JP6610676B2 - 温度制御装置及び温度制御方法 - Google Patents
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Description
また、積分器を2個設ける場合、PID制御の比例ゲイン、積分時間、微分時間といった各パラメータをチューニングする一般的な方法が示されていないため、適切なパラメータを決定することができず、通常用いられる積分器1個のPID演算で制御すると定常速度偏差が発生するという課題があった。
時間の経過と共に一定の傾きで変化する目標値へと、制御対象の温度をPID制御により制御する温度制御装置であって、
前記温度制御装置は、
前記制御対象の温度を前記目標値へと温度制御する温度制御部と、
前記温度制御部により、前記制御対象の温度を前記目標値へとPID制御したときに発生する定常的な偏差である定常速度偏差を算出する、定常速度偏差算出部と、
を備え、
前記温度制御部は、前記定常速度偏差に基づいて補正された前記目標値である補正目標値を出力することを特徴とする温度制御装置。
前記定常速度偏差算出部は、以下の式に基づいて前記定常速度偏差を表すevを算出し、
aは前記一定の傾きであり、
Pは比例帯であり、
TIは積分定数であり、
Tspは設定された温度であり、
θspは前記温度制御部にて前記制御対象を前記Tspまで制御し、十分な時間が経過したときの操作量の値と、最大操作量との比率である、安定時負荷率であり、
T0は前記温度制御部にて前記制御対象への操作量を0として、十分な時間が経過したときの前記制御対象の温度、即ち制御対象の周囲温度であることを特徴とする構成1に記載の温度制御装置。
前記補正目標値は、各時刻における前記目標値に前記定常速度偏差を加算した値であることを特徴とする、構成1又は2に記載の温度制御装置。
前記補正目標値は、前記目標値に到達する全ての時刻を、以下の式で表される時間tvだけ早めたものであり、
時間の経過と共に一定の傾きで変化する目標値へと、制御対象の温度をPID制御により制御する温度制御方法であって、
前記温度制御方法は、
前記制御対象の温度を前記目標値へと温度制御する温度制御ステップと、
前記温度制御ステップにより、前記制御対象の温度を前記目標値へとPID制御したときに発生する定常的な偏差である定常速度偏差を算出する、定常速度偏差算出ステップと、
を備え、
前記温度制御ステップは、前記定常速度偏差に基づいて補正された操作量である補正操作量を出力することを特徴とする温度制御方法。
前記定常速度偏差算出ステップは、以下の式に基づいて前記定常速度偏差を表すevを算出し、
aは前記一定の傾きであり、
Pは比例帯であり、
TIは積分定数であり、
Tspは設定された温度であり、
θspは前記温度制御ステップにて前記制御対象を前記Tspまで制御し、十分な時間が経過したときの操作量の値と、最大操作量との比率である、安定時負荷率であり、
T0は前記温度制御ステップにて前記制御対象への操作量を0として、十分な時間が経過したときの前記制御対象の温度、即ち制御対象の周囲温度であることを特徴とする構成5に記載の温度制御方法。
前記補正目標値は、各時刻における前記目標値に前記定常速度偏差を加算した値であることを特徴とする、構成5又は6に記載の温度制御方法。
前記補正目標値は、前記目標値に到達する全ての時刻を、以下の式で表される時間tvだけ早めたものであり、
図1はこの発明の実施の形態による温度制御装置を示す構成図である。
図1において、温度制御装置1は、定常速度偏差算出部2と、温度制御部3とを備え、温度制御装置1に接続された温度制御対象4の温度を制御する。
以下にこの発明の実施の形態における動作の概要を以下に示す。
まず、PID制御によりランプ制御した時に発生する速度偏差を相殺するために設定値を補正する値を算出するのに必要な情報であるプロセスゲインKは、あらかじめ制御対象を設定値TspでPID制御し、安定した時の負荷率θspとその時の周囲温度T0を測定し、それらの値を数12に代入して算出しておく。尚、Kを算出するためのPID制御を行う時の設定値Tspは任意の値で良い。
次に、一定の傾きaで変化する目標値を設定値としてPID制御する場合には、その傾きaとPID制御の比例帯Pと積分時間TIと、予め求めておいた前記プロセスゲインKを、数11に代入してevを算出し、そのevをランプ状に変化する設定値に加算した値を補正した設定値としてPID制御を行う事により、補正前の設定値に対して定常速度偏差のない制御を可能にする。
また、ev、aを数4に代入してtvを算出し、時間tvだけ、ランプ状に変化する設定値を時間的に前倒しして変化させた値を設定値としてPID制御を行う事により、補正前の設定値に対して定常速度偏差のない制御を可能にする。
図4は、この発明の実施の形態における、定常速度偏差を算出するために必要な制御情報を取得するための動作である、制御情報取得動作の処理内容を表すフローチャートである。
その後、温度制御部3に対して、最大出力値での制御動作の開始が、図示しない入力部等によって指示される(ステップS402)。
それと同時に、制御開始から経過した時間の計測を開始する(ステップS403)。
温度制御対象4の制御量、すなわち温度を取得し、目標温度に到達していない場合(ステップS404におけるNOの場合)は、制御量の取得処理を継続する。制御量が目標温度に到達した場合(ステップS404におけるYESの場合)には、制御を継続したまま、その時点での、制御開始から経過した時間、すなわち昇温時間を取得する。
さらに、温度制御対象4について、制御量の変動量を監視し、その変動量が継続して一定の範囲内に収まっていない、すなわち温度制御対象4が安定していないと判断された場合(ステップS406におけるNOの場合)、最大出力値での制御を継続したまま、制御量の取得処理を継続する。温度制御対象4が安定していると判断された場合(ステップS406におけるYESの場合)、そのときの温度制御部3の負荷率である安定時負荷率θspの値を取得する(ステップS407)。
ここで、温度制御対象4が安定しているかどうかの判断における一定の範囲とは、事前に定められた範囲であってもよいし、都度、図示しない入力部によって設定されるようにしてもよい。
全ての値が取得されていた場合(S502におけるYESの場合)、図示しない入力部等によって、目標値情報が温度制御部3に入力される(ステップS501)。なお、ここでの目標値情報とはランプ入力である。
ステップS501にて、ランプ入力である目標値情報が入力されると、そのランプ入力の傾きであるaの値が温度制御部3により取得される(ステップS507)。
次に、定常速度偏差算出部2において、定常速度偏差の値が算出され、(ステップS503)。算出された定常速度偏差の値は温度制御部3に入力される(ステップS504)。
そして、温度制御部3にて、入力された定常速度偏差の値に基づいて、補正目標値が算出され(ステップS505)、温度制御部3は、補正目標値に基づいてPID演算を行い、温度制御対象4の温度を制御する(ステップS506)。
以上のように温度制御装置1が動作することで、温度制御対象4の温度は、定常速度偏差の影響を無くすように温度制御対象4を制御することができる。
2…定常速度偏差算出部
3…温度制御部
4…温度制御対象
Claims (6)
- 時間の経過と共に一定の傾きで変化する目標値へと、制御対象の温度をPID制御により制御する温度制御装置であって、
前記温度制御装置は、
前記制御対象の温度を前記目標値へと温度制御する温度制御部と、
前記温度制御部により、前記制御対象の温度を前記目標値へとPID制御したときに発生する定常的な偏差である定常速度偏差を算出する、定常速度偏差算出部と、
を備え、
前記温度制御部は、前記定常速度偏差に基づいて補正された前記目標値である補正目標値を出力することを特徴とし、
前記定常速度偏差算出部は、以下の式に基づいて前記定常速度偏差を表すevを算出し、
aは前記一定の傾きであり、
Pは比例帯であり、
TIは積分定数であり、
Tspは設定された温度であり、
θspは前記温度制御部にて前記制御対象を前記Tspまで制御し、十分な時間が経過したときの操作量の値と、最大操作量との比率である、安定時負荷率であり、
T0は前記温度制御部にて前記制御対象への操作量を0として、十分な時間が経過したときの前記制御対象の温度、即ち前記制御対象の周囲温度であることを特徴とする温度制御装置。 - 前記補正目標値は、各時刻における前記目標値に前記定常速度偏差を加算した値であることを特徴とする、請求項1に記載の温度制御装置。
- 時間の経過と共に一定の傾きで変化する目標値へと、制御対象の温度をPID制御により制御する温度制御方法であって、
前記温度制御方法は、
前記制御対象の温度を前記目標値へと温度制御する温度制御ステップと、
前記温度制御ステップにより、前記制御対象の温度を前記目標値へとPID制御したときに発生する定常的な偏差である定常速度偏差を算出する、定常速度偏差算出ステップと、
を備え、
前記温度制御ステップは、前記定常速度偏差に基づいて補正された前記目標値である補正目標値を出力することを特徴とし、
前記定常速度偏差算出ステップは、以下の式に基づいて前記定常速度偏差を表すevを算出し、
aは前記一定の傾きであり、
Pは比例帯であり、
TIは積分定数であり、
Tspは設定された温度であり、
θspは前記温度制御ステップにて前記制御対象を前記Tspまで制御し、十分な時間が経過したときの操作量の値と、最大操作量との比率である、安定時負荷率であり、
T0は前記温度制御ステップにて前記制御対象への操作量を0として、十分な時間が経過したときの前記制御対象の温度、即ち前記制御対象の周囲温度であることを特徴とする温度制御方法。 - 前記補正目標値は、各時刻における前記目標値に前記定常速度偏差を加算した値であることを特徴とする、請求項4に記載の温度制御方法。
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