JP2009276872A - 制御方法、温度制御方法、制御装置および温度調節器 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数チャンネルを関連付けた制御において、特性が異なるチャンネルが存在する場合に、制御性能が悪化するのを回避する。
【解決手段】複数の各チャンネルのステップ応答波形を計測し（ステップｎ１）、複数の各チャンネルの最大傾きＲの内の最大値を抽出し（ステップｎ２）、最大値の１／２を閾値として、複数のチャンネルを、最大傾きＲでグループ分けできるか否か判定し（ステップｎ３）、グループ分けできるときには、複数チャンネルの内に特性の異なるチャンネルが存在するとして、最大傾きＲが小さいグループのチャンネルの検出温度の平均温度を代表温度に変換し（ステップｎ４，５）、傾斜温度制御を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、制御対象の温度や圧力などの物理状態を制御する制御方法、制御装置、制御対象の温度を制御する温度制御方法および温度調節器に関し、更に詳しくは、複数チャンネルの制御に好適な技術に関する。

従来、制御対象の複数の制御点の温度を検出し、検出した温度に基づいて、各制御点に対応する複数のヒータの通電を制御して、制御対象の複数の制御点の温度を制御する、いわゆる、複数チャンネルの温度制御を行なう場合に、チャンネル間の干渉を低減する温度制御方法として、複数の制御点に対応する複数の検出温度を、代表温度として、例えば、複数の検出温度の平均温度に変換するとともに、傾斜温度として、複数の検出温度に基づく温度差にそれぞれ変換し、平均温度と傾斜温度とを制御量として温度制御する手法（以下「傾斜温度制御」ともいう）がある（例えば、特許文献１参照）。

図１０は、上記傾斜温度制御手法を、２チャンネルの温度制御に適用した場合の構成図である。

制御対象２の２つの制御点の温度を図示しない２つの温度センサでそれぞれ検出し、検出温度を、モード変換器３ａによって、代表温度としての両検出温度の平均温度および両検出温度の温度差である傾斜温度に変換し、平均温度と目標平均温度との偏差または傾斜温度と目標傾斜温度との偏差を、各ＰＩＤ制御部４−１，４−２にそれぞれ入力する。

モード変換器３ａでは、モード変換のための行列であるモード変換行列Ｇｍに従って、両検出温度が、代表温度である平均温度と、傾斜温度である温度差とに変換される。この例では、モード変換行列Ｇｍは、次の通りである。

各ＰＩＤ制御部４−１，４−２は、平均温度の偏差または傾斜温度の偏差をなくすように操作量を演算出力し、前置補償器５では、傾斜温度の操作量の変化に対して傾斜温度だけが反応し、平均温度への反応は小さくなるように、また逆に、平均温度の操作量の変化に対して平均温度だけが反応し、傾斜温度への反応が小さくなるように操作量を配分して制御出力とし、この制御出力によって制御対象２の温度を制御する。

傾斜温度制御が提案される以前の従来の制御では、チャンネル毎に制御する、すなわち、制御対象の２点の各点を個別に制御するために、一方の点の制御が他方の点の制御に影響を与えて高精度の制御が困難であったのに対して、この傾斜温度制御では、２点の平均温度と２点の温度差である傾斜温度とを制御量とし、２つのチャンネルを関連付けて制御することにより、高精度な制御を可能とするものである。
特許第３２７８８０７号公報

上記傾斜温度制御機能を有する従来の温度調節器では、上記モード変換行列のデフォルト値が設定されており、このデフォルト値では、上記のモード変換行列のように、複数のチャンネルの平均温度を代表温度に隣接チャンネルの温度差を傾斜温度に変換するように設定されている。

しかしながら、制御対象の特性によって、関連付けて傾斜温度制御される複数のチャンネル内に、例えば、熱容量やむだ時間といった特性が大きく異なるチャンネルが存在するような場合には、上記のようなデフォルト値では、均一な温度制御ができなかったり、オーバーシュートが生じるときがあるといった課題がある。

図１１は、３チャンネルの傾斜温度制御の応答波形を示すものであり、制御対象の特性によって、実線で示される第３のチャンネルが、破線および仮想線で示される第１，第２のチャンネルに比べて、むだ時間Ｌが非常に大きく、最大傾きＲが非常に小さくなっている。

この図１１の傾斜温度制御のモード変換行列Ｇｍは、上述のデフォルト値であり、下記の式に示すように、第１〜第３の３つのチャンネルの平均温度を代表温度とし、隣接チャンネルである第１のチャンネルと第２のチャンネルとの温度差および第２のチャンネルと第３のチャンネルとの温度差を傾斜温度として変換するものである。

このように従来のモード変換行列のデフォルト値では、制御性能が悪くなる場合があるという課題がある。

かかる場合に、ユーザがモード変換行列を設定することが考えられるが、設定には、知識や経験が必要であり、簡単にモード変換行列を設定するのは困難である。

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、関連付けられた複数チャンネルの制御において、特性が異なるチャンネルが存在する場合に、制御性能が悪化するのを抑制できる制御方法、制御装置およびそれを用いた温度制御方法、温度調節器を提供することを目的とする。

（１）本発明の制御方法は、制御対象の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの複数の検出情報に基づいて、前記制御対象の物理状態を複数チャンネルで制御するとともに、前記複数チャンネルを関連付けて制御する方法であって、前記複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップの判定結果に応じた制御を行う制御ステップとを備えている。

物理状態とは、温度 、圧力、流量、速度あるいは液位などの様々な物理量の状態をいう。

検出情報とは、検出された物理状態の情報をいい、例えば、検出温度 、検出圧力、検出流量などをいう。

複数チャンネルを関連付けて制御するとは、各チャンネルを個別に制御するのではなく、すなわち、各チャンネルの制御ループが独立ではなく、チャンネル間に何らかの関わりがあることをいい、例えば、複数チャンネルの複数の検出情報を、物理状態の勾配を示す傾斜情報および物理状態の代表状態を示す代表情報に変換して傾斜情報および温度情報を制御量として制御したり、複数チャンネルの特定のチャンネルの検出情報を代表情報として、残余のチャンネルの検出情報を、前記代表情報に追従させるような制御などをいう。

特性の異なるチャンネルとは、他のチャンネルに比べて特性が異なるチャンネルをいい、例えば、チャンネル毎に得られる応答などによる計測値を、閾値と比較することによって、特性が異なるか否かを判定するのが好ましい。

判定結果に応じた制御とは、関連付けて制御する複数チャンネルの内に、特性の異なるチャンネルが存在するか否かに応じて、制御を異ならせることをいい、例えば、複数チャンネルの複数の検出情報を、物理状態の勾配を示す傾斜情報および物理状態の代表状態を示す代表情報に変換して傾斜情報および温度情報を制御量として制御する方法では、代表情報への変換の仕方を異ならせて制御したり、あるいは、各チャンネルの検出情報を、代表情報に追従させるような制御方法では、代表情報を異ならせて制御するといったような制御などをいう。

本発明の制御方法によると、関連付けて制御する複数チャンネル内に特性が異なるチャンネルが存在するか否かを判定するので、特性が異なるチャンネルが存在すると判定されたときには、そのチャンネルによって制御性能が悪化するのを回避するような制御を行うことが可能となる。

(２)本発明の制御方法の一つの実施形態では、前記複数の検出情報を、前記物理状態の勾配を示す傾斜情報に変換するとともに、物理状態の代表状態を示す代表情報に変換する変換ステップを備え、前記判定ステップでは、前記複数の各チャンネルの応答に基づいて前記判定を行い、前記制御ステップでは、前記傾斜情報および前記代表情報を制御量として制御し、前記変換ステップでは、前記判定結果に応じた前記代表情報に変換する。

物理状態の勾配とは、温度勾配、圧力勾配、流量勾配、速度勾配などの様々な物理量の勾配をいう。

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

この実施形態によると、複数チャンネルに対応する複数の検出情報を、傾斜情報および代表情報に変換し、傾斜情報および代表情報を制御量として制御することにより、複数チャンネルを関連付けて制御し、複数チャンネル内に特性が異なるチャンネルが存在するか否かを判定し、その判定結果に応じて、異なる代表情報に変換するので、特性が異なるチャンネルが存在するときには、そのチャンネルによって制御性能が悪くなるのを回避するような代表情報を用いて制御するといったことが可能となる。

(３)本発明の温度制御方法は、制御対象の複数の制御点の検出温度に基づいて、制御対象の温度を複数チャンネルで制御するとともに、前記複数チャンネルを関連付けて制御する方法であって、前記複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップの判定結果に応じた制御を行う制御ステップとを備えている。

複数チャンネルを関連付けて制御するとは、各チャンネルを個別に制御するのではなく、すなわち、各チャンネルの制御ループが独立ではなく、チャンネル間に何らかの関わりがあることをいい、例えば、複数チャンネルの複数の検出温度を、温度の勾配(温度差)を示す傾斜温度および温度状態の代表状態を示す代表温度に変換して傾斜温度および代表温度を制御量として制御したり、複数チャンネルの特定のチャンネルの検出温度を代表温度として、残余のチャンネルの検出温度を、前記代表温度に追従させるような制御などをいう。

判定結果に応じた制御とは、関連付けて制御する複数チャンネル内に、特性の異なるチャンネルが存在するか否かに応じて、制御を異ならせることをいい、例えば、異なる代表温度を用いて制御することなどをいう。

本発明の温度制御方法によると、関連付けて制御する複数チャンネル内に特性が異なるチャンネルが存在するか否かを判定するので、特性が異なるチャンネルが存在するときには、そのチャンネルによって制御性能が悪化するのを回避するような制御を行うことが可能となる。

（４）本発明の温度制御方法の一つの実施形態では、複数の制御点の検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換ステップを備え、前記判定ステップでは、前記複数の各チャンネルの応答に基づいて前記判定を行い、前記制御ステップでは、前記傾斜温度および前記代表温度を制御量として制御し、前記変換ステップでは、前記判定結果に応じた前記代表温度に変換する。

複数の検出温度の代表温度および傾斜温度への変換は、変換のための行列を用いて行ってもよく、前記判定結果に応じて、変換のための行列を異ならせるようにしてもよい。

この実施形態によると、複数チャンネルに対応する複数の検出温度を、傾斜温度および代表温度に変換し、傾斜温度および代表温度を制御量として制御することにより、複数チャンネルを関連付けて制御し、複数チャンネル内に特性が異なるチャンネルが存在するか否かを判定し、その判定結果に応じて、異なる代表温度に変換するので、特性が異なるチャンネルが存在するときには、そのチャンネルによって制御性能が悪化するのを回避するような代表温度に変換して制御することが可能となる。

（５）上記（４）の実施形態では、前記判定ステップでは、前記複数の各チャンネルのステップ応答波形の最大傾きと閾値とに基づいて判定してもよい。

閾値は、複数の各チャンネルについてそれぞれ得られるステップ応答波形の最大傾きの内、最も大きな最大傾き、あるいは、最も小さな最大傾きに基づく値としてもよい。

最大傾きが、全てのチャンネルについて、閾値よりも大きい、あるいは、小さいときには、特性の異なるチャンネルは存在しないと判定し、また、最大傾きが、閾値よりも大きいチャンネルと閾値よりも小さいチャンネルとが混在するときには、特性の異なるチャンネルが存在すると判定するのが好ましい。

この実施形態によると、各チャンネルのステップ応答波形の最大傾きに基づいて、複数チャンネル内に特性が異なるチャンネルが存在するか否かを判定することができる。

（６）上記（４）または（５）の実施形態では、前記変換ステップでは、前記判定結果が、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在しないものであるときには、複数チャンネルの検出温度の平均温度を、代表温度とし、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するものであるときには、前記複数チャンネルを複数のグループに区分して、応答の遅い前記グループのチャンネルの検出温度に基づく温度を、代表温度としてもよい。

複数のグループは、判定ステップで判定に用いたステップ応答波形の最大傾きなどによって区分するのが好ましい。

前記判定結果が、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在しないものであるときには、複数チャンネルの隣接チャンネルの温度差を、傾斜温度としてもよい。

前記判定結果が、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するものであるときには、前記応答の遅いグループは、隣接チャンネルの温度差を傾斜温度とし、前記応答の遅いグループ以外のグループは、代表温度との温度差を傾斜温度としてもよい。

この実施形態によると、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するときには、複数チャンネルを複数のグループに区分して、応答の遅い前記グループのチャンネルの検出温度に基づく温度を、代表温度とする傾斜温度制御を行うので、応答の遅いチャンネルの検出温度に基づく代表温度に、他のチャンネルを追従させることが可能となり、これによって、特性が異なるチャンネルが存在することによる制御性能の悪化を抑制することができる。

（７）上記（６）の実施形態では、前記変換ステップでは、前記判定結果が、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するものであるときには、前記応答の遅い前記グループのチャンネルの検出温度の平均温度を、代表温度としてもよい。

この実施形態によると、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するときには、複数チャンネルを複数のグループに区分して、応答の遅い前記グループのチャンネルの検出温度の平均温度を、代表温度とする傾斜温度制御を行うので、応答の遅いグループのチャンネルの検出温度の平均である代表温度に、他のグループのチャンネルを追従させることが可能となり、これによって、特性が異なるチャンネルが存在することによる制御性能の悪化を抑制することができる。

（８）本発明の制御装置は、制御対象の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの複数の検出情報に基づいて、制御対象の物理状態を複数チャンネルで制御するとともに、前記複数チャンネルを関連付けて制御する装置であって、前記複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に応じた制御を行う制御手段とを備えている。

本発明の制御装置によると、関連付けて制御する複数チャンネル内に特性が異なるチャンネルが存在するか否かを判定するので、特性が異なるチャンネルが存在すると判定されたときには、そのチャンネルによって制御性能が悪化するのを回避するような制御を行うことが可能となる。

（９）本発明の制御装置の一つの実施形態では、前記複数の検出情報を、前記物理状態の勾配を示す傾斜情報に変換するとともに、物理状態の代表状態を示す代表情報に変換する変換手段を備え、前記判定手段は、前記複数の各チャンネルの応答に基づいて前記判定を行うものであり、前記制御手段は、前記傾斜情報の偏差に基づいて操作量を算出する傾斜情報用の制御部と、代表情報の偏差に基づいて、操作量を算出する代表情報用の制御部と備え、前記変換手段は、前記判定結果に応じた前記代表情報に変換する。

この実施形態によると、複数チャンネルに対応する複数の検出情報を、傾斜情報および代表情報に変換し、傾斜情報および代表情報を制御量として制御することにより、複数チャンネルを関連付けて制御し、複数チャンネル内に特性が異なるチャンネルが存在するか否かを判定し、その判定結果に応じて、異なる代表情報に変換するので、特性が異なるチャンネルが存在するときには、そのチャンネルによって制御性能が悪くなるのを回避するような代表情報を用いて制御するといったことが可能となる。

（１０）本発明の温度調節器は、制御対象の複数の制御点の検出温度に基づいて、制御対象の温度を複数チャンネルで制御するとともに、前記複数チャンネルを関連付けて制御する温度調節器であって、前記複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に応じた制御を行う制御手段とを備えている。

本発明の温度調節器によると、関連付けて制御する複数チャンネル内に特性が異なるチャンネルが存在するか否かを判定するので、特性が異なるチャンネルが存在するときには、そのチャンネルによって制御性能が悪化するのを回避するような制御を行うことが可能となる。

（１１）本発明の温度調節器の一つの実施形態では、複数の制御点の検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段を備え、前記判定手段は、前記複数の各チャンネルの応答に基づいて前記判定を行うものであり、前記制御手段は、前記傾斜温度の偏差に基づいて操作量を算出する傾斜温度用の制御部と、代表温度の偏差に基づいて操作量を算出する代表温度用の制御部と備え、前記変換手段は、前記判定結果に応じた前記代表温度に変換してもよい。

この実施形態によると、複数チャンネルに対応する複数の検出温度を、傾斜温度および代表温度に変換し、傾斜温度および代表温度を制御量として制御することにより、複数チャンネルを関連付けて制御し、複数チャンネル内に特性が異なるチャンネルが存在するか否かを判定し、その判定結果に応じて、異なる代表温度に変換するので、特性が異なるチャンネルが存在するときには、そのチャンネルによって制御性能が悪化するのを回避するような代表温度に変換して制御することが可能となる。

（１２）上記（１１）の実施形態では、前記判定手段は、前記複数の各チャンネルのステップ応答波形の最大傾きと閾値とに基づいて判定してもよい。

この実施形態によると、各チャンネルのステップ応答波形の最大傾きに基づいて、複数チャンネル内に特性が異なるチャンネルが存在するか否かを判定することができる。

（１３）上記（１１）または（１２）の実施形態では、前記変換手段は、前記判定結果が、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在しないものであるときには、複数チャンネルの検出温度の平均温度を、代表温度とし、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するものであるときには、前記複数チャンネルを複数のグループに区分して、応答の遅い前記グループのチャンネルの検出温度に基づく温度を、代表温度としてもよい。

この実施形態によると、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するときには、複数チャンネルを複数のグループに区分して、応答の遅い前記グループのチャンネルの検出温度に基づく温度を、代表温度とする傾斜温度制御を行うので、応答の遅いチャンネルの検出温度に基づく代表温度に、他のチャンネルを追従させることが可能となり、これによって、特性が異なるチャンネルが存在することによる制御性能の悪化を抑制することができる。

（１４）上記（１３）の実施形態では、前記変換手段は、前記判定結果が、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するものであるときには、前記応答の遅い前記グループのチャンネルの検出温度の平均温度を、代表温度としてもよい。

この実施形態によると、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するときには、複数チャンネルを複数のグループに区分して、応答の遅い前記グループのチャンネルの検出温度の平均温度を、代表温度とする傾斜温度制御を行うので、応答の遅いグループのチャンネルの検出温度の平均である代表温度に、他のグループのチャンネルを追従させることが可能となり、これによって、特性が異なるチャンネルが存在することによる制御性能の悪化を抑制することができる。

本発明によれば、関連付けて制御する複数チャンネル内に、特性が異なるチャンネルが存在するか否かを判定するので、特性が異なるチャンネルが存在するときには、そのチャンネルによって制御性能が悪化するのを回避するように制御することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の一つの実施形態の温度調節器を備える温度制御システムの概略構成図である。

この実施形態の温度調節器１は、制御対象２の３つの制御点に対応する３つの検出温度を、後述のモード変換行列に従って、代表温度と傾斜温度とに変換し、代表温度と傾斜温度とを制御量として３チャンネルの傾斜温度制御を行うものである。

この温度調節器１は、図示しない３つの温度センサからの検出温度を、モード変換行列に従って１つの代表温度および２つの傾斜温度に変換するモード変換器３と、このモード変換器３からの各温度と目標温度との偏差に基づいて、操作量をそれぞれ演算する３つのＰＩＤ制御部４−１〜４−３と、各ＰＩＤ制御部４−１〜４−３からの操作量を、各ＰＩＤ制御部による制御が、他のＰＩＤ制御部による制御に与える影響をなくす又は小さくするように配分して３チャンネルの制御出力を与える前置補償器５とを備えており、各制御出力によって、制御対象２に配設されている図示しない３つのヒータの通電が制御されるものであり、入出力の数が３つの３チャンネルである。

３つのＰＩＤ制御部４−１〜４−３の内、第１のチャンネルに対応するＰＩＤ制御部４−１は、代表温度の偏差に基づいて、操作量を演算する代表温度用のＰＩＤ制御部であり、第２，第３のチャンネルに対応するＰＩＤ制御部４−２，４−３は、傾斜温度の偏差に基づいて、操作量を演算する傾斜温度用のＰＩＤ制御部である。

なお、傾斜温度の目標温度は、この実施形態では、均一な温度に制御するので、「０℃」が設定される。

上記モード変換器３、ＰＩＤ制御部４−１〜４−３および前置補償器５等は、例えば、マイクロコンピュータによって構成される。

上述の図１０に示される従来の傾斜温度制御を行う温度調節器では、モード変換器３ａのモード変換行列は、上述のように、複数チャンネルの検出温度の平均温度を代表温度に、隣接チャンネルの検出温度の温度差を傾斜温度に変換するようにデフォルト値が設定されており、このため、制御対象の特性によって、複数のチャンネル内に、特性が大きく異なるチャンネルが存在するような場合には、制御性能が悪化するときがあった。

このため、この実施形態では、傾斜温度制御のチューニングの際のステップ応答波形に基づいて、複数のチャンネル内に、特性が大きく異なるチャンネルが存在するか否かを判定し、判定結果に応じたモード変換行列を算出して、前記モード変換器３に設定するようにしている。

図２は、この傾斜温度制御のチューニング時のブロック図であり、上述の図１に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

この傾斜温度制御のチューニングは、例えば、特開２００１−２６５４４７号公報等に記載されており、このチューニングでは、チャンネル毎に、ステップ状の操作量ＭＶ１〜ＭＶ３を、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように順番に印加し、図３（ｄ）〜（ｆ）に示される各チャンネルのステップ応答波形ＰＶ１〜ＰＶ３を計測し、各チャンネルのむだ時間および最大傾きを計測するとともに、温度上昇値ΔＰＶを計測する。

このステップ状の操作量の入力に対応する各チャンネルの温度変化ΔＰＶに基づいて、各チャンネルの干渉の度合いを計測し、この干渉の度合いに基づいて、前置補償器５における操作量の配分比を決定する。

具体的には、上記公報にも開示されているように、各チャンネルのステップ応答波形の温度変化ΔＰＶを計測して得られる制御対象２の干渉の度合いを示す行列をＧｐ、モード変換器３のモード変換行列をＧｍとすると、前置補償器５の配分比を示す行列Ｇｃは、
Ｇｃ＝（Ｇｍ・Ｇｐ）^-1
として求めることができる。

また、図４に代表的に示されるステップ応答波形のむだ時間Ｌおよび最大傾きＲから各ＰＩＤ制御部４−１〜４−３のＰＩＤ定数を、Ｚｉｅｇｌｅｒ＆Ｎｉｃｈｏｌｓ法により算出する。

この実施形態では、計測されるむだ時間Ｌおよび最大傾きＲの３チャンネルの平均値を用いて、ＰＩＤ制御部４−１〜４−３の共通のＰＩＤ定数を、Ｚｉｅｇｌｅｒ＆Ｎｉｃｈｏｌｓ法により算出する。

このため、温度調節器１は、図２に示すように、傾斜温度制御のオートチューニング時に、チャンネル毎に順番にステップ状の操作量を出力するオートチューニング用操作量出力部６と、ステップ応答波形の特徴量である最大傾きＲおよびむだ時間Ｌを計測するとともに、上述の温度変化ΔＰＶを計測する特徴量計測部７と、計測した最大傾きＲおよびむだ時間Ｌに基づいて、Ｚｉｅｇｌｅｒ＆Ｎｉｃｈｏｌｓの算出式に従って、制御パラメータであるＰＩＤ定数を算出するとともに、温度変化に基づいて、各チャンネルの干渉の度合いを示す行列を算出し、更に、前置補償器５の配分比を算出するＰＩＤ定数算出部８とを備えている。

更に、この実施形態では、このオートチューニング時のステップ応答波形の特徴量に基づいて、３つのチャンネル内に、特性が大きく異なるチャンネルが存在するか否かを判定する判定部９と、判定結果に応じたモード変換行列を算出して、前記モード変換器３に設定するモード変換行列算出部１０とを備えている。

上述のＰＩＤ算出部８では、このモード変換行列を用いて、上述の配分比の行列が算出される。

このオートチューニング用操作量出力部６、特徴量計測部７、ＰＩＤ定数算出部８、判定部９およびモード変換行列算出部１０は、上述のマイクロコンピュータによって構成される。

図５は、この判定部９およびモード変換行列算出部１０の動作説明に供するフローチャートである。

先ず、上述のように各チャンネル（ｃｈ）のステップ応答波形の最大傾きＲおよびむだ時間Ｌを計測し（ステップｎ１）、最大傾きＲの最大値を抽出する（ステップｎ２）。

この最大値の１／２を閾値として、各チャンネルを、最大傾きＲによってグループ分けできるか否かを判定する（ステップｎ３）。すなわち、各チャンネルを、その最大傾きＲが、前記閾値以上のグループと、前記閾値未満のグループとにグループ分けできるか否かを判定する。この判定によって、グループ分けできないときには、複数のチャンネル内に、特性、すなわち、最大傾きＲが大きく異なるチャンネルが存在しないことになり、また、グループ分けできるときには、複数のチャンネル内に、最大傾きＲが大きく異なるチャンネルが存在することになる。

ステップｎ３において、グループ分けできないと判定されたときには、複数のチャンネル内に特性が大きく異なるチャンネルは存在しないので、各チャンネルの検出温度の平均温度を代表温度としてステップｎ５に移る（ステップｎ６）。ステップｎ５では、代表温度に他のチャンネルが追従するように、モード変換行列を算出する。この場合、各チャンネルの特性に大きな相違がなく、各チャンネルの検出温度の平均を代表温度としているので、隣接チャンネルの温度差を傾斜温度とするモード変換行列を算出してモード変換器に設定する。

また、ステップｎ３において、グループ分けできると判定されたときには、複数のチャンネル内に特性が大きく異なるチャンネルが存在するので、最大傾きＲが小さい、すなわち、応答が遅いグループの各チャンネルの検出温度の平均温度を代表温度とし（ステップｎ４）、この代表温度に他のチャンネルが追従するように、モード変換行列を算出してモード変換器３に設定する（ステップｎ５）。この実施形態では、代表温度との差を、傾斜温度としている。

この実施形態の制御対象２は、上述の図１１のように、第３のチャンネルが、第１，第２のチャンネルに比べて、最大傾きＲが非常に小さいものである。

このため、上述のステップｎ３において、最大傾きＲが小さい第３のチャンネルと、最大傾きＲが大きい第１，第２のチャンネルとの２つのグループに分けられることになる。

したがって、上述のステップｎ４では、最大傾きＲが小さいグループのチャンネルの平均温度、この場合は、第３のチャンネルのみの平均温度、すなわち、第３のチャンネルの温度が、代表温度として変換される。

また、ステップｎ５では、代表温度との温度差、すなわち、第１のチャンネルの検出温度と代表温度である第３のチャンネルとの温度差、および、第２のチャンネルの検出温度と代表温度である第３のチャンネルとの温度差を、傾斜温度として変換する。

すなわち、モード変換行列Ｇｍは、次式となる。

このように自動的にモード変換行列Ｇｍを設定することができる。

図６は、このモード変換行列を用いてモード変換を行って傾斜温度制御をした場合の応答波形を示すものであり、上述の図１１に対応するものである。

この図６に示されるように、図１１に比べて、温度の均一性およびオーバーシュートが改善されていることが分る。

（実施形態２）
図７は、本発明の他の実施形態の制御対象２−１を示す概略図である。

この実施形態の制御対象２−１は、ノズル部１１と第１〜第４のシリンダ部１２−１〜１２−４とを備える射出成形機であり、各部１１，１２−１〜１２−４に配設された図示しない温度センサの検出温度に基づいて、各部１１，１２−１〜１２−４に配設された図示しないヒータの通電を制御するものであり、図８に示されるように、ノズル部１１から第４のシリンダ部１２−１〜１２−４までの５チャンネルの制御を行うものである。

この射出成形機では、ノズル部１１は、第１〜第４の各シリンダ部１２−１〜１２−４に比べて、熱容量が非常に小さく、ステップ応答波形の最大傾きＲが非常に大きい。

したがって、上述の図５に示されるモード変換行列の算出処理を実行すると、上述のステップｎ３において、最大傾きＲが小さい第１〜第４のシリンダ部１２−１〜１２−４に対応する第２〜第５のチャンネルと、最大傾きＲが大きいノズル部１１に対応する第１のチャンネルとの２つのグループに分けられることになる。

したがって、上述のステップｎ４では、最大傾きＲが小さいグループである第２〜第５のチャンネルの検出温度の平均温度が、代表温度として変換される。

また、ステップｎ５では、この代表温度に他のチャンネルが追従するように、モード変換行列を算出する。

この実施形態では、第１〜第４のシリンダ部１２−１〜１２−４に対応する第２〜第５のチャンネルは、特性がほぼ同じであるとともに、これらの平均温度を代表温度とするので、第２〜第５のチャンネルについては、隣接チャンネルの温度差、すなわち、第２のチャンネルと第３のチャンネルとの温度差、第３のチャンネルと第４のチャンネルの温度差、第４のチャンネルと第５のチャンネルとの温度差を、それぞれ傾斜温度として変換する。

一方、ノズル部１１に対応する第１のチャンネルは、代表温度に追従するように、代表温度との温度差を、傾斜温度として変換する。

したがって、この実施形態では、傾斜温度制御のオートチューニングによって、次式で示されるモード変換行列Ｇｍが算出されることになる。

図８のモード変換器３は、このモード変換行列Ｇｍに従って、５つのチャンネルの検出温度を、代表温度と傾斜温度とに変換する。

（その他の実施形態）
上述の各実施形態では、３チャンネルあるいは５チャンネルの傾斜温度制御について説明したけれども、傾斜温度制御を行うチャンネル数は任意であり、また、複数チャンネルで行う傾斜温度制御を一つのグループとし、傾斜温度制御を行う前記グループを複数としてもよい。

上述の各実施形態では、傾斜温度制御に適用して説明したけれども、本発明は、傾斜温度制御に限らず、複数チャンネルを関連付ける制御に適用できるものである。

例えば、図９は、３つのチャンネルを一つのグループとして制御するものであって、第１のチャンネルは、目標温度ＳＰになるようにＰＩＤ制御部１３−１で操作量ＭＶ１を算出し、第２，第３のチャンネルは、第１のチャンネルの検出温度ＰＶ１を目標温度とし、各ＰＩＤ制御部１３−２，１３−３では、第１のチャンネルに追従するように操作量ＭＶ２，ＭＶ３を算出するものである。

このような複数チャンネルの制御においても、本発明を適用することにより、いずれのチャンネルの温度を代表温度にするかを決定することができる。すなわち、図９では、第１のチャンネルの温度を代表温度として、他のチャンネルを追従させているが、上述の実施形態にように、特性の異なるチャンネルが存在する場合には、上述の実施形態と同様にして代表温度とするチャンネルを決定すればよい。
本発明は、温度制御に限らず、圧力、流量、速度あるいは液位などの他の物理状態の制御に適用することもできる。

本発明は、複数チャンネルの温度制御などに有用である。

本発明の一つの実施の形態に係る温度調節器を備える温度制御システムのブロック図である。 傾斜温度制御のオートチューニング時のブロック図である。 オートチューニング時の操作量および検出温度のタイムチャートである。 図３のステップ応答波形の最大傾きおよびむだ時間を示す図である。 動作説明に供するフローチャートである。 図１の実施形態の応答波形を示す図である。 本発明の他の実施形態の制御対象の概略図である。 図７に対応するブロック図である。 本発明の他の実施形態を説明するためのブロック図である。 傾斜温度制御のブロック図である。 従来例の応答波形を示す図である。

符号の説明

１ 温度調節器
２，２−１ 制御対象
３ モード変換器
４−１〜４−３ ＰＩＤ制御部
５ 前置補償器
９ 判定部

Claims (14)

1. 制御対象の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの複数の検出情報に基づいて、前記制御対象の物理状態を複数チャンネルで制御するとともに、前記複数チャンネルを関連付けて制御する方法であって、
   前記複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するか否かを判定する判定ステップと、
   前記判定ステップの判定結果に応じた制御を行う制御ステップとを備えることを特徴とする制御方法。
2. 前記複数の検出情報を、前記物理状態の勾配を示す傾斜情報に変換するとともに、物理状態の代表状態を示す代表情報に変換する変換ステップを備え、
   前記判定ステップでは、前記複数の各チャンネルの応答に基づいて前記判定を行い、
   前記制御ステップでは、前記傾斜情報および前記代表情報を制御量として制御し、
   前記変換ステップでは、前記判定結果に応じた前記代表情報に変換する請求項１に記載の制御方法。
3. 制御対象の複数の制御点の検出温度に基づいて、制御対象の温度を複数チャンネルで制御するとともに、前記複数チャンネルを関連付けて制御する方法であって、
   前記複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するか否かを判定する判定ステップと、
   前記判定ステップの判定結果に応じた制御を行う制御ステップとを備えることを特徴とする温度制御方法。
4. 複数の制御点の検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換ステップを備え、
   前記判定ステップでは、前記複数の各チャンネルの応答に基づいて前記判定を行い、
   前記制御ステップでは、前記傾斜温度および前記代表温度を制御量として制御し、
   前記変換ステップでは、前記判定結果に応じた前記代表温度に変換する請求項３に記載の温度制御方法。
5. 前記判定ステップでは、前記複数の各チャンネルのステップ応答波形の最大傾きと閾値とに基づいて判定する請求項４に記載の温度制御方法。
6. 前記変換ステップでは、前記判定結果が、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在しないものであるときには、複数チャンネルの検出温度の平均温度を、代表温度とし、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するものであるときには、前記複数チャンネルを複数のグループに区分して、応答の遅い前記グループのチャンネルの検出温度に基づく温度を、代表温度とする請求項４または５に記載の温度制御方法。
7. 前記変換ステップでは、前記判定結果が、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するものであるときには、前記応答の遅い前記グループのチャンネルの検出温度の平均温度を、代表温度とする請求項６に記載の温度制御方法。
8. 制御対象の物理状態をそれぞれ検出する複数の検出手段からの複数の検出情報に基づいて、制御対象の物理状態を複数チャンネルで制御するとともに、前記複数チャンネルを関連付けて制御する装置であって、
   前記複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段の判定結果に応じた制御を行う制御手段とを備えることを特徴とする制御装置。
9. 前記複数の検出情報を、前記物理状態の勾配を示す傾斜情報に変換するとともに、物理状態の代表状態を示す代表情報に変換する変換手段を備え、
   前記判定手段は、前記複数の各チャンネルの応答に基づいて前記判定を行うものであり、
   前記制御手段は、前記傾斜情報の偏差に基づいて操作量を算出する傾斜情報用の制御部と、代表情報の偏差に基づいて、操作量を算出する代表情報用の制御部と備え、
   前記変換手段は、前記判定結果に応じた前記代表情報に変換する請求項８に記載の制御装置。
10. 制御対象の複数の制御点の検出温度に基づいて、制御対象の温度を複数チャンネルで制御するとともに、前記複数チャンネルを関連付けて制御する温度調節器であって、
    前記複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するか否かを判定する判定手段と、
    前記判定手段の判定結果に応じた制御を行う制御手段とを備えることを特徴とする温度調節器。
11. 複数の制御点の検出温度を、複数の検出温度に基づく傾斜温度に変換するとともに、代表的な代表温度に変換する変換手段を備え、
    前記判定手段は、前記複数の各チャンネルの応答に基づいて前記判定を行うものであり、
    前記制御手段は、前記傾斜温度の偏差に基づいて操作量を算出する傾斜温度用の制御部と、代表温度の偏差に基づいて操作量を算出する代表温度用の制御部と備え、
    前記変換手段は、前記判定結果に応じた前記代表温度に変換する請求項１０に記載の温度調節器。
12. 前記判定手段は、前記複数の各チャンネルのステップ応答波形の最大傾きと閾値とに基づいて判定する請求項１１に記載の温度調節器。
13. 前記変換手段は、前記判定結果が、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在しないものであるときには、複数チャンネルの検出温度の平均温度を、代表温度とし、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するものであるときには、前記複数チャンネルを複数のグループに区分して、応答の遅い前記グループのチャンネルの検出温度に基づく温度を、代表温度とする請求項１１または１２に記載の温度調節器。
14. 前記変換手段は、前記判定結果が、複数チャンネル内に特性の異なるチャンネルが存在するものであるときには、前記応答の遅い前記グループのチャンネルの検出温度の平均温度を、代表温度とする請求項１３に記載の温度調節器。

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