JP2011090609A - 温度制御装置および温度制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】温度制御装置は、ヒータに電力を供給する電力調整器に一定振幅の操作量MVを出力するリミットサイクルを発生させてPIDパラメータを設定するリミットサイクル方式のオートチューニング(AT)を実行するときの操作量上限値OH_ATを規定するAT操作量上限値記憶部4と、ATを実行するAT動作実行部5と、AT実行時の温度の振幅を検出する振幅検出部6と、振幅の比率を算出する振幅比率算出部8と、比率と所定の閾値との関係に基づき、ヒータ出力が飽和する操作量MVの飽和推定値を決定する比率判定部9と、操作量MVの飽和推定値を、PID演算部2が通常の制御動作時に使用する操作量上限値OHあるいは積分上限値IHとして設定する操作量上限値設定部10とを備える。
【選択図】 図2
Description
理解を容易にするために、電力調整器とヒータの特性を、完全な線形領域(定格領域)と飽和領域に分かれるものとする。図4は電力調整器とヒータの定格が合っている場合の電力調整器とヒータの入出力特性を示す図である。図4において、実線で示すIO1は電力調整器の入出力特性、破線で示すIO2はヒータの入出力特性である。なお、横軸、縦軸共に電力[W]で表しているが、電力調整器の実際の入力は温度制御装置から入力される操作量MVである。
また、本発明の温度制御装置の1構成例において、前記比率判定手段は、前記比率を算出する際に分母側を大きな振幅とした場合には、前記比率が前記所定の閾値よりも大きい場合に、ヒータ出力が飽和していると判定することを特徴とするものである。
また、本発明の温度制御装置の1構成例において、前記振幅比率算出手段は、前記振幅を検出したときの操作量上限値OH_ATの条件が隣接する振幅同士で前記比率を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の温度制御装置の1構成例において、前記操作量上限値設定手段は、前記PID演算手段が前記積分上限値IHに基づく積分動作停止機能を備えている場合は、前記比率判定手段が決定した操作量MVの飽和推定値を前記積分上限値IHとして設定し、前記PID演算手段が積分動作停止機能を備えていない場合は、前記比率判定手段が決定した操作量MVの飽和推定値を前記操作量上限値OHとして設定することを特徴とするものである。
本発明は、電力調整器とヒータの定格範囲が合っていない場合に、適正なパラメータ設定側に自動修正する温度制御装置を提供する。具体的には積分ワインドアップ対策のパラメータが修正の対象であり、このパラメータとしては例えば操作量上限値OHがある。
ただし、温度制御装置によっては、積分上限値IHと操作量上限値OHを別のパラメータとして備えるものもあり、その場合の本発明の修正の対象は、積分上限値IHとして捉える必要がある。積分上限値IHとは、操作量MVの出力値の上限値が例えば100%に設定されている場合であっても、PID演算を実行する際に、操作量MVが積分上限値IH(例えば80%)を超えたら積分動作(I動作の演算)を停止させるというように、積分動作を特殊なポイントで停止させる構成において採用されるパラメータである。
次に、本発明の実施の形態について説明する。図1は、操作量振幅が一定のリミットサイクルを発生させて温度制御装置の制御パラメータを調整するリミットサイクル方式のATの実行中における制御対象の温度PV(制御量)の波形の例を示す図である。図1において、SPは温度設定値である。
まず、AT操作量上限値記憶部4には、AT実行時の操作量上限値OH_ATが複数とおり予め登録されている。本実施の形態の目的は積分ワインドアップ対策であり、精度の高い結果が必要なわけではないので、例えば操作量上限値がOH_AT1〜OH_AT5の5とおり予め登録されていて、OH_AT1=20%、OH_AT2=40%、OH_AT3=60%、OH_AT4=80%、OH_AT5=100%であるとする。ただし、操作量上限値OH_ATの登録方法はこれに限るものではない。例えばベースの操作量上限値OH_AT1を20%とし、この操作量上限値OH_AT1に加算量ΔOH=20%を加算していくことで、複数とおりの操作量上限値OH_ATを生成するようにしてもよい。
PIDパラメータの設定後、AT動作実行部5は、AT操作量上限値記憶部4に登録された全ての操作量上限値OH_ATについてATを実行したかどうかを判定し(ステップS4)、使用していない操作量上限値OH_ATが残っている場合には、ATで使用する操作量上限値OH_ATを使用していない値に変更して(ステップS5)、ステップS2に戻り、再びATを実行する。こうして、AT操作量上限値記憶部4に登録された操作量上限値OH_ATの各々についてステップS2,S3の処理が実行される。上記の登録例では、操作量上限値がOH_AT1〜OH_AT5の5とおり登録されているので、ステップS2,S3の処理が5回実行されることになる。
以上で、温度制御装置のAT実行時の動作が終了する。
Claims (10)
- 通常の制御動作時にヒータに電力を供給する電力調整器に操作量MVを出力して制御対象の温度を制御するPID演算手段と、
前記電力調整器に一定振幅の操作量MVを繰り返し出力するリミットサイクルを発生させて前記PID演算手段のPIDパラメータを設定するリミットサイクル方式のオートチューニング(AT)を実行するときの複数回分の操作量上限値OH_ATを予め規定するAT操作量上限値記憶手段と、
前記複数回分の操作量上限値OH_ATに応じてATを複数回実行するAT動作実行手段と、
AT実行時の制御対象の温度の振幅を1回のAT毎に検出する振幅検出手段と、
この振幅検出手段が検出した振幅の比率を算出する振幅比率算出手段と、
この振幅比率算出手段が算出した比率と所定の閾値との関係に基づき、ヒータ出力が飽和する操作量MVの飽和推定値を決定する比率判定手段と、
この比率判定手段が決定した操作量MVの飽和推定値を、前記PID演算手段が通常の制御動作時に使用する操作量上限値OHあるいは積分上限値IHとして設定する操作量上限値設定手段とを備えることを特徴とする温度制御装置。 - 請求項1記載の温度制御装置において、
前記比率判定手段は、前記比率を算出する際に分母側を小さな振幅とした場合には、前記比率が前記所定の閾値よりも小さい場合に、ヒータ出力が飽和していると判定することを特徴とする温度制御装置。 - 請求項1記載の温度制御装置において、
前記比率判定手段は、前記比率を算出する際に分母側を大きな振幅とした場合には、前記比率が前記所定の閾値よりも大きい場合に、ヒータ出力が飽和していると判定することを特徴とする温度制御装置。 - 請求項1記載の温度制御装置において、
前記振幅比率算出手段は、前記振幅を検出したときの操作量上限値OH_ATの条件が隣接する振幅同士で前記比率を算出することを特徴とする温度制御装置。 - 請求項1記載の温度制御装置において、
前記操作量上限値設定手段は、前記PID演算手段が前記積分上限値IHに基づく積分動作停止機能を備えている場合は、前記比率判定手段が決定した操作量MVの飽和推定値を前記積分上限値IHとして設定し、前記PID演算手段が積分動作停止機能を備えていない場合は、前記比率判定手段が決定した操作量MVの飽和推定値を前記操作量上限値OHとして設定することを特徴とする温度制御装置。 - ヒータに電力を供給する電力調整器に一定振幅の操作量MVを繰り返し出力するリミットサイクルを発生させてPID演算手段のPIDパラメータを設定するリミットサイクル方式のオートチューニング(AT)を実行する際に、予め規定された複数回分の操作量上限値OH_ATに応じてATを複数回実行するAT動作実行手順と、
AT実行時の制御対象の温度の振幅を1回のAT毎に検出する振幅検出手順と、
この振幅検出手順で検出した振幅の比率を算出する振幅比率算出手順と、
この振幅比率算出手順で算出した比率と所定の閾値との関係に基づき、ヒータ出力が飽和する操作量MVの飽和推定値を決定する比率判定手順と、
この比率判定手順で決定した操作量MVの飽和推定値を、前記PID演算手段が通常の制御動作時に使用する操作量上限値OHあるいは積分上限値IHとして設定する操作量上限値設定手順とを備えることを特徴とする温度制御方法。 - 請求項6記載の温度制御方法において、
前記比率判定手順は、前記比率を算出する際に分母側を小さな振幅とした場合には、前記比率が前記所定の閾値よりも小さい場合に、ヒータ出力が飽和していると判定することを特徴とする温度制御方法。 - 請求項6記載の温度制御方法において、
前記比率判定手順は、前記比率を算出する際に分母側を大きな振幅とした場合には、前記比率が前記所定の閾値よりも大きい場合に、ヒータ出力が飽和していると判定することを特徴とする温度制御方法。 - 請求項6記載の温度制御方法において、
前記振幅比率算出手順は、前記振幅を検出したときの操作量上限値OH_ATの条件が隣接する振幅同士で前記比率を算出することを特徴とする温度制御方法。 - 請求項6記載の温度制御方法において、
前記操作量上限値設定手順は、前記PID演算手段が前記積分上限値IHに基づく積分動作停止機能を備えている場合は、前記比率判定手順で決定した操作量MVの飽和推定値を前記積分上限値IHとして設定し、前記PID演算手段が積分動作停止機能を備えていない場合は、前記比率判定手順で決定した操作量MVの飽和推定値を前記操作量上限値OHとして設定することを特徴とする温度制御方法。
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