JP2020126397A - 外乱抑制装置、外乱抑制方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】むだ時間を考慮して、外乱による影響を適切かつ簡便に抑制することができる、外乱抑制装置を提供することにある。【解決手段】外乱抑制装置２００は、タイミング予測装置３０を有する。そして、タイミング予測装置３０は、むだ時間取得部３０Ａ、外乱開始時間取得部３０Ｂ、タイミング予測部３０Ｃを備える。むだ時間取得部３０Ａは、ＰＩＤチューニングを行って、むだ時間Ｌを取得する。外乱開始時間取得部３０Ｂは、開始信号ＳＳが入力された時点から、温度Ｔが外乱Ｄの影響を受け始める時点までの期間を表す、外乱開始時間Ｂを取得する。タイミング予測部３０Ｃは、むだ時間Ｌと外乱開始時間Ｂとに基づいて、外乱操作量印加タイミングを予測する。【選択図】図２

Description

この発明は、外乱抑制装置、外乱抑制方法、およびプログラムに関し、たとえば、制御系に対する外乱による影響を抑制することが可能な、外乱抑制装置、外乱抑制方法、およびプログラムに関する。

フィードバック制御系に対して印加される外乱を予測し、当該制御系に対する当該外乱による影響を低減する技術が、存在する（たとえば、特許文献１：特開２０００−２２７８０１号公報）。特許文献１には、外乱操作量予測手段および外乱操作量印加手段が、記載されている。外乱操作量予測手段は、外乱を打ち消すための外乱操作量を予測する。そして、外乱操作量印加手段は、外乱が印加された時、当該外乱を打ち消すように、上記外乱操作量を、ＰＩＤ制御手段からの操作量に加える。これにより、制御対象に対して、外乱の影響を抑制することを図っている。

特開２０００−２２７８０１号公報

しかしながら、上記制御系にはむだ時間が存在するため、上記操作量を制御対象に対して印加しても、当該操作量に応じた出力が、すぐには現れない（検出されない）。ここで、「むだ時間」とは、制御系の速応性を示す指標である。つまり、入力（操作量）を加えたときに、出力（制御量の変化）が直ちに現れず、時間Ｌだけ遅れて現れる。当該時間Ｌが、むだ時間である。当該むだ時間を考慮して、外乱による影響を適切かつ簡便に抑制することができる、外乱抑制装置が望まれている。

そこで、この発明の課題は、むだ時間を考慮して、外乱による影響を適切かつ簡便に抑制することができる、外乱抑制装置、外乱抑制方法、およびプログラムを提供することにある。

上記課題を解決するため、この開示に係る外乱抑制装置は、
制御系に対する外乱による影響を抑制する外乱抑制装置であって、
上記制御系は、制御対象と、目標値と制御量との偏差をなくすように上記制御対象に対してＰＩＤ操作量を出力するＰＩＤ制御部と、を含み、
上記外乱抑制装置は、
上記制御系に印加される外乱に対応して、当該外乱を打ち消すように作用する外乱操作量を予測する外乱操作量予測部と、
上記外乱操作量を上記ＰＩＤ操作量に印加し得る、外乱操作量印加部と、
上記外乱操作量を上記ＰＩＤ操作量に印加すべき外乱操作量印加タイミングを予測する、タイミング予測装置とを、備えており、
上記タイミング予測装置は、
上記制御系について、上記ＰＩＤ制御部の制御パラメータを調整するためのＰＩＤチューニングを行って、上記ＰＩＤ操作量を変化させてから上記制御量が変化し始めるまでの期間を表すむだ時間（Ｌ）を取得する、むだ時間取得部と、
外部から外乱発生タイミングに関する開始信号を受けて、上記開始信号が入力された時点から上記制御量が上記外乱の影響を受け始める時点までの期間を表す外乱開始時間（Ｂ）を取得する、外乱開始時間取得部と、
上記むだ時間（Ｌ）と上記外乱開始時間（Ｂ）とに基づいて、上記外乱操作量印加タイミングを予測する、タイミング予測部とを、備える、ことを特徴とする。

本明細書で、ＰＩＤ制御（部）とは、フィードバック制御の一種であって、比例制御（Ｐ制御）、積分制御（Ｉ制御）、および、微分制御（Ｄ制御）を行うものをいう。「ＰＩＤチューニング」とは、ゲインなどの制御パラメータを調整する処理を意味する。

また、「外乱操作量」とは、外乱を打ち消すために、時間の経過に伴って印加される操作量を意味する。外乱による上記制御系に対する影響が、時間の経過に伴って定形化されたものであれば、外乱操作量も時間の経過に伴って定形化（パターン化）される。

また、「外部」から外乱発生タイミングに関する開始信号を受けるとは、この外乱抑制装置の外部、例えば、上記制御系に対する外乱（影響）を与える処理を行う、この外乱抑制装置よりも上位のシステムから、その処理のタイミングに関する信号を受けるような場合を指す。

この開示の外乱抑制装置では、むだ時間取得部は、ＰＩＤ制御部の制御パラメータを調整するためのＰＩＤチューニングを行って、上記むだ時間（Ｌ）を取得する。外乱開始時間取得部は、上記開始信号が入力された時点から、上記制御量が上記外乱の影響を受け始める時点までの期間を表す、外乱開始時間（Ｂ）を取得する。そして、タイミング予測部は、上記むだ時間（Ｌ）と上記外乱開始時間（Ｂ）とに基づいて、外乱操作量印加タイミングを予測する（この予測は、自動的に行われ得る）。したがって、上記ＰＩＤ操作量に対して、印加が予測されるような外乱を打ち消すための上記外乱操作量を、適切なタイミング（つまり、むだ時間（Ｌ）を考慮したタイミング）で、印加することができる。よって、外乱による影響を適切かつ簡便に抑制することができる。

一実施形態の外乱抑制装置では、
上記タイミング予測部は、上記外乱開始時間（Ｂ）が、上記むだ時間（Ｌ）以上であるとき、上記開始信号が入力される時点から、上記外乱開始時間（Ｂ）と上記むだ時間（Ｌ）との差分で表される時間が経過する時点を、上記外乱操作量印加タイミングとして、予想する、ことを特徴とする。

この一実施形態の外乱抑制装置により、外乱開始時間（Ｂ）がむだ時間（Ｌ）以上である場合において、適切な外乱操作量印加タイミングを、予測することができる。

一実施形態の外乱抑制装置では、
上記タイミング予測部は、上記外乱開始時間（Ｂ）が、上記むだ時間（Ｌ）未満であるとき、上記開始信号が入力される時点を、上記外乱操作量印加タイミングとして、予想する、ことを特徴とする。

この一実施形態の外乱抑制装置により、外乱開始時間（Ｂ）がむだ時間（Ｌ）未満である場合において、上記開始信号入力後、待ち時間なしで、ＰＩＤ操作量に対して外乱操作量を印加することができる。

一実施形態の外乱抑制装置は、
上記外乱開始時間（Ｂ）が、上記むだ時間（Ｌ）未満であるとき、上記外乱開始時間（Ｂ）が上記むだ時間（Ｌ）未満である旨を通知する、通知装置を、さらに備える、ことを特徴とする。

この一実施形態の外乱抑制装置では、通知装置が、外乱開始時間（Ｂ）がむだ時間（Ｌ）未満であることを、通知する。したがって、当該通知を、ユーザが認識することにより、ユーザは、上記開始信号の発信のタイミングを、修正することができる（たとえば、より前倒しすることができる）。

別の局面では、この開示の外乱制御方法は、
制御系に対する外乱による影響を抑制する外乱抑制方法であって、
上記制御系は、制御対象と、目標値と制御量との偏差をなくすように上記制御対象に対してＰＩＤ操作量を出力するＰＩＤ制御部と、を含み、
上記外乱抑制方法は、
上記制御系に印加される外乱に対応して、当該外乱を打ち消すように作用する外乱操作量を予測し、
上記制御系について、上記ＰＩＤ制御部の制御パラメータを調整するためのＰＩＤチューニングを行って、上記ＰＩＤ操作量を変化させてから上記制御量が変化し始めるまでの期間を表すむだ時間（Ｌ）を取得し、
外部から外乱発生タイミングに関する開始信号を受けて、上記開始信号が入力された時点から上記制御量が上記外乱の影響を受け始める時点までの期間を表す外乱開始時間（Ｂ）を取得し、
上記むだ時間（Ｌ）と上記外乱開始時間（Ｂ）とに基づいて、外乱操作量印加タイミングを予測し、
上記外乱操作量印加タイミングに基づき、上記ＰＩＤ操作量に、上記外乱操作量を印加する、ことを特徴とする。

この開示の外乱抑制方法では、上記制御系に印加される外乱に対応して、当該外乱を打ち消すように作用する外乱操作量が、予測される。上記ＰＩＤチューニングを行って、上記むだ時間（Ｌ）が取得される。外部から外乱発生タイミングに関する開始信号を利用して、上記外乱開始時間（Ｂ）が取得される。上記むだ時間（Ｌ）と上記外乱開始時間（Ｂ）とに基づいて、外乱操作量印加タイミングが予測される（この予測は、自動的に行われ得る）。そして、上記外乱操作量印加タイミングに基づき、上記ＰＩＤ操作量に、上記外乱操作量が印加される。したがって、上記ＰＩＤ操作量に対して、印加が予測されるような外乱を打ち消すための上記外乱操作量を、適切なタイミング（つまり、むだ時間（Ｌ）を考慮したタイミング）で、印加することができる。よって、外乱による影響を適切かつ簡便に抑制することができる。

さらに別の局面では、この開示のプログラムは、外乱抑制方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムである。

この開示のプログラムをコンピュータに実行させることによって、上記外乱抑制方法を実施することができる。

以上より明らかなように、この開示の、外乱抑制装置および外乱抑制方法によれば、むだ時間を考慮して、外乱による影響を適切かつ簡便に抑制することができる。また、この開示のプログラムをコンピュータに実行させることによって、上記外乱抑制方法を実施することができる。

実施の形態に係るシステム全体の概略構成を示す図である。 実施の形態に係る外乱抑制装置が適用された温度制御装置の構成を示す図である。 上記温度制御装置における、外乱抑制のための準備処理動作の流れを示す図である。 図３の準備処理動作に含まれる外乱チューニング動作の流れを示す図である。 外乱操作量印加タイミングを予測する動作を説明するための図である。 図３の準備処理動作に含まれる外乱操作量印加タイミング予測動作の流れを示す図である。 上記温度制御装置における加熱装置制御処理の流れを示す図である。 上記温度制御装置における加熱装置制御処理の動作を説明する図である。

以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る制御システムの構成を、示している。当該制御システムは、システム制御装置１００、一実施形態の外乱抑制装置が適用された温度制御装置２００、制御対象としての加熱装置（以下、単に「加熱装置」と称する）３００、およびワーク搬送装置４００を含む。図１に示すように、システム制御装置１００は、温度制御装置２００およびワーク搬送装置４００と、通信可能に接続されている。また、温度制御装置２００は、加熱装置３００と、通信可能に接続されている。ここで説明した接続方法、有線による接続であっても、無線による接続であってもよい。

図１に示すシステムでは、ワーク搬送装置４００により、被加熱体（図示せず）が、加熱装置３００へ搬送される。そして、当該加熱装置３００が当該被加熱体に対して加熱処理を行うことにより、加熱処理後の物品が生成される。

システム制御装置１００は、システム全体の制御を担っている。当該システム制御装置１００は、温度制御装置２００に対して、後述する外乱発生タイミングに関する開始信号ＳＳを送信し、ワーク搬送装置４００に対して、上記被加熱体および加熱処理後の物品の搬送制御に関する搬送信号ＣＳを送信する。当該搬送信号ＣＳに基づいて、ワーク搬送装置４００は、システム外から加熱装置３００への被加熱体移動、および加熱装置３００からシステム外への加熱処理後の物品の移動を、制御する。加熱装置３００は、当該加熱装置３００に搬送されてくる被加熱体に対して、熱処理を施す。

温度制御装置２００は、加熱装置３００において、所望の温度での加熱処理が実現されるように、当該加熱装置３００が有する加熱体３００ａの温度制御を行う。なお、加熱装置３００は、加熱処理の温度を検出することが可能な温度センサ３００ｂを有している。温度センサ３００ｂの検出値は、制御量としての温度Ｔ（以下、単に「温度Ｔ」と称する）である。温度制御装置２００は、上記温度Ｔが目標値ＴＯとなるように、ＰＩＤ操作量Ｏを含む信号を、加熱装置３００に送信する。そして、当該加熱装置３００は、受信したＰＩＤ操作量Ｏを含む信号を用いて、加熱処理の温度Ｔが上記目標値ＴＯとなるように、加熱体３００ａの加熱を制御する。

図２は、温度制御装置２００の具体的な構成例を示す。温度制御装置２００は、メモリ１０、プロセッサ５０、および通知装置６０を含む。プロセッサ５０は、ＰＩＤ制御部１５、外乱操作量予測部２０、外乱操作量印加部２５、およびタイミング予測装置３０としての機能を、実現する。後述する外乱抑制方法を含む、温度制御装置２００を制御するためのプログラムが、メモリ１０には、格納されている。プロセッサ５０は、メモリ１０と通信可能に接続されており、メモリ１０からプログラムを読み込む。これにより、プロセッサ５０は、外乱抑制方法を含む各種動作を、実行する。なお、プロセッサ５０は、通知装置６０と通信可能に接続されている。

図２に示すように、温度制御装置２００内のＰＩＤ制御部１５は、制御対象としての加熱装置３００を制御する制御系を構成している。ＰＩＤ制御部１５は、目標値ＴＯと温度Ｔ（上述したように、温度センサ３００ｂの検出温度Ｔ）との偏差（ＴＯ−Ｔ）をなくすように、加熱装置３００に対してＰＩＤ操作量Ｏを出力する。

ところで、図１に示すシステムの運転を開始し、被加熱体の当該システム内への搬送が開始されると、図２に示すように、当該運転開始に伴う外乱要素７０による外乱Ｄが生じる。ここで、外乱要素７０としては、被加熱体のシステムの侵入に伴う当該システム内への空気の流入、被加熱体が加熱体３００ａに接触することによる、加熱体３００ａの温度の低下等がある。ここで、このシステムでは、当該外乱要素７０は、予知可能である。したがって、制御系に印加される、各外乱要素７０に対応する各外乱Ｄも、予め予測できる。

そこで、温度加熱装置２００内の外乱操作量予測部２０は、上記制御系に印加される外乱Ｄに対応して、当該外乱Ｄを打ち消すように作用する外乱操作量ＤＯ（図１，２参照）を予測する。また、図２に示すように、外乱操作量印加部２５は、外乱操作量予測部２０が予測した外乱操作量ＤＯを、上記ＰＩＤ操作量Ｏに印加し得る。

ここで、図８の下段に示すように、外乱操作量ＤＯとは、外乱を打ち消すために、時間の経過に伴って印加される操作量である。外乱による上記制御系に対する影響が、時間の経過に伴って定形化されたものであれば、当該外乱操作量ＤＯも時間の経過に伴って定形化（パターン化）される。この例では、階段状のパターンになっている。なお、外乱要素７０、外乱Ｄ、外乱操作量ＤＯ、ＰＩＤ制御部１５の動作、外乱操作量予測部２０の動作、および外乱操作量印加部２５の動作等は、たとえば特開２０００−２２７８０１号公報に詳細に記載されている。

図２に示すように、本実施の形態に係る温度制御部２００は、タイミング予測装置３０を備える。当該タイミング予測装置３０は、むだ時間Ｌを考慮して、外乱操作量ＤＯをＰＩＤ操作量Ｏに印加すべき外乱操作量印加タイミングを、予測する。ここで、本明細書におけるむだ時間Ｌとは、ＰＩＤ操作量Ｏを変化させてから、温度Ｔが変化し始めるまでの期間のことである（図８参照）。図２に示すように、タイミング予測装置３０は、むだ時間取得部３０Ａ、外乱開始時間取得部３０Ｂ、タイミング予測部３０Ｃ、および印加指示部３０Ｄを、機能ブロックとして有している。

以下の動作の説明において、ＰＩＤ制御部１５、外乱操作量予測部２０、外乱操作量印加部２５、およびタイミング予測装置３０（より具体的に、上記各ブロック３０Ａ〜３０Ｄ）の動作は、詳述される。

以下、本実施の形態に係る温度制御装置２００の動作について説明する。当該動作は、二つに処理に大別される。一方は、準備処理であり、他方は、加熱装置制御処理である。

（準備処理の動作）
図３は、上記温度制御装置２００における、外乱抑制のための準備処理動作の流れを示している。まず、ステップＳ１において、図２に示すＰＩＤ制御部１５は、ＰＩＤチューニングを行う。加熱装置３００を含む制御系に対応する、ＰＩＤ制御部１５の制御パラメータ（ゲイン、比例帯、積分時間、および微分時間など）を調整するために、当該ＰＩＤチューニングは実施される。ここで、ＰＩＤチューニングとしては、たとえば、特開２００５−２８４８２８号公報に詳述されているような、リミットサイクル法によるオートチューニングを採用することができる。なお、ステップ応答法によるオートチューニング、最小２乗法によるシステム同定法などによって、制御パラメータを調整してもよい。

次に、図３のステップＳ２において、図２に示す外乱操作量予測部２０は、外乱チューニングを行う。上述したように、図２に示す外乱要素７０は、加熱装置３００およびワーク搬送システム４００を用いた、被加熱体に対する処理（搬送および加熱）の運転開始に伴って生じ、当該外乱要素７０は、予め特定することができる。外乱操作量予測部２０は、上記処理の運転開始によって印加される予期可能な外乱Ｄに対応した、外乱操作量ＤＯを予測するため、当該外乱操作量予測部２０は、外乱チューニングを実施する。

なお、後述する加熱装置制御処理において、外乱操作量ＤＯは、フィードフォワード的に、ＰＩＤ操作量Ｏに加えられる。これにより、加熱装置制御処理の際に、外乱Ｄを打ち消すような操作信号Ｏ，ＤＯを、加熱装置３００に与えることができる。

ここで、図３のステップＳ２の外乱チューニングにより、外乱操作量ＤＯが決定される動作を、図４，５を用いて説明する。図４は、外乱チューニングの各動作を示している。図５は、当該外乱チューニングにより、外乱操作量予測部２０が取得することが可能な、波形の一例を示す。ここで、図５において、横軸は時間であり、縦軸は温度Ｔである。よって、図５には、外乱チューニング中の、温度Ｔの時間変化を示す波形が例示されている。なお、図５には、目標値ＴＯも図示している。

まず、上述した制御系において、温度Ｔが目標値ＴＯと略一致している状態を、作り出す。その後、外乱操作量予測部２０は、上記外乱チューニングを開始する。具体的に、準備処理において、被加熱体に対する処理（搬送および加熱）の運転が、開始される（図５の「開始信号ＳＳ」参照）。システム制御装置１００が、温度制御装置２００に対して、開始信号ＳＳを送信することにより、外乱操作量予測部２０は、当該運転開始の時点を、認識することができる。そして、当該開始信号ＳＳの受信により、外乱操作量予測部２０は、外乱チューニングを開始する。なお、上記したように、開始信号ＳＳは、外乱発生タイミングに関する信号である。

その後、外乱Ｄを打ち消す処理を行わず、通常のＰＩＤフィードバック制御のみが実施される。つまり、当該運転開始後、制御系に外乱Ｄが印加された状態で、温度Ｔ、目標値ＴＯおよびＰＩＤ操作量Ｏを用いた、ＰＩＤ制御（つまり、温度Ｔと目標値ＴＯとを一致させるフィードバック制御）のみが、上記制御系において実施される。このように、上記運転開始後、外乱Ｄが印加され、上記フィードバック制御が実施される。

上記運転開始後、上記フィードバック制御中において、外乱操作量予測部２０は、外乱開始時点ｔｉ（図５参照）を検知する（図４のステップＳ１１）。ここで、外乱開始時点ｔｉとは、上記運転開始後、目標値ＴＯと温度Ｔとの間の温度偏差｜ＴＯ−Ｔ｜が、予め設定した温度閾値Ｔｔｈを、上回った時点を意味する。

ステップＳ１１の後、外乱操作量予測部２０は、上記フィードバック制御を行いながら、温度ＴおよびＰＩＤ操作量Ｏを、時系列にロギング（記録）する（ステップＳ１２）。そして、外乱操作量予測部２０が、外乱終了時点ｔｆ（図５参照）を検知する（ステップＳ１３）。ここで、外乱終了時点ｔｆとは、ステップＳ１１後、温度偏差｜ＴＯ−Ｔ｜が、予め設定した温度閾値Ｔｔｈを下回った時点を意味する。なお、ステップＳ１３後、温度ＴおよびＰＩＤ操作量Ｏのロギング（記録）は、終了する。

ステップＳ１３後、外乱操作量予測部２０は、ステップＳ１２において記録した、各温度Ｔおよび各ＰＩＤ操作量Ｏを用いて、図８の下段に示すような外乱操作量ＤＯを算出（予測）する（ステップＳ１４）。ここで、外乱操作量ＤＯの予測および外乱チューニングは、たとえば、特開２０００−２２７８０１号公報に詳述されている。

このようにして、外乱チューニング（図３のステップＳ２）を終了する。

図３のステップＳ２終了後（外乱操作量ＤＯ予測後）、図２に示すタイミング予測装置３０は、外乱操作量印加タイミングを予測する（図３のステップＳ３）。次に、図２，５，６を用いて、当該ステップＳ３の動作を詳述する。ここで、図６は、外乱操作量印加タイミングの予測動作の流れを示している。

図６のステップＳ２１において、図２に示すタイミング予測装置３０のむだ時間取得部３０Ａは、加熱装置３００を含む上記制御系に対する、むだ時間Ｌを取得する（図５参照）。ここで、むだ時間取得部３０Ａは、上述したＰＩＤチューニングの結果を利用して、むだ時間Ｌを取得することができる。たとえば、一例として、ＰＩＤチューニングとして、リミットサイクル法によるオートチューニングを行った場合、微分時間ＴＤとむだ時間Ｌとの間に、ＴＤ＝０．５×Ｌ、の関係が成立し得る。

次に、ステップＳ２２において、タイミング予測装置３０の外乱開始時間取得部３０Ｂは、外乱開始時間Ｂを取得する（図５参照）。ここで、外乱取得時間Ｂは、外乱チューニングにおいて得られた図５に例示する波形を用いて、取得され得る。つまり、図５において、動作開始（開始信号ＳＳ受信）した時点から、外乱開始時点ｔｉまでの期間（開始信号ＳＳが入力された時点から、温度Ｔが上記外乱Ｄの影響を受け始める時点までの期間、と把握できる）が、外乱開始時間Ｂである。

次に、ステップＳ２３において、タイミング予測装置３０のタイミング予測部３０Ｃは、待ち時間Ａを取得する（図５参照）。ここで、待ち時間Ａは、外乱開始時間Ｂとむだ時間Ｌとを用いて、Ａ＝Ｂ−Ｌなる算出式により得られる。なお、図５に、待ち時間Ａ、外乱開始時間Ｂおよび、むだ時間Ｌの関係が、波形と共に例示されている。そして、タイミング予測部３０Ｃは、各時間Ａ，Ｂ，Ｌに基づき、外乱操作量印加タイミングを、予測する。

たとえば、外乱開始時間Ｂが、むだ時間Ｌ以上であるとする。この場合（すなわち、Ｂ≧Ｌの場合）には、タイミング予測部３０Ｃは、開始信号ＳＳが入力される時点から、外乱開始時間Ｂとむだ時間Ｌとの差分（Ｂ−Ｌ）で表される時間が経過する時点を、外乱操作量印加タイミングとして、予想する。つまり、タイミング予測部３０Ｃは、開始信号ＳＳ入力時点から、上記待ち時間Ａが経過した時点を、外乱操作量印加タイミングとして予測する。

たとえば、外乱開始時間Ｂが、むだ時間Ｌ未満であるとする。この場合（すなわち、Ｂ＜Ｌの場合）には、タイミング予測部３０Ｃは、開始信号ＳＳが入力される時点を、外乱操作量印加タイミングとして、予想する。ここで、外乱開始時間Ｂが、むだ時間Ｌ未満である場合には、温度制御装置２００が備える通知装置６０が、外乱開始時間Ｂがむだ時間Ｌ未満である旨を、通知してもよい。

以上により、外乱操作量印加タイミング予測処理（図３のステップＳ３）が終了すると、図３に示す準備処理も終了する。

（加熱装置制御処理）
次に、上記準備処理後に実施される、加熱装置制御処理の動作を説明する。概して言うと、当該加熱装置制御処理では、温度制御装置２００は、ＰＩＤ操作量Ｏに外乱操作量ＤＯをフィードフォワード的に印加した操作量Ｏ，ＤＯを、加熱装置３００へ送信する。また、本実施の形態に係る温度制御装置２００は、むだ時間Ｌを考慮したタイミングで、ＰＩＤ操作量Ｏに外乱操作量ＤＯを印加する。

図７，８を用いて、加熱装置制御処理を詳述する。なお、図７は、加熱装置制御処理の動作を示しており、図８は、加熱装置制御処理の動作を時系列的に示している。図８の上段は、図５と同じ内容であり、外乱操作量ＤＯが印加されない場合の温度Ｔの時間変化および各時間Ａ，Ｂ，Ｌを示している。また、図８の下段は、加熱装置制御処理において印加される外乱操作量ＤＯの、時系列的変化を示している。

上述した制御系において、温度Ｔが目標値ＴＯと略一致している状態を、作り出す。その後、被加熱体に対する処理（搬送および加熱）の運転が、開始される。当該開始の時点で、システム制御装置１００は、温度制御装置２００に対して、上述した開始信号ＳＳを送信する（図８参照）。これにより、温度制御装置２００（より具体的には、タイミング予測装置３０）は、当該開始信号ＳＳを受信する（図７のステップＳ３１）。

被加熱体に対するシステム内への搬送が開始されると、外乱要素７０による外乱Ｄが上述した制御系に印加される。一方で、温度制御装置２００は、加熱装置３００の温度センサ３００ｂで検出した温度Ｔを受信する。温度制御装置２００のＰＩＤ制御部１５は、目標値ＴＯと受信した温度Ｔとの差分を、受信する。そして、ＰＩＤ制御部１５は、当該差分に応じたＰＩＤ操作量Ｏを出力する。つまり、ＰＩＤ制御部１５は、ＰＩＤチューニングにより決定された各パラメータを用いて、目標値ＴＯと温度Ｔとの間の温度偏差｜ＴＯ−Ｔ｜をなくすように、ＰＩＤ操作量Ｏを出力する。

タイミング予測装置３０が開始信号ＳＳを受信した後、印加指示部３０Ｄが有するタイマーが、時間の計測を開始する。また、印加指示部３０Ｄは、タイミング予測部３０Ｃから、準備処理において予測された外乱操作量印加タイミングを、事前に取得する。ここで、上述したように、外乱操作量印加タイミングは、外乱開始時間Ｂとむだ時間Ｌとの間の大小関係に応じて、決定される。

たとえば、外乱開始時間Ｂが、むだ時間Ｌ以上であると、仮定する。上記仮定により、外乱操作量印加タイミングは、開始時間ＳＳを受信した後、待ち時間Ａが経過した時点である。そこで、図７のステップＳ２２では、印加指示部３０Ｄで計測した時間が、待ち時間Ａに到達した時点を、検知する。そして、当該検知の時点で、印加指示部３０Ｄは、印加指示信号ＡＩＳを、外乱操作量印加部２５に送信する（ステップＳ３３）。これにより、当該印加指示信号ＡＩＳを受信した外乱操作量印加部２５は、開始時間ＳＳ受信後、待ち時間Ａ経過した時点で、ＰＩＤ操作量Ｏに対する外乱操作量ＤＯのフィードフォワード的印加を開始することができる。

ここで、印加される外乱操作量ＤＯは、準備処理において、外乱操作量予測部２０により、決定されたものであり、外乱Ｄを打ち消すように作用する。図８の下段には、外乱操作量予測部２０で予測された、複数のセグメントＳａ〜Ｓｄから構成される、外乱操作量ＤＯの時系列的変化が、図示されている。なお、上述したように、図８の下段には、開始時間ＳＳ受信後、待ち時間Ａ経過の時点で、外乱操作量ＤＯの印加が開始される動作が、例示されている。

（効果）
本実施の形態に係る外乱抑制装置が適用された温度制御装置２００は、タイミング予測装置３０を有する。そして、当該タイミング予測装置３０は、むだ時間取得部３０Ａ、外乱開始時間取得部３０Ｂ、タイミング予測部３０Ｃを備える。むだ時間取得部３０Ａは、上記制御系（ＰＩＤ制御部１５および加熱装置３００を含む）について、ＰＩＤチューニングを行って、上記むだ時間Ｌを取得する。また、外乱開始時間取得部３０Ｂは、開始信号ＳＳが入力された時点から、温度Ｔが外乱Ｄの影響を受け始める時点までの期間を表す、外乱開始時間Ｂを取得する。また、タイミング予測部３０Ｃは、むだ時間Ｌと外乱開始時間Ｂとに基づいて、外乱操作量印加タイミングを予測する。そして、外乱操作量印加部２５は、当該外乱操作量印加タイミングを用いて、外乱操作量予測部２０で予測した外乱予測量ＤＯを、ＰＩＤ操作量Ｏに印加する。

したがって、ＰＩＤ操作量Ｏに対して、印加が予測されるような外乱Ｄを打ち消すための外乱操作量ＤＯを、適切なタイミング（つまり、むだ時間Ｌを考慮したタイミング）で、印加することができる。よって、外乱Ｄによる影響を、適切かつ簡便に、抑制することができる。なお、外乱操作量ＤＯを印加するタイミングは、上記構成により、自動的に予測することができる。

なお、上記では、被加熱体に対する処理（搬送および加熱）の運転が開始されるタイミングで、システム制御装置１００が、温度制御装置２００に対して、開始信号ＳＳを送信する場合に言及している。しかしながら、開始信号ＳＳが送信されるタイミングは、これに限定されない。たとえば、被加熱体に対する処理（搬送および加熱）の運転が開始から、外乱Ｄが制御系に印加されるまでの間に、システム制御装置１００が、温度制御装置２００に対して、開始信号ＳＳを送信することも可能である。なお、加熱装置制御処理で採用される開始信号ＳＳのタイミングは、準備処理で採用された開始信号ＳＳの送信タイミングと同じである。

また、本実施形態に係る温度制御装置２００では、外乱開始時間Ｂが、むだ時間Ｌ以上であるとき（すなわち、Ｂ≧Ｌのとき）、タイミング予測部３０は、開始信号ＳＳが入力される時点から、外乱開始時間Ｂとむだ時間Ｌとの差分（Ｂ−Ｌ）で表される時間（待ち時間Ａ）が経過する時点を、外乱操作量印加タイミングとして、予想する。したがって、外乱開始時間Ｂがむだ時間Ｌ以上である場合において、適切な外乱操作量印加タイミングを、予測することができる。

また、本実施形態に係る温度制御装置２００では、外乱開始時間Ｂが、むだ時間Ｌ未満であるとき（すなわち、Ｂ＜Ｌのとき）、タイミング予測部３０Ｃは、開始信号ＳＳが入力される時点を、外乱操作量印加タイミングとして、予想する。したがって、外乱開始時間Ｂがむだ時間Ｌ未満である場合において、開始信号ＳＳ入力後、待ち時間Ａなしで、ＰＩＤ操作量Ｏに対して外乱操作量ＤＯを印加することができる。

また、本実施形態に係る温度制御装置２００は、外乱開始時間Ｂが、むだ時間Ｌ未満であるとき、外乱開始時間Ｂがむだ時間Ｌ未満である旨を通知する、通知装置を、さらに備える。したがって、当該通知を、ユーザが認識することにより、ユーザは、システム制御装置１００の設定を変更することによって、上記開始信号ＳＳの発信のタイミングを、修正することができる（たとえば、より前倒しすることができる）。

以上の実施の形態は例示であり、この発明の範囲から離れることなく様々な変形が可能である。上述した複数の実施の形態は、それぞれ単独で成立し得るものであるが、実施の形態同士の組みあわせも可能である。また、異なる実施の形態の中の種々の特徴も、それぞれ単独で成立し得るものであるが、異なる実施の形態の中の特徴同士の組みあわせも可能である。

１５ ＰＩＤ制御部
２０ 外乱操作量予測部
２５ 外乱操作量印加部
３０ タイミング予測装置
３０Ａ むだ時間取得部
３０Ｂ 外乱開始時間取得部
３０Ｃ タイミング予測部
６０ 通知装置
７０ 外乱要素
１００ システム制御装置
２００ 温度制御装置
３００ 加熱装置
４００ ワーク搬送装置

Claims (6)

1. 制御系に対する外乱による影響を抑制する外乱抑制装置であって、
   前記制御系は、制御対象と、目標値と制御量との偏差をなくすように、前記制御対象に対してＰＩＤ操作量を出力するＰＩＤ制御部と、を含み、
   前記外乱抑制装置は、
   前記制御系に印加される外乱に対応して、当該外乱を打ち消すように作用する外乱操作量を予測する、外乱操作量予測部と、
   前記外乱操作量を、前記ＰＩＤ操作量に印加し得る、外乱操作量印加部と、
   前記外乱操作量を前記ＰＩＤ操作量に印加すべき、外乱操作量印加タイミングを予測する、タイミング予測装置とを、備えており、
   前記タイミング予測装置は、
   前記制御系について、前記ＰＩＤ制御部の制御パラメータを調整するためのＰＩＤチューニングを行って、前記ＰＩＤ操作量を変化させてから、前記制御量が変化し始めるまでの期間を表す、むだ時間を取得する、むだ時間取得部と、
   外部から外乱発生タイミングに関する開始信号を受けて、当該開始信号が入力された時点から、前記制御量が前記外乱の影響を受け始める時点までの期間を表す、外乱開始時間を取得する、外乱開始時間取得部と、
   前記むだ時間と前記外乱開始時間とに基づいて、前記外乱操作量印加タイミングを予測する、タイミング予測部とを、備える、
   外乱抑制装置。
2. 請求項１に記載の外乱抑制装置において、
   前記タイミング予測部は、前記外乱開始時間が、前記むだ時間以上であるとき、前記開始信号が入力される時点から、前記外乱開始時間と前記むだ時間との差分で表される時間が経過する時点を、前記外乱操作量印加タイミングとして、予想する、
   ことを特徴とする外乱抑制装置。
3. 請求項１に記載の外乱抑制装置において、
   前記タイミング予測部は、前記外乱開始時間が、前記むだ時間未満であるとき、前記開始信号が入力される時点を、前記外乱操作量印加タイミングとして、予想する、
   ことを特徴とする外乱抑制装置。
4. 請求項１に記載の外乱抑制装置において、
   前記外乱開始時間が、前記むだ時間未満であるとき、前記外乱開始時間が前記むだ時間未満である旨を通知する、通知装置を、さらに備える、
   ことを特徴とする外乱抑制装置。
5. 制御系に対する外乱による影響を抑制する外乱抑制方法であって、
   前記制御系は、制御対象と、目標値と制御量との偏差をなくすように、前記制御対象に対してＰＩＤ操作量を出力するＰＩＤ制御部と、を含み、
   前記外乱抑制方法は、
   前記制御系に印加される外乱に対応して、当該外乱を打ち消すように作用する外乱操作量を予測し、
   前記制御系について、前記ＰＩＤ制御部の制御パラメータを調整するためのＰＩＤチューニングを行って、前記ＰＩＤ操作量を変化させてから、前記制御量が変化し始めるまでの期間を表す、むだ時間を取得し、
   外部から外乱発生タイミングに関する開始信号を受けて、当該開始信号が入力された時点から、前記制御量が前記外乱の影響を受け始める時点までの期間を表す、外乱開始時間を取得し、
   前記むだ時間と前記外乱開始時間とに基づいて、外乱操作量印加タイミングを予測し、
   前記外乱操作量印加タイミングに基づき、前記ＰＩＤ操作量に、前記外乱操作量を印加する、
   外乱制御方法。
6. 請求項５に記載の外乱抑制方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム。

Images