JP4033018B2 - 温度制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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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