JP6576222B2 - 温度調節計 - Google Patents

Description

本発明は、制御対象の温度を制御する温度調節計に関する。

各種温度環境等の温度を調節する温度調節計は、熱電対や測温抵抗体等の温度センサを用いて検出された監視対象の温度を数値表示し、また、検出した温度（ＰＶ値）と設定温度（ＳＰ値）とに従って加熱・冷却装置に対する制御出力（ＭＶ値）を求め、監視対象の温度を制御する。

この種の温度調節計では、一般に、ＰＶ値の入力更新周期とＭＶ値の出力更新周期は、同じ周期とされている。また、加熱装置となる金属ヒーターなどの突入電流の大きな素子を駆動する場合、機器の破損を防ぐため、制御開始直後は、ソフトスタート機能によりＭＶ値を徐々に変化させている（特許文献１参照）。

特公平３−０８０９４４号公報

ところで、アナログ値であるＰＶ値をデジタル変換するコンバータの特性など、ハードウェア上の制約から、通常は入力更新周期の方が出力更新周期よりも遅い設定となっている。入力更新周期は、早くすると外来ノイズの影響を受けやすくなり、さらに温度調節計が制御している制御系自体が不安定になる要因になる。

このため、従来の温度調節計では、遅い入力更新周期に出力更新周期を合わせており、このため、温度調節計における出力回路の応答速度を十分に生かせていないのが現状である。出力更新周期をより速くすることで、制御性をより向上させることができるが、従来の温度調節計では、上述したように、入力更新周期が早くできないため、出力更新周期をより速くすることが容易ではない。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、入力更新周期によらずに出力更新周期をより速くすることができるようにすることを目的とする。

本発明に係る温度調節計は、制御対象で測定された測定温度値を設定されている第１の時間間隔で受け付ける測定値受付部と、測定値受付部が測定温度値を受け付けると、受け付けられた測定温度値と設定されている設定温度値との関係により制御対象を加熱・冷却する加熱・冷却部の動作制御のための制御値を生成する制御値生成部と、制御値生成部が制御値を生成すると、設定されている条件に基づいて、測定値受付部が次に測定温度値を受け付けるまでの間、第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔で、現状の出力制御値から制御値生成部が生成した今回の制御値まで、設定されている変化率で加熱・冷却部の動作制御のために出力している出力制御値を更新して出力する更新部とを備える。

上記温度調節計において、制御値生成部は、受け付けられた測定温度値と設定されている設定温度値との差により制御値を生成し、更新部は、加熱・冷却部の動作制御のために出力されている現状の出力制御値と、制御値生成部が生成した今回の制御値との差が、設定されている閾値より大きい場合、測定値受付部が次に測定温度値を受け付けるまでの間、現状の出力制御値から制御値生成部が生成した今回の制御値まで設定されている変化率で出力制御値を更新し、差が設定されている閾値を超えていない場合、制御値生成部が生成した今回の制御値で出力制御値を更新するようにすればよい。

上記温度調節計において、時系列的に設定されている変化率で変化する設定温度値から構成されたトレンドデータを記憶する記憶部を備え、制御値生成部は、測定値受付部が受け付けた測定温度値と、トレンドデータで決定される現時点における設定温度値との関係により制御対象を加熱・冷却する加熱・冷却部の動作制御のための制御値を生成し、更新部は、現状における目標値となる設定温度値が変化している場合、測定値受付部が次に測定温度値を受け付けるまでの間、現状の出力制御値から制御値生成部が生成した今回の制御値まで、トレンドデータに設定されている変化率で出力制御値を更新するようにしてもよい。

本発明に係る温度調節計は、制御対象で測定された測定温度値を第１の時間間隔で受け付ける測定値受付部と、測定値受付部が受け付けた過去の測定温度値を元に制御対象の以後の温度変化を推定する状態推定部と、測定値受付部が測定温度値を受け付けると、測定値受付部が受け付けた測定温度値と設定されている設定温度値との差により前制御対象を加熱・冷却する加熱・冷却部の動作制御のための制御値を生成する制御値生成部と、制御値生成部が制御値を生成すると加熱・冷却部の動作制御のために出力している出力制御値を更新して出力する更新部と、更新部による前回の出力制御値更新から次回の出力制御更新までの間、状態推定部が推定した制御対象の経時的に変化する温度変化を元に、第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔で、制御対象を加熱・冷却する加熱・冷却部の動作制御のための制御値を生成する補間制御値生成部と、更新部による前回の出力制御値更新から次回の出力制御更新までの間、補間制御値生成部が生成した制御値で加熱・冷却部の動作制御のために出力している出力制御値を更新して出力する補間更新部とを備える。

以上説明したことにより、本発明によれば、入力更新周期によらずに出力更新周期をより速くすることができるようになる。

図１は、本発明の実施の形態１における温度調節計の構成を示す構成図である。 図２は、本発明の実施の形態１における温度調節計の動作例を説明するためのフローチャートである。 図３は、本発明の実施の形態２における温度調節計の構成を示す構成図である。 図４は、本発明の実施の形態２における温度調節計の動作例を説明するためのフローチャートである。 図５は、本発明の実施の形態３における温度調節計の構成を示す構成図である。 図６は、本発明の実施の形態３における温度調節計の動作例を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における温度調節計１０１の構成を示す構成図である。この温度調節計１０１は、測定値受付部１０２、制御値生成部１０３、更新部１０４を備える。

測定値受付部１０２は、制御対象の温度測定部１２１で測定された測定温度値を設定されている第１の時間間隔で受け付ける。

制御値生成部１０３は、測定値受付部１０２が測定温度値を受け付けると、受け付けられた測定温度値と設定されている設定温度値との関係により、制御対象を加熱・冷却する加熱・冷却部１２２の動作制御のための制御値を生成する。制御値生成部１０３は、受け付けられた測定温度値と設定されている設定温度値との差により制御値を生成する。

更新部１０４は、制御値生成部１０３が制御値を生成すると、設定されている条件に基づいて、測定値受付部１０２が次に測定温度値を受け付けるまでの間、第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔で、現状の出力制御値から制御値生成部１０３が生成した今回の制御値まで、設定されている変化率で、加熱・冷却部１２２の動作制御のために出力している出力制御値を更新して出力する。

更新部１０４は、加熱・冷却部１２２の動作制御のために出力されている現状の出力制御値と、制御値生成部１０３が生成した今回の制御値との差が、設定されている閾値より大きい場合、測定値受付部１０２が次に測定温度値を受け付けるまでの間、現状の出力制御値から制御値生成部１０３が生成した今回の制御値まで設定されている変化率で出力制御値を更新する。

次に、本発明の実施の形態１における温度調節計の動作例についいて図２のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１０１で、測定値受付部１０２が、制御対象の温度測定部１２１で測定された測定温度値を受け付けると（ステップＳ１０１のｙ）、ステップＳ１０２で、制御値生成部１０３が、受け付けられた測定温度値と設定されている設定温度値との差により、制御対象を加熱・冷却する加熱・冷却部１２２の動作制御のための制御値を生成する。

次に、ステップＳ１０３で、更新部１０４が、加熱・冷却部１２２の動作制御のために出力されている現状の出力制御値と、制御値生成部１０３が生成した今回の制御値との差が、設定されている閾値を超えているかどうかを比較する。現状の出力制御値と生成された今回の制御値との差が閾値を超えていない場合（ステップＳ１０３のｙ）、ステップＳ１０４で、更新部１０４が、生成された今回の制御値で出力制御値を更新する。この場合、第１の時間間隔で、次に測定値受付部１０２が、制御対象の温度測定部１２１で測定された測定温度値を受け付けるまで、生成された今回の制御値による出力制御値が、継続して出力されることになる。このような場合、今回の更新によって大きな制御の変化が無いため、より短い間隔で出力を更新しても制御性の向上は見込めないので、生成された今回の制御値による出力制御値を継続出力してもよいものと判断できる。

一方、現状の出力制御値と生成された今回の制御値との差が閾値を超えている場合（ステップＳ１０３のｎ）、ステップＳ１０５で、更新部１０４が、第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔において、現状の出力制御値から制御値生成部が生成した今回の制御値まで、設定されている変化率で出力制御値を更新する。このとき更新された出力制御値と直前の出力制御値との差は、生成された今回の制御値と直前の出力制御値との差よりも小さくなる。言い換えると、ステップＳ１０５においては、生成された今回の制御値と直前の出力制御値との差よりも、今回更新する出力制御値と直前の出力制御値との差が小さくなるように、今回更新する出力制御値を設定（生成）する。

この後、測定値受付部１０２が測定温度値を受け付ける第１の時間間隔より短い第２の時間間隔の時間が経過すると（ステップＳ１０６のｙ）、ステップＳ１０３に戻り、現状の出力制御値と生成された今回の制御値との差が、閾値を超えているかどうかを判定する。また、上述したステップＳ１０３〜ステップＳ１０６を、測定値受付部１０２が、次に測定温度値を受け付けるまで繰り返す（ステップＳ１０７のｎ）。

ステップＳ１０５の出力制御値更新をした後では、現状の出力制御値が、今回の制御値により近づいている。従って、測定値受付部１０２が、次に測定温度値を受け付けるまで、上述したステップＳ１０３〜ステップＳ１０６を繰り返すことで、いずれ、ステップＳ１０３の判断において、現状の出力制御値と生成された今回の制御値との差が、閾値より小さくなる。

上述したように、更新部１０４により、測定値受付部１０２が測定温度値を受け付ける第１の時間間隔より短い第２の時間間隔で出力制御値を更新するようにしたので、入力更新周期によらずに出力更新周期をより速くすることができる。

また、制御値生成部１０３により生成された今回の制御値が、この制御値が生成された時点における現状の出力制御値より大きく異なっていても、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０７を繰り返すことで、更新１回当たりの出力制御値の変化がより小さくなるので、加熱・冷却部１２２における温度変化が急峻となる温度制御が抑制できるようになる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態２における温度調節計２０１の構成を示す構成図である。この温度調節計２０１は、測定値受付部２０２、制御値生成部２０３、更新部２０４、および記憶部２０５を備える。

測定値受付部２０２は、制御対象の温度測定部２２１で測定された測定温度値を設定されている第１の時間間隔で受け付ける。記憶部２０５は、時系列的に設定されている変化率で変化する設定温度値から構成されたトレンドデータを記憶している。トレンドデータは、制御対象における温度制御に用いられる。

制御値生成部２０３は、測定値受付部２０２が測定温度値を受け付けると、受け付けられた測定温度値と設定されている設定温度値との関係により、制御対象を加熱・冷却する加熱・冷却部２２２の動作制御のための制御値を生成する。制御値生成部２０３は、測定値受付部２０２が受け付けた測定温度値と、トレンドデータで決定される現時点における設定温度値との関係により制御対象を加熱・冷却部２２２の動作制御のための制御値を生成する。

更新部２０４は、制御値生成部２０３が制御値を生成すると、設定されている条件に基づいて、測定値受付部２０２が次に測定温度値を受け付けるまでの間、第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔で、現状の出力制御値から制御値生成部２０３が生成した今回の制御値まで、設定されている変化率で、加熱・冷却部２２２の動作制御のために出力している出力制御値を更新して出力する。

更新部２０４は、記憶部２０５に記憶されているトレンドデータにおいて現状における目標値となる設定温度値が変化している場合、測定値受付部２０２が次に測定温度値を受け付けるまでの間、現状の出力制御値から制御値生成部２０３が生成した今回の制御値まで、トレンドデータに設定されている変化率で出力制御値を更新する。

次に、本発明の実施の形態２における温度調節計の動作例についいて図４のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ２０１で、測定値受付部２０２が、制御対象の温度測定部２２１で測定された測定温度値を受け付けると（ステップＳ２０１のｙ）、ステップＳ２０２で、制御値生成部２０３が、受け付けられた測定温度値と設定されている設定温度値との差により、制御対象を加熱・冷却する加熱・冷却部２２２の動作制御のための制御値を生成する。

次に、ステップＳ２０３で、更新部２０４が、記憶部２０５に記憶されているトレンドデータにおいて現状における目標値となる設定温度値が変化してかどうかを判断する。今回の測定温度受け付けから、第１の時間間隔後の、次回の測定温度受け付けまでの間のトレンドデータにおける設定温度値が変化しているかどうかを判断する。例えば、設定温度値が所定値以上変化しているかどうかを判断する。

トレンドデータが変化していない場合（ステップＳ２０３のｎ）、ステップＳ２０４で、更新部２０４が、生成された今回の制御値で出力制御値を更新する。この場合、第１の時間間隔で、次に測定値受付部２０２が、制御対象の温度測定部２２１で測定された測定温度値を受け付けるまで、生成された今回の制御値による出力制御値が、継続して出力されることになる。トレンドデータが変化していない場合、今回の制御値と次に測定温度値を受け付けて生成する制御値とは、同様の値となるため、上述したように、生成された今回の制御値による出力制御値を継続して出力すればよいものとなる。

一方、トレンドデータが変化している場合（ステップＳ２０３のｙ）、更新部２０４が、第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔で、測定値受付部２０２が次に測定温度値を受け付けるまでの間、現状の出力制御値から制御値生成部２０３が生成した今回の制御値まで、トレンドデータに設定されている変化率で出力制御値を更新する（ステップＳ２０５，ステップＳ２０６，ステップＳ２０７）。

通常、トレンドデータにおける第２の時間間隔の変化は、第１の時間間隔の変化よりも小さくなるので、上述したことにより、ステップＳ２０５において更新された出力制御値と直前の出力制御値との差は、第１の時間間隔で出力制御値を更新する場合の差よりも小さくなる。

上述したように、更新部２０４により、測定値受付部２０２が測定温度値を受け付ける第１の時間間隔より短い第２の時間間隔で出力制御値を更新するようにしたので、入力更新周期によらずに出力更新周期をより速くすることができる。

また、制御値生成部２０３により生成された今回の制御値が、この制御値が生成された時点における現状の出力制御値より大きく異なっていても、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０７を繰り返すことで、更新１回当たりの出力制御値の変化がより小さくなるので、加熱・冷却部２２２における温度変化が急峻となる温度制御が抑制できるようになる。

［実施の形態３］
次に、実施の形態３について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態３における温度調節計３０１の構成を示す構成図である。この温度調節計３０１は、測定値受付部３０２、制御値生成部３０３、更新部３０４、状態推定部３０５、補間制御値生成部３０６、補間更新部３０７、を備える。

測定値受付部３０２は、制御対象の温度測定部３２１で測定された測定温度値を第１の時間間隔で受け付ける。

制御値生成部３０３は、測定値受付部３０２が測定温度値を受け付けると、測定値受付部３０２が受け付けた測定温度値と設定されている設定温度値との差により前制御対象を加熱・冷却する加熱・冷却部３２２の動作制御のための制御値を生成する。

更新部３０４は、制御値生成部３０３が制御値を生成すると加熱・冷却部３２２の動作制御のために出力している出力制御値を更新して出力する。

状態推定部３０５は、測定値受付部３０２が受け付けた過去の測定温度値を元に制御対象の以後の温度変化を推定する。例えば、よく知られたモデル予測により、温度変化を推定すればよい。

補間制御値生成部３０６は、更新部３０４による前回の出力制御値更新から次回の出力制御更新までの間、状態推定部３０５が推定した制御対象の経時的に変化する温度変化を元に、第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔で、制御対象を加熱・冷却する加熱・冷却部３２２の動作制御のための制御値を生成する。

補間更新部３０７は、更新部３０４による前回の出力制御値更新から次回の出力制御更新までの間、補間制御値生成部３０６が生成した制御値で加熱・冷却部３２２の動作制御のために出力している出力制御値を更新して出力する。

次に、本発明の実施の形態３における温度調節計の動作例についいて図６のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ３０１で、測定値受付部３０２が、制御対象の温度測定部３２１で測定された測定温度値を受け付けると（ステップＳ３０１のｙ）、ステップＳ３０２で、制御値生成部３０３が、受け付けられた測定温度値と設定されている設定温度値との差により、制御対象を加熱・冷却する加熱・冷却部３２２の動作制御のための制御値を生成する。制御値生成部３０３が制御値を生成すると、ステップＳ３０３で、更新部３０４が、加熱・冷却部３２２の動作制御のために現在出力している出力制御値を更新する。

一方、測定値受付部３０２が、制御対象の温度測定部３２１で測定された測定温度値を受け付けていない間は（ステップＳ３０１のｎ）、ステップＳ３０４で、状態推定部３０５が、制御対象の経時的に変化する温度変化を推定する。次に、ステップＳ３０５で、補間制御値生成部３０６が、状態推定部３０５が推定した制御対象の経時的に変化する温度変化を元に、制御対象を加熱・冷却する加熱・冷却部３２２の動作制御のための制御値を生成する。次に、ステップＳ３０６で、補間制御値生成部３０６が生成した制御値で加熱・冷却部３２２の動作制御のために出力している出力制御値を更新して出力する。

次に、ステップＳ３０７で、第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔の時間が経過したことを判断する。第２の時間間隔の時間が経過すると（ステップＳ３０７のｙ）、制御終了まで、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０７を繰り返す（ステップＳ３０８）。

ステップＳ３０４〜ステップＳ３０６における補間制御値生成部３０６が生成した制御値による出力制御値の更新は、更新部３０４による前回の出力制御値更新から次回の出力制御更新までの間（第１の時間間隔で）、第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔で繰り返す（ステップＳ３０７）。

上述したように、本発明の実施の形態３によれば、測定値受付部３０２が測定温度値を受け付ける第１の時間間隔より短い第２の時間間隔で出力制御値を更新するようにしたので、入力更新周期によらずに出力更新周期をより速くすることができる。

また、制御値生成部３０３により生成された今回の制御値が、この制御値が生成された時点における現状の出力制御値より大きく異なっていても、ステップＳ３０４〜ステップＳ３０６を繰り返すことで、更新１回当たりの出力制御値の変化がより小さくなるので、加熱・冷却部３２２における温度変化が急峻となる温度制御が抑制できるようになる。

以上に説明したように、本発明によれば、入力更新周期によらずに出力更新周期をより速くすることができる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１０１…温度調節計、１０２…測定値受付部、１０３…制御値生成部、１０４…更新部、１２１…温度測定部、１２２…加熱・冷却部、２０１…温度調節計、２０２…測定値受付部、２０３…制御値生成部、２０４…更新部、２０５…記憶部、２２１…温度測定部、２２２…加熱・冷却部、３０１…温度調節計、３０２…測定値受付部、３０３…制御値生成部、３０４…更新部、３０５…状態推定部、３０６…補間制御値生成部、３０７…補間。

Claims (4)

1. 制御対象で測定された測定温度値を設定されている第１の時間間隔で受け付ける測定値受付部と、
   前記測定値受付部が測定温度値を受け付けると、受け付けられた測定温度値と設定されている設定温度値との関係により前記制御対象を加熱・冷却する加熱・冷却部の動作制御のための制御値を生成する制御値生成部と、
   前記制御値生成部が制御値を生成すると、設定されている条件に基づいて、前記測定値受付部が次に測定温度値を受け付けるまでの間、前記第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔で、現状の出力制御値から前記制御値生成部が生成した今回の制御値まで、設定されている変化率で前記加熱・冷却部の動作制御のために出力している出力制御値を更新して出力する更新部と
   を備えることを特徴とする温度調節計。
2. 請求項１記載の温度調節計において、
   前記制御値生成部は、受け付けられた測定温度値と設定されている設定温度値との差により前記制御値を生成し、
   前記更新部は、前記加熱・冷却部の動作制御のために出力されている現状の出力制御値と、前記制御値生成部が生成した今回の制御値との差が、設定されている閾値より大きい場合、前記測定値受付部が次に測定温度値を受け付けるまでの間、現状の出力制御値から前記制御値生成部が生成した今回の制御値まで設定されている変化率で出力制御値を更新し、前記差が設定されている閾値を超えていない場合、前記制御値生成部が生成した今回の制御値で出力制御値を更新する
   ことを特徴とする温度調節計。
3. 請求項１記載の温度調節計において、
   時系列的に設定されている変化率で変化する設定温度値から構成されたトレンドデータを記憶する記憶部を備え、
   前記制御値生成部は、前記測定値受付部が受け付けた測定温度値と、前記トレンドデータで決定される現時点における前記設定温度値との関係により前記制御対象を加熱・冷却する加熱・冷却部の動作制御のための制御値を生成し、
   前記更新部は、現状における目標値となる前記設定温度値が変化している場合、前記測定値受付部が次に測定温度値を受け付けるまでの間、現状の出力制御値から前記制御値生成部が生成した今回の制御値まで、前記トレンドデータに設定されている変化率で出力制御値を更新する
   ことを特徴とする温度調節計。
4. 制御対象で測定された測定温度値を第１の時間間隔で受け付ける測定値受付部と、
   前記測定値受付部が受け付けた過去の測定温度値を元に前記制御対象の以後の温度変化を推定する状態推定部と、
   前記測定値受付部が測定温度値を受け付けると、前記測定値受付部が受け付けた測定温度値と設定されている設定温度値との差により前制御対象を加熱・冷却する加熱・冷却部の動作制御のための制御値を生成する制御値生成部と、
   前記制御値生成部が制御値を生成すると前記加熱・冷却部の動作制御のために出力している出力制御値を更新して出力する更新部と、
   前記更新部による前回の出力制御値更新から次回の出力制御更新までの間、前記状態推定部が推定した前記制御対象の経時的に変化する温度変化を元に、前記第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔で、前記制御対象を加熱・冷却する加熱・冷却部の動作制御のための制御値を生成する補間制御値生成部と、
   前記更新部による前回の出力制御値更新から次回の出力制御更新までの間、前記補間制御値生成部が生成した制御値で前記加熱・冷却部の動作制御のために出力している出力制御値を更新して出力する補間更新部と
   を備えることを特徴とする温度調節計。

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