JP3720925B2 - ガス供給装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス供給装置に係り、特に圧縮したガスを被充填タンクに充填するよう構成されたガス供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
天然ガスを圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃料にして走行する自動車（ＣＮＧ車）の開発と共に圧縮天然ガスを自動車の燃料タンクに供給するガス供給装置の実用化が進められている。
【０００３】
この種のガス供給装置においては、ガスを充填する管路に被充填タンクに充填される圧力又は流量を制御する制御弁と、制御弁から供給されたガスの圧力を検出する圧力伝送器（圧力検出手段）と、制御弁から供給されたガスの流量を検出する流量計とが配設され、制御装置が圧力伝送器により計測された圧力値又は流量計により計測された流量値に応じて該制御弁の弁開度を演算するように構成されている。
【０００４】
また、ガス供給装置の制御装置では、ＣＮＧ車の燃料タンクへのガス充填が開始されると被充填タンクとしての燃料タンクの容量に応じた圧力又は流量が演算され、この演算結果に基づいて制御弁の弁開度を制御して一定圧力上昇制御あるいは一定流量制御を行っている。
【０００５】
そして、ガス充填中は、ディスペンサユニット内に配設された流量計及び圧力伝送器から出力された流量及び圧力の検出信号が制御装置にフィードバックされているため、制御装置は充填される流量及び圧力が時間の経過に応じた目標値となるように制御弁の弁開度を演算し、制御弁の弁開度を制御している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のガス供給装置においては、ＣＮＧディスペンサの制御弁の弁開度は、充填時間の経過に応じモデルタンクの流量及び圧力が所定の流量又は圧力となるように制御されていた。また、被充填側のタンク圧力（ＣＮＧ車の燃料タンクの圧力）を直接計測することはできないため、ディスペンサ内に設けられた圧力伝送器から得た圧力値が目標圧力を超えたとき、当該被充填タンクへのガス充填が完了したと判断して制御弁を閉じるようにしていた。
【０００７】
図９はガス充填制御を行う際の制御弁の弁開度、流量計測値、圧力計測値、被充填タンクの圧力の理論値（モデルを用いたときの値）を示すグラフである。図１０は制御弁の弁開度が図９のように制御されたときの流量計測値、圧力計測値、被充填タンクの圧力変化を実験により求めたグラフである。
【０００８】
尚、図９，図１０において、制御弁の弁開度は破線で示し、流量計測値は実線で示し、圧力計測値は一点鎖線で示し、被充填タンクの圧力は二点鎖線で示してある。
本来、ガス充填制御中の圧力及び流量は、図９に示すように安定的に変化することが望ましい。ところが、実際には、図１０に示すように圧力及び流量が頻繁に変動して振動しながらガス充填が行われる。このように、圧力及び流量が振動する原因は、制御弁の制御量をモデルに基づいて演算するため、実際のガス充填システムの制御量との間で差異生じて制御遅れが発生するからである。
【０００９】
従来の方式では、現在の制御弁開閉度によるガス圧力変動は、ガスの粘性抵抗等による非線形性によりどのくらいの時間遅れを持ってあらわれるか全く推定できなかった。そのため、ガス圧力を一定に保つための制御弁の制御は、リアルタイムで行っても効果がなかった。
【００１０】
従来の装置では、圧力及び流量の計測値が入力されてから演算結果を出力するまでの待ち時間が長いので、制御弁の制御遅れが生じ、この制御遅れにより圧力がある振幅で変動しながら上昇するため、実際には充填完了していないのに圧力計測値が瞬間的に目標圧力を超えてしまうことがある。
【００１１】
そのとき、制御装置では、まだガス充填を行う必要があるのに、被充填側のタンク圧力が目標圧力に達したものと判断して制御弁を閉弁させてしまい、実際のタンク圧力が目標圧力に達していないにも拘わらずガス充填を終了させてしまうといった問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題を解決したガス供給装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有するものである。
本発明は、被充填タンクに充填される圧力又は流量を制御する制御弁と、該制御弁から供給されたガスの圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された圧力値に応じて該制御弁の弁開度を演算する制御部とを有するガス供給装置において、
前記制御部は、
前記被充填タンクの容積に応じた充填時間に関するメンバーシップ関数を演算する第１の演算手段と、
充填開始からの時間を計測し、前記充填時間に関するメンバーシップ関数の値より、仮の制御弁開度を演算する第２の演算手段と、
前記圧力検出手段により検出された現在の圧力値と１サンプル前の圧力との差から圧力変化を求め、圧力変化に関するメンバーシップ関数の値より、前記制御弁の弁開度係数を演算する第３の演算手段と、
前記仮の制御弁開度に前記弁開度係数を乗算して前記制御弁の制御量を演算する第４の演算手段と、
を有することを特徴とするものである。
【００１４】
従って、本発明によれば、所定時間毎に、被充填タンクの容積に応じた充填時間に関するメンバーシップ関数を演算し、充填開始からの時間を計測し、充填時間に関するメンバーシップ関数の値より、仮の制御弁開度を演算し、圧力検出手段により検出された現在の圧力値と１サンプル前の圧力との差から圧力変化を求め、圧力変化に関するメンバーシップ関数の値より、制御弁の弁開度係数を演算し、仮の制御弁開度に弁開度係数を乗算して制御弁の制御量を演算するため、ガスの線形性を補償することができるので、制御弁の弁開度を圧力及び流量が安定するように制御することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例を説明する。尚、図１は本発明になるガス供給装置の一実施例の構成図である。
ガス供給装置１は、例えば自動車２の燃料タンク（被充填タンク）３に都市ガスを所定圧力に圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給するガス供給ステーションなどに設置されている。
【００１６】
ガス供給装置１は、大略、都市ガスを所定圧力に圧縮し加圧されたガスを生成する圧力発生ユニット４と、圧力発生ユニット４により圧縮されたガスを燃料タンク３に供給するためのディスペンサユニット５とよりなる。
圧力発生ユニット４は、都市ガスの中圧管路（図示せず）から分岐された分岐管路１１に配設された多段式のコンプレッサ１２を有する。さらに、コンプレッサ１２の吐出口から引き出された管路１３には、管路１３を開閉してコンプレッサ１２から吐出されたガスの供給又は遮断させるコンプレッサ開閉弁１４が配設されている。
【００１７】
また、管路１３に連通された管路１５の端部は、ガス蓄圧器１６に連通されている。この、ガス蓄圧器１６は、一般に文献等では「蓄ガス器」とも呼ばれている。
そして、管路１５には、管路１５を開閉してガス蓄圧器１６に蓄圧されたガスの供給又は遮断させるガス蓄圧器開閉弁１７が配設されている。さらに、管路１３と管路１５との接続部分には、ディスペンサユニット５に延在するガス供給管路１８が連通されている。
【００１８】
上記コンプレッサ１２は開閉弁１４，１７が開弁され、且つディスペンサユニット５内の弁が閉弁された状態で駆動されると、コンプレッサ１２により圧縮された高圧ガスがガス蓄圧器１６に供給される。尚、本実施例では、コンプレッサ１２はガス蓄圧器１６が２５０kgf/cm2 に昇圧するまで圧縮されたガスを供給する。そして、ガス蓄圧器１６が２５０kgf/cm2 に達すると、コンプレッサ１２が停止すると共に、開閉弁１４，１７が閉弁され、圧力発生ユニット４は充填作業可能な待機状態となる。
【００１９】
また、圧力発生ユニット４とディスペンサユニット５との間は、ガス供給管路１８を介して接続されている。そして、ディスペンサユニット５内に延在するガス供給管路１８には、上流側から順に、電磁弁よりなりガス供給管路１８を連通又は遮断するガス供給開閉弁１９と、ガス供給管路１８を流れるガスの供給量を計測する質量流量計２０と、下流側（被充填側）へ給送されるガスを制御する制御弁２１と、制御弁２１により制御された２次圧力を検出する圧力伝送器（圧力検出手段）２２とが配設されている。
【００２０】
ガス供給管路１８の下流側端部には、ガス充填ホース２３が連通されており、ガス充填ホース２３の下流側端部には、手動式の三方弁２４が接続されている。三方弁２４は、ガス充填ホース２３が接続された流入ポートａと、排気管２５が接続された排気ポートｂと、接続カプラ２６が接続された充填ポートｃとを有する。この三方弁２４は、ガス充填時流入ポートａと充填ポートｃとが連通された状態に操作され、ガス充填完了後の脱圧操作を行う際に排気ポートｂと充填ポートｃとが連通するように切替えられて接続カプラ２６内の圧力を減圧する。
【００２１】
また、ディスペンサユニット５の側面には、接続カプラ２６を掛止するカプラ掛止部２９が取り付けられており、このカプラ掛止部２９には接続カプラ２６の有無を検出するカプラ掛けスイッチ３０が設けられている。さらに、ディスペンサユニット５には、充填開始釦３１、充填停止釦３２、非常停止釦３３が配設されている。
【００２２】
充填開始釦３１は、接続カプラ２６，３６が接続された後、ガス供給開閉弁１９を開弁させるために操作されるスイッチ釦である。充填停止釦３２は、ガス供給開閉弁１９及び制御弁２１を閉弁させるために操作されるスイッチ釦である。非常停止釦３３は、全ての弁を緊急に閉弁させるために操作されるスイッチ釦である。
【００２３】
制御装置３４は、コンプレッサ１２、開閉弁１４，１７、ガス供給開閉弁１９、質量流量計２０、制御弁２１、圧力伝送器２２、カプラ掛けスイッチ３０、充填開始釦３１、充填停止釦３２、非常停止釦３３等と接続されている。
そのため、制御装置３４は、充填開始釦３１、充填停止釦３２、非常停止釦３３からの信号により起動又は停止し、質量流量計２０及び圧力伝送器２２からの信号に基づいて燃料タンク３に充填された流量及び圧力を演算する。
【００２４】
上記質量流量計２０は、センサチューブと呼ばれる管路を振動させ、この振動する管路内を流れるガス流量に応じたコリオリ力による管路の流入側と流出側との位相差が流量に比例することを利用して流量計測を行うコリオリ式の質量流量計である。
【００２５】
従って、質量流量計２０は、高圧に圧縮されたガスの質量流量を正確に計測することができ、ガス充填動作時は単位時間当たりの流量計測値（又は単位時間当たりの流量パルス数）を制御装置３４に出力する。
また、制御弁２１は、制御装置３４からの指令により充填圧力を制御して燃料タンク３へ供給されるガス供給量（流量は圧力×時間により求まる）を制御するとともに、充填開始時及び充填終了時には充填圧力が徐々に変化（増圧、減圧）するように圧力を制御して各機器が急激な圧力変化により破損することを防止する。
【００２６】
また、ガス供給開閉弁１９は、圧力発生ユニット４の元弁として機能するもので制御装置３４からの指令により自動的に開弁または閉弁する。尚、ガス供給開閉弁１９は、電磁弁の代わりに手動式の開閉弁を使用しても良い。
三方弁２４は手動操作により切り換えられる構成であり、ガス充填前及びガス充填後は、充填ポートｃと排気ポートｂとが連通されて流入ポートａが遮断されている。また、ガス充填時は、流入ポートａと充填ポートｃとが連通するとともに排気ポートｂが遮断するように切り換え操作される。
【００２７】
３５は表示装置で、燃料タンク３に充填されたガス充填量及び充填圧力を表示する。
また、自動車２では、ディスペンサユニット５の接続カプラ２６が接続される被充填側の接続カプラ３６と、接続カプラ３６と燃料タンク３とを連通する管路３７と、管路３７に配設された手動式の開閉弁３８と、燃料タンク３に充填されたガスの逆流を防止する逆流防止弁３９とを有する。
【００２８】
制御装置３４のＲＯＭ４４には、ガスを被充填側に供給するガス供給プログラムが格納されている。また、ＳＲＡＭ４５には、各種データが記憶されている。さらに、制御装置３４は、圧力伝送器２２により検出された２次圧力変化と充填時間に応じたメンバーシップ関数（帰属度関数）を作成するメンバーシップ関数作成手段３４Ａと、制御弁２１の弁開度に対応する制御量をメンバーシップ関数に基づいて演算する制御量演算手段３４Ｂを有する。
【００２９】
従って、制御装置３４は、後述するように算出されたメンバーシップ関数に基づいて上記制御弁２１の弁開度を演算して燃料タンク３に充填される圧力及び流量をファジィ制御すると共に、質量流量計２０，圧力伝送器２２から出力された信号により充填流量及び充填圧力を算出してコンプレッサ１２、開閉弁１４，１７，ガス供給開閉弁１９の動作制御も実行する。
【００３０】
次に上記構成になるガス供給装置１におけるガス充填作業について説明する。上記自動車２の燃料タンク３にガスを充填する際、作業者は、先ず、ディスペンサユニット５のカプラ掛止部２９から接続カプラ２６を外して自動車２の接続カプラ３６に結合させる。そして、作業者は、自動車２の手動開閉弁３８を開弁させるとともに、三方弁２４の流入ポートａと充填ポートｃとが連通するように切り換え操作する。
【００３１】
次に、作業者が充填開始釦３１をオンに操作すると、制御装置３４は開閉弁１７を開弁させるとともに、ガス供給開閉弁１９を開弁させる。これにより、ガス蓄圧器１６に蓄圧された高圧ガスは、ガス供給管路１８，ガス供給開閉弁１９，質量流量計２０，制御弁２１，圧力伝送器２２，ガス充填ホース２３，三方弁２４，接続カプラ２６，３６，管路３７を介して燃料タンク３に充填される。
【００３２】
充填開始直後は、燃料タンク３の容器容量を演算するため、制御弁２１の弁開度がやや絞られており、燃料タンク３への供給量が３kg/minに抑えられている。そして、燃料タンク３の容量が求まると、その容量に応じた制御則（一定圧力制御あるいは一定流量制御）により燃料タンク３へのガス充填を開始する。
【００３３】
このようにして燃料タンク３にガスが充填されて満タン状態になると、燃料タンク３の圧力はほぼ２００kgf/cm2 となる。
尚、ガス供給管路１８を通過したガス充填量は、質量流量計２０により計測され、ガス充填量に応じた電圧値（流入側と流出側との位相差）が流量計測信号として制御装置３４に出力される。制御装置３４は、圧力伝送器２２により検出された供給圧力と、質量流量計２０からの流量計測値を積算して、燃料タンク３に充填されたガス充填量を表示装置３５に表示する。
【００３４】
また、燃料タンク３へのガス充填が完了すると、作業者は、三方弁２４の排気ポートｂと充填ポートｃとを連通させるとともに流入ポートａを遮断させるように切り換え操作する。三方弁２４と逆流防止弁３９との間に残留するガスは、排気ポートｂから排気管２５へ排気され、接続カプラ２６，３６内の圧力が大気圧に減圧される。これにより、作業者は、軽い力で接続カプラ２６，３６を分離させることが可能になる。
【００３５】
その後、作業者は、自動車２側の手動開閉弁３８を閉弁させた後、ディスペンサユニット５の接続カプラ２６を自動車２の接続カプラ３６から分離させ、カプラ掛止部２９に掛止させる。そして、充填停止釦３２がオンに操作されると、一連のガス充填作業が完了する。
【００３６】
ここで、本発明の要部である制御装置３４が実行する制御方法について説明する。図２は圧力変化ΔＰのメンバーシップ関数の一例を示す。
本実施例では、圧力変化ΔＰを５つのメンバーシップ関数に分類する。例えば、圧力が減少する場合を「ＮＢ（Negative Big) 」、圧力が少し減少する場合を「ＮＳ（Negative Small) 」、圧力が変化しないときを「Ｍ(Medium)」、圧力が少し増加する場合を「ＰＳ(Positive Small)」、圧力が増加する場合を「ＰＢ(Positive Big)」とする。
【００３７】
そして、夫々のメンバーシップ関数ＮＢ，ＮＳ，Ｍ，ＰＳ，ＰＢの中間値を−５０kgf/mm2 ，−２５kgf/mm2 ，０kgf/mm2 ，２５kgf/mm2 ，５０kgf/mm2 とする。さらに、各中間値を中心とする三角形のメンバーシップ関数を形成する。これらは、夫々制御弁２１の弁開度（絞り）に乗ずる係数ｋf を求めるものであり、夫々の対応値は、例えばＮＢ：１．４，ＮＳ：１．２，Ｍ：１．０，ＰＳ：０．８，ＰＢ：０．６とする。
【００３８】
図３は充填時間に対するメンバーシップ関数を示す。
充填時間Ｔが十分経過した場合に対する値は、充填対象となる被充填タンクのタンクサイズによって異なるが、圧力変化の場合と同様、中間値を設定し、夫々に対応するメンバーシップ関数を三角形又は台形とする。これは制御弁２１の弁開度（絞り）に対応するためであり、夫々に対応する絞り値は、ＮＢ：０．３５（３５％），ＮＳ：０．１（１０％），Ｍ：１．０（１００％），ＰＳ：０．５（５０％），ＰＢ：０とする。
【００３９】
図４は制御装置３４が実行する制御処理の処理手順を示すＰＡＤである。まず、ステップＳ１（以下「ステップ」を省略する）において、制御開始前に充填時間を計測するタイマをクリアする。次に燃料タンク３の容積Ｖにより充填時間のメンバーシップ関数ＮＢ，ＮＳ，Ｍ，ＰＳ，ＰＢに対応する値を演算する（Ｓ２）。
【００４０】
充填完了が圧力伝送器２２により検出された圧力値が充填目標値（２００kgf/mm2 ）となり判定されるまで（Ｓ３）、以下の処理を繰り返す。
まず、充填開始からの時間Ｔを計測する。これは、例えばカウンタをインクリメントしていくなどの方法で行う（Ｓ４）。
【００４１】
次に、後述する処理Ａにより仮の制御弁２１の弁開度ｄｕｍ ｏｐｅｎを決定する（Ｓ５）。次に圧力伝送器２２から検出された現在の圧力値（Ｐ（ｋ））を取り込み、１サンプル前（Δｔ前）の圧力（Ｐ（ｋ−１））との差をとり、圧力変化ΔＰ（＝Ｐ（ｋ）−Ｐ（ｋ−１））の値を算出する（Ｓ６）。
【００４２】
この圧力変化ΔＰの値より、後述する処理Ｂにより制御弁２１の弁開度係数ｋfを算出する（Ｓ７）。制御弁２１の弁開度をＯｐ＝ｄｕｍ
ｏｐｅｎ* ｋfとして算出し（Ｓ８）、この演算結果を制御弁２１の制御量として出力して制御弁２１の弁開度を制御する（Ｓ９）。
【００４３】
図５は充填時間に対するメンバーシップ関数を求める処理Ａの演算手順を示すＰＡＤである。
処理Ａでは、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、三角形の面積（ａ・ｂ／２）とハッチング部分との面積比を求めることにより夫々の値に所属する度合いを演算する。
【００４４】
例えば、時間Ｔがメンバーシップ関数ＮＢより小さい場合（Ｔ＜ＮＢ）には、Ｔ／ＮＢの２乗をＮＢの時にとるべき値０．３５に乗じて算出する（Ｓ１１）。同様に、時間Ｔがメンバーシップ関数ＮＢとＮＳとの間にある場合（ＮＢ≦Ｔ＜ＮＳ）には、時間Ｔ夫々に属する度合いを面積比で算出し、ＮＢ，ＮＳで取るべき値０．３５、０．１に乗じて加えることにより仮の制御弁２１の弁開度ｄｕｍ ｏｐｅｎを算出する（Ｓ１２）。
【００４５】
同様に、時間Ｔがメンバーシップ関数ＮＳとＭs との間にある場合（ＮＳ≦Ｔ＜ＭS ）には、時間Ｔ夫々に属する度合いを面積比で算出し、ＮＳ，Ｍs で取るべき値０．１、１．０に乗じて加えることにより仮の制御弁２１の弁開度ｄｕｍ
ｏｐｅｎを算出する（Ｓ１３）。
【００４６】
同様に、時間Ｔがメンバーシップ関数Ｍs とＭB との間にある場合（ＭS ≦Ｔ＜ＭB ）には、Ｍs ，ＭB で取るべき値１．０を仮の制御弁２１の弁開度ｄｕｍ
ｏｐｅｎとして算出する（Ｓ１４）。
同様に、時間Ｔがメンバーシップ関数ＭB とＰs との間にある場合（ＭB ≦Ｔ＜Ｐs ）には、時間Ｔ夫々に属する度合いを面積比で算出し、ＭB ，Ｐs で取るべき値１．０，０．５に乗じて加えることにより仮の制御弁２１の弁開度ｄｕｍ
ｏｐｅｎを算出する（Ｓ１５）。
【００４７】
同様に、時間Ｔがメンバーシップ関数Ｐs とＰs ’との間にある場合（Ｐs ≦Ｔ＜Ｐs ’）には、時間Ｔ夫々に属する度合いを面積比で算出し、Ｐs ，Ｐs ’で取るべき値０．５に乗じて仮の制御弁２１の弁開度ｄｕｍ ｏｐｅｎを算出する（Ｓ１６）。
【００４８】
同様に、時間Ｔがメンバーシップ関数Ｐs ’以上ある場合（Ｐs ’＜Ｔ）には、時間Ｔに属する度合いを面積比で算出し、Ｐs ’で取るべき値０を仮の制御弁２１の弁開度ｄｕｍ ｏｐｅｎとして算出する（Ｓ１７）。
図７は処理Ｂの弁開度係数ｋf を圧力変化によるメンバーシップ関数から決定する手順を示すＰＡＤである。
【００４９】
例えば圧力変化ΔＰがメンバーシップ関数ＮＢより小さい場合（ΔＰ＜ＮＢ）には、弁開度係数ｋf を１．４とする（Ｓ２１）。
次に圧力変化ΔＰがメンバーシップ関数ＮＢとＮＳとの間にある場合（ＮＢ≦ΔＰ＜ＮＳ）には、夫々に属する割合を面積比で求める。この面積比の値をＮＢ，ＮＳに対応する値１．４，１．２に乗じて加えることにより圧力変化ΔＰの大きさに応じた係数ｋf を算出する（Ｓ２２）。
【００５０】
同様に、圧力変化ΔＰがメンバーシップ関数ＮＳとＭとの間にある場合（ＮＳ≦ΔＰ＜Ｍ）には、夫々に属する割合を面積比で求める。この面積比の値をＮＳ，Ｍに対応する値１．２，１．０に乗じて加えることにより圧力変化ΔＰの大きさに応じた係数ｋf を算出する（Ｓ２３）。
【００５１】
同様に、圧力変化ΔＰがメンバーシップ関数ＭとＰＳとの間にある場合（Ｍ≦ΔＰ＜ＰＳ）には、夫々に属する割合を面積比で求める。この面積比の値をＭ，ＰＳに対応する値１．０，０．８に乗じて加えることにより圧力変化ΔＰの大きさに応じた係数ｋf を算出する（Ｓ２４）。
【００５２】
同様に、圧力変化ΔＰがメンバーシップ関数ＰＳとＰＢとの間にある場合（ＰＳ≦ΔＰ＜ＰＢ）には、夫々に属する割合を面積比で求める。この面積比の値をＰＳ，ＰＢに対応する値０．８，０．６に乗じて加えることにより圧力変化ΔＰの大きさに応じた係数ｋf を算出する（Ｓ２５）。
【００５３】
同様に、圧力変化ΔＰがメンバーシップ関数ＰＢ以上ある場合（ΔＰ≧ＰＢ）には、対応する値０．６を圧力変化ΔＰの大きさに応じた係数ｋf として算出する（Ｓ２６）。
このように、圧力変化ΔＰあるいは時間Ｔに応じたメンバーシップ関数を算出し、このメンバーシップ関数から制御弁２１の弁開度係数ｋf を演算してファジィ制御を行うため、演算式が簡素化されて演算時間が大幅に短縮され、通常のコンピュータ制御の演算速度より高速処理することが可能になり、流量計２０及び圧力伝送器２１により検出された信号が入力されてから制御弁２１の制御量を出力するまでにかかる時間を短縮して制御遅れを無くすことができる。
【００５４】
図８は上記のように圧力変化ΔＰあるいは時間Ｔに応じたメンバーシップ関数を算出し、このメンバーシップ関数から制御弁２１の弁開度係数ｋf を演算してファジィ制御を行った場合の実験結果である。
この実験結果から、上記のように制御弁２１の弁開度をファジィ制御により演算すると、制御対象の非線形性が補償されるため、制御弁２１の弁開度により圧力を一定にさせることが可能になる。これにより、２次圧力の圧力変化は小さくなり、圧力及び流量が安定した状態で燃料タンク３に充填させることができる。
【００５５】
そのため、圧力及び流量の計測値が入力されてから応答遅れを補償する制御弁２１の制御遅れを小さくして圧力及び流量が安定するように制御弁２１の弁開度を制御することができるので、燃料タンク３に充填される圧力及び流量がある振幅で変動しながら上昇することを防止することができる。よって、充填完了していないのに圧力計測値が瞬間的に目標圧力を超えてしまい、被充填側のタンク圧力が目標圧力に達したものと判断して制御弁を閉弁させてしまうことを防止できる。
【００５６】
また、上記理由によりガス充填ホース２３にかかる圧力変動も小さくなるため、ガス充填ホース２３の寿命を延ばすることができる。さらに、ガス充填ホース２３、三方弁２４、接続カプラ２６等の各接続部分にかかる圧力の変化も小さく抑えることができるので、各接続部分の寿命を延ばすことができる。
【００５７】
尚、上記実施例では、都市ガスを圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給する場合を一例として挙げたが、これに限らず、例えばブタン、プロパン等のガスを供給するのにも適用できるのは勿論である。
また、上記実施例では、自動車の燃料タンク３に圧縮されたガスを充填する場合を一例として挙げたが、これに限らず、他の容器等に圧縮されたガスを供給する装置にも適用でき、あるいは単に圧縮されたガスを他の場所に給送するための管路途中に設置する構成の装置にも適用できるのは勿論である。
【００５８】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、所定時間毎に、被充填タンクの容積に応じた充填時間に関するメンバーシップ関数を演算し、充填開始からの時間を計測し、充填時間に関するメンバーシップ関数の値より、仮の制御弁開度を演算し、圧力検出手段により検出された現在の圧力値と１サンプル前の圧力との差から圧力変化を求め、圧力変化に関するメンバーシップ関数の値より、制御弁の弁開度係数を演算し、仮の制御弁開度に弁開度係数を乗算して制御弁の制御量を演算するため、非線形性の補償を図ることができる。そのため、モデルと別の固体に対しても適当な制御弁の弁開度を演算することができるので、圧力及び流量が安定するように制御弁の弁開度を制御することができる。
【００５９】
すなわち、被充填タンクに充填される圧力及び流量がある振幅で変動しながら上昇することを防止することができ、充填完了していないのに圧力計測値が瞬間的に目標圧力を超えてしまい、被充填側のタンク圧力が目標圧力に達したものと判断して制御弁を閉弁させてしまうことを防止できる。
【００６０】
さらに、ホースにかかる圧力変動も小さくできるので、ホース寿命を延ばすことができると共に、ホース等の各接続部分にかかる圧力の変化を小さく抑えて各部品の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるガス供給装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】圧力変化ΔＰのメンバーシップ関数の一例を示す図である。
【図３】充填時間に対するメンバーシップ関数を示す図である。
【図４】制御装置が実行する制御処理の処理手順を示すＰＡＤである。
【図５】充填時間に対するメンバーシップ関数を求める処理Ａの演算手順を示すＰＡＤである。
【図６】充填時間に対するメンバーシップ関数を求める処理Ａの演算方法を説明するための図である。
【図７】処理Ｂの弁開度係数ｋf を圧力変化によるメンバーシップ関数から決定する手順を示すＰＡＤである。
【図８】圧力変化ΔＰあるいは時間Ｔに応じたメンバーシップ関数を算出し、このメンバーシップ関数から制御弁の弁開度係数ｋf を演算してファジィ制御を行った場合の実験結果を示すグラフである。
【図９】ガス充填制御を行う際の制御弁の弁開度、流量計測値、圧力計測値、被充填タンクの圧力の理論値を示すグラフである。
【図１０】制御弁の弁開度が図９のように制御されたときの流量計測値、圧力計測値、被充填タンクの圧力変化を実験により求めたグラフである。
【符号の説明】
１ ガス供給装置
３ 燃料タンク
４ 圧力発生ユニット
５ ディスペンサユニット
１２ コンプレッサ
１６ ガス蓄圧器
１７ ガス蓄圧器開閉弁
１８ ガス供給管路
１９ ガス供給開閉弁
２０ 質量流量計
２１ 制御弁
２２ 圧力伝送器
２３ ガス充填ホース
２４ 三方弁
２６，３６ 接続カプラ
３０ カプラ掛けスイッチ
３１ 充填開始釦
３２ 充填停止釦
３３ 非常停止釦
３４ 制御装置
３４Ａ メンバーシップ関数作成手段
３４Ｂ 制御量演算手段
３５ 表示装置
【発明の属する技術分野】
本発明はガス供給装置に係り、特に圧縮したガスを被充填タンクに充填するよう構成されたガス供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
天然ガスを圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃料にして走行する自動車（ＣＮＧ車）の開発と共に圧縮天然ガスを自動車の燃料タンクに供給するガス供給装置の実用化が進められている。
【０００３】
この種のガス供給装置においては、ガスを充填する管路に被充填タンクに充填される圧力又は流量を制御する制御弁と、制御弁から供給されたガスの圧力を検出する圧力伝送器（圧力検出手段）と、制御弁から供給されたガスの流量を検出する流量計とが配設され、制御装置が圧力伝送器により計測された圧力値又は流量計により計測された流量値に応じて該制御弁の弁開度を演算するように構成されている。
【０００４】
また、ガス供給装置の制御装置では、ＣＮＧ車の燃料タンクへのガス充填が開始されると被充填タンクとしての燃料タンクの容量に応じた圧力又は流量が演算され、この演算結果に基づいて制御弁の弁開度を制御して一定圧力上昇制御あるいは一定流量制御を行っている。
【０００５】
そして、ガス充填中は、ディスペンサユニット内に配設された流量計及び圧力伝送器から出力された流量及び圧力の検出信号が制御装置にフィードバックされているため、制御装置は充填される流量及び圧力が時間の経過に応じた目標値となるように制御弁の弁開度を演算し、制御弁の弁開度を制御している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のガス供給装置においては、ＣＮＧディスペンサの制御弁の弁開度は、充填時間の経過に応じモデルタンクの流量及び圧力が所定の流量又は圧力となるように制御されていた。また、被充填側のタンク圧力（ＣＮＧ車の燃料タンクの圧力）を直接計測することはできないため、ディスペンサ内に設けられた圧力伝送器から得た圧力値が目標圧力を超えたとき、当該被充填タンクへのガス充填が完了したと判断して制御弁を閉じるようにしていた。
【０００７】
図９はガス充填制御を行う際の制御弁の弁開度、流量計測値、圧力計測値、被充填タンクの圧力の理論値（モデルを用いたときの値）を示すグラフである。図１０は制御弁の弁開度が図９のように制御されたときの流量計測値、圧力計測値、被充填タンクの圧力変化を実験により求めたグラフである。
【０００８】
尚、図９，図１０において、制御弁の弁開度は破線で示し、流量計測値は実線で示し、圧力計測値は一点鎖線で示し、被充填タンクの圧力は二点鎖線で示してある。
本来、ガス充填制御中の圧力及び流量は、図９に示すように安定的に変化することが望ましい。ところが、実際には、図１０に示すように圧力及び流量が頻繁に変動して振動しながらガス充填が行われる。このように、圧力及び流量が振動する原因は、制御弁の制御量をモデルに基づいて演算するため、実際のガス充填システムの制御量との間で差異生じて制御遅れが発生するからである。
【０００９】
従来の方式では、現在の制御弁開閉度によるガス圧力変動は、ガスの粘性抵抗等による非線形性によりどのくらいの時間遅れを持ってあらわれるか全く推定できなかった。そのため、ガス圧力を一定に保つための制御弁の制御は、リアルタイムで行っても効果がなかった。
【００１０】
従来の装置では、圧力及び流量の計測値が入力されてから演算結果を出力するまでの待ち時間が長いので、制御弁の制御遅れが生じ、この制御遅れにより圧力がある振幅で変動しながら上昇するため、実際には充填完了していないのに圧力計測値が瞬間的に目標圧力を超えてしまうことがある。
【００１１】
そのとき、制御装置では、まだガス充填を行う必要があるのに、被充填側のタンク圧力が目標圧力に達したものと判断して制御弁を閉弁させてしまい、実際のタンク圧力が目標圧力に達していないにも拘わらずガス充填を終了させてしまうといった問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題を解決したガス供給装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有するものである。
本発明は、被充填タンクに充填される圧力又は流量を制御する制御弁と、該制御弁から供給されたガスの圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された圧力値に応じて該制御弁の弁開度を演算する制御部とを有するガス供給装置において、
前記制御部は、
前記被充填タンクの容積に応じた充填時間に関するメンバーシップ関数を演算する第１の演算手段と、
充填開始からの時間を計測し、前記充填時間に関するメンバーシップ関数の値より、仮の制御弁開度を演算する第２の演算手段と、
前記圧力検出手段により検出された現在の圧力値と１サンプル前の圧力との差から圧力変化を求め、圧力変化に関するメンバーシップ関数の値より、前記制御弁の弁開度係数を演算する第３の演算手段と、
前記仮の制御弁開度に前記弁開度係数を乗算して前記制御弁の制御量を演算する第４の演算手段と、
を有することを特徴とするものである。
【００１４】
従って、本発明によれば、所定時間毎に、被充填タンクの容積に応じた充填時間に関するメンバーシップ関数を演算し、充填開始からの時間を計測し、充填時間に関するメンバーシップ関数の値より、仮の制御弁開度を演算し、圧力検出手段により検出された現在の圧力値と１サンプル前の圧力との差から圧力変化を求め、圧力変化に関するメンバーシップ関数の値より、制御弁の弁開度係数を演算し、仮の制御弁開度に弁開度係数を乗算して制御弁の制御量を演算するため、ガスの線形性を補償することができるので、制御弁の弁開度を圧力及び流量が安定するように制御することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例を説明する。尚、図１は本発明になるガス供給装置の一実施例の構成図である。
ガス供給装置１は、例えば自動車２の燃料タンク（被充填タンク）３に都市ガスを所定圧力に圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給するガス供給ステーションなどに設置されている。
【００１６】
ガス供給装置１は、大略、都市ガスを所定圧力に圧縮し加圧されたガスを生成する圧力発生ユニット４と、圧力発生ユニット４により圧縮されたガスを燃料タンク３に供給するためのディスペンサユニット５とよりなる。
圧力発生ユニット４は、都市ガスの中圧管路（図示せず）から分岐された分岐管路１１に配設された多段式のコンプレッサ１２を有する。さらに、コンプレッサ１２の吐出口から引き出された管路１３には、管路１３を開閉してコンプレッサ１２から吐出されたガスの供給又は遮断させるコンプレッサ開閉弁１４が配設されている。
【００１７】
また、管路１３に連通された管路１５の端部は、ガス蓄圧器１６に連通されている。この、ガス蓄圧器１６は、一般に文献等では「蓄ガス器」とも呼ばれている。
そして、管路１５には、管路１５を開閉してガス蓄圧器１６に蓄圧されたガスの供給又は遮断させるガス蓄圧器開閉弁１７が配設されている。さらに、管路１３と管路１５との接続部分には、ディスペンサユニット５に延在するガス供給管路１８が連通されている。
【００１８】
上記コンプレッサ１２は開閉弁１４，１７が開弁され、且つディスペンサユニット５内の弁が閉弁された状態で駆動されると、コンプレッサ１２により圧縮された高圧ガスがガス蓄圧器１６に供給される。尚、本実施例では、コンプレッサ１２はガス蓄圧器１６が２５０kgf/cm2 に昇圧するまで圧縮されたガスを供給する。そして、ガス蓄圧器１６が２５０kgf/cm2 に達すると、コンプレッサ１２が停止すると共に、開閉弁１４，１７が閉弁され、圧力発生ユニット４は充填作業可能な待機状態となる。
【００１９】
また、圧力発生ユニット４とディスペンサユニット５との間は、ガス供給管路１８を介して接続されている。そして、ディスペンサユニット５内に延在するガス供給管路１８には、上流側から順に、電磁弁よりなりガス供給管路１８を連通又は遮断するガス供給開閉弁１９と、ガス供給管路１８を流れるガスの供給量を計測する質量流量計２０と、下流側（被充填側）へ給送されるガスを制御する制御弁２１と、制御弁２１により制御された２次圧力を検出する圧力伝送器（圧力検出手段）２２とが配設されている。
【００２０】
ガス供給管路１８の下流側端部には、ガス充填ホース２３が連通されており、ガス充填ホース２３の下流側端部には、手動式の三方弁２４が接続されている。三方弁２４は、ガス充填ホース２３が接続された流入ポートａと、排気管２５が接続された排気ポートｂと、接続カプラ２６が接続された充填ポートｃとを有する。この三方弁２４は、ガス充填時流入ポートａと充填ポートｃとが連通された状態に操作され、ガス充填完了後の脱圧操作を行う際に排気ポートｂと充填ポートｃとが連通するように切替えられて接続カプラ２６内の圧力を減圧する。
【００２１】
また、ディスペンサユニット５の側面には、接続カプラ２６を掛止するカプラ掛止部２９が取り付けられており、このカプラ掛止部２９には接続カプラ２６の有無を検出するカプラ掛けスイッチ３０が設けられている。さらに、ディスペンサユニット５には、充填開始釦３１、充填停止釦３２、非常停止釦３３が配設されている。
【００２２】
充填開始釦３１は、接続カプラ２６，３６が接続された後、ガス供給開閉弁１９を開弁させるために操作されるスイッチ釦である。充填停止釦３２は、ガス供給開閉弁１９及び制御弁２１を閉弁させるために操作されるスイッチ釦である。非常停止釦３３は、全ての弁を緊急に閉弁させるために操作されるスイッチ釦である。
【００２３】
制御装置３４は、コンプレッサ１２、開閉弁１４，１７、ガス供給開閉弁１９、質量流量計２０、制御弁２１、圧力伝送器２２、カプラ掛けスイッチ３０、充填開始釦３１、充填停止釦３２、非常停止釦３３等と接続されている。
そのため、制御装置３４は、充填開始釦３１、充填停止釦３２、非常停止釦３３からの信号により起動又は停止し、質量流量計２０及び圧力伝送器２２からの信号に基づいて燃料タンク３に充填された流量及び圧力を演算する。
【００２４】
上記質量流量計２０は、センサチューブと呼ばれる管路を振動させ、この振動する管路内を流れるガス流量に応じたコリオリ力による管路の流入側と流出側との位相差が流量に比例することを利用して流量計測を行うコリオリ式の質量流量計である。
【００２５】
従って、質量流量計２０は、高圧に圧縮されたガスの質量流量を正確に計測することができ、ガス充填動作時は単位時間当たりの流量計測値（又は単位時間当たりの流量パルス数）を制御装置３４に出力する。
また、制御弁２１は、制御装置３４からの指令により充填圧力を制御して燃料タンク３へ供給されるガス供給量（流量は圧力×時間により求まる）を制御するとともに、充填開始時及び充填終了時には充填圧力が徐々に変化（増圧、減圧）するように圧力を制御して各機器が急激な圧力変化により破損することを防止する。
【００２６】
また、ガス供給開閉弁１９は、圧力発生ユニット４の元弁として機能するもので制御装置３４からの指令により自動的に開弁または閉弁する。尚、ガス供給開閉弁１９は、電磁弁の代わりに手動式の開閉弁を使用しても良い。
三方弁２４は手動操作により切り換えられる構成であり、ガス充填前及びガス充填後は、充填ポートｃと排気ポートｂとが連通されて流入ポートａが遮断されている。また、ガス充填時は、流入ポートａと充填ポートｃとが連通するとともに排気ポートｂが遮断するように切り換え操作される。
【００２７】
３５は表示装置で、燃料タンク３に充填されたガス充填量及び充填圧力を表示する。
また、自動車２では、ディスペンサユニット５の接続カプラ２６が接続される被充填側の接続カプラ３６と、接続カプラ３６と燃料タンク３とを連通する管路３７と、管路３７に配設された手動式の開閉弁３８と、燃料タンク３に充填されたガスの逆流を防止する逆流防止弁３９とを有する。
【００２８】
制御装置３４のＲＯＭ４４には、ガスを被充填側に供給するガス供給プログラムが格納されている。また、ＳＲＡＭ４５には、各種データが記憶されている。さらに、制御装置３４は、圧力伝送器２２により検出された２次圧力変化と充填時間に応じたメンバーシップ関数（帰属度関数）を作成するメンバーシップ関数作成手段３４Ａと、制御弁２１の弁開度に対応する制御量をメンバーシップ関数に基づいて演算する制御量演算手段３４Ｂを有する。
【００２９】
従って、制御装置３４は、後述するように算出されたメンバーシップ関数に基づいて上記制御弁２１の弁開度を演算して燃料タンク３に充填される圧力及び流量をファジィ制御すると共に、質量流量計２０，圧力伝送器２２から出力された信号により充填流量及び充填圧力を算出してコンプレッサ１２、開閉弁１４，１７，ガス供給開閉弁１９の動作制御も実行する。
【００３０】
次に上記構成になるガス供給装置１におけるガス充填作業について説明する。上記自動車２の燃料タンク３にガスを充填する際、作業者は、先ず、ディスペンサユニット５のカプラ掛止部２９から接続カプラ２６を外して自動車２の接続カプラ３６に結合させる。そして、作業者は、自動車２の手動開閉弁３８を開弁させるとともに、三方弁２４の流入ポートａと充填ポートｃとが連通するように切り換え操作する。
【００３１】
次に、作業者が充填開始釦３１をオンに操作すると、制御装置３４は開閉弁１７を開弁させるとともに、ガス供給開閉弁１９を開弁させる。これにより、ガス蓄圧器１６に蓄圧された高圧ガスは、ガス供給管路１８，ガス供給開閉弁１９，質量流量計２０，制御弁２１，圧力伝送器２２，ガス充填ホース２３，三方弁２４，接続カプラ２６，３６，管路３７を介して燃料タンク３に充填される。
【００３２】
充填開始直後は、燃料タンク３の容器容量を演算するため、制御弁２１の弁開度がやや絞られており、燃料タンク３への供給量が３kg/minに抑えられている。そして、燃料タンク３の容量が求まると、その容量に応じた制御則（一定圧力制御あるいは一定流量制御）により燃料タンク３へのガス充填を開始する。
【００３３】
このようにして燃料タンク３にガスが充填されて満タン状態になると、燃料タンク３の圧力はほぼ２００kgf/cm2 となる。
尚、ガス供給管路１８を通過したガス充填量は、質量流量計２０により計測され、ガス充填量に応じた電圧値（流入側と流出側との位相差）が流量計測信号として制御装置３４に出力される。制御装置３４は、圧力伝送器２２により検出された供給圧力と、質量流量計２０からの流量計測値を積算して、燃料タンク３に充填されたガス充填量を表示装置３５に表示する。
【００３４】
また、燃料タンク３へのガス充填が完了すると、作業者は、三方弁２４の排気ポートｂと充填ポートｃとを連通させるとともに流入ポートａを遮断させるように切り換え操作する。三方弁２４と逆流防止弁３９との間に残留するガスは、排気ポートｂから排気管２５へ排気され、接続カプラ２６，３６内の圧力が大気圧に減圧される。これにより、作業者は、軽い力で接続カプラ２６，３６を分離させることが可能になる。
【００３５】
その後、作業者は、自動車２側の手動開閉弁３８を閉弁させた後、ディスペンサユニット５の接続カプラ２６を自動車２の接続カプラ３６から分離させ、カプラ掛止部２９に掛止させる。そして、充填停止釦３２がオンに操作されると、一連のガス充填作業が完了する。
【００３６】
ここで、本発明の要部である制御装置３４が実行する制御方法について説明する。図２は圧力変化ΔＰのメンバーシップ関数の一例を示す。
本実施例では、圧力変化ΔＰを５つのメンバーシップ関数に分類する。例えば、圧力が減少する場合を「ＮＢ（Negative Big) 」、圧力が少し減少する場合を「ＮＳ（Negative Small) 」、圧力が変化しないときを「Ｍ(Medium)」、圧力が少し増加する場合を「ＰＳ(Positive Small)」、圧力が増加する場合を「ＰＢ(Positive Big)」とする。
【００３７】
そして、夫々のメンバーシップ関数ＮＢ，ＮＳ，Ｍ，ＰＳ，ＰＢの中間値を−５０kgf/mm2 ，−２５kgf/mm2 ，０kgf/mm2 ，２５kgf/mm2 ，５０kgf/mm2 とする。さらに、各中間値を中心とする三角形のメンバーシップ関数を形成する。これらは、夫々制御弁２１の弁開度（絞り）に乗ずる係数ｋf を求めるものであり、夫々の対応値は、例えばＮＢ：１．４，ＮＳ：１．２，Ｍ：１．０，ＰＳ：０．８，ＰＢ：０．６とする。
【００３８】
図３は充填時間に対するメンバーシップ関数を示す。
充填時間Ｔが十分経過した場合に対する値は、充填対象となる被充填タンクのタンクサイズによって異なるが、圧力変化の場合と同様、中間値を設定し、夫々に対応するメンバーシップ関数を三角形又は台形とする。これは制御弁２１の弁開度（絞り）に対応するためであり、夫々に対応する絞り値は、ＮＢ：０．３５（３５％），ＮＳ：０．１（１０％），Ｍ：１．０（１００％），ＰＳ：０．５（５０％），ＰＢ：０とする。
【００３９】
図４は制御装置３４が実行する制御処理の処理手順を示すＰＡＤである。まず、ステップＳ１（以下「ステップ」を省略する）において、制御開始前に充填時間を計測するタイマをクリアする。次に燃料タンク３の容積Ｖにより充填時間のメンバーシップ関数ＮＢ，ＮＳ，Ｍ，ＰＳ，ＰＢに対応する値を演算する（Ｓ２）。
【００４０】
充填完了が圧力伝送器２２により検出された圧力値が充填目標値（２００kgf/mm2 ）となり判定されるまで（Ｓ３）、以下の処理を繰り返す。
まず、充填開始からの時間Ｔを計測する。これは、例えばカウンタをインクリメントしていくなどの方法で行う（Ｓ４）。
【００４１】
次に、後述する処理Ａにより仮の制御弁２１の弁開度ｄｕｍ ｏｐｅｎを決定する（Ｓ５）。次に圧力伝送器２２から検出された現在の圧力値（Ｐ（ｋ））を取り込み、１サンプル前（Δｔ前）の圧力（Ｐ（ｋ−１））との差をとり、圧力変化ΔＰ（＝Ｐ（ｋ）−Ｐ（ｋ−１））の値を算出する（Ｓ６）。
【００４２】
この圧力変化ΔＰの値より、後述する処理Ｂにより制御弁２１の弁開度係数ｋfを算出する（Ｓ７）。制御弁２１の弁開度をＯｐ＝ｄｕｍ
ｏｐｅｎ* ｋfとして算出し（Ｓ８）、この演算結果を制御弁２１の制御量として出力して制御弁２１の弁開度を制御する（Ｓ９）。
【００４３】
図５は充填時間に対するメンバーシップ関数を求める処理Ａの演算手順を示すＰＡＤである。
処理Ａでは、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、三角形の面積（ａ・ｂ／２）とハッチング部分との面積比を求めることにより夫々の値に所属する度合いを演算する。
【００４４】
例えば、時間Ｔがメンバーシップ関数ＮＢより小さい場合（Ｔ＜ＮＢ）には、Ｔ／ＮＢの２乗をＮＢの時にとるべき値０．３５に乗じて算出する（Ｓ１１）。同様に、時間Ｔがメンバーシップ関数ＮＢとＮＳとの間にある場合（ＮＢ≦Ｔ＜ＮＳ）には、時間Ｔ夫々に属する度合いを面積比で算出し、ＮＢ，ＮＳで取るべき値０．３５、０．１に乗じて加えることにより仮の制御弁２１の弁開度ｄｕｍ ｏｐｅｎを算出する（Ｓ１２）。
【００４５】
同様に、時間Ｔがメンバーシップ関数ＮＳとＭs との間にある場合（ＮＳ≦Ｔ＜ＭS ）には、時間Ｔ夫々に属する度合いを面積比で算出し、ＮＳ，Ｍs で取るべき値０．１、１．０に乗じて加えることにより仮の制御弁２１の弁開度ｄｕｍ
ｏｐｅｎを算出する（Ｓ１３）。
【００４６】
同様に、時間Ｔがメンバーシップ関数Ｍs とＭB との間にある場合（ＭS ≦Ｔ＜ＭB ）には、Ｍs ，ＭB で取るべき値１．０を仮の制御弁２１の弁開度ｄｕｍ
ｏｐｅｎとして算出する（Ｓ１４）。
同様に、時間Ｔがメンバーシップ関数ＭB とＰs との間にある場合（ＭB ≦Ｔ＜Ｐs ）には、時間Ｔ夫々に属する度合いを面積比で算出し、ＭB ，Ｐs で取るべき値１．０，０．５に乗じて加えることにより仮の制御弁２１の弁開度ｄｕｍ
ｏｐｅｎを算出する（Ｓ１５）。
【００４７】
同様に、時間Ｔがメンバーシップ関数Ｐs とＰs ’との間にある場合（Ｐs ≦Ｔ＜Ｐs ’）には、時間Ｔ夫々に属する度合いを面積比で算出し、Ｐs ，Ｐs ’で取るべき値０．５に乗じて仮の制御弁２１の弁開度ｄｕｍ ｏｐｅｎを算出する（Ｓ１６）。
【００４８】
同様に、時間Ｔがメンバーシップ関数Ｐs ’以上ある場合（Ｐs ’＜Ｔ）には、時間Ｔに属する度合いを面積比で算出し、Ｐs ’で取るべき値０を仮の制御弁２１の弁開度ｄｕｍ ｏｐｅｎとして算出する（Ｓ１７）。
図７は処理Ｂの弁開度係数ｋf を圧力変化によるメンバーシップ関数から決定する手順を示すＰＡＤである。
【００４９】
例えば圧力変化ΔＰがメンバーシップ関数ＮＢより小さい場合（ΔＰ＜ＮＢ）には、弁開度係数ｋf を１．４とする（Ｓ２１）。
次に圧力変化ΔＰがメンバーシップ関数ＮＢとＮＳとの間にある場合（ＮＢ≦ΔＰ＜ＮＳ）には、夫々に属する割合を面積比で求める。この面積比の値をＮＢ，ＮＳに対応する値１．４，１．２に乗じて加えることにより圧力変化ΔＰの大きさに応じた係数ｋf を算出する（Ｓ２２）。
【００５０】
同様に、圧力変化ΔＰがメンバーシップ関数ＮＳとＭとの間にある場合（ＮＳ≦ΔＰ＜Ｍ）には、夫々に属する割合を面積比で求める。この面積比の値をＮＳ，Ｍに対応する値１．２，１．０に乗じて加えることにより圧力変化ΔＰの大きさに応じた係数ｋf を算出する（Ｓ２３）。
【００５１】
同様に、圧力変化ΔＰがメンバーシップ関数ＭとＰＳとの間にある場合（Ｍ≦ΔＰ＜ＰＳ）には、夫々に属する割合を面積比で求める。この面積比の値をＭ，ＰＳに対応する値１．０，０．８に乗じて加えることにより圧力変化ΔＰの大きさに応じた係数ｋf を算出する（Ｓ２４）。
【００５２】
同様に、圧力変化ΔＰがメンバーシップ関数ＰＳとＰＢとの間にある場合（ＰＳ≦ΔＰ＜ＰＢ）には、夫々に属する割合を面積比で求める。この面積比の値をＰＳ，ＰＢに対応する値０．８，０．６に乗じて加えることにより圧力変化ΔＰの大きさに応じた係数ｋf を算出する（Ｓ２５）。
【００５３】
同様に、圧力変化ΔＰがメンバーシップ関数ＰＢ以上ある場合（ΔＰ≧ＰＢ）には、対応する値０．６を圧力変化ΔＰの大きさに応じた係数ｋf として算出する（Ｓ２６）。
このように、圧力変化ΔＰあるいは時間Ｔに応じたメンバーシップ関数を算出し、このメンバーシップ関数から制御弁２１の弁開度係数ｋf を演算してファジィ制御を行うため、演算式が簡素化されて演算時間が大幅に短縮され、通常のコンピュータ制御の演算速度より高速処理することが可能になり、流量計２０及び圧力伝送器２１により検出された信号が入力されてから制御弁２１の制御量を出力するまでにかかる時間を短縮して制御遅れを無くすことができる。
【００５４】
図８は上記のように圧力変化ΔＰあるいは時間Ｔに応じたメンバーシップ関数を算出し、このメンバーシップ関数から制御弁２１の弁開度係数ｋf を演算してファジィ制御を行った場合の実験結果である。
この実験結果から、上記のように制御弁２１の弁開度をファジィ制御により演算すると、制御対象の非線形性が補償されるため、制御弁２１の弁開度により圧力を一定にさせることが可能になる。これにより、２次圧力の圧力変化は小さくなり、圧力及び流量が安定した状態で燃料タンク３に充填させることができる。
【００５５】
そのため、圧力及び流量の計測値が入力されてから応答遅れを補償する制御弁２１の制御遅れを小さくして圧力及び流量が安定するように制御弁２１の弁開度を制御することができるので、燃料タンク３に充填される圧力及び流量がある振幅で変動しながら上昇することを防止することができる。よって、充填完了していないのに圧力計測値が瞬間的に目標圧力を超えてしまい、被充填側のタンク圧力が目標圧力に達したものと判断して制御弁を閉弁させてしまうことを防止できる。
【００５６】
また、上記理由によりガス充填ホース２３にかかる圧力変動も小さくなるため、ガス充填ホース２３の寿命を延ばすることができる。さらに、ガス充填ホース２３、三方弁２４、接続カプラ２６等の各接続部分にかかる圧力の変化も小さく抑えることができるので、各接続部分の寿命を延ばすことができる。
【００５７】
尚、上記実施例では、都市ガスを圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給する場合を一例として挙げたが、これに限らず、例えばブタン、プロパン等のガスを供給するのにも適用できるのは勿論である。
また、上記実施例では、自動車の燃料タンク３に圧縮されたガスを充填する場合を一例として挙げたが、これに限らず、他の容器等に圧縮されたガスを供給する装置にも適用でき、あるいは単に圧縮されたガスを他の場所に給送するための管路途中に設置する構成の装置にも適用できるのは勿論である。
【００５８】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、所定時間毎に、被充填タンクの容積に応じた充填時間に関するメンバーシップ関数を演算し、充填開始からの時間を計測し、充填時間に関するメンバーシップ関数の値より、仮の制御弁開度を演算し、圧力検出手段により検出された現在の圧力値と１サンプル前の圧力との差から圧力変化を求め、圧力変化に関するメンバーシップ関数の値より、制御弁の弁開度係数を演算し、仮の制御弁開度に弁開度係数を乗算して制御弁の制御量を演算するため、非線形性の補償を図ることができる。そのため、モデルと別の固体に対しても適当な制御弁の弁開度を演算することができるので、圧力及び流量が安定するように制御弁の弁開度を制御することができる。
【００５９】
すなわち、被充填タンクに充填される圧力及び流量がある振幅で変動しながら上昇することを防止することができ、充填完了していないのに圧力計測値が瞬間的に目標圧力を超えてしまい、被充填側のタンク圧力が目標圧力に達したものと判断して制御弁を閉弁させてしまうことを防止できる。
【００６０】
さらに、ホースにかかる圧力変動も小さくできるので、ホース寿命を延ばすことができると共に、ホース等の各接続部分にかかる圧力の変化を小さく抑えて各部品の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるガス供給装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】圧力変化ΔＰのメンバーシップ関数の一例を示す図である。
【図３】充填時間に対するメンバーシップ関数を示す図である。
【図４】制御装置が実行する制御処理の処理手順を示すＰＡＤである。
【図５】充填時間に対するメンバーシップ関数を求める処理Ａの演算手順を示すＰＡＤである。
【図６】充填時間に対するメンバーシップ関数を求める処理Ａの演算方法を説明するための図である。
【図７】処理Ｂの弁開度係数ｋf を圧力変化によるメンバーシップ関数から決定する手順を示すＰＡＤである。
【図８】圧力変化ΔＰあるいは時間Ｔに応じたメンバーシップ関数を算出し、このメンバーシップ関数から制御弁の弁開度係数ｋf を演算してファジィ制御を行った場合の実験結果を示すグラフである。
【図９】ガス充填制御を行う際の制御弁の弁開度、流量計測値、圧力計測値、被充填タンクの圧力の理論値を示すグラフである。
【図１０】制御弁の弁開度が図９のように制御されたときの流量計測値、圧力計測値、被充填タンクの圧力変化を実験により求めたグラフである。
【符号の説明】
１ ガス供給装置
３ 燃料タンク
４ 圧力発生ユニット
５ ディスペンサユニット
１２ コンプレッサ
１６ ガス蓄圧器
１７ ガス蓄圧器開閉弁
１８ ガス供給管路
１９ ガス供給開閉弁
２０ 質量流量計
２１ 制御弁
２２ 圧力伝送器
２３ ガス充填ホース
２４ 三方弁
２６，３６ 接続カプラ
３０ カプラ掛けスイッチ
３１ 充填開始釦
３２ 充填停止釦
３３ 非常停止釦
３４ 制御装置
３４Ａ メンバーシップ関数作成手段
３４Ｂ 制御量演算手段
３５ 表示装置
Claims (1)
- 被充填タンクに充填される圧力又は流量を制御する制御弁と、該制御弁から供給されたガスの圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された圧力値に応じて該制御弁の弁開度を演算する制御部とを有するガス供給装置において、
前記制御部は、
前記被充填タンクの容積に応じた充填時間に関するメンバーシップ関数を演算する第１の演算手段と、
充填開始からの時間を計測し、前記充填時間に関するメンバーシップ関数の値より、仮の制御弁開度を演算する第２の演算手段と、
前記圧力検出手段により検出された現在の圧力値と１サンプル前の圧力との差から圧力変化を求め、圧力変化に関するメンバーシップ関数の値より、前記制御弁の弁開度係数を演算する第３の演算手段と、
前記仮の制御弁開度に前記弁開度係数を乗算して前記制御弁の制御量を演算する第４の演算手段と、
を有することを特徴とするガス供給装置。
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