JP2529130B2 - 位相制御調節計の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は位相制御調節計の制御方法に係り、例えば温
度調節計等のように位相を制御してヒータへの操作電力
を位相制御する位相制御調節計に用いられる制御方法の
改良に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の位相制御調節計は、第６図に示すよう
に、制御回路１にて設定値SVおよび成形機（図示せず）
等に配置された温度センサからの測定値PVから操作量を
例えばPID演算してPWM（パルス幅変調）信号を変換出力
し、PWM/電圧変換回路３でそのPWM信号を直流レベルの
制御電圧に変換し、トリガ信号発生回路５では成形機の
ヒータ（図示せず）への電源電圧に同期してランプ電圧
（鋸波電圧）を発振して制御電圧とレベル比較し、ラン
プ電圧が制御電圧より高くなるときトリガ信号を出力
し、操作出力回路７では電源電圧の各半サイクル期間に
おいてそのトリガ信号によって電源電圧を０レベルにな
るまで電源電力をヒータに出力する構成を有していた。

すなわち、第７図Ａのように、制御回路１からPID演
算結果としての操作量を１周期中のデューティー比を変
化させたPWM信号で出力し、同図ＢのようにPWM信号をそ
のデューティー比に応じた直流レベルの制御電圧に変換
し、その後同図Ｄのように電源電圧（同図Ｃ）の周波数
に同期したランプ電圧と制御電圧のレベルを比較してラ
ンプ電圧が制御電圧より高くなる時にトリガ信号を出力
し、同図ＥおよびＦのように電源電圧の各半サイクル期
間においてトリガ信号出力時から電源電圧が０レベルに
なるまでヒータに電源電圧を出力する制御方法となって
いた。

第７図ＡのPWM信号は反転された出力となってPWM出力
80％をデューティー比1:4とし、同図Ｂの制御電圧はそ
の電圧レベルを０〜5Vとしたとき0Vが操作量100％、5V
が操作量０％に変換され、PWM信号の操作量80％が1Vに
変換されるようになっている。以下の説明でも同様であ
る。

従って、このような制御方法では電源電圧の周波数が
例えば50Hzであれば、ランプ電圧の最大波高値が第７図
Ｄのように50Hzに同期した固定値となり、最大波高値を
ヒータへの操作出力０％として固定的に決めることが可
能である。

そのため、そのランプ電圧の波高範囲を操作量０〜10
0％としてPID演算がなされれば、PWM信号に基づいて作
成した制御電圧とランプ電圧を比較することによって正
確にヒータを位相制御できる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第８図Ａのように電源電圧の周波数が
例えば実線の50Hzから一点鎖線の60Hzに変化すると、同
図Ｂのようにランプ電圧が実線状態から一点鎖線状態に
変化に、ランプ電圧の最大波高値が低下してヒータへの
位相制御範囲がE50からE60となって狭くなる。すなわ
ち、ΔＥ（Δｔ時間）分の位相制御ができない。

そのため、50Hzの電源電圧で正確にヒータが位相制御
されていても、電源電圧の周波数が60Hzに変化すると操
作出力が不正確となり易く、正確な位相制御を確保する
ためには、電源周波数の変化、換言すればランプ電圧の
最大波高値の変化に応じてPWM信号の演算を補正しなけ
ればならず、特別な工夫が必要である。

しかも、予め異なる周波数が分っている地域での使用
に対してはその補正も不可能ではないが、予め決定され
ている電源周波数が変動する場合には対応できない難点
がある。

本発明はこのような従来の欠点を解決するためになさ
れたもので、位相制御調節計を使用する地域の電源周波
数が変動しても制御対象を正確かつ高精度で位相制御可
能であり、電源周波数の異なる地域においてもその周波
数差を考慮することなく使用できる制御方法を提供する
ものである。

［課題を解決するための手段］ このような課題を解決するために本発明は、設定値お
よび制御対象からの測定値から操作量を演算して操作用
PWM信号として出力し、この操作用PWM信号のデューティ
ー比に応じた直流レベルの操作用制御信号を作成し、傾
きが一定で電源信号の周波数に同期したランプ信号とそ
の操作用制御信号のレベルを比較して操作用制御信号を
越えるランプ信号期間だけ電源信号でその制御対象を操
作制御する位相制御調節計の制御方法であり、高レベル
又は低レベルから測定用PWM信号を所定の分能で順次低
下又は上昇変化出力させた測定用制御信号を作成し、こ
れら各測定用制御信号毎にこれと上記ランプ信号の最大
波高値と比較し、その測定用制御信号がその最大波高値
を越えたときの波高範囲を測定し、この波高範囲を上記
制御対象への100％操作出力範囲として前記操作用PWM信
号を補正演算するものである。

さらに、本発明は、上記操作用PWM信号と測定用PWM信
号、上記操作用制御信号と測定用制御信号を同一にした
制御方法でもよい。

［作用］ このような手段を備えた本発明では、電源信号の周波
数が変化するとランプ信号の最大波高値が変化するが、
高レベル又は低レベルから所定の分能で測定用PWM信号
を順次低下又は上昇変化出力させて測定用制御信号を作
成し、各測定用制御信号毎にこれとランプ信号と比較
し、その測定用制御信号がその最大波高値を越えたとき
の波高範囲を測定して操作用PWM信号を補正演算するか
ら、電源周波数が変動しても常に操作用PWM信号が制御
対象への100％操作出力の範囲で演算出力される。

さらに、操作用PWM信号と測定用PWM信号、上記操作用
制御信号と測定用制御信号を同一とした方法では、位相
制御調節計の構成を部分的に共用可能で、操作用制御時
と測定時でランプ信号の差が小さい。

［実 施 例］ 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。便宜
上、本発明の制御方法を実施する位相制御調節計を先に
説明する。

第１図は本発明の制御方法を実施する位相制御調節計
の主要部を示すブロック図である。

図において、制御回路９は、例えばPID演算機能その
他の公知の演算機能を有するCPU9a、このCPU9aの動作プ
ログラムを内蔵したROM9b、演算結果その他のデータを
記憶するRAM9cおよび入出力信号のインタフェースI/O
（図示せず）を有しており、制御対象の複数箇所に分散
配置された温度センサ（図示せず）からの測定値PVや外
部からの設定値SVが入力可能になっており、測定値PVや
設定値SVから操作量をPID演算し、その操作量に応じて
１周期中のデューティー比を変化させたPWM信号としてP
WM/電圧変換回路11に出力する演算手段となっている。

PWM/電圧変換回路11は、PWM信号をデューティー比に
応じて直流レベルの制御電圧に変換してトリガ信号発生
回路13に出力する制御信号作成手段である（第７図参
照）。

トリガ信号発生回路13は、第２図に示すように、傾き
が一定で電源電圧の周波数の半サイクルに同期したラン
プ電圧を内部発振するとともに、このランプ電圧と制御
電圧のレベルを比較し、ランプ電圧が制御電圧を越える
とき電源電圧の各半サイクル期間において正（＋）負
（−）のトリガ信号を出力切換回路15および測定信号出
力回路17へ出力するトリガ信号発生手段である。

出力切換回路15はトリガ信号発生回路13からのトリガ
信号の操作出力回路19への出力を切換えるものであり、
後述するように制御回路９からの出力禁止信号によって
トリガ信号の操作出力回路19への出力をOFFするもので
ある。なお、出力切換回路15へのトリガ信号は第２図の
ように例えば正（＋）レベルで出力されている。

操作出力回路19は電源電圧の各半サイクル期間におい
てそのトリガ信号の出力時からそれが０レベルになるま
で制御対象としてのヒータ（図示せず）に電源電圧を出
力する操作出力手段である。

測定信号出力回路17は、トリガ信号発生回路13からの
正（＋）負（−）のトリガ信号の論理和をとり、論理和
が「１」であればこれを測定信号（＋）として制御回路
９へ出力するものである。

制御回路９は電源電圧の周波数確認モードと非周波数
確認モードを有し、これら各モードを位相制御調節計の
本体パネル等に配置したキーボードスイッチ等から切換
え設定可能になっている。

非周波数確認モードは、第６図に示したように、設定
値SVや測定値PVから操作量をPID演算してPWM信号に変換
してPWM/電圧変換回路11に出力するモードであり、従来
の位相制御調節計における制御回路と同様である。

周波数の確認モードは、当初はトリガ信号発生回路13
で発生可能なトリガ信号の最大波高値よりも例えば大き
いレベルの制御信号となるようなデューティー比のPWM
信号を、例えば30msecの分離能で5mVずつ低下させて測
定信号出力回路17から測定信号が出力されるまで順次出
力するとともに、測定信号を入力したときには制御回路
９が測定信号に対応するPWM信号のレベルをヒータへの1
00％操作出力範囲として操作用のPWM信号を補正演算し
て出力するモードであり、制御回路９はこの補正演算手
段となっている。なお100％操作出力範囲は有効出力範
囲のことである。

しかも、操作用のPWM信号が出力されるまでトリガ信
号を操作出力回路19へ出力させないような出力禁止信号
を出力切換回路15へ出力するものである。

次に、このような位相制御調節計の動作を説明しなが
ら本発明に係る制御方法を説明する。

第３図は位相制御調節計の動作を示すフローチャート
を示している。

プログラムがスタートすると、ステップ301で周波数
確認モードであるか否か判断され、YESの場合にはステ
ップ302で出力切換回路15へ出力禁止信号を出力し、ス
テップ303にてトリガ信号の最大波高値よりも大きいレ
ベルの制御信号となるような操作量のPWM信号、すなわ
ちヒータへの操作出力０％より大きなレベルを設定す
る。

ステップ304にてレベルの高い第２図ＢのPWM信号を演
算出力し、ステップ305でPWM信号を直流レベルの制御電
圧に変換し、ステップ306でトリガ信号発生回路13にお
ける制御電圧とランプ電圧（第２図Ｃ）を比較してステ
ップ307に移る。

ステップ307では再び周波数確認モードであるか否か
判断し、YESの場合にはステップ308でランプ電圧が制御
電圧以上か否か判断し、NOの場合にはステップ301に戻
ってステップ301〜308を繰返し処理するが、繰返し処理
毎に第２図Ｂのように制御電圧のレベルを順次低下させ
るようなPWM信号が演算出力される。

制御電圧がランプ電圧の最大波高値より低下して第２
図のＰ点でステップ308がYESになると、ステップ309で
トリガ信号発生回路13から第２図Ａの電源電圧の半サイ
クルに応じて正（＋）又は負（−）のトリガ信号が測定
信号出力回路17へ一瞬出力され（第２図Ｄ）、ステップ
310でそれら正（＋）又は負（−）の論理和をとって同
図Ｅのような測定信号が制御回路９へ出力される。

すなわち、トリガ信号発生回路13および測定信号出力
回路17でランプ電圧の最大波高値に対応した波高範囲を
測定し、間接的に電源電圧の周波数を測定する測定手段
となっている。

ステップ311では入力された測定信号に対応するPWM信
号内容（レベル）を制御回路９がRAM9cに記憶し、ステ
ップ312では制御回路９がその記憶したPWM信号内容を10
0％の操作出力範囲としてPWM信号を出力するとともに、
出力禁止信号の出力を停止して出力切換回路15からトリ
ガ信号を操作出力回路19へ出力可能とし、操作出力回路
19が電源電圧の各半サイクル期間においてそのトリガ信
号の出力時からこれが０レベルになるまでヒータに電源
電圧を出力する。すなわち、制御回路９は補正演算手段
としても機能する。

非周波数確認モードであってステップ301がNOの場合
にはステップ313にて操作用のPWM信号を演算出力してス
テップ304に移り、ステップ307でNOの場合にはステップ
314でランプ電圧が制御電圧以上か否か判断され、NOの
場合にはステップ314を繰返し、YESになるとステップ31
5でトリガ信号を出力し、ステップ316でそのトリガ信号
の出力時からこれが０レベルになるまでヒータに電源電
圧を出力する。

本発明は、上述した周波数確認モードによる制御方法
を特徴とするものであり、測定値PVおよび設定値SVから
操作量を演算してPWM信号に変換出力し、このPWM信号の
デューティー比に応じた制御電圧を作成し、電源電圧の
周波数に同期したランプ信号とその制御電圧のレベルを
比較し、制御電圧を越えるそのランプ電圧の期間だけヒ
ータを電源電圧で操作制御する制御方法を前提とし、そ
のランプ信号の最大波高に応じた波高範囲を測定し、そ
の測定信号の出力時のPWM信号からランプ電圧の波高範
囲を規定してヒータへの100％操作範囲として操作用のP
WM信号を補正演算する方法となっている。

しかも、PWM信号は、当初、高レベルから測定用とし
てのPWM信号を所定の分能で順次変化出力して測定用の
制御電圧を作成し、これら各測定用制御電圧毎にランプ
電圧の最大波高値と比較し、測定用制御電圧が最大波高
値を越えた時の測定信号によってランプ電圧の波高範囲
を測定し、この測定時の測定用PWM信号内容をヒータへ
の100％操作出力範囲として操作用PWM信号を補正演算す
る方法となっており、PWM信号および制御電圧はランプ
電圧の波高範囲を測定する際に共に測定用とし、測定後
はヒータの操作用に変更する方法である。

このような本発明では、電源電圧の周波数に対応して
変化するランプ電圧の波高値から電源電圧の周波数を間
接的に測定し、この測定結果からPID演算を補正してPWM
信号を変換出力し、電源電圧の周波数が変化しても正確
な位相制御が可能となる。

例えば、第４図に示すように、PWM信号出力の100％の
上下10％の余裕をみて10〜90％の範囲を電源電圧50Hzに
おける操作出力100％にした場合、電源電圧が60Hzにな
るとPWM信号出力の100％中の10％〜90％未満の範囲（図
中の一点鎖線や二点鎖線の範囲）を100％の操作出力と
してPWM信号を補正演算することになる。

ちなみに、操作出力が80％の場合には、 （100−80）×｛（90−10）/100｝＋10＝26％のPWM信号
出力となり、操作出力がｘ％の場合に上下の余裕値をＡ
およびＢとすれば、 （100−ｘ）×｛（Ａ−Ｂ）/100｝＋ＢのPWM信号出力と
なる。

しかも、本発明の制御方法を実施する場合には、従来
の回路構成をそのまま供用可能となって位相制御調節計
の内部構成を変更する必要性が少ない。

そして、PWM信号および制御電圧はランプ電圧の波高
範囲を測定する際に共に測定用とし、測定後はヒータの
操作用に変更する方法では、回路構成を共通換できる
し、測定時と操作制御時のランプ電圧誤差が少ない利点
がある。

そのため、周波数の異なる地域で同一の位相制御調節
計を供用可能であるばかりか、周波数が変動する電源の
下でも安定して位相制御できる。

ところで、上述した構成では、低レベルから測定用PW
M信号を高レベルに順次上昇変化出力させ、測定用制御
信号がランプ電圧の最大波高値を越えて大きくなったと
きに波高範囲を測定する構成でも良い。

第５図は本発明の他の実施例を実施するための位相制
御調節計のブロック図を示すものである。

この構成は、制御回路９に対して上述した従来の位相
制御調節計を形成するPWM/電圧変換回路３、トリガ信号
発生回路５及び操作出力回路７を接続し、更に、制御回
路９に第１図に示したPWM/電圧変換回路11、トリガ信号
発生回路13及び測定信号出力回路17を接続して構成され
ており、操作出力切換回路15が省力されている。

この構成では、制御回路９が操作用のPWM信号をPWM/
電圧変換回路３に出力し、トリガ信号発生回路５からト
リガ信号を操作出力回路７に出力して操作出力を制御対
象に出力さて位相制御する状態下で、制御回路９が測定
用のPWM信号をPWM/電圧変換回路11へ出力し、トリガ信
号発生回路13にてトリガ信号を測定信号出力回路17に出
力して測定信号が制御回路９に入力されると、制御回路
９はその測定用のPWM信号に基づいて操作用のPWM信号を
補正演算して出力する。

この構成の位相制御調節計における制御方法は、制御
回路９が操作用のPWM信号を出力し、この操作用のPWM信
号に基づいて制御対象を位相制御するとともに、これと
並行して制御回路９が測定用のPWM信号を出力してトリ
ガ信号の波高範囲を測定し、測定信号に対応する測定用
のPWM信号に基づいてその操作用のPWM信号を補正演算す
るものである。

このような制御方法では、制御対象の位相制御を行な
いながら周波数測定を行なう構成であり、電源電圧の周
波数安定度が悪い地域においてもリアルタイムで操作用
のPWM信号を補正演算することが可能となり、常時正確
かつ高精度で位相制御できる。

この制御方法では、測定結果から常に操作用のPWM信
号を補正演算してもよいが、各測定時の測定用PWM信号
の複数の測定結果における平均値から補正演算する方が
好ましい。

なお、操作用と測定用のランプ電圧で波高値が一致し
なくなる場合も予想されるが、出荷時やその後適宜レベ
ル調整をすればよいであろう。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の制御方法は、位相制御調
節計を使用する地域の電源周波数が変動しても制御対象
を正確かつ高精度で位相制御可能であり、電源周波数の
異なる地域においてもその周波数差を考慮することなく
そのまま実施可能であり、操作用PWM信号を演算して制
御対象を操作制御しながら常に操作用PWM信号が補正さ
れる利点がある。

さらに、操作用PWM信号と測定用PWM信号、上記操作用
制御信号と測定用制御信号を同一とした方法では、位相
制御調節計の構成を部分的に共用可能となるうえ、操作
制御時と測定時でランプ信号差が小さく、一層高精度の
位相制御が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る制御方法を実施する位相制御調節
計の主要部を示すブロック図、第２図は第１図の位相制
御調節計の動作を説明する波形図、第３図は第１図の位
相制御調節計の動作を説明するフローチャート、第４図
は本発明による操作範囲を説明する図、第５図は本発明
の他の実施例を実施するための位相制御調節計を示すブ
ロック図、第６図は従来の制御方法を実施する位相制御
調節計を示すブロック図、第７図および第８図は第６図
の位相制御調節計の動作を説明する波形図である。 １、９……制御回路 ３、11……PWM/電圧変換回路 ５、13……トリガ信号発生回路 ７、19……操作出力回路 15……出力切換回路 17……測定信号出力回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】設定値および制御対象からの測定値から操
   作量を演算して操作用PWM信号として出力し、 この操作用PWM信号のデューティー比に応じた直流レベ
   ルの操作用制御信号を作成し、 傾きが一定で電源信号の周波数に同期したランプ信号と
   前記操作用制御信号のレベルを比較して前記操作用制御
   信号を越える前記ランプ信号期間だけ前記電源信号で前
   記制御対象を操作制御する位相制御調節計の制御方法に
   おいて、 高レベル又は低レベルから測定用PWM信号を所定の分能
   で順次低下又は上昇変化出力させた測定用制御信号を作
   成し、これら各測定用制御信号毎にこれと前記ランプ信
   号の最大波高値と比較し、前記測定用制御信号が前記最
   大波高値を越えたときの前記波高範囲を測定し、この波
   高範囲を前記制御対象への100％操作出力範囲として前
   記操作用PWM信号を補正演算することを特徴とする位相
   制御調節計の制御方法。
2. 【請求項２】前記操作用PWM信号と測定用PWM信号、前記
   操作用制御信号と測定用制御信号を同一にした請求項１
   記載の位相制御調節計の制御方法。