JP4033018B2 - 温度制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、温度制御に関し、特に温度センサ(以下、センサ)によって温度を測定し、測定した温度によって対応するヒータを動作させる温度制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の、例えば人工衛星の温度制御装置では、温度制御対象機器を温める温度制御用ヒータと、設定温度と設定温度差のデータが格納された設定温度記憶回路と、上記温度制御対象機器の温度を検出する温度検出回路と、上記温度制御対象機器の温度が設定温度記憶回路に格納された設定温度のデータと異なっているときに、上記温度制御用ヒータをオンまたはオフさせ、また、例えば、温度制御対象機器間の温度差が設定温度差のデータと異なっているときに温度制御用ヒータのいずれか又は双方をオンまたはオフさせる温度制御回路とを備えることは開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開平08−101721号公報(段落番号(0019),第1図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来のこの種の温度制御装置には、次のようないくつかの課題がある。
【0005】
まず、人工衛星には多数のヒータとセンサが取り付けられるが、製造時にハーネスがつなぎ間違えられる等により、ヒータとセンサの対応データベースと、物理的な実態に齟齬がないかの確認のため、人手によりセンサを暖めたり冷やしたりすることで、設計上対応するヒータが呼応してON/OFFするかの確認を行う必要があり、多くのコストと時間を要する。また、センサやヒータの取り付け位置によっては、人の手や治具を入れることができず製造完了後の試験ができない。
【0006】
つぎに、この試験においてハーネスのつなぎ間違えが発見された場合、ハーネスの結線改修あるいは制御装置に内蔵されたデータベースの変更作業を行う必要がある。
【0007】
さらに、運用中にセンサが故障し、冗長系のセンサやヒータを選択する場合、故障するセンサや冗長系の選び方などの組み合わせを考慮すると、ヒータとセンサの対応データベースが巨大になり、その分、設計と試験により多くのコストと時間が必要となる。
【0008】
この発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、多数のセンサと多数のヒータを接続し、自立的にセンサとヒータの対応確認および対応付けのできる温度制御装置を得ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明の温度制御装置は、複数のヒータと、複数の温度センサと、上記複数のヒータ内の任意のヒータと上記複数の温度センサ内から特定の温度センサを対応ずけるデータベースと、上記複数のヒータから任意のヒータを選択し、選択した当該ヒータを逐次ON/OFFして、反応した温度センサが上記データベースと合致することを判断する判断手段とを具備し、上記複数のヒータおよび上記複数の温度センサと接続されているものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1を示すブロック図であり、1はセンサ、2はハーネスA、3は制御装置、4はハーネスB、5はヒータである。
複数のセンサ1とこの発明による制御装置3をハーネスA2でつなぎ、制御装置3と複数のヒータ5をハーネスB4で接続している。
【0011】
図2はこの発明の実施の形態1のセンサ1とヒータ5の対応づけを定義したデータベースであり、6はデータベースである。図2の表中の内容は例であるが、この例では例えば3番のヒータ(H3)に対応するセンサは2番のセンサ(S2)であることを示している。
【0012】
この発明の実施の形態1のセンサ1とヒータ5の対応づけを定義したデータベース6は、制御装置3が温度制御を行う対象の熱設計において、あらかじめ決定されているものである。通常、制御装置3はヒータ5のON/OFFを制御するにあたり、このデータベース6を参照して、ヒータ5に対応するセンサ1を決定し、そのセンサ1から選られる温度データが低ければヒータをONにし、高ければヒータをOFFにする制御を行う。
【0013】
図3は本発明の原理を説明するもっとも基本的なグラフであり、7はヒータのON/OFF状態、8は観測温度、9は反応時間、10は温度変化振幅である。
本発明によりセンサ1とヒータ5の対応をチェックするときには、まずヒータのON/OFF状態7を変化させ、それに応じてセンサから得られる温度データ(以下、観測温度8)が変化することを利用する。
【0014】
この変化を定量的に評価するため、例えば、式(1)により関連度を定義する。
【0015】
【数1】
【0016】
ここで、反応時間評価係数と温度変化評価係数は、それぞれ反応時間9と温度変化振幅10の評価の重み付けである。
【0017】
もし、ヒータ5とセンサ1が熱的に遠い位置にあれば、反応時間9は大きく、温度変化振幅10は小さくなり、算出される関連度は小さくなる。逆に、ヒータ5とセンサ1が熱的に近い位置にあれば、反応時間9は小さく、温度変化振幅10は大きくなり、算出される関連度は大きくなる。よって、対応づけられたヒータ5とセンサ1では、制御装置3の目的から、熱的に近い位置に取り付けられるため関連度は大きいことが期待される。
【0018】
そこで、制御装置3により温度制御を行う対象を恒温槽にいれるなどして外環境による温度変化を遮断し、図6に示すようなアルゴリズムによってヒータ5とセンサ1の対応の異常を判定する。
【0019】
このアルゴリズムでは、データベース6に定義されたヒータ5それぞれについて対応するセンサ1を取得し(S2)、当該センサ1からの温度サンプリング観測を開始(S3)、当該ヒータ5を ON (S4)後、一定時間ウェイト(S5)した上で、当該ヒータ5をOFF(S6)、当該センサ1の温度サンプリング観測を停止(S7)し、サンプリングした温度データより反応時間 t を温度変化振幅 a を取得(S8)する。
【0020】
取得した t と a から、関連度 r を計算(S9)し、関連度 r が設計基準値を超えていれば(S10)、当該ヒータ5と当該センサ1の対応は正常(S11)、超えていなければ、当該ヒータ5と当該センサ1の対応は異常(S12)と判定する。この処理を for(S1)〜 next(S13)により、データベース6に定義されたすべてのセンサ1について繰り返す。
【0021】
以上によれば、センサ1と制御装置3をつなぐハーネスA2や、ヒータ5と制御装置3をつなぐハーネスB4に、つなぎ間違えがないかの確認を人手によらず自動的に行うことができる。
【0022】
また、センサ1やヒータ5の取り付け位置の都合上、温度制御の対象となる装置の完成後は人の手や治具を入れることができず、試験ができなかったセンサ1やヒータ5についても試験が可能となる。
【0023】
実施の形態2.
図4はこの発明の実施の形態2のセンサとヒータの対応づけを定義するデータベースの初期状態、図3は実施の形態2のアルゴリズムで扱うヒータの ON/OFF状態と温度の関係を示した図で、11は初期状態のデータベースであり、7〜10は図2と同じものである。
【0024】
本発明の実施の形態2における、この発明の実施の形態1と2のセンサ1とヒータ5の対応づけを定義した初期状態のデータベース11の状態を示している。初期状態においては実施の形態1と異なり、ヒータ5に対応するセンサ1の情報はあらかじめ決定されていない。その他の構成は実施の形態1と同じである。
【0025】
実施の形態2においては、制御装置3により温度制御を行う対象を恒温槽にいれるなどして外環境による温度変化を遮断し、図7に示すようなアルゴリズムによってヒータ5に対応するセンサ1の情報を決定、データベース11に登録する。
【0026】
このアルゴリズムでは、全センサからの温度サンプリング開始(S15)後、データベース6に登録されたうちの1つのヒータ5をON(S16)し、一定時間ウェイト(S17)の後、当該ヒータ5をOFF(S18)、全センサ温度サンプリング観測の停止(S19)を行い、サンプリングした温度データより全センサそれぞれの反応時間 t と温度変化振幅 a を取得(S20)する。
【0027】
取得した全センサそれぞれの t と a から、当該ヒータ5と全センサそれぞれの関連度を計算(S21)し、関連度の最も大きかったセンサを当該ヒータの対応センサとしてデータベースに登録(S22)する。この処理を for(S14)〜 next(S23)ループにより、データベース11に定義されたすべてのヒータについて繰り返す。
【0028】
以上によれば、センサ1と制御装置3をつなぐハーネスA2や、ヒータ1と制御装置3をつなぐハーネスA2につなぎ間違いがあっても、それに応じたヒータ5とセンサ1の対応を自動的にデータベースに登録するため、ヒータ5とセンサ1の対応試験そのものが不要で、ハーネスB4の結線改修やデータベースの変更作業を行う必要もなくなる。
【0029】
実施の形態3.
図5は本発明の実施の形態3における、原理を説明するグラフであり、12はヒータのON/OFF状態、13は観測温度の高周波成分、14は反応時間、15は温度変化振幅である。その他の構成は実施の形態2と同じである。
【0030】
実施の形態3においては、通常の温度制御は継続しながら、ヒータ5とセンサ1の対応づけのために、初期状態のデータベース11に定義されたヒータ5それぞれについて通常の温度制御より早い周期でヒータのON/OFF状態12を任意のパターンで変化させる。
【0031】
この時、そのヒータ5と熱的に近いセンサ1から得られる観測温度8は、ヒータのON/OFF状態12の変化パターンに対応して通常の温度制御周期より早い周期で変化する成分を含む。
【0032】
この観測温度8を、ヒータ5とセンサ1の対応づけのためのヒータON/OFFの周期を通し、通常の温度制御周期を通さない周波数フィルタ処理を施すことで、観測温度の高周波成分13が得られる。
【0033】
すべてのセンサ1について、この観測温度の高周波成分13と、ヒータ5とセンサ1の対応づけのためのヒータのON/OFF状態12のパターンマッチングを行い、マッチするパターンの時間差を反応時間14とし、この反応時間14と温度変化の高周波成分13の温度変化振幅15から、数1により関連度を求め、最も関連度の大きいセンサ1を、そのヒータ5に対応するセンサ1として、初期状態のデータベース11に登録する。
【0034】
このアルゴリズムをフローチャートにまとめたものが図8で、全温度センサからの温度サンプリング観測開始(S25)後、データベース11に登録されたうち1つのヒータを温度制御周期より早いサイクルパターンでON/OFF繰り返し(S26)続けた上で、全温度サンプリング観測停止(S27)を停止する。
【0035】
サンプリングした温度データから温度制御周期より高周波の成分を全センサそれぞれについて抽出(S28)、抽出した温度データ高周波成分より全センサそれぞれの反応時間 t と温度変化振幅 a を取得(S29)、全温度センサそれぞれの関連度を計算(S30)して、関連度の最も大きかったセンサを当該ヒータの対応センサとしてデータベースに登録(S31)する。以上の処理を for(S24)〜 next(S32)ループにより繰り返すことで、データベース11に定義されたすべてのヒータ5それぞれに対応する温度センサ1を登録できる。
【0036】
本発明に係わる第三の発明によれば、通常の温度制御中にセンサ1に故障が生じても、通常の温度制御を継続したまま、ヒータ5とセンサ1の対応データベースを自動的に再定義することができるため、あらかじめ予備のセンサ1をデータベースに定義しておく必要がなく、熱設計の負担が軽減されるとともに、データベースの容量を小さくすることができる。
【0037】
また、実施が困難であった、センサ1の故障を模擬し、ヒータ5と予備のセンサ1の対応づけが間違っていないかの試験の必要がなくなる。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、以上で述べたようにハーネスにおけるつなぎ間違えがないかの確認を人手によらず自動的に行うことができ、センサやヒータについても試験が可能となり、ヒータとセンサの対応を自動的にデータベースに登録するため、ハーネスの結線改修やデータベースの変更作業を行う必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明のすべての実施の形態を示すブロック図である。
【図2】 この発明の実施の形態1のセンサとヒータの対応づけを定義したデータベースである。
【図3】 この発明の実施の形態1と2を説明するもっとも基本的なグラフである。
【図4】 この発明の実施の形態2と3のセンサとヒータの対応づけを定義するデータベースの初期状態である。
【図5】 この発明の実施の形態3の原理を説明するグラフである。
【図6】 実施の形態1のフローチャートである。
【図7】 実施の形態2のフローチャートである。
【図8】 実施の形態3のフローチャートである。
【符号の説明】
1 センサ、 2 ハーネスA、 3 制御装置、 4 ハーネスB、 5 ヒータ、 6 データベース、 7 ヒータのON/OFF状態、 8 観測温度、9 反応時間、 10 温度変化振幅、 11 初期状態のデータベース、 12 ヒータのON/OFF状態、 13 観測温度の高周波成分、 14 反応時間、 15 温度変化振幅。
Claims (3)
- 複数のヒータと、
複数の温度センサと、
上記複数のヒータ内の任意のヒータを、上記複数の温度センサ内の特定の温度センサに対応付けるデータベースと、
上記複数のヒータから任意のヒータを選択し、上記データベースに基いて選択した当該ヒータに対応する温度センサを選択し、選択した当該ヒータを逐次ON/OFFすることにより選択した当該温度センサの温度データを観測し、観測結果に基いて、選択した当該ヒータと選択した温度センサの組み合わせの正当性を判断する制御手段とを具備し、
上記複数のヒータおよび上記複数の温度センサが上記制御手段と接続されるとともに、上記複数のヒータと上記複数の温度センサとが熱的に近い位置または遠い位置に取り付けられ、
上記制御手段は、上記ヒータの逐次ON/OFFによる上記温度センサの反応時間と温度変化幅から上記ヒータと温度センサとの関連度を評価し、この関連度が設計基準値を超えていれば上記温度センサと上記ヒータの対応を正常とし、超えていなければ上記温度センサと上記ヒータの対応を異常と判断することを特徴とする温度制御装置。 - 上記制御手段は、
上記複数のヒータから任意のヒータを選択し、選択した当該ヒータを逐次ON/OFFして、反応した温度センサを検出する検出手段と、
上記データベースに上記検出手段で検出した特定の温度センサを登録する登録手段とを、
具備することを特徴とする請求項1記載の温度制御装置。 - 上記制御手段は、
複数の温度センサと、複数のヒータが接続され、温度センサあるいはヒータが故障した時、温度センサとヒータを対応させるため、
温度制御を行いながら、上記複数のヒータから任意のヒータを選択し、選択した当該ヒータの逐次ON/OFFを温度制御周期より早い周期で実施し、反応する特定の温度センサを検出する検出手段と、
上記データベースに上記検出手段で検出した温度センサを登録する登録手段とを、
具備することを特徴とする請求項1記載の温度制御装置。
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