JP2500267B2 - 抑制付き炉温学習制御装置 - Google Patents

抑制付き炉温学習制御装置

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JP2500267B2
JP2500267B2 JP5886391A JP5886391A JP2500267B2 JP 2500267 B2 JP2500267 B2 JP 2500267B2 JP 5886391 A JP5886391 A JP 5886391A JP 5886391 A JP5886391 A JP 5886391A JP 2500267 B2 JP2500267 B2 JP 2500267B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、抑制付き炉温学習制御
装置に関し、とくに所定運転パターンのサイクルを繰返
す炉における各サイクルの温度制御を先行サイクルの炉
温測定値の学習により修正し且つ必要に応じその修正を
抑制する方式の炉温学習制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】所定運転パターンのサイクルで反復動作
する炉の温度をそのサイクルの繰返しごとに先行サイク
ルの炉温の学習により修正して目標値に近づける制御方
式として、本出願人は特願平1-286042号に「調整入力に
よる炉温制御装置」を開示した。この装置を図2により
簡単に説明する。炉1はヒータ2によって加熱され、炉
温及びヒータ温度が温度センサ3により測定される。温
度センサ3の出力は状態変数(x)として変換装置4を介
してコントローラ12に加えられ、その内炉内温度(y)は
出力として出力用メモリ6に蓄えられる。コントローラ
12は、温度設定値用メモリ7からの温度設定値(r)と調
整入力用メモリ11からの調整入力(r)と前記状態変数(x)
と炉内温度(y)とを入力として、ヒータ2に加えられる
べき操作信号(u)を出力として発生する。図示例の場
合、操作信号(u)はD/A変換器5を介して複数のヒータ2
に分配される。調整入力の記号(r)は、上記特願平1−28
6042号における「アクサンシルコンフレックス(^)付
きr」に対応する。
【0003】図3のカーブRのような運転パターンの1
サイクルの制御が終わるごとに加算器8により温度設定
値(r)と炉内温度(y)との偏差(e)を求め、炉1とコント
ローラ12とからなる拡大システムに対する双対システム
9へその偏差(e)を加える。偏差(e)の入力に応ずる双対
システム9の出力(v)と前回の運転サイクルにおける調
整入力(r)とによって、調整入力発生器10が調整入力(r)
を更新し、調整入力用メモリ11の内容を更新値に書替え
る。その後、次のサイクルの所定運転パターン制御に入
る。
【0004】この「調整入力による炉温制御装置」は、
所定の運転パターンを終えるごとに調整入力を更新した
上で次のサイクルの所定運転パターンへ進むので、一種
の学習制御であり、学習のない制御に比し、各サイクル
の所定運転パターンごとに炉温を設定値へより近づける
ことができる利点を有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記「調整入力による
炉温制御装置」は、制御要素の特性が線型であり飽和等
がないことを条件としている。しかし、現実の装置では
この条件が充足されない場合がある。例えば操作信号
(u)が加熱出力である時に、図2のヒータ2が現実に発
生できる熱出力はその定格値の0-100%の範囲に限られる
が、コントローラ12は外乱等に応じて急速加熱のため10
0%以上の操作信号(u)を算出する場合も考えられる。こ
の場合には、ヒータ2の出力は飽和して操作信号(u)の
うち100%を超える部分に対しては忠実に応答することが
できない。
【0006】図4は、図3の運転パターンRを目標とす
る制御動作中に加工品の入炉又は出炉等の外乱によって
生ずる飽和の一例を示す。図中横軸のサンプルは、制御
開始からのサンプリングの回数を示し、縦軸は操作量
(%)を示す。運転パターンRは、0-140サンプルの間を90
0°Cに保持し、140-180サンプルの間に900°Cから1,000
°Cへ昇温し、180-340サンプルの間を1,000°Cに保持す
るものとする。この例では100-140サンプルの間に加工
品を入炉させ、加工品の処理を200サンプル以降に1,000
°Cで行い、少なくとも200サンプル直前から以後の炉温
を正確に制御する。しかし例えば175サンプル以前の低
温域を、正確な温度管理を要しない区間とすることがで
きる。一般に、ウエーハ等の加工品を入炉させた時に
は、閉鎖されていた炉の蓋が開くので、外気の進入と低
温加工品の挿入により炉温が低下し、温度制御に対する
外乱が生じる。
【0007】図3のカーブaは、従来装置により学習制
御を9回即ち調整入力(r)の更新を9回行った後の炉温
の変化を示し、図4のカーブaはその場合の操作信号
(u)を示す。図4の場合、約70-110サンプル間のほぼ40
サンプル区間、約115-140サンプル間のほぼ25サンプル
区間、及び約145-205サンプル間のほぼ60サンプル区間
の合計ほぼ125サンプル区間にわたって飽和が生じてい
る。外乱に対して図2の装置が持つ高感度の学習制御機
能が、図4のカーブaのような著しい飽和の生じる一因
であると考えられる。
【0008】この飽和は、100%を超える操作信号(u)に
対して理論計算上必要とされる加熱が実現されず、0%
満の操作信号(u)に対して理論計算上必要とされる冷却
が実現されないことを意味する。この場合には、飽和の
ために理論計算上必要な加熱及び冷却が実現されないの
で、図3に示されるように200サンプル以降の温度制御
に所要の運転パターンRに対する誤差が残る。要する
に、学習制御に伴って制御要素の動作に飽和が生じる場
合には、その飽和が制御の精度低下を招くおそれがあ
る。
【0009】従って、本発明の目的は制御要素の飽和の
影響を受けない学習制御装置を提供するにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】図1の実施例を参照する
に、本発明の抑制付き炉温学習制御装置は、待機温度か
ら維持温度への遷移区間がある所定運転パターンの温度
設定値(r)に従って反復運転されるヒータ付炉1の炉内
温度(y)をコントローラ12への前記温度設定値(r)の入力
に応ずるコントローラ12からヒータ2への操作信号(u)
によって制御する温度制御装置であって、炉1とコント
ローラ12とからなる拡大システムへ温度設定値(r)に同
期して順次印加される調整入力(r)の列を運転パターン
の1サイクルごとに記憶する調整入力用メモリ11、温度
設定値(r)が入力されない場合の拡大システムの双対シ
ステム9、温度設定値(r)と炉内温度(y)との偏差(e)が
印加された時の双対システム9の出力(v)と調整入力(r)
とから調整入力(r)の更新値を算出する調整入力発生器1
0、及び運転パターン中の維持温度直前までの遷移区間
が含まれる一定区間に対し偏差(e)を零にする手段を備
えてなる構成を用いる。運転パターン中の一定区間に対
し偏差(e)を零にする手段は、図1の場合には出力変換
器20である。偏差(e)を零に強制する一定区間に、待機
温度から維持温度への遷移区間を含めるのは、この区間
において大きな温度変化が予想され、それによって制御
要素の飽和現象が生じ、この飽和現象が維持温度区間の
制御に大きな影響を及ぼすおそれがあるためである。ま
たこの一定区間を、維持温度直前までとするのは、維持
温度の区間においては、現実の偏差(e)による調整入力
(r)の更新が必要であるためである。
【0011】図示例の出力変換器20は、運転パターンの
1サイクル中の炉内温度(y)の列を記憶する出力用メモ
リ6と組合わせて使用され、出力用メモリ6内の炉内温
度(y)のうち偏差(e)を零にすべき前記一定区間に対応す
る部分を前記一定区間における温度設定値(r)に置換え
る機能を有する。ただし,出力変換器の構成は図示例に
限定されない。
【0012】
【作用】図1の実施例により図3の運転パターンRに対
する制御をする場合について説明する。図3の運転パタ
ーンRにおいて、0-140サンプルの間は待機温度として
この場合900 Cに保持し、140-180サンプルの間は遷移区
間としてこの場合の待機温度の900 Cから1,000 Cの維持
温度へ昇温し、180-340サンプルの間はこの場合の維持
温度である1,000 Cに維持するものとする。維持温度に
達する直前の175サンプル以前の維持及び遷移温度域
は正確な温度管理を要しないので、この維持温度直前ま
での遷移区間が含まれる100-175サンプルの一定区間
図6に示すように非学習区間とする。非学習区間では、
温度設定値(r)と炉内温度(y)との偏差(e)を零とするこ
とにより調整入力発生器10が調整入力(r)の更新を行わ
ないようにし、学習機能を抑制する。この目的のため、
上記非学習区間を出力変換器20に設定する。非学習区間
以外の区間においては、図2と同様な学習制御を行う
が、非学習区間に対しては出力変換器20が自己の記憶内
容を設定値用メモリ7の対応値と一致させ、加算器8に
おける減算結果を零にする。よって、非学習区間におい
ては双対システム9の入力が零になり、調整入力発生器
10は非学習区間に相当する調整入力(r)の更新を行わな
い。また非学習区間の設定は、外乱に対する高感度学習
制御による過大な操作信号の発生とそれによる飽和のお
それを少くする。なお、本発明における運転パターンR
及び非学習区間とすべき運転パターンR中の一定区間は
図示例に限定されない。
【0013】図4のカーブbは、図3の運転パターンR
に対して、100-175サンプル間の非学習区間では非学習
区間に相当する調整入力(r)の更新を行わず、その非学
習区間以外では先に図2について説明した学習制御を行
うサイクルの運転を9回行った後の操作信号(u)を示
す。カーブbの飽和区域は、約130-140サンプル間のほ
ぼ10サンプル区間、及び約145-195サンプル間のほぼ50
サンプル区間の合計ほぼ60サンプル区間に抑制され、非
学習区間を設けないカーブaの場合に比し飽和区間が半
減している。よって、理論計算上必要な加熱及び冷却の
実現されない部分が大幅に減少し、図3のカーブbに示
されるように高精度が求められる200サンプル以降の炉
温を所要の運転パターンRに忠実に近付けることができ
る。
【0014】こうして、本発明の目的である「制御要素
の飽和の影響を受けない学習制御装置」の提供が達成さ
れる。
【0015】
【実施例】図5のカーブは図1の制御装置において本発
明の学習制御を9回行った後の出力用メモリ6の出力を
示し、図6のカーブは図5の出力に応じて出力変換器20
が発生する信号を示す。出力用メモリ6の出力は加工品
処理区間である200サンプル以降で正確な温度制御が実
現されていることを表わし、出力変換器20の出力が100-
175サンプル間の非学習区間では温度設定値(r)と等しい
値をとることを表わす。
【0016】図7のカーブcは図1の本発明による抑制
付き炉温学習制御装置で5回の学習を行った後の炉温出
力を示し、同図のカーブaは非学習区間なし即ち抑制な
しで9回の学習後の炉温出力を示す。両カーブc及びa
の比較から明らかなように,本発明の抑制を用いれば、
少ない学習回数でしかもより高い精度の温度制御を加工
品処理域で達成することができる。
【0017】図8は、図1の出力変換器20の替りに、加
算器8と双対システム9との間に偏差変換器21を設けた
実施例を示す。この偏差変換器21は、非学習区間を記憶
し、非学習区間では出力用メモリ6の出力と対応温度設
定値(r)との間の偏差(e)を零にする。
【0018】
【発明の効果】(イ)非学習区間を設けることにより、
制御要素の動作における飽和を抑制して高精度制御域で
の制御精度を向上させることができる。
【0019】(ロ)制御要素の動作に飽和がある場合、
適当な抑制により少ない学習回数で所要精度の温度制御
に到達することができる。
【0020】(ハ)複数の出力を含む多出力系の任意の
特定出力に対し所要の非学習区間を設定することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示す説明図である。
【図2】従来技術の説明図である。
【図3】炉温変化を示すグラフである。
【図4】操作信号(u)の説明図である。
【図5】出力用メモリの出力を示すグラフである。
【図6】出力変換器の出力を示すグラフである。
【図7】非学習区間設定の効果を示すグラフである。
【図8】本発明の他の実施例の説明図である。
【符号の説明】
1 炉 2 ヒータ 3 温度センサ 4 変換装置 5 D/A変換器 6 出力用メモリ 7 設定値用メモリ 8 加算器 9 双対システム 10 調整入力発生器 11 調整入力用メモリ 12 コントローラ 20 出力変換器 21 偏差変換器

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】待機温度から維持温度への遷移区間がある
    所定運転パターンの温度設定値(r)に従って反復運転さ
    れるヒータ付炉の炉内温度(y)をコントローラへの前記
    温度設定値(r)の入力に応ずる前記コントローラからヒ
    ータへの操作信号(u)によって制御する温度制御装置に
    おいて、前記炉と前記コントローラとからなる拡大シス
    テムへ前記温度設定値(r)に同期して順次印加される調
    整入力(r)の列を前記運転パターンの1サイクルごとに
    記憶する調整入力用メモリ、前記温度設定値(r)が入力
    されない場合の前記拡大システムの双対システム、前記
    温度設定値(r)と前記炉内温度(y)との偏差(e)が印加さ
    れた時の前記双対システムの出力(v)と前記調整入力(r)
    とから調整入力(r)の更新値を算出する調整入力発生
    器、及び前記運転パターン中の維持温度直前までの遷移
    区間が含まれる一定区間に対し前記偏差(e)を零にする
    手段を備えてなる抑制付き炉温学習制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の炉温学習制御装置におい
    て、前記運転パターンの1サイクル中の炉内温度(y)の
    列を記憶する出力用メモリ、及び前記出力用メモリ内の
    前記炉内温度(y)のうち前記偏差(e)を零にする前記一定
    区間に対応する部分を前記一定区間における前記温度設
    定値(r)に置換える出力変換器を備え、前記出力変換器
    によって前記偏差(e)を零にする前記手段を形成してな
    る抑制付き炉温学習制御装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の炉温学習制御装置におい
    て、前記運転パターンの1サイクル中の炉内温度(y)の
    列を記憶する出力用メモリ、及び前記出力用メモリ内の
    各炉内温度(y)と対応温度設定値(r)との間の偏差(e)の
    列を記憶し且つ前記偏差(e)を零にする前記一定区間に
    対応する部分の前記偏差(e)を零にする偏差変換器を備
    えてなる抑制付き炉温学習制御装置。
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