本發(fā)明涉及一種控制裝置,尤其涉及使用pid控制來(lái)抑制外部干擾的控制裝置。

背景技術(shù)：

對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)中,在有外部干擾時(shí),進(jìn)行控制使得控制對(duì)象的控制量收斂至目標(biāo)值。通常,從控制理論而言,可以預(yù)見(jiàn),在處理外部干擾時(shí),將階梯狀或脈沖狀的信號(hào)作為輸入施加到控制對(duì)象時(shí)的控制量的變化。例如,為加熱器供電的電源電壓產(chǎn)生變動(dòng)的情況下,該變動(dòng)相當(dāng)于外部干擾。

一方面,實(shí)際上不僅僅是根據(jù)這種外部干擾信號(hào)的控制量的變化,根據(jù)控制對(duì)象構(gòu)造自身的變化,也經(jīng)常產(chǎn)生控制量的變化。作為示例,安裝有傳感器的加熱器被控制到一定溫度,溫度較低的被加熱物定期地載置到加熱器上進(jìn)行加熱。這種情況下,如果加熱器的溫度與被加熱物的初期溫度之間存在差值,根據(jù)該熱容量間的熱移動(dòng),將發(fā)生大的溫度變化。作為具體示例,例如,射出成型機(jī)等的噴嘴部與模具接觸的情況,半導(dǎo)體制造裝置的加熱板部上載置晶圓的情況,以及在加熱器加熱控制的控制對(duì)象與樹(shù)脂片等的被加熱物接觸的情況等。作為溫度處理控制中的外部干擾,需要考慮該控制對(duì)象構(gòu)造自身變化引起的外部干擾特性和上述外部干擾信號(hào)輸入引起的外部干擾特性的兩方特性。

而且,作為抑制外部干擾的技術(shù),已知專利文獻(xiàn)1中記載的技術(shù)。在專利文獻(xiàn)1中,相對(duì)于將已知會(huì)預(yù)先發(fā)生的外部干擾施加的控制對(duì)象,輸出使來(lái)自該控制對(duì)象的控制量和預(yù)定目標(biāo)值的偏差為零的主操作量。而且,基于外部干擾指示信號(hào),計(jì)算消除外部干擾影響的消除操作量,基于指示下次外部干擾的外部干擾指示信號(hào),向控制對(duì)象輸出將消除操作量加到操作量mv上而得到的操作量mv。此時(shí),需要從一次外部干擾發(fā)生時(shí)的控制結(jié)果開(kāi)始,計(jì)算用于抑制外部干擾影響的兩個(gè)前饋量和切換時(shí)間與動(dòng)作時(shí)間。

[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)1]日本特開(kāi)2004-220195號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

[發(fā)明要解決的問(wèn)題]

pid控制中,施加外部干擾的情況下,對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制,以使得溫度等控制量進(jìn)行變動(dòng)后,進(jìn)行外部干擾抑制用的控制并且返回原來(lái)的溫度。此時(shí),存在以下問(wèn)題:如果產(chǎn)生超調(diào)量,則產(chǎn)品的品質(zhì)下降(例如,過(guò)分加熱),如果應(yīng)答時(shí)間過(guò)晚,則返回原來(lái)溫度將花費(fèi)時(shí)間,生產(chǎn)周期將變長(zhǎng)。為此,將外部干擾抑制功能施加到pid控制,來(lái)防止超調(diào)量和減少至穩(wěn)定位置的時(shí)間。

上述控制對(duì)象的構(gòu)造進(jìn)行變化的外部干擾情況下,根據(jù)熱移動(dòng),相對(duì)于構(gòu)造變化前的控制對(duì)象的時(shí)間常數(shù),溫度以可見(jiàn)地非?？斓乃俣认陆怠＠?如果溫度傳感器直接接觸冷的物體,傳感器的測(cè)量溫度相對(duì)于加熱器的時(shí)間常數(shù)急劇下降。在現(xiàn)有技術(shù)中,如果配合這種快速控制量變化來(lái)進(jìn)行控制的話,將產(chǎn)生使操作量不必要地輸出的超調(diào)量。

而且,在外部干擾施加前后的負(fù)荷率變動(dòng)小(或者不變動(dòng))的控制對(duì)象的情況下,外部干擾引起的控制量pv下降將使偏差產(chǎn)生。如果這樣執(zhí)行積分動(dòng)作的話,為了增大積分值,超調(diào)量發(fā)生,超調(diào)量后積分值如果不返回預(yù)定量的話,控制將不穩(wěn)定。這尤其產(chǎn)生于熱容量小的被加熱物接觸時(shí)或者脈沖狀外部干擾發(fā)生時(shí)。熱容量大的被加熱物接觸時(shí)或者階梯狀的外部干擾的情況下,因?yàn)樨?fù)荷率變動(dòng)大,與上述情況相比,超調(diào)量較小,但是即便如此,在根據(jù)動(dòng)作被過(guò)積分的情況下,超調(diào)量也發(fā)生。

另一方面,在專利文獻(xiàn)1的技術(shù)中,需要從一次外部干擾發(fā)生時(shí)的控制結(jié)果開(kāi)始進(jìn)行計(jì)算兩個(gè)前饋量和切換時(shí)間與動(dòng)作時(shí)間的參數(shù)的操作。因此,作為控制方式,在不反饋控制量pv的情況下確定直接施加的操作量的方式“前饋控制”成為基本的功能,所以使該功能有效動(dòng)作的前提條件為:

·需要根據(jù)外部干擾指示信號(hào)來(lái)得知外部干擾發(fā)生時(shí)刻；

·根據(jù)外部干擾生成的溫度變化特性應(yīng)該有再現(xiàn)性。

因此,根據(jù)裝置的構(gòu)成,未獲得外部干擾指示信號(hào)的情況下,專利文獻(xiàn)1記載的技術(shù)不能使用。而且,如果溫度變化特性中沒(méi)有再現(xiàn)性,不能滿足控制性。而且,為了進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算或自動(dòng)修正,用戶在調(diào)整中花費(fèi)功夫很多。為了解決上述問(wèn)題,需要通用性的控制裝置。

鑒于以上,本發(fā)明的目的在于提供一種控制裝置,其可以根據(jù)控制對(duì)象上施加的外部干擾特性,自動(dòng)求取操作量的補(bǔ)正需要與否和補(bǔ)正量,來(lái)抑制超調(diào)量。

[解決問(wèn)題的手段]

概括地說(shuō),本發(fā)明根據(jù)控制量pv變化和pid控制的內(nèi)部計(jì)算量,在線地分析因外部干擾生成的溫度變化特性,計(jì)算合適的控制輸出的修正量,在合適時(shí)刻反映到控制輸出中,從而具有抑制外部干擾的功能。例如,可以在外部干擾發(fā)生時(shí)自動(dòng)地檢測(cè)外部干擾,來(lái)進(jìn)行上述功能。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案,提供了一種控制裝置,包括:

pid運(yùn)算部,相對(duì)于控制對(duì)象,來(lái)計(jì)算與控制對(duì)象的控制量和預(yù)定目標(biāo)值的偏差成比例的比例輸出、與該偏差的積分值成比例的積分輸出、和與該偏差的微分值成比例的微分輸出,輸出將比例輸出、積分輸出和微分輸出合成的第一操作量；

外部干擾特性判斷部,根據(jù)在所述控制對(duì)象上施加的外部干擾特性,判斷是否補(bǔ)正第一操作量；

補(bǔ)正量運(yùn)算部,根據(jù)在所述控制對(duì)象上施加的外部干擾特性,基于來(lái)自所述pid運(yùn)算部的比例輸出、積分輸出和微分輸出,計(jì)算相對(duì)于第一操作量的補(bǔ)正量；以及

補(bǔ)正量加法運(yùn)算部,通過(guò)來(lái)自所述補(bǔ)正量運(yùn)算部的補(bǔ)正量,補(bǔ)正來(lái)自所述pid運(yùn)算部的第一操作量,求取第二操作量,輸出到所述控制對(duì)象。

[發(fā)明效果]

根據(jù)本發(fā)明,可以提供一種控制裝置,其可以根據(jù)控制對(duì)象上施加的外部干擾特性,自動(dòng)求取操作量的補(bǔ)正需要與否和補(bǔ)正量,來(lái)抑制超調(diào)量。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)施方式的控制系統(tǒng)的框圖。

圖2a是外部干擾判斷方法的說(shuō)明圖(1)。

圖2b是外部干擾判斷方法的說(shuō)明圖(2)。

圖3是半導(dǎo)體制造裝置的基板部上載置晶圓時(shí)的示例中的應(yīng)答波形的示例。

圖4是外部干擾為電源電壓變動(dòng)時(shí)(階梯狀外部干擾的情況)的應(yīng)答波形的示例。

圖5是前饋量變更需要與否判斷的第一次處理時(shí)刻和需要與否判斷的說(shuō)明圖。

圖6是第一次處理時(shí)刻的參數(shù)的說(shuō)明圖。

圖7是第一次處理時(shí)刻的前饋量計(jì)算的說(shuō)明圖。

圖8是前饋量變更需要與否的判斷的第二次處理時(shí)刻的說(shuō)明圖。

圖9是第二次前饋量變更需要與否判斷的說(shuō)明圖。

圖10是第二次處理時(shí)刻的參數(shù)的說(shuō)明圖。

圖11是第二次處理時(shí)刻的前饋量計(jì)算的說(shuō)明圖。

圖12示出外部干擾施加時(shí)控制量pv的下降速度快且外部干擾引起的負(fù)荷率變動(dòng)小的對(duì)象所應(yīng)用的應(yīng)答波形。

圖13示出外部干擾施加時(shí)控制量pv的下降速度慢且外部干擾引起的負(fù)荷率變動(dòng)大的對(duì)象所應(yīng)用的應(yīng)答波形。

具體實(shí)施方式

以下,參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。

(構(gòu)成)

圖1是本實(shí)施方式的控制系統(tǒng)的框圖。

控制系統(tǒng)包括控制裝置10和控制對(duì)象20。控制裝置10包括:pid運(yùn)算部11、外部干擾判斷部12、pid運(yùn)算值監(jiān)測(cè)部13、外部干擾特性判斷部14、ff量運(yùn)算部(前饋量運(yùn)算部、補(bǔ)正量運(yùn)算部)15、ff量加法運(yùn)算部(前饋量加法運(yùn)算部、補(bǔ)正量加法運(yùn)算部)16、和限制部17。

pid運(yùn)算部11通過(guò)pid控制,計(jì)算使目標(biāo)值sv和控制量pv的偏差為零的操作量(第一操作量)。更具體地,pid運(yùn)算部11求取與偏差(sv-pv)成比例的比例要素輸出(以下稱為p輸出)、基于偏差的積分值的積分要素輸出(以下稱為i輸出)、和基于偏差的微分值的微分要素輸出(以下稱為d輸出),對(duì)這些輸出進(jìn)行加法運(yùn)算來(lái)求取第一操作量。用于求取p輸出、i輸出和d輸出的各參數(shù)根據(jù)控制對(duì)象20的特性預(yù)先設(shè)定。

外部干擾判斷部12根據(jù)目標(biāo)值(sv)和控制量(pv)的偏差(sv-pv),來(lái)判斷有沒(méi)有外部干擾。外部干擾判斷部12如果檢測(cè)到外部干擾,例如使pid運(yùn)算值監(jiān)測(cè)部13、外部干擾特性判斷部14和ff量運(yùn)算部15工作,來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施方式的處理的功能。此外,外部干擾的檢測(cè)方法可以使用公知的方法(例如參考日本特開(kāi)2002-297245號(hào)公報(bào)的第0027段)。

例如外部干擾判斷部12檢測(cè)到外部干擾,pid運(yùn)算值監(jiān)測(cè)部13監(jiān)測(cè)pid運(yùn)算部11中的p輸出、i輸出和d輸出的各內(nèi)部運(yùn)算值、和控制量pv。pid運(yùn)算值監(jiān)測(cè)部13檢測(cè)p+i+d的最大值,檢測(cè)控制量pv的底部位置,在后述的各處理時(shí)刻將p、i和d的內(nèi)部運(yùn)算值和pv底部檢測(cè)標(biāo)記輸出到外部干擾特性判斷部14和ff量運(yùn)算部15。

外部干擾特性判斷部14輸入pid運(yùn)算值監(jiān)測(cè)部13所輸出的內(nèi)部運(yùn)算值和pv底部檢測(cè)標(biāo)記,來(lái)判斷外部干擾特性。外部干擾特性判斷部14根據(jù)外部干擾特性的判斷結(jié)果,來(lái)判斷是否變更前饋量(補(bǔ)正操作量),并且將前饋執(zhí)行標(biāo)記(以下稱為ff執(zhí)行標(biāo)記)輸出到ff量運(yùn)算部15。

ff量運(yùn)算部15如果接收到ff執(zhí)行標(biāo)記,根據(jù)pid內(nèi)部運(yùn)算值來(lái)計(jì)算前饋量(補(bǔ)正量),對(duì)于來(lái)自pid運(yùn)算部11的輸出值來(lái)進(jìn)行前饋處理。此外,前饋量的初始值例如可以預(yù)設(shè)為零。ff量加法運(yùn)算部16對(duì)來(lái)自pid運(yùn)算部11的輸出值(第一操作量)和ff量運(yùn)算部15輸出的前饋量進(jìn)行加法運(yùn)算,來(lái)求取操作量(第二操作量),進(jìn)行輸出。也就是說(shuō),通過(guò)ff量來(lái)補(bǔ)正第一操作量。限制部17將ff量加法運(yùn)算部16輸入的第二操作量抑制到預(yù)定的限制值以下,并且輸出到控制對(duì)象20。

此外,可以通過(guò)合適的傳感器或計(jì)測(cè)裝置來(lái)檢測(cè)控制量pv。

(動(dòng)作概要)

本實(shí)施方式的控制裝置10,為了抑制外部干擾施加時(shí)的超調(diào)量,在外部干擾施加后在線確認(rèn)外部干擾的特性,計(jì)算與外部干擾特性相應(yīng)的合適輸出補(bǔ)正量(前饋量),來(lái)進(jìn)行輸出。據(jù)此,不需要前饋量的調(diào)整操作,用戶可以簡(jiǎn)單使用,即使根據(jù)外部干擾的溫度變化特性沒(méi)有再現(xiàn)性,也可以合適地抑制超調(diào)量。

本實(shí)施方式中,進(jìn)行兩次前饋量的變更判斷。前饋量的變更功能的on/off根據(jù)外部干擾的特性進(jìn)行切換。而且,根據(jù)外部干擾特性自動(dòng)地計(jì)算前饋量。此外,前饋量的變更判斷不限于兩次,可以是其他合適的次數(shù)。

(外部干擾特性的測(cè)量)

首先,說(shuō)明外部干擾特性的測(cè)量。外部干擾特性判斷部14測(cè)量外部干擾施加后馬上的控制量pv的下降速度(第一外部干擾特性)和外部干擾施加前后的負(fù)荷率的變動(dòng)量(第二外部干擾特性),來(lái)作為外部干擾特性。

圖2a是外部干擾判斷方法的說(shuō)明圖(1)。

關(guān)于外部干擾施加后立即的控制量pv的下降速度,例如相對(duì)于控制對(duì)象20的時(shí)間常數(shù),來(lái)判斷外部干擾施加時(shí)的控制量pv的下降速度是快還是慢。外部干擾被施加的情況下,如果根據(jù)控制對(duì)象20的特性使用調(diào)整后的pid的各參數(shù)來(lái)進(jìn)行控制的話,微分輸出易于變大。本實(shí)施方式中,外部干擾被施加,在從溫度等控制量pv下降開(kāi)始至達(dá)到下降峰值(控制量變?yōu)樽钚〉狞c(diǎn),以下稱為底部)的期間中,對(duì)微分輸出(d輸出)和比例輸出(p輸出)的峰值量(最大值)進(jìn)行比較,來(lái)進(jìn)行以下判斷。

也就是說(shuō),微分輸出的峰值大于比例輸出的峰值時(shí),外部干擾特性判斷部14判斷出控制量pv下降速度快的外部干擾特性。另一方面,微分輸出的峰值小于比例輸出的峰值時(shí),外部干擾特性判斷部14判斷出控制量pv下降速度慢的外部干擾特性。此外,微分輸出的峰值與比例輸出的峰值相同的情況下,判斷結(jié)果是設(shè)為控制量pv下降速度快的外部干擾特性還是設(shè)為控制量pv下降速度慢的外部干擾特性,可以進(jìn)行預(yù)先定義。

圖2b是外部干擾判斷方法的說(shuō)明圖(2)。

關(guān)于外部干擾施加前后的負(fù)荷率的變動(dòng)量,因?yàn)楦鶕?jù)負(fù)荷率的變動(dòng)量,超調(diào)量的發(fā)生量進(jìn)行變化,故在線判斷該變動(dòng)量。本實(shí)施方式中,使用根據(jù)控制對(duì)象20的特性而調(diào)整的pid的各參數(shù)來(lái)進(jìn)行控制的情況下,根據(jù)pid運(yùn)算值的峰值(pid運(yùn)算部11的最大輸出)的時(shí)刻和控制量pv的下降峰值(底部)的時(shí)刻,來(lái)進(jìn)行以下判斷。

也就是說(shuō),相對(duì)于控制量pv成為底部的時(shí)刻,pid運(yùn)算部11的輸出變成最大的時(shí)刻較快的情況下,外部干擾特性判斷部14將外部干擾引起的負(fù)荷率變動(dòng)判斷為小。另一方面,相對(duì)于控制量pv成為底部的時(shí)刻,pid運(yùn)算部11的輸出變成最大的時(shí)刻較慢的情況下(時(shí)間軸上靠后的位置),外部干擾特性判斷部14將外部干擾引起的負(fù)荷率變動(dòng)判斷為大。

這里,示出兩個(gè)外部干擾示例和外部干擾特性的關(guān)系。圖3為晶圓裝載在半導(dǎo)體制造裝置的基板部的示例。這種情況下,控制量pv的下降速度快,負(fù)荷率變動(dòng)小?？刂屏縫v成為底部之前,pid運(yùn)算部11的輸出為最大。而且,超調(diào)量比較大。

圖4是外部干擾為電源電壓變動(dòng)的情況(階梯狀外部干擾的情況)的示例。這種情況下,控制量pv的下降速度慢,負(fù)荷率變動(dòng)大。而且,pid運(yùn)算部11的最大輸出傾向于出現(xiàn)在控制量pv的底部位置附近。而且,超調(diào)量比較小。

(補(bǔ)正量的自動(dòng)運(yùn)算)

接著,說(shuō)明前饋量(補(bǔ)正量)的運(yùn)算。圖5是前饋量變更需要與否判斷的第一次處理時(shí)刻和需要與否判斷的說(shuō)明圖。

首先,作為一個(gè)示例,在控制量的pv底部檢測(cè)之前操作量mv的最大輸出被檢測(cè)出的時(shí)刻,作為前饋量變更的第一次處理時(shí)刻。此外,除了將操作量mv的最大輸出的時(shí)刻作為處理時(shí)刻之外,也可以在控制量pv的底部檢測(cè)之前,以操作量mv的最大輸出被檢測(cè)出為契機(jī),將合適的時(shí)刻(優(yōu)選地,控制量pv的底部檢測(cè)前的時(shí)刻)作為處理時(shí)刻。此外,本實(shí)施方式的處理時(shí)刻的示例,不妨礙前饋量變更的需要與否判斷和前饋量的變更時(shí)刻中延時(shí)的存在。

上述處理時(shí)刻中,外部干擾特性判斷部14判斷是否進(jìn)行前饋量的第一次變更。其中,在操作量mv為最大的時(shí)刻時(shí)的微分輸出(dmax)大于同時(shí)刻的比例輸出(pmax)的情況下,也就是控制量pv的下降速度快的外部干擾特性的情況下,外部干擾特性判斷部14判斷為進(jìn)行第一次前饋量變更。另一方面,上述微分輸出(dmax)在同時(shí)刻的比例輸出(pmax)以下的情況下,也就是控制量pv的下降速度慢的外部干擾特性的情況下,外部干擾特性判斷部14判斷為不進(jìn)行第一次前饋量變更。

進(jìn)行第一次前饋量變更的情況下,外部干擾特性判斷部14對(duì)示出進(jìn)行第一次前饋量變更的ff執(zhí)行標(biāo)記進(jìn)行設(shè)定,并且輸出到ff量運(yùn)算部15。

ff量運(yùn)算部15如果收到來(lái)自外部干擾特性判斷部14的ff執(zhí)行標(biāo)記,計(jì)算出新的前饋量。例如,ff量運(yùn)算部15求取:pid運(yùn)算部11的輸出最大時(shí)的從積分要素穩(wěn)定狀態(tài)開(kāi)始的變化量與比例要素和微分要素的比率(第一參數(shù)比率:ratio_i_pd1)。例如,ff量運(yùn)算部15根據(jù)以下公式來(lái)求取第一參數(shù)比率:ratio_i_pd1)。

(式1)

ratio_i_pd1＝(imove1×2)/(pmax+dmax)

其中,pmax是pid運(yùn)算部11的輸出最大時(shí)刻的比例輸出,imove1是從pid運(yùn)算部11的輸出最大時(shí)刻的積分輸出的穩(wěn)定狀態(tài)開(kāi)始的變化量,dmax是pid運(yùn)算部11的輸出最大時(shí)刻的微分輸出(參見(jiàn)圖6)。

此外,上述穩(wěn)定狀態(tài)是指控制量pv穩(wěn)定的狀態(tài),例如,控制量pv的變動(dòng)被收斂至預(yù)定允許范圍內(nèi)的狀態(tài)。在穩(wěn)定狀態(tài)中,可以提前適當(dāng)?shù)卮鎯?chǔ)積分輸出。而且,在式1中,將分子乘以2的目的是調(diào)整因分母和分子而產(chǎn)生的參數(shù)的不同,也可以是2之外的合適的數(shù),也可以省略,也可以將合適的系數(shù)乘以其他參數(shù)。

ff量運(yùn)算部15基于第一參數(shù)比率,來(lái)求取前饋量,例如以使得第一參數(shù)比率越小前饋量的絕對(duì)值越大。本實(shí)施方式中,因?yàn)橥ㄟ^(guò)ff量加法運(yùn)算部16來(lái)對(duì)pid運(yùn)算部11的輸出和前饋量進(jìn)行加法運(yùn)算的構(gòu)成,故求取第一參數(shù)比率越小絕對(duì)值越大且為負(fù)值的前饋量。

圖7是計(jì)算前饋量的說(shuō)明圖。在圖示的圖表中,橫軸示出第一參數(shù)比率ratio_i_pd1,縱軸示出前饋量。例如,預(yù)設(shè)前饋量的最大值(縱軸的-100％),根據(jù)第一參數(shù)比率ratio_i_pd1,前饋量在0至前饋量最大值之間變化。此外,第一參數(shù)比率ratio_i_pd1大于1的情況下,也可以將前饋量設(shè)為0,不進(jìn)行根據(jù)前饋量的補(bǔ)正。

例如可以基于上述imove1值來(lái)求取前饋量的最大值。

此外,雖然在圖7中相對(duì)于第一參數(shù)比率ratio_i_pd1使前饋量線性變化,但是也可以是非線性的。例如,也可以將第一參數(shù)比率ratio_i_pd1分成多個(gè)區(qū)間,在每個(gè)區(qū)間中確定前饋量等,前饋量相對(duì)于第一參數(shù)比率ratio_i_pd1呈階梯狀變化。在這種情況下也是,當(dāng)比較各區(qū)間的代表值(例如中間值)時(shí),可以是第一參數(shù)比率ratio_i_pd1的代表值越小,前饋量的代表值的絕對(duì)值越大的關(guān)系。

而且,雖然在圖7的示例中相對(duì)于第一參數(shù)比率ratio_i_pd1的前饋量的變化比例為固定的(斜率相同),但是將第一參數(shù)比率ratio_i_pd1分成多個(gè)區(qū)間,各區(qū)間的斜率也可以不同。而且,不限于直線形狀,前饋量也可為曲線狀變化。

圖8是前饋量變更需要與否的判斷的第二次處理時(shí)刻的說(shuō)明圖。作為一個(gè)示例,控制量pv的底部被檢測(cè)到的時(shí)刻,作為前饋量變更的第二次處理時(shí)刻。此外,也可以是控制量pv的底部的前后規(guī)定范圍的時(shí)刻。

上述處理時(shí)刻中,外部干擾特性判斷部14判斷是否進(jìn)行前饋量的第二次變更。圖9是第二次前饋量變更需要與否判斷的說(shuō)明圖。其中,檢測(cè)pid運(yùn)算部11的輸出最大值的時(shí)刻早于控制量pv的底部的時(shí)刻的情況下(也就是負(fù)荷率變動(dòng)小的情況),外部干擾特性判斷部14判斷執(zhí)行第二次前饋量變更。另一方面,檢測(cè)pid運(yùn)算部11的輸出最大值的時(shí)刻晚于控制量pv的底部的時(shí)刻的情況下(也就是負(fù)荷率變動(dòng)大的情況),外部干擾特性判斷部14判斷不執(zhí)行第二次前饋量變更。此外,該處理時(shí)刻的時(shí)點(diǎn)前,如果檢測(cè)到pid運(yùn)算部11的輸出成為最大的點(diǎn),若檢測(cè)到pid運(yùn)算部11的輸出的最大值的時(shí)刻在控制量pv的底部的時(shí)刻之后,在該處理時(shí)刻的時(shí)點(diǎn),可以判斷為不執(zhí)行第二次前饋量變更。

進(jìn)行第二次前饋量變更的情況下,外部干擾特性判斷部14對(duì)示出進(jìn)行第二次前饋量變更的ff執(zhí)行標(biāo)記進(jìn)行設(shè)定,并且輸出到ff量運(yùn)算部15。

ff量運(yùn)算部15如果收到來(lái)自外部干擾特性判斷部14的ff執(zhí)行標(biāo)記,計(jì)算出新的前饋量。雖然計(jì)算方法可以與第一次前饋量變更相同,但是計(jì)算用的參數(shù)可以不同。

例如,ff量運(yùn)算部15求取:控制量pv從底部時(shí)的積分要素的穩(wěn)定狀態(tài)開(kāi)始的變化量、和控制量pv至成為底部的比例要素的最大值和微分要素的最大值的比率(第二參數(shù)比率:ratio_i_pd2)。例如,ff量運(yùn)算部15根據(jù)以下公式來(lái)求取第二參數(shù)比率(ratio_i_pd2)。

(式2)

ratio_i_pd2＝(imove2×2)/(pbtm+dbtm)

其中,imove2為控制量pv從底部時(shí)的積分輸出的穩(wěn)定狀態(tài)開(kāi)始的變化量,pbtm為控制量pv至成為底部的比例輸出的最大值,dbtm為控制量pv至成為底部的微分輸出的最大值(參見(jiàn)圖10)。此外,式2中分子乘以2的點(diǎn)與第一參數(shù)比率相同。

ff量運(yùn)算部15基于第二參數(shù)比率,來(lái)求取前饋量,例如以使得第二參數(shù)比率越小前饋量的絕對(duì)值越大。本實(shí)施方式中,因?yàn)橥ㄟ^(guò)ff量加法運(yùn)算部16來(lái)對(duì)pid運(yùn)算部11的輸出和前饋量進(jìn)行加法運(yùn)算的構(gòu)成,故求取第二參數(shù)比率越小絕對(duì)值越大且為負(fù)值的前饋量。

圖11是計(jì)算前饋量的說(shuō)明圖。在圖示的圖表中,橫軸示出第二參數(shù)比率ratio_i_pd2,縱軸示出前饋量。例如,預(yù)設(shè)前饋量的最大值(相當(dāng)于縱軸的-100％),根據(jù)第二參數(shù)比率ratio_i_pd2,前饋量在0至前饋量最大值之間變化。此外,第二參數(shù)比率ratio_i_pd2大于1的情況下,也可以將前饋量設(shè)為0,不進(jìn)行根據(jù)前饋量的補(bǔ)正。

例如可以基于上述的imove2值來(lái)求取前饋量的最大值。因此,可以與第一次前饋量變更時(shí)所求取的前饋量的最大值不同。

此外,相對(duì)于第二參數(shù)比率ratio_i_pd2的前饋量的變更方法,可以與第一次前饋量變更相同,不限于線形,也可以為其他變更方式。

(動(dòng)作結(jié)果的示例)

圖12和圖13示出了本實(shí)施方式的控制裝置應(yīng)用于特性不同的兩個(gè)對(duì)象的應(yīng)答波形。

圖12為外部干擾施加時(shí)控制量pv的下降速度快且根據(jù)外部干擾的負(fù)荷率變動(dòng)小的情況下的示例。與使用通常的pid控制的情況相比,可以抑制超調(diào)量并且使控制量盡快地穩(wěn)定。

圖13為外部干擾施加時(shí)控制量pv的下降速度慢且根據(jù)外部干擾的負(fù)荷率變動(dòng)大的情況下的示例。與使用通常的pid控制的情況相比,這種情況也可以抑制超調(diào)量并且使控制量盡快地穩(wěn)定。

這樣,本實(shí)施方式中,根據(jù)控制對(duì)象上施加的外部干擾特性,可以自動(dòng)求取操作量的前饋執(zhí)行與否和前饋量,以及抑制超調(diào)量。而且,本實(shí)施方式中,可以在線自動(dòng)計(jì)算出前饋量,所以用戶可以簡(jiǎn)單地抑制外部干擾。

根據(jù)本實(shí)施方式,即使不是已知的外部干擾,也可以使控制系統(tǒng)適當(dāng)?shù)貏?dòng)作。例如,不知道外部干擾發(fā)生時(shí)刻,外部干擾不定期地發(fā)生的情況下,也可以適當(dāng)?shù)厥箍刂葡到y(tǒng)動(dòng)作。而且,即使外部干擾沒(méi)有再現(xiàn)性,也可以使控制系統(tǒng)適當(dāng)?shù)貏?dòng)作。例如,熱容量不同的物體順序地裝載在加熱器的情況下,也可以使控制系統(tǒng)適當(dāng)?shù)貏?dòng)作。

此外,在上述實(shí)施方式中,雖然進(jìn)行了兩次前饋量變更需要與否的判斷,但是也可以進(jìn)行其中的一次。而且,第一次前饋量變更判斷為不需要,判斷為進(jìn)行第二次前饋量變更的情況下,與第二次判斷對(duì)應(yīng)的前饋量變更實(shí)質(zhì)上是第一次變更。

而且,在上述實(shí)施方式中,最大和最小分別可以是極大和極小。上述各判斷中使用的操作量可以是pid運(yùn)算部11的輸出(第一操作量),可以是ff量加法運(yùn)算部16的輸出(第二操作量),可以是實(shí)際上輸入控制對(duì)象20的操作量(圖1的示例中為限制部17的輸出)。

以上,雖然相對(duì)于本實(shí)施方式的控制裝置進(jìn)行了說(shuō)明,但是不限于控制裝置,也可以根據(jù)執(zhí)行上述各處理的控制方法、計(jì)算機(jī)處理部中執(zhí)行上述各處理的程序或程序制品、存儲(chǔ)程序的非臨時(shí)記錄媒體等,來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。

[工業(yè)上的應(yīng)用可能性]

本發(fā)明可用于例如控制溫度的控制裝置。

[符號(hào)說(shuō)明]

10控制裝置

20控制對(duì)象

11pid運(yùn)算部

12外部干擾判斷部

13pid運(yùn)算值監(jiān)測(cè)部

14外部干擾特性判斷部

15ff量運(yùn)算部(前饋量運(yùn)算部)

16ff量加法運(yùn)算部(前饋量加法運(yùn)算部)

17限制部