JP4119358B2 - 制御方法および制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロセス制御技術に関するものであり、特に外乱抑制制御を効果的に行うための制御方法および制御装置に関するものである。

一般的な温度制御系では、対象プロセスＰの特性を伝達関数式で近似的に記述する場合、通常は以下のような１次遅れの伝達関数が用いられる。
Ｐ＝Ｋｐｅｘｐ（−Ｌｐｓ）／（１＋Ｔｐｓ） ・・・（１）
Ｋｐはプロセスゲイン、Ｔｐはプロセス時定数、Ｌｐはプロセスむだ時間、ｓはラプラス演算子である。

式（１）の伝達関数によれば、例えば温度制御を行なうためのヒータの出力（操作量）ＭＶと温度（制御量）ＰＶとの関係は以下のようになる。
ＰＶ＝｛Ｋｐｅｘｐ（−Ｌｐｓ）／（１＋Ｔｐｓ）｝ＭＶ ・・・（２）

式（２）から明らかなように、温度ＰＶを一定値に維持するためには、ヒータ出力ＭＶを適当な一定値に維持することになる。この温度ＰＶを一定値に維持するためのヒータ出力ＭＶの値を平衡点という。図９は、式（２）に基づいて温度ＰＶとヒータ出力ＭＶの関係を示した図である。図９において、ＳＰは温度の設定値である。ヒータ出力ＭＶが図９（ｂ）のように平衡点に到達すれば、温度ＰＶも平衡状態に到達し、この平衡状態が維持される（図９（ａ））。このように、温度制御の対象プロセスＰの特性は、１次遅れの伝達関数で近似されるケースが多い。これは、通常の温度制御系では、温度ＰＶの平衡状態はほとんど変化しないと考えるのが妥当という事実に基づいている。

しかしながら、温度制御系であっても周囲環境（周囲温度）に影響されやすい系で、かつ周囲温度が少しずつ変化していく場合には、ヒータ出力ＭＶを一定値に維持していても、温度ＰＶを一定値に維持することはできない。図１０は、このような温度制御系において周囲温度が変化した場合の温度ＰＶとヒータ出力ＭＶの関係を示す図である。つまり、周囲温度に影響されやすい温度制御系において周囲温度が変化する場合には、温度ＰＶを一定値に維持するために、ヒータ出力ＭＶ（平衡点）を図１０（ｂ）のように少しずつ変化させていく必要がある。

ここで、平衡点が変化していくメカニズムを考える。温度や圧力などを一定値に維持するように制御する場合、ＰＩＤ制御が広く利用されている。ＰＩＤ制御においては、設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差Ｅｒに応じて操作量ＭＶが変化する。周囲温度が僅かに変化した場合、この変化が制御系にとっての外乱要因になり、温度（制御量）ＰＶも変化しようとするので、偏差Ｅｒが発生する。この偏差Ｅｒを補償するために、ＰＩＤコントローラで算出されるヒータ出力（操作量）ＭＶが僅かに変化する。操作量ＭＶの変化により、制御量ＰＶが設定値ＳＰに近づくので、偏差Ｅｒが零となり、操作量ＭＶが一定値で安定する。

周囲温度が少しずつ変化していく場合には、周囲温度の継続的な変化が外乱要因になり、周囲温度の変化→制御量ＰＶの変化→偏差Ｅｒの発生→操作量ＭＶの変化→制御量ＰＶの設定値ＳＰへの接近→偏差Ｅｒの解消→操作量ＭＶの安定という一連の動作が繰り返し発生することになる。ただし、実際にはこのような細かい動作が繰り返されるわけではなく、図１１（ａ）に示す若干量の定常偏差Ｅｒ＿ｃと図１１（ｂ）に示す操作量ＭＶの継続的な変化とがつり合うような形で、見かけ上の定常状態になる。この若干量の定常偏差Ｅｒ＿ｃを、以後ＰＶオフセットＥｒ＿ｃと呼ぶ。

ＰＶオフセットＥｒ＿ｃは、制御精度に関係するものであり、通常は小さいことが好ましい。ＰＶオフセットＥｒ＿ｃの大きさは、コントローラの即応性に関係する。即応性に優れたコントローラの特性を「感度が良い」とか「高感度」と言うが、例えばＰＩＤコントローラの場合、ＰＩＤパラメータを高感度（即応性重視）に調整すれば、それだけＰＶオフセットＥｒ＿ｃの発生を小さくできる。図１１（ａ）、図１１（ｂ）は低感度のＰＩＤコントローラによって発生したＰＶオフセットＥｒ＿ｃと操作量ＭＶとの関係を示しているが、より高感度のＰＩＤコントローラを使用すれば、図１２のようになる。すなわち、操作量ＭＶの変化は図１２（ｂ）に示すように低感度のＰＩＤコントローラの場合よりも速くなり、ＰＶオフセットＥｒ＿ｃが図１２（ａ）のように小さくなる。

しかし、制御の即応性を重視する場合、その代償として制御の安定性が損なわれることになり、図１３（ａ）に示すように制御量ＰＶに上下動（ハンチング）が発生しやすくなる。したがって、コントローラを高感度に調整することには限界があり、ＰＶオフセットＥｒ＿ｃを小さくすることは容易ではない。

従来、ＰＶオフセットＥｒ＿ｃを低減する方法としては、ＰＩＤコントローラにリードラグ補償（位相進み遅れ補償）要素を付加することで、制御の即応性と安定性を両立させる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１４は、特許文献１に記載されたコントローラによるＰＶオフセットＥｒ＿ｃの低減効果を示す図であり、ＰＶ１、ＭＶ１はそれぞれ特許文献１の制御による制御量、操作量である。この特許文献１のコントローラによれば、通常のＰＩＤ制御よりも高感度に調整することができるので、図１４（ｂ）に示すように操作量ＭＶ１が通常のＰＩＤ制御による操作量ＭＶよりも速く変化し、制御量ＰＶ１が設定値ＳＰに接近するため、通常のＰＩＤ制御よりもＰＶオフセットＥｒ＿ｃを小さくすることができる（図１４（ａ））。

また、ＰＶオフセットＥｒ＿ｃを低減する他の方法として、例えば半導体製造装置のように特定の時間だけ熱処理を行なうサイクルを繰り返す場合に、特定の制御条件において発生するＰＶオフセットＥｒ＿ｃの大きさを予め調べておき、このＰＶオフセットＥｒ＿ｃの分だけ設定値ＳＰをずらしておくという方法が考えられる。この設定値ＳＰに意図的に与えるずらし分を、以後ＳＰオフセットと記述する。

図１５は、設定値ＳＰにＳＰオフセットを与える方法によるＰＶオフセットＥｒ＿ｃの低減効果を示す図であり、ＳＰ２は設定値ＳＰにＳＰオフセットを与えた後の設定値、ＰＶ２、ＭＶ２はそれぞれ設定値ＳＰ２に基づくＰＩＤ制御による制御量、操作量である。設定値ＳＰにＳＰオフセットを与える方法によれば、図１５（ｂ）に示すように操作量ＭＶ２が通常のＰＩＤ制御による操作量ＭＶよりも大きくなり、制御量ＰＶ２が本来の設定値ＳＰに接近するため、通常のＰＩＤ制御よりもＰＶオフセットＥｒ＿ｃを小さくすることができる（図１５（ａ））。

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特許第３２７７４８４号公報

特許文献１に記載された技術は、制御の即応性と安定性の両立を主目的とする制御手法であるが、ＰＶオフセットＥｒ＿ｃの低減についても有効な方法である。特に、予定外のＰＶオフセットＥｒ＿ｃの発生を含め、あらゆるケースで有効性に差異が生じないところが優れている。しかしながら、ＰＶオフセットＥｒ＿ｃの低減が主目的ではないため、ＰＶオフセットＥｒ＿ｃを１５％程度減らすことはできるが、５０％〜１００％という大幅な低減を実現することができないという問題点があった。

一方、設定値ＳＰにＳＰオフセットを与えることによりＰＶオフセットＥｒ＿ｃを低減する方法では、発生するＰＶオフセットＥｒ＿ｃの大きさが既知であることが必須の条件なので、予定外のＰＶオフセットＥｒ＿ｃが発生する場合には対応することができないという問題点があり、また制御対象の特性の経時変化等が要因となってＰＶオフセットＥｒ＿ｃが時間と共に変化するような場合にも対応することができないという問題点があった。

図１６は、ＳＰオフセットを与えた設定値ＳＰ２に基づく制御中に制御対象の特性が変化した場合の制御量ＰＶ３と操作量ＭＶ３を示す図である。制御中に制御対象の特性が変化すると、図１６（ａ）に示すように制御量ＰＶ３が変化してＰＶオフセットＥｒ＿ｃが増大し、このＰＶオフセットＥｒ＿ｃの増大に応じて操作量ＭＶ３は図１５（ｂ）に示した操作量ＭＶ２よりも大きく変化する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、予定外のＰＶオフセットが発生した場合や、制御対象の特性の経時変化が要因となってＰＶオフセットが時間と共に変化するような場合にも、ＰＶオフセットを効果的に低減することができ、ＰＶオフセットによる制御精度の低下を回避することができる制御方法および制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、設定値ＳＰにＳＰオフセット量を与えることにより設定値ＳＰと制御量ＰＶとの定常偏差を低減する制御方法において、計測される制御量ＰＶに対してローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタ処理手順と、更新前のＳＰオフセット量をΔｓｐ＿ｏｌｄ、更新後のＳＰオフセット量をΔｓｐ＿ｎｅｗ、前記ローパスフィルタ処理された制御量ＰＶをＰＶ＿ｆとしたとき、Δｓｐ＿ｎｅｗ＝ＳＰ＋Δｓｐ＿ｏｌｄ−ＰＶ＿ｆによりＳＰオフセット量を更新する更新処理手順と、設定値ＳＰに前記更新後のＳＰオフセット量Δｓｐ＿ｎｅｗを加えた値と前記制御量ＰＶとの偏差に基づき操作量を算出し、この操作量を制御対象に出力する制御演算手順とを備えるものである。

また、本発明は、設定値ＳＰにＳＰオフセット量を与えることにより設定値ＳＰと制御量ＰＶとの定常偏差を低減する制御装置において、ＳＰオフセット量を記憶する記憶部と、計測される制御量ＰＶに対してローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタ処理部と、前記記憶部に記憶されている更新前のＳＰオフセット量をΔｓｐ＿ｏｌｄ、更新後のＳＰオフセット量をΔｓｐ＿ｎｅｗ、前記ローパスフィルタ処理された制御量ＰＶをＰＶ＿ｆとしたとき、Δｓｐ＿ｎｅｗ＝ＳＰ＋Δｓｐ＿ｏｌｄ−ＰＶ＿ｆにより前記記憶部に記憶されているＳＰオフセット量を更新する更新処理部と、設定値ＳＰに前記更新後のＳＰオフセット量Δｓｐ＿ｎｅｗを加えた値と前記制御量ＰＶとの偏差に基づき操作量を算出し、この操作量を制御対象に出力する制御演算部とを備えるものである。

本発明によれば、計測される制御量をローパスフィルタ処理して、ローパスフィルタ処理した制御量に基づきＳＰオフセット量を更新するようにしたので、ＳＰオフセット量を適切に更新することができ、リードラグ補償要素を付加した従来のコントローラに比べて、より効果的にＰＶオフセットを低減することができる。また、制御量の変化に応じてＳＰオフセット量を適切に更新するようにしたので、予定外のＰＶオフセットが発生した場合や、制御対象の特性の経時変化が要因となってＰＶオフセットが時間と共に変化するような場合にも対応することができ、ＰＶオフセットによる制御精度の低下を回避することができる。

また、本発明によれば、設定値と計測される制御量との偏差をローパスフィルタ処理して、ローパスフィルタ処理した偏差に基づきＳＰオフセット量を更新するようにしたので、ＳＰオフセット量を適切に更新することができ、リードラグ補償要素を付加した従来のコントローラに比べて、より効果的にＰＶオフセットを低減することができる。また、偏差の変化に応じてＳＰオフセット量を適切に更新するようにしたので、予定外のＰＶオフセットが発生した場合や、制御対象の特性の経時変化が要因となってＰＶオフセットが時間と共に変化するような場合にも対応することができ、ＰＶオフセットによる制御精度の低下を回避することができる。

また、本発明によれば、設定値と計測される制御量との偏差に基づきＳＰオフセット量を漸進的に更新するようにしたので、ＳＰオフセット量を適切に更新することができ、リードラグ補償要素を付加した従来のコントローラに比べて、より効果的にＰＶオフセットを低減することができる。また、偏差の変化に応じてＳＰオフセット量を適切に更新するようにしたので、予定外のＰＶオフセットが発生した場合や、制御対象の特性の経時変化が要因となってＰＶオフセットが時間と共に変化するような場合にも対応することができ、ＰＶオフセットによる制御精度の低下を回避することができる。

［基本原理］
まず、本発明の基本原理について説明する。図１は本発明の基本原理を説明するための図である。本発明は、基本的には設定値ＳＰにＳＰオフセット量Δｓｐを与えることによりＰＶオフセットＥｒ＿ｃを低減する手法であるが、ＳＰオフセット量Δｓｐを固定値とはせず、以下の考え方により自動調整するようにしたものである。

ここで、本来の設定値ＳＰに適切な値ではない特定のＳＰオフセット量Δｓｐが与えられているものと仮定する。この場合、制御装置が内部で扱う設定値ＳＰ’はＳＰ＋Δｓｐになる。この設定値ＳＰ’に対して発生する定常偏差Ｅｒ＿ｃが、本質的に発生しているＰＶオフセットになる。すなわち、以下の式のように設定値ＳＰ’と制御量ＰＶとの差がＰＶオフセットＥｒ＿ｃになる。
Ｅｒ＿ｃ＝ＳＰ’−ＰＶ＝（ＳＰ＋Δｓｐ）−ＰＶ＝Δｓｐ＋Ｅｒ ・・・（３）

設定値ＳＰにＳＰオフセット量Δｓｐを与える手法は、基本的にはＰＶオフセットＥｒ＿ｃの分だけ設定値ＳＰをずらせばよいのであるから、式（３）によりＰＶオフセットＥｒ＿ｃを算出して、ＰＶオフセットＥｒ＿ｃに基づきＳＰオフセット量Δｓｐを更新すればよい。

ただし、適切なＳＰオフセット量Δｓｐを推定するには、ある程度長い時間の制御状態を観測する必要がある。何故ならば、制御実行中に観測される制御偏差は、ＰＶオフセットＥｒ＿ｃによるもの以外にも、短い時間で発生する外乱（高周波外乱）による偏差が加わる。これに対して、ＰＶオフセットＥｒ＿ｃは、外乱としては低周波外乱に相当するからである。

したがって、ＳＰオフセット量Δｓｐの更新は毎制御周期に完全更新するのではなく、計測される制御量ＰＶにローパスフィルタ処理を施して式（３）によりＰＶオフセットＥｒ＿ｃを求めるか、あるいは計測される偏差Ｅｒにローパスフィルタ処理を施して式（３）によりＰＶオフセットＥｒ＿ｃを求めるようにすればよい。これらのローパスフィルタ処理としては、例えば１次遅れフィルタ処理が考えられる。また、計測される偏差Ｅｒに基づきＰＶオフセットＥｒ＿ｃが漸進的に更新されるように式（３）の算出にローパスフィルタ的な平滑化作用を与えるようにしてもよい。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について説明する。図２は本発明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の制御装置は、制御装置のオペレータによって設定された設定値ＳＰを入力する設定値ＳＰ入力部１と、図示しないセンサによって検出された制御量ＰＶを入力する制御量ＰＶ入力部２と、ＳＰオフセット量を記憶するＳＰオフセット記憶部３と、制御量ＰＶに対してローパスフィルタ処理を施すＰＶローパスフィルタ処理部４と、設定値ＳＰ、ＳＰオフセット記憶部３に記憶されているＳＰオフセット量およびローパスフィルタ処理された制御量に基づきＳＰオフセット記憶部３に記憶されているＳＰオフセット量を更新するＳＰオフセット更新処理部５と、設定値ＳＰに更新後のＳＰオフセット量を加えた値と制御量ＰＶとの偏差に基づき操作量ＭＶを算出するＰＩＤ制御演算部６と、図示しない制御対象に対して操作量ＭＶを出力する操作量ＭＶ出力部７とを有する。

以下、本実施の形態の動作について説明する。図３は本実施の形態の制御装置の動作を示すフローチャートである。
設定値ＳＰは、制御装置のオペレータによって設定され、設定値ＳＰ入力部１を介してＳＰオフセット更新処理部５およびＰＩＤ制御演算部６に入力される（図３ステップ１０１）。制御対象の制御量ＰＶは、図示しないセンサによって検出され、制御量ＰＶ入力部２を介してＰＶローパスフィルタ処理部４およびＰＩＤ制御演算部６に入力される（ステップ１０２）。

次に、ＰＶローパスフィルタ処理部４は、制御量ＰＶにローパスフィルタ処理を施した制御量ＰＶ＿ｆを出力する（ステップ１０３）。すなわち、ＰＶローパスフィルタ処理部４は、以下のような伝達関数式で表される処理を行う。
ＰＶ＿ｆ＝｛１／（１＋Ｔｆ１ｓ）｝ＰＶ ・・・（４）
式（４）において、Ｔｆ１は予め設定されたフィルタ時定数、ｓはラプラス演算子である。

ＳＰオフセット更新処理部５は、ＳＰオフセット記憶部３に記憶されているＳＰオフセット量Δｓｐ、設定値ＳＰ入力部１から入力された設定値ＳＰおよびＰＶローパスフィルタ処理部４から入力された制御量ＰＶ＿ｆに基づいて、ＳＰオフセット量Δｓｐを更新するＳＰオフセット更新処理を行う（ステップ１０４）。更新後のＳＰオフセット量をΔｓｐ＿ｎｅｗ、ＳＰオフセット記憶部３に記憶されている更新前のＳＰオフセット量をΔｓｐ＿ｏｌｄとすると、更新後のＳＰオフセット量Δｓｐ＿ｎｅｗは次式のようになる。
Δｓｐ＿ｎｅｗ＝ＳＰ＋Δｓｐ＿ｏｌｄ−ＰＶ＿ｆ ・・・（５）

ＳＰオフセット更新処理部５は、式（５）によりＳＰオフセット量Δｓｐ＿ｎｅｗを算出し、ＳＰオフセット記憶部３に記憶されているＳＰオフセット量Δｓｐ＿ｏｌｄを算出したＳＰオフセット量Δｓｐ＿ｎｅｗに更新する。

ＰＩＤ制御演算部６は、設定値ＳＰ入力部１から入力された設定値ＳＰ、制御量ＰＶ入力部２から入力された制御量ＰＶおよびＳＰオフセット記憶部３から入力された更新後のＳＰオフセット量Δｓｐ（＝Δｓｐ＿ｎｅｗ）に基づき、次式の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶを算出する（ステップ１０５）。
ＭＶ＝（１００／Ｐｂ）｛１＋（１／Ｔｉｓ）＋Ｔｄｓ｝（ＳＰ＋Δｓｐ−ＰＶ）
・・・（６）
Ｐｂ，Ｔｉ，Ｔｄは予め設定されたＰＩＤパラメータであり、Ｐｂは比例帯、Ｔｉは積分時間、Ｔｄは微分時間である。

操作量ＭＶ出力部７は、ＰＩＤ制御演算部６によって算出された操作量ＭＶを図示しない制御対象（実際にはヒータ等のアクチュエータ）に出力する（ステップ１０６）。
以上のようなステップ１０１〜１０６の処理が例えばオペレータによってＰＩＤ制御の終了が指示されるまで（ステップ１０７においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。

本実施の形態によれば、計測される制御量ＰＶをＰＶローパスフィルタ処理部４によりローパスフィルタ処理して、ローパスフィルタ処理した制御量ＰＶ＿ｆに基づきＳＰオフセット量Δｓｐを更新するようにしたので、ＳＰオフセット量Δｓｐを適切に更新することができ、リードラグ補償要素を付加した特許文献１のコントローラに比べて、より効果的にＰＶオフセットＥｒ＿ｃを低減することができる。

また、本実施の形態では、制御量ＰＶの変化に応じてＳＰオフセット量Δｓｐを適切に更新するようにしたので、予定外のＰＶオフセットＥｒ＿ｃが発生した場合や、制御対象の特性の経時変化が要因となってＰＶオフセットＥｒ＿ｃが時間と共に変化するような場合にも対応することができ、ＰＶオフセットＥｒ＿ｃによる制御精度の低下を回避することができる。

図４は本実施の形態の制御装置の効果を示す図である。本実施の形態によれば、制御中に制御対象の特性が変化すると、図４（ａ）に示すように制御量ＰＶが僅かに変化するが、この制御量ＰＶの変化に応じてＳＰオフセット量Δｓｐを変化させるので、設定値ＳＰにＳＰオフセット量Δｓｐを加えた値ＳＰ’と制御量ＰＶとの偏差が増大し、この偏差の増大に応じてＰＩＤ制御演算部６で算出される操作量ＭＶは図１６（ｂ）に示した操作量ＭＶ３よりも大きく変化する。したがって、制御量ＰＶが図１６（ａ）に示した制御量ＰＶ３のように大きく変化することはなく、ＰＶオフセットＥｒ＿ｃの増大を抑えることができる。

［第１の参考例］
次に、本発明の第１の参考例について説明する。図５は本発明の第１の参考例となる制御装置の構成を示すブロック図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。
図５の制御装置は、設定値ＳＰ入力部１と、制御量ＰＶ入力部２と、ＳＰオフセット記憶部３と、設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差Ｅｒに対してローパスフィルタ処理を施すＥｒローパスフィルタ処理部４ａと、ＳＰオフセット記憶部３に記憶されているＳＰオフセット量およびローパスフィルタ処理された偏差に基づきＳＰオフセット記憶部３に記憶されているＳＰオフセット量を更新するＳＰオフセット更新処理部５ａと、ＰＩＤ制御演算部６と、操作量ＭＶ出力部７とを有する。

以下、本参考例の動作について説明する。図６は本参考例の制御装置の動作を示すフローチャートである。ステップ２０１，２０２の処理はそれぞれ実施の形態のステップ１０１，１０２と同じである。
Ｅｒローパスフィルタ処理部４ａは、設定値ＳＰ入力部１から入力された設定値ＳＰと制御量ＰＶ入力部２から入力された制御量ＰＶの偏差Ｅｒを算出し、この偏差Ｅｒにローパスフィルタ処理を施した偏差Ｅｒ＿ｆを出力する（図６ステップ２０３）。

Ｅｒローパスフィルタ処理部４ａは、偏差Ｅｒを次式のように算出する。
Ｅｒ＝ＳＰ−ＰＶ ・・・（７）
そして、Ｅｒローパスフィルタ処理部４ａは、以下のような伝達関数式により偏差Ｅｒにローパスフィルタ処理を施した偏差Ｅｒ＿ｆを算出する。
Ｅｒ＿ｆ＝｛１／（１＋Ｔｆ２ｓ）｝Ｅｒ ・・・（８）
式（８）において、Ｔｆ２は予め設定されたフィルタ時定数である。

ＳＰオフセット更新処理部５ａは、ＳＰオフセット記憶部３に記憶されているＳＰオフセット量ΔｓｐおよびＥｒローパスフィルタ処理部４ａから入力された偏差Ｅｒ＿ｆに基づいて、ＳＰオフセット量Δｓｐを更新するＳＰオフセット更新処理を行う（ステップ２０４）。更新後のＳＰオフセット量をΔｓｐ＿ｎｅｗ、ＳＰオフセット記憶部３に記憶されている更新前のＳＰオフセット量をΔｓｐ＿ｏｌｄとすると、更新後のＳＰオフセット量Δｓｐ＿ｎｅｗは次式のようになる。
Δｓｐ＿ｎｅｗ＝Δｓｐ＿ｏｌｄ＋Ｅｒ＿ｆ ・・・（９）

ＳＰオフセット更新処理部５ａは、式（９）によりＳＰオフセット量Δｓｐ＿ｎｅｗを算出し、ＳＰオフセット記憶部３に記憶されているＳＰオフセット量Δｓｐ＿ｏｌｄを算出したＳＰオフセット量Δｓｐ＿ｎｅｗに更新する。

ステップ２０５，２０６の処理は、それぞれ実施の形態のステップ１０５，１０６と同じである。
以上のようなステップ２０１〜２０６の処理が例えばオペレータによってＰＩＤ制御の終了が指示されるまで（ステップ２０７においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。

本参考例によれば、設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差ＥｒをＥｒローパスフィルタ処理部４ａによりローパスフィルタ処理して、ローパスフィルタ処理した偏差Ｅｒ＿ｆに基づきＳＰオフセット量Δｓｐを更新するようにしたので、ＳＰオフセット量Δｓｐを適切に更新することができ、ＰＶオフセットＥｒ＿ｃを効果的に低減することができる。また、偏差Ｅｒ＿ｆの変化に応じてＳＰオフセット量Δｓｐを適切に更新するようにしたので、予定外のＰＶオフセットＥｒ＿ｃが発生した場合や、ＰＶオフセットＥｒ＿ｃが時間と共に変化するような場合にも対応することができる。

［第２の参考例］
次に、本発明の第２の参考例について説明する。図７は本発明の第２の参考例となる制御装置の構成を示すブロック図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。
図７の制御装置は、設定値ＳＰ入力部１と、制御量ＰＶ入力部２と、ＳＰオフセット記憶部３と、ＳＰオフセット記憶部３に記憶されているＳＰオフセット量および設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差Ｅｒに基づきＳＰオフセット記憶部３に記憶されているＳＰオフセット量を漸進的に更新するＳＰオフセット平滑化更新処理部５ｂと、ＰＩＤ制御演算部６と、操作量ＭＶ出力部７とを有する。

以下、本参考例の動作について説明する。図８は本参考例の制御装置の動作を示すフローチャートである。ステップ３０１，３０２の処理はそれぞれ実施の形態のステップ１０１，１０２と同じである。
ＳＰオフセット平滑化更新処理部５ｂは、設定値ＳＰ入力部１から入力された設定値ＳＰと制御量ＰＶ入力部２から入力された制御量ＰＶの偏差Ｅｒを算出し、ＳＰオフセット記憶部３に記憶されているＳＰオフセット量Δｓｐを偏差Ｅｒに基づき漸進的に更新するＳＰオフセット平滑化更新処理を行う（図８ステップ３０３）。

すなわち、ＳＰオフセット平滑化更新処理部５ｂは、式（７）により偏差Ｅｒを算出する。そして、ＳＰオフセット平滑化更新処理部５ｂは、更新後のＳＰオフセット量をΔｓｐ＿ｎｅｗ、ＳＰオフセット記憶部３に記憶されている更新前のＳＰオフセット量をΔｓｐ＿ｏｌｄとすると、更新後のＳＰオフセット量Δｓｐ＿ｎｅｗを次式のように算出する。
Δｓｐ＿ｎｅｗ＝（１．０−Ａ）Δｓｐ＿ｏｌｄ＋Ａ（Δｓｐ＿ｏｌｄ＋Ｅｒ）
・・・（１０）

式（１０）において、Ａは０．０＜Ａ＜１．０の範囲で予め設定された定数である。定数Ａの値は数学的には０．０＜Ａ＜１．０の範囲でよいが、ＳＰオフセット量Δｓｐの漸進的な更新を効果的に行うためには、０に近い値（例えばＡ＝０．０１）に設定するのがよい。
ＳＰオフセット平滑化更新処理部５ｂは、式（１０）によりＳＰオフセット量Δｓｐ＿ｎｅｗを算出し、ＳＰオフセット記憶部３に記憶されているＳＰオフセット量Δｓｐ＿ｏｌｄを算出したＳＰオフセット量Δｓｐ＿ｎｅｗに更新する。

ステップ３０４，３０５の処理は、それぞれ実施の形態のステップ１０５，１０６と同じである。
以上のようなステップ３０１〜３０５の処理が例えばオペレータによってＰＩＤ制御の終了が指示されるまで（ステップ３０６においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。

本参考例によれば、設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差Ｅｒに基づきＳＰオフセット量Δｓｐを漸進的に更新するようにしたので、ＳＰオフセット量Δｓｐを適切に更新することができ、ＰＶオフセットＥｒ＿ｃを効果的に低減することができる。また、偏差Ｅｒの変化に応じてＳＰオフセット量Δｓｐを適切に更新するようにしたので、予定外のＰＶオフセットＥｒ＿ｃが発生した場合や、ＰＶオフセットＥｒ＿ｃが時間と共に変化するような場合にも対応することができる。

なお、実施の形態および第１〜第２の参考例で説明した制御装置は、演算装置、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。

本発明は、プロセス制御技術に適用することができる。

本発明の基本原理を説明するための図である。 本発明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。 本発明の実施の形態となる制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態となる制御装置の効果を示す図である。 本発明の第１の参考例となる制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の参考例となる制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の参考例となる制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の参考例となる制御装置の動作を示すフローチャートである。 従来の温度制御系における温度とヒータ出力との関係の１例を示す図である。 従来の温度制御系における温度とヒータ出力との関係の他の例を示す図である。 低感度のコントローラによって発生したＰＶオフセットと操作量との関係を示す図である。 高感度のコントローラによって発生したＰＶオフセットと操作量との関係を示す図である。 過度に高感度なコントローラによって発生したハンチングを示す図である。 リードラグ補償要素を付加したコントローラによるＰＶオフセットの低減効果を示す図である。 設定値にＳＰオフセットを与える方法によるＰＶオフセットの低減効果を示す図である。 設定値にＳＰオフセットを与える方法の問題点を説明するための図である。

符号の説明

１…設定値ＳＰ入力部、２…制御量ＰＶ入力部、３…ＳＰオフセット記憶部、４…ＰＶローパスフィルタ処理部、４ａ…Ｅｒローパスフィルタ処理部、５、５ａ…ＳＰオフセット更新処理部、５ｂ…ＳＰオフセット平滑化更新処理部、６…ＰＩＤ制御演算部、７…操作量ＭＶ出力部。

Claims (2)

1. 設定値ＳＰにＳＰオフセット量を与えることにより設定値ＳＰと制御量ＰＶとの定常偏差を低減する制御方法において、
   計測される制御量ＰＶに対してローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタ処理手順と、
   更新前のＳＰオフセット量をΔｓｐ＿ｏｌｄ、更新後のＳＰオフセット量をΔｓｐ＿ｎｅｗ、前記ローパスフィルタ処理された制御量ＰＶをＰＶ＿ｆとしたとき、Δｓｐ＿ｎｅｗ＝ＳＰ＋Δｓｐ＿ｏｌｄ−ＰＶ＿ｆによりＳＰオフセット量を更新する更新処理手順と、
   設定値ＳＰに前記更新後のＳＰオフセット量Δｓｐ＿ｎｅｗを加えた値と前記制御量ＰＶとの偏差に基づき操作量を算出し、この操作量を制御対象に出力する制御演算手順とを備えることを特徴とする制御方法。
2. 設定値ＳＰにＳＰオフセット量を与えることにより設定値ＳＰと制御量ＰＶとの定常偏差を低減する制御装置において、
   ＳＰオフセット量を記憶する記憶部と、
   計測される制御量ＰＶに対してローパスフィルタ処理を施すローパスフィルタ処理部と、
   前記記憶部に記憶されている更新前のＳＰオフセット量をΔｓｐ＿ｏｌｄ、更新後のＳＰオフセット量をΔｓｐ＿ｎｅｗ、前記ローパスフィルタ処理された制御量ＰＶをＰＶ＿ｆとしたとき、Δｓｐ＿ｎｅｗ＝ＳＰ＋Δｓｐ＿ｏｌｄ−ＰＶ＿ｆにより前記記憶部に記憶されているＳＰオフセット量を更新する更新処理部と、
   設定値ＳＰに前記更新後のＳＰオフセット量Δｓｐ＿ｎｅｗを加えた値と前記制御量ＰＶとの偏差に基づき操作量を算出し、この操作量を制御対象に出力する制御演算部とを備えることを特徴とする制御装置。

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