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粒子層熱伝導プロセスの温度分布を推定するためには，モデルに含まれる熱物性値を正確に知ることが重要である．本論文では，拡張カルマンフィルタを用いて，オンラインでの熱物性値の同定を行った．モデル式は，有限積分変換により粒子層熱伝導方程式から導出される．状態量とパラメータは，拡張カルマンフィルタにより同時に推定される．提案したパラメータ同定方法は，実験室規模での実験により検討された．観測ノイズとシステムノイズが存在するにも関わらず，数少ない観測値をもとに，拡張カルマンフィルタにより，良好なパラメータ推定ができた．

本論文では，非線形性の強いプロセスに対して，複数の局所制御系をコーディネーションして制御する手法を提案する．提案手法は，プロセスの局所モデルをもとに局所制御系を構築し，これらを並列に配置する．そして，それぞれの局所制御系の算出する局所操作量をアフィン結合してプロセスへの操作量とする．結合係数の決定関数としてソフトマックス関数を用い，調節パラメータを導入することによって，制御性能を調節できるようにした．提案手法を運転条件によって液面高さが変化する連続撹拌槽型反応器（CSTR）の温度制御問題に適用した結果，ひとつだけの局所制御系を用いる場合と比較して，広い運転領域で良好な制御性能を得られることを確認した．

非等温クロマトグラフィーは，ガス中の複数成分を連続的に分離ができる新しいプロセスである．本プロセスは，温度分布を形成し，それをカラム軸方向に移動することで，温度スイング吸着プロセスの吸脱着の繰返し操作を一つのカラムで連続的に行うのが特徴である．すなわち，温度スイングプロセスとガスクロマトグラフィーを組合せたプロセスになっている．本研究は提案したプロセスの実験室規模の分離装置を作製し，窒素ガス中に含まれる微量のエチレンと二酸化炭素の濃縮分離を行う実験を行い，その有用性を示している．さらに，本プロセスの分離特性を表現するモデルを構築して，シミュレーションを行っている．このシミュレーションは実験結果と良く一致し，分離特性を表現するモデル化ができた．

圧力スウィング吸着プロセス（PSA）を設計および運転するには，循環定常状態における操作条件の最適化が非常に重要である．このような運転条件の最適化のためには，プロセスの数学モデルを構築してシミュレーションにより行うのが望ましい．本研究では，数学モデルからPSAの循環定常状態を計算する直接法とPSAプロセスの最適化法を提案し，空気分離を行う実験室規模のPSAプロセスに適用して検証を行った．その結果本手法は，比較的短時間に最適運転条件を決定できることが確認された．

触媒充填層反応器におけるホットスポットを高精度かつ効率的に推定する手法の開発を行った．本手法は，可変グリッド法と拡張カルマンフィルタを組み合わせた手法である．一般的な均一グリッドによる推定手法とは異なり，可変グリッド法は状態量の分布に合わせて動的にグリッドを構成することができる．このため，可変グリッド法により偏微分方程式から高精度かつ少ない計算コストで解を得ることができる．触媒充填層反応器を対象としてシミュレーションにより本手法の有用性について検討したところ，均一グリッドを用いた拡張カルマンフィルタによる推定結果よりも良好に，なおかつ計算コストを増やすことなくホットスポットを推定することができた．

二次元空間を持つ放物形分布定数系に対する制御系設計法を開発した.2次元の熱伝導モデルを有限積分変換を適用することで非干渉化された状態空間モデルへと変換し, その状態空間モデルを用いて状態フィードバック制御システムを構成する.本設計法を熱伝導プロセスの温度分布制御に応用した結果, 少ない数のセンサー情報から全体の温度分布を推定でき, 制御性能も満足のいくものであることが確認できた.また, モデル誤差が存在する場合についても制御性能は良好であった.

本報では, 非親水性粒子層の乾燥過程における含水率分布のオンライン推定を行なう方法を提案している.乾燥プロセスにおける材料内の水分の移動過程は, 非線形の拡散方程式で記述できる場合が多い.非線形の拡散方程式をKirchhoff変換を用いることで擬似線形化し, さらに有限積分変換を用いて集中定数系へと近似することで, 状態空間モデルを導出する.この状態空間モデルに, カルマンフィルタを適用して, 未知の含水率分布の推定を行なう.本推定法により, 表面含水率, 平均含水率の測定データから, 含水率分布を精度良く推定できることが実験的に確認できた.

Microwave heating has lately attracted attention in the field of food engineering, because it is suitable for pasteurization and sterilization of highly viscous foods or foods containing particulates. In the pasteurizing process, it is important to monitor precisely the temperature-time profile of food products. Under microwave heating, however, it is difficult to measure the correct temperature by conventional thermometer because of heat generation due to the microwaves. This paper is concerned with temperature measurement by a data-storage type thermometer under microwave heating. A technique is developed to eliminate the influence of heat generation due to the microwaves.

放物形分布定数系の制御系設計における, 操作端の最適配置を探索する方法を提案し, それを一次元熱伝導システムに適用して制御性能の評価を行った.その結果, 本探索法により, 目標温度分布に制御するための, 最適なヒーターの配置を比較的正確に決定できることが確認できた.本法によれば, 操作端の数をそれほど多くしなくても, 操作端を最適な位置に設置することによって, 目標とする状態量に制御できることが示唆された.

放物形分布定数系の状態推定を行う際に用いられるセンサーの最適配置を探索する方法を提案し, それを一次元熱伝導システムに適用して状態推定結果の評価を行った, その結果, 本探索法で比較的正確に最適センサー配置を決定できることが確認できた。本法によれば, 最適なセンサーの配置は, システムの動特性に依存するだけでなく, 初期状態および定常状態の状態量分布にも依存することがわかった.また, 設置するセンサーの数をあまり多くしても状態推定の精度はそれ程向上されず, ある最適なセンサーの数が存在することが示唆された.

特殊な加圧型細管粘度計を用いて, 加圧下におけるホイップドクリームの流動特性の評価を試みた.その結果, ホイップドクリームの流動特性は, Herschel-Bulkleyモデルで表された.またこのモデルの3つのパラメータは圧力によって変化し, 圧力が高いほど粘性が低下し, かつニュートン流体に近づく傾向を示すことが明らかとなった.本測定結果を用いることにより, ホイップドクリームの配管輸送における圧力分布の特殊性の説明および摩擦損失の推定が可能となった。

著者らは, 先に, 放物形分布定数系の簡単な制御系設計の方法として有限積分変換を応用する方法を提案し, 単純な熱伝導プロセスや超臨界ガス抽出塔の温度分布制御に適用して, その有用性を確かめた.これらは, いずれも操作端が制御対象に分布されたいわゆる分布入力を対象としたものであった.ところで, 実際には, 操作端が制御対象の境界に存在するような場合も考えられる.本報では, このような境界入力の場合の制御系設計法を述べ, 簡単な熱伝導プロセスの実験を通して制御系の性能評価を試みた.

積層材の一次元非定常伝熱特性を解析するため, 構成要素の温度と熱流束との関係をs領域において積層数の関数として解析的に求めた.また, いくつかのみかけの熱物性値による均質材近似における誤差と限界を定量的に評価した.さらに, その結果が非定常法による温度拡散係数の測定法と密接にかかわっていることを実例によって示し, 積層材に適用する際の問題点について考察した.

ナフサを接触改質し芳香族に富んだ改質油を得る装置であるところの芳香族化反応塔の運転解析を実施するため, シミュレータを開発した.本シミュレータは, 各塔に触媒層半径方向の温度分布を考慮し, 33成分の化学種に対して, 57個の素反応を取入れたモデルに基づいている.結果を実装置のデータと比較したところ, 各成分組成および温度変化ともに良好な一致を示した.

向流接触型移動層吸着塔の軸方向に温度勾配をつける制御を試みた.これは分布定数系のシステムであり, さらに塔内において複雑な物質移動, 熱移動が起きている.本論文ではこれを多変数制御理論に基づいて制御し実現することを試み, 実際に吸着のない空気-ガラス系および, 吸着の起こる空気-活性炭系の場合に適用した.この際, 理論的モデルから制御アルゴリズムを導き, 多入力多出力系としてLQ制御および非干渉化と極配置法によるトラッキング制御の二つを行い十分満足のいく結果が得られた.

先に提案した制御方式の応用として, ベンチスケールの超臨界ガス抽出塔の温度分布制御を行った。抽出塔は二重管形式の複雑な構造を持つ充填層であるが, これを簡単な二重管モデルで表現し, 有限フーリエ変換を用いることにより集中定数系に変換し, オブザーバによる状態変数の推定値をもとに, 状態フィードバックを行った.オブザーバとして拡張カルマンフィルタを使用したが良好な状態推定が得られ, また制御性能も満足のいく結果が得られた.モデルが不完全であり, パラメータがほとんど未知であるにもかかわらず, このような結果が得られたのは, 本制御系がかなりロバストであることを示すものである.

The control scheme recently proposed by the authors for diffusion processes has been extended so as to be usable for systems with unknown parameters. The extended Kalman filter algorithm was used for simultaneous estimation of parameters and state variables. The performance of estimator and controller was tested in real time in an experimental heat conduction process. The results show that the control scheme is robust and performs well even with few sensors.

積層材料内の非定常温度分布を数値逆ラプラス変換の手法を用いて計算した.この方法は, 100枚程度の積層材に対しても実用可能であり, また, 多種類の構成要素からなる積層材に対しても適用できる.温度分布は, 特に時間の小さな所で, 表面の構戒要素の熱物性の影響を強く受け, 均質材の分布とは大きく異なる.このような物質のみかけの温度拡散係数は, 観測時間の他に, 構成要素の枚数によっても異なるため, 一意的には定まらない.

時間に関する積分の方向を反転した新しい型のラプラス変換を定義した.この積分変換の大きな特徴は, ある時間関数の変換が, 過去の観測データのみからシーケンシャルに求めることができることである.この変換法を基に, オンラインでシステムパラメータを同定する方法を開発した.この方法は, 集中定数系, 分布定数系の両方に適用でき, さらには, ゆるやかな時変系にも適用できる.本アルゴリズムの応用例として, 回分発酵と一次元熱伝導プロセスへの適用例を示した.