JP3798607B2 - 制御装置および制御方法 - Google Patents
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- G05B11/32—Automatic controllers electric with inputs from more than one sensing element; with outputs to more than one correcting element
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の制御ループの制御量を各設定値と一致させるべく制御を行う複数のコントローラを備えた制御装置に係り、特に制御量変化が最も遅い最遅制御ループ以外のコントローラの整定待機時間を削減して、省エネルギーを実現することができる制御装置および制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、制御系を１つの装置内に複数ループ有する装置（例えば電気ヒータをアクチュエータとする半導体製造装置）が知られている。このような装置では、各制御ループ毎のコントローラを独立に動作させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各制御ループの制御量は必ずしも同一の速度で変化するものではない。各制御ループの制御量変化に速度差がある場合、最も変化の遅い最遅制御ループ以外の制御ループの応答が最遅制御ループの応答よりも速く進むため、最遅制御ループ以外の制御ループのコントローラは最遅制御ループの応答が完了するまで整定状態を維持しつつ待機しなければならない。したがって、これらのコントローラでは、応答完了後の整定状態を維持しつつ待機する整定待機時間が発生し、この整定待機時間の分だけエネルギー消費量が大きくなるという問題点があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、最遅制御ループ以外のコントローラの整定待機時間を削減して、省エネルギーを実現することができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の制御装置は、第１制御対象と共に第１制御ループを構成し、この第１制御ループの制御量を設定値と一致させるべく前記制御対象に操作量を出力して制御を行う第１のフィードバックコントローラ（ＰＩＤ1 ）と、１つ以上の他の制御対象と共に他の制御ループを構成し、前記第１制御ループより制御量変化が速い１つ以上の前記他の制御ループの制御量を各設定値と一致させるべく対応する前記他の制御対象に操作量を出力して制御を行う１つ以上の他のフィードバックコントローラ（ＰＩＤ2 〜ＰＩＤn ）と、前記第１制御ループのステップ応答の進捗度（α1 ）を算出するステップ応答進捗度算出部（Ｃ＿R1）と、前記他のフィードバックコントローラ毎に設けられ、対応する前記他の制御ループの制御量が前記第１制御ループの制御量に同期して変化するように、対応する前記他の制御ループの設定値を前記ステップ応答の進捗度に基づいて補正して対応する前記他のフィードバックコントローラに与える制御ループ内部設定値算出部（Ｃ＿S2〜Ｃ＿Sn）とからなるものである。
【０００５】
また、本発明の制御装置は、複数の制御対象と共に複数の制御ループを構成し、この複数の制御ループの制御量を各設定値と一致させるべく対応する前記制御対象に操作量を出力して制御を行う複数のフィードバックコントローラ（ＰＩＤ1 〜ＰＩＤn ）と、このフィードバックコントローラ毎に設けられ、対応する前記制御ループのステップ応答の進捗度（α1 〜αn ）を算出する複数のステップ応答進捗度算出部（Ｃ＿R1a 〜Ｃ＿Rna ）と、このステップ応答進捗度算出部によって算出されたステップ応答の進捗度のうち最も遅い最遅進捗度（αmin ）を選択する最遅ステップ応答進捗度算出部（Ｃ＿Rm）と、前記フィードバックコントローラ毎に設けられ、対応する前記制御ループの制御量が前記最遅進捗度の制御量に同期して変化するように、対応する前記制御ループの設定値を前記最遅進捗度に基づいて補正して対応する前記フィードバックコントローラに与える制御ループ内部設定値算出部（Ｃ＿S1a 〜Ｃ＿Sna ）とからなるものである。
【０００６】
また、本発明の制御方法は、複数の制御対象と共に複数の制御ループを構成し、この複数の制御ループの制御量を各設定値と一致させるべく対応する前記制御対象に操作量を出力して制御を行う複数のフィードバックコントローラを備えた制御装置において、制御量変化が最も遅い第１制御ループのステップ応答の進捗度を算出し、前記第１制御ループ以外の他の制御ループの制御量が前記第１制御ループの制御量に同期して変化するように、前記他の制御ループの設定値を前記ステップ応答の進捗度に基づいて補正して対応する前記フィードバックコントローラに与えるようにしたものである。
【０００７】
そして、本発明の制御方法は、各制御ループのステップ応答の進捗度を算出し、算出したステップ応答の進捗度のうち最も遅い最遅進捗度を選択し、各制御ループの制御量が前記最遅進捗度の制御量に同期して変化するように、各制御ループの設定値を前記最遅進捗度に基づいて補正して対応する前記フィードバックコントローラに与えるようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
［実施の形態の１］
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
図１の制御装置は、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）制御ループの制御量を各設定値と一致させるべく制御を行う第１〜第ｎのコントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤn と、制御量変化が最も遅い第１制御ループのステップ応答の進捗度を算出するステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1と、第１制御ループのコントローラＰＩＤ1 以外の他のコントローラＰＩＤ2 〜ＰＩＤn 毎に設けられ、第２〜第ｎ制御ループの制御量が第１制御ループの制御量に同期して変化するように、第２〜第ｎ制御ループの設定値を前記ステップ応答の進捗度に基づいて補正してコントローラＰＩＤ2 〜ＰＩＤn に与える制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2〜Ｃ＿Snとから構成されている。
【０００９】
第１制御ループは第１のコントローラＰＩＤ1 と制御対象Ｐｒｏｃ1 とから構成され、第２制御ループは第２のコントローラＰＩＤ2 と制御対象Ｐｒｏｃ2 とから構成され、第３制御ループは第３のコントローラＰＩＤ3 と制御対象Ｐｒｏｃ3 とから構成され、第ｎ制御ループは第ｎのコントローラＰＩＤn と制御対象Ｐｒｏｃn とから構成される。
【００１０】
本実施の形態は、例えば立ち上げ等のステップ応答を同時に行う複数の制御系を１つの装置内に複数ループ備える装置（半導体製造装置等）において、各制御ループが独立した制御系として動作し、かつ各制御ループのステップ応答完了までの所要時間が異なる場合に、これら複数ループを対象として適用することができる。特に、本実施の形態は、制御量変化が最も遅い制御ループ（第１の制御ループ）を予め把握している場合に適用することができる。
【００１１】
以下、本実施の形態の制御装置の動作について説明する。図２、図３は図１の制御装置の動作を示すフローチャート図である。
最初に、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、図示しないセンサによって計測された、第１制御ループの制御対象Ｐｒｏｃ1 の制御量ＰＶ1 に次式のような伝達関数表現で表されるノイズ処理を施して制御量ＰＶ1 のノイズを低減する（ステップ１０１）。
ＰＶ1*＝｛１／（１＋Ｔｆｓ）｝ＰＶ1 ・・・（１）
【００１２】
式（１）において、ＰＶ1*はノイズ処理後の制御量、Ｔｆはノイズフィルタ時定数である。このようにローパスフィルタに相当するノイズ処理を施すことにより、制御量ＰＶ1 のノイズを低減することができる。制御量ＰＶ1 のノイズとしては、制御量ＰＶ1 を測定する図示しないセンサによる測定ノイズ等がある。
【００１３】
続いて、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、第１制御ループ、第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループについて設定された外部設定値ＳＰ1x，ＳＰ2x，ＳＰ3x，・・・，ＳＰnxのいずれかが予め指定された対応する所定値ｄＳＰ1 ，ｄＳＰ2 ，ｄＳＰ3 ，・・・，ｄＳＰn よりも大幅に変更されたかどうかを判定する（ステップ１０４）。
【００１４】
ＳＰkx＞ＳＰkx’＋ｄＳＰk （ただし、ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）・・・（２）
ＳＰkx＜ＳＰkx’−ｄＳＰk （ただし、ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）・・・（３）
式（２）、式（３）において、ＳＰkx’は第ｋ制御ループの１制御周期前の外部設定値である。
【００１５】
ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、式（２）または式（３）が成立した場合、すなわち第ｋ（ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）制御ループの現制御周期の外部設定値ＳＰkxが１制御周期前の外部設定値ＳＰkx’に所定値ｄＳＰk を足した値より大きい場合、または外部設定値ＳＰkxが１制御周期前の外部設定値ＳＰkx’から所定値ｄＳＰk を引いた値より小さい場合、外部設定値ＳＰkxの変更量が所定値ｄＳＰk より大であると判定して、現制御周期をステップ応答の開始時点とする（ステップ１０４においてＹＥＳ）。
【００１６】
ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、ステップ１０４において判定ＹＥＳとなった場合、第１制御ループの現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ1*をステップ応答開始前の第１制御ループ制御量ＰＶ1aとし、現制御周期の外部設定値ＳＰ1xをステップ応答開始後の第１制御ループ設定値ＳＰ1bとし、第１制御ループのステップ応答の進捗度α1 を０にリセットする（ステップ１０５）。制御量ＰＶ1*をステップ応答開始前の制御量ＰＶ1aとするのは、制御量ＰＶ1*が現制御周期より前にコントローラＰＩＤ1 から出力された操作量出力ＭＶ1 に対する制御対象Ｐｒｏｃ1 の応答を示しているからである。
【００１７】
なお、動作開始後の最初の制御周期では、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、ステップ１０４，１０５の処理を実施せずに、初期化処理を行う（ステップ１０２，１０３）。すなわち、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ1*を制御量ＰＶ1aの初期値とし、現制御周期の外部設定値ＳＰ1xを設定値ＳＰ1bの初期値とし、ステップ応答進捗度α1 を０にリセットする。
【００１８】
そして、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、第１制御ループのステップ応答進捗度α1 を算出する（ステップ１０６）。ステップ応答進捗度α1 はΔα〜１の実数であり、１に近いほどステップ応答が進んでいることを示す。Δαはステップ応答進捗度補正量（例えば、０．０５）である。
【００１９】
ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、制御量ＰＶ1aと設定値ＳＰ1bとが等しい場合、ステップ応答進捗度α1 を１とする。また、制御量ＰＶ1aと設定値ＳＰ1bとが等しくない場合、制御量ＰＶ1aと設定値ＳＰ1bとノイズ処理制御量ＰＶ1*とを用いてステップ応答進捗度α1 を次式のように算出する。
α1 ＝（ＰＶ1*−ＰＶ1a）／（ＳＰ1b−ＰＶ1a）＋Δα ・・・（４）
【００２０】
さらに、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、算出したステップ応答進捗度α1 が１制御周期前のステップ応答進捗度α1’ より小さい場合、１制御周期前のステップ応答進捗度α1’ を現制御周期におけるステップ応答進捗度α1 とする。また、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、算出したステップ応答進捗度α1 が１より大きい場合、現制御周期におけるステップ応答進捗度α1 を１とする。ただし、最初の制御周期では、α1’ は０である。こうして、ステップ１０６の処理が終了する。
【００２１】
なお、ステップ１０１において制御量ＰＶ1 にノイズ処理を施す理由は、ステップ１０６においてステップ応答進捗度α1 を正しく算出するためである。制御量ＰＶ1 にノイズ成分が存在すると、ステップ応答進捗度α1 の算出に誤差が発生する。
【００２２】
次に、第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2は、図示しないセンサによって計測された、第２制御ループの制御対象Ｐｒｏｃ2 の制御量ＰＶ2 に次式のような伝達関数表現で表されるノイズ処理を施して制御量ＰＶ2 のノイズを低減する（ステップ１０７）。
ＰＶ2*＝｛１／（１＋Ｔｆｓ）｝ＰＶ2 ・・・（５）
式（５）において、ＰＶ2*はノイズ処理後の制御量である。
【００２３】
続いて、第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2は、第１制御ループ、第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループについて設定された外部設定値ＳＰ1x，ＳＰ2x，ＳＰ3x，・・・，ＳＰnxのいずれかが予め指定された対応する所定値ｄＳＰ1 ，ｄＳＰ2 ，ｄＳＰ3 ，・・・，ｄＳＰn よりも大幅に変更されたかどうかを判定する（ステップ１１０）。
【００２４】
第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2は、前記の式（２）または式（３）が成立した場合、外部設定値ＳＰkx（ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）の変更量が所定値ｄＳＰk より大であると判定して、現制御周期をステップ応答の開始時点とする（ステップ１１０においてＹＥＳ）。
【００２５】
第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2は、ステップ１１０において判定ＹＥＳとなった場合、第２制御ループの現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ2*をステップ応答開始前の第２制御ループ制御量ＰＶ2aとし、現制御周期の外部設定値ＳＰ2xをステップ応答開始後の第２制御ループ設定値ＳＰ2bとする（ステップ１１１）。
【００２６】
なお、動作開始後の最初の制御周期では、第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2は、ステップ１１０，１１１の処理を実施せずに、初期化処理を行う（ステップ１０８，１０９）。すなわち、第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2は、現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ2*を制御量ＰＶ2aの初期値とし、現制御周期の外部設定値ＳＰ2xを設定値ＳＰ2bの初期値とし、制御量ＰＶ2aを内部設定値ＳＰ2 の初期値とする。
【００２７】
次に、第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2は、第２制御ループの内部設定値ＳＰ2 を次式のように算出する（ステップ１１２）。
ＳＰ2 ＝（ＳＰ2’Ｔｘ＋ＳＰ2*ｄＴ ）／（Ｔｘ＋ｄＴ） ・・・（６）
ＳＰ2’ は第２制御ループの１制御周期前の内部設定値ＳＰ2 であり、最初の制御周期の場合には制御量ＰＶ2aを初期値として用いる。Ｔｘは移行時間であり、例えばＴｘ＝２Ｔｆ〜５Ｔｆとする。ｄＴは制御周期である。また、ＳＰ2*は第２制御ループの内部設定値リファレンスであり、次式のように求められる。
【００２８】
ＳＰ2*＝（ＳＰ2b−ＰＶ2a）α1 ＋ＰＶ2a ・・・（７）
以上でステップ１１２の処理が終了する。なお、ステップ１０７において制御量ＰＶ2 にノイズ処理を施す理由は、ステップ１１２において内部設定値ＳＰ2 を正しく算出するためである。
【００２９】
次に、第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3は、図示しないセンサによって計測された、第３制御ループの制御対象Ｐｒｏｃ3 の制御量ＰＶ3 に次式のような伝達関数表現で表されるノイズ処理を施して制御量ＰＶ3 のノイズを低減する（ステップ１１３）。
ＰＶ3*＝｛１／（１＋Ｔｆｓ）｝ＰＶ3 ・・・（８）
式（８）において、ＰＶ3*はノイズ処理後の制御量である。
【００３０】
続いて、第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3は、前記の式（２）または式（３）が成立するかどうかを判定する（ステップ１１６）。第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3は、ステップ１１６において式（２）または式（３）が成立して判定ＹＥＳとなった場合、第３制御ループの現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ3*をステップ応答開始前の第３制御ループ制御量ＰＶ3aとし、現制御周期の外部設定値ＳＰ3xをステップ応答開始後の第３制御ループ設定値ＳＰ3bとする（ステップ１１７）。
【００３１】
なお、動作開始後の最初の制御周期では、第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3は、ステップ１１６，１１７の処理を実施せずに、初期化処理を行う（ステップ１１４，１１５）。すなわち、第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3は、現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ3*を制御量ＰＶ3aの初期値とし、現制御周期の外部設定値ＳＰ3xを設定値ＳＰ3bの初期値とし、制御量ＰＶ3aを内部設定値ＳＰ3 の初期値とする。
【００３２】
次に、第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3は、第３制御ループの内部設定値ＳＰ3 を次式のように算出する（ステップ１１８）。
ＳＰ3 ＝（ＳＰ3’Ｔｘ＋ＳＰ3*ｄＴ ）／（Ｔｘ＋ｄＴ） ・・・（９）
ＳＰ3’ は第３制御ループの１制御周期前の内部設定値ＳＰ3 であり、最初の制御周期の場合には制御量ＰＶ3aを初期値として用いる。また、ＳＰ3*は第３制御ループの内部設定値リファレンスであり、次式のように求められる。
ＳＰ3*＝（ＳＰ3b−ＰＶ3a）α1 ＋ＰＶ3a ・・・（１０）
【００３３】
以上のようにステップ１０７〜１１２，１１３〜１１８と同様の処理を繰り返して、第ｎ−１制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Sn-1（不図示）が内部設定値ＳＰn-1 を算出し終えた後、第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Snは、図示しないセンサによって計測された、第ｎ制御ループの制御対象Ｐｒｏｃn の制御量ＰＶn に次式のような伝達関数表現で表されるノイズ処理を施して制御量ＰＶn のノイズを低減する（ステップ１５１）。
ＰＶn*＝｛１／（１＋Ｔｆｓ）｝ＰＶn ・・・（１１）
式（１１）において、ＰＶn*はノイズ処理後の制御量である。
【００３４】
続いて、第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Snは、前記の式（２）または式（３）が成立するかどうかを判定する（ステップ１５４）。第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Snは、ステップ１５４において式（２）または式（３）が成立して判定ＹＥＳとなった場合、第ｎ制御ループの現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶn*をステップ応答開始前の第ｎ制御ループ制御量ＰＶnaとし、現制御周期の外部設定値ＳＰnxをステップ応答開始後の第ｎ制御ループ設定値ＳＰnbとする（ステップ１５５）。
【００３５】
なお、動作開始後の最初の制御周期では、第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Snは、ステップ１５４，１５５の処理を実施せずに、初期化処理を行う（ステップ１５２，１５３）。すなわち、第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Snは、現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶn*を制御量ＰＶnaの初期値とし、現制御周期の外部設定値ＳＰnxを設定値ＳＰnbの初期値とし、制御量ＰＶnaを内部設定値ＳＰn の初期値とする。
【００３６】
次に、第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Snは、第ｎ制御ループの内部設定値ＳＰn を次式のように算出する（ステップ１５６）。
ＳＰn ＝（ＳＰn’Ｔｘ＋ＳＰn*ｄＴ ）／（Ｔｘ＋ｄＴ） ・・・（１２）
ＳＰn’ は第ｎ制御ループの１制御周期前の内部設定値ＳＰn であり、最初の制御周期の場合には制御量ＰＶnaを初期値として用いる。また、ＳＰn*は第ｎ制御ループの内部設定値リファレンスであり、次式のように求められる。
ＳＰn*＝（ＳＰnb−ＰＶna）α1 ＋ＰＶna ・・・（１３）
【００３７】
次に、第１のコントローラＰＩＤ1 は、次式のような伝達関数表現で表されるＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ1 を算出する（ステップ１５７）。
ＭＶ1 ＝Ｋｇ1 ｛１＋１／（Ｔｉ1 ｓ）＋Ｔｄ1 ｓ｝（ＳＰ1x−ＰＶ1 ）・・・（１４）
式（１４）において、Ｋｇ1 、Ｔｉ1 、Ｔｄ1 はそれぞれコントローラＰＩＤ1 の比例ゲイン、積分時間、微分時間である。第１のコントローラＰＩＤ1 は、算出した操作量出力ＭＶ1 を制御対象Ｐｒｏｃ1 へ出力する。
【００３８】
第２のコントローラＰＩＤ2 は、第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2から出力された内部設定値ＳＰ2 を用いて次式のような伝達関数表現で表されるＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ2 を算出する（ステップ１５８）。
ＭＶ2 ＝Ｋｇ2 ｛１＋１／（Ｔｉ2 ｓ）＋Ｔｄ2 ｓ｝（ＳＰ2 −ＰＶ2 ）・・・（１５）
式（１５）において、Ｋｇ2 、Ｔｉ2 、Ｔｄ2 はそれぞれコントローラＰＩＤ2 の比例ゲイン、積分時間、微分時間である。第２のコントローラＰＩＤ2 は、算出した操作量出力ＭＶ2 を制御対象Ｐｒｏｃ2 へ出力する。
【００３９】
第３のコントローラＰＩＤ3 は、第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3から出力された内部設定値ＳＰ3 を用いて次式のようなＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ3 を算出する（ステップ１５９）。
ＭＶ3 ＝Ｋｇ3 ｛１＋１／（Ｔｉ3 ｓ）＋Ｔｄ3 ｓ｝（ＳＰ3 −ＰＶ3 ）・・・（１６）
式（１６）において、Ｋｇ3 、Ｔｉ3 、Ｔｄ3 はそれぞれコントローラＰＩＤ3 の比例ゲイン、積分時間、微分時間である。第３のコントローラＰＩＤ3 は、算出した操作量出力ＭＶ3 を制御対象Ｐｒｏｃ3 へ出力する。
【００４０】
以上のような操作量出力の算出を順次行い、第ｎ−１のコントローラＰＩＤn-1 （不図示）が操作量出力ＭＶn-1 を算出し終えた後、第ｎのコントローラＰＩＤn は、第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Snから出力された内部設定値ＳＰn を用いて次式のようなＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶn を算出する（ステップ１９０）。
【００４１】
ＭＶn ＝Ｋｇn ｛１＋１／（Ｔｉn ｓ）＋Ｔｄn ｓ｝（ＳＰn −ＰＶn ）・・・（１７）
式（１７）において、Ｋｇn 、Ｔｉn 、Ｔｄn はそれぞれコントローラＰＩＤn の比例ゲイン、積分時間、微分時間である。第ｎのコントローラＰＩＤn は、算出した操作量出力ＭＶn を制御対象Ｐｒｏｃn へ出力する。
以上のステップ１０１〜１９０を１制御周期における処理とし、ステップ１０１〜１９０の処理を制御周期毎に繰り返す。
【００４２】
本実施の形態では、２ループ以上の制御系に対する外部からの操作として、ほぼ同時に外部設定値ＳＰ1x，ＳＰ2x，ＳＰ3x，・・・，ＳＰnxの変更を行なった後に、予め把握されている最も変化の遅い制御量（第１制御ループ）のステップ応答進捗度α1 が、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1で算出され、その結果が他の制御ループの内部設定値算出部Ｃ＿S2〜Ｃ＿Snに出力される。
【００４３】
各内部設定値算出部Ｃ＿S2〜Ｃ＿Snでは、それぞれ対応する第２〜第ｎ制御ループの制御量ＰＶ2 〜ＰＶn の進捗度を最も変化の遅い第１制御ループの制御量ＰＶ1 に同期させるために、ステップ応答進捗度α1 に基づいて第２〜第ｎ制御ループのステップ応答を抑制する方向に補正した内部設定値ＳＰ2 〜ＳＰn が算出される。
【００４４】
最も変化の遅い第１制御ループのコントローラＰＩＤ1 は、オペレータによって設定された本来の外部設定値ＳＰ1xに基づき操作量出力ＭＶ1 を算出する。
第２〜第ｎ制御ループのコントローラＰＩＤ2 〜ＰＩＤn は、補正された内部設定値ＳＰ2 〜ＳＰn に基づき操作量出力ＭＶ2 〜ＭＶn を算出する。
【００４５】
以上の構成により、第１〜第ｎ制御ループにおいて外部設定値ＳＰ1x〜ＳＰnxがほぼ同時に変更されたときに、最も変化の遅い第１制御ループ以外の制御ループのステップ応答が第１制御ループのステップ応答よりも際立って速く進むのを抑制することができ、第１制御ループ以外のコントローラＰＩＤ2 〜ＰＩＤn において、ステップ応答完了後の整定状態を維持しつつ待機する整定待機時間を削減することができる。
【００４６】
コントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤn が例えばヒータを制御して昇温制御を行う場合、従来の制御装置では、少なくとも第１制御ループのステップ応答が完了するまで、コントローラＰＩＤ2 〜ＰＩＤn は高温の整定状態を維持しつつ待機しなければならず、エネルギー消費量が大きくなる。これに対して、本実施の形態の制御装置では、コントローラＰＩＤ2 〜ＰＩＤn の整定待機時間を削減することができるので、エネルギー消費量を低減することができ、省エネルギーを実現することができる。
【００４７】
図４は各制御ループのコントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤn を独立に動作させる従来の制御装置の制御動作例を示す図、図５は本実施の形態の制御装置の制御動作例を示す図である。図４、図５は、第１制御ループの外部設定値ＳＰ1xがＳＰ1aからＳＰ1bに変更され、第２制御ループの外部設定値ＳＰ2xがＳＰ2aからＳＰ2bに変更され、第３制御ループの外部設定値ＳＰ3xがＳＰ3aからＳＰ3bに変更され、第ｎ制御ループの外部設定値ＳＰnxがＳＰnaからＳＰnbに変更されたときの制御量ＰＶ1 ，ＰＶ2 ，ＰＶ3 ，・・・，ＰＶn を求めたシミュレーション結果である。ただし、図４、図５では、第１〜第３制御ループについてのみ記載している。また、図４、図５の例では、第１制御ループを最も制御量変化の遅いループとしている。
【００４８】
図４に示すように、従来の制御装置では、第１制御ループの制御量ＰＶ1 が設定値ＳＰ1bに到達する前に第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループの制御量ＰＶ2 ，ＰＶ3 ，・・・，ＰＶn が先にＳＰ2b，ＳＰ3b，・・・，ＳＰnbに到達するので、第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループのコントローラＰＩＤ2 ，ＰＩＤ3 ，・・・，ＰＩＤn にそれぞれ整定待機時間Ｔ＿w2，Ｔ＿w3，・・・，Ｔ＿wnが発生する。
【００４９】
これに対して、本実施の形態では、図５に示すように、第１制御ループの制御量ＰＶ1 の変化に同期して第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループの制御量ＰＶ2 ，ＰＶ3 ，・・・，ＰＶn を変化させるので、第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループのコントローラＰＩＤ2 ，ＰＩＤ3 ，・・・，ＰＩＤn に整定待機時間が発生しない。
【００５０】
［実施の形態の２］
図６は本発明の第２の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。図６の制御装置は、第１〜第ｎのコントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤn と、コントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤn 毎に設けられ、第１〜第ｎ制御ループのステップ応答の進捗度を算出するステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1a 〜Ｃ＿Rna と、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1a 〜Ｃ＿Rna によって算出されたステップ応答の進捗度のうち最も遅い最遅進捗度を選択する最遅ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rmと、コントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤn 毎に設けられ、第１〜第ｎ制御ループの制御量が最遅進捗度の制御量に同期して変化するように、第１〜第ｎ制御ループの設定値を最遅進捗度に基づいて補正してコントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤn に与える制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S1a 〜Ｃ＿Sna とから構成されている。
【００５１】
実施の形態の１では、制御量変化が最も遅い制御ループを予め把握している場合に適用しているが、本実施の形態では、制御量変化が最も遅い制御ループを予め把握できない場合に適用することができる。
【００５２】
以下、本実施の形態の制御装置の動作について説明する。図７、図８は図６の制御装置の動作を示すフローチャート図である。
第１制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1a によるステップ２０１〜２０６の処理は、実施の形態の１で説明した第１制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1によるステップ１０１〜１０６の処理と殆ど同じであるので、詳細な説明は省略する。実施の形態の１と異なるのは、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1a が設定値ＳＰ1bと制御量ＰＶ1aとを第１制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S1a へ出力する点である。
【００５３】
次に、第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、図示しないセンサによって計測された、第２制御ループの制御対象Ｐｒｏｃ2 の制御量ＰＶ2 に式（５）の伝達関数表現で表されるノイズ処理を施してノイズ処理制御量ＰＶ2*を生成する（ステップ２０７）。
【００５４】
続いて、第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、第１制御ループ、第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループについて設定された外部設定値ＳＰ1x，ＳＰ2x，ＳＰ3x，・・・，ＳＰnxのいずれかが予め指定された対応する所定値ｄＳＰ1 ，ｄＳＰ2 ，ｄＳＰ3 ，・・・，ｄＳＰn よりも大幅に変更されたかどうかを判定する（ステップ２１０）。
【００５５】
第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、前記の式（２）または式（３）が成立した場合、外部設定値ＳＰkx（ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）の変更量が所定値ｄＳＰk より大であると判定して、現制御周期をステップ応答の開始時点とする（ステップ２１０においてＹＥＳ）。
【００５６】
第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、ステップ２１０において判定ＹＥＳとなった場合、第２制御ループの現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ2*をステップ応答開始前の第２制御ループ制御量ＰＶ2aとし、現制御周期の外部設定値ＳＰ2xをステップ応答開始後の第２制御ループ設定値ＳＰ2bとし、第２制御ループのステップ応答の進捗度α2 を０にリセットする（ステップ２１１）。
【００５７】
なお、動作開始後の最初の制御周期では、第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、ステップ２１０，２１１の処理を実施せずに、初期化処理を行う（ステップ２０８，２０９）。すなわち、第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ2*を制御量ＰＶ2aの初期値とし、現制御周期の外部設定値ＳＰ2xを設定値ＳＰ2bの初期値とし、ステップ応答進捗度α2 を０にリセットする。
【００５８】
そして、第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、第２制御ループのステップ応答進捗度α2 を算出する（ステップ２１２）。第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、制御量ＰＶ2aと設定値ＳＰ2bとが等しい場合、ステップ応答進捗度α2 を１とする。また、制御量ＰＶ2aと設定値ＳＰ2bとが等しくない場合、制御量ＰＶ2aと設定値ＳＰ2bとノイズ処理制御量ＰＶ2*とを用いてステップ応答進捗度α2 を次式のように算出する。
α2 ＝（ＰＶ2*−ＰＶ2a）／（ＳＰ2b−ＰＶ2a）＋Δα ・・・（１８）
【００５９】
さらに、第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、算出したステップ応答進捗度α2 が１制御周期前のステップ応答進捗度α2’ より小さい場合、１制御周期前のステップ応答進捗度α2’ を現制御周期におけるステップ応答進捗度α2 とする。また、第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、算出したステップ応答進捗度α2 が１より大きい場合、現制御周期におけるステップ応答進捗度α2 を１とする。ただし、最初の制御周期では、α2’ は０である。こうして、ステップ２１２の処理が終了する。
【００６０】
次に、第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、図示しないセンサによって計測された、第３制御ループの制御対象Ｐｒｏｃ3 の制御量ＰＶ3 に式（８）の伝達関数表現で表されるノイズ処理を施してノイズ処理制御量ＰＶ3*を生成する（ステップ２１３）。
【００６１】
続いて、第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、第１制御ループ、第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループについて設定された外部設定値ＳＰ1x，ＳＰ2x，ＳＰ3x，・・・，ＳＰnxのいずれかが予め指定された対応する所定値ｄＳＰ1 ，ｄＳＰ2 ，ｄＳＰ3 ，・・・，ｄＳＰn よりも大幅に変更されたかどうかを判定する（ステップ２１６）。
【００６２】
第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、前記の式（２）または式（３）が成立した場合、外部設定値ＳＰkx（ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）の変更量が所定値ｄＳＰk より大であると判定して、現制御周期をステップ応答の開始時点とする（ステップ２１６においてＹＥＳ）。
【００６３】
第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、ステップ２１６において判定ＹＥＳとなった場合、第３制御ループの現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ3*をステップ応答開始前の第３制御ループ制御量ＰＶ3aとし、現制御周期の外部設定値ＳＰ3xをステップ応答開始後の第３制御ループ設定値ＳＰ3bとし、第３制御ループのステップ応答の進捗度α3 を０にリセットする（ステップ２１７）。
【００６４】
なお、動作開始後の最初の制御周期では、第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、ステップ２１６，２１７の処理を実施せずに、初期化処理を行う（ステップ２１４，２１５）。すなわち、第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ3*を制御量ＰＶ3aの初期値とし、現制御周期の外部設定値ＳＰ3xを設定値ＳＰ3bの初期値とし、ステップ応答進捗度α3 を０にリセットする。
【００６５】
そして、第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、第３制御ループのステップ応答進捗度α3 を算出する（ステップ２１８）。第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、制御量ＰＶ3aと設定値ＳＰ3bとが等しい場合、ステップ応答進捗度α3 を１とする。また、制御量ＰＶ3aと設定値ＳＰ3bとが等しくない場合、制御量ＰＶ3aと設定値ＳＰ3bとノイズ処理制御量ＰＶ3*とを用いてステップ応答進捗度α3 を次式のように算出する。
α3 ＝（ＰＶ3*−ＰＶ3a）／（ＳＰ3b−ＰＶ3a）＋Δα ・・・（１９）
【００６６】
さらに、第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、算出したステップ応答進捗度α3 が１制御周期前のステップ応答進捗度α3’ より小さい場合、１制御周期前のステップ応答進捗度α3’ を現制御周期におけるステップ応答進捗度α3 とする。また、第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、算出したステップ応答進捗度α3 が１より大きい場合、現制御周期におけるステップ応答進捗度α3 を１とする。ただし、最初の制御周期では、α3’ は０である。こうして、ステップ２１８の処理が終了する。
【００６７】
以上のようにステップ２０７〜２１２，２１３〜２１８と同様の処理を繰り返して、第ｎ−１制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rn-1a （不図示）が第ｎ−１制御ループのステップ応答進捗度αn-1 を算出し終えた後、第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、図示しないセンサによって計測された、第ｎ制御ループの制御対象Ｐｒｏｃn の制御量ＰＶn に式（１１）の伝達関数表現で表されるノイズ処理を施してノイズ処理制御量ＰＶn*を生成する（ステップ２５１）。
【００６８】
続いて、第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、第１制御ループ、第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループについて設定された外部設定値ＳＰ1x，ＳＰ2x，ＳＰ3x，・・・，ＳＰnxのいずれかが予め指定された対応する所定値ｄＳＰ1 ，ｄＳＰ2 ，ｄＳＰ3 ，・・・，ｄＳＰn よりも大幅に変更されたかどうかを判定する（ステップ２５４）。
【００６９】
第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、前記の式（２）または式（３）が成立した場合、外部設定値ＳＰkx（ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）の変更量が所定値ｄＳＰk より大であると判定して、現制御周期をステップ応答の開始時点とする（ステップ２５４においてＹＥＳ）。
【００７０】
第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、ステップ２５４において判定ＹＥＳとなった場合、第ｎ制御ループの現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶn*をステップ応答開始前の第ｎ制御ループ制御量ＰＶnaとし、現制御周期の外部設定値ＳＰnxをステップ応答開始後の第ｎ制御ループ設定値ＳＰnbとし、第ｎ制御ループのステップ応答の進捗度αn を０にリセットする（ステップ２５５）。
【００７１】
なお、動作開始後の最初の制御周期では、第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、ステップ２５４，２５５の処理を実施せずに、初期化処理を行う（ステップ２５２，２５３）。すなわち、第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶn*を制御量ＰＶnaの初期値とし、現制御周期の外部設定値ＳＰnxを設定値ＳＰnbの初期値とし、ステップ応答進捗度αn を０にリセットする。
【００７２】
そして、第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、第ｎ制御ループのステップ応答進捗度αn を算出する（ステップ２５６）。第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、制御量ＰＶnaと設定値ＳＰnbとが等しい場合、ステップ応答進捗度αn を１とする。また、制御量ＰＶnaと設定値ＳＰnbとが等しくない場合、制御量ＰＶnaと設定値ＳＰnbとノイズ処理制御量ＰＶn*とを用いてステップ応答進捗度αn を次式のように算出する。
αn ＝（ＰＶn*−ＰＶna）／（ＳＰnb−ＰＶna）＋Δα ・・・（２０）
【００７３】
さらに、第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、算出したステップ応答進捗度αn が１制御周期前のステップ応答進捗度αn’ より小さい場合、１制御周期前のステップ応答進捗度αn’ を現制御周期におけるステップ応答進捗度αn とする。また、第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、算出したステップ応答進捗度αn が１より大きい場合、現制御周期におけるステップ応答進捗度αn を１とする。ただし、最初の制御周期では、αn’ は０である。こうして、ステップ２５６の処理が終了する。
【００７４】
次に、最遅ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rmは、第１制御ループ、第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループの全てのステップ応答進捗度α1 ，α2 ，α3 ，・・・，αn から最小値（最遅制御量ステップ応答進捗度）αmin を算出して、各内部設定値算出部Ｃ＿S1a 〜Ｃ＿Sna へ出力する（ステップ２５７）。
【００７５】
すなわち、最遅ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rmは、ステップ応答進捗度α1 がステップ応答進捗度α2 より小さい場合、α1 を最小値αmin とし、α1 がα2 以上の場合、α2 を最小値αmin とする。さらに、最遅ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rmは、この最小値αmin よりステップ応答進捗度α3 が小さい場合、α3 を最小値αmin とする。以下、同様に最小値αmin とステップ応答進捗度との大小比較をαn まで繰り返して、最小値αmin を確定する。
【００７６】
次いで、第１制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S1a は、第１制御ループの内部設定値ＳＰ1 を次式のように算出する（ステップ２５８）。
ＳＰ1 ＝（ＳＰ1’Ｔｘ＋ＳＰ1*ｄＴ ）／（Ｔｘ＋ｄＴ） ・・・（２１）
ＳＰ1’ は第１制御ループの１制御周期前の内部設定値ＳＰ1 であり、最初の制御周期の場合には制御量ＰＶ1aを初期値として用いる。また、ＳＰ1*は第１制御ループの内部設定値リファレンスであり、次式のように求められる。
ＳＰ1*＝（ＳＰ1b−ＰＶ1a）αmin ＋ＰＶ1a ・・・（２２）
【００７７】
第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2a は、第２制御ループの内部設定値ＳＰ2 を次式のように算出する（ステップ２５９）。
ＳＰ2 ＝（ＳＰ2’Ｔｘ＋ＳＰ2*ｄＴ ）／（Ｔｘ＋ｄＴ） ・・・（２３）
ＳＰ2’ は第２制御ループの１制御周期前の内部設定値ＳＰ2 であり、最初の制御周期の場合には制御量ＰＶ2aを初期値として用いる。また、ＳＰ2*は第２制御ループの内部設定値リファレンスであり、次式のように求められる。
ＳＰ2*＝（ＳＰ2b−ＰＶ2a）αmin ＋ＰＶ2a ・・・（２４）
【００７８】
第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3a は、第３制御ループの内部設定値ＳＰ3 を次式のように算出する（ステップ２６０）。
ＳＰ3 ＝（ＳＰ3’Ｔｘ＋ＳＰ3*ｄＴ ）／（Ｔｘ＋ｄＴ） ・・・（２５）
ＳＰ3’ は第３制御ループの１制御周期前の内部設定値ＳＰ3 であり、最初の制御周期の場合には制御量ＰＶ3aを初期値として用いる。また、ＳＰ3*は第３制御ループの内部設定値リファレンスであり、次式のように求められる。
ＳＰ3*＝（ＳＰ3b−ＰＶ3a）αmin ＋ＰＶ3a ・・・（２６）
【００７９】
以下同様に内部設定値の算出を繰り返して、第ｎ−１制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Sn-1a （不図示）が第ｎ−１制御ループの内部設定値ＳＰn-1 を算出し終えた後、第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Sna は、第ｎ制御ループの内部設定値ＳＰn を次式のように算出する（ステップ２９０）。
ＳＰn ＝（ＳＰn’Ｔｘ＋ＳＰn*ｄＴ ）／（Ｔｘ＋ｄＴ） ・・・（２７）
【００８０】
ＳＰn’ は第ｎ制御ループの１制御周期前の内部設定値ＳＰn であり、最初の制御周期の場合には制御量ＰＶnaを初期値として用いる。また、ＳＰn*は第ｎ制御ループの内部設定値リファレンスであり、次式のように求められる。
ＳＰn*＝（ＳＰnb−ＰＶna）αmin ＋ＰＶna ・・・（２８）
【００８１】
次に、第１のコントローラＰＩＤ1 は、第１制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S1a から出力された内部設定値ＳＰ1 を用いて次式のような伝達関数表現で表されるＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ1 を算出する（ステップ２９１）。
ＭＶ1 ＝Ｋｇ1 ｛１＋１／（Ｔｉ1 ｓ）＋Ｔｄ1 ｓ｝（ＳＰ1 −ＰＶ1 ）・・・（２９）
式（２９）において、Ｋｇ1 、Ｔｉ1 、Ｔｄ1 はそれぞれコントローラＰＩＤ1 の比例ゲイン、積分時間、微分時間である。第１のコントローラＰＩＤ1 は、算出した操作量出力ＭＶ1 を制御対象Ｐｒｏｃ1 へ出力する。
【００８２】
第２のコントローラＰＩＤ2 は、第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2a から出力された内部設定値ＳＰ2 を用いて式（１５）のようなＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ2 を算出する（ステップ２９２）。第２のコントローラＰＩＤ2 は、算出した操作量出力ＭＶ2 を制御対象Ｐｒｏｃ2 へ出力する。
【００８３】
第３のコントローラＰＩＤ3 は、第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3a から出力された内部設定値ＳＰ3 を用いて式（１６）のようなＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ3 を算出する（ステップ２９３）。第３のコントローラＰＩＤ3 は、算出した操作量出力ＭＶ3 を制御対象Ｐｒｏｃ3 へ出力する。
【００８４】
以上のような操作量出力の算出を順次行い、第ｎ−１のコントローラＰＩＤn-1 （不図示）が操作量出力ＭＶn-1 を算出し終えた後、第ｎのコントローラＰＩＤn は、第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Sna から出力された内部設定値ＳＰn を用いて式（１７）のようなＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶn を算出する（ステップ３２０）。第ｎのコントローラＰＩＤn は、算出した操作量出力ＭＶn を制御対象Ｐｒｏｃn へ出力する。
以上のステップ２０１〜３２０を１制御周期における処理とし、ステップ２０１〜３２０の処理を制御周期毎に繰り返す。
【００８５】
本実施の形態では、２ループ以上の制御系に対する外部からの操作として、ほぼ同時に外部設定値ＳＰ1x，ＳＰ2x，ＳＰ3x，・・・，ＳＰnxの変更を行なった後に、各制御ループのステップ応答進捗度α1 〜αn がステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1a 〜Ｃ＿Rna で算出され、その結果が最遅ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rmに出力される。
【００８６】
最遅ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rmでは、各制御ループのステップ応答進捗度α1 〜αn の最小値、すなわち最も遅いステップ応答進捗度αmin が算出され、この最遅進捗度αmin が各制御ループの内部設定値算出部Ｃ＿S1a 〜Ｃ＿Sna に出力される。
【００８７】
各内部設定値算出部Ｃ＿S1a 〜Ｃ＿Sna では、それぞれ対応する第１〜第ｎ制御ループの制御量ＰＶ1 〜ＰＶn の進捗度を最も変化の遅い制御ループの制御量に同期させるために、最遅進捗度αmin に基づいて第１〜第ｎ制御ループのステップ応答を抑制する方向に補正した内部設定値ＳＰ1 〜ＳＰn が算出される。この際、最も遅い制御ループについても同様の処理が行われるが、設定値補正演算は、この最遅制御ループの応答速度に影響を与えない程度の処理とする。
そして、第１〜第ｎ制御ループのコントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤn は、補正された内部設定値ＳＰ1 〜ＳＰn に基づいて操作量出力ＭＶ1 〜ＭＶn を算出する。
【００８８】
以上の構成により、第１〜第ｎ制御ループにおいて外部設定値ＳＰ1x〜ＳＰnxがほぼ同時に変更されたときに、最も変化の遅い制御ループ以外の制御ループのステップ応答が最遅制御ループのステップ応答よりも際立って速く進むのを抑制することができ、最遅制御ループ以外のコントローラにおいて整定待機時間を削減することができ、省エネルギーを実現することができる。特に、本実施の形態では、最も変化の遅い最遅制御ループを予め把握しておく必要がなく、状況によりステップ応答速度が異なり、最遅制御ループが変わる場合でも、適切に動作させることができる。
【００８９】
図９は本実施の形態の制御装置の制御動作例を示す図である。図９は、第１制御ループの外部設定値ＳＰ1xがＳＰ1aからＳＰ1bに変更され、第２制御ループの外部設定値ＳＰ2xがＳＰ2aからＳＰ2bに変更され、第３制御ループの外部設定値ＳＰ3xがＳＰ3aからＳＰ3bに変更され、第ｎ制御ループの外部設定値ＳＰnxがＳＰnaからＳＰnbに変更されたときの制御量ＰＶ1 ，ＰＶ2 ，ＰＶ3 ，・・・，ＰＶn を求めたシミュレーション結果である。ただし、図９では、第１〜第３制御ループについてのみ記載している。また、図９の例では、第２制御ループを最も制御量変化の遅いループとしている。
【００９０】
図９から分かるように、本実施の形態を適用すれば、制御量変化が最も遅い第２制御ループの制御量ＰＶ2 の変化に同期して第１制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループの制御量ＰＶ1 ，ＰＶ3 ，・・・，ＰＶn を変化させるので、第１制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループのコントローラＰＩＤ1 ，ＰＩＤ3 ，・・・，ＰＩＤn に整定待機時間が発生しない。
なお、実施の形態の１，２では、ｎ≧４の場合について説明しているが、ｎ≧２であれば、本発明を適用できることは言うまでもない。
また、実施の形態の１，２では、全ての外部設定値を同時に変更しているが、これに限るものではなく、実施の形態の１では、ｎループ中の最遅ループを含む２ループ以上を若干タイミングをずらして変更した場合でも、効果を得ることができる。また、実施の形態の２では、ｎループ中の任意の２ループ以上を若干タイミングをずらして変更した場合でも、効果を得ることができる。
【００９１】
【発明の効果】
本発明によれば、制御量変化が最も遅い第１制御ループのステップ応答の進捗度を算出し、第１制御ループ以外の他の制御ループの制御量が第１制御ループの制御量に同期して自動的に変化するように、他の制御ループの設定値をステップ応答の進捗度に基づいて補正して対応するコントローラに与えるようにしたことにより、他の制御ループのコントローラの整定待機時間を削減することができるので、エネルギー消費量を低減することができ、省エネルギーを実現することができる。
【００９２】
また、各制御ループのステップ応答の進捗度を算出し、算出したステップ応答の進捗度のうち最も遅い最遅進捗度を選択し、各制御ループの制御量が最遅進捗度の制御量に同期して自動的に変化するように、各制御ループの設定値を最遅進捗度に基づいて補正して対応するコントローラに与えるようにしたことにより、他の制御ループのコントローラの整定待機時間を削減することができるので、エネルギー消費量を低減することができ、省エネルギーを実現することができる。また、算出したステップ応答の進捗度のうち最も遅い最遅進捗度を選択するようにしたので、最も変化の遅い最遅制御ループを予め把握しておく必要がなく、状況によりステップ応答速度が異なり、最遅制御ループが変わる場合でも、適切に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 図１の制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図３】 図１の制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図４】 従来の制御装置の制御動作例を示す図である。
【図５】 図１の制御装置の制御動作例を示す図である。
【図６】 本発明の第２の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】 図６の制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図８】 図６の制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図９】 図６の制御装置の制御動作例を示す図である。
【符号の説明】
ＰＩＤ1 〜ＰＩＤn …コントローラ、Ｐｒｏｃ1 〜Ｐｒｏｃn …制御対象、Ｃ＿R1、Ｃ＿R1a 〜Ｃ＿Rna …ステップ応答進捗度算出部、Ｃ＿S2〜Ｃ＿Sn、Ｃ＿S1a 〜Ｃ＿Sna …制御ループ内部設定値算出部、Ｃ＿Rm…最遅ステップ応答進捗度算出部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の制御ループの制御量を各設定値と一致させるべく制御を行う複数のコントローラを備えた制御装置に係り、特に制御量変化が最も遅い最遅制御ループ以外のコントローラの整定待機時間を削減して、省エネルギーを実現することができる制御装置および制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、制御系を１つの装置内に複数ループ有する装置（例えば電気ヒータをアクチュエータとする半導体製造装置）が知られている。このような装置では、各制御ループ毎のコントローラを独立に動作させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各制御ループの制御量は必ずしも同一の速度で変化するものではない。各制御ループの制御量変化に速度差がある場合、最も変化の遅い最遅制御ループ以外の制御ループの応答が最遅制御ループの応答よりも速く進むため、最遅制御ループ以外の制御ループのコントローラは最遅制御ループの応答が完了するまで整定状態を維持しつつ待機しなければならない。したがって、これらのコントローラでは、応答完了後の整定状態を維持しつつ待機する整定待機時間が発生し、この整定待機時間の分だけエネルギー消費量が大きくなるという問題点があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、最遅制御ループ以外のコントローラの整定待機時間を削減して、省エネルギーを実現することができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の制御装置は、第１制御対象と共に第１制御ループを構成し、この第１制御ループの制御量を設定値と一致させるべく前記制御対象に操作量を出力して制御を行う第１のフィードバックコントローラ（ＰＩＤ1 ）と、１つ以上の他の制御対象と共に他の制御ループを構成し、前記第１制御ループより制御量変化が速い１つ以上の前記他の制御ループの制御量を各設定値と一致させるべく対応する前記他の制御対象に操作量を出力して制御を行う１つ以上の他のフィードバックコントローラ（ＰＩＤ2 〜ＰＩＤn ）と、前記第１制御ループのステップ応答の進捗度（α1 ）を算出するステップ応答進捗度算出部（Ｃ＿R1）と、前記他のフィードバックコントローラ毎に設けられ、対応する前記他の制御ループの制御量が前記第１制御ループの制御量に同期して変化するように、対応する前記他の制御ループの設定値を前記ステップ応答の進捗度に基づいて補正して対応する前記他のフィードバックコントローラに与える制御ループ内部設定値算出部（Ｃ＿S2〜Ｃ＿Sn）とからなるものである。
【０００５】
また、本発明の制御装置は、複数の制御対象と共に複数の制御ループを構成し、この複数の制御ループの制御量を各設定値と一致させるべく対応する前記制御対象に操作量を出力して制御を行う複数のフィードバックコントローラ（ＰＩＤ1 〜ＰＩＤn ）と、このフィードバックコントローラ毎に設けられ、対応する前記制御ループのステップ応答の進捗度（α1 〜αn ）を算出する複数のステップ応答進捗度算出部（Ｃ＿R1a 〜Ｃ＿Rna ）と、このステップ応答進捗度算出部によって算出されたステップ応答の進捗度のうち最も遅い最遅進捗度（αmin ）を選択する最遅ステップ応答進捗度算出部（Ｃ＿Rm）と、前記フィードバックコントローラ毎に設けられ、対応する前記制御ループの制御量が前記最遅進捗度の制御量に同期して変化するように、対応する前記制御ループの設定値を前記最遅進捗度に基づいて補正して対応する前記フィードバックコントローラに与える制御ループ内部設定値算出部（Ｃ＿S1a 〜Ｃ＿Sna ）とからなるものである。
【０００６】
また、本発明の制御方法は、複数の制御対象と共に複数の制御ループを構成し、この複数の制御ループの制御量を各設定値と一致させるべく対応する前記制御対象に操作量を出力して制御を行う複数のフィードバックコントローラを備えた制御装置において、制御量変化が最も遅い第１制御ループのステップ応答の進捗度を算出し、前記第１制御ループ以外の他の制御ループの制御量が前記第１制御ループの制御量に同期して変化するように、前記他の制御ループの設定値を前記ステップ応答の進捗度に基づいて補正して対応する前記フィードバックコントローラに与えるようにしたものである。
【０００７】
そして、本発明の制御方法は、各制御ループのステップ応答の進捗度を算出し、算出したステップ応答の進捗度のうち最も遅い最遅進捗度を選択し、各制御ループの制御量が前記最遅進捗度の制御量に同期して変化するように、各制御ループの設定値を前記最遅進捗度に基づいて補正して対応する前記フィードバックコントローラに与えるようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
［実施の形態の１］
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
図１の制御装置は、第１〜第ｎ（ｎは２以上の整数）制御ループの制御量を各設定値と一致させるべく制御を行う第１〜第ｎのコントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤn と、制御量変化が最も遅い第１制御ループのステップ応答の進捗度を算出するステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1と、第１制御ループのコントローラＰＩＤ1 以外の他のコントローラＰＩＤ2 〜ＰＩＤn 毎に設けられ、第２〜第ｎ制御ループの制御量が第１制御ループの制御量に同期して変化するように、第２〜第ｎ制御ループの設定値を前記ステップ応答の進捗度に基づいて補正してコントローラＰＩＤ2 〜ＰＩＤn に与える制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2〜Ｃ＿Snとから構成されている。
【０００９】
第１制御ループは第１のコントローラＰＩＤ1 と制御対象Ｐｒｏｃ1 とから構成され、第２制御ループは第２のコントローラＰＩＤ2 と制御対象Ｐｒｏｃ2 とから構成され、第３制御ループは第３のコントローラＰＩＤ3 と制御対象Ｐｒｏｃ3 とから構成され、第ｎ制御ループは第ｎのコントローラＰＩＤn と制御対象Ｐｒｏｃn とから構成される。
【００１０】
本実施の形態は、例えば立ち上げ等のステップ応答を同時に行う複数の制御系を１つの装置内に複数ループ備える装置（半導体製造装置等）において、各制御ループが独立した制御系として動作し、かつ各制御ループのステップ応答完了までの所要時間が異なる場合に、これら複数ループを対象として適用することができる。特に、本実施の形態は、制御量変化が最も遅い制御ループ（第１の制御ループ）を予め把握している場合に適用することができる。
【００１１】
以下、本実施の形態の制御装置の動作について説明する。図２、図３は図１の制御装置の動作を示すフローチャート図である。
最初に、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、図示しないセンサによって計測された、第１制御ループの制御対象Ｐｒｏｃ1 の制御量ＰＶ1 に次式のような伝達関数表現で表されるノイズ処理を施して制御量ＰＶ1 のノイズを低減する（ステップ１０１）。
ＰＶ1*＝｛１／（１＋Ｔｆｓ）｝ＰＶ1 ・・・（１）
【００１２】
式（１）において、ＰＶ1*はノイズ処理後の制御量、Ｔｆはノイズフィルタ時定数である。このようにローパスフィルタに相当するノイズ処理を施すことにより、制御量ＰＶ1 のノイズを低減することができる。制御量ＰＶ1 のノイズとしては、制御量ＰＶ1 を測定する図示しないセンサによる測定ノイズ等がある。
【００１３】
続いて、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、第１制御ループ、第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループについて設定された外部設定値ＳＰ1x，ＳＰ2x，ＳＰ3x，・・・，ＳＰnxのいずれかが予め指定された対応する所定値ｄＳＰ1 ，ｄＳＰ2 ，ｄＳＰ3 ，・・・，ｄＳＰn よりも大幅に変更されたかどうかを判定する（ステップ１０４）。
【００１４】
ＳＰkx＞ＳＰkx’＋ｄＳＰk （ただし、ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）・・・（２）
ＳＰkx＜ＳＰkx’−ｄＳＰk （ただし、ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）・・・（３）
式（２）、式（３）において、ＳＰkx’は第ｋ制御ループの１制御周期前の外部設定値である。
【００１５】
ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、式（２）または式（３）が成立した場合、すなわち第ｋ（ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）制御ループの現制御周期の外部設定値ＳＰkxが１制御周期前の外部設定値ＳＰkx’に所定値ｄＳＰk を足した値より大きい場合、または外部設定値ＳＰkxが１制御周期前の外部設定値ＳＰkx’から所定値ｄＳＰk を引いた値より小さい場合、外部設定値ＳＰkxの変更量が所定値ｄＳＰk より大であると判定して、現制御周期をステップ応答の開始時点とする（ステップ１０４においてＹＥＳ）。
【００１６】
ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、ステップ１０４において判定ＹＥＳとなった場合、第１制御ループの現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ1*をステップ応答開始前の第１制御ループ制御量ＰＶ1aとし、現制御周期の外部設定値ＳＰ1xをステップ応答開始後の第１制御ループ設定値ＳＰ1bとし、第１制御ループのステップ応答の進捗度α1 を０にリセットする（ステップ１０５）。制御量ＰＶ1*をステップ応答開始前の制御量ＰＶ1aとするのは、制御量ＰＶ1*が現制御周期より前にコントローラＰＩＤ1 から出力された操作量出力ＭＶ1 に対する制御対象Ｐｒｏｃ1 の応答を示しているからである。
【００１７】
なお、動作開始後の最初の制御周期では、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、ステップ１０４，１０５の処理を実施せずに、初期化処理を行う（ステップ１０２，１０３）。すなわち、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ1*を制御量ＰＶ1aの初期値とし、現制御周期の外部設定値ＳＰ1xを設定値ＳＰ1bの初期値とし、ステップ応答進捗度α1 を０にリセットする。
【００１８】
そして、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、第１制御ループのステップ応答進捗度α1 を算出する（ステップ１０６）。ステップ応答進捗度α1 はΔα〜１の実数であり、１に近いほどステップ応答が進んでいることを示す。Δαはステップ応答進捗度補正量（例えば、０．０５）である。
【００１９】
ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、制御量ＰＶ1aと設定値ＳＰ1bとが等しい場合、ステップ応答進捗度α1 を１とする。また、制御量ＰＶ1aと設定値ＳＰ1bとが等しくない場合、制御量ＰＶ1aと設定値ＳＰ1bとノイズ処理制御量ＰＶ1*とを用いてステップ応答進捗度α1 を次式のように算出する。
α1 ＝（ＰＶ1*−ＰＶ1a）／（ＳＰ1b−ＰＶ1a）＋Δα ・・・（４）
【００２０】
さらに、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、算出したステップ応答進捗度α1 が１制御周期前のステップ応答進捗度α1’ より小さい場合、１制御周期前のステップ応答進捗度α1’ を現制御周期におけるステップ応答進捗度α1 とする。また、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1は、算出したステップ応答進捗度α1 が１より大きい場合、現制御周期におけるステップ応答進捗度α1 を１とする。ただし、最初の制御周期では、α1’ は０である。こうして、ステップ１０６の処理が終了する。
【００２１】
なお、ステップ１０１において制御量ＰＶ1 にノイズ処理を施す理由は、ステップ１０６においてステップ応答進捗度α1 を正しく算出するためである。制御量ＰＶ1 にノイズ成分が存在すると、ステップ応答進捗度α1 の算出に誤差が発生する。
【００２２】
次に、第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2は、図示しないセンサによって計測された、第２制御ループの制御対象Ｐｒｏｃ2 の制御量ＰＶ2 に次式のような伝達関数表現で表されるノイズ処理を施して制御量ＰＶ2 のノイズを低減する（ステップ１０７）。
ＰＶ2*＝｛１／（１＋Ｔｆｓ）｝ＰＶ2 ・・・（５）
式（５）において、ＰＶ2*はノイズ処理後の制御量である。
【００２３】
続いて、第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2は、第１制御ループ、第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループについて設定された外部設定値ＳＰ1x，ＳＰ2x，ＳＰ3x，・・・，ＳＰnxのいずれかが予め指定された対応する所定値ｄＳＰ1 ，ｄＳＰ2 ，ｄＳＰ3 ，・・・，ｄＳＰn よりも大幅に変更されたかどうかを判定する（ステップ１１０）。
【００２４】
第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2は、前記の式（２）または式（３）が成立した場合、外部設定値ＳＰkx（ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）の変更量が所定値ｄＳＰk より大であると判定して、現制御周期をステップ応答の開始時点とする（ステップ１１０においてＹＥＳ）。
【００２５】
第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2は、ステップ１１０において判定ＹＥＳとなった場合、第２制御ループの現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ2*をステップ応答開始前の第２制御ループ制御量ＰＶ2aとし、現制御周期の外部設定値ＳＰ2xをステップ応答開始後の第２制御ループ設定値ＳＰ2bとする（ステップ１１１）。
【００２６】
なお、動作開始後の最初の制御周期では、第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2は、ステップ１１０，１１１の処理を実施せずに、初期化処理を行う（ステップ１０８，１０９）。すなわち、第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2は、現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ2*を制御量ＰＶ2aの初期値とし、現制御周期の外部設定値ＳＰ2xを設定値ＳＰ2bの初期値とし、制御量ＰＶ2aを内部設定値ＳＰ2 の初期値とする。
【００２７】
次に、第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2は、第２制御ループの内部設定値ＳＰ2 を次式のように算出する（ステップ１１２）。
ＳＰ2 ＝（ＳＰ2’Ｔｘ＋ＳＰ2*ｄＴ ）／（Ｔｘ＋ｄＴ） ・・・（６）
ＳＰ2’ は第２制御ループの１制御周期前の内部設定値ＳＰ2 であり、最初の制御周期の場合には制御量ＰＶ2aを初期値として用いる。Ｔｘは移行時間であり、例えばＴｘ＝２Ｔｆ〜５Ｔｆとする。ｄＴは制御周期である。また、ＳＰ2*は第２制御ループの内部設定値リファレンスであり、次式のように求められる。
【００２８】
ＳＰ2*＝（ＳＰ2b−ＰＶ2a）α1 ＋ＰＶ2a ・・・（７）
以上でステップ１１２の処理が終了する。なお、ステップ１０７において制御量ＰＶ2 にノイズ処理を施す理由は、ステップ１１２において内部設定値ＳＰ2 を正しく算出するためである。
【００２９】
次に、第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3は、図示しないセンサによって計測された、第３制御ループの制御対象Ｐｒｏｃ3 の制御量ＰＶ3 に次式のような伝達関数表現で表されるノイズ処理を施して制御量ＰＶ3 のノイズを低減する（ステップ１１３）。
ＰＶ3*＝｛１／（１＋Ｔｆｓ）｝ＰＶ3 ・・・（８）
式（８）において、ＰＶ3*はノイズ処理後の制御量である。
【００３０】
続いて、第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3は、前記の式（２）または式（３）が成立するかどうかを判定する（ステップ１１６）。第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3は、ステップ１１６において式（２）または式（３）が成立して判定ＹＥＳとなった場合、第３制御ループの現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ3*をステップ応答開始前の第３制御ループ制御量ＰＶ3aとし、現制御周期の外部設定値ＳＰ3xをステップ応答開始後の第３制御ループ設定値ＳＰ3bとする（ステップ１１７）。
【００３１】
なお、動作開始後の最初の制御周期では、第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3は、ステップ１１６，１１７の処理を実施せずに、初期化処理を行う（ステップ１１４，１１５）。すなわち、第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3は、現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ3*を制御量ＰＶ3aの初期値とし、現制御周期の外部設定値ＳＰ3xを設定値ＳＰ3bの初期値とし、制御量ＰＶ3aを内部設定値ＳＰ3 の初期値とする。
【００３２】
次に、第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3は、第３制御ループの内部設定値ＳＰ3 を次式のように算出する（ステップ１１８）。
ＳＰ3 ＝（ＳＰ3’Ｔｘ＋ＳＰ3*ｄＴ ）／（Ｔｘ＋ｄＴ） ・・・（９）
ＳＰ3’ は第３制御ループの１制御周期前の内部設定値ＳＰ3 であり、最初の制御周期の場合には制御量ＰＶ3aを初期値として用いる。また、ＳＰ3*は第３制御ループの内部設定値リファレンスであり、次式のように求められる。
ＳＰ3*＝（ＳＰ3b−ＰＶ3a）α1 ＋ＰＶ3a ・・・（１０）
【００３３】
以上のようにステップ１０７〜１１２，１１３〜１１８と同様の処理を繰り返して、第ｎ−１制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Sn-1（不図示）が内部設定値ＳＰn-1 を算出し終えた後、第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Snは、図示しないセンサによって計測された、第ｎ制御ループの制御対象Ｐｒｏｃn の制御量ＰＶn に次式のような伝達関数表現で表されるノイズ処理を施して制御量ＰＶn のノイズを低減する（ステップ１５１）。
ＰＶn*＝｛１／（１＋Ｔｆｓ）｝ＰＶn ・・・（１１）
式（１１）において、ＰＶn*はノイズ処理後の制御量である。
【００３４】
続いて、第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Snは、前記の式（２）または式（３）が成立するかどうかを判定する（ステップ１５４）。第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Snは、ステップ１５４において式（２）または式（３）が成立して判定ＹＥＳとなった場合、第ｎ制御ループの現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶn*をステップ応答開始前の第ｎ制御ループ制御量ＰＶnaとし、現制御周期の外部設定値ＳＰnxをステップ応答開始後の第ｎ制御ループ設定値ＳＰnbとする（ステップ１５５）。
【００３５】
なお、動作開始後の最初の制御周期では、第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Snは、ステップ１５４，１５５の処理を実施せずに、初期化処理を行う（ステップ１５２，１５３）。すなわち、第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Snは、現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶn*を制御量ＰＶnaの初期値とし、現制御周期の外部設定値ＳＰnxを設定値ＳＰnbの初期値とし、制御量ＰＶnaを内部設定値ＳＰn の初期値とする。
【００３６】
次に、第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Snは、第ｎ制御ループの内部設定値ＳＰn を次式のように算出する（ステップ１５６）。
ＳＰn ＝（ＳＰn’Ｔｘ＋ＳＰn*ｄＴ ）／（Ｔｘ＋ｄＴ） ・・・（１２）
ＳＰn’ は第ｎ制御ループの１制御周期前の内部設定値ＳＰn であり、最初の制御周期の場合には制御量ＰＶnaを初期値として用いる。また、ＳＰn*は第ｎ制御ループの内部設定値リファレンスであり、次式のように求められる。
ＳＰn*＝（ＳＰnb−ＰＶna）α1 ＋ＰＶna ・・・（１３）
【００３７】
次に、第１のコントローラＰＩＤ1 は、次式のような伝達関数表現で表されるＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ1 を算出する（ステップ１５７）。
ＭＶ1 ＝Ｋｇ1 ｛１＋１／（Ｔｉ1 ｓ）＋Ｔｄ1 ｓ｝（ＳＰ1x−ＰＶ1 ）・・・（１４）
式（１４）において、Ｋｇ1 、Ｔｉ1 、Ｔｄ1 はそれぞれコントローラＰＩＤ1 の比例ゲイン、積分時間、微分時間である。第１のコントローラＰＩＤ1 は、算出した操作量出力ＭＶ1 を制御対象Ｐｒｏｃ1 へ出力する。
【００３８】
第２のコントローラＰＩＤ2 は、第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2から出力された内部設定値ＳＰ2 を用いて次式のような伝達関数表現で表されるＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ2 を算出する（ステップ１５８）。
ＭＶ2 ＝Ｋｇ2 ｛１＋１／（Ｔｉ2 ｓ）＋Ｔｄ2 ｓ｝（ＳＰ2 −ＰＶ2 ）・・・（１５）
式（１５）において、Ｋｇ2 、Ｔｉ2 、Ｔｄ2 はそれぞれコントローラＰＩＤ2 の比例ゲイン、積分時間、微分時間である。第２のコントローラＰＩＤ2 は、算出した操作量出力ＭＶ2 を制御対象Ｐｒｏｃ2 へ出力する。
【００３９】
第３のコントローラＰＩＤ3 は、第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3から出力された内部設定値ＳＰ3 を用いて次式のようなＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ3 を算出する（ステップ１５９）。
ＭＶ3 ＝Ｋｇ3 ｛１＋１／（Ｔｉ3 ｓ）＋Ｔｄ3 ｓ｝（ＳＰ3 −ＰＶ3 ）・・・（１６）
式（１６）において、Ｋｇ3 、Ｔｉ3 、Ｔｄ3 はそれぞれコントローラＰＩＤ3 の比例ゲイン、積分時間、微分時間である。第３のコントローラＰＩＤ3 は、算出した操作量出力ＭＶ3 を制御対象Ｐｒｏｃ3 へ出力する。
【００４０】
以上のような操作量出力の算出を順次行い、第ｎ−１のコントローラＰＩＤn-1 （不図示）が操作量出力ＭＶn-1 を算出し終えた後、第ｎのコントローラＰＩＤn は、第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Snから出力された内部設定値ＳＰn を用いて次式のようなＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶn を算出する（ステップ１９０）。
【００４１】
ＭＶn ＝Ｋｇn ｛１＋１／（Ｔｉn ｓ）＋Ｔｄn ｓ｝（ＳＰn −ＰＶn ）・・・（１７）
式（１７）において、Ｋｇn 、Ｔｉn 、Ｔｄn はそれぞれコントローラＰＩＤn の比例ゲイン、積分時間、微分時間である。第ｎのコントローラＰＩＤn は、算出した操作量出力ＭＶn を制御対象Ｐｒｏｃn へ出力する。
以上のステップ１０１〜１９０を１制御周期における処理とし、ステップ１０１〜１９０の処理を制御周期毎に繰り返す。
【００４２】
本実施の形態では、２ループ以上の制御系に対する外部からの操作として、ほぼ同時に外部設定値ＳＰ1x，ＳＰ2x，ＳＰ3x，・・・，ＳＰnxの変更を行なった後に、予め把握されている最も変化の遅い制御量（第１制御ループ）のステップ応答進捗度α1 が、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1で算出され、その結果が他の制御ループの内部設定値算出部Ｃ＿S2〜Ｃ＿Snに出力される。
【００４３】
各内部設定値算出部Ｃ＿S2〜Ｃ＿Snでは、それぞれ対応する第２〜第ｎ制御ループの制御量ＰＶ2 〜ＰＶn の進捗度を最も変化の遅い第１制御ループの制御量ＰＶ1 に同期させるために、ステップ応答進捗度α1 に基づいて第２〜第ｎ制御ループのステップ応答を抑制する方向に補正した内部設定値ＳＰ2 〜ＳＰn が算出される。
【００４４】
最も変化の遅い第１制御ループのコントローラＰＩＤ1 は、オペレータによって設定された本来の外部設定値ＳＰ1xに基づき操作量出力ＭＶ1 を算出する。
第２〜第ｎ制御ループのコントローラＰＩＤ2 〜ＰＩＤn は、補正された内部設定値ＳＰ2 〜ＳＰn に基づき操作量出力ＭＶ2 〜ＭＶn を算出する。
【００４５】
以上の構成により、第１〜第ｎ制御ループにおいて外部設定値ＳＰ1x〜ＳＰnxがほぼ同時に変更されたときに、最も変化の遅い第１制御ループ以外の制御ループのステップ応答が第１制御ループのステップ応答よりも際立って速く進むのを抑制することができ、第１制御ループ以外のコントローラＰＩＤ2 〜ＰＩＤn において、ステップ応答完了後の整定状態を維持しつつ待機する整定待機時間を削減することができる。
【００４６】
コントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤn が例えばヒータを制御して昇温制御を行う場合、従来の制御装置では、少なくとも第１制御ループのステップ応答が完了するまで、コントローラＰＩＤ2 〜ＰＩＤn は高温の整定状態を維持しつつ待機しなければならず、エネルギー消費量が大きくなる。これに対して、本実施の形態の制御装置では、コントローラＰＩＤ2 〜ＰＩＤn の整定待機時間を削減することができるので、エネルギー消費量を低減することができ、省エネルギーを実現することができる。
【００４７】
図４は各制御ループのコントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤn を独立に動作させる従来の制御装置の制御動作例を示す図、図５は本実施の形態の制御装置の制御動作例を示す図である。図４、図５は、第１制御ループの外部設定値ＳＰ1xがＳＰ1aからＳＰ1bに変更され、第２制御ループの外部設定値ＳＰ2xがＳＰ2aからＳＰ2bに変更され、第３制御ループの外部設定値ＳＰ3xがＳＰ3aからＳＰ3bに変更され、第ｎ制御ループの外部設定値ＳＰnxがＳＰnaからＳＰnbに変更されたときの制御量ＰＶ1 ，ＰＶ2 ，ＰＶ3 ，・・・，ＰＶn を求めたシミュレーション結果である。ただし、図４、図５では、第１〜第３制御ループについてのみ記載している。また、図４、図５の例では、第１制御ループを最も制御量変化の遅いループとしている。
【００４８】
図４に示すように、従来の制御装置では、第１制御ループの制御量ＰＶ1 が設定値ＳＰ1bに到達する前に第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループの制御量ＰＶ2 ，ＰＶ3 ，・・・，ＰＶn が先にＳＰ2b，ＳＰ3b，・・・，ＳＰnbに到達するので、第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループのコントローラＰＩＤ2 ，ＰＩＤ3 ，・・・，ＰＩＤn にそれぞれ整定待機時間Ｔ＿w2，Ｔ＿w3，・・・，Ｔ＿wnが発生する。
【００４９】
これに対して、本実施の形態では、図５に示すように、第１制御ループの制御量ＰＶ1 の変化に同期して第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループの制御量ＰＶ2 ，ＰＶ3 ，・・・，ＰＶn を変化させるので、第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループのコントローラＰＩＤ2 ，ＰＩＤ3 ，・・・，ＰＩＤn に整定待機時間が発生しない。
【００５０】
［実施の形態の２］
図６は本発明の第２の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。図６の制御装置は、第１〜第ｎのコントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤn と、コントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤn 毎に設けられ、第１〜第ｎ制御ループのステップ応答の進捗度を算出するステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1a 〜Ｃ＿Rna と、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1a 〜Ｃ＿Rna によって算出されたステップ応答の進捗度のうち最も遅い最遅進捗度を選択する最遅ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rmと、コントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤn 毎に設けられ、第１〜第ｎ制御ループの制御量が最遅進捗度の制御量に同期して変化するように、第１〜第ｎ制御ループの設定値を最遅進捗度に基づいて補正してコントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤn に与える制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S1a 〜Ｃ＿Sna とから構成されている。
【００５１】
実施の形態の１では、制御量変化が最も遅い制御ループを予め把握している場合に適用しているが、本実施の形態では、制御量変化が最も遅い制御ループを予め把握できない場合に適用することができる。
【００５２】
以下、本実施の形態の制御装置の動作について説明する。図７、図８は図６の制御装置の動作を示すフローチャート図である。
第１制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1a によるステップ２０１〜２０６の処理は、実施の形態の１で説明した第１制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1によるステップ１０１〜１０６の処理と殆ど同じであるので、詳細な説明は省略する。実施の形態の１と異なるのは、ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1a が設定値ＳＰ1bと制御量ＰＶ1aとを第１制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S1a へ出力する点である。
【００５３】
次に、第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、図示しないセンサによって計測された、第２制御ループの制御対象Ｐｒｏｃ2 の制御量ＰＶ2 に式（５）の伝達関数表現で表されるノイズ処理を施してノイズ処理制御量ＰＶ2*を生成する（ステップ２０７）。
【００５４】
続いて、第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、第１制御ループ、第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループについて設定された外部設定値ＳＰ1x，ＳＰ2x，ＳＰ3x，・・・，ＳＰnxのいずれかが予め指定された対応する所定値ｄＳＰ1 ，ｄＳＰ2 ，ｄＳＰ3 ，・・・，ｄＳＰn よりも大幅に変更されたかどうかを判定する（ステップ２１０）。
【００５５】
第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、前記の式（２）または式（３）が成立した場合、外部設定値ＳＰkx（ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）の変更量が所定値ｄＳＰk より大であると判定して、現制御周期をステップ応答の開始時点とする（ステップ２１０においてＹＥＳ）。
【００５６】
第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、ステップ２１０において判定ＹＥＳとなった場合、第２制御ループの現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ2*をステップ応答開始前の第２制御ループ制御量ＰＶ2aとし、現制御周期の外部設定値ＳＰ2xをステップ応答開始後の第２制御ループ設定値ＳＰ2bとし、第２制御ループのステップ応答の進捗度α2 を０にリセットする（ステップ２１１）。
【００５７】
なお、動作開始後の最初の制御周期では、第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、ステップ２１０，２１１の処理を実施せずに、初期化処理を行う（ステップ２０８，２０９）。すなわち、第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ2*を制御量ＰＶ2aの初期値とし、現制御周期の外部設定値ＳＰ2xを設定値ＳＰ2bの初期値とし、ステップ応答進捗度α2 を０にリセットする。
【００５８】
そして、第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、第２制御ループのステップ応答進捗度α2 を算出する（ステップ２１２）。第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、制御量ＰＶ2aと設定値ＳＰ2bとが等しい場合、ステップ応答進捗度α2 を１とする。また、制御量ＰＶ2aと設定値ＳＰ2bとが等しくない場合、制御量ＰＶ2aと設定値ＳＰ2bとノイズ処理制御量ＰＶ2*とを用いてステップ応答進捗度α2 を次式のように算出する。
α2 ＝（ＰＶ2*−ＰＶ2a）／（ＳＰ2b−ＰＶ2a）＋Δα ・・・（１８）
【００５９】
さらに、第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、算出したステップ応答進捗度α2 が１制御周期前のステップ応答進捗度α2’ より小さい場合、１制御周期前のステップ応答進捗度α2’ を現制御周期におけるステップ応答進捗度α2 とする。また、第２制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R2a は、算出したステップ応答進捗度α2 が１より大きい場合、現制御周期におけるステップ応答進捗度α2 を１とする。ただし、最初の制御周期では、α2’ は０である。こうして、ステップ２１２の処理が終了する。
【００６０】
次に、第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、図示しないセンサによって計測された、第３制御ループの制御対象Ｐｒｏｃ3 の制御量ＰＶ3 に式（８）の伝達関数表現で表されるノイズ処理を施してノイズ処理制御量ＰＶ3*を生成する（ステップ２１３）。
【００６１】
続いて、第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、第１制御ループ、第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループについて設定された外部設定値ＳＰ1x，ＳＰ2x，ＳＰ3x，・・・，ＳＰnxのいずれかが予め指定された対応する所定値ｄＳＰ1 ，ｄＳＰ2 ，ｄＳＰ3 ，・・・，ｄＳＰn よりも大幅に変更されたかどうかを判定する（ステップ２１６）。
【００６２】
第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、前記の式（２）または式（３）が成立した場合、外部設定値ＳＰkx（ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）の変更量が所定値ｄＳＰk より大であると判定して、現制御周期をステップ応答の開始時点とする（ステップ２１６においてＹＥＳ）。
【００６３】
第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、ステップ２１６において判定ＹＥＳとなった場合、第３制御ループの現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ3*をステップ応答開始前の第３制御ループ制御量ＰＶ3aとし、現制御周期の外部設定値ＳＰ3xをステップ応答開始後の第３制御ループ設定値ＳＰ3bとし、第３制御ループのステップ応答の進捗度α3 を０にリセットする（ステップ２１７）。
【００６４】
なお、動作開始後の最初の制御周期では、第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、ステップ２１６，２１７の処理を実施せずに、初期化処理を行う（ステップ２１４，２１５）。すなわち、第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶ3*を制御量ＰＶ3aの初期値とし、現制御周期の外部設定値ＳＰ3xを設定値ＳＰ3bの初期値とし、ステップ応答進捗度α3 を０にリセットする。
【００６５】
そして、第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、第３制御ループのステップ応答進捗度α3 を算出する（ステップ２１８）。第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、制御量ＰＶ3aと設定値ＳＰ3bとが等しい場合、ステップ応答進捗度α3 を１とする。また、制御量ＰＶ3aと設定値ＳＰ3bとが等しくない場合、制御量ＰＶ3aと設定値ＳＰ3bとノイズ処理制御量ＰＶ3*とを用いてステップ応答進捗度α3 を次式のように算出する。
α3 ＝（ＰＶ3*−ＰＶ3a）／（ＳＰ3b−ＰＶ3a）＋Δα ・・・（１９）
【００６６】
さらに、第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、算出したステップ応答進捗度α3 が１制御周期前のステップ応答進捗度α3’ より小さい場合、１制御周期前のステップ応答進捗度α3’ を現制御周期におけるステップ応答進捗度α3 とする。また、第３制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R3a は、算出したステップ応答進捗度α3 が１より大きい場合、現制御周期におけるステップ応答進捗度α3 を１とする。ただし、最初の制御周期では、α3’ は０である。こうして、ステップ２１８の処理が終了する。
【００６７】
以上のようにステップ２０７〜２１２，２１３〜２１８と同様の処理を繰り返して、第ｎ−１制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rn-1a （不図示）が第ｎ−１制御ループのステップ応答進捗度αn-1 を算出し終えた後、第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、図示しないセンサによって計測された、第ｎ制御ループの制御対象Ｐｒｏｃn の制御量ＰＶn に式（１１）の伝達関数表現で表されるノイズ処理を施してノイズ処理制御量ＰＶn*を生成する（ステップ２５１）。
【００６８】
続いて、第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、第１制御ループ、第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループについて設定された外部設定値ＳＰ1x，ＳＰ2x，ＳＰ3x，・・・，ＳＰnxのいずれかが予め指定された対応する所定値ｄＳＰ1 ，ｄＳＰ2 ，ｄＳＰ3 ，・・・，ｄＳＰn よりも大幅に変更されたかどうかを判定する（ステップ２５４）。
【００６９】
第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、前記の式（２）または式（３）が成立した場合、外部設定値ＳＰkx（ｋ＝１，２，３，・・・，ｎ）の変更量が所定値ｄＳＰk より大であると判定して、現制御周期をステップ応答の開始時点とする（ステップ２５４においてＹＥＳ）。
【００７０】
第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、ステップ２５４において判定ＹＥＳとなった場合、第ｎ制御ループの現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶn*をステップ応答開始前の第ｎ制御ループ制御量ＰＶnaとし、現制御周期の外部設定値ＳＰnxをステップ応答開始後の第ｎ制御ループ設定値ＳＰnbとし、第ｎ制御ループのステップ応答の進捗度αn を０にリセットする（ステップ２５５）。
【００７１】
なお、動作開始後の最初の制御周期では、第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、ステップ２５４，２５５の処理を実施せずに、初期化処理を行う（ステップ２５２，２５３）。すなわち、第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、現制御周期のノイズ処理制御量ＰＶn*を制御量ＰＶnaの初期値とし、現制御周期の外部設定値ＳＰnxを設定値ＳＰnbの初期値とし、ステップ応答進捗度αn を０にリセットする。
【００７２】
そして、第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、第ｎ制御ループのステップ応答進捗度αn を算出する（ステップ２５６）。第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、制御量ＰＶnaと設定値ＳＰnbとが等しい場合、ステップ応答進捗度αn を１とする。また、制御量ＰＶnaと設定値ＳＰnbとが等しくない場合、制御量ＰＶnaと設定値ＳＰnbとノイズ処理制御量ＰＶn*とを用いてステップ応答進捗度αn を次式のように算出する。
αn ＝（ＰＶn*−ＰＶna）／（ＳＰnb−ＰＶna）＋Δα ・・・（２０）
【００７３】
さらに、第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、算出したステップ応答進捗度αn が１制御周期前のステップ応答進捗度αn’ より小さい場合、１制御周期前のステップ応答進捗度αn’ を現制御周期におけるステップ応答進捗度αn とする。また、第ｎ制御量ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rna は、算出したステップ応答進捗度αn が１より大きい場合、現制御周期におけるステップ応答進捗度αn を１とする。ただし、最初の制御周期では、αn’ は０である。こうして、ステップ２５６の処理が終了する。
【００７４】
次に、最遅ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rmは、第１制御ループ、第２制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループの全てのステップ応答進捗度α1 ，α2 ，α3 ，・・・，αn から最小値（最遅制御量ステップ応答進捗度）αmin を算出して、各内部設定値算出部Ｃ＿S1a 〜Ｃ＿Sna へ出力する（ステップ２５７）。
【００７５】
すなわち、最遅ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rmは、ステップ応答進捗度α1 がステップ応答進捗度α2 より小さい場合、α1 を最小値αmin とし、α1 がα2 以上の場合、α2 を最小値αmin とする。さらに、最遅ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rmは、この最小値αmin よりステップ応答進捗度α3 が小さい場合、α3 を最小値αmin とする。以下、同様に最小値αmin とステップ応答進捗度との大小比較をαn まで繰り返して、最小値αmin を確定する。
【００７６】
次いで、第１制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S1a は、第１制御ループの内部設定値ＳＰ1 を次式のように算出する（ステップ２５８）。
ＳＰ1 ＝（ＳＰ1’Ｔｘ＋ＳＰ1*ｄＴ ）／（Ｔｘ＋ｄＴ） ・・・（２１）
ＳＰ1’ は第１制御ループの１制御周期前の内部設定値ＳＰ1 であり、最初の制御周期の場合には制御量ＰＶ1aを初期値として用いる。また、ＳＰ1*は第１制御ループの内部設定値リファレンスであり、次式のように求められる。
ＳＰ1*＝（ＳＰ1b−ＰＶ1a）αmin ＋ＰＶ1a ・・・（２２）
【００７７】
第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2a は、第２制御ループの内部設定値ＳＰ2 を次式のように算出する（ステップ２５９）。
ＳＰ2 ＝（ＳＰ2’Ｔｘ＋ＳＰ2*ｄＴ ）／（Ｔｘ＋ｄＴ） ・・・（２３）
ＳＰ2’ は第２制御ループの１制御周期前の内部設定値ＳＰ2 であり、最初の制御周期の場合には制御量ＰＶ2aを初期値として用いる。また、ＳＰ2*は第２制御ループの内部設定値リファレンスであり、次式のように求められる。
ＳＰ2*＝（ＳＰ2b−ＰＶ2a）αmin ＋ＰＶ2a ・・・（２４）
【００７８】
第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3a は、第３制御ループの内部設定値ＳＰ3 を次式のように算出する（ステップ２６０）。
ＳＰ3 ＝（ＳＰ3’Ｔｘ＋ＳＰ3*ｄＴ ）／（Ｔｘ＋ｄＴ） ・・・（２５）
ＳＰ3’ は第３制御ループの１制御周期前の内部設定値ＳＰ3 であり、最初の制御周期の場合には制御量ＰＶ3aを初期値として用いる。また、ＳＰ3*は第３制御ループの内部設定値リファレンスであり、次式のように求められる。
ＳＰ3*＝（ＳＰ3b−ＰＶ3a）αmin ＋ＰＶ3a ・・・（２６）
【００７９】
以下同様に内部設定値の算出を繰り返して、第ｎ−１制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Sn-1a （不図示）が第ｎ−１制御ループの内部設定値ＳＰn-1 を算出し終えた後、第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Sna は、第ｎ制御ループの内部設定値ＳＰn を次式のように算出する（ステップ２９０）。
ＳＰn ＝（ＳＰn’Ｔｘ＋ＳＰn*ｄＴ ）／（Ｔｘ＋ｄＴ） ・・・（２７）
【００８０】
ＳＰn’ は第ｎ制御ループの１制御周期前の内部設定値ＳＰn であり、最初の制御周期の場合には制御量ＰＶnaを初期値として用いる。また、ＳＰn*は第ｎ制御ループの内部設定値リファレンスであり、次式のように求められる。
ＳＰn*＝（ＳＰnb−ＰＶna）αmin ＋ＰＶna ・・・（２８）
【００８１】
次に、第１のコントローラＰＩＤ1 は、第１制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S1a から出力された内部設定値ＳＰ1 を用いて次式のような伝達関数表現で表されるＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ1 を算出する（ステップ２９１）。
ＭＶ1 ＝Ｋｇ1 ｛１＋１／（Ｔｉ1 ｓ）＋Ｔｄ1 ｓ｝（ＳＰ1 −ＰＶ1 ）・・・（２９）
式（２９）において、Ｋｇ1 、Ｔｉ1 、Ｔｄ1 はそれぞれコントローラＰＩＤ1 の比例ゲイン、積分時間、微分時間である。第１のコントローラＰＩＤ1 は、算出した操作量出力ＭＶ1 を制御対象Ｐｒｏｃ1 へ出力する。
【００８２】
第２のコントローラＰＩＤ2 は、第２制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S2a から出力された内部設定値ＳＰ2 を用いて式（１５）のようなＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ2 を算出する（ステップ２９２）。第２のコントローラＰＩＤ2 は、算出した操作量出力ＭＶ2 を制御対象Ｐｒｏｃ2 へ出力する。
【００８３】
第３のコントローラＰＩＤ3 は、第３制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿S3a から出力された内部設定値ＳＰ3 を用いて式（１６）のようなＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶ3 を算出する（ステップ２９３）。第３のコントローラＰＩＤ3 は、算出した操作量出力ＭＶ3 を制御対象Ｐｒｏｃ3 へ出力する。
【００８４】
以上のような操作量出力の算出を順次行い、第ｎ−１のコントローラＰＩＤn-1 （不図示）が操作量出力ＭＶn-1 を算出し終えた後、第ｎのコントローラＰＩＤn は、第ｎ制御ループ内部設定値算出部Ｃ＿Sna から出力された内部設定値ＳＰn を用いて式（１７）のようなＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶn を算出する（ステップ３２０）。第ｎのコントローラＰＩＤn は、算出した操作量出力ＭＶn を制御対象Ｐｒｏｃn へ出力する。
以上のステップ２０１〜３２０を１制御周期における処理とし、ステップ２０１〜３２０の処理を制御周期毎に繰り返す。
【００８５】
本実施の形態では、２ループ以上の制御系に対する外部からの操作として、ほぼ同時に外部設定値ＳＰ1x，ＳＰ2x，ＳＰ3x，・・・，ＳＰnxの変更を行なった後に、各制御ループのステップ応答進捗度α1 〜αn がステップ応答進捗度算出部Ｃ＿R1a 〜Ｃ＿Rna で算出され、その結果が最遅ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rmに出力される。
【００８６】
最遅ステップ応答進捗度算出部Ｃ＿Rmでは、各制御ループのステップ応答進捗度α1 〜αn の最小値、すなわち最も遅いステップ応答進捗度αmin が算出され、この最遅進捗度αmin が各制御ループの内部設定値算出部Ｃ＿S1a 〜Ｃ＿Sna に出力される。
【００８７】
各内部設定値算出部Ｃ＿S1a 〜Ｃ＿Sna では、それぞれ対応する第１〜第ｎ制御ループの制御量ＰＶ1 〜ＰＶn の進捗度を最も変化の遅い制御ループの制御量に同期させるために、最遅進捗度αmin に基づいて第１〜第ｎ制御ループのステップ応答を抑制する方向に補正した内部設定値ＳＰ1 〜ＳＰn が算出される。この際、最も遅い制御ループについても同様の処理が行われるが、設定値補正演算は、この最遅制御ループの応答速度に影響を与えない程度の処理とする。
そして、第１〜第ｎ制御ループのコントローラＰＩＤ1 〜ＰＩＤn は、補正された内部設定値ＳＰ1 〜ＳＰn に基づいて操作量出力ＭＶ1 〜ＭＶn を算出する。
【００８８】
以上の構成により、第１〜第ｎ制御ループにおいて外部設定値ＳＰ1x〜ＳＰnxがほぼ同時に変更されたときに、最も変化の遅い制御ループ以外の制御ループのステップ応答が最遅制御ループのステップ応答よりも際立って速く進むのを抑制することができ、最遅制御ループ以外のコントローラにおいて整定待機時間を削減することができ、省エネルギーを実現することができる。特に、本実施の形態では、最も変化の遅い最遅制御ループを予め把握しておく必要がなく、状況によりステップ応答速度が異なり、最遅制御ループが変わる場合でも、適切に動作させることができる。
【００８９】
図９は本実施の形態の制御装置の制御動作例を示す図である。図９は、第１制御ループの外部設定値ＳＰ1xがＳＰ1aからＳＰ1bに変更され、第２制御ループの外部設定値ＳＰ2xがＳＰ2aからＳＰ2bに変更され、第３制御ループの外部設定値ＳＰ3xがＳＰ3aからＳＰ3bに変更され、第ｎ制御ループの外部設定値ＳＰnxがＳＰnaからＳＰnbに変更されたときの制御量ＰＶ1 ，ＰＶ2 ，ＰＶ3 ，・・・，ＰＶn を求めたシミュレーション結果である。ただし、図９では、第１〜第３制御ループについてのみ記載している。また、図９の例では、第２制御ループを最も制御量変化の遅いループとしている。
【００９０】
図９から分かるように、本実施の形態を適用すれば、制御量変化が最も遅い第２制御ループの制御量ＰＶ2 の変化に同期して第１制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループの制御量ＰＶ1 ，ＰＶ3 ，・・・，ＰＶn を変化させるので、第１制御ループ、第３制御ループ、・・・、第ｎ制御ループのコントローラＰＩＤ1 ，ＰＩＤ3 ，・・・，ＰＩＤn に整定待機時間が発生しない。
なお、実施の形態の１，２では、ｎ≧４の場合について説明しているが、ｎ≧２であれば、本発明を適用できることは言うまでもない。
また、実施の形態の１，２では、全ての外部設定値を同時に変更しているが、これに限るものではなく、実施の形態の１では、ｎループ中の最遅ループを含む２ループ以上を若干タイミングをずらして変更した場合でも、効果を得ることができる。また、実施の形態の２では、ｎループ中の任意の２ループ以上を若干タイミングをずらして変更した場合でも、効果を得ることができる。
【００９１】
【発明の効果】
本発明によれば、制御量変化が最も遅い第１制御ループのステップ応答の進捗度を算出し、第１制御ループ以外の他の制御ループの制御量が第１制御ループの制御量に同期して自動的に変化するように、他の制御ループの設定値をステップ応答の進捗度に基づいて補正して対応するコントローラに与えるようにしたことにより、他の制御ループのコントローラの整定待機時間を削減することができるので、エネルギー消費量を低減することができ、省エネルギーを実現することができる。
【００９２】
また、各制御ループのステップ応答の進捗度を算出し、算出したステップ応答の進捗度のうち最も遅い最遅進捗度を選択し、各制御ループの制御量が最遅進捗度の制御量に同期して自動的に変化するように、各制御ループの設定値を最遅進捗度に基づいて補正して対応するコントローラに与えるようにしたことにより、他の制御ループのコントローラの整定待機時間を削減することができるので、エネルギー消費量を低減することができ、省エネルギーを実現することができる。また、算出したステップ応答の進捗度のうち最も遅い最遅進捗度を選択するようにしたので、最も変化の遅い最遅制御ループを予め把握しておく必要がなく、状況によりステップ応答速度が異なり、最遅制御ループが変わる場合でも、適切に動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 図１の制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図３】 図１の制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図４】 従来の制御装置の制御動作例を示す図である。
【図５】 図１の制御装置の制御動作例を示す図である。
【図６】 本発明の第２の実施の形態となる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】 図６の制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図８】 図６の制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図９】 図６の制御装置の制御動作例を示す図である。
【符号の説明】
ＰＩＤ1 〜ＰＩＤn …コントローラ、Ｐｒｏｃ1 〜Ｐｒｏｃn …制御対象、Ｃ＿R1、Ｃ＿R1a 〜Ｃ＿Rna …ステップ応答進捗度算出部、Ｃ＿S2〜Ｃ＿Sn、Ｃ＿S1a 〜Ｃ＿Sna …制御ループ内部設定値算出部、Ｃ＿Rm…最遅ステップ応答進捗度算出部。
Claims (4)
- 第１制御対象と共に第１制御ループを構成し、この第１制御ループの制御量を設定値と一致させるべく前記制御対象に操作量を出力して制御を行う第１のフィードバックコントローラと、
１つ以上の他の制御対象と共に他の制御ループを構成し、前記第１制御ループより制御量変化が速い１つ以上の前記他の制御ループの制御量を各設定値と一致させるべく対応する前記他の制御対象に操作量を出力して制御を行う１つ以上の他のフィードバックコントローラと、
前記第１制御ループのステップ応答の進捗度を算出するステップ応答進捗度算出部と、
前記他のフィードバックコントローラ毎に設けられ、対応する前記他の制御ループの制御量が前記第１制御ループの制御量に同期して変化するように、対応する前記他の制御ループの設定値を前記ステップ応答の進捗度に基づいて補正して対応する前記他のフィードバックコントローラに与える制御ループ内部設定値算出部とからなることを特徴とする制御装置。 - 複数の制御対象と共に複数の制御ループを構成し、この複数の制御ループの制御量を各設定値と一致させるべく対応する前記制御対象に操作量を出力して制御を行う複数のフィードバックコントローラと、
このフィードバックコントローラ毎に設けられ、対応する前記制御ループのステップ応答の進捗度を算出する複数のステップ応答進捗度算出部と、
このステップ応答進捗度算出部によって算出されたステップ応答の進捗度のうち最も遅い最遅進捗度を選択する最遅ステップ応答進捗度算出部と、
前記フィードバックコントローラ毎に設けられ、対応する前記制御ループの制御量が前記最遅進捗度の制御量に同期して変化するように、対応する前記制御ループの設定値を前記最遅進捗度に基づいて補正して対応する前記フィードバックコントローラに与える制御ループ内部設定値算出部とからなることを特徴とする制御装置。 - 複数の制御対象と共に複数の制御ループを構成し、この複数の制御ループの制御量を各設定値と一致させるべく対応する前記制御対象に操作量を出力して制御を行う複数のフィードバックコントローラを備えた制御装置において、
制御量変化が最も遅い第１制御ループのステップ応答の進捗度を算出し、
前記第１制御ループ以外の他の制御ループの制御量が前記第１制御ループの制御量に同期して変化するように、前記他の制御ループの設定値を前記ステップ応答の進捗度に基づいて補正して対応する前記フィードバックコントローラに与えるようにしたことを特徴とする制御方法。 - 複数の制御対象と共に複数の制御ループを構成し、この複数の制御ループの制御量を各設定値と一致させるべく対応する前記制御対象に操作量を出力して制御を行う複数のフィードバックコントローラを備えた制御装置において、
各制御ループのステップ応答の進捗度を算出し、
算出したステップ応答の進捗度のうち最も遅い最遅進捗度を選択し、
各制御ループの制御量が前記最遅進捗度の制御量に同期して変化するように、各制御ループの設定値を前記最遅進捗度に基づいて補正して対応する前記フィードバックコントローラに与えるようにしたことを特徴とする制御方法。
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