JPWO2016042589A1 - 制御装置 - Google Patents

Abstract

制御装置（１０）は、制御対象（２０）に対し、制御対象（２０）の制御量と予め定められた目標値との偏差に比例する比例出力と、偏差の積分値に比例する積分出力と、偏差の微分値に比例する微分出力とを演算し、比例出力と積分出力と微分出力とを合成した第１操作量を出力するＰＩＤ演算部（１１）と、制御対象（２０）に印加された外乱の特性に応じて第１操作量を補正するか否かを判断する外乱特性判断部（１４）と、制御対象（２０）に印加された外乱の特性に応じて、ＰＩＤ演算部（１１）からの比例出力と積分出力と微分出力に基づいて、第１操作量に対する補正量を演算する補正量演算部（１５）と、ＰＩＤ演算部（１１）からの第１操作量を、補正量演算部（１５）からの補正量で補正して第２操作量を求め、制御対象（２０）に出力する補正量加算部（１６）を備える。

Description

本発明は、制御装置に係り、特に、ＰＩＤ制御を用いて外乱を抑制する制御装置に関する。

制御対象を制御する制御系において、外乱が加わっても制御対象の制御量が目標値に収束するように制御される。通常、制御理論上で外乱を扱う際にはステップ状やインパルス状の信号を入力として制御対象に加えたときの制御量の変化を想定する。例えば、ヒータに供給する電源電圧の変動が生じた場合、その変動が外乱に相当する。

一方、実際にはこのような外乱信号による制御量の変化だけではなく、制御対象の構造自体の変化によって制御量の変化が発生することが頻繁に起きている。例として、センサが取り付けられたヒータを一定温度に制御し、比較的低温の被加熱物が定期的に、ヒータ上に置載されていく加熱工程を取り上げる。このような場合、ヒータの温度と被加熱物の初期温度に差があると、この熱容量間の熱の移動によって大きな温度変化が発生する。具体例として、例えば、射出成型機などのノズル部が金型にあたる場合、半導体製造装置のホットプレート部にウェハが置載される場合、及び、ヒータ加熱制御された制御対象に、樹脂シートなどの被加熱物が接触する場合などがある。温度プロセス制御における外乱としては、この制御対象の構造自体の変化による外乱特性と、上述の外乱信号の入力による外乱特性との両方を考慮する必要がある。

また、外乱を抑制する技術として、特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１では、予め発生することが分かっている外乱が印加される制御対象に対し、この制御対象からの制御量と所定の目標値との偏差をなくすような主操作量を出力する。また、外乱指示信号に基づき、外乱の影響をキャンセルするキャンセル操作量を算出し、次回の外乱を指示する外乱指示信号に基づき、操作量ＭＶにキャンセル操作量を加算した操作量ＭＶを制御対象へ出力する。このとき、一回の外乱発生時の制御結果から、外乱の影響を抑制するための二つのフィードフォワード量と切替時間と動作時間を求める。

特開２００４−２２０１９５号公報

ＰＩＤ制御において、外乱が印加された場合には、温度等の制御量が変動してから外乱抑制のための制御がはたらき、元の温度に戻るように制御対象が制御される。このときに、オーバーシュートが生じると生産品の品質が落ち（例えば、加熱しすぎる）、応答が遅いと元の温度に戻るまでに時間がかかり生産タクト時間が長くなるなどの課題がある。そのため、ＰＩＤ制御に外乱抑制機能を付加し、オーバーシュートの防止と安定までの時間を早くすることが求められている。

上述の制御対象の構造が変化する外乱の場合、熱の移動により構造変化前の制御対象の時定数に対して見かけ上非常に速いスピードで温度が降下する。例えば、温度センサに直接冷たいものが触れると、センサの測定温度はヒータの時定数に対して急激に落ちる。従来の技術ではこのような速い制御量の変化に合わせて制御をすると、操作量を必要以上に出力してしまうためオーバーシュートが生じるといった課題がある。

また、外乱印加前後での負荷率変動の小さい（もしくは変動のない）制御対象の場合、外乱による制御量ＰＶの降下により偏差が発生する。積分動作をそのまま継続すると、積分値が増大するためにオーバーシュートが発生し、オーバーシュート後に積分値が所定量まで戻らないと、制御が安定しないという課題がある。これは特に熱容量の小さな被加熱物が接触したときやインパルス状外乱が発生したときに生じる。熱容量の大きな被加熱物が接触したときやステップ状外乱の場合には、負荷率変動が大きいため、上記の場合に比べ比較的オーバーシュートは少ないが、それでも積分動作によって過積分された場合にはオーバーシュートが発生する。

一方、特許文献１の技術では、一回の外乱発生時の制御結果から二つのフィードフォワード量と切替時間と動作時間のパラメータを算出するための操作が必要である。そして、制御方式として制御量ＰＶをフィードバックしないで直接印加する操作量を決める方式である「フィードフォワード制御」が基本となっている機能のため、この機能が有効に動作する前提条件として以下の項目がある。
・外乱が発生するタイミングが外乱指示信号によって分かること
・外乱によって生じる温度変化特性に再現性があること

したがって、装置構成によっては、外乱指示信号が取れず、このような場合には、特許文献１に記載の技術が使用できない。また、温度変化特性に再現性がないと、制御性が満足できない。また、自動算出や自動修正を行うため、ユーザにとって調整に手間がかかることも課題となる。このような課題を解決し、汎用性のある制御装置が求められている。

以上の点に鑑み、本発明は、制御対象に印加される外乱の特性に応じて、操作量の補正の要否及び補正量を自動で求め、オーバーシュートを抑制する制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、概略、制御量ＰＶの変化とＰＩＤ制御の内部演算量から、オンラインで外乱によって生じる温度変化特性を分析し、適切な制御出力の修正量を計算し、適切なタイミングで制御出力に反映させることで、外乱を抑制する機能を有する。例えば外乱発生時に自動的に外乱を検出して上記機能を作動させることもできる。

本発明の解決手段によると、
制御対象に対し、制御対象の制御量と予め定められた目標値との偏差に比例する比例出力と、該偏差の積分値に比例する積分出力と、該偏差の微分値に比例する微分出力とを演算し、比例出力と積分出力と微分出力とを合成した第１操作量を出力するＰＩＤ演算部と、
前記制御対象に印加された外乱の特性に応じて第１操作量を補正するか否かを判断する外乱特性判断部と、
前記制御対象に印加された外乱の特性に応じて、前記ＰＩＤ演算部からの比例出力と積分出力と微分出力に基づいて、第１操作量に対する補正量を演算する補正量演算部と、
前記ＰＩＤ演算部からの第１操作量を、前記補正量演算部からの補正量で補正して第２操作量を求め、前記制御対象に出力する補正量加算部と、
を備えた制御装置が提供される。

本発明によると、制御対象に印加される外乱の特性に応じて、操作量の補正の要否及び補正量を自動で求め、オーバーシュートを抑制する制御装置を提供することができる。

図１は、本実施の形態における制御系のブロック図である。 外乱判別方法の説明図（１）である。 外乱判別方法の説明図（２）である。 半導体製造装置のプレート部にウェハが置載される場合の例における応答波形の例である。 外乱が電源電圧変動のである（ステップ状外乱の場合）における応答波形の例である。 フィードフォワ―ド量変更の要否を判断する１回目の処理タイミングと要否判断の説明図である。 １回目の処理タイミングにおけるパラメータの説明図である。 １回目の処理タイミングにおけるフィードフォワ―ド量算出の説明図である。 フィードフォワ―ド量変更の要否を判断する２回目の処理タイミングの説明図である。 ２回目のフィードフォワ―ド量変更の要否判断の説明図である。 ２回目の処理タイミングにおけるパラメータの説明図である。 ２回目の処理タイミングにおけるフィードフォワ―ド量算出の説明図である。 外乱印加時に制御量ＰＶの降下速度が速く、外乱による負荷率変動が小さい対象に適用した応答波形を示す 外乱印加時に制御量ＰＶの降下速度が遅く、外乱による負荷率変動が大きい対象に適用した応答波形を示す

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（構成）
図１は、本実施の形態における制御系のブロック図である。
制御系は、制御装置１０と制御対象２０とを含む。制御装置１０は、ＰＩＤ演算部１１と、外乱判断部１２と、ＰＩＤ演算値監視部１３と、外乱特性判断部１４と、ＦＦ量演算部（フィードフォワード量演算部、補正量演算部）１５と、ＦＦ量加算部（フィードフォワード量加算部、補正量加算部）１６と、リミッタ１７を備える。

ＰＩＤ演算部１１は、ＰＩＤ制御により、目標値ＳＶと制御量ＰＶの偏差をなくすような操作量（第１操作量）を演算する。より具体的には、ＰＩＤ演算部１１は、偏差（ＳＶ−ＰＶ）に比例する比例要素出力（以下、Ｐ出力）と、偏差の積分値に基づく積分要素出力（以下、Ｉ出力）と、偏差の微分値に基づく微分要素出力（以下、Ｄ出力）とを求め、これらを加算して第１操作量を求める。Ｐ出力、Ｉ出力及びＤ出力を求めるための各パラメータは制御対象２０の特性に応じて予め設定される。

外乱判断部１２は、目標値（ＳＶ）と制御量（ＰＶ）の偏差（ＳＶ−ＰＶ）から、外乱の有無を判断する。外乱判断部１２は、外乱を検知すると、例えば、ＰＩＤ演算値監視部１３、外乱特性判断部１４及びＦＦ量演算部１５を作動させて、本実施の形態の処理を機能させる。なお、外乱の検知方法は公知の方法を用いることができる（例えば、特開２００２−２９７２４５号公報、００２７段落等参照）。

ＰＩＤ演算値監視部１３は、例えば外乱判断部１２が外乱を検出すると、ＰＩＤ演算部１１におけるＰ出力、Ｉ出力及びＤ出力の各内部演算値と、制御量ＰＶを監視する。ＰＩＤ演算値監視部１３は、Ｐ＋Ｉ＋Ｄの最大値を検知したり、制御量ＰＶのボトム位置を検知し、後述する各処理タイミングでＰ、Ｉ及びＤの内部演算値やＰＶボトム検知フラグを外乱特性判断部１４およびＦＦ量演算部１５に出力する。

外乱特性判断部１４は、ＰＩＤ演算値測定部１３から出力された内部演算値やＰＶボトム検知フラグを入力し、外乱特性を判断する。外乱特性判断部１４は、外乱特性の判断結果に応じてフィードフォワ―ド量を変更（操作量を補正）するか否かを判断し、フィードフォワード実行フラグ（以下、ＦＦ実行フラグ）をＦＦ量演算部１５に出力する。

ＦＦ量演算部１５は、ＦＦ実行フラグを受けると、ＰＩＤ内部演算値からフィードフォワード量（補正量）を演算し、ＰＩＤ演算部１１からの出力値に対してフィードフォワード処理を行う。なお、フィードフォワ―ド量の初期値は例えば予めゼロに設定されることができる。ＦＦ量加算部１６は、ＰＩＤ演算部１１からの出力値（第１操作量）と、ＦＦ量演算部１５から出力されるフィードフォワード量を加算して操作量（第２操作量）を求め、出力する。すなわち、第１操作量がＦＦ量によって補正される。リミッタ１７は、ＦＦ量加算部１６から入力した第２操作量を予め定められたリミット値以下に抑えて制御対象２０に出力する。
なお、制御量ＰＶは、適宜のセンサ又は計測装置により検出される。

（動作概要）
本実施の形態の制御装置１０は、外乱印加時のオーバーシュートを抑制するために、外乱が印加されてからオンラインで外乱の特性を見極め、外乱の特性に応じた適切な出力補正量（フィードフォワード量）を演算して出力するものである。これにより、フィードフォワード量の調整操作が不要になり、ユーザが簡単に使用でき、外乱による温度変化特性に再現性がなくても、適切にオーバーシュートを抑制することが可能になる。

本実施の形態では、フィードフォワ―ド量の変更判断を２回行う。フィードフォワ―ド量の変更機能のＯＮ／ＯＦＦは、外乱特性に応じて切り換える。また、フィードフォワ―ド量は外乱特性に応じて自動的に演算する。なお、フィードフォワ―ド量の変更判断は、２回に限らず、適宜の回数でもよい。

（外乱特性の測定）
まず、外乱特性の測定について説明する。外乱特性判断部１４は、外乱特性として、外乱印加直後の制御量ＰＶの降下速度（第１の外乱特性）と、外乱印加前後の負荷率の変動量（第２の外乱特性）を測定する。

図２Ａは、外乱判別方法の説明図（１）である。
外乱印加直後の制御量ＰＶの降下速度に関しては、例えば、制御対象２０の時定数に対して、外乱印加時の制御量ＰＶの降下速度が速いか、遅いかを判断するものである。外乱が印加された場合、制御対象２０の特性に応じて調整されたＰＩＤの各パラメータを用いて制御すると、微分出力が大きくなりやすい。本実施の形態では、外乱が印加されて温度等の制御量ＰＶが降下してから降下ピーク（制御量が最小になる点。以下、ボトムと呼ぶ）に達するまでの間に、微分出力（Ｄ出力）と比例出力（Ｐ出力）のピーク量（最大値）を比較し、以下の判断を行う。

すなわち、微分出力のピーク値が比例出力のピーク値より大きい場合、外乱特性判断部１４は、制御量ＰＶの降下速度が速い外乱特性であると判断する。一方、微分出力のピーク値が比例出力のピーク値よりも小さい場合、外乱特性判断部１４は、制御量ＰＶの降下速度が遅い外乱特性であると判断する。なお、微分出力のピーク値と比例出力のピーク値が同じ値の場合の判断結果をいずれにするかは、予め定めておくことができる。

図２Ｂは、外乱判別方法の説明図（２）である。
外乱印加前後の負荷率の変動量に関しては、負荷率の変動量によってオーバーシュートの発生量が変わるため、その変動量をオンラインで判断するものである。本実施の形態では、制御対象２０の特性に応じて調整されたＰＩＤの各パラメータを用いて制御した場合に、ＰＩＤ演算値のピーク（ＰＩＤ演算部１１の最大出力）のタイミングと制御量ＰＶの降下ピーク（ボトム）のタイミングから以下の判断を行う。

すなわち、制御量ＰＶがボトムになるタイミングに対してＰＩＤ演算部１１の出力が最大となるタイミングが早い場合、外乱特性判断部１４は、外乱による負荷率変動が小さいと判断する。一方、制御量ＰＶがボトムになるタイミングに対してＰＩＤ演算部１１の出力が最大となるタイミングが遅い（時間軸上で後ろにある）場合、外乱特性判断部１４は、外乱による負荷率変動が大きいと判断する。

ここで、外乱の例と外乱特性の関係を２つ例示する。図３は、半導体製造装置のプレート部にウェハが置載される例である。この場合、制御量ＰＶの降下速度が速く、負荷率変動が小さい。制御量ＰＶがボトムになる以前にＰＩＤ演算部１１の出力が最大になる。また、オーバーシュートは比較的大きい。

図４は、外乱が電源電圧変動の場合（ステップ状外乱の場合）の例である、この場合、制御量ＰＶの降下速度が遅く、負荷率変動が大きい。また、ＰＩＤ演算部１１の最大出力が制御量ＰＶのボトム位置付近に出る傾向となる。また、オーバーシュートは比較的小さい。

（補正量の自動演算）
次に、フィードフォワード量（補正量）の演算について説明する。図５は、フィードフォワ―ド量変更の要否を判断する１回目の処理タイミングと要否判断の説明図である。
まず、フィードフォワード量変更の１回目の処理タイミングとしては、一例として、制御量のＰＶボトム検知前に、操作量ＭＶの最大出力が検出されたタイミングとする。なお、操作量ＭＶの最大出力のタイミングを処理タイミングとする以外にも、制御量ＰＶのボトム検知前に、操作量ＭＶの最大出力が検出されたことを契機に、適宜のタイミング（好ましくは制御量ＰＶのボトム検知前のタイミング）を処理タイミングとしてしてもよい。なお、本実施の形態における処理タイミングの例示は、フィードフォワ―ド量変更の要否判断と、フィードフォワ―ド量の変更タイミングにタイムラグがあることを妨げるものではない。

上述の処理タイミングにおいて、外乱特性判断部１４は、フィードフォワ―ド量の１回目の変更を行うか否かを判断する。ここでは、外乱特性判断部１４は、操作量ＭＶが最大のタイミングにおける微分出力（ｄｍａｘ）が、同タイミングの比例出力（ｐｍａｘ）より大きい場合、すなわち、制御量ＰＶの降下速度が速い外乱特性である場合、１回目のフィードフォワ―ド量変更を行うと判断する。一方、外乱特性判断部１４は、上述の微分出力（ｄｍａｘ）が比例出力（ｐｍａｘ）以下の場合、すなわち、制御量ＰＶの降下速度が遅い外乱特性である場合、１回目のフィードフォワ―ド量変更を行わないと判断する。

１回目のフィードフォワ―ド量変更を行う場合、外乱特性判断部１４は、１回目のフィードフォワ―ド量変更を行うことを示すＦＦ実行フラグを設定し、ＦＦ量演算部１５に出力する。

ＦＦ量演算部１５は、外乱特性判断部１４からＦＦ実行フラグを受け取ると、新たなフィードフォワード量を算出する。例えば、ＦＦ量演算部１５は、ＰＩＤ演算部１１の出力が最大のときの、積分要素の安定状態からの変化量と、比例要素及び微分要素との比率（第１のパラメータ比率：ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ１）を求める。例えば、ＦＦ量演算部１５は、以下の式により第１のパラメータ比率（ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ１）を求める。
［式１］
ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ１＝（ｉｍｏｖｅ１×２）／（ｐｍａｘ＋ｄｍａｘ）
ここで、ｐｍａｘは、ＰＩＤ演算部１１の出力が最大のタイミングにおける比例出力であり、ｉｍｏｖｅ１は、ＰＩＤ演算部１１の出力が最大のタイミングにおける積分出力の安定状態からの変化量であり、ｄｍａｘは、ＰＩＤ演算部１１の出力が最大のタイミングにおける微分出力である（図６参照）。

なお、上述の安定状態とは、制御量ＰＶが安定した状態であり、例えば、制御量ＰＶの変動が予め定められた許容範囲内に収まっている状態をいう。安定状態において、積分出力を適宜記憶しておくことができる。また、式１において分子を２倍しているのは分母と分子でパラメータ数が違うのを調整するためであり、２以外の適宜の数でもよいし、省略してもよいし、他のパラメータに適宜の係数を乗じてもよい。

ＦＦ量演算部１５は、第１のパラメータ比率に基づいて、例えば、第１のパラメータ比率が小さいほどフィードフォワ―ド量の絶対値が大きくなるように、フィードフォワ―ド量を求める。本実施の形態では、ＦＦ量加算器１６によりＰＩＤ演算部１１の出力とフィードフォワ―ド量を加算する構成のため、第１のパラメータ比率が小さいほど絶対値が大きくかつマイナスの値のフィードフォワ―ド量を求める。

図７は、フィードフォワ―ド量算出の説明図である。図示するグラフにおいて、横軸は第１のパラメータ比率ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ１を示し、縦軸はフィードフォワ―ド量を示す。例えば、フィードフォワ―ド量の最大値（縦軸の−１００％に相当）を予め設定し、第１のパラメータ比率ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ１に応じて、フィードフォワ―ド量を０〜フィードフォワ―ドの最大値の間で変更する。なお、第１のパラメータ比率ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ１が１より大きい場合はフィードフォワ―ド量をゼロとし、フィードフォワ―ドによる補正をしなくてもよい。

フィードフォワ―ド量の最大値は、例えば、上述のｉｍｏｖｅ１の値に基づいて求めてもよい。

なお、図７では、フィードフォワ―ド量を第１のパラメータ比率ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ１に対して線形に変化させているが、非線形でもよい。例えば、第１のパラメータ比率ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ１を複数の区間に分割して、この区間ごとにフィードフォワ―ド量を決めるなど、フィードフォワ―ド量が第１のパラメータ比率ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ１に対してステップ状に変化してもよい。この場合も、各区間における代表値（例えば中央値）を比較した場合に、第１のパラメータ比率ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ１の代表値が小さいほど、フィードフォワ―ド量の代表値の絶対値が大きくなるような関係にあればよい。

また、図７の例では、第１のパラメータ比率ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ１に対するフィードフォワ―ド量の変化の割合は一定（傾きは同じ）であるが、第１のパラメータ比率ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ１を複数の区間に分割して、各区間での傾きが異なっていてもよい。また、直線状に限らず、曲線状にフィードフォワ―ド量が変化してもよい。

図８は、フィードフォワ―ド量変更の要否を判断する２回目の処理タイミングの説明図である。フィードフォワード量変更の２回目の処理タイミングとしては、一例として、制御量ＰＶのボトムを検知したタイミングとする。なお、制御量ＰＶのボトムの前後所定範囲のタイミングでもよい。

上述の処理タイミングにおいて、外乱特性判断部１４は、フィードフォワ―ド量の２回目の変更を行うか否かを判断する。図９は、２回目のフィードフォワ―ド量変更の要否判断の説明図である。ここでは、外乱特性判断部１４は、ＰＩＤ演算部１１の出力の最大値を検出するタイミングが制御量ＰＶのボトムのタイミングより早い場合（つまり負荷率変動が小さい場合）、２回目のフィードフォワード量変更を行うと判断する。一方、外乱特性判断部１４は、ＰＩＤ演算部１１の出力の最大値を検出するタイミングが制御量ＰＶのボトムのタイミング以降の場合（つまり負荷率変動が大きい場合）、２回目のフィードフォワード量変更を行わないと判断する。なお、この処理タイミングの時点までに、ＰＩＤ演算部１１の出力が最大となる点を検出していれば、この処理タイミングの時点において、ＰＩＤ演算部１１の出力の最大値を検出するタイミングが制御量ＰＶのボトムのタイミング以降であるとして、２回目のフィードフォワード量変更を行わないと判断できる

２回目のフィードフォワ―ド量変更を行う場合、外乱特性判断部１４は、２回目のフィードフォワ―ド量変更を行うことを示すＦＦ実行フラグを設定し、ＦＦ量演算部１５に出力する。

ＦＦ量演算部１５は、外乱特性判断部１４からＦＦ実行フラグを受け取ると、新たなフィードフォワード量を算出する。算出方法は、１回目のフィードフォワ―ド量の変更と同様とすることができるが、算出に用いるパラメータが異なる。

例えば、ＦＦ量演算部１５は、制御量ＰＶがボトムのときの積分要素の安定状態からの変化量と、制御量ＰＶがボトムになるまでの比例要素の最大値及び微分要素の最大値との比率（第２のパラメータ比率：ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ２）を求める。例えば、ＦＦ量演算部１５は、以下の式により第２のパラメータ比率（ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ２）を求める。［式２］
ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ２＝（ｉｍｏｖｅ２×２）／（ｐｂｔｍ＋ｄｂｔｍ）
ここで、ｉｍｏｖｅ２は、制御量ＰＶがボトムのときの積分出力の安定状態からの変化量であり、ｐｂｔｍは、制御量ＰＶがボトムになるまでの比例出力の最大値であり、ｄｂｔｍは、制御量ＰＶがボトムになるまでの微分出力の最大値である（図１０参照）。なお、式２において分子を２倍している点は、第１のパラメータ比率と同様である。

ＦＦ量演算部１５は、第２のパラメータ比率に基づいて、例えば、第２のパラメータ比率が小さいほどフィードフォワ―ド量の絶対値が大きくなるように、フィードフォワ―ド量を求める。本実施の形態では、ＦＦ量加算部１６によりＰＩＤ演算部１１の出力とフィードフォワ―ド量を加算する構成のため、第２のパラメータ比率が小さいほど絶対値が大きくかつマイナスの値のフィードフォワ―ド量を求める。

図１１は、フィードフォワ―ド量算出の説明図である。図示するグラフにおいて、横軸は第２のパラメータ比率ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ２を示し、縦軸はフィードフォワ―ド量を示す。例えば、フィードフォワ―ド量の最大値（縦軸の−１００％に相当）を予め設定し、第２のパラメータ比率ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ２に応じて、フィードフォワ―ド量を０〜フィードフォワ―ドの最大値の間で変更する。なお、第２のパラメータ比率ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ２が１より大きい場合はフィードフォワ―ド量をゼロとし、フィードフォワ―ドによる補正をしなくてもよい。

フィードフォワ―ド量の最大値は、例えば、上述のｉｍｏｖｅ２の値に基づいて求めてもよい。従って、１回目のフィードフォワ―ド量変更の際に求めたフィードフォワ―ド量の最大値とは異なってもよい。

なお、第２のパラメータ比率ｒａｔｉｏ＿ｉ＿ｐｄ２に対するフィードフォワ―ド量の変更の仕方は、１回目のフィードフォワ―ド量変更と同様に、線形に限らず他の変更の仕方でもよい。

（動作結果の例）
図１２及び図１３は、本実施の形態の制御装置を特性の異なる２つの対象に適用した応答波形を示す。

図１２は、外乱印加時に制御量ＰＶの降下速度が速く、外乱による負荷率変動が小さい場合の例である。通常のＰＩＤ制御を用いた場合に比べて、オーバーシュートを抑制しつつ、制御量を早く安定化できる。

図１３は、外乱印加時に制御量ＰＶの降下速度が遅く、外乱による負荷率変動が大きい場合の例である。この場合も、通常のＰＩＤ制御を用いた場合に比べて、オーバーシュートを抑制しつつ、制御量を早く安定化できる。

このように、本実施の形態によると、制御対象に印加される外乱の特性に応じて、操作量のフィードフォワ―ド実行の要否及びフィードフォワ―ド量を自動で求め、オーバーシュートを抑制することができる。また、本実施の形態によると、オンラインで自動的にフィードフォワード量を算出できるため、ユーザにとって簡単に外乱が抑制できる。

本実施の形態によると、既知の外乱でなくても、制御系を適切に動作させることができる。例えば、外乱の発生するタイミングが既知でなく、不定期に発生する外乱であっても制御系を適切に動作させることができる。また、外乱に再現性がなくても、制御系を適切に動作させることができる。例えば、熱容量の異なる物がヒータに順次置載される場合でも、制御系を適切に動作させることができる。

なお、上述の実施の形態では、フィードフォワ―ド量変更の要否判断を２回行っているが、いずれか１回でもよい。また、１回目のフィードフォワ―ド量変更が不要と判断され、２回目のフィードフォワ―ド量変更を行うと判断された場合、２回目の判断に対応するフィードフォワ―ド量の変更は、実質的に１回目の変更である。

また、上述の実施の形態において、最大及び最小はそれぞれ、極大及び極小であってもよい。上述の各判断で用いる操作量ＭＶは、ＰＩＤ演算部１１からの出力（第１の操作量）でもよいし、ＦＦ量加算部１６からの出力（第２の操作量）でもよいし、制御対象２０に実際に入力される操作量（図１の例ではリミッタ１７の出力）でもよい。

以上、本実施の形態の制御装置について説明したが、制御装置に限らず、上述の各処理を実行する制御方法、コンピュータの処理部に上述の各処理を実行させるプログラム又はプログラム製品、プログラムを記憶した非一時的な記録媒体等によっても本発明を実現できる。

本発明は、例えば温度を制御する制御装置に利用可能である。

１０ 制御装置
２０ 制御対象
１１ ＰＩＤ演算部
１２ 外乱判断部
１３ ＰＩＤ演算値監視部
１４ 外乱特性判断部
１５ ＦＦ量演算部（フィードフォワード量演算部）
１６ ＦＦ量加算部（フィードフォワード量加算部）
１７ リミッタ

Claims (8)

1. 制御対象に対し、制御対象の制御量と予め定められた目標値との偏差に比例する比例出力と、該偏差の積分値に比例する積分出力と、該偏差の微分値に比例する微分出力とを演算し、比例出力と積分出力と微分出力とを合成した第１操作量を出力するＰＩＤ演算部と、
   前記制御対象に印加された外乱の特性に応じて第１操作量を補正するか否かを判断する外乱特性判断部と、
   前記制御対象に印加された外乱の特性に応じて、前記ＰＩＤ演算部からの比例出力と積分出力と微分出力に基づいて、第１操作量に対する補正量を演算する補正量演算部と、
   前記ＰＩＤ演算部からの第１操作量を、前記補正量演算部からの補正量で補正して第２操作量を求め、前記制御対象に出力する補正量加算部と、
   を備えた制御装置。
2. 前記外乱の特性は、前記制御対象に外乱が印加された後の制御量の降下速度と、前記制御対象に外乱が印加される前後の負荷率変動量とに基づく特性であり、
   前記外乱特性判断部は、前記ＰＩＤ演算部の比例出力、積分出力及び微分出力に基づいて、該外乱の特性を判断する請求項１に記載の制御装置。
3. 前記外乱特性判断部は、前記ＰＩＤ演算部からの第１操作量が最大のタイミングにおける微分出力が、該タイミングにおける比例出力よりも大きい場合、第１操作量を補正すると判断する請求項１に記載の制御装置。
4. 前記補正量演算部は、
   前記ＰＩＤ演算部からの第１操作量が最大のタイミングにおける積分出力の安定状態からの変化量と、前記ＰＩＤ演算部からの第１操作量が最大のタイミングにおける比例出力及び微分出力との比である第１のパラメータ比率を求め、
   求められた第１のパラメータ比率が小さいほど補正量の絶対値が大きくなるように第１の補正量を求める請求項３に記載の制御装置。
5. 前記制御量が最小又は極小となるタイミングよりも前であり、かつ、前記第１操作量が最大となる第１のタイミングにおいて、前記ＰＩＤ演算部からの第１操作量を、前記補正量演算部からの第１の補正量で補正する請求項４に記載の制御装置。
6. 前記外乱特性判断部は、前記制御量が最小又は極小となる時刻よりも前に、第１操作量のピークが検出される場合、第１操作量を補正すると判断する請求項１に記載の制御装置。
7. 前記補正量演算部は、
   制御量が最小又は極小のときの積分出力の安定状態からの変化量と、制御量が最小又は極小になるまでの比例出力の最大値及び微分出力の最大値との比である第２のパラメータ比率を求め、
   求められた第２のパラメータ比率が小さいほど補正量の絶対値が大きくなるように第２の補正量を求める請求項６に記載の制御装置。
8. 前記制御量が最小又は極小となる第２のタイミングにおいて、前記ＰＩＤ演算部からの第１操作量を、前記補正量演算部からの第２の補正量で補正する請求項７に記載の制御装置。

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