段とを備えることを特徴とする請求項1または2記載の温度制御装置。
The model predictive control support means includes
Model identification means for identifying a model that is a calculation target of design parameters for model predictive control;
Auto-tuning means for calculating a design parameter optimized in the model predictive control for the model identified by the model identifying means;
Simulation means for simulating the operation of the multi-point temperature adjustment means when given design parameters in the model predictive control;
The temperature control apparatus according to claim 1, further comprising a data logging unit that accumulates data in the multipoint temperature control.
前記モデル予測制御手段は、予測ホライズンにおける出力が参照軌道と一致するような設定値を算出することを特徴とする請求項2または3記載の温度制御装置。   4. The temperature control apparatus according to claim 2, wherein the model predictive control means calculates a set value such that an output in the predictive horizon coincides with a reference trajectory. 前記モデル予測制御支援手段は、パーティクル・スウォーム・オプティマイゼーションを用いることで、前記モデル予測制御における設計パラメータを最適化することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項記載の温度制御装置。   5. The temperature control apparatus according to claim 1, wherein the model predictive control support unit optimizes design parameters in the model predictive control by using particle swarm optimization. 6. . 前記モデル同定手段は、前記シリンダの各ゾーンのステップ入力に対する設定値および制御量について最小二乗法を適用することにより、前記モデルの伝達関数を求めることを特徴とする請求項3から5のいずれか1項記載の温度制御装置。   6. The model identification unit according to claim 3, wherein the model identification unit obtains a transfer function of the model by applying a least square method to a set value and a control amount with respect to a step input of each zone of the cylinder. The temperature control apparatus according to 1. 前記モデル同定手段は、前記シリンダの各ゾーンのステップ入力に対する設定値および制御量について最小二乗法を適用することにより、前記モデルの伝達関数を求め、干渉項の伝達関数はゾーン2からゾーン1への熱干渉のみをモデリングすることを特徴とする請求項3から5のいずれか1項記載の温度制御装置。   The model identification means obtains the transfer function of the model by applying a least square method to the set value and control amount for the step input of each zone of the cylinder, and the transfer function of the interference term is changed from zone 2 to zone 1. The temperature control apparatus according to any one of claims 3 to 5, wherein only the thermal interference is modeled. 前記シミュレーション手段は、前記オートチューニング手段にて算出された設計パラメータを用いたモデル予測制御を模擬するとともに、前記モデル予測制御にて算出された設定値を入力とする多点温調制御を模擬し、その実行結果を画面上に表示させることを特徴とする請求項3から7のいずれか1項記載の温度制御装置。   The simulation means simulates model predictive control using the design parameter calculated by the auto-tuning means and also simulates multi-point temperature control using the set value calculated by the model predictive control as an input. The temperature control apparatus according to claim 3, wherein the execution result is displayed on a screen. 前記データロギング手段は、前記多点温度制御における設定値、制御量および操作量を画面上に表示させることを特徴とする請求項3から8のいずれか1項記載の温度制御装置。   The temperature control apparatus according to claim 3, wherein the data logging unit displays a set value, a control amount, and an operation amount in the multipoint temperature control on a screen. モデル予測制御における設計パラメータの最適化を行うステップと、
前記最適化された設計パラメータに従ってモデル予測制御を行うことにより、多点温調制御における設定値を算出するステップと、
前記モデル予測制御にて算出された設定値に基づいて、複数の温度制御領域を持つ制御対象の多点温調制御を行うステップとを備えることを特徴とする温度制御方法。
A step of optimizing design parameters in model predictive control;
Performing model predictive control according to the optimized design parameters to calculate a set value in multi-point temperature control;
A temperature control method comprising: performing multi-point temperature control of a control target having a plurality of temperature control regions based on the set value calculated in the model predictive control.
モデル予測制御における設計パラメータの最適化を行わせるステップと、
前記最適化された設計パラメータに従ってモデル予測制御を行わせることにより、多点温調制御における設定値を算出させるステップと、
前記モデル予測制御にて算出された設定値に基づいて、複数の温度制御領域を持つ制御対象の多点温調制御を行わせるステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする温度制御プログラム。
A step of optimizing design parameters in model predictive control;
Calculating a set value in multi-point temperature control by causing model predictive control to be performed according to the optimized design parameters;
A temperature control program that causes a computer to execute multi-point temperature control of a control target having a plurality of temperature control regions based on a set value calculated by the model predictive control.
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