KR101086128B1

KR101086128B1 - 제어 기기 및 전력 추정 방법

Info

Publication number: KR101086128B1
Application number: KR1020090021697A
Authority: KR
Inventors: 마사토 다나카; 히로후미 히라야마
Original assignee: 가부시키가이샤 야마다케
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2011-11-25
Also published as: KR20090102647A; JP5075701B2; CN101546176B; US20090248215A1; JP2009229382A; CN101546176A

Abstract

본 발명은 기존의 구성을 이용하면서, 히터 등의 액츄에이터의 순간 소비 전력을 정밀도 좋게 추정하는 것을 과제로 한다.

제어 기기는, 제어 대상의 제어량(PV)에 기초해서 조작량(MV)을 산출하여 액츄에이터에 출력하는 PID 제어 연산부(3)와, 조작량(MV)의 출력에 따라서 액츄에이터에 흐르는 전류값(CT)과 제어량(PV)과 조작량(MV)을 입력 변수로 하여, 미리 설정된 전력 추정 함수식에 의해 액츄에이터의 소비 전력을 추정하는 전력 추정부(5)를 구비한다. 전력 추정 함수식은, 입력 변수의 실측 데이터와 액츄에이터의 소비 전력의 실측 데이터로부터 다변량 해석에 의해 미리 도출된다.

Description

제어 기기 및 전력 추정 방법{CONTROL APPARATUS AND POWER ESTIMATING METHOD}

본 발명은, 온도 조절계 등의 제어 기기에 관한 것으로, 특히 히터 등의 액츄에이터의 소비 전력을 추정하는 제어 기기 및 전력 추정 방법에 관한 것이다.

최근의 에너지 절약 지향에 의해, 제어 기기에 있어서도 사용되는 전력의 감시와 전력 제어의 기능이 요구되도록 되어 오고 있다. 그래서, 예컨대 특허 문헌 1에 개시된 공기 조절기에서는, 히터가 동작한 시간과 히터가 단위 시간당으로 소비하는 전력에 기초해서, 히터의 소비 전력을 추정하도록 하고 있다.

그러나, 온도 조절계 등의 간소한 구성의 온도 제어 기기에서는, 히터가 단위 시간당으로 소비하는 전력의 측정 기능을 부가하면, 구성의 복잡화와 비용 증가의 요인이 되기 때문에, 전력의 측정 기능을 새롭게 부가하는 것이 어렵다. 또한, 기존의 온도 조절계에 이러한 측정 기능을 부가하는 것은 불가능하다.

그래서, 기존의 구성을 이용하여 히터의 순간 소비 전력을 추정하는 방법이 고려된다. 전기 히터의 경우, 히터 단선이라고 하는 고장이 발생하는 경우가 있기 때문에, 온도 조절계 등의 온도 제어 기기에서는, 히터에 흐르는 전류값(CT)(커런 트 트랜스값)을 측정하여, 히터 단선의 발생을 감시하고 있다. 이 전류값(CT)을 사용하면, 히터의 순간 소비 전력을 추정할 수 있다고 생각된다. 또한, 온도 조절계 등의 온도 제어 기기에서는, 전력 조정기에의 출력값으로서 조작량(MV)이 산출된다. 이 조작량(MV)을 사용하면, 히터의 순간 소비 전력을 추정할 수 있다고 생각된다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2004-085087호 공보

이상과 같이, 전류값(CT)이나 조작량(MV)으로부터 히터의 순간 소비 전력을 추정할 수 있다고 생각된다. 그러나, 전류값(CT)은 전력 사용량에 높은 상관성을 갖는 수치이지만, 용도에 따라서는 충분한 전력 추정값으로서 대체하기에는 정밀도가 부족해지는 경우가 있어, 전류값(CT)을 전력 추정에 이용하는 데에는 한계가 있었다. 그 이유는, 히터 저항에 온도 의존성이 있고, 또한 조작량(MV)에 따라서 히터에 전력을 공급하는 전력 조정기에 비선형 특성이 있기 때문이다.

마찬가지로, 조작량(MV)은 전력 사용량에 높은 상관성을 갖는 수치이지만, 용도에 따라서는 충분한 전력 추정값으로서 대체하기에는 정밀도가 부족해지는 경우가 있어, 조작량(MV)을 전력 추정에 이용하는 데에는 한계가 있었다. 그 이유는, 상기에서 서술한 바와 같이, 히터 저항에 온도 의존성이 있고, 전력 조정기에 비선형 특성이 있기 때문이다.

또, 이상과 같은 문제는 온도 조절계에 한정되지 않고, 전력 측정 기능을 부가하는 것이 어려운 제어 기기이면 동일하게 발생한다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 기존의 구성을 이용하면서, 히터 등의 액츄에이터의 순간 소비 전력을 정밀도 좋게 추정할 수 있는 제어 기기 및 전력 추정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제어 기기는, 제어 대상의 제어량(PV)에 기초해서 조작량(MV)을 산출하여 액츄에이터에 출력하는 제어 연산 수단과, 상기 조작량(MV)의 출력에 따라서 상기 액츄에이터에 흐르는 전류값(CT)과 상기 제어량(PV)을 입력 변수로 하여, 미리 설정된 전력 추정 함수식에 의해 상기 액츄에이터의 소비 전력을 추정하는 전력 추정 수단을 구비하는 것이다.

또한, 본 발명의 제어 기기의 1 구성예에 있어서, 상기 전력 추정 수단은, 상기 전류값(CT)과 제어량(PV)에 더하여, 상기 조작량(MV)을 입력 변수로 하여, 상기 액츄에이터의 소비 전력을 추정하는 것이다.

또한, 본 발명의 제어 기기는, 제어 대상의 제어량(PV)에 기초해서 조작량(MV)을 산출하여 액츄에이터에 출력하는 제어 연산 수단과, 상기 조작량(MV)과 상기 제어량(PV)을 입력 변수로 하여, 미리 설정된 전력 추정 함수식에 의해 상기 액츄에이터의 소비 전력을 추정하는 전력 추정 수단을 구비하는 것이다.

또한, 본 발명의 제어 기기의 1 구성예에 있어서, 상기 전력 추정 함수식은, 상기 입력 변수의 실측 데이터와 상기 액츄에이터의 소비 전력의 실측 데이터로부터 다변량 해석에 의해 미리 도출되는 것이다.

또한, 본 발명의 전력 추정 방법은, 제어 대상의 제어량(PV)에 기초해서 조작량(MV)을 산출하여 액츄에이터에 출력하는 제어 연산 단계와, 상기 조작량(MV)의 출력에 따라서 상기 액츄에이터에 흐르는 전류값(CT)과 상기 제어량(PV)을 입력 변수로 하여, 미리 설정된 전력 추정 함수식에 의해 상기 액츄에이터의 소비 전력을 추정하는 전력 추정 단계를 구비하는 것이다.

또한, 본 발명의 전력 추정 방법의 1 구성예에 있어서, 상기 전력 추정 단계 는, 상기 전류값(CT)과 제어량(PV)에 더하여, 상기 조작량(MV)을 입력 변수로 하여, 상기 액츄에이터의 소비 전력을 추정하는 것이다.

또한, 본 발명의 전력 추정 방법은, 제어 대상의 제어량(PV)에 기초해서 조작량(MV)을 산출하여 액츄에이터에 출력하는 제어 연산 단계와, 상기 조작량(MV)과 상기 제어량(PV)을 입력 변수로 하여, 미리 설정된 전력 추정 함수식에 의해 상기 액츄에이터의 소비 전력을 추정하는 전력 추정 단계를 구비하는 것이다.

본 발명에 따르면, 액츄에이터에 흐르는 전류값(CT)과 제어량(PV)을 입력 변수로 하여, 전력 추정 함수식에 의해 액츄에이터의 소비 전력을 추정함으로써, 제어 기기의 기존의 구성을 이용하면서, 액츄에이터의 순간 소비 전력을 정밀도 좋게 추정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전류값(CT)과 제어량(PV)에 더하여, 조작량(MV)을 입력 변수로 하여, 액츄에이터의 소비 전력을 추정함으로써, 액츄에이터의 순간 소비 전력을 더욱 정밀도 좋게 추정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 조작량(MV)과 제어량(PV)을 입력 변수로 하여, 전력 추정 함수식에 의해 액츄에이터의 소비 전력을 추정함으로써, 제어 기기의 기존의 구성을 이용하면서, 액츄에이터의 순간 소비 전력을 정밀도 좋게 추정할 수 있다. 또한, 본 발명에서는, 전류값(CT)을 측정할 것 없이, 액츄에이터의 순간 소비 전력을 추정할 수 있기 때문에, 전류 측정 수단을 구비하고 있지 않은 제어 기기에도 적용 가능하다.

[발명의 원리 1]

히터에 흐르는 전류값(CT)을 히터의 순간 소비 전력 추정에 이용하는 경우, 전력 추정값으로서 정밀도에 영향을 주는 요인에는, 히터 저항의 온도 의존성과 전력 조정기의 비선형 특성이 있다. 이들이 정밀도 영향 요인의 전부는 아니지만, 온도 조절계에서는 온도 계측값으로서 제어량(PV), 전력 조정기에의 출력값으로서 조작량(MV)이 얻어지고 있다. 따라서, 온도에 의한 히터 저항 변화는 제어량(PV)에 의해 추정 보정이 가능하고, 전력 조정기의 비선형 특성은 조작량(MV)에 의해 추정 보정이 가능하다는 것에 발명자는 착안하였다. 그리고, 전력 추정 함수의 입력 변수(독립 변수)에 전류값(CT)과 조작량(MV)과 제어량(PV)을 채용하고, 출력 변수(종속 변수)에 전력 추정값을 채용하고, 전력 추정 함수식을 온도 조절계에 실장하면, 과제 해결을 위해 유효하다는 것에 발명자는 상도하였다. 그 구체책으로서, 전력 측정기에 의한 히터의 순간 소비 전력의 측정 결과와, 전류값(CT), 조작량(MV) 및 제어량(PV)의 측정 결과와의 관계를 미리 조사하고, 다변량 해석 수법 등을 이용하여 전력 추정 함수식의 계수값을 미리 산출하여, 계수값이 확정된 전력 추정 함수식을 온도 조절계에 설정하도록 하면 된다.

[발명의 원리 2]

전력 조정기에의 출력값인 조작량(MV)을 히터의 순간 소비 전력 추정에 이용하는 경우, 전력 추정값으로서 정밀도에 영향을 주는 요인에는 히터 저항의 온도 의존성이 있다. 이것이 정밀도 영향 요인의 전부는 아니지만, 온도 조절계에서는 온도 계측값으로서 제어량(PV)이 얻어지고 있다. 따라서, 온도에 의한 히터 저항 변화는 제어량(PV)에 의해 추정 보정이 가능하다는 것에 발명자는 착안하였다. 그리고, 전력 추정 함수의 입력 변수에 조작량(MV)과 제어량(PV)을 채용하고, 출력 변수에 전력 추정값을 채용하고, 전력 추정 함수식을 온도 조절계에 실장하면, 과제 해결을 위해 유효하다는 것에 발명자는 상도하였다. 그 구체책으로서, 전력 측정기에 의한 히터의 순간 소비 전력의 측정 결과와, 조작량(MV) 및 제어량(PV)의 측정 결과와의 관계를 미리 조사하고, 다변량 해석 수법 등을 이용하여 전력 추정 함수식의 계수값을 미리 산출하여, 계수값이 확정된 전력 추정 함수식을 온도 조절계에 설정하도록 하면 된다.

[제1 실시 형태]

이하, 본 발명의 제1 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 제어 기기의 구성을 도시하는 블록도이다. 본 실시 형태는 상기 발명의 원리 1에 대응하는 것이다.

제어 기기는, 설정값 입력부(1)와, 제어량 입력부(2)와, PID 제어 연산부(3)와, 전류값 입력부(4)와, 전력 추정부(5)를 갖는다.

도 2는 본 실시 형태의 제어 기기를 적용하는 온도 제어계의 1예를 도시하는 도면이다. 도 2의 예에서는, 가열 처리로(111)의 내부에 히터(112)와 온도 센서(113)가 설치되어 있다. 온도 센서(113)는, 히터(112)에 의해 가열되는 공기의 온도(PV)를 측정한다. 온도 조절계(100)는, 온도(PV)가 설정값(SP)과 일치하도록 조작량(MV)을 산출한다. 전력 조정기(114)는, 조작량(MV)에 따른 전력을 결정하고, 이 결정한 전력을 전력 공급 회로(115)를 통해 히터(112)에 공급한다. 이렇게 해서, 온도 조절계(100)는, 가열 처리로(111) 내의 온도를 제어한다. 본 실시 형태의 제어 기기는, 이 온도 조절계(100)의 내부에 설치되는 것이다. 전력 조정기(114)와 전력 공급 회로(115)와 히터(112)는, 제어 대상[가열 처리로(111)]을 제어하기 위한 액츄에이터를 구성하고 있다. 전력 공급 회로(115)는, 히터(112)에 흐르는 전류값(CT)을 측정하는 전류 측정부(도시하지 않음)를 구비하고 있다.

이하, 본 실시 형태의 제어 기기의 동작을 설명한다. 도 3은 제어 기기의 동작을 도시하는 플로우차트이다.

설정값(SP)은, 제어 기기의 오퍼레이터에 의해 설정되어, 설정값 입력부(1)를 통해 PID 제어 연산부(3)에 입력된다(도 3 단계 S1).

제어량(PV)은, 센서[도 2의 예에서는 온도 센서(113)]에 의해 검출되어, 제어량 입력부(2)를 통해 PID 제어 연산부(3)와 전력 추정부(5)에 입력된다(단계 S2).

계속해서, PID 제어 연산부(3)는, 설정값 입력부(1)로부터 입력된 설정값(SP)과 제어량 입력부(2)로부터 입력된 제어량(PV)에 기초해서 주지의 PID 제어 연산을 행하여, 설정값(SP)과 제어량(PV)이 일치하도록 조작량(MV)을 산출한다(단계 S3). 그리고, PID 제어 연산부(3)는, 산출한 조작량(MV)을 제어 대상과 전력 추정부(5)에 출력한다. 도 2의 예에서는, 제어 대상은 가열 처리로(111)이지만, 조작량(MV)의 실제의 출력처는 전력 조정기(114)인 것은 말할 것도 없다.

다음으로, 히터(112)에는, 조작량(MV)에 따른 전류가 흐른다. 이때의 전류 값(CT)은, 전력 공급 회로(115) 내의 전류 측정부에 의해 측정되어, 전류값 입력부(4)를 통해 전력 추정부(5)에 입력된다(단계 S4).

전력 추정부(5)는, 미리 설정된 전력 추정 함수(F)에 의해, 전류값(CT)과 조작량(MV)과 제어량(PV)으로부터 히터(112)의 순간 소비 전력 추정값(U_est)을 다음식과 같이 산출한다(단계 S5).

U_est=F(CT, MV, PV) …(1)

이상과 같은 단계 S1∼S5의 처리가, 예컨대 오퍼레이터에 의해 제어의 종료가 지시될 때까지(단계 S6에서 YES), 제어 주기마다 반복하여 실행된다.

다음으로, 전력 추정 함수(F)를 구하는 방법에 대하여 설명한다. 어떤 실제 제어 대상에 있어서 분석된 전류값(CT)[A], 조작량(MV)[%] 및 제어량(PV)[℃]과, 전력 측정값(U)[W]의 입출력 관계를, 설명을 용이하게 하기 위해서 약간의 수정을 가한 이하의 수식으로 표현한다.

CT=0.01×MV-0.0001×(PV-200.0) …(2)

U=CT×CT×200.0×(1.0+0.0125×MV)×(1.0+0.001×PV) …(3)

식 (2), 식 (3)은, 실제 제어 대상에 있어서의 입출력 관계를 그대로 나타낸 것이 아니라, 식 (2), 식 (3)과 같은 일정한 관계에 기초해서 전력 측정값(U)이 얻어진다고 하는 상황을 실제 제어 대상의 분석 결과로부터 상정한 것이며, 어디까지나 입출력 관계를 이해하기 위한 1 사례로서 기재하고 있는 것이다. 이 때, 식 (2), 식 (3)에 의해 표 1과 같은 데이터(설명을 용이하게 하기 위한 가상 데이터)가 수집 가능하다.

[표 1]

수집 데이터

다음으로, 수집한 데이터를 이용하여 다변량 해석 수법에 의해 제어 대상의 입출력 관계를 동정(同定)한다. 본 실시 형태에서는, 일본 특허 공개 평성 제5-141999호 공보나 일본 특허 공개 평성 제6-332504호 공보의 오프라인 처리부에 나 타나는 퍼지 수량화 이론 2류를 이용한 수법을 채용하여 설명한다.

퍼지 수량화 이론 2류를 이용한 수법을 표 1의 데이터에 적용하면, 예컨대 하기와 같은 전력 추정 함수식이 얻어진다. 또, 여기서는 4차의 근사식을 채용하고 있다.

S=-0.196013-3.282893×CT+0.038556×MV-0.000291×PV …(4)

U_est=62.748737+627.430661×S+3651.138842×S²+5845.650790×S³-27793.31239×S⁴ …(5)

표 2에, 미리 수집한 표 1의 데이터와, 표 1의 전류값(CT)과 조작량(MV)과 제어량(PV)을 식 (4), 식 (5)의 전력 추정 함수식에 입력했을 때에 얻어지는 전력 추정값(U_est)을 나타낸다. 또한, 표 2는 수식 작성용 수집 데이터에 의한 비교이지만, 이와는 별도로 수식 검증용으로서 수집한 데이터[식 (2), 식 (3)으로부터 얻어지는 별도의 가상 데이터]와, 이 데이터를 전력 추정 함수식에 입력했을 때에 얻어지는 전력 추정값(U_est)을 표 3에 나타낸다.

[표 2]

수집 데이터와 전력 추정값

[표 3]

수식 검증용 데이터와 전력 추정값

표 2, 표 3에 나타낸 전력 측정값(U)을 가로축에 취하고, 전력 추정값(U_est)을 세로축에 취한 도면을 도 4에 도시한다. 표 2, 표 3에 나타낸 수집 데이터는 전력 추정값으로서 대체로 타당한 정밀도가 얻어지는 것을 나타내기 위한 가상 데이터이기는 하지만, 전류값(CT)과 조작량(MV)과 제어량(PV)을 입력 변수로 함으로써 전력 추정값의 정밀도를 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.

실제로 전력 추정 함수식을 구하는 경우에는, 제어 대상에 대하여 전류값(CT)과 조작량(MV)과 제어량(PV)과 전력 측정값(U)을 실측하고, 전류값(CT)과 조 작량(MV)과 제어량(PV)을 입력 변수(독립 변수)로 하고, 전력 추정값(U_est)을 출력 변수(종속 변수)로 하며, 전류값(CT)과 조작량(MV)과 제어량(PV)의 실측 데이터와 전력 측정값(U)의 실측 데이터를 이용하여 다변량 해석을 행하면 된다. 그리고, 구한 전력 추정 함수식을 전력 추정부(5)에 설정하면 된다.

이렇게 해서, 본 실시 형태에서는, 전류값(CT)과 조작량(MV)과 제어량(PV)을 입력 변수로 하여, 전력 추정 함수식에 의해 히터의 소비 전력을 추정함으로써, 히터 저항의 온도 의존성을 제어량(PV)에 의해 보정하고, 전력 조정기의 비선형 특성을 조작량(MV)에 의해 보정할 수 있기 때문에, 히터의 순간 소비 전력을 정밀도 좋게 추정할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제어 기기에 설치되어 있는 기존의 온도 센서 등을 이용하여 제어량(PV)을 취득하고, 기존의 전류 측정부를 이용하여 전류값(CT)을 취득하기 때문에, 특별한 기기를 추가하지 않고서, 히터의 순간 소비 전력을 추정할 수 있다. 또, 도 2의 예에서는, 전류 측정부가 제어 기기의 외부에 설치되어 있으나, 제어 기기가 전류 측정부를 구비하고 있어도 좋다.

또한, 본 실시 형태에서는, 입력 변수에 전류값(CT)과 조작량(MV)과 제어량(PV)을 채용하였으나, 전력 추정에 있어서 조작량(MV)에 의존하는 비선형성이 제어량(PV)에 의존하는 비선형성에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 경우도 있다. 따라서, 전류값(CT)만에 의한 전력 추정에 대하여 제어량(PV)에 의한 보정을 가하는 것만으로도, 전력 추정 정밀도를 실용 수준으로 향상시키는 것이 가능하다. 이 경우에는, 제어 대상에 대하여 전류값(CT)과 제어량(PV)과 전력 측정값(U)을 실측하고, 전류값(CT)과 제어량(PV)을 입력 변수로 하고, 전력 추정값(U_est)을 출력 변수로 하며, 전류값(CT)과 제어량(PV)의 실측 데이터와 전력 측정값(U)의 실측 데이터를 이용하여 다변량 해석을 행하면 된다. 그리고, 구한 전력 추정 함수식을 전력 추정부(5)에 설정하면 된다. 이에 따라, 전력 추정부(5)는, 전류값(CT)과 제어량(PV)으로부터 히터의 순간 소비 전력 추정값을 산출할 수 있다.

[제2 실시 형태]

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 제어 기기의 구성을 도시하는 블록도이고, 도 1과 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙이고 있다. 본 실시 형태는, 상기 발명의 원리 2에 대응하는 것이다.

제어 기기는, 설정값 입력부(1)와, 제어량 입력부(2)와, PID 제어 연산부(3)와, 전력 추정부(5a)를 갖는다.

이하, 본 실시 형태의 제어 기기의 동작을 설명한다. 도 6은 제어 기기의 동작을 도시하는 플로우차트이다.

도 6의 단계 S11, S12, S13의 처리는, 도 3의 단계 S1, S2, S3과 동일하다.

전력 추정부(5a)는, 미리 설정된 전력 추정 함수(F)에 의해, 조작량(MV)과 제어량(PV)으로부터 히터(112)의 순간 소비 전력 추정값(U_est)을 다음식과 같이 산출한다(단계 S14).

U_est=F(MV, PV) …(6)

이상과 같은 단계 S11∼S14의 처리가, 예컨대 오퍼레이터에 의해 제어의 종료가 지시될 때까지(단계 S15에서 YES), 제어 주기마다 반복하여 실행된다.

다음으로, 전력 추정 함수(F)를 구하는 방법에 대하여 설명한다. 어떤 실제 제어 대상에 있어서 분석된 조작량(MV)[%] 및 제어량(PV)[℃]과, 전력 측정값(U)[W]의 입출력 관계를, 설명을 용이하게 하기 위해서 약간의 수정을 가한 이하의 수식으로 표현한다.

X=0.01×MV-0.0001×(PV-200.0) …(7)

U=X×X×200.0×(1.0+0.0125×MV)×(1.0+0.001×PV) …(8)

식 (7), 식 (8)은, 실제 제어 대상에 있어서의 입출력 관계를 그대로 나타낸 것이 아니라, 식 (7), 식 (8)과 같은 일정한 관계에 기초해서 전력 측정값(U)이 얻어진다고 하는 상황을 실제 제어 대상의 분석 결과로부터 상정한 것이며, 어디까지나 입출력 관계를 이해하기 위한 1 사례로서 기재하고 있는 것이다. 이 때, 식 (7), 식 (8)에 의해 표 4와 같은 가상의 데이터가 수집 가능하다.

[표 4]

수집 데이터

다음으로, 수집한 데이터를 이용하여 다변량 해석 수법에 의해 제어 대상의 입출력 관계를 동정한다. 본 실시 형태에 있어서도, 퍼지 수량화 이론 2류를 이용한 수법을 채용하여 설명한다.

퍼지 수량화 이론 2류를 이용한 수법을 표 4의 데이터에 적용하면, 예컨대 하기와 같은 전력 추정 함수식이 얻어진다. 또, 여기서는 4차의 근사식을 채용하고 있다.

S=-0.072736+0.005958×MV+0.000066×PV …(9)

U_est=3.24569-135.491825×S+2785.834284×S²-4273.532557×S³+6276.490677×S⁴ …(10)

표 5에, 미리 수집한 표 4의 데이터와, 표 4의 조작량(MV)과 제어량(PV)을 식 (9), 식 (10)의 전력 추정 함수식에 입력했을 때에 얻어지는 전력 추정값(U_est)을 나타낸다. 또한, 표 5는 수식 작성용 수집 데이터에 의한 비교이지만, 이와는 별도로 수식 검증용으로서 수집한 데이터[식 (7), 식 (8)로부터 얻어지는 별도의 가상 데이터]와, 이 데이터를 전력 추정 함수식에 입력했을 때에 얻어지는 전력 추정값(U_est)을 표 6에 나타낸다.

[표 5]

수집 데이터와 전력 추정값

[표 6]

수식 검증용 데이터와 전력 추정값

표 5, 표 6에 나타낸 전력 측정값(U)을 가로축에 취하고, 전력 추정값(U_est)을 세로축에 취한 도면을 도 7에 도시한다. 표 5, 표 6에 나타낸 수집 데이터는 전력 추정값으로서 대체로 타당한 정밀도가 얻어지는 것을 나타내기 위한 가상 데이터이기는 하지만, 조작량(MV)과 제어량(PV)을 입력 변수로 함으로써 전력 추정값의 정밀도를 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.

실제로 전력 추정 함수식을 구하는 경우에는, 제어 대상에 대하여 조작량(MV)과 제어량(PV)과 전력 측정값(U)을 실측하고, 조작량(MV)과 제어량(PV)을 입 력 변수로 하고, 전력 추정값(U_est)을 출력 변수로 하며, 조작량(MV)과 제어량(PV)의 실측 데이터와 전력 측정값(U)의 실측 데이터를 이용하여 다변량 해석을 행하면 된다. 그리고, 구한 전력 추정 함수식을 전력 추정부(5a)에 설정하면 된다.

이렇게 해서, 본 실시 형태에서는, 조작량(MV)과 제어량(PV)을 입력 변수로 하여, 전력 추정 함수식에 의해 히터의 소비 전력을 추정함으로써, 히터 저항의 온도 의존성을 제어량(PV)에 의해 보정할 수 있기 때문에, 히터의 순간 소비 전력을 정밀도 좋게 추정할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제어 기기에 설치되어 있는 기존의 온도 센서 등을 이용하여 제어량(PV)을 취득하기 때문에, 특별한 기기를 추가하지 않고서, 히터의 순간 소비 전력을 추정할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 전류값(CT)을 측정할 것 없이, 히터의 순간 소비 전력 추정값을 구할 수 있기 때문에, 전류 측정부를 구비하고 있지 않은 제어 기기에도 적용 가능하다.

또, 제1, 제2 실시 형태에서는, 퍼지 수량화 이론 2류를 이용한 수법에 의해 설명하였으나, SVR(Support Vector Regression)이나 중회귀 분석 등의 이른바 다변량 해석계의 근사 수식 생성 수법이면 본 발명에 적용 가능하다.

또한, 제1, 제2 실시 형태에서 설명한 제어 기기는, CPU, 기억 장치 및 인터페이스를 구비한 컴퓨터와, 이들의 하드웨어 자원을 제어하는 프로그램에 의해 실현할 수 있다. CPU는, 기억 장치에 저장된 프로그램에 따라서 제1, 제2 실시 형태에서 설명한 처리를 실행한다.

본 발명은, 온도 조절계 등의 제어 기기에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 제어 기기의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 제어 기기를 적용하는 온도 제어계의 1예를 도시하는 도면이다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 제어 기기의 동작을 도시하는 플로우차트이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서 전력 측정값과 전력 추정값의 비교 결과를 도시하는 도면이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 제어 기기의 구성을 도시하는 블록도이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 제어 기기의 동작을 도시하는 플로우차트이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서 전력 측정값과 전력 추정값의 비교 결과를 도시하는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 설정값 입력부 2: 제어량 입력부

3: PID 제어 연산부 4: 전류값 입력부

5, 5a: 전력 추정부

Claims

제어 대상의 제어량(PV)에 기초해서 조작량(MV)을 산출하여 액츄에이터에 출력하는 제어 연산 수단과,

상기 조작량(MV)의 출력에 따라서 상기 액츄에이터에 흐르는 전류값(CT)과 상기 제어량(PV)을 입력 변수로 하여, 하기의 전력 추정 함수식에 의해 상기 액츄에이터의 소비 전력(U_est)을 추정하는 전력 추정 수단

U_est=62.748737+627.430661×S+3651.138842×S²+5845.650790×S³-27793.31239×S⁴,

S=-0.196013-3.282893×CT+0.038556×MV-0.000291×PV

을 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 기기.
제1항에 있어서,

상기 전력 추정 수단은, 상기 전류값(CT)과 상기 제어량(PV)에 더하여, 상기 조작량(MV)을 입력 변수로 하여, 상기 액츄에이터의 소비 전력을 추정하는 것을 특징으로 하는 제어 기기.
제어 대상의 제어량(PV)에 기초해서 조작량(MV)을 산출하여 액츄에이터에 출력하는 제어 연산 수단과,

상기 조작량(MV)과 상기 제어량(PV)을 입력 변수로 하여, 하기의 전력 추정 함수식에 의해 상기 액츄에이터의 소비 전력(U_est)을 추정하는 전력 추정 수단

U_est=3.24569-135.491825×S+2785.834284×S²-4273.532557×S³+6276.490677×S⁴,

S=-0.072736+0.005958×MV+0.000066×PV

을 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 기기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전력 추정 함수식은, 상기 입력 변수의 실측 데이터와 상기 액츄에이터의 소비 전력의 실측 데이터로부터 다변량 해석에 의해 미리 도출되는 것을 특징으로 하는 제어 기기.
제어 대상의 제어량(PV)에 기초해서 조작량(MV)을 산출하여 액츄에이터에 출력하는 제어 연산 단계와,

상기 조작량(MV)의 출력에 따라서 상기 액츄에이터에 흐르는 전류값(CT)과 상기 제어량(PV)을 입력 변수로 하여, 하기의 전력 추정 함수식에 의해 상기 액츄에이터의 소비 전력(U_est)을 추정하는 전력 추정 단계

U_est=62.748737+627.430661×S+3651.138842×S²+5845.650790×S³-27793.31239×S⁴,

S=-0.196013-3.282893×CT+0.038556×MV-0.000291×PV

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 추정 방법.
제5항에 있어서,

상기 전력 추정 단계는, 상기 전류값(CT)과 상기 제어량(PV)에 더하여, 상기 조작량(MV)을 입력 변수로 하여, 상기 액츄에이터의 소비 전력을 추정하는 것을 특징으로 하는 전력 추정 방법.
제어 대상의 제어량(PV)에 기초해서 조작량(MV)을 산출하여 액츄에이터에 출력하는 제어 연산 단계와,

상기 조작량(MV)과 상기 제어량(PV)을 입력 변수로 하여, 하기의 전력 추정 함수식에 의해 상기 액츄에이터의 소비 전력(U_est)을 추정하는 전력 추정 단계

U_est=3.24569-135.491825×S+2785.834284×S²-4273.532557×S³+6276.490677×S⁴,

S=-0.072736+0.005958×MV+0.000066×PV

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 추정 방법.