JP2765797B2 - ファジイ温度制御システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無駄時間＋一次遅れ系
の制御対象の温度、または無駄時間＋二次遅れ系の制御
対象の温度をファジイルールを用いて制御する制御シス
テムに係り、より詳細には、ファジイルールによる値と
対象温度と目標温度との偏差の積分値とに基づいて制御
対象の温度を制御するファジイ温度制御システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】無駄時間＋一次遅れ系の制御対象の温
度、または無駄時間＋二次遅れ系の制御対象の温度をフ
ァジイルールを用いて制御する装置（特開平４−２９１
６０１号公報）においては、その制御は速度型出力によ
る制御となり、制御出力の変動率が高くなることから制
御の安定性が悪くなるという問題がある。この問題を解
消するための装置として、以下に示す装置が提案されて
いる。

【０００３】この装置は、制御対象の温度と目標温度と
の偏差と、制御対象の温度の変化速度とにより構成され
たファジイルールによって制御出力値を推論すると共
に、制御対象の温度と目標温度との偏差の積分を行って
いる。そしてファジイルールにより推論された値と偏差
の積分結果に一定の値を乗じることにより得られた値と
の双方の加算を行い、加算結果を制御の値とする構成と
なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記構成
における積分方法は、図４を用いて説明すると、目標温
度がＴ１からＴ２に変更されたときのように、その変更
幅Ｗ１が制御対象の無駄時間と時定数とプロセスゲイン
とに基づいて算出された偏差幅Ｅより大きい場合には、
制御対象の温度がこの偏差の幅内となるまでの期間Ｑ１
の間積分を停止させ、時刻Ｓ３以後において積分を再開
させることによって、制御対象の温度のオーバシュート
５０を許容範囲の温度に制御している。

【０００５】しかし目標温度がＴ２からＴ３に変更され
たときのように、変更幅Ｗ２が偏差幅Ｅ内である場合に
は継続した積分を行わせる方法となっているので、目標
温度の変更直後（時刻Ｓ４の直後）においては偏差が大
きく、そのため積分値が急激に変化することから（一点
鎖線５４により示す）、制御出力が大きく変動し、制御
対象の温度のオーバシュート（一点鎖線５１により示
す）が大きくなるという問題を生じていた。

【０００６】本発明は上記課題を解決するため創案され
たものであって、その目的は、目標温度が変更されたと
きの制御対象の温度のオーバシュートを低減することで
きるファジイ温度制御システムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明のファジイ温度制御システムは、無駄時間＋一次
遅れ系の制御対象の温度、または無駄時間＋二次遅れ系
の制御対象の温度をファジイルールを用いて制御する温
度制御システムに適用し、制御対象の目標温度を設定す
る目標温度設定部と、制御対象の温度を対象温度とし、
目標温度と対象温度との差異を温度偏差とするとき、温
度偏差を一方の軸とし、対象温度の変化速度を他方の軸
とする平面のデータテーブルに、温度偏差と変化速度と
により構成されたファジイルールが数値データとして展
開されたルックアップテーブルと、制御対象の無駄時間
と時定数とプロセスゲインとに基づいて算出された温度
幅を偏差幅とするとき、目標温度設定部における目標温
度の変更が偏差幅内の変更であるときには、この変更の
幅に対応して積分値を減少させ、減少させた積分値を初
期値として温度偏差の積分を行う積分処理部と、この温
度偏差と速度変化とに基づいてルックアップテーブルよ
り得られる値に、積分処理部の積分値に一定の係数を乗
じた値を加算し、加算結果を制御出力として送出する出
力処理部とを備えた構成を用いる。

【０００８】

【作用】目標温度の変更が偏差幅内の変更である場合、
積分処理部は、変更の幅に対応して積分値を減少させ、
減少させた積分値を初期値として温度偏差の積分を行
う。そのため目標温度の変更後の積分値は変更直前の積
分値より小さくなる。

【０００９】この積分値の減少は、目標温度を変更した
とき生じるルックアップテーブルの出力値の急激な変化
を相殺するように作用することから、制御出力の変動率
の大きな変化が抑えられることとなる。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例について図面を参照しつつ
以下に説明する。

【００１１】図１は、本発明のファジイ温度制御システ
ムを押出成形機に適用した場合の一実施例の電気的構成
を示すブロック線図である。

【００１２】同図において、目標温度設定部１の出力で
ある目標温度を示す値は、積分処理部５に送出されると
共に加算器２のプラス入力に送出されており、加算器２
のマイナス入力には制御対象８の温度である対象温度を
示す値が導かれている。

【００１３】また加算器２の出力である温度偏差を示す
値は、温度変化処理部３、ルックアップテーブル４、お
よび積分処理部５の３つのブロックに送出されており、
温度変化処理部３の出力である対象温度の変化速度を示
す値は、ルックアップテーブル４に導かれている。

【００１４】また係数設定部６より送出される係数値
は、ルックアップテーブル４と出力処理部７とに与えら
れており、積分処理部５の出力とルックアップテーブル
４の出力とは、共に出力処理部７に導入されている。そ
して出力処理部７より送出される制御出力は制御対象８
に導かれている。

【００１５】以下に各ブロックの構成を説明する。

【００１６】目標温度設定部１は、制御対象８である押
出成形機の所定箇所の目標温度を設定するためのブロッ
クとなっており、設定された目標温度を加算器２と積分
処理部５との双方に送出する。

【００１７】また加算器２は、目標温度設定部１によっ
て設定された値から制御対象８の温度である対象温度を
減ずることにより、その差異を温度偏差として、温度変
化処理部３とルックアップテーブル４と積分処理部５と
に出力するブロックとなっている。

【００１８】また温度変化処理部３は、加算器２から送
出される温度偏差を一定時間間隔で抽出することによ
り、温度偏差の変化速度を演算し、演算結果をルックア
ップテーブル４に送出するブロックとなっている。

【００１９】またルックアップテーブル４は、目標温度
と対象温度との差異である温度偏差と、温度変化処理部
３より送出される変化速度とにより構成されたファジイ
ルールを、偏差−変化速度平面のデータテーブルに数値
データとして展開したとき得られる値を記憶したブロッ
クとなっており、温度偏差と変化速度との各値が与えら
れたときには、これらの値に対応する数値を出力処理部
７に送出する。

【００２０】また積分処理部５は、目標温度と対象温度
との差異である温度偏差を積分するブロックとなってお
り、目標温度の変更が生じたとき、その変更の幅が予め
演算された値である偏差幅（後に詳述）を越える場合に
は、対象温度が偏差幅内の温度となるまで積分を停止す
る。また変更の幅が偏差幅内である場合には、変更の幅
に対応して積分結果を減少させ、減少させた値を初期値
とする積分を行う。

【００２１】また係数設定部６は、必要とする係数の設
定を行うためのブロックとなっており、設定された係数
は、ルックアップテーブル４および出力処理部７に送出
される。

【００２２】また出力処理部７は、積分処理部５の積分
値と係数設定部６からの係数との積を演算すると共に、
この演算結果とルックアップテーブル４の出力値との加
算を行い、加算結果を制御出力として制御対象８に送出
するブロックである。

【００２３】また出力９は、必要とする各種のパラメー
タをルックアップテーブル４に与える出力となってい
る。

【００２４】以下に、ルックアップテーブル４の構成の
詳細を説明する。

【００２５】本実施例において用いられているファジイ
ルールは、図２に示すように、横軸に温度偏差、縦軸に
変化速度をとっている。そしてこのようなファジイルー
ルで構成された温度偏差−変化速度平面を、図３に示す
ようなＸ−Ｙ平面２１と対応付けることにより、各
（Ｘ、Ｙ）座標によって指定される点におけるファジイ
推論値を演算する構成を採用している。

【００２６】なおこの演算方法は、Ｘ−Ｙ平面２１のＸ
軸方向とＹ軸方向との双方を等しい間隔の２１の値に分
割し、一方の軸において分割された値のそれぞれが、他
方の軸において分割された値のそれぞれと交わる各交点
の推論値を演算する方法となっている。

【００２７】そしてＸ−Ｙ平面２１の座標値と温度偏差
および変化速度との対応関係については、制御対象８の
無駄時間（Ｌ）、時定数（Ｔ）、プロセスゲイン（Ｇ
ｐ）を算出し、下式

【００２８】

【数１】Ｅ＝Ｇｐ×〔１−ｅｘｐ（−ｍＬ／Ｔ）〕 ΔＥ＝Ｇｐ×〔１−ｅｘｐ（−τ／Ｔ）〕 により示される偏差幅Ｅ、変化速度幅ΔＥをＸ−Ｙ平面
２１の値１と対応付けている（値ｍは係数設定部６によ
って設定される係数を示し、その値は３となっている。
またτは演算時間を示している）。

【００２９】そのためルックアップテーブル４において
は、温度偏差の範囲−Ｅ〜Ｅを２１に分割したときの各
温度偏差の値が横方向でもって示され、変化速度の範囲
−ΔＥ〜ΔＥを２１に分割したときの各変化速度の値が
縦方向でもって示されるマトリクス状のデータテーブル
となっている。

【００３０】そしてこのデータテーブルの各升目には、
上記演算により算出されたファジイ推論値が制御出力値
として格納されているので、ルックアップテーブル４
は、温度偏差と変化速度とが与えられたときには、各値
の交点に対応する升目に格納された推論値を制御出力値
として出力処理部７に送出する。

【００３１】以上の構成からなる本発明の一実施例につ
いて、以下に動作を説明する。

【００３２】図４に示す時刻Ｓ２において目標温度設定
部１の設定が変更され、目標温度が温度Ｔ１から温度Ｔ
２に変更されると、このときの変更の幅Ｗ１は偏差幅Ｅ
より大きいことから、積分処理部５は、目標温度が変更
された時刻Ｓ２において積分を停止し、その出力値を値
０とする。

【００３３】このことは、時刻Ｓ２以後、対象温度が偏
差幅Ｅ内の温度となる時刻Ｓ３までの期間Ｑ１において
は、温度偏差と変化速度とに対応してルックアップテー
ブル４が出力する制御出力値のみが出力処理部７に与え
られることを意味する。

【００３４】そのため制御対象８の制御は速度型の温度
制御となり、制御対象８の温度（対象温度）は、ルック
アップテーブル４の出力値に従い、急速にその温度を上
昇させていく（５５により示す）。

【００３５】そして制御対象８の温度（対象温度）が偏
差幅Ｅ内の温度となったとき（時刻Ｓ３）には、積分処
理部５は値０を初期値として温度偏差の積分動作を開始
し、積分結果を出力処理部７に送出する。

【００３６】そのため出力処理部７は、積分処理部５の
積分値に係数設定部６からの係数を乗じた値とルックア
ップテーブル４の出力値との加算を行い、加算結果に基
づいて制御対象８の制御を行う。

【００３７】そのため時刻Ｓ３以後においては、制御対
象８の制御は位置型の温度制御となり、対象温度は小さ
なオーバシュート（実線５０により示す）を生じた状態
でもって目標温度近傍の温度に制御される。

【００３８】また目標温度が温度Ｔ２からＴ３に変更さ
れたとき（時刻Ｓ４）には、その変更の幅Ｗ２は偏差幅
Ｅ内であるため、積分処理部５は、変更の幅に対応して
積分値を減少させるため、変更の直前に得られた積分値
をＯｉにより示し、変更前の目標温度Ｔ２と変更後の目
標温度Ｔ３との差異の絶対値（幅Ｗ２）をＡにより示す
とすると、下式（以下では第２式と称する）

【００３９】

【数２】Ｎｉ＝α×（１−Ａ／Ｅ）×Ｏｉ によって値Ｎｉを算出し、値Ｎｉを初期値として積分を
開始する（αは係数設定部６によって設定される係数を
示し、本実施例では値１が採用されている）。

【００４０】一方、目標温度をＴ２からＴ３に変更した
ときには、この変更に対応して温度偏差が突然増加する
ことから、ルックアップテーブルの出力値には、この増
加に対応する急激な変化が生じる。

【００４１】しかし制御対象８に与えられる制御出力値
は、積分処理部５の積分値に係数を乗じた値とルックア
ップテーブル４の出力値との加算値であり、積分処理部
５の積分値は時刻Ｓ３においてその値を減じていること
から、出力処理部７より送出される制御出力値は、ルッ
クアップテーブル４の出力値の急激な変化を相殺するよ
うに作用する。

【００４２】そのため制御出力値の変動率は小さな値に
抑えられることとなり、対象温度のオーバシュート（破
線５２により示す）は小さな値に留まることとなる。

【００４３】また目標温度が低くなる方向に変更され、
その変更の幅が偏差幅Ｅを越える場合、積分処理部５の
動作は従来技術と同様となっている。つまり目標温度の
変更が行われた時刻から対象温度が偏差幅Ｅ内の温度と
なるまでの期間においては、積分処理部５は積分を停止
し、その出力値を値０とする。

【００４４】そして対象温度が偏差幅Ｅ内の温度となっ
たときには、目標温度の変更の直前の積分値を初期値と
して積分を再開すると共に、その積分値を出力処理部７
に送出する。

【００４５】また目標温度を偏差幅Ｅ内の範囲で低くな
る方向に変更したときの積分処理部５の動作は、偏差幅
Ｅ内の範囲で目標温度を高くする方向に変更したときの
動作と同様であり、積分処理部５は、第２式を用いるこ
とにより、変更の幅に対応して積分値を減少させる。そ
して減少させた値を初期値とする積分を行う。

【００４６】そのため目標温度を低くしたときにも、対
象温度のオーバシュートは小さな値に留まることとな
る。

【００４７】なお本発明は上記実施例に限定されず、積
分値を減少させるための演算式である第２式の係数αに
ついては、その値を１とした場合について説明したが、
オーバシュートを減少させることができる範囲では、そ
の他の任意の値とすることが可能である。

【００４８】また制御対象８については、無駄時間＋二
次遅れ系である押出成形機とした場合について説明した
が、その他の制御対象として、無駄時間＋一次遅れ系の
制御対象、または押出成形機以外の無駄時間＋二次遅れ
系の制御対象に同様に適用することが可能である。

【００４９】

【発明の効果】本発明に係るファジイ温度制御システム
は、温度偏差と変化速度とにより構成されたファジイル
ールが数値データとして展開されたルックアップテーブ
ルを備えると共に、目標温度の変更が偏差幅内の変更で
あるときには、この変更の幅に対応して積分値を減少さ
せ、減少させた積分値を初期値として温度偏差を積分す
る積分処理部を備えている。そして出力処理部を用いる
ことによって、ルックアップテーブルから送出される値
と積分処理部の積分値に一定の係数を乗じた値とを加算
し、加算結果を制御出力として送出する構成としてい
る。そのため目標温度の変更後の積分値は、変更直前の
積分値より小さくなることから、目標温度を変更したと
き生じるルックアップテーブルの出力値の急激な変化は
積分処理部の出力値の変化によって相殺され、制御出力
の変動率の大きな変化が抑えられるので、目標温度が変
更されたとき生じる制御対象の温度のオーバシュートを
低減することが可能となっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のファジイ温度制御システムの一実施例
の電気的構成を示すブロック線図である。

【図２】本発明が用いているファジイルールを示す説明
図である。

【図３】ファジイルールに対応付けられるＸ−Ｙ平面を
示す説明図である。

【図４】目標温度、対象温度、および積分値の互いの関
係を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 目標温度設定部 ４ ルックアップテーブル ５ 積分処理部 ７ 出力処理部 ８ 制御対象 Ｅ 偏差幅 Ｔ１〜Ｔ３ 目標温度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05D 23/00 - 23/32

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無駄時間＋一次遅れ系の制御対象の温
   度、または無駄時間＋二次遅れ系の制御対象の温度をフ
   ァジイルールを用いて制御する温度制御システムにおい
   て、 前記制御対象の目標温度を設定する目標温度設定部と、 前記制御対象の温度を対象温度とし、前記目標温度と対
   象温度との差異を温度偏差とするとき、温度偏差を一方
   の軸とし、対象温度の変化速度を他方の軸とする平面の
   データテーブルに、温度偏差と前記変化速度とにより構
   成されたファジイルールが数値データとして展開された
   ルックアップテーブルと、 前記制御対象の無駄時間と時定数とプロセスゲインとに
   基づいて算出された温度幅を偏差幅とするとき、前記目
   標温度設定部における前記目標温度の変更が偏差幅内の
   変更であるときには、この変更の幅に対応して積分値を
   減少させ、減少させた積分値を初期値として温度偏差の
   積分を行う積分処理部と、 この温度偏差と前記速度変化とに基づいて前記ルックア
   ップテーブルより得られる値に、前記積分処理部の積分
   値に一定の係数を乗じた値を加算し、加算結果を制御出
   力として送出する出力処理部とを備えたことを特徴とす
   るファジイ温度制御システム。