JP3494087B2 - 時間比例式制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は時間比例式制御装置
に係り、制御出力信号に応じた操作量を所定の繰返し周
期（サイクルタイム）のオン（ＯＮ）時間とオフ（ＯＦ
Ｆ）時間の比で出力し、制御対象へ印加する交流操作信
号をその時間比例出力信号に基づきゼロクロス切換えす
る時間比例式制御装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の時間比例式制御装置とし
ては、図１０に示すように、減算部１で設定値ＳＶと制
御対象（同図では図示せず。）からの測定値ＰＶとの偏
差ｅを出力し、この偏差ｅをＰＩＤ演算部３でＰＩＤ演
算してＰＩＤ演算出力を時間比例出力部５へ加え、この
時間比例出力部５では例えば図１１Ａのように１周期の
時間比例周期で０％〜１００％まで変化するのこぎり波
を比較波としてＰＩＤ演算出力と比較し、各時間比例周
期毎にＰＩＤ演算出力がのこぎり波を越えた期間をＯＮ
期間（ＴON）とする一方、越えない期間をＯＦＦ期間
（ＴOFF ）とした時間比例出力をゼロクロス制御方式の
操作器７へ出力する構成を有していた。

【０００３】そのため、例えばＰＩＤ演算出力が５０
％、のこぎり波の時間比例周期が３０秒の場合、ＯＮ期
間１５秒でＯＦＦ期間１５秒の時間比例出力が操作器７
へ出力され、この操作器７によってゼロクロス制御され
た交流操作信号が制御対象へ印加されて、例えば加熱制
御される。なお、ＰＩＤ演算部３からのＰＩＤ演算出力
は、図１１Ａ中の破線で示すように制御サンプリング毎
に変化するのが一般的である。

【０００４】また、比較波として、図１１Ｂに示すよう
に、１周期の時間比例周期で０％〜１００％〜０％まで
変化する三角波を用いる場合もあり、のこぎり波と同様
に時間比例周期においてＰＩＤ演算出力が三角波を越え
た期間をＯＮ期間（ＴON）とする一方、越えない期間を
ＯＦＦ期間（ＴOFF ）とした時間比例出力を操作器７等
へ出力するよう時間比例出力部５を形成する場合もあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、時間比
例式制御装置は、現在、デジタル構成が一般的であるか
ら、例えば図１２に示すように、比較波であるのこぎり
波が所定の出力分解能（ΔＭＶ）で増加する場合、のこ
ぎり波がΔＴ間隔で離散的に変化する切換タイミングで
しか時間比例出力をＯＮ／ＯＦＦ切換えできない。

【０００６】そのため、本来、図１２中のＴ'ON 、Ｔ'O
FFのタイミングで切換えるべきところ、ＴON、ＴOFF の
ようなタイミングで切換えられて切換タイミングが遅
れ、誤差が生じる。すなわち、時間比例出力の出力分解
能（ΔＭＶ）との関係で出力困難なＰＩＤ演算出力が存
在する。また、入力ノイズや測定値ＰＶの量子化誤差等
の影響により、図１３のようにＰＩＤ演算出力が急変し
た場合、一時的にＰＩＤ演算出力がのこぎり波を下回っ
て時間比例出力がＯＦＦに切換わる。

【０００７】しかし、一般の時間比例式制御装置では、
時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ切換え時にチャタリングが
発生するのを防止する機能が搭載されているため、ＰＩ
Ｄ演算出力が元に戻ってのこぎり波を上回っても時間比
例出力がＯＦＦのまま持続され、時間比例出力が本来Ｏ
ＦＦに切換わるまでの間の誤差が生じ易い。

【０００８】さらに、従来の時間比例式制御装置では、
のこぎり波の時間比例周期１周期で１つの時間比例出力
を再現するため、その間に算出されるＰＩＤ演算出力を
有効に反映させて正確な制御をするには改善の余地があ
る。

【０００９】さらにまた、時間比例出力部５でゼロクロ
ス制御方式の操作器７を制御するので、図１４および図
１５に示すように、操作器７は交流電源９からの交流操
作信号のうち時間比例出力のＯＦＦ切換タイミングやＯ
Ｎ切換タイミングの次にくるゼロクロス点で交流操作信
号を切換えるから、ヒータ１１への印加交流操作信号が
余分に出力されたり遅れて出力されるうえ、それらの値
もまちまちである。そのため、時間比例出力部５からの
時間比例出力と、実際にヒータ１１に反映される出力に
は違いが生じる。

【００１０】特に、図１６に示すように、交流操作信号
の周波数とのこぎり波の離散的変化タイミング（ΔＴ間
隔）との間にずれがある場合には、装置が操作器７をＯ
Ｎ又はＯＦＦしていると考えられる期間と、実際に操作
器７がＯＮ又はＯＦＦする期間に違いが生じ、制御特
性、特に安定性に悪影響を与え易い。

【００１１】しかも、交流操作信号の周波数とのこぎり
波の離散的変化タイミング（ΔＴ）の時間を近づけてい
くとこの違いはある周期毎に起こり易くなり、その周期
毎に制御特性を乱す結果となる。また、交流操作信号の
周波数が時間とともに変動した場合には、その違いがラ
ンダムに現われ、同様に制御安定性に悪影響を与え易
い。

【００１２】例えば交流操作信号の周波数が一時的に変
動して高くなり、図１６中の符号ａのように交流操作信
号のゼロクロス点直前で時間比例出力がＯＦＦに切換わ
ると、本来印加されるべき半周期分が印加されなくな
り、制御対象の操作安定性が低下する。

【００１３】なお、説明を分かり易くするために、図１
６では交流操作信号の周波数を低くして示したが、制御
対象を商用交流電源からの交流操作信号で操作する場
合、上述したようにＯＮ期間１５秒の時間比例出力が操
作器７へ出力されると、そのＯＮ期間によって制御対象
へ印加される交流操作信号の周期は商用電源周波数の１
５倍前後となることは言うまでもない。以下同じ。

【００１４】このような課題は、ＰＩＤ演算出力以外の
制御出力信号を時間比例出力部５へ加えて時間比例出力
を出力する構成においても起こる問題である。

【００１５】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、制御対象を制御するための制御出力結
果を正確、かつ安定して制御対象に与えることができる
時間比例式制御装置の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、制御対象を制御するための制御出力
信号に補正値を加算する加算部と、この加算部からの加
算制御出力信号に応じて所定の繰返し周期内をＯＮ／Ｏ
ＦＦ比に変換した時間比例出力を出力する時間比例出力
部と、その各繰返し周期内における加算制御出力信号の
平均値を算出する制御出力信号平均算出部と、その時間
比例出力におけるＯＮ／ＯＦＦ比を算出する時間比例出
力算出部と、その加算制御出力信号平均値と時間比例出
力のＯＮ／ＯＦＦ比との差から上記補正値を上記加算部
へ出力する補正値算出部と、その時間比例出力に基づき
上記制御対象へ加える交流操作信号をこのゼロクロス点
でＯＮ／ＯＦＦ操作するゼロクロス操作器とを具備して
いる。

【００１７】しかも、その加算部は、上記繰り返し周期
に基づく上記補正値を次の繰り返し周期における上制御
出力信号に加算するものであり、その時間比例出力部
は、上記制御対象へ実際に加えられるその交流操作信号
の毎ゼロクロス点情報を入力し、当該毎ゼロクロス点を
越え次のゼロクロス点に至らない一定期間（Ｓ）経過後
に到来する切換タイミングでその時間比例出力のＯＮ／
ＯＦＦを切換え出力するよう形成されている。

【００１８】そして、本発明では、上記一定の期間
（Ｓ）を、そのゼロクロス点を含むゼロクロス領域に選
定することが好ましい。また、本発明は、設定値と上記
制御対象からの測定値との偏差をＰＩＤ演算するＰＩＤ
演算部を有し、このＰＩＤ演算部からのＰＩＤ演算出力
を上記制御出力信号として補正値に加算するよう上記加
算部を形成することも可能である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。なお、従来例と共通する部分には
同一の符号を付す。

【００２０】図１は本発明に係る時間比例式制御装置の
実施の形態を示すブロック図である。図１において、減
算部１は、設定値ＳＶと制御対象（図１では図示省略）
からの測定値ＰＶとを所定のサンプリングタイミングで
減算して偏差ｅを出力するもので、ＰＩＤ演算部３に接
続されている。

【００２１】ＰＩＤ演算部３は、その偏差ｅをＰＩＤ演
算し、例えば図２ＡのようなＰＩＤ演算出力（実線：Ｍ
Ｖ１〜ＭＶ１０）を制御対象を制御する制御出力として
所定の制御サンプリング周期で出力するもので、加算部
１３に接続されている。

【００２２】この加算部１３は、ＰＩＤ演算出力に対し
て後述する補正値算出部１９からの補正値を加算し、例
えば図２Ｂのように加算ＰＩＤ演算出力（破線：ＭＶ１
１〜ＭＶ２０）を出力するもので、時間比例出力部１５
およびＰＩＤ出力平均算出部１７に接続されている。

【００２３】時間比例出力部１５は、例えば図２Ａに示
すように、時間比例周期で０％〜１００％まで変化する
のこぎり波とその加算ＰＩＤ演算出力とを比較し、その
時間比例周期（１周期）内で加算ＰＩＤ演算出力がのこ
ぎり波を越えている期間ではＯＮ状態（ＴON）で、加算
ＰＩＤ演算出力がのこぎり波より低下する期間ではＯＦ
Ｆ状態（ＴOFF ）の時間比例出力を後述するように形成
するもので、ゼロクロス制御方式の操作器７および時間
比例出力算出部２１に接続されている。なお、チャタリ
ングを防止する機能により、同一周期内で一度ＯＮ／Ｏ
ＦＦ切換え動作後、必ずしも再びＯＮ／ＯＦＦの切換え
が行われるわけではない。

【００２４】図２中の比較波としてののこぎり波は、直
線で示されているが、図３に示すように、実際は本発明
に係る装置が内蔵する図示しない高周波クロック信号に
タイミングを合わせ、ヒータ１１へ実際に印加する交流
操作信号の半周期より十分細かな時間のΔＴ間隔（分解
能）で離散的に変化するものである。

【００２５】そして、時間比例出力部１５は、図３に示
すように、離散的な分解能ΔＴを時間比例出力のＯＮ／
ＯＦＦ切換タイミングとするとともに、上述した図１４
に示した制御対象としてのヒータ１１へ実際に印加する
交流操作信号の毎ゼロクロス点情報を入力し、この毎ゼ
ロクロス点から例えば交流操作信号の波高値が得られる
位相角π／２ラジアン遅れたタイミングでのこぎり波と
加算ＰＩＤ演算出力とを比較し、位相角π／２ラジアン
遅れたタイミング直後に到来するその切換タイミングで
時間比例出力を切換え出力する機能を有している。

【００２６】なお、ヒータ１１へ実際に印加する交流操
作信号の毎ゼロクロス点から位相角π／２ラジアン遅れ
たタイミングが、離散的な切換タイミングに一致する場
合もある。

【００２７】図１に戻ってＰＩＤ出力平均算出部１７
は、各時間比例周期毎に１周期内の全ての加算ＰＩＤ演
算出力を加算してその平均値を算出するもので、補正値
算出部１９に接続されている。すなわち、図２におい
て、ＭＶ１〜ＭＶ１０を加算するとともに全体のサンプ
ル数（１０）で割った平均値を、例えば百分率で出力す
るものである。

【００２８】時間比例出力算出部２１は、図４に示すよ
うに、上述した分解能ΔＴ内を更に複数に分割した一定
間隔ΔＵの離散的な測定タイミングでカウントする時間
カウンタを有し、時間比例出力部１５から加算ＰＩＤ演
算出力、のこぎり波、ゼロクロス情報を入力し、この時
間カウンタを使用して実際のＯＮ時間や実際の時間比例
周期を測定し、各時間比例周期毎に実際の時間比例出力
のＯＮ／ＯＦＦ比（デューティー比）を、加算ＰＩＤ演
算出力値と比較可能な形態、例えば百分率で出力するも
のであり、補正値算出部１９に接続されている。

【００２９】すなわち、時間比例出力算出部２１は、印
加する交流操作信号の毎ゼロクロス点から位相角π／２
ラジアン遅れた時点直後の測定タイミングを時間カウン
タで測定して一時的にこれを記憶し、この測定点に続い
て到来する状況に対応して実際のＯＮ時間や実際の時間
比例周期を測定するものである。

【００３０】より具体的には、個々の測定点に続いて到
来する時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ切換タイミングが、
時間比例出力のＯＦＦからＯＮへの切換タイミングなら
ば、その記憶測定点からＯＦＦ／ＯＮ切換タイミングま
での値を初期値にセットしてカウント開始する。その測
定値に続いて到来する時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ切換
タイミングにおいて、のこぎり波が加算ＰＩＤ演算出力
を越えていれば、その記憶された測定値をＯＮ時間とす
る。

【００３１】さらに、その測定値に続いて到来する時間
比例出力のＯＮ／ＯＦＦ切換タイミングが、時間比例出
力のＯＦＦからＯＮへの切換タイミングならば、その記
憶さた測定値を時間比例周期として測定し、その時間カ
ウンタを上述したように、記憶測定点からＯＦＦ／ＯＮ
切換タイミングまでの値を初期値にセットし、これを繰
返す。

【００３２】時間比例出力算出部２１は、これら測定さ
れたＯＮ時間と時間比例周期を用い、時間比例出力算出
部２１で求める実際の出力値（ＯＮ／ＯＦＦのデューテ
ィ比）を求める。

【００３３】補正値算出部１９は、加算ＰＩＤ演算出力
の平均値から、同じ時間比例周期内の時間比例出力のＯ
Ｎ／ＯＦＦ比を減算し、この値を補正値として出力する
ものであり、上述した加算部１３に接続されている。

【００３４】上述した加算部１３は、ある時間比例周期
におけるＰＩＤ演算部３からのＰＩＤ演算出力につい
て、直前の時間比例周期のＰＩＤ演算出力に基づく補正
値算出部１９からの補正値を加算して補償する機能を有
し、時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦを加算ＰＩＤ演算出力
平均値へ近づけるものである。すなわち、加算部１３
は、図２に示すように、ある時間比例周期における全て
のＰＩＤ演算出力ＭＶ１１〜ＭＶ２０について、直前の
時間比例周期のＰＩＤ演算出力ＭＶ１〜ＭＶ１０に基づ
く補正値を加算し、破線で示すような加算ＰＩＤ演算出
力を出力する機能を有する。

【００３５】そのため、時間比例出力部１５から出力さ
れる時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ切換タイミングは、図
２Ｂのように実線から破線のように時間的に変化し、補
正値の加算に応じてＯＮ／ＯＦＦ比も変化する。加算す
る補正値は、加算する時間比例周期中は一定であり、次
の時間比例周期では直前の時間比例周期に基づく別の一
定の補正値が保持されるとともに加算されるが、制御の
初回の時間比例周期では補正値が作成されていないの
で、加算部１３へ入力されたＰＩＤ演算出力と加算部１
３から出力される加算ＰＩＤ演算出力は同じになる。

【００３６】操作器７は、ヒータ１１へ実際に印加する
交流操作信号の毎ゼロクロス点を検出し、時間比例出力
部１５へゼロクロス点情報として出力するものであり、
図３に示すように、交流電源９（図１４参照）からの交
流操作信号のうち時間比例出力のＯＦＦ切換えやＯＮ切
換タイミングの次に来るゼロクロス点でそれを切換え、
ヒータ１１へ印加する機能を有する。

【００３７】次に、上述した本発明に係る時間比例式制
御装置の動作を簡単に説明する。減算部１へ入力された
設定値ＳＶと測定値ＰＶが所定のサンプリングタイミン
グで減算されて、偏差ｅがＰＩＤ演算部３へ加えられ
る。ＰＩＤ演算部３では、その偏差ｅを所定の制御サン
プリング周期でＰＩＤ演算し、図２Ａに示すようなＰＩ
Ｄ演算出力ＭＶ１〜ＭＶ１０を加算部１３へ出力する。

【００３８】加算部１３では、制御開始当初、補正値が
入力されていないので、同じＰＩＤ演算出力ＭＶ１〜Ｍ
Ｖ１０を加算ＰＩＤ演算出力として時間比例出力部１５
およびＰＩＤ出力平均算出部１７へ出力する。

【００３９】時間比例出力部１５では、図３に示すよう
に、各時間比例周期において０％〜１００％まで変化す
るのこぎり波と加算ＰＩＤ演算出力とが比較され、加算
ＰＩＤ演算出力がのこぎり波を越えている期間ではＯＮ
状態（ＴON）、加算ＰＩＤ演算出力がのこぎり波より低
下する期間ではＯＦＦ状態（ＴOFF ）の時間比例出力を
形成し、これが時間比例出力算出部２１および操作器７
へ出力される。

【００４０】このとき、時間比例出力部１５は、図４に
示すように、一定間隔ΔＴの離散的な切換タイミングで
変化するのこぎり波において、交流操作信号の毎ゼロク
ロス点から位相角π／２ラジアン遅れたタイミング直後
の切換タイミングでＯＮ／ＯＦＦを切換え、時間比例出
力を出力する。そのため、時間比例出力部１５からの時
間比例出力は、加算ＰＩＤ演算出力に応じ、かつその交
流操作信号の毎ゼロクロス点から位相角がほぼπ／２ラ
ジアン遅れたタイミングで切換えられた時間比例出力
（ＯＮ／ＯＦＦ比：デューティー比）の操作出力とな
る。

【００４１】操作器７は、実際に制御対象へ印加する交
流操作信号について、ゼロクロス点から位相角π／２ラ
ジアン遅れたタイミングでＯＮ／ＯＦＦする時間比例出
力信号に基づき、ＯＮからＯＦＦ又はＯＦＦからＯＮへ
の切換点の次に来るゼロクロス点で交流操作信号を切換
え、これを制御対象へ印加する。

【００４２】一方、ＰＩＤ出力平均算出部１７では、時
間比例周期内の全ての加算ＰＩＤ演算出力（ＭＶ１〜Ｍ
Ｖ１０）を加算するとともに全体のサンプル数（１０）
で割った平均値（百分率）が補正値算出部１９へ加えら
れる。

【００４３】他方、時間比例出力算出部２１では、時間
比例出力部１５の管理下で、時間比例出力信号に関する
実際のＯＮ時間や実際の時間比例周期を測定し、このＯ
Ｎ／ＯＦＦ比（百分率）が補正値算出部１９へ加えられ
る。

【００４４】補正値算出部１９では、同じ時間比例周期
内の加算ＰＩＤ演算出力の平均値からＯＮ／ＯＦＦ比が
減算されて補正値を形成し、これが加算部１３に加えら
れる。

【００４５】加算部１３では、図２Ｂに示すように、そ
の補正値の元になる時間比例周期の次の周期の間その補
正値が保持され、ＰＩＤ演算部３からのＰＩＤ演算出力
に加算補償され、破線で示す加算ＰＩＤ演算出力（ＭＶ
１１〜ＭＶ２０）が時間比例出力部１５およびＰＩＤ出
力平均算出部１７へ加えられる。

【００４６】時間比例出力部１５からは、加算ＰＩＤ演
算出力に応じた時間比例出力が操作器７に加えられる一
方、ＰＩＤ出力平均算出部１７、時間比例出力算出部２
１および補正値算出部１９から次の時間比例周期に用い
る補正値が作成される。以降、この動作が繰返される。
そのため、ある時間比例周期に基づいて作成された補正
値が、次の時間比例周期の加算ＰＩＤ演算出力に反映さ
れ、時間比例出力部１５から出力される時間比例出力の
ＯＮ／ＯＦＦ切換タイミングが時間的に前後へ変化し、
ＯＮ／ＯＦＦ比が変化する。

【００４７】このように本発明の時間比例式制御装置
は、減算部１で設定値ＳＶと測定値ＰＶからの偏差ｅを
出力し、ＰＩＤ演算部３でその偏差ｅに基づくＰＩＤ演
算出力を演算出力し、加算部１３で所定の時間比例周期
中、ＰＩＤ演算出力に補正値を加算し、時間比例出力部
１５では一定間隔ΔＴの離散的な切換タイミングで変化
するのこぎり波と加算ＰＩＤ演算出力とを比較して加算
ＰＩＤ演算出力に応じた時間比例出力を出力する一方、
ＰＩＤ出力平均算出部１７で時間比例周期毎に全ての加
算ＰＩＤ演算出力の平均値を作成し、時間比例出力算出
部２１で時間比例周期毎の実際の時間比例出力値を算出
し、補正値算出部１９でそれら加算ＰＩＤ演算出力の平
均値と時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ比から補正値を形成
し、次の時間比例周期でこの補正値を加算部１３で加算
して加算ＰＩＤ演算出力を形成して時間比例出力算出部
２１へ出力する構成としたから、ある時間比例周期に基
づいて作成された補正値が、次の時間比例周期の加算Ｐ
ＩＤ演算出力に反映され、時間比例出力部１５から出力
される時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ切換タイミングがそ
の補正値に応じて変化し、時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ
比が変化する。

【００４８】そのため、上述した図１２に示したよう
に、比較波であるのこぎり波が所定の出力分解能（ΔＭ
Ｖ）で離散的に増加する場合、のこぎり波が変化するタ
イミング（ΔＴ間隔）でしか時間比例出力をＯＮ／ＯＦ
Ｆ切換えできず、図２のようにＴON、ＴOFF の切換タイ
ミングが遅れても、当該時間比例周期の加算ＰＩＤ演算
出力に基づく補正値が作成されて次の時間比例周期にお
いてＰＩＤ演算出力に加算反映され、ＯＮ／ＯＦＦの切
換タイミングを好しい切換タイミングに近づけることが
可能となり、時間比例出力の出力分解能（ΔＭＶ）との
関係で出力困難なＰＩＤ演算出力の影響がすぐに修正制
御され、早く正確な時間比例式制御が可能となる。

【００４９】また、入力ノイズや測定値ＰＶの量子化誤
差等の影響でＰＩＤ演算出力が急変し、図１３のように
時間比例出力が早くＯＦＦに切換わった時間比例出力が
出力されても、急変した時点以降のＰＩＤ演算出力の値
を含めた補正値で次の時間比例周期のＰＩＤ演算出力が
修正されるから、同様に早く正確な時間比例式制御が可
能となる。

【００５０】さらに、従来の時間比例式制御装置では、
時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ切換え時のＰＩＤ演算出力
以外は無視されていたが、上述した本発明では個々の時
間比例周期内のＰＩＤ演算出力が次の時間比例周期で有
効に反映され、この観点からも正確な時間比例式制御が
可能となる。

【００５１】また、時間比例出力算出部２１で、ＯＮ時
間や時間比例周期を測定する時間カウンタをのこぎり波
の変化タイミングΔＴより更に細かいΔＵとすること
で、出力分解能ΔＭＶよりも小さな誤差で、ＯＮ時間や
時間比例周期を測定することか可能となり、この点から
も制御特性が安定する。

【００５２】しかも、時間比例出力部１５では、制御対
象へ実際に加えられる交流操作信号の毎ゼロクロス点情
報を入力し、当該毎ゼロクロス点を越え次のゼロクロス
点に至らない位相角π／２ラジアン遅れたタイミングで
上記時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦを切換え出力するか
ら、そのＯＮ／ＯＦＦ切換タイミングから所定期間経過
した次に来るゼスクロス点で切換えられた交流操作信号
が制御対象へ印加され、交流操作信号のずれや周波数変
動の影響があっても、時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ切換
え点が交流操作信号のゼロクロス点の直前や直後となり
難い。そのため、時間比例出力信号に応じた周期の交流
操作信号が確実に制御対象へ印加され、制御対象に対す
る制御安定性が高まる。

【００５３】特に、操作器７として、例えばソリッドス
テートリレー（ＳＳＲ）等を用いた場合、時間比例出力
のＯＮ又はＯＦＦ信号を交流操作信号のゼロクロス点で
切換えようとしても、ＳＳＲの動作特性上、厳密に交流
操作信号のゼロクロス点で切換え操作されず、例えばＡ
Ｃ＋１０Ｖ〜ＡＣ−１０Ｖといった範囲（ゼロクロス領
域）で動作する場合もある。

【００５４】さらに、制御装置自体の動作や反応に遅れ
があるため、ゼロクロス点のタイミングで制御装置が時
間比例出力のＯＮ又はＯＦＦ信号を切換えても、実際に
交流操作信号がＯＮ又はＯＦＦに切換わらない場合があ
る。そのような観点から、時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ
切換わりと実際に制御対象へ印加する交流操作信号のＯ
Ｎ／ＯＦＦ切換わりに遅れを持たせる本発明は極めて有
用であるし、その遅れを含めてゼロクロス領域を考慮す
る必要性もある。

【００５５】上述した本発明の実施の形態では、時間比
例出力のＯＮ／ＯＦＦを切換えるタイミングとして、交
流操作信号の波高値が得られる位相角π／２ラジアン遅
れたタイミングを例にして説明してきたが、本発明では
これに限定されるものではなく、交流操作信号の毎ゼロ
クロス点を越え次のゼロクロス点に至らない一定期間
（Ｓ）以降で時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦを切換えれば
良い。

【００５６】しかも、この一定時間（Ｓ）は、ゼロクロ
ス操作器７がゼロクロス点と判断しない領域に選定すれ
ば、確実に制御対象の制御安定性を高めることができ
る。すなわち、時間比例式制御装置に使用される各種の
ＳＳＲがゼロクロス点として判断し易い領域を外した所
定の時間でよい。換言すれば、一定時間（Ｓ）は、毎ゼ
ロクロス点からこの点を含むゼロクロス領域を越え、次
のゼロクロス点を含むゼロクロス領域に至らない期間に
設定されていれば、交流操作信号の周波数変動や、使用
するＳＳＲ操作器の特性を考慮し、制御対象の制御安定
性を確実なものとすることができる。

【００５７】そして、この一定時間（Ｓ）を交流操作信
号の位相角π／２ラジアン遅れる時間に近づけていけ
ば、交流操作信号の波高値付近でＯＮ／ＯＦＦ切換えが
行われるため、より大きな周波数変動に対しても正確に
対応できる。

【００５８】本発明においても、図４に示すように、制
御対象へ加える交流操作信号のゼロクロス点から一定期
間（Ｓ）経過時点と切換タイミングの間に誤差が生ずる
可能性があるが、従来の構成においてのこぎり波の変化
タイミングΔＴをヒータ１１へ実際に印加する交流操作
信号の半周期より十分小さな刻みとすることで、上述し
たＳＳＲのゼロクロス点としている幅にＯＮ／ＯＦＦ切
換え点が入ることはなく、電源周波数の誤差が生じる可
能性はなくなる。

【００５９】ところで、上述した構成の時間比例出力算
出部２１において、時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ切換タ
イミングとは異なる時間カウンタでＯＮ時間や時間比例
周期を測定する理由は、時間カウンタのカウント動作や
測定処理を簡素化してＣＰＵにかかる負担を軽減し、速
い時間を測定可能にすることです。従って、カウントし
た切換タイミングであるΔＴが十分小さく、図１２にお
けるΔＭＶの誤差の影響が制御性にあまり影響を与えな
い場合には、上述した時間カウンタを切換タイミングで
カウントする構成も可能である。

【００６０】この構成では、時間カウンタのカウント値
を記憶したりＯＮ時間や時間比例周期を測定する部分
や、時間カウンタの初期化の処理を簡略することができ
る。

【００６１】次に、本発明に係る時間比例式制御装置の
他の実施の形態を説明する。本発明に係る時間比例式制
御装置では、時間比例出力部１５で比較波として三角波
を用いる構成も可能である。なお、この三角波も離散的
に変化するものである。

【００６２】すなわち、時間比例出力部１５は、図５に
示すように、時間比例周期で０％〜１００％〜０％まで
変化する三角波を用い、この時間比例周期の半周期にお
いて三角波と加算ＰＩＤ演算出力（ＭＶ１〜ＭＶ１０）
とを比較し、加算ＰＩＤ演算出力が三角波を越えている
期間ではＯＮ状態（ＴON）、加算ＰＩＤ演算出力が三角
波より低下する期間ではＯＦＦ状態（ＴOFF ）の時間比
例出力を形成する機能を有するよう形成可能である。

【００６３】ＰＩＤ出力平均算出部１７は、時間比例周
期の半周期内の全ての加算ＰＩＤ演算出力（ＭＶ１〜Ｍ
Ｖ５）を加算するとともに半周期の全サンプル数（５）
で割った平均値（百分率）を出力するよう形成し、時間
比例出力算出部２１は、やはり同じ半周期内の実際の時
間比例出力のＯＮ／ＯＦＦ比（百分率）を出力するよう
に形成されている。

【００６４】加算部１３は、図３に示すように、時間比
例周期においてその補正値の元になる半周期の次の半周
期でその補正値が保持され、ＰＩＤ演算部３からのＰＩ
Ｄ演算出力に加算されて加算ＰＩＤ演算出力（破線：Ｍ
Ｖ６〜ＭＶ１０）が時間比例出力部１５およびＰＩＤ出
力平均算出部１７へ加えられる。それ以外は上述した構
成と同様である。

【００６５】このように、比較波として三角波を用いる
構成では、三角波の例えば前半の半周期のＰＩＤ演算出
力に基づいて補正値を作成し、続く後半の半周期でＰＩ
Ｄ演算出力に加算補正して時間比例出力を出力すること
が可能となり、同一の時間比例周期内で早い補正が可能
となる利点がある。

【００６６】この三角波も、本発明に係る装置が内蔵す
る図示しない高周波クロック信号にタイミングを合わ
せ、ヒータ１１へ実際に印加する交流操作信号の半周期
より十分細かな時間のΔＴ間隔の離散的な切換タイミン
グを有するとともに、時間比例出力部１５にて制御対象
へ実際に印加する交流操作信号の毎ゼロクロス点から例
えば位相角π／２ラジアン遅れたタイミングで三角波と
比較し、時間比例出力のＯＮ／ＯＦＦを切換え出力する
よう形成すれば良く、他の構成も図１とほぼ同様であ
る。

【００６７】図７は、比較波として三角波を用いた本発
明に係る時間比例式制御装置について、実際に電気炉を
用い制御した結果の特性図であり、図８は図１０に示し
た従来の時間比例式制御装置について同一の電気炉を制
御した結果の特性図である。この図８からは、本発明に
よる時間比例式制御装置が制御正確性および安定性に優
れていることが分かる。

【００６８】本発明で用いる比較波は、のこぎり波や三
角波のように所定の繰返し周期を０％〜１００％又は０
％〜１００％〜０％で仮想直線的に変化するものであれ
ば良い。

【００６９】ところで、上述した本発明の構成では、制
御対象を制御する制御出力信号としてＰＩＤ演算出力を
用いる例を説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、設定値（目標値）と制御対象からの測定値から
ファジィ演算した出力値に上述した補正値を加算する構
成も可能であるし、時間の経過とともに所定のパターン
で変化する出力値に上述した補正値を加算する構成も可
能である。

【００７０】すなわち、本発明では、制御対象を直接制
御するためにこれに印加される交流又は直流電力をコン
トロールする時間比例出力が、その制御出力信号に上述
した補正値を加算した加算制御出力信号に基づいて形成
される構成であれば、本発明の目的が達成される。

【００７１】このように、種々の制御出力に対応する本
発明を構成するには、例えば図９に示すように、制御出
力信号を加算部１３へ加えて上述した補正値と加算して
加算制御出力信号を出力し、制御出力信号平均算出部２
３で加算制御出力信号の平均値を算出するよう、それら
加算部１３および制御出力信号平均算出部２３を形成す
れば良く、ＰＩＤ演算部３を除き、他の構成は図１と同
様である。もっとも、ＰＩＤ演算部３を制御出力信号出
力部と考えることも可能である。

【００７２】また、上述した一定期間（Ｓ）は、操作器
７からのゼロクロス点情報から決定する構成で説明して
きたが、本発明はこれに限らず例えば時間比例出力部１
５をゼロクロス領域設定可能に形成し、時間比例出力部
１５でその設定値に応じて一定期間（Ｓ）を選定する構
成も可能である。

【００７３】上述した本発明に係る時間比例式制御装置
は、一般には所定のプログラムで演算や判断動作するＣ
ＰＵ、このＣＰＵの動作プログラムを格納したＲＯＭ、
演算動作結果を一時的に格納するＲＡＭ、外部とのイン
ターフェースであるＩ／Ｏを主体としたマイクロコンピ
ュータで構成する場合が多いが、電子部品を組合せた電
子回路で構成することも可能であり、デジタル構成の機
器ではＣＰＵで扱うデジタル信号が上述した制御出力信
号となり、アナログ構成の機器では電圧信号や電流信号
等のアナログ信号が制御出力信号となる。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の時間比例式
制御装置は、制御対象を制御するための制御出力信号に
補正値を加算して加算制御出力信号を出力させ、この加
算制御出力信号に応じて所定の繰返し周期内をＯＮ／Ｏ
ＦＦ比に変換した時間比例出力を出力し、その時間比例
出力に基づきその制御対象へ加える交流操作信号をこの
ゼロクロス点でＯＮ／ＯＦＦ操作する一方、その繰返し
周期内における加算制御出力信号の平均値を算出し、そ
の時間比例出力部からの時間比例出力におけるＯＮ／Ｏ
ＦＦ比を算出し、それら加算制御出力信号平均値と時間
比例出力のＯＮ／ＯＦＦ比との差から上記補正値を出力
して加算し、上記繰り返し周期に基づく上記補正値を次
の繰り返し周期における上記制御出力信号に加算すると
ともに、その時間比例出力を、上記制御対象へ実際に加
えられるその交流操作信号の毎ゼロクロス点を越え次の
ゼロクロス点に至らない一定期間（Ｓ）経過後に到来す
る切換タイミングでＯＮ／ＯＦＦを切換え出力するよう
構成した。そのため、時間比例出力の出力分解能（ΔＭ
Ｖ）との関係で出力困難な制御出力信号の補正が可能と
なったり、ノイズ等に起因する制御出力信号の急変によ
る影響を小さく抑え、時間比例周期内の制御出力信号を
有効に活用した補正が可能となり、早く安定した高精度
の時間比例式制御が可能となるうえ、制御対象の制御安
定性が高まる。しかも、交流操作信号の周波数が変動し
ても、その時間比例出力に基づき交流操作信号でその制
御対象を確実にゼロクロス制御可能となり、この観点か
らも制御対象の操作安定性が向上する。そして、上記一
定の期間（Ｓ）として、ゼロクロス点を含むゼロクロス
領域に選定すれば、確実に制御対象の制御安定性を高め
ることができる。さらに、設定値と制御対象からの測定
値との偏差をＰＩＤ演算してＰＩＤ演算出力を制御出力
信号として出力するＰＩＤ演算部を設ける構成では、時
間比例出力の出力分解能（ΔＭＶ）との関係で出力困難
なＰＩＤ演算出力の補正が可能となり、ノイズ等に起因
するＰＩＤ演算出力の急変による影響を小さく抑え、時
間比例周期内のＰＩＤ演算出力を有効に活用した補正が
可能となり、同様に早く安定した高精度の時間比例式制
御がなされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る時間比例式制御装置の実施の形態
を示すブロック図である。

【図２】図１の時間比例式制御装置の動作を説明する図
である。

【図３】図１の時間比例式制御装置の動作を説明する図
である。

【図４】図１の時間比例式制御装置の動作を説明する図
である。

【図５】本発明に係る時間比例式制御装置の他の実施の
形態をその動作で説明する図である。

【図６】図５に係る時間比例式制御装置の他の実施の形
態をその動作で説明する図である。

【図７】図１に係る本発明の時間比例式制御装置のシミ
ュレーション結果を示す特性図である。

【図８】従来の時間比例式制御装置のシミュレーション
結果を示す特性図である。

【図９】本発明に係る時間比例式制御装置の他の実施の
形態を示すブロック図である。

【図１０】従来の時間比例式制御装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図１１】図１０の時間比例式制御装置の動作を説明す
る図である。

【図１２】図１０の時間比例式制御装置の動作を説明す
る図である。

【図１３】図１０の時間比例式制御装置の動作を説明す
る図である。

【図１４】時間比例式制御装置において制御対象を制御
する回路図である。

【図１５】図１０の時間比例式制御装置における制御対
象を制御する動作を説明する図である。

【図１６】図１０の時間比例式制御装置における制御対
象を制御する動作を説明する図である。

【符号の説明】

１ 減算部 ３ ＰＩＤ演算部（制御信号出力部） ５、１５ 時間比例出力部 ７ 操作器 ９ 交流電源 １１ ヒータ（制御対象） １３ 加算部 １７ ＰＩＤ出力平均算出部（制御出力信号平均算出
部） １９ 補正値算出部 ２１ 時間比例出力算出部 ２３ 制御出力信号平均算出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂倉 浩一 東京都大田区久が原５丁目16番６号 理 化工業株式会社内 (72)発明者 大柳 友香子 東京都大田区久が原５丁目16番６号 理 化工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−3089（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−301430（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−251102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−134404（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−165303（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−285989（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−80762（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 11/28 G05B 11/36

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御対象を制御するための制御出力信号
   に補正値を加算する加算部と、 この加算部からの加算制御出力信号に応じて所定の繰返
   し周期内をＯＮ／ＯＦＦ比に変換した時間比例出力を出
   力する時間比例出力部と、 前記各繰返し周期内における前記加算制御出力信号の平
   均値を算出する制御出力信号平均算出部と、 前記時間比例出力におけるＯＮ／ＯＦＦ比を算出する時
   間比例出力算出部と、 前記加算制御出力信号平均値と前記ＯＮ／ＯＦＦ比との
   差から前記補正値を前記加算部へ出力する補正値算出部
   と、 前記時間比例出力に基づき前記制御対象へ加える交流操
   作信号をこのゼロクロス点でＯＮ／ＯＦＦ操作するゼロ
   クロス操作器と、 を具備し、前記加算部は、前記繰り返し周期に基づく前記補正値を
   次の前記繰り返し周期における前記制御出力信号に加算
   するものであり、 前記時間比例出力部は、前記制御対象へ実際に加えられ
   る前記交流操作信号の毎ゼロクロス点情報を入力し、当
   該毎ゼロクロス点を越え次のゼロクロス点に至らない一
   定期間（Ｓ）経過後に到来する切換タイミングで前記時
   間比例出力のＯＮ／ＯＦＦを切換え出力するものである
   ことを特徴とする時間比例式制御装置。
2. 【請求項２】 前記一定期間（Ｓ）は、前記ゼロクロス
   点を含むゼロクロス領域に選定されてなる請求項１記載
   の時間比例式制御装置。
3. 【請求項３】 設定値と前記制御対象からの測定値との
   偏差をＰＩＤ演算するＰＩＤ演算部を有し、前記加算部
   は前記ＰＩＤ演算部からのＰＩＤ演算出力を前記制御出
   力信号として前記補正値を加算するものである請求項１
   又は２記載の時間比例式制御装置。