20包含在挤出成型机232的周围配置的冷却配管222、对被供应至冷却配管222的冷却介质(典型地，水或油)的流量进行控制的电磁阀224、用于对经过冷却配管222后的冷却介质进行冷却的水温调整设备226。电磁阀224对流过冷却配管222的冷却介质的流量进行调整，由此控制冷却能力。更具体而言，调节器100将具有与操作量对应的大小的电压值或电流值的信号作为冷却信号而输出到电磁阀2 2 4。电磁阀224根据来自调节器100的冷却信号调整阀的开度。通过该开度调整，控制要从挤出成型机232去除的热量。另外，在采用仅能够进行2个位置动作(开或闭)的电磁阀的情况下，与上述的加热信号同样地，输出具有与操作量对应的占空比的PWM信号作为冷却信号，通过调整电磁阀224的开时间和闭时间，控制冷却介质的流量。
[0081][C.课题]
[0082]接着，对图2所示的反馈控制系统I中能够产生的、由于操作量与控制对象中产生的控制量之间的非线性而引起的控制上的课题进行说明。特别地，对执行自动调谐的情况下产生的课题进行说明。
[0083]图3是示出图2所示的控制对象过程200中的操作量与加热能力和冷却能力的特性例的图。在本说明书中，在以比例示出“加热能力”和“冷却能力”的情况下，如下进行定义。
[0084]加热能力[%]=任意操作量下的加热温度[°C /sec]/最大加热温度[°C /sec] X100[% ]
[0085]冷却能力[% ]=任意操作量下的冷却温度[°C /sec]/最大冷却温度[°C /sec] X100[% ]
[0086]首先，如图3所示，加热特性(加热能力相对于加热的操作量的关系)基本上是线性的。即可以认为具有线性。这是因为，使用电加热器214作为加热装置210，提供与操作量成比例的电流(电力)，由此能够将发热量控制为线性。
[0087]与此相对，冷却特性(冷却能力相对于冷却的操作量的关系)根据在构成冷却装置220的冷却配管222中流动的冷却介质而具有不同的特性。例如，在使用油作为冷却介质的情况下，没有相变化而稳定，因此，与冷却的操作量对应的冷却能力基本成为线性。即可以认为具有线性。与此相对，在使用水作为冷却介质的情况下或使用空气(空冷方式)的情况下，与冷却的操作量对应的冷却能力成为非线性。这样，冷却特性根据冷却介质、冷却方式而具有较大的不同。
[0088]特别地，在使用水的水冷方式中，在液相变化为气相时的气化热相对较大，在产生这样的气化热的区域中冷却能力非常大。因此，在使用水的冷却方式(水冷方式)中，该气化热产生较大的影响，非线性变强。针对这样的水冷方式，难以事先掌握其能力的特性。
[0089]图4是示出图2所示的控制对象过程中的操作量与加热能力和冷却能力的另一特性例的图。图4所示的特性例中，在采用图3所示的水冷方式的情况下，分别示出使用于发挥其冷却能力的水量不同的情况下的冷却能力的特性。如图4所示可知，通过使水量不同，产生非线性的操作量也会变化。
[0090]针对这样的非线性较强的反馈控制系统，如果执行通常的自动调谐来决定PID参数，则控制性能可能恶化。以下说明这样的控制性能恶化的理由。
[0091]图5是示出执行通常的自动调谐时的控制对象的温度(观测量)和操作量的时间变化的一例的图。图6是示出使用通过执行图5所示的自动调谐来决定的PID参数进行了反馈控制时的控制对象的温度(观测量)和操作量的时间变化的一例的图。更具体而言，在图6的(a)中，示出冷却侧的操作量与冷却能力之间的关系，在图6的(b)中，示出反馈控制时的控制对象的温度(观测量)和操作量的时间变化的一例。
[0092]在图5中示出使用极限循环法的自动调谐功能的例。如图5所示，在应用通常的极限循环法的情况下，将加热侧的操作量和冷却侧的操作量均设为最大值(即，100%和-100%)，交替地将这些操作量提供给控制对象。根据这样产生的响应特性，决定与控制对象对应的PID参数。
[0093]在使用这样决定的PID参数进行反馈控制时，在实际使用的操作量与执行自动调谐时偏离的情况下，控制性能受到非线性的影响而恶化。即，在执行自动调谐时，如图5所示，输出冷却能力成为最大的操作量，因此，以冷却装置220的冷却能力的最大值为前提来估计冷却能力的特性。即，通过自动调谐功能，估计出如图6的(a)的虚线所示的特性。决定与该所估计出的特性对应的PID参数。
[0094]然而，实际的特性还存在与所估计出的特性相背离的区域，如图6的(b)所示，在操作量相对较小的区域中进行反馈控制的情况下，实际的特性相对于所估计出的特性大幅背离。因此，当使用相对较小的操作量对控制对象230进行控制时，相比于以通过自动调谐功能来设定的PID参数为前提的假定的冷却能力，实际的冷却能力变高，产生使控制对象230过冷的情况。
[0095]具体而言，当在冷却侧的操作量相对较小的区域(例如，10?30% )对控制对象230进行冷却时，如图6的(b)所示，在响应于某些外部干扰而开始冷却后，温度相对于目标值过度下降，并且产生振动的温度变动，其收敛需要时间。这样，通过自动调谐功能来估计出的冷却能力与实际的冷却能力相背离，从而使控制性能恶化。
[0096][D.解决手段的概要]
[0097]针对能够对包含具有上述较强的非线性的控制对象230的反馈控制系统设定更适当的PID参数的自动调谐功能。
[0098]在本实施方式中，在逐步地变更自动调谐中使用的操作量的同时，探索最优选的操作量的大小。然后，根据最优选的操作量的响应特性来决定PID参数。
[0099]更具体而言，作为调节器100的自动调谐功能，调节器100在第I操作量(冷却侧的操作量)和第2操作量(加热侧的操作量)的交替输出中，在每次切换输出时依次变更第I操作量(冷却侧的操作量)的大小，并且根据在判断为控制量相对于第I操作量(冷却侧的操作量)的第I变化具有线性时所取得的响应特性来决定PID参数。S卩，调节器100在逐步地变更冷却侧的操作量的同时多次执行极限循环。然后，当判断为各极限循环的结果满足预定的条件时，调节器100根据此时的冷却特性(响应特性)计算冷却侧的PID参数。另外，还根据加热特性(响应特性)计算加热侧的PID参数。
[0100]图7是示出本实施方式的调节器100执行自动调谐时的时间波形例的图。图8是示出本实施方式的调节器100执行自动调谐时的操作量的冷却能力的特性上的变化的图。
[0101]在本实施方式中，由于冷却能力中存在非线性，因此，如图7所示，调节器100在自动调谐的各循环中，依次变更冷却侧的操作量的大小。另外，如果是加热能力中存在非线性的控制系统，针对加热侧的操作量的大小，也依次进行变更即可。
[0102]更具体而言，将第I次极限循环中的冷却侧的操作量MVc_l设定为100%，将第2次极限循环中的冷却侧的操作量MVc_2设定为第I次的操作量MVc_l的P _1倍的值，将第3次的极限循环中的冷却侧的操作量MVc_3设定为第2次的操作量MVc_2的P _2倍的值。以下同样，在每次极限循环时变更冷却侧的操作量MVc。通过这样依次变更冷却侧的操作量MVc,自动调谐中所考虑的冷却能力的大小如图8所示依次变化。
[0103]这里，关于冷却侧的操作量MVc的变更系数P _i (O < P_i < 1)，可以采用预定的恒定值，但是，优选:根据通过紧前的交替输出取得的响应特性，来决定新的交替输出中的冷却侧的操作量MVc的大小。作为这样的利用紧前的交替输出的响应特性的一例，在本实施方式中，使用表示加热和冷却的系统增益比(能力比)的以下的比值。
[0104]变更系数P _i =冷却输出时间Toff_i_l/加热输出时间Ton_i_l
[0105]其中，冷却输出时间Toff_i_l表示在第(1-Ι)次(前次)的极限循环中冷却侧的操作量MVc维持为O的时间的长度，加热输出时间Ton_1-l表示在第(1-Ι)次(前次)的极限循环中输出冷却侧的操作量MVc的时间的长度(参照图7)。
[0106]此时，通过冷却输出时间Toff_i_l与加热输出时间Ton_i_l之间的大小关系，在上述的式中，有时变更系数P」超过1，因此，优选将所计算的变更系数P」限制为变更系数上限值P _max以下。
[0107]这样，作为调节器100的自动调谐功能，调节器100根据紧前的交替输出中输出第I操作量(冷却侧的操作量)的期间(冷却输出时间Toff)的长度与输出第2操作量(加热侧的操作量)的期间(加热输出时间Ton)的长度，校正该紧前的交替输出中的第I操作量的大小，由此决定新的交替输出中的第I操作量的大小。
[0108]接着，作为上述那样的结束依次变更冷却侧的操作量MVc的探索的条件，也可以采用判断为是在冷却特性(冷却能力相对于冷却的操作量的关系)上具有线性的区域的操作量。这里，作为调节器100的自动调谐功能，调节器100按照依次变更的第I操作量(冷却侧的操作量)的大小，评价与对应于第I操作量的控制量的变化速度之间的关系，由此判断控制量相对于第I操作量的第I变化是否具有线性。
[0109]更具体而言，关于该冷却特性上的线性，能够使用以下说明的误差进行评价。即，极限循环的结束条件包含所计算的误差成为预先设定的阈值以下。
[0110]然后，根据在最终的极限循环中观测到的冷却特性和加热特性(响应特性)，使用Ziegle和Nichols的极限灵敏度法等，计算PID参数。另外，关于PID参数的计算方法，能够采用公知的任意的方法。
[0111]但是，根据控制系统的特性的不同，还假定所计算的误差不成为预先设定的阈值以下的情况，因此，如果发生的极限循环的次数达到上限值(N次)，则也可以结束极限循环。S卩，作为调节器100的自动调谐功能，即使没有判断为控制量相对于第I操作量(冷却侧的操作量)的第I变化具有线性，当第I操作量和第2操作量的交替输出被执行了预定的次数时，调节器100也根据在最终的交替输出中取得的响应特性来决定PID参数。
[0112]通过采用这样的自动调谐方法，在控制对象具有线性的情况下和控制对象具有非线性的情况下，都能够计算适当的PID参数。例如，在图1所示的控制系统中，不需要根据冷却介质的种类(水或油)等来变更自动调谐的步骤等。
[0113][E.误差评价]
[0114]接着，对用于判断是否是具有线性的区域的操作量的误差进行说明。图9是用于说明由本实施方式的调节器100进行的自动调谐的误差的评价方法的图。如图9所示，本实施方式的“误差”相当于如下的值，该值表示:在冷却特性(冷却能力相对于冷却的操作量的关系)中，相对于利用与前次极限循环中使用的操作量对应的冷却能力定义的直线，与本次极限循环中使用的操作量对应的冷却能力偏离了何种程度。
[0115]具体而言，如图9所示，将原点设为PO，将极限循环第i次冷却能力点定义为Pi (P1.x，P1.y)。这里，P1.x表示冷却侧操作量，P1.y表示冷却能力。此外，冷却能力P1.y是根据极限循环第i次温度降低时的斜率Ri与极限循环第I次的温度降低时的斜率(变化速度)Rl之比来计算的(即，P1.y = Ri/Rl)。而且，在极限循环的各第i次中，设定连接冷却能力Pi与原点PO的直线Li。将误差hi作为直线L(1-Ι)与第i次的冷却能力Pi (P1.X，P1.y)之间的距离来进行计算。即，将该距离计算成作为极限循环第i次的线性判定的指标的误差hi。在图9中示出关于第2次极限循环的误差h2的计算例。
[0116][F.处理步骤]
[0117]接着，对本实施方式的调节器100中执行的自动调谐的处理步骤进行说明。图10是示出实施方式的调节器100中执行的自动调谐的处理步骤的流程图。典型地，图10所示的各步骤通过由调节器100的CPU112执行闪存114所存储的程序模块118中包含的指令码来实现。当用户等指示自动调谐的开始后，按照预定的运算周期(例如，每100msec)重复执行图10所示的处理步骤。
[0118]参照图10，CPU112输出100%作为加热侧的操作量(步骤S100)，判断从控制对象过程200