KR100528711B1

KR100528711B1 - 제어장치 및 제어방법

Info

Publication number: KR100528711B1
Application number: KR10-2003-7001426A
Authority: KR
Inventors: 다나카마사토
Original assignee: 야마타케 코포레이션
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-08-06
Publication date: 2005-11-15
Also published as: WO2002012968A1; US20030187521A1; US6684113B2; CN1451106A; JP2002049406A; JP3798607B2; KR20030022343A

Abstract

콘트롤러(PID1 ∼ PIDn)는 제 1 ∼ 제 n제어루프(loop)의 제어량이 각각의 설정값과 일치되도록 제어한다. 스텝응답진척도산출부(C_R1)는, 제어량변화가 가장 느린 제 1 제어루프의 스텝 반응 진척도(α1)를 산출한다. 제어루프 내부설정값산출부(C_S2 ∼ C_Sn)는, 제 2 ∼ 제 n제어루프의 제어량이 제 1 제어루프의 제어량에 동기(同期)하여 변화하도록, 제 2 ∼ 제 n제어루프의 설정값을 스텝응답진척도(α1)를 토대로 보정하여, 대응하는 콘트롤러(PID2 ∼ PIDn)에 인가한다.

Description

제어장치 및 제어방법{CONTROLLING DEVICE AND CONTROLLING METHOD}

본 발명은 여러 제어루프(loop)의 제어량을 각 설정값과 일치시키기 위한 제어를 행하는 여러 개의 콘트롤러를 구비한 제어장치에 관한 것으로, 특히 제어량변화가 가장 느린 제어루프 이외의 콘트롤러 세팅(setting)대기시간을 줄이고, 에너지절약을 실현할 수 있는 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

종래부터, 하나의 장치 안에 제어계의 여러 개의 루프를 가지는 장치(예를 들어, 전기 히터를 액추에이터(actuator)로 하는 반도체 제조장치)가 알려져 있었다. 이와 같은 장치에서는, 각 제어루프마다 콘트롤러를 독립적으로 동작시켰다.

하지만, 각 제어루프의 제어량이 반드시 같은 속도로 변화하는 것은 아니다. 각 제어루프의 제어량변화에 속도 차이가 있는 경우, 가장 변화가 느린 가장 느린 제어루프 이외의 제어루프의 응답이 가장 느린 제어루프의 응답보다 빨리 진행하기 때문에, 가장 느린 제어루프 이외의 제어루프의 콘트롤러는 가장 느린 제어루프의 응답이 완료할 때까지 세팅상태를 유지하면서 대기해야한다. 따라서, 이 콘트롤러들에서는 응답완료 후의 세팅상태를 유지하면서 대기하는 세팅대기시간이 발생하고, 이 세팅대기시간만큼 에너지 소비량이 커진다는 문제점이 있었다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2는 도 1의 제어장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도(flow chart)이다.

도 3은 도 1의 제어장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 4는 종래 제어장치의 제어 동작예를 나타내는 도면이다.

도 5는 도 1의 제어장치의 제어 동작예를 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예 2의 제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 7은 도 6의 제어장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 8은 도 6의 제어장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 9는 도 6의 제어장치의 제어 동작예를 나타내는 도면이다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 가장 느린 제어루프 이외의 콘트롤러의 세팅대기시간을 줄이고, 에너지절약을 실현할 수 있는 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제어장치는 제 1 제어루프의 제어량을 설정값과 일치시키기 위해 제어를 행하는 제 1 콘트롤러(PID1)와, 상기 제 1 제어루프보다 제어량변화가 빠른 한 개 이상의 다른 제어루프의 제어량을 각각의 설정값과 일치시키기 위해 제어를 행하는 한 개 이상의 다른 콘트롤러(PID2 ∼ PIDn)와, 상기 제 1 제어루프의 스텝응답의 진척도(α1)를 산출하는 스텝응답진척도산출부(C_R1)와, 상기 다른 콘트롤러마다 설치되어, 대응하는 상기 다른 제어루프의 제어량이 상기 제 1 제어루프의 제어량에 동기하여 변화하도록, 대응하는 상기 다른 제어루프의 설정값을 상기 스텝응답의 진척도를 토대로 보정하여, 대응하는 상기 다른 콘트롤러로 인가하는 제어루프 내부설정값산출부(C_S2 ∼ C_Sn)로 이루어진 것이다.

또한, 본 발명의 제어장치는, 여러 제어루프의 제어량을 각각의 설정값과 일치시키기 위해 제어를 행하는 여러 개의 콘트롤러(PID1 ∼ PIDn)와, 이 콘트롤러마다 설치되어, 대응하는 상기 제어루프의 스텝응답진척도(α1 ∼ αn)를 산출하는 여러 개의 스텝응답진척도산출부(C_R1a ∼ C_Rna)와, 이 스텝응답진척도산출부에 의해 산출된 스텝응답의 진척도 중 가장 느린 진척도(αmin)를 선택하는 가장 느린 스텝응답진척도산출부(C_Rm)와, 상기 콘트롤러마다 설치되어, 대응하는 상기 제어루프의 제어량이 상기 가장 느린 진척도의 제어량에 동기하여 변화하도록, 대응하는 상기 제어루프의 설정값을 상기 가장 느린 진척도를 토대로 보정하여, 대응하는 상기 콘트롤러로 인가하는 제어루프 내부설정값산출부(C_S1a ∼ C_Sna)로 이루어진 것이다.

또한, 본 발명의 제어방법은 여러 제어루프의 제어량을 각각의 설정값과 일치시키기 위해 제어를 행하는 여러 개의 콘트롤러를 구비한 제어장치에 있어서, 제어량변화가 가장 느린 제 1 제어루프의 스텝응답의 진척도를 산출하고, 상기 제 1 제어루프 이외의 다른 제어루프의 제어량이 상기 제 1 제어루프의 제어량에 동기하여 변화하도록, 상기 다른 제어루프의 설정값을 상기 스텝응답의 진척도를 토대로 보정하여, 대응하는 상기 콘트롤러에 인가하도록 한 것이다.

그리고, 본 발명의 제어방법은, 각 제어루프의 스텝응답진척도를 산출하고, 산출한 스텝응답의 진척도 중 가장 느린 진척도를 선택하여, 각 제어루프의 제어량이 상기의 가장 느린 진척도의 제어량에 동기하여 변화하도록, 각 제어루프의 설정값을 상기 가장 느린 진척도를 토대로 보정하여, 대응하는 상기 콘트롤러에 인가하도록 한 것이다.

(실시예 1)

이어서, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 자세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예 1의 제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 1의 제어장치는 제 1 ∼ 제 n(n은 2 이상의 정수) 제어루프의 제어량을 각각의 설정값과 일치시키기 위한 제어를 행하는 제 1 ∼ 제 n 콘트롤러(PID1 ∼ PIDn)와, 제어량변화가 가장 느린 제 1 제어루프의 스텝응답진척도를 산출하는 스텝응답진척도산출부(C_R1)와, 제 1 제어루프의 콘트롤러(PID1) 이외의 다른 콘트롤러(PID2 ∼ PIDn)마다 설치되어, 제 2 ∼ 제 n 제어루프의 설정값이 제 1 제어루프의 제어량에 동기하여 변화하도록, 제 2 ∼ 제 n 제어루프의 설정값을 상기 스텝응답진척도를 토대로 보정하여, 콘트롤러(PID2 ∼ PIDn)로 인가하는 제어루프 내부설정값산출부(C_S2 ∼ C_Sn)로 구성되어 있다.

제 1 제어루프는 제 1 콘트롤러(PID1)와 제어대상(Proc1)으로 구성되고, 제 2 제어루프는 제 2 콘트롤러(PID2)와 제어대상(Proc2)으로 구성되며, 제 3 제어루프는 제 3 콘트롤러(PID3)와 제어대상(Proc3)으로 구성되고, 제 n 제어루프는 제 n 콘트롤러(PIDn)와 제어대상(Procn)으로 구성된다.

본 실시예는 예를 들어 상승 구간 등의 스텝응답을 동시에 행하는 여러 개의 제어계를 하나의 장치 안에 여러 개의 루프를 구비하는 장치(반도체 제조장치 등)에 있어서, 각 제어루프가 독립한 제어계로서 동작하고, 각 제어루프의 스텝응답완료까지의 소요시간이 다른 경우에는, 이 여러 개의 루프를 대상으로하여 적용할 수 있다. 특히 본 실시예는, 제어량변화가 가장 느린 제어루프(제 1 제어루프)를 미리 파악하고 있는 경우에 적용할 수 있다.

이하, 본 실시예의 제어장치의 동작에 대하여 설명한다. 도 2, 도 3은 도 1의 제어장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.

맨 처음에 스텝응답진척도산출부(C_R1)는, 도시하지 않은 센서에 의해 계측된 제 1 제어루프의 제어대상(Proc1)의 제어량(PV1)을 다음의 식과 같은 전달함수표현으로 나타나는 노이즈처리를 하여 제어량(PV1)의 노이즈를 감소시킨다(스텝 101).

PV1*={1(1+Tfs)}PV1 …(1)

식 1에 있어서, PV1*은 노이즈처리 후의 제어량, Tf는 노이즈필터 시정수이다. 이와 같이 저대역통과 필터(Low Pass Filter)에 상당하는 노이즈처리를 함으로써, 제어량(PV1)의 노이즈를 줄일 수 있다. 제어량(PV1)의 노이즈로는 제어량(PV1)을 측정하는 도시하지 않은 센서에 의한 측정노이즈 등이 있다.

이어서, 스텝응답진척도산출부(C_R1)는 제 1 제어루프, 제 2 제어루프, 제 3 제어루프,…,제 n 제어루프에 대하여 설정된 외부설정값(SP1x, SP2x, SP3x,…,SPnx) 중의 어느 하나가 미리 지정된 대응 소정값(dSP1, dSP2, dSP3,…,dSPn)보다 큰 폭으로 변경되었는지 여부를 판정한다(스텝 104).

SPkx＞SPkx'+dSPk(단, k=1,2,3,…,n) …(2)

SPkx＜SPkx'-dSPk(단, k=1,2,3,…,n) …(3)

식 2, 식 3에 있어서, SPkx'는 제 k 제어루프의 1 제어주기 전의 외부설정값이다.

스텝응답진척도산출부(C_R1)는, 식2 또는 식 3이 성립한 경우, 즉 제 k(k=1,2,3,…,n) 제어루프의 현재 제어주기의 외부설정값(SPkx)이 1 제어주기 전의 외부설정값(SPkx')에 소정값(dSPk)을 더한 값보다 큰 경우, 또는 외부설정값(SPkx)이 1 제어주기 전의 외부설정값(SPkx')에서 소정값(dSPk)을 뺀 값보다 작은 경우, 외부설정값(SPkx)의 변경량이 소정값(dSPk)보다 크다고 판정하여, 현재 제어주기를 스텝응답의 개시시점으로 한다(스텝 104에서 YES).

스텝응답진척도산출부(C_R1)는, 스텝 104에서 YES로 판정된 경우, 제 1 제어루프의 현재 제어주기의 노이즈처리제어량(PV1*)을 스텝응답 개시 전의 제 1 제어루프 제어량(PV1a)으로 하고, 현재 제어주기의 외부설정값(SP1x)을 스텝응답 개시 후의 제 1 제어루프 설정값(SP1b)으로 하며, 제 1 제어루프의 스텝응답진척도(α1)를 0으로 다시 설정한다(스텝 105). 제어량(PV1*)을 스텝응답 개시 전의 제어량(PV1a)으로 하는 것은, 제어량(PV1*)이 현재 제어주기 전에 콘트롤러(PID1)로부터 출력된 조작량출력(MV1)에 대한 제어대상(Proc1)의 응답을 나타내고 있기 때문이다.

한편, 동작 개시 후의 최초 제어주기에서는, 스텝응답진척도산출부(C_R1)는, 스텝 104, 105의 처리를 실시하지 않고, 초기화 처리를 행한다(스텝 102, 103). 즉, 스텝응답진척도산출부(C_R1)는, 현재 제어주기의 노이즈처리제어량(PV1*)을 제어량(PV1a)의 초기값으로 하고, 현재 제어주기의 외부설정값(SP1x)을 설정값(SP1b)의 초기값으로 하며, 스텝응답진척도(α1)를 0으로 다시 설정한다.

그리고, 스텝응답진척도산출부(C_R1)는 제 1 제어루프의 스텝응답진척도(α1)를 산출한다(스텝 106). 스텝응답진척도(α1)는 Δα ∼ 1의 실수이며, 1에 가까울수록 스텝응답이 진전되어 있음을 나타낸다. Δα는 스텝응답진척도 보정량(예를 들어, 0.05)이다.

스텝응답진척도산출부(C_R1)는 제어량(PV1a)과 설정값(SP1b)이 같은 경우, 스텝응답진척도(α1)를 1로 한다. 또한, 제어량(PV1a)와 설정값(SP1b)이 같지 않은 경우, 제어량(PV1a)과 설정값(SP1b)과 노이즈처리제어량(PV1*)을 사용하여 스텝응답진척도(α1)를 다음 식과 같이 산출한다.

α1=(PV1*-PV1a)/(SP1b-PV1a)+Δα …(4)

더욱이, 스텝응답진척도산출부(C_R1)는 산출한 스텝응답진척도(α1)가 1 제어주기 전의 스텝응답진척도(α1')보다 작은 경우, 1 제어주기 전의 스텝응답진척도(α1')를 현재 제어주기에서의 스텝응답진척도(α1)로 한다. 또한, 스텝응답진척도산출부(C_R1)는 산출한 스텝응답진척도(α1)가 1보다 큰 경우, 현재 제어주기에서의 스텝응답진척도(α1)를 1로 한다. 단, 최초 제어주기에서 α1'는 0이다. 이렇게 하여 스텝 106의 처리가 종료된다.

한편, 스텝 101에 있어서 제어량(PV1)에 노이즈처리를 실시하는 것은, 스텝 106에서의 스텝응답진척도(α1)를 정확하게 산출하기 위한 것이다. 제어량(PV1)에 노이즈성분이 존재하면, 스텝응답진척도(α1)의 산출에 오차가 발생한다.

이어서, 제 2 제어루프 내부설정값산출부(C_S2)는, 도시하지 않은 센서에 의해 계측된 제 2 제어루프의 제어대상(Proc2)의 제어량(PV2)에 다음 식과 같은 전달함수표현으로 나타나는 노이즈처리를 하여 제어량(PV2)의 노이즈를 줄인다(스텝 107).

PV2*=[1/(1=Tfs)}PV2 … (5)

식 5에 있어서, PV2*는 노이즈처리를 한 후의 제어량이다.

이어서, 제 2 제어루프 내부설정값산출부(C_S2)는, 제 1 제어루프, 제 2 제어루프, 제 3 제어루프, …, 제 n 제어루프에 대하여 설정된 외부설정값(SP1x, SP2x, SP3x, …, SPnx) 중 어느 하나가 미리 지정된 대응하는 소정값(dSP1, dSP2, dSP3, …, dSPn)보다 대폭으로 변경되었는지 여부를 판정한다(스텝 110).

제 2 제어루프 내부설정값산출부(C_S2)는 상기 식 2 또는 식 3이 성립한 경우, 외부설정값(SPkx)(k=1,2,3,…,n)의 변경량이 소정값(dSPk)보다 크다고 판정하여, 현재 제어주기를 스텝응답의 개시시점으로 한다(스텝 110에 있어서 YES).

제 2 제어루프 내부설정값산출부(C_S2)는 스텝 110에서 YES로 판정된 경우, 제 2 제어루프의 현재 제어주기의 노이즈처리제어량(PV2*)을 스텝응답 개시 전의 제 2 제어루프의 제어량(PV2a)으로 하고, 현재 제어주기의 외부설정값(SP2x)을 스텝응답 개시 후의 제 2 제어루프 설정값(SP2b)으로 한다(스텝 111).

한편, 동작 개시 후의 최초 제어주기에서는, 제 2 제어루프 내부설정값산출부(C_R2)는 스텝 110, 111의 처리를 하지 않고, 초기화 처리를 행한다(스텝 108,109). 즉, 제 2 제어루프 내부설정값산출부(C_S2)는 현재 제어주기의 노이즈처리제어량(PV2*)을 제어량(PV2a)의 초기값으로 하고, 현재 제어주기의 외부설정값(SP2x)을 설정값(SP2b)의 초기값으로 하며, 제어량(PV2a)을 내부설정값(SP2)의 초기값으로 한다.

이어서, 제 2 제어루프 내부설정값산출부(C_S2)는 제 2 제어루프의 내부설정값(SP2)을 다음 식과 같이 산출한다(스텝 112).

SP2=(SP2'Tx+SP2*dT)/(Tx+dT) …(6)

SP2'는 제 2 제어루프의 1 제어주기 전의 내부설정값(SP2)이며, 최초 제어주기의 경우에는 제어량(PV2a)을 초기값으로 사용한다. Tx는 이행 시간이며, 예를 들어 Tx=2Tf ∼ 5Tf로 한다. dT는 제어주기이다. 또한, SP2*는 제 2 제어루프의 내부설정값 기준(reference)이며, 다음 식으로 구해진다.

SP2*=(SP2b-PV2a)α1+PV2a …(7)

이상으로 스텝 112의 처리가 완료한다. 한편, 스텝 107에 있어서 제어량 PV2에 노이즈처리를 하는 것은, 스텝 112에서 내부설정값(SP2)을 정확하게 산출하기 위해서이다.

이어서, 제 3 제어루프 내부설정값산출부(C_S3)는, 도시하지 않은 센서에 의해 계측된 제 3 제어루프의 제어대상(Proc3)의 제어량(PV3)에 다음 식과 같은 전달함수표현으로 나타나는 노이즈처리를 하여 제어량(PV3)의 노이즈를 저감한다(스텝 113).

PV3*={1/(1+Tfs)}PV3 …(8)

식 8에서 PV3*는 노이즈처리를 한 후의 제어량이다.

이어서, 제 3 제어루프 내부설정값산출부(C_S3)는 상기 식 2 또는 식 3이 성립하는지 여부를 판정한다(스텝 116). 제 3 제어루프 내부설정값산출부(C_S3)는 스텝 116에서 식 2 또는 식 3이 성립하여 YES로 판정된 경우, 제 3 제어루프의 현재 제어주기의 노이즈처리제어량(PV3*)을 스텝응답 개시 전의 제 3 제어루프 제어량(PV3a)으로 하고, 현재 제어주기의 외부설정값(SP3x)을 스텝응답 개시 후의 제 3 제어루프 설정값(SP3b)로 한다(스텝 117).

한편, 동작 개시 후의 최초 제어주기에서는 제 3 제어루프 내부설정값산출부(C_S3)는 스텝 116, 117의 처리를 하지 않고, 초기화 처리를 행한다(스텝 114, 115). 즉, 제 3 제어루프 내부설정값산출부(C_S3)는 현재 제어주기의 노이즈처리제어량(PV3*)을 제어량(PV3a)의 초기값으로 하고, 현재 제어주기의 외부설정값(SP3x)을 설정값(SP3b)의 초기값으로 하며, 제어량(PV3a)을 내부설정값(SP3)의 초기값으로 한다.

이어서, 제 3 제어루프 내부설정값산출부(C_S3)는 제 3 제어루프의 내부설정값(SP3)을 다음 식과 같이 산출한다(스텝 118).

SP3=(SP3'Tx+SP3*dT)/(Tx+dT) …(9)

SP3'는 제 3 제어루프의 1 제어주기 전의 내부설정값(SP3)이며, 초기 제어주기의 경우에는 제어량(PV3a)을 초기값으로 사용한다. 또한, SP3*는 제 3 제어루프의 내부설정값 기준이며, 다음 식으로 구해진다.

SP3*=(SP3b-PV3a)α1+PV3a …(10)

이상과 같이 스텝 107 ∼ 112, 113 ∼ 118과 같은 처리를 반복하여, 제 n-1 제어루프 내부설정값산출부(C_Sn-1)(도시하지 않음)가 내부설정값(SPn-1)의 산출을 끝낸 후, 제 n 제어루프 내부설정값산출부(C_Sn)는 도시하지 않은 센서에 의해 계측된 제 n 제어루프의 제어대상(Procn)의 제어량(PVn)에 다음과 같은 전달함수표현으로 나타나는 노이즈처리를 하여 제어량(PVn)의 노이즈를 줄인다(스텝 151).

PVn*={1/(1+Tfs)}PVn …(11)

식 11에서, PVn*은 노이즈처리를 한 후의 제어량이다.

이어서, 제 n 제어루프 내부설정값산출부(C_Sn)는 상기 식 2 또는 식 3이 성립되었는지 여부를 판정한다(스텝 154). 제 n 제어루프 내부설정값산출부(C_Sn)는 스텝 154에서 식 2 또는 식 3이 성립하여 YES로 판정된 경우, 제 n 제어루프의 현재 제어주기의 노이즈처리제어량(PVn*)을 스텝응답 개시 전의 제 n 제어루프 제어량(PVna)으로 하고, 현재 제어주기의 외부설정값(SPnx)을 스텝응답 개시 후의 제 n 제어루프 설정값(SPnb)으로 한다(스텝 155).

한편, 동작 개시 후의 최초 제어주기에서는, 제 n 제어루프 내부설정값산출부(C_Sn)는 스텝 154, 155의 처리를 하지 않고, 초기화 처리를 행한다(스텝 152, 153). 즉, 제 n 제어루프 내부설정값산출부(C_Sn)는 현재 제어주기의 노이즈처리제어량(PVn*)을 제어량(PVna)의 초기값으로 하고, 현재 제어주기의 외부설정값(SPnx)을 설정값(SPnb)의 초기값으로 하고, 제어량(PVna)을 내부설정값(SPn)의 초기값으로 한다.

이어서, 제 n 제어루프 내부설정값산출부(C_Sn)는 제 n 제어루프의 내부설정값(SPn)을 다음 식과 같이 산출한다(스텝 156).

SPn=(SPn'Tx+SPn*dT)/(Tx/dT) …(12)

SPn'은 제 n 제어루프의 1 제어주기 전의 내부설정값(SPn)이며, 최초 제어주기의 경우에는 제어량(PVna)을 초기값으로서 사용한다. 또한, SPn*는 제 n 제어루프의 내부설정값 기준이며, 다음 식으로 구해진다.

SPn*=(SPnb-PVna)α1+PVna …(13)

이어서, 제 1 콘트롤러(PID1)는 다음 식과 같은 전달함수표현으로 나타나는 PID 연산을 실행하여 조작량출력(MV1)을 연산한다(스텝 157).

MV1=Kg1{1+1/(Til s)+Td1 S}(SP1x-PV1) …(14)

식 14에서 Kg1, Ti1, Td1은 각각 콘트롤러(PID1)의 비례 이득(gain), 적분시간, 미분시간이다. 제 1 콘트롤러(PID1)는 산술한 조작량출력(MV1)을 제어대상(Proc1)에 출력한다.

제 2 콘트롤러(PID2)는 제 2 제어루프 내부설정값산출부(C_S2)로부터 출력된 내부설정값(SP2)을 사용하여 다음 식과 같은 전달함수표현으로 나타나는 PID 연산을 실행하여 조작량출력(MV2)을 연산한다(스텝 158).

MV2=Kg2{1+1/(Ti2s)+Td2s}(SP2-PV2) …(15)

식 15에서 Kg2, Ti2, Td2는 각각 콘트롤러(PID2)의 비례 이득, 적분시간, 미분시간이다. 제 2 콘트롤러(PID2)는 산출한 조작량출력(MV2)을 제어대상(Proc2)에 출력한다.

제 3 콘트롤러(PID3)는 제 3 제어루프 내부설정값산출부(C_S3)로부터 출력된 내부설정값(SP3)을 사용하여 다음 식과 같은 전달함수표현으로 나타나는 PID 연산을 실행하여 조작량출력(MV3)을 연산한다(스텝 159).

MV3=Kg3{1+1/(Ti3s)+Td3s}(SP3-PV3) …(16)

식 16에서 Kg3, Ti3, Td3는 각각 콘트롤러(PID3)의 비례 이득, 적분시간, 미분시간이다. 제 3 콘트롤러(PID3)는 산출한 조작량출력(MV3)을 제어대상(Proc3)에 출력한다.

이상과 같은 조작량출력의 연산을 순차적으로 행하여, 제 n-1 콘트롤러(PIDn-1)(도시하지 않음)가 조작량출력(MVn-1)의 연산을 끝낸 후, 제 n 콘트롤러(PIDn)는 제 n 제어루프 내부설정값산출부(C_Sn)로부터 출력된 내부설정값(SPn)를 사용하여 다음 식과 같은 PID 연산을 실행하여 조작량출력(MVn)을 연산한다(스텝 190).

MVn=Kgn{1+1/(Tin s)+Tdn s}(SPn-PVn) …(17)

식 17에서 Kgn, Tin, Tdn은 각각 콘트롤러(PIDn)의 비례 이득, 적분시간, 미분시간이다. 제 n 콘트롤러(PIDn)는 산출한 조작량출력(MVn)을 제어대상(Procn)에 출력한다.

이상 스텝 101 ∼ 190을 1 제어주기에 있어서의 처리로 하고, 스텝 101 ∼ 190의 처리를 제어주기마다 반복한다.

본 실시예에서는 2 루프 이상의 제어계에 대한 외부로부터의 조작으로서, 거의 동시에 외부설정값(SP1x,SP2x,SP3x,…SPnx)을 변경한 후에, 미리 파악되어 있는 가장 변화가 느린 제어량(제 1 제어루프)의 스텝응답진척도(α1)가 스텝응답진척도산출부(C_R1)에서 연산되어, 그 결과가 다른 제어루프의 내부설정값산출부(C_S2 ∼ C_Sn)에 출력된다.

각 내부설정값산출부(C_S2 ∼ C_Sn)에서는 각각 대응하는 제 2 ∼ 제 n 제어루프의 제어량(PV2 ∼ PVn)의 진척도를 가장 변화가 느린 제 1 제어루프의 제어량(PV1)에 동기시키기 때문에, 스텝응답진척도(α1)를 토대로 제 2 ∼ 제 n 제어루프의 스텝응답을 억제하는 방향으로 보정한 내부설정값(SP2 ∼ SPn)이 산출된다.

가장 변화가 느린 제 1 제어루프 콘트롤러(PID1)는 오퍼레이터에 의해 설정된 본래의 외부설정값(SP1x)을 토대로 조작량출력(MV1)을 산출한다.

제 2 ∼ 제 n 제어루프의 콘트롤러(PID2 ∼ PIDn)는 보정된 내부설정값(SP2 ∼ SPn)을 토대로 조작량출력(MV2 ∼ MVn)을 산출한다.

이상의 구성에 의해, 제 1 ∼ 제 n 제어루프에서 외부설정값(SP1x ∼ SPnx)이 거의 동시에 변경되었을 때, 가장 변화가 느린 제 1 제어루프 이외의 제어루프의 스텝응답이 제 1 제어루프의 스텝응답보다도 두드러지게 빨리 진행하는 것을 억제할 수 있고, 제 1 제어루프 이외의 콘트롤러(PID2 ∼ PIDn)에서 스텝응답완료 후의 세팅상태를 유지하면서 대기하는 세팅대기시간을 줄일 수 있다.

콘트롤러(PID1 ∼ PIDn)가 예를 들어 히터를 제어하여 온도 상승을 제어하는 경우, 종래의 제어장치에서는 적어도 제 1 제어루프의 스텝응답이 완료할 때까지, 콘트롤러(PID2 ∼ PIDn)는 고온의 세팅상태를 유지하면서 대기해야 하기 때문에, 에너지 소비량이 커졌다. 이에 대하여, 본 실시예의 제어장치에서는 콘트롤러(PID2 ∼ PIDn)의 세팅대기시간을 줄일 수 있기 때문에, 에너지 소비량을 줄일 수 있어 에너지절약을 실현할 수 있다.

도 4는 각 제어루프의 콘트롤러(PID1 ∼ PIDn)를 독립적으로 동작시키는 종래 제어장치의 제어 동작예를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 실시예의 제어장치의 제어 동작예를 나타내는 도면이다. 도 4, 도 5는 제 1 제어루프의 외부설정값(SP1x)이 SP1a로부터 SP1b로 변경되고, 제 2 제어루프의 외부설정값(SP2x)이 SP2a로부터 SP2b로 변경되며, 제 3 제어루프의 외부설정값(SP3x)이 SP3a로부터 SP3b로 변경되고, 제 n 제어루프의 외부설정값(SPnx)이 SPna로부터 SPnb로 변경되었을 때의 제어량 PV1, PV2, PV3, …, PVn을 구한 시뮬레이션 결과이다. 단, 도 4, 도 5에는 제 1 ∼ 제 3 제어루프에 대해서만 기재되어 있다. 또한, 도 4, 도 5의 예에서는, 제 1 제어루프를 가장 제어량변화가 느린 루프로 하고 있다.

도 4에서 나타내는 바와 같이, 종래의 제어장치에서는 제 1 제어루프의 제어량(PV1)이 설정값(SP1b)에 도달하기 전에 제 2 제어루프, 제 3 제어루프, …, 제 n 제어루프의 제어량 PV2, PV3,…,PVn이 먼저 SP2b, SP3b, …, SPnb에 도달하기 때문에, 제 2 제어루프, 제 3 제어루프, …, 제 n 제어루프의 콘트롤러 PID2, PID3, …, PIDn에 각각 세팅대기시간 T_w2, T_w3, …, T_wn이 발생한다.

이에 대하여, 본 실시예에서는 도 5에서 나타내는 바와 같이, 제 1 제어루프의 제어량(PV1) 변화에 동기하여 제 2 제어루프, 제 3 제어루프, …, 제 n 제어루프의 제어량 PV2, PV3, …, PVn을 변화시키기 때문에, 제 2 제어루프, 제 3 제어루프, … 제 n 제어루프의 콘트롤러 PID2, PID3, …, PIDn에 세팅대기시간이 발생하지 않는다.

(실시예 2)

도 6은 본 발명의 실시예 2의 제어장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 6의 제어장치는 제 1 ∼ 제 n의 콘트롤러(PID1 ∼ PIDn)와, 콘트롤러(PID1 ∼ PIDn)마다 설치되어 제 1 ∼ 제 n 제어루프의 스텝응답진척도를 산출하는 스텝응답진척도산출부(C_R1a ∼ C_Rna)와, 스텝응답진척도산출부(C_R1a ∼ C_Rna)에 의해 산출된 스텝응답진척도 중에서 가장 느린 진척도를 선택하는 가장 느린 스텝응답진척도산출부(C_Rm)와, 콘트롤러(PID1 ∼ PIDn)마다 설치되어 제 1 ∼ 제 n 제어루프의 제어량이 가장 느린 진척도의 제어량에 동기하여 변화하도록 제 1 ∼ 제 n 제어루프의 설정값을 가장 느린 진척도를 토대로 보정하여 콘트롤러(PID1 ∼ PIDn)로 보내는 제어루프 내부설정값산출부(C_S1a ∼ C_Sna)로 구성되어 있다.

실시예 1에서는 제어량변화가 가장 느린 제어루프를 미리 파악하고 있는 경우에 적용하고 있는데, 본 실시예에서는 제어량변화가 가장 느린 제어루프를 미리 파악할 수 없는 경우에도 적용할 수 있다.

이하, 본 실시예의 제어장치의 동작에 대해서 설명한다. 도 7, 도 8은 도 6의 제어장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.

제 1 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R1a)에 따른 스텝 201 ∼ 206의 처리는, 실시예 1에서 설명한 제 1 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R1)에 따른 스텝 101 ∼ 106의 처리와 거의 같으므로 상세한 설명은 생략한다. 실시예 1과 다른 것은, 스텝응답진척도산출부(C_R1a)가 설정값(SP1b)과 제어량(PV1a)을 제 1 제어루프 내부설정값산출부(C_S1a)로 출력하는 점이다.

다음으로, 제 2 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R2a)는, 도시하지 않은 센서에 의해 계측된 제 2 제어루프의 제어대상(Proc2)의 제어량(PV2)에 도 5의 전달함수표현으로 나타나는 노이즈처리를 하여 노이즈처리제어량(PV2*)을 생성한다(스텝 207).

이어서, 제 2 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R2a)는, 제 1 제어루프, 제 2 제어루프, 제 3 제어루프, …, 제 n 제어루프에 대하여 설정된 외부설정값 (SP1x, SP2x, SP3x, …,SPnx) 중의 어느 하나가 미리 지정된 대응 소정값 dSP1, dSP2, dSP3, …, dSPn보다 많이 변경되었는지 여부를 판정한다(스텝 210).

제 2 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R2a)는, 상기 식 2 또는 식 3이 성립했을 경우, 외부설정값 SPkx(k=1,2,3,…n)의 변경량이 소정값 dSPk보다 크다고 판정하고, 현재 제어주기를 스텝응답의 개시시점으로 한다(스텝 210에 있어서 YES).

제 2 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R2a)는, 스텝 210에서 YES로 판정된 경우, 제 2 제어루프의 현재 제어주기의 노이즈처리제어량(PV2*)을 스텝응답 개시 전의 제 2 제어루프 제어량(PV2a)으로 하고, 현재 제어주기의 외부설정값(SP2x)을 스텝응답 개시 후의 제 2 제어루프 설정값(SP2b)으로 하고, 제 2 제어루프의 스텝응답진척도(α2)를 0으로 다시 설정하다(스텝 211).

한편, 동작 개시 후의 최초 제어주기에서는, 제 2 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R2a)는 스텝 210,211의 처리를 하지 않고, 초기화 처리를 행한다(스텝 208, 209). 즉, 제 2 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R2a)는 현재 제어주기의 노이즈처리제어량(PV2*)을 제어량(PV2a)의 초기값으로 하고, 현재 제어주기의 외부설정값(SP2x)을 설정값(SP2b)의 초기값으로 하고, 스텝응답진척도(α2)를 0으로 다시 설정한다.

그리고, 제 2 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R2a)는, 제 2 제어루프의 스텝응답진척도(α2)를 산출한다(스텝 212). 제 2 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R2a)는 제어량(PV2a)과 설정값(SP2b)이 같은 경우, 스텝응답진척도(α2)를 1로 한다. 또한, 제어량(PV2a)과 설정값(SP2b)이 같지 않은 경우, 제어량(PV2a)과 설정값(SP2b)과 노이즈처리제어량(PV2*)을 사용하여 스텝응답진척도(α2)를 다음 식과 같이 산출한다.

α2=(PV2*-PV2a)/(SP2b-PV2a)+Δα…(18)

더욱이, 제 2 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R2a)는, 산출한 스텝응답진척도(α2)가 1 제어주기 전의 스텝응답진척도(α2')보다 작은 경우, 1 제어주기 전의 스텝응답진척도(α2')를 현재 제어주기의 스텝응답진척도(α2)로 한다. 또한, 제 2 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R2a)는, 산출한 스텝응답진척도(α2)가 1보다 큰 경우, 현재 제어주기에서의 스텝응답진척도(α2)를 1로 한다. 단, 맨 처음 제어주기에서는 α2'는 0이다. 이렇게 하여 스텝 212의 처리가 완료된다.

다음으로, 제 3 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R3a)는 도시하지 않은 센서에 의해 계측된 제 3 제어루프의 제어대상(Proc3)의 제어량(PV3)에 식 8의 전달함수표현으로 나타나는 노이즈처리를 하여 노이즈처리제어량(PV3*)을 생성한다(스텝 213).

이어서, 제 3 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R3a)는, 제 1 제어루프, 제 2 제어루프, 제 3 제어루프, …, 제 n 제어루프에 대하여 설정된 외부설정값(SP1x, SP2x, SP3x, …, SPnx) 중의 어느 하나가 미리 지정된 대응 소정값(dSP1, dSP2, dSP3, …, dSPn) 보다 대폭 변경되었는지의 여부를 판정한다(스텝 216).

제 3 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R3a)는, 상기 식 2 또는 식 3이 성립하는 경우, 외부설정값(SPkx)(k=1,2,3,…,n)의 변경량이 소정값(dSPk)보다 크다고 판정하고, 현재 제어주기를 스텝응답의 개시시점으로 한다(스텝 216에 있어서 YES).

제 3 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R3a)는, 스텝 216에서 YES로 판정된 경우, 제 3 제어루프의 현재 제어주기의 노이즈처리제어량(PV3*)을 스텝응답 개시 전의 제 3 제어루프 제어량(PV3a)으로 하고, 현재 제어주기의 외부설정값(SP3x)을 스텝응답 개시 후의 제 3 제어루프 설정값(SP3b)으로 하고, 제 3 제어루프의 스텝응답진척도(α3)를 0으로 다시 설정하다(스텝 217).

한편, 동작 개시 후의 최초 제어주기에서는, 제 3 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R3a)는 스텝 216,217의 처리를 하지 않고, 초기화 처리를 행한다(스텝 214, 215). 즉, 제 3 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R3a)는 현재 제어주기의 노이즈처리제어량(PV3*)을 제어량(PV3a)의 초기값으로 하고, 현재 제어주기의 외부설정값(SP3x)을 설정값(SP3b)의 초기값으로 하고, 스텝응답진척도(α3)를 0으로 다시 설정한다.

그리고, 제 3 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R3a)는, 제 3 제어루프의 스텝응답진척도(α3)를 산출한다(스텝 218). 제 3 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R3a)는, 제어량(PV3a)과 설정값(SP3b)이 같은 경우, 스텝응답진척도(α3)를 1로 한다. 또한, 제어량(PV3a)과 설정값(SP3b)이 같지 않은 경우, 제어량(PV3a)과 설정값(SPb)과 노이즈처리제어량(PV3*)을 사용하여 스텝응답진척도(α3)를 다음 식과 같이 산출한다.

α3=(PV3*-PV3a)/(SP3b-PV3a)+Δα…(19)

또한, 제 3 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R3a)는, 산출한 스텝응답진척도(α3)가 1 제어주기 전의 스텝응답진척도(α3')보다 작은 경우, 1 제어주기 전의 스텝응답진척도(α3')를 현재 제어주기에서의 스텝응답진척도(α3)로 한다. 또한, 제 3 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R3a)는, 산출한 스텝응답진척도(α3)가 1보다 큰 경우, 현재 제어주기에서의 스텝응답진척도(α3)를 1로 한다. 단, 맨 처음 제어주기에서는 α3'는 0이다. 이렇게 하여 스텝 218의 처리가 완료된다.

이상과 같이 스텝 207 ∼ 212, 213 ∼ 218과 같은 처리를 반복하여, 제 n-1 제어량 스텝응답진척도산출부(C_Rn-1a)(도시하지 않음)가 제 n-1 제어루프의 스텝응답진척도(αn-1)의 산출을 끝낸 후, 제 n 제어량 스텝응답진척도산출부(C_Rna)는 도시하지 않은 센서에 의해 계측된 제 n 제어루프의 제어대상(Procn)의 제어량(PVn)에 식 11의 전달함수표현으로 나타나는 노이즈처리를 하여 노이즈처리제어량(PVn*)을 생성한다(스텝 251).

이어서, 제 n 제어량 스텝응답진척도산출부(C_Rna)는, 제 1 제어루프, 제 2 제어루프, 제 3 제어루프, …, 제 n 제어루프에 대하여 설정된 외부설정값(SP1x, SP2x, SP3x,…,SPnx) 중의 어느 하나가 미리 지정된 대응 소정값(dSP1, dSP2, dSP3,…,dSPn)보다 대폭 변경되었는지의 여부를 판정한다(스텝 254).

제 n 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R2n)는 상기 식 2 또는 식 3이 성립했을 경우, 외부설정값 SPkx(k=1,2,3,…n)의 변경량이 소정값 dSPk보다 크다고 판정하고, 현재 제어주기를 스텝응답의 개시시점으로 한다(스텝 254에 있어서 YES).

제 n 제어량 스텝응답진척도산출부(C_R2n)는, 스텝 254에서 YES로 판정된 경우, 제 n 제어루프의 현재 제어주기의 노이즈처리제어량(PVn*)을 스텝응답 개시 전의 제 n 제어루프 제어량(PVna)으로 하고, 현재 제어주기의 외부설정값(SPnx)을 스텝응답 개시 후의 제 n 제어루프 설정값(SPnb)으로 하고, 제 n 제어루프의 스텝응답진척도(αn)를 0으로 다시 설정한다(스텝 255).

한편, 동작 개시 후의 최초 제어주기에서는, 제 n 제어량 스텝응답진척도산출부(C_Rna)는, 스텝 254,255의 처리를 하지 않고, 초기화 처리를 행한다(스텝 252, 253). 즉, 제 n 제어량 스텝응답진척도산출부(C_Rna)는 현재 제어주기의 노이즈처리제어량(PVn*)을 제어량(PVna)의 초기값으로 하고, 현재 제어주기의 외부설정값(SPnx)을 설정값(SPnb)의 초기값으로 하고, 스텝응답진척도(αn)를 0으로 다시 설정한다.

그리고, 제 n 제어량 스텝응답진척도산출부(C_Rna)는, 제 n 제어루프의 스텝응답진척도(αn)를 산출한다(스텝 256). 제 n 제어량 스텝응답진척도산출부(C_Rna)는, 제어량(PVna)과 설정값(SPnb)이 같은 경우, 스텝응답진척도(αn)를 1로 한다. 또한, 제어량(PVna)과 설정값(SPnb)이 같지 않은 경우, 제어량(PVna)과 설정값(SPnb)과 노이즈처리제어량(PVn*)을 사용하여 스텝응답진척도(αn)를 다음 식과 같이 산출한다.

αn=(PVn*-PVna)/(SPnb-PVna)+Δα…(20)

또한, 제 n 제어량 스텝응답진척도산출부(C_Rna)는, 산출한 스텝응답진척도(αn)가 1 제어주기 전의 스텝응답진척도(αn')보다 작은 경우, 1 제어주기 전의 스텝응답진척도(αn')를 현재 제어주기에서의 스텝응답진척도(αn)로 한다. 또한, 제 n 제어량 스텝응답진척도산출부(C_Rna)는 산출한 스텝응답진척도(αn)가 1보다 큰 경우, 현재 제어주기에서의 스텝응답진척도(αn)를 1로 한다. 단, 맨 처음 제어주기에서 αn'는 0이다. 이렇게 하여 스텝 256의 처리가 완료된다.

이어서, 가장 느린 스텝응답진척도산출부(C_Rm)는, 제 1 제어루프, 제 2 제어루프, 제 3 제어루프, …, 제 n 제어루프의 모든 스텝응답진척도(α1, α2, α3, …, αn)로부터 최소값(가장 느린 제어량 스텝응답진척도)(αmin)을 산출하여, 각 내부설정값산출부(C_S1a ∼ C_Sna)로 출력한다(스텝 257).

즉, 가장 느린 스텝응답진척도산출부(C_Rm)는, 스텝응답진척도 α1이 스텝응답진척도 α2보다 작은 경우, α1을 최소값(αmin)으로 하고, α1이 α2이상인 경우, α2를 최소값(αmin)으로 한다. 더욱이, 가장 느린 스텝응답진척도산출부(C_Rm)는 이 최소값(αmin)보다 스텝응답진척도 α3가 작은 경우, α3을 최소값(αmin)으로 한다. 이하, 마찬가지로 최소값(αmin)과 스텝응답진척도의 대소 비교를 αn까지 반복하여, 최소값(αmin)을 확정한다.

이어서, 제 1 제어루프 내부설정값산출부(C_S1a)는, 제 1 제어루프의 내부설정값(SP1)을 다음 식과 같이 산출한다(스텝 258).

SP1=(SP1'Tx+SP1*dT)/(Tx+dT) …(21)

SP1'는 제 1 제어루프의 1 제어주기 전의 내부설정값(SP1)이며, 최초 제어주기의 경우에는 제어량(PV1a)을 초기값으로 사용한다. 또한, SP1*은 제 1 제어루프의 내부설정값 기준이며, 다음 식과 같이 얻어진다.

SP1*=(SP1b-PV1a)αmin+PV1a …(22)

제 2 제어루프 내부설정값산출부(C_S2a)는, 제 2 제어루프의 내부설정값(SP2)을 다음의 식과 같이 산출한다(스텝 259).

SP2=(SP2'Tx+SP2*dT)/(Tx+dT) …(23)

SP2'는 제 2 제어루프의 1 제어주기 전의 내부설정값(SP2)이며, 최초 제어주기의 경우에는 제어량(PV2a)을 초기값으로 사용한다. 또한, SP2*은 제 2 제어루프의 내부설정값 기준이며, 다음 식과 같이 얻어진다.

SP2*=(SP2b-PV2a)αmin+PV2a …(24)

제 3 제어루프 내부설정값산출부(C_S3a)는, 제 3 제어루프의 내부설정값(SP3)을 다음의 식과 같이 산출한다(스텝 260).

SP3=(SP3'Tx+SP3*dT)/(Tx+dT) …(25)

SP3'는 제 3 제어루프의 1 제어주기 전의 내부설정값(SP3)이며, 최초 제어주기의 경우에는 제어량(PV3a)을 초기값으로 사용한다. 또한, SP3*은 제 3 제어루프의 내부설정값 기준이며, 다음 식과 같이 얻어진다.

SP3*=(SP3b-PV3a)αmin+PV3a …(26)

이하, 마찬가지로 내부설정값의 산출을 반복하여, 제 n-1 제어루프 내부설정값산출부(C_Sn-1a)(도시하지 않음)가 제 n-1 제어루프의 내부설정값(SPn-1)의 산출을 끝낸 후, 제 n 제어루프 내부설정값산출부(C_Sna)는, 제 n 제어루프의 내부설정값(SPn)을 다음의 식과 같이 산출한다(스텝 290).

SPn=(SPn'Tx+SPn*dT)/(Tx+dT) …(27)

SPn'는 제 n 제어루프의 1 제어주기 전의 내부설정값(SPn)이며, 최초 제어주기의 경우에는 제어량(PVna)을 초기값으로 사용한다. 또한, SPn*은 제 n 제어루프의 내부설정값 기준이며, 다음 식과 같이 얻어진다.

SPn*=(SPnb-PVna)αmin+PVna …(28)

이어서, 제 1 콘트롤러(PID1)는 제 1 제어루프 내부설정값산출부(C_S1a)로부터 출력된 내부설정값(SP1)을 사용하여 다음 식과 같은 전달함수표현으로 나타나는 PID 연산을 실행하여 조작량출력(MV1)을 산출한다(스텝 291).

MV1=Kg1{1+1/(Ti1 s)+Td1 s}(SP1-PV1) …(29)

식 29에서 Kg1, Ti1, Td1은 각각 콘트롤러(PID1)의 비례 이득, 적분시간, 미분시간이다. 제 1 콘트롤러(PID1)는 산술한 조작량출력(MV1)을 제어대상(Proc1)으로 출력한다.

제 2 콘트롤러(PID2)는, 제 2 제어루프 내부설정값산출부(C_S2a)로부터 출력된 내부설정값(SP2)을 사용하여 식 15와 같은 PID 연산을 실행하여 조작량출력(MV2)을 산출한다(스텝 292). 제 2 콘트롤러(PID2)는 산술한 조작량출력(MV2)을 제어대상(Proc2)으로 출력한다.

제 3 콘트롤러(PID3)는, 제 3 제어루프 내부설정값산출부(C_S3a)로부터 출력된 내부설정값(SP3)을 사용하여 식 16와 같은 PID 연산을 실행하여 조작량출력(MV3)을 산출한다(스텝 293). 제 3 콘트롤러(PID3)는 산술한 조작량출력(MV3)을 제어대상(Proc3)으로 출력한다.

이상과 같은 조작량출력의 산출을 차례로 실행하여, 제 n-1 콘트롤러(PIDn-1)(도시하지 않음)가 조작량출력(MVn-1)의 산출을 끝낸 뒤, 제 n 콘트롤러(PIDn)는, 제 n 제어루프 내부설정값산출부(C_Sna)로부터 출력된 내부설정값(SPn)을 사용하여 식 17과 같은 PID 연산을 실행하여 조작량출력(MVn)을 산출한다(스텝 320). 제 n의 콘트롤러(PIDn)는 산출한 조작량출력(MVn)을 제어대상(Procn)으로 출력한다.

이상의 스텝 201 ∼ 320를 1 제어주기에 있어서의 처리로 하고, 스텝 201 ∼ 320의 처리를 제어주기마다 반복한다.

본 실시예에서는, 2루프 이상의 제어계에 대한 외부로부터의 조작으로서, 거의 동시에 외부설정값(SP1x, SP2x, SP3x,…,SPnx)을 변경한 후에, 각 제어루프의스텝응답진척도(α1 ∼ αn)가 스텝응답진척도산출부(C_R1a ∼ C_Rna)에서 산출되어, 그 결과가 가장 느린 스텝응답진척도산출부(C_Rm)로 출력된다.

가장 느린 스텝응답진척도산출부(C_Rm)에서는, 각 제어루프의 스텝응답진척도(α1 ∼ αn)의 최소값, 즉 가장 느린 스텝응답진척도(αmin)가 산출되어 이 가장 느린 진척도(αmin)가 각 제어루프의 내부설정값산출부(C_S1a ∼ C_Sna)로 출력된다.

각 내부설정값산출부(C_S1a ∼ C_Sna)에서는, 각각 대응하는 제 1 ∼ 제 n 제어루프의 제어량(PV1 ∼ PVn)의 진척도를 가장 변화가 느린 제어루프의 제어량에 동기시키기 위해, 가장 느린 진척도(αmin)를 토대로 제 1 ∼ 제 n 제어루프의 스텝응답을 억제하는 방향으로 보정한 내부설정값(SP1 ∼ SPn)이 산출된다. 이 때, 가장 느린 제어루프에 대해서도 마찬가지의 처리가 이루어지는데, 설정값보정연산은 이 가장 느린 제어루프의 응답속도에 영향을 주지않는 정도로 처리한다. 그리고, 제 1 ∼ 제 n 제어루프의 콘트롤러(PID1 ∼ PIDn)는 보정된 내부설정값(SP1 ∼ SPn)에 근거하여 조작량출력(MV1 ∼ MVn)을 산출한다.

이상의 구성에 의해, 제 1 ∼ 제 n 제어루프에 있어서 외부설정값 SP1x ∼ SPnx이 거의 동시에 변경되었을 때, 가장 변화가 느린 제어루프 이외의 제어루프의 스텝응답이 가장 느린 제어루프의 스텝응답보다 두드러지게 빨리 진행하는 것을 억제할 수 있고, 가장 느린 제어루프 이외의 콘트롤러에 있어서 세팅대기시간을 줄일 수 있으며, 에너지절약을 실현할 수 있다. 특히, 본 실시예에서는, 가장 변화가 느린 제어루프를 미리 파악해 둘 필요가 없고, 상황에 따라 스텝응답속도가 다르며, 가장 느린 제어루프가 바뀌는 경우에도, 적절하게 동작시킬 수가 있다.

도 9는 본 실시예의 제어장치의 제어 동작예를 나타내는 도면이다. 도 9는 제 1 제어루프의 외부설정값(SP1x)이 SP1a로부터 SP1b로 변경되고, 제 2 제어루프의 외부설정값(SP2x)이 SP2a로부터 SP2b로 변경되며, 제 3 제어루프의 외부설정값(SP3x)이 SP3a로부터 SP3b로 변경되고, 제 n 제어루프의 외부설정값(SPnx)이 SPna로부터 SPnb로 변경되었을 때의 제어량 PV1, PV2, PV3, …,PVn을 구한 시뮬레이션 결과이다. 단, 도 9에서는 제 1 ∼ 제 3 제어루프에 대해서만 기재하고 있다. 또한, 도 9의 예에서는, 제 2 제어루프를 제어량변화가 가장 느린 루프로 설정하고 있다.

도 9로부터 알 수 있듯이, 본 실시예를 적용시키면 제어량변화가 가장 느린 제 2 제어루프의 제어량 PV2의 변화에 동기하여 제 1 제어루프, 제 3 제어루프, …, 제 n 제어루프의 제어량 PV1, PV3, …, PVn을 변화시키기 때문에, 제 1 제어루프, 제 3 제어루프, …제 n 제어루프의 콘트롤러 PID1, PID3, …, PIDn에 세팅대기시간이 발생하지 않는다.

한편, 실시예 1과 실시예 2에서는 n4인 경우에 대해서 설명하고 있지만, n2면 당연히 본 발명을 적용시킬 수 있다.

또한, 실시예 1과 실시예 2에서는 모든 외부설정값을 동시에 변경하고 있지만, 이에 한하지 않고, 실시예 1에서는 n루프 중의 가장 느린 루프를 포함하는 2 루프 이상을 약간 시간 차이를 두고 변경했을 때에도 효과가 있다. 또한, 실시예 2에서는 n루프 중 임의의 2 루프 이상을 약간 시간 차이를 두고 변경했을 때에도 효과를 볼 수 있었다.

이상과 같이 본 발명은 제어계를 하나의 장치 안에 여러 개의 루프를 가지는 장치에 적용하고 있다.

본 명세서 내에 기재

Claims

제 1 제어루프의 제어량을 설정값과 일치시키기 위해 제어를 행하는 제 1 콘트롤러와,

상기 제 1 제어루프보다 제어량변화가 빠른 한 개 이상의 다른 제어루프의 제어량을 각각의 설정값과 일치시키기 위해 제어를 행하는 한 개 이상의 다른 콘트롤러와,

상기 제 1 제어루프의 스텝응답진척도를 산출하는 스텝응답진척도산출부와,

상기 다른 콘트롤러마다 설치되어, 대응하는 상기 다른 제어루프의 제어량이 상기 제 1 제어루프의 제어량에 동기하여 변화하도록, 대응하는 상기 다른 제어루프의 설정값을 상기 스텝응답의 진척도를 토대로 보정하여, 대응하는 상기 다른 콘트롤러로 인가하는 제어루프 내부설정값산출부로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어장치.
여러 개의 제어루프의 제어량을 각각의 설정값과 일치시키기 위한 제어를 행하는 여러 개의 콘트롤러와,

이 콘트롤러마다 설치되어, 대응하는 상기 제어루프의 스텝응답진척도를 산출하는 여러 개의 스텝응답진척도산출부와,

이 스텝응답진척도산출부에 의해 산출된 스텝응답진척도 중에서 가장 느린 진척도를 선택하는 가장 느린 스텝응답진척도산출부와,

상기 콘트롤러마다 설치되어, 대응하는 상기 제어루프의 제어량이 상기 가장 느린 진척도의 제어량에 동기하여 변화하도록, 대응하는 상기 제어루프의 설정값을 상기 가장 느린 진척도를 토대로 보정하여, 대응하는 상기 콘트롤러로 인가하는 제어루프 내부설정값산출부로 이루어진 것을 특징으로 하는 제어장치.
여러 개의 제어루프의 제어량을 각각의 설정값과 일치시키기 위해 제어를 행하는 여러 개의 콘트롤러를 구비한 제어장치에 있어서,

제어량변화가 가장 느린 제 1 제어루프의 스텝응답진척도를 산출하고,

상기 제 1 제어루프 이외의 다른 제어루프의 제어량이 상기 제 1 제어루프의 제어량에 동기하여 변화하도록, 상기 다른 제어루프의 설정값을 상기 스텝응답진척도를 토대로 보정하여, 대응하는 상기 콘트롤러로 인가하도록 한 것을 특징으로 하는 제어방법.
여러 개의 제어루프의 제어량을 각각의 설정값과 일치시키기 위해 제어를 행하는 여러 개의 콘트롤러를 구비한 제어장치에 있어서,

각 제어루프의 스텝응답진척도를 산출하고,

산출한 스텝응답진척도 중 가장 느린 진척도를 선택하며,

각 제어루프의 제어량이 상기 가장 느린 진척도의 제어량에 동기하여 변화하도록, 각 제어루프의 설정값을 상기 가장 느린 진척도를 토대로 보정하여, 대응하는 상기 콘트롤러로 인가하도록 한 것을 특징으로 하는 제어방법.