JP3046322B2 - 通風式固体培養装置の制御方法 - Google Patents
通風式固体培養装置の制御方法Info
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Description
する品温経過値との間に差が生じても熟練オペレータ等
の勘等に頼ることなく自動的にファジイ制御する方法に
関するものである。
麹の例で説明すると、次のようである。 希望する品温経過通りに品温が推移するように、100
%湿度の送風をコントロールすることによって行ってい
る。コントロールの方法は送風温と送風量をあらかじめ
設定することによって行う。しかし希望する品温経過を
得るためには、季節による外気の条件等の変動に応じ
て、送風温又は送風量を変更しなければならない。
点があった。 品温による風温制御又は風量制御をしていないので、
品温曲線通りには品温は追随しない。 品温による風温制御又は風量制御をした場合、従来の
PID制御では15〜30分の時間遅れが生じ、しばしば異常
温度になることがあり、また制御不可能になることがあ
った。すなわち、むだ時間(送風条件の変更指示からそ
れによる品温の変動が生じるまでの時間差)が15〜30分
と長いため、希望する品温経過通りになるどころか、大
きく波打つ品温経過となり、コントロール不能となって
いた。したがって、今までは品温が希望する品温経過通
りになるようその都度、送風条件をコントロールしたい
のにもかかわらず、できないため、しかたなく、あらか
じめ設定された風温、風量になるように風温、風量を制
御していた。その不備な点は手動によって補なわれてい
た。 また、盛込水分、盛込温度等により微生物の成育も毎
回異なっているために、あらかじめ設定された送風条件
のみでは、品温が希望する品温経過とのずれが生じてく
る。そのときは、ずれが最小となるように手動で送風条
件を微調整している。 風量は風温との兼ね合いで決定されるが、両者ともあ
らかじめ設定されているため、風量は麹の発熱状況に対
して最適とはいえず、送風機の消費電力が多くなってい
た。
式固体培養装置において、実際の品温と希望する品温経
過値との差が許容値を越えようとするとき、又は許容値
を越えたとき、その差、品温又は発熱状況のうち1つ以
上、及び培養経過時間を入力量として、その入力値にし
たがって前件部メンバーシップ関数によりファジイ変数
の適合度を求めて、送風温または送風量をファジイ制御
することを特徴とする通風式固体培養装置の制御方法を
開発したのである。 その場合の発熱状況とは、品温の時間変化量又は希望
する品温経過値と実際の品温との差の時間変化量、ある
いは、それら以外に基質重量の時間変化量、二酸化炭素
の発生量等を挙げることができる。 ファジイ制御は補正制御の一種であるが、本発明の場
合はファジイ制御が最も好ましい態様である。その理由
は、他に最適制御、エキスパートシステムによる制御、
サンプリング制御等を用いることが考えられるが下記の
ような難点を有しているからである。 すなわち、最適制御はプロセスの状態方程式を求めそ
れを用いて評価基準との誤差が最小となるように操作量
を決める制御方法であるが、状態方程式が求められるか
どうかが問題である。求められるにしても線形化が可能
かどうかも問題となる。 エキスパートシステムによる制御(ファジイ制御を除
く)はそれぞれの状態に応じた操作量をあらかじめ規則
化することによって制御する。これは、規則が非常に複
雑になる。 サンプリング制御はPID制御を連続的に行なうのでな
く、むだ時間に応答して間歇的にPID制御を行う方法で
あるが、系が複雑な場合安定が難しい。 ここでいうファジイ制御とは、一般に知られているフ
ァジイ理論を利用するもので、これに基づく制御方式で
ある。培養時にこれまで作業者が行っていたあいまいな
情報をもとに柔軟な適応性によって制御していた操作方
法をファジイ理論によってモデル化し、コンピュータ利
用によって具現化しようとするものである。 さらに詳しくは、例えば、麹品温とプログラム設定値
との間に差がある等のプロセスの状況判断を条件命題
(前件部命題)として、その命題が確かなとき、麹層通
過風量を変更する等(後件部命題)の操作方法を結論と
する制御規則において、プロセスの状況判断の基準や操
作の内容があいまい量として扱われ、麹品温がプログラ
ム設定値よりも差が生じ始めたら(前件部命題)、送風
温を少し下げる(後件部命題)といった、そのあいまい
量がメンバーシップ関数で定量化されるもので、各制御
規則の前件部命題の適合度を重みとした総合判断として
操作量が求められる制御方式である。 そのための総合判断の手順としては、先ず、推論方法
に一般的に使用されているMax−Min法を採用するとよ
い。例えば、固体培養時の制御規則のうち、後述する第
2表中の1番目の規則は、 IF T−≦ΔTEMP≦T+ THEN 風温=ZE としている。この制御規則は入出力変数名と入出力変数
を第1表に示したが、ΔTEMPが麹品温のプログラム設定
値に対する差を示すとき、ΔTEMPが品温のプログラム設
定値に対する差の上限許容値(T+)以下で、同下限許
容値(T−)以上であれば、後件部の操作量である風温
はZEとすることを意味している。ZEはあいまい状態を表
すファジイ変数である。 前件部ファジイ変数とメンバーシップ関数の例は後述
する実施例の第2図にみられ、後件部ファジイ変数とメ
ンバーシップ関数についても第3図に示している。この
メンバーシップ関数はあいまい量を定量化するためのフ
ァジイ変数の集合である。それぞれのファジイ変数は入
力値にしたがって前件部メンバーシップ関数により適合
度が求められ、それをもとにして演算により出力に関す
るメンバーシップ関数が求められる。操作出力値は常法
に従って出力に関するメンバーシップ関数の面積を二等
分する点として求められる。 これらは計測値が周期的に入力されるとマイクロコン
ピュータ又は制御用計算機で演算される。この操作出力
値はあいまいな情報を用いた柔軟で適応性高いものとな
っており、適正な通風式固体培養装置の制御がなされ
る。 ここでいう通風式固体培養装置とは、微生物をフス
マ、大豆、米、麦等の固体培地(基質)で培養するもの
であり、みそ、醤油、清酒、焼酎等の製麹装置、微生物
の培養によって微生物自体、酵素、抗生物質等を生産す
る装置をいう。 更に、発熱状況を品温の時間変化量又は希望する品温
経過値と実際の品温との差の時間変化量とするとは、微
生物の生育による発熱量と装置によって物理的に除去し
ている熱量との差が品温の変化として現われてくるわけ
であるが、ここで装置が物理的に除去している熱量を略
把握しておれば、品温の時間変化量又は希望する品温経
過値と実際の品温との差の時間変化量を計測・演算して
やれば、単位時間当りの発熱状況は略把握できることに
なる。このように計測容易な品温の計測により、発熱状
況が把握でき、ファジイ制御に利用できるのである。 また、基質重量の変化、二酸化炭素の発生量は微生物
の発熱と非常に相関の高い因子であり、これを利用する
こともできるが、本発明のファジイ制御では「培養経過
時間」を必ず培養因子の入力量の一つとする。
り、固体培養による微生物、酵素、抗生物質になどの生
産の重要なファクターである。したがって希望する品温
経過通りに品温が推移するかどうかは得られる微生物
量、酵素量、抗生物質量などがどれだけ高められるかに
深くかかわっている。ファジイ制御によって、希望する
品温経過値に対して実際の品温が許容範囲内で推移し、
目的物の高い生産性が得られる。したがって、製麹の場
合も高酵素力価の麹が得られる。 更に、発熱状況を品温の時間変化量又は希望する品温
経過値と実際の品温との差の時間変化量で制御すると、
計測容易な品温計測によって、制御に支障ない程度の精
度で発熱状況が把握でき、ファジィ制御の入力量として
適切なものである。 したがって、後に効果の項で述べているように、希望
する品温曲線のみ入力すれば、送風条件を予め想定しな
くとも、入力した希望する品温曲線どおりに品温を制御
することが可能となる。
する。 第1図は醤油麹の通風式固体培養装置における系統図
である。通風式固体培養装置(1)の回転円盤上の麹層
(2)には空調機(3)から調和された空気が供給され
る。回転円盤の下方には空気供給室(4)がある。ま
た、麹層(2)には品温センサ(6)がある。品温セン
サ(6)の測定結果は状態認識入力装置(7)へオンラ
イン入力されるようになっている。状態認識入力装置
(7)にはプログラム品温設定値がキーボード入力され
る。また、培養経過時間の計測もなされる。状態認識入
力装置(7)と操作量出力装置(8)との間にファジイ
推論のための演算部(9)があり、これはファジイ制御
規則部(10)と接続されている。操作量出力装置(8)
は風温調節計(13)と連結されており、風温制御のため
の出力指令が出されるようになっている。そのためには
風温は風温調節計(13)を介して空調機(3)内へ供給
されるシャワー水温の加熱ヒータ(14)の制御と、必要
に応じて外気を取り入れるフィンクーラ(15)及び排気
ダクト(16)などのダンパー開度の制御が可能に接続さ
れている。風量に関しては、予め設定された送風量にし
たがって、インバータ(11)を介してフアン(12)の回
転制御がなされる。 本実施例におけるファジイ制御規則部(10)とファジ
イ推論のための演算部(9)とによるコンピュータ制御
における入出力変数名(ラベル)及び入出力変数を第1
表に示した。ここで、ファジイ制御との関連において、
入力変数に入力変数名「TIME」として「培養経過時間」
を必ず採用していることが本発明の特徴である。 ファジイ制御規則はしたがって、TIME=TM−A〜TM−
Cを採用しており、その詳細は第2表の如くである。 ファジイ分割における前件部ファジイ変数とメンバー
シップ関数を第2図(a),(b)に示した。また、第
3図には同後件部ファジイ変数とメンバーシップ関数を
示した。 オンラインにより第1表に示す各培養因子の入力がな
されると、前述したように装置内で各制御規則の前件部
命題の適合度を重みとした総合判断がファジイ推論とし
てなされ、これにより操作量が出力される。 以上の通風式固体培養装置及び制御方法を用いて、下
記〜の制御試験を行った。その結果を同時に示し
た。 品温を入力量として、それぞれの培養時期の品温とそ
のときの送風温の補正量との関係を経験則から規則化
し、エキスパートシステムを構築することによって許容
値を越えたとき送風温の補正制御を行った。(送風量経
過は予め設定) その結果、±0.6℃以内の制御ができた。 実際の品温と希望する品温経過値との差を入力量とし
て、その差が許容値を越えたときサンプリング制御で送
風温を補正した。 (送風量経過は予め設定) その結果、±1.5℃以内の制御ができた。 培養経過時間ごとに許容値を越えたときの送風温及び
送風量の補正量を規則化し、エキスパートシステムを構
築して制御した。 その結果、±0.8℃以内の制御ができた。 品温の時間変化量、及び希望する品温経過値と実際の
品温との差の時間変化量をそれぞれ単独で入力量とする
ファジィ制御で許容値を越えようとしたとき及び越えた
ときに送風温を補正制御した。(送風量経過は予め設
定) その結果、±0.5℃以内の制御ができた。
に、希望する品温曲線のみ入力すれば送風条件を予め想
定することなしに希望する品温経過曲線通りに品温を制
御できる。したがって、季節要因、微生物の生育状況に
応じた微調整(手動)が不要となった。また、手動での
微調整は常に人が行うことができないが、ファジイによ
り常時制御するので変動幅が非常に小さくなった。
ある。第2図(a)(b)及び第3図はメンバーシップ
関数を示す図である。 (1)通風式固体培養装置、(2)麹層 (3)空調機、(4)空気供給室 (6)品温センサ、(7)状態認識入力装置 (8)操作量出力装置、(9)ファジイ推論演算部 (10)ファジイ制御規則部 (11)インバータ、(12)フアン (13)風温調節計、(14)加熱ヒータ (15)フィンクーラ、(16)排気ダクト
Claims (2)
- 【請求項1】品温制御装置を有する通風式固体培養装置
において、実際の品温と希望する品温経過値との差が許
容値を越えようにするとき、又は許容値を越えたとき、
その差、品温又は発熱状況のうち1つ以上、及び培養経
過時間を入力量として、その入力値にしたがって前件部
メンバーシップ関数によりファジイ変数の適合度を求め
て、送風温または送風量をファジイ制御することを特徴
とする通風式固体培養装置の制御方法。 - 【請求項2】発熱状況が品温の時間変化量又は希望する
品温経過値と実際の品温との差の時間変化量であること
を特徴とする請求項1記載の通風式固体培養装置の制御
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2111185A JP3046322B2 (ja) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | 通風式固体培養装置の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2111185A JP3046322B2 (ja) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | 通風式固体培養装置の制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH048284A JPH048284A (ja) | 1992-01-13 |
JP3046322B2 true JP3046322B2 (ja) | 2000-05-29 |
Family
ID=14554652
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2111185A Expired - Lifetime JP3046322B2 (ja) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | 通風式固体培養装置の制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3046322B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP5690493B2 (ja) * | 2010-03-03 | 2015-03-25 | 永田醸造機械株式会社 | 温度勾配差を用いて空調制御を行う製麹装置 |
CN114779850A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-07-22 | 广东厨邦食品有限公司 | 一种基于pid算法的圆盘制曲智能控温方法 |
-
1990
- 1990-04-25 JP JP2111185A patent/JP3046322B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH048284A (ja) | 1992-01-13 |
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