JP2506620Y2 - 電子温度調節器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、設定温度と現在温度と
の偏差に対する比例・積分動作を少なくとも行い、それ
に対応した操作量を出力する操作量調節部を有し、操作
量調節部の出力操作量で制御対象を加熱し、制御対象の
現在温度が設定温度に近付くように温度調節することの
できる電子温度調節器に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような電子温度調節器において、比
例動作による温度制御は、出力操作量が偏差に比例する
制御のことであり、積分動作による温度制御は、比例動
作制御の欠点であるオフセットによって生じる設定温度
に対する調節誤差を時間積分して訂正する制御のことで
ある。そして、比例動作制御量と積分動作制御量との和
が操作量として出力される。

【０００３】このような電子温度調節器でもって、相状
態が固相から液相、またはその逆、あるいは液相から気
相、またはその逆といったように相状態が変化する制御
対象を温度調節する場合は、その制御対象に熱を加えて
いったときに図３に示すように制御対象の現在温度は相
変化温度に達するまでは設定温度に近付くものの、該相
変化温度に達したときにおいては融解熱、気化熱等に加
熱量が奪われて熱量を加えても現在温度が変化せず、相
変化温度を通過したときに熱を加えていって現在温度が
設定温度に近付くように変化するものがある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】このような制御対象で
は、制御対象の現在温度が相変化温度に達してからそれ
を通過するまでの設定温度と現在温度との有偏差時間が
長くなってしまい、その間における積分動作制御量が大
きくなり、現在温度の相変化温度通過時には図３のに
示すようにその大きな積分動作制御量を含む出力操作量
のために現在温度が設定温度を越えてオーバーシュート
するという問題がある。

【０００５】本考案においては、出力操作量の増加傾向
あるいは減少傾向と、その現在温度の上昇または下降と
の関係とに基づき、上述のような制御対象に対する温度
調節においてオーバーシュートの抑制が行えるようにす
ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本考案の電子温度調節器においては、設定温度
と現在温度との偏差に対する比例・積分動作を少なくと
も行ない、それに対応した操作量を出力するとともに、
中断指令の入力に応答して積分動作を一時中断する操作
量調節部と、操作量調節部の出力操作量の、増加傾向が
一定時間以上連続中に現在温度の上昇がないとき、また
は減少傾向が一定時間以上連続中に現在温度の下降がな
いときには、操作量調節部に対して中断指令を出力する
中断指令部とを具備したことを特徴としている。

【０００７】上記構成において、積分動作の中断の条件
を出力操作量と現在温度との相関関係において行うのは
下記の理由による。

【０００８】上記したように、制御動作中に制御対象が
相変化を行う場合には融解熱、気化熱等に加熱量が奪わ
れることで現在温度が一定期間変化しないことが知られ
てい る。そこで、現在温度が一定期間変化しないことを
条件として相変化時の積分動作を停止して相変化時通過
時の操作量を抑えることが考えられる。しかしながら、
上記のように相変化時に現在温度が一定となるのは比例
動作と積分動作とからなる温度調節の制御動作が正常に
行われていることを条件とするもので、仮に制御動作が
何等かの理由で正常に行われない場合には相変化時でな
い場合においても現在温度が一定となる可能性がある。

【０００９】そこで、発明者は、制御動作が正常に行わ
れている場合に相変化状態になった際には、現在温度が
一定であるので偏差は一定となり比例動作制御量は変化
しないものの、偏差の存在による積分動作により積分動
作制御量は継続して増加もしくは減少するので、それぞ
れの和である出力操作量も継続して増加（設定温度が現
在温度よりも高い場合）、もしくは、減少（設定温度が
現在温度よりも低い場合）することを知見した。よっ
て、出力操作量の増減をも加味して積分動作の中断を行
うものである。

【００１０】

【作用】操作量調節部の出力操作量の例えば増加あるい
は減少傾向が一定時間以上にわたり連続しているのに現
在温度の上昇あるいは下降がなければ、中断指令部から
中断指令が、操作量調節部に与えられ、これによって、
操作量調節部は、積分動作を一時中断するから積分動作
制御量が固定され、現在温度が再び変化する状態となっ
た際にその固定された積分動作制御量をベースとして積
分動作が再開されて操作量が出力されるので、その操作
量は積分動作制御量が抑えられることであまり大きく変
化せず、したがって、その際の出力操作量も大きく増大
または減少しないことで、相変化温度を通過するときに
現在温度が設定温度を越えてオーバーシュートすること
が抑制される。

【００１１】

【実施例】以下、本考案の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。

【００１２】図１はこの実施例に係る電子温度調節器の
要部のみを示すブロック図であって、同図において、１
は偏差出力部、２は操作量調節部、３は中断指令部であ
る。

【００１３】偏差出力部１は設定温度と現在温度との偏
差を出力するものであり、ここでの設定温度とは制御対
象の目標到達温度として当該電子温度調節器で設定され
た温度のことであり、現在温度とは温度センサなどで検
出された制御対象の現在の温度のことである。

【００１４】操作量調節部２は、偏差出力部１からの偏
差に比例する比例演算と、比例動作の欠点であるオフセ
ットをなくすために偏差を積分する積分演算と、外乱に
対応するために偏差を微分する微分演算とを行うＰＩＤ
演算部を有し、かつ、各演算結果に対応した操作量を出
力する出力部を有している。そして、この操作量調節部
２の出力部からの出力操作量に応じて制御対象の加熱手
段が駆動され、該制御対象が加熱される。

【００１５】操作量調節部２はまた、中断指令部３から
の中断指令の入力に応答して積分操作を一時中断させる
中断部を有している。

【００１６】中断指令部３は、操作量調節部２の出力操
作量と現在温度とを入力し、入力した出力操作量の、増
加傾向が一定時間以上連続中に現在温度の上昇がないと
き、あるいは減少傾向が一定時間以上連続中に現在温度
の下降がないときには、操作量調節部２の中断部に対し
て中断指令を出力するようになっており、また中断を解
除するときはその中断部に中断解除指令を出力するよう
になっている。

【００１７】中断指令部３は、このような中断指令出力
のため、出力操作量と現在温度との各データをＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器出力を入力する入
力ポートと、入力ポートを介して与えられた前記各デー
タから操作量調節部２に対する中断指令とか中断解除指
令などの指令動作を所定のプログラムに従って処理する
ＣＰＵと、前記プログラムのフローチャート（図２）が
格納されたプログラムメモリと、ＣＰＵが各種の指令動
作をするうえで必要な各データを記憶するデータメモリ
と、ＣＰＵからの中断指令と中断解除指令とを操作量調
節部２に出力する出力ポートとを具備している。

【００１８】中断指令部３の動作を、図２のフローチャ
ートおよび図３の温度制御特性カーブを参照して説明す
る。下記動作は設定温度が現在温度より高い場合におけ
るものである。

【００１９】スタートしてステップｎ１において、中断
指令部３のＣＰＵはＡ／Ｄ変換器、入力ポートを介して
取り込んだ操作量調節部２からの出力操作量からそれの
時間的変化、つまり、時間の経過に伴う出力操作量の増
加、一定、および減少について判別監視している。

【００２０】上記出力操作量は比例動作と積分動作の和
である。図３の時刻ｔ０前の制御対象の現在温度が設定
温度以下でかつ相変化温度以下であるときは、比例動作
による操作量は偏差が減少しつつあるので減少傾向にあ
るが、積分動作による操作量は偏差が減少しつつあるも
のの偏差は残っているので増加傾向にある。この実施例
では比例動作よりも積分動作の方が強く作用するような
制御方式を採用していることで、出力操作量はｔ０前に
おいても増加しているものとする。

【００２１】したがって、ｔ０前においては操作量が継
続して増加し、かつ、その間には現在温度は上昇してい
るので、ステップｎ１からステップｎ２、さらにはステ
ップｎ３からステップ７へと移行し、この場合は中断指
令を行っていないのでそれ以下の動作は行わない。上記
の動作が時刻ｔ０までの間、すなわち、制御対象の現在
温度が相変化温度になるまでは繰り返し行われる。

【００２２】これに対し、時刻ｔ０に達して所定の時間
が経過した後、すなわち、相変化温度となった場合は、
偏差が一定となることで比例動作制御量は一定となり積
分動 作制御量は継続して増加することで出力操作量は増
加が継続するので、ステップｎ１からステップｎ２、さ
らにステップｎ３に移行する。そして、ステップｎ３で
はその間において現在温度が相変化温度となって一定で
あるのでステップｎ４に移行する。

【００２３】ステップｎ４においてはＣＰＵは操作量調
節部２に対して積分操作量の出力を一時中断させる中断
指令を操作量調節部２の中断部に出力する。その結果、
操作量調節部２は積分操作量の出力を一時中断する。こ
れによって、相変化状態においても操作量調節部２から
の出力操作量には積分動作による出力操作量の増加がな
くなる。

【００２４】上記の動作が時刻ｔ０からｔ１までの間、
すなわち、制御対象の現在温度が相変化温度となってい
る間繰り返し行われる。

【００２５】そして、制御対象の現在温度が時刻ｔ１で
相変化温度を通過すると、現在温度の上昇が始まるから
上記ステップｎ３においては現在温度は上昇していると
してステップｎ７に移行し、ここでＣＰＵは中断解除指
令を操作量調節部２に出力し、これによって、操作量調
節部２での積分操作が再開され、操作量調節部３からは
通常の操作量が出力される。

【００２６】この出力操作量は、相変化時の積分動作の
中断において積分動作制御量が固定され、現在温度が再
び変化する状態となった際にその固定された積分動作制
御量をベースとして積分動作が再開されて操作量が出力
されるので、前回の出力操作量とほとんど変わらず、異
常に大きくなることはない。

【００２７】このようにして、図３に示すように従来で
は制御対象の現在温度が相変化温度を通過してから設定
温度になるときの特性カーブが出力操作量が大きくなる
ことで実線のようになって設定温度に対してオーバー
シュートしたのに対して、本実施例では破線のように
オーバーシュートすることなく現在温度が設定温度に達
する。

【００２８】設定温度が現在温度より低い場合の制御に
おいても、上記と同様にしてオーバーシュートが回避さ
れる。

【００２９】

【考案の効果】以上説明したことから明らかなように、
本考案によれば、操作量調節部の出力操作量の増加ある
いは減少傾向が一定時間以上にわたり連続しているのに
現在温度の上昇あるいは下降がなければ、中断指令部か
ら操作量調節部に対して中断指令を与え、これによっ
て、操作量調節部での積分動作を一時中断させるように
したから、現在温度が相変化温度を通過するときに操作
量が異常に大きくなることがなく、オーバーシュートを
回避できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例に係る電子温度調節器の要部を
示すブロック図である。

【図２】動作説明に供するフローチャートである。

【図３】制御対象の温度制御特性カーブを示す図であ
る。

【符号の説明】

１… 偏差出力部、２…操作量調節部、３…中断指令部

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 設定温度と現在温度との偏差に対する比
   例・積分動作を少なくとも行ない、それに対応した操作
   量を出力するとともに、中断指令の入力に応答して積分
   動作を一時中断する操作量調節部と、 操作量調節部の出力操作量の、増加傾向が一定時間以上
   連続中に現在温度の上昇がないとき、または減少傾向が
   一定時間以上連続中に現在温度の下降がないときには、
   操作量調節部に対して中断指令を出力する中断指令部
   と、 を具備したことを特徴とする電子温度調節器。