精密温度调节系统及其控制装置的制作方法

专利名称：精密温度调节系统及其控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及精密温度调节系统及其控制装置。
背景技术：
在半导体制造工厂等使用的净化室等(腔室)中，作业环境的条件要求严格。作 为该条件，可以列举例如室温管理、清净度的保持、肃静性(无振动的空间)等。关于室内 (腔室内)的温度管理，要求通过空调设备进行高精度的温度管理。将关于这样的腔室等进 行高精度的温度管理的系统称为精密温度调节系统。作为这样的精密温度调节系统，众所周知是使用例如反馈控制器(PID)的装置。另外，例如专利文献1中所记载的现有技术为人们所公知。专利文献1的发明涉及热系统设备(例如该图12中所示的挤压成形机的气缸) 的温度控制装置，可以不依赖熟练者的感觉和经验，且不使其产生扭曲(wind up)，而能够 简单地进行温度控制。专利文献1的温度控制装置，具有PID控制部、操作量附加部和规范模型Pm，还具 有设有无效时间消除手段的规范模型部、和第一切换部。操作量附加部输出用于操作控制 对象P的操作量。无效时间消除手段从规范模型Pm去除无效时间要素e+。第一切换部在 将来自操作量附加部的操作量输入到控制对象P侧、与通过PID控制部输入操作量侧之间 切换回路。而且，上述规范模型部通过无效时间消除手段测定除去无效时间要素e_Ls的规范 模型Pm的输出，当该测定结果达到预先设定的目标值时，操作第一切换部，使来自操作量 附加部的操作量不输入控制对象P。另外，在专利文献1中还公开了设置有前馈控制部的技术。另外，在专利文献1中，如其图3所示，还公开了具备具有上述规范模型Pm的干扰 观测部的结构。专利文献1特开2001-265408号公报在此，关于上述精密温度调节系统，有时会产生例如伴随某种作业必须开闭腔室 门的情况。由于这样的门的开闭，外部气体流入腔室内等，腔室内温度产生变动。也就是 说，由于干扰产生温度变动。对于这种型式的干扰(称为非稳态干扰)，本发明人通过实验 等确认，利用基于前馈的控制不够充分的情况较多。此外，上述非稳态干扰发生的原因，不局限于上述腔室门的开闭。作为其他例，例 如，由于设置在腔室的挡板的开闭，工件(晶片、玻璃基板等)相对腔室的出入，机械臂的出 入等，也会产生上述非稳态干扰。如上所述，在专利文献1中，还公开了有关具有规范模型Pm的干扰观测部。另外， 不局限于专利文献1，根据现有技术，关于PID控制设置规范模型和干扰观测部本身为人们 所公知。但是，其大多是将例如电动机、发电机等作为控制对象，即使在上述专利文献1中也以挤压成形机(其气缸)作为控制对象。即，控制对象为机器(机械式装置)的情况。另一方面，在上述精密温度调节系统中，电控制对象是风扇、加热器、冷却器等，但 本质上的控制对象是腔室内的温度，是空气。以往，在精密温度调节系统中，关于与上述规范模型相当的控制对象模型或干扰 观测部，进行具体的模型化的例子几乎找不到。特别是对于上述非稳态干扰可进行充分有 效控制的控制对象模型、干扰观测部的具体例并没有发现。

发明内容
本发明是为解决上述现有技术所存在的问题而提出的，本发明的课题在于，提供 一种精密温度调节系统及其控制装置等，在精密温度调节系统中，即使发生非稳态干扰的 情况，也能够将温度调节对象空间的空气温度的变动抑制在最小限度。本发明的精密温度调节系统将如下所述精密温度调节系统作为前提即该精密温 度调节系统包括温度调节对象空间；冷却装置，设置于供给在该温度调节对象空间中所 冷却的空气的供给路径内；加热装置，设置在上述供给路径内，加热从上述冷却装置供给的 空气，并向上述温度调节对象空间送风；上述冷却装置的第一控制装置和上述加热装置的 第二控制装置。并且，上述第一、第二控制装置的至少某个还具备干扰观测(observer)部，生成 与非稳态干扰相应的补偿量并将其加在操作量上。该干扰观测部包括标称设备(nominal plant)和干扰推定装置。标称设备模拟与 包含上述温度调节对象空间、上述冷却装置、上述加热装置、和上述供给路径的系统整体相 关的动作。干扰推定装置输入从上述标称设备输出的温度与从上述冷却装置供给的空气的 温度或上述温度调节对象空间内的温度之间的偏差，根据该偏差生成/输出干扰推定值。上述标称设备通过将与包含上述温度调节对象空间、上述冷却装置、上述加热装 置、和上述供给路径的系统整体相关的动作模型化，进而根据规定的条件使该模型简略化， 使用由此得到的简略化的模型而决定。例如，作为一例，若将与标称设备的模拟动作相关的结构式设SPn(S)，则干扰推 定装置的传递函数为l/PN(s)。另外，本发明的又一种精密温度调节系统包括温度调节对象空间；冷却装置，设 置在供给由该温度调节对象空间所冷却的空气的供给路径内；上述冷却装置的控制装置， 上述控制装置还设置有干扰观测部，其生成与非稳态干扰相应的补偿量并将其加在操作量 上，该干扰观测部包括标称设备，模拟与包含上述温度调节对象空间、上述冷却装置、以及 上述供给路径的系统整体相关的动作；和干扰推定装置，输入从上述标称设备输出的温度 与从上述冷却装置供给的空气的温度或上述温度调节对象空间内的温度之间的偏差，根据 该偏差生成/输出干扰推定值，根据基于该干扰推定装置的干扰推定值决定上述补偿量。像这样，也可以构成为在没有上述加热装置的结构中，在冷却装置的控制装置中 具备上述结构的干涉观测部。按照本发明的精密温度调节系统及其控制装置等，在精密温度调节系统中，即使 产生非稳态干扰的情况下，也可以将温度调节对象空间的空气温度的变化抑制在最小限度。
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图1是本发明一实施例的精密温度调节系统的控制装置的构成图。图2是本发明一实施例的精密温度调节系统的概略构成图(立体透视图)。图3是本发明一实施例的精密温度调节系统的系统构成图。图4(a)是使控制装置也包含控制对象而进行模型化的图，(b)是用于说明控制装 置功能的图。图5(a)、(b)是用于说明控制对象的模型化的图。图6是使图5(b)中所示的模型简略化的简略化模型。图7(a)是冷却器的普通模型，(b)是用于说明热交换系数的值的决定的图。图8是表示同定试验结果的一例的图。图9 (a)是表示使用现有技术的装置发生干扰时的温度变化图，(b)是表示使用本 发明方法在发生干扰时的温度变化图。图10(a)是示意性表示本发明一实施例的精密温度调节系统构成的图，(b) (d) 是示意性表示其他实施例的图。符号说明1-控制装置，2-反馈控制器(PID)，3-加法器，4_加法器，5_控制对象，10-干扰 观测部，11-干扰推定部，12"加法增益器，13-加法器，14-标称设备，20-精密温度调节系 统，21-加热器，22-风扇，23-门，24-送风器(风扇)，25-净化室，26-排出口个别加热器， 27-吸气管道，28-冷却器，29-吸气口，30-小房间，31-吸排气口，32-上部空间，33-净化室 上部空间，41-加法器，42-PID，43-加热器驱动装置，44-加热器驱动装置。
具体实施例方式下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。图1是本发明一实施例的精密温度调节系统的控制装置的构成图。该控制装置1是用于控制例如后述的在图2、图3中所示的排出口个别加热器26 的装置。控制装置1与每个排出口个别加热器26对应地设置。在图2、图3所示的例中，排 出口个别加热器26有3台，因此，控制装置1也设置有3台。在控制装置1中，在现有结构基础上，设置有干扰观测部10。此外，控制装置1的实际状态例如为CPU等的运算处理器。在CPU内或CPU外的 存储器中，保存有预先设定的应用程序。CPU通过读出并实行该应用程序，实现以下说明的 干扰观测部10的处理功能。关于反馈控制器(PID)2等的现有结构也相同。此外，在该应 用程序内预先设定后述的各种传递函数等。现有技术的结构为反馈控制器2等。首先简单说明该现有技术的结构。首先，向图示的加法器4输入从控制对象5检测到的温度调节控制对象的空间 (温度调节对象空间)的温度y和目标温度r。该温度y在后述图3的例子中，由温度传感 器TAOl TA03的任意一个检测，是净化室25 (腔室)内的温度。此外，在后述图3中，以 排出口个别加热器26c为例，以下的说明基于该例进行。因此，该例的情况下，上述温度y是由温度传感器TA03检测出的值。另外，目标温度r从图中未示的控制器被输入。作业员等通过操作控制器对目标温度r进行设定/变更。由上述加法器4得出目标温度r和实际的检测温度y之间的偏差E(S) = (r-y)。 偏差E(s)被输入反馈控制器2。反馈控制器2的输出是操作量MV (S)。该MV(S)可以根据以下⑴式求得。以下的⑴式和后述的(2)式以后的各式中 的“S”是拉普拉斯算子。式1
MV(S)操作量E(S)偏差(r-y)Kff 比例增益T1 积分时间Td 微分时间此外，如上所述，反馈控制器2本身是现有的结构，上述(1)式为人们所公知，因 此，在此不做特别说明。在现有技术中，作为反馈控制器2的输出的操作量MV (s)被输入控制对象5，进行 与该操作量MV (s)相应的动作。在图3所示例子中，该操作量MV (s)被输入加热器驱动装 置44c。如图3所示，作为控制装置1直接控制的对象的排出口个别加热器26c具有加热 器21、风扇22等，加热器驱动装置44c根据所输入的操作量MV(S)，驱动控制加热器21。此 外，实际上也进行风扇22的控制，在此不言及风扇22的控制，以其风量为一定进行说明。另外，如图3所示，在温度调节对象空间(在本例中为净化室25)内设置有温度传 感器TA03。该温度传感器TA03是用于检测净化室25内的温度的传感器，尤其检测由于排 出口个别加热器26c而受到影响的空间(其附近，例如正下方等的空间)的温度。由该温 度传感器TA03检测出的温度数据是上述检测温度y。如图1所示，通过相对于上述现有结构设置干扰观测部10，向控制对象5输入通过 加法器3在上述操作量MV (s)加上干扰观测部10的输出而得到的值。干扰观测部10的输 出、即来自加法增益器12的输出为，在图示的干扰推定部11的输出dm乘以所设定的增益 (Kadd)而得到的值。SP，dmXKADD。将上述检测温度y与标称设备14的输出yN的偏差(yN_y)输入干扰推定部11，输 出上述dm ο干扰推定部11的结构式(传递函数)以下面的(2)式表示式2
T01 观测的时间常数T02 ；用于除去噪音的时间常数Kobs 观测的增益由此，上述dm能够根据下面(3)式求得式3
dm = (yN-y).KoBS(1 + ToiS)...⑶式
1 + T02S另外，标称设备14是模拟控制对象5的模型(model)，其传递函数Pn(S)如以下 (4)式所表示式4
KPn(S)S77^"…⑷式
1 + T。sKp 设备的增益T0 设备的时间常数在此，在干扰观测部10的结构自身模式化至图4(a)中所示水平的情况下，与根据 现有技术所知的一般的干扰观测器的结构大致相同。图1中所示的干扰观测部10是基于 这种一般的干扰观测器的结构，关于上述干扰推定部11和标称设备14，进一步特别考虑到 如上述(2)式、(4)式所表示的传递函数。一般的干扰观测器的结构，例如作为一例，在参考文献1 (特开2002-108410号公 报)中被公开。关于干扰观测器，图1的结构与参考文献1的图1、图2的结构的不同点是 设置有加法增益器12，但是，如果将参考文献1中的增益Kadd = 1来考虑的话，本结构与参 考文献1的结构大致相同。此外，增益Kadd的值为1以下的任意值，设计者等可以任意决定设置，本发明人根 据实验及经验等，认为增益Kadd = 0.7左右是合适的(可得到良好的控制结果)。这是由于 当增益Kadd = 1的情况下，即，使干扰推定部11的输出dm保持原状态而使用的情况，成为 过补偿。这是由于在标称设备14中存在模型化误差，在作为干扰推定值的dm也含有误差 的缘故。还有，通常，推定出施加于控制对象5的干扰是需要花费时间的。但是，和现有技术相同，也可以使增益Kadd= 1。即，可以省略加法增益器12。在 本发明中，为了简化说明，存在省略加法增益器12而进行说明的情况。省略加法增益器12的情况下的控制装置1的动作，首先，控制对象5的输入成为 在作为上述反馈控制器2的输出的操作量MV (s)上加上上述干扰推定部11的输出dm而得 到的值，即成为(MV(s)+dm)。另外，通过加法器13得到该“MV(s)+dm”和上述干扰推定部11的输出(干扰推定 值)dm之间的偏差。S卩，偏差=MV(S)+dm-dm = MV (S)。然后，该偏差被输入标称设备14。 即，向标称设备14输入作为上述反馈控制器2的输出的操作量MV (S)。并且，根据上述(4) 式的传递函数PN(s)得出与该操作量MV(S)对应的上述yN。如上所述，干扰观测部10的基本结构(图4(a)所示级别)自身可以是一般的结 构，本例的特征在于干扰推定部11和标称设备14的内容。首先，模拟某种控制对象的标称设备本身是如上述参考文献1中所示的以往就存 在的设备。但是，例如在参考文献1中是涉及电动机/发电机的模型化，关于精密温度调 节系统进行具体的模型化的例子未被发现。本发明人如后文对图5、图6所作的详细说明 那样，对于控制对象5进行具体的模型化，再如后文所述，根据所设定的假设使该模型简略 化，根据该简略化模型决定上述(4)式。在此，本实施例的控制装置1直接控制的只是排出口个别加热器26 (本实施例中的加热器21)。其检测作为温度调节对象空间的一例的净化室25 (腔室)内的温度，决定/ 控制加热器21的输出的增减/维持。但并不是说只要简单地将加热器21的输出和净化室 25 (腔室)内温度之间的关系模型化即可。净化室25(腔室)内的温度并不是仅仅由加热器21的输出决定，还受到冷却器28 的冷却性能、到达冷却器28之前与外部空气的混合、相对于净化室25出入的热量等各种要 素的影响，而且根据情况还受到干扰的影响。因此，图1中所示的控制对象5并不单指排出口个别加热器26 (加热器21)，意味 着在图2、图3所示的精密温度调节系统整体。也就是说，图1所示的控制对象5意味着由 排出口个别加热器26、冷却器28、净化室25、空气管道(供给路径)等构成的系统整体。并 且，为了将控制对象5的动作模型化，不仅要考虑加热器21的输出、冷却器28的冷却性能， 还必须考虑空气(热量)的流动等。本实施例的标称设备14是模拟这种意义上的“控制对象5”的动作的模型。关于 标称设备14将在后文作详细说明。另外，根据干扰推定部11的由上述(2)式所示的传递函数，能够进行适当的干扰 推定。在此，在本例的最佳实施例中，在上述(2)式中为Kobs = 1/KpT01 = T0在此，上述⑵式中的分母“l+I^s”仅仅是用于测量系统的噪音去除等。在此，如 果忽略TffiS的话，在上述最佳实施例中，上述(2)式被表示为以下(5)式式5
1+T0S…(5)式
KP如上所述，(5)式是将⑵式的分母分子反转，即成为l/PN(s)。由此，进行适当的 干扰推定，而得到适当的输出值(干扰推定值)dm。能取得如此效果的理论说明在此不能充 分说明，但如后所述，通过实验确认能够取得效果。另外，关于基本的考虑方法，后文参照图 4进行详细说明。下面，在进行图4以后的说明之前，参照图2、图3对控制对象5的具体例、进一步 对适用本例的控制装置1的精密温度调节系统整体进行说明。图2是本例的精密温度调节系统的概要结构图(立体透视图)。另外，图3是本例 的精密温度调节系统的系统结构图。在图3中，将图2平面地模式化地表示。此外，图3是 在将图2模式化地平面地表示的关系上，对各部位的配置关系进行相对地描绘，并不是表 示实际的设置位置。此外，图2、图3是控制对象5的结构的一个具体例。在图2、图3中，净化室25是作为利用本系统20进行精密的温度调节的对象的空 间(温度调节对象空间)的一例。这样的温度调节对象空间不局限于净化室(称为腔室等 均可成为对象)，在此，以净化室为例。净化室25内的空气从图2中未表示但在图3中表示的吸气管道27被吸入空气管 道(供给路径)内。在此，在本构成例中，“供给路径”包括多个小房间(温度调节空间)30(30a、30b、 30c)、上部空间32、和净化室上部空间33。这里特别是，与以往的供给路径为一个通道的空
12间相比，在本例中分隔为多个小房间(温度调节空间)30(30a、30b、30c)。净化室25内的空 气从上述吸气管道27被吸入图示的小房间(温度调节空间)30a (最下方的小房间)。在该小房间30a内，设置有冷却器28和送风器(风扇)24。另外，图2中虽然未表 示(但在图3中表示)，在小房间(温度调节空间)30a设置有吸入外部空气的吸气口 29。 上述被吸入的净化室25内的空气和从吸气口 29流入的外部空气混合，通过冷却性能较高 的利用水进行冷却的冷却器28被冷却后，由送风器24送入上层的小房间30b。此外，在图3所示例中，与该冷却相关的目标温度(为了与关于后述的净化室25 内的温度的目标温度相区别，称为冷却目标温度)为21. 5°C，因此，送入小房间30b的空气 (冷却空气)的温度应该在该冷却目标温度附近。另外，在图2中，在小房间30a内，在冷却器28和送风器24之间存在间隔，但是， (如图3中所示)也可以没有。送入小房间30b的冷却空气进一步流入上层的小房间30c，再从那里流入图示的 上部空间32，进而流入净化室上部空间33。如图所示，在净化室上部空间33设置有排出口 个别加热器26。流入净化室上部空间33的空气通过图示的多台排出口个别加热器26 (在 图示例中为26a、26b、26c三台)分别被加热。在图3所示例中，目标温度是23.0°C。S卩，精 密温度调节系统20将净化室25内的温度控制在该目标温度(23.0°C )。如上所述，净化室25内的空气通过冷却器28暂时冷却后(冷却目标温度是 21. 5°C)，在各排出口个别加热器26(26a、26b、26c)分别单独地被加热，成为温度接近目标 温度(23.0°C)的空气，流入净化室25内。此外，各排出口个别加热器26如图3所示，由风 扇22+加热器21构成。或者也可以是由风扇22+加热器21+过滤器构成的结构。净化室上部空间33的空气(流入排出口个别加热器26的空气)由于温度变动小， 易于进行温度控制，能够实现高精度的温度控制。也就是说，由冷却器28冷却的空气(冷 却空气)通过上述两个小房间30b、30c和上部空间32流入净化室上部空间33。在各小房 间30b、30c和上部空间32中，空气被搅拌，所以温度成为大致均勻(温度变动变小)。在图2所示例中，各小房间30之间以及小房间30c和上部空间32之间，设置有成 为空气吸气口 /排气口的吸排气口 31 (31a、31b、31c)。空气通过该吸排气口 31从下层的小 房间30流入上层的小房间30 (或者上部空间32)。也就是从上游侧流向下游侧(作为大的 流向是按照图示箭头标记A所示方向流动)。即，小房间30a的上述冷却空气通过图示的吸 排气口 31a流入其上层的小房间30b。同样地，小房间30b的空气通过图示的吸排气口 31b 流入其上层的小房间30c。同样地，小房间30c的空气通过图示的吸排气口 31c流入其上层 的上部空间32。然后，进一步地，上部空间32的空气流入净化室上部空间33。在此，优选的是，配置各吸排气口 31，使得空气的流动成为锯齿形(形成非直线 地、比较长距离的空气流动)。另外，设置于各小房间30(温度调节空间)的吸排气口 31被 设置在如下所述的位置至少在各温度调节空间内的空气的流动距离不成为最短。例如，优 选的是，在各温度调节空间内的空气的流动距离、即各温度调节空间的两个吸排气口之间 的距离尽可能长。即，例如以小房间30c为例，若吸排气口 31b设置于如图所示的房间的一 侧，则吸排气口 31c如图所示设置在相反侧。如此一来，与空气管道(供给路径)为一个通道的情况相比时，相对于空气的流动 方向成为阻碍的地方较多，因此，空气与阻碍处(小房间30的顶棚或侧壁等)相碰撞，改变方向，由此被搅拌。从而，实现空气温度的均一化。而且，即使是小型化的结构，也可以使空 气流动的距离变长，由此也能够实现空气温度的均一化。这样，不仅是空气流动的距离还通 过搅拌而使空气相互混合，能够增大空气温度均勻的效果。此外，图2所示的箭头标记A作 为大的流向显示空气的流动方向(忽略搅拌、锯齿形等)。上述控制装置1在图2中没有显示，但如图3所示，用于控制排出口个别加热器 26。如上所述，在此，以三台排出口个别加热器26中的一台(排出口个别加热器26c)为例 进行说明。在该例中，与排出口个别加热器26c对应的控制装置Ic具备与上述反馈控制器 2、加法器4、加法器3、干扰观测部10相当的PID2c、加法器4c、加法器3c、干扰观测部10c。 另外，加热器驱动装置44c在图上表示在排出口个别加热器26c的外部，但也可以考虑包含 于排出口个别加热器26c的结构。从加法器4c向PID2c输入上述偏差E(s) = (r_y)。在此，r = 23. 0°C,y是由温 度传感器TA03检测出的温度。温度传感器TA03是用于检测净化室25内温度的传感器，尤 其是检测在净化室25内排出口个别加热器26c所对应的区域(例如排出口个别加热器26c 的正下方空间)的温度的传感器。由温度传感器TA03检测出的温度y也被输入干扰观测部10c。然后，通过加法器 3，在PID2c的输出(操作量MV(S))上加上来自干扰观测部IOc的输出(dmXKADD，但如上 所述，在此Kadd = 1，因此为dm)。然后，该加法结果(MV(s)+dm)被输入加热器器驱动装置 44c，并且也被输入干扰观测部10c。在此，如图2、图3所示，在净化室25设置有门23。例如，操作员等从该门23进 出。上述所谓“干扰”例如是由该门23的开闭生成的、净化室25内的温度上升(或者温度 下降)。干扰观测部IOc进行与该干扰导致的影响相应的补偿。在图3中，为了进行比较，关于与排出口个别加热器26a、26b对应的控制装置表示 现有技术的结构，但实际上这些控制装置也与上述控制装置Ic相同地构成为如图1所示的 结构。如图所示，在现有的结构中，从PID2a、2b的输出(操作量MV (S))保持原样输入加热 器驱动装置44a、44b。此外，在图3中，概略地表示用于控制冷却器28的结构(加法器41、PID42、加热 器驱动装置43、温度传感器TA06、FS1、FS2、H1等)，冷却器28及其控制方法自身可以与现 有技术大致相同，因此不作特别说明。以下，也参照图4说明关于上述图1所示的控制装置1的动作。首先，如上所述，设置有干扰观测部10的结构(图4(a)所示的程度)自身是现有 技术的一般结构，其动作是按照例如上述参考文献1中所示。也就是说，按照例如参考文献 1中的式1、式2、式3所示。不同的是存在加法增益器12，如上所述，如果在参考文献1中 设定Kadd = 1，则可以认为大致相同。但是，关于这点先使用图4(a)说明。图4(a)是也包含控制对象5在内对上述图1所示的控制装置1进行模型化的图。 干扰对于控制对象5的影响与参考文献1的图2的情况相同，将向控制对象5的输入设为 减去干扰d之后的值。也就是说，在Kadd= 1的时，通过图示的加法器6得到u+dm-d，其成 为控制对象5的输入。另外，在图4(a)中，为了简化，将上述PID2的传递函数、即上述(1)式中与E(S) 相乘的部分设为“C”，将上述干扰推定部11的传递函数、即上述(2)式设为“PM”。另外，MV(S)设为“u”，P (s)设为“P”。由此，例如向控制对象5的输入成为“ιι+Κ_ ·-_(!”。根据图4(a)所示模型，求得d — y的传递特性。首先，由图4(a)所示的模型得出以下的(a)式、(b)式、(c)式(a) (yN-y) · Pm = dm(b) (dm · KADD+u-d) · P = y
(c) (-dm+dm · KADD+u) Pn = yN在此，上述参考文献1的式2中是将y以y = yu+yd的形式表示。即，关于y存 在基于操作量u的影响和基于干扰d的影响。因此，也可以表示为例如yu = kuXu、yd = 、乂(1(1^、、为系数)。在此，如果仅对yd进行说明，展开上述(a)式、(b)式和(c)式，可得 到关于y的以下(6)式。此外，当求取yd时，在上述(a)式、(b)式、(c)式中设为没有U，而求得y的计算 式。同样，当求取yu时，在上述(a)式、(b)式、(c)式中设为没有d，而求得y的计算式。(a) — (b){(yN-y) · Pm · K細_d} · P = y ...(b)，(a) — (c){(yN-y) ·ΡΜ· (Kadd-I)IPn = yN— (yN-y) (Kadd-I) · PmPn = yN ... (c)，由(b)，(yN-y) · Pm · Kadd = (y/P)+d ...(b)，，根据(b)”一 (c)’，得出以下的(6)式y = {P (I-KaddPmP^PmPn) / (K細PmPn-PmPn-I-PKaddPm) } X d... (6)式上述(6)式中的y相当于上述yd。由此，这里在上述(6)式中，如果Kadd = 1，则得到以下(6)’式:Yd = {P (1-PMPN+PMPN) / (PmPn-PmPn-I-PPm) } X d= {p/(-l-ppM)} Xd= {-P/(1+PPM)} Xd …(6)，式(-P/(1+PPM) = kd)上述参考文献1的式2中的yd(第二项)是“_ (P/(1+PL)) ”，Pm可以认为相当于 L(虽然不相同，内容有差异)，因此，上述(6)，式可以认为和上述参考文献1的式2中的 yd(第二项)相同。关于yu不作特别说明，同样，当设Kadd = 1时，则与上述参考文献1的式2中的第 一项相同。这样，即使有加法增益器12，也可以认为是与现有技术大致相同的动作。并且，在本实施例的控制装置1中，如上所述，关于精密温度调节系统，进行控制 对象5的具体的模型化，且特别是如同上述最佳实施例那样，通过将干扰推定部11的传递 函数设为与该模型(标称设备14)相对应，进行适当的干扰补偿。有关这些内容参照图4(b) 进行说明。此外，以Kadd = 1进行说明。在图4(b)中，其第一层表示d的具体例、第二层表示y的具体例、第三层表示7,的 具体例、第四层表示“yN-y”的具体例、第五层表示dm的具体例。
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首先，如第一层所示，设为在某个时刻发生干扰，d发生变化(例如0 — 1)。这例 如设为上述门23被打开。另外，在此，净化室25内的温度设为比外部温度高。这时，y的 值即净化室25内的温度降低，如第二层中所示，理应成为依据上述标称设备14的传递函数 ((4)式)的温度变化。即，成为依据PN = KP/(l+TQs)的温度变化。此外，该第二层的温度 变化表示不通过干扰观测部10进行补偿的情况，通过干扰观测部10进行补偿的情况下，该 温度变化变得非常小。另一方面，标称设备14的输出yN并不受到干扰的影响，所以如果例如u的值设为 不变化，那么如第三层所示，输出值也不变化。因此，如第四层所示，成为干扰推定部 11的输入的“yN_y”成为表示上述y的变化的值。即，表示关于温度调节对象空间的温度的 因干扰产生的影响度的值。在此，上述最佳实施例的情况下，干扰推定部11的传递函数Pm成为Pm= (1+T0s)/KpS卩，为上述标称设备14的传递函数((4)式)的倒数。因此，相对“yN_y”的dm成为相对上述d的y的情况的倒数。即，按照第五层所示， 相当于d。该dm加到PID2的输出u上，向图4(a)所示的模型的控制对象5的输入“u+dm-d” 大致成为“U”，若理论上u不变化，则y也不变化(实际上不能完全排除干扰的影响)。本发明人实际上制作完成本例的控制装置1，通过实验确认其效果。也就是说，如 图9(a)、(b)中所示，与没有基于干扰观测部10的补偿的现有技术结构相比，确认可以减少 由干扰造成的影响(净化室25内的温度变化)。在该实验中，门23打开60秒。在现有技术控制中，如图9(a)中所示，最大产生 0. 024°C的温度下降。另一方面，在本例的控制中，如图9(b)中所示，最大产生0. 009°C的温 度变化。根据本实验确认设为Kadd = 0. 7左右时，效果最佳。而且，在本实验中，上述标称设备14的传递函数((4)式)以及干扰推定部11的 传递函数Pm中的Hp的值是预先根据其他实验决定的值。关于这点后文参照图8进行说 明。以下，参照图5、图6说明如何决定上述标称设备14的传递函数((4)式)。首先，本实施例的控制装置1是控制加热器21的输出的装置，控制对象的模型化 必须针对图2、图3中所示的系统20整体进行。此外，图2、图3的结构仅仅表示一例，本发明并不局限于这个例子。在图2、图3 的结构中将空气管道(供给路径)分隔成多个小房间(温度调节空间)30(30a、30b、30c)， 可以取得上述效果。但是，本方法的适用对象不局限于这个例子，虽然没有特别作图示，但 也可以将空气管道(供给路径)的结构设为如现有技术那样的一根通道(单通道)。图5(a)表示在图2、图3中所示的结构整体(控制对象5)的简略模型。在该简略模型中，首先，作为温度调节对象空间的净化室25内的总热量设为Q1， 与该总热量Ql相应的室内温度设为tl。由上述温度传感器TA03检测出的温度为tl。另 外，通过排出口个别加热器26流入净化室25内的热量设为q0 (空气温度为t0)，从吸气管 道27向净化室25外流出(流入到空气管道(供给路径))的热量设为ql。另外，风扇22 的风量设为Fa。由此，来自吸气管道27的流出空气的风量也看作Fa。另外，门23打开导 致的温度变化(干扰)设为td。另外，从吸气口 29流入的外部空气的温度设为tM。
上述热量ql的空气和上述温度tM的外部空气按所设定的比例(在此，设为 "r (1-r)”，其中，r为大于等于0小于1的值，作为一例，例如设为0 0.3左右)混合， 在冷却器28被冷却。在冷却器28冷却后的空气的热量设为q2。该空气由排出口个别加热 器26 (加热器21)加热，流入净化室25内。在上述简略模型中，首先，上述Ql由以下(7)式表示。即，表示为热量ql和热量 q0之间的差的积分。式6Q1 = f(qo-qi)dt=-(qo-q,>·· (7)式
JS另外，在此定义两个“空气温度-热量变换系数” ka、kv。若风扇风量设为Fa[m7s]，空气密度设为P [kg/m3]，比热设为c[J/kg · K]，装置 容积设为V[m3](其中，V是净化室25 (腔室)的容积)，则ka、kv由下式表示ka = FaX P Xc[J/s · K]kv = VX P Xc[J/K]若使用这些“空气温度-热量变换系数”表示上述q0、tl、ql，则成为如下式所示。 其中，热量为[W]、温度为[°c]。q0 = kaXtOtl = Ql/kvql = kaXtl将图5(a)所示的简略模型使用上述“空气温度-热量变换系数”表示的模型为图 5(b)。此外，在图5(b)中还考虑伴随风扇22的旋转产生的热量qF。热量qF是由风扇的 电机旋转产生的热量，或由挤压空气时的摩擦产生的热量等。首先，如上所述，在冷却器28冷却后的空气热量是q2，如图5(b)中所示，在排出口 个别加热器26中，上述热量qF和由加热器21产生的热量U [W]加入到该热量q2，热量qO 进入到腔室内。在图5(b)中，虚线围住的部分是在腔室内的热量的流入/流出的模型，该模型的 输出是从腔室流出的热量ql。该热量ql被反馈而得到“qO-ql”。对该“q0_ql”进行积分， 得到腔室内的总热量Ql。该总热量Ql利用上述“空气温度-热量变换系数” kv换算为空气温度。S卩，计算 t = QX (Ι/kv)。在该空气温度t上加上所述干扰td (但是，在此，设td是负值)，得到上 述tl。即，得到腔室内的空气温度tl。由该空气温度tl和上述“空气温度-热量变换系 数” ka，求得从腔室流出的热量(上述ql)。该ql按照上述反馈得到“q0_ql ”。如上所述，“在腔室内的热量的流入/流出的模型”的输出为ql，该图上右侧的模 型是空气管道(供给路径)的模型。首先，使用上述“空气温度-热量变换系数”ka将上述 热量ql换算成空气温度{t3 = qlX (1/ka)}。如上所述，将该温度t3的空气和温度tM的 外部空气按所设定的比例混合，因此，如图所示，通过式“t4= {t3X (l-r)} + (tMXr)”(r为 例如0. 3左右)求得混合空气的温度t4。使用“空气温度_热量变换系数”ka将该空气温 度t4换算成热量后，输入冷却器模型。从冷却器模型输出热量q2。
在此，通过以下的(1)_(3)的假设，将图5(b)的模型简略化。[假设](1)风扇热量％无变化。或者伴随其变化的对温度调节对象空间内温度的影响， 与非稳态干扰造成的影响相比足够小。这就意味着风扇的热量无变化。(2)外部气体温度tM无变化。或者在控制对象时间内的温度变化与非稳态干扰 造成的影响相比足够小(小到可忽略程度)。(3)冷却器的冷水线圈的冷水温度无变化。或者对温度调节对象空间内温度的影 响，与非稳态干扰造成的影响相比足够小。根据上述假设，图5(b)的模型可以设为如图6所示的简略化模型。首先，根据上述假设(1)和(2)，图5(b)的模型中的风扇热量％和外部气体温度 tM所涉及的部分可省略。另外，“在腔室内的热量的流入/流出的模型”自身与图5(b)相 同。另外，根据上述假设(1)、(3)，冷却器(其冷水线圈)能够按照如图6所示方式模型化。在如图6所示的简略化模型中，流入腔室内的热量qO为q0 = q2+u。另外，作为 “在腔室内的热量的流入/流出的模型”的输出的热量ql与上述图5(b)同样地被反馈，得 到 “qO-ql，，。在此，上述热量ql和11 (换算成热量ql之前)被输入图示的冷却器(冷水线圈)， 如图所示其输出q2为以下所示q2 = ql_(tl · kf)(在此，kf是将tl和热交换量的关系在tl附近线性近似的系数，单位是[W/K]。 在以下的说明中，将本系数作为热交换系数。)在此，参照图7说明关于冷却器的简略模型化。首先，图7(a)表示冷却器的一般的概略结构图。在该概略结构中，主要表示冷却器的冷水线圈(其他结构省略)。温度ta的空气 (热量ql)以风量Fa流入冷水线圈，变成为热量q2的空气(风速无变化Fa)流出。冷水线 圈中冷却水以水速Fw流入/流出。即将流入冷水线圈前的冷却水的温度设为twa，刚从冷 水线圈流出的冷却水温度设为twl。此外，在冷却器中，当然也存在生成/送出冷却水的结 构，在此省略。若将该冷却线圈的热交换量设为qex，则成为q2 = ql-qex。在此，冷水线圈的热交换量qex通过以下式求得qex = kfX (ta-twa)在此，根据上述假设(3)，冷水温度twa无变化，因此，冷水温度twa省略(视为0)， 则上述式成为如下所示qex = kf Xta因此，q2 = ql-kfXta在上述图5、图6的例中，ta = tl，因此，成为下式q2 = ql-kfXtl对其进行模型化后成为如图6所示的冷水线圈的模型。在此，热交换系数kf的值如图7(b)所示的特性图那样，由风量Fa、水速Fw和冷水 线圈的结构决定。因此，若将风量Fa和水速Fw设为一定，预先决定其值，则可得到与其对应的热交换系数kf的值。在图示例中，风量Fa = 40，水速Fw设为图示的“水速1”，与其对 应的热交换系数kf的值为360。由此，在本说明中，以热交换系数kf = 360[ff/Κ]进行说 明。使用这样的如图6所示的简略化模型，如下所述，进行“U — tl”的导出。但是，设 为没有干扰td(如上所述，标称设备14自身并不受干扰的影响)。首先，若参照图6，显然可得出以下(d)式、(e)式、(f)式。
并且，如果将(e)式代入(f)式，则可得出以下(f) ’式(tl · ka)-(tl · kf) = q2 ... (f)，式下面，如果将上述(e)式、(f)’式代入(d)式，按以下方式展开，可得出“U —tl” 的导出式。(u+tl ‘ ka-tl ‘ kf-tl ‘ ka) ‘ (Ι/kv ‘ s) = tl(u-tl · kf) · (1/kv · s) = tlu = tl · kv · s+tl · kf = tl (kv · s+kf) (g)式根据上述(g)式得出以下⑶式式7
^ 在上述(8)式中，如果kv/kf = To,l/kf = Kp，则成为以下(9)式式8^―……(9)式 Ii To-S+ 1上述(9)式和(4)式相同。SP，如上所述，决定标称设备14的传递函数Pn(S)。另 外，如上所述，Kobs = l/Κρ，所以成为Kobs = kf。另外，上述To、Kp的具体的一例(实际实验的装置的例)如下所示。在本例中，装置容积V = 6m3。另外，设定kf = 360 _]。如果改变单位，则成为kf=360[W/K]—0.4[W/0.001°C]。由此，首先成为 Kp = Ι/kf = 1/0.4 = 2. 5
。另外，如果空气密度P = 1.203[kg/m3]、比热 C= 1. 006 [kj/kg · K]，则成为:kv =6 X 1. 203 X 1. 006 X IO3 = 7261 [J/K]。由此，成为To二kv/kf=7261X360 —20[sec]o因此，在该具体例中，标称设备14的传递函数Pn(S)成为以下(10)式式9Pn⑷(10)式
但是，本发明人也使用其他的实验装置进行实验。以下的说明是对其他实验进行 阐述。在此，图8表示实验结果的一例。图8中所示的图表是在例如图2、图3所示的结构中，进行如下那样的同定试验 (加热器发热特性)，使用市售一般的同定工具表示的图。同定试验概略本试验使各排出口个别加热器26的加热器21的输出以10%、 20%、30%的三个阶段变化，求得各输出时的温度传感器TA01、TA02、TA03 (控制点温度)的
温度变化。更具体的试验内容如下所示<收集条件>冷水线圈自动(SV值通常运用值)风扇22 运转(额定运转)加热器21 手动(输出初始值0，以后按10%、20%、30%阶段性地变化)内部负荷0W<收集方法>操作端输入部温度、控制点温度双方稳定后，继续收集数据10分钟。最初，加热器21的输出设为10%，按照如上所述收集数据。其次，加热器21的输出设为20%，按照如上所述收集数据。最后，加热器21的输 出设为30%，按照如上所述收集数据。图8中所示的各波形表示如下PV 控制点温度Ident 01 同定波形(推定的设备模型的PV波形)SV:目标温度MV 操作量(加热器21的输出量)根据图8中所示的数据，使用上述市售的同定工具决定参数。其结果是得到以下的传递函数Gl (S)式10
( 8e"001sG1OO = ^
1 ^ 20s+ 1即，时间常数T = 20 [sec]，增益 K = 0.8。在此，无效时间L与时间常数T相比十分小，所以作为观测将其忽略。由此，上述传递函数Gl (S)可以看作Gl(S) = 0. 8/(20s+l)此外，所谓时间常数是指达到最终值的63. 2%的时间。另外，所谓无效时间是指输 入信号发送传递时的延迟时间。关于干扰推定部11和标称设备14的传递函数的具体数值，例如可以根据实验而决定。例如，在图8的例中，如上所述，根据实验结果得出的传递函数Gl (s)中的增益K =0. 8，时间常数T = 20，因此可以将这些数值保持原样作为标称设备14的传递函数的具体数值。即，可以设定标称设备14的传递函数Pn(S)的增益Kp = 0.8，时间常数To = 20。另外，关于干扰推定部11，其传递函数的观测增益Kots = l/Κρ，因此，可以设定为 Kobs = 1/0.8= 1.25。另外，如上所述，上述(2)式中的Tqi与上述To相同，所以可以设为 T01 = 20。另外，关于上述(2)式中的Iffi,如上所述用于去除噪音等，因此本发明人设定自 己认为合适的任意值(在此为lsec)。由此，在本具体例中上述(2)式成为如下所示式11
Γ 1.25(1+ 20s)-
1 + s如上所述，关于⑵式、(4)式设定具体的参数，另外如上所述在设定Kadd = 0. 7的 基础上，实际地通过设备进行实验的结果(如上文已述)如图9(b)所示。关于这点已经阐 述，所以在此不做特别说明。此外，本说明中的上述所谓“干扰”是指已经在课题中阐述过的“非稳态干扰”，如 已经在课题中所述那样，作为这样的非稳态干扰发生的原因，不局限于上述门23的开闭， 由于其他原因，例如腔室中设置的挡板的开闭、相对腔室的工件(晶片、玻璃基板等)的出 入、机械臂的出入等，也会产生上述非稳态干扰。即，“非稳态干扰”发生的主要原因之一是由于门或挡板的开闭等外部气体相对腔 室(温度调节对象空间)暂时流入。另外，“非稳态干扰”发生的主要原因还有其他原因， 例如晶片、机器材料、人等进入腔室内，从而成为中长期的发热源。即，在腔室等的温度调节 对象空间内，因从外部进入外部气体、人等的某种温度变化主要因素而导致产生“非稳态干 扰”。但是，“非稳态干扰”发生的主要原因不局限于上述“相对于温度调节对象空间从 外部进入温度变化主要因素”，还有例如内部负荷的变动(装置的运转/停止等)等也成为 “非稳态干扰”发生的原因。本实施例的干扰观测器是应对这样的非稳态干扰的设备，能够将非稳态干扰的影 响(控制点温度的变化，即腔室内的温度变化)抑制在最小限度。此外，上述说明表示一个例子，本 明并不局限于这个例子。例如，图10 (a)示意性地表示上述一例的精密温度调节系统的结构。如图10 (a)所 示，上述一例的精密温度调节系统可以说是“冷却器+加热装置(0BS功能)”的结构。艮口， 将来自作为温度调节对象空间的一例的净化室25(在图10中记为温度调节对象空间25) 的空气暂时通过冷却器28冷却后，在排出口个别加热器26进行加热的结构中，是将基于本 方法的OBS功能应用于加热装置26’。即，是追加有例如图1中所示的干扰观测部10的结 构。此外，图10(a) (d)所示的加热装置26’意味着例如在图3等的例中的排出口 个别加热器26及其控制装置(图3中所示的Ic和加热器驱动装置44c等)。同样地，图示 的冷却器28’意味着例如冷却器28及其控制装置(图3中所示的加法器41、PID42、加热 器驱动装置43等)。不论哪种情况，实际上是对控制装置应用基于本方法的OBS功能。本发明的精密温度调节系统如上所述不局限 图10(a)这样的构成例，也可以是 例如图10(b)、(c)、(d)所示的结构。
图10(b)是“冷却器(0BS功能)”的结构。图10(c)是“冷却器(0BS功能)+加 热装置”的结构。图10(d)是“冷却器(0BS功能)+加热装置(0BS功能)”的结构。像这 样，基于本方法的OBS功能并不局限于单独应用于加热装置26’的例子，也可以单独应用于 冷却器28’，或者应用于加热装置26’和冷却器28’两方。另外，作为前提的结构也不仅仅 是“冷却器+加热装置”，也可以是“单独冷却器”，在这样的情况下如上述图10(b)所示，也 可以将基于本方法的OBS功能应用于冷却器28’。在将基于本方法的OBS功能应用于冷却器28’时，对于由例如图3中所示的加法 器41、PID42、加热器驱动装置43构成的控制装置，可以应用基于本方法的OBS功能(追加 例如图1中所示的干扰观测部10)。但是，在图10(b)的结构中，由于通过冷却器28冷却的冷却空气保持原样流入温 度调节对象空间25，因此输入到上述加法器41的目标温度r也可以设为温度调节对象空间 25的目标温度(在图3的例中为23. 0°C)等。另外，在该情况下，输入到加法器41的检测 温度y既可以采用通过如图3中所示的设置在小房间(温度调节空间)30a的温度传感器 TA06(检测冷却空气温度的传感器)检测的结果，也可以使用例如在温度调节对象空间25 内设置的温度传感器TA03等。或者，虽然在图3中没有显示，但也可以设置温度传感器，用 于检测将要流入温度调节对象空间25前的空气温度，将该检测数据作为输入加法器41的 检测温度1。另外，在图10(c)所示结构中，输入加法器41的检测温度y也可以采用上述温度 传感器TA06。或者，虽然在图3中没有显示，但也可以新设置温度传感器，用于检测相对于 排出口个别加热器26的吹入侧的空气温度(净化室上部空间33的空气温度)，将该温度传 感器的检测结果作为输入加法器41的检测温度。或者，在图10(c)所示的结构中，输入加法器41的检测温度y也可以使用上述温 度传感器TA03等。但是，在该情况下，在通过加法器41生成的偏差(r-y)中，包含由加热 装置26’产生的变化部分α (温度上升)。即，在图3的例中，变化部分α = 1. 5°C左右， 检测温度y成为23°C左右。因此在这种情况下，例如输入上述加法器41的目标温度r不是 21.5°C而是 23. 0°C等。上面参照

了本发明的实施方式，但本发明并不局限于上述实施方式。在 本发明技术思想范围内可以作种种变更，它们都属于本发明的保护范围。
权利要求
一种精密温度调节系统，包括温度调节对象空间；冷却装置，设置于供给在该温度调节对象空间中所冷却的空气的供给路径内；加热装置，设置在所述供给路径内，加热从所述冷却装置供给的空气，并向所述温度调节对象空间送风；和所述冷却装置的第一控制装置、所述加热装置的第二控制装置，该精密温度调节系统的特征在于所述第一、第二控制装置的至少一个还具备干扰观测部，该干扰观测部生成与非稳态干扰相应的补偿量并将其加算在操作量上，该干扰观测部包括标称设备，模拟与包含所述温度调节对象空间、所述冷却装置、所述加热装置、和所述供给路径的系统整体相关的动作；和干扰推定装置，输入从所述标称设备输出的温度与从所述冷却装置供给的空气的温度或所述温度调节对象空间内的温度之间的偏差，根据该偏差生成并输出干扰推定值，根据基于该干扰推定装置的干扰推定值决定所述补偿量。
2.一种精密温度调节系统，包括 温度调节对象空间；冷却装置，设置于供给在该温度调节对象空间中所冷却的空气的供给路径内； 加热装置，设置在所述供给路径内，加热从所述冷却装置供给的空气，并向所述温度调 节对象空间送风；和所述冷却装置的第一控制装置、所述加热装置的第二控制装置， 该精密温度调节系统的特征在于 所述第一、第二控制装置的至少一个，将包含所述温度调节对象空间、所述冷却装置、所述加热装置、以及所述供给路径的系 统整体作为控制对象，并具备反馈控制部，输入设定值和所述控制对象的实测值的偏差，计算操作量； 干扰观测部，计算与非稳态干扰相应的补偿量；和第一加法器，对所述操作量和所述补偿量进行加法运算，计算用于向所述控制对象输 入的控制量，所述干扰观测部包括 模拟所述控制对象的标称设备；干扰推定装置，输入该标称设备的输出与所述控制对象的实测值之间的偏差； 加法增益器，使该干扰推定装置的输出乘以规定倍数而计算所述补偿量； 第二加法器，计算向所述控制对象输入的控制量与所述干扰推定装置的输出之间的偏 差，生成向所述标称设备输入的信号。
3.根据权利要求1或2所述的精密温度调节系统，其特征在于所述标称设备通过将与包含所述温度调节对象空间、所述冷却装置、所述加热装置、以 及所述供给路径的系统整体相关的动作模型化，进而根据规定的条件将该模型简略化，使 用所得到的简略化模型而被决定。
4.根据权利要求3所述的精密温度调节系统，其特征在于在从所述温度调节对象空间流入所述供给路径内的空气和外部空气混合后通过所述 冷却装置进行冷却的结构的情况下， 所述规定的条件为由所述加热装置或冷却装置产生的送风风量不发生变化，或者伴随其变化的对温度调 节对象空间内的温度的影响与所述非稳态干扰所产生的影响相比足够小；所述外部空气的温度无变化，或者伴随其变化的对温度调节对象空间内的温度的影响 与所述非稳态干扰所产生的影响相比足够小；所述冷却装置的冷却能力无变化，或者对温度调节对象空间内的温度的影响与所述非 稳态干扰所产生的影响相比足够小。
5.一种精密温度调节系统，包括 温度调节对象空间；冷却装置，设置于供给在该温度调节对象空间中所冷却的空气的供给路径内；和 所述冷却装置的控制装置， 该精密温度调节系统的特征在于所述控制装置还具备干扰观测部，该干扰观测部生成与非稳态干扰相应的补偿量并将 其加算在操作量上，该干扰观测部包括标称设备，模拟与包含所述温度调节对象空间、所述冷却装置、以及所述供给路径的系 统整体相关的动作；干扰推定装置，输入从所述标称设备输出的温度与从所述冷却装置供给的空气的温度 或所述温度调节对象空间内的温度之间的偏差，根据该偏差生成并输出干扰推定值， 根据基于该干扰推定装置的干扰推定值决定所述补偿量。
6.一种精密温度调节系统，包括 温度调节对象空间；冷却装置，设置于供给在该温度调节对象空间中所冷却的空气的供给路径内；和所述冷却装置的控制装置，所述精密温度调节系统的特征在于所述控制装置将包含所述温度调节对象空间、所述冷却装置、以及所述供给路径的系 统整体作为控制对象， 所述控制装置包括反馈控制部，输入设定值与所述控制对象的实测值之间的偏差，计算操作量； 干扰观测部，计算与非稳态干扰相应的补偿量；和第一加法器，对所述操作量和所述补偿量进行加法运算计算用于向所述控制对象输入 的控制量，所述干扰观测部包括 模拟所述控制对象的标称设备；干扰推定装置，输入该标称设备的输出与所述控制对象的实测值之间的偏差； 加法增益器，使该干扰推定部的输出乘以规定倍数而计算所述补偿量；第二加法器，计算向所述控制对象输入的控制量与所述干扰推定部的输出之间的偏 差，生成向所述标称设备输入的信号。
7.根据权利要求5或6所述的精密温度调节系统，其特征在于所述标称设备通过将与包含所述温度调节对象空间、所述冷却装置、以及所述供给路 径的系统整体相关的动作模型化，进而根据规定的条件将该模型简略化使用所得到的简略 化模型而决定。
8.根据权利要求7所述的精密温度调节系统，其特征在于在从所述温度调节对象空间流入到所述供给路径内的空气与外部空气被混合，然后通 过所述冷却装置进行冷却的结构的情况下， 所述规定的条件为由所述冷却装置产生的送风风量不发生变化，或者伴随其变化的对温度调节对象空间 内的温度的影响与所述非稳态干扰所产生的影响相比足够小；所述外部空气的温度无变化，或者伴随其变化的对温度调节对象空间内的温度的影响 与所述非稳态干扰所产生的影响相比足够小；所述冷却装置的冷却能力无变化，或者对温度调节对象空间内的温度的影响与所述非 稳态干扰所产生的影响相比足够小。
9.根据权利要求1、2、5、6中任一项所述的精密温度调节系统，其特征在于 所述标称设备如下式12所述干扰推定装置的传递函数为l/PN(s)。
10.根据权利要求1、2、5、6中任一项所述的精密温度调节系统，其特征在于 所述非稳态干扰为由于温度变化主要因素相对于所述温度调节对象空间从外部进入而产生的、所述温度调节对象空间内的温度变化。
11.一种精密温度调节系统的控制装置，所述精密温度调节系统包括 温度调节对象空间；冷却装置，设置于供给在该温度调节对象空间中所冷却的空气的供给路径内；和 加热装置，设置在所述供给路径内，加热从所述冷却装置供给的空气，并向所述温度调 节对象空间送风，所述精密温度调节系统的控制装置为精密温度调节系统中的所述冷却装置的控制装 置或者所述加热装置的控制装置， 所述控制装置的特征在于还具备干扰观测部，生成与非稳态干扰相应的补偿量，并将其加算在操作量上， 该干扰观测部包括标称设备，模拟与包含所述温度调节对象空间、所述冷却装置、所述加热装置、以及所 述供给路径的系统整体相关的动作；和干扰推定装置，输入从所述标称设备输出的温度与从所述冷却装置供给的空气的温度 或所述温度调节对象空间内的温度之间的偏差，根据该偏差生成并输出干扰推定值，根据基于该干扰推定装置的干扰推定值决定所述补偿量。
12.—种精密温度调节系统的控制装置，所述精密温度调节系统包括 温度调节对象空间；冷却装置，设置于供给在该温度调节对象空间中所冷却的空气的供给路径内；和 加热装置，设置在所述供给路径内，加热从所述冷却装置供给的空气，并向所述温度调 节对象空间送风，所述精密温度调节系统的控制装置为精密温度调节系统的所述冷却装置的控制装置 或者所述加热装置的控制装置， 所述控制装置的特征在于将包含所述温度调节对象空间、所述冷却装置、所述加热装置、以及所述供给路径的系 统整体作为控制对象； 所述控制装置包括反馈控制部，输入设定值与所述控制对象的实测值之间的偏差，计算操作量； 干扰观测部，计算与非稳态干扰相应的补偿量；和第一加法器，对所述操作量和所述补偿量进行加法运算，计算用于向所述控制对象输 入的控制量，所述干扰观测部包括 模拟所述控制对象的标称设备；干扰推定装置，输入该标称设备的输出与所述控制对象的实测值之间的偏差； 加法增益器，将该干扰推定部的输出乘以规定倍数而计算所述补偿量；和 第二加法器，计算向所述控制对象输入的控制量与所述干扰推定部的输出之间的偏 差，生成向所述标称设备输入的信号。
13.一种精密温度调节系统的控制装置，所述精密温度调节系统包括 温度调节对象空间；和冷却装置，设置于供给在该温度调节对象空间中所冷却的空气的供给路径内， 所述精密温度调节系统的控制装置为精密温度调节系统的所述冷却装置的控制装置， 所述控制装置的特征在于还具备干扰观测部，生成与非稳态干扰相应的补偿量，并将其加算在操作量上， 该干扰观测部具备标称设备，模拟与包含所述温度调节对象空间、所述冷却装置和所述供给路径的系统 整体相关的动作；和干扰推定装置，输入从所述标称设备输出的温度与从所述冷却单元供给的空气的温度 或者所述温度调节对象空间内的温度之间的偏差，根据该偏差生成并输出干扰推定值， 根据基于该干扰推定装置的干扰推定值决定所述补偿量。
14.一种精密温度调节系统的控制装置，所述精密温度调节系统包括 温度调节对象空间；和冷却装置，设置于供给在该温度调节对象空间中所冷却的空气的供给路径内， 所述精密温度调节系统的控制装置为精密温度调节系统的所述冷却装置的控制装置， 所述控制装置的特征在于将包含所述温度调节对象空间、所述冷却装置、以及所述供给路径的系统整体作为控 制对象，所述控制装置包括反馈控制部，输入设定值与所述控制对象的实测值之间的偏差，计算操作量； 干扰观测部，计算与非稳态干扰相应的补偿量；和第一加法器，对所述操作量和所述补偿量进行加法运算，计算用于向所述控制对象输 入的控制量，该干扰观测部具备 模拟所述控制对象的标称设备；干扰推定装置，输入该标称设备的输出与所述控制对象的实测值之间的偏差； 加法增益器，将该干扰推定部的输出乘以规定倍数而计算所述补偿量；和 第二加法器，计算向所述控制对象输入的控制量与所述干扰推定部的输出之间的偏 差，生成向所述标称设备输入的信号。
全文摘要
本发明涉及精密温度调节系统及其控制装置。本发明的课题在于，在精密温度调节系统中，即使产生非稳态干扰时，也能够将温度调节对象空间的空气温度的变化抑制到最小限度。精密温度调节系统设置有具备干扰推定部(11)、标称设备(14)的干扰观测部(10)。标称设备(14)是模拟控制对象(5)的模型。控制对象(5)的模型化是考虑温度调节对象空间(腔室等)和空气管道中空气的热量、流量而进行的。干扰推定部(11)使用与该标称设备(14)的模型相对应的传递函数，根据控制对象(5)的输出(y)和标称设备(14)的输出(yN)之间的偏差(yN-y)，生成/输出干扰推定值(dm)。将该干扰推定值(dm)以规定的增益KADD(≤1，例如0.7左右)，将所得值加入到操作量MV(s)。
文档编号F24F11/02GK101893296SQ20101018462
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月21日 优先权日2009年5月22日
发明者岩田英之, 松本宏治, 藤原弘绘 申请人:富士电机系统株式会社