JP2016139558A - ヒータ制御装置およびヒータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の温度制御点の平均温度が低く、ヒータでの使用電力を抑制可能なヒータ制御装置を得ること。【解決手段】複数の温度制御対象を個別に加熱する複数のヒータと、複数の温度制御対象の温度を個別に計測する複数の温度センサと、温度制御対象２の温度が下降する温度降下速度を温度制御対象２の温度に基づいて計算する温度降下速度計算部１３と、ＯＦＦ温度を温度降下速度に基づいて計算するＯＦＦ温度計算部１４と、ＯＦＦ温度と温度制御対象の温度とを用いて、ヒータのＯＮ制御を要求するＯＮ要求情報またはヒータのＯＦＦ制御を要求するＯＦＦ要求情報を生成するヒータ制御要求部１５と、ＯＮ要求情報およびＯＦＦ要求情報に基づいてヒータスイッチを制御するヒータスイッチ制御部１６と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、温度制御対象を加熱するヒータを制御するヒータ制御装置およびヒータ制御方法に関するものである。

従来、複数の温度制御点を有し、各温度制御点の温度を個別に検出する温度センサ、および各温度制御点を個別に加熱できるヒータを具備しているヒータ制御装置が、人工衛星のヒータ制御装置または床暖房装置などに用いられている。各温度制御点には、各温度制御点の機器が正常な動作を実現するための上限温度および下限温度が設定されている。

このようなヒータ制御装置においては、ピーク電力の制御、すなわち複数のヒータを駆動した際の合計最大電力の制御を行うことにより、電力系への負荷を軽減する制御が行われている。非特許文献１では、ピーク電力を抑制するために瞬時瞬時の合計電力が常にある一定の電力以下になるように、各チャネルのＯＮおよびＯＦＦのタイミングを調停し、合計電力の制御を行うピーク電力抑圧機能が開示されている。

すなわち、非特許文献１では、３２秒毎のエネルギの箱を制御単位とし、３２秒を制御周期とする。設定温度と測定温度の比較で、次の制御周期のＯＮするべきヒータを選択し、ＯＮする必要性の順に順序付けをする。そして、必要性の高いものから順に、３２秒毎のエネルギの箱に下から埋めてゆく。箱詰めが完了すれば、３２秒間の間、ある瞬時瞬時にＯＮするべきヒータが決まる。そして、箱詰めをしたテーブルを用いて１２８ミリ秒刻みに全チャンネルのＯＮおよびＯＦＦの設定を判断し、１２８ミリ秒毎のＯＮおよびＯＦＦの切替を行う。すなわち、設定温度に対して測定温度の低い順に、上限電力までヒータをＯＮしていくロジックであることが、示唆されている。したがって、非特許文献１は、ヒータがＯＮとなる温度とヒータがＯＦＦとなる温度との間で、電力需給が逼迫する前に、使用電力を前倒しすることによって、瞬時瞬時の合計電力の平滑化を実現している。非特許文献１における使用電力を前倒しは、非特許文献１の図４のＣＰＳＬ温度の平均温度が、ピーク電力制御中のみ上昇していることから認められる。

蓮井敏孝 他 「小惑星探査機「はやぶさ」搭載ヒータ制御装置のピーク電力抑圧機能軌道上評価」第４７回宇宙科学技術連合会講演会 １Ｆ３ ２００３年、ｐｐ３６６−ｐｐ３６９

しかしながら、非特許文献１の技術では、下限温度と予め決められたヒータがＯＦＦとなるＯＦＦ温度との間で温度を制御する。ＯＦＦ温度は、温度制御点ごとに設定された下限温度に対して既定の温度幅だけ高く設定される。この場合のＯＦＦ温度は、複数の温度制御点のうち最もＯＦＦ温度を高くする必要のある温度制御点を基準に設定される。すなわち、既定の温度幅は、複数の温度制御点のうち最も既定の温度幅を大きくする必要のある温度制御点を基準に設定される。このため、温度制御点の温度が振れる温度範囲が広くなり、平均温度が高くなるため、使用する平均電力が大きくなる、という問題があった。

また、こうした制御で得られる平均電力Ｐａｖｅは、ヒータ電力ＰｉとヒータＯＮ区間数、ヒータＯＦＦ区間数により下記式（１）で計算する。

Ｐａｖｅ＝Ｐｉ×（ヒータＯＮ区間数）／｛（ヒータＯＮ区間数）＋（ヒータＯＦＦ区間数）｝・・・（１）

しかし本来、下限温度を維持するための最小電力は、平均電力Ｐａｖｅより小さい。したがって、平均電力Ｐａｖｅを低減することが望まれている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の温度制御点の平均温度を低く抑制し、ヒータでの使用電力を抑制可能なヒータ制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ヒータスイッチのＯＮまたはＯＦＦによりＯＮ制御またはＯＦＦ制御されて複数の温度制御対象を個別に加熱する複数のヒータを制御するヒータ制御装置である。ヒータ制御装置は、複数の温度制御対象の温度を個別に計測する複数の温度センサと、複数の温度制御対象について、温度制御対象の温度が下降する速度である温度降下速度を温度センサにおいて異なる２つのタイミングで計測された温度制御対象の温度に基づいて計算する温度降下速度計算部とを備える。また、ヒータ制御装置は、複数の温度制御対象について、ヒータの制御における基準温度である制御基準温度を、相対的に温度降下速度が速い温度制御対象の制御基準温度を相対的に高くするとともに相対的に温度降下速度が遅い温度制御対象の制御基準温度を相対的に低くして、温度降下速度に基づいて計算する制御基準温度計算部と、複数の温度制御対象について、制御基準温度と温度制御対象の温度とを用いて、ヒータのＯＮ制御を要求するＯＮ要求情報またはヒータのＯＦＦ制御を要求するＯＦＦ要求情報を生成するヒータ制御要求部と、複数のヒータについて、ＯＮ要求情報およびＯＦＦ要求情報に基づいてヒータスイッチのＯＮまたはＯＦＦを制御するヒータスイッチ制御部と、を備える。

本発明によれば、複数の温度制御点の平均温度を低く抑制し、ヒータでの使用電力を抑制可能なヒータ制御装置が得られる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかるヒータ制御装置の構成を示す模式図 本発明の実施の形態１にかかるヒータ制御装置における制御部の機能構成を示す機能構成図 本発明の実施の形態１にかかるヒータ制御装置における制御部のハードウェア構成の一例を示す図 本発明の実施の形態１にかかるヒータ制御装置の動作の手順を示すフローチャート 本発明の実施の形態１にかかる温度制御対象の温度降下速度とＯＦＦ温度との関係の一例を示す特性図 本発明の実施の形態１にかかるヒータ制御装置により制御された温度制御対象の温度プロファイルの一例を示す特性図 本発明の実施の形態２にかかるヒータ制御装置における制御部の機能構成を示す機能構成図 本発明の実施の形態２にかかるヒータ制御装置の動作の手順を示すフローチャート 本発明の実施の形態１にかかる温度制御対象の温度降下速度と加熱制御温度との関係の一例を示す特性図 本発明の実施の形態２にかかるヒータ制御装置により制御された温度制御対象の温度プロファイルの一例を示す特性図 本発明の実施の形態２にかかるヒータ制御装置により制御されたトータルヒータ電力の挙動の一例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかるヒータ制御装置およびヒータ制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるヒータ制御装置１の構成を示す模式図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかるヒータ制御装置１における制御部６の機能構成を示す機能構成図である。図３は、本発明の実施の形態１にかかるヒータ制御装置１における制御部６のハードウェア構成の一例を示す図である。

本実施の形態１にかかるヒータ制御装置１は、制御対象となるｎ個の各温度制御対象２のそれぞれに取り付けられて温度制御対象２を加熱するｎ個のヒータ３と、各温度制御対象２のそれぞれに取り付けられて温度制御対象２の温度を計測するｎ個の温度センサ４と、ヒータ３のそれぞれに設けられて制御部６の指示により各ヒータ３をＯＮまたはＯＦＦするｎ個のヒータスイッチ５と、ヒータスイッチ５のＯＮおよびＯＦＦを制御してヒータ３のＯＮおよびＯＦＦを制御する制御部６と、ヒータ３を含むヒータ制御装置１内の各部に電力を供給する電源７と、を備える。なお、ｎは、２以上の整数である。なお、図１において温度制御対象２、ヒータ３、温度センサ４およびヒータスイッチ５の符号において上から順にａ，ｂ，…，ｎと付した添字は、同じ構成要素のものが複数個あることを示す。なお、ここのヒータ３それぞれの電源を有する構成とすることも可能である。また、温度制御対象２、ヒータスイッチ５および電源７は、ヒータ制御装置１に含まれなくてもよい。

制御部６は、各温度センサ４で計測された温度データの電気信号をデジタルデータに変換するアナログデジタル変換部１１と、アナログデジタル変換部１１でデジタル化された温度データのデジタルデータを物理量である工学値に変換する工学値変換部１２と、を備える。以下では、この温度データの工学値を、温度制御対象２の温度Ｔｉと呼ぶ場合がある。また、制御部６は、工学値変換部１２によって工学値に変換された温度データに基づいて各温度制御対象２の温度低下の速度である温度降下速度を計算する温度降下速度計算部１３と、温度降下速度計算部１３によって計算された温度降下速度に基づいて「ヒータ３の制御における基準温度である制御基準温度」としてのＯＦＦ温度を計算するＯＦＦ温度計算部１４と、を備える。ＯＦＦ温度は、ヒータ３をＯＦＦする基準となる温度である。

また、制御部６は、工学値変換部１２によって変換された温度データの工学値と既定の下限温度とＯＦＦ温度計算部１４で計算されたＯＦＦ温度とから各ヒータ３に行うＯＮまたはＯＦＦの制御を判定してヒータ３毎に要求情報を生成するヒータ制御要求部であるヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５と、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５で生成された要求情報に基づいてヒータスイッチ５のＯＮまたはＯＦＦを制御するヒータスイッチ制御部１６と、を備える。下限温度は、各温度制御対象２に固有の値であり、各温度制御対象２を正常に動作させるために維持することが必要な温度である。

制御部６は、たとえば図３に示したハードウェア構成の処理回路として実現される。図３は、処理回路のハードウェア構成の一例を示す図である。制御部６を構成する各構成要素は、例えば、図３に示すプロセッサ１０１がメモリ１０２に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連携して上記機能を実現してもよい。また、制御部６の機能のうちの一部を電子回路として実装し、他の部分をプロセッサ１０１およびメモリ１０２を用いて実現するようにしてもよい。

つぎに、本実施の形態１にかかるヒータ制御装置１の動作について説明する。図４は、本実施の形態１にかかるヒータ制御装置１の動作の手順を示すフローチャートである。ヒータ制御装置１が制御を開始すると、まず、ステップＳ１０において、各温度制御対象２に取り付けられた各温度センサ４が、各温度制御対象２の温度をヒータ３のＯＮおよびＯＦＦの制御周期よりも短い既定の周期で計測する。各温度センサ４は、計測した各温度制御対象２の温度データの電気信号を、制御部６のアナログデジタル変換部１１に出力する。

アナログデジタル変換部１１は、各温度センサ４から入力された各温度制御対象２の温度データの電気信号をデジタルデータに変換する。アナログデジタル変換部１１は、各温度制御対象２の温度データのデジタルデータを工学値変換部１２に出力する。

工学値変換部１２は、アナログデジタル変換部１１から入力された温度データのデジタルデータを物理量である工学値に変換する。工学値変換部１２は、温度データの工学値である温度制御対象２の温度Ｔｉを温度降下速度計算部１３およびヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５に出力する。温度制御対象２の温度Ｔｉは、温度Ｔｉが測定された温度制御対象２の情報および該温度制御対象２に取り付けられたヒータ３の情報と関連付けられている。

つぎに、ステップＳ２０において、温度降下速度計算部１３は、工学値変換部１２から入力された温度制御対象２の温度Ｔｉに基づいて各温度制御対象２の温度降下速度を計算する。温度降下速度計算部１３は、前後する２つの時刻で計測された温度制御対象２の温度Ｔｉの差分を求めることにより、温度降下速度を計算する。すなわち、温度降下速度は、単位時間当たりの温度制御対象２の温度の変化率である。温度降下速度計算部１３は、複数の温度制御対象２について、同じ時刻における各温度制御対象２の温度Ｔｉの差分を求めることにより、同じ時刻における各温度制御対象２の温度降下速度を計算する。温度降下速度計算部１３は、計算した温度降下速度をＯＦＦ温度計算部１４に出力する。温度降下速度は、該温度降下速度を計算した温度制御対象２の情報および該温度制御対象２に取り付けられたヒータ３の情報と関連付けられている。

つぎに、ステップＳ３０において、ＯＦＦ温度計算部１４は、温度降下速度計算部１３から入力された温度降下速度に基づいて、「ヒータ３の制御における基準温度である制御基準温度」としてのＯＦＦ温度を、各温度制御対象２について計算する。すなわち、温度降下速度計算部１３は、制御基準温度を温度降下速度に基づいて計算する制御基準温度計算部として機能する。ここでは、温度制御対象２毎に、各温度制御対象２に固有のＯＦＦ温度を計算する。

相対的に温度降下速度が速い温度制御対象２は、温度がＯＦＦ温度を下回ってから下限温度まで低下するまでの時間が、相対的に温度降下速度が遅い温度制御対象２と比較して短い。そして、ヒータ３をＯＮにする制御を行ってから、実際に温度制御対象２の温度が上昇するまでには、タイムラグが存在する。このため、温度制御対象２を適切な温度に保持するために、温度制御対象２の温度が下限温度を下回らないように、相対的に温度降下速度が速い温度制御対象２については、ＯＦＦ温度を高めに設定する必要がある。すなわち、温度降下速度が速い温度制御対象２については、ＯＦＦ温度と下限温度との差を大きく設定する必要がある。

一方、相対的に温度降下速度が遅い温度制御対象２は、下限温度まで同じ温度幅を低下するまでの時間が、相対的に温度降下速度が速い温度制御対象２と比較して長い。このため、相対的に温度降下速度が遅い温度制御対象２については、相対的に温度降下速度が速い温度制御対象２と比較して、ＯＦＦ温度を低めに設定することができる。すなわち、相対的に温度降下速度が遅い温度制御対象２については、相対的に温度降下速度が速い温度制御対象２と比較して、ＯＦＦ温度と下限温度との差を小さく設定することができる。

すなわち、温度降下速度の遅い温度制御対象２ほど、下限温度とＯＦＦ温度との温度幅を小さくする。これにより、温度降下速度の遅い温度制御対象２の、ヒータ３の制御を行っている間における平均温度を、下限温度とＯＦＦ温度との温度幅が温度降下速度が速い温度制御対象２と同じ場合と比較して、低く下げることが可能になる。そして、温度降下速度の遅い温度制御対象２の平均温度を下げることにより、複数ある温度制御対象２の全体の、ヒータ３の制御を行っている間における平均温度を下げることが可能になる。その結果、ヒータ３で使用する平均電力を少なく抑制することができ、ヒータ３による電力系への負荷を軽減できる。

図５は、温度制御対象２の温度降下速度とＯＦＦ温度との関係の一例を示す特性図である。図５においては、横軸に温度降下速度を、縦軸にＯＦＦ温度と下限温度との差を示している。温度降下速度とＯＦＦ温度とは、線形特性を有する。

ＯＦＦ温度計算部１４は、図５のグラフに示すような、温度降下速度と、ＯＦＦ温度と下限温度との差と、の関係を定義する関係情報と、各温度制御対象２の既定の下限温度と、を予め保持している。そして、ＯＦＦ温度計算部１４は、この温度降下速度と下限温度と関係情報とに基づいて、温度降下速度に対応するＯＦＦ温度を、各温度制御対象２について計算する。ＯＦＦ温度計算部１４は、計算したＯＦＦ温度を、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５に出力する。ＯＦＦ温度は、該ＯＦＦ温度を計算した温度制御対象２の情報および該温度制御対象２に取り付けられたヒータ３の情報と関連付けられている。図５に示すような、「温度降下速度と、ＯＦＦ温度と下限温度との差と、の関係を定義する関係情報」は、全ての温度制御対象２について共通で使用できる。

また、各温度制御対象２の下限温度は予め決まっているので、図５に示す関係情報において、ＯＦＦ温度と下限温度との差の代わりに、温度降下速度に対応するＯＦＦ温度が予め代入されている関係情報を各温度制御対象２について保持してもよい。

つぎに、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５は、工学値変換部１２から入力された温度制御対象２の温度Ｔｉと、ＯＦＦ温度計算部１４から入力されたＯＦＦ温度と、既定の下限温度とに基づいて、各温度制御対象２に取り付けられているヒータ３に行うＯＮまたはＯＦＦの制御を判定してヒータ３毎に要求情報を生成する。ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５は、各温度制御対象２の既定の下限温度を予め保持している。そして、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５は、各温度制御対象２に取り付けられているヒータ３について決定したＯＮまたはＯＦＦを要求する制御要求情報をヒータスイッチ制御部１６に出力する。ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５は、ＯＮ制御を要求するヒータ３についてはヒータＯＮ要求情報を、ヒータスイッチ制御部１６に出力する。また、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５は、ＯＦＦ制御を要求するヒータ３についてはヒータＯＦＦ要求情報をヒータスイッチ制御部１６に出力する。

ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５において温度制御対象２に取り付けられているヒータ３のＯＮまたはＯＦＦを決定する方法について説明する。ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５は、各温度制御対象２について固有の、既定の下限温度Ｔｉｕを予め保持している。工学値変換部１２から入力された温度制御対象２の温度Ｔｉと、この温度Ｔｉに基づいて計算されたＯＦＦ温度Ｔｉｏと、が入力されると、ステップＳ４０において、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５は、温度制御対象２の温度Ｔｉと下限温度Ｔｉｕとを比較し、温度制御対象２の温度Ｔｉが下限温度Ｔｉｕよりも低いか否かを判定する。

ステップＳ４０において、温度制御対象２の温度Ｔｉが下限温度Ｔｉｕよりも低い場合は（ステップＳ４０、Ｙｅｓ）、ステップＳ５０において、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５は、この温度制御対象２に対応するヒータ３についてヒータＯＮ要求情報を生成して、ヒータスイッチ制御部１６に出力する。

一方、ステップＳ４０において、温度制御対象２の温度Ｔｉが下限温度Ｔｉｕ以上である場合は（ステップＳ４０、Ｎｏ）、ステップＳ７０において、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５は、温度制御対象２の温度ＴｉとＯＦＦ温度Ｔｉｏとを比較し、温度制御対象２の温度ＴｉがＯＦＦ温度Ｔｉｏ以上であるか否かを判定する。ここで、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５は、温度制御対象２の温度Ｔｉを、各温度制御対象２に対して個別に計算された固有のＯＦＦ温度Ｔｉｏと比較する。

ステップＳ７０において、温度制御対象２の温度ＴｉがＯＦＦ温度Ｔｉｏ以上である場合は（ステップＳ７０、Ｙｅｓ）、ステップＳ８０において、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５は、この温度制御対象２に対応するヒータ３についてヒータＯＦＦ要求情報を生成して、ヒータスイッチ制御部１６に出力する。

一方、ステップＳ７０において、温度制御対象２の温度ＴｉがＯＦＦ温度Ｔｉｏ未満である場合は（ステップＳ７０、Ｎｏ）、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５は、ヒータスイッチ制御部１６に対してヒータＯＮ要求情報およびヒータＯＦＦ要求情報のいずれの情報も出力せず、ステップＳ１０に戻る。これによりヒータ３のＯＮ状態またはＯＦＦ状態の切り替えが行われず、現状のヒータ３のＯＮ状態またはＯＦＦ状態が維持される。上記のようなヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５での制御は、一般的にヒステリシス制御と呼ばれる。

つぎに、ステップＳ６０において、ヒータスイッチ制御部１６は、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５から入力されたヒータ３毎のヒータスイッチ制御要求情報、すなわち、ヒータＯＮ要求情報またはヒータＯＦＦ要求情報が入力されたヒータ３のヒータスイッチ５のＯＮまたはＯＦＦを制御するヒータスイッチ制御情報を各ヒータスイッチ５に出力する。ヒータスイッチ制御部１６は、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部１５から制御要求情報が入力されないヒータ３のヒータスイッチ５には、ヒータスイッチ制御情報を出力せず、現状のヒータスイッチ５のＯＮ状態またはＯＦＦ状態を維持する。すなわち、現状のヒータ３のＯＮ状態またはＯＦＦ状態を維持する。

各ヒータスイッチ５では、ヒータスイッチ制御部１６から入力されたヒータスイッチ制御情報に基づいて、ヒータスイッチ５のＯＮまたはＯＦＦを既定の制御周期で実施する。

以上の処理を繰り返すことにより、各温度制御対象２に取り付けられたヒータ３のＯＮおよびＯＦＦが制御される。

図６は、実施の形態１にかかるヒータ制御装置１により制御された温度制御対象２の温度プロファイルの一例を示す特性図である。上記手順により複数の温度制御対象２に対応する各ヒータ３のＯＮおよびＯＦＦを制御した場合、温度制御対象２の温度Ｔｉはたとえば図６のようになる。図６においては、温度降下速度が異なる温度制御対象２Ａと温度制御対象２Ｂとの温度プロファイルの一例を示している。また、図６においては、横軸が時間軸を示しており、ｔ１〜ｔ８がヒータ３の制御周期である。また、縦軸が温度制御対象２の温度を示している。また、図６においては、便宜的に下限温度Ｔｉｕが同じ温度であるとして示しているが、実際には下限温度Ｔｉｕは温度制御対象２毎に異なる。図６に示すように、相対的に温度降下速度が遅い温度制御対象２ＢのＯＦＦ温度Ｔｉｂは、相対的に温度降下速度が速い温度制御対象２ＡのＯＦＦ温度Ｔｉａと比較して、低く設定される。すなわち、下限温度Ｔｉｕとの差は、ＯＦＦ温度Ｔｉａと比較して、ＯＦＦ温度Ｔｉｂの方が少なく設定される。

全ての温度制御対象２についてＯＦＦ温度と下限温度Ｔｉｕとの温度差が１つの固定の値とされている場合には、温度制御対象２の温度は、同じ温度範囲の近傍で振れることになる。この場合、ＯＦＦ温度と下限温度Ｔｉｕとの温度差は、複数の温度制御対象２のうち、最も大きくする必要のあるものを基準に設定されるため、温度制御対象２の温度が振れる範囲は広くなり、平均温度が高くなる。

一方、本実施の形態１では、温度降下速度が異なる温度制御対象２毎に、ＯＦＦ温度と下限温度Ｔｉｕとの温度差が各温度制御対象２に固有のＯＦＦ温度を計算し、このＯＦＦ温度に基づいて各温度制御対象２に取り付けられたヒータ３のＯＦＦ制御を行う。すなわち、各温度制御対象２のヒータ３は、温度制御対象２ごとに設定されるＯＦＦ温度に基づいてヒータ３のＯＦＦ制御が行われる。相対的に温度降下速度が遅い温度制御対象２については、温度降下速度が速い温度制御対象２と比較して、ＯＦＦ温度を低めに設定する。すなわち、相対的に温度降下速度が遅い温度制御対象２については、相対的に温度降下速度が速い温度制御対象２と比較して、ＯＦＦ温度と下限温度との差を小さく設定する。これにより、相対的に温度降下速度の遅い温度制御対象２の平均温度を下げることが可能になり、複数ある温度制御対象２の全体の平均温度を下げることができる。その結果、ヒータ３で使用する平均電力を少なく抑制することができ、ヒータ３による電力系への負荷を軽減できる。

なお、制御部６内の各部が予め保持しているデータは、制御部６内の共有の記憶部に保持されていてもよい。この場合には、制御部６内の各部は、既定の処理に必要なデータを共有の記憶部から読み出して用いる。

また、ヒータ３のＯＮおよびＯＦＦの制御周期毎に上記の制御を行うためには、温度センサ４の測定周期はヒータ３のヒータＯＮおよびＯＦＦの制御周期毎に比べて大幅に短い周期で行う必要がある。また、現在の制御周期の時間帯に処理されて生成されたヒータＯＮ要求情報またはヒータＯＦＦ要求情報を用いて、数周期先の制御周期においてヒータ３のＯＮおよびＯＦＦの制御を行ってもよい。

ヒータ制御装置１は、人工衛星および床暖房装置に用いることが可能である。上述したヒータ制御装置１を人工衛星に適用した場合は、温度制御対象２としては、衛星構体に配置された電子機器、推進系のタンクおよびバルブ、配管、衛星外側のアンテナおよびインジェクションコーンがある。ヒータ制御装置１を床暖房装置に適用した場合は、温度制御対象２としては、床面、配管、制御用の電子機器がある。

人工衛星は、異常事態が発生して通常運用モードから太陽指向モードに移行する場合は、構体の向きが通常運用モードから変化して地球指向から太陽指向に変化するため、太陽光の入射角が変化する。このため、人工衛星の外部機器では熱入力量の急激な変動が起こり、内部機器では異常事態に備えて軽負荷モードに移行するので内部の発熱状況も大幅に変わる可能性がある。すなわち、人工衛星における温度制御対象２の温度Ｔｉは急激に変化する可能性がある。

このような急激な温度制御対象の温度の変化を前提として、温度降下速度を求める考え方としては２つある。１つ目は、人工衛星における温度制御対象の温度が変化した場合には、温度制御対象の温度の変化に直ちに追従して、温度降下速度を更新するという考え方である。２つ目は、内部機器発熱量と外部熱入力量は変化するものとして、保持している過去の履歴の中で一番少ない内部機器発熱量と外部熱入力量のデータ、およびこの時の温度降下速度を予めデータとして保持しておき、この時の温度降下速度を通常の運用でも利用するという考え方である。

前者の場合は、たとえば移動平均等の平均化の手法を用いて、ランダムな誤差を排除しながら統計的な変化を利用して、温度制御対象の温度の変化に迅速に対応する必要がある。後者の場合は、内部機器発熱量と外部入力熱量とが少ない場合には温度降下速度が速くなることから、保持している過去の温度降下速度の履歴の中で一番速い温度降下速度に合わせて下限温度までの温度制御マージンを確保しておくものである。前者のメリットは、ヒータ３で使用する平均電力を低減でき、ヒータ３による電力系への負荷を軽減できることである。一方、後者のメリットは、機器の下限温度の割込みのリスクを低減できることである。

上述したように、本実施の形態１においては、実測した温度制御対象２の温度Ｔｉに基づいて温度降下速度を計算し、該温度降下速度に基づいて各温度制御対象２に固有の制御基準温度であるＯＦＦ温度を決定する。そして、相対的に温度降下速度の遅い温度制御対象２ほど、下限温度とＯＦＦ温度との温度差を小さくする。これにより、相対的に温度降下速度の遅い温度制御対象２の平均温度を下げることができ、複数の温度制御対象２の全体の平均温度を下げることが可能になる。したがって、本実施の形態１によれば、ヒータ３で使用する平均電力を少なく抑制することができ、ヒータ３による電力系への負荷を軽減できる、という効果が得られる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、使用可能な電力に上限があり、電力需給が逼迫する前に使用電力を前倒しすることによって電力の平滑化を実現してピーク電力を抑える場合について説明する。本実施の形態２にかかるヒータ制御装置が実施の形態１にかかるヒータ制御装置１と異なる点は、制御部６の代わりに制御部２１を備えることである。図７は、本発明の実施の形態２にかかるヒータ制御装置における制御部２１の機能構成を示す機能構成図である。なお、実施の形態１にかかるヒータ制御装置１と同じ部材については、同じ符号を付すことで説明を省略する。

制御部２１は、温度降下速度計算部１３によって計算された温度降下速度に基づいて「ヒータ３の制御における基準温度である制御基準温度」として、各温度制御対象２の温度制御を前倒し制御するために用いる加熱制御温度を計算する加熱制御温度計算部２２と、温度制御対象２の温度Ｔｉと、加熱制御温度計算部２２で計算された加熱制御温度とから各ヒータ３に行うＯＮまたはＯＦＦの制御を判定してヒータ３毎に要求情報を生成するヒータ制御要求部であるヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部２３と、を備える。加熱制御温度は、温度制御対象２における下限温度よりも高い、各温度制御対象２に固有の値である。加熱制御温度は、各温度制御対象２を正常に動作させるためのヒータ３による温度制御対象２の温度制御を前倒し制御するために用いる、ヒータ３のＯＮおよびＯＦＦを制御する基準となる温度である。

また、制御部２１は、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部２３からヒータＯＮ要求情報が入力された複数のヒータ３について、各温度制御対象２の温度降下速度に基づいて、ＯＮするヒータ３の優先順位を判定する優先順位判定部２４と、ＯＮするヒータ３の優先順位に従って、既定の電力閾値を超えない限りヒータ３をＯＮすべきである優先順位の高い温度制御対象２を決定するヒータピーク電力管理部２５と、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部２３から入力されるヒータＯＦＦ要求情報と、ヒータピーク電力管理部２５から入力されるヒータＯＮ要求情報およびヒータＯＦＦ要求情報と、に基づいてヒータスイッチ５のＯＮおよびＯＦＦを制御するヒータスイッチ制御部２６と、を備える。

そして、優先順位判定部２４とヒータピーク電力管理部２５とにより、電力管理部が構成される。電力管理部は、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部２３においてヒータＯＮ要求情報が生成された複数のヒータ３について、ヒータ３の電力の和が既定の電力を超えないように、ヒータ３をＯＮする優先順位の高いヒータ３を決定してＯＮ要求情報を生成し、その他の優先順位の低いヒータ３についてヒータＯＦＦ要求情報を生成する。

なお、本実施の形態２においては、温度降下速度計算部１３は、温度降下速度を加熱制御温度計算部２２および優先順位判定部２４に出力する。

つぎに、本実施の形態２にかかるヒータ制御装置の動作について説明する。図８は、本実施の形態２にかかるヒータ制御装置の動作の手順を示すフローチャートである。ヒータ制御装置が温度制御を開始すると、まず、実施の形態１の場合と同様にステップＳ１０において、各温度センサ４で各温度制御対象２の温度が計測され、工学値変換部１２において各温度制御対象２の温度Ｔｉが得られる。工学値変換部１２は、各温度制御対象２の温度Ｔｉを温度降下速度計算部１３、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部２３および優先順位判定部２４に出力する。温度制御対象２の温度Ｔｉは、温度Ｔｉが測定された温度制御対象２の情報および該温度制御対象２に取り付けられたヒータ３の情報と関連付けられている。

つぎに、ステップＳ２０において、実施の形態１の場合と同様に、温度降下速度計算部１３において各温度制御対象２について温度降下速度が計算される。温度降下速度計算部１３は、温度降下速度を加熱制御温度計算部２２と優先順位判定部２４とに出力する。温度降下速度は、該温度降下速度を計算した温度制御対象２の情報および該温度制御対象２に取り付けられたヒータ３の情報と関連付けられている。

つぎに、ステップＳ１１０において、加熱制御温度計算部２２は、温度降下速度計算部１３から入力された温度降下速度に基づいて、「ヒータ３の制御における基準温度である制御基準温度」として加熱制御温度を各温度制御対象２について計算する。すなわち、加熱制御温度計算部２２は、制御基準温度を温度降下速度に基づいて計算する制御基準温度計算部として機能する。

本実施の形態２においては、実施の形態１のように、下限温度とＯＦＦ温度とを用いたヒステリシス制御は行わず、加熱制御温度を用いてヒータ３のＯＮおよびＯＦＦの制御を行う。すなわち、本実施の形態２においては、基本的に、温度制御対象２の温度Ｔｉが加熱制御温度以下であると判断された場合に、ヒータ３のＯＮ制御を行う。なお、後述するように、温度制御対象２の温度Ｔｉが加熱制御温度以下であると判断された場合でも優先順位によっては、必ずしもヒータ３がＯＮされない場合がある。また、温度制御対象２の温度Ｔｉが加熱制御温度よりも大であると判断された場合に、ヒータ３のＯＦＦ制御を行う。これにより、本実施の形態２においては、温度制御対象２の温度Ｔｉを、下限温度よりも高い、加熱制御温度を基準としたその近傍の温度範囲において制御する。

相対的に温度降下速度が速い温度制御対象２は、温度が加熱制御温度を下回ってから下限温度まで低下するまでの時間が、相対的に温度降下速度が遅い温度制御対象２と比較して短い。そして、ヒータ３をＯＮにする制御を行ってから、実際に温度制御対象２の温度が上昇するまでには、タイムラグが存在する。このため、温度制御対象２を適切な温度に保持するために、温度制御対象２の温度が下限温度を下回らないように、温度降下速度が速い温度制御対象２については、加熱制御温度を高めに設定する必要がある。すなわち、温度降下速度が速い温度制御対象２については、加熱制御温度と下限温度との差を大きく設定する必要がある。

一方、相対的に温度降下速度が遅い温度制御対象２は、下限温度まで同じ温度幅を低下するまでの時間が、相対的に温度降下速度が速い温度制御対象２と比較して長い。このため、相対的に温度降下速度が遅い温度制御対象２については、相対的に温度降下速度が速い温度制御対象２と比較して、加熱制御温度を低めに設定することができる。すなわち、相対的に温度降下速度が遅い温度制御対象２については、相対的に温度降下速度が速い温度制御対象２と比較して、加熱制御温度と下限温度との差を小さく設定することができる。

すなわち、温度降下速度の遅い温度制御対象２ほど、下限温度と加熱制御温度との幅を小さくする。これにより、温度降下速度の遅い温度制御対象２の、ヒータ３の制御を行っている間における平均温度を、下限温度と加熱制御温度との温度幅が温度降下速度が速い温度制御対象２と同じ場合と比較して、低く下げることが可能になる。そして、温度降下速度の遅い温度制御対象２の平均温度を下げることにより、複数ある温度制御対象２の全体の平均温度を下げることが可能になる。その結果、ヒータ３で使用する平均電力を少なく抑制することができ、ヒータ３による電力系への負荷を軽減できる。

図９は、温度制御対象２の温度降下速度と加熱制御温度との関係の一例を示す特性図である。図９においては、横軸に温度降下速度を、縦軸に加熱制御温度と下限温度との差を示している。温度降下速度と加熱制御温度とは、線形特性を有する。加熱制御温度計算部２２は、実施の形態１におけるＯＦＦ温度計算部１４と同様に、図９に示すような温度制御対象２の温度降下速度と、加熱制御温度と下限温度との関係との差と、の関係を定義する関係情報と、各温度制御対象２の既定の下限温度と、を予め保持している。

そして、加熱制御温度計算部２２は、この温度降下速度と下限温度と関係情報とに基づいて、温度降下速度に対応する加熱制御温度を、各温度制御対象２について計算する。加熱制御温度計算部２２は、計算した加熱制御温度計算部２２を、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部２３に出力する。加熱制御温度は、該加熱制御温度を計算した温度制御対象２の情報および該温度制御対象２に取り付けられたヒータ３の情報と関連付けられている。図９に示すような、「温度降下速度と、加熱制御温度と下限温度との差と、の関係を定義する関係情報」は、全ての温度制御対象２について共通で使用できる。

また、各温度制御対象２の下限温度は予め決定しているので、図９に示す関係情報において、加熱制御温度と下限温度との差の代わりに、温度降下速度に対応する加熱制御温度が予め代入されている関係情報を各温度制御対象２について保持してもよい。

つぎに、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部２３は、工学値変換部１２から入力された温度制御対象２の温度Ｔｉと、加熱制御温度計算部２２から入力された加熱制御温度と、に基づいて、各温度制御対象２に取り付けられているヒータ３に行うＯＮまたはＯＦＦの制御を判定してヒータ３毎に要求情報を生成する。ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部２３は、各温度制御対象２に取り付けられているヒータ３について決定したＯＮまたはＯＦＦを要求する制御要求情報を、ヒータスイッチ制御部２６および優先順位判定部２４に出力する。ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部２３は、ＯＮ制御を要求するヒータ３についてはヒータＯＮ要求情報を、優先順位判定部２４に出力する。また、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部２３は、ＯＦＦ制御を要求するヒータ３についてはヒータＯＦＦ要求情報をヒータスイッチ制御部２６に出力する。

ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部２３において温度制御対象２に取り付けられているヒータ３のＯＮまたはＯＦＦの制御の要求を決定する方法について説明する。ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部２３は、ステップＳ１２０において、温度制御対象２の温度Ｔｉと加熱制御温度Ｔｉｓとが入力された複数の温度制御対象２について、温度制御対象２の温度Ｔｉと加熱制御温度Ｔｉｓとを比較し、温度制御対象２の温度Ｔｉが加熱制御温度Ｔｉｓ以下であるか否かを判定する。

ステップＳ１２０において、温度制御対象２の温度Ｔｉが加熱制御温度Ｔｉｓより大である場合は（ステップＳ１２０、Ｎｏ）、ステップＳ２００において、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部２３は、この温度制御対象２に対応するヒータ３についてヒータＯＦＦ要求情報をヒータスイッチ制御部２６に出力する。

一方、ステップＳ１２０において、温度制御対象２の温度Ｔｉが加熱制御温度Ｔｉｓ以下である場合は（ステップＳ１２０、Ｙｅｓ）、ステップＳ１３０において、ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部２３は、この温度制御対象２に対応するヒータ３をＯＮする候補として、該ヒータ３についてヒータＯＮ要求情報を生成して、優先順位判定部２４に出力する。

優先順位判定部２４は、ステップＳ１４０において、ヒータＯＮ要求情報が入力された、ＯＮする候補である複数のヒータ３について、ヒータ３をＯＮする温度制御対象２の優先順位を判定する。優先順位判定部２４は、各温度制御対象２の温度降下速度に基づいて、ヒータ３をＯＮする優先順位を判定する。すなわち、優先順位判定部２４は、相対的に温度降下速度の速い温度制御対象２に取り付けられたヒータ３の優先順位を高くし、相対的に温度降下速度の遅い温度制御対象２に取り付けられたヒータ３の優先順位を低くして、優先順位を判定する。また、温度降下速度が同じ場合には、温度制御対象２の温度が低い方の優先順位を高くする。

また、優先順位判定部２４は、相対的に温度の低い、すなわち相対的に下限温度との温度差の小さい温度制御対象２の優先順位を高くし、相対的に温度の高い、すなわち相対的に下限温度との温度差の大きい温度制御対象２の優先順位を低くして、優先順位を判定する。優先順位判定部２４は、ＯＮする候補である複数のヒータ３について、優先順位をヒータピーク電力管理部２５に出力する。

したがって、より好ましくは、優先順位判定部２４が、各温度制御対象２の下限温度を保持しておく。そして、優先順位判定部２４は、各温度制御対象２の温度が温度Ｔｉから低下してそれぞれの下限温度に達するまでの下限温度到達時間を、温度制御対象２の温度Ｔｉと各温度制御対象２の下限温度とにより算出する。そして、この下限温度到達時間が短い順に優先順位を高く設定する。

ヒータピーク電力管理部２５は、ステップＳ１５０において、優先順位の高い順にヒータ３をＯＮした場合の、ヒータ３の合計電力であるトータルヒータ電力Ｐｔを計算する。ヒータピーク電力管理部２５は、ＯＮする候補のヒータ３ｃの各ヒータ電力Ｐｃを、各ヒータの電圧Ｖと各ヒータの抵抗値Ｒｃとを保持しておき、下記式（２）により計算する。

Ｐｃ＝Ｖ２ ／Ｒｃ ・・・・（２）

そして、このＯＮする候補の各ヒータ３ｃのヒータ電力Ｐｃを求め、優先順位の高い順にＯＮした場合のヒータ３ｃのトータルヒータ電力Ｐｔを計算する。たとえば、ΣＰｃ（１）を優先順位が１番目のヒータ３ｃのヒータ電力の１制御周期分の総和、ΣＰｃ（２）を優先順位が２番目のヒータ３ｃのヒータ電力の１制御周期分の総和、・・・、ΣＰｃ（ｋ）を優先順位がｋ番目のヒータ３ｃのヒータ電力の１制御周期分の総和とする。優先順位が１番目からｋ番目までのヒータ３のトータルヒータ電力Ｐｔは、下記式（３）のように計算される。

Ｐｔ＝ΣＰｃ（１）＋ΣＰｃ（２）＋…＋ΣＰｃ（ｋ）・・・・（３）

ヒータピーク電力管理部２５は、既定の電力上限値Ｐｕの情報を予め保持している。ヒータピーク電力管理部２５は、ステップＳ１６０において、ＯＮする候補の各ヒータ３ｃのヒータ電力を、優先順位に基づいて逐次加算することによって得られるトータルヒータ電力Ｐｔが、電力上限値Ｐｕより大であるか否かを判定する。

ステップＳ１６０において、トータルヒータ電力Ｐｔが電力上限値Ｐｕより大である場合は（ステップＳ１６０、Ｙｅｓ）、ヒータピーク電力管理部２５は、ステップＳ１５０に戻る。そして、ヒータピーク電力管理部２５は、最後に加算したヒータ３ｃのヒータ電力Ｐｃをトータルヒータ電力Ｐｔから除いて、再度トータルヒータ電力Ｐｔを求め、再度ステップＳ１６０を行う。ヒータピーク電力管理部２５は、トータルヒータ電力Ｐｔが電力上限値Ｐｕを超えなくなるまでこの処理を繰り返す。トータルヒータ電力Ｐｔからヒータ３ｃを除く順番は、優先順位の低い順にしたがっている。この処理により、優先順位の低い順にしたがって、ＯＦＦするヒータ３を決定することができる。

ステップＳ１６０において、トータルヒータ電力Ｐｔが電力上限値Ｐｕを超えない場合は（ステップＳ１６０、Ｎｏ）、ヒータピーク電力管理部２５は、ステップＳ１７０において、このときのトータルヒータ電力Ｐｔの算出に含まれているヒータ３ｃを、トータルヒータ電力Ｐｔが電力上限値Ｐｕを超えない範囲で最終的にＯＮするヒータ３として決定する。また、ヒータピーク電力管理部２５は、このときのトータルヒータ電力Ｐｔの算出に含まれていないヒータ３ｃを、ＯＦＦするヒータ３として決定する。

そして、ステップＳ１８０において、ヒータピーク電力管理部２５は、最終的にＯＮするヒータ３として決定したヒータ３について、ヒータＯＮ要求情報を生成してヒータスイッチ制御部２６に出力する。また、ヒータピーク電力管理部２５は、ＯＦＦするヒータ３として決定したヒータ３について、ヒータＯＦＦ要求情報を生成してヒータスイッチ制御部２６に出力する。これにより、下記式（４）に示すように、ヒータ３ｃのトータルヒータ電力Ｐｔは電力上限値Ｐｕ内となり、ヒータピーク電力管理部２５による一連のヒータＯＮ／ＯＦＦ設定作業が終わる。

Ｐｔ＝ΣＰｃ（１）＋ΣＰｃ（２）＋…＋ΣＰｃ（ｈ）＜Ｐｕ ・・・（４）

つぎに、ステップＳ１９０において、ヒータスイッチ制御部２６は、ヒータＯＮ要求情報およびヒータＯＦＦ要求情報が入力されたヒータ３のヒータスイッチ５のＯＮまたはＯＦＦを制御するヒータスイッチ制御情報を各ヒータスイッチ５に出力する。

各ヒータスイッチ５では、ヒータスイッチ制御部２６から入力されたヒータスイッチ制御情報に基づいて、ヒータスイッチ５のＯＮ／ＯＦＦを既定の制御周期で実施する。

以上の処理を繰り返すことにより、各温度制御対象２に取り付けられたヒータ３のＯＮ／ＯＦＦが制御される。

図１０は、実施の形態２にかかるヒータ制御装置により制御された温度制御対象２の温度プロファイルの一例を示す特性図である。上記手順により複数の温度制御対象２に対応する各ヒータ３のＯＮおよびＯＦＦを制御した場合、温度制御対象２の温度Ｔｉはたとえば図１０のようになる。図１０においては、温度降下速度が異なる温度制御対象２Ｃと温度制御対象２Ｄとの温度プロファイルの一例を示している。また、図１０においては、横軸が時間軸を示しており、ｔ１〜ｔ８がヒータ３の制御周期である。また、縦軸が温度制御対象２の温度を示している。また、図１０においては、便宜的に下限温度Ｔｉｕが同じ温度であるとして示しているが、実際には下限温度Ｔｉｕは温度制御対象２毎に異なる。図１０に示すように、相対的に温度降下速度が遅い温度制御対象２Ｃの加熱制御温度Ｔｉｓｃは、相対的に温度降下速度が速い温度制御対象２Ｄの加熱制御温度Ｔｉｓｄと比較して、低く設定される。すなわち、下限温度Ｔｉｕとの差は、加熱制御温度Ｔｉｓｄと比較して、加熱制御温度Ｔｉｓｃの方が少なく設定される。

全ての温度制御対象２について加熱制御温度と下限温度Ｔｉｕとの差が１つの固定の値とされている場合には、全温度制御対象２の温度は、下限温度Ｔｉｕから固定の幅だけ高い加熱制御温度の近傍で振れることになる。この場合、加熱制御温度と下限温度Ｔｉｕとの差は、複数の温度制御対象２のうち、加熱制御温度と下限温度Ｔｉｕとの差を最も大きくする必要のあるものを基準に設定されるため、温度制御対象２の平均温度が高くなる。

一方、本実施の形態２では、温度降下速度が異なる温度制御対象２毎に、加熱制御温度と下限温度Ｔｉｕとの温度差が各温度制御対象２に固有の加熱制御温度を計算し、この加熱制御温度に基づいて各温度制御対象２に取り付けられたヒータ３のＯＮおよびＯＦＦの制御が行う。そして、相対的に温度降下速度が遅い温度制御対象２については、温度降下速度が速い温度制御対象２と比較して、加熱制御温度を低めに設定する。すなわち、相対的に温度降下速度が遅い温度制御対象２については、相対的に温度降下速度が速い温度制御対象２と比較して、加熱制御温度と下限温度との差を小さく設定する。これにより、相対的に温度降下速度の遅い温度制御対象２の平均温度を下げることが可能になり、複数ある温度制御対象２の全体の平均温度を下げることができる。その結果、ヒータ３で使用する平均電力を少なく抑制することができ、ヒータ３による電力系への負荷を軽減できる。

また、ヒステリシス制御においては、制御に用いる基準温度のうち低い方の基準温度まで温度制御対象の温度が下がらないとヒータはＯＮとならず、また低い方の基準温度まで温度制御対象の温度が下がったら必ずＯＮしなければならない。

一方、本実施の形態２では、図１０に示すように温度制御対象２の温度が下限温度に下がる前からヒータ３をＯＮすることを可能にさせ、且つその場合必ずしもヒータをＯＮする必要はないので、ヒータ３のＯＮおよびＯＦＦの制御に対して自由度が大きい。すなわち、ピーク電力の電力上限値Ｐｕに対してヒータ３のトータルヒータ電力Ｐｔが少ない場合は、温度制御対象２の温度が下限温度Ｔｉｕまで下がらなくても優先順位に従ってヒータ３をＯＮすることができる。また、トータルヒータ電力Ｐｔがピーク電力の電力上限値Ｐｕを超えてしまう場合は、優先順位の低い順に従って、ヒータ３をＯＦＦしていくことができる。

図１０に示した例では、ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ７の制御周期では、優先順位が高く温度降下速度が速い温度制御対象２Ｄのヒータ３がＯＮされ、優先順位が低く温度降下速度が遅い温度制御対象２Ｃのヒータ３がＯＦＦされている。これにより、図１０に示した例では、ヒータ３のＯＮの重なりによるピーク電力の増大を抑制する制御形態とされている。なお、ここでは、温度制御対象２ｃと温度制御対象２Ｄとの２つのみを示しているが、複数の温度制御対象２について優先順位にしたがってＯＮすることにより、同様にヒータ３のＯＮの重なりによるピーク電力の増大を抑制する制御を行うことができる。

以上によって、ヒータ３のＯＮおよびＯＦＦの制御は自由度の大きな状態で、そのトータルヒータ電力Ｐｔがヒータ３の平均電力より少し大きく設定したピーク電力の電力上限値Ｐｕ内に収まるように制御される。この結果、トータルヒータ電力Ｐｔは、常時平均電力付近で推移し、平均電力に比べて少し大きい程度のピーク電力に抑えられる。

ここで、ヒータ３の制御周期におけるピーク電力の電力上限値Ｐｕに対してヒータ３のトータルヒータ電力Ｐｔが少ない場合に、温度制御対象２の温度が下限温度Ｔｉｕまで下がらない温度制御対象２のヒータ３を優先順位に従ってＯＮすることにより、ピーク電力を抑制するために使用電力を前倒しすることが可能である。すなわち、トータルヒータ電力Ｐｔがヒータ３の平均電力より少し大きく設定したピーク電力の電力上限値Ｐｕ内に収まるように、温度制御対象２の温度が下限温度Ｔｉｕまで下がらない温度制御対象２について、優先順位に従ってヒータ３をＯＮすることができる。これにより、後の時間帯において温度制御対象２の温度が下限温度Ｔｉｕまで下がってヒータ３をＯＮすることが必要となる温度制御対象２の温度を予め上げることができ、このヒータ３による使用電力を前倒しすることができる。この結果、このヒータ３による使用電力の前倒しをしない場合に比べて、後の時間帯においてこのヒータ３をＯＮした場合に複数のヒータ３のＯＮの重なりによる生じるピーク電力の増大を抑制することができる。したがって、使用電力の平均化が可能となり、トータルヒータ電力Ｐｔは、常時平均電力付近で推移し、平均電力に比べて少し大きい程度のピーク電力に抑えられる。

図１１は、実施の形態２にかかるヒータ制御装置により制御されたトータルヒータ電力Ｐｔの挙動の一例を示す図である。図１１において、四角いブロックは、時間毎の各ヒータ３の電力を示している。図１１に示すように、各制御周期におけるトータルヒータ電力Ｐｔは、常時平均電力付近で推移し、平均電力に比べて少し大きい程度のピーク電力に抑えられる。

各ヒータ３のＯＮまたはＯＦＦの制御は制御周期毎に行われてもよく、更に細かい時間帯において行われてもよい。すなわち、１つの制御周期における時間帯を複数の分割時間帯に分割してもよい。センサ４および制御部２１の各部は、分割時間帯に対応させて各分割時間帯毎に上述した情報を取得または生成する。ヒータピーク電力管理部２５は、１つの制御周期における各分割時間帯について上述した一連のヒータＯＮ／ＯＦＦ設定作業を実施する。ヒータスイッチ制御部２６は、１つの制御周期における各分割時間帯についてヒータＯＮ要求情報およびヒータＯＦＦ要求情報が入力されたヒータ３のヒータスイッチ５のＯＮまたはＯＦＦを制御するヒータスイッチ制御情報を、各ヒータスイッチ５に出力する。

各ヒータスイッチ５では、ヒータスイッチ制御部２６から入力されたヒータスイッチ制御情報に基づいて、１つの制御周期における各分割時間帯において、ヒータスイッチ５のＯＮ／ＯＦＦを、分割時間帯に対応する既定の刻み時間で判断して実施する。この場合には、図１１に示すように、１つの制御周期において、複数のピーク電力が生じるが、この場合も各分割時間帯においてトータルヒータ電力Ｐｔが電力上限値Ｐｕを超えない範囲で最終的にＯＮするヒータ３として決定される。たとえば図１１においては、１つの制御周期が図示しない多数の分割時間帯されている。そして、ｔ１〜２２の制御周期のうち前半部分では、トータルヒータ電力Ｐｔが電力上限値Ｐｕを超えない範囲で、優先順位に従ってヒータ３ａ，３ｂ，３ｃがＯＮされている。また、制御周期のうち後半部分では、トータルヒータ電力Ｐｔが電力上限値Ｐｕを超えない範囲で、優先順位に従ってヒータ３ａ，３ｄがＯＮされている。

ピーク電力を抑制するために使用電力を前倒しする場合には、ピーク電力の制御を行わない場合に比べて各温度制御対象の温度が上昇し、温度制御対象の全体の平均温度が高くなり、使用平均電力が増加する。しかしながら、本実施の形態２においては、ピーク電力の制御を行いつつ、トータルヒータ電力Ｐｔを使用平均電力に比べて少し大きい程度のピーク電力に抑制できる。

上述したように、本実施の形態２においては、実測した温度制御対象２の温度Ｔｉに基づいて温度降下速度を計算し、該温度降下速度に基づいて各温度制御対象２に固有の制御基準温度である加熱制御温度を決定する。そして、相対的に温度降下速度の遅い温度制御対象２ほど、下限温度と加熱制御温度との温度差を小さくする。これにより、相対的に温度降下速度の遅い温度制御対象２の平均温度を下げることができ、複数の温度制御対象２の全体の平均温度を下げることが可能になる。したがって、本実施の形態２によれば、ヒータ３で使用する平均電力を少なく抑制することができ、ヒータ３による電力系への負荷を軽減できる、という効果が得られる。

また、本実施の形態２においては、ピーク電力の制御を行いつつ、トータルヒータ電力Ｐｔを使用平均電力に比べて少し大きい程度の少ないピーク電力に抑制できる、という効果が得られる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ ヒータ制御装置、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 温度制御対象、３ ヒータ、４ 温度センサ、５ ヒータスイッチ、６，２１ 制御部、７ 電源、１１ アナログデジタル変換部、１２ 工学値変換部、１３ 温度降下速度計算部、１４ ＯＦＦ温度計算部、１５，２３ ヒータＯＮ／ＯＦＦ要求部、１６，２６ ヒータスイッチ制御部、２２ 加熱制御温度計算部、２４ 優先順位判定部、２５ ヒータピーク電力管理部、１０１ プロセッサ、１０２ メモリ、Ｐａｖｅ 平均電力、Ｐｃ ヒータ電力、Ｐｉ ヒータ電力、Ｐｔ トータルヒータ電力、Ｐｕ 電力上限値、Ｒｃ 抵抗値、Ｔｉ 温度制御対象の温度、Ｔｉａ，Ｔｉｂ，Ｔｉｏ ＯＦＦ温度、Ｔｉｓ，Ｔｉｓｃ，Ｔｉｓｄ 加熱制御温度、Ｔｉｕ 下限温度。

Claims (8)

1. ヒータスイッチのＯＮまたはＯＦＦによりＯＮ制御またはＯＦＦ制御されて複数の温度制御対象を個別に加熱する複数のヒータを制御するヒータ制御装置であって、
   前記複数の温度制御対象の温度を個別に計測する複数の温度センサと、
   前記複数の温度制御対象について、前記温度制御対象の温度が下降する速度である温度降下速度を前記温度センサにおいて異なる２つのタイミングで計測された前記温度制御対象の温度に基づいて計算する温度降下速度計算部と、
   前記複数の温度制御対象について、前記ヒータの制御における基準温度である制御基準温度を、相対的に前記温度降下速度が速い前記温度制御対象の前記制御基準温度を相対的に高くするとともに相対的に前記温度降下速度が遅い前記温度制御対象の前記制御基準温度を相対的に低くして、前記温度降下速度に基づいて計算する制御基準温度計算部と、
   前記複数の温度制御対象について、前記制御基準温度と前記温度制御対象の温度とを用いて、前記ヒータのＯＮ制御を要求するＯＮ要求情報または前記ヒータのＯＦＦ制御を要求するＯＦＦ要求情報を生成するヒータ制御要求部と、
   前記複数のヒータについて、前記ＯＮ要求情報および前記ＯＦＦ要求情報に基づいて前記ヒータスイッチのＯＮまたはＯＦＦを制御するヒータスイッチ制御部と、
   を備えることを特徴とするヒータ制御装置。
2. 前記制御基準温度が、前記温度制御対象のそれぞれに固有であって、前記ヒータをＯＦＦする基準温度であるＯＦＦ温度であり、
   前記ヒータ制御要求部は、前記温度制御対象のそれぞれに固有であって前記ヒータをＯＮする基準温度である既定のＯＮ温度と、前記ＯＦＦ温度と、前記温度センサで計測された前記温度制御対象の温度とに基づいて、前記ＯＮ要求情報または前記ＯＦＦ要求情報を生成すること、
   を特徴とする請求項１に記載のヒータ制御装置。
3. 前記制御基準温度が、前記温度制御対象のそれぞれに固有であって、前記ヒータをＯＮまたはＯＦＦする基準温度である加熱制御温度であり、
   前記ヒータ制御要求部は、前記温度制御対象の温度が前記制御基準温度以下の場合に前記ＯＮ要求情報を生成し、前記温度制御対象の温度が前記制御基準温度よりも大の場合に前記ＯＦＦ要求情報を生成すること、
   を特徴とする請求項１に記載のヒータ制御装置。
4. 前記ヒータ制御要求部において前記ＯＮ要求情報が生成された前記複数のヒータについて、前記ヒータの電力の和が既定の電力を超えないように、前記ヒータをＯＮする優先順位の高い前記ヒータについて前記ＯＮ要求情報を生成し、前記優先順位の低い前記ヒータについて前記ＯＦＦ要求情報を生成する電力管理部を備え、
   前記ヒータスイッチ制御部は、前記ヒータ制御要求部で生成された前記ＯＦＦ要求情報と前記電力管理部で生成された前記ＯＮ要求情報および前記ＯＦＦ要求情報とに基づいて、前記ヒータのスイッチのＯＮまたはＯＦＦを制御すること、
   を特徴とする請求項３に記載のヒータ制御装置。
5. 前記電力管理部は、前記温度制御対象における前記温度降下速度に基づいて前記優先順位を判定すること、
   を特徴とする請求項４に記載のヒータ制御装置。
6. 前記電力管理部は、前記相対的に温度降下速度の速い前記温度制御対象の前記優先順位を高くすること、
   を特徴とする請求項５に記載のヒータ制御装置。
7. 前記電力管理部は、前記温度降下速度が同じ複数の前記温度制御対象のうち、温度が低い前記温度制御対象の前記優先順位を高くすること、
   を特徴とする請求項６に記載のヒータ制御装置。
8. ヒータスイッチのＯＮまたはＯＦＦによりＯＮ制御またはＯＦＦ制御されて複数の温度制御対象を個別に加熱する複数のヒータの制御を行うヒータ制御方法であって、
   前記複数の温度制御対象の温度を個別に計測する複数の温度センサで前記複数の温度制御対象の温度を個別に計測する第１工程と、
   前記複数の温度制御対象について、前記温度制御対象の温度が下降する速度である温度降下速度を、前記温度センサにおいて異なる２つのタイミングで計測された前記温度制御対象の温度から計算する第２工程と、
   前記複数の温度制御対象について、前記ヒータの制御における基準温度である制御基準温度を、前記温度降下速度が速い前記温度制御対象の前記制御基準温度を高くするとともに前記温度降下速度が遅い前記温度制御対象の前記制御基準温度を低くして、前記温度降下速度に基づいて計算する第３工程と、
   前記複数の温度制御対象について、前記制御基準温度と前記温度制御対象の温度とを用いて、前記ヒータのＯＮ制御を要求するＯＮ要求情報または前記ヒータのＯＦＦ制御を要求するＯＦＦ要求情報を生成する第４工程と、
   前記複数のヒータについて、前記ＯＮ要求情報および前記ＯＦＦ要求情報に基づいて前記ヒータスイッチのＯＮまたはＯＦＦを制御する第５工程と、
   を含むことを特徴とするヒータ制御方法。

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