JP2816758B2 - ファジイ推論を用いた流量測定装置及び方法 - Google Patents
ファジイ推論を用いた流量測定装置及び方法Info
- Publication number
- JP2816758B2 JP2816758B2 JP2237670A JP23767090A JP2816758B2 JP 2816758 B2 JP2816758 B2 JP 2816758B2 JP 2237670 A JP2237670 A JP 2237670A JP 23767090 A JP23767090 A JP 23767090A JP 2816758 B2 JP2816758 B2 JP 2816758B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flow rate
- pipeline
- average
- degree
- drift
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/704—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow using marked regions or existing inhomogeneities within the fluid stream, e.g. statistically occurring variations in a fluid parameter
- G01F1/708—Measuring the time taken to traverse a fixed distance
- G01F1/712—Measuring the time taken to traverse a fixed distance using auto-correlation or cross-correlation detection means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
- G01F1/6965—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters comprising means to store calibration data for flow signal calculation or correction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
- F02D41/187—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow using a hot wire flow sensor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
- G01F15/06—Indicating or recording devices
- G01F15/068—Indicating or recording devices with electrical means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
- G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S706/00—Data processing: artificial intelligence
- Y10S706/90—Fuzzy logic
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、偏流および擾乱の存在する管路内の平均流
量を安定して求めることができるファジイ推論を用いた
流量測定装置及び方法に関する。
量を安定して求めることができるファジイ推論を用いた
流量測定装置及び方法に関する。
従来、管路内の流量を測定するには、流量を検出する
ための検出子を、管路内に複数個設置する場合と１つだ
けしか設置しない場合がある。
ための検出子を、管路内に複数個設置する場合と１つだ
けしか設置しない場合がある。
複数個の検出子を設置した流量計としては、実開昭61
−195418号公報や特開昭61−120016号公報に記載されて
いるように、各検出子からの出力信号の積分値を求める
という考え方から、平均流量を求めるように算出回路を
構成し、上流側管路系の形状により異なる流速分布の偏
向（偏流）に対して、安定に真の平均流量に近い値を求
めるようにしたものである。
−195418号公報や特開昭61−120016号公報に記載されて
いるように、各検出子からの出力信号の積分値を求める
という考え方から、平均流量を求めるように算出回路を
構成し、上流側管路系の形状により異なる流速分布の偏
向（偏流）に対して、安定に真の平均流量に近い値を求
めるようにしたものである。
また、１つの検出子を設置した流量計としては、特開
昭54−125060号公報に記載されているように、１個の熱
線素子を管路内に張設して、流速値の線積分値を求める
ことにより、流量の平均値を求めるものである。
昭54−125060号公報に記載されているように、１個の熱
線素子を管路内に張設して、流速値の線積分値を求める
ことにより、流量の平均値を求めるものである。
しかしながら、上記従来技術のうち、複数個の検出子
を設置したものでは、算出回路で平均流量を求める際
に、各検出子の出力の重みを等しく又は固定して取るよ
うにしているので、検出子のいずれかが、配管系の幾何
形状により生じる流体中の渦、剥離等による擾乱が多く
発生している領域にある場合、その擾乱により生じる流
体速度の微小なふれ（流体的なノイズ）を直接取り入れ
てしまい、安定した平均流量が得られないという問題が
ある。
を設置したものでは、算出回路で平均流量を求める際
に、各検出子の出力の重みを等しく又は固定して取るよ
うにしているので、検出子のいずれかが、配管系の幾何
形状により生じる流体中の渦、剥離等による擾乱が多く
発生している領域にある場合、その擾乱により生じる流
体速度の微小なふれ（流体的なノイズ）を直接取り入れ
てしまい、安定した平均流量が得られないという問題が
ある。
また、１つの検出子を設置したものでも、上記の場合
と同様に、流体速度の微小なふれについての対策が講じ
られていない。
と同様に、流体速度の微小なふれについての対策が講じ
られていない。
さらに、上記流体速度の微小なふれの発生位置は、偏
流分布の形状の変化によって移動するため、従来のよう
な固定的な重み付けによる平均流量の算出方法では、こ
れに柔軟に対応して安定した正確な流量算出値が得られ
ないという問題がある。
流分布の形状の変化によって移動するため、従来のよう
な固定的な重み付けによる平均流量の算出方法では、こ
れに柔軟に対応して安定した正確な流量算出値が得られ
ないという問題がある。
本発明の目的は、複数の検出子の出力から管路内の平
均流量値を算出する場合、ファジイ推論とファジイ積分
を用いることにより、任意の偏流および擾乱のもとで、
真の平均流量値を測定することができるファジイ推論を
用いた流量測定装置および方法を提供することである。
均流量値を算出する場合、ファジイ推論とファジイ積分
を用いることにより、任意の偏流および擾乱のもとで、
真の平均流量値を測定することができるファジイ推論を
用いた流量測定装置および方法を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明は、管路内の流体
運動によって生ずる物理的な変動を検出する複数個の検
出子と、該複数個の検出子の出力を電気信号に変換する
前処理回路と、前記電気信号を取り込んで管路内の流体
の流量を演算する演算ユニットと、を備えた流量測定装
置において、管路内の流速の平均的レベルの似ている度
合を表わした第１の所属度関数表、管路内の偏流の分布
に似ている度合を表わした第２の所属度関数表、および
前記偏流分布に対応した流量を表わした管路内平均流量
算出式を記憶した記憶手段と、前記複数箇所で検出した
流速値を用いて前記２つの所属度関数表を参照すること
により、管路内の各流速レベルと偏流モデルへの所属度
を求め、その各所属度を重みとして前記管路内平均流量
算出式の重み付き平均を演算し、管路内の流量を算出す
る演算手段と、を前記演算ユニット内に設けたものであ
る。
運動によって生ずる物理的な変動を検出する複数個の検
出子と、該複数個の検出子の出力を電気信号に変換する
前処理回路と、前記電気信号を取り込んで管路内の流体
の流量を演算する演算ユニットと、を備えた流量測定装
置において、管路内の流速の平均的レベルの似ている度
合を表わした第１の所属度関数表、管路内の偏流の分布
に似ている度合を表わした第２の所属度関数表、および
前記偏流分布に対応した流量を表わした管路内平均流量
算出式を記憶した記憶手段と、前記複数箇所で検出した
流速値を用いて前記２つの所属度関数表を参照すること
により、管路内の各流速レベルと偏流モデルへの所属度
を求め、その各所属度を重みとして前記管路内平均流量
算出式の重み付き平均を演算し、管路内の流量を算出す
る演算手段と、を前記演算ユニット内に設けたものであ
る。
また、本発明は、管路内の流体運動によって生ずる物
理的な変動を検出する複数個の検出子と、該複数個の検
出子の出力を電気信号に変換する前処理回路と、前記電
気信号を取り込んで管路内の流体の流量を演算する演算
ユニットと、を備えた流量測定装置において、管路内の
偏流の分布に似ている度合を表わした所属度関数表、お
よび前記偏流分布に対応した流量を表わした管路内平均
流量算出式を記憶した記憶手段と、前記複数箇所で検出
した流速値を用いて前記所属度関数表を参照することに
より、管路内の各偏流モデルへの所属度を求め、その各
所属度を重みとして前記管路内平均流量算出式の重み付
き平均を演算し、管路内の流量を算出する演算手段と、
を前記演算ユニット内に設けたものである。
理的な変動を検出する複数個の検出子と、該複数個の検
出子の出力を電気信号に変換する前処理回路と、前記電
気信号を取り込んで管路内の流体の流量を演算する演算
ユニットと、を備えた流量測定装置において、管路内の
偏流の分布に似ている度合を表わした所属度関数表、お
よび前記偏流分布に対応した流量を表わした管路内平均
流量算出式を記憶した記憶手段と、前記複数箇所で検出
した流速値を用いて前記所属度関数表を参照することに
より、管路内の各偏流モデルへの所属度を求め、その各
所属度を重みとして前記管路内平均流量算出式の重み付
き平均を演算し、管路内の流量を算出する演算手段と、
を前記演算ユニット内に設けたものである。
また、本発明は、機関の回転速度を検出する回転速度
検出器と、吸気管内の吸入空気量を検出する流量検出器
と、前記吸気管内の吸入空気に燃料を噴射する燃料噴射
装置と、前記速度検出器と流量検出器からの検出信号を
取り込んで、前記燃料噴射装置の燃料噴射量を調節し機
関の回転速度を制御する制御装置と、を備えた内燃機関
において、前記流量検出器として、上記いずれかの流量
測定装置も搭載したものである。
検出器と、吸気管内の吸入空気量を検出する流量検出器
と、前記吸気管内の吸入空気に燃料を噴射する燃料噴射
装置と、前記速度検出器と流量検出器からの検出信号を
取り込んで、前記燃料噴射装置の燃料噴射量を調節し機
関の回転速度を制御する制御装置と、を備えた内燃機関
において、前記流量検出器として、上記いずれかの流量
測定装置も搭載したものである。
さらに、本発明は、管路内を流れる流体の流量を測定
する際に、管路内の複数箇所の流速を検出するととも
に、管路内の流速の平均的レベルの似ている度合を表わ
した第１の所属度関数表と、管路内の偏流の分布に似て
いる度合を表わした第２の所属度関数表と、前記偏流分
布に対応した流量を表わした管路内平均流量算出式とを
用意し、前記複数箇所で検出した流速値を用いて前記２
つの所属度関数表を参照することにより、管路内の各流
速レベルと偏流レベルへの所属度を求め、その各所属度
を重みとして前記管路内平均流量算出式の重み付き平均
を演算し、管路内の流量を算出することである。
する際に、管路内の複数箇所の流速を検出するととも
に、管路内の流速の平均的レベルの似ている度合を表わ
した第１の所属度関数表と、管路内の偏流の分布に似て
いる度合を表わした第２の所属度関数表と、前記偏流分
布に対応した流量を表わした管路内平均流量算出式とを
用意し、前記複数箇所で検出した流速値を用いて前記２
つの所属度関数表を参照することにより、管路内の各流
速レベルと偏流レベルへの所属度を求め、その各所属度
を重みとして前記管路内平均流量算出式の重み付き平均
を演算し、管路内の流量を算出することである。
また、本発明は、管路内を流れる流体の流量を測定す
る際に、管路内の複数箇所の流速を検出するとともに、
管路内の偏流の分布の似ている度合を表わした所属度関
数表と、前記偏流分布に対応した流量を表わした管路内
平均流量算出式とを用意し、前記複数箇所で検出した流
速値を用いて前記所属度関数表を参照することにより、
管路内の各偏流モデルへの所属度を求め、その各所属度
を重みとして前記管路内平均流量算出式の重み付き平均
を演算し、管路内の流量を算出することである。
る際に、管路内の複数箇所の流速を検出するとともに、
管路内の偏流の分布の似ている度合を表わした所属度関
数表と、前記偏流分布に対応した流量を表わした管路内
平均流量算出式とを用意し、前記複数箇所で検出した流
速値を用いて前記所属度関数表を参照することにより、
管路内の各偏流モデルへの所属度を求め、その各所属度
を重みとして前記管路内平均流量算出式の重み付き平均
を演算し、管路内の流量を算出することである。
本発明は、管路内の流体流量を計算する際、管路内を
流れる流体の各点の流速が偏流と擾乱の影響により特定
の平均値と分散を有する度数分布を持ち、この度数分布
パターンが管路系の幾何形状と管路内の平均流速ごとに
固有であるという特性を利用している。この特性を利用
して平均流量を算出するために、本発明は、管路内に設
置した複数の検出子からの検出値をファジイ変数として
用い、このファジイ変数と、予め用意しておいた流速の
所属する段階を表わす流速レベルメンバシップ関数表
（第１の所属度関数表）と、偏流分布モデルパターンを
表わす偏流モデル関数表（第２の所属度関数表）と、各
流速レベルと偏流分布パターンに対応する平均流量を決
定するための経験式（管路内平均流量算出式）とをファ
ジイ推論によって対応づけるように、ソフトウエアとハ
ードウエアが構成されている。
流れる流体の各点の流速が偏流と擾乱の影響により特定
の平均値と分散を有する度数分布を持ち、この度数分布
パターンが管路系の幾何形状と管路内の平均流速ごとに
固有であるという特性を利用している。この特性を利用
して平均流量を算出するために、本発明は、管路内に設
置した複数の検出子からの検出値をファジイ変数として
用い、このファジイ変数と、予め用意しておいた流速の
所属する段階を表わす流速レベルメンバシップ関数表
（第１の所属度関数表）と、偏流分布モデルパターンを
表わす偏流モデル関数表（第２の所属度関数表）と、各
流速レベルと偏流分布パターンに対応する平均流量を決
定するための経験式（管路内平均流量算出式）とをファ
ジイ推論によって対応づけるように、ソフトウエアとハ
ードウエアが構成されている。
複数の検出子付近に任意の偏流分布がある場合、その
偏流分布と、これとは別に予め用意された複数の偏流分
布モデルパターンとの適合度をファジイ演算により求
め、各偏流モデルパターンに対応する試験式を用いて、
各偏流モデルパターンに対応する平均流量を求める。さ
らに、適合度を重みとして用いて、各偏流モデルパター
ンに対応する重み付き平均を計算する。
偏流分布と、これとは別に予め用意された複数の偏流分
布モデルパターンとの適合度をファジイ演算により求
め、各偏流モデルパターンに対応する試験式を用いて、
各偏流モデルパターンに対応する平均流量を求める。さ
らに、適合度を重みとして用いて、各偏流モデルパター
ンに対応する重み付き平均を計算する。
前述の適合度を各モデルパターンに対して求めること
は、各個のモデルパターンから外れた偏流分布について
も平均流量を算出することを可能とし、計測システムの
偏流分布変化への対応性を高める。また、これは検出子
の検出値を直接用いて平均流量を決定する方法ではない
ので、特定の検出子付近の局所的な擾乱の影響を直接受
けることなく、平均流量を算出することを可能にし、こ
れにより流体の擾乱に対して安定した計測システムを実
現できる。
は、各個のモデルパターンから外れた偏流分布について
も平均流量を算出することを可能とし、計測システムの
偏流分布変化への対応性を高める。また、これは検出子
の検出値を直接用いて平均流量を決定する方法ではない
ので、特定の検出子付近の局所的な擾乱の影響を直接受
けることなく、平均流量を算出することを可能にし、こ
れにより流体の擾乱に対して安定した計測システムを実
現できる。
次に本発明による平均流量の算出方法について、その
原理を説明する。
原理を説明する。
第２図において、Ａはその内部を流体が通過している
管路、Ｂは上流側の管路形状の影響などによって発生し
た偏流を示している。また白抜きの矢印は流体の流れ方
向を示している。今、この管路内の流速測定を考える。
管路内平均流量が一定のとき、その内部の点P1,P2,P3で
の理想的な流速計測条件は、各点の流速計測確定値u1,u
2,u3は常に一定であり、その度数分布の分散が零であれ
ば良いと言える。しかし実際の流速は、計測点の上流側
管路の幾何形状および上流側で発生した渦、剥離などの
擾乱により、影響を受け、流れの偏向や微小なふれを伴
い、第２図（Ｂ）に示したように、特定の時間的平均値
1,2,３と分散を持つ度数分布を示している。この
とき、1,2,３の違いは偏流分布を特徴づけてお
り、各点の分散は、渦、剥離などの擾乱による流速のふ
れを特徴づけている。このような分布を持つ複数流速
u1,u2,u3により管路内平均流量を計算する場合には、
u1,u2,u3の単純な平均をとる方法、管路形状、および平
均流量の概略値、具体的にはレイノズル数により決まる
係数w1,w2,w3を重みとして、重み付け平均w1v1＋w2v2＋
w3v3を取る方法等が考えられる。しかし単純に平均を取
る方法は、流速の微小なふれによる流速の分散を考慮し
ていないため、平均値に変動量が混入してしまう。また
重み付け平均を用いる方法の場合には、流速の分散があ
るために偏流分布の特定が難しく、偏流分布の形状に関
する評価係数を定めて、これを重みw1,w2,w3に導入する
という方法が適用しにくい。
管路、Ｂは上流側の管路形状の影響などによって発生し
た偏流を示している。また白抜きの矢印は流体の流れ方
向を示している。今、この管路内の流速測定を考える。
管路内平均流量が一定のとき、その内部の点P1,P2,P3で
の理想的な流速計測条件は、各点の流速計測確定値u1,u
2,u3は常に一定であり、その度数分布の分散が零であれ
ば良いと言える。しかし実際の流速は、計測点の上流側
管路の幾何形状および上流側で発生した渦、剥離などの
擾乱により、影響を受け、流れの偏向や微小なふれを伴
い、第２図（Ｂ）に示したように、特定の時間的平均値
1,2,３と分散を持つ度数分布を示している。この
とき、1,2,３の違いは偏流分布を特徴づけてお
り、各点の分散は、渦、剥離などの擾乱による流速のふ
れを特徴づけている。このような分布を持つ複数流速
u1,u2,u3により管路内平均流量を計算する場合には、
u1,u2,u3の単純な平均をとる方法、管路形状、および平
均流量の概略値、具体的にはレイノズル数により決まる
係数w1,w2,w3を重みとして、重み付け平均w1v1＋w2v2＋
w3v3を取る方法等が考えられる。しかし単純に平均を取
る方法は、流速の微小なふれによる流速の分散を考慮し
ていないため、平均値に変動量が混入してしまう。また
重み付け平均を用いる方法の場合には、流速の分散があ
るために偏流分布の特定が難しく、偏流分布の形状に関
する評価係数を定めて、これを重みw1,w2,w3に導入する
という方法が適用しにくい。
ところで、主として平均流速の算出を難しくしている
のは、次の２つの点である。
のは、次の２つの点である。
（１）管路内平均流量レベルの変動による平均流量のあ
いまい性。
いまい性。
（２）偏流分布および擾乱により生じる流速値の分散に
よる平均流量のあいまい性。
よる平均流量のあいまい性。
そこで、平均流速レベルの特定と、偏流分布の形状の
特定にファジイ推論を用いて、上記重み係数に、これら
のあいまい性を導入することにより、平均流量の算出を
安定化させることができる。以下に、このことは詳細に
説明する。
特定にファジイ推論を用いて、上記重み係数に、これら
のあいまい性を導入することにより、平均流量の算出を
安定化させることができる。以下に、このことは詳細に
説明する。
今、流速の計測点がＭ個であるとして一般化し、ファ
ジイ推論による平均流速レベルの決定方法について述べ
る。第３図は推論の手順を示すフローチャートである。
ジイ推論による平均流速レベルの決定方法について述べ
る。第３図は推論の手順を示すフローチャートである。
まず、動作を開始して（ステップS0）、検出子からの
流速確定値（u1,u2,……,uM）を読み込む（ステップS
1）。次に、この確定値を用いて、平均値を次の
（１）式により求める（ステップS2）。
流速確定値（u1,u2,……,uM）を読み込む（ステップS
1）。次に、この確定値を用いて、平均値を次の
（１）式により求める（ステップS2）。
さらに、このを用いて、管路内平均流速に属する分
類範囲がどの流速レベルであり、どの偏流モデルメンバ
シップ関数表に強く対応づけられているかということを
次の（２）式により決定する（ステップS3）。
類範囲がどの流速レベルであり、どの偏流モデルメンバ
シップ関数表に強く対応づけられているかということを
次の（２）式により決定する（ステップS3）。
IF＝（∈Ul）THEN ζ＝ζkl ……（２） （ｋ＝1,……,K） ここで、Ulは平均流速の分類範囲を示し、ｌは特定
の流速レベルを示している。
の流速レベルを示している。
次に偏流分布をファジイ変数として取り扱えるように
するため、流速確定値（u1,u2,……,uM）を、 umax＝max（u1,u2,……,uM） ……（３） により求めたumaxによって、割って正規化して（1,
2,……，Ｍ）を求める（ステップS4,S5）。
するため、流速確定値（u1,u2,……,uM）を、 umax＝max（u1,u2,……,uM） ……（３） により求めたumaxによって、割って正規化して（1,
2,……，Ｍ）を求める（ステップS4,S5）。
さらに、（1,2,……，Ｍ）がどのような偏流分
布に似ているかということを、以下のＮ個のファジイ推
論規則により推論する（ステップS6）。このＮ個のファ
ジイ推論規則は、具体的には特定の流速レベルに対応す
るものであり、偏流分布を複数Ｍ個の流速の組み合わせ
て表にし、この組み合わせのそれぞれをファジイ推論規
則としてあいまい分割したものである。
布に似ているかということを、以下のＮ個のファジイ推
論規則により推論する（ステップS6）。このＮ個のファ
ジイ推論規則は、具体的には特定の流速レベルに対応す
るものであり、偏流分布を複数Ｍ個の流速の組み合わせ
て表にし、この組み合わせのそれぞれをファジイ推論規
則としてあいまい分割したものである。
（４）式で、1,2,……，Ｍは管路内の点P1,P2,
……,PMの流速値を代表するファジイ変数であり、前述
の方法により正規化する。また、Vi1k,Vi2k,……,ViMk
は、各点での流速分布のあいまい状態を表わすためのフ
ァジイ変数であり、これは、管路内の平均流速があるレ
ベルにあるときの各点の流速の度数分布を、その最大度
数により割って正規化して得たものである。また、fik
は（u1,u2,……,uM）から管路内平均流量を計算するた
めの関数式であり、経験式などを含む。具体的には、ｉ
番目の推論規則として分割した偏流分布で最大の速度を
与えるときの平均流量の算出式を表わす。
……,PMの流速値を代表するファジイ変数であり、前述
の方法により正規化する。また、Vi1k,Vi2k,……,ViMk
は、各点での流速分布のあいまい状態を表わすためのフ
ァジイ変数であり、これは、管路内の平均流速があるレ
ベルにあるときの各点の流速の度数分布を、その最大度
数により割って正規化して得たものである。また、fik
は（u1,u2,……,uM）から管路内平均流量を計算するた
めの関数式であり、経験式などを含む。具体的には、ｉ
番目の推論規則として分割した偏流分布で最大の速度を
与えるときの平均流量の算出式を表わす。
（４）式で、IF部を前件部命題、THEN部を後件部命題
と呼ぶ。また、記号“.EQ."は値が等しいということを
示すのではなく、のＶへの所属度を調べる演算を示
す。以下に、この内容について詳細に説明する。
と呼ぶ。また、記号“.EQ."は値が等しいということを
示すのではなく、のＶへの所属度を調べる演算を示
す。以下に、この内容について詳細に説明する。
今、ある時刻に点P1で確認した流速値u1が決まったと
する。このとき、u1がどの程度、前件部命題を成立させ
ているか、すなわち、Vikに等しいかという程度を表わ
すためのメンバシップ関数を前述の正規化した１を用
い、μ1i（１）で表わすことにする。また、流速確定
値（u1,u2,……,uM）の入力に対する前件部命題のメン
バシップ関数を、 で計算する。ここで、演算子“∩”はメンバシップ関数
の最小値をとることを表わすことにする。このようにす
るとき、（４）式の内容は、Ｍ個の流速確定値（u1,u2,
……,uM）から判断したとき、その流速分布がどの程度
ｉ番目に分類した偏流分布に“似ているか”ということ
を求めることを意味し、ikがその“似ている”度合を
示している。この場合、（５）式でμijkが最小値を取
ることは“似ている”という度合を厳しい条件側で評価
していることに相当する。以下に、同様の方法でＮ個の
推論規則について、ikを求め、（６）式により管路平
均流量値を算出する（ステップS7）。
する。このとき、u1がどの程度、前件部命題を成立させ
ているか、すなわち、Vikに等しいかという程度を表わ
すためのメンバシップ関数を前述の正規化した１を用
い、μ1i（１）で表わすことにする。また、流速確定
値（u1,u2,……,uM）の入力に対する前件部命題のメン
バシップ関数を、 で計算する。ここで、演算子“∩”はメンバシップ関数
の最小値をとることを表わすことにする。このようにす
るとき、（４）式の内容は、Ｍ個の流速確定値（u1,u2,
……,uM）から判断したとき、その流速分布がどの程度
ｉ番目に分類した偏流分布に“似ているか”ということ
を求めることを意味し、ikがその“似ている”度合を
示している。この場合、（５）式でμijkが最小値を取
ることは“似ている”という度合を厳しい条件側で評価
していることに相当する。以下に、同様の方法でＮ個の
推論規則について、ikを求め、（６）式により管路平
均流量値を算出する（ステップS7）。
これは、ｋ番目の流速範囲レベルの流速の確定値
（u1,u2,……,uM）のｉ番目の偏流についての度合度
ikを重みとして、平均流量算出式fikの重み付き平均を
取ったことに相当する。
（u1,u2,……,uM）のｉ番目の偏流についての度合度
ikを重みとして、平均流量算出式fikの重み付き平均を
取ったことに相当する。
次に、上記のようにして求めた平均流量uokを用い
て、前に求めておいた流速レベルｋ番目への適合度ζkl
を重みとして、平均値uoを（７）式により求め（ステッ
プS8）、計算処理を終了する（ステップS9）。
て、前に求めておいた流速レベルｋ番目への適合度ζkl
を重みとして、平均値uoを（７）式により求め（ステッ
プS8）、計算処理を終了する（ステップS9）。
（７）式により管路内平均流量を求めることは、流量
レベルについての重みζklと偏流形状の適合度について
の重みを総合的に判断していることになるため、分類表
に分類されない、中間的な偏流分布についても平均流量
を推論することを可能にする。また（４）式、（５）式
のファジイ推論の性質から、流速の確定値のうちのいず
れかが、擾乱により大きなふれを持つ場合にも、重み
ｉが小さくなることにより、平均流量の推論値への影響
を低減することが可能となる。
レベルについての重みζklと偏流形状の適合度について
の重みを総合的に判断していることになるため、分類表
に分類されない、中間的な偏流分布についても平均流量
を推論することを可能にする。また（４）式、（５）式
のファジイ推論の性質から、流速の確定値のうちのいず
れかが、擾乱により大きなふれを持つ場合にも、重み
ｉが小さくなることにより、平均流量の推論値への影響
を低減することが可能となる。
以下に実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明の流量測定装置の全体構成を示してい
る。図に示すように、ファジイ演算ユニット１にはプロ
セッサユニット11とメモリ12が内蔵され、それらプロセ
ッサユニット11とメモリ12は、データアクセス可能なよ
うにインターフェース30により接続されている。メモリ
12は、ランダムアクセスメモリまたはリードオンリーメ
モリのどちらでもよい。またプロセッサユニット11に
は、計算結果を外部へ出力するためのデータバス1110が
設けられている。さらにプロセッサユニット11には、入
力端子1111,1112,……,111Mが設けられ、これらの入力
端子1111,1112,…,111Mは、アナログ・デジタル交換器
２、ノイズ除去フィルタ３、検出回路ユニット41,41,
…,4Mを介して複数Ｍ個の検出子51,52,…,5Mの各々にデ
ータ取り入れが可能なように接続されている。そして、
検出子51,52,…,5Mは、内部を流体が流れている管路100
内の偏流101付近に設置されている。
る。図に示すように、ファジイ演算ユニット１にはプロ
セッサユニット11とメモリ12が内蔵され、それらプロセ
ッサユニット11とメモリ12は、データアクセス可能なよ
うにインターフェース30により接続されている。メモリ
12は、ランダムアクセスメモリまたはリードオンリーメ
モリのどちらでもよい。またプロセッサユニット11に
は、計算結果を外部へ出力するためのデータバス1110が
設けられている。さらにプロセッサユニット11には、入
力端子1111,1112,……,111Mが設けられ、これらの入力
端子1111,1112,…,111Mは、アナログ・デジタル交換器
２、ノイズ除去フィルタ３、検出回路ユニット41,41,
…,4Mを介して複数Ｍ個の検出子51,52,…,5Mの各々にデ
ータ取り入れが可能なように接続されている。そして、
検出子51,52,…,5Mは、内部を流体が流れている管路100
内の偏流101付近に設置されている。
検出子51,52,…,5Mは、これらが接する流体の運動に
よって引き起こされる、物理的な変化を検出するための
センサであり、例えば、圧力センサ、サーミスタ、熱線
風速計などが該当する。検出回路ユニット41,41,…,4M
は、検出子51,52,…,5Mにより検出された物理的な変動
を電気信号に変換するために用いられる回路ユニットで
あり、各検出子51,52,…,5Mの特性に応じて設けられ
る。ここで、検出子51,52,…,5Mの各々と、検出回路ユ
ニット41,41,…,4Mの各々の動作原理は互いに異なるも
のであっても良い。
よって引き起こされる、物理的な変化を検出するための
センサであり、例えば、圧力センサ、サーミスタ、熱線
風速計などが該当する。検出回路ユニット41,41,…,4M
は、検出子51,52,…,5Mにより検出された物理的な変動
を電気信号に変換するために用いられる回路ユニットで
あり、各検出子51,52,…,5Mの特性に応じて設けられ
る。ここで、検出子51,52,…,5Mの各々と、検出回路ユ
ニット41,41,…,4Mの各々の動作原理は互いに異なるも
のであっても良い。
検出回路ユニット41,42,…,4Mにより検出された信号
は、ノイズ除去フィルタ３に入力されて、電気的なノイ
ズ、熱雑音などの高周波ノイズが除去され、アナログ・
デジタル交換器２に入力されて、デジタル信号に変換さ
れたのち、ファジイ演算ユニット１に入力される。
は、ノイズ除去フィルタ３に入力されて、電気的なノイ
ズ、熱雑音などの高周波ノイズが除去され、アナログ・
デジタル交換器２に入力されて、デジタル信号に変換さ
れたのち、ファジイ演算ユニット１に入力される。
上記信号の伝達経路において、検出子51,52,…,5Mに
より検出された信号は、入力端子1111,1112,……,111M
により個別に識別が可能な信号として入力される。
より検出された信号は、入力端子1111,1112,……,111M
により個別に識別が可能な信号として入力される。
メモリ12内にはプロセッサ11が入力端子1111,1112,…
…,111Mからの信号を基にして、管路内平均流量をファ
ジイ推論するために必要なソフトウエアが構成されてい
る。第４図はメモリ12内のソフトウエア構成図である。
ソフトウエアの内部は、偏流の形状をファジイ変数とし
て取り扱うのに必要な偏流モデルメンバシップ関数表T
2、推論対象の流速のおよその範囲を推論するのに必要
な流速レベルメンバシップ関数表T1、推論により決めら
れた偏流分布に対応して管路内平均流量を算出するのに
必要な平均流量算出式T3、およびファジイ推論手順を示
す平均流量推論アルゴリズムA1によって成り立ってい
る。
…,111Mからの信号を基にして、管路内平均流量をファ
ジイ推論するために必要なソフトウエアが構成されてい
る。第４図はメモリ12内のソフトウエア構成図である。
ソフトウエアの内部は、偏流の形状をファジイ変数とし
て取り扱うのに必要な偏流モデルメンバシップ関数表T
2、推論対象の流速のおよその範囲を推論するのに必要
な流速レベルメンバシップ関数表T1、推論により決めら
れた偏流分布に対応して管路内平均流量を算出するのに
必要な平均流量算出式T3、およびファジイ推論手順を示
す平均流量推論アルゴリズムA1によって成り立ってい
る。
流速レベルメンバシップ関数表T1の構成は第５図のよ
うになっている。最上段の横欄の番号1,2,……,Lは流速
レベルを示し、特定の流速範囲を分割した各レベルを示
す。一方、左端の縦欄の番号1,2,…,Kは上記流量レベル
を偏流モデルメンバシップ関数表T2に対応づけるための
流速レベル番号を示す。また、ζkl（ｋ＝1,…,K ｌ＝
1,…,L）で示したのは、流速レベルと偏流モデルメンバ
シップ関数表T2とを関連づけるためのメンバシップ関数
値である。
うになっている。最上段の横欄の番号1,2,……,Lは流速
レベルを示し、特定の流速範囲を分割した各レベルを示
す。一方、左端の縦欄の番号1,2,…,Kは上記流量レベル
を偏流モデルメンバシップ関数表T2に対応づけるための
流速レベル番号を示す。また、ζkl（ｋ＝1,…,K ｌ＝
1,…,L）で示したのは、流速レベルと偏流モデルメンバ
シップ関数表T2とを関連づけるためのメンバシップ関数
値である。
偏流モデルメンバシップ関数表T2の構成方法を第６図
に示す。偏流モデルメンバシップ関数表T2は、流速レベ
ルメンバシップ関数表T1により、特定の流速レベルに対
応づけられている。図中、最上段の横欄の番号1,2,…,M
は、検出子51,52,…,5Mにより検出された確定流速値の
分類番号を示す。一方、左端の縦欄の番号1,2,…,Nは、
偏流の形状を分類するための偏流モデル番号である、μ
ijk（ｉ＝1,…,N Ｊ＝1,…,M）は、Ｍ個の確定流速値
の各偏流モデルに対する所属度を求めるのに用いるメン
バシップ関数値である。μijkを具体的に作るために
は、予め実験的に求めた流速確定値の度数分布を使っ
て、内挿関数として記述しておくか、代表パラメータと
して流速分布の平均値と分散を用いてガウス曲線で近似
する等の近似関数を利用する方法により、関数をサブル
ーチン化しておけば良い。ただし、この場合、メンバシ
ップ関数の定義に従い、流速の度数分布をその最大度数
で割るなどの方法により正規化しておく必要がある。
に示す。偏流モデルメンバシップ関数表T2は、流速レベ
ルメンバシップ関数表T1により、特定の流速レベルに対
応づけられている。図中、最上段の横欄の番号1,2,…,M
は、検出子51,52,…,5Mにより検出された確定流速値の
分類番号を示す。一方、左端の縦欄の番号1,2,…,Nは、
偏流の形状を分類するための偏流モデル番号である、μ
ijk（ｉ＝1,…,N Ｊ＝1,…,M）は、Ｍ個の確定流速値
の各偏流モデルに対する所属度を求めるのに用いるメン
バシップ関数値である。μijkを具体的に作るために
は、予め実験的に求めた流速確定値の度数分布を使っ
て、内挿関数として記述しておくか、代表パラメータと
して流速分布の平均値と分散を用いてガウス曲線で近似
する等の近似関数を利用する方法により、関数をサブル
ーチン化しておけば良い。ただし、この場合、メンバシ
ップ関数の定義に従い、流速の度数分布をその最大度数
で割るなどの方法により正規化しておく必要がある。
第７図は管路内平均流量算出式T3を示している。これ
は、1,…,Nの各偏流モデルが成り立っているとき、流速
確定値（u1,u2,……,uM）から管路内平均流量を求める
のに用いられる。fik（ｉ＝1,…,N）は、各流速レベル
で、基本となる偏流モデルごとに、度数が最大なる流量
を算出できるように、流速確定値（u1,u2,……,uM）の
多項式などを用いて、内挿式などの形で記憶しておく。
は、1,…,Nの各偏流モデルが成り立っているとき、流速
確定値（u1,u2,……,uM）から管路内平均流量を求める
のに用いられる。fik（ｉ＝1,…,N）は、各流速レベル
で、基本となる偏流モデルごとに、度数が最大なる流量
を算出できるように、流速確定値（u1,u2,……,uM）の
多項式などを用いて、内挿式などの形で記憶しておく。
次に、第４図を用いて、上述の流速レベルメンバシッ
プ関数表T1、偏流モデルメンバシップ関数表T2、および
管路内平均流量算出式T3の相互の関係とデータ構成の方
法について説明する。図中の各四角形は、データまたは
関数の単位を表わしている。偏流モデルメンバシップ関
数表T2と、管路内平均流量算出式T3は、複数Ｋ個の関数
表T21,T22,…,T2Kと式T31,T32,…,T3Kに分けられてお
り、各々は流速レベルメンバシップ関数表T1により流速
レベル1,2,…,Lをあいまい分割してＫ個に分けたときの
各流速レベルに対応している。図中に示した線C1,C2,
…,CKは、この対応関係を示しており、流速レベルメン
バシップ関数表T1は、ｌ＝1,2,…,Lの各流速レベル段階
を関数表T21,T22,…,T2Kと式T31,T32,…,T3Kの各重みζ
klにより対応づける。さらに、各関数表T21,T22,…,T2K
は、複数Ｎ個の偏流パターンに分けられ、各偏流パター
ンは、複数Ｍ個の各検出点の値との間で参照できるよう
に、Ｍ個のメンバシップ関数より構成してある。例え
ば、図２でT2Kに注目した場合、T2Kは複数Ｎ個のT2K1,T
2K2,…,T2KNより成り、T2KNは複数Ｍ個の偏流モデルメ
ンバシップ関数μNmk（ｍ＝1,…,M）より構成してあ
り、式T31,T32,…,T3Kも複数Ｎ個の偏流パターンに対応
づけてある。例えば、T3Kは複数Ｎ個の式fik（ｉ＝1,
…,N）より成る。
プ関数表T1、偏流モデルメンバシップ関数表T2、および
管路内平均流量算出式T3の相互の関係とデータ構成の方
法について説明する。図中の各四角形は、データまたは
関数の単位を表わしている。偏流モデルメンバシップ関
数表T2と、管路内平均流量算出式T3は、複数Ｋ個の関数
表T21,T22,…,T2Kと式T31,T32,…,T3Kに分けられてお
り、各々は流速レベルメンバシップ関数表T1により流速
レベル1,2,…,Lをあいまい分割してＫ個に分けたときの
各流速レベルに対応している。図中に示した線C1,C2,
…,CKは、この対応関係を示しており、流速レベルメン
バシップ関数表T1は、ｌ＝1,2,…,Lの各流速レベル段階
を関数表T21,T22,…,T2Kと式T31,T32,…,T3Kの各重みζ
klにより対応づける。さらに、各関数表T21,T22,…,T2K
は、複数Ｎ個の偏流パターンに分けられ、各偏流パター
ンは、複数Ｍ個の各検出点の値との間で参照できるよう
に、Ｍ個のメンバシップ関数より構成してある。例え
ば、図２でT2Kに注目した場合、T2Kは複数Ｎ個のT2K1,T
2K2,…,T2KNより成り、T2KNは複数Ｍ個の偏流モデルメ
ンバシップ関数μNmk（ｍ＝1,…,M）より構成してあ
り、式T31,T32,…,T3Kも複数Ｎ個の偏流パターンに対応
づけてある。例えば、T3Kは複数Ｎ個の式fik（ｉ＝1,
…,N）より成る。
平均流量推論アルゴリズムA1は、上記のように構成し
た、流速レベルメンバシップ関数表T1、偏流モデルメン
バシップ関数表T2および管路内平均流量算出式T3を参照
して、管路内平均流量を推論する。図中、矢印RT1は平
均流量推論アルゴリズムA1が流速レベルメンバシップ関
数表T1を参照することを、矢印R1,R2,…,RKは平均流量
推論アルゴリズムA1が偏流モデルメンバシップ関数表T2
と管路内平均流量算出式T3を参照することを意味してい
る。
た、流速レベルメンバシップ関数表T1、偏流モデルメン
バシップ関数表T2および管路内平均流量算出式T3を参照
して、管路内平均流量を推論する。図中、矢印RT1は平
均流量推論アルゴリズムA1が流速レベルメンバシップ関
数表T1を参照することを、矢印R1,R2,…,RKは平均流量
推論アルゴリズムA1が偏流モデルメンバシップ関数表T2
と管路内平均流量算出式T3を参照することを意味してい
る。
次に、第８図は、平均流量推論アルゴリズムA1が管路
内平均流速を推論する際の手順と、各変数の依存関係を
示した計算系統図である。図中矢印は、各変数の依存関
係を示し、記号“A1→T1"は、平均流量推論アルゴリズ
ムA1が流速レベルメンバシップ関数表T1を参照すること
を意味し、その他の記号についてもこれに準じている。
平均流量決定の方法については、原理を示した所で既に
述べているので、ここでは、平均流量推論アルゴリズム
A1の流速レベルメンバシップ関数表T1、偏流モデルメン
バシップ関数表T2および管路内平均流量算出式T3への参
照関係を中心にして、平均流量推論アルゴリズムA1の動
作手順を説明する。なお、説明を簡略化するために、平
均流量推論アルゴリズムA1はA1と、流速レベルメンバシ
ップ関数表T1はT1と、偏流モデルメンバシップ関数表T2
はT2と、管路内平均流量算出式T3はT3とそれぞれ呼ぶこ
とにする。またF0〜F11はステップ番号を示している。
内平均流速を推論する際の手順と、各変数の依存関係を
示した計算系統図である。図中矢印は、各変数の依存関
係を示し、記号“A1→T1"は、平均流量推論アルゴリズ
ムA1が流速レベルメンバシップ関数表T1を参照すること
を意味し、その他の記号についてもこれに準じている。
平均流量決定の方法については、原理を示した所で既に
述べているので、ここでは、平均流量推論アルゴリズム
A1の流速レベルメンバシップ関数表T1、偏流モデルメン
バシップ関数表T2および管路内平均流量算出式T3への参
照関係を中心にして、平均流量推論アルゴリズムA1の動
作手順を説明する。なお、説明を簡略化するために、平
均流量推論アルゴリズムA1はA1と、流速レベルメンバシ
ップ関数表T1はT1と、偏流モデルメンバシップ関数表T2
はT2と、管路内平均流量算出式T3はT3とそれぞれ呼ぶこ
とにする。またF0〜F11はステップ番号を示している。
F0:A1は動作を開始する。
F1:A1は複数の流速確定値を入力端子1111,…,111Mより
取り入れる。
取り入れる。
F2:A1は（u1,u2,……,uM）の平均をとる。
F3:A1はT1を参照し、平均によりζklを決める。
（ｋ＝1,…,K） F4:A1はumax＝max（u1,u2,……,uM）を計算する。
（ｋ＝1,…,K） F4:A1はumax＝max（u1,u2,……,uM）を計算する。
F5:A1はｊ＝uj/umaxを計算する。
（ｊ＝1,…,M） F6:A1はT2を参照し、（1,2,……，Ｍ）からμijk
を決める。
を決める。
（ｉ＝1,…,N Ｊ＝1,…,M ｋ＝1,…,K） F8:A1はT3を参照し、fikを決める。
（ｉ＝1,…,N ｋ＝1,…,K） F9:A1はfikのikによる重み付き平均uokを計算する。
F10:A1はuokのζｋによる重み付き平均を計算する。
F11:A1は動作を終了する。
第４図に示したソフトウエアの内部構成図において、
流速レベルメンバシップ関数表T1を用いることなく、偏
流モデルメンバシップ関数表T2のみを用いて、平均流量
を推論することができる。これは、内容的には第５図の
流速レベルメンバシップ関数表T1で、Ｌ＝Ｋとし、 としたことに相当する。しかし、実際にプロセッサユニ
ット11上で実行するときには、平均流量推論アルゴリズ
ムA1内に条件判断文（２）式の代りに、 IF（∈Uk）THEN［（４）式の推論式のｋ番目の１つ
を実行せよ］ （ｋ＝1,…,K） を設定して、偏流の分布パターンに関するファジイ推論
を行えば良い。ここで、上記のUkは、Ｋ個に分割された
ｋ番目の流速範囲を示し、第４図で、偏流モデルメンバ
シップ関数表T2K、平均流量算出式3Kのみ選択して推論
を実行することになる。
流速レベルメンバシップ関数表T1を用いることなく、偏
流モデルメンバシップ関数表T2のみを用いて、平均流量
を推論することができる。これは、内容的には第５図の
流速レベルメンバシップ関数表T1で、Ｌ＝Ｋとし、 としたことに相当する。しかし、実際にプロセッサユニ
ット11上で実行するときには、平均流量推論アルゴリズ
ムA1内に条件判断文（２）式の代りに、 IF（∈Uk）THEN［（４）式の推論式のｋ番目の１つ
を実行せよ］ （ｋ＝1,…,K） を設定して、偏流の分布パターンに関するファジイ推論
を行えば良い。ここで、上記のUkは、Ｋ個に分割された
ｋ番目の流速範囲を示し、第４図で、偏流モデルメンバ
シップ関数表T2K、平均流量算出式3Kのみ選択して推論
を実行することになる。
上記方法によれば、Ｋ個の偏流の分布パターンに関す
るファジイ推論のうち１つを実行するだけで良いので、
流速レベルに関して推論値の安定性が低下するという欠
点にも拘らず、推論の速度を速めることができるという
利点がある。
るファジイ推論のうち１つを実行するだけで良いので、
流速レベルに関して推論値の安定性が低下するという欠
点にも拘らず、推論の速度を速めることができるという
利点がある。
上記の方法は、各検出子出力の単純な平均をとるとい
う方法ではなく、検出子設定位置の偏流パターンの特性
を用いる方法なので、複数の検出子の設定の相対位置は
ほぼ同一の管路横断面上、または管路直径もしくは差し
渡し幅以内である必要はない。このため、第９図に示す
ように、検出子の管路内での設定位置の自由度が増す。
この例では、流体の流れ方向に沿って各検出子を設置し
ているので、流量の時間的平均値を求めることができ
る。
う方法ではなく、検出子設定位置の偏流パターンの特性
を用いる方法なので、複数の検出子の設定の相対位置は
ほぼ同一の管路横断面上、または管路直径もしくは差し
渡し幅以内である必要はない。このため、第９図に示す
ように、検出子の管路内での設定位置の自由度が増す。
この例では、流体の流れ方向に沿って各検出子を設置し
ているので、流量の時間的平均値を求めることができ
る。
また、ファジイ推論の高速化を行うためには、計算手
順を示した第８図の、重み付き平均（ファジイ積分）の
演算部分（ステップF2,F9,F10）を高速に処理すること
が有効である。これを実現するためには、第10図に示す
ように、ファジイ演算ユニット１内に数値積分を行うた
めの数値積分プロセッサ13を、データバス31によりプロ
セッサユニット11に接続して設置すれば良い。
順を示した第８図の、重み付き平均（ファジイ積分）の
演算部分（ステップF2,F9,F10）を高速に処理すること
が有効である。これを実現するためには、第10図に示す
ように、ファジイ演算ユニット１内に数値積分を行うた
めの数値積分プロセッサ13を、データバス31によりプロ
セッサユニット11に接続して設置すれば良い。
また、第11図は、本発明の流量測定装置を内燃機関の
吸気制御系に適用した例である。図中、白抜きの矢印で
示した空気は、エアクリーナ511内のエアフィルタ503を
通過した後、吸気管100、空気流量計102、スロットルボ
ディ103、吸気マニホールド501を通って機関の燃焼室に
吸入される。
吸気制御系に適用した例である。図中、白抜きの矢印で
示した空気は、エアクリーナ511内のエアフィルタ503を
通過した後、吸気管100、空気流量計102、スロットルボ
ディ103、吸気マニホールド501を通って機関の燃焼室に
吸入される。
空気流量計102の主流路中には、流速検出子51,52,…,
5Mが設置されており、これらは検出ユニット41,42,…,4
M、ノイズ除去フィルタ３、アナログ・デジタル交換器
２を経て、ファジイ演算ユニット１に接続されており、
前述の演算方法によって、偏流102に応じた管路内平均
流量が算出される。空気流量計102の下流に設置された
スロットルバルブ９は、アクセルペダルに連動し、吸入
空気量の制御を行う。スロットルボディ103に取り付け
られたアイドルスピードコントロールバルブ８は、スロ
ットルバルブ９の全閉時の空気流量の制御を行う。図
中、黒い矢印は燃料の流れ方向を示している。燃料タン
ク505から燃料噴射ポンプ506により吸入された燃料は、
インジェクタ507によりマニホールド501内に噴射され、
空気流量計103を通過してきた空気に混合し、エンジン5
00内に吸入される。
5Mが設置されており、これらは検出ユニット41,42,…,4
M、ノイズ除去フィルタ３、アナログ・デジタル交換器
２を経て、ファジイ演算ユニット１に接続されており、
前述の演算方法によって、偏流102に応じた管路内平均
流量が算出される。空気流量計102の下流に設置された
スロットルバルブ９は、アクセルペダルに連動し、吸入
空気量の制御を行う。スロットルボディ103に取り付け
られたアイドルスピードコントロールバルブ８は、スロ
ットルバルブ９の全閉時の空気流量の制御を行う。図
中、黒い矢印は燃料の流れ方向を示している。燃料タン
ク505から燃料噴射ポンプ506により吸入された燃料は、
インジェクタ507によりマニホールド501内に噴射され、
空気流量計103を通過してきた空気に混合し、エンジン5
00内に吸入される。
コントロールユニット510は、ファジイ演算ユニット
１の出力、スロットルバルブ９の回転角度信号、排気マ
ニホールド511内に設置された酸素濃度センサ508の出
力、機関の回転速度センサ509の信号出力を基にして、
インジェクタ507の燃料噴射量、アイドルスピードコン
トロールバルブ８の開度を演算する装置である。そし
て、この結果に基づいて、インジェクタ507、アイドル
スピードコントロールバルブ８が制御される。
１の出力、スロットルバルブ９の回転角度信号、排気マ
ニホールド511内に設置された酸素濃度センサ508の出
力、機関の回転速度センサ509の信号出力を基にして、
インジェクタ507の燃料噴射量、アイドルスピードコン
トロールバルブ８の開度を演算する装置である。そし
て、この結果に基づいて、インジェクタ507、アイドル
スピードコントロールバルブ８が制御される。
内燃機関の吸気配管系は、エンジンルーム内の狭い空
間内に設置されるため、空気の助走区間を設けることが
難しく、入り組んだ構造となる。このため、この配管系
を流れる空気は、大きく乱れ、流体的なノイズ、偏流を
多く含む。このような吸気配管系に本発明の流量測定装
置を適用することにより、配管系が複雑であっても、ノ
イズに関し安定に、かつ、偏流に関し正確に平均流量を
測定することができ、高精度な空燃比制御を実現するこ
とが可能となる。
間内に設置されるため、空気の助走区間を設けることが
難しく、入り組んだ構造となる。このため、この配管系
を流れる空気は、大きく乱れ、流体的なノイズ、偏流を
多く含む。このような吸気配管系に本発明の流量測定装
置を適用することにより、配管系が複雑であっても、ノ
イズに関し安定に、かつ、偏流に関し正確に平均流量を
測定することができ、高精度な空燃比制御を実現するこ
とが可能となる。
以上詳述したように、本発明によれば、下記に示した
効果がある。
効果がある。
（１） 管路内の平均流量の算出にファジイ積分を用い
ているので、算出値が特定の検出子の出力に依存せず、
局所的な擾乱の影響を除いた、安定した平均流量値を得
ることができる。
ているので、算出値が特定の検出子の出力に依存せず、
局所的な擾乱の影響を除いた、安定した平均流量値を得
ることができる。
（２） 偏流分布の適合度を複数の分類パターンに対し
て行い、適合度を重みとして、平均流量算出式の寄与の
度合を決めているので、分類パターンの中間に有る偏流
分布に対しても平均流量を算出することができる。
て行い、適合度を重みとして、平均流量算出式の寄与の
度合を決めているので、分類パターンの中間に有る偏流
分布に対しても平均流量を算出することができる。
（３） 分類パターンは、メンバシップ関数表のソフト
ウエアの交換により変更することができるので、検出子
の形状、設置位置、特性等のハードウエアを固定した状
態で、分布、擾乱発生位置の異なる様々な偏流に対し、
柔軟に対応して流量測定を行うことができる。
ウエアの交換により変更することができるので、検出子
の形状、設置位置、特性等のハードウエアを固定した状
態で、分布、擾乱発生位置の異なる様々な偏流に対し、
柔軟に対応して流量測定を行うことができる。
（４） 本発明の流量測定装置を自動車の内燃機関に応
用すると、複雑な配管系を有する吸気配管系の空気量を
正確に測定することができるため、その測定値に応じて
燃料噴射量の調節をきめ細かく行うことにより、高精度
な空燃比制御が実現可能となる。
用すると、複雑な配管系を有する吸気配管系の空気量を
正確に測定することができるため、その測定値に応じて
燃料噴射量の調節をきめ細かく行うことにより、高精度
な空燃比制御が実現可能となる。
第１図は本発明の流量測定装置の全体構成図、第２図は
計算モデルの説明図、第３図は平均流量をファジイ推論
する手順を示した流れ図、第４図は平均流量を推論する
ソフトウエアの内部構成図、第５図は流速レベルメンバ
シップ関数表の内容を示す説明図、第６図は偏流モデル
メンバシップ関数表の内容を示す説明図、第７図は平均
流量算出式の構成方法を示す説明図、第８図は平均流量
推論アルゴリズムの動作手順を示す計算系統図、第９図
は検出子の設置方法について他の実施例を示す流量測定
装置の全体構成図、第10図は数値積分プロセッサを設け
た場合の説明図、第11図は本発明の流量測定装置を搭載
した内燃機関の吸気系の全体構成図である。 １……ファジイ演算ユニット、 ２……アナログ・デジタル変換器、 ３……ノイズ除去フィルタ、 12……メモリ、 13……数値積分プロセッサ、 41,42,…,4M……検出回路ユニット、 51,52,…,5M……検出子、 100……管路、 A1……平均流量推論アルゴリズム、 T1……流速レベルメンバシップ関数表、 T2……偏流モデルメンバシップ関数表、 T3……管路内平均流量算出式。
計算モデルの説明図、第３図は平均流量をファジイ推論
する手順を示した流れ図、第４図は平均流量を推論する
ソフトウエアの内部構成図、第５図は流速レベルメンバ
シップ関数表の内容を示す説明図、第６図は偏流モデル
メンバシップ関数表の内容を示す説明図、第７図は平均
流量算出式の構成方法を示す説明図、第８図は平均流量
推論アルゴリズムの動作手順を示す計算系統図、第９図
は検出子の設置方法について他の実施例を示す流量測定
装置の全体構成図、第10図は数値積分プロセッサを設け
た場合の説明図、第11図は本発明の流量測定装置を搭載
した内燃機関の吸気系の全体構成図である。 １……ファジイ演算ユニット、 ２……アナログ・デジタル変換器、 ３……ノイズ除去フィルタ、 12……メモリ、 13……数値積分プロセッサ、 41,42,…,4M……検出回路ユニット、 51,52,…,5M……検出子、 100……管路、 A1……平均流量推論アルゴリズム、 T1……流速レベルメンバシップ関数表、 T2……偏流モデルメンバシップ関数表、 T3……管路内平均流量算出式。
Claims (7)
- 【請求項１】管路内の流体運動によって生ずる物理的な
変動を検出する複数個の検出子と、該複数個の検出子の
出力を電気信号に変換する前処理回路と、前記電気信号
を取り込んで管路内の流体の流量を演算する演算ユニッ
トと、を備えた流量測定装置において、 管路内の流速の平均的レベルの似ている度合を表わした
第１の所属度関数表、管路内の偏流の分布の似ている度
合を表わした第２の所属度関数表、および前記偏流分布
に対応した流量を表わした管路内平均流量算出式を記憶
した記憶手段と、 前記複数箇所で検出した流速値を用いて前記２つの所属
度関数表を参照することにより、管路内の各流速レベル
と偏流モデルへの所属度を求め、その各所属度を重みと
して前記管路内平均流量算出式の重み付き平均を演算
し、管路内の流量を算出する演算手段と、 を前記演算ユニット内に設けたことを特徴とするファジ
イ推論を用いた流量測定装置。 - 【請求項２】管路内の流体運動によって生ずる物理的な
変動を検出する複数個の検出子と、該複数個の検出子の
出力を電気信号に変換する前処理回路と、前記電気信号
を取り込んで管路内の流体の流量を演算する演算ユニッ
トと、を備えた流量測定装置において、 管路内の偏流の分布の似ている度合を表わした所属度関
数表、および前記偏流分布に対応した流量を表わした管
路内平均流量算出式を記憶した記憶手段と、 前記複数箇所で検出した流速値を用いて前記所属度関数
表を参照することにより、管路内の各偏流モデルへの所
属度を求め、その各所属度を重みとして前記管路内平均
流量算出式の重み付き平均を演算し、管路内の流量を算
出する演算手段と、 を前記演算ユニット内に設けたことを特徴とするファジ
イ推論を用いた流量測定装置。 - 【請求項３】請求項１又は２に記載の流量測定装置にお
いて、前記複数個の検出子を管路の同一横断面内に配置
したことを特徴とするファジイ推論を用いた流量測定装
置。 - 【請求項４】請求項１又は２に記載の流量測定装置にお
いて、前記複数個の検出子を流体の流れ方向に沿って配
置し、かつ該検出子の間隔のうちの少なくとも１つの間
隔を管路直径より長くしたことを特徴とするファジイ推
論を用いた流量測定装置。 - 【請求項５】機関の回転速度を検出する回転速度検出器
と、吸気管内の吸入空気量を検出する流量検出器と、前
記吸気管内の吸入空気に燃料を噴射する燃料噴射装置
と、前記速度検出器と流量検出器からの検出信号を取り
込んで、前記燃料噴射装置の燃料噴射量を調節し機関の
回転速度を制御する制御装置と、を備えた内燃機関にお
いて、 前記流量検出器として、請求項１〜４のいずれかに記載
の流量測定装置を搭載したことを特徴とする内燃機関。 - 【請求項６】管路内を流れる流体の流量を測定する際
に、管路内の複数箇所の流速を検出するとともに、管路
内の流速の平均的レベルの似ている度合を表わした第１
の所属度関数表と、管路内の偏流の分布に似ている度合
を表わした第２の所属度関数表と、前記偏流分布に対応
した流量を表わした管路内平均流量算出式とを用意し、
前記複数箇所で検出した流速値を用いて前記２つの所属
度関数表を参照することにより、管路内の各流速レベル
と偏流モデルへの所属度を求め、その各所属度を重みと
して前記管路内平均流量算出式の重み付き平均を演算
し、管路内の流量を算出するファジイ推論を用いた流量
測定方法。 - 【請求項７】管路内を流れる流体の流量を測定する際
に、管路内の複数箇所の流速を検出するとともに、管路
内の偏流の分布の似ている度合を表わした所属度関数表
と、前記偏流分布に対応した流量を表わした管路内平均
流量算出式とを用意し、前記複数箇所で検出した流速値
を用いて前記所属度関数表を参照することにより、管路
内の各偏流モデルへの所属度を求め、その各所属度を重
みとして前記管路内平均流量算出式の重み付き平均を演
算し、管路内の流量を算出するファジイ推論を用いた流
量測定方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2237670A JP2816758B2 (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | ファジイ推論を用いた流量測定装置及び方法 |
| KR1019910015542A KR940004876B1 (ko) | 1990-09-07 | 1991-09-06 | 퍼지추론을 이용한 유량측정방법 및 장치 |
| US07/757,063 US5186150A (en) | 1990-09-07 | 1991-09-09 | Method and system for measuring fluid flow rate by using fuzzy inference |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2237670A JP2816758B2 (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | ファジイ推論を用いた流量測定装置及び方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04116419A JPH04116419A (ja) | 1992-04-16 |
| JP2816758B2 true JP2816758B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=17018769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2237670A Expired - Lifetime JP2816758B2 (ja) | 1990-09-07 | 1990-09-07 | ファジイ推論を用いた流量測定装置及び方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5186150A (ja) |
| JP (1) | JP2816758B2 (ja) |
| KR (1) | KR940004876B1 (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0681683B1 (en) * | 1993-01-25 | 1996-07-10 | Christian KÖLLING | Method and device for measuring the discharge in partly filled or completely filled ducts and in open channels |
| US5642301A (en) * | 1994-01-25 | 1997-06-24 | Rosemount Inc. | Transmitter with improved compensation |
| US6105420A (en) * | 1994-06-27 | 2000-08-22 | Bridgestone Corporation | Electro-rheological fluid damper control system |
| FR2722310B1 (fr) * | 1994-07-11 | 1996-09-27 | Elf Aquitaine | Procede et dispositif de regulation sur une plage admissible avec anticipation sur contextes utilisant la logique floue |
| JPH0822392A (ja) * | 1994-07-11 | 1996-01-23 | Hitachi Ltd | 意志決定方法及び装置 |
| FR2745375B1 (fr) * | 1996-02-28 | 1998-04-17 | Sgs Thomson Microelectronics | Procede de mesure de la vitesse d'ecoulement d'un fluide |
| GB2328753B (en) * | 1997-09-01 | 2001-05-09 | Abb Kent Taylor Ltd | Improvements in or relating to fluid flow measurement |
| US6047244A (en) * | 1997-12-05 | 2000-04-04 | Rosemount Inc. | Multiple range transition method and apparatus for process control sensors |
| US20020099672A1 (en) * | 1999-01-20 | 2002-07-25 | Chidambar Ganesh | Fuzzy logic based processing system and method with uncertain input |
| JP3751538B2 (ja) * | 2001-04-11 | 2006-03-01 | 株式会社日立製作所 | 気体流量計 |
| US6942937B2 (en) * | 2001-12-12 | 2005-09-13 | General Motors Corporation | Air distribution method and controller for a fuel cell system |
| GB2392731B (en) * | 2002-09-03 | 2005-03-30 | Schlumberger Holdings | Method for interpreting data measured in a hydrocarbon well in production |
| CN100356770C (zh) * | 2004-08-20 | 2007-12-19 | 北京中星微电子有限公司 | 针对由于运动引起模糊的数字图像恢复的方法 |
| WO2007056328A1 (en) * | 2005-11-03 | 2007-05-18 | Cidra Corporation | An apparatus and method for measuring settlement of solids in a multiphase flow |
| US7236908B2 (en) * | 2005-11-29 | 2007-06-26 | Elster Electricity, Llc | Fuzzy time-of-use metering and consumption monitoring using load profile data from relative time transmit-only devices |
| CN102235893B (zh) * | 2010-04-29 | 2012-10-24 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | 一次风量测量方法及装置 |
| US9720422B2 (en) * | 2012-01-13 | 2017-08-01 | Process Systems Enterprise Limited | System for fluid processing networks |
| JP7067789B2 (ja) * | 2018-07-02 | 2022-05-16 | サーパス工業株式会社 | 熱式流量計およびその重み付け係数の決定方法 |
| CN112698052B (zh) * | 2021-01-07 | 2023-05-16 | 深圳云顶智慧科技有限公司 | 流速计量装置的工作方法、控制器及系统 |
| CN113310546B (zh) * | 2021-04-02 | 2022-12-20 | 中国船舶重工集团公司第七0三研究所 | 一种带模糊化补偿的蒸汽船舶冷凝器水位测量方法 |
| CN114516552A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-05-20 | 江苏祥瑞港机设备有限公司 | 自动化环保型伸缩变幅装船机控制系统 |
| CN116539831B (zh) * | 2023-06-26 | 2023-12-05 | 中交天航环保工程有限公司 | 一种基于大数据分析水环境数据监测处理方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4951209A (en) * | 1986-07-02 | 1990-08-21 | Nissan Motor Co., Ltd. | Induction volume sensing arrangement for internal combustion engine or the like |
| DE3729635A1 (de) * | 1987-09-04 | 1989-03-16 | Bosch Gmbh Robert | Einstellsystem (steuerung- und/oder regelungssystem) fuer kraftfahrzeuge |
| JPH02104930A (ja) * | 1988-10-13 | 1990-04-17 | Fuji Heavy Ind Ltd | 内燃機関の燃料噴射制御装置 |
| JP2818805B2 (ja) * | 1988-12-08 | 1998-10-30 | 富士重工業株式会社 | エンジンの燃料噴射制御装置 |
| JP2694664B2 (ja) * | 1989-03-07 | 1997-12-24 | 株式会社日立製作所 | 熱線式空気流量計及び該流量計を備えた内燃機関 |
| DE4001318A1 (de) * | 1990-01-18 | 1991-07-25 | Berstorff Gmbh Masch Hermann | Vorrichtung zum pasteurisieren, sterilisieren und gleichmaessigen und schnellen erwaermen von lebensmittelprodukten |
-
1990
- 1990-09-07 JP JP2237670A patent/JP2816758B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-09-06 KR KR1019910015542A patent/KR940004876B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1991-09-09 US US07/757,063 patent/US5186150A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5186150A (en) | 1993-02-16 |
| KR940004876B1 (ko) | 1994-06-02 |
| KR920006727A (ko) | 1992-04-28 |
| JPH04116419A (ja) | 1992-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2816758B2 (ja) | ファジイ推論を用いた流量測定装置及び方法 | |
| KR100462458B1 (ko) | 외부배기가스를재순환하는내연기관의실린더로유입되는맑은공기의질량을모델을이용하여결정하는방법 | |
| CN100565536C (zh) | 在非节流稀薄燃烧发动机的进气总管中的氧气浓度的评估 | |
| US4320650A (en) | Flow rate measuring apparatus having vortex-generating element and hot wire element | |
| JP6302261B2 (ja) | タービン・エンジン流路において流れプロファイルを測定するシステム及び方法 | |
| US4502325A (en) | Measurement of mass airflow into an engine | |
| JPS6233528B2 (ja) | ||
| KR960000439B1 (ko) | Ic 엔진 연료 분사용 자동 제어 시스템 | |
| JPH11504093A (ja) | 内燃機関のシリンダの中に流入する空気流量をモデルを援用して求める方法 | |
| US20210054798A1 (en) | Air flow measurement device | |
| US20060212250A1 (en) | Heating resistor type air flow rate measuring device and method of correcting measurement error | |
| JP2011515689A (ja) | 流体の瞬時流量実時間測定システム | |
| JP2004522061A (ja) | マスフロー導管における温度値の決定方法及び装置 | |
| WO2022237074A1 (zh) | 一种基于神经网络模型的汽油机次充模型进气量估算方法 | |
| CN105715395B (zh) | 用于检查在用于内燃机的供气系统中的基于压力的质量流量传感器的方法和装置 | |
| KR100423377B1 (ko) | 유량 산출 제어 장치 및 유량 산출 제어 방법 | |
| JP2019191077A (ja) | 計測制御装置及び流量計測装置 | |
| JP2006138236A (ja) | 内燃機関のバルブ開口面積算出装置 | |
| Walklate et al. | Measurement and prediction of turbulence and heat transfer in the entrance region of a pipe | |
| Mohammadpour et al. | Real-time diagnosis of the exhaust recirculation in diesel engines using least-squares parameter estimation | |
| Wang et al. | Optimization and Investigation on SNR of Engine Mass Airflow Sensor | |
| KR0163456B1 (ko) | 내연 기관의 흡입 공기 유량 검출 장치 | |
| JP3344259B2 (ja) | 流体物理量計測方法およびその装置 | |
| Suematsu et al. | Development of a method to predict performance of sensing system with air mass flow sensor by CFD | |
| JPH05172835A (ja) | 熱式流れ方向判別装置 |