JP2010270996A - 精密温調システム、その制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精密温調システムにおいて、非定常外乱が生じた場合でも温調対象空間の空気温度の変動を最小限に抑える。
【解決手段】外乱推定部１１、ノミナルプラント１４を備える外乱オブザーバ部１０を設ける。ノミナルプラント１４は制御対象４を模擬するモデルである。制御対象４のモデル化は、温調対象空間（チャンバ等）やエアダクトにおける空気の熱量、流れを考慮して行う。外乱推定部１１は、このノミナルプラント１４のモデルに応じた伝達関数を用いて、制御対象５の出力ｙとノミナルプラント１４の出力ｙ_Ｎとの偏差（ｙ_Ｎ−ｙ）に基づいて外乱推定値ｄｍを生成・出力する。この外乱推定値ｄｍに対して所定のゲインＫ_ＡＤＤ（≦１；例えば０．７程度）を乗じた値を、操作量ＭＶ（ｓ）に加える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、精密温調システムに関する。

半導体製造工場等で用いられるクリーンルーム等（チャンバ）においては、作業環境の条件が厳しく求められる。この条件としては例えば、室温管理・清浄度の維持・静粛性(振動の無い空間)等が挙げられる。室内（チャンバ内）の温度管理に関しては、空調設備による高精度で一定な温度管理が要求されている。この様なチャンバ等に関して高精度で一定な温度管理を行うシステムを、精密温調システムと呼ぶ。

この様な精密温調システムとしては、例えばフィードバック制御器（ＰＩＤ）を用いるものがよく知られている。
また、例えば特許文献１に記載の従来技術が知られている。

特許文献１の発明は、熱系プラント（例えばその図１２に示す押出成形機のシリンダ）の温度制御装置に係り、熟練者の勘や経験に頼らず、且つ、ワインドアップを生じさせることなく、簡単に温度制御を行い得るようにするものである。

特許文献１の温度制御装置は、ＰＩＤ制御部と操作量付加部と規範モデルＰｍとを有し、更にむだ時間除去手段を有する規範モデル部と、第１の切換部とを有する。操作量付加部は、制御対象Ｐを操作するための操作量を出力する。むだ時間除去手段は、規範モデルＰｍからむだ時間要素ｅ^−Ｌｓを取り除く。第１の切換部は、操作量付加部からの操作量を制御対象Ｐに入力する側と、ＰＩＤ制御部による操作量を入力する側との間で回路を切り替える。

そして、上記規範モデル部は、むだ時間除去手段によってむだ時間要素ｅ^−Ｌｓが除去された規範モデルＰｍの出力を測定し、この測定結果が予め定められた目標値に到達したときに、第１の切換部を操作して、操作量付加部からの操作量が制御対象Ｐに入力しないようにする。

また、特許文献１には、フィードフォワード制御部を設けることも開示されている。
また、特許文献１には、その図３に示すように、上記規範モデルＰｍを有する外乱オブサーバ部を備えた構成も開示されている。

特開２００１−２６５４０８号公報

ここで、上記精密温調システムに関して、例えば何らかの作業に伴ってチャンバの扉を開閉する必要が生じる場合がある。この様な扉の開閉によって外気がチャンバ内に流入する等して、チャンバ内温度が変動する。つまり、外乱による温度変動が生じる。この様なタイプの外乱（非定常外乱と呼ぶ）に対しては、フィードフォワードによる制御では十分でないケースが多いことを、本発明者は実験等により確認している。

尚、上記非定常外乱が生じる原因は、上述したチャンバの扉の開閉に限るものではない。他の例としては、例えば、チャンバに設けられたシャッターの開閉、チャンバに対するワーク（ウェハ、ガラス基板等）の出し入れ、ロボットアームの出し入れ等によっても、上記非定常外乱が生じる。

上記の通り、特許文献１には、規範モデルＰｍを有する外乱オブサーバ部についても開示されている。また、特許文献１に限らず、従来より、ＰＩＤ制御に関して規範モデルや外乱オブサーバ部を設けること自体は、よく知られているものである。

しかしながら、これは例えば電動機、発電機等を制御対象としているものが多く、上記特許文献１においても押出成形機（そのシリンダ）を制御対象としている。つまり、制御対象がマシン（機械的なもの）である場合である。

一方、上記精密温調システムにおいては、電気的な制御対象はファン、ヒータ、冷却器等であるが、本質的な制御対象はチャンバ内温度であり、空気である。
従来、精密温調システムにおいて、上記規範モデルに相当する制御対象モデルや、外乱オブサーバ部に関して、具体的なモデル化を行った例は、殆ど見当たらない。特に、上記非定常外乱に対して十分効果的な制御が行えるような制御対象モデル、外乱オブサーバ部の具体例は、見当たらない。

本発明の課題は、精密温調システムにおいて、非定常外乱が生じた場合でも温調対象空間の空気温度の変動を最小限に抑えることができる精密温調システム、その制御装置等を提供するものである。

本発明の精密温調システムは、温調対象空間と、該温調対象空間に冷却された空気を供給する供給経路内に設けられる冷却手段と、前記供給経路内に設けられ、前記冷却手段から供給される空気を加熱して前記温調対象空間に送風する加熱手段と、前記冷却手段の第１の制御装置、前記加熱手段の第２の制御装置とを備える精密温調システムを前提とする。

そして、 前記第１、第２の制御装置の少なくともいずれかは、非定常外乱に応じた補償量を生成して操作量に加算させる外乱オブザーバ部を更に備える。
この外乱オブザーバ部は、ノミナルプラントと外乱推定手段を備える。ノミナルプラントは前記温調対象空間、前記冷却手段、前記加熱手段、及び前記供給経路を含むシステム全体に関する動作を模擬する。外乱推定手段は、前記ノミナルプラントから出力される温度と前記冷却手段から供給される空気の温度または前記温調対象空間内の温度との偏差を入力し、該偏差に基づき外乱推定値を生成・出力する。

前記ノミナルプラントは、前記温調対象空間、前記冷却手段、前記加熱手段、及び前記供給経路を含むシステム全体に関する動作をモデル化し、更に該モデルを所定の条件に基づいて簡略化した簡略化モデルを用いて、決定される。

例えば一例としては、ノミナルプラントの模擬動作に係る構造式をＰ_Ｎ（ｓ）とするならば、外乱推定手段の伝達関数は１／Ｐ_Ｎ（ｓ）とする。
また、本発明の他の精密温調システムは、温調対象空間と、該温調対象空間に冷却された空気を供給する供給経路内に設けられる冷却手段と、前記冷却手段の制御装置とを有する精密温調システムであって、前記制御装置は、非定常外乱に応じた補償量を生成して操作量に加算させる外乱オブザーバ部を更に備え、該外乱オブザーバ部は、前記温調対象空間、前記冷却手段、及び前記供給経路を含むシステム全体に関する動作を模擬するノミナ
ルプラントと、前記ノミナルプラントから出力される温度と前記冷却手段から供給される空気の温度または前記温調対象空間内の温度との偏差を入力し、該偏差に基づき外乱推定値を生成・出力する外乱推定手段とを有し、該外乱推定手段による外乱推定値に基づいて前記補償量を決定する。

この様に、上記加熱手段が無い構成において、冷却手段の制御装置に上記構成の外乱オブザーバ部を備える構成としてもよい。

本発明の精密温調システム、その制御装置等によれば、精密温調システムにおいて、非定常外乱が生じた場合でも温調対象空間の空気温度の変動を最小限に抑えることができる。

本例の精密温調システムにおける制御装置の構成図である。 本例の精密温調システムに係る概略構成図（斜視透過図）である。 本例の精密温調システムのシステム構成図である。 （ａ）は制御装置を制御対象も含めてモデル化したもの、（ｂ）は制御装置の機能を説明する為の図である。 （ａ）、（ｂ）は、制御対象のモデル化について説明する為の図である。 図５（ｂ）に示すモデルを簡略化した簡略化モデルである。 （ａ）は冷却器の一般的なモデル、（ｂ）は熱交換係数の値の決定について説明する為の図である。 同定試験結果の一例を示す図である。 （ａ）は従来、（ｂ）は本手法による外乱発生時の温度変動を示す図である。 （ａ）は本例の精密温調システムの構成を模式的に示す図、（ｂ）〜（ｄ）は他の例について模式的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本例の精密温調システムにおける制御装置の構成図である。
この制御装置１は、例えば後述する図２、図３に示す吹き出し口個別加熱器２６を制御するものである。制御装置１は、各吹き出し口個別加熱器２６毎に対応して設けられる。図２、図３に示す例では、吹き出し口個別加熱器２６は３台あるので、制御装置１も３台設けられる。

制御装置１には、従来の構成に加えて、外乱オブザーバ部１０が設けられる。
尚、制御装置１は、その実態は例えばＣＰＵ等の演算処理プロセッサである。ＣＰＵ内またはＣＰＵ外のメモリには、予め所定のアプリケーションプログラムが格納されている。ＣＰＵが、このアプリケーションプログラムを読出し・実行することにより、以下に説
明する外乱オブザーバ部１０の処理機能を実現する。これは、フィードバック制御器（ＰＩＤ）２等の既存の構成に関しても同様である。尚、このアプリケーションプログラム内には、後述各種伝達関数等が予め設定されている。

従来の構成は、フィードバック制御器２等である。まず、この従来構成について簡単に説明しておく。
まず、図示の加算器４には制御対象５から検出される温調制御対象の空間（温調対象空間）の温度ｙと、目標温度ｒとが入力される。この温度ｙは、後述する図３の例では、温度センサＴＡ０１〜ＴＡ０３の何れかによって検出される、クリーンルーム２５（チャンバ）内の温度である。尚、後述する図３では、吹き出し口個別加熱器２６ｃを例にしており、以下の説明はこの例に基づくものとする。

よって、この例の場合、上記温度ｙは温度センサＴＡ０３による検出値である。また、目標温度ｒは、不図示のコントローラから入力される。作業員等がコントローラを操作することで、目標温度ｒが設定／変更される。

上記加算器４によって、目標温度ｒと実際の検出温度ｙとの偏差Ｅ（ｓ）＝（ｒ−ｙ）が得られる。この偏差Ｅ（ｓ）がフィードバック制御器２に入力される。フィードバック制御器２の出力は操作量ＭＶ（ｓ）である。

このＭＶ（ｓ）は、以下の（１）式により求められる。尚、以下の（１）式、及び後述する（２）式以降の各式における“ｓ”は、ラプラス演算子である。

尚、上記の通り、フィードバック制御器２自体は既存の構成であり、上記（１）式はよく知られたものであるので、ここでは特に説明しない。
従来では、フィードバック制御器２の出力である操作量ＭＶ（ｓ）が、制御対象５に入力され、この操作量ＭＶ（ｓ）に応じた動作が行われる。図３に示す例では、この操作量ＭＶ（ｓ）がヒータ駆動装置４４ｃに入力される。図３に示すように、制御装置１が直接的に制御する対象である吹き出し口個別加熱器２６ｃは、ヒータ２１、ファン２２等を有しており、ヒータ駆動装置４４ｃは入力される操作量ＭＶ（ｓ）に応じてヒータ２１を駆動制御する。尚、実際にはファン２２の制御も行われるが、ここではファン２２の制御に関しては言及せず、その風量は一定であるものとして説明する。

また、図３に示すように、温調対象空間（本例ではクリーンルーム２５）内には温度センサＴＡ０３が設けられている。この温度センサＴＡ０３はクリーンルーム２５内の温度を検出する為のセンサであり、特に吹き出し口個別加熱器２６ｃによって影響を受ける空間（その近辺、例えば真下等の空間）の温度を検出する。この温度センサＴＡ０３によって検出される温度データが、上記検出温度ｙである。

図１に示すように、上記従来構成に対して外乱オブザーバ部１０を設けたことにより、制御対象５には、加算器３によって上記操作量ＭＶ（ｓ）に外乱オブザーバ部１０の出力を加えたものが入力される。外乱オブザーバ部１０の出力、すなわち加算ゲイン１２からの出力は、図示の外乱推定部１１の出力ｄｍに、所定のゲイン（Ｋ_ＡＤＤ）を乗じたものである。すなわち、
ｄｍ×Ｋ_ＡＤＤ
である。

外乱推定部１１には、上記検出温度ｙとノミナルプラント１４の出力ｙ_Ｎとの偏差（ｙ_Ｎ−ｙ）が入力されて、上記ｄｍが出力される。
外乱推定部１１の構造式（伝達関数）を、以下の（２）式に示す。

よって、上記ｄｍは、以下の（３）式で求められる。

また、ノミナルプラント１４は、制御対象５を模擬するモデルであり、その伝達関数Ｐ_Ｎ（ｓ）は、以下の（４）式で示す通りである。

ここで、外乱オブザーバ部１０の構造自体は、図４（ａ）に示すレベルまで模式化した場合には、従来から知られている一般的な外乱オブザーバの構造と略同様である。図１に示す外乱オブザーバ部１０は、この様な一般的な外乱オブザーバの構造に基づいて、更に特に上記外乱推定部１１及びノミナルプラント１４に関して上述した（２）式、（４）式に示す伝達関数を想到したものである。

一般的な外乱オブザーバの構造は、例えば一例としては、参考文献１（特開２００２−１０８４１０号公報）に開示されている。外乱オブザーバに関して、図１の構造が参考文献１の図１、図２の構造と異なる点は、加算ゲイン１２を設けている点であるが、これは参考文献１においてはゲインＫ_ＡＤＤ＝１であるものとしていると考えれば、本構成と参考文献１の構成とは略同様と考えられる。

尚、ゲインＫ_ＡＤＤの値は、１以下の任意の値であり、設計者等が任意に決めて設定すればよいが、本発明者は、実験・経験等に基づき、ゲインＫ_ＡＤＤ＝０．７程度が適切である（良好な制御結果になる）と考える。これは、ゲインＫ_ＡＤＤ＝１とした場合、すなわち外乱推定部１１の出力ｄｍをそのまま用いた場合、過補償となるからである。これは、ノミナルプラント１４にモデル化誤差がある為、外乱推定値であるｄｍにも誤差を含むからである。また、通常、制御対象５に加わる外乱を推定するまでに時間が掛かるからである。

但し、従来と同様、ゲインＫ_ＡＤＤ＝１としてもよい。つまり、加算ゲイン１２を省略しても良い。本説明では、説明を簡略化する為に、加算ゲイン１２を省略して説明する場合がある。

加算ゲイン１２を省略した場合の制御装置１の動作は、まず、制御対象５の入力は、上記フィードバック制御器２の出力である操作量ＭＶ（ｓ）に上記外乱推定部１１の出力ｄｍが加わったもの（ＭＶ（ｓ）＋ｄｍ）となる。

また、加算器１３によって、この“ＭＶ（ｓ）＋ｄｍ”と上記外乱推定部１１の出力（外乱推定値）ｄｍとの偏差が得られる。つまり、偏差＝ＭＶ（ｓ）＋ｄｍ−ｄｍ＝ＭＶ（ｓ）が得られる。そして、この偏差がノミナルプラント１４に入力される。つまり、ノミナルプラント１４には、上記フィードバック制御器２の出力である操作量ＭＶ（ｓ）が入力される。そして、上記（４）式の伝達関数Ｐ_Ｎ（ｓ）により、この操作量ＭＶ（ｓ）に応じた上記ｙ_Ｎが得られる。

上記の通り、外乱オブザーバ部１０の基本的な構造（図４（ａ）に示すレベル）自体は、一般的なものであってよいが、本例の特徴は、外乱推定部１１とノミナルプラント１４の内容にある。

まず、何らかの制御対象を模擬するノミナルプラント自体は、例えば上記参考文献１に示されるように従来より存在するものである。しかしながら、例えば参考文献１では電動機／発電機に関するモデル化であり、精密温調システムに関して具体的なモデル化が行われた例は見当たらない。本発明者は、後に図５、図６で詳細に説明する通り、制御対象５に関して具体的なモデル化を行い、更に後述するように所定の仮定に基づいてこのモデルを簡略化し、この簡略化モデルに基づいて上記(４)式を決定した。

ここで、本例の制御装置１が直接的に制御するのは、吹き出し口個別加熱器２６（本例ではヒータ２１）のみである。これは、温調対象空間の一例であるクリーンルーム２５（チャンバ）内の温度を検出して、ヒータ２１出力の増減／維持を決定・制御しているものである。しかしながら、単純に、ヒータ２１出力とクリーンルーム２５（チャンバ）内の温度との関係をモデル化すれば済むというわけでない。

クリーンルーム２５（チャンバ）内の温度は、単にヒータ２１の出力によって決まるものではなく、冷却器２８による冷却性能、冷却器２８に至る前の外気との混合、クリーンルーム２５に対して出入りする熱量等の様々な要素の影響を受けるものであり、更に場合によっては外乱の影響も受けるものである。

よって、図１に示す制御対象５とは、吹き出し口個別加熱器２６（ヒータ２１）のみを意味するものではなく、図２、図３に示す精密温調システム全体を意味するものとなる。つまり、図１に示す制御対象５とは、吹き出し口個別加熱器２６、冷却器２８、クリーンルーム２５、エアダクト（供給経路）等から成るシステム全体を意味する。そして、制御対象５の動作をモデル化するには、ヒータ２１の出力、冷却器２８による冷却性能のみな
らず、空気（熱量）の流れ等も考慮する必要がある。

本例のノミナルプラント１４は、この様な意味での“制御対象５”の動作を模擬するモデルである。ノミナルプラント１４に関しては詳しくは後に説明する。
また、外乱推定部１１の上記（２）式で示す伝達関数により、適切な外乱推定を行えるようになった。ここで、本例の最適実施例では、上記（２）式において、
Ｋ_ＯＢＳ＝１／Ｋ_Ｐ、 Ｔ_Ｏ１＝Ｔ_Ｏ
とする。

ここで、上記（２）式における分母の「１＋Ｔ_Ｏ２ｓ」は、単なる計測系のノイズ除去等の為のものであり、ここではＴ_Ｏ２ｓを無視して考えるならば、上記最適実施例では上記（２）式は以下の（５）式で表されることになる。

上記の通り、（５）式は、（２）式の分母分子を逆転させたもの、つまり、１／Ｐ_Ｎ（ｓ）となる。これによって、適切な外乱推定を行え、適切な出力値（外乱推定値）ｄｍが得られることになる。この様な効果が得られる理論的な説明は、ここでは十分にはできないが、後述するように効果が得られることは実験により確認されている。また、基本的な考え方については、後に図４を参照して詳しく説明する。

以下、図４以降の説明をする前に、制御対象５の具体例について、更に本例の制御装置１が適用される精密温調システム全体について、図２、図３を参照して説明しておく。
図２は、本例の精密温調システムに係る概略構成図（斜視透過図）である。また、図３は、本例の精密温調システムのシステム構成図である。尚、図３においては、図２を平面的に模式化して示している。尚、図３は図２を模式化して平面に表現した関係上、各部位の配置関係を相対的に描画しており、実際の設置位置を表したものでは無い。尚、図２、図３は、制御対象５の構造の具体例の一例である。

図２、図３において、クリーンルーム２５は、本システム２０によって精密な温度調整を行う対象となる空間（温調対象空間）の一例である。この様な温調対象空間は、クリーンルームに限らないが（チャンバ等と呼ばれるもの全般が対象）、ここではクリーンルームを例にする。

クリーンルーム２５内の空気は、図２には示さないが図３に示す吸気ダクト２７からエアダクト（供給経路）内に吸引される。
ここで、本構成例においては、「供給経路」は、複数の小部屋（温調空間）３０（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）と、上部空間３２と、クリーンルーム上部空間３３とを含むものである。これは特に、従来の供給経路は一本道の空間であったのに対して、本例では複数の小部屋（温調空間）３０（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）に区切られている。クリーンルーム２５内の空気は、上記吸気ダクト２７から図示の小部屋（温調空間）３０ａ（最も下の小部屋）に吸入される。

この小部屋３０ａ内には、冷却器２８と送風器（ファン）２４が設けられている。また、図２には示していないが（図３には示すが）、小部屋（温調空間）３０ａには外部空気を吸入する吸気口２９が設けられている。上記吸入されたクリーンルーム２５内の空気と、吸気口２９から流入した外部空気とが混合されて、冷却性能の高い水冷による冷却器２
８によって冷却された後、送風器２４により上段の小部屋３０ｂへと送られる。

尚、図３に示す例では、この冷却に関する目標温度（後述するクリーンルーム２５内の温度に関する目標温度と区別する為、冷却目標温度と呼ぶものとする）は２１．５００℃であり、よって小部屋３０ｂへと送られる空気（冷却空気）の温度は、この冷却目標温度近辺となっているはずである。

また、尚、図２では小部屋３０ａ内において、冷却器２８と送風器２４との間に仕切りが存在するが、（図３に示すように）これは無くてもよい。
小部屋３０ｂへと送られた冷却空気は、更に上段の小部屋３０ｃへ流入し、更にそこから図示の上部空間３２に流入し、更にクリーンルーム上部空間３３に流入する。図示の通り、クリーンルーム上部空間３３には、吹き出し口個別加熱器２６がある。クリーンルーム上部空間３３に流入した空気は、図示の複数台の吹き出し口個別加熱器２６（図示の例では２６ａ、２６ｂ、２６ｃの３基）によってそれぞれ加熱される。図３に示す例では、目標温度は２３．０℃である。つまり、精密温調システム２０は、クリーンルーム２５内の温度を、この目標温度（２３．０℃）にするように制御する。

上記の通り、クリーンルーム２５内の空気は、冷却器８によって一旦冷却された後（冷却目標温度は２１．５℃）、各吹き出し口個別加熱器２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）でそれぞれ個別に加熱されて目標温度（２３．０℃）近辺の温度の空気となって、クリーンルーム２５内に流入する。尚、各吹き出し口個別加熱器２６は、図３に示すように、ファン２２＋ヒータ２１によって構成される。あるいはファン２２＋ヒータ２１＋フィルターによって構成されるものであってもよい。

クリーンルーム上部空間３３の空気（吹き出し口個別加熱器２６に流入する空気）は、温度変動が少なくなっているので、温度制御が行い易くなっており、高精度の温度制御が可能になる。つまり、冷却器２８によって冷却された空気（冷却空気）は、上記２つの小部屋３０ｂ，３０ｃや上部空間３２を介してクリーンルーム上部空間３３に流入する。各小部屋３０ｂ，３０ｃや上部空間３２において空気が攪拌されるので、温度が略均一となる（温度変動が少なくなる）。

図２に示す例では、各小部屋３０間、及び小部屋３０ｃ−上部空間３２の間には、空気の吸気口／排気口となる吸排気口３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）が設けられている。空気は、この吸排気口３１を介して、下段の小部屋３０から上段の小部屋３０（または上部空間３２）に流入する。つまり、上流側から下流側へと流れる（大きな流れとしては、図示の矢印Ａで示す方向に流れる）。つまり、小部屋３０ａにおける上記冷却空気は、図示の吸排気口３１ａを介して、その上段の小部屋３０ｂに流入する。同様に、小部屋３０ｂの空気は、図示の吸排気口３１ｂを介して、その上段の小部屋３０ｃに流入する。同様に、小部屋３０ｃの空気は、図示の吸排気口３１ｃを介して、その上段の上部空間３２に流入する。そして、更に、上部空間３２の空気がクリーンルーム上部空間３３に流入する。

ここで、各吸排気口３１は、空気の流れがジグザグ（非直線的で、比較的長い距離の空気の流れを形成）になるように配置することが望ましい。また、各小部屋３０（温調空間）に設けられる吸排気口３１は、少なくとも、各温調空間内での空気の流れる距離が最短とはならないような位置に設けられる。例えば、各温調空間内での空気の流れる距離、つまり各温調空間における２つの吸排気口間の距離が、出来るだけ長くなるようにすることが望ましい。つまり、例えば、小部屋３０ｃを例にすると、吸排気口３１ｂが図示のように部屋の一方に設けられていると、吸排気口３１ｃは図示のように反対側に設けられている。

このようにすることで、エアダクト（供給経路）が１本道である場合に比べると、空気の流れる方向に対して障害となるものが多いことから、空気は障害となるもの（小部屋３０の天井や側壁等）に突き当たり方向を変えることで攪拌されるようになる。これにより空気温度の均一化を図れる。更に、コンパクトな構成であっても空気が流れる距離を長くすることができ、これによっても空気温度の均一化を図れる。この様に、空気が流れる距離だけでなく攪拌されることによって、空気が混ざり合い、空気温度が均一になる効果が大きくなる。尚、図２に示す矢印Ａは大きな流れとして空気の流れる方向（攪拌、ジグザグ等を無視したもの）を示すものである。

上記制御装置１は、図２には示していないが、図３に示すように、吹き出し口個別加熱器２６を制御するものである。上記の通り、ここでは、３台の吹き出し口個別加熱器２６のうちの一台（吹き出し口個別加熱器２６ｃ）を例にして説明するものとする。この例において、吹き出し口個別加熱器２６ｃに対応する制御装置１ｃは、上記フィードバック制御器２、加算器４、加算器３、外乱オブザーバ部１０に相当する、ＰＩＤ２ｃ、加算器４ｃ、加算器３ｃ、外乱オブザーバ部１０ｃを備える。また、ヒータ駆動装置４４ｃは、図上では吹き出し口個別加熱器２６ｃの外に示しているが、吹き出し口個別加熱器２６ｃに含まれる構成と考えて良い。

ＰＩＤ２ｃには、加算器４ｃから上記偏差Ｅ（ｓ）＝（ｒ−ｙ）が入力される。ここでは、ｒ＝23.0℃であり、ｙは温度センサＴＡ０３によって検出される温度である。温度センサＴＡ０３は、クリーンルーム２５内の温度を検出する為のセンサであり、特にクリーンルーム２５内において吹き出し口個別加熱器２６ｃが対応する領域（例えば吹き出し口個別加熱器２６ｃの真下の空間）の温度を検出するセンサである。

温度センサＴＡ０３によって検出される温度ｙは、外乱オブザーバ部１０ｃにも入力される。そして、加算器３によって、ＰＩＤ２ｃの出力（操作量ＭＶ（ｓ））に外乱オブザーバ部１０ｃからの出力（ｄｍ×Ｋ_ＡＤＤ；但し、上記の通り、ここではＫ_ＡＤＤ＝１とするので、ｄｍ）が加算される。そして、この加算結果（ＭＶ（ｓ）＋ｄｍ）が、ヒータ駆動装置４４ｃに入力されると共に、外乱オブザーバ部１０ｃにも入力される。

ここで、図２、図３に示すように、クリーンルーム２５には扉２３が設けられている。例えば、作業員等が、この扉２３から出入りする。上記“外乱”とは、例えばこの扉２３の開閉によって生じる、クリーンルーム２５内の温度上昇（または温度低下）である。外乱オブザーバ部１０ｃは、この外乱による影響に応じた補償を行うものである。

尚、図３では比較の為、吹き出し口個別加熱器２６ａ、２６ｂに対応する制御装置については、従来の構成を示しているが、実際にはこれらの制御装置も上記制御装置１ｃと同様に図１に示す構成となっている。図示の通り、従来の構成では、ＰＩＤ２ａ、２ｂからの出力（操作量ＭＶ（ｓ））が、そのままヒータ駆動装置４４ａ、４４ｂに入力される。

尚、図３には、冷却器２８を制御する為の構成を概略的に示しているが（加算器４１、ＰＩＤ４２、ヒータ駆動装置４３、温度センサＴＡ０６、ＦＳ１、ＦＳ２、Ｈ１等）、冷却器２８及びその制御方法自体は、従来と略同様であってよいので、特に説明しない。

以下、上記図１に示す制御装置１の動作について、図４も参照して説明する。
まず、既に述べた通り、外乱オブザーバ部１０を設けた構成（図４（ａ）に示すレベル）自体は、従来の一般的な構成であり、その動作は例えば上記参考文献１に示されている通りである。つまり、例えば、参考文献１における数式１、数式２、数式３に示される通りである。違いとしては、加算ゲイン１２があることだが、上述してある通り、参考文献１ではＫ_ＡＤＤ＝１であるものとしていると見做せば、略同様と考えてよい。但し、これ
について一応、図４（ａ）を用いて説明しておく。

図４（ａ）は、上記図１に示す制御装置１を、制御対象５も含めてモデル化したものである。制御対象５に対する外乱の影響は、参考文献１における図２の場合と同様に、制御対象５への入力を、外乱ｄを差し引いたものとする。つまり、Ｋ_ＡＤＤ＝１とした場合には、図示の加算器６によってｕ＋ｄｍ−ｄが得られて、これが制御対象５の入力となる。

また、図４（ａ）では、簡略化の為、上記ＰＩＤ２の伝達関数すなわち上記（１）式においてＥ（ｓ）に乗じる部分を“Ｃ”とし、上記外乱推定部１１の伝達関数すなわち上記（２）式を“Ｐ_Ｍ”としている。また、ＭＶ（ｓ）は“ｕ”とし、Ｐ（ｓ）はＰとしている。これより、例えば、制御対象５への入力は、“ｕ＋Ｋ_ＡＤＤ・ｄｍ−ｄ”となる。

図４（ａ）に示すモデルに基づいて、ｄ→ｙの伝達特性を求める。
まず、図４（ａ）に示すモデルより以下の（ａ）式、（ｂ）式、（ｃ）式が得られる。
（ａ）；（ｙ_Ｎ−ｙ）・Ｐ_Ｍ＝ｄｍ
（ｂ）；（ｄｍ・Ｋ_ＡＤＤ＋ｕ−ｄ）・Ｐ＝ｙ
（ｃ）；（−ｄｍ＋ｄｍ・Ｋ_ＡＤＤ＋ｕ）Ｐ_Ｎ＝ｙ_Ｎ
ここで、上記参考文献１における数式２は、ｙをｙ＝ｙ_ｕ＋ｙ_ｄの形で示したものである。つまり、ｙに関しては、操作量ｕによる影響と、外乱ｄによる影響とがある。よって、例えば、ｙ_ｕ＝ｋ_ｕ×ｕ、ｙ_ｄ＝ｋ_ｄ×ｄ（ｋ_ｕ、ｋ_ｄ；係数）と表すこともできる。ここでは、ｙ_ｄについてのみ説明すると、上記（ａ）式、（ｂ）式、（ｃ）式を展開してｙに関する以下の（６）式が得られるものである
尚、ｙ_ｄを求める場合は、上記（ａ）式、（ｂ）式、（ｃ）式においてｕが無いものとしてｙの算出式を求める。同様にして、ｙ_ｕを求める場合は、上記（ａ）式、（ｂ）式、（ｃ）式においてｄが無いものとしてｙの算出式を求める。

（ａ）→（ｂ）
{（ｙ_Ｎ−ｙ）・Ｐ_Ｍ・Ｋ_ＡＤＤ−ｄ}・Ｐ＝ｙ ・・・（ｂ）’
（ａ）→（ｃ）
{（ｙ_Ｎ−ｙ）・Ｐ_Ｍ（Ｋ_ＡＤＤ−１）}）Ｐ_Ｎ＝ｙ_Ｎ
→（ｙ_Ｎ−ｙ）（Ｋ_ＡＤＤ−１）・Ｐ_ＭＰ_Ｎ＝ｙ_Ｎ ・・・（ｃ）’
（ｂ）’より
（ｙ_Ｎ−ｙ）・Ｐ_Ｍ・Ｋ_ＡＤＤ＝（ｙ／Ｐ）＋ｄ ・・・（ｂ）’’
（ｂ）’’→（ｃ）’より以下の（６）式が得られる。

ｙ＝{Ｐ（１−Ｋ_ＡＤＤＰ_ＭＰ_Ｎ＋Ｐ_ＭＰ_Ｎ）
／（Ｋ_ＡＤＤＰ_ＭＰ_Ｎ−Ｐ_ＭＰ_Ｎ−１−ＰＫ_ＡＤＤＰ_Ｍ）}×ｄ ・・・（６）式
上記（６）式におけるｙが上記ｙ_ｄに相当することになる。

よって、ここで上記（６）式においてＫ_ＡＤＤ＝１とすると、以下の（６）’式が得られる。
ｙ_ｄ＝{Ｐ（１−Ｐ_ＭＰ_Ｎ＋Ｐ_ＭＰ_Ｎ）
／（Ｐ_ＭＰ_Ｎ−Ｐ_ＭＰ_Ｎ−１−ＰＰ_Ｍ）}×ｄ
＝（Ｐ／−１−ＰＰ_Ｍ）}×ｄ
＝{−Ｐ／（１＋ＰＰ_Ｍ）}×ｄ （６）’式
（−Ｐ／（１＋ＰＰ_Ｍ）＝ｋ_ｄ）
上記参考文献１の数式２におけるｙ_ｄ（第２項）は“−（Ｐ／（１＋ＰＬ））”であり、Ｐ_ＭはＬに相当するものと考えてよいので（同じではなく、内容は異なるが）、従って上記（６）’式は、上記参考文献１の数式２におけるｙ_ｄ（第２項）と同じと考えてよい
。

ｙ_ｕについては特に説明しないが、同様であり、Ｋ_ＡＤＤ＝１とすると、上記参考文献１の数式２における第１項と同じとなる。
この様に、加算ゲイン１２があっても、従来と略同様の動作となると考えてよい。

そして、本例の制御装置１では、上述してある通り、精密温調システムに関して制御対象５の具体的なモデル化が行われ、且つ特に上記最適実施例のように外乱推定部１１の伝達関数をこのモデル（ノミナルプラント１４）に応じたものとすることにより、適切な外乱補償が行われることになる。これについて、図４（ｂ）を参照して説明する。尚、ここではＫ_ＡＤＤ＝１として説明する。

図４（ｂ）には、その一段目にｄ、２段目にｙ、三段目にｙ_Ｎ、４段目に“ｙ_Ｎ−ｙ”、ｄｍの具体例を示す。
まず、１段目に示すように、あるタイミングで外乱が生じ、ｄが変化したとする（例えば０→１）。これは、例えば、上記扉２３が空けられたものとする。また、ここでは、クリーンルーム２５内の温度は、外部温度よりも高いものとする。この場合、ｙの値、すなわちクリーンルーム２５内の温度は、低下していくことになるが、これは２段目に示す通り、上記ノミナルプラント１４の伝達関数（（４）式）に従った温度変化となるはずである。すなわち、
Ｐ_Ｎ＝Ｋ_Ｐ／（１＋Ｔ_Ｏｓ）
に従った温度変化となる。尚、この２段目の温度変化は、外乱オブザーバ部１０による補償が行われなかった場合を示すものであり、外乱オブザーバ部１０による補償が行われた場合、この温度変化は非常に小さいものとなる。

一方、ノミナルプラント１４の出力ｙ_Ｎは、外乱の影響を受けるわけではないので、例えばｕの値が変化しないとするならば３段目に示すように出力ｙ_Ｎの値は変化しないものとなる。従って、４段目に示す通り、外乱推定部１１の入力となる“ｙ_Ｎ−ｙ”は、上記ｙの変化を示すものとなる。つまり、温調対象空間の温度に関する外乱による影響度を示すものとなる。

ここで、上記最適実施例の場合、外乱推定部１１の伝達関数Ｐ_Ｍは、
Ｐ_Ｍ＝（１＋Ｔ_Ｏｓ）／Ｋ_Ｐ
となる。つまり、上記ノミナルプラント１４の伝達関数（（４）式）の逆となる。

よって、“ｙ_Ｎ−ｙ”に対するｄｍは、上記ｄに対するｙの場合の逆となる。つまり、５段目に示す通り、ｄに相当するものとなる。このｄｍがＰＩＤ２の出力ｕに加わることで、図４（ａ）に示すモデルにおける制御対象５への入力“ｕ＋ｄｍ−ｄ”は、ほぼ“ｕ”となり、理屈のうえではｕが変化しないならばｙも変化しないものとなる（実際には外乱の影響を完全に除外することはできない）。

本発明者は、実際に本例の制御装置１を作成し、実験によりその効果を確認している。すなわち、図９（ａ）、（ｂ）に示す通り、外乱オブザーバ部１０による補償が無い従来構成に比べて、外乱による影響（クリーンルーム２５内の温度変動）を少なくできることが確認されている。

この実験では、扉２３を６０秒間開いている。従来の制御では、図９（ａ）に示す通り、最大で０．０２４℃の温度低下が生じる。一方、本例の制御では、図９（ｂ）に示す通り、最大で０．００９℃の温度変化で済む。尚、本実験によって、Ｋ_ＡＤＤ＝０．７程度とした場合が最も効果が高いことが確認されている。

尚、本実験においては、上記ノミナルプラント１４の伝達関数（（４）式）及び外乱推定部１１の伝達関数Ｐ_ＭにおけるＴ_Ｏ、Ｋ_Ｐの値を、予め他の実験に基づいて決定した値としている。これについては後に図８を参照して説明する。

以下、図５、図６を参照して、上記ノミナルプラント１４の伝達関数（（４）式）を、どの様にして決定したのかについて説明する。
まず、本例の制御装置１は、ヒータ２１の出力を制御するものであるが、制御対象のモデル化は図２、図３に示すシステム２０全体に対して行う必要がある。

尚、図２、図３の構成は、一例を示しただけであり、この例に限らない。図２、図３の構成では、エアダクト（供給経路）を複数の小部屋（温調空間）３０（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）に区切ることで、上述した効果が得られるものである。しかし、本手法の適用対象は、この例に限らず、特に図示しないがエアダクト（供給経路）の構成を従来通り１本道（単なる通路）としてもよい。

図５（ａ）に、図２、図３に示す構成全体（制御対象５）の簡略モデルを示す。
この簡略モデルでは、まず、温調対象空間であるクリーンルーム２５内の総熱量をＱ１とし、この総熱量Ｑ１に応じた室内温度をｔ１とする。上記温度センサＴＡ０３で検出される温度はｔ１となる。また、吹き出し口個別加熱器２６によってクリーンルーム２５内に流入する熱量をｑ０（空気温度をｔ０）とし、吸気ダクト２７からクリーンルーム２５外に流出する（エアダクト（供給経路）内に流入する）熱量をｑ１とする。また、ファン２２の風量をＦａとする。これに応じて、吸気ダクト２７からの流出空気の風量もＦａと見做す。また、扉２３が空けられたことによる温度変化（外乱）をｔｄとする。また、吸気口２９から流入する外部空気の温度をｔ_ＯＡとする。

上記熱量ｑ１の空気と上記温度ｔ_ＯＡとの外部空気とが所定の割合（ここでは「ｒ：１−ｒ」（ｒ；０以上１未満の値（一例としては０〜０．３程度））とする）で混合されて、冷却器２８で冷却される。冷却器２８で冷却後の空気の熱量をｑ２とする。この空気が吹き出し口個別加熱器２６（ヒータ２１）によって加熱されて、クリーンルーム２５内に流入する。

上記簡略モデルにおいて、まず、上記Ｑ１は以下の（７）式で表される。つまり、熱量ｑ１と熱量ｑ０との差分の積分として表される。

また、ここで、２つの「空気温度−熱量変換係数」ｋａ、ｋｖを定義する。
これは、
ファン風量；Ｆａ[ｍ^３／ｓ］、空気密度；ρ［kg／ｍ^３］、比熱；ｃ［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］、装置容積；Ｖ［ｍ^３］
とすると（尚、Ｖは、クリーンルーム２５（チャンバ）の容積である）
ｋａ＝Ｆａ×ρ×ｃ［Ｊ／ｓ・Ｋ］
ｋｖ＝Ｖ×ρ×ｃ［Ｊ／Ｋ］
となるものである。

これら「空気温度−熱量変換係数」を用いて上記ｑ０、ｔ１、ｑ１を表すと以下の通り
となる。尚、熱量は［Ｗ］、温度は［℃］である。
ｑ０＝ｋａ×ｔ０
ｔ１＝Ｑ１／ｋｖ
ｑ１＝ｋａ×ｔ１
図５（ａ）に示した簡略モデルを、上記「空気温度−熱量変換係数」を用いて表したモデルが、図５（ｂ）である。

尚、図５（ｂ）ではファン２２の回転に伴って発生する熱量ｑ_Ｆも考慮している。熱量ｑ_Ｆは、ファンのモータ回転によって発生する熱量や、空気を押し出すことによる摩擦によって発生する熱量等である。

まず、上記の通り冷却器２８で冷却後の空気の熱量はｑ２であり、図５（ｂ）に示すように、吹き出し口個別加熱器２６おいて上記熱量ｑ_Ｆと、ヒータ２１による熱量ｕ［Ｗ］とがこの熱量ｑ２に加わることで、熱量ｑ０がチャンバ内に入る。

図５（ｂ）において点線が囲った部分が、チャンバ内での熱の流入・流出のモデルであり、このモデルの出力はチャンバから流出する熱量ｑ１である。この熱量ｑ１はフィードバックされて、「ｑ０−ｑ１」が得られる。この「ｑ０−ｑ１」を積分することで、チャンバ内の総熱量Ｑ１が得られる。

この総熱量Ｑ１を上記「空気温度−熱量変換係数」ｋｖによって空気温度に換算する。すなわち、ｔ＝Ｑ×（１／ｋｖ）を演算する。この空気温度ｔに上記外乱ｔｄを加える（但し、ここではｔｄはマイナスであるものとする）ことで、上記ｔ１が得られる。すなわち、チャンバ内の空気温度ｔ１が得られる。この空気温度ｔ１と上記「空気温度−熱量変換係数」ｋａとにより、チャンバから流出する熱量（上記ｑ１）を求める。このｑ１は上記の通りフィードバックして「ｑ０−ｑ１」が得られる。

上記の通り「チャンバ内での熱の流入・流出のモデル」の出力はｑ１であり、その図上右側のモデルはエアダクト（供給経路）のモデルである。まず、上記熱量ｑ１を上記「空気温度−熱量変換係数」ｋａを用いて空気温度に換算する{ｔ３＝ｑ１×（１／ｋａ）}。上記の通り、この温度ｔ３の空気と、温度ｔ_ＯＡの外部空気とが所定の比率で混合するので、図示の通り、「ｔ４＝{ｔ３×（１−ｒ）}＋（ｔ_ＯＡ×ｒ）」（ｒ；例えば０．３程度）により混合空気の温度ｔ４を求める。この空気温度ｔ４を上記「空気温度−熱量変換係数」ｋａを用いて熱量に換算したうえで、冷却器モデルに入力し、冷却器モデルから熱量ｑ２が出力される。

ここで、以下の（１）〜（３）の仮定により、図５（ｂ）のモデルを簡略化する。
＜仮定＞
（１）ファン熱量ｑ_Ｆは変化しない。あるいはその変化に伴う温調対象空間内の温度への影響が、非定常外乱による影響に比して十分に小さい。これはファンの風量が変化しないことを意味する。

（２）外気温度ｔ_ＯＡが変化しない。或いは、制御の対象時間内での温度変化が、非定常外乱による影響に比して十分に小さい（無視できるほど小さい）。
（３）冷却器における冷水コイルの冷水温度は変化しない。あるいは温調対象空間内の温度への影響が、非定常外乱による影響に比して十分に小さい。

上記仮定の元では、図５（ｂ）のモデルは、図６に示す簡略モデルとすることができる。
まず、上記仮定（１）と（２）とにより、図５（ｂ）のモデルにおけるファン熱量ｑ_Ｆ
、及び外気温度ｔ_ＯＡに係る部分は省略できる。また、「チャンバ内での熱の流入・流出のモデル」自体は、図５（ｂ）と同じである。また、上記仮定（１）、（３）により、冷却器（その冷水コイル）は図６に示すようにモデル化できる。

図６に示す簡略化モデルでは、チャンバ内に流入する熱量ｑ０は、ｑ０＝ｑ２＋ｕとなる。また、「チャンバ内での熱の流入・流出のモデル」の出力である熱量ｑ１は、上記図５（ｂ）と同様にフィードバックされて「ｑ０−ｑ１」を得る。

ここで、図示の冷却器（冷水コイル）には、上記熱量ｑ１と、ｔ１（熱量ｑ１に換算する前）とが入力され、図示の通りその出力ｑ２は、以下の通りとなる。
ｑ２＝ｑ１−（ｔ１・ｋｆ）
（ここで、ｋｆは、ｔ１と熱交換量の関係をｔ１の廻りで線形近似した係数であり、単位は、［Ｗ／Ｋ］である。以降の説明では、本係数を熱交換係数とする。）
ここで、図７を参照して、冷却器の簡略モデル化について説明する。

まず、図７（ａ）には冷却器の一般的な概略構成図を示す。
この概略構成では、冷却器の冷水コイルをメインに示す（他の構成は省略する）。温度ｔａの空気（熱量ｑ１）が風量Ｆａで冷水コイルに流入し、熱量ｑ２の空気（風速は変わらずＦａ）となって流出する。冷水コイルには、水速Ｆｗで冷却水が流入・流出している。冷水コイルに流入する直前の冷却水の温度をｔwa、冷水コイルから流出した直後の冷却水温度をｔw1とする。尚、冷却器には、当然、冷却水を生成・送出する構成も存在するが、ここでは省略する。

この冷却コイルにおける熱交換量をｑexとすると、
ｑ２＝ｑ１−ｑex
となる。

ここで、冷水コイルにおける熱交換量ｑexは、以下の式により求められる。
ｑex＝ｋｆ×（ｔａ−ｔwa）
ここで、上記仮定（３）により冷水温度ｔwaは変化しないので、冷水温度ｔwaは省略し（０と見做し）、上記の式は以下の通りとなる。

ｑex＝ｋｆ×ｔａ
よって、ｑ２＝ｑ１−ｋｆ×ｔａ
となる。

上記図５、図６の例ではｔａ＝ｔ１であるので、
ｑ２＝ｑ１−ｋｆ×ｔ１
となる。これをモデル化したものが、図６に示す冷水コイルのモデルである。

ここで、熱交換係数ｋｆの値は、図７（ｂ）に示す特性図のように、風量Ｆａと水速Ｆｗ，及び冷水コイルの構造により決まるものである。よって、風量Ｆａと水速Ｆｗとを一定とし、予めその値を決めておけば、これに対応する熱交換係数ｋｆの値が得られる。図示の例では、風量Ｆａ＝４０、水速Ｆｗは図示の「水速１」とし、これに対応する熱交換係数ｋｆの値は３６０であるものとする。これより、本説明においては、熱交換係数ｋｆ＝３６０［Ｗ／Ｋ］であるものとして説明する。

この様な図６に示す簡略化モデルを用いて、以下に述べるように「ｕ→ｔ１」の導出を行う。但し、外乱ｔｄは無いものとする（上記の通り、ノミナルプラント１４自体は外乱の影響を受けるわけではない）。

まず、図６を参照すれば、以下の（ｄ）式、（ｅ）式、（ｆ）式が得られることは明らかである。
（ｕ＋ｑ２−ｑ１）・（１／ｋｖ・ｓ）＝ｔ１ ・・・（ｄ）式
ｑ１＝ｔ１・ｋａ ・・・（ｅ）式
ｑ１−（ｔ１・ｋｆ）＝ｑ２ ・・・（ｆ）式
そして、（ｆ）式に（ｅ）式を代入すれば、以下の（ｆ）’式が得られる。

（ｔ１・ｋａ）−（ｔ１・ｋｆ）＝ｑ２ ・・・（ｆ）’式
次に、上記（ｅ）式、（ｆ）’式を（ｄ）式に代入して以下の通り展開すれば、「ｕ→ｔ１」の導出式が得られる。

（ｕ＋ｔ１・ｋａ−ｔ１・ｋｆ−ｔ１・ｋａ）・（１／ｋｖ・ｓ）＝ｔ１
（ｕ−ｔ１・ｋｆ）・（１／ｋｖ・ｓ）＝ｔ１
ｕ＝ｔ１・ｋｖ・ｓ＋ｔ１・ｋｆ＝ｔ１（ｋｖ・ｓ＋ｋｆ） （ｇ）式
上記（ｇ）式より以下の（８）式が得られる。

上記（８）式において、ｋｖ／ｋｆ＝Ｔｏ、１／ｋｆ＝Ｋｐとおくと、以下の（９）式となる。

上記（９）式は（４）式と同じである。つまり、上述したようにして、ノミナルプラント１４の伝達関数Ｐ_Ｎ（ｓ）が決定される。 また、上記の通り、Ｋ_ＯＢＳ＝１／Ｋｐであるので、Ｋ_ＯＢＳ＝ｋｆとなる。

また、上記Ｔｏ、Ｋｐの具体的一例（実際に実験した装置の例）は、以下の通りである。
本例では、装置容積Ｖ＝６ｍ^３である。また、ｋｆ＝３６０［Ｗ／Ｋ］に設定した。

これは、単位を変えると、ｋｆ＝３６０［Ｗ／Ｋ］≒０．４［Ｗ／０．００１℃］となる。
よって、まず、Ｋｐ＝１／ｋｆ＝１／０．４＝２．５［０．００１℃／Ｗ］となる。

また、空気密度ρ＝１．２０３［kg／ｍ^３］、比熱ｃ＝１．００６［ｋＪ／ｋｇ・Ｋ］とすると、
ｋｖ＝６×１．２０３×１．００６×１０^３＝７２６１［Ｊ／Ｋ］
となる。よって、
Ｔｏ＝ｋｖ／ｋｆ＝７２６１×３６０≒２０［ｓｅｃ］
となる。

よって、この具体例では、ノミナルプラント１４の伝達関数Ｐ_Ｎ（ｓ）は、以下の（１０）式となる。

但し、本発明者は、他の実験装置による実験も行っている。以下の説明は、他の実験について述べるものである。
ここで、図８に、実験結果の一例を示す。

図８に示すグラフは、例えば図２、図３に示す構成において、以下のような同定試験（ヒータ発熱特性）を行い、市販の一般的な同定ツールを用いて表示させたものである。
同定試験概略；本試験は、各吹き出し口個別加熱器２６おけるヒータ２１の出力を、１０％、２０％、３０％の３段階に変化させ、それぞれの出力時における温度センサＴＡ０１，ＴＡ０２，ＴＡ０３（制御点温度）の温度変化を求めたものである。

より具体的な試験内容は以下の通りである。
＜収集条件＞
冷水コイル；自動（ＳＶ値；通常運用値）
ファン２２；運転（運用定格）
ヒータ２１；手動（出力初期値；０、以後、１０％、２０％、３０％と段階的に変化）
内部負荷 ；０Ｗ
＜収集方法＞
操作端入力部温度、制御点温度の両方が整定した後、１０分後までデータ収集を継続する。

最初は、ヒータ２１の出力を１０％とし、上記の通りデータ収集する。
次に、ヒータ２１の出力を２０％とし、上記の通りデータ収集する。最後に、ヒータ２１の出力を３０％とし、上記の通りデータ収集する。

図８に示す各波形は、以下の通りである。
ＰＶ ；制御点温度
Ident01 ；同定波形（推定したプラントモデルのＰＶ波形）
ＳＶ ；目標温度
ＭＶ ；操作量（ヒータ２１の出力量）
図８に示すデータに基づいて、上記市販の同定ツールを用いてパラメータを決定する。

その結果、以下の伝達関数Ｇ１（ｓ）が得られた。

つまり、時定数Ｔ＝２０［sec］、ゲインＫ＝０．８となる。
ここで、むだ時間Ｌは、時定数Ｔに比べて十分に小さいので、オブザーバとしては無視する。

よって、上記伝達関数Ｇ１（ｓ）は、
Ｇ１（ｓ）＝０．８／（２０ｓ＋１）
と見做すことができる。

尚、時定数とは、最終値の６３．２％に達する時間のことをいう。また、むだ時間とは、入力信号が送れて伝わるときの遅れ時間のことをいう。
外乱推定部１１及びノミナルプラント１４の伝達関数の具体的な数値に関しては、例えば実験に基づいて決定すればよい。

例えば、図８の例では、上記の通り実験結果によって得られる伝達関数Ｇ１（ｓ）におけるゲインＫ＝０．８、時定数Ｔ＝２０であるので、これをそのままノミナルプラント１４の伝達関数の具体的な数値とすればよい。すなわち、ノミナルプラント１４の伝達関数Ｐ_Ｎ（ｓ）におけるゲインＫｐ＝０．８、時定数Ｔｏ＝２０とすればよい。

また、外乱推定部１１に関しては、その伝達関数におけるオブザーバゲインＫ_ＯＢＳ＝１／Ｋｐであるので、Ｋ_ＯＢＳ＝１／０．８＝１．２５とすればよい。また、既に述べた通り、上記（２）式におけるＴ_ｏ１は、上記Ｔｏと同じとするので、Ｔ_ｏ１＝２０とすればよい。また、上記（２）式におけるＴ_ｏ２に関しては、上記の通りノイズ除去等の為のものであるので、本発明者は自己が適切と思う任意の値（ここでは１sec）を設定した。

これより、本具体例では上記（２）式は以下の通りとなる。

上記の通り、（２）式、（４）式について具体的なパラメータを設定し、また上記の通りＫ_ＡＤＤ＝０．７を設定したうえで実際に実機により実験した結果が、（既に述べた通り）図９（ｂ）に示すものである。これについては既に述べてあるので、ここでは特に説明しない。

尚、本説明における上記「外乱」とは、特に既に課題で述べた「非定常外乱」のことであり、既に課題で述べたように、この様な非定常外乱が生じる原因としては、上述した扉２３の開閉に限るものではなく、他にも例えば、チャンバに設けられたシャッターの開閉、チャンバに対するワーク（ウェハ、ガラス基板等）の出し入れ、ロボットアームの出し入れ等によっても、上記非定常外乱が生じる。

つまり、「非定常外乱」が生じる要因の１つは、扉やシャッターの開閉等によってチャンバ（温調対象空間）に対して一時的に外気が流入することである。また、「非定常外乱」が生じる要因は、他にも、例えば、ウェハ、機材、人間等がチャンバ内に入ることにより、これらが中長期的な発熱源となることである。つまり、チャンバ等の温調対象空間内に、外部から、外気、人間等の何らかの温度変化要因が進入することによって、「非定常外乱」が生じる。

但し、「非定常外乱」が生じる要因は、上述した「温調対象空間に対して外部から温度変化要因が進入すること」に限るものではなく、例えば内部負荷の変動（装置の運転／停止等）等も「非定常外乱」が生じる原因となる。

本例の外乱オブザーバは、この様な非定常外乱に対応するものであり、非定常外乱の影響（制御点温度の変動、すなわちチャンバ内の温度変動）を最小限に抑えることができる。

尚、上述した説明は、一例を示したものであり、この例に限るものではない。
例えば、図１０（ａ）には上述した一例の精密温調システムの構成を模式的に示したものである。図１０（ａ）に示すように、上述した一例の精密温調システムは、「冷却器＋加熱装置（ＯＢＳ機能）」の構成であると言える。すなわち、温調対象空間の一例であるクリーンルーム２５（図１０では温調対象空間２５と記す）からの空気を、一旦冷却器２８で冷却した後に吹き出し口個別加熱器２６で加熱する構成において、加熱装置２６’に本手法によるＯＢＳ機能を適用したものである。すなわち、例えば図１に示す外乱オブザーバ部１０を追加したものである。

尚、図１０（ａ）〜（ｄ）に示す加熱装置２６’は、例えば図３等の例では吹き出し口個別加熱器２６とその制御装置（図３に示す１ｃやヒータ駆動装置４４ｃ等）を意味する。同様に、図示の冷却器２８’は、例えば冷却器２８とその制御装置（図３に示す加算器４１、ＰＩＤ４２、ヒータ駆動装置４３等）を意味する。何れの場合も、実際には制御装置に対して本手法によるＯＢＳ機能を適用するものとなる。

本発明の精密温調システムは、上記の通り、図１０（ａ）の様な構成例に限らず、例えば図１０（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す構成としてもよい。
図１０（ｂ）は「冷却器（ＯＢＳ機能）」の構成である。図１０（ｃ）は「冷却器（ＯＢＳ機能）＋加熱装置」の構成である。図１０（ｄ）は「冷却器（ＯＢＳ機能）＋加熱装置（ＯＢＳ機能）」の構成である。この様に、本手法によるＯＢＳ機能は、加熱装置２６’のみに適用する例に限らず、冷却器２８’のみに適用してもよいし、あるいは加熱装置２６’と冷却器２８’の両方に適用してもよい。また、前提とする構成も、「冷却器＋加熱装置」だけでなく、「冷却器のみ」としてもよく、この場合に上記図１０（ｂ）のように冷却器２８’に本手法によるＯＢＳ機能を適用してもよい。

本手法によるＯＢＳ機能を冷却器２８’に適用する場合には、例えば図３に示す加算器４１、ＰＩＤ４２、ヒータ駆動装置４３から成る制御装置に対して、本手法によるＯＢＳ機能を適用（例えば図１に示す外乱オブザーバ部１０を追加）すればよい。

但し、図１０（ｂ）の構成では、冷却器２８による冷却空気がそのまま温調対象空間２５に流入するので、上記加算器４１に入力する目標温度ｒは、温調対象空間２５の目標温度（図３の例では２３．０℃）等としてもよい。また、この場合、加算器４１に入力する検出温度ｙは、図３に示すように小部屋（温調空間）３０ａに設けられた温度センサＴＡ０６（冷却空気の温度を検出するセンサ）による検出結果を用いても良いし、例えば温調対象空間２５に設けられた温度センサＴＡ０３等を用いても良い。あるいは、図３には示していないが、温調対象空間２５に流入する直前の空気温度を検出する温度センサを設けて、その検出データを加算器４１に入力する検出温度ｙとしてもよい。

また、図１０（ｃ）に示す構成においては、加算器４１に入力する検出温度ｙは、上記温度センサＴＡ０６を用いてもよい。あるいは、図３には示していないが、吹き出し口個別加熱器２６に対する吹き込み側の空気温度（クリーンルーム上部空間３３の空気温度）を検出する温度センサを新たに設けて、この温度センサによる検出結果を、加算器４１に入力する検出温度ｙとしてもよい。

あるいは、図１０（ｃ）に示す構成において、加算器４１に入力する検出温度ｙは、上記温度センサＴＡ０３等を用いてもよい。但し、この場合には、加算器４１による偏差（
ｒ−ｙ）には、加熱装置２６’による変化分α（温度上昇）が含まれることになる。つまり、図３の例では、変化分α＝１．５℃程度となり、検出温度ｙは２３℃程度となる。よって、この場合には、例えば、上記加算器４１に入力する目標温度ｒは、２１．５℃ではなく、２３．０℃等とする。

１ 制御装置
２ フィードバック制御器（ＰＩＤ）
３ 加算器
４ 加算器
５ 制御対象
１０ 外乱オブザーバ部
１１ 外乱推定部
１２ 加算ゲイン
１３ 加算器
１４ ノミナルプラント
２０ 精密温調システム
２１ ヒータ
２２ ファン
２３ 扉
２４ 送風器（ファン）
２５ クリーンルーム
２６ 吹き出し口個別加熱器
２７ 吸気ダクト
２８ 冷却器
２９ 吸気口
３０ 小部屋
３１ 吸排気口
３２ 上部空間
３３ クリーンルーム上部空間
４１ 加算器
４２ ＰＩＤ
４３ ヒータ駆動装置
４４ ヒータ駆動装置

Claims (9)

1. 温調対象空間と、
   該温調対象空間に冷却された空気を供給する供給経路内に設けられる冷却手段と、
   前記供給経路内に設けられ、前記冷却手段から供給される空気を加熱して前記温調対象空間に送風する加熱手段と、
   前記冷却手段の第１の制御装置、前記加熱手段の第２の制御装置とを有する精密温調システムであって、
   前記第１、第２の制御装置の少なくともいずれかは、
   非定常外乱に応じた補償量を生成して操作量に加算させる外乱オブザーバ部を更に備え、
   該外乱オブザーバ部は、
   前記温調対象空間、前記冷却手段、前記加熱手段、及び前記供給経路を含むシステム全体に関する動作を模擬するノミナルプラントと、
   前記ノミナルプラントから出力される温度と前記冷却手段から供給される空気の温度または前記温調対象空間内の温度との偏差を入力し、
   該偏差に基づき外乱推定値を生成・出力する外乱推定手段とを有し、
   該外乱推定手段による外乱推定値に基づいて前記補償量を決定すること
   を特徴とする精密温調システム。
2. 前記ノミナルプラントは、
   前記温調対象空間、前記冷却手段、前記加熱手段、及び前記供給経路を含むシステム全体に関する動作をモデル化し、更に該モデルを所定の条件に基づいて簡略化した簡略化モデルを用いて、決定されることを特徴とする請求項１記載の精密温調システム。
3. 温調対象空間と、
   該温調対象空間に冷却された空気を供給する供給経路内に設けられる冷却手段と、
   前記冷却手段の制御装置とを有する精密温調システムであって、
   前記制御装置は、
   非定常外乱に応じた補償量を生成して操作量に加算させる外乱オブザーバ部を更に備え、
   該外乱オブザーバ部は、
   前記温調対象空間、前記冷却手段、及び前記供給経路を含むシステム全体に関する動作を模擬するノミナルプラントと、
   前記ノミナルプラントから出力される温度と前記冷却手段から供給される空気の温度または前記温調対象空間内の温度との偏差を入力し、
   該偏差に基づき外乱推定値を生成・出力する外乱推定手段とを有し、
   該外乱推定手段による外乱推定値に基づいて前記補償量を決定すること
   を特徴とする精密温調システム。
4. 前記ノミナルプラントは、
   前記温調対象空間、前記冷却手段、及び前記供給経路を含むシステム全体に関する動作をモデル化し、
   更に該モデルを所定の条件に基づいて簡略化したモデルを用いて、決定されることを特徴とする請求項３記載の精密温調システム。
5. 前記温調対象空間から前記供給経路内に流入する空気と外部空気とが混合されてから前記冷却手段によって冷却される構成の場合、
   前記所定の条件は、
   ・前記加熱手段又は冷却手段による送風の風量が変化しないか、あるいはその変化に伴
   う温調対象空間内の温度への影響が、前記非定常外乱による影響に比して十分に小さいこと
   ・前記外部空気の温度変化がないか、あるいはその変化に伴う温調対象空間内の温度への影響が、前記非定常外乱による影響に比して十分に小さいこと
   ・前記冷却手段における冷却能力が変化しないか、あるいは温調対象空間内の温度への影響が、前記非定常外乱による影響に比して十分に小さいこと
   であることを特徴とする請求項２または４記載の精密温調システム。
6. 前記ノミナルプラントは、以下の通りであり、
   前記外乱推定手段の伝達関数は、１／Ｐ_Ｎ（ｓ）であること
   を特徴とする請求項２または４記載の精密温調システム。
7. 前記非定常外乱は、
   前記温調対象空間に対して外部から温度変化要因が進入することによって生じる、前記温調対象空間内の温度変化であることを特徴とする請求項１乃至６いずれか一項に記載の精密温調システム。
8. 温調対象空間と、
   該温調対象空間に冷却された空気を供給する供給経路内に設けられる冷却手段と、
   前記供給経路内に設けられ、前記冷却手段から供給される空気を加熱して前記温調対象空間に送風する加熱手段とを有する精密温調システムにおける前記冷却手段の制御装置または前記加熱手段の制御装置であって、
   前記制御装置は、
   非定常外乱に応じた補償量を生成して操作量に加算させる外乱オブザーバ部を更に備え、
   該外乱オブザーバ部は、
   前記温調対象空間、前記冷却手段、前記加熱手段、及び前記供給経路を含むシステム全体に関する動作を模擬するノミナルプラントと、
   前記ノミナルプラントから出力される温度と前記冷却手段から供給される空気の温度または前記温調対象空間内の温度との偏差を入力し、
   該偏差に基づき外乱推定値を生成・出力する外乱推定手段とを有し、
   該外乱推定手段による外乱推定値に基づいて前記補償量を決定すること
   を特徴とする精密温調システムの制御装置。
9. 温調対象空間と、
   該温調対象空間に冷却された空気を供給する供給経路内に設けられる冷却手段を有する精密温調システムにおける前記冷却手段の制御装置であって、
   前記制御装置は、
   非定常外乱に応じた補償量を生成して操作量に加算させる外乱オブザーバ部を更に備え、
   該外乱オブザーバ部は、
   前記温調対象空間、前記冷却手段、及び前記供給経路を含むシステム全体に関する動作を模擬するノミナルプラントと、
   前記ノミナルプラントから出力される温度と前記冷却手段から供給される空気の温度または前記温調対象空間内の温度との偏差を入力し、
   該偏差に基づき外乱推定値を生成・出力する外乱推定手段とを有し、
   該外乱推定手段による外乱推定値に基づいて前記補償量を決定すること
   を特徴とする精密温調システムの制御装置。