KR20030044806A - 제어 장치, 온도 조절기 및 열처리 장치 - Google Patents

제어 장치, 온도 조절기 및 열처리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20030044806A
KR20030044806A KR1020020073887A KR20020073887A KR20030044806A KR 20030044806 A KR20030044806 A KR 20030044806A KR 1020020073887 A KR1020020073887 A KR 1020020073887A KR 20020073887 A KR20020073887 A KR 20020073887A KR 20030044806 A KR20030044806 A KR 20030044806A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
control
waste time
time compensation
manipulated variable
model
Prior art date
Application number
KR1020020073887A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100511670B1 (ko
Inventor
난노이쿠오
나가미요시히로
우치야마나오타카
요네다겐
다나카마사히토
Original Assignee
오므론 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 오므론 가부시키가이샤 filed Critical 오므론 가부시키가이샤
Publication of KR20030044806A publication Critical patent/KR20030044806A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100511670B1 publication Critical patent/KR100511670B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Abstract

본 발명은 모델을 이용한 제어에 있어서, 목표치 응답 및 외란 응답의 어느것에 있어서도 오버슈트나 헌팅 등을 억제한다.
목표치 응답시에는 낭비시간 보상기(4)의 출력을 PID 연산 수단(3)의 입력측에 주는 동시에 강한 PID 게인으로 낭비시간 보상 제어를 행하는 한편, 목표치 응답시 이외에는 낭비시간 보상기(4)를 PID 연산 수단(3)의 입력측에 주는 일 없이 약한 PID 게인으로 보통의 PID 제어를 행하도록 한다,

Description

제어 장치, 온도 조절기 및 열처리 장치{Control Device, Temperature Controller, and Heat Treatment Device}
본 발명은 제어 대상의 온도나 압력 등의 물리 상태를 제어하는 제어 장치, 제어 대상의 온도를 제어하는 온도 조절기 및 온도 조절기를 사용한 열처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 예를 들면 스미스 보상법과 같은 모델을 이용한 제어를 행하는 제어 장치, 온도 조절기 및 열처리 장치에 관한 것이다.
종래, 예를 들면 PID의 온도 제어에 있어서는, 목표치 응답시의 오버슈트를 억제하기 위해 PID 게인을 약하게 하여 설정하고 제어하는 경우가 있djT다. 그러나, PID 게인을 약하게 하여 제어를 행하면 목표 온도에 달할 때까지의 시간이 오래 걸리게 되어 고속 승온이 요구되는 용도에는 적용할 수 없게 된다.
그래서, 이와 같은 경우에는, 낭비시간을 보상하고, 강한 PID 게인으로 고속의 승온을 가능하게 하면서, 목표치 응답시 오버슈트를 억제하기 위해 스미스 보상법이 사용되는 일이 있었다.
이 스미스 보상법은 제어 대상을 낭비시간이 없는 제어 대상으로 가정하여 제어하기 쉽게 하는 것으로서, 내부에 설정한 제어 대상 모델을 이용하여 낭비시간 보상 제어를 행하는 것이다.
스미스 보상법은 목표치 응답시의 오버슈트를 억제할 수 있기 때문에 보통의PID 제어에 비해, 상술한 바와 같이 PID 게인을 강하게 설정할 수 있고, 이 때문에 외란이 가하여지면 보통 PID 제어보다도 헌팅되기 쉽다는 난점이 있었다.
또한, 스미스 보상법에서는 낭비시간을 보상하기 위해 내부에 제어 대상 모델을 설정할 필요가 있는데, 이 제어 대상 모델을 설정하는데 필요한 프로세스 게인이나 시정수 등의 파라미터를 구하는 것이 용이하지 않다는 난점도 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점들을 감안하여 이루어진 것으로서, 모델을 이용한 제어에 있어서, 목표치 응답 및 외란 응답의 어느 것에 대해서도 오버슈트나 헌팅 등을 억제하는 것을 주된 목적으로 하고, 또한 모델의 파라미터를 용이하게 구할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 상기 목적을 달성하기 위해 다음과 같이 구성된다.
즉 본 발명의 제어 장치는 목표치와 피드백양에 의거하여 제어 대상에 대한 조작량을 연산 출력하는 조작량 연산 수단과, 상기 조작량 연산 수단으로부터의 조작량에 의거하여 모델을 이용한 낭비시간 보상 출력을 주는 낭비시간 보상 수단과, 상기 낭비시간 보상 출력을 상기 조작량 연산 수단의 입력측에 주어서 낭비시간 보상 제어를 행하는지 또는 상기 낭비시간 보상 출력을 상기 조작량 연산 수단의 입력측에 주는 일 없이 보통의 제어를 행하는지를 전환하는 전환 수단을 구비하고, 상기 전환 수단은 적어도 목표치 응답시에는, 상기 낭비시간 보상 제어로 전환한다.
여기서, 보통의 제어란, 낭비시간 보상 출력을 이용하지 않는 제어, 즉 낭비시간 보상을 행하지 않는 제어를 말한다.
본 발명에 의하면, 적어도 목표치 응답시에 낭비시간 보상 제어를 행하기 때문에 오버슈트나 헌팅 등이 억제되는 한편, 목표치 응답시 이외에는, 보통의 제어를 행함에 의해 낭비시간 보상 제어를 계속한 경우에 비해 외란에 의한 헌팅을 억제할 수 있게 된다.
본 발명의 한 실시 양태에 있어서는, 상기 모델이 제어 대상 모델 및 낭비시간을 제외한 제어 대상 모델이고, 상기 낭비시간 보상 제어가 스미스 보상법에 의한 낭비시간 보상 제어이고, 상기 낭비시간 보상 제어에 의한 제어 게인을 상기 보통 제어의 제어 게인보다도 강하게 한다.
본 발명에 의하면 목표치 응답시에는 제어 게인을 강하게 한 스미스 보상법에 의한 낭비시간 보상 제어를 행하기 때문에 목표치에 고속으로 도달할 수 있는 동시에 오버슈트 등을 억제할 수 있는 한편, 목표치 응답시 이외에는 제어 게인을 약하게 한 보통의 제어를 행함에 의해 외란에 의한 헌팅을 억제할 수 있게 된다.
본 발명의 온도 조절기는 목표 온도와 검출 온도에 의거하여 제어 대상에 대한 조작량을 연산 출력하는 조작량 연산 수단과, 상기 조작량 연산 수단으로부터의 조작량에 의거하여 모델을 이용한 낭비시간 보상 출력을 주는 낭비시간 보상 수단과, 상기 낭비시간 보상 출력을 상기 조작량 연산 수단의 입력측에 주어서 낭비시간 보상 제어를 행하는지 또는 상기 낭비시간 보상 출력을 상기 조작량 연산 수단의 입력측에 주는 일 없이 보통의 제어를 행하는지를 전환하는 전환 수단을 구비하고, 상기 전환 수단은 적어도 목표치 응답시에는, 상기 낭비시간 보상 제어로 전환하는 것이다.
본 발명에 의하면 적어도 목표치 응답시는 낭비시간 보상 제어를 행하기 때문에 오버슈트나 헌팅 등이 억제되는 한편, 목표치 응답시 이외에는 보통의 제어를 행함에 의해 낭비시간 보상 제어를 계속한 경우에 비해 외란에 의한 헌팅을 억제할 수 있게 된다.
본 발명의 한 실시 양태에 있어서는, 상기 모델이 제어 대상 모델 및 낭비시간을 제외한 제어 대상 모델이고, 상기 낭비시간 보상 제어가 스미스 보상법에 의한 낭비시간 보상 제어이고 상기 낭비시간 보상 제어에 의한 제어 게인을 상기 보통 제어의 제어 게인보다도 강하게 한다.
본 발명에 의하면, 목표치 응답시에는 제어 게인을 강하게 한 스미스 보상법에 의한 낭비시간 보상 제어를 행하기 때문에 목표 온도에 고속으로 도달할 수 있는 동시에 오버슈트 등을 억제할 수 있는 한편, 목표치 응답시 이외에는 제어 게인을 약하게 하여 보통의 제어를 행함에 의해 외란에 의한 헌팅을 억제할 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시 양태에 있어서는, 상기 조작량 연산 수단은 PI 조작량 또 PID 조작량을 출력하는 것이다.
본 발명에 의하면, 목표치 응답시에는 스미스 보상법에 의한 PI 또는 PID 제어를 행하는 한편, 목표치 응답시 이외에는 보통의 PI 또는 PID 제어를 행함에 의해 오버슈트나 헌팅 등을 억제할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 양태에 있어서는, 상기 모델의 파라미터를 스텝 응답법 또는 리밋 사이클법을 이용하여 구한다.
본 발명에 의하면 제어 파라미터를 결정하기 위한 스텝 응답법이나 리밋 사이클법을 이용하여 모델의 파라미터도 구할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 양태에 있어서는, 상기 모델의 파라미터를 정정시의 조작량 및 검출 온도에 의거하여 구한다.
본 발명에 의하면, 목표 온도로 보통의 제어를 행하면서 정정 조작량과 검출 온도에 의거하여 모델의 파라미터를 구할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시 양태에 있어서는, 상기 모델의 파라미터를 제어를 정지한 후의 검출 온도의 변화에 의거하여 구한다.
본 발명에 의하면, 제어를 일시 정지한 후의 검출 온도의 변화로부터 모델의 파라미터를 구할 수 있다.
본 발명의 한 실시 양태에 있어서는, 상기 모델의 파라미터가 프로세스 게인 또는 시정수이다.
본 발명에 의하면, 제어 파라미터를 설정하기 위해 최대 기울기 및 낭비시간을 종래와 마찬가지로 구하고, 프로세스 게인 또는 시정수의 어느 한쪽을 구함에 의해 모델을 설정하기 위해 필요한 파라미터를 모두 구할 수 있다.
본 발명의 열처리 장치는, 본 발명의 온도 조절기와, 제어 대상으로서의 열처리 수단과, 상기 열처리 수단을 가열 또는 냉각하는 수단을 구비한다.
여기서, 열처리 장치로서는, 예를 들면 반도체 제조 프로세스에서 사용되는 열산화 장치, 확산로, CVD 장치 또는 성형기 등이 있다.
본 발명에 의하면, 본 발명의 온도 조절기에 의해 오버슈트, 언더슈트 또는 헌팅이 억제된 고속의 온도 제어가 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 온도 조절기의 블록도.
도 2는 도 1의 실시 형태의 동작 설명에 기여하는 플로우 차트.
도 3은 도 1의 실시 형태에 있어서의 낭비시간 보상 제어의 각 부분의 신호 파형도.
도 4는 도 1의 실시 형태의 조작량 및 검출 온도의 변화를 종래의 PID 제어와 비교하여 도시한 파형도.
도 5는 스텝 응답에 의한 프로세스 게인(K)의 산출을 설명하기 위한 파형도.
도 6은 정정 조작량을 이용한 프로세스 게인(K)의 산출을 설명하기 위한 파형도.
도 7은 리밋 사이클법을 이용한 프로세스 게인(K)의 산출을 설명하기 위한 파형도.
도 8은 스텝 응답법을 이용한 시정수(T)의 산출을 설명하기 위한 파형도.
도 9는 자연 냉각에 의한 시정수의 산출을 설명하기 위한 파형도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 온도 조절기2 : 제어 대상
3 : PID 연산 수단4 : 낭비시간 보상기
6 : 가열 또는 냉각 수단
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 의거하여 설명한다.
(실시 형태 1)
도 1은 본 발명의 한 실시 형태에 관한 온도 조절기의 블록도이다.
본 실시 형태의 온도 조절기(1)는 도시하지 않은 설정부로부터의 설정 온도(SP)와, 열처리로 등의 제어 대상(2)의 온도를 검출하는 도시하지 않은 온도 센서로부터의 피드백 입력인 검출 온도(PV)에 의거하여 제어 대상(2)의 온도 제어를 행한다.
이 온도 조절기(1)는 설정 온도(SP)와 피드백양과의 편차에 의거하여 PID 조작량(MV)을 연산 출력하는 PID 연산 수단(3)과, PID 조작량(MV)에 의거하여 낭비시간 보상 출력(Yt)을 주는 낭비시간 보상기(4)를 구비한다.
PID 연산 수단(3)은 강한 PID 게인(P, I, D)과 약한 PID 게인(P', I', D')과의 2종류의 PID 게인이 설정되어 있다, 이 PID 연산 수단(3)은 낭비시간 보상기(4) 출력(Yt)을 이용한 스미스 보상법에 의한 낭비시간 보상의 PID 제어시에는 강한 PID 게인(P, I, D)을 이용하여 PID 조작량(MV)을 연산 출력하는 한편, 낭비시간 보상기(4)의 출력을 이용하지 않는 보통의 PID 제어시에는 약한 PID 게인(P', I', D')을 이용하여 PID 조작량(MV)을 연산 출력한다.
여기서, 약한 PID 게인(P', I', D')은, 예를 들면 보통의 오토 튜닝으로 구하는 PID 게인이고, 강한 PID 게인(P, I, D)은 약한 PID 게인(P', I', D')의, 예를 들면 3배 정도의 강도의 PID 게인이다.
낭비시간 보상기(4)는 PID 조작량(MV)을 전달 함수 Po(s)를 통한 출력으로부터, 마찬가지로 PID 조작량(MV)을 전달 함수 Po(s)e-Ls를 통한 출력을 감산한 출력(Po(s) - Po(s)e-Ls)을 PID 연산 수단(3)의 입력측에 주는 것이다.
여기서, Po(s)는, 낭비시간이 없는 이상 조건의 전달 함수, 즉 제어 대상의 특성으로부터 낭비시간을 제외한 전체 함수이고, Po(s)e-Ls는 1차 지연 및 낭비시간을 갖는 제어 대상의 전달 함수이다. 또한, 본 실시 형태에서는 1차 지연 모델에 적용하여 설명하지만, 본 발명은 2차 지연 등의 고차원 모델에도 적용할 수 있다.
즉 낭비시간 보상기(4)는 낭비시간이 없는 1차 지연의 제어 대상 모델과, 낭비시간 및 1차 지연의 제어 대상 모델의 ２개의 모델을 갖고 있고, 이러한 모델을 설정 하기 위한 파라미터는 후술하는 바와 같이 하여 결정된다.
낭비시간 보상 제어에 있어서는, 낭비시간 보상기(4)의 출력(Yt)은 온도 센서로부터의 검출 온도(PV)에 추가되어 겉보기의 검출 온도(PV+Yt)로 되고, 설정 온도(SP)와의 편차가 산출되어 PID 연산 수단(3)에 주어진다.
본 실시 형태에서는, 목표치 응답 및 외란 응답의 어느 것에 있어서, 오버슈트나 헌팅 등이 없는 제어를 할 수 있게 하기 위해 다음과 같이 한다.
즉 목표치 응답시에는 낭비시간 보상기(4)의 출력(Yt)을 검출 온도(PV)에 더하여 PID 연산 수단(3)의 입력측에 주는 동시에 강한 PID 게인(P, I, D)을 이용한낭비시간 보상 PID 제어를 행하는 한편, 목표치 응답시 이외, 구체적으로는, 정정(整定)된 후에는, 변환 수단(5)에 의해, 낭비시간 보상기(4)를 분리하는 동시에 약한 PID 게인(P', I', D')을 이용한 보통의 PID 제어로 전환한다.
또한, 목표치 응답시란 처음의 시작시에 한하지 않고, 1차 목표 온도로 정정된 후에 목표 온도가 변경된 경우도 포함한다. 또한, 제어 대상이 교환됨에 의해 조정 상태, 즉 편차(목표 온도와 현재 온도와의 차이)가 작은 상태로부터 큰 상태로 갑자기 변화한 경우도 포함하는 것이다. 예를 들면 수조(水槽) 중의 액체를 가열하여 일정 온도로 제어하는 경우, 몇 번이나 사용하고 있으면, 액이 더러워지기 때문에 정기적으로 액을 교환하는데, 액의 온도를 100℃로 유지하고 있던 상태에서 한번에 액을 전부 배출하고 완전히 새로운 액(20℃)으로 교체하는 때이다.
이와 같이 목표치 응답시는, 낭비시간 보상기(4)의 출력을 이용한 스미스 보상법에 의한 낭비시간 보상의 PID 제어를 행하기 때문에 오버슈트나 헌팅이 생기는 일이 없고, 게다가, PID 게인을 스미스 보상법을 이용하지 않는 보통의 PID 제어에 비해 강하게 하기 때문에 목표 온도에 도달할 때까지의 시간이 짧아지고 고속의 승온이 가능하게 된다.
또한, 정정 후는 스미스 보상법을 이용하지 않는 약한 PID 게인의 보통의 PID 제어로 전환하기 때문에 외란에 의한 오버슈트나 헌팅이 억제되게 된다. 또한, 정정되었는지의 판단은 검출 온도가 일정한 온도 범위로 수습되었는지의 여부에 의해 행하여도 좋고, 낭비시간 보상기(4)의 출력이 0으로 되었든지의 여부에 의해 행하여도 좋다. 그 밖에, 적분 이외의 조작량(즉 비례 조작량과 미분 조작량)이 0으로 되었는지의 여부에 의해 행하여도 좋다.
도 2는, 본 실시 형태의 스미스 보상법에 의한 낭비시간 보상 PID 제어와 스미스 보상법을 이용하지 않는 보통의 PID 제어의 동작 설명에 기여하는 플로우 차트이다.
우선, 목표치가 변경되었는지의 여부를 판단하고(스텝 n1), 목표치가 변경된 때에는 스미스 보상법을 이용한 낭비시간 보상 PID 제어로 이행하여(스텝 n3), 강한 PID 게인으로 하고 종료한다(스텝 n4).
스텝 n1에 있어서, 목표치가 변경되지 않았다고 판단된 때에는, 승온중인지의 여부를 판단하고(스텝 n2), 승온중인 때에는, 스텝 n3으로 이행하여 낭비시간 보상 제어를 계속하고, 승온중이 아닌 때에는, 정정되었는지의 여부를 판단하고(스텝 n5), 정정되었다고 판단한 때에는 스미스 보상법을 이용하지 않는 보통의 PID 제어로 이행하여(스텝 n6), 약한 PID 게인으로 하고 종료한다(스텝 n7).
도 3은, 본 실시 형태에 있어서의 스미스 보상법에 의한 낭비시간 보상 제어의 상술한 도 1의 각 부분의 신호 도형도이다.
동 도면에 있어서, 실선(L1)은 PID 연산 수단(3)으로부터의 PID 조작량(MV)을, 파선(L2)은 제어 대상(2)의 실제의 검출 온도(PV)를 1점 쇄선(L3)은 낭비시간 보상기(4)의 출력(Yt)을, 2점 쇄선(L4)은 실제의 검출 온도(PV)에 낭비시간 보상기(4)의 출력(Yt)이 가산된 겉보기 검출 온도(PV+Yt)를 각각 나타낸다.
이 도 3에 도시된 바와 같이, 스미스 보상법에 의하면, 실제의 검출 온도(PV)는, 낭비시간이 경과한 후에 상승하는 것이지만 낭비시간 보상기(4)의 출력(Yt)이 가산된 겉보기 검출 온도(PV+Yt)는 곧바로 상승하고, 낭비시간이 없는 이상적인 제어 대상으로 하여 제어를 행한 것이다. 또한, 검출 온도(PV) 및 조작량(MV)이 안정되면 낭비시간 보상기(4)의 출력(Yt)은 0으로 되어 실제의 검출 온도(PV)와 겉보기 검출 온도(PV+Yt)는 일치하게 된다.
본 실시 형태에서는, 이 일치한 후에 스미스 보상법에 의한 낭비시간 보상 PID 제어로부터 보통의 PID 제어로 전환하는 것이다,
도 4는 본 실시 형태의 조작량(MV) 및 검출 온도(PV)의 변화를 스미스 보상법을 이용하지 않는 종래의 PID 제어의 조작량 및 검출 온도의 변화와 비교하여 도시한 파형도이다. 동 도면에 있어서, 실선(L1) 및 파선(L2)은 본 실시 형태의 PID 조작량(MV) 및 검출 온도(PV)를 각각 나타내고, 1점 쇄선(L5)은 종래의 PID 제어의 조작량을, 2점 쇄선(L6)은 종래의 검출 온도를 각각 나타낸다.
이 도 4에 도시한 바와 같이, 스미스 보상법을 이용하지 않는 보통의 PID 제어에서는 오버슈트가 발생하고 있는데 대해 본 실시 형태에서는 목표치 응답시에 스미스 보상법에 의한 낭비시간 보상 제어를 행하고 있기 때문에 오버슈트 발생이 없다.
본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 실제의 검출 온도(PV)와 겉보기 검출 온도(PV+Yt)가 일치한 후에는 보통의 PID 제어로 전환하는 것으로서, 이 PID 제어에서는, PID 게인이 약하게 변환되기 때문에 외란에 의한 헌팅도 억제되게 된다. 또한, 보통의 PID 제어로 이행한 후에 목표 온도가 변경된 때에는 재차 스미스 보상법을 이용한 낭비시간 보상 PID 제어로 이행하게 된다.
다음에, 낭비시간 보상기(4)에 있어서의 모델을 설정하기 위한 파라미터를 구하는 방법에 관해 설명한다.
본 실시 형태에서는, 이 파라미터를 용이하게 구할 수 있도록 다음과 같이 한다.
제어 대상 모델 Po(s)를 설정하기 위해서는 프로세스 게인(K), 낭비시간 및 시정수(T)를 구할 필요가 있다.
일반적으로, 오토 튜닝에 의해 PID 게인을 구하는 것인데 이 오토 튜닝에서는, 최대 기울기(R)와 낭비시간(L)을 구하고, 이들에 의거하여 PID 게인을 산출하도록 하고 있다.
따라서 종래의 오토 튜닝에서는 제어 대상 모델의 설정에 필요한 파라미터인 프로세스 게인(K) 및 시정수(T)가 구해지지 않게 된다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 오토 튜닝에 의해 구해지는 최대 기울기(R)와, 제어 대상 모델의 설정에 필요한 프로세스 게인(K)과, 시정수(T)와의 사이에는, R = K/T의 관계가 있는 것을 이용하여, 이하와 같이 하여, 프로세스 게인(K) 또는 시정수(T)를 구한다.
(1) 스텝 응답법을 이용한 프로세스 게인(K)의 산출
스텝 입력에 대한 응답 파형으로부터 종래의 오토 튜닝과 마찬가지로, 낭비시간(L) 및 최대 기울기(R)를 산출하는 동시에 최대 기울기(R)가 산출된 후도, 응답 파형이 정정되기 까지 스텝 입력을 계속하고, 얻어진 출력측의 변화로부터 다음 식에 의거하여 프로세스 게인(K)을 산출한다.
K = (출력측의 변화(온도 변화))[%FS]/(입력측의 변화(조작량 변화))[%]
도 5는, 이 스텝 응답법에 의한 프로세스 게인(K)의 산출을 설명하기 위한 파형도로서, 동 도 (a)는 검출 온도의 변화를, 동 도 (b)는 조작량의 변화를 각각 도시한다.
이 도 5에 있어서는, 조작량이 B%이고, 온도 변화가 풀 스케일(FS)에 대해 A%이기 때문에 프로세스 게인(K)은, K = A[%FS]/B[%]로 된다.
출력측의 변화인 온도 변화는 상술한 바와 같이 풀 스케일에 대한 비율을 나타낸 것이다.
이와 같이 하여, 스텝 응답법에 의한 오토 튜닝을 종래보다도 오래 계속함에 의해, 낭비시간(L) 및 최대 기울기(R)를 구하는 동시에 프로세스 게인(K)을 아울러 구할 수 있다.
또한, 시정수(T)가 긴 경우에는 프로세스 게인(K)의 산출에 시간이 걸리게 되기 때문에 이와 같은 경우에는 스텝 입력을 작은 값, 예를 들면 20% 등으로 하는 것이 바람직하다.
(2) 정정 조작량 산출을 이용한 프로세스 게인(K)의 산출
도 6(a)에 도시된 검출 온도가, 예를 들면 목표 온도(SP)에 도달하여 정정된 때 풀 스케일에 대한 온도 변화 A%FS와, 동 도 (b)에 도시된 정정 조작량 B%를 이용하여 다음 식에 의거하여 프로세스 게인(K)을 산출한다.
K = A[%FS]/B[%]
이와 같이 정정 조작량 B[%]에 대한 온도 변화 A[%FS]로서 프로세스 게인(K)을 산출하기 때문에 실제로 제어하고 싶는 목표 온도(SP)에 있어서, 프로세스 게인(K)을 산출할 수 있게 된다.
또한, 정정 조작량이 불안정한 경우에는, 예를 들면 평균치 등을 이용하도록 하여도 좋다.
(3) 리밋 사이클법을 이용한 프로세스 게인(K)의 산출
도 7은 리밋 사이클법을 이용한 프로세스 게인(K)의 산출을 설명하기 위한 도면으로서, 동 도 (a)는 검출 온도의 변화를, 동 도 (b)는 조작량의 변화를 각각 도시하고 있다.
조작량을, 예를 들면 100%로 하고, 목표 온도, 예를 들면 100℃에 달하면 조작량을 0%로 하고, 목표 온도를 하회하면 재차 조작량을 100%로 하여, 이것을 반복하여 안정된 때의 헌팅 주기(TH)에 대한 조작량 100%의 기간의 비율을 B%로 하고, 헌팅의 중심의 온도까지의 온도 변화의 풀 스케일에 대한 비율을 A%FS라고 하면, 프로세스 게인(K)은, K = A/B로 된다.
또한, 도 7에서는, 검출 온도는, 20℃로부터 온도가 상승하고 90℃와 130℃ 사이를, 110℃를 중심으로 하여 흔들리고 있기 때문에 상기 A는, 90℃(= 110-20)의 풀 스케일에 대한 비율로서 산출되는 것으로 된다.
이 리밋 사이클법에 의하면, 종래와 마찬가지로 헌팅 주기와 진폭으로부터 PID 게인을 구하는 한편, 프로세스 게인(K)을 아울러 구할 수 있다.
(4) 스텝 응답법을 이용한 시정수(T)의 산출
스텝 입력에 대한 응답 파형으로부터 종래의 오토 튜닝과 마찬가지로 낭비시간(L) 및 최대 기울기(R)를 산출하는 동시에 최대 기울기(R)가 산출된 후도, 응답 파형이 정정되기 까지 스텝 입력을 계속하고, 도 8(n)에 도시된 바와 같이 정정치의 63.2%로 상승하기 까지의 시간으로서 시정수(T)를 산출한다,
이와 같이 하여, 스텝 응답에 의한 오토 튜닝을 종래보다도 길게 계속함에 의해, 시정수(T)를 산출할 수 있게 된다.
또한, 시정수(T)가 긴 경우에는 그 산출에 시간이 걸리게 되기 때문에 이와 같은 경우에는 스텝 입력을 작은 값, 예를 들면 20% 등으로 하는 것이 바람직하다.
(5) 자연 냉각에 의한 시정수(T)의 산출
임의의 온도까지 상승한 시점에서, 제어를 일시 중지하고, 자연 냉각에 의한 온도 변화로부터 시정수(T)를 구하는 것으로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제어를 정지하여 자연 냉각에 의한 온도 저하의 파형에 접선을 그었을 때, 그 접선과 제어 전의 온도인, 예를 들면 실온과의 교점을 구하고 제어가 정지한 시점부터 교점에 이르기까지의 시간을 시정수(T)로 한다.
이 자연 냉각에 의한 시정수의 산출은 자연 냉각에 의한 온도 저하의 파형에 접선이 그어지면 산출될 수 있기 때문에 비교적 단시간에 시정수(T)를 산출할 수 있다.
또한, 원래의 제어로는, 예를 들면 자연 냉각에 의한 냉각측의 최대 기울기가 산출된 시점에서 되돌아오면 좋다.
이상과 같이 하여 구해된 프로세스 게인(K), 시정수(T) 및 종래와 마찬가지로 오토 튜닝에 의해 구하여진 낭비시간(L)으로부터 상술한 제어 대상 모델은, 예를 들면 다음과 같이 나타내여진다,
즉 낭비시간이 없는 1차 지연의 제어 대상 모델 Po(s)는,
Po(s) = K/(Ts+1)
또한, 낭비시간 및 1차 지연의 제어 대상 모델 Po(s)e-Ls는,
Po(s)e-Ls= {K/(Ts+1)} e-LS
여기서, s는 라플라스 연산자이다.
또한, 모델을 설정하기 위한 파라미터(K, T)의 상술한 각 구하는 방법은, 본 실시 형태, 즉 스미스 보상법을 이용한 낭비시간 보상 PID 제어와 보통의 PID 제어를 전환하는 온도 조절기에 한하지 않고 스미스 보상법을 이용한 낭비시간 보상 PID 제어만을 행하는 온도 조절기에 적용하는 것도 가능하다.
(그 밖의 실시 형태)
상술한 실시 형태에서는 목표치 응답시는 낭비시간 보상 제어를 그 이외에는 보통의 제어를 행하였지만, 본 발명의 다른 실시 형태로서, 예를 들면 외란이 예측되는 경우에는 그 외란이 인가되기 전에 낭비시간 보상 제어로부터 보통의 제어로 전환하도록 하여도 좋고, 낭비시간 보상 제어를 목표치 응답시 이외에도 행하도록 하여도 좋다.
상술한 실시 형태에서는, 낭비시간 보상 제어의 PID 게인을 보통 제어의 PID 게인보다도 강하게 하였지만 반드시 강하게 할 필요는 없다.
상술한 실시 형태에서는, PID 제어에 적용하여 설명하였지만, 본 발명은 PID제어에 한하지 않고 PI 제어 등에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
상술한 실시 형태에서는, 히터 등의 가열 수단을 이용한 온도 제어에 적용하여 설명하였지만, 본 발명은 냉각기 등을 이용한 온도 제어에 적용하여도 좋다.
또한, 본 발명은 온도 제어에 한하지 않고, 압력, 유량, 속도 또는 액위(液位) 등의 다른 물리 상태를 제어하는 제어 장치에 적용할 수도 있다
이상과 같이 본 발명에 의하면, 적어도 목표치 응답시는 낭비시간 보상 제어를 행하기 때문에 오버슈트나 헌팅 등이 억제되는 한편, 목표치 응답시 이외에는 보통의 제어를 행함에 의해 외란에 의한 헌팅을 억제할 수 있게 된다.
또한, 낭비시간 보상 제어의 제어 게인을 강하게 함에 의해 고속으로 목표치에 도달할 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. 목표치와 피드백양에 의거하여 제어 대상에 대한 조작량을 연산 출력하는 조작량 연산 수단과,
    상기 조작량 연산 수단으로부터의 조작량에 의거하여 모델을 이용한 낭비시간 보상 출력을 주는 낭비시간 보상 수단과,
    상기 낭비시간 보상 출력을 상기 조작량 연산 수단의 입력측에 주어서 낭비시간 보상 제어를 행하는지 또는 상기 낭비시간 보상 출력을 상기 조작량 연산 수단의 입력측에 주는 일 없이 보통의 제어를 행하는지를 전환하는 전환 수단을 구비하고,
    상기 전환 수단은 적어도 목표치 응답시에는 상기 낭비시간 보상 제어로 전환하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모델이 제어 대상 모델 및 낭비시간을 제외한 제어 대상 모델이고,
    상기 낭비시간 보상 제어가 스미스 보상법에 의한 낭비시간 보상 제어이고,
    상기 낭비시간 보상 제어에 의한 제어 게인을 상기 보통 제어의 제어 게인보다 강하게 한 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  3. 목표 온도와 검출 온도에 의거하여 제어 대상에 대한 조작량을 연산 출력하는 조작량 연산 수단과,
    상기 조작량 연산 수단으로부터의 조작량에 의거하여 모델을 이용한 낭비시간 보상 출력을 주는 낭비시간 보상 수단과,
    상기 낭비시간 보상 출력을 상기 조작량 연산 수단의 입력측에 주어서 낭비시간 보상 제어를 행하는지 또는 상기 낭비시간 보상 출력을 상기 조작량 연산 수단의 입력측에 주는 일 없이 보통의 제어를 행하는지를 전환하는 전환 수단을 구비하고,
    상기 전환 수단은 적어도 목표치 응답시에는 상기 낭비시간 보상 제어로 전환하는 것을 특징으로 하는 온도 조절기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 모델이 제어 대상 모델 및 낭비시간을 제외한 제어 대상 모델이고,
    상기 낭비시간 보상 제어가 스미스 보상법에 의한 낭비시간 보상 제어이고,
    상기 낭비시간 보상 제어에 의한 제어 게인을 상기 보통 제어의 제어 게인보다 강하게 한 것을 특징으로 하는 온도 조절기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 조작량 연산 수단은 PI 조작량 또 PID 조작량을 출력하는 것을 특징으로 하는 온도 조절기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 모델의 파라미터를 스텝 응답법 또는 리밋 사이클법을 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 온도 조절기.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 모델의 파라미터를 정정(整定)시의 조작량 및 검출 온도에 의거하여 구하는 것을 특징으로 하는 온도 조절기.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 모델의 파라미터를 제어를 정지한 후의 검출 온도의 변화에 의거하여 구하는 것을 특징으로 하는 온도 조절기.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항중 어느 한항에 있어서,
    상기 모델의 파라미터가 프로세스 게인 또는 시정수(時定數)인 것을 특징으로 하는 온도 조절기.
  10. 제 9 항에 기재된 온도 조절기와, 제어 대상으로서의 열처리 수단과, 상기 열처리 수단을 가열 또는 냉각하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
KR10-2002-0073887A 2001-11-30 2002-11-26 제어 장치, 온도 조절기 및 열처리 장치 KR100511670B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001366142A JP3555609B2 (ja) 2001-11-30 2001-11-30 制御装置、温度調節器および熱処理装置
JPJP-P-2001-00366142 2001-11-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030044806A true KR20030044806A (ko) 2003-06-09
KR100511670B1 KR100511670B1 (ko) 2005-08-30

Family

ID=19176085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2002-0073887A KR100511670B1 (ko) 2001-11-30 2002-11-26 제어 장치, 온도 조절기 및 열처리 장치

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6688532B2 (ko)
EP (1) EP1321836B1 (ko)
JP (1) JP3555609B2 (ko)
KR (1) KR100511670B1 (ko)
CN (1) CN1195251C (ko)
DE (1) DE60209077T8 (ko)
TW (1) TW552489B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101145912B1 (ko) * 2008-07-16 2012-05-16 주식회사 엘지화학 액위 제어 장치, 액위 제어 방법 및 액위 제어 시스템

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2821175A1 (fr) * 2001-02-19 2002-08-23 Solvay Methode de regulation d'une propriete d'un produit resultant d'une transformation chimique
US6783080B2 (en) * 2002-05-16 2004-08-31 Advanced Thermal Sciences Corp. Systems and methods for controlling temperatures of process tools
US7389648B2 (en) * 2004-03-04 2008-06-24 Carrier Corporation Pressure regulation in a transcritical refrigerant cycle
US7171820B2 (en) * 2004-03-04 2007-02-06 Carrier Corporation Non-linear control algorithm in vapor compression systems
TWI255397B (en) * 2004-05-19 2006-05-21 Cheng-Ching Yu Method and apparatus for PID controllers with adjustable dead time compensation
US7317981B2 (en) * 2004-11-19 2008-01-08 Honeywell International, Inc. Aircraft brake actuation system and method including anti-hysteresis control
US7184847B2 (en) 2004-12-17 2007-02-27 Texaco Inc. Method and system for controlling a process in a plant
EP1852757A4 (en) * 2005-02-18 2010-09-01 Omron Tateisi Electronics Co MODEL STRUCTURE PARAMETER DECISION METHOD, PARAMETER DECISION DEVICE, CONTROL DEVICE AND TEMPERATURE SETUP DEVICE
US7894943B2 (en) 2005-06-30 2011-02-22 Sloup Charles J Real-time global optimization of building setpoints and sequence of operation
JP2007102166A (ja) 2005-09-09 2007-04-19 Ricoh Co Ltd 定着装置及び画像形成装置
US20070251939A1 (en) * 2006-04-27 2007-11-01 Applied Materials, Inc. Control scheme for cold wafer compensation on a lithography track
JP4786417B2 (ja) 2006-05-26 2011-10-05 株式会社リコー 定着装置及び画像形成装置、並びに加熱制御方法及び加熱制御装置
JP4909038B2 (ja) * 2006-12-11 2012-04-04 ダイニチ工業株式会社 燃焼装置
JP4553266B2 (ja) * 2007-04-13 2010-09-29 東京エレクトロン株式会社 熱処理装置、制御定数の自動調整方法及び記憶媒体
JP2012062870A (ja) * 2010-09-17 2012-03-29 Hitachi Automotive Systems Ltd 内燃機関の燃料圧力制御装置
EP2447793B1 (en) 2010-10-27 2015-03-04 Alstom Technology Ltd Method for ascertaining process values for a process controll
CN102147626B (zh) * 2011-04-28 2013-03-13 北京七星华创电子股份有限公司 清洗药液的前馈温度控制方法
JP5553876B2 (ja) * 2012-10-17 2014-07-16 株式会社神戸製鋼所 むだ時間を有する無定位系の制御装置
US9405286B2 (en) * 2013-03-01 2016-08-02 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Use of predictors in process control systems with wireless or intermittent process measurements
US9436174B2 (en) 2013-03-01 2016-09-06 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Kalman filters in process control systems
JP6157219B2 (ja) 2013-05-29 2017-07-05 アズビル株式会社 制御装置および制御方法
JP6213071B2 (ja) * 2013-08-30 2017-10-18 ブラザー工業株式会社 搬送システム
CN104317321A (zh) * 2014-09-23 2015-01-28 杭州电子科技大学 状态空间预测函数控制优化的焦化炉炉膛压力控制方法
CN104317194A (zh) * 2014-09-23 2015-01-28 杭州电子科技大学 非最小化状态空间模型预测控制优化的温度控制方法
CN104391450B (zh) * 2014-11-27 2017-11-03 南京南瑞继保电气有限公司 一种数字仿真中模拟信号通讯延时的方法
CN105182753B (zh) * 2015-09-28 2018-01-23 黑龙江大学 一种工件台微动mimo鲁棒模糊神经网络滑模控制方法
CN105182755B (zh) * 2015-10-08 2017-09-29 杭州电子科技大学 一种工业加热炉系统的分数阶预测函数控制方法
JP6560158B2 (ja) * 2016-05-30 2019-08-14 株式会社松井製作所 金型温度調節装置及び金型温度調節方法
JP6874719B2 (ja) * 2018-03-02 2021-05-19 オムロン株式会社 加熱装置及び加熱装置の異常検知方法
JP7213729B2 (ja) * 2019-03-25 2023-01-27 株式会社チノー 制御装置および制御方法
JP7348468B2 (ja) 2019-03-26 2023-09-21 シンフォニアテクノロジー株式会社 むだ時間推定装置及びそれを備えた試験装置
JP7180506B2 (ja) * 2019-04-01 2022-11-30 株式会社島津製作所 材料試験機、及び材料試験機の制御方法
JP2022548368A (ja) * 2019-09-16 2022-11-18 ノードソン コーポレーション 高温溶融液体ディスペンシングシステムの閉ループコントローラを調整するためのシステム及び方法
CN117193430B (zh) * 2023-10-11 2024-05-24 深圳市顾美科技有限公司 基于plc的pid温度控制方法、设备及存储介质

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63111504A (ja) 1986-10-28 1988-05-16 Omron Tateisi Electronics Co 離散時間制御装置
JPS63319027A (ja) 1987-06-23 1988-12-27 Nkk Corp 半乾式塩化水素除去装置の制御方法
US4861960A (en) 1988-04-25 1989-08-29 General Electric Company Real time adaptive control for resistance spot welding process
JPH0250201A (ja) 1988-08-11 1990-02-20 Toshiba Corp プロセス制御装置
US5121332A (en) * 1989-03-31 1992-06-09 Measurex Corporation Control system for sheetmaking
DE69212721T2 (de) 1991-06-11 1997-01-23 Toshiba Kawasaki Kk Prozesssteuerung
US5341663A (en) 1992-04-22 1994-08-30 Aluminum Company Of America Automatic process control and noise suppression
US5568378A (en) * 1994-10-24 1996-10-22 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Variable horizon predictor for controlling dead time dominant processes, multivariable interactive processes, and processes with time variant dynamics
US6453229B1 (en) * 1999-10-19 2002-09-17 Unisia Jecs Corporation Air-fuel ratio control device for internal combustion engine and method thereof
JP2001265408A (ja) 2000-03-22 2001-09-28 Shuichi Yokoyama 熱系プラントの温度制御装置及び温度制御方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101145912B1 (ko) * 2008-07-16 2012-05-16 주식회사 엘지화학 액위 제어 장치, 액위 제어 방법 및 액위 제어 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
TW552489B (en) 2003-09-11
CN1421756A (zh) 2003-06-04
DE60209077T2 (de) 2006-10-26
TW200300877A (en) 2003-06-16
EP1321836A1 (en) 2003-06-25
DE60209077D1 (de) 2006-04-20
US20030102383A1 (en) 2003-06-05
JP3555609B2 (ja) 2004-08-18
EP1321836B1 (en) 2006-02-08
KR100511670B1 (ko) 2005-08-30
US6688532B2 (en) 2004-02-10
JP2003167605A (ja) 2003-06-13
CN1195251C (zh) 2005-03-30
DE60209077T8 (de) 2007-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100511670B1 (ko) 제어 장치, 온도 조절기 및 열처리 장치
JP2001117603A (ja) 制御演算装置及び制御演算方法
JP3776297B2 (ja) 制御システム
JP2004086858A (ja) 制御装置、温度調節器および熱処理装置
JPS58154004A (ja) フイ−ドフオワ−ド制御付オ−トチユ−ニング・コントロ−ラ
JP2008282413A (ja) 流体温度制御装置及び方法
JP3831258B2 (ja) フィードバック制御方法及びフィードバック制御装置
JP4070369B2 (ja) フィードバック制御装置および半導体製造装置並びにその温度制御方法
JPH02201604A (ja) 重合反応槽の温度制御方法
JPH07104805A (ja) 半導体製造装置の制御装置の制御方法及びその制御装置
JPH1185214A (ja) プロセス制御装置
JPH03268103A (ja) オートチューニングコントローラ
JP3277484B2 (ja) Ｐｉｄコントローラ
JPH10124104A (ja) 半導体製造装置の制御方法
JPH11345002A (ja) プロセス制御装置
JP2002168523A (ja) 流体温度制御装置及び方法
RU2619746C1 (ru) Способ расширения диапазона регулирования АСР без потери устойчивости
JP3791289B2 (ja) 比例動作調節計
JP2020017231A (ja) 調節計
JP4181184B2 (ja) 半導体製造装置の制御方法
JPH02105202A (ja) ファジィ制御装置
JPH0439701A (ja) 調節計
JPS63182705A (ja) Ｐｉｄ定数の自動設定装置
JPS63101902A (ja) 制御装置
JPH08147049A (ja) 温度制御のパラメータ修正方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120802

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130801

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee