JP4986559B2 - 流体の温度制御装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、流体が所定の目標温度になるように温度制御を行う、流体の温度制御装置に関する。

複数の加温槽を備え、各加温槽で流体を加熱する流体の温度制御装置が知られている（たとえば、特許文献１）。このような温度制御装置では、各加温槽の出口に温度センサを備え、目標温度に対して測定した出口温度をフィードバックして、目標温度に精度よく制御することが行われている。

また、特許文献２のように、最下流の加温槽の出口温度のみを制御し、他の加温槽については温度制御を行わず、ヒータの出力を固定とするものがある。
特開平１１−８３１７５号公報 特開平６−２５０７４３号公報

特許文献１のような温度制御装置では、加温槽の数だけ温度センサが必要となり、コストアップが避けられない。また、部品点数が増えることにより、その分故障の可能性が増し、メンテナンスコストも増える。

また、特許文献２のような温度制御装置では、最下流の加温槽しか温度制御ができないので、装置全体で見ると制御の自由度が低い。

そこで、本発明の目的は、流体の温度制御装置において、制御の自由度を損なわずに、温度センサの個数を抑制することである。

本発明の一実施態様に従う流体の温度制御装置（１）は、流体の流路の途中に直列または並列、あるいはこれらの組み合わせで配置された、加熱または冷却手段を備えた複数の流体貯留部（１５）と、前記複数の流体貯留部のうちの一部の流体貯留部の出口に設けられた出口温度センサ（１６）と、当該温度制御装置に流入する流体の入口温度を測定する入口温度センサ（１４）と、前記複数の流体貯留部のそれぞれの出口における流体の目標温度である個別目標温度を取得する手段（５１）と、前記加熱または冷却手段を持つ流体貯留部をモデル化し、前記複数の流体貯留部のうち、前記出口温度センサが備えられていない流体貯留部の出口における流体の出口温度を推定する推定手段（６）と、前記出口温度センサが設けられている流体貯留部に対しては、測定された出口温度と前記個別目標温度とに基づいて操作量を決定し、前記出口温度センサが設けられていない流体貯留部に対しては、前記推定手段で推定した推定温度と前記個別目標温度とに基づいて操作量を決定し、当該決定された操作量に基づいて、各加熱または冷却手段を操作して前記流体貯留部の出口温度を制御する制御手段（５１）と、を備える。

好適な実施形態では、前記複数の流体貯留部が、流体の流路の途中で直列に配置されている場合、前記出口温度センサは、最下流の流体貯留部の出口近傍に一つだけ設けられていてもよい。

好適な実施形態では、前記複数の流体貯留部を流れる流体の単位時間あたり流量を測定する流量センサ（１３）をさらに備え、前記流量センサが測定した単位時間あたり流量に応じて、前記推定手段におけるパラメータが定まるようにしてもよい。

好適な実施形態では、前記推定手段は、さらに、各加熱または冷却手段を持つ流体貯留部に加わる外乱の推定を行うものであってもよい。

好適な実施形態では、前記推定手段は、各加熱または冷却手段を持つ流体貯留部にそれぞれ加わる個別の外乱を推定し、前記制御手段は、各加熱または冷却手段に対するそれぞれの操作量を、前記個別の外乱で修正し、当該修正された操作量に基づいて、各加熱または冷却手段を操作して前記流体貯留部の出口温度を制御し、また、当該修正された操作量に基づいて、温度を推定するようにしてもよい。

好適な実施形態では、前記推定手段は、いずれも共通の動特性を有する、前記複数の加熱または冷却手段を持つ流体貯留部のモデルを備えるとともに、各加熱または冷却手段を持つ流体貯留部のモデルの操作量に対して加わる修正量が等しくなるように構成されていてもよい。

好適な実施形態では、前記推定手段は、いずれも共通の動特性を有する、前記複数の加熱または冷却手段を持つ流体貯留部のモデルを備えるとともに、前記複数の加熱または冷却手段を持つ流体貯留部に同一の外乱が加わるものとして、当該外乱の推定を行うものであってもよい。

本発明の他の実施態様に従う流体の温度制御方法は、流体の流路の途中に直列または並列、あるいはこれらの組み合わせで配置された、加熱または冷却手段を備えた複数の流体貯留部（１５）のそれぞれの出口における流体の目標温度である個別目標温度を取得するステップと、当該温度制御装置に流入する流体の入口温度を測定するステップと、前記複数の流体貯留部のうちの一部の流体貯留部の出口における流体の出口温度を測定するステップと、前記加熱または冷却手段を持つ流体貯留部をモデル化した推定器（６）を用いて、前記出口温度を測定しない流体貯留部の出口における流体の出口温度を推定するステップと、前記出口温度を測定した流体貯留部に対しては、測定された出口温度と前記個別目標温度とに基づいて操作量を決定するステップと、前記出口温度を測定していない流体貯留部に対しては、前記推定した推定温度と前記個別目標温度とに基づいて操作量を決するステップと、前記決定された操作量に基づいて、各加熱または冷却手段を操作して前記流体貯留部の出口温度を制御するステップと、を有する。

以下、本発明の一実施形態に係る流体の温度制御装置について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る温度制御装置１の構成を概略的に示す図である。

本温度制御装置１は、流体を貯留して、その加熱を行う第１及び第２加温槽１５ａ，１５ｂと、各加温槽１５ａ、１５ｂの制御を行う制御部５と、各加温槽１５ａ，１５ｂをモデル化した推定器６とを備える。

まず、流体の流れについて説明すると、本実施形態において、加温槽１５ａ、１５ｂは直列で、下から第１加温槽１５ａ、第２加温槽１５ｂの順に配置されている。そして、第１加温槽１５ａの下方に設けられた流入口１１から流体が流れ込む。そして、この流れ込んだ流体が、流路１０を通って第１及び第２加温槽１５ａ，１５ｂへと上方へ流れていく。そして、第１及び第２加温槽１５ａ，１５ｂによって加温された流体が、第２加温槽１５ｂの上方に設けられた流出口１９から流出する。

流入口１１近傍の流路１０には、流れ込む流体の流量を調節するための流量調節弁１２が設けられている。流量調節弁１２と第１加温槽１５ａとの間には、流量センサ１３と、入口温度センサ１４とが設けられている。

第２加温槽１５ｂから流出する流体は、流出口１９から装置外部に排出される。流出口１９の近傍に、出口温度センサ１６が設けられている。ここで、第１加温槽１５ａと第２加温槽１５ｂとをつなぐ流路１０には、出口温度センサが設けられていない。第１加温槽１５ａの出口における流体温度は、推定器６で推定する。つまり、一部の加温槽１５の出口にだけ温度センサを備え、出口に温度センサを備えていない加温槽１５については、温度を推定する。

各センサ１３，１４，１６の出力は、制御部５及び推定器６へ入力される。制御部５は、各センサ１３，１４，１６の出力、上位装置からの指令値及び推定器６の推定結果に基づいて、各加温槽１５ａ、１５ｂの温度制御を行う。制御部５及び推定器６の詳細については後述する。

なお、本実施形態では、流体の温度制御として、流体を加熱する場合について説明するが、本発明は流体を冷却する場合、あるいは流体の加熱及び冷却の両方を行う場合にも適用可能である。

また、本実施形態では、２つの加温槽を直列に接続した、直列２段の構成となっているが、段数は３段以上でもよい。さらに、複数の加温槽が並列に接続された構成であってもよいし、直列と並列とを組み合わせた構成でもよい。

さらに、本実施形態では、最下流の加温槽の出口にだけ温度センサを備えているが、推定器の成立条件である可観測性を満たしていれば、他の加温槽の出口に温度センサを備えてもよい。

図２及び図３は、加温槽１５の構成の一例を示す図である。ここで、第１及び第２加温槽１５ａ，１５ｂの構成は共通であり、特に区別する必要のないときは加温槽１５と記す。

図２は加温槽１５の縦断面図であり、図３は横断面図である。

加温槽１５は、中空の筒状の胴体２１により形成され、胴体２１の両端２２，２３は密封されている。胴体２１は、例えばガラス製でよい。さらに、胴体２１には、長手方向に６本のパイプ２４、２４，・・・が形成されている。それぞれのパイプ２４内には、胴体２１内の流体を加熱するための棒状のヒータ２５、２５，・・・が挿入されている。ヒータ２５、２５，・・・は、例えばハロゲンランプでよい。胴体２１の側面には、入口管２６及び出口管２７が設けられている。入口管２６は胴体２１の一方の端部寄り、出口管２７は他方の端部寄りに設けられている。さらに、入口管２６を下方へ向けたとき、出口管２７は上方へ向くように配置されている。

上記のような構成の加温槽１５は、入口管２６が下に向くように配置されたときに、入口管２６から胴体２１内に流れ込んだ流体が、胴体内部Ａに溜まるようになっている。このとき、胴体内部Ａの流体がヒータ２５により加熱されて、上向きの出口管２７から流れ出るようになっている。そして、本実施形態では、この加温槽１５を直列２段に接続し、流体を徐々に加熱するようになっている。

図４は、第１の実施形態に係る温度制御装置１のブロック図であり、図５は、第１の実施形態に係る推定器６ａのブロック図である。

図４に示すように、制御部５は個別制御部５１ａ、５１ｂを備え、加温槽１５ａ、１５ｂ及びその内部の流体を加熱するヒータ２５ａ、２５ｂを制御対象とする。

個別制御部５１ａには、加温槽１５ａにおいて加熱する流体の目標温度ＳＶ１と、推定器６ａで推定した温度Ｔｏｕｔ１＿ｈとの差が、入力信号として与えられる。個別制御部５１ａは、この入力信号に基づいて、操作量ＭＶ１を出力して上流側の加温槽１５ａにあるヒータ２５ａを操作する。

個別制御部５１ｂには、加温槽１５ｂにおいて加熱する流体の目標温度ＳＶ２と、出口温度センサ１６で測定した実際の出口温度Ｔｏｕｔ２との差が、入力信号として与えられる。個別制御部５１ｂは、この入力信号に基づいて操作量ＭＶ２を出力して下流側の加温槽１５ｂにあるヒータ２５ｂを操作する。

本実施形態に係る推定器６ａは、図５に示すように、入口温度Ｔｉｎ、操作量ＭＶ１，ＭＶ２及び実測した加温槽１５ｂの出口温度Ｔｏｕｔ２を入力として、加温槽１５ａの出口温度の推定値Ｔｏｕｔ１＿ｈを出力する。この推定器６ａをブロック図で表すと図５Ｂのようになる。同図において、推定器６ａのモデルパラメータＡ，Ｂ，Ｃ及び推定器ゲインＬを適切に定めることにより、出口温度Ｔｏｕｔ１＿ｈ、Ｔｏｕｔ２＿ｈを推定できる。

本実施形態により、加温槽の出口温度を検出するセンサを一部省略しても、出口温度を推定して、流体温度を制御することができる。

本実施形態に係る推定器６ａを、一般式を用いて説明すると、以下の通りである。

ｍ入力、ｌ出力の制御対象のモデルは、以下の式（１）で表される。

ここで、（Ｃ，Ａ）が可観測であれば推定器が構成でき、ｘの推定値をｘ＿ｈとすれば、式（２）で表される。

ところで、第１の実施形態のような推定器を用いて出口温度Ｔｏｕｔ１＿ｈを推定する場合、推定器６のモデルパラメータを、制御対象の実パラメータと完全に一致するように定めることは難しく、モデル化誤差が生じる。また、現実の制御対象には、何らかの外乱が加わっている場合もある。このような場合、推定器は正しい温度を推定することができず、制御部は誤差を含んだ推定温度を目標温度に追従させようとするために、最終的な目標温度に対してオフセットが残ってしまうことがある。そこで、以下に説明する第２〜第４の実施形態では、推定器６を設計する際に、モデルパラメータを厳密に一致させなくても、オフセットを除去できるような手法を採用している。

まず、第２の実施形態では、第１の実施形態とは推定器の構成が異なる。すなわち、第２の実施形態では、モデル化誤差及び現実の外乱をまとめて「仮想的な外乱」として推定し、これを差し引くことによって相殺している。図６を用いて、基本的な考え方を説明する。

外乱の存在を仮定したとき、制御対象及び推定器を一般的なブロック図で示すと、図６に示すようになる。ここで、仮想的な外乱が、制御対象の入力にステップ状に加わると仮定し、仮想的な外乱を考慮したモデルを構築すると、推定器は温度の推定と同時に外乱の推定を行うことができる。このブロック図において、推定器で推定された外乱ｄ＿ｈを入力信号ｕから差し引くことにより、制御対象及び推定器モデルに加わる外乱が相殺され、制御対象は推定器モデルと等価な挙動を示し、正確な出口温度を推定することができるようになる。

図７及び図８は、上記のような考え方に基づいて設計された、第２の実施形態に係る温度制御装置１のブロック図と、推定器６ｂのブロック図である。

すなわち、図７に示すように、制御対象Ａにおいて、入力温度Ｔｉｎ，個別制御部５１ａ、５１ｂからの操作量ＭＶ１，ＭＶ２に対して、それぞれ仮想的な外乱ｄ１〜ｄ３の存在が仮定されている。そこで、図８に示す推定器６ｂは、第１の実施形態の場合と同様に加温槽１５の出口温度Ｔｏｕｔ１＿ｈ、Ｔｏｕｔ２＿ｈを推定する。さらに本実施形態の推定器６ｂは、これに加えて、それぞれの外乱ｄ１＿ｈ〜ｄ３＿ｈを推定する。そして、図８ｂに示すように、推定された外乱は、推定器６ｂ内で、入力温度Ｔｉｎ及び操作量ＭＶ１，ＭＶ２に加えられている。さらに、入力温度Ｔｉｎ，個別制御部５１からの操作量ＭＶ１，ＭＶ２から、推定された外乱ｄ１＿ｈ〜ｄ３＿ｈを引いた値が、実際の制御対象Ａへの修正された操作量となる。

これにより、モデル化誤差及び外乱がキャンセルされ、加温槽１５ａの出口温度を正確に推定することができ、その結果、本実施形態でも、より容易かつ正確に流体を目標温度に制御することができる。

本実施形態に係る推定器６ｂを、一般式を用いて説明すると、以下の通りである。

ｍ入力、ｌ出力の制御対象のモデルは、上述した式（１）で表される。

ここで、ステップ状外乱ｄ（ｍ×１）＝[d₁ d₂ … d_m]^Tがすべての入力に加わると考えると外乱をモデルに含めた拡大系は式（３）（４）で表される。

ここで、

が可観測であれば推定器が構成でき、ｘ、ｄの推定値をそれぞれｘ＿ｈ、ｄ＿ｈ、推定器ゲインをＬｘ，Ｌｄとすれば、式（５）で表される。

ここで、モデルパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，及び推定器ゲインＬは、いずれも流量の関数として表すことができる。従って、モデルパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，及び推定器ゲインＬは、流量センサ１３が測定した単位時間あたりの流入量に基づいて定まる。これは、すべての実施形態において共通である。

つぎに、第３の実施形態について説明する。

本実施形態では、例えば、複数の加温槽が直列に接続されており、各加温槽では、同じ上昇温度ΔＴ℃を持つそれぞれの目標値に加熱されるような場合について考える。例えば、図４のような構成を備えた温度制御装置において、入口温度２０℃、加温槽１５ａの目標温度が３０℃、加温槽１５ｂの目標温度（最終目標温度）が４０℃であるような場合である。このとき、制御部５は、各ヒータ２５ａ、２５ｂに対しては等しい操作量を出力して、各ヒータ２５ａ、２５ｂを同じように動作させる必要がある。

ところが、加温槽１５ａの出口温度の推定値に誤差があると、各ヒータ２５ａ、２５ｂへの操作量がばらつき、その結果、最終目標温度に到達できずオフセットが残ってしまうことがある。例えば２つのヒータで加熱する場合を考えると、下流のヒータ２５ｂは１００％の出力で加熱しているが、流体の温度は最終目標温度に到達していない。このとき、上流のヒータ２５ａは８０％の出力を出したところで、誤差を持った推定温度が目標温度に到達してしまうと、上流のヒータ２５ａは８０％の出力のままで維持され、残り２０％の能力を持ちながら、さらなる加熱ができない。

そこで、本実施形態では、図９にブロック図で示すような推定器６ｃを、以下のような条件で設計する。すなわち、本実施形態では、複数の加温槽１５ａ，１５ｂの加熱温度幅が等しいとき、各ヒータ２５ａ，２５ｂに対して与える操作量ＭＶ１，ＭＶ２を、常に等しくする必要がある点に着目する。つまり、本実施形態では、すべての加温槽が共通の動特性を持つものとしてモデル化（モデル１，２）するとともに、同一の操作量に対しては同一の温度を推定するように推定器を設計する。

この結果、現実の出口温度と推定温度とが一致せず、修正動作が加わる場合には、すべての加温槽のモデルに同じ修正動作が加わるので、同一の入力に対しては常に同じ温度が推定されることになる。従って、常に操作量が等しくなり、オフセットをなくすことができる。

つまり、上述の設計方針は、図９のブロック図において、ゲインＬ_１＝Ｌ_２となるように設計することを意味する。これにより、推定される出口温度Ｔｏｕｔ１＿ｈには、依然として誤差が残るが、各加温槽１５ａ，１５ｂのモデルが共通であり、かつ同一量の誤差修正が行われるため、各ヒータ２５ａ，２５ｂに対する操作量ＭＶ１，ＭＶ２が等しくなる。その結果、最終目標温度に対するオフセットを解消することが可能となり、より容易かつ正確に流体を目標温度に制御することができる。

なお、第３の実施形態に係る温度制御装置１のブロック図、及び推定器６ｃのブロック図は、それぞれ、図４及び図５に示す第１の実施形態と同じものとなり、推定器のゲインが上述のように定められる。

本実施形態に係る推定器６ｃを、一般的な式を用いて説明すると、以下の通りである。

ｍ入力、ｌ出力の制御対象のモデルは、上述した式（１）で表される。ここで、（Ｃ，Ａ）が可観測であれば推定器を構成でき、ｘの推定値ｘ＿ｈは、式（６）で表される。

ここで、
入力ｕ＝[Ｔ_ｉｎ ＭＶ_１ ＭＶ_２ … ＭＶ_ｍ−１]^Ｔ …（７）
推定器ゲインＬ＝[L₁ L₂ … L_m−１]^Ｔ …（８）
のとき、推定器ゲインを
L₂ ＝ L₃ ＝ …＝ L_m−１ …（９）
となるように設計する。

次に、第４の実施形態について説明する。本実施形態は、第３の実施形態の考え方に、さらに外乱を取り入れた実施形態である。

図１０に、第４の実施形態に係る制御対象及び推定器６ｅのブロック図を示す。すなわち、本実施形態は、制御対象のすべての入力に対して等しい仮想的な外乱ｄが加わったものと仮定して、各加温槽１５ａ，１５ｂをモデル化し（モデル１，２）、出口温度及び外乱を推定するものである。ここで重要なのは、修正項が第３の実施形態では推定器ゲインによる推定誤差のフィードバックのみであったのに対して、本実施形態では、外乱を推定することによって修正項による積分要素６１ｅが負荷されている点である。

これにより、本実施形態では、各モデル１，２の操作量に、この推定誤差の積分値に基づく修正が等しくかかるため、第３の実施形態のように推定器ゲインを等しくするように設計する手間が要らない。なお、本実施形態では、第２の実施形態と異なり、ヒータ２５ａ、２５ｂへの操作量ＭＶ１，ＭＶ２から、推定した仮想的な外乱ｄを差し引かない。

第４の実施形態に係る温度制御装置１のブロック図、及び推定器６ｅのブロック図を、図１１及び図１２に示す。

図１１に示すように、制御対象Ａにおいて、入力温度Ｔｉｎ，個別制御部５１ａ、５１ｂからの操作量ＭＶ１，ＭＶ２に対して、それぞれ共通の外乱ｄの存在が仮定されている。そこで、図１２Ａに示す推定器６ｅは、加温槽１５の出口温度Ｔｏｕｔ１＿ｈ、Ｔｏｕｔ２＿ｈを推定する。さらに本実施形態の推定器６ｅは、上述した積分要素６１ｅを備えた構成となっており、現実の出口温度Ｔｏｕｔ２と推定値Ｔｏｕｔ２＿ｈとの誤差の積分値を求め、これを外乱ｄ＿ｈと推定する。そして、図１２Ｂに示すように、推定された外乱ｄ＿ｈは、推定器６ｅ内で、入力温度Ｔｉｎ及び操作量ＭＶ１，ＭＶ２に加えられている。

これにより、第３の実施形態のようにゲインが同じになるように推定器を設計しなくても、修正された操作量は常に同一となり、推定温度誤差に起因する、最終目標温度に対するオフセットを取り除くことができる。さらに、積分値である外乱ｄ＿ｈにより操作量が調整されるので、第３の実施形態のときのように、応答性や安定性の制約を受けることなく設計できる。

次に、本実施形態に係る推定器６ｅを、一般的な式を用いて説明すると、以下の通りである。

ｍ入力、ｌ出力の制御対象のモデルは、上述した式（１）で表される。ここで、（Ｃ，Ａ）が可観測であれば推定器を構成でき、ｘの推定値ｘ＿ｈは、式（６）で表される。
ここで、同じ外乱d：1×1がすべての入力に加わると考えると、外乱をモデルに含めた拡大系は式（１０）（１１）で表される。

このとき、

が可観測であれば推定器が構成でき、ｘ、ｄの推定値をそれぞれｘ＿ｈ、ｄ＿ｈ、推定器ゲインをLｘ、Lｄとすれば、式（１２）で表される。

つぎに、図１３は、上述した温度制御装置１の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順は、特に各実施形態の個別の事情に言及する場合を除き、上述した各実施形態に共通である。同図を参照しながらこの処理手順について説明する。

まず、制御部５の初期化を行った後、制御を開始する（Ｓ１１、Ｓ１２）。

次に、流量センサ１３，入口温度センサ１４及び出口温度センサ１６が測定した単位時間あたりの流量、入口温度Ｔｉｎ，及び出口温度Ｔｏｕｔ２を取得するとともに、制御部５が決定する操作量ＭＶ１，ＭＶ２を取得する（Ｓ１３）。この操作量ＭＶ１，ＭＶ２は、以下に説明するステップＳ１６で算出される。

ここで、流量に応じて推定器６のパラメータを調整した後（Ｓ１４）、推定器６が、入口温度Ｔｉｎ，最終出口温度Ｔｏｕｔ２、及び操作量ＭＶ１，ＭＶ２を入力として、推定を行う（Ｓ１５）。推定する値は、既に述べた通り、各実施形態により予め定められている。

そして、各加温槽１５ａ、１５ｂの出口の目標温度ＳＶ１，ＳＶ２と、実測した出口温度Ｔｏｕｔ２または推定した出口温度Ｔｏｕｔ１＿ｈとの温度偏差を算出して、各個別制御部５１が操作量ＭＶ１，ＭＶ２を算出する（Ｓ１６，Ｓ１７）。そして、この操作量ＭＶ１，ＭＶ２をヒータ２５ａ、２５ｂへ出力する（Ｓ１８）。ここで、第２の実施形態では、推定器が算出した外乱ｄ＿ｈが、Ｔｉｎ，ＭＶ１，ＭＶ２から差し引かれる。

上述した本発明に係る各実施形態によれば、流体の温度制御装置において、制御の自由度を損なわずに、温度センサの個数を抑制することができる。

上述した本発明の実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

本発明の一実施形態に係る温度制御装置１の構成を概略的に示す図である。 加温槽１５の縦断面図である。 加温槽１５の横断面図である。 第１の実施形態に係る温度制御装置１のブロック図である。 第１の実施形態に係る推定器６ａのブロック図である。 第２の実施形態の設計方針の説明図である。 第２の実施形態に係る温度制御装置１のブロック図である。 第２の実施形態に係る推定器６ｂのブロック図である。 第３の実施形態に係る温度制御装置１のブロック図である。 第４の実施形態に係る温度制御装置１のブロック図である。 第４の実施形態に係る温度制御装置１のブロック図である。 第４の実施形態に係る推定器６ｅのブロック図である。 本実施形態に係る温度制御装置１の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 温度制御装置
５ 制御部
６ 推定器
１０ 流路
１１ 流入口
１２ 流量調節弁
１３ 流量センサ
１４ 入口温度センサ
１５ａ，１５ｂ 加温槽
１６ 出口温度センサ
１９ 流出口
２５ａ，２５ｂ ヒータ
５１ａ、５１ｂ 個別制御部

Claims (7)

1. 流体の温度制御を行う温度制御装置（１）であって、
   流体の流路の途中に直列または並列、あるいはこれらの組み合わせで配置された、加熱または冷却手段を備えた複数の流体貯留部（１５）と、
   前記複数の流体貯留部のうちの一部の流体貯留部の出口に設けられた出口温度センサ（１６）と、
   当該温度制御装置に流入する流体の入口温度を測定する入口温度センサ（１４）と、
   前記複数の流体貯留部のそれぞれの出口における流体の目標温度である個別目標温度を取得する手段（５１）と、
   前記加熱または冷却手段を持つ流体貯留部をモデル化し、前記出口温度センサが備えられていない流体貯留部の出口温度および前記出口温度センサが備えられている流体貯留部の出口温度を前記モデルで算出し、前記出口温度センサが備えられている流体貯留部の測定された出口温度と前記モデルで算出された前記出口温度センサが備えられている流体貯留部の出口温度との差を前記モデルに入力される入口温度および操作量にフィードバックすることにより、前記モデルで算出された前記出口温度センサが備えられていない流体貯留部の出口温度に修正を加え、前記複数の流体貯留部のうち、前記出口温度センサが備えられていない流体貯留部の出口における流体の出口温度を推定する推定手段（６）と、
   前記出口温度センサが設けられている流体貯留部に対しては、測定された出口温度と前記個別目標温度とに基づいて操作量を決定し、前記出口温度センサが設けられていない流体貯留部に対しては、前記推定手段で推定した推定温度と前記個別目標温度とに基づいて操作量を決定し、当該決定された操作量に基づいて、各加熱または冷却手段を操作して前記流体貯留部の出口温度を制御する制御手段（５１）と、を備える流体の温度制御装置。
2. 前記複数の流体貯留部が、流体の流路の途中で直列に配置されている場合、
   前記出口温度センサは、最下流の流体貯留部の出口近傍に一つだけ設けられていることを特徴とする請求項１記載の流体の温度制御装置。
3. 前記推定手段は、さらに、前記加熱または冷却手段を持つ流体貯留部の入口温度および該流体貯留部に入力される操作量に外乱が加わると仮定して外乱を状態量として考慮したモデルを使用し、前記出口温度センサが備えられていない流体貯留部の出口温度および前記出口温度センサが備えられている流体貯留部の出口温度および前記外乱を前記モデルで算出し、前記出口温度センサが備えられている流体貯留部の測定された出口温度と前記モデルで算出された前記出口温度センサが備えられている流体貯留部の出口温度との差を前記モデルに入力される入口温度および操作量にフィードバックすることにより、前記モデルで算出された前記出口温度センサが備えられていない流体貯留部の出口温度および外乱に修正を加え、各加熱または冷却手段を持つ流体貯留部に加わる外乱の推定を行うことを特徴とする請求項１記載の流体の温度制御装置。
4. 前記推定手段は、前記加熱または冷却手段を持つ流体貯留部の入口温度および該流体貯留部に入力される操作量に外乱が加わると仮定して外乱を状態量として考慮したモデルを使用し、前記出口温度センサが備えられていない流体貯留部の出口温度および前記出口温度センサが備えられている流体貯留部の出口温度および前記外乱を前記モデルで算出し、前記出口温度センサが備えられている流体貯留部の測定された出口温度と前記モデルで算出された前記出口温度センサが備えられている流体貯留部の出口温度との差を前記モデルに入力される入口温度および操作量にフィードバックすることにより、前記モデルで算出された前記出口温度センサが備えられていない流体貯留部の出口温度および外乱に修正を加え、各加熱または冷却手段を持つ流体貯留部にそれぞれ加わる個別の外乱を推定し、
   前記制御手段は、各加熱または冷却手段に対するそれぞれの操作量を、推定した前記個別の外乱を減算することによって修正し、当該修正された操作量に基づいて、各加熱または冷却手段を操作して前記流体貯留部の出口温度を制御することを特徴とする請求項３記載の流体の温度制御装置。
5. 前記推定手段は、いずれも共通の動特性を有する、前記複数の加熱または冷却手段を持つ流体貯留部のモデルを備えるとともに、前記出口温度センサが備えられている流体貯留部の測定された出口温度と前記モデルで算出された前記出口温度センサが備えられている流体貯留部の出口温度との差に、等しいゲインを乗算して前記モデルに入力される入口温度および操作量の各々にフィードバックすることにより、前記モデルで算出された前記出口温度センサが備えられていない流体貯留部の出口温度に修正を加え、各加熱または冷却手段を持つ流体貯留部のモデルの操作量に対して加わる修正量が等しくなるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の流体の温度制御装置。
6. 前記推定手段は、いずれも共通の動特性を有する、前記複数の加熱または冷却手段を持つ流体貯留部に同一の外乱が加わるものと仮定したモデルを備えるとともに、前記出口温度センサが備えられていない流体貯留部の出口温度および前記出口温度センサが備えられている流体貯留部の出口温度および前記外乱を前記モデルで算出し、前記出口温度センサが備えられている流体貯留部の測定された出口温度と前記モデルで算出された前記出口温度センサが備えられている流体貯留部の出口温度との差を前記モデルに入力される入口温度および操作量にフィードバックすることにより、前記モデルで算出された前記出口温度センサが備えられていない流体貯留部の出口温度および外乱に修正を加え、当該外乱の推定を行い、各加熱または冷却手段を持つ流体貯留部のモデルの操作量に対して加わる修正量が等しくなるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の流体の温度制御装置。
7. 流体の温度制御を行う温度制御方法であって、
   流体の流路の途中に直列または並列、あるいはこれらの組み合わせで配置された、加熱または冷却手段を備えた複数の流体貯留部（１５）のそれぞれの出口における流体の目標温度である個別目標温度を取得するステップと、
   温度制御装置に流入する流体の入口温度を測定するステップと、
   前記複数の流体貯留部のうちの一部の流体貯留部の出口における流体の出口温度を測定するステップと、
   前記加熱または冷却手段を持つ流体貯留部をモデル化した推定器（６）を用いて、前記出口温度を測定しない流体貯留部の出口温度および前記出口温度を測定する流体貯留部の出口温度を前記モデルで算出し、前記出口温度を測定する流体貯留部の測定された出口温度と前記モデルで算出された前記出口温度を測定する流体貯留部の出口温度との差を前記モデルに入力される入口温度および操作量にフィードバックすることにより、前記モデルで算出された前記出口温度を測定しない流体貯留部の出口温度に修正を加え、前記出口温度を測定しない流体貯留部の出口における流体の出口温度を推定するステップと、
   前記出口温度を測定した流体貯留部に対しては、測定された出口温度と前記個別目標温度とに基づいて操作量を決定するステップと、
   前記出口温度を測定していない流体貯留部に対しては、前記推定した推定温度と前記個別目標温度とに基づいて操作量を決するステップと、
   前記決定された操作量に基づいて、各加熱または冷却手段を操作して前記流体貯留部の出口温度を制御するステップと、を有する方法。
   

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