JP2947653B2 - オートチューニング機能付き温度調節装置の無駄時間算出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リミットサイクル法に
よるオートチューニングによって制御対象の制御に必要
な制御用パラメータを決定する温度調節装置の無駄時間
算出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】押出機等における温度調節装置として従
来よりＰＩＤ制御が一般に知られており、ＰＩＤパラメ
ータを自動的に調整するためのリミットサイクル法によ
るオートチューニング機能を備えたＰＩＤ制御装置が提
供されている。

【０００３】このようなＰＩＤ制御装置において、リミ
ットサイクル法によるオートチューニングの実施に当た
っては、例えば押出機の金型の加熱時には出力１００％
で加熱し、目標温度≦実測温度が成立した時点で出力０
％とする。その後、目標温度≧実測温度が成立した時点
で再び出力１００％とする。このような制御を任意の回
数分繰り返す。

【０００４】このような制御を行うため、押出機の立ち
上げ時にまず出力１００％を指示する「Ｈ」レベルの信
号が出力され、次に目標温度≦実測温度が成立した時点
で出力０％を指示する「Ｌ」レベルの信号が出力され、
次に目標温度≧実測温度が成立した時点で再び出力１０
０％を指示する「Ｈ」レベルの信号が出力される。この
ように、目標温度と実測値とが交差する時点で「Ｈ」レ
ベルから「Ｌ」レベルに又は「Ｌ」レベルから「Ｈ」レ
ベルに切り換わる信号を出力し、この信号によって金型
温度の制御を行うようになっている。

【０００５】図９は、このようなリミットサイクル法に
よって得られた温度実測値の波形と加熱出力の波形との
関係を示している。

【０００６】ところで、上記の制御を繰り返すとき、す
なわち押出機の立ち上げ時に出力１００％で加熱を行
い、目標温度≦実測温度となった時点で出力０％として
も、金型温度の実測値は、目標温度を越えて上昇（オー
バーシュート）し、或る時点でピークに達した後、下降
に転じる。そして、次に目標温度≧実測温度となった時
点で再び出力１００％としても、金型温度の実測値は、
目標温度を越えて下降（オーバーシュート）し、或る時
点でピークに達した後、上昇に転じることになる。

【０００７】そして、このように目標温度≦実測温度と
なった時点からピークに達した時点まで、又は目標温度
≧実測温度となった時点からピークに達した時点までの
時間を、それぞれむだ時間Ｌh ，Ｌｃとして算出するよ
うになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のリ
ミットサイクル法における無駄時間の検出は、目標温度
≦実測温度となった時点から応答波形のピーク点まで、
又は目標温度≧実測温度となった時点から応答波形のピ
ーク点までの時間を計測することによって得ている。

【０００９】しかしながら、実測温度の波形は、過酷な
使用条件では図９に示すような理想的な波形にはなら
ず、図１０に示すような乱れた波形状態となる。そし
て、この場合にはピーク点が複数検出されるため、正確
な無駄時間が算出できず、その結果、精度の高いＰＩＤ
制御が行えないといった問題があった。

【００１０】また、このような問題を解決するために、
ノイズ除去フィルタを通して温度入力を平滑化する方法
もあるが、ノイズ除去フィルタによって温度応答特性が
悪くなり、応答の速い制御対象の制御パラメータが正確
に算出できないといった新たな問題が発生する。

【００１１】本発明はかかる実情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、実測温度の波形に乱れがあっても正確
なピーク点の判別が可能なオートチューニング機能付き
温度調節装置の無駄時間算出方法を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の無駄時間算出方法は、リミットサイクル法
によるオートチューニングによって制御対象の制御に必
要な制御用パラメータを決定する温度調節装置におい
て、前記制御対象の温度が目標温度を越えてから最大又
は最少となるピーク点に達するまでの時間を無駄時間と
するとき、前記制御対象の温度変化を随時測定し、この
測定した温度変化を前記目標温度を基準として所定の最
少サンプリングタイムで順次サンプリングし、このよう
にしてサンプリングした温度データを最少サンプリング
温度に分割することにより、全温度データを最少サンプ
リングタイム及び最少サンプリング温度の単位で構成さ
れるユニットに分解し、このようなユニットによって構
成される全温度データの重心をピーク点として求めるこ
とにより、前記制御対象の温度が目標温度を越えてから
ピーク点に達するまでの時間を無駄時間として算出する
ものである。

【００１３】

【作用】制御対象の温度変化を随時測定し、この測定し
た温度変化を目標温度を基準として所定の最少サンプリ
ングタイムで順次サンプリングする。このようにしてサ
ンプリングした温度データは、例えば５秒間隔の最少サ
ンプリングタイムで区切られた棒グラフ状のデータとな
る。

【００１４】このようにしてサンプリングした温度デー
タを、次に最少サンプリング温度に分割する。すなわ
ち、温度データは、各棒グラフ状の中を例えば１度間隔
の最少サンプリング温度で区切られたさいころ状のデー
タとなる。すなわち、全温度データを最少サンプリング
タイム及び最少サンプリング温度の単位で構成されるユ
ニットに分解することになる。

【００１５】そして、このようなユニットによって構成
される全温度データの重心をピーク点として求めること
により、実測温度の波形に乱れがあっても正確なピーク
点が判別できる。これにより、目標温度を越えてからピ
ーク点までの無駄時間を正確に算出することが可能とな
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１７】図１は、本発明に係わる無駄時間算出方法
を実行するためのオートチューニング機能付き温度調節
装置の電気的構成を示すブロック図である。

【００１８】同図において、制御対象１は例えば押出機
の金型であって、金型温度を検出する図示しない温度セ
ンサの出力１ａは、温度調整装置２の温度測定部３に導
かれている。

【００１９】温度調節装置２は、温度測定部３、本発明
の方法を実行する無駄時間算出部４、温度制御部５、操
作部６及びタイマー部７によって構成されている。そし
て、温度測定部３の出力は、無駄時間算出部４と温度制
御部５とに導かれており、無駄時間算出部４には、タイ
マー部７の出力が導かれている。また、無駄時間算出部
４の出力は、温度制御部５に導かれており、温度制御部
５の出力は、操作部６を介して制御対象１に導かれた構
成となっている。

【００２０】次に、無駄時間算出部４によって実行され
る無駄時間の算出方法について説明する。

【００２１】本発明の無駄時間算出方法は、基本的には
図２に示すように、同定波の上部を頭切りにし、その部
分（斜線で示す）の面積を計算し、重心を求めることで
ピークを判断するようにしたものである。ここで、同定
波を頭切りにし、その上部の重心を計算するようにした
のは、サンプリング数を減らして限られたメモリで実現
するためである。

【００２２】すなわち、制御対象１の温度センサによっ
て検出され、温度測定部３において随時測定される温度
実測値を、タイマー部７によって設定された例えば５秒
等の最少サンプリングタイムによって順次サンプリング
を行い、図３に示すような棒グラフ状の温度データを作
成する。そして、この図３に示す状態から、各棒グラフ
状の温度データをさらに最少サンプリング温度（例えば
１度等）に分割することにより、図４に示すように、全
温度データを最少サンプリングタイム及び最少サンプリ
ング温度の単位で構成されるさいころ状のユニットに分
解する。この後、このようなユニットによって構成され
る全温度データの重心をピーク点として求めるものであ
る。なお、図４では、縦軸の０点が目標温度となってい
る。

【００２３】ここで、本実施例では、このようなユニッ
トによって構成される全温度データの重心を求めるので
はなく、上から数えて３単位を有効とし、下の２単位は
無視して重心を求める。これは、ユニットの数を減少さ
せることによって、限られたメモリで重心の計算を実現
するためである。ここで、最少サンプリングタイムを時
間１、最少サンプリング温度を温度１として、以下の説
明を行うものとする。

【００２４】すなわち、温度実測値のサンプリングを開
始すると、図５（ａ）に示すように、まず最初の時間１
経過時（すなわち、１回目のサンプリング時）において
温度１がサンプリングされる。従って、このときの時間
は１、最大温度は１、重心１は１．０、重心２は０、重
心３は０となる。

【００２５】ここで、重心１とは、温度の最大値のユニ
ットで構成される図形（すなわち、最も温度の高い棒状
グラフ）の重心、重心２とは、温度の最大値のユニット
で構成される図形及び最大値から温度１（１単位）低い
ユニットで構成される図形（すなわち、２番目に温度の
高い棒状グラフ）の全体の重心、重心３とは、温度の最
大値のユニットで構成される図形、最大値から温度１低
いユニットで構成される図形及び最大値から温度２（２
単位）低いユニットで構成される図形（すなわち、３番
目に温度の高い棒状グラフ）の全体の重心を示してい
る。すなわち、重心３が、最終的に重心として採用され
る値となっている。

【００２６】次に時間２経過時（すなわち、２回目のサ
ンプリング時）においては、図５（ｂ）に示すように、
温度１と温度２とがサンプリングされる。従って、この
ときの時間は２、最大温度は２、重心１は２．０、重心
２は１．３、重心３は０．０となる。

【００２７】次に時間３経過時（すなわち、３回目のサ
ンプリング時）においては、図５（ｃ）に示すように、
温度１と温度２と温度３とがサンプリングされる。従っ
て、このときの時間は３、最大温度は３、重心１は３、
重心２は２．７、重心３は２．３となる。

【００２８】次に時間４経過時（すなわち、４回目のサ
ンプリング時）においては、図５（ｄ）に示すように、
温度１と温度２と温度３と温度２とがサンプリングされ
る。従って、このときの時間は４、最大温度は３、重心
１は３．０、重心２は３．０、重心３は２．９となる。

【００２９】次に時間５経過時（すなわち、５回目のサ
ンプリング時）においては、図５（ｅ）に示すように、
温度１と温度２と温度３と温度２と温度３とがサンプリ
ングされる。従って、このときの時間は５、最大温度は
３、重心１は４．０、重心２は３．７、重心３は２．４
となる。

【００３０】次に時間６経過時（すなわち、６回目のサ
ンプリング時）においては、図６（ｆ）に示すように、
温度１と温度２と温度３と温度２と温度３と温度４とが
サンプリングされる。このとき、サンプリングの有効単
位は上から３単位であるから、重心の計算時には、最下
位の１単位を除く上位３単位で行うことになる。すなわ
ち、図の斜線部分が有効部分となる。従って、このとき
の時間は６、最大温度は４、重心１は６．０、重心２は
５．０、重心３は４．４となる。

【００３１】次に時間７経過時（すなわち、７回目のサ
ンプリング時）においては、図６（ｇ）に示すように、
温度１と温度２と温度３と温度２と温度３と温度４と温
度５とがサンプリングされる。このとき、サンプリング
の有効単位は上から３単位であるから、重心の計算時に
は、最下位の２単位を除く上位３単位で行うことにな
る。すなわち、時間６経過時には有効であった下から２
単位目の列が無効となっており、図の斜線部分が有効部
分となる。従って、このときの時間は７、最大温度は
５、重心１は７．０、重心２は６．７、重心３は６．０
となる。

【００３２】次に時間８経過時（すなわち、８回目のサ
ンプリング時）においては、図６（ｈ）に示すように、
温度１と温度２と温度３と温度２と温度３と温度４と温
度５と温度４とがサンプリングされる。このときも、重
心の計算時には、最下位の２単位を除く上位３単位で行
うことになる。すなわち、図の斜線部分が有効部分とな
る。従って、このときの時間は８、最大温度は５、重心
１は７．０、重心２は７．０、重心３は６．３となる。

【００３３】このような処理を時間１６経過時（すなわ
ち、１６回目のサンプリング時）まで繰り返し行い、最
終的に図８（ｐ）に示すような棒状グラフを得る。従っ
て、このときの時間は１６、最大温度は５、重心１は
７．０、重心２は７．８、重心３は７．３となる。

【００３４】これにより、求めるべき無駄時間は、７．
３となる。すなわち、最少サンプリングタイムが５秒で
ある場合には、５×７．３＝３６．５（秒）が無駄時間
ということになる。

【００３５】

【発明の効果】本発明に係わるオートチューニング機能
付き温度調節装置の無駄時間算出方法は、制御対象の温
度変化を随時測定し、この測定した温度変化を前記目標
温度を基準として所定の最少サンプリングタイムで順次
サンプリングし、このようにしてサンプリングした温度
データを最少サンプリング温度に分割することにより、
全温度データを最少サンプリングタイム及び最少サンプ
リング温度の単位で構成されるユニットに分解し、この
ようなユニットによって構成される全温度データの重心
をピーク点として求めることにより、前記制御対象の温
度が目標温度を越えてからピーク点に達するまでの時間
を無駄時間として算出するように構成したので、実測温
度の波形に乱れがあっても正確なピーク点の判別が可能
となり、正確な無駄時間の算出が可能となる。また、ノ
イズ除去フィルタを使用しないので、応答の速い制御対
象の制御パラメータを正確に算出できるといった効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる無駄時間算出方法を実行するた
めのオートチューニング機能付き温度調節装置の電気的
構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の無駄時間算出方法による重心の求め方
を説明するための波形図である。

【図３】温度実測値のサンプリングデータを棒グラフ状
に示した図である。

【図４】ユニットに分割したサンプリングデータの一例
を示す図である。

【図５】本発明の無駄時間算出方法を説明するためのサ
ンプリングデータの一例と算出結果とを示す図である。

【図６】本発明の無駄時間算出方法を説明するためのサ
ンプリングデータの一例と算出結果とを示す図である。

【図７】本発明の無駄時間算出方法を説明するためのサ
ンプリングデータの一例と算出結果とを示す図である。

【図８】本発明の無駄時間算出方法を説明するためのサ
ンプリングデータの一例と算出結果とを示す図である。

【図９】リミットサイクル法によって得られた温度実測
値の波形と加熱出力の波形との関係を示す図である。

【図１０】ノイズ等の影響による温度実測値の実際の波
形図である。

【符号の説明】

１ 制御対象 ２ 温度調節装置 ３ 温度測定部 ４ 無駄時間算出部 ７ タイマー部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リミットサイクル法によるオートチュー
   ニングによって制御対象の制御に必要な制御用パラメー
   タを決定する温度調節装置において、 前記制御対象の温度が目標温度を越えてから最大又は最
   少となるピーク点に達するまでの時間を無駄時間とする
   とき、 前記制御対象の温度変化を随時測定し、この測定した温
   度変化を前記目標温度を基準として所定の最少サンプリ
   ングタイムで順次サンプリングし、このようにしてサン
   プリングした温度データを最少サンプリング温度に分割
   することにより、全温度データを最少サンプリングタイ
   ム及び最少サンプリング温度の単位で構成されるユニッ
   トに分解し、このようなユニットによって構成される全
   温度データの重心をピーク点として求めることにより、
   前記制御対象の温度が目標温度を越えてからピーク点に
   達するまでの時間を無駄時間として算出することを特徴
   とするオートチューニング機能付き温度調節装置の無駄
   時間算出方法。