控制方法及控制装置

摘要

提供一种控制方法，在将成为特定基准的状态量作为基准状态量，为维持在预先规定的值而对与该基准状态量的相对量进行控制的状态量作为追踪状态量时，包括：计算步骤，在将向分别构成控制环的至少2个控制器中控制追踪状态量的控制器输入的多个控制运算用输入值中之一个变换为内部输入值后，输入到控制追踪状态量的控制器；和控制运算步骤，在至少2个控制器中分别计算操作量，并将算出的操作量输出到对应的控制环的控制对象。计算步骤通过将内部输入值设为对基准状态量的第1要素与对相对量的第2要素之和，将对基准状态量的要素作为第1要素，将在对相对量的要素上乘以规定的第1系数之后的值作为第2要素，计算内部输入值。

权利要求

1.一种控制方法，其特征在于，在将成为特定基准的状态量作为基准状态量，为维持在预先规定的值而对与该基准状态量的相对量进行控制的状态量作为追踪状态量时，包括：计算步骤(S109～S111、S207～S209、S309～S311、S407～S409、S509～S511、S607～S609)，对于分别构成控制环的至少2个控制器中的控制所述追踪状态量的控制器，将输入到控制所述追踪状态量的控制器的多个控制运算用输入值中之一个变换为内部输入值，然后输入到控制所述追踪状态量的控制器；和控制运算步骤(S112～S114、S210～S212、S312～S314、S410～S412、S512～S514、S610～S612)，在所述至少2个控制器中分别计算操作量，并将算出的操作量输出到对应的控制环的控制对象；

所述计算步骤通过将所述内部输入值设为对所述基准状态量的第1要素与对所述相对量的第2要素之和，将对所述基准状态量的所述控制运算用输入值的要素作为所述第1要素，将在对所述相对量的所述控制运算用输入值的要素上乘以规定的第1系数之后的值作为所述第2要素，计算所述内部输入值。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，变换为所述内部输入值的控制运算用输入值为追踪状态量设定值SPi；

所述内部输入值为追踪状态量内部设定值SPi’。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S109～S111、S207～S209)，作为所述追踪状态量内部设定值SPi’的所述第1要素，采用在对所述基准状态量的所述控制运算用输入值的要素上乘以规定的第2系数之后的值，以取代直接使用对所述基准状态量的所述控制运算用输入值的要素。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S109～S111、S207～S209)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的追踪状态量设定值SPi与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi，根据SPi’＝SPm+Bi(SPi-SPm)+(1-Bi)(PVi-PVm)计算所述追踪状态量内部设定值SPi’。

5.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S109～S111、S207～S209)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的追踪状态量设定值SPi与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi，根据SPi’＝PVi+(SPm-PVm)+Bi{(SPi-SPm)-(PVi-PVm)}计算所述追踪状态量内部设定值SPi’。

6.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S109～S111、S207～S209)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的、作为对所述相对量的设定值的追踪状态量相对设定值ΔSPim与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi，根据SPi’＝SPm+BiΔSPim+(1-Bi)(PVi-PVm)计算所述追踪状态量内部设定值SPi’。

7.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S109～S111、S207～S209)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的、作为对所述相对量的设定值的追踪状态量相对设定值ΔSPim与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi，根据SPi’＝PVi+(SPm-PVm)+Bi{ΔSPim-(PVi-PVm)}计算所述追踪状态量内部设定值SPi’.

8.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S109～S111、S207～S209)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的追踪状态量设定值SPi与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi和规定所述基准状态量测量值PVm向所述基准状态量设定值SPm的响应性程度的所述第2系数Am，根据SPi’＝AmSPm+(1-Am)PVm+Bi(SPi-SPm)+(1-Bi)(PVi-PVm)计算所述追踪状态量内部设定值SPi’。

9.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S109～S111、S207～S209)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的追踪状态量设定值SPi与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi和规定所述基准状态量测量值PVm向所述基准状态量设定值SPm的响应性程度的所述第2系数Am，根据SPi’＝PVi+Am(SPm-PVm)+Bi{(SPi-SPm)-(PVi-PVm)}计算所述追踪状态量内部设定值SPi’。

10.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S109～S111、S207～S209)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的、作为对所述相对量的设定值的追踪状态量相对设定值ΔSPim与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi和规定所述基准状态量测量值PVm向所述基准状态量设定值SPm的响应性程度的所述第2系数Am，根据SPi’＝AmSPm+(1-Am)PVm+BiΔSPim+(1-Bi)(PVi-PVm)计算所述追踪状态量内部设定值SPi’。

11.根据权利要求3所述控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S 109～S111、S207～S209)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的、作为对所述相对量的设定值的追踪状态量相对设定值ΔSPim与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi和规定所述基准状态量测量值PVm向所述基准状态量设定值SPm的响应性程度的所述第2系数Am，根据SPi’＝PVi+Am(SPm-PVm)+Bi{ΔSPim-(PVi-PVm)}计算所述追踪状态量内部设定值SPi’。

12.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

13.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

14.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

15.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

16.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

17.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

18.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

19.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

20.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

21.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

22.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

23.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

24.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

25.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

26.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

27.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

28.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

29.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

30.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

31.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

32.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

33.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

34.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

35.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

36.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

变换为所述内部输入值的控制运算用输入值是追踪状态量测量值PVi，所述内部输入值是追踪状态量内部测量值PVi’。

37.根据权利要求36所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S309～S311、S407～S409)，作为所述追踪状态量内部测量值PVi’的所述第1要素，采用在对所述基准状态量的所述控制运算用输入值的要素上乘以了规定的第2系数之后的值，以取代直接使用对所述基准状态量的所述控制运算用输入值的要素.

38.根据权利要求36所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S309～S311、S407～S409)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的追踪状态量设定值SPi与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi，根据PVi’＝PVm+(1-Bi)(SPi-SPm)+Bi(PVi-PVm)计算所述追踪状态量内部测量值PVi’。

39.根据权利要求36所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S309～S311、S407～S409)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的追踪状态量设定值SPi与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi，根据PVi’＝SPi-(SPm-PVm)-Bi{(SPi-SPm)-(PVi-PVm)}计算所述追踪状态量内部测量值PVi’。

40.根据权利要求36所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S309～S311、S407～S409)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的、作为对所述相对量的设定值的追踪状态量相对设定值ΔSPim与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi，根据PVi’＝PVm+(1-Bi)ΔSPim+Bi(PVi-PVm)计算所述追踪状态量内部测量值PVi’。

41.根据权利要求37所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S309～S311、S407～S409)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的追踪状态量设定值SPi与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi和规定所述基准状态量测量值PVm向所述基准状态量设定值SPm的响应性程度的所述第2系数Am，根据PVi’＝(1-Am)SPm+AmPVm+(1-Bi)(SPi-SPm)+Bi(PVi-PVm)计算所述追踪状态量内部测量值PVi’。

42.根据权利要求37所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S309～S311、S407～S409)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的追踪状态量设定值SPi与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi和规定所述基准状态量测量值PVm向所述基准状态量设定值SPm的响应性程度的所述第2系数Am，根据PVi’＝SPi-Am(SPm-PVm)-Bi{(SPi-SPm)-(PVi-PVm)}计算所述追踪状态量内部测量值PVi’。

43.根据权利要求37所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S309～S311、S407～S409)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的、作为对所述相对量的设定值的追踪状态量相对设定值ΔSPim与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi和规定所述基准状态量测量值PVm向所述基准状态量设定值SPm的响应性程度的所述第2系数Am，根据PVi’＝(1-Am)SPm+AmPVm+(1-Bi)ΔSPim+Bi(PVi-PVm)计算所述追踪状态量内部测量值PVi’.

44.根据权利要求38所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

45.根据权利要求39所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

46.根据权利要求40所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

47.根据权利要求41所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

48.根据权利要求42所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

49.根据权利要求43所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

50.根据权利要求38所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

51.根据权利要求39所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

52.根据权利要求40所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

53.根据权利要求41所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

54.根据权利要求42所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

55.根据权利要求43所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

56.根据权利要求38所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

57.根据权利要求39所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

58.根据权利要求40所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

59.根据权利要求41所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

60.根据权利要求42所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

61.根据权利要求43所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

62.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

变换为所述内部输入值的控制运算用输入值为追踪状态量偏差Eri，所述内部输入值是追踪状态量内部偏差Eri’。

63.根据权利要求62所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S509～S511、S607～S609)，作为所述追踪状态量内部偏差Eri’的所述第1要素，采用在对所述基准状态量的所述控制运算用输入值的要素上乘以了规定的第2系数之后的值，以取代直接使用对所述基准状态量的所述控制运算用输入值的要素。

64.根据权利要求62所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S509～S511、S607～S609)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的追踪状态量设定值SPi与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi，根据Eri’＝SPm-PVm+Bi{(SPi-SPm)-(PVi-PVm)}计算所述追踪状态量内部偏差Eri’。

65.根据权利要求62所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S509～S511、S607～S609)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的追踪状态量设定值SPi与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi，根据Eri’＝(1-Bi)(SPm-PVm)+Bi(SPi-PVi)计算所述追踪状态量内部偏差Eri’.

66.根据权利要求62所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S509～S511、S607～S609)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的、作为对所述相对量的设定值的追踪状态量相对设定值ΔSPim与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi，根据Eri’＝SPm-PVm+Bi{ΔSPim-(PVi-PVm)}计算所述追踪状态量内部偏差Eri’。

67.根据权利要求63所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S509～S511、S607～S609)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的追踪状态量设定值SPi与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi和规定所述基准状态量测量值PVm向所述基准状态量设定值SPm的响应性程度的所述第2系数Am，根据Eri’＝Am(SPm-PVm)+Bi{(SPi-SPm)-(PVi-PVm)}计算所述追踪状态量内部偏差Eri’。

68.根据权利要求63所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S509～S511、S607～S609)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的追踪状态量设定值SPi与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi和规定所述基准状态量测量值PVm向所述基准状态量设定值SPm的响应性程度的所述第2系数Am，根据Eri’＝(Am-Bi)(SPm-PVm)+Bi(SPi-PVi)计算所述追踪状态量内部偏差Eri’。

69.根据权利要求63所述的控制方法，其特征在于，所述计算步骤(S509～S511、S607～S609)，在输入了作为所述控制运算用输入值的、预先设定的基准状态量设定值SPm、测量到的基准状态量测量值PVm、预先设定的、作为对所述相对量的设定值的追踪状态量相对设定值ΔSPim与测量到的追踪状态量测量值PVi时，使用规定所述追踪状态量测量值PVi向所述基准状态量测量值PVm的追踪性程度的所述第1系数Bi和规定所述基准状态量测量值PVm向所述基准状态量设定值SPm的响应性程度的所述第2系数Am，根据Eri’＝Am(SPm-PVm)+Bi{ΔSPim-(PVi-PVm)}计算所述追踪状态量内部偏差Eri’。

70.根据权利要求64所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

71.根据权利要求65所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

72.根据权利要求66所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

73.根据权利要求67所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

74.根据权利要求68所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

75.根据权利要求69所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为2个以上的追踪状态量的平均值，

基准状态量设定值SPm是对所述2个以上的追踪状态量的各设定值的平均值，基准状态量PVm是所述2个以上的追踪状态量的各测量值的平均值。

76.根据权利要求64所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

77.根据权利要求65所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

78.根据权利要求66所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

79.根据权利要求67所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

80.根据权利要求68所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

81.根据权利要求69所述的控制方法，其特征在于，

所述基准状态量为预先特定的1个状态量，

基准状态量设定值SPm是对所述1个状态量的设定值，

基准状态量测量值PVm是所述1个状态量的测量值。

82.根据权利要求64所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

83.根据权利要求65所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

84.根据权利要求66所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

85.根据权利要求67所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

86.根据权利要求68所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

87.根据权利要求69所述的控制方法，其特征在于，按照提高追踪状态量测量值PVi向基准状态量测量值PVm的追踪性的方式，设定所述第1系数。

88.一种控制装置，其特征在于，在将成为特定基准的状态量作为基准状态量，为维持在预先规定的值而对与该基准状态量的相对量进行控制的状态量作为追踪状态量时，包括：PID控制器(4-1～4-3、14-1、14-2、34-1～34～3、44-1、44-2、64-1～64-3、74-1、74-2)，按照每个追踪状态量设置，算出控制追踪状态量用的操作量，并将算出的操作量输出到对应的控制环的控制对象；和内部输入值计算部(6-1～6-3、16-1、16-2、36-1～36-3、46-1、46-2、66-1～66-3、76-1～76-3)，按照每个追踪状态量设置，在将输入到所述控制器的多个控制运算用输入值中的一个变换为内部输入值的基础上，输入到对应的所述PID控制器；

所述内部输入值计算部通过将所述内部输入值设为对所述基准状态量的第1要素与对所述相对量的第2要素之和，将对所述基准状态量的所述控制运算用输入值的要素作为所述第1要素，将在对所述相对量的所述控制运算用输入值的要素上乘以规定的第1系数之后的值作为所述第2要素，计算所述内部输入值。

说明书

技术领域

本发明涉及过程控制技术，尤其涉及以至少具有2个控制环的控制系统中的状态量差等相对量为控制对象的控制方法及控制装置。

背景技术

图53A中示出了作为现有的控制装置的温度调节计的构成。关于该温度调节计，例如公开于特开平8-095647号公报中。在炉1001内，搬入热处理工件1016，还配设有加热器1011、检测控制温度TC1的检测机构1012、检测工件1016的表面温度TC2的检测机构1013和检测工件1016的最深温度TC3的检测机构1014。1002表示功率调整器。控制部1003具有：比较控制温度TC1与执行程序模式设定值1033的比较器1031；由比较器1031的输出控制的PID等控制运算部1032；检测工件1016的表面温度TC2与最深温度TC3之差的温度差检测器1034；设定预先决定的温度差的温度差设定器1035；比较温度差检测器1034的输出与温度差设定器1035的输出的比较器1036；检测最深温度TC3的温度变化率的变化率检测器1038；比较变化率检测器1038的输出和设定预先决定的温度变化率的变化率设定器1039的输出的比较器1040；根据比较器1036的输出与比较器1040的输出，进行倾斜运算，以控制执行程序模式设定值1033的倾斜运算器1037。
在温度差设定器1035中设定能允许的最大温度差，另外在变化率设定器1039中设定能允许的最大温度变化率。根据图53A的构成，常时修正执行程序模式设定值1033中的倾斜，以便热处理工件1016内的温度差、温度变化率的一方或两方进入所指定的温度允许值以内。
若注意图53A中用虚线围起来的部分，则可以理解可进行根据所测量的多个温度TC1、TC2、TC3来计算温度差(TC2-TC3)及温度变化率dTC3/dt的状态量变换。即，图53A的温度调节计备有计算温度差(TC2-TC3)及温度变化率dTC3/dt的状态量变换部1041(图53B)。
在图54A中示出了作为现有的其他控制装置的温度调整装置的构成。关于该温度调整装置，例如公开在特开平9-199491号公报中。图中的2002是纵型热处理装置2020的反应管，在该反应管2002内部设置温度传感器A，其检测搭载在晶片舱(wafer boat)2021上的半导体晶片附近的温度，同时设有温度传感器B，其检测反应管2002外面的温度。偏差电路部2031输出从温度传感器A的目标值中减去后述的修正值的偏差、即温度传感器B的目标值。偏差电路部2032向PID调节部2004输出从温度传感器B的目标值中减去温度传感器B的检测值的偏差。PID调节部2004根据所输入的偏差进行PID运算，向功率控制部2005输出其运算结果，功率控制部2005根据PID调节部2004的输出值，控制向作为纵型热处理装置2020的加热源的加热器2006的电能供给量。另一方面，修正值输出部2007在温度传感器B的检测值收敛于目标值时，将该收敛时刻的温度传感器A的检测值与温度传感器B的检测值之差(A-B)作为修正值，仅按修正值量对温度传感器B的目标值进行修正。根据图54A的构成，温度传感器A的检测值收敛为目标值。
若注意图54A中用虚线围起来的部分，则可以理解可进行根据所测量的多个温度A、B来计算温度差(A-B)的状态量变换。即，图54A的温度调整装置备有计算温度差(A-B)的状态量变换部2008(图54B)。
如上所述，不只是实际的状态量本身，将状态量差取入控制系统的努力一直以来都在进行，尤其在以状态量差为控制对象来构成控制系统的情形中，在控制系统中设置所述状态量变换部。
在这里，在2个控制环中，考虑将状态量平均值PV1’与状态量差PV2’作为控制对象，而不是状态量PV1、PV2本身。在图55中示出该情况下的控制装置。图55的控制装置具有：输出相对状态量平均值PV1’的设定值SP1’与状态量平均值PV1’之差的减法器3001；输出相对状态量差PV2’的设定值SP2’与状态量差PV2’之差的减法器3002；根据减法器3001、3002的输出，分别计算操作量MV1、MV2的控制器C1、C2；对控制对象过程P1、P2分别进行对应于操作量MV1、MV2的操作的执行器A1、A2；和状态量变换部3003。
状态量变换部3003由：对控制对象过程P1、P2的状态量PV1、PV2分别乘以0.5的乘法器3004、3005；对状态量PV1、PV2分别乘以-1、1的乘法器3006、3007；将乘法器3004与3005的输出相加的加法器3008；和将乘法器3006与3007的输出相加的加法器3009构成。根据这种状态量变换部3003，状态量平均值PV1’与状态量差PV2’成为下式。
PV1’＝0.5PV1+0.5PV2                        …(1)
PV2’＝PV2-PV1                              …(2)
另外，若用矩阵表现状态量变换部3003的输入输出的关系，则如下所示。
$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{PV}1}^{\prime }\\ {\mathrm{PV}2}^{\prime }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}0.5& 0.5\\ -1.0& 1.0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{PV}1\\ \mathrm{PV}2\end{array}\right]···\left(3\right)$
控制器C1以状态平均值PV1’为对象，控制器C2以状态能量差PV2’为对象。控制器C1根据设定值SP1’与状态量平均值PV1’之差计算操作量MV1，控制器C2根据设定值SP2’与状态量差PV2’计算操作量MV2。此时，为了让状态量平均值PV1’与状态量差PV2’成为分别可控制的状态，构成为将控制器C1算出的操作量MV1送至执行器A1，将控制器C2算出的操作量MV2送至执行器A2。由此，执行器A1为了控制状态量平均值PV1’而动作，执行器A2为了控制状态量差PV2’而动作。这样，仅使用与图53B或图54B所示的同样的状态量变换部3003，就可以构成包含直接控制状态量平均值PV1’的控制器C1与直接控制状态量差PV2’的控制器C2的多环的控制系统，可以将状态量平均值PV1’与状态量差PV2’控制为所希望的值。
但是，若通过执行器A1的动作让状态量PV1变化，则该变化通过状态量变换部3003的作用对状态量差PV2’也有影响。同样，若通过执行器A2的动作让状态量PV2变化，则该变化通过状态量变换部3003的作用对状态量平均值PV1’也有影响。即，在图55所示的控制装置中，成为通过状态量变换部3003人为产生环间干扰的构成。
由于为了计算状态量平均值PV1’而对状态量PV1、PV2相乘的系数都为0.5，故若假设控制对象过程P1的过程增益p1与控制对象过程P2的过程增益p2为相同程度，则执行器A1动作而引起的对状态量平均值PV1’的影响度与执行器A2动作时由环间干扰所引起的对状态量平均值PV1’的影响度(由执行器A2扰乱状态量平均值PV1’的影响度)成为相同程度.同样，由于为了计算状态量平均值PV1’而对状态量PV1、PV2相乘的系数的绝对值都为1，故执行器A2动作而引起的对状态量差PV2’的影响度与执行器A1动作时的环间干扰而引起的对状态量差PV2’的影响度(由执行器A1扰乱状态量差PV2’的影响度)成为相同程度.因此，如果只是单纯地适用状态量变换部，由于本质上存在人为环间干扰增强的倾向，故产生控制性容易劣化的问题.
因此，为了实现环间的非干扰化，而容易想到采用文献“广井和男，‘数字测量控制系统的基础与应用’，工业技术社，1987年10月，p.152-156，ISBN4-905957-00-1”中公开的交叉控制器。在图56中示出该文献公开的控制装置。图56的控制装置具有：输出设定值SP1与状态量PV1之差的减法器4001；输出设定值SP2与状态量PV2之差的减法器4002；根据减法器4001、4002的输出分别计算操作量MV1、MV2的控制器4003、4004；输出分别变换了操作量MV1、MV2的操作量MV1’、MV2’的交叉控制器4005。
交叉控制器4005对操作量MV1、MV2进行预先抵消环间干扰所引起的影响的处理，由对操作量MV1乘以系数M12的乘法器4007、对操作量MV2乘以系数M21的乘法器4008、将操作量MV1与乘法器4008的输出之差作为操作量MV1’输出的减法器4009、和将操作量MV2与乘法器4007的输出之差作为操作量MV2’输出的减法器4010构成。在此，为了简化说明，故忽略过程时间常数和过程无效时间等动态特性。若将控制对象过程4006相对操作量MV1’、MV2’的的过程增益分别设为Kp1、Kp2，则根据文献“广井和男，‘数字测量控制系统的基础与应用’，工业技术社，1987年10月，p.152-156，ISBN4-905957-00-1”，非干扰化用的交叉控制器4005可以如下所述进行设计。
MV1’＝MV1+(-0.5Kp2/0.5Kp1)MV2            …(4)
MV2’＝(Kp1/Kp2)MV1+MV2                   …(5)
另外，若用矩阵表现示交叉控制器4005的输入输出的关系，则如下所示。
$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{MV}1}^{\prime }\\ {\mathrm{MV}2}^{\prime }\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}1.0& -\frac{0.5\mathrm{Kp}2}{0.5\mathrm{Kp}1}\\ \frac{\mathrm{Kp}1}{\mathrm{Kp}2}& 1.0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{MV}1\\ \mathrm{MV}2\end{array}\right]···\left(6\right)$
即，上述系数M12成为-Kp1/Kp2，系数M21成为0.5Kp2/0.5Kp1。由控制器4003算出的操作量MV1，由交叉控制器4005变换为操作量MV1’后经图中未示出的执行器送至控制对象过程4006，由控制器4004算出的操作量MV2，由交叉控制器4005变换为操作量MV2’后经执行器送至控制对象过程4006。
在图57中示出了将图56所示的交叉控制器适用于图55的控制装置的构成。可以实现一种多环的控制系统，该控制系统具有：以通过使用状态量变换部3003与交叉控制器4005而仅专门控制状态量平均值PV1’的控制器C1为中心的第1控制环；和以仅专门控制状态量差PV2’的控制器C2为中心的第2控制环。若在重视稳定性的方向(低灵敏度)调整仅专门控制状态量平均值PV1’的控制器C1的响应特性，在重视适应性的方向(高灵敏度)调整仅专门控制状态量差PV2’的控制器C2的响应特性，则由于在状态量平均值PV1’追踪设定值SP1’之前，状态量差PV2’追踪设定值SP2’，故可以一边将状态量差PV2’维持在所希望的值，一边将状态量平均值PV1’变更为所希望的值。
在实际的执行器中存在输出的上下限，控制器必须进行考虑了该上下限的操作量计算.即，在执行器的输出达到上限值或下限值、在状态量的变化中产生限度的状态下，控制器不能超出需要将操作量的计算结果变高或变低.在PID等控制器不考虑执行器的物理性上下限的情况下，产生积分终结(windup)的问题.
以下，对该积分终结进行具体说明，例如，在状态量为温度，执行器为加热器的情况下，一般对加热器输出给出下限值0％、上限值100％的限制。若用控制器算出的操作量MV上升并达到100％，则加热器输出也达到100％。此时，在温度测量值PV相对温度设定值SP低的情况下，假定控制器忽略加热器输出的上限值100％，则控制器算出比100％还大的操作量MV。然而，由于加热器输出在100％饱和，故对应于加热器输出的上升的温度测量值PV的上升达到界限，其结果是，控制器将操作量MV向更大的值提高。
而且，在操作量MV的计算量继续上升，例如达到500％的时刻，假设温度设定值SP变更为比温度测量值PV还低的值。根据温度设定值SP的变更，控制器由于从500％开始降低操作量MV，故到比加热器输出的上限值100％还低的操作量MV从控制器输出为止需要长时间。因此，不管将温度设定值SP变更为比温度测量值PV还低的值，从控制器经过长时间才输出操作量100％，结果温度下降的开始大大延迟。如上所述，操作量MV的计算结果上升到必要以上，在设定值SP变更为小值时操作量MV的下降延迟的现象就是被称为积分终结的现象，这是由于控制器不考虑执行器的物理上下限而计算操作量而引起。
在图57所示的控制装置中，在控制器C1、C2中算出的操作量MV1、MV2由交叉控制器4005变换为操作量MV1’、MV2’。换言之，控制器C1、C2算出的操作量MV1、MV2当然可以作为向多个执行器A1、A2的合成操作量来计算，控制器C1、C2的操作量MV1、MV2与执行器A1、A2的输出不一一对应。因此，控制器C1、C2即使考虑了执行器A1、A2的输出上下限进行操作量MV1、MV2的计算，也由于执行器A1、A2实际输出的是合成了操作量MV1、MV2的操作量MV1’、MV2’，其结果，有对执行器A1、A2进行没有考虑执行器A1、A2的输出上下限的操作量输出的可能性。因此，在图57所示的控制装置中，存在与上述PID控制器同样的积分终结产生的问题。
另外，在通常的控制器中，必须配合控制对象的特性进行参数的调整。作为参数调整的例子，有PID控制器中的PID参数调整。以往，虽然想到用于实现这种参数调整的调整方法或自动调整功能等，但该调整方法或自动调整功能基本成为与控制器、执行器、控制对象与测量机构在物理上对应的必要条件。
以下，对现有的参数调整进行具体说明。例如，考虑状态量为温度，执行器为加热器，控制对象为炉，测量机构为热电偶等的温度传感器的情况。此时，如图58所示，设想2个控制环，具备：控制器5003、5004；作为执行器的加热器5005、5006；作为控制对象的炉5007、5008；和作为测量机构的温度传感器5009、5010。在图58中，5001是输出温度设定值SP1与温度测量值PV1之差的减法器，5002是输出温度设定值SP2与温度测量值PV2之差的减法器。
在图58的构成中，虽然允许少许的环间干扰，但控制器5003向加热器5005输出操作量MV1，加热器5005主要加热炉5007，温度传感器5009测量炉5007附近的温度，控制器5003必须以控制温度测量值PV1的方式执行控制运算.同样，控制器5004向加热器5006输出操作量MV2，加热器5006主要加热炉5008，温度传感器5010测量炉5008附近的温度，控制器5004必须以控制温度测量值PV2的方式执行控制运算.这样，虽然控制器5003、5004与加热器5005、5006与炉5007、5008与温度传感器5009、5010在物理上对应，但成为用来适用以往考察的调整方法或自动调整功能等的必要条件.反言之，若控制器5003将以同等程度向加热器5005与加热器5006分配的操作量MV1、MV2作为1个合成操作量进行计算，同样，控制器5004将以同等程度向加热器5005与加热器5006分配的操作量MV1、MV2作为1个合成操作量进行计算，则不能适用以往想到的调整方法或自动调整功能等.
在图57所示的控制装置中，在控制器C1、C2中算出的操作量MV1、MV2由交叉控制器4005变换为操作量MV1’、MV2’。换言之，控制器C1、C2算出的操作量MV1、MV2当然可以作为向多个执行器A1、A2的合成操作量来计算，控制器C1、C2的操作量MV1、MV2与执行器A1、A2的输出不一一对应。即，控制器、执行器、控制对象与测量机构在物理上对应的基本条件不成立。因此，在图57所示的控制装置中，不能适用以往考察的调整方法或自动调整功能等，存在PID参数调整等的控制器的参数调整非常难的问题。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而进行的，其目的在于，提供一种在进行一边将多个状态量间的相对量维持为所希望的值、一边将多个状态量的平均值等的绝对值变更为所希望的值的控制的控制系统中，可以防止积分终结，且可以适用以往考察的调整方法或自动调整功能等的控制方法及控制装置。
本发明的控制方法，在将成为特定基准的状态量作为基准状态量，为维持在预先规定的值而对与该基准状态量的相对量进行控制的状态量作为追踪状态量时，包括：计算步骤，对于分别构成控制环的至少2个控制器中的控制所述追踪状态量的控制器，将输入到控制所述追踪状态量的控制器的多个控制运算用输入值中之一个变换为内部输入值，然后输入到控制所述追踪状态量的控制器；和控制运算步骤，在所述至少2个控制器中分别计算操作量，并将算出的操作量输出到对应的控制环的控制对象。所述计算步骤通过将所述内部输入值设为对所述基准状态量的第1要素与对所述相对量的第2要素之和，将对所述基准状态量的所述控制运算用输入值的要素作为所述第1要素，将在对所述相对量的所述控制运算用输入值的要素上乘以规定的第1系数之后的值作为所述第2要素，计算所述内部输入值。
本发明的控制装置，在将成为特定基准的状态量作为基准状态量，为维持在预先规定的值而对与该基准状态量的相对量进行控制的状态量作为追踪状态量时，包括：PID控制器，按照每个追踪状态量设置，算出控制追踪状态量用的操作量，并将算出的操作量输出到对应的控制环的控制对象；和内部输入值计算部，按照每个追踪状态量设置，在将输入到所述控制器的多个控制运算用输入值中的一个变换为内部输入值的基础上，输入到对应的所述PID控制器。所述内部输入值计算部通过将所述内部输入值设为对所述基准状态量的第1要素与对所述相对量的第2要素之和，将对所述基准状态量的所述控制运算用输入值的要素作为所述第1要素，将在对所述相对量的所述控制运算用输入值的要素上乘以规定的第1系数之后的值作为所述第2要素，计算所述内部输入值。

附图说明

图1是用于说明依据本发明的状态量内部设定值的控制器响应特性的变化的图。
图2是用于说明依据本发明的状态量内部设定值的控制器响应特性的变化的图。
图3是表示本发明的第1实施例的控制装置的构成的框图。
图4是本发明的第1实施例中的控制系统的框图。
图5是表示本发明的第1实施例中的控制装置的动作的流程图。
图6A是表示在本发明的第1实施例的控制装置中、变更追踪状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图6B是表示在本发明的第1实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图7A是表示在本发明的第1实施例的控制装置中、变更追踪状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图7B是表示在本发明的第1实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图8A是表示在本发明的第1实施例的控制装置中、变更追踪状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图8B是表示在本发明的第1实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图9A是表示在本发明的第1实施例的控制装置中、变更追踪状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图9B是表示在本发明的第1实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图10A是表示在本发明的第1实施例的控制装置中、变更追踪状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图10B是表示在本发明的第1实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图11是表示本发明的第2实施例的控制装置的构成的框图。
图12是表示本发明的第2实施例的控制系统的框图。
图13是表示本发明的第2实施例中的控制装置的动作的流程图。
图14A是表示在本发明的第2实施例的控制装置中、变更基准状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图14B是表示在本发明的第2实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图15A是表示在本发明的第2实施例的控制装置中、变更基准状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图15B是表示在本发明的第2实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图16A是表示在本发明的第2实施例的控制装置中、变更基准状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图16B是表示在本发明的第2实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图17A是表示在本发明的第2实施例的控制装置中、变更基准状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图17B是表示在本发明的第2实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图18A是表示在本发明的第2实施例的控制装置中、变更基准状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图18B是表示在本发明的第2实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图19是用于说明依据本发明的状态量内部设定值的控制器响应特性的变化的图。
图20是用于说明依据本发明的状态量内部设定值的控制器响应特性的变化的图。
图21是表示本发明的第3实施例的控制装置的构成的框图。
图22是本发明的第3实施例中的控制系统的框图。
图23是表示本发明的第3实施例中的控制装置的动作的流程图。
图24A是表示在本发明的第3实施例的控制装置中、变更追踪状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图24B是表示在本发明的第3实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图25A是表示在本发明的第3实施例的控制装置中、变更追踪状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图25B是表示在本发明的第3实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图26A是表示在本发明的第3实施例的控制装置中、变更追踪状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图26B是表示在本发明的第3实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图27A是表示在本发明的第3实施例的控制装置中、变更追踪状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图27B是表示在本发明的第3实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图28A是表示在本发明的第3实施例的控制装置中、变更追踪状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图28B是表示在本发明的第3实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图29是表示本发明的第4实施例的控制装置的构成的框图。
图30是表示本发明的第4实施例的控制系统的框图。
图31是表示本发明的第4实施例中的控制装置的动作的流程图。
图32A是表示在本发明的第4实施例的控制装置中、变更基准状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图32B是表示在本发明的第4实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图33A是表示在本发明的第4实施例的控制装置中、变更基准状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图33B是表示在本发明的第4实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图34A是表示在本发明的第4实施例的控制装置中、变更基准状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图34B是表示在本发明的第4实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图35A是表示在本发明的第4实施例的控制装置中、变更基准状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图35B是表示在本发明的第4实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图36A是表示在本发明的第4实施例的控制装置中、变更基准状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图36B是表示在本发明的第4实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图37是表示本发明的第5实施例的控制装置的构成的框图。
图38是本发明的第5实施例中的控制系统的框图。
图39是表示本发明的第5实施例中的控制装置的动作的流程图。
图40A是表示在本发明的第5实施例的控制装置中、变更追踪状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图40B是表示在本发明的第5实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图41A是表示在本发明的第5实施例的控制装置中、变更追踪状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图41B是表示在本发明的第5实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图42A是表示在本发明的第5实施例的控制装置中、变更追踪状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图42B是表示在本发明的第5实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图43A是表示在本发明的第5实施例的控制装置中、变更追踪状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图43B是表示在本发明的第5实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图44A是表示在本发明的第5实施例的控制装置中、变更追踪状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图44B是表示在本发明的第5实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图45是表示本发明的第6实施例的控制装置的构成的框图。
图46是表示本发明的第6实施例的控制系统的框图。
图47是表示本发明的第6实施例中的控制装置的动作的流程图。
图48A是表示在本发明的第6实施例的控制装置中、变更基准状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图48B是表示在本发明的第6实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图49A是表示在本发明的第6实施例的控制装置中、变更基准状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图49B是表示在本发明的第6实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图50A是表示在本发明的第6实施例的控制装置中、变更基准状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图50B是表示在本发明的第6实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图51A是表示在本发明的第6实施例的控制装置中、变更基准状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图52B是表示在本发明的第6实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图52A是表示在本发明的第6实施例的控制装置中、变更基准状态量设定值时的控制系统的阶跃响应的图；图52B是表示在本发明的第6实施例的控制装置中、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应的图。
图53A是表示现有的控制装置的构成的框图；图53B是表示图53A中的控制装置的状态量变换部的图。
图54A是表示现有的其他控制装置的构成的框图；图54B是表示图54A中的控制装置的状态量变换部的图。
图55是表示以状态量平均值与状态量差为控制对象的现有的控制装置的构成的框图。
图56是表示使用了交叉控制器的现有的控制装置的构成的框图。
图57是表示将图56的交叉控制器适用于图55的控制装置的构成的框图。
图58是用于说明现有的参数调整的图。

具体实施方式

下面，针对本发明。参照附图进行详细说明。
(第1实施例及第2实施例的原理)
以下，在第1实施例、第2实施例中，将状态量平均值那样的成为基准的绝对性状态量称为基准状态量，将被控制为维持预先规定了与基准状态量的相对量(例如状态量差)的值的状态量称为追踪状态量。另外，将对基准状态量的设定值称为基准状态量设定值，将基准状态量的测量值称为基准状态量测量值，将对追踪状态量的设定值称为追踪状态量设定值，将追踪状态量的测量值称为追踪状态量测量值，将对基准状态量与追踪状态量的相对量的设定值称为追踪状态量相对设定值，将基准状态量与追踪状态量的相对量的测量值称为追踪状态量相对测量值，将针对基准状态量在控制器内部设定的内部设定值称为基准状态量内部设定值，将针对追踪状态量在控制器内部设定的内部设定值称为追踪状态量内部设定值。作为状态量，例如有温度、压力、流量等。
在第1实施例、第2实施例中，与从外部提供的状态量设定值SP不同，使用设定在控制器内部的状态量内部设定值SP’，来计算操作量MV。此时，状态量内部设定值SP’分离为对基准状态量的要素SPm和对基准状态量与追踪状态量的相对量的要素ΔSP(SP’＝SPm+ΔSP)。此外，在第1实施例、第2实施例中，注意到通过与状态量测量值的内插外插运算(SP’＝ASP+(1-A)PV)，可以使控制器的特性实质上比直接适用实际提供的设定值SPm或ΔSP的情况还向低灵敏度侧偏移，或者向高灵敏度侧偏移的现象，将基准状态量的灵敏度、基准状态量与追踪状态量的相对量的灵敏度变换为可以分别偏移的状态量内部设定值SP’。
这样，在第1实施例、第2实施例中，构成为：将状态量内部设定值SP’分离为对基准状态量的要素SPm和对基准状态量与追踪状态量的相对量的要素ΔSP，通过状态量设定值SP与状态量测量值PV的内插外插运算，来求取该状态量内部设定值SP’，以用于操作量MV的计算。由此，在第1实施例、第2实施例中，若对于状态量平均值那样的基准状态量，使响应特性向低灵敏度侧偏移，对于状态量差那样的基准状态量与追踪状态量的相对量，使响应特性向高灵敏度侧偏移，则由于在基准状态量测量值PVm追踪基准状态量设定值SPm之前，追踪状态量相对测量值ΔPV追随追踪状态量相对设定值ΔSP，故可以进行一边将基准状态量与追踪状态量的相对量维持为所希望的值、一边将基准状态量变更为所希望的值的控制。
另外，根据第1实施例、第2实施例，与通常的控制系统的不同点仅在于：状态量设定值SP可以变换为状态量内部设定值SP’。即，可以提供一种以控制器的操作量与实际的执行器的输出一一对应的形式，一边优先控制基准状态量与追踪状态量的相对量，一边也同时控制基准状态量的控制方法。
在这里，对上述两个着眼点中、根据状态量设定值SP与状态量测量值PV的内插外插运算的状态量内部设定值SP’的计算(以下称为第1着眼点)进行说明。对以下情况进行考察：参照状态量设定值SP与状态量测量值PV，使用特定系数A，利用以下的数学式变换为设定在控制器内部的状态量内部设定值SP’。
SP’＝ASP+(1-A)PV                …(7)
式中，系数A是比0大的实数。此时，若A＝1，则SP’＝SP，意味着状态量设定值SP完全没有变换。
在式(7)中，若将系数A的值设为0＜A＜1，则变换后的状态量内部设定值SP’成为原状态量设定值SP与状态量测量值PV中间的数值(内插关系)。因此，例如在以PID控制器等算出偏差的情况下，如图1所示，状态量内部设定值SP’与状态量测量值PV的偏差Er’＝SP’-PV比状态量设定值SP与状态量测量值PV的偏差Er＝SP-PV，绝对值成为更小的值。其结果为，控制器根据偏差Er’算出操作量MV’的情况下的操作量的变化比根据偏差Er算出操作量MV的情况下还变缓。即，若将系数A设为0＜A＜1，则控制器的响应特性向重视稳定性的方向(低灵敏度)的特性偏移。
另一方面，若将系数A设为A＞1，则变换后的状态量内部设定值SP’成为比原状态量设定值SP进一步远离状态量测量值PV的数值(外插关系)。因此，例如在用PID控制器等算出偏差的情况下，如图2所示，状态量内部设定值SP’与状态量测量值PV的偏差Er’＝SP’-PV比状态量设定值SP与状态量测量值PV的偏差Er＝SP-PV，绝对值成为更大的值。其结果为，控制器根据偏差Er’算出操作量MV’的情况下的操作量的变化比根据偏差Er算出操作量MV的情况下还剧烈。即，若将系数A设为A＞1，则控制器的响应特性向重视适应性的方向(高灵敏度)的特性偏移。
接着，对上述2个着眼点中、将状态量内部设定值SP’分离为对基准状态量的要素和对基准状态量与追踪状态量的相对量的要素的观点(以下称为第2着眼点)进行说明。在同时控制基准状态量、基准状态量与追踪状态量的相对量的情况下，状态量设定值SP如下式所示，可以分离为对基准状态量的要素SPm和对基准状态量与追踪状态量的相对量的要素ΔSPm。
SP＝SPm+ΔSPm                    …(8)
另外，与状态量设定值SP配合，针对状态量测量值PV，也如下式所示，可以分离为基准状态量测量值PVm和追踪状态量相对测量值ΔPVm。
PV＝PVm+ΔPVm                    …(9)
在这里，若综合第1着眼点与第2着眼点，则根据式(7)～式(9)，成为如下所示。
SP’＝A(SPm+ΔSPm)+(1-A)(PVm+ΔPVm)
    ＝ASPm+(1-A)PVm+AΔSPm+(1-A)ΔPVm
                            …(10)
此时，式(10)中的ASPm+(1-A)PVm是基准状态量相关的要素，AΔSPm+(1-A)ΔPVm是基准状态量与追踪状态量的相对量相关的要素。即，由于两者成为可分离为分别提供内插关系与外插关系的线性结合式的形态，故如下所述，根据分别的系数A、B，能够给出内插关系与外插关系。
SP’＝ASPm+(1-A)PVm+BΔSPm+(1-B)ΔPVm
                           …(11)
在式(11)中，A为基准状态量相关的系数，B为基准状态量与追踪状态量的相对量相关的系数。在存在多个控制环的情况下，优选基准状态量与追踪状态量的相对量相关的系数B特别对各控制环单独给出，该情况下，针对多个控制环中的第i(i为1、2、3…)追踪状态量，可以实施以下所述的状态设定值SPi的变换。
SPi’＝AmSPm+(1-Am)PVm+BiΔSPim+(1-Bi)ΔPVim
                              …(12)
在式(12)中，SPi’为对第i追踪状态量的内部设定值，ΔSPim是作为基准状态量与第i追踪状态量的相对量的设定值的追踪状态量相对设定值，ΔPVim是作为基准状态量与第i追踪状态量的相对量的测量值的追踪状态量相对测量值，Bi是基准状态量与第i追踪状态量的相对量相关的系数。而且，基准状态量相关的系数Am可以共通提供给各控制环，也可以单独提供给各控制环。
另外，在式(12)中，不用说，ΔSPim＝SPi-SPm、ΔPVim＝PVi-PVm，以下的等价置换是容易且可能的。
SPi’＝AmSPm+(1-Am)PVm+BiΔSPim
     +(1-Bi)(PVi-PVm)            …(13)
SPi’＝AmSPm+(1-Am)PVm+Bi(SPi-SPm)
     +(1-Bi)(PVi-PVm)           …(14)
而且，在采用追踪状态量相对测量值ΔPVim的情况和采用追踪状态量测量值PVi与基准状态量PVm之差PVi-PVm的情况下，只是单纯的控制装置内部的处理不同。与此相对，在采用追踪状态量相对设定值ΔSPim的情况下，操作者通过用户接口设定基准状态量设定值SPm与追踪状态量相对设定值ΔSPim，另一方面，在采用追踪状态量设定值SPi与基准状态量设定值SPm之差SPi-SPm的情况下，操作者通过用户接口设定基准状态量设定值SPm与追踪状态量设定值SPi，由于这两者的情况不同，故特意作为其他构成进行处理。
此外，式(13)、式(14)也可以容易的整理为以下所示的等价数学式。
SPi’＝PVi+Am(SPm-PVm)
     +Bi(ΔSPim-(PVi-PVm))     …(15)
SPi’＝PVi+Am(SPm-PVm)
     +Bi((SPi-SPm)-(PVi-PVm))  …(16)
若认为SPi＝SPi”+ΔSPi”，PVi＝PVi”+ΔPVi”，则式(14)可以容易地进行以下的等价变换。
SPi’＝AmSPm+(1-Am)PVm+Bi(SPi-SPm)
     +(1-Bi)(PVi-PVm)
     ＝AmSPm+(1-Am)PVm+Bi(SPi”+ΔSPi”-SPm)
     +(1-Bi)(PVi”+ΔPVi”-PVm)
     ＝AmSPm+(1-Am)PVm+Bi(SPi”-SPm”)
     +(1-Bi)(PVi”-PVm”)      …(17)
在式(17)中，SPi”、ΔSPi”是将追踪状态量设定值SPi进一步分离为其他绝对量与相对量时绝对量对应的要素SPi”与相对量对应的要素ΔSPi”，PVi”、ΔPVi”是将追踪状态量测量值PVi同样分离为其他绝对量与相对量时的绝对量对应的要素PVi”与相对量对应的要素ΔPVi”.在这里，SPm”＝SPm-ΔSPi”、PVm”＝PVm-ΔPVi”.即，在基准状态量与追踪状态量的相对量相关的要素中，将SPm或PVm置换为其他的SPm”或PVm”，只要两者的关系明确，是等价的线性结合式，实质上就不脱离第1实施例、第2实施例的基本技术思想的范围.
根据以上原理，得到可以分别偏移基准状态量的灵敏度、基准状态量与追踪状态量的相对量的灵敏度的状态量内部设定值SP’。
接着，对优先控制基准状态量与追踪状态量的相对量的原理进行说明。在式(14)中，若将基准状态量相关的系数Am和基准状态量与追踪状态量的相对量相关的系数Bi的关系设为Am＝Bi＝1，则成为SPi’＝SPi。此时的状态量内部设定值SPi’完全没有从状态量设定值SPi变化，即使对于灵敏度，与通常的控制也完全没有变化。
在这里，由于特别重要的是基准状态量与追踪状态量的相对量相关的系数Bi，通过使Bi＞1，从而对于基准状态量与追踪状态量的相对量，灵敏度尤其提高，故以优先控制相对量的方式使控制装置动作。因此，对于基准状态量相关的系数Am，由于即使始终设为Am＝1，也可以达成本发明解决课题的目的，故可以是向以下的状态量内部设定值SPi’的变换。
SPi’＝SPm+BiΔSPim+(1-Bi)(PVi-PVm)       …(18)
SPi’＝SPm+Bi(SPi-SPm)+(1-Bi)(PVi-PVm)    …(19)
SPi’＝PVi+(SPm-PVm)+Bi{ΔSPim-(PVi-PVm)}
                             …(20)
SPi’＝PVi+(SPm-PVm)+Bi{(SPi-SPm)-(PVi-PVm)}
                             …(21)
其中，对于基准状态量与追踪状态量的相对量，只是提高灵敏度，在针对相对量得到充分的控制特性以前，也可能成为高灵敏度化过度的状态，控制系统不稳定。这种情况下，不是使基准状态量与追踪状态量的相对量相关的系数Bi恢复小值，而是通过将基准状态量相关的系数Am设为Am＜1，从而也能解除不稳定化，也可以避免牺牲基准状态量与追踪状态量的相对量的优先度的现象。因此，更优选采用能调整基准状态量相关的系数Am的变换式。
(第1实施例)
以下，参照附图详细说明本发明的第1实施例。图3是表示本发明的第1实施例的控制装置的构成的框图。本实施例是：控制环为3个，作为基准状态量采用3个控制环的状态量平均值，作为追踪状态量采用3个控制环的各自状态量的情况的例子，但只要为2个以上的控制环，就可以按同样的原理构成同样的控制系统。
图3的控制装置，作为第1追踪状态量相关的第1控制系统的构成，包括：追踪状态量设定值SP1输入部1-1；追踪状态量测量值PV1输入部2-1；操作量MV1输出部3-1；PID控制运算部(PID控制器)4-1；系数B1存储部5-1；成为内部输入值计算部的追踪状态量内部设定值SP1’计算部6-1.另外，图3的控制装置，作为第2追踪状态量相关的第2控制系统的构成，包括：追踪状态量设定值SP2输入部1-2；追踪状态量测量值PV2输入部2-2；操作量MV2输出部3-2；PID控制运算部4-2；系数B2存储部5-2；成为内部输入值计算部的追踪状态量内部设定值SP2’计算部6-2.此外，图3的控制装置，作为第3追踪状态量相关的第3控制系统的构成，包括：追踪状态量设定值SP3输入部1-3；追踪状态量测量值PV3输入部2-3；操作量MV3输出部3-3；PID控制运算部4-3；系数B3存储部5-3；成为内部输入值计算部的追踪状态量内部设定值SP3’计算部6-3.
再有，图3的控制装置，作为基准状态量相关的构成，包括：将追踪状态量设定值SP1、追踪状态量设定值SP2与追踪状态量设定值SP3的平均值作为基准状态量设定值SPm进行计算的基准状态量设定值SPm计算部7；将追踪状态量测量值PV1、追踪状态量测量值PV2与追踪状态量测量值PV3的平均值作为基准状态量测量值PVm进行计算的基准状态量测量值PVm计算部8；和系数Am存储部9。
图4是本实施例的控制系统的框图。在图4中，Er1’是第1追踪状态量的内部设定值SP1’与第1追踪状态量的测量值PV1的偏差，Er2’是第2追踪状态量的内部设定值SP2’与第2追踪状态量的测量值PV2的偏差，Er3’是第3追踪状态量的内部设定值SP3’与第3追踪状态量的测量值PV3的偏差，Am是基准状态量相关的系数，B1是第1追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数，B2是第2追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数，B3是第3追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数，A1是控制第1追踪状态量的执行器，A2是控制第2追踪状态量的执行器，A3是控制第3追踪状态量的执行器，P1是第1追踪状态量涉及的控制对象过程，P2是第2追踪状态量涉及的控制对象过程，P3是第3追踪状态量涉及的控制对象过程，Gp1是包含执行器A1与过程P1的块的传递函数，Gp2是包含执行器A2与过程P2的块的传递函数，Gp3是包含执行器A3与过程P3的块的传递函数。
追踪状态量设定值SP1输入部1-1、追踪状态量测量值PV1输入部2-1、操作量MV1输出部3-1、PID控制运算部4-1、追踪状态量内部设定值SP1’计算部6-1、执行器A1与过程P1构成第1控制系统(第1控制环)。追踪状态量设定值SP2输入部1-2、追踪状态量测量值PV2输入部2-2、操作量MV2输出部3-2；PID控制运算部4-2、追踪状态量内部设定值SP2’计算部6-2、执行器A2与过程P2构成第2控制系统(第2控制环)。而且，追踪状态量设定值SP3输入部1-3、追踪状态量测量值PV3输入部2-3、操作量MV3输出部3-3、PID控制运算部4-3、追踪状态量内部设定值SP3’计算部6-3、执行器A3与过程P3构成第3控制系统(第3控制环)。
接着，利用图5说明本实施例的控制装置的动作。首先，追踪状态量设定值SP1由控制装置的操作者来设定，经追踪状态量设定值SP1输入部1-1，输入到追踪状态量内部设定值SP1’计算部6-1与基准状态量设定值SPm计算部7(图5的步骤S101)。追踪状态量设定值SP2由操作者来设定，经追踪状态量设定值SP2输入部1-2，输入到追踪状态量内部设定值SP2’计算部6-2与基准状态量设定值SPm计算部7(步骤S102)。追踪状态量设定值SP3由操作者来设定，经追踪状态量设定值SP3输入部1-3，输入到追踪状态量内部设定值SP3’计算部6-1与基准状态量设定值SPm计算部7(步骤S103)。
追踪状态量测量值PV1由未图示的第1检测机构检测出来，经追踪状态量测量值PV1输入部2-1，输入到PID控制运算部4-1、追踪状态量内部设定值SP1’计算部6-1与基准状态量测量值PVm计算部8(步骤S104).追踪状态量测量值PV2由未图示的第2检测机构检测出来，经追踪状态量测量值PV2输入部2-2，输入到PID控制运算部4-2、追踪状态量内部设定值SP2’计算部6-2与基准状态量测量值PVm计算部8(步骤S105).追踪状态量测量值PV3由未图示的第3检测机构检测出来，经追踪状态量测量值PV3输入部2-3，输入到PID控制运算部4-3、追踪状态量内部设定值SP3’计算部6-3与基准状态量测量值PVm计算部8(步骤S106).
接着，基准状态量设定值SPm计算部7，如下式所示，将追踪状态量设定值SP1、追踪状态量设定值SP2与追踪状态量设定值SP3的平均值作为基准状态量设定值SPm进行计算，将该基准状态量设定值SPm输出到追踪状态量内部设定值SP1’计算部6-1、追踪状态量内部设定值SP2’计算部6-2与追踪状态量内部设定值SP3’计算部6-3(步骤S107)。
SPm＝(SP1+SP2+SP3)/3              …(22)
基准状态量测量值PVm计算部8，如下式所示，将追踪状态量测量值PV1、追踪状态量测量值PV2与追踪状态量测量值PV3的平均值作为追踪状态量测量值PVm进行计算，并将该追踪状态量测量值PVm输出到追踪状态量内部设定值SP1’计算部6-1、追踪状态量内部设定值SP2’计算部6-2与追踪状态量内部设定值SP3’计算部6-3(步骤S108)。
PVm＝(PV1+PV2+PV3)/3           …(23)
系数Am存储部9预先存储基准状态量相关的系数Am，系数B1存储部5-1预先存储第1追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数B1。追踪状态量内部设定值SP1’计算部6-1根据系数Am、B1、基准状态量设定值SPm、基准状态量测量值PVm、追踪状态量设定值SP1与追踪状态量测量值PV1，如下式所示地计算追踪状态量内部设定值SP1’(步骤S109)。
SP1’＝AmSPm+(1-Am)PVm+B1(SP1-SPm)
     +(1-B1)(PV1-PVm)        …(24)
系数B2存储部5-2预先存储第2追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数B2。追踪状态量内部设定值SP2’计算部6-2根据系数Am、B2、基准状态量设定值SPm、基准状态量测量值PVm、追踪状态量设定值SP2与追踪状态量测量值PV2，如下式所示地计算追踪状态量内部设定值SP2’(步骤S110)。
SP2’＝AmSPm+(1-Am)PVm+B2(SP2-SPm)
     +(1-B2)(PV2-PVm)        …(25)
系数B3存储部5-3预先存储第3追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数B3。追踪状态量内部设定值SP3’计算部6-3根据系数Am、B3、基准状态量设定值SPm、基准状态量测量值PVm、追踪状态量设定值SP3与追踪状态量测量值PV3，如下式所示地计算追踪状态量内部设定值SP3’(步骤S111)。
SP3’＝AmSPm+(1-Am)PVm+B3(SP3-SPm)
     +(1-B3)(PV3-PVm)        …(26)
接下来，PID控制运算部4-1如下式的传递函数式那样进行PID控制运算，计算操作量MV1(步骤S112)。
MV1＝(100/Pb1){1+(1/Ti1s)+Td1s}(SP1’-PV1)
                                …(27)
在式(27)中，Pb1为比例区，Ti1为积分时间，Td1为微分时间，s为拉普拉斯算子.而且，PID控制运算部4-1，在算出的操作量MV1小于执行器A1的输出下限值OL1时设操作量MV1＝OL1，在算出的操作量MV1大于执行器A1的输出上限值OH1时设操作量MV1＝OH1，以这样的操作量上下限处理作为积分终结(windup)的对策.
PID控制运算部4-2如下式的传递函数式那样进行PID控制运算，计算操作量MV2(步骤S113)。
MV2＝(100/Pb2){1+(1/Ti2s)+Td2s}(SP2’-PV2)
                                …(28)
在式(28)中，Pb2为比例区，Ti2为积分时间，Td2为微分时间。而且，PID控制运算部4-2，在算出的操作量MV2小于执行器A2的输出下限值OL2时设操作量MV2＝OL2，在算出的操作量MV2大于执行器A2的输出上限值OH2时设操作量MV2＝OH2，以这样的操作量上下限处理作为积分终结(windup)的对策。
PID控制运算部4-3如下式的传递函数式那样进行PID控制运算，计算操作量MV3(步骤S114)。
MV3＝(100/Pb3){1+(1/Ti3s)+Td3s}(SP3’-PV3)
                                …(29)
在式(29)中，Pb3为比例区，Ti3为积分时间，Td3为微分时间。而且，PID控制运算部4-3，在算出的操作量MV3小于执行器A3的输出下限值OL3时设操作量MV3＝OL3，在算出的操作量MV3大于执行器A3的输出上限值OH3时设操作量MV3＝OH3，以这样的操作量上下限处理作为积分终结的对策。
操作量MV1输出部3-1将由PID控制运算部4-1算出的操作量MV1输出到执行器A1(步骤S115)。执行器A1根据操作量MV1，为了控制第1追踪状态量而动作。
操作量MV2输出部3-2将由PID控制运算部4-2算出的操作量MV2输出到执行器A2(步骤S116)。执行器A2根据操作量MV2，为了控制第2追踪状态量而动作。
操作量MV3输出部3-3将由PID控制运算部4-3算出的操作量MV1输出到执行器A3(步骤S117)。执行器A3根据操作量MV3，为了控制第3追踪状态量而动作。
以上所述的步骤S101～S117的处理例如到由操作者指示控制的结束为止(在步骤S118中为“是”)，按每个控制周期反复执行。
图6A、图7A、图8A、图9A、图10A表示将追踪状态量设定值SP1、SP2、SP3变更为30.0时的控制系统的阶跃响应，图6B、图7B、图8B、图9B、图10B表示在以SP1＝30.0、SP2＝30.0、SP3＝30.0进行调整的状态下，施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应。仿真的条件如下所述。
首先，如下式所示地设定包含执行器A1与过程P1的块的传递函数Gp1、包含执行器A2与过程P2的块的传递函数Gp2、包含执行器A3与过程P3的块的传递函数Gp3。在这里，假定没有控制环间的干扰。
Gp1＝1.2exp(-2.0s)/{(1+70.0s)(1+10.0s)}    …(30)
Gp2＝1.6exp(-2.0s)/{(1+60.0s)(1+10.0s)}    …(31)
Gp3＝2.0exp(-2.0s)/{(1+50.0s)(1+10.0s)}    …(32)
根据操作量MV1、MV2、MV3，如下式所述地决定追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3。
PV1＝Gp1MV1                                …(33)
PV2＝Gp2MV2                                …(34)
PV3＝Gp3MV3                                …(35)
将作为PID控制运算部4-1的PID参数的比例区Pb1设为50.0，将积分时间Ti1设为35.0，将微分时间Td1设为20.0；将作为PID控制运算部4-2的PID参数的比例区Pb2设为66.7，将积分时间Ti2设为35.0，将微分时间Td2设为20.0；将作为PID控制运算部4-3的PID参数的比例区Pb3设为100.0，将积分时间Ti3设为35.0，将微分时间Td3设为20.0。
图6A、图6B所示的仿真结果，成为与通常的控制等价的设定(Am＝1.0，B1＝1.0，B2＝1.0，B3＝1.0)，由于不控制相对的状态量(状态量差)，故追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3不一致。
图7A、图7B所示的仿真结果，是本实施例的效果为中等程度的设定(Am＝1.0，B1＝1.5，B2＝1.5，B3＝1.5)，由于少许控制相对的状态量(状态量差)，故与图6A、图6B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3向一致趋近。
图8A、图8B所示的仿真结果，是本实施例的效果显著的设定(Am＝1.0，B1＝3.0，B2＝3.0，B3＝3.0)，由于充分控制相对的状态量(状态量差)，故与图6A、图6B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3更加趋近一致。
图9A、图9B所示的仿真结果，是本实施例的效果过剩的设定(Am＝1.0，B1＝4.0，B2＝4.0，B3＝4.0)，在阶跃响应时产生控制的不稳定化，故与图8A、图8B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3不一致。
图10A、图10B所示的仿真结果，是避免本实施例的过剩效果的设定(Am＝0.7，B1＝4.0，B2＝4.0，B3＝4.0)，通过将基准状态量低灵敏度化，从而追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3比图8A、图8B的情况更加向一致趋近。
在图6A、图6B～图10A、图10B的仿真结果中，通过使SP1＝SP2＝SP3＝30.0，从而第1追踪状态量与第2追踪状态量的状态量差、第2追踪状态量与第3追踪状态量的状态量差及第3追踪状态量与第1追踪状态量的状态量差全部为0。
另一方面，若将追踪状态量设定值SP1、SP2、SP3设定为不同的值，则对应于各状态量设定值SP1、SP2、SP3的差，以将各状态量测量值PV1、PV2、PV3的差保持为恒定的方式，改变PV1、PV2、PV3。例如，若设定为SP1＝20.0、SP2＝30.0、SP3＝40.0，则成为维持状态量差PV3-PV2＝10.0、状态量差PV2-PV1＝10.0及状态量差PV3-PV1＝20.0的阶跃响应、外部干扰抑制响应。
根据本实施例，在至少具有2个控制环的控制系统中，在将成为特定基准的状态量设为基准状态量，将控制为维持预先规定了与该基准状态量的相对量的值的状态量设为追踪状态量时，执行将输入到控制追踪状态量的控制器的多个控制运算用输入值中的追踪状态量设定值SPi变换为追踪状态量内部设定值SPi’，并输入到控制器的计算步骤，在该计算步骤中，通过将追踪状态量设定值SPi’作为基准状态量相对的第1要素与相对量相对的第2要素之和进行计算，从而可以实现一边将基准状态量与追踪状态量的状态量差等相对量维持为所希望的值，一边将状态量平均值等基准状态量变更为所希望的值的控制.另外，在本实施例中，由于可以构成控制器的操作量与实际的执行器的输出一一对应的控制系统，故可以防止积分终结，可以使用以往考察的参数调整方法或自动调整功能等，可以调整控制器.此外，作为内部输入值的第2要素，通过使用在对相对量的控制运算用输入值的要素上乘以第1系数的值，从而可以一边优先控制相对量，一边也同时控制基准状态量.
还有，作为追踪状态量内部设定值SPi’的第1要素，通过使用在对基准状态量的控制运算用输入值的要素上乘以第2系数的值，从而可以避免基于上述第1系数的控制高灵敏度化所引起的控制的不稳定化，而且也可以避免牺牲基准状态量与追踪状态量的相对量的优先度的情况。
(第2实施例)
接着，说明本发明的第2实施例。图11是表示本发明的第2实施例的控制装置的构成的框图。本实施例是：控制环为3个，作为基准状态量采用典型的1个控制环的状态量，作为追踪状态量采用其他两个控制环各自的状态量的例子，但只要为2个以上的控制环，就可以以相同的原理来构成相同的控制系统。
图11的控制装置，作为第1追踪状态量相关的第1控制系统的构成，包括：追踪状态量相对设定值ΔSP1m输入部11-1；追踪状态量测量值PV1输入部12-1；操作量MV1输出部13-1；PID控制运算部(PID控制器)14-1；系数B1存储部15-1；成为内部输入值计算部的追踪状态量内部设定值SP1’计算部16-1。另外，图11的控制装置，作为第2追踪状态量相关的第2控制系统的构成，包括：追踪状态量相对设定值ΔSP2m输入部11-2；追踪状态量测量值PV2输入部12-2；操作量MV2输出部13-2；PID控制运算部14-2；系数B2存储部15-2；成为内部输入值计算部的追踪状态量内部设定值SP2’计算部16-2。
再有，图11的控制装置，作为基准状态量相关的第3控制系统的构成，包括：基准状态量设定值SPm输入部17；基准状态量测量值PVm输入部18；操作量MV3输出部19；PID控制运算部20；系数Am存储部21；和基准状态量内部设定值SPm’计算部22。
图12是本实施例的控制系统的框图。在图12中，Er1’是第1追踪状态量的内部设定值SP1’与第1追踪状态量的测量值PV1的偏差，Er2’是第2追踪状态量的内部设定值SP2’与第2追踪状态量的测量值PV2的偏差，Er3’是基准状态量的内部设定值SPm’与基准状态量的测量值PVm的偏差，Am是基准状态量相关的系数，B1是第1追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数，B2是第2追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数，A11是控制第1追踪状态量的执行器，A12是控制第2追踪状态量的执行器，A13是控制基准状态量的执行器，P11是第1追踪状态量涉及的控制对象过程，P12是第2追踪状态量涉及的控制对象过程，P13是基准状态量涉及的控制对象过程，Gp11是包含执行器A11与过程P11的块的传递函数，Gp12是包含执行器A12与过程P12的块的传递函数，Gp13是包含执行器A13与过程P13的块的传递函数，Gp31是表示第1控制环和第3控制环之间的干扰的传递函数，Gp32是表示第2控制环和第3控制环之间的干扰的传递函数。
追踪状态量相对设定值ΔSP1m输入部11-1、追踪状态量测量值PV1输入部12-1、操作量MV1输出部13-1、PID控制运算部14-1、追踪状态量内部设定值SP1’计算部16-1、执行器A11与过程P11构成第1控制系统(第1控制环)。追踪状态量相对设定值ΔSP2m输入部11-2、追踪状态量测量值PV2输入部12-2、操作量MV2输出部13-2；PID控制运算部14-2、追踪状态量内部设定值SP2’计算部16-2、执行器A12与过程P12构成第2控制系统(第2控制环)。而且，基准状态量设定值SPm输入部17、基准状态量测量值PVm输入部18、操作量MV3输出部19、PID控制运算部20、基准状态量内部设定值SPm’计算部22、执行器A13和过程P13构成第3控制系统(第3控制环)。
接下来，使用图13说明本实施例的控制装置的动作。首先，追踪状态量相对设定值ΔSP1m由控制装置的操作者来设定，经追踪状态量相对设定值ΔSP1m输入部11-1，输入到追踪状态量内部设定值SP1’计算部16-1(图13的步骤S201)。追踪状态量相对设定值ΔSP2m由操作者来设定，经追踪状态量相对设定值ΔSP2m输入部11-2，输入到追踪状态量内部设定值SP2’计算部16-2(步骤S202)。基准状态量设定值SPm由操作者来设定，经基准状态量设定值SPm输入部17，输入到追踪状态量内部设定值SP1’计算部16-1、追踪状态量内部设定值SP2’计算部16-2与基准状态量内部设定值SPm’计算部22(步骤S203)。
追踪状态量测量值PV1由未图示的第1检测机构检测出来，经追踪状态量测量值PV1输入部12-1，输入到PID控制运算部14-1与追踪状态量内部设定值SP1’计算部16-1(步骤S204)。追踪状态量测量值PV2由未图示的第2检测机构检测出来，经追踪状态量测量值PV2输入部12-2，输入到PID控制运算部14-2与追踪状态量内部设定值SP1’计算部16-2(步骤S205)。基准状态量测量值PVm由未图示的第3检测机构检测出来，经基准状态量测量值PVm输入部18，输入到追踪状态量内部设定值SP1’计算部16-1、追踪状态量内部设定值SP2’计算部16-2、PID控制运算部20与基准状态量内部设定值SPm’计算部22(步骤S206)。
系数Am存储部21预先存储基准状态量相关的系数Am，系数B1存储部15-1预先存储第1追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数B1。追踪状态量内部设定值SP1’计算部16-1根据系数Am、B1、基准状态量设定值SPm、基准状态量测量值PVm、追踪状态量相对设定值ΔSP1m与追踪状态量测量值PV1，如下式所示地计算追踪状态量内部设定值SP1’(步骤S207)。
SP1’＝AmSPm+(1-Am)PVm+B1ΔSP1m
     +(1-B1)(PV1-PVm)            …(36)
系数B2存储部15-2预先存储第2追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数B2。追踪状态量内部设定值SP2’计算部16-2根据系数Am、B2、基准状态量设定值SPm、基准状态量测量值PVm、追踪状态量相对设定值ΔSP2m与追踪状态量测量值PV2，如下式所示地计算追踪状态量内部设定值SP2’(步骤S208)。
SP2’＝AmSPm+(1-Am)PVm+B2ΔSP2m
          +(1-B2)(PV2-PVm)    …(37)
基准状态量内部设定值SPm’计算部22根据系数Am、基准状态量SPm与基准状态量测量值PVm，如下式所示地计算基准状态量内部设定值SPm’(步骤S209)。
SPm’＝AmSPm+(1-Am)PVm        …(38)
接着，PID控制运算部14-1与PID控制运算部4-1同样地，进行式(27)所示的PID控制运算，算出操作量MV1(步骤S210)。而且，PID控制运算部14-1，在算出的操作量MV1小于执行器A11的输出下限值OL1时设操作量MV1＝OL1，在算出的操作量MV1大于执行器A11的输出上限值OH1时设操作量MV1＝OH1，以这样的操作量上下限处理作为积分终结的对策。
PID控制运算部14-2与PID控制运算部4-2同样地，进行式(28)所示的PID控制运算，算出操作量MV2(步骤S211).而且，PID控制运算部14-2，在算出的操作量MV2小于执行器A12的输出下限值OL2时设操作量MV2＝OL2，在算出的操作量MV2大于执行器A12的输出上限值OH2时设操作量MV2＝OH2，以这样的操作量上下限处理作为积分终结的对策.
PID控制运算部20如下式的传递函数式那样进行PID控制运算，计算操作量MV3(步骤S212)。
MV3＝(100/Pb3){1+(1/Ti3s)+Td3s}(SPm’-PVm)
                                …(39)
在式(39)中，Pb3为比例区，Ti3为积分时间，Td3为微分时间。而且，PID控制运算部20，在算出的操作量MV3小于执行器A13的输出下限值OL3时设操作量MV3＝OL3，在算出的操作量MV3大于执行器A13的输出上限值OH3时设操作量MV3＝OH3，以这样的操作量上下限处理作为积分终结的对策。
操作量MV1输出部13-1将由PID控制运算部14-1算出的操作量MV1输出到执行器A11(步骤S213)。执行器A11根据操作量MV1，为了控制第1追踪状态量而动作。
操作量MV2输出部13-2将由PID控制运算部14-2算出的操作量MV2输出到执行器A12(步骤S214)。执行器A12根据操作量MV2，为了控制第2追踪状态量而动作。
操作量MV3输出部19将由PID控制运算部20算出的操作量MV3输出到执行器A13(步骤S215)。执行器A13根据操作量MV3，为了控制第3追踪状态量而动作。
以上所述的步骤S201～S215的处理例如到由操作者指示控制的结束为止(在步骤S216中为“是”)，按每个控制周期反复执行。
图14A、图15A、图16A、图17A、图18A表示在追踪状态量相对设定值ΔSP1m、ΔSP2m为0的状态下、将基准状态量设定值SPm变更为30.0时的控制系统的阶跃响应，图14B、图15B、图16B、图17B、图18B表示在以ΔSP1m＝0、ΔSP2m＝0、SPm＝30.0进行调整的状态下，施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应。仿真的条件如下所述。
首先，如下式所示地设定包含执行器A11与过程P11的块的传递函数Gp11、包含执行器A12与过程P12的块的传递函数Gp12、包含执行器A13与过程P13的块的传递函数Gp13。
Gp11＝1.2exp(-2.0s)/{(1+70.0s)(1+10.0s)}     …(40)
Gp12＝1.6exp(-2.0s)/{(1+60.0s)(1+10.0s)}     …(41)
Gp13＝2.0exp(-2.0s)/{(1+50.0s)(1+10.0s)}     …(42)
另外，如下式所示地设定表示第1控制环与第3控制环之间的干扰的传递函数Gp31、表示第2控制环与第3控制环之间的干扰的传递函数Gp32。
Gp31＝0.96exp(-2.0s)/{(1+70.0s)(1+10.0s)}    …(43)
Gp32＝1.28exp(-2.0s)/{(1+60.0s)(1+10.0s)}    …(44)
根据操作量MV1、MV2、MV3，如下式所述地决定追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm。
PV1＝Gp1MV1+Gp31MV3                          …(45)
PV2＝Gp2MV2+Gp32MV3                          …(46)
PVm＝Gp3MV3                                  …(47)
将作为PID控制运算部14-1的PID参数的比例区Pb1设为50.0，将积分时间Ti1设为35.0，将微分时间Td1设为20.0；将作为PID控制运算部14-2的PID参数的比例区Pb2设为66.7，将积分时间Ti2设为35.0，将微分时间Td2设为20.0；将作为PID控制运算部20的PID参数的比例区Pb设为100.0，将积分时间Ti3设为35.0，将微分时间Td3设为20.0.
图14A、图14B所示的仿真结果，成为与通常的控制等价的设定(Am＝1.0，B1＝1.0，B2＝1.0)，由于不控制相对的状态量(状态量差)，故追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm不一致。
图15A、图15B所示的仿真结果，是本实施例的效果为中等程度的设定(Am＝1.0，B1＝1.5，B2＝1.5)，由于少许控制相对的状态量(状态量差)，故与图14A、图14B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm向一致趋近。
图16A、图16B所示的仿真结果，是本实施例的效果显著的设定(Am＝1.0，B1＝3.0，B2＝3.0)，由于充分控制相对的状态量(状态量差)，故与图14A、图14B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm更加向一致趋近。
图17A、图17B所示的仿真结果，是本实施例的效果过剩的设定(Am＝1.0，B1＝4.0，B2＝4.0)，在阶跃响应时产生控制的不稳定化，故与图16A、图16B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm不一致。
图18A、图18B所示的仿真结果，是避免本实施例的过剩效果的设定(Am＝0.7，B1＝4.0，B2＝4.0)，通过将基准状态量低灵敏度化，从而追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm比图16A、图16B的情况更加向一致趋近。
在图14A、图14B～图18A、图18B的仿真结果中，通过使ΔSP1m＝ΔSP2m＝0.0，从而第1追踪状态量与基准状态量的状态量差、第2追踪状态量与基准状态量的状态量差全部为0。
另一方面，若将ΔSP1m、ΔSP2m设定为0以外的值，则对应于这些设定，以将各状态量测量值PV1、PV2、PVm的差保持为恒定的方式，PV1、PV2、PVm变化。例如，若设定为ΔSP1m＝20.0、ΔSP2m＝10.0则成为维持状态量差PV1-PVm＝20.0、状态量差PV2-PVm＝10.0的阶跃响应、干扰抑制响应。
根据本实施例，可以得到与第1实施例相同的效果。另外，从图14A、图14B～图18A、图18B的仿真结果可知：即使在存在环间干扰的控制系统中也可以有效适用本发明。
(第3实施例及第4实施例的原理)
以下，在第3实施例、第4实施例中，将状态量平均值那样成为基准的绝对性状态量称为基准状态量，将被控制为维持预先规定了与基准状态量的相对量(例如状态量差)的值的状态量称为追踪状态量。另外，将对基准状态量的设定值称为基准状态量设定值，将基准状态量的测量值称为基准状态量测量值，将对追踪状态量的设定值称为追踪状态量设定值，将追踪状态量的测量值称为追踪状态量测量值，将对基准状态量与追踪状态量的相对量的设定值称为追踪状态量相对设定值，将基准状态量与追踪状态量的相对量的测量值称为追踪状态量相对测量值，将针对基准状态量测量值向控制器内部发送的内部测量值称为基准状态量内部测量值，将针对追踪状态量测量值向控制器内部发送的内部测量值称为追踪状态量内部测量值。作为状态量，例如有温度、压力、流量等。
在第3实施例、第4实施例中，与从外部提供的状态量测量值PV不同，使用发送到控制器内部的状态量内部测量值PV’，来计算操作量MV.此时，状态量内部测量值PV’分离为对基准状态量的要素PVm和对基准状态量与追踪状态量的相对量的要素ΔPV(PV’＝PVm+ΔPV).此外，在第3实施例、第4实施例中，注意到通过与状态量设定值的内插外插运算(PV’＝(1-A)SP+APV)，可以使控制器的特性实质上比直接适用实际提供的测量值PVm或ΔPV的情况还向低灵敏度侧偏移或向高灵敏度侧偏移的现象，变换为可以将基准状态量的灵敏度、基准状态量与追踪状态量的相对量的灵敏度分别偏移的状态量内部测量值PV’.
这样，在第3实施例、第4实施例中，构成为：将状态量内部测量值PV’分离为对基准状态量的要素PVm和对基准状态量与追踪状态量的相对量的要素ΔPV，通过状态量设定值SP与状态量测量值PV的内插外插运算，来求取该状态量内部测量值PV’，以用于操作量MV的计算。由此，在第3实施例、第4实施例中，若针对状态量平均值那样的基准状态量使响应特性向低灵敏度侧偏移，针对状态量差那样的基准状态量与追踪状态量的相对量使响应特性向高灵敏度侧偏移，则由于在基准状态量测量值PVm追随基准状态量设定值SPm之前，追踪状态量相对测量值ΔPV追随追踪状态量相对设定值ΔSP，故可以进行一边将基准状态量与追踪状态量的相对量维持为所希望的值、一边将基准状态量变更为所希望的值的控制。
另外，根据第3实施例、第4实施例，与通常的控制系统的不同点仅在于：状态量测量值PV可以变换为状态量内部测量值PV’。即，可以提供一种以控制器的操作量与实际的执行器的输出一一对应的形式，一边优先控制基准状态量与追踪状态量的相对量，一边也同时控制基准状态量的控制方法。
在这里，对上述两个着眼点中、根据状态量设定值SP与状态量测量值PV的内插外插运算的状态量内部测量值PV’的计算(以下称为第1着眼点)进行说明。考察：参照状态量设定值SP与状态量测量值PV，使用特定系数A，利用以下的数学式变换为发送到控制器内部的状态量内部测量值PV’。
PV’＝(1-A)SP+APV                        …(48)
其中，系数A是比0大的实数。此时，若A＝1，则PV’＝PV，意味着状态量测量值PV完全没有变换。
在式(48)中，若将系数A的值设为0＜A＜1，则变换后的状态量内部测量值PV’成为原状态量设定值SP与状态量测量值PV中间的数值(内插关系)。因此，例如在以PID控制器等算出偏差的情况下，如图19所示，状态量内部设定值SP与状态量测量值PV’的偏差Er’＝SP-PV’比状态量设定值SP与状态量测量值PV的偏差Er＝SP-PV，绝对值成为更小的值。其结果为，控制器根据偏差Er’算出操作量MV’的情况下的操作量的变化比根据偏差Er算出操作量MV的情况下还变缓。即，若将系数A设为0＜A＜1，则控制器的响应特性向重视稳定性的方向(低灵敏度)的特性偏移。
另一方面，若将系数A设为A＞1，则变换后的状态量内部测量值PV’成为比原状态量测量值PV进一步远离状态量设定值SP的数值(外插关系)。因此，例如在用PID控制器等算出偏差的情况下，如图20所示，状态量内部设定值SP与状态量测量值PV’的偏差Er’＝SP-PV’比状态量设定值SP与状态量测量值PV的偏差Er＝SP-PV，绝对值成为更大的值。其结果为，控制器根据偏差Er’算出操作量MV’的情况下的操作量的变化比根据偏差Er算出操作量MV的情况下还剧烈。即，若将系数A设为A＞1，则控制器的响应特性向重视适应性的方向(高灵敏度)的特性偏移。
接着，对上述2个着眼点中、将状态量内部测量值PV’分离为对基准状态量的要素和对基准状态量与追踪状态量的相对量的要素的观点(以下称为第2着眼点)进行说明。在同时控制基准状态量、基准状态量与追踪状态量的相对量的情况下，状态量测量值PV如下式所示，可以分离为对基准状态量的要素PVm和对基准状态量与追踪状态量的相对量的要素ΔPVm。
PV＝PVm+ΔPVm                …(49)
另外，与状态量测量值PV配合，针对状态量设定值SP，也如下式所示，可以分离为基准状态量设定值SPm和追踪状态量相对设定值ΔSPm。
SP＝SPm+ΔSPm                …(50)
在这里，若综合第1着眼点与第2着眼点，则根据式(48)～式(50)，成为如下所示。
PV’＝(1-A)(SPm+ΔSPm)+A(PVm+ΔPVm)
    ＝(1-A)SPm+APVm+(1-A)ΔSPm+AΔPVm
                            …(51)
此时，式(51)中的(1-A)SPm+APVm是基准状态量相关的要素，(1-A)ΔSPm+AΔPVm是基准状态量与追踪状态量的相对量相关的要素。即，由于两者成为可分离为分别提供内插关系与外插关系的线性结合式的形态，故如下所示，根据分别的系数A、B，能够给出内插关系与外插关系。
PV’＝(1-A)SPm+APVm+(1-B)ΔSPm+BΔPVm
                            …(52)
在式(52)中，A为基准状态量相关的系数，B为基准状态量与追踪状态量的相对量相关的系数。在存在多个控制环的情况下，优选基准状态量与追踪状态量的相对量相关的系数B特别由各控制环单独给出，该情况下，针对多个控制环中的第i(i为1、2、3…)追踪状态量，可以实施以下所述的状态测量值PVi的变换。
PVi’＝(1-Am)SPm+AmPVm+(1-Bi)ΔSPim+BiΔPVim
                             …(53)
在式(53)中，PVi’为第i追踪状态量相对的内部测量值，ΔSPim是作为基准状态量与第i追踪状态量的相对量的设定值的追踪状态量相对设定值，ΔPVim是作为基准状态量与第i追踪状态量的相对量的测量值的追踪状态量相对测量值，Bi是基准状态量与第i追踪状态量的相对量相关的系数。而且，基准状态量相关的系数Am可以共通提供给各控制环，也可以单独提供给各控制环。
另外，在式(53)中，显然，ΔSPim＝SPi-SPm、ΔPVim＝PVi-PVm，以下的等价置换是容易且可能的。
PVi’＝(1-Am)SPm+AmPVm+(1-Bi)ΔSPim
     +Bi(PVi-PVm)                    …(54)
PVi’＝(1-Am)SPm+AmPVm+(1-Bi)(SPi-SPm)
     +Bi(PVi-PVm)                    …(55)
而且，在采用追踪状态量相对测量值ΔPVim的情况和采用追踪状态量测量值PVi与基准状态量PVm之差PVi-PVm的情况下，仅仅是控制装置内部的处理不同.与此相对，在采用追踪状态量相对设定值ΔSPim的情况下，操作者通过用户接口设定基准状态量设定值SPm与追踪状态量相对设定值ΔSPim，另一方面，在采用追踪状态量设定值SPi与基准状态量设定值SPm之差SPi-SPm的情况下，操作者通过用户接口设定基准状态量设定值SPm与追踪状态量设定值SPi，由于这两者的情况不同，另外作为其他构成进行处理.
此外，式(54)、式(55)也可以容易的整理为以下所示的等价数学式。
PVi’＝SPi-Am(SPm-PVm)-Bi(ΔSPim-(PVi-PVm))
                             …(56)
PVi’＝SPi-Am(SPm-PVm)-Bi((SPi-SPm)-(PVi-PVm))
                            …(57)
若认为SPi＝SPi”+ΔSPi”，PVi＝PVi”+ΔPVi”，则式(14)可以容易地进行以下的等价变换。
PVi’＝(1-Am)SPm+AmPVm+(1-Bi)(SPi-SPm)
     +Bi(PVi-PVm)
     ＝(1-Am)SPm+AmPVm
     +(1-Bi)(SPi”+ΔSPi”-SPm)
     +Bi(PVi”+ΔPVi”-PVm)
     ＝(1-Am)SPm+AmPVm+(1-Bi)(SPi”-SPm”)
     +Bi(PVi”-PVm”)        …(58)
在式(58)中，SPi”、ΔSPi”是将追踪状态量设定值SPi进一步分离为其他绝对量与相对量时绝对量对应的要素SPi”与相对量对应的要素ΔSPi”，PVi”、ΔPVi”是将追踪状态量测量值PVi同样分离为其他绝对量与相对量时的绝对量对应的要素PVi”与相对量对应的要素ΔPVi”。在这里，SPm”＝SPm-ΔSPi”、PVm”＝PVm-ΔPVi”。即，在基准状态量与追踪状态量的相对量相关的要素中，将SPm或PVm置换为其他的SPm”或PVm”，只要两者的关系明确，是等价的线性结合式，实质上就不脱离第3实施例、第4实施例的基本技术思想的范围。
根据以上原理，得到可以分别偏移基准状态量的灵敏度、基准状态量与追踪状态量的相对量的灵敏度的状态量内部测量值PV’。
接着，对优先控制基准状态量与追踪状态量的相对量的原理进行说明。在式(55)中，若将基准状态量相关的系数Am和基准状态量与追踪状态量的相对量相关的系数Bi的关系设为Am＝Bi＝1，则成为PVi’＝PVi。此时的状态量内部测量值PVi’完全没有从状态量设定值PVi变化，即使对于灵敏度，与通常的控制也没有完全变化。
在这里，由于特别重要的是基准状态量与追踪状态量的相对量相关的系数Bi，通过使Bi＞1，从而对于基准状态量与追踪状态量的相对量，灵敏度尤其提高，故可以以优先控制相对量的方式使控制装置动作。因此，对于基准状态量相关的系数Am，由于即使始终设为Am＝1，也可以达成本发明的课题解决的目的，故可以是向以下的状态量内部测量值PVi’的变换。
PVi’＝PVm+(1-Bi)ΔSPim+Bi(PVi-PVm)        …(59)
PVi’＝PVm+(1-Bi)(SPi-SPm)+Bi(PVi-PVm)
                                …(60)
PVi’＝SPi-(SPm-PVm)-Bi{ΔSPim-(PVi-PVm)}
                                …(61)
PVi’＝SPi-(SPm-PVm)-Bi{(SPi-SPm)-(PVi-PVm)}
                                …(62)
其中，对于基准状态量与追踪状态量的相对量，只是提高灵敏度，在针对相对量得到充分的控制特性以前，也可能成为高灵敏度化过度的状态，控制系统不稳定。这种情况下，不是使基准状态量与追踪状态量的相对量相关的系数Bi恢复小值，而是通过将基准状态量相关的系数Am设为Am＜1，从而也能解除不稳定化，也可以避免牺牲基准状态量与追踪状态量的相对量的优先度的现象。因此，更优选采用能调整基准状态量相关的系数Am的变换式。
(第3实施例)
以下，参照附图详细说明本发明的第3实施例。图21是表示本发明的第3实施例的控制装置的构成的框图。本实施例是：控制环为3个，作为基准状态量采用3个控制环的状态量平均值，作为追踪状态量采用3个控制环的各自状态量的情况的例子，但只要为2个以上的控制环，就可以以同样的原理构成同样的控制系统。
图21的控制装置，作为第1追踪状态量相关的第1控制系统的构成，包括：追踪状态量设定值SP1输入部31-1；追踪状态量测量值PV1输入部32-1；操作量MV1输出部33-1；PID控制运算部(PID控制器)34-1；系数B1存储部35-1；成为内部输入值计算部的追踪状态量内部测量值PV1’计算部36-1。另外，图21的控制装置，作为第2追踪状态量相关的第2控制系统的构成，包括：追踪状态量设定值SP2输入部31-2；追踪状态量测量值PV2输入部32-2；操作量MV2输出部33-2；PID控制运算部34-2；系数B2存储部35-2；成为内部输入值计算部的追踪状态量内部测量值PV2’计算部36-2。此外，图21的控制装置，作为第3追踪状态量相关的第3控制系统的构成，包括：追踪状态量设定值SP3输入部31-3；追踪状态量测量值PV3输入部32-3；操作量MV3输出部33-3；PID控制运算部34-3；系数B3存储部35-3；成为内部输入值计算部的追踪状态量内部测量值PV3’计算部36-3。
再有，图21的控制装置，作为基准状态量相关的构成，包括：将追踪状态量设定值SP1、追踪状态量设定值SP2与追踪状态量设定值SP3的平均值作为基准状态量设定值SPm进行计算的基准状态量设定值SPm计算部37；将追踪状态量测量值PV1、追踪状态量测量值PV2与追踪状态量测量值PV3的平均值作为基准状态量测量值PVm进行计算的基准状态量测量值PVm计算部38；和系数Am存储部39。
图22是本实施例的控制系统的框图.在图22中，Er1’是第1追踪状态量的内部设定值SP1与第1追踪状态量的测量值PV1’的偏差，Er2’是第2追踪状态量的内部设定值SP2与第2追踪状态量的测量值PV2’的偏差，Er3’是第3追踪状态量的内部设定值SP3与第3追踪状态量的测量值PV3’的偏差，Am是基准状态量相关的系数，B1是第1追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数，B2是第2追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数，B3是第3追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数，A1是控制第1追踪状态量的执行器，A2是控制第2追踪状态量的执行器，A3是控制第3追踪状态量的执行器，P1是第1追踪状态量涉及的控制对象过程，P2是第2追踪状态量涉及的控制对象过程，P3是第3追踪状态量涉及的控制对象过程，Gp1是包含执行器A1与过程P1的块的传递函数，Gp2是包含执行器A2与过程P2的块的传递函数，Gp3是包含执行器A3与过程P3的块的传递函数.
追踪状态量设定值SP1输入部31-1、追踪状态量测量值PV1输入部32-1、操作量MV1输出部33-1、PID控制运算部34-1、追踪状态量内部测量值PV1’计算部36-1、执行器A1与过程P1构成第1控制系统(第1控制环)。追踪状态量设定值SP2输入部31-2、追踪状态量测量值PV2输入部32-2、操作量MV2输出部33-2；PID控制运算部34-2、追踪状态量内部测量值PV2’计算部36-2、执行器A2与过程P2构成第2控制系统(第2控制环)。而且，追踪状态量设定值SP3输入部31-3、追踪状态量测量值PV3输入部32-3、操作量MV3输出部33-3、PID控制运算部34-3、追踪状态量内部测量值PV3’计算部36-3、执行器A3与过程P3构成第3控制系统(第3控制环)。
接着，利用图23说明本实施例的控制装置的动作。首先，追踪状态量设定值SP1由控制装置的操作者来设定，经追踪状态量设定值SP1输入部31-1，输入到PID控制运算部34-1、追踪状态量内部测量值PV1’计算部36-1与基准状态量设定值SPm计算部37(图23的步骤S301)。追踪状态量设定值SP2由控制装置的操作者来设定，经追踪状态量设定值SP2输入部31-2，输入到PID控制运算部34-2、追踪状态量内部测量值PV2’计算部36-2与基准状态量设定值SPm计算部37(步骤S302)。追踪状态量设定值SP3由控制装置的操作者来设定，经追踪状态量设定值SP3输入部31-3，输入到PID控制运算部34-3、追踪状态量内部测量值PV3’计算部36-3与基准状态量设定值SPm计算部37(步骤S303)。
追踪状态量测量值PV1由未图示的第1检测机构检测出来，经追踪状态量测量值PV1输入部32-1，输入到追踪状态量内部测量值PV1’计算部36-1与基准状态量测量值PVm计算部38(步骤S304)。追踪状态量测量值PV2由未图示的第2检测机构检测出来，经追踪状态量测量值PV2输入部32-2，输入到追踪状态量内部测量值PV2’计算部36-2与基准状态量测量值PVm计算部38(步骤S305)。追踪状态量测量值PV3由未图示的第3检测机构检测出来，经追踪状态量测量值PV3输入部32-3，输入到追踪状态量内部测量值PV3’计算部36-3与基准状态量测量值PVm计算部38(步骤S306)。
接着，基准状态量设定值SPm计算部37，如下式所示，将追踪状态量设定值SP1、追踪状态量设定值SP2与追踪状态量设定值SP3的平均值作为基准状态量设定值SPm进行计算，将该基准状态量设定值SPm输出到追踪状态量内部测量值PV1’计算部36-1、追踪状态量内部测量值PV2’计算部36-2与追踪状态量内部测量值PV3’计算部36-3(步骤S307)。
SPm＝(SP1+SP2+SP3)/3            …(63)
基准状态量测量值PVm计算部38，如下式所示，将追踪状态量测量值PV1、追踪状态量测量值PV2与追踪状态量测量值PV3的平均值作为追踪状态量测量值PVm进行计算，并将该追踪状态量测量值PVm输出到追踪状态量内部测量值PV1’计算部36-1、追踪状态量内部测量值PV2’计算部36-2与追踪状态量内部测量值PV3’计算部36-3(步骤S308)。
PVm＝(PV1+PV2+PV3)/3            …(64)
系数Am存储部39预先存储基准状态量相关的系数Am，系数B1存储部35-1预先存储第1追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数B1.追踪状态量内部测量值PV1’计算部36-1根据系数Am、B1、基准状态量设定值SPm、基准状态量测量值PVm、追踪状态量设定值SP1与追踪状态量测量值PV1，如下式所示地计算追踪状态量内部测量值PV1’(步骤S309).
PV1’＝(1-Am)SPm+AmPVm+(1-B1)(SP1-SPm)
     +B1(PV1-PVm)            …(65)
系数B2存储部35-2预先存储第2追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数B2。追踪状态量内部测量值PV2’计算部36-2根据系数Am、B2、基准状态量设定值SPm、基准状态量测量值PVm、追踪状态量设定值SP2与追踪状态量测量值PV2，如下式所示地计算追踪状态量内部测量值PV2’(步骤S310)。
PV2’＝(1-Am)SPm+AmPVm+(1-B2)(SP2-SPm)
     +B2(PV2-PVm)                    …(66)
系数B3存储部35-3预先存储第3追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数B3。追踪状态量内部测量值PV3’计算部36-3根据系数Am、B3、基准状态量设定值SPm、基准状态量测量值PVm、追踪状态量设定值SP3与追踪状态量测量值PV3，如下式所示地计算追踪状态量内部测量值PV3’(步骤S311)。
PV3’＝(1-Am)SPm+AmPVm+(1-B3)(SP3-SPm)
    +B3(PV3-PVm)            …(67)
接下来，PID控制运算部34-1如下式的传递函数式进行PID控制运算，计算操作量MV1(步骤S312)。
MV1＝(100/Pb1){1+(1/Ti1s)+Td1s}(SP1-PV1’)
                            …(68)
在式(68)中，Pb1为比例区，Ti1为积分时间，Td1为微分时间，s为拉普拉斯算子。而且，PID控制运算部34-1，将在算出的操作量MV1小于执行器A1的输出下限值OL1时设操作量MV1＝OL1，在算出的操作量MV1大于执行器A1的输出上限值OH1时设操作量MV1＝OH1，以这样的操作量上下限处理作为积分终结的对策。
PID控制运算部34-2如下式的传递函数式进行PID控制运算，计算操作量MV2(步骤S313)。
MV2＝(100/Pb2){1+(1/Ti2s)+Td2s}(SP2-PV2’)
                            …(69)
在式(69)中，Pb2为比例区，Ti2为积分时间，Td2为微分时间。而且，PID控制运算部34-2，将在算出的操作量MV2小于执行器A2的输出下限值OL2时设操作量MV2＝OL2，在算出的操作量MV2大于执行器A2的输出上限值OH2时设操作量MV2＝OH2以这样的操作量上下限处理作为积分终结的对策。
PID控制运算部34-3如下式的传递函数式进行PID控制运算，计算操作量MV3(步骤S314)。
MV3＝(100/Pb3){1+(1/Ti3s)+Td3s}(SP3-PV3’)
                                …(70)
在式(70)中，Pb3为比例区，Ti3为积分时间，Td3为微分时间。而且，PID控制运算部34-3，将在算出的操作量MV3小于执行器A3的输出下限值OL3时设操作量MV3＝OL3，在算出的操作量MV3大于执行器A3的输出上限值OH3时设操作量MV3＝OH3以这样的操作量上下限处理作为积分终结的对策。
操作量MV1输出部33-1将由PID控制运算部34-1算出的操作量MV1输出到执行器A1(步骤S315)。执行器A1根据操作量MV1，为了控制第1追踪状态量而动作。
操作量MV2输出部33-2将由PID控制运算部34-2算出的操作量MV2输出到执行器A2(步骤S316)。执行器A2根据操作量MV2，为了控制第2追踪状态量而动作。
操作量MV3输出部33-3将由PID控制运算部34-3算出的操作量MV1输出到执行器A3(步骤S317)。执行器A3根据操作量MV3，为了控制第3追踪状态量而动作。
以上所述的步骤S301～S317的处理例如到由操作者指示控制的结束为止(在步骤S318中为“是”)，按每个控制周期反复执行。
图24A、图25A、图26A、图27A、图28A表示将追踪状态量设定值SP1、SP2、SP3变更为30.0时的控制系统的阶跃响应，图24B、图25B、图26B、图27B、图28B表示在以SP1＝30.0、SP2＝30.0、SP3＝30.0进行调整的状态下、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应。仿真的条件如下所述。
首先，如下式所示地设定包含执行器A1与过程P1的块的传递函数Gp1、包含执行器A2与过程P2的块的传递函数Gp2、包含执行器A3与过程P3的块的传递函数Gp3。在这里，设为没有控制环间的干涉。
Gp1＝1.2exp(-2.0s)/{(1+70.0s)(1+10.0s)}    …(71)
Gp2＝1.6exp(-2.0s)/{(1+60.0s)(1+10.0s)}    …(72)
Gp3＝2.0exp(-2.0s)/{(1+50.0s)(1+10.0s)}    …(73)
根据操作量MV1、MV2、MV3，如下式所述地决定追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3。
PV1＝Gp1MV1                                …(74)
PV2＝Gp2MV2                                …(75)
PV3＝Gp3MV3                                …(76)
将作为PID控制运算部34-1的PID参数的比例区Pb1设为50.0，将积分时间Ti1设为35.0，将微分时间Td1设为20.0；将作为PID控制运算部34-2的PID参数的比例区Pb2设为66.7，将积分时间Ti2设为35.0，将微分时间Td2设为20.0；将作为PID控制运算部34-3的PID参数的比例区Pb3设为100.0，将积分时间Ti3设为35.0，将微分时间Td3设为20.0。
图24A、图24B所示的仿真结果，成为与通常的控制等价的设定(Am＝1.0，B1＝1.0，B2＝1.0，B3＝1.0)，由于不控制相对的状态量(状态量差)，故追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3不一致。
图25A、图25B所示的仿真结果，是本实施例的效果为中等程度的设定(Am＝1.0，B1＝1.5，B2＝1.5，B3＝1.5)，由于少许控制相对的状态量(状态量差)，故与图24A、图24B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3向一致趋近。
图26A、图26B所示的仿真结果，是本实施例的效果显著的设定(Am＝1.0，B1＝3.0，B2＝3.0，B3＝3.0)，由于充分控制相对的状态量(状态量差)，故与图24A、图24B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3更加向一致趋近。
图27A、图27B所示的仿真结果，是本实施例的效果过剩的设定(Am＝1.0，B1＝4.0，B2＝4.0，B3＝4.0)，在阶跃响应时产生控制的不稳定化，故与图26A、图26B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3不一致。
图28A、图28B所示的仿真结果，是避免本实施例的过剩效果的设定(Am＝0.7，B1＝4.0，B2＝4.0，B3＝4.0)，通过将基准状态量低灵敏度化，从而追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3比图26A、图26B的情况更进一步向一致趋近。
在图24A、图24B～图28A、图28B的仿真结果中，通过使SP1＝SP2＝SP3＝30.0，从而第1追踪状态量与第2追踪状态量的状态量差、第2追踪状态量与第3追踪状态量的状态量差及第3追踪状态量与第1追踪状态量的状态量差全部为0。
另一方面，若将追踪状态量设定值SP1、SP2、SP3设定为不同的值，则对应于各状态量设定值SP1、SP2、SP3的差，以将各状态量测量值PV1、PV2、PV3的差保持为恒定的方式，PV1、PV2、PV3变化。例如，若设定为SP1＝20.0、SP2＝30.0、SP3＝40.0，则成为维持状态量差PV3-PV2＝10.0、状态量差PV2-PV1＝10.0及状态量差PV3-PV1＝20.0的阶跃响应、干扰抑制响应。
根据本实施例，在至少具有2个控制环的控制系统中，在将成为特定基准的状态量设为基准状态量，将控制为维持预先规定了与该基准状态量的相对量的值的状态量设为追踪状态量时，执行将输入到控制追踪状态量的控制器的多个控制运算用输入值中的追踪状态量测量值PVi变换为追踪状态量内部测量值PVi’，并输入到控制器的计算步骤，在该计算步骤中，通过将追踪状态量内部测量值PVi’作为对基准状态量的第1要素与对相对量的第2要素之和进行计算，从而可以实现一边将基准状态量与追踪状态量的状态量差等相对量维持为所希望的值，一边将状态量平均值等基准状态量变更为所希望的值的控制。另外，在本实施例中，由于可以构成控制器的操作量与实际的执行器的输出一一对应的控制系统，故可以防止积分终结，可以使用以往考察的参数调整方法或自动调整功能等，可以调整控制器。此外，作为追踪状态量内部测量值PVi’的第2要素，通过使用在对相对量的控制运算用输入值的要素上乘以第1系数的值，从而可以一边优先控制相对量，一边也同时控制基准状态量。
还有，作为追踪状态量内部测量值PVi’的第1要素，通过使用在对基准状态量的控制运算用输入值的要素上乘以第2系数的值，从而可以避免基于上述第1系数的控制高灵敏度化所引起的控制的不稳定化，而且也可以避免牺牲基准状态量与追踪状态量的相对量的优先度的情况。
(第4实施例)
接着，说明本发明的第4实施例。图29是表示本发明的第4实施例的控制装置的构成的框图。本实施例是：控制环为3个，作为基准状态量采用典型的1个控制环的状态量，作为追踪状态量采用其他两个控制环各自的状态量的例子，但只要为2个以上的控制环，就可以以相同的原理来构成相同的控制系统。
图29的控制装置，作为第1追踪状态量相关的第1控制系统的构成，包括：追踪状态量相对设定值ΔSP1m输入部41-1；追踪状态量测量值PV1输入部42-1；操作量MV1输出部43-1；PID控制运算部(PID控制器)44-1；系数B1存储部45-1；成为内部输入值计算部的追踪状态量内部测量值PV1’计算部46-1。另外，图29的控制装置，作为第2追踪状态量相关的第2控制系统的构成，包括：追踪状态量相对设定值ΔSP2m输入部41-2；追踪状态量测量值PV2输入部42-2；操作量MV2输出部43-2；PID控制运算部44-2；系数B2存储部45-2；成为内部输入值计算部的追踪状态量内部测量值PV2’计算部46-2。
再有，图29的控制装置，作为基准状态量相关的第3控制系统的构成，包括：基准状态量设定值SPm输入部47；基准状态量测量值PVm输入部48；操作量MV3输出部49；PID控制运算部50；系数Am存储部51；和基准状态量内部测量值PVm’计算部52。
图30是本实施例的控制系统的框图。在图30中，Er1’是基准状态量设定值SPm加上第1追踪状态量相对设定值ΔSP1m的(SPm+ΔSP1m)与第1追踪状态量内部测量值PV1’的偏差，Er2’是基准状态量设定值SPm加上第2追踪状态量相对设定值ΔSP2m的(SPm+ΔSP2m)与第2追踪状态量相对测量值PV2’的偏差，Er3’是基准状态量设定值SPm与基准状态量内部测量值PVm’的偏差，Am是基准状态量相关的系数，B1是第1追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数，B2是第2追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数，A11是控制第1追踪状态量的执行器，A12是控制第2追踪状态量的执行器，A13是控制基准状态量的执行器，P11是第1追踪状态量涉及的控制对象过程，P12是第2追踪状态量涉及的控制对象过程，P13是基准状态量涉及的控制对象过程，Gp11是包含执行器A11与过程P11的块的传递函数，Gp12是包含执行器A12与过程P12的块的传递函数，Gp13是包含执行器A13与过程P13的块的传递函数，Gp31是表示第1控制环与第3控制环之间的干扰的传递函数，Gp32是表示第2控制环与第3控制环之间的干扰的传递函数。
追踪状态量相对设定值ΔSP1m输入部41-1、追踪状态量测量值PV1输入部42-1、操作量MV1输出部43-1、PID控制运算部44-1、追踪状态量内部测量值PV1’计算部46-1、执行器A11与过程P11构成第1控制系统(第1控制环)。追踪状态量相对设定值ΔSP2m输入部41-2、追踪状态量测量值PV2输入部42-2、操作量MV2输出部43-2；PID控制运算部44-2、追踪状态量内部测量值PV2’计算部46-2、执行器A12与过程P12构成第2控制系统(第2控制环)。而且，基准状态量设定值SPm输入部47、基准状态量测量值PVm输入部48、操作量MV3输出部49、PID控制运算部50、基准状态量内部测量值PVm’计算部52、执行器A13和过程P13构成第3控制系统(第3控制环)。
接下来，使用图31说明本实施例的控制装置的动作。首先，追踪状态量相对设定值ΔSP1m由控制装置的操作者来设定，经追踪状态量相对设定值ΔSP1m输入部41-1，输入到PID控制运算部44-1与追踪状态量内部测量值PV1’计算部46-1(图31的步骤S401)。追踪状态量相对设定值ΔSP2m由操作者来设定，经追踪状态量相对设定值ΔSP2m输入部41-2，输入到PID控制运算部44-2与追踪状态量内部测量值PV2’计算部46-2(步骤S402)。基准状态量设定值SPm由操作者来设定，经基准状态量设定值SPm输入部47，输入到PID控制运算部44-1、44-2、50、追踪状态量内部测量值PV1’计算部46-1、追踪状态量内部测量值PV2’计算部46-2与基准状态量内部测量值PVm’计算部52(步骤S403)。
追踪状态量测量值PV1由未图示的第1检测机构检测出来，经追踪状态量测量值PV1输入部42-1，输入到追踪状态量内部测量值PV1’计算部46-1(步骤S404)。追踪状态量测量值PV2由未图示的第2检测机构检测出来，经追踪状态量测量值PV2输入部42-2，输入到追踪状态量内部测量值PV1’计算部46-2(步骤S405)。基准状态量测量值PVm由未图示的第3检测机构检测出来，经基准状态量测量值PVm输入部48，输入到追踪状态量内部测量值PV1’计算部46-1、追踪状态量内部测量值PV2’计算部46-2与基准状态量内部测量值PVm’计算部52(步骤S406)。
系数Am存储部51预先存储基准状态量相关的系数Am，系数B1存储部45-1预先存储第1追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数B1.追踪状态量内部测量值PV1’计算部46-1根据系数Am、B1、基准状态量设定值SPm、基准状态量测量值PVm、追踪状态量相对设定值ΔSP1m与追踪状态量测量值PV1，如下式所示地计算追踪状态量内部测量值PV1’(步骤S407).
PV1’＝(1-Am)SPm+AmPVm+(1-B1)ΔSP1m
     +B1(PV1-PVm)            …(77)
系数B2存储部45-2预先存储第2追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数B2。追踪状态量内部测量值PV2’计算部46-2根据系数Am、B2、基准状态量设定值SPm、基准状态量测量值PVm、追踪状态量相对设定值ΔSP2m与追踪状态量测量值PV2，如下式所示地计算追踪状态量内部测量值PV2’(步骤S408)。
PV2’＝(1-Am)SPm+AmPVm+(1-B2)ΔSP2m
     +B2(PV2-PVm)                    …(78)
基准状态量内部测量值PVm’计算部52根据系数Am、基准状态量SPm与基准状态量测量值PVm，如下式所示地计算基准状态量内部测量值PVm’(步骤S409)。
PVm’＝(1-Am)SPm+AmPVm               …(79)
接着，PID控制运算部44-1如下式的传递函数式进行PID控制运算，算出操作量MV1(步骤S410)。
MV1＝(100/Pb1){1+(1/Ti1s)+Td1s}(SPm+ΔSP1m-PV1’)
                                    …(80)
在式(80)中，Pb1为比例区，Ti1为积分时间，Td1为微分时间。而且，PID控制运算部44-1，将在算出的操作量MV1小于执行器A11的输出下限值OL1时设操作量MV1＝OL1，在算出的操作量MV1大于执行器A11的输出上限值OH1时设操作量MV1＝OH1，以这样的操作量上下限处理作为积分终结的对策。
PID控制运算部44-2如下式的传递函数式进行PID控制运算，算出操作量MV2(步骤S411)。
MV2＝(100/Pb2){1+(1/Ti2s)+Td2s}(SPm+ΔSP2m-PV2’)
                                  …(81)
在式(81)中，Pb2为比例区，Ti2为积分时间，Td2为微分时间。而且，PID控制运算部44-2，将在算出的操作量MV2小于执行器A12的输出下限值OL2时设操作量MV2＝OL2，在算出的操作量MV2大于执行器A12的输出上限值OH2时设操作量MV2＝OH2，以这样的操作量上下限处理作为积分终结的对策。
PID控制运算部50如下式的传递函数式进行PID控制运算，计算操作量MV3(步骤S412)。
MV3＝(100/Pb3){1+(1/Ti3s)+Td3s}(SPm-PVm’)
                                    …(82)
在式(82)中，Pb3为比例区，Ti3为积分时间，Td3为微分时间。而且，PID控制运算部50，将在算出的操作量MV3小于执行器A13的输出下限值OL3时设操作量MV3＝OL3，在算出的操作量MV3大于执行器A13的输出上限值OH3时设操作量MV3＝OH3，以这样的操作量上下限处理作为积分终结的对策。
操作量MV1输出部43-1将由PID控制运算部44-1算出的操作量MV1输出到执行器A11(步骤S413)。执行器A11根据操作量MV1，为了控制第1追踪状态量而动作。
操作量MV2输出部43-2将由PID控制运算部44-2算出的操作量MV2输出到执行器A12(步骤S414)。执行器A12根据操作量MV2，为了控制第2追踪状态量而动作。
操作量MV3输出部49将由PID控制运算部50算出的操作量MV1输出到执行器A13(步骤S415)。执行器A13根据操作量MV3，为了控制第3追踪状态量而动作。
以上所述的步骤S401～S415的处理例如到由操作者指示控制的结束为止(在步骤S416中为“是”)，按每个控制周期反复执行。
图32A、图33A、图34A、图35A、图36A表示在追踪状态量相对设定值ΔSP1m、ΔSP2m为0的状态下、将基准状态量设定值SPm变更为30.0时的控制系统的阶跃响应，图32B、图33B、图34B、图35B、图36B表示在以ΔSP1m＝0、ΔSP2m＝0、SPm＝30.0进行调整的状态下、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应。仿真的条件如下所述。
首先，如下式所示地设定包含执行器A11与过程P11的块的传递函数Gp11、包含执行器A12与过程P12的块的传递函数Gp12、包含执行器A13与过程P13的块的传递函数Gp13。
Gp11＝1.2exp(-2.0s)/{(1+70.0s)(1+10.0s)}        …(83)
Gp12＝1.6exp(-2.0s)/{(1+60.0s)(1+10.0s)}        …(84)
Gp13＝2.0exp(-2.0s)/{(1+50.0s)(1+10.0s)}        …(85)
另外，如下式所示地设定表示第1控制环与第3控制环之间的干扰的传递函数Gp31、表示第2控制环与第3控制环之间的干扰的传递函数Gp32。
Gp31＝0.96exp(-2.0s)/{(1+70.0s)(1+10.0s)}    …(86)
Gp32＝1.28exp(-2.0s)/{(1+60.0s)(1+10.0s)}    …(87)
根据操作量MV1、MV2、MV3，如下式所述地决定追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm。
PV1＝Gp1MV1+Gp31MV3                          …(88)
PV2＝Gp2MV2+Gp32MV3                          …(89)
PVm＝Gp3MV3                                  …(90)
将作为PID控制运算部44-1的PID参数的比例区Pb1设为50.0，将积分时间Ti1设为35.0，将微分时间Td1设为20.0；将作为PID控制运算部44-2的PID参数的比例区Pb2设为66.7，将积分时间Ti2设为35.0，将微分时间Td2设为20.0；将作为PID控制运算部50的PID参数的比例区Pb设为100.0，将积分时间Ti3设为35.0，将微分时间Td3设为20.0。
图32A、图32B所示的仿真结果，成为与通常的控制等价的设定(Am＝1.0，B1＝1.0，B2＝1.0)，由于不控制相对的状态量(状态量差)，故追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm不一致。
图33A、图33B所示的仿真结果，是本实施例的效果为中等程度的设定(Am＝1.0，B1＝1.5，B2＝1.5)，由于少许控制相对的状态量(状态量差)，故与图32A、图32B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm向一致趋近。
图34A、图34B所示的仿真结果，是本实施例的效果显著的设定(Am＝1.0，B1＝3.0，B2＝3.0)，由于充分控制相对的状态量(状态量差)，故与图32A、图32B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm更加向一致趋近.
图35A、图35B所示的仿真结果，是本实施例的效果过剩的设定(Am＝1.0，B1＝4.0，B2＝4.0)，在阶跃响应时产生控制的不稳定化，故与图34A、图34B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm不一致。
图36A、图36B所示的仿真结果，是避免本实施例的过剩效果的设定(Am＝0.7，B1＝4.0，B2＝4.0)，通过将基准状态量低灵敏度化，从而追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm比图34A、图34B的情况更进一步向一致趋近。
在图32A、图32B～图36A、图36B的仿真结果中，通过使ΔSP1m＝ΔSP2m＝0.0，从而第1追踪状态量与基准状态量的状态量差、第2追踪状态量与基准状态量的状态量差全部为0。
另一方面，若将ΔSP1m、ΔSP2m设定为0以外的值，则对应于这些设定，以将各状态量测量值PV1、PV2、PVm的差保持为恒定的方式，PV1、PV2、PVm变化。例如，若设定为ΔSP1m＝20.0、ΔSP2m＝10.0，则成为维持状态量差PV1-PVm＝20.0、状态量差PV2-PVm＝10.0的阶跃响应、干扰抑制响应。
根据本实施例，可以得到与第3实施例相同的效果。另外，从图32A、图32B～图36A、图36B的仿真结果可知：即使在存在环间干扰的控制系统中也可以有效适用本发明。
(第5实施例及第6实施例的原理)
以下，在第5实施例、第6实施例中，将状态量平均值那样的成为基准的绝对性状态量称为基准状态量，将被控制为维持预先规定了与基准状态量的相对量(例如状态量差)的值的状态量称为追踪状态量。另外，将对基准状态量的设定值称为基准状态量设定值，将基准状态量的测量值称为基准状态量测量值，将对追踪状态量的设定值称为追踪状态量设定值，将追踪状态量的测量值称为追踪状态量测量值，将对基准状态量与追踪状态量的相对量的设定值称为追踪状态量相对设定值，将基准状态量与追踪状态量的相对量的测量值称为追踪状态量相对测量值，将针对作为基准状态量设定值与基准状态量测量值之差的基准状态量偏差而在控制器内部设定的内部偏差称为基准状态量内部偏差，将针对作为追踪状态量设定值与追踪状态量测量值之差的追踪状态量偏差而在控制器内部设定的内部偏差称为追踪状态量内部偏差。作为状态量，例如有温度、压力、流量等。
在第5实施例、第6实施例中，与从外部提供的状态量设定值SP与状态量测量值PV所导致的偏差Er＝SP-PV不同，采用的是在控制器内部算出的内部偏差Er’，来算出操作量MV。此时，内部偏差Er’分离为对基准状态量的要素Erm与对基准状态量和追踪状态量的相对量的要素ΔEr(Er’＝Erm+ΔEr)。另外，在第5实施例、第6实施例中，着眼于：若将偏差修正得比实际值还小或修正得比实际值还大，则实质上可以使控制器的特性向低灵敏度侧偏移或向高灵敏度侧偏移，变换为可以将基准状态量的灵敏度、基准状态量与追踪状态量的相对量的灵敏度分别偏移的内部偏差Er’。
这样，在第5实施例、第6实施例中，构成为：将内部偏差Er’分离为对基准状态量的要素Erm与对基准状态量和追踪状态量的相对量的要素ΔEr，将该内部偏差Er’修正得比实际偏差Er小或大，以用于操作量MV的计算.由此，在第5实施例、第6实施例中，若针对状态量平均值那样的基准状态量使响应特性向低灵敏度侧偏移，针对状态量差那样的基准状态量与追踪状态量的相对量使响应特性向高灵敏度侧偏移，则由于在基准状态量测量值PVm追随基准状态量设定值SPm之前，追踪状态量相对测量值ΔPV追随追踪状态量相对设定值ΔSP，故可以进行一边将基准状态量与追踪状态量的相对量维持为所希望的值、一边将基准状态量变更为所希望的值的控制.
另外，根据第5实施例、第6实施例，与通常的控制系统的不同点仅在于：偏差Er可以变换为内部偏差Er’。即，可以提供一种以控制器的操作量与实际的执行器的输出一一对应的形式，一边优先控制基准状态量与追踪状态量的相对量，一边也同时控制基准状态量的控制方法。
在这里，对上述两个着眼点中的修正偏差Er的操作(以下称为第1着眼点)进行说明。例如，在PID控制器等中，根据偏差Er＝SP-PV来计算操作量MV。为了简单说明，从PID的动作之中，着眼于与偏差Er成比例而算出操作量MV的比例动作P。如一般所公知的，若使比例区Pb为小值，则PID控制器的特性向重视适应性的高灵敏度侧偏移，若使比例区Pb为大值，则PID控制器的特性向重视稳定性的低灵敏度侧偏移。在这里，若使用比例区Pb概念性地描述PID运算，则如下所述。
MV＝(100/Pb)Er                        …(91)
从式(91)可知，加入将偏差Er修正为大值的操作与将比例区Pb修正为小值是等价的，加入将偏差Er修正为小值的操作与将比例区Pb修正为大值是等价的。因此，可知：在执行控制器的控制运算之前，仅单纯修正偏差Er就可以调整控制器特性。在修正偏差Er中，使用特定的系数A可以如下式所示地将偏差Er变换为内部偏差Er’，若将系数A的值设为0＜A＜1，则控制器的响应特性的低灵敏度化成为可能，若设为A＞1，则控制器的响应特性的高灵敏度化成为可能。
Er’＝AEr                        …(92)
接着，对上述2个着眼点中、将内部偏差Er’分离为对基准状态量的要素和对基准状态量与追踪状态量的相对量的要素的观点(以下称为第2着眼点)进行说明。在同时控制基准状态量、基准状态量与追踪状态量的相对量的情况下，偏差Er如下式所示，可以分离为对基准状态量的要素Erm和对基准状态量与追踪状态量的相对量的要素ΔErm。
Er＝Erm+ΔErm＝(SPm-PVm)+(ΔSPm-ΔPVm)
                          …(93)
在式(93)中，ΔSPm为追踪状态量相对设定值，ΔPVm为追踪状态量相对测量值。在这里，若综合第1着眼点与第2着眼点，则根据式(92)、式(93)，成为如下所示。
Er’＝A(Erm+ΔErm)＝AErm+AΔErm          …(94)
此时，式(94)中的AErm是基准状态量相关的要素，AΔErm是基准状态量与追踪状态量的相对量相关的要素。即，由于两者成为可分离为能分别调整灵敏度的线性结合式的形态，故如下所示，根据分别的系数A、B，能够进行灵敏度调整。
Er’＝AErm+BΔErm＝A(SPm-PVm)+B(ΔSPm-ΔPVm)
                                …(95)
在式(95)中，A为基准状态量相关的系数，B为基准状态量与追踪状态量的相对量相关的系数.在存在多个控制环的情况下，优选基准状态量与追踪状态量的相对量相关的系数B特别由各控制环单独给出，该情况下，针对多个控制环中的第i(i为1、2、3…)追踪状态量，可以实施以下所述的偏差Eri的变换.
Eri’＝AmErm+BiΔErm
     ＝Am(SPm-PVm)+Bi(ΔSPim-ΔPVim)
                                                …(96)
在式(96)中，Eri’为第i追踪状态量相对的内部偏差，ΔSPim是作为基准状态量与第i追踪状态量的相对量的设定值的追踪状态量相对设定值，ΔPVim是作为基准状态量与第i追踪状态量的相对量的测量值的追踪状态量相对测量值，Bi是基准状态量与第i追踪状态量的相对量相关的系数。而且，基准状态量相关的系数Am可以共通提供给各控制环，也可以单独提供给各控制环。
另外，在式(96)中，显然，ΔSPim＝SPi-SPm、ΔPVim＝PVi-PVm，以下的等价置换是容易且可能的。
Eri’＝Am(SPm-PVm)+Bi{ΔSPim-(PVi-PVm)}
                                …(97)
Eri’＝Am(SPm-PVm)+Bi{(SPi-SPm)-(PVi-PVm)}
                                …(98)
而且，在采用追踪状态量相对测量值ΔPVim的情况和采用追踪状态量测量值PVi与基准状态量PVm之差PVi-PVm的情况下，仅仅单纯是控制装置内部的处理不同。与此相对，在采用追踪状态量相对设定值ΔSPim的情况下，操作者通过用户接口设定基准状态量设定值SPm与追踪状态量相对设定值ΔSPim，另一方面，在采用追踪状态量设定值SPi与基准状态量设定值SPm之差SPi-SPm的情况下，操作者通过用户接口设定基准状态量设定值SPm与追踪状态量设定值SPi，由于这两者的情况不同，故特意作为其他构成进行处理。
此外，式(98)也可以容易的整理为以下所示的等价数学式。
Eri’＝(Am-Bi)(SPm-PVm)+Bi(SPi-PVi)    …(99)
Eri’＝{(Am-Bi)SPm+BiSPi}
     -{(Am-Bi)PVm+BiPVi}               …(100)
若认为SPi＝SPi”+ΔSPi”，PVi＝PVi”+ΔPVi”，则式(98)可以容易地进行以下的等价变换。
Eri’＝Am(SPm-PVm)+Bi{(SPi-SPm)-(PVi-PVm)}
     ＝Am(SPm-PVm)+Bi{(SPi”+ΔSPi”-SPm)
     -(PVi”+ΔPVi”-PVm)}
    ＝Am(SPm-PVm)+Bi{(SPi”-SPm”)
    -(PVi”-PVm”)}
                                …(101)
在式(101)中，SPi”、ΔSPi”是将追踪状态量设定值SPi进一步分离为其他绝对量与相对量时绝对量对应的要素SPi”与相对量对应的要素ΔSPi”，PVi”、ΔPVi”是将追踪状态量测量值PVi同样分离为其他绝对量与相对量时的绝对量对应的要素PVi”与相对量对应的要素ΔPVi”.在这里，SPm”＝SPm-ΔSPi”、PVm”＝PVm-ΔPVi”.即，在基准状态量与追踪状态量的相对量相关的要素中，将SPm或PVm置换为其他的SPm”或PVm”，只要两者的关系明确，是等价的线性结合式，实质上就不脱离第5实施例、第6实施例的基本技术思想的范围.
根据以上原理，得到可以分别偏移基准状态量的灵敏度、基准状态量与追踪状态量的相对量的灵敏度的偏差内部Er’。
接着，对优先控制基准状态量与追踪状态量的相对量的原理进行说明。在式(98)中，若将基准状态量相关的系数Am和基准状态量与追踪状态量的相对量相关的系数Bi的关系设为Am＝Bi＝1，则成为Eri’＝SPi-PVi。此时的内部偏差Er’完全没有从状态量偏差Er变化，即使对于灵敏度，与通常的控制也完全没有变化。
在这里，由于特别重要的是基准状态量与追踪状态量的相对量相关的系数Bi，通过使Bi＞1，从而对于基准状态量与追踪状态量的相对量，灵敏度尤其提高，故可以以优先控制相对量的方式使控制装置动作。因此，对于基准状态量相关的系数Am，由于即使始终设为Am＝1，也可以达成本发明的课题解决的目的，故可以是向以下的内部偏差Er’的变换。
Eri’＝(SPm-PVm)+Bi{ΔSPim-(PVi-PVm)}        …(102)
Eri’＝(SPm-PVm)+Bi{(SPi-SPm)-(PVi-PVm)}
                            …(103)
Eri’＝(1-Bi)(SPm-PVm)+Bi(SPi-PVi)          …(104)
Eri’＝{(1-Bi)SPm+BiSPi}-{(1-Bi)PVm+BiPVi}
                            …(105)
其中，对于基准状态量与追踪状态量的相对量，只是提高灵敏度，在针对相对量得到充分的控制特性以前，也可能成为高灵敏度化过度的状态，控制系统不稳定。这种情况下，不是使基准状态量与追踪状态量的相对量相关的系数Bi恢复小值，而是通过将基准状态量相关的系数Am设为Am＜1，从而也能解除不稳定化，也可以避免牺牲基准状态量与追踪状态量的相对量的优先度的现象。因此，更优选采用能调整基准状态量相关的系数Am的变换式。
(第5实施例)
以下，参照附图详细说明本发明的第5实施例。图37是表示本发明的第5实施例的控制装置的构成的框图。本实施例是：控制环为3个，作为基准状态量采用3个控制环的状态量平均值，作为追踪状态量采用3个控制环的各自状态量的情况的例子，但只要为2个以上的控制环，就可以以同样的原理构成同样的控制系统。
图37的控制装置，作为第1追踪状态量相关的第1控制系统的构成，包括：追踪状态量设定值SP1输入部61-1；追踪状态量测量值PV1输入部62-1；操作量MV1输出部63-1；PID控制运算部(PID控制器)64-1；系数B1存储部65-1；成为内部输入值计算部的追踪状态量内部偏差Er1’计算部66-1。另外，图37的控制装置，作为第2追踪状态量相关的第2控制系统的构成，包括：追踪状态量设定值SP2输入部61-2；追踪状态量测量值PV2输入部62-2；操作量MV2输出部63-2；PID控制运算部64-2；系数B2存储部65-2；成为内部输入值计算部的追踪状态量内部偏差Er2’计算部66-2。此外，图37的控制装置，作为第3追踪状态量相关的第3控制系统的构成，包括：追踪状态量设定值SP3输入部61-3；追踪状态量测量值PV3输入部62-3；操作量MV3输出部63-3；PID控制运算部64-3；系数B3存储部65-3；成为内部输入值计算部的追踪状态量内部偏差Er3’计算部66-3。
再有，图37的控制装置，作为基准状态量相关的构成，包括：将追踪状态量设定值SP1、追踪状态量设定值SP2与追踪状态量设定值SP3的平均值作为基准状态量设定值SPm进行计算的基准状态量设定值SPm计算部67；将追踪状态量测量值PV1、追踪状态量测量值PV2与追踪状态量测量值PV3的平均值作为基准状态量测量值PVm进行计算的基准状态量测量值PVm计算部68；和系数Am存储部69.
图38是本实施例的控制系统的框图。在图37中，Er1’是第1追踪状态量的内部偏差，Er2’是第2追踪状态量的内部偏差，Er3’是第3追踪状态量的内部偏差，Am是基准状态量相关的系数，B1是第1追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数，B2是第2追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数，B3是第3追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数，A1是控制第1追踪状态量的执行器，A2是控制第2追踪状态量的执行器，A3是控制第3追踪状态量的执行器，P1是第1追踪状态量涉及的控制对象过程，P2是第2追踪状态量涉及的控制对象过程，P3是第3追踪状态量涉及的控制对象过程，Gp1是包含执行器A1与过程P1的块的传递函数，Gp2是包含执行器A2与过程P2的块的传递函数，Gp3是包含执行器A3与过程P3的块的传递函数。
追踪状态量设定值SP1输入部61-1、追踪状态量测量值PV1输入部62-1、操作量MV1输出部63-1、PID控制运算部64-1、追踪状态量内部偏差Er1’计算部66-1、执行器A1与过程P1构成第1控制系统(第1控制环)。追踪状态量设定值SP2输入部61-2、追踪状态量测量值PV2输入部62-2、操作量MV2输出部63-2、PID控制运算部64-2、追踪状态量内部偏差Er2’计算部66-2、执行器A2与过程P2构成第2控制系统(第2控制环)。而且，追踪状态量设定值SP3输入部61-3、追踪状态量测量值PV3输入部62-3、操作量MV3输出部63-3、PID控制运算部64-3、追踪状态量内部偏差Er3’计算部66-3、执行器A3与过程P3构成第3控制系统(第3控制环)。
接着，利用图39说明本实施例的控制装置的动作。首先，追踪状态量设定值SP1由控制装置的操作者来设定，经追踪状态量设定值SP1输入部61-1，输入到追踪状态量内部偏差Er1’计算部66-1与基准状态量设定值SPm计算部67(图39的步骤S501)。追踪状态量设定值SP2由控制装置的操作者来设定，经追踪状态量设定值SP2输入部61-2，输入到追踪状态量内部偏差Er2’计算部66-2与基准状态量设定值SPm计算部67(步骤S502)。追踪状态量设定值SP3由控制装置的操作者来设定，经追踪状态量设定值SP3输入部61-3，输入到追踪状态量内部偏差Er3’计算部66-3与基准状态量设定值SPm计算部67(步骤S503)。
追踪状态量测量值PV1由未图示的第1检测机构检测出来，经追踪状态量测量值PV1输入部62-1，输入到追踪状态量内部偏差Er1’计算部66-1与基准状态量测量值PVm计算部68(步骤S504)。追踪状态量测量值PV2由未图示的第2检测机构检测出来，经追踪状态量测量值PV2输入部62-2，输入到追踪状态量内部偏差Er2’计算部66-2与基准状态量测量值PVm计算部68(步骤S505)。追踪状态量测量值PV3由未图示的第3检测机构检测出来，经追踪状态量测量值PV3输入部62-3，输入到追踪状态量内部偏差Er3’计算部66-3与基准状态量测量值PVm计算部68(步骤S506)。
接着，基准状态量设定值SPm计算部67，如下式所示，将追踪状态量设定值SP1、追踪状态量设定值SP2与追踪状态量设定值SP3的平均值作为基准状态量设定值SPm进行计算，将该基准状态量设定值SPm输出到追踪状态量内部偏差Er1’计算部66-1、追踪状态量内部偏差Er2’计算部66-2与追踪状态量内部偏差Er3’计算部66-3(步骤S507).
SPm＝(SP1+SP2+SP3)/3                …(106)
基准状态量测量值PVm计算部68，如下式所示，将追踪状态量测量值PV1、追踪状态量测量值PV2与追踪状态量测量值PV3的平均值作为追踪状态量测量值PVm进行计算，并将该追踪状态量测量值PVm输出到追踪状态量内部偏差Er1’计算部66-1、追踪状态量内部偏差Er2’计算部66-2与追踪状态量内部偏差Er3’计算部66-3(步骤S508)。
PVm＝(PV1+PV2+PV3)/3                …(107)
系数Am存储部69预先存储基准状态量相关的系数Am，系数B1存储部65-1预先存储第1追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数B1。追踪状态量内部偏差Er1’计算部66-1根据系数Am、B1、基准状态量设定值SPm、基准状态量测量值PVm、追踪状态量设定值SP1与追踪状态量测量值PV1，如下式所示地计算追踪状态量内部偏差Er1’(步骤S509)。
Er1’＝Am(SPm-PVm)+B1{(SP1-SPm)-(PV1-PVm)}
                                        …(108)
系数B2存储部65-2预先存储第2追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数B2。追踪状态量内部偏差Er2’计算部66-2根据系数Am、B2、基准状态量设定值SPm、基准状态量测量值PVm、追踪状态量设定值SP2与追踪状态量测量值PV2，如下式所示地计算追踪状态量内部偏差Er2’(步骤S510)。
Er2’＝Am(SPm-PVm)+B2{(SP2-SPm)-(PV2-PVm)}
                              …(109)
系数B3存储部65-3预先存储第3追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数B3。追踪状态量内部偏差Er3’计算部66-3根据系数Am、B3、基准状态量设定值SPm、基准状态量测量值PVm、追踪状态量设定值SP3与追踪状态量测量值PV3，如下式所示地计算追踪状态量内部偏差Er3’(步骤S511)。
Er3’＝Am(SPm-PVm)+B3{(SP3-SPm)-(PV3-PVm)}
                             …(110)
接下来，PID控制运算部64-1如下式的传递函数式进行PID控制运算，计算操作量MV1(步骤S512)。
MV1＝(100/Pb1){1+(1/Ti1s)+Td1s}Er1’          …(111)
在式(111)中，Pb1为比例区，Ti1为积分时间，Td1为微分时间，s为拉普拉斯算子。而且，PID控制运算部64-1，将在算出的操作量MV1小于执行器A1的输出下限值OL1时设操作量MV1＝OL1，在算出的操作量MV1大于执行器A1的输出上限值OH1时设操作量MV1＝OH1，以这样的操作量上下限处理作为积分终结的对策。
PID控制运算部64-2如下式的传递函数式进行PID控制运算，计算操作量MV2(步骤S513)。
MV2＝(100/Pb2){1+(1/Ti2s)+Td2s}Er2’     …(112)
在式(112)中，Pb2为比例区，Ti2为积分时间，Td2为微分时间.而且，PID控制运算部64-2，将在算出的操作量MV2小于执行器A2的输出下限值OL2时设操作量MV2＝OL2，在算出的操作量MV2大于执行器A2的输出上限值OH2时设操作量MV2＝OH2，以这样的操作量上下限处理作为积分终结的对策.
PID控制运算部64-3如下式的传递函数式进行PID控制运算，计算操作量MV3(步骤S514)。
MV3＝(100/Pb3){1+(1/Ti3s)+Td3s}Er3’      …(113)
在式(113)中，Pb3为比例区，Ti3为积分时间，Td3为微分时间。而且，PID控制运算部64-3，将在算出的操作量MV3小于执行器A3的输出下限值OL3时设操作量MV3＝OL3，在算出的操作量MV3大于执行器A3的输出上限值OH3时设操作量MV3＝OH3，以这样的操作量上下限处理作为积分终结的对策。
操作量MV1输出部63-1将由PID控制运算部64-1算出的操作量MV1输出到执行器A1(步骤S515)。执行器A1根据操作量MV1，为了控制第1追踪状态量而动作。
操作量MV2输出部63-2将由PID控制运算部64-2算出的操作量MV2输出到执行器A2(步骤S516)。执行器A2根据操作量MV2，为了控制第2追踪状态量而动作。
操作量MV3输出部63-3将由PID控制运算部64-3算出的操作量MV1输出到执行器A3(步骤S517)。执行器A3根据操作量MV3，为了控制第3追踪状态量而动作。
以上所述的步骤S501～S517的处理例如到由操作者指示控制的结束为止(在步骤S518中为“是”)，按每个控制周期反复执行。
图40A、图41A、图42A、图43A、图44A表示将追踪状态量设定值SP1、SP2、SP3变更为30.0时的控制系统的阶跃响应，图40B、图41B、图42B、图43B、图44B表示在以SP1＝30.0、SP2＝30.0、SP3＝30.0进行调整的状态下、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应。仿真的条件如下所述。
首先，如下式所示地设定包含执行器A1与过程P1的块的传递函数Gp1、包含执行器A2与过程P2的块的传递函数Gp2、包含执行器A3与过程P3的块的传递函数Gp3。在这里，设为没有控制环间的干扰。
Gp1＝1.2exp(-2.0s)/{(1+70.0s)(1+10.0s)}        …(114)
Gp2＝1.6exp(-2.0s)/{(1+60.0s)(1+10.0s)}        …(115)
Gp3＝2.0exp(-2.0s)/{(1+50.0s)(1+10.0s)}        …(116)
根据操作量MV1、MV2、MV3，如下式所述地决定追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3。
PV1＝Gp1MV1                                    …(117)
PV2＝Gp2MV2                                    …(118)
PV3＝Gp3MV3                                    …(119)
将作为PID控制运算部64-1的PID参数的比例区Pb1设为50.0，将积分时间Ti1设为35.0，将微分时间Td1设为20.0；将作为PID控制运算部64-2的PID参数的比例区Pb2设为66.7，将积分时间Ti2设为35.0，将微分时间Td2设为20.0；将作为PID控制运算部64-3的PID参数的比例区Pb3设为100.0，将积分时间Ti3设为35.0，将微分时间Td3设为20.0。
图40A、图40B所示的仿真结果，成为与通常的控制等价的设定(Am＝1.0，B1＝1.0，B2＝1.0，B3＝1.0)，由于不控制相对的状态量(状态量差)，故追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3不一致。
图41A、图41B所示的仿真结果，是本实施例的效果为中等程度的设定(Am＝1.0，B 1＝1.5，B2＝1.5，B3＝1.5)，由于少许控制相对的状态量(状态量差)，故与图40A、图40B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3向一致趋近。
图42A、图42B所示的仿真结果，是本实施例的效果显著的设定(Am＝1.0，B1＝3.0，B2＝3.0，B3＝3.0)，由于充分控制相对的状态量(状态量差)，故与图40A、图40B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3更加向一致趋近。
图43A、图43B所示的仿真结果，是本实施例的效果过剩的设定(Am＝1.0，B1＝4.0，B2＝4.0，B3＝4.0)，在阶跃响应时产生控制的不稳定化，故与图42A、图42B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3不一致。
图44A、图44B所示的仿真结果，是避免本实施例的过剩效果的设定(Am＝0.7，B1＝4.0，B2＝4.0，B3＝4.0)，通过将基准状态量低灵敏度化，从而追踪状态量测量值PV1、PV2、PV3比图42A、图42B的情况更进一步向一致趋近。
在图40A、图40B～图44A、图44B的仿真结果中，通过使SP1＝SP2＝SP3＝30.0，从而第1追踪状态量与第2追踪状态量的状态量差、第2追踪状态量与第3追踪状态量的状态量差及第3追踪状态量与第1追踪状态量的状态量差全部为0。
另一方面，若将追踪状态量设定值SP1、SP2、SP3设定为不同的值，则对应于各状态量设定值SP1、SP2、SP3的差，以将各状态量测量值PV1、PV2、PV3的差保持为恒定的方式，PV1、PV2、PV3变化。例如，若设定为SP1＝20.0、SP2＝30.0、SP3＝40.0，则成为维持状态量差PV3-PV2＝10.0、状态量差PV2-PV1＝10.0及状态量差PV3-PV1＝20.0的阶跃响应、干扰抑制响应。
根据本实施例，在至少具有2个控制环的控制系统中，在将成为特定基准的状态量设为基准状态量，将控制为维持预先规定了与该基准状态量的相对量的值的状态量设为追踪状态量时，执行将输入到控制追踪状态量的控制器的多个控制运算用输入值中的追踪状态量偏差Eri变换为追踪状态量内部偏差Eri’，并输入到控制器的计算步骤，在该计算步骤中，通过将追踪状态量内部偏差Eri’作为对基准状态量的第1要素与对相对量的第2要素之和进行计算，从而可以实现一边将基准状态量与追踪状态量的状态量差等相对量维持为所希望的值，一边将状态量平均值等基准状态量变更为所希望的值的控制。另外，在本实施例中，由于可以构成控制器的操作量与实际的执行器的输出一一对应的控制系统，故可以防止积分终结，可以使用以往考察的参数调整方法或自动调整功能等，可以调整控制器。此外，作为追踪状态量内部偏差Eri’的第2要素，通过使用在对相对量的控制运算用输入值的要素上乘以第1系数的值，从而可以一边优先控制相对量，一边也同时控制基准状态量。
还有，作为追踪状态量内部偏差Eri’的第1要素，通过使用在对基准状态量的控制运算用输入值的要素上乘以第2系数的值，从而可以避免基于上述第1系数的控制高灵敏度化所引起的控制的不稳定化，而且也可以避免牺牲基准状态量与追踪状态量的相对量的优先度的情况。
(第6实施例)
接着，说明本发明的第6实施例.图45是表示本发明的第6实施例的控制装置的构成的框图.本实施例是：控制环为3个，作为基准状态量采用典型的1个控制环的状态量，作为追踪状态量采用其他两个控制环各自的状态量的例子，但只要为2个以上的控制环，就可以以相同的原理来构成相同的控制系统.
图45的控制装置，作为第1追踪状态量相关的第1控制系统的构成，包括：追踪状态量相对设定值ΔSP1m输入部71-1；追踪状态量测量值PV1输入部72-1；操作量MV1输出部73-1；PID控制运算部(PID控制器)74-1；系数B1存储部75-1；成为内部输入值计算部的追踪状态量内部偏差Er1’计算部76-1。另外，图45的控制装置，作为第2追踪状态量相关的第2控制系统的构成，包括：追踪状态量相对设定值ΔSP2m输入部71-2；追踪状态量测量值PV2输入部72-2；操作量MV2输出部73-2；PID控制运算部74-2；系数B2存储部75-2；成为内部输入值计算部的追踪状态量内部偏差Er2’计算部76-2。
再有，图45的控制装置，作为基准状态量相关的第3控制系统的构成，包括：基准状态量设定值SPm输入部77；基准状态量测量值PVm输入部78；操作量MV3输出部79；PID控制运算部80；系数Am存储部81；和基准状态量内部偏差Erm’计算部82。
图46是本实施例的控制系统的框图。在图46中，Er1’是第1追踪状态量的内部偏差Er1’，Er2’是第2追踪状态量的内部偏差，Erm’是基准状态量的内部偏差，Am是基准状态量相关的系数，B1是第1追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数，B2是第2追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数，A11是控制第1追踪状态量的执行器，A12是控制第2追踪状态量的执行器，A13是控制基准状态量的执行器，P11是第1追踪状态量涉及的控制对象过程，P12是第2追踪状态量涉及的控制对象过程，P13是基准状态量涉及的控制对象过程，Gp11是包含执行器A11与过程P11的块的传递函数，Gp12是包含执行器A12与过程P12的块的传递函数，Gp13是包含执行器A13与过程P13的块的传递函数，Gp31是表示第1控制环与第3控制环之间的干扰的传递函数，Gp32是表示第2控制环与第3控制环之间的干扰的传递函数。
追踪状态量相对设定值ΔSP1m输入部71-1、追踪状态量测量值PV1输入部72-1、操作量MV1输出部73-1、PID控制运算部74-1、追踪状态量内部偏差Er1’计算部76-1、执行器A11与过程P11构成第1控制系统(第1控制环)。追踪状态量相对设定值ΔSP2m输入部71-2、追踪状态量测量值PV2输入部72-2、操作量MV2输出部73-2、PID控制运算部74-2、追踪状态量内部偏差Er2’计算部76-2、执行器A12与过程P12构成第2控制系统(第2控制环)。而且，基准状态量设定值SPm输入部77、基准状态量测量值PVm输入部78、操作量MV3输出部79、PID控制运算部80、基准状态量内部偏差Erm’计算部82、执行器A13和过程P13构成第3控制系统(第3控制环)。
接下来，使用图47说明本实施例的控制装置的动作。首先，追踪状态量相对设定值ΔSP1m由控制装置的操作者来设定，经追踪状态量相对设定值ΔSP1m输入部71-1，输入到追踪状态量内部偏差Er1’计算部76-1(图47的步骤S601)。追踪状态量相对设定值ΔSP2m由操作者来设定，经追踪状态量相对设定值ΔSP2m输入部71-2，输入到追踪状态量内部偏差Er2’计算部76-2(步骤S602)。基准状态量设定值SPm由操作者来设定，经基准状态量设定值SPm输入部77，输入到追踪状态量内部偏差Er1’计算部76-1、追踪状态量内部偏差Er2’计算部76-2与基准状态量内部偏差Erm’计算部82(步骤S603)。
追踪状态量测量值PV1由未图示的第1检测机构检测出来，经追踪状态量测量值PV1输入部72-1，输入到追踪状态量内部偏差Er1’计算部76-1(步骤S604).追踪状态量测量值PV2由未图示的第2检测机构检测出来，经追踪状态量测量值PV2输入部72-2，输入到追踪状态量内部偏差Er2’计算部76-2(步骤S605).基准状态量测量值PVm由未图示的第3检测机构检测出来，经基准状态量测量值PVm输入部78，输入到追踪状态量内部偏差Er1’计算部76-1、追踪状态量内部偏差Er2’计算部76-2与基准状态量内部偏差Erm’计算部82(步骤S606).
系数Am存储部81预先存储基准状态量相关的系数Am，系数B1存储部75-1预先存储第1追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数B1。追踪状态量内部偏差Er1’计算部76-1根据系数Am、B1、基准状态量设定值SPm、基准状态量测量值PVm、追踪状态量相对设定值ΔSP1m与追踪状态量测量值PV1，如下式所示地计算追踪状态量内部偏差Er1’(步骤S607)。
Er1’＝Am(SPm-PVm)+B1{ΔSP1m-(PV1-PVm)}
                              …(120)
系数B2存储部75-2预先存储第2追踪状态量与基准状态量的状态量差相关的系数B2。追踪状态量内部偏差Er2’计算部76-2根据系数Am、B2、基准状态量设定值SPm、基准状态量测量值PVm、追踪状态量相对设定值ΔSP2m与追踪状态量测量值PV2，如下式所示地计算追踪状态量内部偏差Er2’(步骤S608)。
Er2’＝Am(SPm-PVm)+B2{ΔSP2m-(PV2-PVm)}…(121)
基准状态量内部偏差Erm’计算部82根据系数Am、基准状态量SPm与基准状态量测量值PVm，如下式所示地计算基准状态量内部偏差Erm’(步骤S609)。
Erm’＝Am(SPm-PVm)                    …(122)
接着，PID控制运算部74-1与PID控制运算部64-1同样地进行式(111)所示的PID控制运算，算出操作量MV1(步骤S610)。而且，PID控制运算部74-1，将在算出的操作量MV1小于执行器A11的输出下限值OL1时设操作量MV1＝OL1，在算出的操作量MV1大于执行器A11的输出上限值OH1时设操作量MV1＝OH1，以这样的操作量上下限处理作为积分终结的对策。
PID控制运算部74-2与PID控制运算部64-2同样地进行式(112)所示的PID控制运算，算出操作量MV2(步骤S611)。而且，PID控制运算部74-2，将在算出的操作量MV2小于执行器A12的输出下限值OL2时设操作量MV2＝OL2，在算出的操作量MV2大于执行器A12的输出上限值OH2时设操作量MV2＝OH2，以这样的操作量上下限处理作为积分终结的对策。
PID控制运算部80如下式的传递函数式进行PID控制运算，计算操作量MV3(步骤S612)。
MV3＝(100/Pb3){1+(1/Ti3s)+Td3s}Erm’        …(123)
在式(123)中，Pb3为比例区，Ti3为积分时间，Td3为微分时间。而且，PID控制运算部80，将在算出的操作量MV3小于执行器A13的输出下限值OL3时设操作量MV3＝OL3，在算出的操作量MV3大于执行器A13的输出上限值OH3时设操作量MV3＝OH3，以这样的操作量上下限处理作为积分终结的对策。
操作量MV1输出部73-1将由PID控制运算部74-1算出的操作量MV1输出到执行器A11(步骤S613)。执行器A11根据操作量MV1，为了控制第1追踪状态量而动作。
操作量MV2输出部73-2将由PID控制运算部74-2算出的操作量MV2输出到执行器A12(步骤S614).执行器A12根据操作量MV2，为了控制第2追踪状态量而动作.
操作量MV3输出部79将由PID控制运算部80算出的操作量MV3输出到执行器A13(步骤S615)。执行器A13根据操作量MV3，为了控制第3追踪状态量而动作。
以上所述的步骤S601～S615的处理例如到由操作者指示控制的结束为止(在步骤S616中为“是”)，按每个控制周期反复执行。
图48A、图49A、图50A、图51A、图52A表示在追踪状态量相对设定值ΔSP1m、ΔSP2m为0的状态下、将基准状态量设定值SPm变更为30.0时的控制系统的阶跃响应，图48B、图49B、图50B、图51B、图52B表示在以ΔSP1m＝0、ΔSP2m＝0、SPm＝30.0进行调整的状态下、施加了外部干扰时的控制系统的外部干扰响应。仿真的条件如下所述。
首先，如下式所示地设定包含执行器A11与过程P11的块的传递函数Gp11、包含执行器A12与过程P12的块的传递函数Gp12、包含执行器A13与过程P13的块的传递函数Gp13。
Gp11＝1.2exp(-2.0s)/{(1+70.0s)(1+10.0s)}    …(124)
Gp12＝1.6exp(-2.0s)/{(1+60.0s)(1+10.0s)}    …(125)
Gp13＝2.0exp(-2.0s)/{(1+50.0s)(1+10.0s)}    …(126)
另外，如下式所示地设定表示第1控制环与第3控制环之间的干扰的传递函数Gp31、表示第2控制环与第3控制环之间的干扰的传递函数Gp32。
Gp31＝0.96exp(-2.0s)/{(1+70.0s)(1+10.0s)}     …(127)
Gp32＝1.28exp(-2.0s)/{(1+60.0s)(1+10.0s)}     …(128)
根据操作量MV1、MV2、MV3，如下式所述地决定追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm。
PV1＝Gp1MV1+Gp31MV3                           …(129)
PV2＝Gp2MV2+Gp32MV3                           …(130)
PVm＝Gp3MV3                                   …(131)
将作为PID控制运算部74-1的PID参数的比例区Pb1设为50.0，将积分时间Ti1设为35.0，将微分时间Td1设为20.0；将作为PID控制运算部74-2的PID参数的比例区Pb2设为66.7，将积分时间Ti2设为35.0，将微分时间Td2设为20.0；将作为PID控制运算部80的PID参数的比例区Pb设为100.0，将积分时间Ti3设为35.0，将微分时间Td3设为20.0。
图48A、图48B所示的仿真结果，成为与通常的控制等价的设定(Am＝1.0，B1＝1.0，B2＝1.0)，由于不控制相对的状态量(状态量差)，故追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm不一致。
图49A、图49B所示的仿真结果，是本实施例的效果为中等程度的设定(Am＝1.0，B1＝1.5，B2＝1.5)，由于少许控制相对的状态量(状态量差)，故与图48A、图48B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm向一致趋近。
图50A、图50B所示的仿真结果，是本实施例的效果显著的设定(Am＝1.0，B1＝3.0，B2＝3.0)，由于充分控制相对的状态量(状态量差)，故与图48A、图48B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm更加向一致趋近。
图51A、图51B所示的仿真结果，是本实施例的效果过剩的设定(Am＝1.0，B1＝4.0，B2＝4.0)，在阶跃响应时产生控制的不稳定化，故与图50A、图50B的情况相比，追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm不一致.
图52A、图52B所示的仿真结果，是避免本实施例的过剩效果的设定(Am＝0.7，B1＝4.0，B2＝4.0)，通过将基准状态量低灵敏度化，从而追踪状态量测量值PV1、PV2及基准状态量测量值PVm比图50A、图50B的情况更进一步向一致趋近。
在图48A、图48B～图52A、图52B的仿真结果中，通过使ΔSP1m＝ΔSP2m＝0.0，从而第1追踪状态量与基准状态量的状态量差、第2追踪状态量与基准状态量的状态量差全部为0。
另一方面，若将ΔSP1m、ΔSP2m设定为0以外的值，则对应于这些设定，以将各状态量测量值PV1、PV2、PVm的差保持为恒定的方式，PV1、PV2、PVm变化。例如，若设定为ΔSP1m＝20.0、ΔSP2m＝10.0，则成为维持状态量差PV1-PVm＝20.0、状态量差PV2-PVm＝10.0的阶跃响应、干扰抑制响应。
根据本实施例，可以得到与第5实施例相同的效果。另外，从图48A、图48B～图52A、图52B的仿真结果可知：即使在存在环间干扰的控制系统中也可以有效适用本发明。
而且，第1实施例～第6实施例中说明的控制装置，可以由具备运算装置、存储装置及接口的计算机和控制这些硬件资源的程序来实现。