JPH0455739B2

JPH0455739B2 -

Info

Publication number: JPH0455739B2
Application number: JP6475787A
Authority: JP
Inventors: Juichi Tamaoki
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1987-03-19
Filing date: 1987-03-19
Publication date: 1992-09-04
Also published as: JPS63232856A

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野本発明は一般に理化学機器における恒温装置の
温度制御装置に関するものである。

(ロ) 従来の技術従来の此種恒温装置の温度制御に関する方法は
例えば特開昭61−35856号公報に示されている。
此種恒温装置は庫内を例えば15℃〜30℃のうちの
何れかの目標値に精密に温度制御することが要求
され、そのために恒温装置内を加熱するためのヒ
ータと冷却するための圧縮機を有した冷却装置と
を備えている。この圧縮機は機構上頻繁な駆動停
止が行えないため、此種精密な制御のためには圧
縮機を駆動したままでヒータの出力を制御するの
が一般的であるが、目標値が周囲温度よりも高い
場合は冷却が不要であるのに冷却することにな
り、その分ヒータの出力も上昇するため多大な消
費電力を必要としていた。又、冷却装置の冷媒回
路の減圧器の抵抗値を変更したり、圧縮機の極数
変換若しくはインバータ装置による周波数変更に
よつて冷却装置の冷却能力を段階的に変更する事
も考えられるが、何れにしても目標値が高い時に
は使用者が手動で圧縮機を停止せしめるか、冷却
能力を低下せしめていたのが現状である。

この手間を省くために前記公報ではヒータを比
例制御し、ヒータの出力即ち比例制御演算におけ
る操作量が低下したら圧縮機を駆動し、上昇した
ら停止せしめることによつて自動的に圧縮機の運
転を制御する方法を採つている。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点前記公報ではヒータを比例制御していたが、更
に精密に制御するものとしてPI若しくはPID制御
することが考えられる。ここでPI制御とは比例
積分制御であり、PID制御とは更に微分制御が加
算される。以下にPID制御の一般式を示す。

ｙ＝Kpe＋Kp／Ti∫edt＋KpTdde／dt ……(i) ここで（ｙ）はヒータの出力となる操作量、
Kpは比例感度、Tiは積分時間、Tdは微分時間、
ｅは目標温度（SV）と恒温装置内の温度（PV）
との偏差であり、式(i)中Kepは比例操作量を、
Kp／Ti∫edtは積分操作量を、KpTdde／dtは微分操作量を示している。比例操作量は偏差ｅの増加に比
例し、それを減少させる方向に作用し、積分操作
量は偏差を積分して定常的な偏差を無くする様作
用し、微分操作量は急激な温度変動を緩慢にする
方向に作用するものである。

第６図に恒温装置内の目標温度（SV）を＋30
℃とし比例帯をそれぞれ＋31℃である（PH）と
＋29℃である（PL）の範囲に設定し、又、前記
公報の如くヒータの出力である操作量（ｙ）が例
えば20％である（y_L）まで低下して圧縮機を駆動
し、その状態から80％である（y_H）まで上昇した
ら停止させる制御装置が周囲温度＋20℃から制御
を開始した場合の温度（PV）の時間推移を示す。

第６図で、制御開始時には温度（PV）は比例
帯より低い値であるから操作量（ｙ）は100％と
なつてヒータは発熱し、温度（PV）は急速に上
昇して行く。図中ｆ点で比例帯下限値（PL）に
達すると温度（PV）は急速な上昇方向となつて
いるため、式(i)の比例及び微分操作量はヒータ出
力を100％から急激に減少させる方向に出力され、
その結果操作量（ｙ）は急速に減少して第６図中
ｇ点では（y_L）以下となり圧縮機が起動される。
その後温度（PV）は少許オーバーシユートする
が、ヒータ出力が（y_L）以下であり、冷却装置に
よる冷却も行われるので温度（PV）は急速に低
下し始める。この変化を抑えるべく操作量（ｙ）
も急速に増大するので第６図中ｈ点では再び
（y_H）を越え圧縮機が停止する。以後この様な状
況が繰り返えされる。

この様に操作量（ｙ）の値で圧縮機の駆動状態
を制御すると、運転開始後、冷却を不要とする目
標温度（SV）であるにも拘わらず圧縮機の冷却
能力を増大せしめ、（この場合は圧縮機を起動す
る）、制御状態が不安定となる問題があつた。こ
れは操作量（ｙ）が温度（PV）の変化に敏感に
反応する比例及び微分操作量によつて激しく変動
することによる。

本発明は斯かる問題点を解決することにある。

(ニ) 問題点を解決するための手段本発明は恒温装置の温度制御装置を恒温装置内
を加熱する加熱手段と、恒温装置内を冷却する冷
却手段と、恒温装置内の目標温度と恒温装置内の
温度に基づいてPI若しくはPID演算を実行する演
算部を有してそれによつて得られた操作量にて加
熱手段を駆動すると共に必要に応じて冷却手段の
冷却能力を上昇させる制御手段とから構成し、制
御手段は演算部における積分操作量に基づいて冷
却手段を制御する様構成したものである。

(ホ) 作用積分操作量は偏差の積分値によつて決定され、
周囲温度や負荷条件によつて生ずる定常的な偏差
を修正するものである。従つて恒温装置内温度の
一時的な変動によつて急激に変動しないので、冷
却手段を誤動作させることがない。

(ヘ) 実施例次に図面に従つて本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の温度制御装置１の機能ブロツク
図を示す。２は制御手段としての周知のマイクロ
コンピユータであり、マイクロコンピユータ２は
その機能としてPID演算部３、積分操作量の記憶
部４、積分初期値設定部５，６、比較部７及びス
イツチ８を有する。９は図示しない恒温装置例え
ばインキユベータの庫内の目標温度（SV）を設
定する温度設定部であり、目標温度（SV）を
PID演算部３に出力する。１０は該インキユベー
タの庫内温度（PV）をＡ／Ｄ変換器１１を介し
てPID演算部３に出力する温度検出部である。１
３は前記庫内を加熱する加熱手段としてのヒータ
であり、ヒータ駆動回路１４に接続される。又、
１５は図示しない庫内冷却用の冷却装置の冷媒回
路を構成する圧縮機であり、圧縮機１５はスイツ
チ１６を介し、又、ヒータ駆動回路１４はそのま
ま交流電源１７に接続される。

PID演算部３は温度（PV）と目標温度（SV）
とから前記式(i)に基づいてPID演算を行い、特に
そのうちの積分操作量（以下（Ｉ）と称す。）は
算出が終了する都度記憶部４に読み込まれ、新し
い積分操作量（Ｉ）が再び記憶される。そして操
作量（ｙ）は他の操作量（比例及び微分）に、記
憶部４に記憶されている積分操作量（Ｉ）を加算
して算出し、ヒータ駆動回路１４に出力する。ヒ
ータ駆動回路１４は操作量（ｙ）に基づき通電時
間のデユーテイ比調節によりヒータ１３の発熱量
を制御する。

積分初期値設定部５及び６はそれぞれ所定の積
分初期値（I_OH）（例えば＋25％）及び（I_OL）（例
えば−25％）を予め記憶せられていてその値を出
力しており、それぞれの出力はスイツチ８のａ接
点及びｂ接点に接続され、スイツチ８のコモンは
記憶部４に接続されている。

比較部７は記憶部４にある積分操作量（Ｉ）に
基づき、該操作量（Ｉ）が低下して所定の値
（I_L）（例えば−45％）以下となつたらスイツチ１
６を閉じて圧縮機１５を起動し、一方スイツチ８
を操作して接点ａに一瞬閉じて積分初期値（I_OH）
を記憶部４に入力し、その内容を消去して（I_OH）
と入れ換える。又、操作量（Ｉ）が上昇して所定
の値（I_H）（例えば＋45％）以上となつたらスイ
ツチ１６を開いて圧縮機１５を停止せしめ、一方
スイツチ８を接点ｂに一瞬閉じて今度は積分初期
値（I_OL）を記憶部４に入力し、その内容を消去
して（I_OL）と入れ換える。スイツチ８は常には
いずれの接点にも閉じていないものとする。

次に第２図はマイクロコンピユータ２のソフト
ウエアを示すフローチヤートである。電源投入と
同時にスタートし、ステツプ20で温度設定部９及
び温度検出部１０から目標温度（SV）と庫内温
度（PV）を読み込み、ステツプ21で（PV）が
（SV）より高いか否か判断し、高ければステツプ
28に進み、以下ならばステツプ22に進む。ステツ
プ22では比較部７がスイツチ１６を開いた状態を
維持して圧縮機１５を停止したままとし、ステツ
プ23で温度（PV）を読み込んで、ステツプ24で
Ｐ（Ｉ）Ｄ演算部３におけるＰ（Ｉ）Ｄ演算を実行
する。そしてステツプ25にてその結果（ｙ）を出
力してヒータ駆動回路１４によつてヒータ１３を
発熱させる。次にステツプ26では記憶部４の積分
操作量（Ｉ）が（I_L）以下か否か判断し、否であ
ればステツプ23に戻り、以下であればステツプ27
に進み、比較部７はスイツチ８をａ接点に閉じて
記憶部４に積分初期値（Ｉ）_OHを書き込む。次に
ステツプ28でスイツチ１６を閉じて圧縮機１５を
駆動し、ステツプ29で温度（PV）を読み込んで
再びステツプ30でＰ（Ｉ）Ｄ演算を実行し、その
結果である操作量（ｙ）により、ヒータ駆動回路
３１によつてヒータ１３の出力を制御する。次に
ステツプ32は記憶部４の積分操作量（Ｉ）が
（I_H）以上か否か判断し、否であればステツプ29
に戻り、以上であればステツプ33に進んでスイツ
チ８をｂ接点に閉じて記憶部４に積分初期値
（I_OL）を書き込みステツプ22に戻る。

次に第３図乃至第５図の温度（PV）の実際の
制御状態における時間推移を示す図を参照して本
発明の温度制御装置１の動作を説明する。第３図
は目標温度（SV）例えば＋30℃とし、PID演算
部３における比例帯をそれぞれ＋31℃である
（PH）と＋29℃である（PL）の範囲に設定し、
周囲温度＋20℃から電源を投入して制御を開始し
た場合の温度（PV）の時間推移を示す。この時
点で温度（PV）は（SV）より低いからステツプ
21から22に進み圧縮機１５は起動せず、又、温度
（PV）は比例帯より下方に外れているからステツ
プ25におけるヒータ１３の出力は100％で、積分
操作量（Ｉ）も算出されず、以下ステツプ23から
26を繰り返えしてヒータ１３を発熱させ、温度
（PV）を急速に上昇させる。やがて第３図中ｊ点
において比例帯に入り、式(i)に基づく演算がステ
ツプ24で開始され積分操作量（Ｉ）も上昇して行
く。一方ｊ点において温度（PV）は急激なる上
昇方向にあるから式(i)における比例及び微分操作
量は操作量（ｙ）を低下させる方向に増大してお
り、それによつてヒータ１３出力は急速に低下し
て行き（積分操作量（Ｉ）が増加する速度よりも
速いため。）、第３図中ｋ点では操作量（ｙ）が例
えば20％である（y_L）より低下してしまうが
（（y_H）は80％）、温度（PV）は目標温度（SV）
より依然低いから積分操作量（Ｉ）は徐々に上昇
しているため（I_L）以下となることはなく、従つ
てステツプ26から27，28で圧縮機１５が駆動され
ることも無い。その後図中ｌ点で目標温度（SV）
に到達した後、多少オーバシユートするため積分
操作量（Ｉ）は減少し始めるが、比例及び微分操
作量が再び増大して、やがて温度（PV）は
（SV）に一致して安定し、操作量（ｙ）及び積分
操作量（Ｉ）も適当な値に収束して行く。これに
対して操作量（ｙ）が（y_L）になつた時点にて圧
縮機１５を駆動させる場は第３図中ｋ点にて圧縮
機１５が起動してしまい。冷却が不要であるにも
拘わらず、冷却してしまうため制御状態が不安定
となるが、温度制御回路１では斯かる不都合は生
じない。これは積分操作量（Ｉ）が偏差の積分値
により決定されるため、一時的な温度（PV）の
変化に対して最も安定した値を出力するからであ
る。即ち積分操作量（Ｉ）は周囲温度や庫内負荷
条件の変化によつて変化し、定常偏差を無くす様
出力されるものなので、これによつて判断するこ
とにより過渡的な変動によつて左右されず、冷却
の真の必要性を判断する事ができるものである。

次に第４図には温度（PV）が目標温度（SV）
に安定している状態から周囲温度が上昇した場合
の制御状態を示す。この時ヒータ１３の出力であ
る操作量（ｙ）は温度（PV）を目標温度（SV）
に合せようとして徐々に低下して行き、積分操作
量（Ｉ）も定常偏差を無くすために低下して行
き、やがてヒータ１３の出力低下では間に合わな
くなると第４図中ｍ点で積分操作量（Ｉ）が
（I_L）に達するとステツプ26から27に進み、積分
初期値（I_OH）を設定し、操作量（ｙ）を強制的
に引き上げ、ステツプ28で圧縮機１５を起動す
る。圧縮機１５がｍ点で起動して冷却が開始され
ると温度（PV）は急速に低下しようとするが、
ヒータ１３の出力は積分初期値（I_OH）の設定に
より増大せられているので、温度（PV）の急激
な低下は抑えられる。その後ヒータ１３の出力及
び積分操作量（Ｉ）は温度（PV）が一時的に低
下した分少許上昇するが、やがてヒータ１３によ
る加熱と圧縮機１５の冷却による新しい安定状態
に移行して行く。

ここで積分操作量（I_OH）を設定しない場合は
圧縮機１５が起動した時点でヒータ１３出力も低
下しているため温度（PV）が急速に低下するた
め、再び操作量（ｙ），（Ｉ）が上昇して冷却が必
要であるのに圧縮機１５が停止せしめられる事に
より制御が不安定となるが、本発明では斯かる問
題は無い。

次に第５図は圧縮機１５が駆動されていて温度
（PV）が目標温度（SV）に安定している状態か
ら周囲温度が低下した場合の制御状態を示す。こ
の時操作量（ｙ）及び積分操作量（Ｉ）は前述と
は逆に上昇して行き、やがて冷却が不要となると
図中ｎ点にて積分操作量（Ｉ）が（I_H）に達し、
ステツプ32から33に進み積分初期値（I_OL）を設
定し、ステツプ22で圧縮機１５を停止する。ｎ点
で圧縮機１５が停止すると、温度（PV）は急速
に上昇しようとするがヒータ１３の出力は積分操
作量（Ｉ）が（I_OL）に引き下げられているため
に強制的に減少せられているため温度（PV）の
急激な上昇は抑えられ、その後はヒータ１３のみ
のＰ（Ｉ）Ｄ制御による安定状態に移行して行く。

ここで積分初期値（I_OL）を設定しない場合は
圧縮機１５が停止した時点でヒータ１３の出力も
上昇しているため温度（PV）が急速に上昇する
ため、再び操作量（ｙ），（Ｉ）が低下して冷却が
不要であるのに圧縮機１５が起動される事により
制御が不安定となるが、本発明では斯かる問題が
解消される。

尚積分初期値（I_OH），（I_OL）の絶対値はそれぞ
れ（I_H），（I_L）の絶対値よりも小さいものとす
る。又、実施例では圧縮機１５を起動、停止によ
り制御したが、それ以外に例えば冷媒回路の減圧
器の抵抗値を段階的に変更すること等によつて冷
却手段の冷却能力を段階的に上昇若しくは下降せ
しめるものであつても本願は有効である。

(ト) 発明の効果本発明によれば冷却手段による冷却が必要な場
合のみ冷却能力を上昇させ、加熱手段のＰ（Ｉ）
若しくはＰ（Ｉ）Ｄ制御によつて安定的に温度制
御することにより消費電力を削減できる。特に恒
温装置内の一時的な温度変動によつて冷却手段を
誤動作させることがないので、それによる温度の
不安定状態を解消し、安定した恒温装置の温度制
御が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の実施例を示すもの
で、第１図は温度制御装置の機能ブロツク図、第
２図はマイクロコンピユータのソフトウエアを示
すフローチヤート、第３図、第４図及び第５図は
恒温装置内温度の時間推移を示す図であり、第６
図は第３図に相当する従来の制御装置による温度
の時間推移を示す図である。１…温度制御装置、２…マイクロコンピユー
タ、３…Ｐ（Ｉ）Ｄ演算部、４…記憶部、５，６
…積分初期値設定部、７…比較部、１３…ヒー
タ、１５…圧縮機。

Claims

【特許請求の範囲】

１恒温装置内を加熱する加熱手段と、前記恒温
装置内を冷却する冷却手段と、前記恒温装置内の
目標温度と前記恒温装置内の温度に基づいてPI
若しくはPID演算を実行する演算部を有してそれ
によつて得られた操作量にて前記加熱手段を駆動
すると共に必要に応じて前記冷却手段の冷却能力
を上昇させる制御手段とから成り、該制御手段は
前記演算部における積分操作量に基づいて前記冷
却手段を制御する事を特徴とする恒温装置の温度
制御装置。