JP2021179869A - シミュレーション方法、シミュレーションプログラムおよびシミュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】対象の制御に用いる目標値を、ユーザが手動で調整可能な環境を提供する。【解決手段】シミュレータ５００は、操作量を入力とし、対象の観測量を出力とする対象を示す対象モデルを構成し、時系列の目標値列を用いて対象モデルの入力として第１の時間的特性を算出するとともに、第１の時間的特性の入力に対する対象モデルの出力を第２の時間的特性として算出し、目標値列に対する第２の時間的特性の追従性に基づき目標値列を変更し、変更後の目標値列を用いて上記算出を再実施し、変更前の目標値列と再実施で算出された第２の時間的特性とを、共通の時間軸で可視化するオブジェクトと、変更後の目標値列を調整するユーザ操作を受付けるオブジェクトとを含むＧＵＩを出力する。【選択図】図１

Description

本開示は、対象の制御に用いる目標値の調整を支援するシミュレーション方法、シミュレーションプログラムおよびシミュレータに関する。

制御対象からの観測値が目標値に一致するように制御量を調節する調節器の一つとして、加熱システムに取り付けられる温度調節器がある。

温度調節のための目標温度を加工する技術として、例えば、特許文献１（特開２００５−２７６１６９号公報）は、目標値と制御対象からの観測量とに基づいて制御プロセスを実行する調節器の前段に設けられて、調節器に対する目標値を加工する装置を開示する。
特許文献２（特開２００７−１１９８２号公報）は、目標温度を調整するための調整情報が、調整装置としてのパーソナルコンピュータにおいて算出されて、パーソナルコンピュータから温度調節器に対して通信によって与えられ、温度調節器は、この調整情報に基いて、目標温度を調整する構成を開示する。

特開２００５−２７６１６９号公報 特開２００７−１１９８２号公報

温度調節に関して、シミュレーション技術を用いたモデル化および当該モデル化された装置などについての特性評価などが実用化されている。このようなモデルを用いてシミュレーションすることで、実機がなくとも、最適な目標値の検討などを行うことができるので、コスト低減や設計期間の短縮化などを実現できる。

この点に関して、ユーザは、目標値の設計に際して手動で調整したいとのニーズを有する。特許文献２は、実機である温度調節器がなくとも、目標値の調整情報を自動的に算出することで設計しているが、目標値の調整情報の設計に際してユーザの手動調整を可能にする環境は提供していない。

本開示は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的は、対象の制御に用いる目標値を、ユーザが手動で調整可能な環境を提供することである。

本開示の一例は、操作量に従って発熱量を変化させる加熱要素によって加熱される対象の時間的特性をコンピュータがシミュレーションする方法であって、操作量を入力とし、対象の観測量を出力とする対象を示す対象モデルを構成するステップと、時系列の目標値列を用いて対象モデルの入力として第１の時間的特性を算出するとともに、第１の時間的特性の入力に対する対象モデルの出力を第２の時間的特性として算出するステップと、目標値列に対する第２の時間的特性の追従性に基づき、当該目標値列を変更するステップと、変更後の目標値列を用いて、算出するステップを再実施するステップと、変更前の目標値列と再実施するステップにおいて算出された第２の時間的特性とを、共通の時間軸で可視化するためのオブジェクトと、変更後の目標値列を調整するためのユーザ操作を受付ける調整オブジェクトとを含むＧＵＩを出力するステップを含む。

この開示によれば、目標値列と算出された第２の時間的特性とを、共通の時間軸で可視化されて提示されるので、ユーザに対して、第２の時間的特性の目標値列に対する追従性を視覚的に与えることができる。さらに、ユーザは、視覚的に得られた追従性を参考にして、変更後の目標値列についての調整量を見積もり、調整オブジェクトを介し、その調整量をシミュレーションに対し入力する操作を行うことができる。これにより、本開示によれば、対象の制御に用いる目標値を、ユーザが手動で調整可能な環境を提供できる。

上述の開示において、可視化するためのオブジェクトは、変更前の目標値列と、再実施するステップにおいて算出された第２の時間的特性と、変更後の目標値列を、共通の時間軸で可視化するためのオブジェクトを含む。

この開示によれば、ユーザに対して、対象のシミュレーションにかかる時間的特性として、変更前の目標値列と、再実施するステップにおいて算出された第２の時間的特性と、変更後の目標値列とを、共通の時間軸で一覧で可視化して提示することができる。

上述の開示において、可視化するためのオブジェクトは、共通の時間軸に経過時間を割当て、当該時間軸に直交する軸に目標値、操作量および観測量を割当てた座標において、目標値列のグラフと、第１の時間的特性を示すグラフと、第２の時間的特性を示すグラフとを含む。

この開示によれば、対象のシミュレーションにかかる時間的特性を提示する態様として、共通の時間軸に経過時間を割当て、当該時間軸に直交する軸に目標値、操作量および観測量を割当てた共通した座標において、目標値列のグラフと、第１の時間的特性を示すグラフと、第２の時間的特性を示すグラフで提示することができる。

上述の開示において、ソミュレーション方法は、追従性を、予め定められた評価関数を用いて評価するステップを、さらに備え、ＧＵＩは、さらに、評価関数によって算出された評価値を可視化するためのオブジェクトを含む。

この開示によれば、ユーザに対して、上記に述べた追従性を、定量的に表す評価値の視覚情報として提供できる。

上述の開示において、ＧＵＩは、さらに、シミュレーションにおいて追従性を評価する期間を、時間軸が示す経過時間において指定するためのユーザ操作を受付けるオブジェクトを含む。

この開示によれば、ユーザは、シミュレーションにおいて追従性を評価する期間を、時間軸が示す経過時間において指定することができる。

上述の開示において、シミュレーション方法は、さらに、調整オブジェクトを介して、変更後の目標値列を調整するためのユーザ操作を受付けたとき、調整後の当該目標値列を用いて、前記算出するステップを再実施するステップを備える。

この開示によれば、ユーザが、調整オブジェクトを操作して、変更後の目標値列を調整した場合、コンピュータは、調整後の目標値列を用いて対象モデルの入力として第１の時間的特性を算出するとともに、第１の時間的特性の入力に対する対象モデルの出力を第２の時間的特性として算出する処理を実施する。

上述の開示において、調整オブジェクトは、変更後の目標値列を増減するためのユーザ操作を受付ける第１のオブジェクト、または、数値を入力するためのユーザ操作を受付ける第２のオブジェクトを含む。

この開示によれば、調整オブジェクトとして、ユーザに対して、値の増減操作を受付けるオブジェクトまたは直接的に数値を入力する操作を受付けるオブジェクトを提供できる。

上述の開示において、第１のオブジェクトは、共通の時間軸に関連付けて当該時間軸が延びる方向と並行に配置された複数のボタンを含み、各ボタンは、時間軸における当該ボタンの最寄りの目盛りが示す時間に対応する目標値列における目標値を増減するユーザ操作を受付ける。

この開示によれば、ユーザに対して、時間軸の目盛に対応する目標値を調整することを可能にする環境を提供することができる。

上述の開示において、各ボタンは、目標値の上限値から下限値の範囲において当該目標値を増減させるユーザ操作を受付ける。

この開示によれば、ユーザがボタンを操作して目標値を増減する場合において、増減後の値が上限または下限を超えるとしても、増減操作後の目標値を上限値〜下限値の範囲に収めることができる。

上述の開示において、各ボタンは、目標値を予め定められた量で増減させるユーザ操作を受付ける。

この開示によれば、ユーザがボタンを操作して目標値を増減する場合において、操作毎に、予め定められた量で値を増減させることとができる。

上述の開示において、ＧＵＩは、さらに、各ボタンが操作されると、当該ボタンの最寄りの目盛りが示す時間に対応する目標値を描画するオブジェクトを含む。

この開示によれば、ユーザに対して、操作しようとするボタンの時間軸上の最寄り目盛に対応して目標値を提示できる。

本開示の他の例は、コンピュータにより実行されると、上記に述べたシミュレーション方法を実現するためのシミュレーションプログラムを提供する。

本開示の他の例は、上記に述べたシミュレーション方法を実行するためのシミュレータを提供する。

本発明によれば、対象を制御するための目標値を、ユーザが手動で調整可能な環境を提供することができる。

実施の形態にかかるシミュレータ５００の主要なモジュール構成を示す図である。 本実施の形態に係る加熱システムの構成の一例を模式的に示す図である。 図２の温度調節器７の構成を示す模式図である。 本実施の形態に係る制御システム１の構成を示す模式図である。 図４のＰＬＣ１００の処理ユニット１０のハードウェア構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係るサポート装置２００のハードウェア構成の一例を示す模式図である。 （Ａ）と（Ｂ）は、本実施の形態にかかるシミュレータ５００による目標値整形の一例を示すグラフである。 本実施の形態にかかる処理の概略を示すフローチャートである。 図２の構成を、データの流れと関連付けながら簡略化して示すブロック図である。 図８のステップＳ１２のワークモデル同定部３１の処理を説明する図である。 図８のステップＳ２３の目標値最適化部３２の処理を説明する図である。 目標値整形を適用可能な加熱システムの構成の種類を表形式で説明する図である。 図８のステップＳ１１でシミュレータ５００が取得する操作量ＭＶ、制御量ＰＶ１および「ワークＳＶ（元）」のデータの一例を示すグラフである。 図１０のステップＳ１２のワークモデル同定において取得されるデータの一例を示すグラフである。 本実施の形態にかかる目標値調整のためのＧＵＩの一例を示す図である。 本実施の形態にかかる評価関数が出力する評価値２９１の表示の一例を示す図である。 本実施の形態にかかる目標値調整のためのＧＵＩの他の例を示す図である。 本実施の形態にかかる目標値調整のためのＧＵＩの他の例を示す図である。 本実施の形態にかかる目標値調整のためのＧＵＩの他の例を示す図である。 本実施の形態にかかる目標値調整のためのＧＵＩの他の例を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜Ａ．適用例＞

まず、本発明が適用される場面の一例について説明する。本実施の形態に係るシミュレータ５００は、典型的には、パーソナルコンピュータなどの汎用コンピュータに実装される。

図１は、実施の形態にかかるシミュレータ５００の主要なモジュール構成を示す図である。本開示では、シミュレータは、ワークの生産ラインに備えられるＦＡ（Factory Automation）において、動的に状態が変化する、すなわち時間経過に伴い状態が変化する対象の時間シミュレーションを例示する。ここでは、シミュレーションの対象は、加熱されて状態として温度が変化するワークを例示するが、対象はこれに限定されない。

図１を参照して、シミュレータ５００は、シミュレーションのためのデータを取得するデータ取得部３０、対象を表すモデルを構成するためのワークモデル同定部３１、最適な目標値を算出するための目標値最適化部３２、ＧＵＩ（Graphical User Interface）を描画するデータを生成する描画データ生成部３３、および描画データに基づきディスプレイ２０７を駆動することによりＧＵＩを描画（表示）させるディスプレイドライバ３４を備える。なお、ディスプレイドライバ３４は、シミュレータ５００に専用ではなく、コンピュータに汎用的に備えられドライバを利用してもよい。

シミュレータ５００は、操作量ＭＶに従って発熱量を変化させる図示しない加熱要素（後述するヒータ３）によって加熱される対象（後述するワーク６０）についての時間的特性を算出（シミュレーション）する。

より具体的には、ワークモデル同定部３１は、ワーク６０を加熱する実機から収集された時間の経過に従い変化する時系列の操作量（実ＭＶ）を入力とし、ワークの観測量（ワークの温度）を出力とするワークを示すワークモデルを構成する。当該ワークモデルの出力は、時間の経過に従い変化する時系列の観測量（モデルＰＶ１）を表す。ワークモデルは、加熱によるワーク６０の熱伝達特性を表す加熱伝達関数を用いて表される。ワークモデル同定部３１は、ワーク６０を加熱する実機から収集された時間の経過に従い変化する時系列の観測量（実ＭＶ１）を用いて、加熱伝達関数に用いられるパラメータの決定処理を実施し、パラメータを決定することによって加熱伝達関数を構成する。

目標値最適化部３２は、構成されたワークモデルを用いて最適な目標値を算出する。より具体的には、目標値最適化部３２は、データ取得部３０から、時間的変化を示す時系列の目標値列（ワークＳＶ（元））を用いてワークモデルの入力として第１の時間的特性（時系列の操作量ＭＶ）を算出するとともに、第１の時間的特性の入力に対するワークモデルの出力を第２の時間的特性（時系列のモデル温度（モデルＰＶ１））として算出する（これを、算出ステップという）。なお、第１の時間的特性（操作量ＭＶ）の算出には、データ取得部３０からのパラメータによって同定された関数によって表される、温度調節器の制御をモデル化したＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）モデルを用いた算出が適用される。ＰＩＤ制御モデルを用いた算出によって、ワークモデルからの出力（後述するモデルＰＶ）を目標値に追従して変化させるための操作量ＭＶが導出される。

目標値最適化部３２は、目標値列（ワークＳＶ（元））に対する第２の時間的特性（モデルＰＶ１）の追従性に基づき、当該目標値を変更する。より具体的には、目標値最適化部３２は、第２の時間的特性（モデルＰＶ）の値が、目標値列（ワークＳＶ（元））の時間の経過に従う変化に遅れなく追従して変化する追従性を、予め定められた評価関数を用いて評価する。目標値最適化部３２は、追従性の評価値に基づき、目標値列を変更し、変更後の目標値列を用いて、上記の算出ステップを再実施する。例えば、目標値最適化部３２は、追従性の評価値に基づき、モデルＰＶ１がワークＳＶ（元）に追従するような変更後の目標値列（ＲＳワークＳＶ）を算出し、変更後の目標値列を用いて、上記の算出ステップを再実施する。

シミュレータ５００は、さらに、ユーザに対して、変更後の目標値列（ＲＳワークＳＶ）を手動で調整可能にする環境としてＧＵＩを提供する。具体的には、描画データ生成部３３は、変更前の目標値列（ワークＳＶ（元））と上記の再実施おいて算出された第２の時間的特性（目標値列のＲＳワークＳＶを用いて算出された時系列の値でああるモデルＰＶ１）とを、共通の時間軸で可視化するためのオブジェクトと、変更後の目標値列を調整するためのユーザ操作を受付ける調整オブジェクトとを含むＧＵＩのための描画データを生成する。ディスプレイドライバ３４は、描画データに基づきディスプレイ２０７を駆動することにより、ディスプレイ２０７に当該ＧＵＩを表示させる。

ユーザは、ディスプレイ２０７において視覚化されたオブジェクトから、共通の時間軸で表示される目標値列（ワークＳＶ（元））と第２の時間的特性（ＲＳワークＳＶを用いて算出されたモデルＰＶ１）の偏差、すなわち追従性を視認できる。さらに、ユーザは、当該偏差から、当該偏差を小さくするような、調整量の目安を取得できる。

ユーザが、調整オブジェクトを操作して変更後の目標値列を調整した場合、目標値最適化部３２は、調整後の当該目標値列を受付けて、受付けた当該調整後の目標値列を用いて上記に述べた算出するステップを再実施する。当該再実施の結果を示すＧＵＩがディスプレイ２０７に表示される。当該再実施の結果を示すＧＵＩにおいて、ユーザは、目標値列（ワークＳＶ（元））と第２の時間的特性（ＲＳワークＳＶを用いて算出されたモデルＰＶ１）の偏差が、例えば小さくなった場合、すなわち追従性が改善されていることを視認した場合、ユーザは、調整後の目標値列の方が、調整前の目標値列（すなわち変更後の目標値列）よりも、ワーク６０の加熱制御のための目標値として適していると判断できる。

図１の構成によれば、加熱時のワーク６０の温度を元の目標値列（ワークＳＶ（元））に追従して変化させるような、温度調節器７がヒータ３を制御するための目標値列（ＲＳワークＳＶ）を、ＧＵＩを介してユーザが手動で調整可能な環境を提供することができる。以下、この実施の形態のより具体的な応用例について説明する。

＜Ｂ．シミュレーションモデルの構成＞

図２は、本実施の形態に係る加熱システムの構成の一例を模式的に示す図である。図２の加熱システムは、ＦＢ（フィードバック）制御系を採用する。図２に示す加熱システムは、ＰＩＤ制御系を含む。本明細書において、「ＰＩＤ制御系」は、比例動作（Proportional Operation：Ｐ動作）を行なう比例要素、積分動作（Integral Operation：Ｉ動作）を行なう積分要素、および微分動作（Derivative Operation：Ｄ動作）を行なう微分要素のうち、少なくとも一つの要素を含む制御系を総称する用語である。すなわち、本明細書において、ＰＩＤ制御系は、比例要素、積分要素および微分要素のいずれをも含む制御系に加えて、一部の制御要素、例えば比例要素および積分要素のみを含む制御系（ＰＩ制御系）なども包含する概念である。

一例として、図２は、温度調節器７としては、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、半導体ウエハに相当するワーク６０に各種の機能膜を作成するＣＶＤ装置において、ＣＶＤ処理中の半導体ウエハの温度を目標温度に加熱するヒータ３の温度制御に用いられる温度調節器を、例として挙げることができる。

図２を参照して、加熱システムは、加熱炉２内でワーク６０を加熱するために、温度調節器７と、ＳＳＲ（Solid State Relay、ソリッドステートリレー）４と、ＳＳＲ４を介して電源５から電力を供給されるヒータ３と、温度センサ６２とを備える。ヒータ３は、典型的には抵抗体であり、供給される電力を熱エネルギーに変換する。温度センサ６２は、ヒータ３の発熱による温度を測定する。また、図２では、シミュレーションのための入力データとして、ワーク６０の温度を取得するために、ワーク６０の裏面に付けられる温度センサ６１が設けられる。実機の環境では温度センサ６１は備えられない。温度センサ６１,６２は、熱電対や抵抗測温体（白金抵抗温度計）からなる。

図２のＦＢ制御系では、温度調節器７は、ヒータ３が通電されたことによる発熱の温度が温度センサ６２によって測定されて、その測定温度（観測量：Process Value；以下「ＰＶ２」とも記す。）が、シミュレーションによる取得された目標値（設定値：Setting Value；以下「ＳＶ」とも記す。）と一致するように、操作量（Manipulated Value；以下「ＭＶ」とも記す。）を出力する。すなわち、実機においては、温度調節器７は、ヒータ３の制御量ＰＶ２が目標値と一致するように操作量ＭＶを決定する。

制御工学の分野において、「観測量」は「制御量」に何らかの誤差を含む値として定義されるが、この誤差を無視すれば、「観測量」は制御対象の「制御量」とみなすことができる。そのため、以下の説明において、「制御量」は「観測量」と読み替えてもよい。

温度調節器７は、ＰＩＤ制御系に係る処理を実行することで算出された操作量ＭＶをＳＳＲ４に対して出力する。フィードバック制御系において、操作量は０〜１００［％］の範囲の値をとり、ＳＳＲ４は、電源５からヒータ３までの回路を操作量ＭＶに応じたデューティー比（duty ratio）でオン／オフ制御する。例えば、操作量が５０［％］であれば、予め定められた制御周期の５０［％］の期間がオン（通電状態）にされ、残りの５０［％］の期間がオフ（非通電状態）にされる。

このように、温度調節器７は、操作量ＭＶを調整することで、ヒータ３の発熱量は、デューティー比に依存することになり、原理的に０〜１００［％］の範囲でしか発熱量を調整できない。そのため、ＰＩＤ制御系において算出された操作量ＭＶが１００％を超える場合や、０％を下回る場合などには、ＳＳＲ４およびヒータ３はその操作量ＭＶに沿った動作を行なうことができない。本明細書において、このような状態（ＭＶ≧１００［％］および／またはＭＶ≦０［％］）を操作量が「飽和」していると表現し、温度調節器７のＰＩＤ制御においては、当該飽和を回避するような処理が実施されることで、操作量ＭＶが飽和する事態を回避している。

本実施の形態では、温度調節器７は、ワーク６０の生産ラインに備えられて、生産ラインに備えられる各機器を制御するＰＬＣ（Programmable Logic Controller）１００と通信する。生産ラインの稼働時は、温度調節器７は、ＰＬＣ１００から目標値ＳＶを示す指令を受信し、受信した指令に従い操作量ＭＶを算出し、算出された操作量ＭＶをＳＳＲ４に出力する。これにより、ヒータ３は発熱し、ヒータ３の上に載置されたワーク６０はヒータ３からの伝熱によって加熱処理される。温度調節器７は、稼働時において、ヒータ３の測定温度である制御量ＰＶ２および操作量ＭＶをＰＬＣ１００に送信する。これにより、ＰＬＣ１００は、目標値ＳＶに応じた制御量ＰＶ２および操作量ＭＶを収集できる。

なお、本実施の形態では、図２の構成において、シミュレーション用のデータを取得するために、ワーク６０に温度センサ６１を取付けて、温度センサ６１によって測定されるワーク６０の測定温度である制御量ＰＶ１も取得される。これにより、シミュレータ５００は、目標値ＳＶを、制御量ＰＶ２よりも、ワーク６０の温度をより正確に反映した制御量ＰＶ１を用いて導出できるので、ヒータ３の制御量ＰＶ２を用いて目標値ＳＶを導出する場合に比べて、ワーク６０のＣＶＤ処理のためのより適した目標温度を導出できる。

＜Ｃ．温度調節器の構成＞

図３は、図２の温度調節器７の構成を示す模式図である。図３を参照して、温度調節器７は、入力回路１０９と、アナログ・デジタル変換部１１２（以下、「Ａ／Ｄ変換部１１２」とも記す。）と、表示部１２１と、操作部１２２と、通信インターフェイス１２４と、処理部１０１と、デジタル・アナログ変換部１１４（以下、「Ｄ／Ａ変換部１１４」とも記す。）と、出力回路１１６とを含む。

入力回路１０９は、温度センサ６２からの測定温度である制御量ＰＶ２を受信し、予め定められた範囲の電圧／電流信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部１１２は、入力回路１０９からのアナログ信号をデジタル信号へ変換し、処理部１０１へ出力する。

操作部１２２は、図２の温度調節器７の筐体の前面に設けられたボタンやスイッチなどを含み、ユーザの操作を受付け、その受付けたユーザ操作を示す情報を処理部１０１へ出力する。表示部１２１は、温度調節器７の筐体の前面に設けられたディスプレイやインジケータなどを含み、処理部１０１における処理の状態を示す情報をユーザへ通知する。別の局面において、操作部１２２および表示部１２１は、ＧＵＩを提示可能なタッチパネルとして提供されてもよい。

通信インターフェイス１２４は、外部の装置（典型的には、ＰＬＣ１００）との間で各種情報を遣り取りする。通信インターフェイス１２４は、ＰＬＣ１００からの情報（例えば、目標値ＳＶ）を処理部１０１へ出力する。

処理部１０１は、プロセッサ１０２と、メモリ１０４と、プログラムモジュール１０５とを含む。プログラムモジュール１０５は、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性記憶媒体に格納される。プロセッサ１０２は、プログラムモジュール１０５のプログラムを実行することにより、制御量ＰＶ２を目標値ＳＶに追従させるような操作量ＭＶを算出する。

Ｄ／Ａ変換部１１４は、処理部１０１で算出された操作量を示すデジタル信号をアナログ信号に変換し、出力回路１１６へ出力する。出力回路１１６は、Ｄ／Ａ変換部１１４からのアナログ信号を制御対象（図２に示す例では、ＳＳＲ４）に応じた信号に成形して出力する。例えば、操作量の０〜１００［％］が０〜１０［Ｖ］の電圧信号に対応する場合には、出力回路１１６は、この電圧範囲の信号が出力されるように調整する。あるいは、出力回路１１６は、操作量の値に応じたデューティー比を有するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を発生する。なお、操作量ＭＶに応じた動作を行なう部位（図１に示す例では、ＳＳＲ４）をアクチュエータとも記す。

プログラムモジュール１０５は、ＰＩＤ制御モジュール１６６および目標値フィルタ１６７を含む。目標値フィルタ１６７は、フィードバック制御系おける目標値特性を決定し、ＰＩＤ制御モジュール１６６は、フィードバック制御系の特性であるフィードバック特性を決定する。目標値フィルタ１６７は、目標値の変更に対する応答特性を改善することが目的とされている。温度調節器７では、目標値ＳＶが変更されると、目標値フィルタ１６７は、制御対象を含む系全体の応答特性に適合した変化率で、目標値を現在値から変更後の値まで徐々に変化させる。これにより、目標値フィルタ１６７は制御部１６０の操作量ＭＶの飽和を防止するように作用する。

＜Ｄ．制御システムの構成＞

温度調節器７を接続するＰＬＣ１００を備える制御システム１の構成を説明する。図４は、本実施の形態に係る制御システム１の構成を示す模式図である。図４を参照して、制御システム１は、ネットワークＮＷに接続された１または複数のＰＬＣ１００を含む。ＰＬＣ１００は、ネットワークＮＷを介してデータを相互に遣り取りすることができる。

ＰＬＣ１００は、プログラムを実行する主体である処理ユニット１０と、処理ユニット１０などへ電力を供給する電源ユニット１２と、フィールド機器からの信号を遣り取りするＩＯ（Input/Output）ユニット１４とを含む。フィールド機器は、例えば、検出センサー６および温度調節器７のアクチュエータなどを含むが、フィールド機器の種類は、これらに限定されない。

ＰＬＣ１００にはサポート装置２００が脱着自在に接続される。サポート装置２００はＰＬＣ１００で実行されるプログラム（パラメータを含む）を生成する機能、接続先のＰＬＣ１００の運転状態や各種データの値などをモニタする機能などを有している。さらに、サポート装置２００は、ユーザによるプログラムの生成を支援するため、エディタ機能、コンパイル機能、デバック機能、シミュレーション機能などを有し得る。

（ｄ１：ＰＬＣのハードウェア構成）

図５は、図４のＰＬＣ１００の処理ユニット１０のハードウェア構成を示す模式図である。図５を参照して、処理ユニット１０は、プロセッサ１００と、チップセット１０３と、メインメモリ１０４と、不揮発性メモリ１０６と、ＧＵＩを提供し得るタッチパネル１０８と、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）コネクタ１１０と、システムバスコントローラ１２０と、システムバスコネクタ１３０と、ネットワークコントローラ１４０と、通信コネクタ１５０と、フィールドネットワークコントローラ１５１と、フィールド通信コネクタ１５２とを含む。チップセット１０３と他のコンポーネントとの間は、各種のバスを介してそれぞれ結合されている。

プロセッサ１００およびチップセット１０３は、典型的には、汎用的なコンピュータアーキテクチャに準じて構成される。メインメモリ１０４は、揮発性の記憶領域であり、処理ユニット１０への電源投入後にプロセッサ１００で実行されるべき各種プログラムを格納する。メインメモリ１０４は、プロセッサ１００による各種プログラムの実行時の作業用メモリとしても使用される。このようなメインメモリ１０４としては、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）といったデバイスが用いられる。

不揮発性メモリ１０６は、リアルタイムＯＳ（Operating System）、システムプログラム、各種アプリケーションプログラム（モジュール）および各種のパラメータを不揮発的に格納する。不揮発性メモリ１０６は、例えば、ＨＤＤ（Hard disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）などを含む。

処理ユニット１０は、通信インターフェイスとして、システムバスコントローラ１２０、ネットワークコントローラ１４０およびフィールドネットワークコントローラ１５１を有する。これらの通信インターフェイスは、出力データの送信および入力データの受信を行う。システムバスコントローラ１２０は、システムバスコネクタ１３０を介してＩＯユニット１４と通信し、ネットワークコントローラ１４０は通信コネクタ１５０を介して他のＰＬＣと通信し、フィールドネットワークコントローラ１５１は、通信コネクタ１５２を介して温度調節器７などのフィールド機器と通信する。ＵＳＢコネクタ１１０は、サポート装置２００と処理ユニット１０とを接続するための通信インターフェイスである。典型的には、サポート装置２００は、プロセッサ１００で実行可能なプログラムまたは目標値ＳＶを含むパラメータをＵＳＢコネクタ１１０を介してＰＬＣ１００に転送する。また、ＰＬＣ１００は、温度調節器７から受信する操作量ＭＶおよび制御量ＰＶ１，ＰＶ２などを、ＵＳＢコネクタ１１０を介してサポート装置２００に転送することができる。

別の局面においては、サポート装置２００は、ＰＬＣ１００を介さずに、温度調節器７から操作量ＭＶおよび制御量ＰＶ１，ＰＶ２などを受信することもできる。

（ｄ２：サポート装置のハードウェア構成）

図６は、本発明の実施の形態に係るサポート装置２００のハードウェア構成の一例を示す模式図である。図６を参照して、サポート装置２００は、典型的には、汎用のコンピュータで構成される。なお、メンテナンス性の観点からは、可搬性に優れたノート型のパーソナルコンピュータであってもよい。

図６を参照して、サポート装置２００は、ＯＳ（Operating System）を含む各種プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１と、ＢＩＯＳや各種データを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）２０２と、ＣＰＵ２０１でのプログラムの実行に必要なデータを格納するための作業領域を提供するメモリＲＡＭ２０３と、ＣＰＵ２０１で実行されるプログラムなどを不揮発的に格納するハードディスク（ＨＤＤ）２０４とを含む。

サポート装置２００は、さらに、ユーザからの操作を受付ける操作受付部に相当するキーボード２０５およびマウス２０６と、情報をユーザに表示するためのディスプレイ２０７とを含む。サポート装置２００は、ＰＬＣ１００（処理ユニット１０）などと通信するための通信インターフェイス（ＩＦ）２０９を含む。サポート装置２００は、ディスプレイ２０７が、ユーザ操作を受付ける操作部と一体的に構成されたタッチパネル２１７として提供されてもよい。

サポート装置２００で実行される各種プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ３００に格納されて流通する。このＣＤ−ＲＯＭ３００に格納されたプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）駆動装置２０８によって読取られ、ハードディスク（ＨＤＤ）２０４などへ格納される。あるいは、上位のホストコンピュータなどからネットワークを通じてプログラムをダウンロードするように構成してもよい。ＨＤＤ２０４は、シミュレーションプログラム２１８と、シミュレーションにおいて用いられるデータ群２１９を格納する。データ群２１９は、操作量ＭＶ、制御量ＰＶ１，ＰＶ２、目標値ＳＶなどを含み、これらデータは、時間の経過に従い変化する時系列データとして示される。

＜Ｅ．目標値整形＞

シミュレータ５００は、ヒータ３の温度制御のための目標値ＳＶを、ワーク６０の制御量ＰＶ１を目標値列「ワークＳＶ（元）」に精度良く追従させるような、最適化のために目標値整形（リファレンスシェイピング：ＲＳともいう）を実施することにより整形の目標値「ＲＳワークＳＶ」を導出する。

図７（Ａ）と（Ｂ）は、本実施の形態にかかるシミュレータ５００による目標値整形の一例を示すグラフである。これらグラフは、実験による得られたものであり、横軸に時間（秒）および縦軸に温度（℃）をとって、温度の時間の経過に従う変化を表す。図７（Ａ）のグラフは、生産ラインにおけるＣＶＤ処理の過程でワーク６０の温度が取るべき経時的な変化を示す目標値列としての「ワークＳＶ（元）」と、シミュレータ５００により目標値整形された「ＲＳワークＳＶ」が示される。図７（Ｂ）では、図２の環境において、「ワークＳＶ（元）」に基づく操作量ＭＶに従いヒータ３を駆動した場合は「ワークＰＶ（元）」で示される制御量ＰＶ１が取得されるのに対し、「ＲＳワークＳＶ」に基づく操作量ＭＶに従いヒータ３を駆動した場合は「ワークＰＶ（ＲＳ）」で示される制御量ＰＶ１が取得される。

図７（Ｂ）によれば、「ワークＰＶ（元）」よりも「ワークＰＶ（ＲＳ）」の方が、「ワークＳＶ（元）」に対する追従性が高い、すなわち「ワークＳＶ（元）」との偏差を速やかに小さくする。また、目標値列の整形には、ヒータ３の制御量ＰＶ２ではなくワーク６０の制御量ＰＶ１を用いている。したがって、シミュレータ５００の目標値整形によれば、ＣＶＤ処理の過程でワーク６０の温度の経時変化を「ワークＳＶ（元）」の変化に精度良く追従させることを可能にする最適化（整形）された「ＲＳワークＳＶ」を取得できる。

＜Ｆ．フローチャート＞

図８は、本実施の形態にかかる処理の概略を示すフローチャートである。図８を参照して、シミュレータ５００は、シミュレーション対象を示すモデルを構成する処理であるモデリング（ステップＳ１）および目標値のための調整処理（ステップＳ２）を実施し、調整処理によって取得された目標値列（すなわち「ＲＳワークＳＶ」）をＰＬＣ１００に転送する。その後、実機による制御（ステップＳ３）が実施される。ステップＳ３では、実機の稼働時において、温度調節器７は、ＰＬＣ１００から送信される目標値列「ＲＳワークＳＶ」に基づく指令信号に従った操作量ＭＶを生成しＳＳＲ４に出力し、ヒータ３の発熱量を制御する。

より具体的には、モデリング（ステップＳ１）では、シミュレータ５００は、ＰＬＣ１００と通信することにより、データ取得部３０によって、ＰＬＣ１００を介して実機の操作量ＭＶと制御量ＰＶ１,ＰＶ２とを取得するとともに、元の目標値列を示す「ワークＳＶ（元）」のデータを取得する（ステップＳ１１）。取得される操作量ＭＶ、制御量ＰＶ１,ＰＶ２のデータは、ＰＬＣ１００が、制御周期に同期して、時系列の「ワークＳＶ（元）」のデータを温度調節器７に出力し、温度調節器７が時系列の目標値列「ワークＳＶ（元）」に従い生成した操作量ＭＶの時系列データと、当該操作量ＭＶに従いヒータ３が制御された場合に取得される時系列の制御量ＰＶ１，ＰＶ２を含む。

図１３は、図８のステップＳ１１でシミュレータ５００が取得する操作量ＭＶ、制御量ＰＶ１および「ワークＳＶ（元）」のデータの一例を示すグラフである。図１３では、縦軸に時系列の操作量ＭＶの単位（％）と制御量ＰＶ１および「ワークＳＶ（元）」の単位（℃）が取られ、横軸に時間（秒）が取られている。シミュレータ５００は、図１３のグラフをディスプレイ２０７に表示させてもよい。

また、モデリング（ステップＳ１）では、シミュレータ５００は、ワークモデル同定部３１を用いて制御対象モデルのパラメータを同定する（ステップＳ１２）。同定する手順は後述する。

次に、調整処理（ステップＳ２）では、シミュレータ５００は、目標値最適化部３２により、元の目標値列の「ワークＳＶ（元）」に精度良く追従する最適化された「ＲＳワークＳＶ」を取得する。具体的には、目標値最適化部３２は、ステップＳ１で取得された「ワークＳＶ（元）」を調整処理のパラメータとして設定し（ステップＳ２２）、ステップＳ１２で同定されたソミュレーション対象モデルおよび「ワークＳＶ（元）」を用いて「ＲＳワークＳＶ」を取得する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３における目標値設計の手順は後述する。

（ｆ１．データ取得）

シミュレータ５００が、図８のステップＳ１で取得するデータを図９を参照して説明する。図９は、図２の構成を、データの流れと関連付けながら簡略化して示すブロック図である。

図９を参照して、稼働時は、制御周期に同期して、ＰＬＣ１００は元の目標値列である「ワークＳＶ（元）」に従う指令を温度調節器７に出力する。温度調節器７は、「ワークＳＶ（元）」の指令と温度センサ６１，６２からの制御量ＰＶ１，ＰＶ２とを用いて、飽和を防止するＰＩＤ制御の演算を実施することにより、操作量ＭＶを算出する。ＳＳＲ４は、操作量ＭＶのデューティー比に応じた電力をヒータ３に出力し、ヒータ３は通電により発熱する。ヒータ３の発熱によって、ヒータ３の上に載置されたワーク６０は加熱される。温度センサ６１および６２は、それぞれ、ワーク６０およびヒータ３の温度を測定し、測定温度を示す制御量ＰＶ１およびＰＶ２を出力する。

ＰＬＣ１００は、温度調節器７から、時系列データである目標値列の「ワークＳＶ（元）」と、制御周期に同期した時系列データの操作量ＭＶおよび制御量ＰＶ１，ＰＶ２を収集し、収集された時系列データをサポート装置２００に送信する。サポート装置２００のシミュレータ５００は、ＰＬＣ１００から取得されたこれら時系列データ２２１を、例えばＨＤＤ２０４にデータ群２１９として格納する。

（ｆ２．シミュレーション対象モデルのパラメータ同定）

図１０は、図８のステップＳ１２のワークモデル同定部３１の処理を説明する図である。図１０を参照して、シミュレータ５００は、ステップＳ１１で実機から取得された操作量ＭＶ（以下、実ＭＶともいう）と伝達関数パラメータとを用いて、例えば、以下の式１の関数ｆ（ｓ）で表すワーク伝達関数２２０に従う演算を実施して、算出値として制御量ＰＶ１を出力する（ステップＳ１２１）。

ｆ（ｓ）＝K1／（（T1・ｓ＋１）（T2・ｓ＋１）（T3・ｓ＋１））…（式１）。なお、（式１）の入力は実ＭＶであり、T1，T2およびT3は時定数であって正の実数、K1は利得（ゲイン）であり正の実数の定数を示し、ｓはラプラス演算子を示す。

ワーク伝達関数２２０は、ＳＳＲ４およびヒータ３を含むワーク６０の加熱要素に対応する制御対象モデルであって、実ＭＶの大きさに応じて制御量ＰＶ１を変化させるように作用する関数であればよく、上記の（式１）に限定されない。以下、制御対象モデルを表すワーク伝達関数２２０によって算出される制御量ＰＶ１を、「モデルＰＶ１」ともいう。

シミュレータ５００は、時系列の値であるモデルＰＶ１を、実ＰＶ１を用いて予め定められた関数を用いて評価し、評価値を出力する（ステップＳ１２２）。評価値は、例えば、モデルＰＶ１の実ＰＶ１に対する追従性を表す値である。

シミュレータ５００は、ワーク伝達関数２２０のパラメータ（伝達関数パラメータK1,T1,T2,T3）の最適な値を、例えば山登り法に準じた方法で決定する（ステップＳ１２３）。より具体的には、シミュレータ５００は、ステップＳ１２２の評価値を閾値と比較し、比較結果が、収束条件を満たすと判定すると、ワーク伝達関数２２０が有するパラメータの値を最適値と決定する。一方、比較結果が収束条件を満たさないと判定すると、ワーク伝達関数２２０を用いた処理（ステップＳ１２１）に戻り、再度、モデルＰＶ１が算出される。シミュレータ５００は、ワーク伝達関数２２０（式１）を用いた演算を再度実施する場合は、（式１）のパラメータK1,T1,T2,T3の少なくとも１つの値を変更して、変更後のパラメータ値を有したワーク伝達関数２２０によってモデルＰＶ１を算出する（ステップＳ１２２、Ｓ１２３）。

このように、シミュレータ５００は、時系列データである実ＭＶについて、時間ｔｉ（ｉ＝１，２，３…ｎ）毎に、時間ｔｉの実ＰＶ１を用いてステップＳ１２１〜Ｓ１２３の処理を繰り返すことにより、ワーク伝達関数２２０のパラメータを算出する処理を繰り返す。シミュレータ５００は、繰り返し処理において収束条件が満たされた時点において、例えば時間ｔｎにおいて取得されたパラメータを有したワーク伝達関数２２０を、実ＰＶ１に対する追従性に優れたモデルＰＶ１を導出可能な最適化されたワークモデルとして同定する。

図１４は、図１０のステップＳ１２のワークモデル同定において取得されるデータの一例を示すグラフである。図１４では、縦軸に実ＭＶの単位（％）とモデルＰＶ１および実ＰＶ１の単位（℃）が取られ、横軸に時間（秒）が取られている。図１４では、実ＰＶ１のグラフと、上記に述べた山登り法による最適パラメータ探索の過程で取得されるモデルＰＶ１のグラフと、実ＭＶのグラフとが共通の時間軸で示される。図１４のグラフによれば、モデルＰＶ１は、実ＰＶ１に精度良く追従していることから、ステップＳ１２において、最適なパラメータを有したワークモデルが同定できたことが示される。シミュレータ５００は、描画データ生成部３３およびディスプレイドライバ３４を介して、図１４のグラフをディスプレイ２０７に表示させることことができる。

シミュレータ５００は、ステップＳ１２３で同定されたワーク伝達関数２２０をＨＤＤ２０４等の記憶部に格納する。

（ｆ３．目標値の設計）

図１１は、図８のステップＳ２３の目標値最適化部３２の処理を説明する図である。図１１を参照して、シミュレータ５００は、ステップＳ２３では、同定後のワーク伝達関数２２０を用いて目標値整形を実施する。より具体的には、シミュレータ５００は、ステップＳ２２で設定された元の目標値列（すなわち「ワークＳＶ（元）」）を入力する。シミュレータ５００は、時間ｔｉをｔ１、ｔ２、ｔ３…と変化させながら、ワークＳＶ（元）（ｔｉ）を用いて、ステップＳ２３の処理を時間ｔｉ毎に繰返し実施する。このような繰返し実施により、シミュレータ５００は、ワークＳＶ（元）とモデルＰＶ１との差を小さくするような最適のＲＳワークＳＶを算出する。

シミュレータ５００は、時間ｔｉ（ｉ＝１，２，３，…ｎ）では、目標値整形処理（ステップＳ２３１）において、ステップＳ２２からの時間ｔｉにおける「ワークＳＶ（元）」データを「ＲＳワークＳＶ」としてＰＩＤ制御処理（ステップＳ２３２）へ出力する。シミュレータ５００は、「ＲＳワークＳＶ」と後述するステップＳ２３３からのモデルＰＶ１とを用いて飽和を回避するＰＩＤ処理を実施することにより、操作量ＭＶを算出する（ステップＳ２３２）。このように算出される操作量ＭＶを、モデルＭＶとも呼ぶ。

シミュレータ５００は、算出されたモデルＭＶを入力として、同定後のワーク伝達関数２２０に従う演算を実施することにより、モデルＰＶ１を算出する（ステップＳ２３３）。シミュレータ５００は、算出されたモデルＰＶ１を予め定められた評価関数を用いて評価し、評価値を出力する（ステップＳ２３４）。予め定められた評価関数は、モデルＰＶ１の「ワークＳＶ（元）」に対する追従性を評価する関数である。シミュレータ５００は、最適ＲＳワークＳＶを決定する（ステップＳ２３５）。より具体的には、シミュレータ５００は、ステップＳ２３４から出力される評価値が所定の収束条件を満たす時点で算出された時系列のモデルＰＶ１、例えば時間ｔｎで収束条件が満たされたとき、時間ｔ１〜ｔｎで算出された時系列のモデルＰＶ１を最適化されたＲＳワークＳＶと決定する。

シミュレータ５００は、最適化されたＲＳワークＳＶを決定（探索）できたとき、当該ＲＳワークＳＶを出力するが、決定できないときはステップＳ２３３からのモデルＰＶ１を、目標整形処理（ステップＳ２３１）を介して、ＲＳワークＳＶとしてＰＩＤ制御の処理（Ｓ２３２）に出力する。シミュレータ５００は、最適化されたＲＳワークＳＶが決定されるまで、以降のステップＳ２３２〜Ｓ２３５の処理を繰返す。

シミュレータ５００は、ステップＳ２２から入力する目標値列の「ワークＳＶ（元）」における時間ｔｉのデータについて、収束条件が満たされるまで、ステップＳ２３１〜Ｓ２３５の処理を、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３…のデータについて繰り返す。これにより、シミュレータ５００は、「ワークＳＶ（元）」の時系列データに対応した時系列の最適化されたＲＳワークＳＶを取得できる。シミュレータ５００は、最適化された「ＲＳワークＳＶ」をＨＤＤ２０４などの記憶部にデータ群２９１として格納する。

図１１の処理では、ＰＩＤ制御の処理（ステップＳ２３２）から出力されるモデルＭＶから、モデルＰＶ１の算出に同期して制御量ＰＶ２（以下、モデルＰＶ２ともいう）を算出してもよい。より具体的には、シミュレータ５００は、ヒータ３の熱伝達特性をモデル化したヒータ伝達関数を用いた演算処理（ステップＳ２３６）によって、モデルＰＶ１の算出に同期して、ヒータ３の温度を示すモデルＰＶ２を算出してもよい。本実施の形態では、シミュレータ５００は、目標値列の「ワークＳＶ（元）」に対応する時系列のモデルＰＶ２を、例えばディスプレイ２０７にモニタ表示してもよい。

＜Ｇ．シミュレータ５００を適用可能な加熱システムの構成＞

図１２は、目標値整形を適用可能な加熱システムの構成の種類を表形式で説明する図である。図１２を参照して、加熱システムの構成の種類１１１として、例えば、カスケード制御２１１、ワーク温度ＦＢ（フィードバック）制御２１２、ワーク温度ＦＦ（フィードフォワード）制御２１３およびヒータ温度ＦＢ（フィードバック）制御２１４を含む。各種類１１１に関連付けて、当該種類の加熱システムの構成を採用する実機におけるワーク６０の温度センサ６１とヒータ３の温度センサ６２の有無と、当該加熱システムのためのシミュレータ５００の条件を示す。シミュレータ５００の条件は、ワーク伝達関数のモデリング１１４１とヒータ伝達関数のモデリング１１５１の要否と、ＲＳ対象１１６１と、最適化対象１１７１とを含む。ＲＳ対象１１６１は、シミュレータ５００において整形の対象となる目標温度ＳＶを示す。この目標温度ＳＶは、より具体的には、ヒータ３の目標温度（図１２では、ヒータＳＶと示す）またはワーク６０の目標温度（図１２では、ワークＳＶと示す）を示す。最適化対象１１７１は、目標値評価（ステップＳ２３４）において評価の対象となる制御量であって、より具体的には、目標温度ＳＶと算出された制御量ＰＶとの差として、モデルＰＶ１（図１２では、ワーク温度誤差と示す）またはモデルＰＶ２（図１２では、ヒータ温度誤差と示す）を示す。

本実施の形態にかかるシミュレータ５００は、ヒータ伝達関数またはワーク伝達関数２２０を利用することにより、図１２に示す全ての種類のシステム構成について、稼働時に温度センサを備えない加熱システムの部分（ワークまたはヒータ）の温度を最適化するような目標値の設計が可能である。

＜Ｈ．手動による目標値の調整＞

図１５は、本実施の形態にかかる目標値調整のためのＧＵＩの一例を示す図である。図１５を参照して、描画データ生成部３３は、図１５のＧＵＩを描画するための描画データを生成し、ディスプレイドライバ３４は、描画データに基づきディスプレイ２０７を駆動し、ディスプレイ２０７に図１５のＧＵＩを表示させる。

図１５のＧＵＩは、時間的変化を示す変更前の目標値列（「ワークＳＶ（元）」）とシミュレータ５００により算出された第２の時間的特性（「モデルＰＶ１」）とを、共通の時間軸で可視化するためのオブジェクト（グラフ２８０）と、目標値最適化部３２によって導出される変更後の目標値列（「ＲＳワークＳＶ」）を調整するためのユーザ操作を受付ける調整オブジェクト（スピンボタン２７０またはスライドバー２７１）とを含む。

図１５を参照して、グラフ２８０は、横軸に時間（秒）がとられ、横軸と直交する縦軸に温度（単位℃）および操作量（単位％）が取られる。グラフは、シミュレーションの対象であるワーク６０の制御量ＰＶ１に関して取得される時間的特性として、例えば、「モデルＭＶ」、「ワークＳＶ（元）」、「モデルＰＶ１」、「ＲＳワークＳＶ」、および「モデルＰＶ２」のそれぞれについて、時間の経過に対応した値（温度、操作量）の変化を示す例えば折れ線グラフを含み、これらは、共通の時間軸で示される。

上記の可視化するためのオブジェクトであるグラフ２８０では、少なくとも、目標値列（「ワークＳＶ（元）」）と、第２の時間的特性（「モデルＰＶ１」）と、変更後の目標値（「ＲＳワークＳＶ」）が、共通の時間軸で可視化されることで、ユーザに対して、「ワークＳＶ（元）」に対する「モデルＰＶ１」の偏差の大きさ、すなわち追従性を視覚的に把握するための情報を提供できる。また、「ＲＳワークＳＶ」の時間の経過に伴う値の変化が視覚的に提示されることで、ユーザに対して、追従性が低下している時間帯に該当する「ＲＳワークＳＶ」の値を特定するための情報を提示することができる。

スピンボタン２７０は、変更後の目標値列（「ＲＳワークＳＶ」）を増減するためのユーザ操作を受付ける第１のオブジェクトに対応する。スピンボタン２７０は、時間軸に関連付けて当該時間軸が延びる方向と並行に配置された複数のボタンを含む。各ボタンは、時間軸における当該ボタンの最寄りの目盛りが示す時間に対応する目標値（目標値列「ＲＳワークＳＶ」における値）を増減するユーザ操作を受付ける。ＧＵＩは、さらに、各ボタンが操作されると、当該ボタンの最寄りの目盛りが示す時間に対応する目標値を描画するオブジェクトを含んでも良い。

また、調整オブジェクトは、スピンボタン２７０に代えて、またはスピンボタン２７０とともに、数値を入力するためのユーザ操作を受付ける数値入力のダイアログなどの第２のオブジェクトを含んでもよい。

また、スピンボタン２７０の各ボタンは、目標値列（「ＲＳワークＳＶ」）の値の予め定められた上限値から下限値の範囲において当該目標値を増減させるユーザ操作を受付けることができるように、ＧＵＩは、ボタンに関連して上限値と下限値を表示するとともに、現在値を描画するダイアログボックスのオブジェクトを含んでもよい。これにより、ユーザに対して目標値を調整可能な範囲を視覚的に提示することができる。

また、スピンボタン２７０の各ボタンは、目標値列（「ＲＳワークＳＶ」）の値を予め定められた量で増減させるユーザ操作を受付けるように構成されてもよい。

他の局面において、ユーザは、グラフ２８０における目標値列（「ＲＳワークＳＶ」）の数値調整のために、スライドバー２７１のスライダー２７３を操作してもよい。スライドバー２７１は、スライダー２７３と、スライダー２７３がスライド移動可能な領域であるスライダーバー２７２とを含む。ユーザは、グラフ２８０の目標値列（「ＲＳワークＳＶ」）のある時間に対応する数値を指定して、スライダー２７３を、スライダーバー２７２上を移動させると、移動量に応じて当該数値を調整（変更）できる。ＧＵＩは、スライダー２７３に関連して、目標値列（「ＲＳワークＳＶ」）の現在値、または調整後の値を描画するダイアログボックスのオブジェクトを含んでもよい。また、ユーザは、スピンボタン２７０の操作とスライダー２７３の操作とを組み合わせて、グラフの値を調整することもできる。

シミュレータ５００は、調整オブジェクト（スピンボタン２７０またはスライダー２７３）を介して、変更後の目標値列（「ＲＳワークＳＶ」）の値を調整するためのユーザ操作を受付けたとき、調整後の当該目標値列を用いて、目標値最適化部３２により処理を再実施する。

より具体的には、シミュレータ５００は、調整オブジェクトの出力に基づき、ＧＵＩによってグラフの数値調整のためのスピンボタン２７０のユーザ操作の受付が完了した（例えば、エンターキーが操作された）ことを検知すると、シミュレーションを再度実行する。シミュレーションの再度の実行では、シミュレータ５００は、スピンボタン２７０（またはスライダー２７３）に対するユーザ操作を受付け、目標値最適化部３２は受付けられた操作内容に基づき、当該時間に対応する「ＲＳワークＳＶ」における値を調整し、調整後の「ＲＳワークＳＶ」の時系列の目標値列ＳＶを、データ取得部３０に出力する。

データ取得部３０はＧＵＩを介して調整後の「ＲＳワークＳＶ」の値である時系列の目標値列ＳＶを受付ける。目標値最適化部３２は、図１１で述べた処理手順に従い、調整後の時系列の目標値列ＳＶを用いて処理を実行し、描画データ生成部３３は、再度実行されたシミュレーションの結果を描画する描画データを生成し、ディスプレイドライバ３４は、描画データに基づきディスプレイ２０７を駆動する。ディスプレイ２０７は、調整後の列ＳＶを用いたシミュレーション実行結果のグラフ２８０を含むＧＵＩ（図１５）を表示する。

これにより、シミュレータ５００は、ユーザに対し、ユーザによる調整後の目標値列ＳＶを用いたシミュレーション（目標値最適化部３２）によって取得された目標値列の「ＲＳワークＳＶ」を含むグラフ２８０を有したＧＵＩを提示することができる。ユーザは、モデルＰＶ１が「ワークＳＶ（元）」に精度よく追従させるように、再度「ＲＳワークＳＶ」を調整した場合は、シミュレータ５００は、ユーザによる調整後の目標値列ＳＶを用いたシミュレーション（目標値最適化部３２）を実行する。このようなシミュレーションの繰り返しにより、算出される目標値列「ＲＳワークＳＶ」を、ユーザの調整によって、より最適化することができる。

（ｈ１．評価値の提示）

実施の形態では、モデルＰＶ１の「ワークＳＶ（元）」に対する追従性は、ステップＳ２３４（図１１）において、予め定められた評価関数を用いて評価されており、ＧＵＩは、当該評価関数によって算出された評価値を可視化するためのオブジェクトを含むように構成されてもよい。

図１６は、本実施の形態にかかる評価関数が出力する評価値２９１の表示の一例を示す図である。シミュレータ５００は、評価値２９１を、目標値列「ＲＳワークＳＶ」の調整においてユーザを支援するための情報として提示することができる。より具体的には、シミュレータ５００は、評価関数の評価値２９１をＨＤＤ２０４に格納する。シミュレーション結果のグラフ２８０が表示される場合、シミュレータ５００は、描画データ生成部３３を介して、評価値２９１を表すオブジェクトを表示する。図１６では、評価関数の評価値２９１が可視化されて提示されることで、ユーザに対して、グラフ２８０が示すモデルＰＶ１が目標値列「ワークＳＶ（元）」に、どの程度追従しているかを示す追従性を定量的に提供できる。ユーザは、評価値２９１から、「ＲＳワークＳＶ」の調整を行うか否かを判断するための基準を得ることができる。

（ｈ２．シミュレーション時間の調整）

他の局面において、シミュレーションは予め定められたインターバル毎に開始されて、ユーザは、シミュレータ５００に与える目標値列「ＲＳワークＳＶ」を、インターバル毎に調整することができる。

図１７、図１８、図１９および図２０は、本実施の形態にかかる目標値調整のためのＧＵＩの他の例を示す図である。図１７を参照して、描画データ生成部３３によって生成された描画データに基づき、ディスプレイ２０７に、シミュレーション結果を表すグラフ２８０と、期間２９２と、調整用データ２９０とを表示するオブジェクトを有したＧＵＩが表示される。期間２９２は、ユーザ操作により設定可能な値であって、目標値調整の対象となる期間の開始と終了（例えば、開始は０秒、終了は５４００秒）の時間を示す。調整用データ２９０は、ユーザ操作により設定可能なデータである。具体的には、調整用データ２９０は、期間２９２における予め定められたインターバル（例えば、６００秒）に従う複数のシミュレーションの開始時間２９３と、各開始時間２９３のそれぞれに対応付けて「ＲＳワークＳＶ」の目標値２９４を含む。

シミュレータ５００は、図１７のＧＵＩを介して受付けたユーザ操作内容に基づく調整用データ２９０を目標値最適化部３２に出力する。目標値最適化部３２は、調整用データ２９０が示す各開始時間ｔｊに対応の調整後「ＲＳワークＳＶ」２９４と、ＨＤＤ２０４に格納されている時間ｔｊに対応した実ＭＶおよび実ＰＶ１とをデータ取得部３０に出力する。シミュレータ５００は、データ取得部３０によって取得されたデータを用いて、目標値最適化部３２によるシミュレーションを再度実行する。

より具体的には、目標値最適化部３２は、時間ｔｊ毎に、当該時間ｔｊに対応の調整後「ＲＳワークＳＶ」２９４、実ＭＶおよび実ＰＶ１を用いて、時間ｔｊ毎の調整後の「ＲＳワークＳＶ」を算出する。描画データ生成部３３は、インターバル毎のシミュレーションの結果に基づく描画データを生成し、ディスプレイ２０７は描画データに基づくＧＵＩを表示する。表示されるＧＵＩでは、シミュレーションの結果は、インターバルに対応した時間ｔｊ毎の値を直線で繋いだ折れ線グラフとして表示される。

図１７の調整用データ２９０は、インターバルとして６００秒（開始時間２９３は０秒、６００秒、１２００秒…、５４００秒）が示されるが、インターバルは６００秒に限定されない。

図１８では、期間２９２は０秒〜９６００秒を示し、開始時間２９３によって示されるインターバルは６００秒（開始時間２９３は０秒、６００秒、１２００秒…、９６００秒）のケースにおいて、開始時間２９３の例えば４２００秒に対応の「ＲＳワークＳＶ」２９４を、ユーザ操作によって１６６．０から２１２．１に調整（変更）されている。

この場合、調整後の「ＲＳワークＳＶ」２９４を用いたシミュレーションは開始時間２９３が示すインターバルで実行されて、その実行結果が、図１９のグラフ２８０によって表示される。図１９のグラフ２８０は、図１８のグラフ２８０の場合に比べて、モデルＰＶ１の「ワークＳＶ（元）」に対する追従性が改善されていることが示される。ユーザは、図１９のグラフ２８０から、図１９の調整後の「ＲＳワークＳＶ」２９４を実機の加熱システムを制御するための目標値の候補として決定することができる。

図１８と図１９では、ユーザは１個の開始時間２９３（例えば４２００秒）に対応する「ＲＳワークＳＶ」２９４を調整したが、図２０に示すように、複数個の開始時間２９３（例えば７８００秒、８４００秒、９０００秒および９６００秒）のそれぞれに対応する「ＲＳワークＳＶ」２９４を調整することもできる。調整によって、７８００秒、８４００秒、９０００秒および９６００秒に対応する「ＲＳワークＳＶ」２９４の値は、全て３００．０に変更されている。

図１７〜図２０に示される調整後「ＲＳワークＳＶ」２９４で示される目標値を用いたシミュレーションは、シミュレータ５００は、インターバルで指定される時間ｔｊ毎に図１１の処理を実施する。したがって、ユーザは、シミュレーションを実施する時間を、調整用データ２９０を介して設定するインターバルの長さで調整（変更）することができる。したがって、調整用データ２９０は、目標値最適化部３２がステップＳ２３４（図１１）においてモデルＰＶ１の「ワークＳＶ（元）」に対する追従性を評価する期間を、グラフ２８０の時間軸が示す経過時間（すなわち開始時間２９３）において指定するためのユーザ操作を受付けるオブジェクトとしても機能する。

＜Ｉ．シミュレータ５００の実現例＞

シミュレータ５００を実現するシミュレーションプログラム２１８は、不揮発的にプログラムを格納するＨＤＤ２０４に格納されて、ＣＰＵ２０１は、ＨＤＤ２０４に格納されたシミュレーションプログラム２１８を実行することで、シミュレータ５００を実現する。シミュレーションプログラム２１８は、ＨＤＤ２０４に限定されず、ＲＡＭ２０３またはＣＤ−ＲＯＭ３００など他の各種の記録媒体に格納されてもよい。これら記憶媒体は、コンピュータその他装置、機械等が記録されたプログラム等の情報を読み取り可能なように、当該プログラム等の情報を、電気的、磁気的、光学的、機械的または化学的作用によって蓄積する媒体である。ＣＰＵ２０１は、シミュレーションプログラム２１８を実行する際は、これら記録媒体に記憶された対象となるプログラムをＲＡＭ２０３に展開する。そして、ＣＰＵ２０１は、ＲＡＭ２０３に展開された当該プログラムを解釈および実行して、各構成要素を制御する。

実施の形態では、シミュレータ５００は、シミュレーションプログラム２１８が実行されることにより提供される構成を例示したが、これらの提供される構成の一部または全部を、専用のハードウェア回路（たとえば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）など）を用いて実装してもよい。あるいは、サポート装置２００の主要部を、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェアを用いて実現してもよい。この場合には、仮想化技術を用いて、用途の異なる複数のＯＳを並列的に実行させるとともに、各ＯＳ上で必要なアプリケーションを実行させるようにしてもよい。

この実施の形態では、サポート装置２００を、シミュレーションを実施する主体であるシミュレータ５００としているが、シミュレーションを実施する主体はサポート装置２００に限定されない。例えば、シミュレータ５００は、ＰＬＣ１００または温度調節器７に実装されてもよいし、さらに別の主体である、例えば、ネットワーク上のクラウドサーバに実装して、ＧＵＩは、クラウドサーバと通信するサポート装置２００に実装されるブラウザを介してユーザに提供されてもよい。

＜Ｊ．付記＞

上述したような本実施の形態は、以下のような技術思想を含む。

［構成１］

操作量（ＭＶ）に従って発熱量を変化させる加熱要素（３）によって加熱される対象（６０）の時間的特性をコンピュータ（２０）がシミュレーションする方法であって、

前記操作量（ＭＶ）を入力とし、前記対象の観測量（ＰＶ１）を出力とする前記対象を示す対象モデル（２２０）を構成するステップと、

時系列の目標値列（ワークＲＳ（元））を用いて前記対象モデルの入力（ＭＶ）として第１の時間的特性を算出するとともに、前記第１の時間的特性の入力に対する前記対象モデルの出力（ＰＶ１）を第２の時間的特性として算出するステップ（Ｓ２３２、Ｓ２３３）と、

前記目標値列に対する前記第２の時間的特性の追従性に基づき、当該目標値列を変更するステップ（Ｓ２３１、Ｓ２３５）と、

変更後の目標値列を用いて、前記算出するステップを再実施するステップと、

変更前の目標値列と前記再実施するステップにおいて算出された前記第２の時間的特性とを、共通の時間軸で可視化するためのオブジェクト（２８０）と、変更後の目標値列を調整するためのユーザ操作を受付ける調整オブジェクト（２７０、２７１）とを含むＧＵＩを出力するステップを含む、シミュレーション方法。
［構成２］

前記可視化するためのオブジェクトは、変更前の目標値列と、前記再実施するステップにおいて算出された前記第２の時間的特性と、変更後の目標値列を、前記共通の時間軸で可視化するためのオブジェクトを含む、構成１に記載のシミュレーション方法。
［構成３］

前記可視化するためのオブジェクトは、前記共通の時間軸に経過時間を割当て、当該時間軸に直交する軸に前記目標値、前記操作量および前記観測量を割当てた座標において、前記目標値列のグラフと、前記第１の時間的特性を示すグラフと、前記第２の時間的特性を示すグラフとを含む、構成１または２に記載のシミュレーション方法。
［構成４］

前記追従性を、予め定められた評価関数を用いて評価するステップ（Ｓ２３４）を、さらに備え、

前記ＧＵＩは、さらに、前記評価関数によって算出された評価値（２９１）を可視化するためのオブジェクトを含む、構成１から３のいずれか１に記載のシミュレーション方法。
［構成５］

前記ＧＵＩは、さらに、シミュレーションにおいて前記追従性を評価する期間を、前記時間軸が示す経過時間において指定するためのユーザ操作を受付けるオブジェクト（２９２）を含む、構成４に記載のシミュレーション方法。
［構成６］

前記調整オブジェクトを介して、変更後の目標値列を調整するためのユーザ操作を受付けたとき、調整後の当該目標値列を用いて、前記算出するステップを再実施するステップを、さらに備える、構成１から５のいずれか１に記載にシミュレーション方法。
［構成７］

前記調整オブジェクトは、

前記変更後の目標値を増減するためのユーザ操作を受付ける第１のオブジェクト（２７０、２７１）、または、数値を入力するためのユーザ操作を受付ける第２のオブジェクトを含む、構成１から６のいずれか１に記載のシミュレーション方法。
［構成８］

前記第１のオブジェクトは、前記共通の時間軸に関連付けて当該時間軸が延びる方向と並行に配置された複数のボタンを含み、

各ボタンは、前記時間軸における当該ボタンの最寄りの目盛りが示す時間に対応する前記目標値列における目標値を増減するユーザ操作を受付ける、構成７に記載のシミュレーション方法。
［構成９］

前記各ボタンは、前記目標値の上限値から下限値の範囲において当該目標値を増減させるユーザ操作を受付ける、構成８に記載のシミュレーション方法。
［構成１０］

前記各ボタンは、前記目標値を予め定められた量で増減させるユーザ操作を受付ける、構成８または９に記載のシミュレーション方法。
［構成１１］

前記ＧＵＩは、さらに、前記各ボタンが操作されると、当該ボタンの前記最寄りの目盛りが示す時間に対応する前記目標値を描画するオブジェクトを含む、構成８から１０のいずれか１に記載のシミュレーション方法。
［構成１２］

コンピュータ（２００）により実行されると、構成１から１１のいずれか１に記載のシミュレーション方法を実現するためのシミュレーションプログラム（２１８）。
［構成１３］

構成１から１１のいずれか１に記載のシミュレーション方法を実行するためのシミュレータ（５００）。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 制御システム、３ ヒータ、５ 電源、７ 温度調節器、３０ データ取得部、３１ ワークモデル同定部、３２ 目標値最適化部、３３ 描画データ生成部、３４ ディスプレイドライバ、６１，６２ 温度センサ、２００ サポート装置、２０７ ディスプレイ、２１８ シミュレーションプログラム、２１９ データ群、２２０ ワーク伝達関数、２２１ 時系列データ、２７０ スピンボタン、２７１ スライドバー、２７２ スライダーバー、２７３ スライダー、２８０ グラフ、２９０ 調整用データ、２９１ 評価値、２９２ 期間、５００ シミュレータ、ＭＶ 操作量、ＰＶ１，ＰＶ２ 制御量、ＳＶ 目標温度。

Claims (13)

1. 操作量に従って発熱量を変化させる加熱要素によって加熱される対象の時間的特性をコンピュータがシミュレーションする方法であって、
   前記操作量を入力とし、前記対象の観測量を出力とする前記対象を示す対象モデルを構成するステップと、
   時系列の目標値列を用いて前記対象モデルの入力として第１の時間的特性を算出するとともに、前記第１の時間的特性の入力に対する前記対象モデルの出力を第２の時間的特性として算出するステップと、
   前記目標値列に対する前記第２の時間的特性の追従性に基づき、当該目標値列を変更するステップと、
   変更後の目標値列を用いて、前記算出するステップを再実施するステップと、
   変更前の目標値列と前記再実施するステップにおいて算出された前記第２の時間的特性とを、共通の時間軸で可視化するためのオブジェクトと、変更後の目標値列を調整するためのユーザ操作を受付ける調整オブジェクトとを含むＧＵＩを出力するステップを含む、シミュレーション方法。
2. 前記可視化するためのオブジェクトは、変更前の目標値列と、前記再実施するステップにおいて算出された前記第２の時間的特性と、変更後の目標値列を、前記共通の時間軸で可視化するためのオブジェクトを含む、請求項１に記載のシミュレーション方法。
3. 前記可視化するためのオブジェクトは、前記共通の時間軸に経過時間を割当て、当該時間軸に直交する軸に前記目標値、前記操作量および前記観測量を割当てた座標において、前記目標値列のグラフと、前記第１の時間的特性を示すグラフと、前記第２の時間的特性を示すグラフとを含む、請求項１または２に記載のシミュレーション方法。
4. 前記追従性を、予め定められた評価関数を用いて評価するステップを、さらに備え、
   前記ＧＵＩは、さらに、前記評価関数によって算出された評価値を可視化するためのオブジェクトを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載のシミュレーション方法。
5. 前記ＧＵＩは、さらに、シミュレーションにおいて前記追従性を評価する期間を、前記時間軸が示す経過時間において指定するためのユーザ操作を受付けるオブジェクトを含む、請求項４に記載のシミュレーション方法。
6. 前記調整オブジェクトを介して、変更後の目標値列を調整するためのユーザ操作を受付けたとき、調整後の当該目標値列を用いて、前記算出するステップを再実施するステップを、さらに備える、請求項１から５のいずれか１項に記載のシミュレーション方法。
7. 前記調整オブジェクトは、
   前記変更後の目標値列における目標値を増減するためのユーザ操作を受付ける第１のオブジェクト、または、数値を入力するためのユーザ操作を受付ける第２のオブジェクトを含む、請求項１から６のいずれか１項に記載のシミュレーション方法。
8. 前記第１のオブジェクトは、前記共通の時間軸に関連付けて当該時間軸が延びる方向と並行に配置された複数のボタンを含み、
   各ボタンは、前記時間軸における当該ボタンの最寄りの目盛りが示す時間に対応する前記目標値を増減するユーザ操作を受付ける、請求項７に記載のシミュレーション方法。
9. 前記各ボタンは、前記目標値の上限値から下限値の範囲において当該目標値を増減させるユーザ操作を受付ける、請求項８に記載のシミュレーション方法。
10. 前記各ボタンは、前記目標値を予め定められた量で増減させるユーザ操作を受付ける、請求項８または９に記載のシミュレーション方法。
11. 前記ＧＵＩは、さらに、前記各ボタンが操作されると、当該ボタンの前記最寄りの目盛りが示す時間に対応する前記目標値を描画するオブジェクトを含む、請求項８から１０のいずれか１項に記載のシミュレーション方法。
12. コンピュータにより実行されると、請求項１から１１のいずれか１項に記載のシミュレーション方法を実現するためのシミュレーションプログラム。
13. 請求項１から１１のいずれか１項に記載のシミュレーション方法を実行するためのシミュレータ。
    

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