JPWO2016084369A1 - 温度制御方法、及び、温度制御装置 - Google Patents

Abstract

周囲の環境温度に応じて、ヒータによる加熱温度を目標温度に迅速に収束させることができる温度制御方法を提供する。この温度制御方法の一形態は、ＰＩＤ制御によって、実測温度Ｔａと目標温度Ｔｓとの第１温度差ｅ１に基づく第１通電率ｙ１を得るステップ（Ａ）と、加熱シリンダ２が置かれる周囲の環境温度Ｔｅと目標温度Ｔｓとの第２温度差ｅ２に基づく第２通電率ｙ２を得るステップ（Ｂ）と、第１通電率ｙ１と第２通電率ｙ２の比較結果に基づいて補正通電率ｙを得るステップ（Ｃ）と、補正通電率ｙに基づいて、ヒータ４に供給する電力の制御を行うステップ（Ｄ）と、を備える。ステップ（Ｃ）において、補正通電率ｙは、上記比較結果に基づいて、所定の第１条件、第２条件、及び第３条件のいずれかに設定される。

Description

本発明は、射出成形機の加熱シリンダ等の加熱対象をヒータにより加熱するのに好適な温度制御方法に関する。

射出成形機において、加熱シリンダの温度制御の条件は、得られる樹脂成形品の品質に影響を与える重要な管理要素の１つである。この加熱シリンダの温度制御は、例えば特許文献１，２に記載されるように、ＰＩＤ制御（Proportional（比例）-Integral（積分）-Derivative（微分）Controller）に基づくフィードバック制御によって行われている。ちなみに、特許文献１，２は、射出成形機の動作工程、状態の切換時にＰＩＤ定数を切り替えることで、温度制御系の熱的状態変化に適応した温度制御を行うことができる、との提案を行っている。

特開２００３−２６４０４号公報 特開２０１１−７９２２２号公報

ヒータに供給したエネルギー（熱）は、主に射出成形機の周囲の環境への放熱により損失し、ヒータ制御はこの熱損失量に大きく影響を受ける。ところが、一般にヒータから周囲環境に放熱される熱量は、ヒータ温度と周囲の環境温度との温度差に概ね比例することから、周囲環境温度に対してヒータ制御指令値（通電率）は略一意的に決まり、再現性も高い。このため、周囲環境温度の変動が少ない環境においては、フィードバック制御などにより通電率や電流値、電圧値などを常に再演算して印加電力量の制御を行うのではなく、可変抵抗器などを用いて試行錯誤により経験的に電力量（抵抗器の抵抗値）を求め、この電力量を固定してヒータ制御を行う場合がある。この制御によると、朝・昼・夜などの気温の変化や、室温の温度を調節する空調装置のオン・オフによる室温変化などの外乱に対応できず、ヒータ温度が目標温度と乖離する虞がある。

また、一般に、ＰＩＤ制御は、温度を安定制御するためのパラメータとしての積分値（Ｉ 制御値＝ 温度差の所定期間の累積値）やオフセット値（ヒータへの通電率を算出するための出力式のオフセット値）は、温度履歴を考慮する必要がある。したがって、同一の温度制御期間におけるフィードバック制御（ＰＩＤ演算）が所定時間を経過した時点（例えば２時間後）以降において、始めてその時点時点での最適値となるものが算出される。このため、ＰＩＤ制御において周囲環境温度が変化した場合でも、再演算されたＰＩＤ定数が制御に反映されるのは所定時間を経過した時点となるため、周囲環境温度が変化した場合のオーバーシュートまたはアンダーシュートが発生しやすいか、もしくは、オーバーシュートまたはアンダーシュートが収束するまでに長い時間が必要となる。
そこで本発明は、周囲の環境温度に応じて、ヒータによる加熱温度を目標温度に迅速に収束させることができる温度制御方法及び温度制御装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもとなされた、本発明の温度制御方法は、加熱対象をヒータにより加熱するとともに、加熱対象の温度を検出し、検出された実測温度Ｔａが予め設定した目標温度Ｔｓとなるように、ＰＩＤ制御を含むフィードバック制御系によりヒータに供給する電力の制御を行うものであり、以下の構成を備えている。
つまり本発明は、ＰＩＤ制御によって、実測温度Ｔａと目標温度Ｔｓとの第１温度差ｅ１に基づく第１通電率ｙ１を得るステップ（Ａ）と、加熱対象が置かれる周囲の環境温度Ｔｅと目標温度Ｔｓとの第２温度差ｅ２に基づく第２通電率ｙ２を得るステップ（Ｂ）と、第１通電率ｙ１と第２通電率ｙ２の比較に基づいて補正通電率ｙを得るステップ（Ｃ）と、補正通電率ｙに基づきヒータに供給する電力の制御を行うステップ（Ｄ）と、を備える。
そして、本発明は、ステップ（Ｃ）において、補正通電率ｙは、比較結果に基づいて、以下の第１条件、第２条件及び第３条件のいずれかに設定されることを特徴としている。
第１条件：ｙ＝ｙ１
第２条件：ｙ＝ｙ２−α１
第３条件：ｙ＝ｙ２＋β１
ただし、α１，β１はそれぞれ予め設定される、正の数からなる所定の管理許容値である。
前記補正通電率ｙは、
ｙ２−α１≦ｙ１≦ｙ２＋β１の場合には、前記第１条件に設定され、
ｙ１＜ｙ２−α１の場合には、前記第２条件に設定され、
ｙ２＋β１＜ｙ１の場合には、前記第３条件に設定される。

本発明の温度制御方法では、ＰＩＤ制御によって目標温度に早期に到達できるとともに、第２通電率ｙ２が、環境温度Ｔｅと目標温度Ｔｓとの第２温度差ｅ２に基づくものであり、加熱対象の周囲の環境温度Ｔｅに適合している。したがって、第１通電率ｙ１と第２通電率ｙ２との比較結果に基づき求められる補正通電率ｙを採用することにより、ヒータの温度を目標温度Ｔｓに高い精度で迅速に収束させることができる。

本発明の温度制御方法のステップ（Ｂ）において、予め取得された、周囲環境温度Ｔｅｎと目標温度Ｔｓｎとの温度差ｅ２ｎと、温度差ｅ２ｎを解消するのに必要な通電率との相関データに基づいて、第２通電率ｙ２を得ることが好ましい。
このように、予め求められている相関データを用いることにより、第２通電率ｙ２を算出させる際の演算処理時間が短くてすむので、ヒータの温度をより迅速に目標温度Ｔｓに収束させることができる。

また、本発明は、ＰＩＤ制御の補正積分量Ｉを求める際に、実測温度Ｔａと目標温度Ｔｓとの第１温度差ｅ１に基づく第１積分量Ｉ１を得るステップ（ａ）と、加熱対象が置かれる周囲の環境温度Ｔｅと目標温度Ｔｓの第２温度差ｅ２に基づく第２積分量Ｉ２を得るステップ（ｂ）と、第１積分量Ｉ１と第２積分量Ｉ２の比較結果に基づいて補正積分量Ｉを得るステップ（ｃ）と、補正積分量Ｉを用いて補正通電率ｙを得るステップ（ｄ）と、補正通電率ｙに基づいてヒータに供給する電力の制御を行うステップ（ｅ）と、を備える。
そして、本発明は、ステップ（ｃ）において、補正積分量Ｉは、第１積分量Ｉ１を基準にし、第２積分量Ｉ２により制限をかけて求め、かつ、補正積分量Ｉは、比較結果に基づいて、以下の第１条件、第２条件及び第３条件のいずれかに設定される、ことを特徴としている。
第１条件：Ｉ＝Ｉ１
第２条件：Ｉ＝Ｉ２−α２
第３条件：Ｉ＝Ｉ２＋β２
ただし、α２，β２はそれぞれ予め設定される、正の数からなる所定の管理許容値である。
前記補正積分量Ｉは、
Ｉ２−α２≦Ｉ１≦Ｉ２＋β２の場合には、前記第１条件に設定され、
Ｉ１＜Ｉ２−α２の場合には、前記第２条件に設定され、
Ｉ２＋β２＜Ｉ１の場合には、前記第３条件に設定される。

本発明の温度制御方法における加熱対象は、任意であるが、加熱対象を射出成形機の加熱シリンダとすれば、加熱シリンダの温度を精度よく迅速に目標温度に収束させることができる。これにより、得られる樹脂成形品の品質を担保できる。

また、本発明の温度制御装置は、加熱対象をヒータにより加熱するとともに、加熱対象の温度を検出し、検出された実測温度Ｔａが予め設定した目標温度Ｔｓとなるように、ＰＩＤ制御を含むフィードバック制御系によりヒータに供給する電力の制御を行うものであり、以下の構成を備えている。
本発明の温度制御装置は、ＰＩＤ制御によって実測温度Ｔａと目標温度Ｔｓとの第１温度差ｅ１に基づく第１通電率ｙ１を生成する基準通電率演算部と、加熱対象が置かれる周囲の環境温度Ｔｅと目標温度Ｔｓとの第２温度差ｅ２に基づく第２通電率ｙ２を生成する補間演算部と、第１通電率ｙ１と第２通電率ｙ２の比較結果に基づいて補正通電率ｙを求める比較演算器と、比較演算器が求めた補正通電率ｙに基づいてヒータに供給する電力の制御を行う操作量処理部と、を備える。
そして、本発明の比較演算器は、補正通電率ｙを、比較結果に基づいて、以下の第１条件、第２条件及び第３条件のいずれかに設定することを特徴とする。
第１条件：ｙ＝ｙ１
第２条件：ｙ＝ｙ２−α１
第３条件：ｙ＝ｙ２＋β１
ただし、α１，β１はそれぞれ予め設定される、正の数からなる所定の管理許容値である。
前記補正通電率ｙは、
ｙ２−α１≦ｙ１≦ｙ２＋β１の場合には、前記第１条件に設定され、
ｙ１＜ｙ２−α１の場合には、前記第２条件に設定され、
ｙ２＋β１＜ｙ１の場合には、前記第３条件に設定される。

本発明の温度制御装置は、ＰＩＤ制御によって目標温度に早期に到達できるとともに、補正通電率ｙの導出において制限値となる第２通電率ｙ２が、環境温度Ｔｅと目標温度Ｔｓとの第２温度差ｅ２に基づくものであり、加熱対象の周囲の環境温度Ｔｅに適合している。したがって、第１通電率ｙ１と第２通電率ｙ２との比較結果に基づき求められる補正通電率ｙを採用することにより、加熱対象の周囲の環境温度Ｔｅが変動した場合でもヒータの温度を目標温度Ｔｓに高い精度で迅速に収束させることができる。

本発明の温度制御装置は、予め取得された、周囲環境温度Ｔｅｎと目標温度Ｔｓｎとの温度差ｅ２ｎと、温度差ｅ２ｎを解消するのに必要な通電率との相関データを記憶する記憶部を備え、補間演算部は、環境温度Ｔｅと記憶部から取得した相関データに基づいて、第２通電率ｙ２を得ることができる。
このように、予め求められている相関データを用いることにより、第２通電率ｙ２を算出させる際の、演算処理時間が短くてすむので、ヒータの温度をより精度よく迅速に目標温度Ｔｓに収束させることができる。これにより、得られる樹脂成形品の品質を担保できる。

また、本発明の温度制御装置は、ＰＩＤ制御の補正積分量Ｉを求める際に、実測温度Ｔａと目標温度Ｔｓとの第１温度差ｅ１に基づく第１積分量Ｉ１を生成する基準積分量演算部と、加熱対象が置かれる周囲の環境温度Ｔｅと目標温度Ｔｓとの第２温度差ｅ２に基づく第２積分量Ｉ２を生成する補間演算部と、第１積分量Ｉ１と第２積分量Ｉ２の比較結果に基づいて補正積分量Ｉを求める比較演算器と、比較演算器による補正積分量Ｉに基づいて補正通電率ｙを求める通電率演算部と、補正通電率ｙに基づいてヒータに供給する電力の制御を行う操作量処理部と、を備える。
そして、本発明による比較演算器は、補正積分量Ｉを、第１積分量Ｉ１を基準にし、第２積分量Ｉ２により制限をかけて求め、かつ、比較結果に基づいて、以下の第１条件、第２条件及び第３条件のいずれかに設定する、ことを特徴とする。
第１条件：Ｉ＝Ｉ１
第２条件：Ｉ＝Ｉ２−α２
第３条件：Ｉ＝Ｉ２＋β２
ただし、α２，β２はそれぞれ予め設定される、正の数からなる所定の管理許容値である。
前記補正積分量Ｉは、
Ｉ２−α２≦Ｉ１≦Ｉ２＋β２の場合には、前記第１条件に設定され、
Ｉ１＜Ｉ２−α２の場合には、前記第２条件に設定され、
Ｉ２＋β２＜Ｉ１の場合には、前記第３条件に設定される。

本発明の温度制御装置における加熱対象は、任意であるが、加熱対象を射出成形機の加熱シリンダとすれば、加熱シリンダの温度を精度よく迅速に目標温度に収束させることができる。これにより、得られる樹脂成形品の品質を担保できる。

本発明の温度制御によると、第１通電率ｙ１をＰＩＤ制御により求めているので速やかに目標温度に近似させる制御が可能であるとともに、補正通電率ｙを求める際の制限値となる第２通電率ｙ２が、加熱対象の周囲の環境温度Ｔｅに適合しているので、加熱対象の周囲の環境温度Ｔｅが変動した場合でもヒータの温度を目標温度Ｔｓに高い精度で迅速に収束させることができる。

本発明の第１実施形態に係る射出成形機における、加熱シリンダの温度フィードバック制御系を示す図である。 本実施形態に係るＰＩＤ制御のＩ動作を説明する図である。 本実施形態に係る相関データの一例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る射出成形機における、加熱シリンダの温度フィードバック制御系を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
本実施形態は、図１に示すように、図示を省略するスクリュを内蔵する加熱シリンダ２と、加熱シリンダ２の外周に巻装された複数のバンド状のヒータ４と、を備える射出成形機１において、ヒータ４に供給する電力を制御することによって、加熱シリンダ２の温度を制御するものである。加熱シリンダ２は、溶融された樹脂を吐出するノズル３を先端に備えており、このノズル３の外周にもヒータ４が巻装されており、このノズル３も加熱シリンダ２の外周のヒータ４と同様に温度制御の対象となる。加熱シリンダ２の外周には、加熱シリンダ２の温度（実測温度Ｔａ）を計測するための温度検知センサ５が付設されている。
なお、図１における外乱１及び外乱２は、それぞれ以下を対象にしており、本実施形態はこれらの外乱を考慮してフィードバック制御を実行する。
外乱１：周囲温度の変化、成型サイクルの変化＝放熱量の変化
外乱２：電源電圧の変化＝操作量一定にも関わらず、ヒータ出力が変化

射出成形機１は、図１に示すように、ヒータ４の温度をＰＩＤによるフィードバックにより制御するためのフィードバック制御系１０を備えている。
フィードバック制御系１０は、第１通電率ｙ１を演算して出力する基準通電率演算部１１と、第２通電率ｙ２を演算して出力する補間演算部１３と、を備えており、それぞれ出力された第１通電率ｙ１と第２通電率ｙ２は、比較演算器１２において比較演算されて補正通電率ｙが生成される。つまり、第１実施形態では、基準通電率演算部１１と比較演算器１２によって、ＰＩＤ演算部１００が構成される。

操作量処理部１４は、補正通電率ｙに基づいてヒータ４における操作量ｕを演算により求める。
ヒータ操作量ｕ（Ｊ）＝制御周期Ｔ（ｓ）×補正通電率ｙ×ヒータ定格ｈ（Ｗ）
例えば、制御周期Ｔを２０ｓ、ヒータ定格ｈは３ｋＷとすると補正通電率ｙは０〜１の範囲であるので、ヒータ操作量は０〜６０ｋＪ（ただし２０ｓ毎）となる。また、ヒータ定格ｈは電源電圧に依存するので、電源電圧が変動する場合は常時、あるいは所定の周期で電源電圧を計測しヒータ定格ｈを補正して、ヒータ操作量の導出に使用することが好ましい。

接触器１５はこの操作量ｕに応じて開閉動作することにより、ヒータ４への通電を一定周期でオン・オフ制御して加熱シリンダ２の実測温度Ｔａが目標温度Ｔｓに収束するように制御する。ＳＳＲ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｒｅｌａｙ）やＳＳＣ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）などの半導体スイッチング素子を、接触器１５の代替として用いることもできる。

また、フィードバック制御系１０は、周囲環境温度測定部１７を備え、周囲環境温度測定部１７で検知された周囲の環境温度Ｔｅと目標温度Ｔｓを第２温度差検出部１８にて比較して第２温度差ｅ２を求める。補間演算部１３は、第２温度差ｅ２を取得するとともに、記憶部１９に記憶されている温度差ｅ２ｎ（＝目標温度Ｔｓｎ−環境温度Ｔｅｎ）と通電率の相関データ（以下、単に第１相関データという）を取得して、両者を照合することにより第２通電率ｙ２を求める。周囲環境温度Ｔｅｎは、射出成形機１が置かれる室内の気温、室外の気温などによって変動し得る。
以下、記憶部１９に記憶される第１相関データについて説明し、次いで、補間演算部１３が第２通電率ｙ２を求める手順を説明する。

第１相関データは、異なる複数（例えば、２つ）の温度差（＝目標温度Ｔｓｎ−環境温度Ｔｅｎ）の条件について、ヒータ４に印加される実通電率ｙ０ｎを実際に測定して予め得られるものであり、温度差と実通電率ｙ０ｎを対応させたデータである。つまり、第１相関データは、本実施形態においては射出成形機が本来、周囲環境温度Ｔｅｎの環境下において目標温度Ｔｓｎで安定して維持されている条件下での該温度差と実通電率の相関である。つまり、所定の該温度差において、昇温制御過程または降温制御過程における過渡状態によってＰＩＤ定数が変化しても、最終的に収束するＰＩＤ定数により得られる通電率を予め実験により取得して、記憶部１９に記憶するのである。記憶部１９に記憶される第１相関データを表１に例示する。

以下、図３を参照して具体例を説明する。
例えば、以下に示す条件ａと条件ｂの異なる２つの条件について、制御対象であるヒータ４に印加される実通電率ｙ０ｎを実際に測定する。この測定結果を、図３に示すように、横軸が温度差、縦軸が実通電率（ｙ０ｎ）のグラフ上にプロットし、条件ａと条件ｂを結んだ線分は下記の式（１）で表され、この式（１）がこの例である温度差１３０℃と温度差１８０℃の間の第１相関データの比例補間式となる。
条件ａ：目標温度Ｔｓ１＝１５０℃ 周囲環境温度（気温）Ｔｅ１＝２０℃
温度差ｅ２１＝１３０℃
制御対象の温度が１５０℃に収束した後の通電率（実通電率ｙ０１）＝３０％
条件ｂ：目標温度Ｔｓ２＝２００℃ 周囲環境温度（気温）Ｔｅ２＝２０℃
温度差ｅ２２＝１８０℃
制御対象の温度が２００℃に収束した後の通電率（実通電率ｙ０２）＝４０％
第１相関データ：ｙ＝(ｙ０２−ｙ０１)／(ｅ２２−ｅ２１)×(ｅ２−ｅ２１)＋３０
＝０．２×（ｅ２−１３０）＋３０（％）…式（１）
ｅ２：第２温度差

上記の例では、温度差１３０℃と温度差１８０℃の間の補間式を示したが、他の温度差間の補間式、例えば温度差１００℃と温度差１３０℃の間の補間式、または温度差１８０℃と温度差２５０℃の間の補間式は、それぞれ記憶部１９に記憶される第１相関データから同様に求めることができる。

なお、第１相関データを生成するために行う実通電率ｙ０ｎの測定は、高精度に目標温度Ｔｓに収束させるために、ゲイン誤差が小さい高ゲインの条件で行うことが好ましい。

上記第１相関データが記憶部１９に記憶されているものとし、周囲環境温度測定部１７で検知された環境温度Ｔｅ、目標温度Ｔｓ、第２温度差検出部１８における第２温度差ｅ２が以下の測定結果ｃだとすると、補間演算部１３は、当該第１相関データに基づいて第２通電率ｙ２を３８％と算出する。

測定結果ｃ：目標温度Ｔｓ＝２００℃ 環境温度（気温）Ｔｅ＝３０℃
第２温度差ｅ２＝１７０℃
第２通電率：ｙ２＝０．２×（１７０−１３０）＋３０＝３８（％）

フィードバック制御系１０は、基準通電率演算部１１で求めた第１通電率ｙ１を基準にして、補間演算部１３で求めた第２通電率ｙ２による制限をかけて補正通電率ｙを求める。より具体的には、補正通電率ｙは、第１通電率ｙ１と第２通電率ｙ２を比較し、以下の第１条件、第２条件及び第３条件に応じて設定される。ここで、α１およびβ１はそれぞれ予め設定される所定の管理許容値である。なお、補正通電率ｙは、第１通電率ｙ１を求めるＰＩＤ定数を求める演算において制限を加えてもよい。
第１条件：ｙ２−α１≦ｙ１≦ｙ２＋β１ 補正通電率ｙ＝ｙ１
第２条件：ｙ１＜ｙ２−α１ 補正通電率ｙ＝ｙ２−α１
第３条件：ｙ２＋β１＜ｙ１ 補正通電率ｙ＝ｙ２＋β１

ところで一般に、フィードバック制御系１０は、温度検知センサ５で測定された実測温度Ｔａと目標温度Ｔｓを第１温度差検出部１６にて比較して第１温度差ｅ１を求める。基準通電率演算部１１は、この第１温度差ｅ１を取得し、第１温度差ｅ１を解消するのに必要な第１通電率ｙ１を求める。
基準通電率演算部１１は、下記式（２）で示されるＰＩＤ制御基本式を実行し、現在の第１温度差ｅ１に比例した修正量を出す比例動作（Proportional Action：Ｐ動作）と、過去の第１温度差ｅ１の累積値に比例した修正量を出す積分動作（Integral Action：Ｉ動作）と、第１温度差ｅ１が増加しつつあるか減少しつつあるか、その傾向の大きさに比例した修正量を出す微分動作（Derivative Action：Ｄ動作）との３つを加算合成して第１通電率ｙ１を求める。
ｙ１_ｎ＝１／Ｐ（ｅ１_ｎ＋１／Ｔｉ・Ｔ・Σ_{ｘ＝０→ｎ}ｅ１_ｘ＋ Ｔｄ／Ｔ（ｅ１_ｎ-ｅ１_ｎ−１））…式（２）
Ｐ，Ｔｉ，Ｔｄ：ＰＩＤ定数、Ｔ：制御周期

このとき目標温度Ｔｓと実測温度Ｔａが一致（収束）して、外乱が無い場合を想定すると、収束したことを判断できる状態が少なくとも、最新状態であるｎとその直前のｎ−１における温度差ｅ１_ｎ＝０、ｅ１_ｎ−１＝０であり、ｎ−１以前の０〜ｎ−２における温度差ｅ１_０…ｅ１_ｎ−２≠０であるので、式（１）において積分項以外の項は０となり、下記の式（３）となる。このことから収束状態の補正通電率ｙを求める演算において、積分値が支配的であることが分かる。
ｙ１_ｎ＝１／Ｐ（１／Ｔｉ・Ｔ・Σ_{ｘ＝０→ｎ−２}ｅ１_ｘ）…式（３）
よって、第２温度差ｅ２と、記憶部１９に記憶されている温度差ｅ２ｎと通電率の第１相関データを用いて求めた第２通電率ｙ２に基づき、何かしらの既知の方法によりｙ２―α１とｙ２＋β１に対応する積分量Σ_{ｘ＝０→ｎ}ｅ１_ｘの上限値および下限値を求めて、ｙ１を導出することで本発明の効果が得られる。

［効果］
以上説明した射出成形機１によると、以下の効果を奏する。
射出成形機１は、第１通電率ｙ１を基準にして環境温度Ｔｅと実測温度Ｔａとの第２温度差ｅ２に基づく第２通電率ｙ２によって制限して求めた補正通電率ｙによりヒータ４の温度を制御するが、第２通電率ｙ２は射出成形を行っている周囲の環境に適合している。したがって、射出成形機１は、補正通電率ｙを採用することにより、ヒータ４の温度を目標温度Ｔｓに高い精度で迅速に収束させることができる。
そして、第２通電率ｙ２は、予め求められている第１相関データを用いた比例補間により算出されるので、演算処理時間が短くてすみ、このことも迅速にヒータ４の温度を目標温度Ｔｓに収束させることに寄与する。

次に、フィードバック制御においては、実測温度Ｔａが目標温度Ｔｓに近似すると第１通電率ｙ１が小さくなり、実測温度Ｔａがゲイン誤差の範囲に収まる。しかし、実測温度Ｔａが目標温度Ｔｓとの誤差を小さくしようとすると、ゲインを大きくする必要があるが、ゲインを大きくするとオーバーシュートまたはアンダーシュートが大きくなりやすい。
本実施形態は、補正通電率ｙが、第１通電率ｙ１に対して第２通電率ｙ２の分だけオフセットされるものとみなし得る。このため実測温度Ｔａが目標温度Ｔｓに近似した場合のＰＩＤ制御による第１通電率ｙ１が小さくなった場合でも、補正通電率ｙは環境温度Ｔｅに最適なオフセット分の第２通電率ｙ２の操作量を有しているが、この第２通電率ｙ２はヒータ４の放熱とバランスして温度を目標値に維持することができる通電率であるので、ゲインを大きくしなくてもヒータ４が目標温度Ｔｓに精度よく収束する。

本実施形態において、実測温度Ｔａ及び環境温度Ｔｅのサンプリングタイミングは、任意であり、両者が一致していてもよいし、相違してもよい。相違する場合に、実測温度Ｔａよりも環境温度Ｔｅのサンプリングタイミングが長くてもよいし、短くてもよい。
また、目標温度Ｔｓと環境温度Ｔｅとの温度差に基づいて算出された第１通電率ｙ１の制御への適用も、フィードバック制御の演算と同時、演算タイミングよりも長いインターバル、あるいは、演算タイミングとは相関のない独立したタイミングで行ってもよい。
また、第１通電率ｙ１を求めるためのＰＩＤ定数は、工程毎に切り替えてもよいし、切り替えなくてもよい。ここでいう工程とは、射出成形の１サイクル（１ショット）における工程をいい、昇温工程、保温工程、昇温工程などの一連の工程を意味する。
また、第２通電率ｙ２は、環境温度Ｔｅのサンプリングタイミング毎に、測定された環境温度Ｔｅに応じて切り替えることができる。ただし、例えば、環境温度Ｔｅの変動幅△Ｔｅがしきい値未満であれば従前の第２通電率ｙ２を継続して使用する、あるいは、所定の時間内は従前の第２通電率ｙ２を継続して使用する、というようにしてもよい。
さらに、ヒータ４の表面温度と周囲環境温度の差により放熱抵抗は決まる。放熱量はこの放熱抵抗とヒータ４の表面温度により決まる。よって、ヒータ４の表面温度を計測すれば、既知の相関データを用いる必要はない。つまり、放熱した熱量を補充するだけの通電率を実験ではなく、机上の伝熱モデルを仮定して、ヒータ４からの放熱量を数式によって導きだし、その放熱量に相当する熱量をヒータ４が発生させるための通電率を、「ヒータ表面温度と周囲環境温度の差」と通電率の相関式を作成して制御装置に記憶させていてもよい。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図４を参照して説明する。
第２実施形態は、記憶部２０に温度差ｅ２ｎ（＝目標温度Ｔｓｎ−環境温度Ｔｅｎ）と積分量Ｉ０ｎの相関データ（以下、単に第２相関データという）を記憶しており、第１実施形態の第１相関データの実通電率ｙ０ｎの代替として、積分量Ｉ０ｎを用いる。第２相関データは、第１実施形態と同様に、異なる２つの条件について、実際に算出された積分量Ｉ０ｎを抽出し、その結果から、図３に示すのと同様に、横軸が温度差、縦軸が実積分量（Ｉ０ｎ）のグラフ上にプロットして得ることができる。以下、第１実施形態との相違点を中心に、第２実施形態の射出成形機１を説明する。

射出成形機１のフィードバック制御系１０は、第１積分量Ｉ１を演算して出力する基準積分量演算部１１ａと、第２積分量Ｉ２を演算して出力する補間演算部１３と、を備えており、それぞれ出力された第１積分量Ｉ１と第２積分量Ｉ２は、比較演算器１２において比較演算されて補正積分量Ｉが生成される。第１積分量Ｉ１は、実測温度Ｔａと目標温度Ｔｓとの第１温度差ｅ１に基づくものである。
補間演算部１３は、第２温度差ｅ２を取得するとともに、記憶部２０に記憶されている第２相関データを取得して、両者を照合することにより補正積分量Ｉを求める。
つまり、第２実施形態では、基準積分量演算部１１ａと比較演算器１２によって、ＰＩＤ演算部２００が構成される。

通電率演算部２１は、補正積分量Ｉに基づいて、補正通電率ｙを演算により求め、操作量処理部１４は、第１実施形態と同様にして、補正通電率ｙに基づいてヒータ４における操作量ｕを演算により求める。

フィードバック制御系１０は、基準積分量演算部１１ａで求めた第１積分量Ｉ１を基準にして、補間演算部１３で求めた第２積分量Ｉ２による制限をかけて補正積分量Ｉを求める。より具体的には、図２（ａ）に示すように、積分量が、積分量の上限値Ｉ_Ｕを超えた場合は、それ以上の積分を行わずに第１通電率ｙ１の演算に用いる積分量はＩ_Ｕとし、また、積分量の下限値Ｉ_Ｌを下回った場合も同様に、それ以上の積分を行わず積分量はＩ_Ｌとして第１通電率ｙ１を求める。具体的には、補正積分量Ｉは、以下の第１条件、第２条件及び第３条件に応じて設定される。ここで、α２およびβ２はそれぞれ予め設定される正の数字からなる所定の管理許容値である。
第１条件：Ｉ_Ｌ＝Ｉ２−α２≦Ｉ１≦Ｉ２＋β２＝Ｉ_Ｕ 積分量Ｉ＝Ｉ１
第２条件：Ｉ１＜Ｉ２−α２＝Ｉ_Ｌ 積分量Ｉ＝Ｉ２−α２＝Ｉ_Ｌ
第３条件：Ｉ_Ｕ＝Ｉ２＋β２＜Ｉ１ 積分量Ｉ＝Ｉ２＋β２＝Ｉ_Ｕ
なお、図２（ａ）において、上限値Ｉ_Ｕを挟んで左側のハッチングを施している領域は積分が実行され、右側の白抜きの領域は積分を停止していることを示している。また、下限値Ｉ_Ｌを挟んで左側のハッチングを施している領域は積分が実行され、右側の白抜きの領域は積分を停止していることを示している。
以上のように、基準積分量演算部１１ａは、Ｉ動作において積分量に制限をかけるので、迅速に目標温度Ｔｓに収束させることができる。比較として、Ｉ動作において積分量に制限をかけない例を図２（ｂ）に示す。
なお、上限値Ｉ_Ｕ及び下限値Ｉ_Ｌは、温度の収束が迅速になされるように、適切な値が設定されるべきものであるが、図２（ａ）は、上限値Ｉ_Ｕ及び下限値Ｉ_Ｌの概念を示すものであり、適切な値を示しているものではない。

第２実施形態の射出成形機１も、第１実施形態と同様に、ヒータ４の温度を目標温度Ｔｓに高い精度で迅速に収束させることができるとともに、ゲインを大きくしなくてもヒータ４が目標温度Ｔｓに精度よく収束する。

また、補正通電率ｙは、ＰＩＤ定数を求める演算において、ＰＩＤ定数のいずれかの取り得る範囲を制限してもよいが、上述の通り収束状態においては、第１通電率ｙ１は補正積分量Ｉのみに依存するので、高い過渡応答を得るにはＰＤを制限せずに、Ｉの値のみを制限することが好ましい。

以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、以下に示すような変更を伴うことができる。

１ 射出成形機
２ 加熱シリンダ（加熱対象）
３ ノズル
４ ヒータ
５ 温度検知センサ
１０ フィードバック制御系
１１ 基準通電率演算部
１１ａ 基準積分量演算部
１２ 比較演算器
１３ 補間演算部
１４ 操作量処理部
１５ 接触器
１６ 第１温度差検出部
１７ 温度検知センサ
１８ 第２温度差検出部
１９ 記憶部
２０ 記憶部
２１ 通電率演算部
１００ ＰＩＤ演算部
２００ ＰＩＤ演算部

Claims (10)

1. 加熱対象をヒータにより加熱するとともに、前記加熱対象の温度を検出し、検出された実測温度Ｔａが予め設定した目標温度Ｔｓとなるように、ＰＩＤ制御を含むフィードバック制御系により前記ヒータに供給する電力の制御を行う温度制御方法において、
   前記ＰＩＤ制御によって、前記実測温度Ｔａと前記目標温度Ｔｓとの第１温度差ｅ１に基づく第１通電率ｙ１を得るステップ（Ａ）と、
   前記加熱対象が置かれる周囲の環境温度Ｔｅと前記目標温度Ｔｓとの第２温度差ｅ２に基づく第２通電率ｙ２を得るステップ（Ｂ）と、
   前記第１通電率ｙ１と前記第２通電率ｙ２の比較結果に基づいて補正通電率ｙを得るステップ（Ｃ）と、
   前記補正通電率ｙに基づいて前記ヒータに供給する電力の制御を行うステップ（Ｄ）と、を備え、
   前記ステップ（Ｃ）において、
   前記補正通電率ｙは、前記比較結果に基づいて、以下の第１条件、第２条件及び第３条件のいずれかに設定される、
   ことを特徴とする温度制御方法。
   第１条件：ｙ＝ｙ１
   第２条件：ｙ＝ｙ２−α１
   第３条件：ｙ＝ｙ２＋β１
   ただし、α１，β１はそれぞれ予め設定される、正の数からなる所定の管理許容値である。
   前記補正通電率ｙは、
   ｙ２−α１≦ｙ１≦ｙ２＋β１の場合には、前記第１条件に設定され、
   ｙ１＜ｙ２−α１の場合には、前記第２条件に設定され、
   ｙ２＋β１＜ｙ１の場合には、前記第３条件に設定される。
2. 前記ステップ（Ｂ）において、
   予め取得された、周囲環境温度Ｔｅｎと前記目標温度Ｔｓｎとの温度差ｅ２ｎと、前記温度差ｅ２ｎを解消するのに必要な通電率の相関データに基づいて、前記第２通電率ｙ２を得る、
   請求項１に記載の温度制御方法。
3. 加熱対象をヒータにより加熱するとともに、前記加熱対象の温度を検出し、検出された実測温度Ｔａが予め設定した目標温度Ｔｓとなるように、ＰＩＤ制御を含むフィードバック制御系により前記ヒータに供給する電力の制御を行う温度制御方法において、
   前記ＰＩＤ制御の補正積分量Ｉを求める際に、
   前記実測温度Ｔａと前記目標温度Ｔｓとの第１温度差ｅ１に基づく第１積分量Ｉ１を得るステップ（ａ）と、
   前記加熱対象が置かれる周囲の環境温度Ｔｅと前記目標温度Ｔｓとの第２温度差ｅ２に基づく第２積分量Ｉ２を得るステップ（ｂ）と、
   前記第１積分量Ｉ１と前記第２積分量Ｉ２の比較結果に基づいて前記補正積分量Ｉを得るステップ（ｃ）と、
   前記補正積分量Ｉを用いて補正通電率ｙを得るステップ（ｄ）と、
   前記補正通電率ｙに基づいて前記ヒータに供給する電力の制御を行うステップ（ｅ）と、を備え、
   前記ステップ（ｃ）において、前記補正積分量Ｉは、前記第１積分量Ｉ１を基準にし、前記第２積分量Ｉ２により制限をかけて求めるとともに、
   前記ステップ（ｃ）において、前記補正積分量Ｉは、前記比較結果に基づいて、以下の第１条件、第２条件及び第３条件のいずれかに設定される、
   ことを特徴とする温度制御方法。
   第１条件：Ｉ＝Ｉ１
   第２条件：Ｉ＝Ｉ２−α２
   第３条件：Ｉ＝Ｉ２＋β２
   ただし、α２，β２はそれぞれ予め設定される、正の数からなる所定の管理許容値である。
   前記補正積分量Ｉは、
   Ｉ２−α２≦Ｉ１≦Ｉ２＋β２の場合には、前記第１条件に設定され、
   Ｉ１＜Ｉ２−α２の場合には、前記第２条件に設定され、
   Ｉ２＋β２＜Ｉ１の場合には、前記第３条件に設定される。
4. 前記加熱対象は、
   射出成形機の加熱シリンダである、
   請求項１に記載の温度制御方法。
5. 前記加熱対象は、
   射出成形機の加熱シリンダである、
   請求項３に記載の温度制御方法。
6. 加熱対象をヒータにより加熱するとともに、前記加熱対象の温度を検出し、検出された実測温度Ｔａが予め設定した目標温度Ｔｓとなるように、ＰＩＤ制御を含むフィードバック制御系により前記ヒータに供給する電力の制御を行う温度制御装置において、
   前記ＰＩＤ制御によって、前記実測温度Ｔａと前記目標温度Ｔｓとの第１温度差ｅ１に基づく第１通電率ｙ１を生成する基準通電率演算部と、
   前記加熱対象が置かれる周囲の環境温度Ｔｅと前記目標温度Ｔｓとの第２温度差ｅ２に基づく第２通電率ｙ２を生成する補間演算部と、
   前記第１通電率ｙ１と前記第２通電率ｙ２の比較結果に基づいて補正通電率ｙを求める比較演算器と、
   前記比較演算器が求めた前記補正通電率ｙに基づいて前記ヒータに供給する電力の制御を行う操作量処理部と、を備え、
   前記比較演算器は、前記補正通電率ｙを、前記比較結果に基づいて、以下の第１条件、第２条件及び第３条件のいずれかに設定する、
   ことを特徴とする温度制御装置。
   第１条件：ｙ＝ｙ１
   第２条件：ｙ＝ｙ２−α１
   第３条件：ｙ＝ｙ２＋β１
   ただし、α１，β１はそれぞれ予め設定される、正の数からなる所定の管理許容値である。
   前記補正通電率ｙは、
   ｙ２−α１≦ｙ１≦ｙ２＋β１の場合には、前記第１条件に設定され、
   ｙ１＜ｙ２−α１の場合には、前記第２条件に設定され、
   ｙ２＋β１＜ｙ１の場合には、前記第３条件に設定される。
7. 予め取得された、周囲環境温度Ｔｅｎと前記目標温度Ｔｓｎとの温度差ｅ２ｎと、前記温度差ｅ２ｎを解消するのに必要な通電率の相関データを記憶する記憶部を備え、
   前記補間演算部は、前記環境温度Ｔｅと前記記憶部から取得した前記相関データに基づいて、前記第２通電率ｙ２を得る、
   請求項６に記載の温度制御装置。
8. 加熱対象をヒータにより加熱するとともに、前記加熱対象の温度を検出し、検出された実測温度Ｔａが予め設定した目標温度Ｔｓとなるように、ＰＩＤ制御を含むフィードバック制御系により前記ヒータに供給する電力の制御を行う温度制御装置において、
   前記ＰＩＤ制御の補正積分量Ｉを求める際に、前記実測温度Ｔａと前記目標温度Ｔｓとの第１温度差ｅ１に基づく第１積分量Ｉ１を生成する基準積分量演算部と、
   前記加熱対象が置かれる周囲の環境温度Ｔｅと前記目標温度Ｔｓとの第２温度差ｅ２に基づく第２積分量Ｉ２を生成する補間演算部と、
   前記第１積分量Ｉ１と前記第２積分量Ｉ２の比較結果に基づいて前記補正積分量Ｉを求める比較演算器と、
   前記比較演算器による前記補正積分量Ｉに基づいて補正通電率ｙを求める通電率演算部と、
   前記補正通電率ｙに基づいて前記ヒータに供給する電力の制御を行う操作量処理部と、を備え、
   前記比較演算器は、
   前記補正積分量Ｉを、前記第１積分量Ｉ１を基準にし、前記第２積分量Ｉ２により制限をかけて求め、かつ、前記比較結果に基づいて、以下の第１条件、第２条件及び第３条件のいずれかに設定する、ことを特徴とする温度制御装置。
   第１条件：Ｉ＝Ｉ１
   第２条件：Ｉ＝Ｉ２−α２
   第３条件：Ｉ＝Ｉ２＋β２
   ただし、α２，β２はそれぞれ予め設定される、正の数からなる所定の管理許容値である。
   前記補正積分量Ｉは、
   Ｉ２−α２≦Ｉ１≦Ｉ２＋β２の場合には、前記第１条件に設定され、
   Ｉ１＜Ｉ２−α２の場合には、前記第２条件に設定され、
   Ｉ２＋β２＜Ｉ１の場合には、前記第３条件に設定される。
9. 前記加熱対象は、
   射出成形機の加熱シリンダである、
   請求項６に記載の温度制御装置。
10. 前記加熱対象は、
    射出成形機の加熱シリンダである、
    請求項８に記載の温度制御装置。

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