JP2841958B2 - ファジィ制御装置と湯水混合制御装置 - Google Patents
ファジィ制御装置と湯水混合制御装置Info
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- JP2841958B2 JP2841958B2 JP23158991A JP23158991A JP2841958B2 JP 2841958 B2 JP2841958 B2 JP 2841958B2 JP 23158991 A JP23158991 A JP 23158991A JP 23158991 A JP23158991 A JP 23158991A JP 2841958 B2 JP2841958 B2 JP 2841958B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は湯と水との混合比率を調
整し最適な混合湯温を得る湯水混合制御装置に関するも
のである。
整し最適な混合湯温を得る湯水混合制御装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来この種のファジィ制御装置は図８に
示すようなものがあった。（例えば、松永・小路・川
路：「ファジィハイブリッド制御法の提案」電気学会シ
ステム制御研資ＳＣ−８９−１７、ｐ1 （平成元年））
図８において、目標値ｒ，位置θに対して位置偏差をｅ
＝θ−ｒ、速度偏差をｄｅ＝ｄθ−ｄｒとする。操作量
ｕはｅおよびｄｅの状態よりＰＤ制御部１０１とファジ
ィ制御部１０２で個々に演算した後合成しアンプ１０３
で増幅される。この操作量ｕで制御対象のモータ１０４
を駆動する。
示すようなものがあった。（例えば、松永・小路・川
路：「ファジィハイブリッド制御法の提案」電気学会シ
ステム制御研資ＳＣ−８９−１７、ｐ1 （平成元年））
図８において、目標値ｒ，位置θに対して位置偏差をｅ
＝θ−ｒ、速度偏差をｄｅ＝ｄθ−ｄｒとする。操作量
ｕはｅおよびｄｅの状態よりＰＤ制御部１０１とファジ
ィ制御部１０２で個々に演算した後合成しアンプ１０３
で増幅される。この操作量ｕで制御対象のモータ１０４
を駆動する。
【０００３】ファジィ制御とＰＤ制御を融合する際、操
作量ｕは以下のようにして求めている。
作量ｕは以下のようにして求めている。
【０００４】 ｕ＝ｕＰＤ ｜ｅ｜＜ｅｌｉｍ かつ ｜ｄｅ｜＜ｄｅｌｉｍ ・・・ （１） ｕ＝ｕＰＤ ＋ ｕＦ ・・・ （２） ただし、ｕＰＤはＰＤ制御部の操作量、ｕＦはファジィ
制御部の操作量である。ｅｌｉｍ，ｄｅｌｉｍはＰＤ制
御のみの領域を示すパラメータである。これは図９に示
すように位置偏差ｅがｅｌｉｍより小さくかつ速度偏差
ｄｅがｄｅｌｉｍより小さい時（領域１）はＰＤ制御の
みで制御対象を操作し、それ以外（過渡状態：領域２）
にはＰＤ制御にファジィ制御を加えるもので、ファジィ
制御を過渡状態におけるオーバーシュートの低減を目的
として、ＰＤ制御の感度改善に利用している。したがっ
てスイッチ１０５を用いて位置偏差ｅと速度偏差ｄｅに
よりファジィ制御部１０２の出力を入切している。つま
り、目標点近傍では高精度を実現するためＰＤ制御の特
性を用い、目標点から離れた点では非線形特性に有効な
ファジィ制御を用いている。
制御部の操作量である。ｅｌｉｍ，ｄｅｌｉｍはＰＤ制
御のみの領域を示すパラメータである。これは図９に示
すように位置偏差ｅがｅｌｉｍより小さくかつ速度偏差
ｄｅがｄｅｌｉｍより小さい時（領域１）はＰＤ制御の
みで制御対象を操作し、それ以外（過渡状態：領域２）
にはＰＤ制御にファジィ制御を加えるもので、ファジィ
制御を過渡状態におけるオーバーシュートの低減を目的
として、ＰＤ制御の感度改善に利用している。したがっ
てスイッチ１０５を用いて位置偏差ｅと速度偏差ｄｅに
よりファジィ制御部１０２の出力を入切している。つま
り、目標点近傍では高精度を実現するためＰＤ制御の特
性を用い、目標点から離れた点では非線形特性に有効な
ファジィ制御を用いている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな構成では、モータの位置制御のように動作範囲があ
る程度予測出来る場合に目標点から離れた点では非線形
特性に有効なファジィ制御を用いるのは有効であるが、
ファジィ推論の定義域が存在するためそれ以上の偏差に
対しては定量しか操作量が決まらない問題がある。たと
えばファジィ制御の定義域以上の偏差に対してファジィ
制御のｕＦは一定となり制御に寄与するファジィ制御の
効果が低くなる。
うな構成では、モータの位置制御のように動作範囲があ
る程度予測出来る場合に目標点から離れた点では非線形
特性に有効なファジィ制御を用いるのは有効であるが、
ファジィ推論の定義域が存在するためそれ以上の偏差に
対しては定量しか操作量が決まらない問題がある。たと
えばファジィ制御の定義域以上の偏差に対してファジィ
制御のｕＦは一定となり制御に寄与するファジィ制御の
効果が低くなる。
【０００６】本発明はかかる従来の課題を解決するもの
で目標点近傍では非線形特性を細かく記述できるファジ
ィ制御を主に用い、目標点から離れた過渡応答等のおお
きな変動には高速に応答するためＰＤ制御の特性を主に
用いる制御手段を構成し安定な動作を実現することを目
的とする。
で目標点近傍では非線形特性を細かく記述できるファジ
ィ制御を主に用い、目標点から離れた過渡応答等のおお
きな変動には高速に応答するためＰＤ制御の特性を主に
用いる制御手段を構成し安定な動作を実現することを目
的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のファジィ制御装置および湯水混合制御装置
は、湯流路および水流路と、前記湯流路および前記水流
路流量を調節する混合弁と、前記混合弁を駆動する混合
弁駆動手段と、前記混合弁駆動手段に駆動信号を出力す
る制御手段と、前記混合弁の下流において前記湯流路と
前記水流路が合流する混合部と、前記混合部の湯温を検
出する混合湯温検出手段と、混合湯温を設定する設定手
段とからなり、前記制御手段は、制御対象を線形モデル
として制御系を構成する線形制御演算手段と、論理的制
御則によって推論系を構成するファジィ推論演算手段と
を備え、前記検出手段の偏差または偏差の変化率の少な
くとも１つがあらかじめ定めた定義域を外れた場合は前
記線形制御演算手段の演算結果を主にし、それ以外の場
合は前記ファジィ推論演算手段の演算結果を主にするよ
うに各演算手段の演算結果の比率を変えて合成し制御対
象への操作量として出力するように構成したものであ
る。
に本発明のファジィ制御装置および湯水混合制御装置
は、湯流路および水流路と、前記湯流路および前記水流
路流量を調節する混合弁と、前記混合弁を駆動する混合
弁駆動手段と、前記混合弁駆動手段に駆動信号を出力す
る制御手段と、前記混合弁の下流において前記湯流路と
前記水流路が合流する混合部と、前記混合部の湯温を検
出する混合湯温検出手段と、混合湯温を設定する設定手
段とからなり、前記制御手段は、制御対象を線形モデル
として制御系を構成する線形制御演算手段と、論理的制
御則によって推論系を構成するファジィ推論演算手段と
を備え、前記検出手段の偏差または偏差の変化率の少な
くとも１つがあらかじめ定めた定義域を外れた場合は前
記線形制御演算手段の演算結果を主にし、それ以外の場
合は前記ファジィ推論演算手段の演算結果を主にするよ
うに各演算手段の演算結果の比率を変えて合成し制御対
象への操作量として出力するように構成したものであ
る。
【０００８】
【作用】以上の構成により、設定手段と混合湯温検出装
置の信号より目標値との偏差および偏差の時間変化の大
きさに応じて目標点近傍ではファジィ制御を主に用い、
目標点から離れた過渡応答等のおおきな変動にはＰＤ制
御の特性を主に用いる。
置の信号より目標値との偏差および偏差の時間変化の大
きさに応じて目標点近傍ではファジィ制御を主に用い、
目標点から離れた過渡応答等のおおきな変動にはＰＤ制
御の特性を主に用いる。
【０００９】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。図１は湯水混合制御装置の断面図で１は湯流路、２
は水流路であり、各流路に関連して自動調圧弁３が設け
られている。自動調圧弁３は、湯流路１の１次圧力ＰＨ
１を減圧する湯側弁体４、湯側弁座５と、水流路２の１
次圧力ＰＣ１を減圧する水側弁体６、水側弁座７と、湯
側弁体４と水側弁体６を連結する弁軸８と、湯と水の減
圧後の１次圧ＰＨ１、ＰＣ１の圧力差で動作するピスト
ン９とで構成されている。そして、湯または水の圧力が
急変してもその圧力で自動調圧弁３が移動し、湯と水の
２次圧ＰＨ２とＰＣ２とが常に等しく保たれるように作
用する。２２は付勢手段で、自動調圧弁３と付勢手段２
２で混合弁２３を形成する。２４は前記付勢手段２２の
力と対向して可変バイアス力を混合弁２３に付与する混
合弁駆動手段である。混合弁駆動手段２４は、磁性体か
らなる第１のプランジャ２５と、前記第１のプランジャ
２５の周りに防水および絶縁された第１のコイル２６を
有し、前記第１のコイル２６は制御手段１８に接続され
ている。混合湯温は混合湯温検出手段１５によって検出
する。
る。図１は湯水混合制御装置の断面図で１は湯流路、２
は水流路であり、各流路に関連して自動調圧弁３が設け
られている。自動調圧弁３は、湯流路１の１次圧力ＰＨ
１を減圧する湯側弁体４、湯側弁座５と、水流路２の１
次圧力ＰＣ１を減圧する水側弁体６、水側弁座７と、湯
側弁体４と水側弁体６を連結する弁軸８と、湯と水の減
圧後の１次圧ＰＨ１、ＰＣ１の圧力差で動作するピスト
ン９とで構成されている。そして、湯または水の圧力が
急変してもその圧力で自動調圧弁３が移動し、湯と水の
２次圧ＰＨ２とＰＣ２とが常に等しく保たれるように作
用する。２２は付勢手段で、自動調圧弁３と付勢手段２
２で混合弁２３を形成する。２４は前記付勢手段２２の
力と対向して可変バイアス力を混合弁２３に付与する混
合弁駆動手段である。混合弁駆動手段２４は、磁性体か
らなる第１のプランジャ２５と、前記第１のプランジャ
２５の周りに防水および絶縁された第１のコイル２６を
有し、前記第１のコイル２６は制御手段１８に接続され
ている。混合湯温は混合湯温検出手段１５によって検出
する。
【００１０】温度調節を行なう場合、制御手段１８から
第１のコイル２６に電流を流すと、磁性体からなる第１
のプランジャ２５はフレミングの法則により弁軸８にバ
イアス力を付与する。このバイアス力と付勢手段２２の
付勢力がつりあったところで自動調圧弁３はバランスす
る。したがって、第１のコイル２６に流す電流を変化す
ることにより自動調圧弁３のバランス点を移動すること
ができる。例えば、電流の小さい場合は付勢手段２２の
力の方が強いため湯側弁体４より水側弁体６の方が大き
く開き、出湯温度が低くなる。電流を大きくすると付勢
手段２２の力に対向してプランジャ２５を押し出すこと
により湯側弁体４が開きだし結果的に出湯温度が高くな
る。このようにして、制御手段１８は混合湯温検出手段
１５の信号と設定手段１７の信号を入力することにより
出湯温度が設定温度になるように第１のコイル２６に流
す電流を可変し混合弁２３を調節する。
第１のコイル２６に電流を流すと、磁性体からなる第１
のプランジャ２５はフレミングの法則により弁軸８にバ
イアス力を付与する。このバイアス力と付勢手段２２の
付勢力がつりあったところで自動調圧弁３はバランスす
る。したがって、第１のコイル２６に流す電流を変化す
ることにより自動調圧弁３のバランス点を移動すること
ができる。例えば、電流の小さい場合は付勢手段２２の
力の方が強いため湯側弁体４より水側弁体６の方が大き
く開き、出湯温度が低くなる。電流を大きくすると付勢
手段２２の力に対向してプランジャ２５を押し出すこと
により湯側弁体４が開きだし結果的に出湯温度が高くな
る。このようにして、制御手段１８は混合湯温検出手段
１５の信号と設定手段１７の信号を入力することにより
出湯温度が設定温度になるように第１のコイル２６に流
す電流を可変し混合弁２３を調節する。
【００１１】流量は混合部１９より下流において流量調
節開閉弁２０により調節する。流量調節開閉弁２０は弁
きょう体２７と、きょう体内に流量を調節する円錐状の
流量制御弁体２８とそれに対応する弁座２９を設けてい
る。流量制御弁体２８と流体の１次圧（混合不９の圧
力）とバランスをとるため、可撓性受圧体としての溝付
ダイヤフラム３０を流量制御弁体２８と弁きょう体の間
に連結しており、さらに溝３０ａを深くして、流量制御
弁体２８のリフト量にかかわらず、有効受圧面積が前記
弁座２９の口径と常に等しくなるように構成している。
ダイヤフラム３０で１次側と完全に仕切られた背圧室３
１と前記流量制御弁体２８の２次側とは、連通孔３２に
より連通している。流量制御弁体２８は、付勢手段３３
としてのスプリング３４により、弁座２９に当接する方
向に付勢されている。また、第２のコイル３５と、一方
の端面を密閉したパイプ３６があり、第２のコイル３５
への通電量により駆動される第２のプランジャ３７がパ
イプ３６内を摺動する。第２のプランジャ３７はシャフ
ト３８を介して流量制御弁体２８と連動する構成となっ
ている。第２のコイル３５、パイプ３６および第２のプ
ランジャ３７で流量調節開閉弁駆動手段２１を形成して
いる。
節開閉弁２０により調節する。流量調節開閉弁２０は弁
きょう体２７と、きょう体内に流量を調節する円錐状の
流量制御弁体２８とそれに対応する弁座２９を設けてい
る。流量制御弁体２８と流体の１次圧（混合不９の圧
力）とバランスをとるため、可撓性受圧体としての溝付
ダイヤフラム３０を流量制御弁体２８と弁きょう体の間
に連結しており、さらに溝３０ａを深くして、流量制御
弁体２８のリフト量にかかわらず、有効受圧面積が前記
弁座２９の口径と常に等しくなるように構成している。
ダイヤフラム３０で１次側と完全に仕切られた背圧室３
１と前記流量制御弁体２８の２次側とは、連通孔３２に
より連通している。流量制御弁体２８は、付勢手段３３
としてのスプリング３４により、弁座２９に当接する方
向に付勢されている。また、第２のコイル３５と、一方
の端面を密閉したパイプ３６があり、第２のコイル３５
への通電量により駆動される第２のプランジャ３７がパ
イプ３６内を摺動する。第２のプランジャ３７はシャフ
ト３８を介して流量制御弁体２８と連動する構成となっ
ている。第２のコイル３５、パイプ３６および第２のプ
ランジャ３７で流量調節開閉弁駆動手段２１を形成して
いる。
【００１２】上記構成で、制御手段１８は第２のコイル
３５への通電量を制御することにより流量を調節するも
ので、流量を０（停止）するには、制御手段１８は第２
のコイル３５への通電を切ることで、スプリング３４に
より付勢された流量制御弁体２８は弁座２９に当接し、
流体は流れなくなる。第２のコイル３５に通電すると、
第２のプランジャ３７を吸引あるいは押しだし、スプリ
ング３４の付勢力に対抗して、流量制御弁体２８をリフ
トさせ、流体（混合湯）が流れ始める。つまり、制御手
段１８は第２のコイル３５への通電量を変えることによ
り、流量制御弁体２８を任意のリフト量に調節し、流量
を制御するものである。
３５への通電量を制御することにより流量を調節するも
ので、流量を０（停止）するには、制御手段１８は第２
のコイル３５への通電を切ることで、スプリング３４に
より付勢された流量制御弁体２８は弁座２９に当接し、
流体は流れなくなる。第２のコイル３５に通電すると、
第２のプランジャ３７を吸引あるいは押しだし、スプリ
ング３４の付勢力に対抗して、流量制御弁体２８をリフ
トさせ、流体（混合湯）が流れ始める。つまり、制御手
段１８は第２のコイル３５への通電量を変えることによ
り、流量制御弁体２８を任意のリフト量に調節し、流量
を制御するものである。
【００１３】図２は制御手段１８の例である。３９は混
合湯温検出手段１５と設定手段１７の信号を入力し混合
弁２３の駆動量を演算する混合弁制御手段、４０は前記
混合弁制御手段３９の信号により混合弁駆動手段（第１
のコイル）２６の駆動量を設定する第１の駆動量設定手
段、４１は設定手段１７の信号を入力し流量調節開閉弁
２０の駆動量を演算する流量調節開閉弁制御手段、４２
は前記流量調節開閉弁制御手段４１の信号により流量調
節開閉弁駆動手段２１の駆動量を設定する第２の駆動量
設定手段である。
合湯温検出手段１５と設定手段１７の信号を入力し混合
弁２３の駆動量を演算する混合弁制御手段、４０は前記
混合弁制御手段３９の信号により混合弁駆動手段（第１
のコイル）２６の駆動量を設定する第１の駆動量設定手
段、４１は設定手段１７の信号を入力し流量調節開閉弁
２０の駆動量を演算する流量調節開閉弁制御手段、４２
は前記流量調節開閉弁制御手段４１の信号により流量調
節開閉弁駆動手段２１の駆動量を設定する第２の駆動量
設定手段である。
【００１４】次に本発明の構成の動作を説明する。この
ような湯水混合装置の制御に用いるファジィ制御則とし
ては図３に示すようなメンバシップ関数を用いる。ここ
でｅは設定温度と実際の温度との偏差、Δｅは偏差の変
化分、Δｕは操作量の変化分である。
ような湯水混合装置の制御に用いるファジィ制御則とし
ては図３に示すようなメンバシップ関数を用いる。ここ
でｅは設定温度と実際の温度との偏差、Δｅは偏差の変
化分、Δｕは操作量の変化分である。
【００１５】図におけるファジィ集合の個々のラベル表
示は、 ＮＢ＝Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｂｉｇ （負で大きい） ＮＭ＝Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｍｅｄｉｕｍ（負で中ぐら
い） ＮＳ＝Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｓｍａｌｌ （負で小さい） ＺＯ＝Ｚｅｒｏ （ほぼ零） ＰＳ＝Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｓｍａｌｌ （正で小さい） ＰＭ＝Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｍｅｄｉｕｍ（正で中ぐら
い） ＰＢ＝Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｂｉｇ （正で大きい） を意味する。
示は、 ＮＢ＝Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｂｉｇ （負で大きい） ＮＭ＝Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｍｅｄｉｕｍ（負で中ぐら
い） ＮＳ＝Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｓｍａｌｌ （負で小さい） ＺＯ＝Ｚｅｒｏ （ほぼ零） ＰＳ＝Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｓｍａｌｌ （正で小さい） ＰＭ＝Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｍｅｄｉｕｍ（正で中ぐら
い） ＰＢ＝Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｂｉｇ （正で大きい） を意味する。
【００１６】次にファジィ推論の動作を説明する。ファ
ジィ推論は混合湯温検出手段１５と設定手段１７の差を
混合弁制御手段３９が求め温度偏差ｅとする。さらに偏
差の変化率Δｅ（今回のサンプル偏差と前回のサンプル
偏差をサンプリング時間で割った値）も混合弁制御手段
３９で求める。このｅとΔｅを用いてファジィ推論を行
なう。ここでは説明を簡単にするためにメンバシップ関
数はｅとΔｅに対して同形に設定してある。一例を示す
と、 （ルール１）もし温度偏差が正で大きく、偏差の変化率
がほとんど零ならば駆動量は一番大きくする。
ジィ推論は混合湯温検出手段１５と設定手段１７の差を
混合弁制御手段３９が求め温度偏差ｅとする。さらに偏
差の変化率Δｅ（今回のサンプル偏差と前回のサンプル
偏差をサンプリング時間で割った値）も混合弁制御手段
３９で求める。このｅとΔｅを用いてファジィ推論を行
なう。ここでは説明を簡単にするためにメンバシップ関
数はｅとΔｅに対して同形に設定してある。一例を示す
と、 （ルール１）もし温度偏差が正で大きく、偏差の変化率
がほとんど零ならば駆動量は一番大きくする。
【００１７】これは次のようにも表わせる。 ｉｆ ｅ＝ＰＢ ａｎｄ Δｅ＝ＺＯ ｔｈｅｎ Δｕ＝ＰＢ 混合弁制御手段３９ではｅとΔｅを用い、それがあては
まるルールを使用してΔｕを求める際ｍｉｎ−ｍａｘ演
算を用いている。 （ルール２）ｉｆ ｅ＝ＺＯ ａｎｄ Δｅ＝ＮＢ ｔｈｅｎ Δｕ＝ＮＢ （ルール３）ｉｆ ｅ＝ＺＯ ａｎｄ Δｅ＝ＮＭ ｔｈｅｎ Δｕ＝ＮＭ （ルール４）ｉｆ ｅ＝ＺＯ ａｎｄ Δｅ＝ＮＳ ｔｈｅｎ Δｕ＝ＮＳ を用いて説明する。図４Ａ，Ｂにおいてｅ、Δｅによっ
てルール２からｅ＝ＺＯの適合度はｐ０、Δｅ＝ＮＢの
適合度はｑ０、この２つの適合度の小さい方を選択し
（ｍｉｎ演算）Δｕの適合度はｒ０でカットして求め
る。同様にして、ルール３よりｐ１、ｑ１、ｒ１を求め
Δｕの適合度を得る。（この場合のｅ，Δｅではリール
４は有効ではない。）このようにしてルール毎に求めた
Δｕの適合度の和をとり（ｍａｘ演算）図４Ｂのように
なる。この重心位置に対応する値を推論結果として用
い、混合弁制御手段３９はこの値に応じた駆動量を第１
の駆動量設定手段４０から第１のコイル２４に送るよう
制御する。
まるルールを使用してΔｕを求める際ｍｉｎ−ｍａｘ演
算を用いている。 （ルール２）ｉｆ ｅ＝ＺＯ ａｎｄ Δｅ＝ＮＢ ｔｈｅｎ Δｕ＝ＮＢ （ルール３）ｉｆ ｅ＝ＺＯ ａｎｄ Δｅ＝ＮＭ ｔｈｅｎ Δｕ＝ＮＭ （ルール４）ｉｆ ｅ＝ＺＯ ａｎｄ Δｅ＝ＮＳ ｔｈｅｎ Δｕ＝ＮＳ を用いて説明する。図４Ａ，Ｂにおいてｅ、Δｅによっ
てルール２からｅ＝ＺＯの適合度はｐ０、Δｅ＝ＮＢの
適合度はｑ０、この２つの適合度の小さい方を選択し
（ｍｉｎ演算）Δｕの適合度はｒ０でカットして求め
る。同様にして、ルール３よりｐ１、ｑ１、ｒ１を求め
Δｕの適合度を得る。（この場合のｅ，Δｅではリール
４は有効ではない。）このようにしてルール毎に求めた
Δｕの適合度の和をとり（ｍａｘ演算）図４Ｂのように
なる。この重心位置に対応する値を推論結果として用
い、混合弁制御手段３９はこの値に応じた駆動量を第１
の駆動量設定手段４０から第１のコイル２４に送るよう
制御する。
【００１８】しかし、設定手段１７により設定温度を急
に大きく変化した場合や、湯側温度が低い状態からの出
湯で急激に供給湯温が上昇してきている場合等では温度
偏差ｅや変化率Δｅの大きさが図３に示している定義域
を越えてしまう場合がある。この時上記ルールのみのフ
ァジィ制御だけを用いて温度制御を行なうと定義域以外
では温度偏差ｅや変化率Δｅの大きさにかかわらず駆動
量が一定値となり過渡応答が遅くなってしまう。
に大きく変化した場合や、湯側温度が低い状態からの出
湯で急激に供給湯温が上昇してきている場合等では温度
偏差ｅや変化率Δｅの大きさが図３に示している定義域
を越えてしまう場合がある。この時上記ルールのみのフ
ァジィ制御だけを用いて温度制御を行なうと定義域以外
では温度偏差ｅや変化率Δｅの大きさにかかわらず駆動
量が一定値となり過渡応答が遅くなってしまう。
【００１９】そこで本発明は上記の現象を防ぐために次
のような手段を講じている。混合弁制御手段３９を図５
に示すブロック図のように論理的制御部のファジィ制御
部５０と線形制御演算手段としてのＰＤ制御部５１の合
成した制御手段とする。５２はΔｅを求める際の１階微
分を表わすプラス演算子である。ファジィ制御の定義域
を図６に示すように温度偏差ｅについては−ｅｘからｅ
ｘの間、温度偏差の変化率Δｅについては−Δｅｙから
Δｅｙまでとする。この範囲に入っている領域３ではフ
ァジィ制御を主に用いて混合弁制御手段３９は温度制御
を行なう。このように設定値近傍の制御特性に大きく影
響する部分はファジィ制御により論理的に細かい制御を
容易に記述することができる。
のような手段を講じている。混合弁制御手段３９を図５
に示すブロック図のように論理的制御部のファジィ制御
部５０と線形制御演算手段としてのＰＤ制御部５１の合
成した制御手段とする。５２はΔｅを求める際の１階微
分を表わすプラス演算子である。ファジィ制御の定義域
を図６に示すように温度偏差ｅについては−ｅｘからｅ
ｘの間、温度偏差の変化率Δｅについては−Δｅｙから
Δｅｙまでとする。この範囲に入っている領域３ではフ
ァジィ制御を主に用いて混合弁制御手段３９は温度制御
を行なう。このように設定値近傍の制御特性に大きく影
響する部分はファジィ制御により論理的に細かい制御を
容易に記述することができる。
【００２０】定義域の外ではファジィ制御則の値は一定
値となってしまい制御特性が悪くなる。例えば図６にお
いて領域４のｒ点とｓ点では温度偏差が異なりｓ点のほ
うが設定値から大きく離れているため制御量を大きくし
なければならない。しかし温度偏差ｅ、温度偏差の変化
率Δｅとも定義域を越えているため制御量は一定値にな
り、設定値に戻す応答時間が長くなってしまう。
値となってしまい制御特性が悪くなる。例えば図６にお
いて領域４のｒ点とｓ点では温度偏差が異なりｓ点のほ
うが設定値から大きく離れているため制御量を大きくし
なければならない。しかし温度偏差ｅ、温度偏差の変化
率Δｅとも定義域を越えているため制御量は一定値にな
り、設定値に戻す応答時間が長くなってしまう。
【００２１】そこで領域４の制御特性を良くするためＰ
Ｄ制御部５１を混合弁制御手段３９に付加する。これに
より設定値近傍では非線形特性を細かく記述できるファ
ジィ制御を主に用い、設定値から離れた過渡応答等のお
おきな変動にはファジイ制御側の一定値出力に付加した
高速に応答するためのＰＤ制御の特性を主に用いるよう
にする。
Ｄ制御部５１を混合弁制御手段３９に付加する。これに
より設定値近傍では非線形特性を細かく記述できるファ
ジィ制御を主に用い、設定値から離れた過渡応答等のお
おきな変動にはファジイ制御側の一定値出力に付加した
高速に応答するためのＰＤ制御の特性を主に用いるよう
にする。
【００２２】図７（ａ）のように時刻ｔ１において設定
温度をＴ１からＴ２に変更する場合を考える。温度を変
更した幅は図に示すようにＸ１ある。これはファジィ制
御の定義域ｘより大きい。したがってファジィ制御部５
０のみを用いて温度制御を行なうと温度偏差ｅが定義域
内に入ってくるまで一定の出力しか出さないため図７
（ｂ）のように整定するまでが遅くなる。
温度をＴ１からＴ２に変更する場合を考える。温度を変
更した幅は図に示すようにＸ１ある。これはファジィ制
御の定義域ｘより大きい。したがってファジィ制御部５
０のみを用いて温度制御を行なうと温度偏差ｅが定義域
内に入ってくるまで一定の出力しか出さないため図７
（ｂ）のように整定するまでが遅くなる。
【００２３】またＰＤ制御部５１のみを用いると図７
（ｃ）のようにファジィ制御のみの場合に比べると整定
するまでの時間は早くなるがオーバーシュートを生じて
しまう。これはΔｅにかかる微分項を大きくしたからで
ある。微分項を大きくとると設定温度近傍でも安定せず
小さな外乱でもそれをきっかけにハンチングを生じてし
まうことがある。オーバーシュートを防ぐため微分項を
小さくすると過渡応答が遅くなりファジィ制御とあまり
変わらなくなる。
（ｃ）のようにファジィ制御のみの場合に比べると整定
するまでの時間は早くなるがオーバーシュートを生じて
しまう。これはΔｅにかかる微分項を大きくしたからで
ある。微分項を大きくとると設定温度近傍でも安定せず
小さな外乱でもそれをきっかけにハンチングを生じてし
まうことがある。オーバーシュートを防ぐため微分項を
小さくすると過渡応答が遅くなりファジィ制御とあまり
変わらなくなる。
【００２４】したがって、図６領域３のように設定温度
近傍では非線形特性を細かく記述できるファジィ制御を
主に用い、図６領域４のように設定温度から離れた過渡
応答等のおおきな変動には高速に応答するためＰＤ制御
の特性を主に用いるようにすると図７（ｄ）のように設
定温度変更直後はΔｅが大きくＰＤ制御部５１の出力が
大きく寄与しΔｅまたはｅが小さくなりファジィ制御の
定義域にこれらが入ってくるとファジィ制御部５０の出
力が大きく寄与するようになる。このため設定温度変更
時の立ち上がりも良くさらにオーバーシュートもほとん
ど無い制御特性を得ることができる。
近傍では非線形特性を細かく記述できるファジィ制御を
主に用い、図６領域４のように設定温度から離れた過渡
応答等のおおきな変動には高速に応答するためＰＤ制御
の特性を主に用いるようにすると図７（ｄ）のように設
定温度変更直後はΔｅが大きくＰＤ制御部５１の出力が
大きく寄与しΔｅまたはｅが小さくなりファジィ制御の
定義域にこれらが入ってくるとファジィ制御部５０の出
力が大きく寄与するようになる。このため設定温度変更
時の立ち上がりも良くさらにオーバーシュートもほとん
ど無い制御特性を得ることができる。
【００２５】つまりＰＤ制御部においてΔｅにかかる微
分項やｅにかかる比例項をそれらが大きくなるとその効
果を生じ、設定値付近ではあまり影響を生じない小さな
値にしておく。このように設定温度近傍ではファジィ制
御を主に用い、設定温度から離れた領域ではＰＤ制御を
主に用いるようにすると、設定温度付近では小さな外乱
に対してもファジィ制御部が安定に混合湯温を制御し、
設定温度の変更や急激な圧力変動等の大きな外乱に対し
てはＰＤ制御が俊敏に設定温度付近までもどしかつ設定
温度近傍になるとＰＤ制御の効果が小さくなるため混合
湯温のオーバーシュートを生じたり、それをきっかけと
するハンチングを引き起こすことが無く安全な湯温で混
合湯を供給することができる。
分項やｅにかかる比例項をそれらが大きくなるとその効
果を生じ、設定値付近ではあまり影響を生じない小さな
値にしておく。このように設定温度近傍ではファジィ制
御を主に用い、設定温度から離れた領域ではＰＤ制御を
主に用いるようにすると、設定温度付近では小さな外乱
に対してもファジィ制御部が安定に混合湯温を制御し、
設定温度の変更や急激な圧力変動等の大きな外乱に対し
てはＰＤ制御が俊敏に設定温度付近までもどしかつ設定
温度近傍になるとＰＤ制御の効果が小さくなるため混合
湯温のオーバーシュートを生じたり、それをきっかけと
するハンチングを引き起こすことが無く安全な湯温で混
合湯を供給することができる。
【００２６】
【発明の効果】以上のように本発明のファジィ制御装置
によれば、ファジィ制御の定義域より大きな反動を生じ
る制御対象に対しても俊敏に動作し、かつ設定値付近で
はオーバーシュートやハンチングを生じることが無く安
定に制御することができる。さらに設定値近傍の制御特
性に大きく影響する部分はファジィ制御により論理的に
細かい制御を容易に記述することができるため制御操作
量の設定がＰＤ制御のみに比べ簡単になる。
によれば、ファジィ制御の定義域より大きな反動を生じ
る制御対象に対しても俊敏に動作し、かつ設定値付近で
はオーバーシュートやハンチングを生じることが無く安
定に制御することができる。さらに設定値近傍の制御特
性に大きく影響する部分はファジィ制御により論理的に
細かい制御を容易に記述することができるため制御操作
量の設定がＰＤ制御のみに比べ簡単になる。
【００２７】このファジィ制御装置を用いた湯水混合制
御装置によれば、設定温度付近では小さな外乱に対して
もファジィ制御部が安定に混合湯温を制御し、設定温度
の変更や急激な圧力変動等の大きな外乱に対してはＰＤ
制御が俊敏に設定温度付近までもどし、かつ設定温度近
傍になるとＰＤ制御の効果が小さくなるため混合湯温の
オーバーシュートを生じることが無い。さらにオーバー
シュートをきっかけとするハンチングを引き起こすこと
も無くなる。したがって急激に出湯を変化する各種シャ
ワー等に用いても不快な温度を感じることが無く、安全
でかつ安定な湯温で混合湯を供給することが可能とな
る。
御装置によれば、設定温度付近では小さな外乱に対して
もファジィ制御部が安定に混合湯温を制御し、設定温度
の変更や急激な圧力変動等の大きな外乱に対してはＰＤ
制御が俊敏に設定温度付近までもどし、かつ設定温度近
傍になるとＰＤ制御の効果が小さくなるため混合湯温の
オーバーシュートを生じることが無い。さらにオーバー
シュートをきっかけとするハンチングを引き起こすこと
も無くなる。したがって急激に出湯を変化する各種シャ
ワー等に用いても不快な温度を感じることが無く、安全
でかつ安定な湯温で混合湯を供給することが可能とな
る。
【図１】本発明の湯水混合制御装置の一実施例を示す断
面図
面図
【図２】同湯水混合制御装置の制御ブロック図
【図３】同制御装置のファジィ変数を示す図
【図４】Ａは同制御装置のファジィ推論の過程を示す出
力特性図 Ｂは同制御装置のファジィ推論の結果を示す出力特性図
力特性図 Ｂは同制御装置のファジィ推論の結果を示す出力特性図
【図５】同制御装置の要部ブロック図
【図６】同制御装置のファジィ推論領域を示す図
【図７】同制御装置の出湯時における出力特性図
【図８】従来のファジィ制御を示すブロック図
【図９】従来のファジィ制御装置の制御領域を示す図
１ 湯流路 ２ 水流路 ３ 自動調圧弁（混合弁） １５ 混合湯温検出手段 １７ 設定手段 １８ 制御手段 １９ 混合部 ２０ 流量調節開閉弁 ２１ 流量調節開閉弁駆動手段 ２４ 混合弁駆動手段
フロントページの続き (72)発明者 城戸内 康夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−123902（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−35301（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05D 23/00 - 23/32 G05B 13/02 G05B 7/02
Claims (2)
- 【請求項１】 制御対象の状態に関する情報を検出する
少なくとも１つの検出手段と、制御対象の制御量を設定
する設定手段と、前記検出手段と前記設定手段の信号を
入力とし制御対象への制御量を出力する制御手段からな
り、前記制御手段は、制御対象を線形モデルとして制御
系を構成する線形制御演算手段と、論理的制御則によっ
て推論系を構成するファジィ推論演算手段とを備え、前
記検出手段の偏差または偏差の変化率の少なくとも１つ
があらかじめ定めた定義域を外れた場合は前記線形制御
演算手段の演算結果を主にし、それ以外の場合は前記フ
ァジィ推論演算手段の演算結果を主にするように各演算
手段の演算結果の比率を変えて合成し制御対象への操作
量として出力するように構成したことを特徴とするファ
ジィ制御装置。 - 【請求項２】 湯流路および水流路と、前記湯流路およ
び前記水流路流量を調節する混合弁と、前記混合弁を駆
動する混合弁駆動手段と、前記混合弁駆動手段に駆動信
号を出力する制御手段と、前記混合弁の下流において前
記湯流路と前記水流路が合流する混合部と、前記混合部
の湯温を検出する混合湯温検出手段と、混合湯温を設定
する設定手段とからなり、前記制御手段は、制御対象を
線形モデルとして制御系を構成する線形制御演算手段
と、論理的制御則によって推論系を構成するファジィ推
論演算手段とを備え、前記検出手段の偏差または偏差の
変化率の少なくとも１つがあらかじめ定めた定義域を外
れた場合は前記線形制御演算手段の演算結果を主にし、
それ以外の場合は前記ファジィ推論演算手段の演算結果
を主にするように各演算手段の演算結果の比率を変えて
合成し制御対象への操作量として出力するように構成し
た湯水混合制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23158991A JP2841958B2 (ja) | 1991-09-11 | 1991-09-11 | ファジィ制御装置と湯水混合制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23158991A JP2841958B2 (ja) | 1991-09-11 | 1991-09-11 | ファジィ制御装置と湯水混合制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0573156A JPH0573156A (ja) | 1993-03-26 |
| JP2841958B2 true JP2841958B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=16925887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23158991A Expired - Fee Related JP2841958B2 (ja) | 1991-09-11 | 1991-09-11 | ファジィ制御装置と湯水混合制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2841958B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109855454B (zh) * | 2019-03-22 | 2024-01-16 | 吉林大学 | 一种自动调节换热面积的换热器的流量调节方法 |
-
1991
- 1991-09-11 JP JP23158991A patent/JP2841958B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0573156A (ja) | 1993-03-26 |
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Legal Events
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