控制系统设计装置以及控制系统制造方法及图纸

修正量算出部(30)取得依次改变输入通道目标值时的、操作量时间序列数据和控制对象中多点温度时间序列数据。求出基于操作量和温度的时间序列数据而分别求出的排列了单位脉冲响应的时间序列数据的操作量影响度行列C

Control system design device and control system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制系统设计装置以及控制系统
本专利技术涉及控制系统设计装置以及控制系统，尤其涉及进行多点控制的控制系统设计装置以及控制系统。
技术介绍
已知一种存在干扰的系统中的温度调整系统，需要利用多个传感器和热源(致动器)来进行多点控制。该温度调整系统例如利用于空调系统、溅射成型机等。在该系统中不仅需要多点分别快速地追随所对应的各个目标值，还要在到达目标值为止的过渡状态也将多点间的温度差控制到零。另外，在温度调节系统中，尽管存在想要控制的温度是由传感器等测定的热板温度的情况，但是也存在想要控制被热板加热的被加热物(也称为“工件”)的温度的情况。针对该需求，例如专利文献1中提出了一种例如利用了预测控制的控制方法。在专利文献1的方法中，求出改变热板的各通道(channel)目标温度(SetPoint，SP)时工件温度的响应波形，根据该响应波形和搭载工件时工件温度的时间序列数据，来实现将搭载工件时目标温度的变更量作为未知数的工件温度预测。此外，此处的响应波形是利用PID控制器对包括反馈环的控制对象的阶段响应波形。基于该目标温度的变更量和工件温度之间的关系，利用遗传性算法(GA)等，来实现使得过渡状态的工件温度偏差(更具体而言，相对于工件平均温度的方差)变成最小这样的目标温度变更量。另外，例如专利文献2中提出了，一种考虑了稳定状态下操作量饱和的使得工件温度偏差最小的方法。在专利文献2的方法中，改变热板各通道的目标温度(SetPoint，SP)，根据稳定时工件温度(圆晶温度，WAF)和操作量(ManipulatedVariable，MV)的变化量，来实现将稳定状态下目标温度的变更量设为未知数的工件温度预测和操作量预测。根据该稳定状态下目标温度的变更量和操作量、工件温度之间的关系，利用带限制优化方法等，来实现以操作量限制在可输出范围内为约束条件(限制条件)，使得工件温度的偏差最小的目标温度变更量。【专利文献1】日本特开2007-011982号公报【专利文献2】日本特开2008-299697号公报但是，在上述各方法中存在以下这样的课题。在单纯的多点PID控制法中，因为各通道独立地进行控制，所以无法控制过渡状态下工件温度的偏差。在专利文献1所述的手法中，未考虑过允许的操作量。当基于求出的目标温度变更量来进行控制时，存在操作加热器的操作量超出可输出范围的上限或下限等，而偏离可输出范围的情况。因此，在实际系统中，存在无法实现遵照设计的工件温度的情况，无法必然使得过渡状态下工件温度的偏差变得最小。在专利文献2所述的手法中，即便能够减小稳定状态下的工件温度的偏差，也无法使得过渡状态下工件温度的偏差变得最小。此外，对于控制温度以外的物理量的情况，也存在同样课题。
技术实现思路
本专利技术鉴于以上内容，其目的在于，提供一种一边考虑操作量饱和，一边在过渡状态减小各点控制量的差或偏差的控制系统设计装置以及控制系统。本专利技术一个方式的控制系统设计装置是对多点控制系统设计预先设定的目标值的修正量的控制系统设计装置，(a)所述多点控制系统对控制对象中多点温度进行控制，按照根据所给与的修正量修正上述目标值而得到的修正目标值，来对控制对象进行控制，具备算出上述目标值的修正量的修正量算出部。(b)上述修正量算出部取得依次改变多个输入通道目标值时的、相对于各输入通道变化的操作量时间序列数据和控制对象中多点温度时间序列数据，(c)求出基于该操作量时间序列数据而求出的排列了操作量单位脉冲响应的时间序列数据的操作量影响度行列Cmv、和基于上述多点温度时间序列数据而求出的排列了温度单位脉冲响应的时间序列数据的温度影响度行列Ctemp。(d)上述修正量算出部取得操作量时间序列数据和上述多点温度时间序列数据，求出排列了操作量时间序列数据的已知操作量向量Mref和排列了多点温度时间序列数据的已知温度向量Tref。(e)上述修正量算出部将进行最小化的评价函数作为表示控制对象的上述多点预测温度的偏差的函数，在限制条件中包括操作量收敛在预先设定的范围，在上述限制条件下算出对上述评价函数进行最小化的目标值的修正量。根据本专利技术，能够提供一种一边考虑操作量的饱和，一边在过渡状态中减小各点控制量的差或偏差的控制系统设计装置以及控制系统。附图说明图1是本实施方式的控制系统的框图。图2是干扰响应设计处理的流程图。图3是改变目标温度的具体例的说明图。图4是温度影响度行列Ctemp的说明图。图5是操作量影响度行列Cmv的说明图。图6表示温度的输出通道数是5、操作量的输出通道数是3、预测的温度个数是91个(预测到0～90秒)的情况下的已知温度向量Tref和已知操作量向量Mref的构成例。图7表示以目标温度修正图案施加的脉冲的个数为50、目标温度的输入通道数为3的情况下的修正量向量θ的构成例。图8表示目标温度的修正量向量θ*和目标温度的修正图案SVcorrect(INi)(t)的说明图。图9是目标值响应设计处理的流程图。图10表示平均温度算出用的系数向量Kave_at90sec的说明图。图11表示15秒以后的工件预测温度向量Tsteady的例子。图12表示15秒以后的预测温度向量算出用的系数行列Ksteady的例子。图13是表示本实施方式的控制系统的效果的图。具体实施方式以下，参照附图说明本专利技术的实施方式。在以下的实施方式中，说明控制温度的示例，但是也可以除了控制温度以外的物理量。(系统构成)图1是本实施方式的控制系统的框图。控制系统1具备控制对象10、多点温度控制器20以及目标温度修正量算出部(控制系统设计装置)30。此外，也可以通过多点温度控制器20和目标温度修正量算出部30，来构成对控制对象10的控制装置或控制系统。控制对象10例如具有根据来自多点温度控制器20的操作量而发热的热板和被热板加热的工件。在热板上，设有根据操作量而发热的多个加热器(致动器)。另外，在热板的多个位置设有对温度进行检测的传感器等测定部。在控制系统1中，可以对热板的多点温度进行控制，也可以对工件的多点温度进行控制。此外，不限于发热以及加热，也可以进行冷却。多点温度控制器20控制控制对象10的预先设定的点的温度。多点温度控制器20例如针对每个通道，具有PID控制器21和加法器22。另外，多点温度控制器20还具有修正图案适用部23。PID控制器21针对对应的通道，调节对热板等致动器输出的操作量，使得控制对象10的控制量(PV)变成目标值(SV)。PID控制器21的控制参数能够以已知的方法求出。在此，假设处于已经求出了PID控制器21的控制参数，通过PID控制器21能够控制控制对象10的状态，来进行说明。加法器22针对对应的通道，求出通过对目标值(SV)和从修正量算出部30输入的目标温度修正图案进行相加而修正的目标温度(修正目标温度)，来输出给PID控制器21。修正图案适用部23针对每个通道，保持目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制系统设计装置，对多点控制系统设计预先设定的目标值的修正量，所述多点控制系统对控制对象中多点温度进行控制，按照根据所给与的修正量修正所述目标值而得到的修正目标值，来对控制对象进行控制，其中，/n具备算出所述目标值的修正量的修正量算出部，/n所述修正量算出部：/n取得依次改变多个输入通道目标值时的、相对于各输入通道变化的操作量时间序列数据和控制对象中多点温度时间序列数据，/n求出基于该操作量时间序列数据而求出的排列了操作量单位脉冲响应的时间序列数据的操作量影响度行列C

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种控制系统设计装置，对多点控制系统设计预先设定的目标值的修正量，所述多点控制系统对控制对象中多点温度进行控制，按照根据所给与的修正量修正所述目标值而得到的修正目标值，来对控制对象进行控制，其中，
具备算出所述目标值的修正量的修正量算出部，
所述修正量算出部：
取得依次改变多个输入通道目标值时的、相对于各输入通道变化的操作量时间序列数据和控制对象中多点温度时间序列数据，
求出基于该操作量时间序列数据而求出的排列了操作量单位脉冲响应的时间序列数据的操作量影响度行列Cmv、和基于所述多点温度时间序列数据而求出的排列了温度单位脉冲响应的时间序列数据的温度影响度行列Ctemp，
取得施加试验干扰时的操作量时间序列数据和所述多点温度时间序列数据，
求出排列了施加试验干扰时的操作量时间序列数据的已知操作量向量Mref和排列了施加试验干扰时的多点温度时间序列数据的已知温度向量Tref，
将进行最小化的评价函数作为基于对控制对象的所述多点预测温度的平均温度的方差的函数，根据温度影响度行列Ctemp和已知温度向量Tref算出该评价函数的参数，
将限制条件设为操作量收敛在预先设定的范围，根据操作量影响度行列Cmv和已知操作量向量Mref算出该限制条件的参数，
在所述限制条件下，算出对所述评价函数进行最小化的目标值修正量。


2.根据权利要求1所述的控制系统设计装置，其中，
所述修正量算出部：
根据温度影响度行列Ctemp和已知温度向量Tref以下面公式(2)算出以下面公式(1)表示所述评价函数F(θ)时的参数Q、p以及r，
根据操作量影响度行列Cmv和已知操作量向量Mref以下面公式(4)算出以下面公式(3)表示所述限制条件时的参数Ain以及Aub，
通过以预先设定的手法解开以所述评价函数和所述限制条件表示的凸二次计划问题，来算出目标值修正量向量θ，
【数式1】



其中，



Ain·θ≤Aub(3)
其中，



Ilmax：(lmax×lmax)的单位行列
e0：是lmax×输入通道数的向量，各要素为1的向量
lmax：对1输入通道进行预测的温度时间序列数据数
θ：表示修正量的向量
N：输出通道数。


3.根据权利要求1所述的控制系统设计装置，其中，
当施加试验干扰时，暂且降低目标温度，之后施加试验干扰。


4.一种控制系统设计装置，对多点控制系统设计预先设定的目标值的修正量，所述多点控制系统对控制对象中多点温度进行控制，按照根据所给与的修正量修正所述目标值而得到的修正目标值，来对控制对象进行控制，其中，
具备算出所述目标值的修正量的修正量算出部，
所述修正量算出部：
取得依次改变多个输入通道目标值时的、相对于各输入通道变化的操作量时间序列数据和控制对象中多点温度时间序列数据，
求出基于该操作量时间序列数据而求出的排列了操作量单位脉冲响应的时间序列数据的操作量影响度行列Cmv、和基于所述多点温度时间序列数据而求出的排列了温度单位脉冲响应的时间序列数据的温度影响度行列Ctemp，
取得给与并控制预定目标值的稳定状态下的操作量时间序列数据和所述多点温度时间序列数据，
求出排列了该稳定状态下的操作量时间序列数据的已知操作量向量Mref和排列了该稳定状态下的所述多点温度时间序列数据的已知温度向量Tref，
将进行最小化的评价函数作为基于对控制对象的所述多点预测温度的平均温度的方差的函数，根据温度影响度行列Ctemp和已知温度向量Tref算出该评价函数的参数，
将第1限制条件设为操作量收敛在预先设定的范围，根据操作量影响度行列Cmv和已知操作量向量Mref算出该第1限制条件的参数，
将第2限制条件设为预先设定的时间的所述多点平均温度成为目标值或修正目标值，根据温度影响度行列Ctemp和已知温度向量Tref算出该第2限制条件的参数，
在所述第1限制条件以及第2限制条件下，算出对所述评价函数进行最小化的目标值的修正量。


5.根据权利要求4所述的控制系统设计装置，其中，
所述修正量算出部：
将第3限制条件设为所述多点平均温度在想要的建立时间成为目标值或修正目标值，根据温度影响度行列Ctemp和已知温度向量Tref算出该第3限制条件的参数，
在所述第1限制条件至第3限制条件下，算出对所述评价函数进行最小化的目标值的所述修正量向量θ。


6.根据权利要求5所述的控制系统设计装置，其中，
所述修正量算出部：
根据温度影响度行列Ctemp和已知温度向量Tref以下面公式(2)算出以下面公式(1)表示所述评价函数F(θ)时的参数Q、p以及r，
以操作量影响度行列Cmv、温度影响度行列Ctemp、已知操作量向量Mref以及已知温度向量Tref以下面公式(6)算出以下面公式(5)表示所述限制条件时的参数Ain、Aub、Aeq以及beq，
通过以预先设定的手法解开以所述评价函数和所述限制条件表示的凸二次计划问题，来算出目标值的修正量向量θ，
【数式2】



其中，






其中，

【专利技术属性】
技术研发人员：矢野堅嗣，杉原義朗，
申请(专利权)人：理化工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP