JP4729008B2 - Temperature control device - Google Patents

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Description

本発明は、ヒータにより加熱炉内の温度を変化させる際のヒータによる加熱炉内の加熱温度を制御する温度制御装置に関する。   The present invention relates to a temperature control device for controlling a heating temperature in a heating furnace by a heater when the temperature in the heating furnace is changed by the heater.

温度制御の分野においては、2自由度PID制御が広く用いられている。ここで、通常のPID制御(1自由度PID制御)においては、非特許文献1に記載されているように、同一の調整部において目標値応答と外乱応答との両方を制御しているため、目標値応答を重視すると外乱応答が遅くなってしまい、外乱応答を重視すると目標値応答が振動的になる(オーバーシュートが発生する)。これに対して、2自由度PID制御においては、非特許文献1に記載されているように、外乱応答に対してはPID部において対応するとともに、目標値応答に対してはPID部及びフィードフォワード部の両方により対応することとなり、これにより、外乱応答と目標値応答とに独立して対応することができる。   In the field of temperature control, two-degree-of-freedom PID control is widely used. Here, in the normal PID control (one-degree-of-freedom PID control), as described in Non-Patent Document 1, both the target value response and the disturbance response are controlled by the same adjustment unit. If the target value response is emphasized, the disturbance response is delayed, and if the disturbance response is emphasized, the target value response becomes oscillating (overshoot occurs). On the other hand, in the two-degree-of-freedom PID control, as described in Non-Patent Document 1, a disturbance response is handled by the PID unit, and a target value response is processed by the PID unit and feedforward. Thus, the disturbance response and the target value response can be handled independently.

より詳細には、非特許文献1に記載されている2自由度PID制御においては、PID部のパラメータを外乱応答用に調整しておき、PID部からの出力をフィードフォワード部からの出力によって抑えることにより、オーバーシュートが発生しないようにしている。これにより、フィードフォワード部のパラメータを調整することにより、外乱応答に影響を与えることなく目標値応答を自由に設定することができる。   More specifically, in the two-degree-of-freedom PID control described in Non-Patent Document 1, the parameters of the PID part are adjusted for disturbance response, and the output from the PID part is suppressed by the output from the feedforward part. This prevents overshoot. Thereby, the target value response can be freely set without affecting the disturbance response by adjusting the parameter of the feedforward unit.

さらに、非特許文献1の図9には、フィードフォワード部のパラメータα、βとオーバーシュート温度との関係が記載されており、この関係から、αが0.65程度、βが1.0程度のときに、オーバーシュート温度を最小限に抑えることができることが分かる。   Further, FIG. 9 of Non-Patent Document 1 describes the relationship between the parameters α and β of the feedforward unit and the overshoot temperature. From this relationship, α is about 0.65 and β is about 1.0. It can be seen that the overshoot temperature can be minimized.

OMRON TECHNICS Vol.28 No.4 1988 P.285〜291 「2自由度PID制御方式による温度制御」OMRON TECHNICS Vol. No. 28 4 1988 p. 285-291 “Temperature control by 2-degree-of-freedom PID control system”

ここで、非特許文献1のフィードフォワード部からの出力は、目標値に対して比例動作及び微分動作が作用したものである。そして、フィードフォワード部からの出力はαの値が大きくβの値が相対的に小さいほど比例動作の影響が大きなものとなり、αの値が小さくβの値が相対的に大きいほど、微分動作の影響が大きなものとなる。   Here, the output from the feedforward unit of Non-Patent Document 1 is obtained by applying a proportional action and a differential action to the target value. The output from the feedforward unit has a larger influence of the proportional action as the value of α is larger and the value of β is relatively smaller. As the value of α is smaller and the value of β is relatively larger, the differential action is increased. The impact will be significant.

また、2自由度PID制御による温度制御として、例えば、液晶パネル用ガラス基板焼成炉(加熱炉)などにおいては、ヒータによる焼成炉の加熱温度を制御することにより、焼成炉の温度を、一定の割合で、所定の最終目標時間で所定の最終目標温度まで上昇させ、最終目標温度で保持するような制御(ランプ制御)が広く行われている。そして、このようなランプ制御においては、温度の変化の割合を一定にするために、制御を開始してから目標時間が経過するまで間の複数の時刻に対してそれぞれ目標温度(以下途中目標温度とする)を設定し、各時刻において加熱炉の温度が対応する途中目標温度となるようにヒータによる加熱温度が制御される。   In addition, as temperature control by two-degree-of-freedom PID control, for example, in a glass substrate firing furnace (heating furnace) for a liquid crystal panel, by controlling the heating temperature of the firing furnace with a heater, the temperature of the firing furnace is kept constant. Control (ramp control) is generally performed in which the temperature is raised to a predetermined final target temperature at a predetermined final target time and held at the final target temperature. In such ramp control, in order to make the rate of temperature change constant, each of the target temperatures (hereinafter referred to as target temperature on the way) is determined for a plurality of times from the start of control until the target time elapses. And the heating temperature by the heater is controlled so that the temperature of the heating furnace becomes a corresponding intermediate target temperature at each time.

したがって、上述したようなランプ制御を2自由度PID制御により行う場合には、時間の経過とともに途中目標温度が頻繁に変更されるため、αの値が大きく(例えば、0.65)βの値が相対的に小さいと、フィードフォワード部からの出力は、途中目標温度の時間変化(途中目標温度の微分)に対する影響が小さなものとなる、すなわち、途中目標温度の変化に対する追従性が低いものとなる。その結果、加熱炉内の温度は、各時刻から遅れて対応する途中目標温度に到達することとなってしまう。   Therefore, when the lamp control as described above is performed by the two-degree-of-freedom PID control, the target temperature is frequently changed as time passes, so that the value of α is large (for example, 0.65) and the value of β Is relatively small, the output from the feedforward unit has a small effect on the temporal change in the target temperature during the course (differentiation of the target temperature in the middle), that is, the followability to the change in the target temperature is low. Become. As a result, the temperature in the heating furnace reaches the corresponding intermediate target temperature with a delay from each time.

逆に、αの値が小さく(例えば、0.1)βの値が相対的に大きいと、フィードフォワード部からの出力は、途中目標温度の時間変化に対する影響が大きなものとなる、すなわち、途中目標温度に対する追従性が高くなる。しかしながら、この場合には、非特許文献1の図9の記載から分かるようにオーバーシュートが大きくなってしまう。   On the contrary, if the value of α is small (for example, 0.1) and the value of β is relatively large, the output from the feedforward unit has a large influence on the time change of the target temperature on the way. Followability to the target temperature is improved. However, in this case, as can be seen from the description of FIG.

本発明の目的は、2自由度PID制御を用いて加熱炉の温度を制御する際に、ランプ制御における、各時刻における途中目標温度に対する追従性が高く、且つ、最終目標温度に到達した後にオーバーシュートが生じないような、温度制御装置を提供することである。   The object of the present invention is to control the temperature of the heating furnace using the two-degree-of-freedom PID control, and the lamp control has high followability with respect to the target temperature on the way at each time and is over after reaching the final target temperature. It is to provide a temperature control device that does not cause a chute.

本発明の温度制御装置は、ヒータにより加熱炉内を加熱することで、前記加熱炉内の温度を所定の最終目標時間で所定の最終目標温度まで上昇させ、前記最終目標温度で保持する際に、制御を開始してから前記最終目標時間が経過するまでの間の複数の時刻に対して、それぞれ、前記最終目標温度に到達するまでの前記加熱炉内の温度の変化が一定となるように途中目標温度を設定し、各時刻において前記加熱炉が対応する前記途中目標温度となるように、ヒータによる加熱温度の制御を、PID動作および比例要素と微分要素とを用いるフィードフォワード動作を含む目標値フィードフォワード型2自由度PID制御によって行う温度制御装置である。そして、前記最終目標温度及び前記最終目標時間から、前記最終目標温度に比例するとともに、前記最終目標時間に反比例するオーバーシュート抑制温度を算出するオーバーシュート抑制温度算出手段と、前記加熱炉の温度を検出する温度検出手段と、前記比例要素の係数αの値を決定する決定手段と、前記目標値フィードフォワード型2自由度PID制御により、前記ヒータによる加熱温度を制御する加熱温度制御手段とを備えている。前記決定手段は、前記温度検出手段において検出した前記加熱炉内の温度が、前記最終目標温度よりも前記オーバーシュート抑制温度だけ低い切り替え温度以下のときに、前記αの値を所定の第1の値に決定し、前記温度検出手段において検出した前記加熱炉内の温度が、前記切り替え温度よりも高いときに、前記αの値を前記第1の値よりも大きな第2の値に決定する(請求項1)。 The temperature control apparatus of the present invention increases the temperature in the heating furnace to a predetermined final target temperature in a predetermined final target time by heating the inside of the heating furnace with a heater, and maintains the final target temperature. The change in temperature in the heating furnace until reaching the final target temperature is constant for a plurality of times from when control is started until the final target time elapses. A target temperature including a feed forward operation using a PID operation and a proportional element and a differential element is used to control the heating temperature by a heater so that a target temperature is set on the way and the heating furnace becomes the corresponding intermediate target temperature at each time. This is a temperature control device that performs value feed forward two-degree-of-freedom PID control. Then, from the final target temperature and the final target time, overshoot suppression temperature calculation means for calculating an overshoot suppression temperature that is proportional to the final target temperature and inversely proportional to the final target time, and the temperature of the heating furnace Temperature detecting means for detecting, determining means for determining the value of the coefficient α of the proportional element, and heating temperature control means for controlling the heating temperature by the heater by the target value feedforward two-degree-of-freedom PID control. ing. The determining means sets the value of α to a predetermined first value when the temperature in the heating furnace detected by the temperature detecting means is equal to or lower than a switching temperature lower than the final target temperature by the overshoot suppression temperature. When the temperature in the heating furnace detected by the temperature detection means is higher than the switching temperature, the value of α is determined to be a second value larger than the first value ( Claim 1).

これによると、加熱炉の温度が最終目標温度よりもオーバーシュート抑制温度だけ低い温度以下のときには、αの値を所定の第1の値とすることにより、加熱炉の途中目標温度に対する追従性を向上させることができる。さらに、加熱炉の温度が最終目標温度よりもオーバーシュート抑制温度だけ低い温度よりも高くなったときにαの値を第1の値よりも大きい第2の値とすることにより、加熱炉の温度が最終目標温度に到達したときに、オーバーシュートが生じにくくなる。   According to this, when the temperature of the heating furnace is equal to or lower than the final target temperature by an overshoot suppression temperature, the value of α is set to a predetermined first value, whereby the followability to the intermediate target temperature of the heating furnace is improved. Can be improved. Furthermore, when the temperature of the heating furnace becomes higher than the temperature lower than the final target temperature by the overshoot suppression temperature, the value of α is set to a second value that is larger than the first value. When the final target temperature is reached, overshoot is less likely to occur.

また、本発明の温度制御装置においては、前記オーバーシュート抑制温度算出手段が、前記最終目標温度に比例するとともに、前記最終目標時間に反比例する値となるように、前記オーバーシュート抑制温度を算出することが好ましい(請求項2)。これによると、オーバーシュート抑制温度をこのように決定することにより、加熱炉の途中目標温度に対する追従性が確実に高くなるとともに、最終目標温度に到達した後、オーバーシュートが確実に発生しにくくなる。   In the temperature control device of the present invention, the overshoot suppression temperature calculation means calculates the overshoot suppression temperature so that the overshoot suppression temperature is a value proportional to the final target temperature and inversely proportional to the final target time. (Claim 2). According to this, by determining the overshoot suppression temperature in this way, the followability to the target temperature during the heating furnace is reliably increased, and overshoot is not easily generated after reaching the final target temperature. .

以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.

図1は、本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1に示すように、温度制御システム1は、加熱炉2及び制御装置3を備えている。温度制御システム1においては、ユーザによって入力された、加熱炉2内の最終的な目標温度である最終目標温度n、及び、制御を開始してから最終目標温度nに到達するまでの最終目標時間tに基づき、一定の割合で加熱炉2内の温度を上昇させ、最終目標時間tで加熱炉2内を最終目標温度nにするような制御を行っている(ランプ制御)。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a temperature control system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the temperature control system 1 includes a heating furnace 2 and a control device 3. In the temperature control system 1, it is input by the user, which is the final target temperature of the heating furnace 2 final target temperature n x, and the last from the start of the control until it reaches the final target temperature n x based on the target time t, the temperature is raised in the heating furnace 2 at a constant rate, and the final target time heating furnace 2 at t perform control such that the final target temperature n x (ramp control).

より詳細には、温度上昇の割合が一定となるように、制御を開始してから最終目標時間が経過するまでの間の複数の時刻t〜t(図4参照)に対して、それぞれ途中目標温度n〜n(図4参照)を設定し、各時刻t〜tにおいて対応する途中目標温度n〜nとなるように後述するヒータ12による加熱温度の制御を行っている。 More specifically, for each of a plurality of times t 1 to t 4 (see FIG. 4) from the start of control until the final target time elapses so that the rate of temperature rise is constant. The intermediate target temperatures n 1 to n 4 (see FIG. 4) are set, and the heating temperature is controlled by the heater 12 to be described later so as to become the corresponding intermediate target temperatures n 1 to n 4 at the respective times t 1 to t 4 . ing.

加熱炉2は、加熱室11、ヒータ12、温度センサ(温度検出手段)13、送風機14、冷却ファン15、排気弁16、棚17及び隔壁18を有している。加熱室11は、断熱材からなる外壁19によって囲まれた空間である。ヒータ12は加熱室11内を加熱する。温度センサ13は加熱室11内(加熱炉2内)の温度を検出する。送風機14は加熱室11内の空気を循環させることにより、加熱室11内の空気の温度を均一にする。   The heating furnace 2 includes a heating chamber 11, a heater 12, a temperature sensor (temperature detection means) 13, a blower 14, a cooling fan 15, an exhaust valve 16, a shelf 17, and a partition wall 18. The heating chamber 11 is a space surrounded by an outer wall 19 made of a heat insulating material. The heater 12 heats the inside of the heating chamber 11. The temperature sensor 13 detects the temperature in the heating chamber 11 (in the heating furnace 2). The blower 14 circulates the air in the heating chamber 11 to make the temperature of the air in the heating chamber 11 uniform.

冷却ファン15は、外壁19の図1における右下端部付近に形成された吸気口19aに設けられており、冷却ファン15を動作させることにより加熱室11に外部から空気が導入される。排気弁16は、外壁19の図1における左下端部付近に形成された排気口19bに設けられており、その上端の支持部16aを中心として回動する。冷却ファン15が動作していないときには、排気弁16は、図1の実線で示すように排気口19bを塞いでいる。そして、冷却ファン15を動作させる際には、図1の一点鎖線で示すように排気弁16を、支持部16aを中心として回動させることによって排気口19bを開放する。これにより、吸気口19aから加熱室11内に外部の空気が導入されるとともに、加熱室11内の空気が外部に排出され、加熱室11内が冷却される。   The cooling fan 15 is provided in an air inlet 19 a formed in the vicinity of the lower right end portion of the outer wall 19 in FIG. 1, and air is introduced into the heating chamber 11 from the outside by operating the cooling fan 15. The exhaust valve 16 is provided in an exhaust port 19b formed in the vicinity of the lower left end portion in FIG. 1 of the outer wall 19, and rotates around a support portion 16a at the upper end. When the cooling fan 15 is not operating, the exhaust valve 16 closes the exhaust port 19b as shown by the solid line in FIG. When the cooling fan 15 is operated, the exhaust port 19b is opened by rotating the exhaust valve 16 about the support portion 16a as shown by a one-dot chain line in FIG. Thereby, outside air is introduced into the heating chamber 11 from the intake port 19a, and air in the heating chamber 11 is discharged to the outside, and the inside of the heating chamber 11 is cooled.

棚17は、図中上下方向に沿って配列されており、各棚17に、例えば、液晶パネル用ガラス基板のような試料Pが配置される。隔壁18は、ヒータ12と棚17との間に配置されており、ヒータ12の熱が直接棚17に配置された試料Pに伝播し、試料Pの温度が急激に上昇するのを防止している。   The shelves 17 are arranged in the vertical direction in the drawing, and a sample P such as a glass substrate for a liquid crystal panel is disposed on each shelf 17. The partition wall 18 is disposed between the heater 12 and the shelf 17, and prevents the heat of the heater 12 from directly propagating to the sample P disposed on the shelf 17 to prevent the temperature of the sample P from rapidly rising. Yes.

図2は、図1の制御装置3のブロック図である。図2に示すように、制御装置3は、オーバーシュート抑制温度算出部21、α決定部22、加熱温度制御部23、冷却ファン制御部24及び送風機制御部25を有している。   FIG. 2 is a block diagram of the control device 3 of FIG. As shown in FIG. 2, the control device 3 includes an overshoot suppression temperature calculation unit 21, an α determination unit 22, a heating temperature control unit 23, a cooling fan control unit 24, and a blower control unit 25.

オーバーシュート抑制温度算出部21は、ユーザにより入力された最終目標温度nに比例するとともに最終目標時間tに反比例する、所定のオーバーシュート抑制温度nを算出する。具体的には、n=(n/t)・Aの計算を行うことにより、オーバーシュート抑制温度nを算出する。ここで、Aは、1<A<2程度の定数である。 Overshoot suppression temperature calculation unit 21 is inversely proportional to the final target time t as well as proportional to the final target temperature n x entered by the user, calculating a predetermined overshoot suppression temperature n. Specifically, the overshoot suppression temperature n is calculated by calculating n = (n x / t) · A. Here, A is a constant of about 1 <A <2.

α決定部22は、オーバーシュート抑制温度算出部21において算出されたオーバーシュート抑制温度n及び温度センサ13において検出された加熱室11の温度から、加熱温度制御部23の、後述する2自由度PID制御におけるパラメータであるαの値を決定する。具体的には、加熱室11内の温度が最終目標温度nよりもオーバーシュート抑制温度nだけ低い切り替え温度n−n以下のときには、αの値を設定可能な範囲における最小値(例えば、0、第1の値)に決定し、加熱室11内の温度が切り替え温度n−nよりも高いときにはαの値を0.65(第1の値よりも大きな第2の値)に決定する。 The α determining unit 22 uses the overshoot suppression temperature n calculated by the overshoot suppression temperature calculation unit 21 and the temperature of the heating chamber 11 detected by the temperature sensor 13, so that the heating temperature control unit 23 has a two-degree-of-freedom PID described later. The value of α which is a parameter in the control is determined. More specifically, when the temperature in the heating chamber 11 is less than the final target temperature n lower by overshoot suppressing temperature n than x switching temperature n x -n is the minimum value in the range capable of setting a value of alpha (e.g., 0, determines a first value), determines the value of α when higher than the temperature n x -n switching temperature of the heating chamber 11 to 0.65 (large second value than the first value) To do.

加熱温度制御部23は、ユーザによって入力された最終目標温度n、最終目標時間t及び温度センサ13において検出された加熱室11内の温度に基づいて、後述するように、ヒータ12による加熱室11の加熱温度を制御する。また、冷却ファン制御部24は、加熱処理が終了した後、加熱室11内を冷却する際の冷却ファン15の動作を制御する。送風機制御部25は、送風機14の動作を制御する。 The heating temperature controller 23, based on the final target temperature n x entered by the user, the final target time t and the temperature in the heating chamber 11 detected in the temperature sensor 13, as described later, the heating chamber by the heater 12 11 heating temperature is controlled. Moreover, the cooling fan control part 24 controls operation | movement of the cooling fan 15 at the time of cooling the inside of the heating chamber 11, after heat processing is complete | finished. The blower control unit 25 controls the operation of the blower 14.

図3は、図2の加熱温度制御部23による制御を示すブロック線図である。図3に示すように、加熱温度制御部23は、ブロック線図で表した場合、PID部31、フィードフォワード部32、減算器33、比例ゲイン部34、加算器35、制御対象36、減算器37によって構成されている。   FIG. 3 is a block diagram showing control by the heating temperature control unit 23 of FIG. As shown in FIG. 3, the heating temperature control unit 23, when represented by a block diagram, includes a PID unit 31, a feedforward unit 32, a subtractor 33, a proportional gain unit 34, an adder 35, a control target 36, and a subtractor. 37.

PID部31は、減算器37から入力される、最終目標温度nの値と現在の温度センサ13によって検出された加熱室11内の温度の値との差に、「1+[1/Ts)]+Ts」を乗じた値を出力する。ここで、T、Tは2自由度PID制御におけるパラメータであり、予め設定されている。また、sはラプラス変換における複素変数である。 PID unit 31 includes a subtractor 37 is input from the difference between the value of the temperature in the heating chamber 11 detected by the final target temperature n x value and the current temperature sensor 13, "1+ [1 / T 1 s)] + T 0 s ”is output. Here, T 0 and T 1 are parameters in the 2-degree-of-freedom PID control, and are set in advance. Further, s is a complex variable in Laplace transform.

フィードフォワード部32は、ユーザによって入力された目標温度(途中目標温度n〜n、最終目標温度n)の値に「α+βTs」を乗じた値を出力する。すなわち、目標温度に対して比例動作及び微分動作を作用させたものを出力する。ここで、α、βは2自由度PID制御におけるパラメータであり、αの値は、後述するように、温度センサ13において検出された加熱室11内の温度に応じてα決定部22において決定され、βの値は予め設定されている。 The feedforward unit 32 outputs a value obtained by multiplying the value of the target temperature (intermediate target temperature n 1 to n 4 , final target temperature n x ) input by the user by “α + βT 0 s”. That is, the output obtained by applying the proportional operation and the differential operation to the target temperature is output. Here, α and β are parameters in the two-degree-of-freedom PID control, and the value of α is determined by the α determination unit 22 according to the temperature in the heating chamber 11 detected by the temperature sensor 13 as described later. , Β are preset.

減算器33は、PID部31から出力された値と、フィードフォワード部32から出力された値との差を比例ゲイン部34に出力する。比例ゲイン部34は、入力された値にKを乗じた値を出力する。ここで、Kは、2自由度PID制御におけるパラメータであり、予め設定されている。 The subtractor 33 outputs the difference between the value output from the PID unit 31 and the value output from the feedforward unit 32 to the proportional gain unit 34. Proportional gain unit 34 outputs a value obtained by multiplying the K p to the input value. Here, K p is a parameter in the two-degree-of-freedom PID control, is set in advance.

加算器35は、比例ゲイン部34からの出力の値と、外乱の値σとの和を制御対象に出力する。なお、加算器35からの出力が、ヒータ12による加熱温度の操作量を示している。   The adder 35 outputs the sum of the output value from the proportional gain unit 34 and the disturbance value σ to the control target. Note that the output from the adder 35 indicates the operation amount of the heating temperature by the heater 12.

制御対象36は、図1におけるヒータ12及び温度センサ13に対応しており、加算器35から入力された値に応じてヒータ12の加熱温度を変化させたときに、温度センサ13において検出された温度を出力する。制御対象36から出力された加熱室11内の温度は、減算器37に出力される(フィードバックされる)。   The control object 36 corresponds to the heater 12 and the temperature sensor 13 in FIG. 1 and is detected by the temperature sensor 13 when the heating temperature of the heater 12 is changed according to the value input from the adder 35. Output temperature. The temperature in the heating chamber 11 output from the control object 36 is output (feedback) to the subtractor 37.

次に、本実施の形態において加熱室11内の温度を制御する方法について説明する。図4は、図1に示す温度制御システム1における途中目標温度の変化を示す図である。温度制御システム1においては、加熱室11内の温度を、最終目標時間tの間に一定の割合で最終目標温度nまで変化させるために、図4に示すように、制御を開始してから最終目標時間tが経過するまでの間の複数の時刻t〜tに対して、それぞれ途中目標温度n〜nを設定し、時間の経過とともに、図3における目標温度を変更する。具体的には、図3の目標温度として、時刻tまでは温度n、時刻t〜tの間は温度n、時刻t〜tの間は温度n、時刻t〜tの間は温度n、t以降は温度nをそれぞれ入力する。これにより、各時刻t〜tにおいて、加熱室11内の温度が、それぞれ対応する途中目標温度n〜nとなるように、ヒータ12による加熱温度が制御される。なお、図4では、途中目標温度が4つ存在する場合を例に挙げて説明したが、途中目標温度の数はこれには限られない。 Next, a method for controlling the temperature in the heating chamber 11 in the present embodiment will be described. FIG. 4 is a diagram showing a change in the midway target temperature in the temperature control system 1 shown in FIG. In the temperature control system 1, the temperature of the heating chamber 11, in order to change to the final target temperature n x at a constant rate during the final target time t, as shown in FIG. 4, from the start of the control Intermediate target temperatures n 1 to n 4 are set for a plurality of times t 1 to t 4 until the final target time t elapses, and the target temperatures in FIG. 3 are changed as time passes. Specifically, as the target temperature of the FIG. 3, the time t 1 temperature n 1 until time t 1 ~t between 2 temperature n 2, the time t 2 during ~t 3 temperature n 3, time t 3 between ~t 4 temperature n 4, t 4 later inputs a temperature n x, respectively. Thus, at each time t 1 ~t 4, the temperature in the heating chamber 11, so that each the corresponding middle target temperature n 1 ~n 4, the heating temperature by the heater 12 is controlled. In FIG. 4, the case where there are four intermediate target temperatures has been described as an example, but the number of intermediate target temperatures is not limited thereto.

図5は、図1に示す温度制御システム1において加熱炉2内の温度を制御したときの、加熱炉2内の温度の時間変化を示す図であり、(a)がαの値を0.65に固定した場合、(b)がαの値を最小値(例えば、0.1)に固定した場合、(c)が本実施の形態の場合を示している。なお、以下では、一例として、定数Aを1.37とし、ランプ制御により加熱室11内の温度を80分(最終目標時間t)で、400℃(最終目標温度n)まで上昇させる場合を例に挙げて説明する。この場合、オーバーシュート抑制温度nは、
n=(400/80)・1.37=6.85(℃)
と算出される。
FIG. 5 is a diagram showing a change over time of the temperature in the heating furnace 2 when the temperature in the heating furnace 2 is controlled in the temperature control system 1 shown in FIG. When fixed to 65, (b) indicates the case where the value of α is fixed to the minimum value (for example, 0.1), and (c) indicates the case of the present embodiment. In the following, as an example, the constant A is 1.37, 80 minutes the temperature in the heating chamber 11 by the lamp control (final target time t), where increased to 400 ° C. (final target temperature n x) An example will be described. In this case, the overshoot suppression temperature n is
n = (400/80) · 1.37 = 6.85 (° C.)
Is calculated.

上述したように2自由度PID制御により加熱室11内の温度を制御する場合、フィードフォワード部32におけるαの値が一定であると、αの値が大きく(例えば、0.65程度)βの値が相対的に小さい場合には、フィードフォワード部32からの出力は、目標温度の微分(目標温度の時間変化)の影響が小さなものとなる、すなわち、目標温度の変化に対する追従性が低いものとなる。その結果、図4に示すように、時間の経過とともに途中目標温度が頻繁に変化する場合、図5(a)に示すように、加熱室11内の温度が最終目標温度nに到達した後、さらに温度が上昇するオーバーシュートは発生しにくいが、最終目標温度nに到達するまでの各時刻における途中目標温度に対する追従性は低下してしまう(各時刻t〜tから遅れて対応する途中目標温度n〜nに到達する)。 As described above, when the temperature in the heating chamber 11 is controlled by the two-degree-of-freedom PID control, if the value of α in the feedforward unit 32 is constant, the value of α is large (for example, about 0.65). When the value is relatively small, the output from the feedforward unit 32 is less influenced by the differentiation of the target temperature (time change of the target temperature), that is, the followability to the change of the target temperature is low. It becomes. As a result, as shown in FIG. 4, it may change frequently middle target temperature with the lapse of time, as shown in FIG. 5 (a), after the temperature in the heating chamber 11 has reached the final target temperature n x In addition, overshooting in which the temperature further rises is unlikely to occur, but the followability to the intermediate target temperature at each time until the final target temperature nx is reached (corresponding with a delay from each time t 1 to t 4). it reaches halfway to the target temperature n 1 ~n 4 to).

逆に、αの値が小さくβの値が相対的に大きい場合には、フィードフォワード部32からの出力は、目標温度の時間変化に対する影響が大きなものとなる、すなわち、目標温度の時間変化に対する追従性が高いものとなる。その結果、図5(b)に示すように、最終目標温度nに到達するまでの各時刻における途中目標温度n〜nに対する追従性は高くなるが、最終目標温度nに到達した後にさらに温度が上昇するオーバーシュートが発生してしまう。 Conversely, when the value of α is small and the value of β is relatively large, the output from the feedforward unit 32 has a large influence on the time change of the target temperature. High trackability. As a result, as shown in FIG. 5 (b), trackability way at each time until it reaches the final target temperature n x with respect to the target temperature n 1 ~n 4 is increased, and reached the final target temperature n x Later, an overshoot in which the temperature rises further occurs.

これに対して、本実施の形態では、図5(c)に示すように、加熱室11内の温度が最終目標温度よりもオーバーシュート抑制温度nだけ低い切り替え温度n−n(上記例では、393.15℃)以下のときには、αの値を設定可能な範囲で最小値(例えば、0.1)に設定する。これにより、加熱室11内の温度が切り替え温度n−n(上記例では393.15℃)に到達するまでの各時刻における途中目標温度n〜nに対する追従性は高くなる。このとき、加熱室11内の温度は最終目標温度nには到達していないので、最終目標温度nよりもさらに温度が上昇するオーバーシュートが生じることはない。 In contrast, in the present embodiment, as shown in FIG. 5 (c), in the overshoot suppressing temperature n by low switching temperature n x -n (above example than the temperature in the heating chamber 11 is the final target temperature 393.15 ° C.) or less, the value of α is set to a minimum value (for example, 0.1) within a settable range. Thereby, the followability with respect to the intermediate target temperatures n 1 to n 4 at each time until the temperature in the heating chamber 11 reaches the switching temperature n x -n (393.15 ° C. in the above example) increases. At this time, the temperature in the heating chamber 11 so does not reach the final target temperature n x, it does not occur further overshoot temperature increases than the final target temperature n x.

一方、加熱室11内の温度が切り替え温度n−n(上記例では393.15℃)よりも高くなったときには、αの値を0.65に切り替える。これにより、これ以降、加熱室11内の温度の最終目標温度nに対する追従性が低くなり、加熱室11内の温度が最終目標温度nに到達したときにさらに温度が上昇するオーバーシュートが起こりにくい。 On the other hand, when the temperature in the heating chamber 11 becomes higher than the switching temperature n x -n (393.15 ° C. in the above example), the value of α is switched to 0.65. Thus, after this, following capability is reduced relative to the final target temperature n x of the temperature of the heating chamber 11, the temperature in the heating chamber 11 is further overshoot temperature rises when reaching the final target temperature n x Hard to happen.

ここで、加熱室11内の温度が、ヒータ12による加熱前の温度よりも最終目標温度nに近い切り替え温度n−nとなったときに、αの値を増加させているので、この後、加熱室11内の温度の各時刻における途中目標温度に対する追従性が低いとしても、最終目標温度nに到達するまでの間に、加熱室11内の温度が各途中目標温度から大きくずれてしまうことはない。 The temperature in the heating chamber 11, when a switching temperature n x -n close to the final target temperature n x than the temperature prior to heating by the heater 12, so that increasing the value of alpha, the After that, even if the followability of the temperature in the heating chamber 11 with respect to the intermediate target temperature at each time is low, the temperature in the heating chamber 11 greatly deviates from the intermediate target temperature until the final target temperature nx is reached. There is no end to it.

以上に説明した実施の形態によると、加熱室11内の温度が、最終目標温度nよりもオーバーシュート抑制温度nだけ低い切り替え温度n−n以下のときには、αの値を設定可能な範囲で最小値とすることにより、加熱室11内の温度の、途中目標温度の変化に対する追従性が低くなるとともに、加熱室11内の温度が切り替え温度n−nよりも高くなったときにαの値を増加させることにより、加熱室11内の温度の最終目標温度nに対する追従性が低くなるため、加熱室11内が最終目標温度n到達した後、さらに温度が上昇するオーバーシュートが生じにくくなる。したがって、加熱室11内の温度を、ランプ制御の最終目標温度及び途中目標温度に対して精度よく制御することができる。 According to the embodiment described above, the temperature of the heating chamber 11, when: only low switching temperature n x -n overshoot suppressing temperature n than the final target temperature n x, which can set the value of α range with minimum value in, the temperature of the heating chamber 11, with follow-up performance is lowered with respect to a change in the way the target temperature, when it becomes higher than the temperature n x -n switching temperature of the heating chamber 11 is α by increasing the value, for follow-up property is low relative to the final target temperature n x of the temperature of the heating chamber 11, after the heating chamber 11 has reached the final target temperature n x, further overshoot temperature increases It becomes difficult to occur. Therefore, the temperature in the heating chamber 11 can be accurately controlled with respect to the final target temperature and intermediate target temperature of the lamp control.

また、オーバーシュート抑制温度算出部21において、最終目標温度nに比例するとともに、最終目標時間tに反比例する値となるように、オーバーシュート抑制温度nを算出することにより、加熱室11内の温度のランプ制御における最終目標温度及び途中目標温度に対する追従性を確実に高くすることができる。 Further, the overshoot suppressing temperature calculation section 21, as well as proportional to the final target temperature n x, to a value that is inversely proportional to the final target time t, by calculating the overshoot suppression temperature n, of the heating chamber 11 The followability to the final target temperature and the intermediate target temperature in the ramp control of temperature can be reliably increased.

次に、本実施の形態に変更を加えた変形例について説明する。   Next, a modified example in which this embodiment is modified will be described.

本実施の形態においては、オーバーシュート抑制温度nを、最終目標温度nに比例し、最終目標時間tに反比例する値となるように決定したが、オーバーシュート抑制温度nの決定方法はこれには限られず、最終目標温度nと最終目標時間tに応じて他の方法によって決定してもよい。 In this embodiment, the overshoot suppressing temperature n, proportional to the final target temperature n x, although the final target time was determined as a value that is inversely proportional to t, the method for determining the overshoot suppression temperature n in this Is not limited, and may be determined by another method according to the final target temperature nx and the final target time t.

また、本実施の形態では、加熱室11内の温度が切り替え温度n−n以下のときにαの値を設定可能な範囲で最小値とし、加熱室11内の温度が切り替え温度n−nよりも高くなったときにαの値を0.65に決定したが、加熱室11内の温度が切り替え温度n−nよりも高いときのαの値(第2の値)が、加熱炉2内の温度が切り替え温度n−n以下のときのαの値(第1の値)よりも大きければ、αの値を他の値にしてもよい。 Further, in the present embodiment, when the temperature in the heating chamber 11 is equal to or lower than the switching temperature n x −n, the value of α is set to the minimum value within a settable range, and the temperature in the heating chamber 11 is changed to the switching temperature n x −. was determined to 0.65 the value of α when becomes higher than n, the value of α when higher than the temperature n x -n switching temperature of the heating chamber 11 (second value) is heated greater than the temperature n x -n following values of α when switching temperature in the furnace 2 (the first value), it may be the value of α to another value.

本発明における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。It is a schematic block diagram of the temperature control system which concerns on embodiment in this invention. 図1の制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the control apparatus of FIG. 図2の温度制御システムにおける制御を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the control in the temperature control system of FIG. 図1の温度制御システムにおける途中目標温度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the midway target temperature in the temperature control system of FIG. 図1の温度制御システムにより加熱室の温度制御を行った結果を示す図であり、(a)がαの値を0.65に固定した場合、(b)がαの値を最小値とした場合、(c)が本実施の形態の場合を示している。It is a figure which shows the result of having performed the temperature control of the heating chamber by the temperature control system of FIG. 1, When (a) fixes the value of (alpha) to 0.65, (b) made the value of (alpha) the minimum value. In the case, (c) shows the case of the present embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 温度制御システム
2 加熱炉
3 制御装置
11 加熱室
12 ヒータ
13 温度センサ
21 オーバーシュート抑制温度算出部
22 α決定部
23 加熱温度制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Temperature control system 2 Heating furnace 3 Control apparatus 11 Heating chamber 12 Heater 13 Temperature sensor 21 Overshoot suppression temperature calculation part 22 alpha determination part 23 Heating temperature control part

Claims (1)

ヒータにより加熱炉内を加熱することで、前記加熱炉内の温度を所定の最終目標時間で所定の最終目標温度まで上昇させ、前記最終目標温度で保持する際に、制御を開始してから前記最終目標時間が経過するまでの間の複数の時刻に対して、それぞれ、前記最終目標温度に到達するまでの前記加熱炉内の温度の変化が一定となるように途中目標温度を設定し、各時刻において前記加熱炉が対応する前記途中目標温度となるように、ヒータによる加熱温度の制御を、PID動作および比例要素と微分要素とを用いるフィードフォワード動作を含む目標値フィードフォワード型2自由度PID制御によって行う温度制御装置であって、
前記最終目標温度及び前記最終目標時間から、前記最終目標温度に比例するとともに、前記最終目標時間に反比例するオーバーシュート抑制温度を算出するオーバーシュート抑制温度算出手段と、
前記加熱炉の温度を検出する温度検出手段と、
前記比例要素の係数αの値を決定する決定手段と、
前記目標値フィードフォワード型2自由度PID制御により、前記ヒータによる加熱温度を制御する加熱温度制御手段とを備えており、
前記決定手段は、
前記温度検出手段において検出した前記加熱炉内の温度が、前記最終目標温度よりも前記オーバーシュート抑制温度だけ低い切り替え温度以下のときに、前記αの値を所定の第1の値に決定し、
前記温度検出手段において検出した前記加熱炉内の温度が、前記切り替え温度よりも高いときに、前記αの値を前記第1の値よりも大きな第2の値に決定することを特徴とする温度制御装置。
By heating the inside of the heating furnace with a heater, the temperature in the heating furnace is increased to a predetermined final target temperature in a predetermined final target time, and when the temperature is held at the final target temperature, the control is started and the For each of a plurality of times until the final target time elapses, the target temperature is set halfway so that the change in temperature in the heating furnace until reaching the final target temperature is constant, Control of the heating temperature by the heater so that the heating furnace reaches the corresponding target temperature at the time, the target value feedforward type two-degree-of-freedom PID including the PID operation and the feedforward operation using the proportional element and the differential element A temperature control device controlled by control,
From the final target temperature and the final target time, an overshoot suppression temperature calculation means that calculates an overshoot suppression temperature that is proportional to the final target temperature and inversely proportional to the final target time ;
Temperature detecting means for detecting the temperature of the heating furnace;
Determining means for determining a value of the coefficient α of the proportional element ;
A heating temperature control means for controlling the heating temperature by the heater by the target value feedforward type two-degree-of-freedom PID control ,
The determining means includes
When the temperature in the heating furnace detected by the temperature detection means is equal to or lower than the switching temperature lower than the final target temperature by the overshoot suppression temperature, the value of α is determined to be a predetermined first value,
When the temperature in the heating furnace detected by the temperature detection means is higher than the switching temperature, the value of α is determined to be a second value larger than the first value. Control device.
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