專利名稱：控制裝置和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在預(yù)定能耗量內(nèi)使用多個(gè)控制器實(shí)現(xiàn)控制的控制裝置和控制方法。
通過常規(guī)的從高優(yōu)先次序控制器順序操作控制器并在剩余效能(可供給的能量)內(nèi)操作低優(yōu)先次序控制器的方法(參考其后的第一現(xiàn)有技術(shù))，控制器可以按優(yōu)先次序控制。而另外一種方法，根據(jù)具有最低操作速度(參考其后的第二現(xiàn)有技術(shù))的控制器進(jìn)行控制則降低了控制器的效能。
在第一現(xiàn)有技術(shù)中，高優(yōu)先次序控制器的過度地具有優(yōu)先性，而低優(yōu)先次序控制器則很難起作用，喪失了獲得低優(yōu)先次序控制器的控制效能。為了操作低優(yōu)先次序控制器，必須提高整個(gè)裝置的效能，這必然造成大量的能量消耗和裝置的體積龐大。在第一現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)根據(jù)優(yōu)先次序在唯一固定的效能內(nèi)按預(yù)先設(shè)置好的相應(yīng)控制器的順序操作控制器時(shí)，不能充分利用整個(gè)裝置的使用效能，仍有未利用的效能。
在第二現(xiàn)有技術(shù)中，高優(yōu)先次序控制器的效能被浪費(fèi)。這就意味著從開始就在使用低效能的控制器，并損失了控制效能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了上述問題，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，其提供了一種每個(gè)控制器的能耗量都在可接受的范圍內(nèi)的控制裝置和控制方法。
根據(jù)本發(fā)明的控制裝置包括(1)根據(jù)第一操作變量輸出上限(MH1)計(jì)算操作變量輸出(MV1)的優(yōu)先控制器(PID1)；(2)根據(jù)第二操作變量輸出上限(MH2)計(jì)算操作變量輸出(MV2)的非優(yōu)先控制器(PID2)；(3)優(yōu)先上限處理部分(L_MH1)，其限制預(yù)先輸入的第一操作變量輸出上限的值并賦值第一操作變量輸出上限到優(yōu)先控制器以便調(diào)節(jié)優(yōu)先控制器的操作變量輸出不大于代表整個(gè)裝置操作變量輸出上限的預(yù)定值(MT1)；(4)非優(yōu)先上限計(jì)算部分(C_MH2)，其計(jì)算第二操作變量輸出上限并賦值第二操作變量輸出上限到非優(yōu)先控制器以便調(diào)節(jié)優(yōu)先和非優(yōu)先控制器的操作變量輸出的總和不超過預(yù)定值；以及(5)優(yōu)先上限計(jì)算部分(C_MH1)，其根據(jù)非優(yōu)先控制器的操作變量輸出相對于第二操作變量輸出上限的余量，運(yùn)行增加/降低第一操作變量輸出上限的計(jì)算操作，并將計(jì)算的值作為第一操作變量輸出上限(MH1′)在下一控制循環(huán)中賦值到優(yōu)先上限處理部分。
根據(jù)本發(fā)明的控制裝置包括(1)根據(jù)第一到第m相應(yīng)的操作變量輸出上限(MH1-MHm)，預(yù)先規(guī)定第一到第m(m等于n-1)的優(yōu)先次序并計(jì)算操作變量輸出(MV1-MVm)的第一到第m控制器(PID1-PIDm)；(2)預(yù)先規(guī)定最低的優(yōu)先次序并根據(jù)第n個(gè)操作變量輸出上限(MHn)計(jì)算操作變量輸出(MVn)的第n個(gè)控制器(PIDn)；(3)用于k(k是1到m的整數(shù))個(gè)控制器的第一到第m優(yōu)先上限處理部分(L_MH1-L_MHm)，其限制預(yù)先輸入的第k個(gè)操作變量輸出上限的值并賦值第k操作變量輸出上限到第k控制器以便調(diào)節(jié)第一到第k控制器的操作變量輸出的總和不大于代表整個(gè)裝置操作變量輸出上限的預(yù)定值(MT1)；(4)非優(yōu)先上限計(jì)算部分(C_MHn)，其計(jì)算第n操作變量輸出上限并賦值第n操作變量輸出上限到第n控制器以便調(diào)節(jié)第一到第m和第n控制器的操作變量輸出的總和不大于預(yù)定值；以及(5)用于k個(gè)控制器的第一到第m優(yōu)先上限計(jì)算部分(C_MH1-C_MHm)，其根據(jù)第(k+1)控制器的操作變量輸出相對于第(k+1)個(gè)操作變量輸出上限的余量，運(yùn)行增加/降低第k操作變量輸出上限的計(jì)算操作，并將計(jì)算的值作為第k操作變量輸出上限(MH1′-MHm′)在下一控制循環(huán)中賦值到第k個(gè)優(yōu)先上限處理部分。
根據(jù)本發(fā)明控制裝置實(shí)施例方案，當(dāng)非優(yōu)先控制器的操作變量輸出相對于第二操作變量輸出上限具有余量時(shí)，優(yōu)先上限計(jì)算部分增加第一操作變量輸出上限，當(dāng)操作變量輸出沒有任何余量時(shí)，降低第一操作變量輸出上限，并根據(jù)優(yōu)先控制器相對于非優(yōu)先控制器的優(yōu)先次序改變降低的程度。
根據(jù)本發(fā)明控制裝置的另一種實(shí)施例方案，當(dāng)?shù)?k+1)控制器的操作變量輸出相對于第(k+1)操作變量輸出上限具有余量時(shí)，用于第k控制器的第k優(yōu)先上限計(jì)算部分增加第k操作變量輸出上限，當(dāng)操作變量輸出沒有任何余量時(shí)，降低第k操作變量輸出上限，并根據(jù)第k控制器相對于第(k+1)控制器的優(yōu)先次序改變降低的程度。
在預(yù)定的能耗量內(nèi)運(yùn)行控制使用優(yōu)先和非優(yōu)先兩個(gè)控制器的一種控制裝置中，根據(jù)本發(fā)明的一種控制方法包括重復(fù)運(yùn)行步驟(1)限制預(yù)先輸入的第一操作變量輸出上限(MH1)的值以便調(diào)節(jié)優(yōu)先控制器(PID1)的操作變量輸出不大于代表整個(gè)裝置操作變量輸出上限的預(yù)定值(MT1)的優(yōu)先上限處理過程；(2)根據(jù)第一操作變量輸出上限，通過優(yōu)先控制器計(jì)算操作變量輸出(MV1)的優(yōu)先操作變量輸出計(jì)算處理過程；(3)計(jì)算第二操作變量輸出上限(MH2)以便調(diào)節(jié)優(yōu)先控制器和非優(yōu)先控制器(PID2)的操作變量輸出的總和不大于預(yù)定值的非優(yōu)先上限計(jì)算處理過程；(4)根據(jù)第二操作變量輸出上限，通過非優(yōu)先控制器計(jì)算操作變量輸出(MV2)的非優(yōu)先操作變量輸出計(jì)算處理過程；(5)根據(jù)相對于第二操作變量輸出上限的非優(yōu)先控制器的操作變量輸出余量，運(yùn)行增加/降低第一操作變量輸出上限的計(jì)算操作、并將計(jì)算的值作為第一操作變量輸出上限在下一控制循環(huán)中賦值到優(yōu)先上限處理過程的優(yōu)先上限計(jì)算處理過程。
在預(yù)定的能耗量內(nèi)運(yùn)行控制使用n個(gè)預(yù)先規(guī)定第一到第n(n是不小于3的整數(shù))的優(yōu)先次序控制器的一種控制裝置中，根據(jù)本發(fā)明的一種控制方法包括步驟運(yùn)行(1)限制預(yù)先輸入的第一操作變量輸出上限(MH1)的值以便調(diào)節(jié)第一控制器(PID1)的操作變量輸出不大于代表整個(gè)裝置操作變量輸出上限的預(yù)定值(MT1)的第一優(yōu)先上限處理過程；(2)根據(jù)第一操作變量輸出上限通過第一控制器計(jì)算操作變量輸出(MV1)的第一優(yōu)先操作變量輸出計(jì)算處理過程；(3)計(jì)算第二操作變量輸出上限(MH2)以便調(diào)節(jié)第一控制器和第二控制器(PID2)的操作變量輸出的總和不大于預(yù)定值的第二優(yōu)先上限過程；(4)根據(jù)第二操作變量輸出上限通過第二控制器計(jì)算操作變量輸出(MV2)的第二優(yōu)先操作變量輸出計(jì)算處理過程；以及(5)根據(jù)第二控制器的操作變量輸出相對于第二操作變量輸出上限的余量，運(yùn)行增加/降低第一操作變量輸出上限的計(jì)算操作、并將計(jì)算的值作為第一操作變量輸出上限在下一控制循環(huán)中賦值到第一優(yōu)先上限處理過程的第一優(yōu)先上限計(jì)算處理過程；順序運(yùn)行(6)對i(i是3到m的整數(shù))個(gè)控制器的三個(gè)處理過程限制預(yù)先輸入的第i個(gè)操作變量輸出上限的值以便調(diào)節(jié)第一到第i控制器的操作變量輸出的總和不大于預(yù)定值的第i優(yōu)先上限處理過程；根據(jù)第i操作變量輸出上限通過第i控制器計(jì)算操作變量輸出的第i優(yōu)先操作變量輸出計(jì)算處理過程；以及根據(jù)第i控制器的操作變量輸出相對于第i操作變量輸出上限的余量，運(yùn)行增加/降低第(i-1)個(gè)操作變量輸出上限的計(jì)算操作、并將計(jì)算的值作為第(i-1)操作變量輸出上限在下一控制循環(huán)中賦值到第(i-1)優(yōu)先上限處理過程的第(i-1)優(yōu)先上限計(jì)算處理過程；運(yùn)行(7)計(jì)算第n個(gè)操作變量輸出上限以便調(diào)節(jié)第一到第m和第n控制器的操作變量輸出的總和不大于預(yù)定值的非優(yōu)先上限計(jì)算處理過程；(8)根據(jù)第n操作變量輸出上限通過第n控制器計(jì)算操作變量輸出(MVn)的非優(yōu)先操作變量輸出計(jì)算處理過程；以及(9)根據(jù)第n控制器的操作變量輸出相對于第n操作變量輸出上限的余量，運(yùn)行增加/降低第m個(gè)操作變量輸出上限的計(jì)算操作、并將計(jì)算的值作為第m操作變量輸出上限(MHm′)在下一控制循環(huán)中賦值到第m優(yōu)先上限處理過程的第m優(yōu)先上限計(jì)算處理過程；以及重復(fù)運(yùn)行處理過程(1)到(9)。
根據(jù)本發(fā)明控制方法的一種處理過程實(shí)施例，優(yōu)先上限計(jì)算處理過程包括以下處理過程當(dāng)非優(yōu)先控制器的操作變量輸出相對于第二操作變量輸出上限具有余量時(shí)，增加第一操作變量輸出上限，當(dāng)操作變量輸出沒有任何余量時(shí)，降低第一操作變量輸出上限，并根據(jù)優(yōu)先控制器相對于非優(yōu)先控制器的優(yōu)先次序改變降低的程度。
根據(jù)本發(fā)明控制方法的另一種處理過程實(shí)施例，用于第k(k是1到m的整數(shù))控制器的第k優(yōu)先上限計(jì)算處理過程包括以下處理過程當(dāng)?shù)?k+1)控制器的操作變量輸出相對于第(k+1)操作變量輸出上限具有余量時(shí)，增加第k操作變量輸出上限，當(dāng)操作變量輸出沒有任何余量時(shí)，降低第k操作變量輸出上限，并根據(jù)第k控制器相對于第(k+1)控制器的優(yōu)先次序改變降低的程度。
在一個(gè)裝置中具有使用如電熱器作致動(dòng)器的控制系統(tǒng)的兩個(gè)環(huán)路的裝置(半導(dǎo)體制造裝置或其它同類裝置)中，當(dāng)控制環(huán)路的控制特性不是十分重要時(shí)，第一實(shí)施方式可以應(yīng)用在這兩個(gè)環(huán)路中。在這種情況下，控制特性是重要的控制環(huán)路的控制器為優(yōu)先控制器，而控制特性不是十分重要的控制環(huán)路的控制器為非優(yōu)先控制器。
根據(jù)第一實(shí)施方式控制裝置的操作將在下面進(jìn)行說明。圖2是顯示

圖1中的控制裝置操作的流程圖。優(yōu)先上限處理部分L_MH1將來自優(yōu)先控制器PID1代表操作變量輸出MV1上限的操作變量輸出上限值MH1與代表整個(gè)裝置的預(yù)定操作變量輸出上限的預(yù)定值MT1(例如，100％)進(jìn)行比較。如果操作變量輸出上限值MH1大于預(yù)定值MT1，優(yōu)先上限處理部分L_MH1執(zhí)行設(shè)置MH1＝MT1的上限處理過程，即設(shè)置預(yù)定值MT1為新的操作變量輸出上限值MH1(圖2中的步驟101)。
優(yōu)先上限處理部分L_MH1將更新的操作變量輸出上限值MH1輸出到優(yōu)先控制器PID1和優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1。如果操作變量輸出上限值MH1等于或小于預(yù)定值MT1，則優(yōu)先上限處理部分L_MH1不需要更新操作變量輸出上限值MH1而直接輸出當(dāng)前的操作變量輸出上限值MH1。在第一控制循環(huán)中操作變量輸出上限值MH1的缺省值設(shè)置為例如，100％。
優(yōu)先控制器PID1執(zhí)行PID計(jì)算過程來計(jì)算操作變量輸出MV1(步驟102)。
在步驟102中，優(yōu)先控制器PID1通過PID計(jì)算過程根據(jù)操作變量輸出上限值MH1在上限處理過程之前計(jì)算作為操作變量的內(nèi)部輸出值UC1UC1＝Kg1(1+1/(Ti1s)+Td1s)(SP1-PV1)....................(1)其中Kg1為控制器PID1的比例增益，Ti1為控制器PID1的積分時(shí)間，Td1為控制器PID1的微分時(shí)間，SP1是通過控制器PID1為要控制的對象(未示出)設(shè)置的設(shè)置點(diǎn)，而PV1為此對象的控制變量。比例增益Kg1，積分時(shí)間Ti1，微分時(shí)間Td1和設(shè)置點(diǎn)SP1是預(yù)先設(shè)置的，而控制變量PV1通過傳感器(未示出)進(jìn)行檢測。
優(yōu)先控制器PID1將計(jì)算的內(nèi)部輸出值UC1與從優(yōu)先上限處理部分L_MH1輸出的操作變量輸出上限值MH1比較。如果內(nèi)部輸出值UC1大于操作變量輸出上限值MH1，則優(yōu)先控制器PID1執(zhí)行設(shè)置MV1＝MH1的上限處理過程，即設(shè)置操作變量輸出上限值MH1為操作變量輸出MV1。如果內(nèi)部輸出值UC1等于或小于操作變量輸出上限值MH1，則優(yōu)先控制器PID1設(shè)置MV1＝UC1，即設(shè)置內(nèi)部輸出值UC1為操作變量輸出MV1。
優(yōu)先控制器PID1將計(jì)算的操作變量輸出MV1輸出到要控制的對象(未示出)和非優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH2。同時(shí)，優(yōu)先控制器PID1將內(nèi)部輸出值UC1輸出到優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1。
步驟102的處理過程結(jié)束。
非優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH2計(jì)算來自非優(yōu)先控制器PID2代表操作變量輸出MV2上限的操作變量輸出上限值MH2，并輸出操作變量輸出上限值MH2到非優(yōu)先控制器PID2(步驟103)MH2＝MT1-MV1..........................................(2)非優(yōu)先控制器PID2執(zhí)行PID計(jì)算過程計(jì)算操作變量輸出MV2(步驟104)。
在步驟104中，非優(yōu)先控制器PID2通過PID計(jì)算過程在上限處理之前根據(jù)操作變量輸出上限值MH2計(jì)算作為操作變量的內(nèi)部輸出值UC2UC2＝Kg2(1+1/(Ti2s)+Td2s)(SP2-PV2)....................(3)其中Kg2為控制器PID2的比例增益，Ti2為控制器PID2的積分時(shí)間，Td2為控制器PID2的微分時(shí)間，SP2是通過控制器PID2為要控制的對象(未示出)設(shè)置的設(shè)置點(diǎn)，而PV2為對象的控制變量。比例增益Kg2，積分時(shí)間Ti2、微分時(shí)間Td2和設(shè)置點(diǎn)SP2都是預(yù)先設(shè)置的，而控制變量PV2由傳感器(未示出)檢測。
非優(yōu)先控制器PID2將計(jì)算的內(nèi)部輸出值UC2與從非優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH2輸出的操作變量輸出上限值MH2進(jìn)行比較。如果內(nèi)部輸出值UC2大于操作變量輸出上限值MH2，則非優(yōu)先控制器PID2執(zhí)行設(shè)置MV2＝MH2的上限處理過程，即設(shè)置操作變量輸出上限值MH2為操作變量輸出MV2。如果內(nèi)部輸出值UC2等于或小于操作變量輸出上限值MH2，則非優(yōu)先控制器PID2設(shè)置MV2＝UC2，即設(shè)置內(nèi)部輸出值UC2為操作變量輸出MV2。
非優(yōu)先控制器PID2輸出計(jì)算的操作變量輸出MV2到要控制的對象(未示出)和優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1。同時(shí)，非優(yōu)先控制器PID2輸出內(nèi)部輸出值UC2到優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1。
步驟104的處理過程結(jié)束。
優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1計(jì)算在下一控制循環(huán)中用于優(yōu)先控制器PID1的操作變量輸出上限值MH1′(步驟105)。
在步驟105中，優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1根據(jù)內(nèi)部輸出值UC2和從非優(yōu)先控制器PID2輸出的操作變量輸出MV2校驗(yàn)下列不等式是否成立α(UC2-MV2)＞0.......................................(4)其中α為表示優(yōu)先控制器PID1相對于非優(yōu)先控制器PID2的控制優(yōu)先次序的優(yōu)先系數(shù)，其為0到1的實(shí)數(shù)(優(yōu)先次序是最高為0，最低為1)。
如果不等式(4)成立，則優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1通過下列公式，根據(jù)從優(yōu)先上限處理部分L_MH1輸出的當(dāng)前循環(huán)中的操作變量輸出上限值MH1、從優(yōu)先控制器PID1輸出的內(nèi)部輸出值UC1、以及從非優(yōu)先控制器PID2輸出的操作變量輸出MV2和內(nèi)部輸出值UC2計(jì)算在下一控制循環(huán)中用于優(yōu)先控制器PID1的操作變量輸出上限值MH1′。優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1將操作變量輸出上限值MH1′輸出到優(yōu)先上限處理部分L_MH1MH1′＝[MH1 Tx1+{UC1-α(UC2-MV2)}dT]/(Tx1+dT)...........(5)其中Tx1為過渡時(shí)間，例如Tx1＝Td1，而dT為控制循環(huán)。
如果不等式(4)不成立，則優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1根據(jù)預(yù)定值MT1、從優(yōu)先上限處理部分L_MH1輸出的當(dāng)前控制循環(huán)中的操作變量輸出上限值MH1計(jì)算操作變量輸出上限值MH1′，并輸出操作變量輸出上限值MH1′到優(yōu)先上限處理部分L_MH1MH1′＝[MH1 Tx1+MT1 dT]/(Tx1+dT).........................(6)步驟105的處理過程結(jié)束。
步驟101到105界定為一個(gè)控制循環(huán)中的處理過程，而每個(gè)控制循環(huán)dT都重復(fù)從步驟101到步驟105的處理過程。
應(yīng)該注意優(yōu)先上限處理部分L_MH1在步驟101中通過設(shè)置MH1＝MH1′執(zhí)行處理過程，即設(shè)置從優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1計(jì)算并輸出的操作變量輸出上限值MH1′作為當(dāng)前控制循環(huán)中操作變量輸出上限值MH1。
如此，在第一實(shí)施方式中，為了一直保持優(yōu)先控制器PID1的操作變量輸出MV1以及非優(yōu)先控制器PID2的操作變量輸出MV2的總和在預(yù)定值MT1(例如100％)或更低，非優(yōu)先控制器PID2的操作變量輸出上限值MH2設(shè)置為MT1-MV1(步驟103)。如果不等式(4)不成立，即非優(yōu)先控制器PID2的內(nèi)部輸出值UC2相對于操作變量輸出上限值MH2具有余量(UC2 MH2)，優(yōu)先控制器PID1的操作變量輸出上限值MH1用公式(6)增加以使操作變量輸出上限值MH1漸近地靠近預(yù)定值MT1(步驟105)。結(jié)果，優(yōu)先控制器PID1可以輸出更大的操作變量輸出MV1。此時(shí)，過渡時(shí)間Tx1為一直到操作變量輸出上限值MH1轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)定值MT1的時(shí)間(精確地說，如果操作變量輸出上限值MH1和預(yù)定值MT1之間的時(shí)間為100％，則操作變量輸出上限值MH1變?yōu)?3.2％的時(shí)間)。
如果不等式(4)成立，即非優(yōu)先控制器PID2的內(nèi)部輸出值UC2相對于操作變量輸出上限值MH2沒有任何余量(UC2＞MH2)，則優(yōu)先控制器PID1的操作變量輸出上限值MH1沿由于非優(yōu)先控制器PID2的輸出不足(UC2-MV2)造成的操作變量輸出上限值MH1降低的方向漸近地進(jìn)行調(diào)節(jié)(步驟105)。這就抑制了優(yōu)先控制器PID1的操作變量輸出MV1。此時(shí)，過渡時(shí)間Tx1為一直到操作變量輸出上限值MH1轉(zhuǎn)變?yōu)閁C1-(UC2-MV2)的時(shí)間。
當(dāng)不等式(4)成立而且優(yōu)先控制器PID1的操作變量輸出上限值MH1將要降低時(shí)，非優(yōu)先控制器PID2的輸出不足(UC2-MV2)作為遞減指數(shù)乘以優(yōu)先系數(shù)α。通過調(diào)節(jié)優(yōu)先系數(shù)α的值，避免了優(yōu)先控制器PID1的過度優(yōu)先，而非優(yōu)先控制器PID2的控制特性也能恰當(dāng)?shù)乇３衷诳赡艿姆秶鷥?nèi)。
圖3顯示了根據(jù)第一實(shí)施方式的控制裝置的控制操作實(shí)施例的圖表。圖3示出了當(dāng)擾動(dòng)在600秒內(nèi)以及優(yōu)先控制器PID1的設(shè)置點(diǎn)SP1在900秒內(nèi)從30％到40％變化時(shí)，計(jì)算控制變量PV1和PV2的模擬結(jié)果。
如圖3A所示為優(yōu)先控制器PID1的最高優(yōu)先次序(α＝0)，當(dāng)擾動(dòng)在圖3A的第一半部分應(yīng)用而且優(yōu)先設(shè)置點(diǎn)SP1在圖3A的第二半部分變化時(shí)，非優(yōu)先控制器PID2的控制衰減。當(dāng)然，優(yōu)先控制器PID1的控制響應(yīng)最快。
圖3B所示為優(yōu)先控制器PID1的最低優(yōu)先次序(α＝1)，當(dāng)擾動(dòng)在圖3B的第一半部分應(yīng)用而且優(yōu)先設(shè)置點(diǎn)SP1在圖3B的第二半部分變化時(shí)，非優(yōu)先控制器PID2的控制沒有明顯地衰減。當(dāng)然，與最快響應(yīng)相比，優(yōu)先控制器PID1的控制響應(yīng)緩慢。
如此，第一實(shí)施方式能保持兩個(gè)環(huán)路的操作變量輸出MV1和MV2的總和在預(yù)定值MT1或更低，而且能使高優(yōu)先次序控制變量PV1保持良好的控制狀態(tài)。
在上述應(yīng)用中，加熱器輸出按時(shí)間比例的時(shí)間分段。例如，對于最大加熱器輸出為400W的系統(tǒng)的兩個(gè)環(huán)路，兩個(gè)環(huán)路的操作變量輸出總和保持在100％或更少。這只要求400-W功率的設(shè)備(能源)如電源，降低了設(shè)備的尺寸和成本。如果不使用本發(fā)明，就需要800-W功率的設(shè)備。
根據(jù)第一實(shí)施方式，限制預(yù)先輸入的第一操作變量輸出上限值并被賦值到優(yōu)先控制器以便優(yōu)先控制器的操作變量輸出等于或小于代表整個(gè)裝置的操作變量輸出上限的預(yù)定值。計(jì)算第二操作變量輸出上限并賦值到非優(yōu)先控制器以便優(yōu)先及非優(yōu)先控制器的操作變量輸出總和等于或小于預(yù)定值。根據(jù)非優(yōu)先控制器的操作變量輸出相對于第二操作變量輸出上限的余量，運(yùn)行增加或降低第一操作變量輸出上限的計(jì)算操作。設(shè)置計(jì)算值為下一控制循環(huán)中的第一操作變量輸出上限。這樣，在優(yōu)先控制器獲得良好控制特性的同時(shí)，保持兩個(gè)環(huán)路的操作變量輸出總和為預(yù)定值或更低。即使非優(yōu)先控制器的控制特性也能保持在給定的程度。每個(gè)控制器的控制特性和能耗量都可處于接受的范圍內(nèi)。結(jié)果，各個(gè)控制器的控制性能和控制裝置的體積減小能夠同時(shí)得到滿足。控制裝置的可用效能能夠得到充分地利用。當(dāng)非優(yōu)先控制器的操作變量輸出相對于第二操作變量輸出上限沒有任何余量時(shí)，第一操作變量輸出上限降低。降低的程度根據(jù)優(yōu)先控制器相對于非優(yōu)先控制器的優(yōu)先次序發(fā)生變化。這樣，避免了優(yōu)先控制器的過度優(yōu)先，而且即使非優(yōu)先控制器的控制特性也能恰當(dāng)?shù)乇３衷诳赡艿姆秶鷥?nèi)。(第二實(shí)施方式)圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的控制裝置布置的方框圖。圖4中的控制裝置包括規(guī)定第一到第m(m是2或大于2的整數(shù))優(yōu)先次序的第一到第m的優(yōu)先控制器PID1到PIDm，預(yù)先規(guī)定非優(yōu)先控制器PIDn(第n控制器)為最低優(yōu)先次序，根據(jù)優(yōu)先控制器PID1到PIDm分別設(shè)置第一到第m優(yōu)先上限處理部分L_MH1到I_MHm，根據(jù)非優(yōu)先控制器PIDn設(shè)置非優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHn，根據(jù)優(yōu)先控制器PID1到PIDm設(shè)置第一到第m優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1到C_MHm。
根據(jù)在具有使用例如由電熱器作致動(dòng)器的控制系統(tǒng)的n個(gè)(n為大于或等于3的整數(shù)n＝m+1)環(huán)路的裝置(半導(dǎo)體制造裝置或類似的裝置)中環(huán)路的優(yōu)先次序，當(dāng)控制環(huán)路的控制特性不是十分重要時(shí)，可以將第二實(shí)施方式應(yīng)用在這些環(huán)路上。
下面對第二實(shí)施方式中的控制裝置的操作進(jìn)行說明。圖5是顯示圖4中的控制裝置操作的流程圖。在這種情況下，優(yōu)先次序是PID1、PID2、PID3、.......、PIDm和PIDn。
第一優(yōu)先上限處理部分L_MH1將具有最高優(yōu)先次序的第一優(yōu)先控制器PID1的操作變量輸出上限值MH1與預(yù)定值MT1(如100％)比較。如果操作變量輸出上限值MH1大于預(yù)定值MT1，則第一優(yōu)先上限處理部分L_MH1執(zhí)行設(shè)置MH1＝MT1的上限處理過程，即設(shè)置預(yù)定值MT1為新的操作變量輸出上限值MH1(圖5中的步驟201)。
第一優(yōu)先上限處理部分L_MH1輸出更新的操作變量輸出上限值MH1到第一優(yōu)先控制器PID1和第一優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1。如果操作變量輸出上限值MH1等于或小于預(yù)定值MT1，則第一優(yōu)先上限處理部分L_MH1不需要更新操作變量輸出上限值MH1，而是直接輸出當(dāng)前的操作變量輸出上限值MH1。
第一優(yōu)先控制器PID1執(zhí)行PID計(jì)算過程以計(jì)算操作變量輸出MV1(步驟202)。
在步驟202中，第一優(yōu)先控制器PID1通過PID計(jì)算過程計(jì)算內(nèi)部輸出值UC1UC1＝Kg1{1+1/(Ti1s)+Td1s}(SP1-PV1).....................(7)第一優(yōu)先控制器PID1將計(jì)算的內(nèi)部輸出值UC1與從第一優(yōu)先上限處理部分L_MH1輸出的操作變量輸出上限值MH1進(jìn)行比較。如果內(nèi)部輸出值UC1大于操作變量輸出上限值MH1，則第一優(yōu)先控制器PID1執(zhí)行設(shè)置MV1＝MH1的上限處理過程，即設(shè)置操作變量輸出上限值MH1為操作變量輸出MV1。如果內(nèi)部輸出值UC1等于或小于操作變量輸出上限值MH1，則第一優(yōu)先控制器PID1設(shè)置MV1＝UC1，即設(shè)置內(nèi)部輸出值UC1為操作變量輸出MV1。
第一優(yōu)先控制器PID1輸出計(jì)算的操作變量輸出MV1到要控制的對象(未示出)和第二優(yōu)先上限處理部分L_MH2。同時(shí)，第一優(yōu)先控制器PID1輸出內(nèi)部輸出值UC1到第一優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1。
步驟202中的處理過程結(jié)束。
第二優(yōu)先上限處理部分L_MH2根據(jù)從第一優(yōu)先控制器PID1輸出的操作變量輸出MV1和預(yù)定值MT1計(jì)算用于運(yùn)行第二優(yōu)先控制器PID2的操作變量輸出上限值MH2的上限處理過程的上限值MT2(步驟203)MT2＝MT1-MV1...........................................(8)第二優(yōu)先上限處理部分L_MH2將第二優(yōu)先控制器PID2的操作變量輸出上限值MH2與上限值MT2比較。如果操作變量輸出上限值MH2大于上限值MT2，則第二優(yōu)先上限處理部分L MH2設(shè)置MH2＝MT2，即上限值MT2為新的操作變量輸出上限值MH2(步驟204)。
第二優(yōu)先上限處理部分L_MH2輸出更新的操作變量輸出上限值MH2到第二優(yōu)先控制器PID2和第二優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH2。如果操作變量輸出上限值MH2等于或小于上限值MT2，則第二優(yōu)先上限處理部分L_MH2不需要更新操作變量輸出上限值MH2，而直接輸出當(dāng)前的操作變量輸出上限值MH2。
第二優(yōu)先控制器PID2執(zhí)行PID計(jì)算過程以計(jì)算操作變量輸出MV2(步驟205)。
在步驟205中，第二優(yōu)先控制器PID2通過PID計(jì)算過程計(jì)算內(nèi)部輸出值UC2UC2＝Kg2{1+1/(Ti2s)+Td2s}(SP2-PV2).....................(9)第二優(yōu)先控制器PID2將計(jì)算的內(nèi)部輸出值UC2與從第二優(yōu)先上限處理部分L_MH2輸出的操作變量輸出的上限值MH2進(jìn)行比較。如果內(nèi)部輸出值UC2大于操作變量輸出上限值MH2，則第二優(yōu)先控制器PID2執(zhí)行設(shè)置MV2＝MH2的上限處理過程，即設(shè)置操作變量輸出上限值MH2為操作變量輸出MV2。如果內(nèi)部輸出值UC2等于或小于操作變量輸出上限值MH2，則第二優(yōu)先控制器PID2設(shè)置MV2＝UC2，即設(shè)置內(nèi)部輸出值UC2為操作變量輸出MV2。
第二優(yōu)先控制器PID2輸出計(jì)算的操作變量輸出MV2到要控制的對象(未示出)、第一優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1和第三優(yōu)先上限處理部分L_MH3。同時(shí)，第二優(yōu)先控制器PID2輸出內(nèi)部輸出值UC2到第一優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1和第二優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH2。
步驟205中的處理過程結(jié)束。
第一優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1計(jì)算在下一控制循環(huán)中用于優(yōu)先控制器PID1的操作變量輸出上限值MH1′(步驟206)。
在步驟206中，第一優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1根據(jù)內(nèi)部輸出值UC2和從第二優(yōu)先控制器PID2輸出的操作變量輸出MV2校驗(yàn)下列不等式是否成立α1(UC2-MV2)＞0.......................................(10)其中α1為表示第一優(yōu)先控制器PID1相對于第二優(yōu)先控制器PID2的控制優(yōu)先次序的優(yōu)先系數(shù)，而且是0到1的實(shí)數(shù)(優(yōu)先次序系數(shù)最高為0，最低為1)。
如果不等式(10)成立，則根據(jù)從第一優(yōu)先上限處理部分L_MH1輸出的當(dāng)前控制循環(huán)中的操作變量輸出上限值MH1、從第一優(yōu)先控制器PID1輸出的內(nèi)部輸出值UC1、以及從第二優(yōu)先控制器PID2輸出的操作變量輸出MV2和內(nèi)部輸出值UC2，第一優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1通過下列公式計(jì)算在下一控制循環(huán)中用于第一優(yōu)先控制器PID1的操作變量輸出上限值MH1′。第一優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1輸出操作變量輸出上限值MH1′到第一優(yōu)先上限處理部分L_MH1MH1′＝[MH1 Tx1+{UC1-α1(UC2-MV2)}dT]/(Tx1+dT).........(11)如果不等式(10)不成立，則第一優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH1根據(jù)預(yù)定值MT1、從第一優(yōu)先上限處理部分L_MH1輸出的當(dāng)前控制循環(huán)中的操作變量輸出上限值MH1計(jì)算操作變量輸出上限值MH1′，并輸出操作變量輸出上限值MH1′到第一優(yōu)先上限處理部分L_MH1MH1′＝[MH1 Tx1+MT1 dT]/(Tx1+dT)........................(12)步驟206的處理過程結(jié)束。
第三優(yōu)先上限處理部分L_MH3根據(jù)從第二優(yōu)先控制器PID2輸出的操作變量輸出MV2和從第二優(yōu)先上限處理部分L_MH2輸出的上限值MT2計(jì)算用于運(yùn)行第三優(yōu)先控制器PID3的操作變量輸出上限值MH3的上限處理過程的上限值MT3(步驟207)MT3＝MT2-MV2..........................................(13)第三優(yōu)先上限處理部分L_MH3將第三優(yōu)先控制器PID3的操作變量輸出上限值MH3與上限值MT3比較。如果操作變量輸出上限值MH3大于上限值MT3，則第三優(yōu)先上限處理部分L_MH3設(shè)置MH3＝MT3，即上限值MT3為新的操作變量輸出上限值MH3(步驟208)。
第三優(yōu)先上限處理部分L_MH3輸出更新的操作變量輸出上限值MH3到第三優(yōu)先控制器PID3和第三優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH3。如果操作變量輸出上限值MH3等于或小于上限值MT3，則第三優(yōu)先上限處理部分L_MH3不需要更新操作變量輸出上限值MH3，而直接輸出當(dāng)前的操作變量輸出上限值MH3。
第三優(yōu)先控制器PID3執(zhí)行PID計(jì)算過程以計(jì)算操作變量輸出MV3(步驟209)。
在步驟209中，第三優(yōu)先控制器PID3通過PID計(jì)算過程計(jì)算內(nèi)部輸出值UC3UC3＝Kg3{1+1/(Ti3s)+Td3s}(SP3-PV3)....................(14)其中Kg3、Ti3和Td3是控制器PID3的比例增益、積分時(shí)間、微分時(shí)間，SP3是通過控制器PID3對要控制的對象(未示出)設(shè)置的設(shè)置點(diǎn)，而PV3是此對象的控制變量。比例增益Kg3、積分時(shí)間Ti3、微分時(shí)間Td3以及設(shè)置點(diǎn)SP3是預(yù)先設(shè)置的，而控制變量PV3通過傳感器(未示出)檢測。
第三優(yōu)先控制器PID3將計(jì)算的內(nèi)部輸出值UC3與從第三優(yōu)先上限處理部分L_MH3輸出的操作變量輸出上限值MH3比較。如果內(nèi)部輸出值UC3大于操作變量輸出上限值MH3，則第三優(yōu)先控制器PID3執(zhí)行設(shè)置MV3＝MH3的上限處理過程，即設(shè)置操作變量輸出上限值MH3為操作變量輸出MV3。如果內(nèi)部輸出值UC3等于或小于操作變量輸出上限值MH3，則第三優(yōu)先控制器PID3設(shè)置MV3＝UC3，即設(shè)置內(nèi)部輸出值UC3為操作變量輸出MV3。
第三優(yōu)先控制器PID3輸出計(jì)算的操作變量輸出MV3到要控制的對象(未示出)、第二優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH2和第四優(yōu)先上限處理部分L_MH4。同時(shí)，第三優(yōu)先控制器PID3輸出內(nèi)部輸出值UC3到第二優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH2和第三優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH3。
步驟209的處理過程結(jié)束。
第二優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH2計(jì)算在下一控制循環(huán)中用于第二優(yōu)先控制器PID2的操作變量輸出上限值MH2′(步驟210)。
在步驟210中，第二優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH2根據(jù)從第三優(yōu)先控制器PID3輸出的內(nèi)部輸出值UC3和操作變量輸出MV3校驗(yàn)下列不等式是否成立α2(UC3-MV3)＞0....................................(15)其中α2為表示第二優(yōu)先控制器PID2相對于第三優(yōu)先控制器PID3的控制優(yōu)先次序的優(yōu)先系數(shù)，而且是0到1的實(shí)數(shù)(優(yōu)先次序系數(shù)最高為0，最低為1)。
如果不等式(15)成立，則根據(jù)從第二優(yōu)先上限處理部分L_MH2輸出的當(dāng)前循環(huán)中的操作變量輸出上限值MH2、從第二優(yōu)先控制器PID2輸出的內(nèi)部輸出值UC2、以及從第三優(yōu)先控制器PID3輸出的操作變量輸出MV3和內(nèi)部輸出值UC3，第二優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH2通過下列公式計(jì)算在下一控制循環(huán)中用于第二優(yōu)先控制器PID2的操作變量輸出上限值MH2′。第二優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH2輸出操作變量輸出上限值MH2′到第二優(yōu)先上限處理部分L_MH2MH2′＝[MH2 Tx2+{UC2-α2(UC3-MV3)}dT]/(Tx2+dT).........(16)其中Tx2為過渡時(shí)間，例如Tx2＝Td2。
如果不等式(15)不成立，則第二優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MH2根據(jù)預(yù)定值MT1、從第二優(yōu)先上限處理部分L_MH2輸出的當(dāng)前控制循環(huán)中的操作變量輸出上限值MH2計(jì)算操作變量輸出上限值MH2′，并輸出操作變量輸出上限值MH2′到第二優(yōu)先上限處理部分L_MH2MH2′＝[MH2 Tx2+MT2 dT]/(Tx2+dT)......................(17)步驟210的處理過程結(jié)束。
重復(fù)步驟203到206和207到210的同樣處理過程，第m優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm計(jì)算在下一控制循環(huán)中用于第m優(yōu)先控制器PIDm的操作變量輸出上限值MHm′。此后，第m優(yōu)先上限處理部分L_MHm根據(jù)從第(m-1)優(yōu)先控制器PIDm-1輸出的操作變量輸出MVm-1和從第(m-1)優(yōu)先上限處理部分L_MHm-1(未示出)輸出的上限值MTm-1計(jì)算用于運(yùn)行第m優(yōu)先控制器PIDm的操作變量輸出上限值MHm的上限處理過程的上限值MTm(步驟300)MTm＝MTm-1-MVm-1....................................(18)第m優(yōu)先上限處理部分L_MHm將第m優(yōu)先控制器PIDm的操作變量輸出上限值MHm與上限值MTm比較。如果操作變量輸出上限值MHm大于上限值MTm，則第m優(yōu)先上限處理部分L_MHm設(shè)置MHm＝MTm，即上限值MTm為新的操作變量輸出上限值MHm(步驟301)。
第m優(yōu)先上限處理部分L_MHm輸出更新的操作變量輸出上限值MHm到第m優(yōu)先控制器PIDm和第m優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm。如果操作變量輸出上限值MHm等于或小于上限值MTm，則第m優(yōu)先上限處理部分L_MHm不需要更新操作變量輸出上限值MHm，而直接輸出當(dāng)前的操作變量輸出上限值MHm。
第m優(yōu)先控制器PIDm執(zhí)行PID計(jì)算過程以計(jì)算操作變量輸出MVm(步驟302)。
在步驟302中，第m優(yōu)先控制器PIDm通過PID計(jì)算過程計(jì)算內(nèi)部輸出值UCmUCm＝Kgm{1+1/(Tim s)+Tdm s}(SPm-PVm).................(19)其中Kgm、Tim和Tdm是控制器PIDm的比例增益、積分時(shí)間、微分時(shí)間，SPm是通過控制器PIDm對要控制的對象(未示出)設(shè)置的設(shè)置點(diǎn)，而PVm是此對象的控制變量。比例增益Kgm、積分時(shí)間Tim、微分時(shí)間Tdm和設(shè)置點(diǎn)SPm是預(yù)先設(shè)置的，而控制變量PVm通過傳感器(未示出)檢測。
第m優(yōu)先控制器PIDm將計(jì)算的內(nèi)部輸出值UCm與從第m優(yōu)先上限處理部分L_MHm輸出的操作變量輸出上限值MHm比較。如果內(nèi)部輸出值UCm大于操作變量輸出上限值MHm，則第m優(yōu)先控制器PIDm執(zhí)行設(shè)置MVm＝MHm的上限處理過程，即設(shè)置操作變量輸出上限值MHm為操作變量輸出MVm。如果內(nèi)部輸出值UCm等于或小于操作變量輸出上限值MHm，則第m優(yōu)先控制器PIDm設(shè)置MVm＝UCm，即設(shè)置內(nèi)部輸出值UCm為操作變量輸出MVm。
第m優(yōu)先控制器PIDm輸出計(jì)算的操作變量輸出MVm到要控制的對象(未示出)、第(m-1)優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm-1和非優(yōu)先上限處理部分C_MHn。同時(shí)，第m優(yōu)先控制器PIDm輸出內(nèi)部輸出值UCm到第(m-1)優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm-1和第m優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm。
步驟302的處理過程結(jié)束。
第(m-1)優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm-1計(jì)算在下一控制循環(huán)中用于第(m-1)優(yōu)先控制器PIDm-1的操作變量輸出上限值MHm-1′(步驟303)。
在步驟303中，第(m-1)優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm-1根據(jù)內(nèi)部輸出值UCm和從第m優(yōu)先控制器PIDm輸出的操作變量輸出MVm校驗(yàn)下列不等式是否成立αm-1(UCm-MVm)＞0.....................................(20)其中αm-1為表示第(m-1)優(yōu)先控制器PIDm-1相對于第m優(yōu)先控制器PIDm的控制優(yōu)先次序的優(yōu)先次序系數(shù)，而且是0到1的實(shí)數(shù)(優(yōu)先次序系數(shù)最高為0，最低為1)。
如果不等式(20)成立，則根據(jù)從第(m-1)優(yōu)先上限處理部分L_MHm-1輸出的當(dāng)前循環(huán)中的操作變量輸出上限值MHm-1、從第m-1優(yōu)先控制器PIDm-1輸出的內(nèi)部輸出值UCm-1、以及從第m優(yōu)先控制器PIDm輸出的操作變量輸出MVm和內(nèi)部輸出值UCm，第(m-1)優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm-1通過下列公式計(jì)算在下一控制循環(huán)中用于第(m-1)優(yōu)先控制器PIDm-1的操作變量輸出上限值MHm-1′。第(m-1)優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm-1輸出操作變量輸出上限值MHm-1′到第(m-1)優(yōu)先上限處理部分L_MHm-1MHm-1′＝[MHm-1 Txm-1+{UCm-1-αm-1(UCm-MVm)}dT]/(Tx m-1+dT)...........................................(21)其中Txm-1為過渡時(shí)間，例如Txm-1＝Tdm-1。
如果不等式(20)不成立，則第(m-1)優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm-1根據(jù)預(yù)定值MT1、從第(m-1)優(yōu)先上限處理部分L_MHm-1輸出的當(dāng)前控制循環(huán)中的操作變量輸出上限值MHm-1計(jì)算操作變量輸出上限值MHm-1′，并輸出操作變量輸出上限值MHm-1′到第(m-1)優(yōu)先上限處理部分L_MHm-1MHm-1′＝[MHm-1 Txm-1+MT1 dT]/(Txm-1+dT)..................(22)步驟303的處理過程結(jié)束。
根據(jù)從第m優(yōu)先控制器PIDm輸出的操作變量輸出MVm以及從第m優(yōu)先上限處理部分L_MHm輸出的上限值MTm，非優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHn計(jì)算表示來自非優(yōu)先控制器PIDn的操作變量輸出Mvn上限的操作變量輸出上限值MHn，并輸出操作變量輸出上限值MHn到非優(yōu)先控制器PIDn(步驟304)MHn＝MTm-MVm............................................(23)
非優(yōu)先控制器PIDn執(zhí)行PID計(jì)算過程以計(jì)算操作變量輸出MVn(步驟305)。
在步驟305中，非優(yōu)先控制器PIDn通過PID計(jì)算過程計(jì)算內(nèi)部輸出值UCnUCn＝Kgn{1+1/(Tin s)+Tdn s}(SPn-PVn)..................(24)其中Kgn、Tin和Tdn是控制器PIDn的比例增益、積分時(shí)間、微分時(shí)間，SPn是通過控制器PIDn對要控制的對象(未示出)設(shè)置的設(shè)置點(diǎn)，而PVn是此對象的控制變量。比例增益Kgn、積分時(shí)間Tin、微分時(shí)間Tdn和設(shè)置點(diǎn)SPn是預(yù)先設(shè)置的，而控制變量PVn通過傳感器(未示出)檢測。
非優(yōu)先控制器PIDn將從非優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHn輸出的計(jì)算的內(nèi)部輸出值UCn與操作變量輸出上限值MHn比較。如果內(nèi)部輸出值UCn大于操作變量輸出上限值MHn，則非優(yōu)先控制器PIDn執(zhí)行設(shè)置MVn＝MHn的上限處理過程，即設(shè)置操作變量輸出上限值MHn為操作變量輸出MVn。如果內(nèi)部輸出值UCn等于或小于操作變量輸出上限值MHn，則非優(yōu)先控制器PIDn設(shè)置MVn＝UCn，即設(shè)置內(nèi)部輸出值UCn為操作變量輸出MVn。
非優(yōu)先控制器PIDn輸出計(jì)算的操作變量輸出MVn到要控制的對象(未示出)和第m優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm。同時(shí)，非優(yōu)先控制器PIDn輸出內(nèi)部輸出值UCn到優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm。
步驟305中的處理過程結(jié)束。
第m優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm計(jì)算在下一控制循環(huán)中用于第m優(yōu)先控制器PIDm的操作變量輸出上限值MHm′(步驟306)。
在步驟306中，優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm根據(jù)從非優(yōu)先控制器PIDn輸出的內(nèi)部輸出值UCn和操作變量輸出MVn校驗(yàn)下列不等式是否成立αm(UCn-MVn)＞0......................................(25)其中αm為表示第m優(yōu)先控制器PIDm相對于非優(yōu)先控制器PIDn的控制優(yōu)先次序的優(yōu)先次序系數(shù)，而且是0到1的實(shí)數(shù)(優(yōu)先次序系數(shù)最高為0，最低為1)。
如果不等式(25)成立，則根據(jù)從第m優(yōu)先上限處理部分L_MHm輸出的當(dāng)前控制循環(huán)中的操作變量輸出上限值MHm、從第m優(yōu)先控制器PIDm輸出的內(nèi)部輸出值UCm、以及從非優(yōu)先控制器PIDn輸出的操作變量輸出MVn和內(nèi)部輸出值UCn，第m優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm通過下列公式計(jì)算在下一控制循環(huán)中用于優(yōu)先控制器PIDm的操作變量輸出上限值MHm′。第m優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm輸出操作變量輸出上限值MHm′到第m優(yōu)先上限處理部分L_MHmMHm′＝[MHm Txm+{UCm-αm(UCn-MVn)}dT]/(Txm+dT)........(26)其中Txm為過渡時(shí)間，例如Txm＝Tdm。
如果不等式(25)不成立，則優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHm根據(jù)預(yù)定值MT1和從第m優(yōu)先上限處理部分L_MHm輸出的當(dāng)前控制循環(huán)中的操作變量輸出上限值MHm計(jì)算操作變量輸出上限值MHm′，并輸出操作變量輸出上限值MHm′到優(yōu)先上限處理部分L_MHmMHm′＝[MHm Txm+MT1 dT]/(Txm+dT).......................(27)步驟306的處理過程結(jié)束。
步驟201到306界定為一個(gè)控制循環(huán)的處理過程，而每個(gè)控制循環(huán)dT都重復(fù)從步驟201到步驟306的處理過程。
應(yīng)該注意第i(i＝1到m)優(yōu)先上限處理部分L_MHi在步驟201、204、208和301中通過設(shè)置MHi＝MHi′執(zhí)行處理過程，即設(shè)置在前面控制循環(huán)中從第i優(yōu)先上限計(jì)算部分C_MHi計(jì)算并輸出的操作變量輸出上限值MH1′作為當(dāng)前控制循環(huán)中的操作變量輸出上限值MHi。
用這種方法，在第二實(shí)施方式中，第二優(yōu)先控制器PID2的操作變量輸出上限值MH2設(shè)置為MT1-MV1(步驟203)，...，第三優(yōu)先控制器PID3的操作變量輸出上限值MH3設(shè)置為MT1-MV1-MV2(步驟207)，...，非優(yōu)先控制器PIDn的操作變量輸出上限值MHn設(shè)置為MTm-MVm(步驟304)以便一直保持第一優(yōu)先控制器PID1的操作變量輸出MV1、第二優(yōu)先控制器PID2的操作變量輸出MV2、...、非優(yōu)先控制器PIDn的輸出MVn的總和為預(yù)定值MT1或更低。
如果不等式(10)不成立，即非優(yōu)先控制器PID2的內(nèi)部輸出值UC2相對于操作變量輸出上限值MH2具有余量(UC2 MH2)，則利用公式(12)增加第一優(yōu)先控制器PID1的操作變量輸出上限值MH1以使操作變量輸出上限值MH1漸近地靠近預(yù)定值MT1(步驟206)。結(jié)果，第一優(yōu)先控制器PID1可以輸出更大的操作變量輸出MV1。
如果不等式(10)成立，即，第二優(yōu)先控制器PID2的內(nèi)部輸出值UC2相對于操作變量輸出上限值MH2沒有任何余量(UC2＞MH2)，則第一優(yōu)先控制器PID1的操作變量輸出上限值MH1沿由于第二優(yōu)先控制器PID2的輸出不足(UC2-MV2)造成的操作變量輸出上限值MH1降低的方向上漸近地調(diào)節(jié)(步驟206)。這就抑制了第一優(yōu)先控制器PID1的操作變量輸出MV1。當(dāng)不等式(10)成立而且第一優(yōu)先控制器PID1的操作變量輸出上限值MH1將要降低時(shí)，第二優(yōu)先控制器PID2的輸出不足(UC2-MV2)作為遞減指數(shù)乘以優(yōu)先次序系數(shù)α1。通過調(diào)節(jié)優(yōu)先次序系數(shù)α1的值，避免第一優(yōu)先控制器PID1產(chǎn)生過度優(yōu)先，而第二優(yōu)先控制器PID2的控制效能也能恰當(dāng)?shù)乇３衷诳赡艿姆秶鷥?nèi)。
類似地，當(dāng)?shù)?j+1)控制器PIDj+1的操作變量輸出MVj+1相對于第(j+1)(j是2到m的整數(shù))操作變量輸出上限MHj+1有余量時(shí)，增加第j控制器PIDj的操作變量輸出上限MHj以使操作變量輸出上限MHj漸近地靠近預(yù)定值MT1。這樣，第j控制器PIDj能輸出更大的操作變量輸出MVj。
當(dāng)?shù)?j+1)控制器PIDj+1的操作變量輸出MVj+1相對于第(j+1)操作變量輸出上限MHj+1沒有任何余量時(shí)，第j控制器PIDj的操作變量輸出上限MHj沿由于第(j+1)控制器PIDj+1的輸出不足(UCj+1-MVj+1)造成的操作變量輸出上限MHj降低的方向上漸近地調(diào)節(jié)。這就抑制了第j控制器PIDj的操作變量輸出MVj。
在降低第j控制器PIDj的操作變量輸出上限值MHj中，第(j+1)控制器PIDj+1的輸出不足(UCj+1-MVj+1)作為遞減指數(shù)乘以優(yōu)先次序系數(shù)αj。通過調(diào)節(jié)優(yōu)先次序系數(shù)αj的值，避免第j優(yōu)先控制器PIDj產(chǎn)生過度優(yōu)先，而第(j+1)控制器PIDj+1的控制效能也能恰當(dāng)?shù)乇３衷诳赡艿姆秶鷥?nèi)。
如此，第二實(shí)施方式能保持n個(gè)環(huán)路的操作變量輸出MV1、MV2...、MVn的總和為預(yù)定值MT1或更低，而且能保持高優(yōu)先次序控制變量在良好的控制狀態(tài)。
在上述應(yīng)用中，加熱器輸出可以按時(shí)間比例的時(shí)間分段進(jìn)行賦值。例如，對于具有最大加熱器輸出為400W的系統(tǒng)的四個(gè)環(huán)路，四個(gè)環(huán)路的操作變量輸出的總和要保持為100％或更少。這只需要一個(gè)400-W功率的設(shè)備如電源，降低了設(shè)備的尺寸和成本。如果不使用本發(fā)明，就需要1，600-W功率的設(shè)備。
在第二實(shí)施方式中，在第一控制循環(huán)中的操作變量輸出上限值MH1、MH2、MH3、...、MHm設(shè)置到例如100％。
根據(jù)第二實(shí)施方式，限制預(yù)先輸入的第k操作變量輸出上限值并賦值到第k控制器以便第一到第k(k為1到m的整數(shù))控制器的操作變量輸出總和等于或小于代表整個(gè)裝置的操作變量輸出上限的預(yù)定值。計(jì)算第n操作變量輸出上限并賦值到第n控制器以便第一到第m和第n控制器的操作變量輸出總和等于或小于預(yù)定值。根據(jù)第(k+1)控制器的操作變量輸出相對于第(k+1)操作變量輸出上限的余量，運(yùn)行增加/降低第k操作變量輸出上限的計(jì)算操作。設(shè)置計(jì)算值為下一個(gè)控制循環(huán)中的第k操作變量輸出上限。這樣，在優(yōu)先控制器獲得良好控制效能的同時(shí)，保持n個(gè)環(huán)路的操作變量輸出總和為預(yù)定值或更低。而且非優(yōu)先控制器的控制特性也能保持在給定的程度。每個(gè)控制器的控制特性和能耗量都處于可接受的范圍內(nèi)。結(jié)果，滿足了每個(gè)控制器的控制特性要求并降低了控制裝置的尺寸，并充分發(fā)揮了控制裝置的使用效能。當(dāng)?shù)?k+1)控制器的操作變量輸出相對于第(k+1)操作變量輸出上限沒有任何余量時(shí)，降低第k操作變量輸出的上限。降低的程度根據(jù)第k控制器相對于第(k+1)控制器的優(yōu)先次序而變化。避免了第k控制器產(chǎn)生過度優(yōu)先，而且即使第(k+1)控制器的控制特性也能恰當(dāng)?shù)乇３衷诳赡艿姆秶鷥?nèi)。
由上述說明可知，本發(fā)明適合于使用多個(gè)控制器的控制。
權(quán)利要求
1.一種在預(yù)定的能耗量內(nèi)使用兩個(gè)控制器實(shí)現(xiàn)控制的控制裝置，其特征在于包括(1)根據(jù)第一操作變量輸出上限計(jì)算操作變量輸出的優(yōu)先控制器；(2)根據(jù)第二操作變量輸出上限計(jì)算操作變量輸出的非優(yōu)先控制器；(3)優(yōu)先上限處理部分，其限制預(yù)先輸入的第一操作變量輸出上限的值并賦值第一操作變量輸出上限到所述的優(yōu)先控制器以便調(diào)節(jié)所述優(yōu)先控制器的操作變量輸出不大于代表整個(gè)裝置操作變量輸出上限的預(yù)定值；(4)非優(yōu)先上限計(jì)算部分，其計(jì)算第二操作變量輸出上限并賦值第二操作變量輸出上限到所述非優(yōu)先控制器以便調(diào)節(jié)所述優(yōu)先和所述非優(yōu)先控制器的操作變量輸出總和不大于預(yù)定值；以及(5)優(yōu)先上限計(jì)算部分，其根據(jù)所述非優(yōu)先控制器的操作變量輸出相對于第二操作變量輸出上限的余量，運(yùn)行增加/降低第一操作變量輸出上限的計(jì)算操作，并將計(jì)算的值作為第一操作變量輸出上限在下一控制循環(huán)中賦值到所述優(yōu)先上限處理部分。
2.一種在預(yù)定的能耗量內(nèi)使用n(n是不小于3的整數(shù))個(gè)控制器實(shí)現(xiàn)控制的控制裝置，其特征在于包括(1)根據(jù)第一到第m相應(yīng)的操作變量輸出上限，預(yù)先規(guī)定第一到第m(m等于n-1)的優(yōu)先次序并計(jì)算操作變量輸出的第一到第m控制器；(2)根據(jù)第n個(gè)操作變量輸出上限預(yù)先規(guī)定最低的優(yōu)先次序并計(jì)算操作變量輸出的第n個(gè)控制器；(3)用于k(k是1到m的整數(shù))個(gè)控制器的第一到第m優(yōu)先上限處理部分，其限制預(yù)先輸入的第k個(gè)操作變量輸出上限值并賦值第k操作變量輸出上限到第k個(gè)控制器以便調(diào)節(jié)所述第一到第k控制器的操作變量輸出的總和不大于代表整個(gè)裝置操作變量輸出上限的預(yù)定值；(4)非優(yōu)先上限計(jì)算部分，其計(jì)算第n操作變量輸出上限并賦值第n操作變量輸出上限到所述第n控制器以便調(diào)節(jié)所述第一到第m和第n控制器的操作變量輸出的總和不大于預(yù)定值；以及(5)用于k個(gè)控制器的第一到第m優(yōu)先上限計(jì)算部分，其根據(jù)第(k+1)個(gè)控制器的操作變量輸出相對于第(k+1)個(gè)操作變量輸出上限的余量，運(yùn)行增加/降低第k操作變量輸出上限的計(jì)算操作，并將計(jì)算的值作為第k操作變量輸出上限在下一次控制循環(huán)中賦值到第k優(yōu)先上限處理部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于當(dāng)所述非優(yōu)先控制器的操作變量輸出相對于第二操作變量輸出上限具有余量時(shí)，所述優(yōu)先上限計(jì)算部分增加第一操作變量輸出上限，當(dāng)操作變量輸出沒有任何余量時(shí)，降低第一操作變量輸出上限，并根據(jù)所述優(yōu)先控制器相對于所述非優(yōu)先控制器的優(yōu)先次序改變降低的程度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置，其特征在于當(dāng)所述第(k+1)控制器的操作變量輸出相對于第(k+1)操作變量輸出上限具有余量時(shí)，用于所述第k控制器的所述第k優(yōu)先上限計(jì)算部分增加第k操作變量輸出上限，當(dāng)操作變量輸出沒有任何余量時(shí)，降低第k操作變量輸出上限，并根據(jù)所述第k控制器相對于所述第(k+1)控制器的優(yōu)先次序改變降低的程度。
5.一種控制方法，其應(yīng)用在預(yù)定的能耗量內(nèi)使用優(yōu)先和非優(yōu)先兩個(gè)控制器實(shí)現(xiàn)控制的控制裝置中，其特征在于包括重復(fù)運(yùn)行步驟(1)限制預(yù)先輸入的第一操作變量輸出上限的值以便調(diào)節(jié)優(yōu)先控制器的操作變量輸出不大于代表整個(gè)裝置操作變量輸出上限的預(yù)定值的優(yōu)先上限處理過程；(2)根據(jù)第一操作變量輸出上限，通過優(yōu)先控制器計(jì)算操作變量輸出的優(yōu)先操作變量輸出計(jì)算處理過程；(3)計(jì)算第二操作變量輸出上限以便調(diào)節(jié)優(yōu)先和非優(yōu)先控制器的操作變量輸出的總和不大于預(yù)定值的非優(yōu)先上限計(jì)算處理過程；(4)根據(jù)第二操作變量輸出上限，通過非優(yōu)先控制器計(jì)算操作變量輸出的非優(yōu)先操作變量輸出計(jì)算處理過程；(5)根據(jù)非優(yōu)先控制器的操作變量輸出相對于第二操作變量輸出上限的余量，運(yùn)行增加/降低第一操作變量輸出上限的計(jì)算操作、并將計(jì)算的值作為第一操作變量輸出上限在下一控制循環(huán)中賦值到優(yōu)先上限處理過程的優(yōu)先上限計(jì)算處理過程。
6.一種控制方法，其用于在預(yù)定的能耗量內(nèi)使用n(n是不小于的整數(shù))個(gè)預(yù)先規(guī)定從第一到第n優(yōu)先次序的控制器實(shí)現(xiàn)控制的控制裝置中，其特征在于包括步驟運(yùn)行(1)限制預(yù)先輸入的第一操作變量輸出上限的值以便調(diào)節(jié)第一控制器的操作變量輸出不大于代表整個(gè)裝置操作變量輸出上限的預(yù)定值的第一優(yōu)先上限處理過程；(2)根據(jù)第一操作變量輸出上限通過第一控制器計(jì)算操作變量輸出的第一優(yōu)先操作變量輸出處理過程；(3)計(jì)算第二操作變量輸出上限以便調(diào)節(jié)第一控制器和第二控制器的操作變量輸出的總和不大于預(yù)定值的第二優(yōu)先上限處理過程；(4)根據(jù)第二操作變量輸出上限通過第二控制器計(jì)算操作變量輸出的第二優(yōu)先操作變量輸出計(jì)算處理過程；以及(5)根據(jù)第二控制器的操作變量輸出相對于第二操作變量輸出上限的余量，運(yùn)行增加/降低第一操作變量輸出上限的計(jì)算操作、并將計(jì)算的值作為第一操作變量輸出上限在下一控制循環(huán)中賦值到第一優(yōu)先上限處理過程的第一優(yōu)先上限計(jì)算處理過程；順序運(yùn)行(6)對i(i是3到m的整數(shù))個(gè)控制器的三個(gè)處理過程限制預(yù)先輸入的第i個(gè)操作變量輸出上限的值以便調(diào)節(jié)第一到第i控制器的操作變量輸出的總和不大于預(yù)定值的第i優(yōu)先上限處理過程；根據(jù)第i操作變量輸出上限通過第i控制器計(jì)算操作變量輸出的第i優(yōu)先操作變量輸出計(jì)算處理過程；以及根據(jù)第i控制器的操作變量輸出相對于第i操作變量輸出上限的余量，運(yùn)行增加/降低第(i-1)個(gè)操作變量輸出上限的計(jì)算操作、并將計(jì)算的值作為第(i-1)操作變量輸出上限在下一控制循環(huán)中賦值到第(i-1)優(yōu)先上限處理過程的第(i-1)優(yōu)先上限計(jì)算處理過程；運(yùn)行(7)計(jì)算第n個(gè)操作變量輸出上限以便調(diào)節(jié)第一到第m和第n控制器的操作變量輸出的總和不大于預(yù)定值的非優(yōu)先上限計(jì)算處理過程；(8)根據(jù)第n操作變量輸出上限通過第n個(gè)控制器計(jì)算操作變量輸出的非優(yōu)先操作變量輸出計(jì)算處理過程；以及(9)根據(jù)第n控制器的操作變量輸出相對于第n操作變量輸出上限的余量，運(yùn)行增加/降低第m個(gè)操作變量輸出上限的計(jì)算操作、并將計(jì)算的值作為第m操作變量輸出上限在下一控制循環(huán)中賦值到第m優(yōu)先上限處理過程的第m優(yōu)先上限計(jì)算處理過程；以及重復(fù)運(yùn)行處理過程(1)到(9)
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于優(yōu)先上限計(jì)算處理過程包括以下處理過程當(dāng)非優(yōu)先控制器的操作變量輸出相對于第二操作變量輸出上限具有余量時(shí)，增加第一操作變量輸出上限，當(dāng)操作變量輸出沒有任何余量時(shí)，降低第一操作變量輸出上限，并根據(jù)優(yōu)先控制器相對于非優(yōu)先控制器的優(yōu)先次序改變降低的程度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制裝置，其特征在于用于第k(k是1到m的整數(shù))控制器的第k優(yōu)先上限計(jì)算處理過程包括以下處理過程當(dāng)?shù)?k+1)控制器的操作變量輸出相對于第(k+1)操作變量輸出上限具有余量時(shí)，增加第k操作變量輸出上限，當(dāng)操作變量輸出沒有任何余量時(shí)，降低第k操作變量輸出上限，并根據(jù)第k控制器相對于第(k+1)控制器的優(yōu)先次序改變降低的程度。
全文摘要
優(yōu)先上限處理部分(L_MH1)限定預(yù)先輸入的操作變量輸出上限(MH1)以便調(diào)節(jié)優(yōu)先控制器(PID1)的操作變量輸出(MV1)低于預(yù)定值。非優(yōu)先上限計(jì)算部分(C_MH2)計(jì)算非優(yōu)先控制器(PID2)的操作變量輸出上限(MH2)以便調(diào)節(jié)操作變量輸出(MV1)和(MV2)的總和低于預(yù)定值。優(yōu)先上限計(jì)算部分(C_MH1)根據(jù)控制器(PID2)的操作變量輸出(MV2)相對于操作變量輸出上限值(MH2)的余量，運(yùn)行增加/降低控制器(PID1)的操作變量輸出上限(MH1)的計(jì)算操作，并設(shè)置計(jì)算的值為下一控制循環(huán)中的操作變量輸出上限值(MH1′)。
文檔編號G05B7/00GK1447931SQ01814385
公開日2003年10月8日 申請日期2001年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月4日
發(fā)明者田中雅人 申請人:株式會社山武