JPH04227502A - ファジィ推論による温度制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ファジィ推論における
温度制御システムに関し、特に成形機の温度制御に好適
なシステムである。

【０００２】

【従来の技術】従来、押出機等の成形機における温度制
御は、そのほとんどが、周知のＰＩＤ制御によって行わ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＰＩＤ制御は、冷却制御、過渡特性、オートチューニン
グにおいてそれぞれ課題が残されている。

【０００４】すなわち、冷却制御に関しては、制御対象
が非線形になるため、制御が困難である。過渡特性に関
しては、ＰＩＤ制御で行う限りオーバーシュートが少な
からず生じてしまう。オートチューニングに関しては、
実負荷運転中の状態と異なる状態で、ステップ応答法に
よってチューニングを行ったり、またリミットサイクル
法によって強制的にハンチング動作を発生させたりする
必要がある等の問題があった。

【０００５】このような問題は制御性能自体の問題であ
るが、その他にもＰＩＤ制御にエキスパートの知識を加
味することを考えると、ロジックが複雑となってメンテ
ナンスが困難になる。また、プログラム化に大容量のメ
モリが必要になるといった問題がある。

【０００６】本発明はかかる実情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、近時注目されているファジィ理論を成
形機の温度制御に適用することにより、上記問題の解決
を図ったファジィ推論による温度制御システムを提供す
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
、本発明に係わるファジィ推論による温度制御システム
は、フィードバック制御により、温度の実測値が設定値
に一致するように加熱、冷却による温度調節を行う温度
制御システムにおいて、入力情報を温度実測値と温度設
定値との偏差ＤＴＢ、及び偏差ＤＴＢの前回値に対する
変化ＣＴＢとしたとき、前記偏差ＤＴＢと前記偏差の変
化ＣＴＢとによって出力率ＺＢのグレードを算出し、そ
の算出結果を送出する立ち上がり操作用ファジィ推論部
と、前記偏差の変化ＣＴＢによって出力率ＺＢのグレー
ドを算出し、その算出結果を送出する引き戻し操作用フ
ァジィ推論部と、前記偏差ＤＴＢと前記偏差の変化ＣＴ
Ｂとによって出力率ＺＢのグレードを算出し、その算出
結果を送出する定常領域用ファジィ推論部と、前記温度
設定値が変更されたとき、前記偏差ＤＴＢによって出力
率ＺＢのグレードを算出し、その算出結果を送出する設
定値変更時用ファジィ推論部と、前記各ファジィ推論部
から送出された出力率ＺＢのグレードに基づいて出力率
の変化量を演算し、この出力率に従って新たな制御出力
を得る出力率演算部とを備えた構成とする。

【０００８】

【作用】温度制御領域を、温度設定値を基準としてその
プラス側とマイナス側とに極僅かの温度幅をもって設定
された第１の領域と、この第１の領域のプラス側とマイ
ナス側との外側に第１の領域よりも広い温度幅をもって
設定された第２の領域と、この第２の領域のプラス側と
マイナス側との外側に設定された第３の領域との３つの
領域に区分する。そして、温度実測値が第３の領域にあ
るときには、主に立ち上がり操作用ファジィ推論部によ
り、偏差ＤＴＢと偏差の変化ＣＴＢとによって出力率Ｚ
Ｂのグレードを算出し、その算出結果をファジィ演算部
に送出する。また、温度実測値が第２の領域にあるとき
には、主に引き戻し操作用ファジィ推論部により、偏差
の変化ＣＴＢによって出力率ＺＢのグレードを算出し、
その算出結果をファジィ演算部に送出する。また、温度
実測値が第１の領域にあるときには、主に定常領域用フ
ァジィ推論部により、偏差ＤＴＢと偏差の変化ＣＴＢと
によって出力率ＺＢのグレードを算出し、その算出結果
をファジィ演算部に送出する。また、それまでの温度設
定値が変更されたときには、設定値変更時用ファジィ推
論部により、偏差ＤＴＢによって出力率ＺＢのグレード
を算出し、その算出結果を出力率演算部に送出する。出
力率演算部では、前記各ファジィ推論部から送出された
出力率ＺＢのグレードを例えば重み付き平均化法によっ
てその変化分を計算し、その計算された出力率の変化分
を加味した新たな制御出力を得るようになっている。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は本発明のファジィ推論による温度制御シ
ステム（ファジィ制御装置）の電気的構成を示すブロッ
ク図、図２は同システムが適用された押出成形機の構成
を示す概略図である。

【００１０】図２において、押出成形機１は、ホッパ２
と、ホッパ２内の原料（樹脂）を押出部３に導くための
案内スクリュ４と、押出部３内に設けられた押出スクリ
ュ５と、各スクリュ４，５を回転駆動するモータ６，７
と、押出部３を複数のブロック（図面中、破線によって
区切っている。）に分割すると共に各ブロック毎に加熱
と冷却とを行う加熱冷却装置８，８・・・とで構成され
ている。そして、押出成形機１の前記各ブロックには、
加熱温度を検出するセンサ９，９・・・が設けられてお
り、この温度センサ９，９・・・の各出力が、押出成形
機１全体の動作制御を行うシステム制御部１１を介して
ファジィ制御装置１０に導かれた構成となっている。ま
た、システム制御部１１からは、各ブロックに対応して
設けられた前記各加熱冷却装置８，８・・・に対して制
御出力が導かれると共に、各モータ６，７に対して駆動
制御信号が導かれた構成となっている。

【００１１】ファジィ制御装置１０は、図１に示すよう
に、入力情報演算部２１、立ち上がり操作用条件判断部
２２、立ち上がり操作用ファジィ推論部２３、引き戻し
操作用条件判断部２４、引き戻し操作用ファジィ推論部
２５、定常領域用条件判断部２６、定常領域用ファジィ
推論部２７、設定値変更時用条件判断部２８、設定値変
更時用ファジィ推論部２９、外乱検出時用条件判断部３
０、外乱検出時用ファジィ推論部３１、偏差補正用条件
判断部３２、偏差補正用ファジィ推論部３３及び出力率
演算部３４によって構成されている。

【００１２】そして、入力情報演算部２１には、システ
ム制御部１１を介して各温度センサ９，９・・・から温
度実測値が導かれており、入力情報演算部２１の出力は
、各条件判断部２２，２４，２６，２８，３０，３２に
導かれている。入力情報演算部２１は、導かれた温度実
測値と、予め設定された温度設定値とから、温度偏差（
温度実測値−温度設定値：ＤＴＢ）を求めると共に、そ
の温度偏差ＤＴＢの前回値に対する変化（以下、温度偏
差変化量ＣＴＢと略記する。）を求める。

【００１３】また、各条件判断部２２，２４，２６，２
８，３０，３２の出力は、それぞれに対応して設けられ
た各ファジィ推論部２３，２５，２７，２９，３１，３
３に導かれており、各ファジィ推論部２３，２５，２７
，２９，３１，３３の出力が出力率演算部３４に導かれ
た構成となっている。

【００１４】各ファジィ推論部２３，２５，２７，２９
，３１，３３は、入力情報演算部２１から導かれた温度
偏差ＤＴＢや温度偏差変化量ＣＴＢによって出力率ＺＢ
のグレードを算出するブロックであり、また、出力率演
算部３４は、各ファジィ推論部２３，２５，２７，２９
，３１，３３から導かれた出力率のグレードを、例えば
重み付け平均化法により物理量に変換して、最終的な出
力率の変化分を算出し、この出力率の変化分を加味した
新たな制御出力を得るブロックである。

【００１５】すなわち、本実施例では、基本的に必要な
４つのファジィ推論部２３，２５，２７，２９の他に、
特に押出成形機１の動作時において適合する外乱検出時
用ファジィ推論部３１及び偏差補正用ファジィ推論部３
３を加えた構成となっている。

【００１６】また、本実施例においては、温度制御領域
を、図３に示すように、温度設定値を基準としてそのプ
ラス側とマイナス側とに極僅かの温度幅（本実施例では
±１℃としている。）をもって設定された第１の領域４
１と、この第１の領域４１のプラス側とマイナス側との
外側に第１の領域４１よりも広い温度幅（本実施例では
、設定値の±１０％の範囲としている。）をもって設定
された第２の領域４２と、この第２の領域４２のプラス
側とマイナス側との外側に設定された第３の領域４３と
の３つの領域に区分している。そして、第３の領域４３
を立ち上がり操作用ファジィ推論部２３が受け持ち、第
２の領域４２を引き戻し操作用ファジィ推論部２５と外
乱検出時用ファジィ推論部３１と偏差補正用ファジィ推
論部３３とが受け持ち、第１の領域４１を定常領域用フ
ァジィ推論部２７と外乱検出用ファジィ推論部３１と偏
差補正用ファジィ推論部３３とが受け持っている。

【００１７】図４（ａ），（ｂ）〜図９（ａ），（ｂ）
は、各ファジィ推論部２３，２５，２７，２９，３１，
３３における偏差ＤＴＢ及び温度偏差変化量ＣＴＢにつ
いてのメンバーシップ関数を示している。同図において
、ＰＢはＰＬＵＳＢＩＧ、ＰＳはＰＬＵＳ　　ＳＭＡＬ
Ｌ、ＺはＺＥＲＯ、ＮＳはＮＥＧＡＴＩＶＥＳＭＡＬＬ
、ＮＢはＮＥＧＡＴＩＶＥ　　ＢＩＧを表している。ま
た、メンバーシップ関数は、標準的な三角形としている
。ただし、この形状の他にも、例えばＳｉｎカーブ、Ｃ
ｏｓカーブ等の山形曲線とすることも可能である。

【００１８】また、出力率ΔＺＢの演算方法は、ファジ
ィルールを例えば ＩＦ　　ＣＴＢ＝ＰＢ　　ＴＨＥＮ　　ＺＢ＝ＰＢＩＦ
　　ＣＴＢ＝Ｚ　　　　ＴＨＥＮ　　ＺＢ＝ＺＩＦ　　
ＣＴＢ＝ＮＢ　　ＴＨＥＮ　　ＺＢ＝ＮＢとし、メンバ
ーシップ関数が図１０であるとすると、下式によって求
めることができる。

【００１９】

【数１】

【００２０】ただし、Ｕは出力グレードであって、例え
ば、ＵＰＢ＝１００％、ＵＺ　＝０、ＵＮＢ＝−１００
％となっている。次に、各条件判断部２２，２４，２６
，２８，３０，３２及び各ファジィ推論部２３，２５，
２７，２９，３１，３３について個別に説明する。

【００２１】立ち上がり操作用条件判断部２２は、制御
周期（判断周期）：２０秒 入力変数：温度偏差ｄＤＴＢ 温度偏差変化量ｄＣＴＢであって、判断すべき条件は、
温度実測値が第３の領域４３の範囲内にあるかどうかで
ある。これをＩＦ〜ＴＨＥＮ方式で表すと、ＩＦ第３の
領域４３　　ＴＨＥＮとなる。

【００２２】このとき、立ち上がり操作用ファジィ推論
部２３において用いるルールは、温度偏差ｄＤＴＢと温
度偏差変化量ｄＣＴＢとを２つの条件とし、金型温度を
設定温度値に近づけるために必要な出力率ｄＺＢのグレ
ードを最終結論とする。その記述方式はＩＦ〜ＴＨＥＮ
方式であって、以下に示している。ＩＦ　　ｄＤＴＢ＝
ＰＢ　　ＡＮＤ　　ＮＯＴ（ｄＣＴＢ）　　ＴＨＥＮ　
　ｄＺＢ＝ＰＢただし、出力グレードｄＺＢ：ＰＢ（３
５），Ｚ（０），ＮＢ（−３５）引き戻し操作用条件判
断部２４は、制御周期（判断周期）：１０秒 入力変数：前回出力値ｃＺＢＶ ：９０秒前との設定値変化量ｃＤＳＶＯＨ：９０秒前と
の出力値変化量ｃＣＺＢＨ：４０秒前との出力値変化量
ｃＣＺＢＨＨ：２０秒前との設定値変化量ｃＤＳＶＯＣ
：２０秒前との出力値変化量ｃＣＺＢＣ：温度偏差ｃＤ
ＴＢ ：２０秒後の温度偏差予測値ｃＥＴＢ ：温度偏差変化量ｃＣＴＢであって、判断すべき１つの
条件Ａ１は、 ＩＦ　　前回出力値≧０　　ＴＨＥＮ ＩＦ　　過去９０秒間設定値変化なし　　ＴＨＥＮＩＦ
　　温度偏差≦−１かつ　　温度偏差の予測＞０かつ　
　温度偏差変化量＞０かつ　　過去９０秒間に５％以上
出力値を減少させていない　　ＴＨＥＮである。

【００２３】このとき、引き戻し操作用ファジィ推論部
２５において用いるルールは、温度偏差ｃＣＴＢを条件
とし、金型温度を設定温度値に近づけるために必要な出
力率ｃＺＢのグレードを最終結論とする。その記述方式
はＩＦ〜ＴＨＥＮ方式であって、以下に示している。

【００２４】ＩＦ　　ｃＣＴＢ＝ＰＢ　　ＴＨＥＮ　　
ｃＺＢ＝ＮＢ ＩＦ　　ｃＣＴＢ＝ＰＳ　　ＴＨＥＮ　　ｃＺＢ＝ＮＭ
ＩＦ　　ｃＣＴＢ＝Ｚ　　　　ＴＨＥＮ　　ｃＺＢ＝Ｚ
また、判断すべき１つの条件Ａ２は、 ＩＦ　　前回出力値≧０　　ＴＨＥＮ ＩＦ　　過去９０秒間設定値変更なし　　ＴＨＥＮＩＦ
　　温度偏差≧１かつ　　温度偏差の予測＜０かつ　　
温度偏差変化量＜０かつ　　過去９０秒間に５％以上出
力値を増加させていない　　ＴＨＥＮである。

【００２５】このとき、引き戻し操作用ファジィ推論部
２５において用いるルールは、 ＩＦ　　ｃＣＴＢ＝ＮＢ　　ＴＨＥＮ　　ｃＺＢ＝ＰＢ
ＩＦ　　ｃＣＴＢ＝ＮＳ　　ＴＨＥＮ　　ｃＺＢ＝ＰＭ
ＩＦ　　ｃＣＴＢ＝Ｚ　　　　ＴＨＥＮ　　ｃＺＢ＝Ｚ
また、判断すべき１つの条件Ｂ１は、 ＩＦ　　前回出力値＜０　　ＴＨＥＮ ＩＦ　　過去２０秒間設定値変化なし　　ＴＨＥＮＩＦ
　　温度偏差≦−１かつ　　温度偏差の予測＞０かつ　
　温度偏差変化量＞０かつ　　過去２０秒間に１％以上
出力値を減少させていない　　ＴＨＥＮである。

【００２６】このとき、引き戻し操作用ファジィ推論部
２５において用いるルールは、 ＩＦ　　ｃＣＴＢ＝ＰＢ　　ＴＨＥＮ　　ｃＺＢ＝ＮＭ
ＩＦ　　ｃＣＴＢ＝ＰＳ　　ＴＨＥＮ　　ｃＺＢ＝ＮＳ
ＩＦ　　ｃＣＴＢ＝Ｚ　　　　ＴＨＥＮ　　ｃＺＢ＝Ｚ
また、判断すべき１つの条件Ｂ２は、 ＩＦ　　前回出力値＜０　　ＴＨＥＮ ＩＦ　　過去２０秒間設定値変化無し　　ＴＨＥＮＩＦ
　　温度偏差≧１かつ　　温度偏差の予測＜０かつ　　
温度偏差変化量＜０かつ　　過去２０秒間に１％以上出
力値を増加させていない　　ＴＨＥＮである。

【００２７】このとき、引き戻し操作用ファジィ推論部
２５において用いるルールは、 ＩＦ　　ｃＣＴＢ＝ＮＢ　　ＴＨＥＮ　　ｃＺＢ＝ＰＭ
ＩＦ　　ｃＣＴＢ＝ＮＳ　　ＴＨＥＮ　　ｃＺＢ＝ＰＳ
ＩＦ　　ｃＣＴＢ＝Ｚ　　　　ＴＨＥＮ　　ｃＺＢ＝Ｚ
ただし、上記各条件Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２における出
力グレードｃＺＢは、ＰＢ（７０），ＰＭ（３５），Ｐ
Ｓ（１５），Ｚ（０），ＮＳ（−１５），ＮＭ（−３５
）、ＮＢ（−７０） 定常領域用条件判断部２６は、 制御周期（判断周期）：４０秒 入力変数：設定変更量ｈＣＴＢ ：温度偏差ｈＤＴＢ ：８０秒前との出力値変化量ｈＣＺＢＨ：２０秒前との
出力値変化量ｈＣＺＢＣであって、判断すべき条件は、 ＩＦ　　設定変更が行われず　　ＴＨＥＮＩＦ　　出力
変化量が加熱時（１０％〜−１０％）冷却時（１％〜−
１％）の範囲内　　ＴＨＥＮである。

【００２８】このとき、定常領域用ファジィ推論部２７
において用いるルールは、温度偏差ｈＤＴＢと偏差の変
化ｄＣＴＢとを２つの条件とし、金型温度を設定温度値
に近づけるために必要な出力率ｈＺＢのグレードを最終
結論とする。その記述方式はＩＦ〜ＴＨＥＮ方式であっ
て、以下に示している。 ＩＦ　　ｈＣＴＢ＝ＮＢ　　ＡＮＤ　　ｈＤＴＢ＝ＰＢ
　　ＴＨＥＮ　　ｈＺＢ＝ＰＭＩＦ　　ｈＣＴＢ＝Ｚ　
　　　ＡＮＤ　　ｈＤＴＢ＝ＰＢ　　ＴＨＥＮ　　ｈＺ
Ｂ＝ＮＳＩＦ　　ｈＣＴＢ＝ＰＢ　　ＡＮＤ　　ｈＤＴ
Ｂ＝ＰＢ　　ＴＨＥＮ　　ｈＺＢ＝ＮＭＩＦ　　ｈＣＴ
Ｂ＝ＮＢ　　ＡＮＤ　　ｈＤＴＢ＝Ｚ　　　　ＴＨＥＮ
　　ｈＺＢ＝ＰＢＩＦ　　ｈＣＴＢ＝Ｚ　　　　ＡＮＤ
　　ｈＤＴＢ＝Ｚ　　　　ＴＨＥＮ　　ｈＺＢ＝ＺＩＦ
　　ｈＣＴＢ＝ＰＢ　　ＡＮＤ　　ｈＤＴＢ＝Ｚ　　　
　ＴＨＥＮ　　ｈＺＢ＝ＮＢＩＦ　　ｈＣＴＢ＝ＮＢ　
　ＡＮＤ　　ｈＤＴＢ＝ＮＢ　　ＴＨＥＮ　　ｈＺＢ＝
ＰＭＩＦ　　ｈＣＴＢ＝Ｚ　　　　ＡＮＤ　　ｈＤＴＢ
＝ＮＢ　　ＴＨＥＮ　　ｈＺＢ＝ＰＳＩＦ　　ｈＣＴＢ
＝ＰＢ　　ＡＮＤ　　ｈＤＴＢ＝ＮＢ　　ＴＨＥＮ　　
ｈＺＢ＝ＮＭただし、出力グレードｈＺＢ：ＰＢ（５）
，ＰＭ（４），ＰＳ（３），Ｚ（０），ＮＳ（−３），
ＮＭ（−３），ＮＢ（−５）設定値変更時用条件判断部
２８は、 制御周期（判断周期）：１０秒 入力変数：設定変更量ｅＤＳＶＡ ：温度偏差ｅＤＴＢ であって、判断すべき条件は、ＩＦ　　設定変更が行わ
れた時　　ＴＨＥＮである。

【００２９】このとき、設定値変更時用ファジィ推論部
２９において用いるルールは、温度偏差ｅＤＴＢを条件
とし、金型温度を新たな設定温度値に近づけるために必
要な出力率ｅＺＢのグレードを最終結論とする。その記
述方式はＩＦ〜ＴＨＥＮ方式であって、以下に示してい
る。 ＩＦ　　ｅＤＴＢ　　＝ＰＢ　　ＴＨＥＮ　　ｅＺＢ＝
ＮＢＩＦ　　ｅＤＴＢ　　＝ＰＳ　　ＴＨＥＮ　　ｅＺ
Ｂ＝ＮＭＩＦ　　ｅＤＴＢ　　＝Ｚ　　　　ＴＨＥＮ　
　ｅＺＢ＝ＺＩＦ　　ｅＤＴＢ　　＝ＮＳ　　ＴＨＥＮ
　　ｅＺＢ＝ＰＭＩＦ　　ｅＤＴＢ　　＝ＮＢ　　ＴＨ
ＥＮ　　ｅＺＢ＝ＰＢただし、出力グレードｅＺＢ：Ｐ
Ｂ（３５），ＰＭ（３０），Ｚ（０），ＮＭ（−３０）
，ＮＢ（−３５）外乱検出時用条件判断部３０は、 制御周期（判断周期）：１０秒 入力変数：前回出力値ａＺＢＶ ：９０秒前との設定値変化量ａＤＳＶＯＨ：９０秒前と
の出力値変化量ａＣＺＢＨ：４０秒前との出力値変化量
ａＣＺＢＨＨ：２０秒前との設定値変化量ａＤＳＶＯＣ
：２０秒前との出力値変化量ａＣＺＢＣ：温度偏差ａＤ
ＴＢ ：偏差の変化量ａＣＴＢ であって、判断すべき１つの条件Ａ１は、ＩＦ　　前回
出力値≧０　　ＴＨＥＮ ＩＦ　　過去９０秒間設定値変化なし　　ＴＨＥＮＩＦ
　　温度偏差≧１　　かつ　　温度偏差変化量＞０かつ
　　過去９０秒間に１０％以上出力値を減少させていな
い　　ＴＨＥＮである。

【００３０】このとき、外乱検出時用ファジィ推論部３
１において用いるルールは、温度偏差ａＣＴＢを条件と
し、金型温度を設定温度値に近づけるために必要な出力
率ａＺＢのグレードを最終結論とする。その記述方式は
ＩＦ〜ＴＨＥＮ方式であって、以下に示している。

【００３１】 ＩＦ　　ａＣＴＢ＝ＰＢ　　ＴＨＥＮ　　ｃＺＢ＝ＮＢ
ＩＦ　　ｃＣＴＢ＝ＰＳ　　ＴＨＥＮ　　ｃＺＢ＝ＮＭ
ＩＦ　　ｃＣＴＢ＝Ｚ　　　　ＴＨＥＮ　　ｃＺＢ＝Ｚ
また、判断すべき１つの条件Ａ２は、 ＩＦ　　前回出力値≧０　　ＴＨＥＮ ＩＦ　　過去９０秒間設定値変化なし　　ＴＨＥＮＩＦ
　　温度偏差≦−１　　かつ　　温度偏差変化量＜０か
つ　　過去９０秒間に１０％以上出力値を増加させてい
ない　　ＴＨＥＮである。

【００３２】このとき、外乱検出時用ファジィ推論部３
１において用いるルールは、 ＩＦ　　ａＣＴＢ＝ＮＢ　　ＴＨＥＮ　　ａＺＢ＝ＰＢ
ＩＦ　　ａＣＴＢ＝ＮＳ　　ＴＨＥＮ　　ａＺＢ＝ＰＭ
ＩＦ　　ａＣＴＢ＝Ｚ　　　　ＴＨＥＮ　　ａＺＢ＝Ｚ
また、判断すべき１つの条件Ｂ１は、 ＩＦ　　前回出力値＜０　　ＴＨＥＮ ＩＦ　　過去２０秒間設定値変化無し　　ＴＨＥＮＩＦ
　　温度偏差≧１　　かつ　　温度偏差変化量＞０かつ
　　過去２０秒間に１％以上出力値を減少させていない
　　ＴＨＥＮである。

【００３３】このとき、外乱検出時用ファジィ推論部３
１において用いるルールは、 ＩＦ　　ａＣＴＢ＝ＰＢ　　　　ＴＨＥＮ　　ａＺＢ＝
ＮＭＩＦ　　ａＣＴＢ＝ＰＳ　　　　ＴＨＥＮ　　ａＺ
Ｂ＝ＮＳＩＦ　　ａＣＴＢ＝Ｚ　　　　　　ＴＨＥＮ　
　ａＺＢ＝Ｚまた、判断すべき１つの条件Ｂ２は、 ＩＦ　　前回出力値＜０　　ＴＨＥＮ ＩＦ　　過去２０秒間設定値変化なし　　ＴＨＥＮＩＦ
　　温度偏差≦−１　　かつ　　温度偏差変化量＜０か
つ　　過去２０秒間に１％以上出力値を増加させていな
い　　ＴＨＥＮである。

【００３４】このとき、外乱検出時用ファジィ推論部３
１において用いるルールは、 ＩＦ　　ａＣＴＢ＝ＮＢ　　ＴＨＥＮ　　ａＺＢ＝ＰＭ
ＩＦ　　ａＣＴＢ＝ＮＳ　　ＴＨＥＮ　　ａＺＢ＝ＰＳ
ＩＦ　　ａＣＴＢ＝Ｚ　　　　ＴＨＥＮ　　ａＺＢ＝Ｚ
ただし、出力グレードａＺＢ：ＰＢ（５０），ＰＭ（２
５），ＰＳ（１２．５），Ｚ（０），ＮＳ（−１２．５
），ＮＭ（−２５），ＮＢ（−５０）偏差補正用条件判
断部３２は、 制御周期（判断周期）：６０秒 入力変数：温度偏差ｇＤＴＢ ：温度偏差変化量ｇＣＴＢ ：設定値変更量ｇＣＳＶ であって、判断すべき条件は、ＩＦ　　第２の領域４２
内　　かつ　　設定変更が行われていない　　ＴＨＥＮ
である。

【００３５】このとき、偏差補正用ファジィ推論部３３
において用いるルールは、温度偏差ｇＤＴＢと温度偏差
変化量ｇＣＴＢとを２つの条件とし、金型温度を設定温
度値に近づけるために必要な出力率ｇＺＢのグレードを
最終結論とする。その記述方式はＩＦ〜ＴＨＥＮ方式で
あって、以下に示している。 ＩＦ　　ｇＣＴＢ＝ｚ　　ＡＮＤ　　ｇＤＴＢ＝ＰＢ　
　ＴＨＥＮ　　ｇＺＢ＝ＮＢＩＦ　　ｇＣＴＢ＝ｚ　　
ＡＮＤ　　ｇＤＴＢ＝ＰＳ　　ＴＨＥＮ　　ｇＺＢ＝Ｎ
ＳＩＦ　　ｇＣＴＢ＝ＰＢ　　ＯＲ　　ｇＣＴＢ＝ＮＢ
　　ＯＲ　　ｇＤＴＢ＝Ｚ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　ＴＨＥＮ　　ｇＺＢ＝ＮＢＩＦ　　ｇＣＴ
Ｂ＝ｚ　　ＡＮＤ　　ｇＤＴＢ＝ＮＳ　　ＴＨＥＮ　　
ｇＺＢ＝ＰＳＩＦ　　ｇＣＴＢ＝ｚ　　ＡＮＤ　　ｇＤ
ＴＢ＝ＰＢ　　ＴＨＥＮ　　ｇＺＢ＝ＰＢただし、上記
各条件Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２における出力グレードｇ
ＺＢは、ＰＢ（６０），ＰＳ（３０），Ｚ（０），ＮＳ
（−３０），ＮＢ（−６０）次に、上記構成のファジィ
推論による温度制御システムの動作を、図１１ないし図
１６のフローチャートを参照して説明する。ただし、フ
ァジィ制御装置１０は、押出部３の各ブロック毎に設け
られた温度センサ９，９・・・からの温度実測値に基づ
いて、各ブロック毎にファジィ推論による制御を行うの
であるが、ここでは説明を分かり易いものとするために
、任意の１つのブロックについての動作説明のみを行う
ものとする。

【００３６】入力情報演算部２１には、押出成形機１の
押出部３の任意のブロックに設けられた温度センサ９か
らの温度実測値が、例えば５秒間隔で入力されている。 入力情報演算部２１では、この入力された温度実測値と
、予め設定された温度設定値とから、温度偏差ＤＴＢと
温度偏差変化量ＣＴＢとを求め、これらのデータを各条
件判断部２２，２４，２６，２８，３０，３２に供給す
る。

【００３７】立ち上がり操作用条件判断部２２では、導
かれた温度偏差ＤＴＢと温度偏差変化量ＣＴＢとに基づ
き、２０秒毎に、設定された条件（すなわち、温度実測
値が第３の領域４３にあるかどうか。）の判断を行う（
ステップＳ１１）。そして、第３の領域にある場合には
、ステップＳ１２へと動作を進め、立ち上がり操作用フ
ァジィ推論部２３に指令信号を送出して、立ち上がり操
作用ファジィ推論部２３におけるファジィ推論を実行し
（ステップＳ１２）、出力率のグレードを計算する。

【００３８】引き戻し操作用条件判断部２４では、Ｙ〔
℃〕＝温度実測値〔℃〕＋α〔秒〕×温度変化率〔℃／
秒〕−温度設定値〔℃〕という予測式により出力制御タ
イミング温度Ｙを決定し、最適なタイミング温度Ｙのと
きに第３の領域４３から第２の領域４２に状態が移行し
たと判断し、以下の手順に従って出力率をファジィ推論
により算出するようになっている。すなわち、引き戻し
操作用条件判断部２４では、導かれた温度偏差ＤＴＢと
温度偏差変化量ＣＴＢとに基づき、１０秒毎に、設定さ
れた条件を順次判断してゆく。つまり、ステップＳ２１
において、前回出力値が≧０かどうかの判断を行い、ス
テップＳ２２において、過去９０秒の間温度設定値が変
更なしかどうかの判断を行い、ステップＳ２３において
、温度偏差が≦−１かどうかの判断を行い、ステップＳ
２４において、温度偏差の予測が＞０かどうかの判断を
行い、ステップＳ２５において、温度偏差変化量が＞０
かどうかの判断を行い、ステップＳ２６において、過去
９０秒間に５％以上出力値を減少させていないかどうか
の判断を行う。そして、ステップＳ２１からステップＳ
２６までの全ての判断においてＹＥＳである場合には、
ステップＳ２７へと動作を進め、引き戻し操作用ファジ
ィ推論部２５に指令信号を送出して、引き戻し操作用フ
ァジィ推論部２５におけるファジィ推論を実行し、条件
Ａ１での出力率グレードを計算する。

【００３９】また、ステップＳ２３における判断がＮＯ
てある場合には、ステップＳ２８へと動作を進め、ステ
ップＳ２８において、温度偏差が≧１かどうかの判断を
行い、ステップＳ２９において、温度偏差の予測が＜０
かどうかの判断を行い、ステップＳ３０において、温度
偏差変化量が＜０かどうかの判断を行い、ステップＳ３
１において、過去９０秒間に５％以上出力値を増加させ
ていないかどうかの判断を行う。そして、ステップＳ２
８からステップＳ３１までの全ての判断においてＹＥＳ
である場合には、ステップＳ３２へと動作を進め、引き
戻し操作用ファジィ推論部２５に指令信号を送出して、
引き戻し操作用ファジィ推論部２５におけるファジィ推
論を実行し、条件Ａ２での出力率のグレードを計算する
。

【００４０】また、ステップＳ２１における判断がＮＯ
である場合には、ステップＳ３３へと動作を進め、ステ
ップＳ３３において、過去２０秒間の温度設定値が変更
なしかどうかの判断を行い、ステップＳ３４において、
温度偏差が≦−１かどうかの判断を行い、ステップＳ３
５において、温度偏差の予測が＞０かどうかの判断を行
い、ステップＳ３６において、温度偏差変化量が＞０か
どうかの判断を行い、ステップＳ３７において、過去２
０秒間に１％以上出力値を減少させていないかどうかの
判断を行う。そして、ステップＳ３３からステップＳ３
７までの全ての判断においてＹＥＳである場合には、ス
テップＳ３８へと動作を進め、引き戻し操作用ファジィ
推論部２５に指令信号を送出して、引き戻し操作用ファ
ジィ推論部２５におけるファジィ推論を実行し、条件Ｂ
１での出力率のグレードを計算する。

【００４１】また、ステップＳ３４における判断がＮＯ
である場合には、ステップＳ３９へと動作を進め、ステ
ップＳ３９において、温度偏差が≧１かどうかの判断を
行い、ステップＳ４０において、温度偏差の予測が＜０
かどうかの判断を行い、ステップＳ４１において、温度
偏差変化量が＜０かどうかの判断を行い、ステップＳ４
２において、過去２０秒間に１％以上出力値を増加させ
ていないかどうかの判断を行う。そして、ステップＳ３
９からステップＳ４２までの全ての判断においてＹＥＳ
である場合には、ステップＳ４３へと動作を進め、引き
戻し操作用ファジィ推論部２５に指令信号を送出して、
引き戻し操作用ファジィ推論部２５におけるファジィ推
論を実行し、条件Ｂ２での出力率のグレードを計算する
。

【００４２】定常領域用条件判断部２６では、導かれた
温度偏差ＤＴＢと温度偏差変化量ＣＴＢとに基づき、４
０秒毎に、設定された条件を順次判断してゆく。すなわ
ち、ステップＳ５１において、温度設定値の変更が行わ
れたかどうかの判断を行い、ステップＳ５２において、
加熱中であるかどうかの判断を行い、ステップＳ５３に
おいて、出力値変化量（ｃＣＺＢＨ）が−１０≦ｃＣＺ
ＢＨ≦＋１０であるかどうかの判断を行う。そして、ス
テップＳ５１からステップＳ５３までの全ての判断にお
いてＹＥＳである場合には、ステップＳ５４へと動作を
進める。また、ステップＳ５２における判断がＮＯであ
る場合には、ステップＳ５５へと動作を進め、ステップ
Ｓ５５において、出力値変化量（ｃＣＺＢＨ）が−１≦
ｃＣＺＢＨ≦＋１であるかどうかの判断を行う。そして
、ステップＳ５５での判断がＹＥＳである場合には、ス
テップＳ５４へと動作を進める。そして、Ｓ５４におい
て、定常領域用ファジィ推論部２７に指令信号を送出し
て、定常領域用ファジィ推論部２７におけるファジィ推
論を実行し、出力率のグレードを計算する。

【００４３】設定値変更時用条件判断部２８では、導か
れた温度偏差ＤＴＢと温度偏差変化量ＣＴＢとに基づき
、１０秒毎に、設定された条件を順次判断してゆく。 すなわち、ステップＳ６１において、温度設定値の変更
が行われたかどうかの判断を行い、変更が行われている
場合には、ステップＳ６２へと動作を進める。そして、
設定値変更時用ファジィ推論部２９に指令信号を送出し
て、設定値変更時用ファジィ推論部２９におけるファジ
ィ推論を実行し、出力率のグレードを計算する。

【００４４】外乱検出時用条件判断部３０では、出力率
の変動と、温度設定値変更の有無と、温度偏差変化量と
によってクリスプな集合を作り、各集合に適合した時点
で、出力率をファジィ推論により算出するようになって
いる。すなわち、外乱検出時用条件判断部３０では、導
かれた温度偏差ＤＴＢと温度偏差変化量ＣＴＢとに基づ
き、１０秒毎に、設定された条件を順次判断してゆく。 つまり、ステップＳ７１において、前回出力値が≧０か
どうかの判断を行い、ステップＳ７２において、過去９
０秒の間温度設定値が変更なしかどうかの判断を行い、
ステップＳ７３において、温度偏差が≧１かどうかの判
断を行い、ステップＳ７４において、温度偏差変化量が
＞０かどうかの判断を行い、ステップＳ７５において、
過去９０秒間に１０％以上出力値を減少させていないか
どうかの判断を行う。そして、ステップＳ７１からステ
ップＳ７５までの全ての判断においてＹＥＳである場合
には、ステップＳ７６へと動作を進め、外乱検出時用フ
ァジィ推論部３１に指令信号を送出して、外乱検出時用
ファジィ推論部３１におけるファジィ推論を実行し、条
件Ａ１での出力率のグレードを計算する。

【００４５】また、ステップＳ７２における判断がＮＯ
である場合には、ステップＳ７７へと動作を進め、ステ
ップＳ７７において、温度偏差が≦−１かどうかの判断
を行い、ステップＳ７８において、温度偏差変化量が＜
０かどうかの判断を行い、ステップＳ７９において、過
去９０秒間に１０％以上出力値を増加させていないかど
うかの判断を行う。そして、ステップＳ７７からステッ
プＳ７９までの全ての判断においてＹＥＳである場合に
は、ステップＳ８０へと動作を進め、外乱検出時用ファ
ジィ推論部３１に指令信号を送出して、外乱検出時用フ
ァジィ推論部３１におけるファジィ推論を実行し、条件
Ａ２での出力率のグレードを計算する。

【００４６】また、ステップＳ７１における判断がＮＯ
である場合には、ステップＳ８１へと動作を進め、ステ
ップＳ８１において、過去２０秒の間温度設定値が変更
なしかどうかの判断を行い、ステップＳ８２において、
温度偏差が≧１かどうかの判断を行い、ステップＳ８３
において、温度偏差変化量が＞０かどうかの判断を行い
、ステップＳ８４において、過去２０秒間に１％以上出
力値を減少させていないかどうかの判断を行う。そして
、ステップＳ８１からステップＳ８４まで全ての判断に
おいてＹＥＳである場合には、ステップＳ８５へと動作
を進め、外乱検出時用ファジィ推論部３１に指令信号を
送出して、外乱検出時用ファジィ推論部３１におけるフ
ァジィ推論を実行し、条件Ｂ１での出力率のグレードを
計算する。

【００４７】また、ステップＳ８２における判断がＮＯ
である場合には、ステップＳ８６へと動作を進め、ステ
ップＳ８６において、温度偏差が≦−１かどうかの判断
を行い、ステップＳ８７において、温度偏差変化量が＜
０かどうかの判断を行い、ステップＳ８８において、過
去２０秒間に１％以上出力値を増加させていないかどう
かの判断を行う。そして、ステップＳ８６からステップ
Ｓ８８までの全ての判断においてＹＥＳである場合には
、ステップＳ８９へと動作を進め、外乱検出時用ファジ
ィ推論部３１に指令信号を送出して、外乱検出時用ファ
ジィ推論部２５におけるファジィ推論を実行し、条件Ｂ
２での出力率のグレードを計算する。

【００４８】偏差補正用条件判断部３２では、温度偏差
量が少ないために、引き戻し操作用ファジィ推論部２５
及び外乱検出時用ファジィ推論部３１ともに対応できな
い場合に動作するブロックであって、温度設定値に変更
がなくしかも偏差がある場合でクリスプな集合を作り、
その集合に適合した時点で、出力率をファジィ推論によ
り算出するようになっている。すなわち、偏差補正用条
件判断部３２では、導かれた温度偏差ＤＴＢと温度偏差
変化量ＣＴＢとに基づき、６０秒毎に、設定された条件
を順次判断してゆく。つまり、ステップＳ９１において
、温度実測値が第２の領域４２内かどうかの判断を行い
、ステップＳ９２において、温度設定値に変更がないか
どうかの判断を行う。そして、いずれのステップＳ９１
，Ｓ９２においてもＹＥＳである場合には、ステップＳ
９３へと動作を進める。そして、ステップＳ９３におい
て、偏差補正用ファジィ推論部３３に指令信号を送出し
て、偏差補正用ファジィ推論部３３におけるファジィ推
論を実行し、出力率のグレードを計算する。

【００４９】出力率演算部３４では、各ファジィ推論部
２３，２５，２７，２９，３１，３３から導かれた出力
率のグレードを、例えば重み付け平均法により物理量に
変換して最終的な出力率の変化分を算出し、この出力率
の変化分を加味した新たな制御出力を得る。この制御出
力は、システム制御部１１を介して加熱冷却装置８に与
えられ、押出部３の対応するブロックの加熱制御及び冷
却制御を行うようになっている。

【００５０】なお、上記実施例では、第３の領域４３を
立ち上がり操作用ファジィ推論部２３が受け持ち、第２
の領域４２を引き戻し操作用ファジィ推論部２５と外乱
検出時用ファジィ推論部３１と偏差補正用ファジィ推論
部３３とが受け持ち、第１の領域４１を定常領域用ファ
ジィ推論部２７と外乱検出時用ファジィ推論部３１と偏
差補正用ファジィ推論部３３とが受け持つように構成し
ているが、各ファジィ推論部２３，２５，２７，２９，
３１，３３のパラメータの設定次第では、第３の領域４
３を立ち上がり操作用ファジィ推論部２３と引き戻し操
作用ファジィ推論部２５とが受け持ち、第２の領域４２
を引き戻し操作用ファジィ推論部２５と定常領域用ファ
ジィ推論部２７と設定値変更時用ファジィ推論部２９と
外乱検出時用ファジィ推論部３１と偏差補正用ファジィ
推論部３３とが受け持ち、第１の領域４１を定常領域用
ファジィ推論部２７と設定値変更時用ファジィ推論部２
９と外乱検出時用ファジィ推論部３１と偏差補正用ファ
ジィ推論部３３とが受け持つように構成することが可能
である。

【００５１】また、上記実施例では、温度制御領域を３
つの領域に区分して制御しているが、この３つの領域に
限定されるものではなく、例えば４つ、５つ等の領域に
区分して制御することにより、よりきめの細かい制御が
可能となる。

【００５２】〔実験例〕上記の温度制御システムによる
ファジィ制御の性能評価として、市販の温度調節計によ
る制御動作との比較を行った。市販温度調節計の各ＰＩ
Ｄ係数は、加熱比例帯（Ｐｈ　：１７℃）、積分時間（
Ｉ：１９６秒）、微分時間（Ｄ：４９秒）、冷却比例帯
（Ｐｃ　：７０５℃）である。これらは、予め２００℃
における最適なＰＩＤ係数をオートチューニングによっ
て得た値である。

【００５３】比較項目としては、■立ち上がり動作、■
設定変更動作の２項目であり、立ち上がり動作は、常温
から２００℃まで温度上昇させたときの昇温所要時間と
、オーバーシュート量とを比較した。また、設定値変更
動作は、設定値を２００℃とし、この２００℃から２２
０℃に変更したときの制御が安定するまでの所要時間と
オーバーシュート量とを比較した。

【００５４】温度設定値を２００℃としたときの立ち上
がり状態の比較を図１７（ａ）のグラフ及び図１７（ｂ
）の表に示す。また、温度設定値を２００℃から２２０
℃に変更したときの設定値変更状態の比較を図１８（ａ
）のグラフ及び図１８（ｂ）の表に示す。

【００５５】すなわち、市販温度調節計の加熱比例帯（
Ｐｈ　）は１７℃となっていることから、当然に１８３
℃あたりから出力に変化がみられる。これに対し本制御
システムでは、１９５℃あたりまで出力を１００％にた
もち、それ以降急激に出力を下げるといった制御となっ
ている。しかも、適切な出力操作を行っているために、
オーバーシュートを最小に抑えることができている。数
値的には、本制御システムの方が市販温度調節計より、
安定するまでの時間（整定時間）で約１／２に短縮し、
オーバーシュート量で約１／３に減少していることがわ
かる。

【００５６】また、市販温度調節計の加熱比例帯（Ｐｈ
　）が１７℃となっていることから、２０℃の設定値変
更に対しては、ほぼ設定値変更直後から、出力を制御し
ながら温度実測値を温度設定値に近づけるという動作を
行っているが、本制御システムでは、ＰＩＤ制御のよう
な比例帯といった概念を持たないために、立ち上がりと
同様温度設定値付近で初めて出力操作を行っている。こ
のため、設定値変更に関しても、整定時間で約１／３に
短縮し、オーバーシュート量で約１／５に減少している
ことがわかる。

【００５７】

【発明の効果】本発明に係わるファジィ推論による温度
制御システムは、ファジィ推論部を、立ち上がり操作用
ファジィ推論部、引き戻し操作用ファジィ推論部、定常
領域用ファジィ推論部、設定値変更用ファジィ推論部に
よって構成し、それぞれの受け持ち温度領域において適
切な推論動作を行うようにしたので、従来のＰＩＤ制御
による温度調節に比べて、立ち上がり時間の短縮及び温
度設定値の変更における整定時間の短縮が図れると共に
、オーバーシュート量の少ない安定した制御が可能とな
る。また、多様化する制御対象への対応が可能となり、
これによって広い範囲での生産効率を高めることができ
るといった効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　は本発明のファジィ推論による温度制御シ
ステムの電気的構成を示すブロック図である。

【図２】　　は同システムが適用された押出成形機の構
成を示す概略図である。

【図３】　　は温度制御領域のの区分を示す図である。

【図４】　　（ａ）及び（ｂ）は各ファジィ推論部にお
ける偏差及び温度偏差変化量についてのメンバーシップ
関数を示す図である。

【図５】　　は各ファジィ推論部における偏差及び温度
偏差変化量についてのメンバーシップ関数を示す図であ
る。

【図６】　　（ａ）及び（ｂ）は各ファジィ推論部にお
ける偏差及び温度偏差変化量についてのメンバーシップ
関数を示す図である。

【図７】　　は各ファジィ推論部における偏差及び温度
偏差変化量についてのメンバーシップ関数を示す図であ
る。

【図８】　　は各ファジィ推論部における偏差及び温度
偏差変化量についてのメンバーシップ関数を示す図であ
る。

【図９】　　（ａ）及び（ｂ）は各ファジィ推論部にお
ける偏差及び温度偏差変化量についてのメンバーシップ
関数を示す図である。

【図１０】　　は出力率についてのメンバーシップ関数
の一例を示す図である。

【図１１】　　は各ファジィ推論部の動作を説明するた
めのフローチャートである。

【図１２】　　は各ファジィ推論部の動作を説明するた
めのフローチャートである。

【図１３】　　は各ファジィ推論部の動作を説明するた
めのフローチャートである。

【図１４】　　は各ファジィ推論部の動作を説明するた
めのフローチャートである。

【図１５】　　は各ファジィ推論部の動作を説明するた
めのフローチャートである。

【図１６】　　は各ファジィ推論部の動作を説明するた
めのフローチャートである。

【図１７】　　（ａ）は市販温度調節計と本制御システ
ムとの立ち上がり状態の比較を示すグラフである。（ｂ
）は市販温度調節計と本制御システムとの立ち上がり状
態の比較を示す表である。

【図１８】　　（ａ）は市販温度調節計と本制御システ
ムとの設定値変更状態の比較を示すグラフである。（ｂ
）は市販温度調節計と本制御システムとの設定値変更状
態の比較を示す表である。

【符号の説明】

２１　　　　　　入力情報演算部 ２２　　　　　　立ち上がり操作用条件判断部２３　　
　　　　立ち上がり操作用ファジィ推論部２４　　　　
　　引き戻し操作用条件判断部２５　　　　　　引き戻
し操作用ファジィ推論部２６　　　　　　定常領域用条
件判断部２７　　　　　　定常領域用ファジィ推論部２
８　　　　　　設定値変更時用条件判断部２９　　　　
　　設定値変更時用ファジィ推論部３０　　　　　　外
乱検出時用条件判断部３１　　　　　　外乱検出時用フ
ァジィ推論部３２　　　　　　偏差補正用条件判断部３
３　　　　　　偏差補正用ファジィ推論部３４　　　　
　　出力率演算部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フィードバック制御により、温度の実測値
   が設定値に一致するように加熱、冷却による温度調節を
   行う温度制御システムにおいて、入力情報を温度実測値
   と温度設定値との偏差ＤＴＢ、及び偏差ＤＴＢの前回値
   に対する変化ＣＴＢとしたとき、前記偏差ＤＴＢと前記
   偏差の変化ＣＴＢとによって出力率ＺＢのグレードを算
   出し、その算出結果を送出する立ち上がり操作用ファジ
   ィ推論部と、前記偏差の変化ＣＴＢによって出力率ＺＢ
   のグレードを算出し、その算出結果を送出する引き戻し
   操作用ファジィ推論部と、前記偏差ＤＴＢと前記偏差の
   変化ＣＴＢとによって出力率ＺＢのグレードを算出し、
   その算出結果を送出する定常領域用ファジィ推論部と、
   前記温度設定値が変更されたとき、前記偏差ＤＴＢによ
   って出力率ＺＢのグレードを算出し、その算出結果を送
   出する設定値変更時用ファジィ推論部と、前記各ファジ
   ィ推論部から送出された出力率ＺＢのグレードに基づい
   て出力率の変化量を演算し、この出力率に従って新たな
   制御出力を得る出力率演算部とを備えたことを特徴とす
   るファジィ推論による温度制御システム。