JP3713784B2 - 温度制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷の温度を正確に制御する温度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば誘導加熱調理器では、本体部に温度測定手段を設け、プレートや鍋等を介して間接的に負荷である調理物の温度を測定している。この理由は、負荷に温度測定手段を直接投入すると、衛生上の問題や使用者の違和感を生ずるためである。従って、前記したように負荷から離れた本体部に温度測定手段を備えて間接的に負荷の温度を検知する構成となっているものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前記の誘導加熱調理器では、負荷の温度を間接的に検知しているため、実際の負荷の温度と温度測定手段が測定した負荷の温度との間に差が生じて、正確な温度制御が困難であるという課題を有しているものである。この問題は誘導加熱調理器だけに固有のものではなく、温度制御装置全般に共通するものである。
【０００４】
本発明はこのような従来の温度制御装置が有している課題を解決するもので、正確な温度制御が出来る温度制御装置を実現することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の第一の手段は、負荷温度推定手段を、負荷の温度を測定する温度測定手段と、時間を計測する計時手段と、温度測定手段の出力を微分する微分手段と、温度測定手段の出力を２階微分する２階微分手段とによって構成し、より正確な負荷温度の推定が出来る温度制御装置としている。
【０００６】
本発明の第二の手段は、負荷温度推定手段を、負荷の温度を測定する温度測定手段と、時間を計測する計時手段と、温度測定手段の出力を微分する微分手段とによって構成し、簡単に負荷温度の推定が出来る温度制御装置としている。
【０００７】
本発明の第三の手段は、負荷温度推定手段をニューラルネットワークによって構成して、入力数が多くても容易に設計が可能な温度制御装置としている。
【０００８】
本発明の第四の手段は、負荷温度推定手段をファジィ推論によって構成し、入出力間のルールの確認が容易で容易に設計が可能な温度制御装置としている。
【０００９】
本発明の第五の手段は、電力値出力手段が電力決定手段の出力を入力として電力値を出力する構成として、電力測定手段を設けずに安価に負荷温度を推定できる温度制御装置としている。
【００１０】
本発明の第六の手段は、電力値出力手段が電力を測定する電力測定手段の出力を入力として電力値を出力する構成として、電源電圧の変動にも対応でき、精度よく負荷温度を推定できる温度制御装置としている。
【００１１】
本発明の第七の手段は、電力値出力手段は、電力を測定する電力測定手段と過去の電力値を記憶する電力値記憶手段と、電力値記憶手段が記憶している電力値から平均電力を演算し出力する平均手段と、過去の測定温度を記憶する温度記憶手段とを備えた構成として、微分演算を容易にし、温度測定手段の分解能が低い場合にも演算精度を上げ、また、微分区間に合わせて電力値の時間平均を用いることで負荷温度を高精度で推定できる温度制御装置としている。
【００１２】
本発明の第八の手段は、負荷の温度は、温度測定手段の出力と温度測定手段の出力の１階微分と温度測定手段の出力の２階微分と室温と加熱電力の一次結合で表され、かつ、室温と加熱電力の係数が負であるという伝熱モデルに基づいて精度の高い温度制御を行うことができる温度制御装置としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下本発明の第一の実施形態について説明する。図１は本実施形態の温度制御装置を使用した誘導加熱調理器のブロック図である。誘導加熱調理器の本体１（以下単に本体１と称する）の上面を構成するプレート２上には、負荷４である調理材料を収容した鍋３を載置している。この鍋３は、本体１内に設けた高周波磁界を発生し鍋３を誘導加熱する加熱コイル５と、加熱コイル５に高周波電流を供給するインバータ回路６とともに、負荷４を加熱する加熱手段を構成している。７は前記インバータ回路６を制御する制御手段で、負荷４の温度を推定する負荷温度推定手段８の出力と、負荷の設定温度を記憶する設定温度記憶手段９の出力とから加熱コイル５に供給する電力を決定する電力決定手段１０の出力によって駆動されている。プレート２の下面には、サーミスタ等によって構成した温度測定手段１１を配置しており、この温度情報は負荷４の現在の温度を推定する負荷温度推定手段８に伝達されている。
【００１４】
負荷温度推定手段８は、温度測定手段１１と、温度測定手段１１の温度情報を計時手段１４の計時情報によって微分する微分手段１２と、同様に計時手段１４の計時情報によって温度測定手段１１の温度情報を２階微分する２階微分手段１３と、回路の消費電力を出力する電力値出力手段１５と、前記各入力から負荷４の現在の温度を推定する推定手段１６とから成っている。この負荷温度推定手段８と前記設定温度記憶手段９と電力決定手段１０とは、図２に示しているマイクロコンピュータ１９によって構成している。また本体１の表面には、加熱の開始と停止を指示する加熱スイッチ１７を設けている。
【００１５】
次に、本実施形態の温度制御装置の具体回路構成を図２によって説明する。加熱コイル５を駆動するインバータ回路６は、交流電源を全波整流する整流器、平滑コンデンサ、限流インダクタンス、共振コンデンサ、スイッチング素子等によって構成している。加熱コイル５は前記共振コンデンサに並列に接続しており、インバータ回路６は加熱コイル５に高周波電流を供給している。また前記スイッチング素子は制御手段７によってオン・オフ制御されており、このオンオフの周期を調整することによってインバータ回路６の発振周波数を可変でき、加熱コイル５の加熱出力を制御できるものである。マイクロコンピュータ１９は、加熱スイッチ１７の信号をＩ１から入力され、温度測定手段１１の信号をＡＤ１から入力されて、Ｏ１から制御手段７に制御信号を出力している。また２０は、マイクロコンピュータ１９等の直流電源を必要とする回路に電力を供給する直流電源回路である。
【００１６】
以下本実施形態の動作について説明する。本実施形態では、負荷４の温度を図３に示している伝熱モデルによって推定しているものである。つまり伝熱系を、発熱部と負荷と温度測定手段を含むセンサ部の３部分として考えている。このとき発熱部の発熱量をＰ、発熱部の温度をＴｐ、負荷の温度をＴｗ、センサ部の温度をＴｓ、発熱部の熱容量をαｐ、負荷の熱容量をαｗ、センサ部の熱容量をαｓ、発熱部から負荷への熱伝達率ｈｗ、発熱部からセンサ部への熱伝達率をｈｓ、発熱部から雰囲気への熱伝達率をｈａｐ、負荷から雰囲気への熱伝達率をｈａｗ、センサ部から雰囲気への熱伝達率をｈａｓ、雰囲気の温度をＴａとしている。
【００１７】
このとき数１は発熱部に関する熱流量を、数２はセンサ部に関する熱流量を、数３は負荷に関する熱流量を示している。
【００１８】
【数１】

【００１９】
【数２】

【００２０】
【数３】

【００２１】
数１と数２から発熱部の温度Ｔｐを消去すると、負荷の温度Ｔｗとセンサ部の温度Ｔｓとの関係を示す数４が導き出される。
【００２２】
【数４】

【００２３】
このとき、雰囲気温度Ｔａをほぼ一定であると考えると、数４は負荷の温度Ｔｗは、センサ部の測定温度Ｔｓと、測定温度Ｔｓの微分値と、測定温度Ｔｓの２階微分値と、発熱量つまり加熱電力Ｐによって決定されることを示している。本実施形態では、以上のような理論に基づいて精度よく負荷の温度を推定しているものである。もちろん、室温を入力に加えて推定演算を行っても良い。
【００２４】
図４はマイクロコンピュータ１９が有している負荷４の温度を推定するためのプログラムを示すフローチャートである。使用者が加熱スイッチ１７をオンして加熱を開始すると、ステップ３０１で計時手段１４は時間ｔを０に初期設定し、動作のためのカウンタｔｉにｔを代入する。次いでステップ３０２で、電力値出力手段１５は電力値Ｐｉとして初期値Ｐｓを設定する。続いてステップ３０３で温度測定手段１１の温度データＴ（ｔｉ）を受け、ステップ３０４・ステップ３０５でこの温度データＴ（ｔｉ）の微分値Ｔ’（ｔｉ）と２階微分値Ｔ”（ｔｉ）を演算する。すなわち微分手段１２と２階微分手段１３とが動作する。ステップ３０６で、推定手段１６は入力値Ｔ（ｔｉ）、Ｔ’（ｔｉ）、Ｔ”（ｔｉ）とＰｉとから現在の負荷４の温度Ｔｆ（ｔｉ）を推定する。続いてステップ３０７で、前記Ｔｆ（ｔｉ）と設定温度記憶手段９に記憶している設定温度Ｔｓとに基づいて、電力決定手段１０に加熱コイル５に供給する電力Ｐ（ｔｉ）を決定させる。
【００２５】
本実施形態ではこの電力を次の基準に従って決定している。
【００２６】
Ｔｆ（ｔｉ）＞Ｔｓ＋２℃ … Ｐ（ｔｉ）＝ ０Ｗ
Ｔｓ＋２℃≧Ｔｆ（ｔｉ）＞Ｔｓ−２℃ … Ｐ（ｔｉ）＝ ４００Ｗ
Ｔｓ−２℃≧Ｔｆ（ｔｉ）＞Ｔｓ−８℃ … Ｐ（ｔｉ）＝ ７００Ｗ
Ｔｓ−８℃≧Ｔｆ（ｔｉ） … Ｐ（ｔｉ）＝１２００Ｗ
このように本実施形態では決定する電力を０Ｗ、４００Ｗ、７００Ｗ、１２００Ｗという段階的な値を用いているが、Ｔｆ（ｔｉ）−Ｔｓに応じた連続値としても勿論支障はないものである。
【００２７】
続いてステップ３０８で、電力値Ｐｉとして前記Ｐ（ｔｉ）を採用する。ステップ３０９で計時手段１４が計時している時間ｔがｔｉ＋１以上であるかどうかをチェックし、チェックの結果がＹＥＳであればステップ３１０に進んでストップであるかどうかをチェックする。すなわち、使用者が加熱スイッチ１７をオフしたかどうかをチェックしているものである。このチェックの結果がＮＯである場合には、前記ステップ３０３からステップ３０９を繰り返して負荷５の現在温度Ｔｆ（ｔｉ）を推定し続けるものである。このとき本実施形態では、１秒サイクルで負荷４の現在温度を推定するようにしているが、この時間は特に１秒に限定する必要はないものである。
【００２８】
このとき本実施形態では、推定手段１６として図５に示しているニューラルネットワークを使用しているものである。このニューラルネットワークは一般的な階層型の構成のもので、あらかじめ、入力値と出力値との関係を学習させたものを用いている。学習させる教師データは、使用する温度制御装置を実際に動作させて測定を行ったものを使用している。つまり、温度測定手段１１によって温度を測定し、電力は電力計を用いて測定し、また温度計を用いて負荷４の温度を直接測定しておいて、（測定温度、測定温度の１階微分値、同２階微分値、電力、負荷温度）のデータの組を作製するものである。このデータの組を複数作成して、教師データとしてニューラルネットワークの学習を行うものである。この学習方法は、一般的に用いられているバックプロパゲーションを使用している。こうして学習済みのニューラルネットワークに（測定温度、測定温度の１階微分値、２階微分値、電力）のデータを入力すると、ニューラルネットワークはそのときの負荷４の温度を出力するものである。
【００２９】
推定手段１６としてニューラルネットワークを使用した場合には、非線形な入出力の関係を容易に学習させることができ、推論精度の高い推定手段を実現できるものである。また、入力数が多い場合にも設計が容易であるという利点を有している。
【００３０】
以上のように本実施形態によれば、推定した負荷温度を基に加熱電力を制御することで負荷の温度制御を高精度で行う温度制御装置を提供することができる。
【００３１】
また、温度測定手段１１の測定温度、温度測定手段１１の測定温度の１階微分値、温度測定手段１１の測定温度の２階微分値、加熱電力から負荷温度を推定する負荷温度推定手段８を備えた温度制御装置を提供することができる。
【００３２】
さらに、非線形な入出力関係を容易に実現できるニューラルネットワークを用いることで、負荷温度を高精度で推定することができる。
【００３３】
また、電力値として電力決定手段の出力を用いることで、電力測定手段を設けずに、安価に負荷温度を推定することができる。
【００３４】
また、負荷４の温度が温度測定手段１１の出力と温度測定手段１１の出力の１階微分値と温度測定手段１１の出力の２階微分値と室温と加熱電力の一次結合で表され、かつ、室温と加熱電力の係数が負であるという伝熱モデルに基づいて温度制御を行うことで、精度の高い温度制御を行うことができる。
【００３５】
（実施の形態２）
続いて本発明の第二の実施形態について説明する。図６は本実施形態の温度制御装置の構成を示すブロック図である。本実施形態では、第二の負荷温度推定手段３０と、第二の負荷温度推定手段３０の出力を微分する負荷温度微分手段４１の出力を受けて加熱コイル５に供給する電力を決定する第二の電力決定手段３４と、第二の電力決定手段３４の出力を受けてインバータ回路６を制御する制御手段７とを備えている。
【００３６】
第二の負荷温度推定手段３０は、温度を測定するサーミスタ等の温度測定手段１１と、温度測定手段１１の出力を微分する第二の微分手段３１と、時間を計測する計時手段１４と、回路に供給する電力値を出力する第二の電力値出力手段３２と、温度測定手段１１の測定温度を記憶する温度記憶手段４０と、温度測定手段１１の温度データと第二の微分手段３１の情報とから負荷４の現在温度を推定する第二の推定手段３３と、平均値を取る時間幅を記憶している平均時間記憶手段３６とを備えている。
【００３７】
図７は、第二の電力値出力手段３２と第二の微分手段３１の構成を示すブロック図である。第二の電力値出力手段３２は、電力計によって実現している電力測定手段３５と、電力測定手段３５が測定した電力を記憶する電力記憶手段３７と、所定時間での平均電力を演算する平均手段３８によって構成している。本実施形態では、電力値記憶手段３７・平均手段３８はマイクロコンピュータによって実現している。また平均時間記憶手段３６・第二の負荷温度微分手段３１は、前記マイクロコンピュータの機能によって実現している。
【００３８】
以下、第二の電力値出力手段３２と第二の微分手段３１の動作について説明する。図８は第二の電力値出力手段３２と第二の微分手段３１の機能を備えたマイクロコンピュータの動作を示すプログラムである。第二の微分手段３１は、ステップ８０１で計時手段１５の計時時間ｔｉが平均値を求めるための時間幅ｔｍ以上に達したかどうかをチェックし、ＹＥＳであればステップ８０２に進んで、微分値Ｔ’（ｔｉ）としてＴ（ｔｉ）−Ｔ（ｔｉ−ｔｍ）を出力する。次に、第二の電力値出力手段３２が動作する。すなわちステップ８０３で、電力測定手段３５が電力Ｐｓ（ｔｉ）を測定し、この測定値をステップ８０４で電力値記憶手段３７に記憶する。次いでステップ８０５に進んで、ｔｉが平均値を求める時間幅ｔｍ以上に達したかどうかをチェックする。ｔｉがｔｍ未満の間は平均手段３８は平均動作を行わない。ｔｉがｔｍ以上に達すると、ステップ８０６に進んで平均手段３８がｔｉ−ｔｍからｔｉまでの電力測定値を電力値記憶手段３７から読み出して加算し、平均値Ｐｉ（ｔｉ）を出力する。
【００３９】
このとき本実施形態ではｔｍは６０秒に設定している。また温度の微分値としてｄＴ／ｄｔではなく時間ｔｍ間の温度変化を用いている。特にこの方法とした場合には、測定温度の分解度が低い場合に有効である。例えば測定温度が図９（ａ）に示しているように階段状に変化している場合には、これを微分すると図９（ｂ）に示しているようになり、温度の変化度合いを正しく表現できないものである。この点本実施形態で使用しているｔｍ間の温度差を使用した場合には、図９（ｃ）に示しているように、図９（ａ）の温度の変化状態をほぼ正確に示すことができる。また本実施形態では微分値としてｔｍ秒間の温度差をそのまま用いているが、もちろん、温度差をｔｍで割った値を用いることもできる。
【００４０】
以下本実施形態の温度制御装置全体の動作について説明する。図１０は、前記第二の電力値出力手段３２と第二の微分手段３１の機能を搭載した温度制御装置２５全体の機能を実現するマイクロコンピュータが有している負荷温度推定プログラムを示している。使用者が加熱スイッチ１７をオンすると、ステップ６０１で計時手段１４は時間ｔを０に初期設定し、動作のためのカウンタｔｉにｔを代入する。続いてステップ６０２で、温度測定手段１１の温度データＴ（ｔｉ）を受け、温度記憶手段４０がこの測定値を記憶する。ステップ６０３で、第二の微分手段３１は温度記憶手段４０が記憶した温度データを微分し微分値Ｔ’（ｔｉ）を出力する。またステップ６０４では、第二の電力値出力手段３２は電力値Ｐｉ（ｔｉ）を出力する。前記ステップ６０３・ステップ６０４は、図８で説明したステップ８０１・８０２・８０３・８０４・８０５・８０６に相当するものである。続いてステップ６０５で、第二の推定手段３３は入力値Ｔ（ｔｉ）、Ｔ’（ｔｉ）、Ｐｉ（ｔｉ）から負荷温度Ｔｆ（ｔｉ）を推定する。
【００４１】
この負荷温度Ｔｆ（ｔｉ）の決定は、本実施例では図１１に示すようなファジィ推論で構成している。このファジィ推論に使用している推論ルールは例えば、「ＩＦ Ｔ（ｔｉ）が低く、Ｔ’（ｔｉ）が小さく、Ｐｉ（ｔｉ）が小さければ ＴＨＥＮ Ｔｆ（ｔｉ）＝Ｗ１」というようなものである。すなわち図１２に示している１８ルールから成っている。このＷ１からＷ１８は実数値である。またＴ（ｔｉ）が低いというような定性的な表現は、図１３に示しているメンバーシップ関数で規定している。このように、推定手段としてファジィ推論を用いると前記のような推論ルールを用いることになり、入出力の間の関係が容易に確認でき信頼性が増すものである。
【００４２】
こうして推定した負荷温度Ｔｆ（ｔｉ）に基づいて、ステップ６０６で第二の電力決定手段３４が電力Ｐ（ｔｉ）を決定する。
【００４３】
図１４は第二の電力決定手段３４の動作を示すフローチャートである。第二の負荷温度推定手段３０によって負荷温度推定値Ｔｆ（ｔｉ）が出力されると、負荷温度微分手段４１はステップ１３０で動作を開始し、ステップ１３１で負荷温度推定値Ｔｆ（ｔｉ）の変化量：ΔＴｆ＝Ｔｆ（ｔｉ）−Ｔｆ（ｔｉ−ｔｆ）を演算する。続いて第二の電力決定手段３４がステップ１３２でΔＴｆが０未満出あるかどうかをチェックし、ＹＥＳであればステップ１３３に進んで、Ｐ（ｔｉ）＝１４００Ｗとする。またＮＯである場合には、ステップ１３４に進んでＰ（ｔｉ）＝７００Ｗとする。こうしてＰ（ｔｉ）を決定すると、ステップ１３５で第二の電力決定手段３４は動作を終了する。
【００４４】
こうしてステップ６０６で電力値Ｐ（ｔｉ）を決定すると、ステップ６０７に移るものである。ステップ６０７では、ｔがｔｉ＋１以上に達しているかどうかをチェックし、ＹＥＳであればステップ６０８のストップであるかどうかのチェックを受ける。つまり加熱スイッチ１８がオフされているかどうかのチェックを受けるものである。この結果がＮＯである場合には、前記ステップ６０２からステップ６０７を繰り返すものである。こうしてステップ６０８でのチェックの結果がＹＥＳとなった時点で終了する。
【００４５】
もちろんこのとき、実施形態１で説明したと同様、負荷温度の推定動作は１秒サイクルに限定されるものではなく自由に設定して支障はない。
【００４６】
本実施形態では負荷温度の推定のための入力を、温度設定手段１２からの温度データと、この温度データの微分値と、電力の３因子としており、温度データの２階微分値は用いていないものである。従って実施形態１のものよりも負荷温度の推定精度は低下するものであるが、推定演算が容易に行えるという効果を有しているものである。また家庭用調理器に適用する温度制御装置としては、十分な精度で負荷温度推定が可能となる。
【００４７】
以上のように本実施形態の第二の電力値出力手段３２と第二の微分手段３１は、電力測定手段３５を設けこの測定値を電力値として用いることによって商用電源等の電源の電圧変化があっても、精度よく負荷温度推定が行える。
【００４８】
また本実施形態の第二の電力決定手段３４の電力決定によれば、負荷温度が低下した場合に高い電力で加熱動作を行い、その後温度が安定、もしくは上昇すれば低めの電力で加熱動作を行うものである。このように負荷温度が低下した場合にのみ加熱電力を上げる方法は、加熱対象が水で、かつ常時沸騰状態に保って、通常は所定の電力で加熱を行いたい場合、例えば、鍋物調理等に有効である。なぜなら水温は沸騰温度以上には上昇しないため、鍋調理に適当な沸き具合を保つためには水温を１００℃に制御したのでは不都合で、水温が１００℃になっていても所定のパワーを維持しているのが望ましいからである。
【００４９】
また本実施形態の第二の電力決定手段３４は、決定する電力を７００Ｗ、１４００Ｗという段階的な値を用いているが、ΔＴｆに応じた連続値としても勿論支障はないものである。
【００５０】
以上に示したように本実施形態によれば、負荷温度が充分高い場合には加熱電力を変更せず、負荷温度が低下した場合には加熱電力を上げ、負荷温度が再び充分高くなれば加熱電力を元に戻すような構成として、鍋物等、特定の用途に向く温度制御を行う温度制御装置を実現できるものである。
【００５１】
また、２階微分を用いないことで負荷温度推定のための演算を容易に行える負荷温度推定手段を備えた温度制御装置を実現できる。
【００５２】
さらに、推論内容をルールで記述するファジィ推論を用いることで、負荷温度推定の推定ルールを容易に確認することができる。
【００５３】
また、電源電圧の変化による設定電力と使用電力の違いを考慮し、測定した電力値を用いることにより、高精度に負荷温度を推定することができる。
【００５４】
さらに、測定温度の微分値として単位時間の温度の変化分を用いることで微分演算を容易にし、温度測定手段の分解能が低い場合にも演算精度を上げ、また、微分区間に合わせて電力値の時間平均を用いることで負荷温度を高精度で推定することができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の第一の手段は、特に負荷温度推定手段が、温度を測定する温度測定手段と、時間を計測する計時手段と、温度測定手段の出力を微分する微分手段と、温度測定手段の出力を２階微分する２階微分手段と、使用した電力値を出力する電力値出力手段と、推定手段とを備え、前記推定手段は温度測定手段の出力と微分手段の出力と２階微分手段の出力と電力値出力手段の出力とから負荷温度を推定する構成として、負荷の正確な温度推定を行うことができる温度制御装置を実現できるものである。
【００５６】
本発明の第二の手段は、特に負荷温度推定手段が、温度を測定する温度測定手段と、時間を計測する計時手段と、温度測定手段の出力を微分する微分手段と、使用した電力値を出力する電力値出力手段と、推定手段とを備え、前記推定手段は温度測定手段の出力と微分手段の出力と電力値出力手段の出力とから負荷温度を推定する構成として、２階微分を用いないことで負荷温度推定の演算を容易に行える温度制御装置を実現できるものである。
【００５７】
本発明の第三の手段は、特に負荷温度推定手段をニューラルネットワークによって構成することによって、入力数が多くても容易に設計が可能な温度制御装置を実現するものである。
【００５８】
本発明の第四の手段は、特に負荷温度推定手段をファジィ推論によって構成することによって、入出力間のルールの確認が容易で容易に設計が可能な温度制御装置を実現するものである。
【００５９】
本発明の第五の手段は、特に電力値出力手段が電力決定手段の出力を入力として電力値を出力する構成として、電力測定手段が不要で、安価に負荷温度を推定できる温度制御装置を実現するものである。
【００６０】
本発明の第六の手段は、特に電力値出力手段が電力を測定する電力測定手段の出力を入力として電力値を出力する構成として、電源電圧の変動にも対応でき、精度よく負荷温度を推定できる温度制御装置を実現するものである。
【００６１】
本発明の第七の手段は、特に電力値出力手段は、電力を測定する電力測定手段と過去の電力値を記憶する電力値記憶手段と、電力値記憶手段が記憶している電力値から平均電力を演算し出力する平均手段と、過去の測定温度を記憶する温度記憶手段とを備えた構成として、微分演算を容易にし、温度測定手段の分解能が低い場合にも演算精度を上げ、また、微分区間に合わせて電力値の時間平均を用いることで負荷温度を高精度で推定できる温度制御装置を実現するものである。
【００６２】
本発明の第八の手段は、負荷の温度は、温度測定手段の出力と温度測定手段の出力の１階微分と温度測定手段の出力の２階微分と室温と加熱電力の一次結合で表され、かつ、室温と加熱電力の係数が負であるという伝熱モデルに基づいている構成として、精度の高い温度制御を行うことができる温度制御装置を実現するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一の実施形態である温度制御装置の構成を示すブロック図
【図２】 同、回路構成を示す回路図
【図３】 同、発熱部から負荷部・センサ部への伝熱の原理を示す伝熱モデルを示す説明図
【図４】 同、負荷温度の推定と電力決定を示すフローチャート
【図５】 同、推定手段にニューラルネットワークを使用した構成を示す説明図
【図６】 本発明の第二の実施形態である温度制御装置の構成を示すブロック図
【図７】 同、第二の電力値出力手段と第二の微分手段の構成を示すブロック図
【図８】 同、微分値出力と電力値出力のフローチャート
【図９】 同、第二の微分手段の動作を説明する説明図
【図１０】 同、負荷温度の推定と電力決定を示すフローチャート
【図１１】 同、第二の推定手段の構成を示すブロック図
【図１２】 同、第二の推定手段のファジィ推論ルールを示す説明図
【図１３】 同、第二の推定手段のファジィ推論のメンバーシップ関数を説明する説明図
【図１４】 同、電力決定のフローチャート
【符号の説明】
３ 鍋
４ 負荷
５ 負荷コイル
６ インバータ回路
７ 制御手段
８ 負荷温度推定手段
９ 設定温度記憶手段
１０ 電力決定手段
１１ 温度測定手段
１２ 微分手段
１３ ２階微分手段
１４ 計時手段
１５ 電力値出力手段
１６ 推定手段
３０ 第二の負荷温度推定手段
３１ 第二の微分手段
３２ 第二の電力値出力手段
３３ 第二の推定手段
３４ 第二の電力決定手段
３５ 電力測定手段
３６ 平均時間記憶手段
３７ 電力値記憶手段
３８ 平均手段

Claims (10)

1. 負荷を加熱する加熱手段と、加熱手段に供給する電力を制御する制御手段と、負荷の温度を推定する負荷温度推定手段と、負荷の設定温度を記憶する設定温度記憶手段と、負荷温度推定手段の出力と設定温度記憶手段の出力とから加熱電力を決定する電力決定手段とを備え、負荷温度推定手段は、温度を測定する温度測定手段と、時間を計測する計時手段と、温度測定手段の出力を微分する微分手段と、温度測定手段の出力を２階微分する２階微分手段と、使用した電力値を出力する電力値出力手段と、推定手段とを備え、前記推定手段は温度測定手段の出力と微分手段の出力と２階微分手段の出力と電力値出力手段の出力とから負荷温度を推定することを特徴とする温度制御装置。
2. 負荷を加熱する加熱手段と、加熱手段に供給する電力を制御する制御手段と、負荷の温度を推定する負荷温度推定手段と、負荷温度推定手段の出力を微分する負荷温度微分手段と、負荷温度微分手段の出力から電力を決定する電力決定手段とを備え、負荷温度推定手段は、温度を測定する温度測定手段と、時間を計測する計時手段と、温度測定手段の出力を微分する微分手段と、温度測定手段の出力を２階微分する２階微分手段と、使用した電力値を出力する電力値出力手段と、推定手段とを備え、前記推定手段は温度測定手段の出力と微分手段の出力と２階微分手段の出力と電力値出力手段の出力とから負荷温度を推定することを特徴とする温度制御装置。
3. 負荷を加熱する加熱手段と、加熱手段に供給する電力を制御する制御手段と、負荷の温度を推定する負荷温度推定手段と、負荷の設定温度を記憶する設定温度記憶手段と、負荷温度推定手段の出力と設定温度記憶手段の出力とから加熱電力を決定する電力決定手段とを備え、負荷温度推定手段は、温度を測定する温度測定手段と、時間を計測する計時手段と、温度測定手段の出力を微分する微分手段と、使用した電力値を出力する電力値出力手段と、推定手段とを備え、前記推定手段は温度測定手段の出力と微分手段の出力と電力値出力手段の出力とから負荷温度を推定することを特徴とする温度制御装置。
4. 負荷を加熱する加熱手段と、加熱手段に供給する電力を制御する制御手段と、負荷の温度を推定する負荷温度推定手段と、負荷の設定温度を記憶する設定温度記憶手段と、負荷温度推定手段の出力と設定温度記憶手段の出力とから加熱電力を決定する電力決定手段とを備え、負荷温度推定手段は、温度を測定する温度測定手段と、時間を計測する計時手段と、温度測定手段の出力を微分する微分手段と、使用した電力値を出力する電力値出力手段と、推定手段とを備え、前記推定手段は温度測定手段の出力と微分手段の出力と電力値出力手段の出力とから負荷温度を推定することを特徴とする温度制御装置。
5. 負荷温度推定手段をニューラルネットワークによって構成した請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の温度制御装置。
6. 負荷温度推定手段をファジィ推論によって構成した請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の温度制御装置。
7. 電力値出力手段が電力決定手段の出力を入力として電力値を出力する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の温度制御装置。
8. 電力値出力手段が電力を測定する電力測定手段の出力を入力として電力値を出力する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の温度制御装置。
9. 電力値出力手段は、電力を測定する電力測定手段と過去の電力値を記憶する電力値記憶手段と、電力値記憶手段が記憶している電力値から平均電力を演算し出力する平均手段と、過去の測定温度を記憶する温度記憶手段とを備えた請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の温度制御装置。
10. 負荷の温度は、温度測定手段の出力と温度測定手段の出力の１階微分と温度測定手段の出力の２階微分と室温と加熱電力の一次結合で表され、かつ、室温と加熱電力の係数が負であるという伝熱モデルに基づいているとして温度制御を行う請求項１または２記載の温度制御装置。

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