JPS61804A - 手順の予測自己適応調節のためのプロセス及び装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、手順を調節するプロセスと装置に関し、特に
、限定されるものではないが、制御可能なパワー熱エネ
ルギー源により加熱され、温度が例えば熱電対などの検
出器により測定出来るオープンなどの要素の温度調節プ
ロセスとその装置に関する。

従来技術、および発明が解決しようとする問題点 一般に、上記のような調節を行う多くの方法が提案され
ている。しかし、これ等の方法の殆んど、特に比例積分
形ＣＰ、Ｉ）或いは比例積分ドリフト形（Ｐ、１．Ｄ）
の従来の調節器は、一定の単一温度値に対して設定され
、この設定はその他の温度値に対しては単なる近似に過
ぎないという欠点を有していた。

この欠点を克服するために、通常はディジタル式コンピ
ュータの使用を必要とする自己適応性調節器も提案され
ている。ここで、この調節の制御は被調節要素の数学的
モデルを用いて与えられ、該モデルは前記要素について
なされた測定を利用して周期的に更新されるべきもので
ある。この方法は明らかに、比較的複雑で高価であり、
理論的にも実際的にも多くの問題がある。

熱調節の場合に上記の結果を得るために、本発明は、エ
ネルギーＱの成る量が被加熱要素に伝達されると、この
エネルギー（ｌ−ｒ、２つの部分、即ち、１、、Ｑ＝ｌ
Ｊσ−σａ）の形で表わされ、要素が吸収する′エネル
ギー量Ｑ、及び ２　要素を加熱するためのパワーＷ に分割されるという事実に基づくものである。但し、上
記の式で、Ｒは要素の熱抵抗、Ｋは要素の熱容量、σａ
は要素の初期温度、σはこの要素の時刻ｔにおける温度
である。

従って、これ等２つの現象に関係する２つの項、即ちＲ
に比例する項α、及びＫに比例する項βから調節を行う
ためになされるべきパワー補正を決定することが可能で
ある。次に、このパワー補正は　： の形で表わされる。

問題点を解決するための手段 本発明は、この種のパワー補正を、予測に、Ｃり、即ち
、調節されるべき要素の挙動についての推定（またに予
測〕の検討により決定することにより調節の自己適応性
を得ることを目的とする。

従って、本発明は以下に与える基本的原理に基づいて与
えられる。即ち、選択されたプログラムにエフ課される
温度曲線を考えると（特にプログラムにより定義される
曲線の瞬時温度上昇スロープ）、システムが時刻ｔ。に
おけるように挙動し続けると、時刻ｔ（Ｌの終わりにお
ける予測された温度σａが如何なる値になるかを時刻ｔ
。における温度σａから予想することが出来る。次に、
予測された差Ｅａ、（プログラムにより課される基準と
予測された温度との間の）を決定することが出来、該差
から実施されるべきパワー補正の新しい理論式：： 実施されるべきパワー補正のこの理論式に、項ｃｏに付
加される補正項Ｃ１、即ち： Ｃ１−γＥ４−γ（σｃａ’ａ） が加算され、ここにσｃ４は時間軸径にプログラムによ
り与えられる温度に等しい。この式で、γは被調節要素
の定数項に依存する因子であり、βに比例する量である
。項γはそれに対する利得に類似し、差Ｅａに依存する
。

ここで、被調節要素の特性に必然的に適応されなければ
ならない予測時間ｔｔＬｆ決定する問題が生じる。

従って、本発明は調節装置の初期化位相の間にこの予測
時間を自動決定する方法を提案するが、ここに該方法は
次のステップ： 被調節要素に一連のパワーパルス列を送り、同一列のパ
ルス（例えば数が３）が同じ方形波として形成され、そ
の周期とエネルギーがよジ大きく、例えば先行パルス列
のものの２倍であるステップと。

被調節要素の温度変化（オープンの応答）を検出するス
テップと、 検出された温度変化を基準温度差を代表する値と比較す
るステップと、 基準差以上の温度差をもたらしたパルス列から第１予測
時間ｔａヲ決定するステップと、時間ｔｃＬの１ｓ分に
等しい第２予測時間ｔａ′（例えば輸＝−ｔａ）’ｅ決
定するステップと、値ｔａ及び輸′から予測された基準
量のスロープを計算するステップとからなるシーケンス
により与えられるものである。

調節装置の幾つかの因子を改良するために、乗法子孫数
（例えば、　　＋　　＋＋・・・〕によりこのように定
義される時間軸に関する他の予測時間要素を決定する必
要があることが注目される。

上記の説明に、本発明のプロセスにより調節が処理され
る方法、予測時間が決定される方法、及びこの予測時間
が被調節要素毎に自己調節される方法を示している。

次に、係数αとβの自己調節法を規定しなければならな
いが、経験的に決定された因子によりβに関係付けられ
る係数γはそれ自身βが定まれば自己調節されることに
なる。

このようにして、係数αとβは、本発明の他の特性に従
って、時間軸に関係づけられ、積分：によジ定義される
累積予測差■の関数として永続的に調節されることにな
り、この調節は、次のステップ： 累積された予測差Ｉの決定ステップと、この値■の、経
験により決定されたしきい値■。

との比較ステップと、 ■が■。より太きいか、または小さいかに従って、係数
α、或いは係数βのいずれかのこの係数の１部分による
、例えば３チだけの増分或いは減分にして、この増分或
いはこの減分が最も重い重み係数αまたはβに対しての
み（即ち、厳密に優勢な項に対して）行われる増分或い
は減分ステップとからなるものである。

２つの増分の間の最小時間は、使用するアナログ回路及
びディジタル回路に関係する外乱（ディジタルノイズ〕
を回避するように予測時間ｔａに依存させることが好ま
しい。

更に、係数αとβの初期値α。とβ。は、エフ迅速な収
束を得るためには、より小さな値を通して値α及びβに
達することが好ましいという経験的事実に基づいて見出
される全ての最小値に近い最小値であると都合が良い点
が注目されるべきである。

係数αとβの値は、これ等の係数を範囲ａｒｎ、ｉｎ＝
αｍゆ及びβ工、ニーβ□ヤ内に維持するように、安全
を見込んで制限すると都合がよい。

更に、正しい調節を得るために、本発明は、実施される
べきパワー補正Ｃ８が零か、または最小の時に自己調節
及び自己適応を禁止する装置からなる。

以上のように、被調節要素に課される温度変化側はプロ
グラムに工って与えられる。勿論この変化剤は、連続す
る上昇、水平、下降セグメントにして、それ等の間に曲
げ部分を形成するセグメントからなる対応する温度曲線
をもたらす。

本発明のプロセスは、次に、各々の曲げ部分で正しい応
答（オーバシーートのない）を得る方法を提案するが、
この方法は、所望の温度曲線のセグメントに終わるモー
メンＩｆプログラムから決定し、且つ該モーメントに従
って曲げ部分に近づく際の予測時間を減らすことからな
るものである○この予測、時間の低減は、前記の曲げ部
分に近づくにつれて増加する値、例えば２．４．８で前
記時間を除すことによって与えられ、従って被調節要素
の測定温度曲線はプログラムにより与えられる温度曲線
を切線方向にたどることになり、また従って、プログラ
ミング状態の変化が過剰に、或いは少なめに補償される
ことはない。

上記のプロセスにおいては、予測時間は、１つのパルス
列から他のパルス列に向けて増加する値（エネルギーと
周期）を持つパルスの一連のパルス列を被調節要素に送
ることにエフ初期化位相中に決定されることが想起され
る。

本発明は、更に、被調節要素の応答時間を考慮してこの
予測時間の決定を改良する方法を提案する。この方法は
、初期化位相中の一定時間ｔｉ（例えば、１秒から１２
分の間〕の間に被調節要素に成るレベルのパワーを送ジ
、要素の温度変化を測定することからなる。

このパワーレベルに従って、被調節要素の有意の温度変
化が検出されない場合は、ｘ、ｖパワーレベルの大きな
値（例えば、パワーの倍〕が送られることになる。この
操作は、有意の温度偏差が得られるまでその都度パワー
を増加させて反復されるものである。成る回数を越えて
も、被調節要素からの応答がない場合は、異常が生じた
ことになる。

有意の温度偏差が検出されると、この偏差を与えたパワ
ーレベルのエネルギーレベルが取出され、このエネルギ
ーレベルを用いてパルス列の方形波の振幅が決定され、
従って上記の手順で予測時間嶋が決定されることになる
。

係数α及びβの初期値は任意に決定されることが注目さ
れる。これ等の係数は、被調節要素の初めの温度上昇の
間に、ｔｒｉ初めのプラトーの間に最適化される。次に
それ等は連続的に再調節される。

本発明が上記のプロセスを実施する装置全与えることは
言うまでもない。

実施例 第１図に示した例においては、制御可能パワー加熱装置
２を具備するオープン１、及び該オープン１内部の温度
を測定する装置３に対して上記の調節がなされる。

この装置は、オープン内部で得ることが望まれる温度の
変化側全規定するプログラムが導入されるディジタルプ
ロセッサを用いることが出来る。

このプロセッサは、特に、オープン１の内部で得ること
が望まれる温度の変化曲線を時間の関数として表示する
装置（ブロック４）、及びＤ　−Ａ変換器７にニジアナ
ログ基準信号に変換されたディジタル基準信号を実時間
で供給して（ブロック６）前記プログラムを実施する装
置（ブロック５）からなる。

このアナログ基準信号は減算器８に転送され、該減算器
は、その他力の人力で、測定装置３により供給され、適
当に増ｌ騙された（増幅器９つ温度を表わす信号を受信
する。この減算器８により供給される差信号εが増幅さ
れ（増幅器１０）、次に、Ａ−Ｄ変換器に転送され、該
変換器はプロセッサが使用出来るディジタル信号を供給
する。後者のプロセッサはオープンの温度（基準温度上
差ε）を再構成して表示する（ブロック１３）装置（１
２）からなる。このプロセッサは、また、差信号をディ
ジタル的に処理して（１４）　、予測された差を決定し
くプロツタ１５）、且つなされるべき補正を実施する（
ブロック１６）装置からなる。

次に、なされるべき補正を表わすディジタル信号はＤ−
Ａ変換器１７に送られ、該変換器の出力信号はパワー回
路１Ｂを通してオープン加熱装置のパワーを制御する。

ここで、オープンの温度を読取る回路のコストを下げる
という点から、また特に使用アナログ変換器の寸法を小
さくするために、この回路は第２図に示したように構成
されると都合が良い。

この回路においては、オープンｌの備える温度測定装置
３に、ｃり与えられるアナログ信号がアナログ減算器２
０に印加され、該減算器は、その他力の入力で、プログ
ラムからプロセッサ２２により作られたディジタル基準
信号のＤ−Ａ変換（ブロック２１）に、ｒ、ジ得られる
アナログ基準信号を受信する。この減算器により与えら
れるアナログエラー信号は、増幅（ブロック２３）後、
Ａ−Ｄ変換器２４に転送され、従って該変換器は差信号
を表わすディジタル信号を配送する。

次に、このディジタル信号は、プロセッサ内で、ディジ
タル基準信号に加算゛され（プロツタ２５）、これにエ
フ加算器の出力にはオープン１の測定温度を表わすディ
ジタル信号が与えられる。

この回路は、温度測定装置にエフ供給される信号を高精
度で直接変換することが望まれる場合に必要となる１６
ビツト変換器の代りに１２ビットＡ−Ｄ変換器を用い得
るという利点を有している。

第３図に示したフローチャートは、新しいオープンの調
節を設定した時のプロセッサが実行する演算の順序付け
を図示したものである。

このフローチャートにおいては、プロセッサは、先ず、
第１パワーレベル（レベルｌ）にある第１パワーステー
ジ（ブロック２７）の実行を制御する。このプラトーに
続いて、一定時間（例えば３分）内で、プロセッサがオ
ープン１の温度の如何なる有意の変化も検出しない場合
は、第１パワーステージより大きな第２パワーステージ
（ブロック２９）を送出して新しいサイクルを行う（条
件付き接続）。同様に、もし、この第２プラトーの後、
プロセッサがオープン温度の如何なる有意な変化も検出
しない場合は、プロセッサは、更に高次レベル（レベル
３）のパワーステージ（フロック３１）により新しいサ
イクルを開始する（条件付き接続３０）。この第３サイ
クルに従うオープンからの応答が無いと（条件付き接続
３２）、調節装置が停止しくブロック３３）、警報信号
が恐らく発生されることになる。

プロセッサがこれ等のパワーステージの１つの発生に従
って有意温度変化全検出した場合は、該プロセッサは方
形波状パルス列を発生して予測時間ｔａｋ決定するよう
に進行する。この予測時間は、基準差以上の温度差を惹
起したパルス列から決定されることが想起される。次に
、プロセッサ内２基準時間ｔ、’＝Ｌｔ、　　ｋ決定し
、更に予測基準値のスロープを決定する（ブロック３５
）。

動作が一旦実施されると、プロセッサはプログラムが与
える基準信号に従ってオープンの加熱を開始する。

最初の温度上昇中に、プロセッサはパワー補正を行うの
に用いられる２つのパラメータ（αまたにβ９間で優性
なものを決定しくブロック３６）次に第１プラトーの間
に、プロセッサは第２パラメータを決定する（ブロック
３７〕。更に、プロセッサにパラメータα及びβを連続
的に調節して温度調節全続行する（ブロック３８）。

上記の装置に多くの利点を有する。即ち、この装置は、
非常に安定な調節を可能にし、−刀高性能及び良好な信
頼性を保証する。そのプログラミングは簡単であり、非
常に柔軟に使用出来、多くの制御手段を与える。即ち、 任意時点におけるオープンの動作点が置かれるセグメン
トの表示や、電圧、時間の表示、及び過去や今後のセグ
メントの検討の可能性、プログラミングの状態や実行の
状態などの表示、調節温度の直読、 基準温度の検討による読取り、及び 数台の調節装置を多重化する可能性 などの応用が考えられる０

【図面の簡単な説明】

第１図はオープン用調節回路のブロック図であるＯ 第２図はオープンの検出温度をディジタル化する回路の
概略図である。 第３図に新しいオープンの調節の設定、調節に用いられ
るパラメータの自己決定及び自己調節の原理を示す概略
フローチャートである。 ■・・・オープン　　　　　２・・・加熱装置３・・・
オープン内部温度測定装置 ４・・・温度変化曲線表示装置 ５・・・プログラム実行装置 ６・・・ディジタル基準信号供給装置 ７・・・Ｄ　−Ａ変換器　　　８，２０・・・減算器９
．１０．２３・・・増幅器 １１・・・Ａ−Ｄ変換器 １２・・・オープン温度再構成装置 １３・・・表示装置 １４・・・ディジタル式差分処理装置 １５・・・予測差信号決定装置 １６・・・補正実施装置 １７．２１・・・Ｄ　−Ａ変換器 １８・・・パワー回路　　　２２・・・プロセッサ２４
・・・Ａ−Ｄ変換器　　２５・・・加算器２７・・・レ
ベル１ ２８．３０．３２・・・条件付き接続 ２９・・・レベル２　　　　３１・・・レベル３３３・
・・調節装置の停止　３４・・・パルス列発生３５・・
・予測基準値のスロープ決定 ３６・・・優勢なパラメータ決定 ３７・・・第２パラメータ決定 ３８・・・温度調節続行 代理人　　弁理士　１１−　付　元　彦ＦＩＧ、３

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）制御可能なパワー熱エネルギー源によって加熱さ
   れ、温度が検出器によって測定される要素を温度調節す
   るためのプロセスであって、該プロセスにおいては、熱
   エネルギー源のパワーがプログラムにより確立された基
   準値により制御され、また該パワーには調節が得られる
   ように時間を毎にパワー補正が行われ、ここに該パワー
   補正は、温度σが対応する時間を毎に、 予測時間ｔ＿ａの決定と、 予測時間ｔ＿ａの終了時の予測温度σ＿ａの決定と、予
   測基準スロープの決定、及び、 表現αが要素の熱抵抗に比例する係数であり、βが要素
   の熱容量に比例する係数である場合に、Ｃ＿０＝ασ＿
   ａ＋β（ｄσ）／（ｄｔ） の形の式に基づいてなされるべきパワー補正の決定とか
   らなる温度調節プロセス。
2. （２）時間ｔ＿ａの終了時にプログラムにより課される
   基準温度σ＿ｃ＿ａと予測時間ｔ＿ａの終了時の予測温
   度σ＿ａとの差の決定と、γが要素の熱容量に比例する
   因子としてＣ＿１＝γＥ＿ａで与えられる補正項Ｃ＿１
   の前記パワー補正量への加算とから更になる特許請求の
   範囲第１項に記載の温度調節プロセス。
3. （３）前記予測時間は次のステップ： 同一列のパルスが同等であり、先行パルス列より大きな
   周期とエネルギーとを有する一連のパワーパルス列を調
   節されるべき要素に供給するステップと、 調節されるべき要素の温度変化を検出するステップと、 基準温度差を代表する値と検出された変化とを比較し、
   且つ基準差以上の温度差を惹起したパルス列から予測時
   間を決定するステップとからなる初期化位相中に決定さ
   れる特許請求の範囲第１項及び２項の１つに記載の温度
   調節プロセス。
4. （４）前記予測時間ｔ＿ａを決定するための前記パルス
   列のパルスの振幅は、以下のシーケンス：初期位相時に
   一定時間ｔ＿ｉの間調節されるべき要素にパワーステー
   ジを適用するステップと、要素の温度差を検出するステ
   ップと、 有意の温度差が観測されない場合に、より大きな値のパ
   ワーステージを適用するステップと、有意温度差が検出
   されない場合にのみより大きな値の新しいパワーステー
   ジの適用を反復するステップと、 有意温度差が検出される時に、前記有意差を発生したパ
   ワーステージのエネルギーレベルを用いて前記パルスの
   振幅を決定するステップとにより得られる特許請求の範
   囲第３項に記載の温度調節プロセス。
5. （５）予測された基準量のスロープの決定は、時間ｔ＿
   ａの１部に等しい第２予測時間ｔ＿ａの決定と、σ＿ａ
   ′が時間ｔ＿ａ′における要素の温度であるとして、値
   ｔ＿ａ、ｔ＿ａ′、σ＿ａ、及びσ＿ａ′からの予測さ
   れた基準量のスロープの計算とからなる特許請求の範囲
   第１項から第４項の１つに記載の温度調節プロセス。
6. （６）前記係数α及びβは、次に示す動作シーケンス、
   即ち： 積分： ▲数式、化学式、表等があります▼ により定義される累積予測差Ｉの決定と、 この累積予測差Ｉの、実験的に決定されたしきい値Ｉ＿
   ０との比較と、 ＩがＩ＿０以上か以下かに依存した、係数αの、或いは
   係数βのいずれかをこの係数の１部分だけ増分する動作
   にして、この増分またはこの減分が最も重い重み係数α
   またはβに対してのみ実行されてなる動作とに従って永
   続的に調節されることを特徴とする先行する特許請求の
   範囲の１つに記載の温度調節プロセス。
7. （７）２つの増分の間の最小時間が予測時間ｔ＿ａに依
   存する特許請求の範囲第６項に記載の温度調節プロセス
   。
8. （８）プログラムによる課される温度変化曲線に存在す
   る曲げ部分に接近する時、予測時間ｔ＿ａが低減されて
   なる先行特許請求の範囲の１項に記載の温度調節プロセ
   ス。
9. （９）前記予測時間ｔ＿ａの低減は、前記曲げ部分が接
   近されるにつれ増加する値で前記予測時間を除すことに
   より得られる特許請求の範囲第８項に記載の温度調節プ
   ロセス。
10. （１０）係数α及びβの初期値α＿０及びβ＿０は、小
    さい力の値を通して値α及びβに達するように最小値に
    なる先行特許請求の範囲の１つに記載の温度調節プロセ
    ス。
11. （１１）制御可能なパワー熱エネルギー源により加熱さ
    れ、温度が検出器により測定される要素の、先行特許請
    求の範囲の１つに記載のプロセスに従う温度調節装置に
    して、プログラムが導入されるディジタルプロセッサを
    含み、該プログラムが、得ることが望まれる要素の温度
    変化則を規定し、且つディジタル基準信号を実時間で供
    給してなる装置であって、更に、 基準ディジタル信号を基準アナログ信号に変換するＤ−
    Ａ変換器と、 基準アナログ信号と前記検出器からの信号とを受け、且
    つ差分アナログ信号を配送する減算器と、アナログ差分
    信号をディジタル差分信号に変換するＤ−Ａ変換器と、 前記ディジタル差分信号を処理し、これにより予測され
    るエネルギー差の関数とされるべきパワー補正信号を与
    える装置と、 前記パワー補正信号に応じてエネルギー源のパワーを制
    御する回路とからなる温度調節装置。
12. （１２）更に前記要素の温度を読み取る回路からなり、
    該回路が、 前記検出器からの信号により配送される信号と、プロセ
    ッサにより作成されたディジタル基準信号のＤ−Ａ変換
    により得られるアナログ基準信号とを受けるアナログ減
    算器と、 該減算器により供給される差信号を対応するディジタル
    差信号に変換するＡ−Ｄ変換器と、プロセッサにより供
    給されるディジタル基準信号と前記ディジタル差信号と
    の和を実施するディジタル加算器とからなる特許請求の
    範囲第１１項に記載の温度調節装置。