JP6718124B2 - Ｐｉｄ制御装置及びｐｉｄ制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、制御対象の温度のＰＩＤ制御を開始する前に、ＰＩＤ制御に用いるＰＩＤパラメータを算出するオートチューニング機能を有するＰＩＤ制御装置及びＰＩＤ制御方法に関するものである。

従来において、制御対象の特性に合わせてＰＩＤ制御を行うために、ＰＩＤパラメータを算出するオートチューニングを行うＰＩＤ制御装置が提案されている。以下の特許文献１には、ＰＩＤ制御に用いるＰＩＤパラメータを算出するオートチューニング機能を有するＰＩＤ制御装置が開示されている。
オートチューニング機能を有するＰＩＤ制御装置におけるＰＩＤパラメータの算出方法として、リミットサイクル法などが知られている。

特許第２９０９７４７号（例えば、第１図）

オートチューニング機能を有するＰＩＤ制御装置では、ＰＩＤパラメータを自動的に算出することができる。しかし、例えば、制御対象の負荷容量が大きく応答性が遅い場合などには、オートチューニング機能によるＰＩＤパラメータの算出時間が長くなることがあるが、従来のＰＩＤ制御装置では、オートチューニングが終了するまでの残り時間を把握することができない。このため、ＰＩＤ制御を開始するまでの段取りを立てることが困難になることがあるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ユーザが、オートチューニングが終了するまでの残り時間を把握することができるＰＩＤ制御装置及びＰＩＤ制御方法を得ることを目的とする。

この発明に係るＰＩＤ制御装置は、制御対象の温度のＰＩＤ制御を開始する前に、ＰＩＤ制御に用いるＰＩＤパラメータを算出するオートチューニング機能を有するＰＩＤ制御装置であって、制御対象の温度のＰＩＤ制御を開始する前に、制御対象の温度が設定温度より低い期間では、制御対象に熱を加える加熱器をオン状態に設定し、制御対象の温度が設定温度以上の期間では、加熱器をオフ状態に設定することで、制御対象の温度を制御する温度制御部と、温度制御部により制御されている制御対象の温度の計測値からＰＩＤ制御に用いるＰＩＤパラメータを算出するＰＩＤパラメータ算出部と、制御対象の温度の計測値を監視して、制御対象の温度が設定温度を通過するタイミングを検出する処理を実施し、前回の通過のタイミングから今回の通過のタイミングに至るまでの経過時間を計測する経過時間計測部と、経過時間計測部により計測された経過時間を用いて、オートチューニングが終了するまでの残り時間を算出する残り時間算出部とを設け、残り時間提示部が、残り時間算出部により算出された残り時間を提示するようにしたものである。

この発明に係るＰＩＤ制御装置は、経過時間計測部が、通過のタイミングを検出する毎に、前回の通過のタイミングから今回の通過のタイミングに至るまでの経過時間を計測し、残り時間算出部が、経過時間計測部により経過時間が計測される毎に、当該経過時間を用いて、オートチューニングが終了するまでの残り時間を算出し、残り時間提示部が、残り時間算出部により残り時間が算出される毎に、当該残り時間を提示するようにしたものである。

この発明に係るＰＩＤ制御装置は、残り時間提示部が、残り時間算出部により残り時間が算出される毎に、当該残り時間をタイマーのカウント値に設定して、そのカウント値の減数処理を開始し、減数処理中のカウント値を提示するようにしたものである。

この発明に係るＰＩＤ制御装置は、残り時間算出部が、オートチューニングが終了するまでの残り時間と現在の時刻から、オートチューニングの終了時刻を算出し、残り時間提示部が、残り時間算出部により算出されたオートチューニングの終了時刻を提示するようにしたものである。

この発明に係るＰＩＤ制御方法は、制御対象の温度のＰＩＤ制御を開始する前に、ＰＩＤ制御に用いるＰＩＤパラメータを算出するオートチューニング処理を行うＰＩＤ制御方法であって、温度制御部が、制御対象の温度のＰＩＤ制御を開始する前に、制御対象の温度が設定温度より低い期間では、制御対象に熱を加える加熱器をオン状態に設定し、制御対象の温度が設定温度以上の期間では、加熱器をオフ状態に設定することで、制御対象の温度を制御し、ＰＩＤパラメータ算出部が、温度制御部により制御されている制御対象の温度の計測値からＰＩＤ制御に用いるＰＩＤパラメータを算出し、経過時間計測部が、制御対象の温度の計測値を監視して、制御対象の温度が設定温度を通過するタイミングを検出する処理を実施し、前回の通過のタイミングから今回の通過のタイミングに至るまでの経過時間を計測し、残り時間算出部が、経過時間計測部により計測された経過時間を用いて、オートチューニングが終了するまでの残り時間を算出し、残り時間提示部が、残り時間算出部により算出された残り時間を提示するようにしたものである。

この発明によれば、ユーザが、オートチューニングが終了するまでの残り時間を把握することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるＰＩＤ制御装置を示す構成図である。 ＰＩＤ制御装置がコンピュータで構成されている場合のハードウェア構成図である。 この発明の実施の形態１によるＰＩＤ制御装置の処理内容であるＰＩＤ制御方法を示すフローチャートである。 オートチューニング実施時の制御対象１の温度Ｔの変化と、温度制御部４による加熱器２に対する加熱の操作量の変化とを示す説明図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるＰＩＤ制御装置を示す構成図である。
図１のＰＩＤ制御装置は、ＰＩＤ制御に用いるＰＩＤパラメータを算出するオートチューニング機能を有している。
図１において、制御対象１は例えば押出成形機の炉であり、加熱器２により熱が加えられて、温度Ｔが設定温度Ｔ_ｒｅｆに制御される。
加熱器２は制御対象１に熱を加えるヒータなどの機器である。
温度計測部３は制御対象１の温度Ｔを計測して、その温度Ｔの計測値（ＰＶ値）を出力する温度センサである。

温度制御部４は例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を実装している半導体集積回路やワンチップマイコンなどから構成されており、制御対象１の温度ＴのＰＩＤ制御を開始する前に、温度計測部３から出力された計測値が示す制御対象１の温度Ｔが設定温度Ｔ_ｒｅｆより低い期間では、加熱器２をオン状態に設定し、制御対象１の温度Ｔが設定温度Ｔ_ｒｅｆ以上の期間では、加熱器２をオフ状態に設定することで、制御対象の温度を制御する温度調節器である。ここで、加熱器２をオン状態に設定することは、加熱器２に対する加熱の操作量を例えば１００％に設定することを意味し、加熱器２をオフ状態に設定することは、加熱器２に対する加熱の操作量を例えば０％に設定することを意味する。
また、温度制御部４はＰＩＤパラメータ算出部５によるＰＩＤパラメータの算出処理が完了すると、そのＰＩＤパラメータを用いる制御対象１の温度ＴのＰＩＤ制御を開始する。

ＰＩＤパラメータ算出部５は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、ワンチップマイコン、あるいは、乗算器や加算器などを備える計算機などから構成されており、温度計測部３より出力された計測値から、温度制御部４がＰＩＤ制御に用いるＰＩＤパラメータを算出する処理を実施する。
経過時間計測部６は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、ワンチップマイコン、あるいは、タイマーを備える計算機などから構成されており、温度計測部３から出力された計測値が示す制御対象１の温度Ｔを監視して、制御対象１の温度Ｔが設定温度Ｔ_ｒｅｆを通過するタイミングを検出する処理を実施し、通過のタイミングを検出する毎に、前回の通過のタイミングから今回の通過のタイミングに至るまでの経過時間ｔ_ｅｌａを計測する処理を実施する。

残り時間算出部７は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、ワンチップマイコン、あるいは、乗算器や加算器などを備える計算機などから構成されており、経過時間計測部６により経過時間ｔ_ｅｌａが計測される毎に、当該経過時間ｔ_ｅｌａを用いて、オートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_ｒｅｓｔを算出する処理を実施する。
ここでは、残り時間算出部７が、オートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_ｒｅｓｔを算出するものを示しているが、さらに、その残り時間ｔ_ｒｅｓｔと現在の時刻から、オートチューニングの終了時刻ｔ_ｅｎｄを算出するようにしてもよい。

残り時間提示部８は例えば７セグメント表示器やタイマーなどから構成されており、残り時間算出部７によりオートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_ｒｅｓｔが算出される毎に、当該残り時間ｔ_ｒｅｓｔを７セグメント表示器に表示する処理を実施する。
また、残り時間提示部８は残り時間算出部７によりオートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_ｒｅｓｔが算出される毎に、当該残り時間ｔ_ｒｅｓｔをタイマーのカウント値に設定して、そのカウント値の減数処理を開始し、減数処理中のカウント値を更新後の残り時間ｔ_ｒｅｓｔとして、７セグメント表示器に表示する処理を実施する。
ここでは、残り時間提示部８が残り時間ｔ_ｒｅｓｔを７セグメント表示器に表示する例を示しているが、これに限るものではなく、例えば、残り時間ｔ_ｒｅｓｔを音声出力することで提示するものであってもよい。
また、残り時間提示部８は、残り時間算出部７により算出されたオートチューニングの終了時刻ｔ_ｅｎｄを提示するようにしてもよい。

図１では、ＰＩＤ制御装置の外部に加熱器２及び温度計測部３が設けられている例を示しているが、ＰＩＤ制御装置の内部に加熱器２及び温度計測部３が設けられているものであってもよく、加熱器２及び温度計測部３のいずれか一方をＰＩＤ制御装置の外部に設けていずれか他方を内部に設けられているものであってもよい。

図１の例では、ＰＩＤ制御装置の構成要素である温度制御部４、ＰＩＤパラメータ算出部５、経過時間計測部６、残り時間算出部７及び残り時間提示部８のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、ＰＩＤ制御装置がコンピュータで構成されているものであってもよい。
図２はＰＩＤ制御装置がコンピュータで構成されている場合のハードウェア構成図である。
ＰＩＤ制御装置がコンピュータで構成されている場合、温度制御部４、ＰＩＤパラメータ算出部５、経過時間計測部６、残り時間算出部７及び残り時間提示部８の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリ１１に格納し、コンピュータのプロセッサ１２がメモリ１１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図３はこの発明の実施の形態１によるＰＩＤ制御装置の処理内容であるＰＩＤ制御方法を示すフローチャートである。

次に動作について説明する。
図１のＰＩＤ制御装置は、制御対象１の温度ＴのＰＩＤ制御を開始する前に、ＰＩＤ制御に用いるＰＩＤパラメータを算出するオートチューニングを実行する。
図４はオートチューニング実施時の制御対象１の温度Ｔの変化と、温度制御部４による加熱器２に対する加熱の操作量の変化とを示す説明図である。
図４では、制御対象１の温度Ｔの２サイクルの期間で、ＰＩＤパラメータの算出が完了する例を示している。
また、図４では、ＰＩＤパラメータ算出部５によるＰＩＤパラメータの算出処理が完了してから、４分の１サイクル（負荷の無駄時間）の経過後に、ＰＩＤ制御を開始する例を示している。この実施の形態１では、ＰＩＤパラメータの算出処理が完了してから負荷の無駄時間を含めた時刻をオートチューニングの終了時刻としている。これにより、オートチューニングにより制御対象１に付与される熱量が極小となった段階で通常のＰＩＤ制御に移行することになるため、制御対象１を通常のＰＩＤ制御に安定して移行することができる点で好ましい。しかしながら、本発明はこの態様に限定されるものではなく、負荷のむだ時間を考慮せずにＰＩＤパラメータの算出処理が完了する時刻と、ＰＩＤ制御の開始時刻とを一致させるようにしてもよく、また無駄時間とは異なる時間ずらすようにしてもよい。
以下、オートチューニング中のＰＩＤ制御装置の処理内容を具体的に説明する。

温度制御部４は、例えば、図示せぬ装置や外部からオートチューニングの開始指令を受けると、加熱器２のＯＮ／ＯＦＦ制御を開始し、オートチューニングの実行中、加熱器２のＯＮ／ＯＦＦ制御を継続する。
また、温度制御部４は、オートチューニングの実行中、温度計測部３から出力された計測値が示す制御対象１の温度Ｔと、事前に設定されている制御対象１の目標温度である設定温度Ｔ_ｒｅｆとの比較処理を実行する。
そして、温度制御部４は、制御対象１の温度Ｔが設定温度Ｔ_ｒｅｆより低い期間では、図４に示すように、加熱器２をオン状態（加熱器２に対する操作量を１００％）に設定することで、制御対象１の温度Ｔを上昇させる。
一方、温度計測部３から出力された計測値が示す制御対象１の温度Ｔが設定温度Ｔ_ｒｅｆ以上の期間では、温度制御部４は、図４に示すように、加熱器２をオフ状態（加熱器２に対する操作量を０％）に設定することで、制御対象１の温度Ｔを下降させる。
このように、温度制御部４が、加熱器２をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、制御対象１の温度Ｔの振幅が徐々に小さくなり、制御対象１の温度Ｔが設定温度Ｔ_ｒｅｆに近づいていく。

ＰＩＤパラメータ算出部５は、例えば、図示せぬ装置や外部からオートチューニングの開始指令を受けると、温度計測部３の計測値を取得して、その計測値から例えば制御対象１の温度Ｔの振幅と周期を計測し、その温度Ｔの振幅と周期を用いて、ＰＩＤパラメータを算出する処理であるオートチューニングを開始する（図３のステップＳＴ１）。
ＰＩＤパラメータ算出部５がＰＩＤパラメータの算出に用いる方法として、例えば、リミットサイクル法やそれを応用した方法が使われる。ただし、制御対象の特性や制御要求により、様々な調整がなされる場合があるため、算出処理の詳細については省略する。
残り時間提示部８は、温度制御部４がＯＮ／ＯＦＦ制御を開始すると、現在、ＰＩＤパラメータの計算中である旨を示す“ＣＡＬＣ”を７セグメント表示器に表示する（ステップＳＴ２）。

経過時間計測部６は、オートチューニングの実行中、温度計測部３から出力された計測値が示す制御対象１の温度Ｔを監視して、制御対象１の温度Ｔが設定温度Ｔ_ｒｅｆを通過するタイミング（ＡＴポイントを通過するタイミング）を検出する処理を実施する。
図４では、オートチューニングが完了するまでに、制御対象１の温度Ｔが設定温度Ｔ_ｒｅｆを通過するタイミングの回数が５回である例を示している。
経過時間計測部６は、オートチューニングを開始してから、１回目のＡＴポイントの通過を検出すると（ステップＳＴ３：Ｙｅｓの場合）、１回目のＡＴポイントの通過時刻ｔ_１（１回目の通過のタイミングを示す時刻）を特定し、その通過時刻ｔ_１からの経過時間ｔ_{ｅｌａ，１}の計測を開始する（ステップＳＴ４）。
経過時間計測部６は、２回目のＡＴポイントの通過を検出すると（ステップＳＴ５：Ｙｅｓの場合）、２回目のＡＴポイントの通過時刻ｔ_２（２回目の通過のタイミングを示す時刻）を特定し、１回目のＡＴポイントの通過から２回目のＡＴポイントの通過に至るまでの第１の経過時間ｔ_{ｅｌａ，１}の計測を終了する（ステップＳＴ６）。
ｔ_{ｅｌａ，１}＝ｔ_２−ｔ_１ （１）

残り時間算出部７は、経過時間計測部６により１回目のＡＴポイントの通過から２回目のＡＴポイントの通過に至るまでの第１の経過時間ｔ_{ｅｌａ，１}が計測されると、例えば、下記の式（２）に示すように、第１の経過時間ｔ_{ｅｌａ，１}からオートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，１}を算出する（ステップＳＴ７）。
ｔ_{ｒｅｓｔ，１}＝３．５×ｔ_{ｅｌａ，１} （２）
通常、制御開始の最初のサイクルに要する第１の経過時間ｔ_{ｅｌａ，１}は、以降の経過時間よりも大きい。従って、実際の残り時間は、上述のように算出したｔ_{ｒｅｓｔ，１}よりも小さくなることが見込まれるが、大まかな残り時間を算出することができる。
ここでは、残り時間算出部７が、オートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，１}を算出しているが、さらに、その残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，１}と現在の時刻から、オートチューニングの終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，１}を算出するようにしてもよい。

残り時間提示部８は、残り時間算出部７によりオートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，１}が算出されると、その残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，１}を７セグメント表示器に表示する（ステップＳＴ８）。さらに、オートチューニングの終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，１}が算出されていれば、その終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，１}も７セグメント表示器に表示する。
また、残り時間提示部８は、オートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，１}は時間経過に伴って減少するため、残り時間算出部７により算出された残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，１}をタイマーのカウント値に設定して、そのカウント値の減数処理を開始する。
そして、残り時間提示部８は、減数処理中のカウント値を更新後の残り時間として、７セグメント表示器に表示している残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，１}を更新する。
ここでのタイマーのカウント値の減数処理と、減数処理中のカウント値の表示更新処理は、後述するステップＳＴ１２でオートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}が算出されるまで繰り返される。

次に、経過時間計測部６は、２回目のＡＴポイントの通過時刻ｔ_２からの経過時間ｔ_{ｅｌａ，２}の計測を開始する（ステップＳＴ９）。
経過時間計測部６は、オートチューニングを開始してから、３回目のＡＴポイントの通過を検出すると（ステップＳＴ１０：Ｙｅｓの場合）、３回目のＡＴポイントの通過時刻ｔ_３（３回目の通過のタイミングを示す時刻）を特定し、２回目のＡＴポイントの通過から３回目のＡＴポイントの通過に至るまでの第２の経過時間ｔ_{ｅｌａ，２}の計測を終了する（ステップＳＴ１１）。
ｔ_{ｅｌａ，２}＝ｔ_３−ｔ_２ （３）

残り時間算出部７は、経過時間計測部６により２回目のＡＴポイントの通過から３回目のＡＴポイントの通過に至るまでの第２の経過時間ｔ_{ｅｌａ，２}が計測されると、例えば、下記の式（４）に示すように、第１の経過時間ｔ_{ｅｌａ，１}及び第２の経過時間ｔ_{ｅｌａ，２}からオートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}を算出する（ステップＳＴ１２）。
ｔ_{ｒｅｓｔ，２}＝１．５×ｔ_{ｅｌａ，１}＋ｔ_{ｅｌａ，２} （４）
残り時間算出部７により残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，１}が算出された段階よりも、ＰＩＤパラメータ算出部５による温度Ｔの振幅と周期の計測処理が進んでいるため、その残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}に含まれている誤差が減少していることが想定される。
また、本実施の形態では、設定温度Ｔ_ｒｅｆよりも温度が高くなっている第１の経過時間ｔ_{ｅｌａ，１}と、設定温度Ｔ_ｒｅｆよりも温度が低くなっている第２の経過時間ｔ_{ｅｌａ，２}とを用いて、残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}を算出している。制御対象１によっては、設定温度Ｔ_ｒｅｆよりも温度が高くなる場合と、設定温度Ｔ_ｒｅｆよりも温度が低くなる場合とで、異なる挙動を示す場合がある。このような制御対象１では、第２の経過時間ｔ_{ｅｌａ，２}のみに基づいて残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}を算出すると、実際の残り時間と大幅にかけ離れた値が算出される可能性があるが、本実施の形態では、より精度の高い残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}を算出することが可能となる。ただし、本発明の内容は、この制御内容に限定されるものではなく、制御対象１の特性によっては、第２の経過時間ｔ_{ｅｌａ，２}のみに基づいてオートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}を算出するようにしてもよい。
ここでは、残り時間算出部７が、オートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}を算出しているが、さらに、その残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}と現在の時刻から、オートチューニングの終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，２}を算出するようにしてもよい。

残り時間提示部８は、残り時間算出部７によりオートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}が算出されると、先に表示している残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，１}を消して、その残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}を７セグメント表示器に表示する（ステップＳＴ１３）。つまり、先に表示している残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，１}よりも、算出精度が高い残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}を７セグメント表示器に表示する。さらに、オートチューニングの終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，２}が算出されていれば、先に表示している終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，１}を消して、その終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，２}を７セグメント表示器に表示する。
また、残り時間提示部８は、オートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}は時間経過に伴って減少するため、残り時間算出部７により算出された残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}をタイマーのカウント値に設定して、そのカウント値の減数処理を開始する。
そして、残り時間提示部８は、減数処理中のカウント値を更新後の残り時間として、７セグメント表示器に表示している残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}を更新する。
ここでのタイマーのカウント値の減数処理と、減数処理中のカウント値の表示更新処理は、後述するステップＳＴ１７でオートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，３}が算出されるまで繰り返される。

次に、経過時間計測部６は、３回目のＡＴポイントの通過時刻ｔ_３からの経過時間ｔ_{ｅｌａ，３}の計測を開始する（ステップＳＴ１４）。
経過時間計測部６は、オートチューニングを開始してから、４回目のＡＴポイントの通過を検出すると（ステップＳＴ１５：Ｙｅｓの場合）、４回目のＡＴポイントの通過時刻ｔ_４（４回目の通過のタイミングを示す時刻）を特定し、３回目のＡＴポイントの通過から４回目のＡＴポイントの通過に至るまでの第３の経過時間ｔ_{ｅｌａ，３}の計測を終了する（ステップＳＴ１６）。
ｔ_{ｅｌａ，３}＝ｔ_４−ｔ_３ （５）

残り時間算出部７は、経過時間計測部６により３回目のＡＴポイントの通過から４回目のＡＴポイントの通過に至るまでの第３の経過時間ｔ_{ｅｌａ，３}が計測されると、例えば、下記の式（６）に示すように、第２の経過時間ｔ_{ｅｌａ，２}及び第３の経過時間ｔ_{ｅｌａ，３}からオートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，３}を算出する（ステップＳＴ１７）。
ｔ_{ｒｅｓｔ，３}＝ｔ_{ｅｌａ，２}＋０．５×ｔ_{ｅｌａ，３} （６）
第３の経過時間ｔ_{ｅｌａ，３}が算出されたタイミングでは、ＰＩＤパラメータ算出部５による温度Ｔの振幅と周期の計測完了までの時間が減少しているため、残り時間算出部７により算出された残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，３}に含まれている誤差が少ないことが想定される。即ち、残り時間算出部７により残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}が算出された段階よりも、ＰＩＤパラメータ算出部５によるＰＩＤパラメータの算出処理が進んでいるため、残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，３}に含まれている誤差が減少していることが想定される。
ここでは、残り時間算出部７が、オートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，３}を算出しているが、さらに、その残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，３}と現在の時刻から、オートチューニングの終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，３}を算出するようにしてもよい。

残り時間提示部８は、残り時間算出部７によりオートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，３}が算出されると、先に表示している残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}を消して、その残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，３}を７セグメント表示器に表示する（ステップＳＴ１８）。つまり、先に表示している残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，２}よりも、算出精度が高い残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，３}を７セグメント表示器に表示する。さらに、オートチューニングの終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，３}が算出されていれば、先に表示している終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，２}を消して、その終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，３}を７セグメント表示器に表示する。
また、残り時間提示部８は、オートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，３}は時間経過に伴って減少するため、残り時間算出部７により算出された残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，３}をタイマーのカウント値に設定して、そのカウント値の減数処理を開始する。
そして、残り時間提示部８は、減数処理中のカウント値を更新後の残り時間として、７セグメント表示器に表示している残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，３}を更新する。
ここでのタイマーのカウント値の減数処理と、減数処理中のカウント値の表示更新処理は、後述するステップＳＴ２０でオートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，４}が算出されるまで繰り返される。

次に、経過時間計測部６は、オートチューニングを開始してから、５回目のＡＴポイントの通過の検出処理を行う。
残り時間算出部７は、経過時間計測部６が５回目のＡＴポイントの通過を検出すると（ステップＳＴ１９：Ｙｅｓの場合）、例えば、下記の式（７）に示すように、第３の経過時間ｔ_{ｅｌａ，３}からオートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，４}を算出する（ステップＳＴ２０）。
ｔ_{ｒｅｓｔ，４}＝０．５×ｔ_{ｅｌａ，３} （７）
５回目のＡＴポイントの通過が検出されたタイミングでは、ＰＩＤパラメータ算出部５によるＰＩＤパラメータの算出が完了しているため、残り時間算出部７により算出された残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，４}に含まれている誤差がほぼ無いことが想定される。

残り時間提示部８は、残り時間算出部７によりオートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，４}が算出されると、先に表示している残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，３}を消して、その残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，４}を７セグメント表示器に表示する（ステップＳＴ２１）。つまり、先に表示している残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，３}よりも、算出精度が高い残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，４}を７セグメント表示器に表示する。さらに、オートチューニングの終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，４}が算出されていれば、先に表示している終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，３}を消して、その終了時刻ｔ_{ｅｎｄ，４}を７セグメント表示器に表示する。
また、残り時間提示部８は、オートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，４}は時間経過に伴って減少するため、残り時間算出部７により算出された残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，４}をタイマーのカウント値に設定して、そのカウント値の減数処理を開始する。
そして、残り時間提示部８は、減数処理中のカウント値を更新後の残り時間として、７セグメント表示器に表示している残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，４}を更新する。
ここでのタイマーのカウント値の減数処理と、減数処理中のカウント値の表示更新処理は、減数処理中のカウント値が０になるまで繰り返される。

ＰＩＤパラメータ算出部５は、５回目のＡＴポイントの通過が検出された時点で、ＰＩＤパラメータの算出処理が完了し、その算出したＰＩＤパラメータを温度制御部４に出力する。
温度制御部４は、ＰＩＤパラメータ算出部５からＰＩＤパラメータを受けたのち、７セグメント表示器に表示されている残り時間ｔ_{ｒｅｓｔ，４}が０になると、加熱器２のＯＮ／ＯＦＦ制御を終了して、そのＰＩＤパラメータを用いる制御対象１の温度ＴのＰＩＤ制御を開始する。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、制御対象１の温度Ｔを監視して、制御対象１の温度Ｔが設定温度Ｔ_ｒｅｆを通過するタイミングを検出する処理を実施し、前回の通過のタイミングから今回の通過のタイミングに至るまでの経過時間ｔ_ｅｌａを計測する経過時間計測部６と、経過時間計測部６により計測された経過時間ｔ_ｅｌａを用いて、オートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_ｒｅｓｔを算出する残り時間算出部７とを設け、残り時間提示部８が、残り時間算出部７により算出された残り時間ｔ_ｒｅｓｔを７セグメント表示器に表示するように構成したので、ユーザが、オートチューニングが終了するまでの残り時間を把握することができる効果を奏する。
このため、例えば、制御対象１の負荷容量が大きく応答性が遅いために、オートチューニング機能によるＰＩＤパラメータの算出時間が長くなる場合でも、ＰＩＤ制御を開始するまでの段取りを容易に立てることができるようになる。

また、この実施の形態１によれば、経過時間計測部６が、通過のタイミングを検出する毎に、前回の通過のタイミングから今回の通過のタイミングに至るまでの経過時間ｔ_ｅｌａを計測し、残り時間算出部７が、経過時間計測部６により経過時間ｔ_ｅｌａが計測される毎に、当該経過時間ｔ_ｅｌａを用いて、オートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_ｒｅｓｔを算出し、残り時間提示部８が、残り時間算出部７によりオートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_ｒｅｓｔが算出される毎に、当該残り時間ｔ_ｒｅｓｔを７セグメント表示器に表示するように構成したので、オートチューニングの処理が終了に近づくにつれて、算出精度が高い残り時間ｔ_ｒｅｓｔを７セグメント表示器に表示することができる効果を奏する。

この実施の形態１では、５回目の通過のタイミングが検出された時点で、ＰＩＤパラメータの算出処理が完了する例を示したが、これは一例に過ぎず、６回目以上の通過のタイミングが検出された時点で、ＰＩＤパラメータの算出処理が完了する場合もあれば、４回目以下の通過のタイミングが検出された時点で、ＰＩＤパラメータの算出処理が完了する場合もある。
例えば、６回目の通過のタイミングが検出された時点で、ＰＩＤパラメータの算出処理が完了してから、４分の１サイクル（負荷の無駄時間）の経過後に、ＰＩＤ制御を開始する場合には、経過時間計測部６により４回目の通過のタイミングから５回目の通過のタイミングに至るまでの第４の経過時間ｔ_{ｅｌａ，４}も算出される。
この場合、各ＡＴポイントの通過が検出された時点で算出されるオートチューニングが終了するまでの残り時間ｔ_ｒｅｓｔは、例えば、下記のようになる。
ｔ_{ｒｅｓｔ，１}＝４．５×ｔ_{ｅｌａ，１}
ｔ_{ｒｅｓｔ，２}＝２．０×ｔ_{ｅｌａ，１}＋１．５×ｔ_{ｅｌａ，２}
ｔ_{ｒｅｓｔ，３}＝１．５×ｔ_{ｅｌａ，２}＋ｔ_{ｅｌａ，３}
ｔ_{ｒｅｓｔ，４}＝ｔ_{ｅｌａ，３}＋０．５×ｔ_{ｅｌａ，４}、
ｔ_{ｒｅｓｔ，５}＝０．５×ｔ_{ｅｌａ，４}

以上のように、本発明の内容を実施形態に基づいて説明したが、本発明の内容は実施形態の内容のみに限定されるものではなく、請求項に記載された内容及びその均等の範囲内において、変更可能であることはもちろんである。

１ 制御対象、２ 加熱器、３ 温度計測部、４ 温度制御部、５ ＰＩＤパラメータ算出部、６ 経過時間計測部、７ 残り時間算出部、８ 残り時間提示部、１１ メモリ、１２ プロセッサ。

Claims (5)

1. 制御対象の温度のＰＩＤ制御を開始する前に、前記ＰＩＤ制御に用いるＰＩＤパラメータを算出するオートチューニング機能を有するＰＩＤ制御装置であって、
   制御対象の温度のＰＩＤ制御を開始する前に、前記制御対象の温度が設定温度より低い期間では、前記制御対象に熱を加える加熱器をオン状態に設定し、前記制御対象の温度が前記設定温度以上の期間では、前記加熱器をオフ状態に設定することで、前記制御対象の温度を制御する温度制御部と、
   前記温度制御部により制御されている制御対象の温度の計測値から前記ＰＩＤ制御に用いるＰＩＤパラメータを算出するＰＩＤパラメータ算出部と、
   前記制御対象の温度の計測値を監視して、前記制御対象の温度が前記設定温度を通過するタイミングを検出する処理を実施し、前回の通過のタイミングから今回の通過のタイミングに至るまでの経過時間を計測する経過時間計測部と、
   前記経過時間計測部により計測された経過時間を用いて、オートチューニングが終了するまでの残り時間を算出する残り時間算出部と、
   前記残り時間算出部により算出された残り時間を提示する残り時間提示部と
   を備え、
   前記オートチューニングが終了する時間は、前記ＰＩＤパラメータの算出処理が完了してから前記制御対象の温度が最初にピークをとる時間を含めた時間であることを特徴とするＰＩＤ制御装置。
2. 前記経過時間計測部は、通過のタイミングを検出する毎に、前回の通過のタイミングから今回の通過のタイミングに至るまでの経過時間を計測し、
   前記残り時間算出部は、前記経過時間計測部により経過時間が計測される毎に、当該経過時間を用いて、オートチューニングが終了するまでの残り時間を算出し、
   前記残り時間提示部は、前記残り時間算出部により残り時間が算出される毎に、当該残り時間を提示することを特徴とする請求項１記載のＰＩＤ制御装置。
3. 前記残り時間提示部は、前記残り時間算出部により残り時間が算出される毎に、当該残り時間をタイマーのカウント値に設定して、前記カウント値の減数処理を開始し、減数処理中のカウント値を提示することを特徴とする請求項２記載のＰＩＤ制御装置。
4. 前記残り時間算出部は、オートチューニングが終了するまでの残り時間と現在の時刻から、オートチューニングの終了時刻を算出し、
   前記残り時間提示部は、前記残り時間算出部により算出されたオートチューニングの終了時刻を提示することを特徴とする請求項１記載のＰＩＤ制御装置。
5. 制御対象の温度のＰＩＤ制御を開始する前に、前記ＰＩＤ制御に用いるＰＩＤパラメータを算出するオートチューニング処理を行うＰＩＤ制御方法であって、
   温度制御部が、制御対象の温度のＰＩＤ制御を開始する前に、前記制御対象の温度が設定温度より低い期間では、前記制御対象に熱を加える加熱器をオン状態に設定し、前記制御対象の温度が前記設定温度以上の期間では、前記加熱器をオフ状態に設定することで、前記制御対象の温度を制御し、
   ＰＩＤパラメータ算出部が、前記温度制御部により制御されている制御対象の温度の計測値から前記ＰＩＤ制御に用いるＰＩＤパラメータを算出し、
   経過時間計測部が、前記制御対象の温度の計測値を監視して、前記制御対象の温度が前記設定温度を通過するタイミングを検出する処理を実施し、前回の通過のタイミングから今回の通過のタイミングに至るまでの経過時間を計測し、
   残り時間算出部が、前記経過時間計測部により計測された経過時間を用いて、オートチューニングが終了するまでの残り時間を算出し、
   残り時間提示部が、前記残り時間算出部により算出された残り時間を提示して、
   前記オートチューニングが終了する時間は、前記ＰＩＤパラメータの算出処理が完了してから前記制御対象の温度が最初にピークをとる時間を含めた時間であることを特徴とする
   ＰＩＤ制御方法。

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