JP3573101B2 - 電力制御方法および電力制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力の制御方法および制御装置に関し、更に詳しくは、交流電圧のサイクル制御に位相制御を組み合わせた電力制御方法および電力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒータ等の温度制御システムには、図１６に示すように、温度調節器１より所定の入力電力指令値をサイクル制御装置２に与え、サイクル制御装置２では、入力された電力指令値に応じ、所定の周期、例えば０．２〔ｓｅｃ〕毎に１ないし数サイクルの出力をゼロクロス機能付きＳＳＲ３に与え、前記所定の周期毎の何サイクルをヒータ４に与えてＯＮ／ＯＦＦし、そのヒータ４の温度を温度センサ５で検出し、温度調節器１にフィードバックし、サイクル制御を繰り返すことにより、ヒータ４の温度を入力電力指令値に応じた値となるように制御するものである。
【０００３】
サイクル制御装置２は、図１７に示すように温度調節器１で１００％が出力されていると、電源周波数が５０Ｈｚの場合、この出力値１００％を受け、０．２ｓｅｃの制御周期の１０サイクルがフル出力される。温度調節器１の出力が７５％であるとサイクル制御装置２からは１０サイクル中、７．５サイクル分がＯＮで出力される。同様に、温度調節器１の出力が５０％の場合、サイクル制御装置２からは１０サイクル中５サイクルがＯＮで出力される。以下２５％の温度調節器出力の場合は、１０サイクル中、２．５サイクル分がＯＮされる。０％の温度調節器出力では、出力も１０サイクルすべてＯＦＦである。
【０００４】
なお、０．２ｓｅｃで５０Ｈｚの全サイクルは１０回となるが、図１７は様式的なものであり、全サイクルを４回としている。
【０００５】
温度制御には、周期毎の数サイクル分中のオンサイクル比率を設定値に応じて変える上記サイクル制御の他に、設定値に応じて各サイクルにおける点弧角を制御する位相制御が採用されることもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のサイクル制御では、制御周期が固定であり、かつ１サイクルを単位としてＯＮ／ＯＦＦ制御するので、出力分解能が低く、制御精度が悪く、出力応答も遅い。また、ＯＮ状態が時間的に偏るため、制御対象の寿命に悪影響、例えば制御対象がヒータの場合、熱ストレスが大きいという問題がある。
【０００７】
一方、位相制御では、高精度の制御が可能であるが点孤角を制御するものであるから、基本波成分以外に高調波が発生するという問題がある。さらに高速処理が必要であるため、装置全体が高価になるという問題がある。
【０００８】
そこで、本件出願人は、平成１２年３月１５日提出の「サイクル制御装置、電力調整装置、温度調節器および温度制御装置」（特願２０００−７１６４２号）において、高調波を発生せず、しかも従来のサイクル制御に比べて、高精度な制御が可能なサイクル制御装置を提案している。
【０００９】
以下、この先に提案したサイクル制御装置の概要について説明する。図１８は、このサイクル制御装置を備えた温度制御システムの概略構成を示すブロック図である。この温度制御システムは、温度調節器１と、サイクル制御装置２０と、ゼロクロス機能付きＳＳＲ３と、ヒータ４と、温度センサ５とから構成されている。サイクル制御装置２０以外は、図１６に示したものと同様である。
【００１０】
サイクル制御装置２０は、温度調節器１からの電力指令値Ｘを半サイクル間保持するサンプル・ホールド部２１と、入力された電力指令値Ｘと実際の出力値Ｙの出力誤差Ｅを算出する出力誤差演算部２２と、出力誤差演算部２２で求めた出力誤差Ｅを累積する出力誤差累積部２３と、入力された電力指令値Ｘと出力誤差累積値とを加算する加算部（補正部）２４と、加算部２４の出力を受け、その入力値と所定の閾値とを比較し、入力値が閾値より大なる場合に１００〔％〕出力、入力値が閾値より小なる場合に０％出力とする比較部２５とを備えている。
【００１１】
次に、図１９に示すフロー図により、サイクル制御装置２０の動作を中心に説明する。動作の開始にあたり、先ず初期処理が実施される（ステップＳＴ１）。例えば、比較部２５の閾値Ｓの設定（ステップＳＴ１１）、変数ｎをクリア（ステップＳＴ１２）、パラメータ初期値を設定し、累積用レジスタΣ（ｎ）をクリアする（ステップＳＴ１３）。
【００１２】
初期処理に続いて、変数ｎを１インクリメントする（ステップＳＴ２）。処理開始で先ずｎ＝１とされる。そして、第１番目（ｎ＝１）のオン比率入力Ｘ１を取り込む。（ステップＳＴ３）。続いて前回までの出力誤差累積Σ（ｎ−１）に今回の入力指令値Ｘｎを加算し、出力Ｙ（ｎ）を求める（ステップＳＴ４）。
【００１３】
最初の半サイクルの処理ではΣ（ｎ−１）は０〔％〕であり、Ｘｎ＝Ｘ１である。したがって、入力電力指令値を４０％に設定したとすると、Ｘ１＝４０〔％〕であり、Ｙｉ１も４０〔％〕である。比較部２５で入力された補正出力値Ｙｉ１と閾値Ｓが比較され（ステップＳＴ５）、補正出力値Ｙｉ１が閾値Ｓ以上であると出力を１００〔％〕とする（ステップＳＴ６）。逆に補正出力値Ｙｉ１が閾値Ｓよりも小さいと出力を０〔％〕とする（ステップＳＴ７）。
【００１４】
続いて今回の入力指令値Ｘ１と出力Ｙ１の偏差、出力誤差Ｅ←Ｘ１−Ｙ１を求める（ステップＳＴ８）とともに、それまでの出力誤差累積値に今回の出力誤差Ｅ１を加算して、出力誤差累積を更新する（ステップＳＴ９）。これにより、最初の半サイクルに係る処理を終了する。
【００１５】
その後ステップＳＴ２に戻り、変数ｎを１インクリメント（ｎ＝２）し、２回目の半サイクルの処理を実行する。ステップＳＴ２からステップＳＴ９の処理は制御周期間にわたり繰り返され、次の制御周期に入ると、再度変数ｎ及びΣ（ｎ）をクリアして，同様の処理を繰り返す。
【００１６】
上記した処理動作を具体的な数値を例に上げて説明する。以下の説明では入力電力指令値Ｘ＝４０〔％〕、閾値Ｓ＝５０〔％〕とし、５０〔Ｈｚ〕の交流信号を制御するものとする。５０〔Ｈｚ〕の半サイクル期間は１０〔ｍｓｅｃ〕であるから、１０〔ｍｓｅｃ〕毎に、図１９に示すフロー図の処理を実行する。入力電力指令値Ｘは４０〔％〕であるから、制御周期は半サイクル期間×５と決定される。
【００１７】
最初の半サイクル（周期１）では、図２０に示すように、入力電力指令値４０〔％〕、この入力電力指令値４０〔％〕と出力誤差累積Σ（０）の加算で補正出力Ｙｉ１が４０〔％〕、この補正出力Ｙｉ１が４０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕との比較で閾値Ｓの方が大であるから、出力０〔％〕、電力指令値Ｘ１＝４０〔％〕とこの出力０〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ１＝４０〔％〕、同時に累積誤差Σ（１）＝４０〔％〕である。
【００１８】
第２番目の半サイクルでは、同じく図２０に示すように、入力電力指令値は変わらず４０〔％〕、この電力指令値４０〔％〕と前回までの累積値Σ（１）＝４０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ２が８０〔％〕、この補正出力Ｙｉ２が８０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙｉ２の方が大であるから、出力を１００〔％〕とする。電力指令値Ｘ２＝４０〔％〕と出力１００〔％〕との偏差より、出力誤差Ｅ２＝−６０〔％〕、前回までの出力累積誤差Σ（２）＝−２０〔％〕である。
【００１９】
第３番目の半サイクル（周期３）では、入力電力指令値は変わらず４０〔％〕、この電力指令値４０〔％〕と前回までの累積値Σ（２）＝−２０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ３が２０〔％〕、この補正出力Ｙｉ３が２０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓの方が大きいので、出力を０〔％〕とする。指令値Ｘ３＝４０〔％〕と出力０〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ３＝４０〔％〕、前回までの累積値Σ（２）＝−２０〔％〕を加算して、出力誤差累積Σ（３）＝２０〔％〕である。
【００２０】
第４番目の半サイクル（周期４）では、入力指令値Ｘ４は４０〔％〕、この指令値４０〔％〕と前回までの累積値Σ（３）＝２０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ４が６０〔％〕、この補正出力Ｙｉ４＝６０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙｉ４の方が大きいので、出力を１００〔％〕とする。電力指令値Ｘ４＝４０〔％〕と出力１００〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ４＝−６０〔％〕、前回までの累積値Σ（３）＝２０〔％〕に出力誤差−６０〔％〕を累積して、出力誤差累積Σ（４）＝−４０〔％〕である。
である。
【００２１】
第５番目の半サイクル（周期５）では、入力電力指令値Ｘ５は４０〔％〕、この指令値４０〔％〕と前回までの累積値−４０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ５＝０〔％〕、この補正出力Ｙｉ５とと閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較では明らかに閾値Ｓの方が大なので、出力を０〔％〕とする。電力指令値Ｘ５＝４０〔％〕と出力０〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ５＝４０〔％〕、前回までの累積値Σ（４）＝−４０〔％〕を加算して、出力誤差累積Σ（５）＝０〔％〕である。
【００２２】
以上５回の半サイクルで制御周期が終了し、次の制御周期に移る。１制御周期の中では電力指令値４０〔％〕に対し、出力１００〔％〕の半サイクルが２回あり、５回の半サイクル中に２回の１００〔％〕出力で他の３回のサイクルが出力０％であるから、電力指令値に対応した出力となる。
【００２３】
同様に、例えば、入力電力指令値が、５０％であった場合には、２回の半サイクルを制御周期として、一方の半サイクルが出力１００％、他方の半サイクルが出力０％となる。また、例えば、入力電力指令値が、６０％であった場合には、５回の半サイクルを制御周期として、その内の３回の半サイクルが出力１００％、２回の半サイクルが出力０％となる
かかるサイクル制御装置によれば、制御周期を決定し、半サイクル毎に出力補正し、電力指令値に応じて１００〔％〕出力か、０〔％〕出力かを選択して出力するものであるから、従来のサイクル制御に比し、出力応答が速く、また、従来のサイクル制御に比し、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。従来の位相制御に比べて高速処理が必要ないため、装置が安価に実現できる。ゼロ電圧スイッチングであるため、電気ノイズが小さいなどの効果がある。
【００２４】
しかしながら、このサイクル制御装置では、０〜１００％の電力指令値に対して、１００〔％〕出力か、０〔％〕出力かのいずれかの出力しかないために、入出力特性に直線性が要求される領域、例えば、温度制御において、目標温度に達した状態における小さな電力指令値の領域では、精度が充分でない場合があるといった難点がある。
【００２５】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、高調波の発生を抑制しつつ、しかも先に提案しているサイクル制御に比べて、さらに高精度な制御が可能な電力制御方法および電力制御装置を提供することを目的としている。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００２７】
すなわち、本発明の電力制御方法は、入力電力指令値に応じて、出力電力指令値を出力する電力制御方法であって、半サイクル以上の所定サイクル毎に、前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算ステップと、加算ステップで加算された加算値と複数の基準値とを比較してその比較結果に応じて予め定めた出力電力指令値を出力する出力ステップと、出力ステップで出力する出力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演算する演算ステップと、演算ステップで演算した出力誤差値を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積する累積ステップとを行うものであって、前記出力ステップでは、０％〜１００％の入力電力指令値の範囲の内、所定の中間範囲における対応する出力電力指令値を所定の一定値に設定し、０％〜１００％の出力電力指令値の範囲の内、所定の中間範囲を除外した値を、前記予め定めた出力電力指令値として出力するものである。
【００２８】
本発明によると、先に提案しているサイクル制御と同様に、出力応答が速く、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、出力ステップで出力する出力電力指令値を用いて、次のサイクルのための出力誤差の演算処理およびそれに基づく出力誤差の累積処理を行うことができるので、例えば、出力ステップで出力された出力電力指令値によって、後段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可能となる。
【００２９】
さらに、０％〜１００％の出力電力指令値の範囲の内、所定の中間範囲を除外した値を、出力電力指令値として出力するので、入出力特性の直線性が要求される領域に対応する加算値に対しては、スイッチングによる高調波の発生が大きい中間範囲を除いた出力電力指令値を出力することができ、位相制御に比べて高調波の発生を低減しつつ、先に提案したサイクル制御に比べて高精度の制御が可能となる。
【００３０】
本発明の他の実施態様においては、前記出力ステップでは、複数の前記基準値を閾値として区分される加算値の範囲に応じて、一定の値の前記出力電力指令値または加算値に対応した異なる値の前記出力電力指令値を出力するものである。
【００３１】
本発明によると、複数の基準値を閾値として区分される加算値の範囲に応じて、一定値の出力電力指令値、または、加算値に対応した異なる値の出力電力指令値を出力するので、先に提案したサイクル制御に比べて高精度の制御が可能となり、特に、前記加算値に対応した異なる値を出力電力指令値として出力することにより、直線性の優れた入出力特性を得ることができる。
【００３２】
本発明の電力制御装置は、入力電力指令値に応じて、出力電力指令値を出力する電力制御装置であって、半サイクル以上の所定サイクル毎に、前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算手段と、前記所定サイクル毎に、前記加算手段からの加算値と複数の基準値とを比較してその比較結果に応じて予め定めた出力電力指令値を出力する比較手段と、前記所定サイクル毎に、前記比較手段から出力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演算する演算手段と、前記所定サイクル毎に、前記演算手段から出力誤差値を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積する出力誤差累積手段とを備え、前記比較手段は、０％〜１００％の入力電力指令値の範囲の内、所定の中間範囲における対応する出力電力指令値を所定の一定値に設定し、０％〜１００％の出力電力指令値の範囲の内、所定の中間範囲を除外した値を、前記予め定めた出力電力指令値として出力するものである。
【００３３】
本発明によると、先に提案しているサイクル制御と同様に、出力応答が速く、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、比較手段から出力される出力電力指令値を用いて、次のサイクルのための出力誤差の演算を演算手段で行えるとともに、それに基づく出力誤差の累積を出力誤差累積手段で行うことができるので、例えば、比較手段から出力された出力電力指令値によって、後段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可能となる。
【００３４】
さらに、０％〜１００％の出力電力指令値の範囲の内、所定の中間範囲を除外した値を、出力電力指令値として出力するので、入出力特性の直線性が要求される領域に対応する加算値に対しては、スイッチングによる高調波の発生が大きい中間範囲を除いた出力電力指令値を出力することができ、位相制御に比べて高調波の発生を低減しつつ、先に提案したサイクル制御に比べて高精度の制御が可能となる。
【００３５】
本発明の他の実施態様においては、前記比較手段は、複数の前記基準値を閾値として区分される加算値の範囲に応じて、一定の値の前記出力電力指令値または加算値に対応した異なる値の前記出力電力指令値を出力するものである。
【００３６】
本発明によると、複数の基準値を閾値として区分される加算値の範囲に応じて、一定値の出力電力指令値、または、加算値に対応した異なる値の出力電力指令値を出力するので、先に提案したサイクル制御に比べて高精度の制御が可能となり、特に、前記加算値に対応した異なる値を出力電力指令値として出力することにより、直線性の優れた入出力特性を得ることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００３８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る電力制御装置を備える温度制御システムの概略構成を示すブロック図であり、図１８に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００３９】
この実施形態の温度制御システムは、温度調節器１と、本発明に係る電力制御装置２００と、ゼロクロス機能付きＳＳＲ３と、ヒータ４と、温度センサ５から構成されている。
【００４０】
電力制御装置２００は、温度調節器１からの入力電力指令値Ｘを半サイクル間保持するサンプル・ホールド部２１と、入力された電力指令値Ｘと実際の出力値Ｙとの出力誤差Ｅを算出する出力誤差演算部２２と、出力誤差演算部２２で求めた出力誤差Ｅを累積する出力誤差累積部２３と、入力された電力指令値Ｘと出力誤差累積値とを加算する加算部（補正部）２４と、加算部２４の加算出力を受け、その入力値と所定の閾値とを比較し その比較結果に応じて、出力電力指令値を出力する比較部２５０とを備えている。
【００４１】
この電力制御装置２００は、アナログ演算回路で構成してもよいし、コンピュータ等のソフトウエアを含むデジタル演算回路で構成してもよい。
【００４２】
上述の図１８の先に提案したサイクル制御装置２０に比べて、本発明の電力制御装置２００は、比較部２５０の構成が相違している。
【００４３】
すなわち、図１８のサイクル制御装置２０では、比較部２５は、図２に示されるように、加算部２４からの入力電力指令値が、所定の閾値５０％以上であるときには、１００％の出力値を、閾値５０％未満であるときには、０％の出力値を出力するものである。
【００４４】
これに対して、この実施の形態の電力制御装置２００の比較部２５０は、図３に示されるように基準値としての閾値を複数、この実施の形態では、第１〜第３の三つの閾値Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃを備えており、加算部２４からの入力電力指令値（加算値）を前記閾値Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃと比較し、入力電力指令値が、前記閾値Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃによって区分される範囲のいずれの範囲にあるかに応じて、所定の中間範囲、この実施の形態では、２５％〜７５％を除いた予め定めた出力電力指令値を出力するものである。
【００４５】
具体的には、この実施の形態では、第１〜第３の閾値Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃは、２０％，５０％，８０％である。加算部２４からの比較部２５０への入力電力指令値が、０％〜２０％の第１の範囲にあるときには、入力電力指令値に比例した０％〜２０％の出力電力指令値を出力し、２０％〜５０％の第２の範囲にあるときには、出力電力指令値Ｙａとして１０％の出力電力指令値を出力し、５０％〜８０％の第３の範囲にあるときには、出力電力指令値Ｙｂとして９０％の出力電力指令値を出力し、８０％〜１００％の第４の範囲にあるときには、入力電力指令値に比例した８０％〜１００％の出力電力指令値を出力するものである。
【００４６】
なお、予め定めた中間範囲の出力電力値を除外するのは、例えば、２５％〜７５％の中間範囲の出力値は、スイッチングによる高調波の発生が大きい領域だからである。
【００４７】
先に提案したサイクル制御では、０％または１００％の出力値のいずれかしか出力できないので、ＳＳＲ３を介してヒータ４に供給される出力波形は、上述の図２０に示されるように、半サイクルの全期間ＯＦＦかＯＮのいずれかであったのに対して、この実施の形態では、出力波形を次のように可変できることになる。
【００４８】
すなわち、加算部２４からの比較部２５０への入力電力指令値が、０％〜２０％の第１の範囲にあるときには、図４（ａ）に示されるように、０％〜２０％の間で入力電力指令値に応じた無段階の出力波形となり、２０％〜５０％の第２の範囲にあるときには、図４（ｂ）に示されるように１０％の出力波形となり、５０％〜８０％の第３の範囲にあるときには、図４（ｃ）に示されるように９０％の出力波形となり、８０％〜１００％の第４の範囲にあるときには、図４（ｄ）に示されるように、８０％〜１００％の間で入力電力指令値に応じた無段階の出力波形となる。
【００４９】
このように出力波形を制御できるので、位相制御に近い精度の高い制御が行える一方、スイッチングによる高調波が大きい中間範囲の出力値、この実施の形態では、例えば、２５％〜７５％の出力値を除外した出力電力値を出力するので、位相制御に比べて高調波の発生を抑制できることになる。
【００５０】
次に、この実施形態の温度制御システムの動作を説明する。ここでは、図５に示すフローチャートに基づいて、電力制御装置２００の動作を中心に説明する。
【００５１】
動作の開始にあたり、先ず初期処理が実施される（ステップＳＴ１）。例えば、比較部２５０の閾値Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃおよび出力値Ｙａ，Ｙｂを設定（ステップＳＴ１４）、変数ｎをクリア（ステップＳＴ１５）、パラメータ初期値を設定し、累積用レジスタΣ（ｎ）をクリアする（ステップＳＴ１６）。
【００５２】
初期処理に続いて、変数ｎを１インクリメントする（ステップＳＴ２）。処理開始で先ずｎ＝１とされる。そして、第１番目（ｎ＝１）のオン比率入力（入力電力指令値）Ｘ１を取り込む（ステップＳＴ３）。続いて前回までの出力誤差累積Σ（ｎ−１）に今回の入力電力指令値Ｘｎを加算し、出力Ｙ（ｎ）を求める（ステップＳＴ４）。
【００５３】
最初の半サイクルの処理ではΣ（ｎ−１）は０〔％〕であり、Ｘｎ＝Ｘ１である。比較部２５０では、加算部２４から入力された補正出力値（電力指令値）Ｙｎと閾値Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃとが比較され（ステップＳＴ５）、補正出力値Ｙｎが０％以下であるときには、０％の出力電力指令値を出力し（ステップＳＴ６）、補正出力値Ｙｎが０％を越えて第１の閾値Ｘａ未満の第１の範囲にあるときには、補正出力値Ｙｎに応じた出力電力指令値を出力し（ステップＳＴ７）、補正出力値Ｙｎが第１の閾値Ｘａ以上で第２の閾値Ｘｂ以下の第２の範囲にあるときには、出力電力指令値Ｙａを出力し（ステップＳＴ８）、補正出力値Ｙｎが第２の閾値Ｘｂを越えて第３の閾値Ｘｃ未満の第３の範囲にあるときには、出力電力指令値Ｙｂを出力し（ステップＳＴ９）、補正出力値Ｙｎが第３の閾値Ｘｃ以上で１００％未満の第４の範囲にあるときには、補正出力値Ｙｎに応じた出力電力指令値を出力し（ステップＳＴ１０）、補正出力値Ｙｎが１００％以上であるときには、１００％の出力電力値を出力する（ステップＳＴ１１）。
【００５４】
続いて今回の入力電力指令値Ｘ１と出力電力指令値Ｙ１との偏差、すなわち、出力誤差Ｅ←Ｘ１−Ｙ１を求めるとともに（ステップＳＴ１２）、それまでの出力誤差累積値に今回の出力誤差Ｅ１を加算して、出力誤差累積を更新する（ステップＳＴ１３）。これにより、最初の半サイクルに係る処理を終了する。この電力制御装置２００の後段のゼロクロス機能付ＳＳＲ３では、上述のステップＳＴ６ないしＳＴ１１の出力電力指令値に応じて、次の半サイクルで点弧される。
【００５５】
この次の半サイクルでは、ステップＳＴ２に戻り、変数ｎを１インクリメント（ｎ＝２）し、２回目の半サイクルの処理を実行する。ステップＳＴ２からステップＳＴ１３の処理は制御周期に渡って繰り返され、次の制御周期に入ると、再度変数ｎ及びΣ（ｎ）をクリアして，同様の処理を繰り返す。
【００５６】
この実施の形態では、上述の先に提案したサイクル制御のように簡単に制御周期を決定することはできないけれども、先に提案したサイクル制御と同様に所要の制御周期で誤差は解消される。
【００５７】
図６〜図８は、この実施の形態による出力波形を、従来のサイクル制御および位相制御の出力波形と比較して示す図であり、図６は２５％出力、図７は５０％出力、図８は７０％出力をそれぞれ示しており、各図（ａ）は従来のサイクル制御、各図（ｂ）は位相制御、各図（ｃ）がこの実施の形態の出力波形をそれぞれ示している。
【００５８】
この実施の形態の電力制御装置２００によれば、先に提案したサイクル制御と同様に、出力応答が速く、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。
【００５９】
特に、上述のステップＳＴ６ないしＳＴ１１で出力される出力電力指令値を用いて、ステップＳＴ１２，１３において、入力電力指令値と出力電力指令値との出力誤差を求めるとともに、それまでの出力誤差累積値に、その出力誤差を累積して次の半サイクルのための処理を行うので、例えば、ステップＳＴ６ないしＳＴ１１で出力される出力電力指令値による後段のＳＳＲ３の点弧をフィードバックするような構成に比べて、ＳＳＲ３の点弧を待つことなく、処理を行え、より簡便な構成が可能となる。
【００６０】
また、位相制御の出力波形に比べて、この実施の形態の出力波形は、ＯＮするタイミングが、ゼロクロスにより近くなっており、半サイクルにおいて、全期間ＯＮまたは全期間ＯＦＦの出力波形のいずれかに近い波形に補正されており、したがって、位相制御に比べて高調波の発生が抑制されることになる。
【００６１】
図９および図１０は、それぞれ５０〔Ｈｚ〕の交流成分を基本波とするシミュレーションによる出力電圧に含まれる基本波と高調波成分とを示している。図９は４０％出力、図１０は６０％出力であり、各図（ａ）は位相制御、各図（ｂ）はこの実施の形態をそれぞれ示している。
【００６２】
位相制御に比べて、この実施の形態では、高調波が十分に低減されていることが分かる。
【００６３】
以上にようにして先に提案しているサイクル制御と位相制御とを組み合わせることにより、従来のサイクル制御に比べて、出力応答が速い制御が可能になるとともに、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。さらに、位相制御に比べて高調波の発生を低減しつつ、先に提案したサイクル制御に比べて高精度の制御が可能となる。
【００６４】
なお、Ｘａ，Ｘｂ，ＸｃおよびＹａ，Ｙｂの値は、上述の値に限らないのは勿論であり、また、閾値の数も三つに限るものでないのは勿論である。
【００６５】
（実施の形態２）
図１１は、本発明の他の実施の形態の入出力特性を示す図であり、上述の実施の形態１の図３に対応する図である。
【００６６】
上述の実施の形態１では、比較部２５０は、加算部２４からの入力電力指令値（加算値）が、０％〜Ｘａ％の第１の範囲にあるときには、入力電力指令値に比例した出力電力指令値を出力し、また、加算部２４からの比較部２５０への入力電力指令値が、Ｘｃ％〜１００％の第４の範囲にあるときには、入力電力指令値に比例した出力電力指令値を出力するものであった。
【００６７】
これに対して、この実施の形態では、加算部２４からの比較部２５０への入力電力指令値が、０％〜Ｘａ％の第１の範囲にあるときには、０％の出力電力指令値を出力し、また、加算部２４からの比較部２５０への入力電力指令値が、Ｘｃ％〜１００％の第４の範囲にあるときには、１００％の出力電力指令値を出力するようにしている。
【００６８】
図１２は、この実施の形態の動作説明に供するフローチャートであり、上述の実施の形態１の図５に対応する図である。
【００６９】
動作の開始にあたり、先ず初期処理が実施される（ステップＳＴ１）。例えば、比較部２５０の閾値Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃおよび出力値Ｙａ，Ｙｂを設定（ステップＳＴ１２）、変数ｎをクリア（ステップＳＴ１３）、パラメータ初期値を設定し、累積用レジスタΣ（ｎ）をクリアする（ステップＳＴ１４）。
【００７０】
初期処理に続いて、変数ｎを１インクリメントする（ステップＳＴ２）。処理開始で先ずｎ＝１とされる。そして、第１番目（ｎ＝１）のオン比率入力（入力電力指令値）Ｘ１を取り込む（ステップＳＴ３）。続いて前回までの出力誤差累積Σ（ｎ−１）に今回の入力電力指令値Ｘｎを加算し、補正出力値Ｙ（ｎ）を求める（ステップＳＴ４）。
【００７１】
最初の半サイクルの処理ではΣ（ｎ−１）は０〔％〕であり、Ｘｎ＝Ｘ１である。比較部２５０では、加算部２４から入力された補正出力値Ｙｎと閾値Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃが比較され（ステップＳＴ５）、補正出力値Ｙｎが０％以下であるときには、０％の出力電力指令値を出力し（ステップＳＴ６）、補正出力値Ｙｎが０％を越えて第１の閾値Ｘａ未満の第１の範囲にあるときには、０％の出力電力指令値を出力し（ステップＳＴ６）、補正出力値Ｙｎが第１の閾値Ｘａ以上で第２の閾値Ｘｂ以下の第２の範囲にあるときには、出力電力指令値Ｙａを出力し（ステップＳＴ７）、補正出力値Ｙｎが第２の閾値Ｘｂを越えて第３の閾値Ｘｃ未満の第３の範囲にあるときには、出力電力指令値Ｙｂを出力し（ステップＳＴ８）、補正出力値Ｙｎが第３の閾値Ｘｃ以上で１００％未満の第４の範囲にあるときには、１００％の出力電力指令値を出力し（ステップＳＴ９）、補正出力値Ｙｎが１００％以上であるときには、１００％の出力電力指令値を出力する（ステップＳＴ９）。
【００７２】
続いて今回の入力電力指令値Ｘ１と出力電力指令値Ｙ１の偏差、すなわち、出力誤差Ｅ←Ｘ１−Ｙ１を求める（ステップＳＴ１０）とともに、それまでの出力誤差累積に今回の出力誤差Ｅ１を加算して、出力誤差累積を更新する（ステップＳＴ１１）。これにより、最初の半サイクルに係る処理を終了する。この電力制御装置２００の後段のゼロクロス機能付ＳＳＲ３では、上述のステップＳＴ６ないしＳＴ９の出力電力指令値に応じて、次の半サイクルで点弧される。
【００７３】
この次の半サイクルでは、ステップＳＴ２に戻り、変数ｎを１インクリメント（ｎ＝２）し、２回目の半サイクルの処理を実行する。ステップＳＴ２からステップＳＴ１１の処理は制御周期に渡り繰り返され、次の制御周期に入ると、再度変数ｎ及びΣ（ｎ）をクリアして，同様の処理を繰り返す。
【００７４】
先に提案したサイクル制御では、０％または１００％の出力電力指令値のいずれかしか出力できなかったのに対して、この実施の形態では、出力電力指令値Ｙａ、Ｙｂの出力が可能であるので、位相制御に近い精度の高い制御が行える一方、スイッチングによる高調波が大きい中間範囲の出力値を除外した出力値を出力するので、位相制御に比べて高調波の発生を抑制できることになる。
【００７５】
（その他の実施の形態）
本発明のさらに他の実施の形態として、入出力特性を、図１３に示されるように、更に多段してもよいし、図１４あるいは図１５に示されるように、電力指令値が小さい領域あるいは電力指令値が大きい領域のみ０％または１００％以外の出力値を出力するようにしてもよい。
【００７６】
本発明の他の実施の形態として、電力制御装置２００を温度調節器１に内蔵させる構成としてもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、入力電力指令値に応じて、例えば、半サイクル毎に出力電力指令値を補正するので、従来のサイクル制御に比べて、出力応答が速く、また、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、後段のＳＳＲ等に出力する出力電力指令値を用いて、次のサイクルのための出力誤差の演算処理およびそれに基づく出力誤差の累積処理を行うことができるので、例えば、出力された出力電力指令値によって、後段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可能となる。
【００７８】
さらに、本発明によれば、スイッチングによる高調波が大きい中間範囲を除いた出力電力指令値を出力するので、位相制御に比べて高調波の発生を低減しつつ、先に提案したサイクル制御に比べて高精度の制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る温度制御システムの概略構成図である。
【図２】先に提案したサイクル制御の入出力特性図である。
【図３】図１の実施の形態の入出力特性図である。
【図４】図１の実施の形態の出力波形を示す図である。
【図５】図１の実施の形態の動作説明に供するフローチャートである。
【図６】出力２５％のときの出力波形を従来のサイクル制御および位相制御と比較して示す図である。
【図７】出力５０％のときの出力波形を従来のサイクル制御および位相制御と比較して示す図である。
【図８】出力７０％のときの出力波形を従来のサイクル制御および位相制御と比較して示す図である。
【図９】出力４０％のときの出力に含まれる基本波と高調波成分とを、位相制御と比較して示す図である。
【図１０】出力６０％のときの出力に含まれる基本波と高調波成分とを、位相制御と比較して示す図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態の入出力特性を示す図である。
【図１２】図１１の実施の形態の動作説明に供するフローチャートである。
【図１３】本発明の更に他の実施の形態の入出力特性を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態の入出力特性を示す図である。
【図１５】本発明の更に他の実施の形態の入出力特性を示す図である。
【図１６】従来の温度制御システムの構成を示す概略構成図である。
【図１７】従来のサイクル制御を説明するための図である。
【図１８】先に提案したサイクル制御を説明するための概略構成図である。
【図１９】先に提案したサイクル制御の動作説明に供するフローチャートである。
【図２０】先に提案したサイクル制御の半サイクル毎の動作を説明するための各部のレベルの一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 温度調節器
２００ 電力制御装置
３ ゼロクロス機能付ＳＳＲ
４ ヒータ
５ 温度センサ
２１ サンプル・ホールド部
２２ 出力誤差演算部
２３ 出力誤差累積部
２４ 加算部
２５０ 比較部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力の制御方法および制御装置に関し、更に詳しくは、交流電圧のサイクル制御に位相制御を組み合わせた電力制御方法および電力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒータ等の温度制御システムには、図１６に示すように、温度調節器１より所定の入力電力指令値をサイクル制御装置２に与え、サイクル制御装置２では、入力された電力指令値に応じ、所定の周期、例えば０．２〔ｓｅｃ〕毎に１ないし数サイクルの出力をゼロクロス機能付きＳＳＲ３に与え、前記所定の周期毎の何サイクルをヒータ４に与えてＯＮ／ＯＦＦし、そのヒータ４の温度を温度センサ５で検出し、温度調節器１にフィードバックし、サイクル制御を繰り返すことにより、ヒータ４の温度を入力電力指令値に応じた値となるように制御するものである。
【０００３】
サイクル制御装置２は、図１７に示すように温度調節器１で１００％が出力されていると、電源周波数が５０Ｈｚの場合、この出力値１００％を受け、０．２ｓｅｃの制御周期の１０サイクルがフル出力される。温度調節器１の出力が７５％であるとサイクル制御装置２からは１０サイクル中、７．５サイクル分がＯＮで出力される。同様に、温度調節器１の出力が５０％の場合、サイクル制御装置２からは１０サイクル中５サイクルがＯＮで出力される。以下２５％の温度調節器出力の場合は、１０サイクル中、２．５サイクル分がＯＮされる。０％の温度調節器出力では、出力も１０サイクルすべてＯＦＦである。
【０００４】
なお、０．２ｓｅｃで５０Ｈｚの全サイクルは１０回となるが、図１７は様式的なものであり、全サイクルを４回としている。
【０００５】
温度制御には、周期毎の数サイクル分中のオンサイクル比率を設定値に応じて変える上記サイクル制御の他に、設定値に応じて各サイクルにおける点弧角を制御する位相制御が採用されることもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のサイクル制御では、制御周期が固定であり、かつ１サイクルを単位としてＯＮ／ＯＦＦ制御するので、出力分解能が低く、制御精度が悪く、出力応答も遅い。また、ＯＮ状態が時間的に偏るため、制御対象の寿命に悪影響、例えば制御対象がヒータの場合、熱ストレスが大きいという問題がある。
【０００７】
一方、位相制御では、高精度の制御が可能であるが点孤角を制御するものであるから、基本波成分以外に高調波が発生するという問題がある。さらに高速処理が必要であるため、装置全体が高価になるという問題がある。
【０００８】
そこで、本件出願人は、平成１２年３月１５日提出の「サイクル制御装置、電力調整装置、温度調節器および温度制御装置」（特願２０００−７１６４２号）において、高調波を発生せず、しかも従来のサイクル制御に比べて、高精度な制御が可能なサイクル制御装置を提案している。
【０００９】
以下、この先に提案したサイクル制御装置の概要について説明する。図１８は、このサイクル制御装置を備えた温度制御システムの概略構成を示すブロック図である。この温度制御システムは、温度調節器１と、サイクル制御装置２０と、ゼロクロス機能付きＳＳＲ３と、ヒータ４と、温度センサ５とから構成されている。サイクル制御装置２０以外は、図１６に示したものと同様である。
【００１０】
サイクル制御装置２０は、温度調節器１からの電力指令値Ｘを半サイクル間保持するサンプル・ホールド部２１と、入力された電力指令値Ｘと実際の出力値Ｙの出力誤差Ｅを算出する出力誤差演算部２２と、出力誤差演算部２２で求めた出力誤差Ｅを累積する出力誤差累積部２３と、入力された電力指令値Ｘと出力誤差累積値とを加算する加算部（補正部）２４と、加算部２４の出力を受け、その入力値と所定の閾値とを比較し、入力値が閾値より大なる場合に１００〔％〕出力、入力値が閾値より小なる場合に０％出力とする比較部２５とを備えている。
【００１１】
次に、図１９に示すフロー図により、サイクル制御装置２０の動作を中心に説明する。動作の開始にあたり、先ず初期処理が実施される（ステップＳＴ１）。例えば、比較部２５の閾値Ｓの設定（ステップＳＴ１１）、変数ｎをクリア（ステップＳＴ１２）、パラメータ初期値を設定し、累積用レジスタΣ（ｎ）をクリアする（ステップＳＴ１３）。
【００１２】
初期処理に続いて、変数ｎを１インクリメントする（ステップＳＴ２）。処理開始で先ずｎ＝１とされる。そして、第１番目（ｎ＝１）のオン比率入力Ｘ１を取り込む。（ステップＳＴ３）。続いて前回までの出力誤差累積Σ（ｎ−１）に今回の入力指令値Ｘｎを加算し、出力Ｙ（ｎ）を求める（ステップＳＴ４）。
【００１３】
最初の半サイクルの処理ではΣ（ｎ−１）は０〔％〕であり、Ｘｎ＝Ｘ１である。したがって、入力電力指令値を４０％に設定したとすると、Ｘ１＝４０〔％〕であり、Ｙｉ１も４０〔％〕である。比較部２５で入力された補正出力値Ｙｉ１と閾値Ｓが比較され（ステップＳＴ５）、補正出力値Ｙｉ１が閾値Ｓ以上であると出力を１００〔％〕とする（ステップＳＴ６）。逆に補正出力値Ｙｉ１が閾値Ｓよりも小さいと出力を０〔％〕とする（ステップＳＴ７）。
【００１４】
続いて今回の入力指令値Ｘ１と出力Ｙ１の偏差、出力誤差Ｅ←Ｘ１−Ｙ１を求める（ステップＳＴ８）とともに、それまでの出力誤差累積値に今回の出力誤差Ｅ１を加算して、出力誤差累積を更新する（ステップＳＴ９）。これにより、最初の半サイクルに係る処理を終了する。
【００１５】
その後ステップＳＴ２に戻り、変数ｎを１インクリメント（ｎ＝２）し、２回目の半サイクルの処理を実行する。ステップＳＴ２からステップＳＴ９の処理は制御周期間にわたり繰り返され、次の制御周期に入ると、再度変数ｎ及びΣ（ｎ）をクリアして，同様の処理を繰り返す。
【００１６】
上記した処理動作を具体的な数値を例に上げて説明する。以下の説明では入力電力指令値Ｘ＝４０〔％〕、閾値Ｓ＝５０〔％〕とし、５０〔Ｈｚ〕の交流信号を制御するものとする。５０〔Ｈｚ〕の半サイクル期間は１０〔ｍｓｅｃ〕であるから、１０〔ｍｓｅｃ〕毎に、図１９に示すフロー図の処理を実行する。入力電力指令値Ｘは４０〔％〕であるから、制御周期は半サイクル期間×５と決定される。
【００１７】
最初の半サイクル（周期１）では、図２０に示すように、入力電力指令値４０〔％〕、この入力電力指令値４０〔％〕と出力誤差累積Σ（０）の加算で補正出力Ｙｉ１が４０〔％〕、この補正出力Ｙｉ１が４０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕との比較で閾値Ｓの方が大であるから、出力０〔％〕、電力指令値Ｘ１＝４０〔％〕とこの出力０〔％〕の偏差より、出力誤差Ｅ１＝４０〔％〕、同時に累積誤差Σ（１）＝４０〔％〕である。
【００１８】
第２番目の半サイクルでは、同じく図２０に示すように、入力電力指令値は変わらず４０〔％〕、この電力指令値４０〔％〕と前回までの累積値Σ（１）＝４０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ２が８０〔％〕、この補正出力Ｙｉ２が８０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙｉ２の方が大であるから、出力を１００〔％〕とする。電力指令値Ｘ２＝４０〔％〕と出力１００〔％〕との偏差より、出力誤差Ｅ２＝−６０〔％〕、前回までの出力累積誤差Σ（２）＝−２０〔％〕である。
【００１９】
第３番目の半サイクル（周期３）では、入力電力指令値は変わらず４０〔％〕、この電力指令値４０〔％〕と前回までの累積値Σ（２）＝−２０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ３が２０〔％〕、この補正出力Ｙｉ３が２０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓの方が大きいので、出力を０〔％〕とする。指令値Ｘ３＝４０〔％〕と出力０〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ３＝４０〔％〕、前回までの累積値Σ（２）＝−２０〔％〕を加算して、出力誤差累積Σ（３）＝２０〔％〕である。
【００２０】
第４番目の半サイクル（周期４）では、入力指令値Ｘ４は４０〔％〕、この指令値４０〔％〕と前回までの累積値Σ（３）＝２０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ４が６０〔％〕、この補正出力Ｙｉ４＝６０〔％〕と閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較で閾値Ｓよりも補正出力Ｙｉ４の方が大きいので、出力を１００〔％〕とする。電力指令値Ｘ４＝４０〔％〕と出力１００〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ４＝−６０〔％〕、前回までの累積値Σ（３）＝２０〔％〕に出力誤差−６０〔％〕を累積して、出力誤差累積Σ（４）＝−４０〔％〕である。
である。
【００２１】
第５番目の半サイクル（周期５）では、入力電力指令値Ｘ５は４０〔％〕、この指令値４０〔％〕と前回までの累積値−４０〔％〕の加算で、補正出力Ｙｉ５＝０〔％〕、この補正出力Ｙｉ５とと閾値Ｓ＝５０〔％〕の比較では明らかに閾値Ｓの方が大なので、出力を０〔％〕とする。電力指令値Ｘ５＝４０〔％〕と出力０〔％〕の偏差で、出力誤差Ｅ５＝４０〔％〕、前回までの累積値Σ（４）＝−４０〔％〕を加算して、出力誤差累積Σ（５）＝０〔％〕である。
【００２２】
以上５回の半サイクルで制御周期が終了し、次の制御周期に移る。１制御周期の中では電力指令値４０〔％〕に対し、出力１００〔％〕の半サイクルが２回あり、５回の半サイクル中に２回の１００〔％〕出力で他の３回のサイクルが出力０％であるから、電力指令値に対応した出力となる。
【００２３】
同様に、例えば、入力電力指令値が、５０％であった場合には、２回の半サイクルを制御周期として、一方の半サイクルが出力１００％、他方の半サイクルが出力０％となる。また、例えば、入力電力指令値が、６０％であった場合には、５回の半サイクルを制御周期として、その内の３回の半サイクルが出力１００％、２回の半サイクルが出力０％となる
かかるサイクル制御装置によれば、制御周期を決定し、半サイクル毎に出力補正し、電力指令値に応じて１００〔％〕出力か、０〔％〕出力かを選択して出力するものであるから、従来のサイクル制御に比し、出力応答が速く、また、従来のサイクル制御に比し、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。従来の位相制御に比べて高速処理が必要ないため、装置が安価に実現できる。ゼロ電圧スイッチングであるため、電気ノイズが小さいなどの効果がある。
【００２４】
しかしながら、このサイクル制御装置では、０〜１００％の電力指令値に対して、１００〔％〕出力か、０〔％〕出力かのいずれかの出力しかないために、入出力特性に直線性が要求される領域、例えば、温度制御において、目標温度に達した状態における小さな電力指令値の領域では、精度が充分でない場合があるといった難点がある。
【００２５】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、高調波の発生を抑制しつつ、しかも先に提案しているサイクル制御に比べて、さらに高精度な制御が可能な電力制御方法および電力制御装置を提供することを目的としている。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００２７】
すなわち、本発明の電力制御方法は、入力電力指令値に応じて、出力電力指令値を出力する電力制御方法であって、半サイクル以上の所定サイクル毎に、前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算ステップと、加算ステップで加算された加算値と複数の基準値とを比較してその比較結果に応じて予め定めた出力電力指令値を出力する出力ステップと、出力ステップで出力する出力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演算する演算ステップと、演算ステップで演算した出力誤差値を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積する累積ステップとを行うものであって、前記出力ステップでは、０％〜１００％の入力電力指令値の範囲の内、所定の中間範囲における対応する出力電力指令値を所定の一定値に設定し、０％〜１００％の出力電力指令値の範囲の内、所定の中間範囲を除外した値を、前記予め定めた出力電力指令値として出力するものである。
【００２８】
本発明によると、先に提案しているサイクル制御と同様に、出力応答が速く、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、出力ステップで出力する出力電力指令値を用いて、次のサイクルのための出力誤差の演算処理およびそれに基づく出力誤差の累積処理を行うことができるので、例えば、出力ステップで出力された出力電力指令値によって、後段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可能となる。
【００２９】
さらに、０％〜１００％の出力電力指令値の範囲の内、所定の中間範囲を除外した値を、出力電力指令値として出力するので、入出力特性の直線性が要求される領域に対応する加算値に対しては、スイッチングによる高調波の発生が大きい中間範囲を除いた出力電力指令値を出力することができ、位相制御に比べて高調波の発生を低減しつつ、先に提案したサイクル制御に比べて高精度の制御が可能となる。
【００３０】
本発明の他の実施態様においては、前記出力ステップでは、複数の前記基準値を閾値として区分される加算値の範囲に応じて、一定の値の前記出力電力指令値または加算値に対応した異なる値の前記出力電力指令値を出力するものである。
【００３１】
本発明によると、複数の基準値を閾値として区分される加算値の範囲に応じて、一定値の出力電力指令値、または、加算値に対応した異なる値の出力電力指令値を出力するので、先に提案したサイクル制御に比べて高精度の制御が可能となり、特に、前記加算値に対応した異なる値を出力電力指令値として出力することにより、直線性の優れた入出力特性を得ることができる。
【００３２】
本発明の電力制御装置は、入力電力指令値に応じて、出力電力指令値を出力する電力制御装置であって、半サイクル以上の所定サイクル毎に、前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算手段と、前記所定サイクル毎に、前記加算手段からの加算値と複数の基準値とを比較してその比較結果に応じて予め定めた出力電力指令値を出力する比較手段と、前記所定サイクル毎に、前記比較手段から出力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演算する演算手段と、前記所定サイクル毎に、前記演算手段から出力誤差値を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積する出力誤差累積手段とを備え、前記比較手段は、０％〜１００％の入力電力指令値の範囲の内、所定の中間範囲における対応する出力電力指令値を所定の一定値に設定し、０％〜１００％の出力電力指令値の範囲の内、所定の中間範囲を除外した値を、前記予め定めた出力電力指令値として出力するものである。
【００３３】
本発明によると、先に提案しているサイクル制御と同様に、出力応答が速く、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、比較手段から出力される出力電力指令値を用いて、次のサイクルのための出力誤差の演算を演算手段で行えるとともに、それに基づく出力誤差の累積を出力誤差累積手段で行うことができるので、例えば、比較手段から出力された出力電力指令値によって、後段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可能となる。
【００３４】
さらに、０％〜１００％の出力電力指令値の範囲の内、所定の中間範囲を除外した値を、出力電力指令値として出力するので、入出力特性の直線性が要求される領域に対応する加算値に対しては、スイッチングによる高調波の発生が大きい中間範囲を除いた出力電力指令値を出力することができ、位相制御に比べて高調波の発生を低減しつつ、先に提案したサイクル制御に比べて高精度の制御が可能となる。
【００３５】
本発明の他の実施態様においては、前記比較手段は、複数の前記基準値を閾値として区分される加算値の範囲に応じて、一定の値の前記出力電力指令値または加算値に対応した異なる値の前記出力電力指令値を出力するものである。
【００３６】
本発明によると、複数の基準値を閾値として区分される加算値の範囲に応じて、一定値の出力電力指令値、または、加算値に対応した異なる値の出力電力指令値を出力するので、先に提案したサイクル制御に比べて高精度の制御が可能となり、特に、前記加算値に対応した異なる値を出力電力指令値として出力することにより、直線性の優れた入出力特性を得ることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００３８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る電力制御装置を備える温度制御システムの概略構成を示すブロック図であり、図１８に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００３９】
この実施形態の温度制御システムは、温度調節器１と、本発明に係る電力制御装置２００と、ゼロクロス機能付きＳＳＲ３と、ヒータ４と、温度センサ５から構成されている。
【００４０】
電力制御装置２００は、温度調節器１からの入力電力指令値Ｘを半サイクル間保持するサンプル・ホールド部２１と、入力された電力指令値Ｘと実際の出力値Ｙとの出力誤差Ｅを算出する出力誤差演算部２２と、出力誤差演算部２２で求めた出力誤差Ｅを累積する出力誤差累積部２３と、入力された電力指令値Ｘと出力誤差累積値とを加算する加算部（補正部）２４と、加算部２４の加算出力を受け、その入力値と所定の閾値とを比較し その比較結果に応じて、出力電力指令値を出力する比較部２５０とを備えている。
【００４１】
この電力制御装置２００は、アナログ演算回路で構成してもよいし、コンピュータ等のソフトウエアを含むデジタル演算回路で構成してもよい。
【００４２】
上述の図１８の先に提案したサイクル制御装置２０に比べて、本発明の電力制御装置２００は、比較部２５０の構成が相違している。
【００４３】
すなわち、図１８のサイクル制御装置２０では、比較部２５は、図２に示されるように、加算部２４からの入力電力指令値が、所定の閾値５０％以上であるときには、１００％の出力値を、閾値５０％未満であるときには、０％の出力値を出力するものである。
【００４４】
これに対して、この実施の形態の電力制御装置２００の比較部２５０は、図３に示されるように基準値としての閾値を複数、この実施の形態では、第１〜第３の三つの閾値Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃを備えており、加算部２４からの入力電力指令値（加算値）を前記閾値Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃと比較し、入力電力指令値が、前記閾値Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃによって区分される範囲のいずれの範囲にあるかに応じて、所定の中間範囲、この実施の形態では、２５％〜７５％を除いた予め定めた出力電力指令値を出力するものである。
【００４５】
具体的には、この実施の形態では、第１〜第３の閾値Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃは、２０％，５０％，８０％である。加算部２４からの比較部２５０への入力電力指令値が、０％〜２０％の第１の範囲にあるときには、入力電力指令値に比例した０％〜２０％の出力電力指令値を出力し、２０％〜５０％の第２の範囲にあるときには、出力電力指令値Ｙａとして１０％の出力電力指令値を出力し、５０％〜８０％の第３の範囲にあるときには、出力電力指令値Ｙｂとして９０％の出力電力指令値を出力し、８０％〜１００％の第４の範囲にあるときには、入力電力指令値に比例した８０％〜１００％の出力電力指令値を出力するものである。
【００４６】
なお、予め定めた中間範囲の出力電力値を除外するのは、例えば、２５％〜７５％の中間範囲の出力値は、スイッチングによる高調波の発生が大きい領域だからである。
【００４７】
先に提案したサイクル制御では、０％または１００％の出力値のいずれかしか出力できないので、ＳＳＲ３を介してヒータ４に供給される出力波形は、上述の図２０に示されるように、半サイクルの全期間ＯＦＦかＯＮのいずれかであったのに対して、この実施の形態では、出力波形を次のように可変できることになる。
【００４８】
すなわち、加算部２４からの比較部２５０への入力電力指令値が、０％〜２０％の第１の範囲にあるときには、図４（ａ）に示されるように、０％〜２０％の間で入力電力指令値に応じた無段階の出力波形となり、２０％〜５０％の第２の範囲にあるときには、図４（ｂ）に示されるように１０％の出力波形となり、５０％〜８０％の第３の範囲にあるときには、図４（ｃ）に示されるように９０％の出力波形となり、８０％〜１００％の第４の範囲にあるときには、図４（ｄ）に示されるように、８０％〜１００％の間で入力電力指令値に応じた無段階の出力波形となる。
【００４９】
このように出力波形を制御できるので、位相制御に近い精度の高い制御が行える一方、スイッチングによる高調波が大きい中間範囲の出力値、この実施の形態では、例えば、２５％〜７５％の出力値を除外した出力電力値を出力するので、位相制御に比べて高調波の発生を抑制できることになる。
【００５０】
次に、この実施形態の温度制御システムの動作を説明する。ここでは、図５に示すフローチャートに基づいて、電力制御装置２００の動作を中心に説明する。
【００５１】
動作の開始にあたり、先ず初期処理が実施される（ステップＳＴ１）。例えば、比較部２５０の閾値Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃおよび出力値Ｙａ，Ｙｂを設定（ステップＳＴ１４）、変数ｎをクリア（ステップＳＴ１５）、パラメータ初期値を設定し、累積用レジスタΣ（ｎ）をクリアする（ステップＳＴ１６）。
【００５２】
初期処理に続いて、変数ｎを１インクリメントする（ステップＳＴ２）。処理開始で先ずｎ＝１とされる。そして、第１番目（ｎ＝１）のオン比率入力（入力電力指令値）Ｘ１を取り込む（ステップＳＴ３）。続いて前回までの出力誤差累積Σ（ｎ−１）に今回の入力電力指令値Ｘｎを加算し、出力Ｙ（ｎ）を求める（ステップＳＴ４）。
【００５３】
最初の半サイクルの処理ではΣ（ｎ−１）は０〔％〕であり、Ｘｎ＝Ｘ１である。比較部２５０では、加算部２４から入力された補正出力値（電力指令値）Ｙｎと閾値Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃとが比較され（ステップＳＴ５）、補正出力値Ｙｎが０％以下であるときには、０％の出力電力指令値を出力し（ステップＳＴ６）、補正出力値Ｙｎが０％を越えて第１の閾値Ｘａ未満の第１の範囲にあるときには、補正出力値Ｙｎに応じた出力電力指令値を出力し（ステップＳＴ７）、補正出力値Ｙｎが第１の閾値Ｘａ以上で第２の閾値Ｘｂ以下の第２の範囲にあるときには、出力電力指令値Ｙａを出力し（ステップＳＴ８）、補正出力値Ｙｎが第２の閾値Ｘｂを越えて第３の閾値Ｘｃ未満の第３の範囲にあるときには、出力電力指令値Ｙｂを出力し（ステップＳＴ９）、補正出力値Ｙｎが第３の閾値Ｘｃ以上で１００％未満の第４の範囲にあるときには、補正出力値Ｙｎに応じた出力電力指令値を出力し（ステップＳＴ１０）、補正出力値Ｙｎが１００％以上であるときには、１００％の出力電力値を出力する（ステップＳＴ１１）。
【００５４】
続いて今回の入力電力指令値Ｘ１と出力電力指令値Ｙ１との偏差、すなわち、出力誤差Ｅ←Ｘ１−Ｙ１を求めるとともに（ステップＳＴ１２）、それまでの出力誤差累積値に今回の出力誤差Ｅ１を加算して、出力誤差累積を更新する（ステップＳＴ１３）。これにより、最初の半サイクルに係る処理を終了する。この電力制御装置２００の後段のゼロクロス機能付ＳＳＲ３では、上述のステップＳＴ６ないしＳＴ１１の出力電力指令値に応じて、次の半サイクルで点弧される。
【００５５】
この次の半サイクルでは、ステップＳＴ２に戻り、変数ｎを１インクリメント（ｎ＝２）し、２回目の半サイクルの処理を実行する。ステップＳＴ２からステップＳＴ１３の処理は制御周期に渡って繰り返され、次の制御周期に入ると、再度変数ｎ及びΣ（ｎ）をクリアして，同様の処理を繰り返す。
【００５６】
この実施の形態では、上述の先に提案したサイクル制御のように簡単に制御周期を決定することはできないけれども、先に提案したサイクル制御と同様に所要の制御周期で誤差は解消される。
【００５７】
図６〜図８は、この実施の形態による出力波形を、従来のサイクル制御および位相制御の出力波形と比較して示す図であり、図６は２５％出力、図７は５０％出力、図８は７０％出力をそれぞれ示しており、各図（ａ）は従来のサイクル制御、各図（ｂ）は位相制御、各図（ｃ）がこの実施の形態の出力波形をそれぞれ示している。
【００５８】
この実施の形態の電力制御装置２００によれば、先に提案したサイクル制御と同様に、出力応答が速く、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。
【００５９】
特に、上述のステップＳＴ６ないしＳＴ１１で出力される出力電力指令値を用いて、ステップＳＴ１２，１３において、入力電力指令値と出力電力指令値との出力誤差を求めるとともに、それまでの出力誤差累積値に、その出力誤差を累積して次の半サイクルのための処理を行うので、例えば、ステップＳＴ６ないしＳＴ１１で出力される出力電力指令値による後段のＳＳＲ３の点弧をフィードバックするような構成に比べて、ＳＳＲ３の点弧を待つことなく、処理を行え、より簡便な構成が可能となる。
【００６０】
また、位相制御の出力波形に比べて、この実施の形態の出力波形は、ＯＮするタイミングが、ゼロクロスにより近くなっており、半サイクルにおいて、全期間ＯＮまたは全期間ＯＦＦの出力波形のいずれかに近い波形に補正されており、したがって、位相制御に比べて高調波の発生が抑制されることになる。
【００６１】
図９および図１０は、それぞれ５０〔Ｈｚ〕の交流成分を基本波とするシミュレーションによる出力電圧に含まれる基本波と高調波成分とを示している。図９は４０％出力、図１０は６０％出力であり、各図（ａ）は位相制御、各図（ｂ）はこの実施の形態をそれぞれ示している。
【００６２】
位相制御に比べて、この実施の形態では、高調波が十分に低減されていることが分かる。
【００６３】
以上にようにして先に提案しているサイクル制御と位相制御とを組み合わせることにより、従来のサイクル制御に比べて、出力応答が速い制御が可能になるとともに、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。さらに、位相制御に比べて高調波の発生を低減しつつ、先に提案したサイクル制御に比べて高精度の制御が可能となる。
【００６４】
なお、Ｘａ，Ｘｂ，ＸｃおよびＹａ，Ｙｂの値は、上述の値に限らないのは勿論であり、また、閾値の数も三つに限るものでないのは勿論である。
【００６５】
（実施の形態２）
図１１は、本発明の他の実施の形態の入出力特性を示す図であり、上述の実施の形態１の図３に対応する図である。
【００６６】
上述の実施の形態１では、比較部２５０は、加算部２４からの入力電力指令値（加算値）が、０％〜Ｘａ％の第１の範囲にあるときには、入力電力指令値に比例した出力電力指令値を出力し、また、加算部２４からの比較部２５０への入力電力指令値が、Ｘｃ％〜１００％の第４の範囲にあるときには、入力電力指令値に比例した出力電力指令値を出力するものであった。
【００６７】
これに対して、この実施の形態では、加算部２４からの比較部２５０への入力電力指令値が、０％〜Ｘａ％の第１の範囲にあるときには、０％の出力電力指令値を出力し、また、加算部２４からの比較部２５０への入力電力指令値が、Ｘｃ％〜１００％の第４の範囲にあるときには、１００％の出力電力指令値を出力するようにしている。
【００６８】
図１２は、この実施の形態の動作説明に供するフローチャートであり、上述の実施の形態１の図５に対応する図である。
【００６９】
動作の開始にあたり、先ず初期処理が実施される（ステップＳＴ１）。例えば、比較部２５０の閾値Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃおよび出力値Ｙａ，Ｙｂを設定（ステップＳＴ１２）、変数ｎをクリア（ステップＳＴ１３）、パラメータ初期値を設定し、累積用レジスタΣ（ｎ）をクリアする（ステップＳＴ１４）。
【００７０】
初期処理に続いて、変数ｎを１インクリメントする（ステップＳＴ２）。処理開始で先ずｎ＝１とされる。そして、第１番目（ｎ＝１）のオン比率入力（入力電力指令値）Ｘ１を取り込む（ステップＳＴ３）。続いて前回までの出力誤差累積Σ（ｎ−１）に今回の入力電力指令値Ｘｎを加算し、補正出力値Ｙ（ｎ）を求める（ステップＳＴ４）。
【００７１】
最初の半サイクルの処理ではΣ（ｎ−１）は０〔％〕であり、Ｘｎ＝Ｘ１である。比較部２５０では、加算部２４から入力された補正出力値Ｙｎと閾値Ｘａ，Ｘｂ，Ｘｃが比較され（ステップＳＴ５）、補正出力値Ｙｎが０％以下であるときには、０％の出力電力指令値を出力し（ステップＳＴ６）、補正出力値Ｙｎが０％を越えて第１の閾値Ｘａ未満の第１の範囲にあるときには、０％の出力電力指令値を出力し（ステップＳＴ６）、補正出力値Ｙｎが第１の閾値Ｘａ以上で第２の閾値Ｘｂ以下の第２の範囲にあるときには、出力電力指令値Ｙａを出力し（ステップＳＴ７）、補正出力値Ｙｎが第２の閾値Ｘｂを越えて第３の閾値Ｘｃ未満の第３の範囲にあるときには、出力電力指令値Ｙｂを出力し（ステップＳＴ８）、補正出力値Ｙｎが第３の閾値Ｘｃ以上で１００％未満の第４の範囲にあるときには、１００％の出力電力指令値を出力し（ステップＳＴ９）、補正出力値Ｙｎが１００％以上であるときには、１００％の出力電力指令値を出力する（ステップＳＴ９）。
【００７２】
続いて今回の入力電力指令値Ｘ１と出力電力指令値Ｙ１の偏差、すなわち、出力誤差Ｅ←Ｘ１−Ｙ１を求める（ステップＳＴ１０）とともに、それまでの出力誤差累積に今回の出力誤差Ｅ１を加算して、出力誤差累積を更新する（ステップＳＴ１１）。これにより、最初の半サイクルに係る処理を終了する。この電力制御装置２００の後段のゼロクロス機能付ＳＳＲ３では、上述のステップＳＴ６ないしＳＴ９の出力電力指令値に応じて、次の半サイクルで点弧される。
【００７３】
この次の半サイクルでは、ステップＳＴ２に戻り、変数ｎを１インクリメント（ｎ＝２）し、２回目の半サイクルの処理を実行する。ステップＳＴ２からステップＳＴ１１の処理は制御周期に渡り繰り返され、次の制御周期に入ると、再度変数ｎ及びΣ（ｎ）をクリアして，同様の処理を繰り返す。
【００７４】
先に提案したサイクル制御では、０％または１００％の出力電力指令値のいずれかしか出力できなかったのに対して、この実施の形態では、出力電力指令値Ｙａ、Ｙｂの出力が可能であるので、位相制御に近い精度の高い制御が行える一方、スイッチングによる高調波が大きい中間範囲の出力値を除外した出力値を出力するので、位相制御に比べて高調波の発生を抑制できることになる。
【００７５】
（その他の実施の形態）
本発明のさらに他の実施の形態として、入出力特性を、図１３に示されるように、更に多段してもよいし、図１４あるいは図１５に示されるように、電力指令値が小さい領域あるいは電力指令値が大きい領域のみ０％または１００％以外の出力値を出力するようにしてもよい。
【００７６】
本発明の他の実施の形態として、電力制御装置２００を温度調節器１に内蔵させる構成としてもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、入力電力指令値に応じて、例えば、半サイクル毎に出力電力指令値を補正するので、従来のサイクル制御に比べて、出力応答が速く、また、ＯＮ状態が時間的に分散されるので、制御対象を長寿命化できる。特に、後段のＳＳＲ等に出力する出力電力指令値を用いて、次のサイクルのための出力誤差の演算処理およびそれに基づく出力誤差の累積処理を行うことができるので、例えば、出力された出力電力指令値によって、後段のＳＳＲ等の点弧をフィードバックして出力電力指令値を決定するための処理を行うといった構成に比べて、ＳＳＲ等の点弧を待つ必要がなく、より簡便な構成が可能となる。
【００７８】
さらに、本発明によれば、スイッチングによる高調波が大きい中間範囲を除いた出力電力指令値を出力するので、位相制御に比べて高調波の発生を低減しつつ、先に提案したサイクル制御に比べて高精度の制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る温度制御システムの概略構成図である。
【図２】先に提案したサイクル制御の入出力特性図である。
【図３】図１の実施の形態の入出力特性図である。
【図４】図１の実施の形態の出力波形を示す図である。
【図５】図１の実施の形態の動作説明に供するフローチャートである。
【図６】出力２５％のときの出力波形を従来のサイクル制御および位相制御と比較して示す図である。
【図７】出力５０％のときの出力波形を従来のサイクル制御および位相制御と比較して示す図である。
【図８】出力７０％のときの出力波形を従来のサイクル制御および位相制御と比較して示す図である。
【図９】出力４０％のときの出力に含まれる基本波と高調波成分とを、位相制御と比較して示す図である。
【図１０】出力６０％のときの出力に含まれる基本波と高調波成分とを、位相制御と比較して示す図である。
【図１１】本発明の他の実施の形態の入出力特性を示す図である。
【図１２】図１１の実施の形態の動作説明に供するフローチャートである。
【図１３】本発明の更に他の実施の形態の入出力特性を示す図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態の入出力特性を示す図である。
【図１５】本発明の更に他の実施の形態の入出力特性を示す図である。
【図１６】従来の温度制御システムの構成を示す概略構成図である。
【図１７】従来のサイクル制御を説明するための図である。
【図１８】先に提案したサイクル制御を説明するための概略構成図である。
【図１９】先に提案したサイクル制御の動作説明に供するフローチャートである。
【図２０】先に提案したサイクル制御の半サイクル毎の動作を説明するための各部のレベルの一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 温度調節器
２００ 電力制御装置
３ ゼロクロス機能付ＳＳＲ
４ ヒータ
５ 温度センサ
２１ サンプル・ホールド部
２２ 出力誤差演算部
２３ 出力誤差累積部
２４ 加算部
２５０ 比較部
Claims (4)
- 入力電力指令値に応じて、出力電力指令値を出力する電力制御方法であって、
半サイクル以上の所定サイクル毎に、
前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算ステップと、
加算ステップで加算された加算値と複数の基準値とを比較してその比較結果に応じて予め定めた出力電力指令値を出力する出力ステップと、
出力ステップで出力する出力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演算する演算ステップと、
演算ステップで演算した出力誤差値を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積する累積ステップとを行うものであって、
前記出力ステップでは、０％〜１００％の入力電力指令値の範囲の内、所定の中間範囲における対応する出力電力指令値を所定の一定値に設定し、０％〜１００％の出力電力指令値の範囲の内、所定の中間範囲を除外した値を、前記予め定めた出力電力指令値として出力することを特徴とする電力制御方法。 - 前記出力ステップでは、複数の前記基準値を閾値として区分される加算値の範囲に応じて、一定の値の前記出力電力指令値または加算値に対応した異なる値の前記出力電力指令値を出力する請求項１記載の電力制御方法。
- 入力電力指令値に応じて、出力電力指令値を出力する電力制御装置であって、
半サイクル以上の所定サイクル毎に、前記入力電力指令値とそれまでに累積された出力誤差累積値とを加算する加算手段と、
前記所定サイクル毎に、前記加算手段からの加算値と複数の基準値とを比較してその比較結果に応じて予め定めた出力電力指令値を出力する比較手段と、
前記所定サイクル毎に、前記比較手段から出力電力指令値と前記入力電力指令値との出力誤差値を演算する演算手段と、
前記所定サイクル毎に、前記演算手段から出力誤差値を、それまでに累積された前記出力誤差累積値に累積する出力誤差累積手段とを備え、
前記比較手段は、０％〜１００％の入力電力指令値の範囲の内、所定の中間範囲における対応する出力電力指令値を所定の一定値に設定し、０％〜１００％の出力電力指令値の範囲の内、所定の中間範囲を除外した値を、前記予め定めた出力電力指令値として出力することを特徴とする電力制御装置。 - 前記比較手段は、複数の前記基準値を閾値として区分される加算値の範囲に応じて、一定の値の前記出力電力指令値または加算値に対応した異なる値の前記出力電力指令値を出力する請求項３記載の電力制御装置。
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-
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