JP3774705B2

JP3774705B2 - Fuzzy / PID control device and fuzzy / PID control program

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Publication number: JP3774705B2
Application number: JP2003063046A
Authority: JP
Inventors: 広志三浦
Original assignee: ヨシオ電子株式会社
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2023-03-10
Also published as: JP2004272634A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファジィ制御をＰＩＤ制御に組み込んで、例えば、半導体製造装置におけるフィードバック制御を実行するための、ファジィ・ＰＩＤ制御方法及びその装置並びにプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の半導体製造装置におけるフィードバック制御は、例えば、ヒーター加熱電源、ガス流量、モーター位置設定(位置決め)、モーター回転速度などの制御に用いられている。
【０００３】
このアナログフィードバック制御としては、あいまいさを数値化してデジタル処理するファジィ制御（Fuzzy Logic）、及びＰＩＤ（Propotional／比例、Intergral／積分、Derivative／微分)制御が既知である。
【０００４】
まず、従来のファジィ制御について説明する。
【０００５】
図６は従来のファジィ制御の機能構成を示すブロック図であり、図７は従来のファジィ制御処理を説明するための図である。また、図８は従来のファジィ制御での目標値（設定値）に対するファジィ制御信号及びセンサー信号のレベルを時間軸上で説明するための図である。
【０００６】
図６を参照すると、このファジィ制御では、ファジィ制御ユニット３１に、前記した半導体製造装置などのヒーター加熱電源、ガスモーター位置設定（位置決め）及びモーター回転速度などの制御の状態を示すセンサー信号が、温度／流量／モーション部３３の図示しない検出器から入力される。
【０００７】
このセンサー信号は、例えば、上記したヒーター加熱電源、ガス流量、モーター位置設定（位置決め）及びモーター回転速度などの制御における状態を示す検出値である。
【０００８】
電源制御ユニット３２は、ファジィ制御ユニット３１が生成したファジィ制御信号に基づいて、リニア／ＯＮ・ＯＦＦ(オン・オフ)制御の信号を温度／流量／モーション部３３に出力する。この温度／流量／モーション部３３は、ファジィ制御による上記した「ヒーター加熱電源からモーター回転速度などまでの制御における状態」において、次の目標値の状態に変更設定したり、初期の状態（制御開始時）の目標値の状態に設定する制御を実行するものである。
【０００９】
このファジィ制御は、温度／流量／モーション部３３のそれぞれのアナログ的な量の制御（リニア／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号における「リニア制御信号」に対応）、及び電源（通電）のＯＮ・ＯＦＦ制御（リニア／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号における「ＯＮ・ＯＦＦ制御信号」に対応）である。
【００１０】
なお、このファジィ制御は、具体的には、ＣＰＵ，ＲＯＭ及びＲＡＭからなるＭＰＵ(Microprocessing Unit)構成によるソフトウェアで処理するのが一般的である。
【００１１】
このＭＰＵ構成によるファジィ制御では、図６及び図７に図示したように、時間軸に対し、予め定められた制御収束の目標値である目標値信号（図６参照）と、センサー信号との差異(Δｙ)のΔｙ(負又は正)をΔｙ(零／０)とするファジィ制御信号から、リニア／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号を生成して、そのファジィ制御を実行している。
【００１２】
図８を参照すると、従来のファジィ制御にあって、目標値信号に対するファジィ制御信号及びセンサー信号のレベルを時間軸上で示した場合、目標値に対して、センサー信号が同一値になるようにファジィ制御信号レベルをＣＰＵなどで制御する。この制御では、センサー信号と目標値信号との差の偏差信号に対応してファジィ制御信号のレベルを大、中、小の各領域に区分し、この区分において、目標値信号に近づくように偏差信号が小さくなり、ファジィ制御信号も小さくなって、目標値信号になると、そのファジィ制御のループが制御目標に収束して安定する。
【００１３】
この従来のファジィ制御は、あいまい理論よりｉｆ条件処理（フロー制御のなかで入力条件による出力分岐の処理）のためＣＰＵの処理速度と判断条件の階層の深さで時間軸を決定しており、比較的低速演算処理用のＣＰＵでも高速処理となってしまうため、制御変化時間の長いフィードバック制御への適用（時間軸の制御）は困難であった。このようにファジィ制御では、そのループ時間軸に整合するように制御を実行している。
【００１４】
次に、従来のＰＩＤ制御について説明する。
【００１５】
図９は従来のＰＩＤ制御の機能構成を示すブロック図であり、図１０は従来のＰＩＤ制御装置の具体な構成例を示すブロック図である。また、図１１は従来のＰＩＤ制御にあって目標値に対するＰＩＤ制御信号及びセンサー信号を時間軸上で説明するための図である。
【００１６】
図９を参照すると、このＰＩＤ制御では、ＰＩＤ制御ユニット４１に、半導体製造装置などにおけるヒーター加熱電源、ガス流量、モーター位置設定（位置決め）及びモーター回転速度などの制御を実行する温度／流量／モーション部４３の図示しない検出器からのセンサー信号が入力される。ＰＩＤ制御ユニット４１は、電源制御ユニット４２に予め定められた制御収束目標の目標値信号とセンサー信号との差異に対応するＰＩＤ制御信号から、リニア／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号を生成して、そのＰＩＤ制御を実行している。
【００１７】
このＰＩＤ制御は、具体的には、ＭＰＵ構成（図１０のＣＰＵ６０，ＲＯＭ６１，ＲＡＭ６２）によるソフトウェアで処理するのが一般的である。
【００１８】
図１０を参照すると、このＰＩＤ制御の具体例では、加算器５０に目標値信号とセンサー信号とが入力されて、この差の偏差信号がＰＩＤ補償部５１に入力される。ＰＩＤ補償部５１からのＰＩＤ制御信号が制御対象部５３（図９における電源制御ユニット４２、温度／流量／モーション部４３に対応）に入力されて、そのＰＩＤ制御が実行される。
【００１９】
ＰＩＤ補償部５１は、加算器５０からの偏差信号を比例５１ａ，積分５１ｂ，微分５１ｃで処理し、このそれぞれの値を加算器５１ｄで加算し、その加算値のＰＩＤ制御信号を制御対象部５３に供給する。
【００２０】
また、制御対象部５３からのセンサー信号が加算器５０にフィードバックされ、目標値信号に対する偏差信号が生成される。
【００２１】
図１１を参照すると、従来のＰＩＤ制御において目標値信号に対するＰＩＤ制御信号及びセンサー信号のレベルは時間軸上においてハンチング波形である。
【００２２】
このＰＩＤ制御では、目標値信号に対して、ＰＩＤ制御信号をセンサー信号と同一のレベルになるように、ＣＰＵなどで制御する。この制御において、偏差の大きな偏差信号の領域では、比例定数で制御し、外乱に対しては微分定数で制御し、また、偏差の小さな偏差信号の領域では、積分定数で制御して、目標値信号になると、そのＰＩＤ制御のループが収束して安定する。
【００２３】
このようなＰＩＤ制御によるフィードバック制御では、そのループ時間軸に整合するように、ＰＩＤ制御を実行している。このＰｌＤ制御において、時間的要素(時間軸上の処理)は、一般的にＰＩＤ定数による固定値であるため、制御非収束の要因となる外部信号（適宜、外乱と表記する）には一つのＰＩＤ定数でのみでしか動作しないことになる。上記したファジィ制御に関しては、各種の提案がある。例えば、電線製造ラインにあって、電線の絶縁体の厚さを安定させて、電線外径の一定化を図るファジィ制御の例が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【００２４】
また、ＰＩＤ制御に関しては、電子制御スロットル装置において、目標開度と実開度との偏差が収束状態にあるときにスロットルバルブの駆動モータの制御電流を制限するＰＩＤ制御の提案が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００２５】
【特許文献１】
特開平７−３７４５６号公報「ファジー制御による電線の外径制御システム」（要約）
【特許文献２】
特開２００２−７０５８８号公報「電子制御スロットル装置」（要約）
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
このような上記従来例では、次の（１）（２）（３）の不都合がある。
（１）従来例の前者のファジィ制御では、制御変化時間の長いフィードバック制御への適用(時間軸の制御)は困難であった。すなわち、ファジィ制御では、偏差信号に対応した制御が実行され、時間軸の制御(制御時間)が困難である。さらに、ファジィ制御信号のレベル変化(波形)がセンサー信号と対象である。
（２）従来例の後者のＰＩＤ制御によるフィードバック制御では、ループ時間軸に整合するように、ＰＩＤ制御を実行している。したがって、制御対象部(図１０参照)のループゲインで決定されるＰＩＤ定数において、固定値が多いことから、制御対象部のループゲインが直線性の場合は再現性が高く得られるものの、ＰＩＤ定数が固定値である場合には、多種の外乱や制御対象部での制御箇所が複数、かつ、非直線性のＰＩＤ制御では、良好な再現性が得られない。
（３）上記した（１）ファジィ制御、及び（２）ＰＩＤ制御の両方を半導体製造装置におけるフィードバック制御などにＣＰＵ構成をもって適用する場合、ファジィ制御及びＰＩＤ制御用のそれぞれのプログラムが必要となる。さらに、ファジィ制御及びＰＩＤ制御用のそれぞれを連携処理するためのシーケンスプログラムも必要となる。換言すれば、装置規模及び処理規模が増大化してしまう。公報例も上記した（１）ファジィ制御、及び（２）ＰＩＤ制御と同様の不都合がある。
【００２７】
本発明は、上記課題を解決するためになされ、プログラムステップ数が削減され、かつ、ファジィ制御及びＰＩＤ制御用のそれぞれのプログラム及び連携処理用のシーケンスプログラムが不要となって、装置規模及び処理規模が低減する、ファジィ・ＰＩＤ制御方法及びその装置並びにプログラムの提供を目的としている。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るファジィ・ＰＩＤ制御装置は、ＰＩＤ制御における比例定数、微分定数および積分定数を設定する設定手段と、制御対象物から入力されたセンサー信号の値と目標値との偏差を演算する偏差演算手段と、比例定数と偏差とを用いてＰＩＤ制御における比例処理とその有効／無効の判断とを行う比例判断手段と、比例判断手段が無効と判断した場合に微分定数を用いてＰＩＤ制御における微分処理の有効／無効を判断する微分判断手段と、微分判断手段が有効と判断した場合にファジィ推論法を用いて微分処理を行う微分処理手段と、微分判断手段が無効と判断した場合または微分処理手段が微分処理を行った場合に積分定数を用いてＰＩＤ制御における積分処理の有効／無効を判断する積分判断手段と、積分判断手段が有効と判断した場合に積分処理を行う積分処理手段と、比例処理、微分処理および積分処理の結果に応じて偏差から出力信号を生成する出力信号生成手段とを備える。
【００２９】
この発明に係るファジィ・ＰＩＤ制御プログラムは、ＰＩＤ制御における比例定数、微分定数および積分定数をメモリに格納する第１機能と、制御対象物から入力されたセンサー信号の値と目標値との偏差を演算手段に演算させる第２機能と、比例定数と偏差とを用いてＰＩＤ制御における比例処理とその有効／無効の判断とを演算手段に行わせる第３機能と、第３機能が無効と判断した場合に微分定数を用いてＰＩＤ制御における微分処理の有効／無効を演算手段に判断させる第４機能と、第４機能が有効と判断した場合にファジィ推論法を用いて微分処理を演算手段に行わせる第５機能と、第３機能が無効と判断した場合または第５機能がファジィ推論法を用いた微分処理を実行した場合に積分定数を用いてＰＩＤ制御における積分処理の有効／無効を演算手段に判断させる第６機能と、第６機能が有効と判断した場合に積分処理を演算手段に行わせる第７機能と、比例処理、微分処理および積分処理の結果に応じて偏差から出力信号を演算手段に生成させる第８機能とをコンピュータに実現させる。
【００３０】
この発明では、ＰＩＤ制御における微分処理を、ファジィ推論法を用いて行う。また、ＰＩＤ制御における積分処理の代わりに、ファジィ推論法の加重平均処理を行う。
【００３１】
上記目的を達成する本発明のファジィ・ＰＩＤ制御方法では、ＰＩＤ制御にファジィ制御を組み込んでいる。そして、このファジィ制御で、制御の時間軸の制御を可能にしている。さらに、固定的なＰＩＤ定数での動作に対し、ファジィ制御による制御対象部のループゲインの補正も可能にしている。
【００３２】
この場合、ファジィ制御用のプログラムの処理の加重平均が積分となる。また、ファジィ制御では、有効無効が比例領域となり、さらに、ファジィ制御の範囲が微分となる。この結果、これらをＭＰＵ構成で実行する際のプログラムステップ数が低減する。また、半導体製造装置におけるフィードバック制御をＭＰＵ構成で実行する際の、ファジィ制御及びＰＩＤ制御用のそれぞれのプログラム及び連携処理用のシーケンスプログラムが不要となる。これらの結果、装置規模及び処理規模が低減される。
【００３７】
本発明のプログラムでは、当該発明が、情報記録媒体（パッケージソフトウェアなど）や通信ネットワーク上からのダウンロード／インストールを通じた提供が可能になる。したがって、当該発明を、種々の装置に搭載されるマイクロコンピュータなどで容易に実施できるようになって、その汎用性が向上する。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明の実施形態を説明する。この構成は、本発明を理解できる程度に概略的に示している。
【００３９】
以下、本発明の好適な構成例について説明する。したがって、本発明は以下の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載に基づく様々な形態に適用可能である。
【００４０】
（実施形態の構成及び要部の個々の動作）
図１は本発明のファジィ・ＰＩＤ制御方法及びその装置並びにプログラムの実施形態における機能構成を示すブロック図である。
【００４１】
図１を参照すると、このファジィ・ＰＩＤ制御では、ファジィ・ＰＩＤ制御ユニット１に、例えば、半導体製造装置におけるヒーター加熱電源、ガス流量、モーター位置設定（位置決め）及びモーター回転速度の制御のためのセンサー信号（本発明（請求項）における検出信号に対応する）が温度／流量／モーション部３（本発明（請求項）における制御実施部に対応する。また、「モーション」は本発明（請求項）における「移動」に対応する）の図示しない検出器から入力される。ファジィ・ＰＩＤ制御ユニット１は、温度／流量／モーション部３からのセンサー信号に基づいてファジィ・ＰＩＤ制御信号を生成し、このファジィ・ＰＩＤ制御信号を、電源制御ユニット２に出力する。このファジィ・ＰＩＤ制御信号に基づいて、電源制御ユニット２（本発明（請求項）における電源制御部に対応する）がリニア／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号（本発明（請求項）におけるアナログ駆動信号、電源オン・オフ信号に対応する）を生成して、温度／流量／モーション部３に出力する。そのファジィ・ＰＩＤ制御を温度／流量／モーション部３が実行する。この温度／流量／モーション部３は、ファジィ制御による上記した「ヒーター加熱電源からモーター回転速度などまでの制御における状態」から、次の目標値の状態に変更設定したり、初期の状態（制御開始時）の目標値の状態に設定する制御を実行するものである。
【００４２】
この実施形態に係るファジィ・ＰＩＤ制御では、ＰＩＤ制御のうちＤ（微分）の演算を、ファジィ演算プログラムで行う。すなわち、この実施形態のファジィ・ＰＩＤ制御では、ＰＩＤ制御にファジィ制御を組み込んでいる。これにより、従来のファジィ制御では行えなかった、時間軸の制御を可能にしている。さらに、従来のＰＩＤ制御（固定的なＰＩＤ定数を用いた制御）と異なり、ファジィ制御による制御対象部のループゲインの補正が可能となるので、外乱に対する高速且つ高精度の対処が容易となる。
【００４３】
この場合、ファジィ制御用のプログラムの処理の加重平均が積分となる。また、ファジィ制御の有効無効では比例領域となり、さらに、ファジィ制御の範囲が微分となる。この結果、これらをＭＰＵ構成で実行する際のプログラムステップ数が低減する。すなわち、従来例をもって説明したようなファジィ制御及びＰＩＤ制御用のそれぞれのプログラム及び連携処理用のシーケンスプログラムも不要となる。
【００４４】
図２は、図１のファジィ・ＰＩＤ制御装置の機能構成の具体的な構成例を示すブロック図である。
【００４５】
図２を参照すると、この具体例の構成は、目標値信号とセンサー信号とが入力されて、この信号の差である偏差信号を出力する加算器１０（本発明（請求項）における検出手段に対応する）と、この加算器１０からの偏差信号に基づいたファジィ・ＰＩＤの制御によるファジィ・ＰＩＤ制御信号を出力するファジィ・ＰＩＤ制御部１１と、このファジィ・ＰＩＤ制御部１１からのファジィ・ＰＩＤ制御信号が入力され、そのファジィ・ＰＩＤ制御を実行するとともに、センサー信号を出力する制御対象部１２（本発明（請求項）における制御対象手段に対応する）とを有している。
【００４６】
ファジィ・ＰＩＤ制御部１１は、ＣＰＵ２０と、本実施形態での以下に説明するプログラムを格納したＲＯＭ２１及びワーキング処理用のＲＡＭ２２からなるＭＰＵ構成である。
【００４７】
ファジィ・ＰＩＤ制御部１１において、ＭＰＵ構成による処理(機能構成ファジィ・ＰＩＤ制御部１１のブロック内に図示)は、以降で詳細に説明する様に「（１）ファジィ制御の範囲／微分（Derivative）、（２）ファジィ演算結果を加重平均／積分（Intergral）、（３）ファジィ制御の有効無効範囲と置換／比例（Propotional）」である。
【００４８】
また、制御対象部１２は、図１中の電源制御ユニット２及び温度／流量／モーション部３に対応して構成されている。
【００４９】
なお、ここでの制御対象部１２の制御は、上記した半導体製造装置などにおける「ヒーター加熱電源からモーター回転速度などまでの制御における状態まで」において、次の目標値の状態に変更設定したり、初期の状態（制御開始時）の目標値の状態に設定する制御である。
【００５０】
また、ファジィ・ＰＩＤ制御信号の生成は、加算器１０での目標値信号とセンサー信号との差の偏差信号に対応するものであり、最終的には制御対象部１２の電源制御ユニットにおけるリニア／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号を生成して、最終的に制御対象部１２での温度／流量／モーション部によるファジィ・ＰＩＤ制御を制御収束目標として実行するためのものである。
【００５１】
センサー信号は、ファジィ・ＰＩＤ制御部１１が、制御対象部１２を制御するための、ファジィ・ＰＩＤ制御信号の生成用である。
【００５２】
（実施形態の全体の動作）
図３は図２に示す実施形態の動作の処理手順を示すフローチャートであり、図４は図３中のサブルーチン(ステップＳ４)の動作の処理手順を示すフローチャートである。また、図５はファジィ・ＰＩＤ制御における目標値に対するファジィ・ＰＩＤ制御信号及びセンサー信号を時間軸上で説明するための図である。
【００５３】
まず、図３を参照すると、ステップＳ１で、図２中のＲＡＭ２２に目標値及び基本定数が設定される。例えば、図２中のＣＰＵ２０に、入出力（Ｉ／Ｏ）回路（図示せず）に接続された入力操作装置（例えば、キーボード、マウス）から設定される。
【００５４】
この目標値は、図５中におけるファジィ・ＰＩＤ制御信号のレベルにおける設定値であり、半導体製造装置などにおけるフィードバック制御にあって、ヒーター加熱電源、ガス流量、モーター位置設定（位置決め）及びモーター回転速度の制御の所望値（所定値）である。
【００５５】
次に、ステップＳ２において、目標値及び基本定数（これはＰＩＤ定数である）が設定される。このそれぞれの設定は、図２中のファジィ・ＰＩＤ制御部１１の具体的な構成におけるＣＰＵ２０に対してＲＡＭ２２から取り込んだ記憶データ(ＰＩＤ定数)が設定される。
【００５６】
さらに、ステップＳ３において、図２中の加算器１０にセンサー信号、及び目標値信号が入力される。次に、ステップＳ４で、ファジィ・ＰＩＤ計算処理が実行される。このファジィ・ＰＩＤ計算処理は、図２に示すように、加算器１０における目標値信号とセンアー信号との差である偏差信号をファジィ・ＰＩＤ制御部１１で次のように処理してファジィ・ＰＩＤ制御信号を生成する。
【００５７】
このファジィ・ＰＩＤ計算処理Ｓ４は、偏差信号（センサー信号値と目標値との偏差を示す信号）に対応したファジィ・ＰＩＤ制御信号を生成する。後述するように、ファジィ・ＰＩＤ制御信号からは、制御対象部１２により、リニア（アナログ）／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号が生成される。この実施形態のリニア（アナログ）／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号は、図５に示すように、偏差信号値が所定範囲内に到達するまでは通常のＰＩＤ制御と同様にして生成され、該偏差信号値が所定範囲内になるとこの実施形態のファジィ・ＰＩＤ制御を用いて生成される。いずれの範囲でも、リニア（アナログ）／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号の生成には、同じＰＩＤ定数が利用される。図５から解るように、リニア（アナログ）／ＯＮ・ＯＦＦ制御信号は、センサー信号の時間変化とほぼ対象となるように変化する。
【００５８】
ファジィ・ＰＩＤ制御部１１によるファジィ・ＰＩＤ制御信号計算処理（ステップＳ４）では、以下のような処理を行う。
（１）ファジィ制御の有効無効の範囲の判断を、ＰＩＤ制御における比例（Ｐ）定数を用いて行う。偏差信号値Ｓと比例定数Ｐとの比Ｓ／Ｐ［％］が０〜１０％と９０〜１００％とを「有効範囲」とし、残りの１０〜９０％を「無効範囲」とする。
（２）ＰＩＤ制御におけるＤ（微分）の演算（上記した図１０のＰＩＤ補償部を参照）を、ファジィ演算プログラムを用いて行う。
（３）ＰＩＤ制御におけるＩ（積分）定数に応じた回数（０〜ｎ回）分の加重平均を行う。
【００６０】
このステップＳ４の処理を図４に示すサブルーチンを参照して詳細に説明する。
【００６１】
図３中のステップＳ４のサブルーチンでは、ステップＳ３で偏差信号ｅを入力した後に、有効範囲／無効範囲を、比例領域に応じて判断する（図４のステップＳ４１）。比例領域とは、通常のＰＩＤ制御において、比例（Ｐ）定数のみを用いてフィードバック制御を行う領域である。すなわち、この比例領域では、微分・積分演算（後述）は行われない。比例処理の演算は、通常のＰＩＤ制御と同様であり、例えば偏差信号ｅと比例定数Ｐとの比［％］を求めることにより行う。そして、この演算結果ｅ／Ｐにより、偏差信号ｅが有効範囲に属するか或いは無効範囲に属するかが判断される。例えば、上記した０〜１００％内における０〜１０％と９０〜１００％とを「有効範囲」（比例処理のみを行う範囲）とし、残りの１０〜９０％を「無効範囲」（微分、積分処理を行う範囲、但し微分定数、積分定数が零の場合は行わない（後述））とする。このように、この処理Ｓ４１は、図３のステップＳ１，Ｓ２で設定された基本定数のうちの比例定数（Ｐ）で処理される。そして、判定結果が無効範囲の場合は次のファジィ制御の判定Ｓ４２に進み、また、有効範囲の場合は以降のステップＳ４６に進む。
【００６２】
ファジィ制御の判定（ステップＳ４２）では、通常のＰＩＤ制御プログラムと同様、図３のステップＳ１，Ｓ２で設定された微分（Ｄ）定数を用いて、微分処理の有効／無効が判断される。通常のＰＩＤ制御プログラムでは、微分定数の値が非零の場合は微分処理を行うが、該微分定数が零の場合は微分処理を行わない。この実施形態の制御プログラムは、ファジィ制御が有効の場合は次のファジィ計算（ステップＳ４３）に進み、また、ファジィ制御が無効の場合は以降のステップＳ４４に進む。微分処理を行わない場合、このＰＩＤ制御プログラムは、実質的にＰＩ制御を実行することになる。
【００６３】
ファジィ計算（ステップＳ４３）では、偏差信号ｅと微分定数とを用いて、微分（Ｄ）演算を行う。上述のように、この実施形態では、従来のＰＩＤ制御プログラムで行う微分演算処理に代えて、ファジィ演算プログラムで微分演算を行う。通常のＰＩＤ制御では微分定数Ｄが固定されているので、外乱の状態（極大値等）に応じて高速且つ高精度に微分処理を行うことができない（上述）。これに対して、この実施形態では、ファジィ演算プログラムを用いて微分演算処理を行うので、ＰＩＤ制御の微分定数を適宜変更する場合と同様の処理を簡単なプログラムで行うことができ、したがって、外乱の状態に応じた柔軟な微分処理を行うことが可能である。
【００６４】
加重平均の判定（ステップＳ４４）では、通常のＰＩＤ制御プログラムと同様、図３のステップＳ１，Ｓ２で設定された積分（Ｉ）定数を用いて、積分処理の有効／無効が判断される。通常のＰＩＤ制御プログラムでは、積分定数の値が非零の場合は積分処理を行うが、該積分定数が零の場合は積分処理を行わない。積分処理を行わない場合、このＰＩＤ制御プログラムは、実質的にＰＤ制御を実行することになる。この実施形態の制御プログラムは、加重平均が有効の場合は次の加重平均計算（ステップＳ４５）に進み、また、加重平均が無効の場合は以降のステップＳ４６に進む。
加重平均計算（ステップＳ４５）では、ファジィ制御プログラムを用いてファジィ計算結果の加重平均処理が行われる。この加重平均計算は、通常のＰＩＤ制御における積分演算処理に対応している。
【００６５】
この後でファジィ制御・ＰＩＤ出力となる。この値は、例えば、図２中のＲＡＭ２２で一時的に記憶され、前回出力値としてステップＳ４５の加重平均計算に用いられる（ステップＳ４６）。
【００６６】
次に、この図４のサブルーチン（図３中の（ステップＳ４）の処理の後は、図３におけるステップＳ５の処理となる。このステップＳ５おいて、ファジィ・ＰＩＤによる制御信号（ファジィ・ＰＩＤ制御信号）を制御対象部１２に出力する。
【００６７】
そして、図４のステップＳ６において、目標値（設定値）の変更有無を判断し、この有無で変更がある場合（Ｎo）、ステップＳ２の目標値が設定され、基本定数（ＰＩＤ定数）の設定にリターンして、以降のルーチンを実行する。また、ステップＳ６において、目標値の変更がない場合は（Ｙｅｓ）、制御終了を判断し、終了でない場合は（Ｎo）、再度の制御実行のために、ステップＳ３のセンサー信号入力にリターンして以降の処理を実行する。また、ステップＳ７で制御終了の場合は、一連のファジィ・ＰＩＤ制御が終了となる。
【００６８】
（実施形態の利点）
このように、この実施形態では、フィードバック制御のファジィ・ＰＩＤ制御では、ＰＩＤ制御にファジィ制御を組み込み、ファジィ制御で、時間軸の制御を可能にし、さらに、固定的なＰＩＤ定数での動作に対し、ファジィ制御による制御対象部のループゲインの補正も可能にしている。
【００６９】
この場合、ファジィ制御用のプログラム処理の加重平均が積分となる。また、ファジィ制御のプログラム処理が、有効無効範囲が比例領域となり、さらに、ファジィ制御の範囲が微分となる。この結果、これらをＭＰＵ構成で実行する際のプログラムステップ数が低減する。
【００７０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、この発明のファジィ・ＰＩＤ制御装置並びにプログラムによれば、ＰＩＤ制御における微分処理に代えてファジィ推論法を用いた微分処理を行うので、外乱の状態に応じた柔軟な微分処理を行うことができる。
さらに、ファジィ制御プログラムとＰＩＤ制御プログラムとを併用する場合と比較して、これらのプログラムを連携させるためのシーケンスプログラムが不要となることなどの理由により、ファジィ・ＰＩＤ制御装置の装置規模及びファジィ・ＰＩＤ制御プログラムの処理規模を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のファジィ・ＰＩＤ制御方法及びその装置並びにプログラムの実施形態における機能構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態のファジィ・ＰＩＤ制御装置の実際の構成例を示すブロック図である。
【図３】実施形態の動作の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図３中のサブルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図５】実施形態のファジィ・ＰＩＤ制御における目標値に対するファジィ・ＰＩＤ制御信号及びセンサー信号を時間軸上で説明するための図である。
【図６】従来のファジィ制御の機能構成を示すブロック図である。
【図７】従来のファジィ制御処理を説明するための図である。
【図８】従来のファジィ制御での目標値に対するファジィ制御信号及びセンサー信号のレベルを時間軸上で説明するための図である。
【図９】従来のＰＩＤ制御の機能構成を示すブロック図である。
【図１０】従来のＰＩＤ制御装置の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図１１】従来のＰＩＤ制御にあって目標値に対するＰＩＤ制御信号及びセンサー信号を時間軸上で説明するための図である。
【符号の説明】
１ファジィ・ＰＩＤ制御ユニット
２電源制御ユニット
３温度／流量／モーション部
１０加算器
１１ファジィ・ＰＩＤ制御部
１２制御対象部
２０ＣＰＵ
２１ＲＯＭ
２２ＲＡＭ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuzzy / PID control method, an apparatus for the same, and a program for implementing feedback control in a semiconductor manufacturing apparatus by incorporating fuzzy control into PID control.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, feedback control in this type of semiconductor manufacturing apparatus is used to control, for example, a heater heating power source, gas flow rate, motor position setting (positioning), motor rotation speed, and the like.
[0003]
As this analog feedback control, fuzzy control (Fuzzy Logic) for digitalizing and processing ambiguity numerically, and PID (Proportional / Proportional, Intergral / Integral, Derivative / Derivative) control are known.
[0004]
First, conventional fuzzy control will be described.
[0005]
FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration of conventional fuzzy control, and FIG. 7 is a diagram for explaining conventional fuzzy control processing. FIG. 8 is a diagram for explaining the levels of the fuzzy control signal and the sensor signal with respect to the target value (set value) in the conventional fuzzy control on the time axis.
[0006]
Referring to FIG. 6, in this fuzzy control, the fuzzy control unit 31 has a sensor signal indicating a control state such as a heater heating power source, gas motor position setting (positioning) and motor rotation speed of the semiconductor manufacturing apparatus described above, Input from a detector (not shown) of the temperature / flow rate / motion unit 33.
[0007]
This sensor signal is, for example, a detection value indicating a state in control such as the heater heating power source, the gas flow rate, the motor position setting (positioning), and the motor rotation speed.
[0008]
  Power control unit 32IsFuzzy control unit 31Based on the generated fuzzy control signal, a linear / ON / OFF (ON / OFF) control signal is output to the temperature / flow rate / motion unit 33. The temperature / flow rate / motion unit 33 is changed to the next target value state or the initial state (control start) in the “state in the control from the heater heating power source to the motor rotational speed” by the fuzzy control. Control to set the state of the target value).
[0009]
The fuzzy control includes control of analog amounts of the temperature / flow rate / motion unit 33 (corresponding to “linear control signal” in the linear / ON / OFF control signal) and ON / OFF control of the power supply (energization) ( Corresponding to the “ON / OFF control signal” in the linear / ON / OFF control signal).
[0010]
Specifically, the fuzzy control is generally processed by software having an MPU (Microprocessing Unit) configuration including a CPU, a ROM, and a RAM.
[0011]
In the fuzzy control with this MPU configuration, as shown in FIGS. 6 and 7, the difference between the sensor signal and the target value signal (see FIG. 6), which is a predetermined target value for control convergence, with respect to the time axis. A linear / ON / OFF control signal is generated from a fuzzy control signal in which Δy (negative or positive) of (Δy) is Δy (zero / 0), and the fuzzy control is executed.
[0012]
Referring to FIG. 8, in the conventional fuzzy control, when the levels of the fuzzy control signal and the sensor signal with respect to the target value signal are shown on the time axis, the sensor signal has the same value with respect to the target value. The fuzzy control signal level is controlled by a CPU or the like. In this control, the level of the fuzzy control signal is divided into large, medium, and small areas corresponding to the deviation signal of the difference between the sensor signal and the target value signal, and in this division, the deviation approaches the target value signal. When the signal becomes smaller and the fuzzy control signal becomes smaller and becomes a target value signal, the fuzzy control loop converges to the control target and becomes stable.
[0013]
In this conventional fuzzy control, the time axis is determined by the processing speed of the CPU and the depth of the judgment condition hierarchy for if condition processing (processing of output branching by input conditions in flow control) from fuzzy theory. Even a CPU for relatively low-speed arithmetic processing is high-speed processing, so that it is difficult to apply it to feedback control with a long control change time (time axis control). Thus, in fuzzy control, control is executed so as to match the loop time axis.
[0014]
Next, conventional PID control will be described.
[0015]
FIG. 9 is a block diagram showing a functional configuration of a conventional PID control, and FIG. 10 is a block diagram showing a specific configuration example of a conventional PID control device. FIG. 11 is a diagram for explaining the PID control signal and the sensor signal with respect to the target value on the time axis in the conventional PID control.
[0016]
Referring to FIG. 9, in this PID control, the PID control unit 41 is controlled by the temperature / flow rate / motion for controlling the heater heating power source, gas flow rate, motor position setting (positioning), motor rotation speed, etc. in a semiconductor manufacturing apparatus or the like. A sensor signal from a detector (not shown) of the unit 43 is input. The PID control unit 41 generates a linear / ON / OFF control signal from the PID control signal corresponding to the difference between the target value signal of the control convergence target predetermined in the power supply control unit 42 and the sensor signal, and the PID Control is being executed.
[0017]
Specifically, this PID control is generally processed by software using an MPU configuration (CPU 60, ROM 61, RAM 62 in FIG. 10).
[0018]
Referring to FIG. 10, in this specific example of PID control, a target value signal and a sensor signal are input to the adder 50, and a deviation signal of this difference is input to the PID compensation unit 51. A PID control signal from the PID compensation unit 51 is input to the control target unit 53 (corresponding to the power control unit 42 and the temperature / flow rate / motion unit 43 in FIG. 9), and the PID control is executed.
[0019]
The PID compensation unit 51 processes the deviation signal from the adder 50 by the proportional 51a, the integral 51b, and the differentiation 51c, adds these values by the adder 51d, and the PID control signal of the added value is controlled by the control target unit 53. To supply.
[0020]
Further, the sensor signal from the control target unit 53 is fed back to the adder 50, and a deviation signal with respect to the target value signal is generated.
[0021]
Referring to FIG. 11, in the conventional PID control, the levels of the PID control signal and the sensor signal with respect to the target value signal are hunting waveforms on the time axis.
[0022]
In this PID control, the CPU or the like controls the target value signal so that the PID control signal has the same level as the sensor signal. In this control, in the area of the deviation signal with a large deviation, it is controlled with a proportional constant, and with respect to the disturbance, it is controlled with a differential constant, and in the area of the deviation signal with a small deviation, it is controlled with an integral constant to obtain a target value. When it becomes a signal, the PID control loop converges and stabilizes.
[0023]
In such feedback control by PID control, PID control is executed so as to match the loop time axis. In this PlD control, the temporal element (processing on the time axis) is generally a fixed value based on the PID constant, and therefore there is one external signal (denoted as disturbance as appropriate) that causes control non-convergence. It will only work with PID constants. There are various proposals for the fuzzy control described above. For example, in an electric wire production line, an example of fuzzy control that stabilizes the thickness of an electric wire insulator and makes the outer diameter of the electric wire constant is known (see, for example, Patent Document 1).
[0024]
As for PID control, in an electronically controlled throttle device, there is known a proposal of PID control for limiting a control current of a throttle valve drive motor when a deviation between a target opening and an actual opening is in a convergence state. (For example, refer to Patent Document 2).
[0025]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-37456, “Outer Diameter Control System for Fuzzy Control” (Summary)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-70588 “Electronic Control Throttle Device” (Summary)
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
Such a conventional example has the following disadvantages (1), (2), and (3).
(1) In the former fuzzy control of the conventional example, it is difficult to apply to feedback control having a long control change time (time axis control). That is, in fuzzy control, control corresponding to the deviation signal is executed, and time axis control (control time) is difficult. Further, the level change (waveform) of the fuzzy control signal is the sensor signal and the target.
(2) In the latter feedback control by the PID control of the conventional example, the PID control is executed so as to match the loop time axis. Therefore, since there are many fixed values in the PID constant determined by the loop gain of the control target unit (see FIG. 10), the reproducibility is high when the loop gain of the control target unit is linear, but the PID constant Is a fixed value, a variety of disturbances and a plurality of control points in the control target unit and a non-linear PID control cannot provide good reproducibility.
(3) When both (1) fuzzy control and (2) PID control described above are applied to a feedback control in a semiconductor manufacturing apparatus with a CPU configuration, respective programs for fuzzy control and PID control are required. Furthermore, a sequence program for cooperating each of fuzzy control and PID control is also required. In other words, the device scale and the processing scale increase. The publication examples also have the same inconveniences as (1) fuzzy control and (2) PID control.
[0027]
The present invention has been made in order to solve the above problems, the number of program steps is reduced, each program for fuzzy control and PID control, and a sequence program for cooperative processing become unnecessary, and the apparatus scale and processing scale are reduced. It is an object of the present invention to provide a fuzzy / PID control method, an apparatus thereof, and a program.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
  The fuzzy / PID control device according to the present invention includes setting means for setting proportional constants, differential constants and integral constants in PID control, and a deviation for calculating a deviation between a value of a sensor signal input from a control object and a target value. An arithmetic means, a proportional judgment means for performing proportional processing in PID control using the proportionality constant and deviation, and the validity / invalidity judgment thereof, and in the case of PID control using the differential constant when the proportional judgment means judges invalid. Differentiation judging means for judging the validity / invalidity of differentiation processing, differentiation processing means for performing differentiation processing using fuzzy inference method when the differentiation judging means is valid, and when the differentiation judging means judges invalid or differentiation When the processing means performs the differentiation process, the integration determination means for determining the validity / invalidity of the integration process in the PID control using the integration constant, and the integration determination means are valid. Comprises an integration processing means for performing integral processing when disconnection, proportional processing, and an output signal generating means for generating an output signal from the deviation according to the result of the differentiation processing and the integration process.
[0029]
  The fuzzy / PID control program according to the present invention sets the proportional constant, differential constant and integral constant in PID control.Store in memoryFirstfunctionAnd the deviation between the sensor signal value input from the control object and the target value.Second function to make the calculation means calculateAnd proportional processing in PID control using the proportionality constant and deviation, and judgment of its validity / invalidityThird function to be performed by calculation meansAnd thirdFunctionInvaliddidEnable / disable differential processing in PID control using differential constants4th function which makes calculation means judgeAnd fourthFunctionValiddidUsing fuzzy reasoningFifth function to be performed by calculation meansAnd thirdFunctionInvaliddidCase or fifthfunctionButPerformed differential processing using fuzzy inference methodEnable / disable integration processing in PID control using integration constantsThe sixth function that makes the calculation means judgeAnd the sixthFunctionValid andIt was judgedIf the integration processSeventh function to be performed by calculation meansAnd output signal from deviation according to the result of proportional processing, differentiation processing and integration processingEighth function to be generated by calculation meansAnd on the computerRealizationLet
[0030]
  In the present invention, differential processing in PID control is performed using a fuzzy inference method. Also, a weighted average process of fuzzy inference is performed instead of the integration process in PID control.
[0031]
In the fuzzy / PID control method of the present invention that achieves the above object, fuzzy control is incorporated in the PID control. This fuzzy control makes it possible to control the time axis of the control. Furthermore, the loop gain of the control target part can be corrected by fuzzy control for the operation with a fixed PID constant.
[0032]
In this case, the weighted average of the processing of the fuzzy control program is integration. In fuzzy control, the validity / invalidity is a proportional region, and the fuzzy control range is differential. As a result, the number of program steps when these are executed with the MPU configuration is reduced. Further, when executing feedback control in the semiconductor manufacturing apparatus with the MPU configuration, each program for fuzzy control and PID control and a sequence program for cooperative processing are not required. As a result, the apparatus scale and the processing scale are reduced.
[0037]
In the program of the present invention, the present invention can be provided through download / installation from an information recording medium (package software or the like) or a communication network. Therefore, the present invention can be easily implemented with a microcomputer or the like mounted on various devices, and its versatility is improved.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. This configuration is shown schematically to the extent that the present invention can be understood.
[0039]
Hereinafter, a preferred configuration example of the present invention will be described. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and can be applied to various forms based on the description of the scope of claims.
[0040]
(Configuration of embodiment and individual operation of main part)
FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of an embodiment of a fuzzy / PID control method and apparatus and program according to the present invention.
[0041]
Referring to FIG. 1, in this fuzzy / PID control, the fuzzy / PID control unit 1 includes, for example, sensors for controlling a heater heating power source, gas flow rate, motor position setting (positioning), and motor rotation speed in a semiconductor manufacturing apparatus. The signal (corresponding to the detection signal in the present invention (claim)) corresponds to the control execution unit in the temperature / flow rate / motion part 3 (present invention (claim)), and “motion” is the present invention (claim). (Corresponding to “movement” in FIG. 2)). The fuzzy / PID control unit 1 generates a fuzzy / PID control signal based on the sensor signal from the temperature / flow rate / motion unit 3, and outputs the fuzzy / PID control signal to the power supply control unit 2. Based on the fuzzy / PID control signal, the power supply control unit 2 (corresponding to the power supply control unit in the present invention (claim)) generates a linear / ON / OFF control signal (analog drive signal in the present invention (claim), power Corresponding to the ON / OFF signal) and output to the temperature / flow rate / motion unit 3. The fuzzy / PID control is executed by the temperature / flow rate / motion unit 3. The temperature / flow rate / motion unit 3 is changed from the above-described “state in the control from the heater heating power source to the motor rotation speed” by fuzzy control to the next target value state, or the initial state (control start Control to set the state of the target value).
[0042]
  In the fuzzy / PID control according to this embodiment, the calculation of D (differentiation) in the PID control is performed by a fuzzy calculation program. That is, in this embodimentIn fuzzy / PID control, fuzzy control is incorporated into PID control.As a result, it was not possible with conventional fuzzy control.The time axis can be controlled. further,Unlike conventional PID control (control using a fixed PID constant),Correction of loop gain of control target by fuzzy controlTherefore, it becomes easy to deal with disturbance with high speed and high accuracy.
[0043]
In this case, the weighted average of the processing of the fuzzy control program is integration. Further, when fuzzy control is enabled / disabled, a proportional region is obtained, and the range of fuzzy control is differentiated. As a result, the number of program steps when these are executed with the MPU configuration is reduced. That is, the respective programs for fuzzy control and PID control and the sequence program for cooperative processing as described with reference to the conventional example are not required.
[0044]
FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration example of the functional configuration of the fuzzy / PID control device of FIG.
[0045]
Referring to FIG. 2, the configuration of this specific example is such that an adder 10 (a detection means in the present invention (claim)) receives a target value signal and a sensor signal and outputs a deviation signal that is the difference between the signals. And a fuzzy / PID control unit 11 for outputting a fuzzy / PID control signal by fuzzy / PID control based on the deviation signal from the adder 10, and a fuzzy / PID from the fuzzy / PID control unit 11. A control signal is input, the fuzzy / PID control is executed, and a control target unit 12 (corresponding to the control target means in the present invention (claim)) outputs a sensor signal.
[0046]
The fuzzy / PID control unit 11 has an MPU configuration including a CPU 20, a ROM 21 storing a program described below in this embodiment, and a RAM 22 for working processing.
[0047]
In the fuzzy / PID control unit 11, processing by the MPU configuration (shown in the block of the functional configuration fuzzy / PID control unit 11) is “(1) Fuzzy control range / differentiation (Derivative)” as described in detail later. , (2) Weighted average / integration (Intergral) of the fuzzy calculation results, and (3) Effective / invalid range and replacement / proportional of fuzzy control ”.
[0048]
Moreover, the control object part 12 is comprised corresponding to the power supply control unit 2 and the temperature / flow rate / motion part 3 in FIG.
[0049]
In addition, the control of the control target unit 12 here is changed to the state of the next target value in “up to the state in the control from the heater heating power source to the motor rotational speed” in the semiconductor manufacturing apparatus described above, This control is set to the target value state in the initial state (at the start of control).
[0050]
The generation of the fuzzy / PID control signal corresponds to the deviation signal of the difference between the target value signal and the sensor signal in the adder 10, and finally the linear / This is for generating an ON / OFF control signal and finally executing fuzzy / PID control by the temperature / flow rate / motion unit in the control target unit 12 as a control convergence target.
[0051]
The sensor signal is for generating a fuzzy / PID control signal for the fuzzy / PID control unit 11 to control the control target unit 12.
[0052]
(Overall operation of the embodiment)
3 is a flowchart showing a processing procedure of the operation of the embodiment shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of the operation of the subroutine (step S4) in FIG. FIG. 5 is a diagram for explaining, on the time axis, a fuzzy / PID control signal and a sensor signal for a target value in fuzzy / PID control.
[0053]
First, referring to FIG. 3, in step S1, target values and basic constants are set in the RAM 22 in FIG. For example, the CPU 20 in FIG. 2 is set from an input operation device (for example, a keyboard or a mouse) connected to an input / output (I / O) circuit (not shown).
[0054]
This target value is a set value at the level of the fuzzy / PID control signal in FIG. 5 and is used for feedback control in a semiconductor manufacturing apparatus or the like. This is a desired value (predetermined value) for the control.
[0055]
Next, in step S2, a target value and a basic constant (this is a PID constant) are set. For each setting, stored data (PID constant) fetched from the RAM 22 is set to the CPU 20 in the specific configuration of the fuzzy / PID control unit 11 in FIG.
[0056]
Further, in step S3, the sensor signal and the target value signal are input to the adder 10 in FIG. Next, in step S4, a fuzzy / PID calculation process is executed. In this fuzzy / PID calculation process, as shown in FIG. 2, the fuzzy / PID control unit 11 processes the deviation signal, which is the difference between the target value signal and the center signal in the adder 10, as follows. Generate a control signal.
[0057]
  This fuzzy PID calculation processS4Is the deviation signal(Signal indicating deviation between sensor signal value and target value)A fuzzy / PID control signal corresponding to is generated.As described below,From the fuzzy / PID control signal, the control target unit 12ByLinear (analog) / ON / OFF control signalIs generated.This embodimentofThe linear (analog) / ON / OFF control signal is as shown in FIG.Until the deviation signal value reaches the predetermined range, it is generated in the same manner as in the normal PID control, and when the deviation signal value falls within the predetermined range, it is generated by using the fuzzy / PID control of this embodiment. In either range, the same PID constant is used to generate the linear (analog) / ON / OFF control signal. As can be seen from FIG. 5, the linear (analog) / ON / OFF control signal changes so as to be substantially subject to the time change of the sensor signal.
[0058]
  In the fuzzy / PID control signal calculation processing (step S4) by the fuzzy / PID control unit 11, the following processing is performed.
(1) The effective / invalid range of fuzzy control is determined using a proportional (P) constant in PID control. When the ratio S / P [%] of the deviation signal value S and the proportionality constant P is 0 to 10% and 90 to 100%, the “effective range” is set, and the remaining 10 to 90% is set to the “invalid range”.
(2) The calculation of D (differentiation) in the PID control (see the PID compensation unit in FIG. 10 described above) is performed using a fuzzy calculation program.
(3) A weighted average for the number of times (0 to n times) corresponding to the I (integral) constant in PID control is performed.
[0060]
The processing in step S4 will be described in detail with reference to the subroutine shown in FIG.
[0061]
  Steps in Figure 3S4In the subroutine of step S3The deviation signal e was input atlater,Valid / Invalid rangeTheJudgment is made according to the proportional area (step S41 in FIG. 4)..The proportional region is a region in which feedback control is performed using only a proportional (P) constant in normal PID control. That is, differentiation / integration calculations (described later) are not performed in this proportional region. The calculation of the proportional processing is the same as in normal PID control, and is performed, for example, by determining the ratio [%] between the deviation signal e and the proportional constant P. Based on the calculation result e / P, it is determined whether the deviation signal e belongs to the valid range or the invalid range.For example, 0-10% and 90-100% in 0-100% mentioned above are "effective range".(Range for performing proportional processing only)And the remaining 10-90% is the “invalid range”(Differential and integral processing range, but not when the differential constant or integral constant is zero (described later))Andin this way,This processS41Figure 3ofStep S1, S2Set inBasic constantOut ofProportionality constant(P)Processed byThe And the judgment result isIn case of invalid range, next fuzzy control judgmentS42If it is within the effective range, go to step S46.move on.
[0062]
  Judgment of fuzzy control(Step S42)ThenLike a normal PID control programFIG.ofDifferentiation set in steps S1 and S2.(D) The validity / invalidity of the differentiation process is determined using the constant. In a normal PID control program, differentiation processing is performed when the value of the differential constant is non-zero, but differentiation processing is not performed when the differential constant is zero. The control program of this embodiment isWhen fuzzy control is enabledNextFuzzy calculation(Step S43)If the fuzzy control is invalid, the process proceeds to step S44.When the differentiation process is not performed, the PID control program substantially executes the PI control.
[0063]
  In the fuzzy calculation (step S43), the differential (D) operation is performed using the deviation signal e and the differential constant. As described above, in this embodiment, instead of the differential calculation process performed by the conventional PID control program, the differential calculation is performed by the fuzzy calculation program. In normal PID control, since the differential constant D is fixed, the differential processing cannot be performed at high speed and with high accuracy according to the state of disturbance (maximum value, etc.) (described above). On the other hand, in this embodiment, the differential calculation process is performed using a fuzzy calculation program, so that the same process as when the PID control differential constant is appropriately changed can be performed by a simple program. It is possible to perform a flexible differentiation process according to the state.
[0064]
  In the determination of the weighted average (step S44), the integration processing is determined to be valid / invalid using the integral (I) constant set in steps S1 and S2 of FIG. 3 as in the normal PID control program. In a normal PID control program, integration processing is performed when the value of the integration constant is non-zero, but integration processing is not performed when the integration constant is zero. When the integration process is not performed, the PID control program substantially executes PD control. The control program of this embodiment proceeds to the next weighted average calculation (step S45) when the weighted average is valid, and proceeds to the subsequent step S46 when the weighted average is invalid.
  In the weighted average calculation (step S45), the weighted average processing of the fuzzy calculation result is performed using the fuzzy control program. This weighted average calculation corresponds to an integral calculation process in normal PID control.
[0065]
After this, fuzzy control and PID output are performed. This value is temporarily stored in, for example, the RAM 22 in FIG. 2, and used as the previous output value for the weighted average calculation in step S45 (step S46).
[0066]
Next, after the processing of the subroutine of FIG. 4 (step S4 in FIG. 3), the processing of step S5 in FIG. 3 is performed, in which control signals (fuzzy / PID control by fuzzy / PID) are performed. Signal) to the control target unit 12.
[0067]
In step S6 of FIG. 4, it is determined whether or not the target value (set value) has been changed. If there is a change in the presence or absence (No), the target value in step S2 is set and a basic constant (PID constant) is set. Return to, and execute the following routine. In step S6, if the target value is not changed (Yes), the control end is determined. If not (No), the process returns to the sensor signal input in step S3 to execute the control again. The subsequent processing is executed. If the control ends in step S7, the series of fuzzy / PID control ends.
[0068]
(Advantages of the embodiment)
As described above, in this embodiment, in the fuzzy / PID control of the feedback control, the fuzzy control is incorporated in the PID control, the time axis can be controlled by the fuzzy control, and the operation with the fixed PID constant is performed. Also, it is possible to correct the loop gain of the control target unit by fuzzy control.
[0069]
In this case, the weighted average of the program processing for fuzzy control is integration. In the fuzzy control program processing, the valid / invalid range is a proportional region, and the fuzzy control range is differentiated. As a result, the number of program steps when these are executed with the MPU configuration is reduced.
[0070]
【The invention's effect】
  As is clear from the above explanation,Of this inventionFuzzy PID systemDressAccording to the device and programSince differential processing using the fuzzy inference method is performed instead of differential processing in PID control, flexible differential processing according to the state of disturbance can be performed.
  Further, compared with the case where a fuzzy control program and a PID control program are used in combination, a sequence program for linking these programs becomes unnecessary, and the scale of the fuzzy PID control device and the fuzzy The processing scale of the PID control program can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration in an embodiment of a fuzzy / PID control method and apparatus and program according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an actual configuration example of the fuzzy / PID control device according to the embodiment.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a processing procedure of an operation according to the embodiment.
4 is a flowchart showing a processing procedure of a subroutine in FIG. 3. FIG.
FIG. 5 is a diagram for explaining on a time axis a fuzzy / PID control signal and a sensor signal with respect to a target value in the fuzzy / PID control according to the embodiment;
FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration of conventional fuzzy control.
FIG. 7 is a diagram for explaining conventional fuzzy control processing;
FIG. 8 is a diagram for explaining the levels of a fuzzy control signal and a sensor signal with respect to a target value in conventional fuzzy control on a time axis.
FIG. 9 is a block diagram showing a functional configuration of conventional PID control.
FIG. 10 is a block diagram illustrating a specific configuration example of a conventional PID control device.
FIG. 11 is a diagram for explaining a PID control signal and a sensor signal with respect to a target value on a time axis in the conventional PID control.
[Explanation of symbols]
1 Fuzzy PID control unit
2 Power control unit
3 Temperature / flow rate / motion section
10 Adder
11 Fuzzy / PID controller
12 Controlled part
20 CPU
21 ROM
22 RAM

Claims

Setting means for setting proportional constants, differential constants and integral constants in PID control;
Deviation calculation means for calculating the deviation between the value of the sensor signal input from the control object and the target value;
Proportional determination means for performing proportional processing in PID control and determination of its validity / invalidity using the proportionality constant and the deviation;
Differential judging means for judging validity / invalidity of differentiation processing in PID control using the differential constant when the proportional judgment means judges invalid;
A differential processing means for performing differential processing using a fuzzy inference method when the differential determination means is determined to be valid;
An integration determining means for determining whether integration processing in PID control is valid / invalid using the integration constant when the differentiation determining means determines invalid or when the differentiation processing means performs differentiation processing;
Integration processing means for performing integration processing when the integration determination means is determined to be valid;
Output signal generating means for generating an output signal from the deviation according to the results of the proportional processing, the differentiation processing and the integration processing;
A fuzzy / PID control device comprising:

2. The fuzzy / PID control apparatus according to claim 1, wherein the integration processing means performs the integration processing using a weighted average processing method.

A first function for storing a proportional constant, differential constant and integral constant in PID control in a memory ;
A second function that causes the calculation means to calculate the deviation between the value of the sensor signal input from the control object and the target value;
A third function for causing the calculation means to perform proportional processing in PID control and determination of validity / invalidity using the proportionality constant and the deviation;
A fourth function that, when it is determined that the third function is invalid, causes the calculation means to determine whether the differential processing in PID control is valid or invalid using the differential constant;
A fifth function that causes the computing means to perform differentiation using a fuzzy inference method when the fourth function is determined to be valid;
When the third function or is determined to be invalid the fifth function executes the differentiation process using the fuzzy reasoning method, the calculating means to enable / disable the integration process in the PID control using the integration constant A sixth function to make a judgment ;
A seventh function that causes the computing means to perform integration processing when it is determined that the sixth function is valid;
An eighth function that causes the computing means to generate an output signal from the deviation according to the results of the proportional processing, the differentiation processing, and the integration processing;
Fuzzy / PID control program for realizing a computer.

4. The fuzzy / PID control program according to claim 3, wherein the seventh function is a function of performing the integration processing using a weighted average processing method.