JPH0211816B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃焼機器の燃焼を比例制御するため
の燃焼制御装置、詳しくは、湯温を設定温度に維
持すべく、前記設定温度と検出温度との比較結果
に基いて燃料供給量を比例制御する少なくとも積
分手段を含む制御手段を備えた燃焼制御装置に関
する。

従来より、この種の燃焼制御装置においては、
省エネルギーの観点から設定温度と検出温度との
偏差に対して燃焼供給量すなわち供給熱量を自動
調節可能な比例制御手段が採用される例が多くな
つている。

上記比例制御手段は、湯温を自由に調節できる
とともに、不必要な燃料を供給することなく安定
した温度制御ができるのであるが、過度的な負荷
変動、例えば出湯量の急激な変化等、が発生した
場合は制御にオーバーシユートやアンダーシユー
ト等の過渡応答を生じて制御が安定するまでに設
定温度に対して大きく異なる温度の湯が出温され
る欠点が有り、この過渡応答を防止する手段が必
要であつた。

この種の過渡応答を防止する手段としては、例
えば、特願昭55−105710号（特開昭57−31722号）
公報に開示されている燃焼制御装置があるが、こ
の手段では十分ではなく、以下に示すような欠点
があつた。

即ち、第７図に示すように、電源電圧Vccを抵
抗分割された基準電圧Va′と温度検出手段として
のサーミスタRT′の出力電圧Vb′との偏差を積分
器AI′を含むPID制御回路１′によつて演算し、そ
の出力V′によつて燃料供給量を調節する比例弁
２′の開度を決定する定電流駆動回路３′の駆動電
流を制御するように構成するとともに、前記基準
電圧Va′に対して所定値低く設定した電圧Vc′す
なわちオーバーシユート基準電圧と前記検出電圧
Vb′とを比較して温度変化のオーバーシユート発
生を判別するオーバーシユート検出回路４′を設
け、このオーバーシユート検出回路４′の出力に
よつて、前記積分器AI′の入力レベルをシフトし
て、PID制御回路１′の出力V′を強制的に下げる
ことによつて前記比例弁２′を、燃焼を維持する
最低開度に復帰させるように構成してある。

しかしながら、上記オーバーシユート検出回路
４′は、前記積分器AI′をその出力が下限値に飽和
する状態にまでシフトして非能動状態にしてしま
うこと、および、前記比例弁２′の最低開度は２
つの抵抗R₂′，R₃′によつてPID制御回路１′の動
作とは無関係に設定してあることに起因して、オ
ーバーシユート発生後、検出電圧Vb′が前記オー
バーシユート判別電圧Vc′以上になつてもPID制
御回路１′が能動状態に復帰するのが遅れて、大
きなアンダーシユートが発生する欠点があつた。

つまり、出湯量が急に変動すると設定温度に対
して湯温が上下動して安定するまでに時間がかか
るという不都合がある。

そこで、上記不都合を解消すべく、本出願人は
既に検出温度が設定温度に対して所定値以上異な
る場合は、前記検出温度に拘らず、前記燃料供給
量が予め設定してある所定量となるように、前記
比例制御手段の出力レベルを前記所定量に維持す
べく制御する飽和防止手段を設けて過渡応答発生
後の正常な温度制御への復帰時間を短縮し、もつ
て、過渡応答の少ない燃焼制御装置を提案してあ
る。

しかしながら、上記燃焼制御装置にあつては、
飽和防止手段を設けたために、この手段が無い場
合に比較してPID制御回路の出力初期値が大きく
なり、従つて、初期点火時における加熱速度が従
来より速くなるため、初期点火時に過渡応答であ
る大きなオーバーシユートが発生するという新た
な不都合が生じる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであ
つて、その目的は、急な負荷変動に対して過渡応
答の少ない制御手段を備えながら、かつ、初期点
火時にも誤動作することの無い過渡応答防止手段
を備えた燃焼制御装置を提供することにある。

上記目的を達成すべく、本発明による燃焼制御
装置は、前記検出温度が設定温度に対して所定値
以上異なる場合は、前記検出温度に拘らず、前記
燃料供給量が予め設定してある所定量となるよう
に、前記比例制御手段の出力レベルを前記所定量
に維持すべく制御飽和防止手段を設けるととも
に、初期点火時には前記飽和防止手段の設定レベ
ルを所定時間の間最低値に維持すべく制御する出
力制限手段を設けてある点に特徴を有する。

以下、上記構成を第１図に示すブロツク図に基
いて説明する。

第１図はガス湯沸器等のように出湯温度をガス
燃焼量を比例制御することによつて調節するため
の燃焼制御装置のブロツク図であつて、基本的に
は、サーミスタ等の温度検出手段RTによる検出
温度ｔと湯温を調節するための温度設定手段VR
による設定温度t₀との偏差△ｔに基いて積分器AI
を備えたPID制御手段１によつて、燃料供給量を
調節する手段としての比例弁２の開度を比例制御
すべく構成してある。

更に、前記検出温度ｔと設定温度t₀とを比較
し、検出温度ｔが設定温度t₀に対して所定値α₁以
上異なる場合には温度制御に過渡応答が発生した
ことを検知して前記PID制御手段１の動作を一時
停止させ、予め設定してある所定の燃料供給量α₂
に維持させるべく制御する過渡応答検出手段４を
設定てある。

そして、前記PID制御手段１の出力Ｖである積
分器AIの出力と、前記過渡応答検出手段４によ
つてPID制御手段１の動作が一時停止された場合
に前記比例弁２の開度を予め設定してある所定の
供給量に対応する基準電圧Vαとを比較して、前
記出力Ｖがこの基準電圧Vαを越えて出力される
場合は、前記積分器AIの出力Ｖをその入力電圧
に拘らず前記基準電圧Vαに維持すべく前記出力
Ｖを積分器AIの入力側に帰還して前記積分器AI
の動作が飽和しないように制御する飽和防止手段
５を設けてある。

一方、初期点火時には、点火信号Stにより起動
され、前記PID制御手段１の出力Ｖを前記基準電
圧Vαより低い最低値V₀に維持すべくPID制御手
段１の動作を一時停止させるとともに、その間の
所定時間τ経過するまでは前記所定値Vαに拘ら
ず、前記飽和防止手段５の設定レベルが最低値
V₀となるように制御する出力制限手段６を設け
てある。

尚、前記飽和防止手段としては、前記積分器
AIの能動範囲を規制すべく出力Ｖを前記所定量
α₂に維持すべく所定値以上または所定値以下の出
力にならないようにする負帰還手段等、どのよう
な構成でもよい。

上記構成故に下記の如き優れた効果が発揮され
るに至つた。

即ち、出湯量の急な変動等によつてオーバーシ
ユート等の負荷変動の過渡応答が発生して、PID
制御手段の動作が一時的に停止されるような飽和
動作状態になつても、飽和防止手段によつてPID
制御手段の出力レベルが自動的に予め設定された
所定の供給量に対応したレベルに維持されて、そ
の動作が飽和状態になることはない。一方、初期
点火時には出力制限手段によつて、前記飽和防止
手段の動作が実質的に禁止され、制御手段の出力
の初期値が所定時間の間自動的に最低値に維持さ
れる。

従つて、初期点火時にも誤動作すること無く、
正常なPID制御状態に復帰するときの動作遅れが
少なくなつて、実際の温度変化の過渡変動を非常
に少ないものにできたのである。

以下、本発明の具体的な実施例を図面に基いて
説明する。

第２図に示すように、電源Vccと接地点との間
に、２つの抵抗R₁，R₂と温度検出手段としての
サーミスタRTおよび温度設定手段としての可変
抵抗器VRを直列接続するとともに、電源Vccと
接地点との間に、３つの抵抗R₃，R₄，R₅を直列
接続したブリツジ回路の前記２つの抵抗R₁，R₂
の接続点Ａより得られる検出電圧V_aをバツフア
A₀を介して後記構成になるPID制御回路１に入
力するとともに、過渡応答検出手段４としてのコ
ンパレータA₄に入力してある。一方、前記３つ
の抵抗R₃，R₄，R₅の電源側接続点Ｂより得られ
る基準電圧Vbを前記検出電圧Vaに対する比較基
準としてPID制御回路１に入力するとともに、接
地点側接続点Ｃより得られる基準電圧Vcを前記
コンパレータA₄にオーバーシユート検出の比較
基準として入力してある。

そして、前記基準電圧Vbと検出電圧Vaとの偏
差に対応した電圧Ｖを、燃料供給量を調節する比
例弁２の開度を決定する定電流駆動回路３に出力
すべく構成するとともに、前記基準電圧Vcより
検出電圧Vaが低くなる、すなわち、検出温度ｔ
が設定温度t₀に対して所定量α₁を越えてオーバー
シユート基準温度t₀′よりも高くなると前記コン
パレータA₄の出力ＤによつてPID制御回路１の
出力電圧Ｖを強制的に低下させ、前記比例弁２を
閉じる方向に制御してオーバーシユートの発生を
防止するようにしてある。

前記PID制御回路１は、微分器を構成する第１
の演算増幅器A₁、積分器AIを構成する第２の演
算増幅器A₂、および後記構成になる飽和防止手
段５としての第３の演算増幅器A₃によつて構成
してあり、前記コンパレータA₄の出力Ｄをダイ
オードD₁と抵抗R₆を介して積分器A₂の入力に接
続し、オーバーシユートを検出した場合には、前
記積分器A₂の入力に前記抵抗R₆に対応する所定
電圧を加算することによつて、PID制御回路１の
出力すなわち積分器A₂の出力Ｖのレベルを強制
的に低下させるようにしてある。

そして、前記コンパレータA₄の作動によつて、
積分器A₂の動作が飽和しないように、前記増幅
器A₃により電源Vccを抵抗R₇，R₈によつて分圧
した所定量α₂である最低燃料供給量に対応する下
限電圧V_Lと前記積分器A₂の出力Ｖとの偏差を増
幅してこの積分器A₂の入力側へダイオードD₂を
介して負帰還することによつて、入力レベルに拘
らず積分器A₂の出力Ｖが前記電圧V_L以下にはな
らないようにしてある。尚、前記ダイオードD₂
は、積分器A₂の出力Ｖが前記電圧V_Lより大きい
場合には入力側への帰還を阻止すべく動作するも
のである。

更に、初期点火時のPID制御回路１の動作を制
御するために、点火時に“Ｌ”レベルとなる点火
信号Stにより前記微分器A₁の入力に抵抗R₉に対
応する所定電圧を加算するとともに、前記点火信
号Stにより入力をリセツトされるタイマとしての
演算増幅器A₅を設け、その出力Ｅをダイオード
D₅を介して前記飽和防止手段としての増幅器A₃
の入力に接続した出力制限回路６を設けてある。

前記出力制限回路６は、前記点火信号Stにより
起動され、PID制御回路１の出力Ｖを前記所定電
圧V_Lより更に低い最低値V₀に低下させるととも
に、その後の所定時間τ経過するまでは前記飽和
防止手段５の設定レベルを最低値V₀に維持すべ
く前記タイマA₅によつて前記増幅器A₃の入力電
圧をシフトすべく構成してある。

尚、前記所定時間τは電源Vccに一端を接続し
た抵抗R₁₀および一端を接地したコンデンサC₀に
よる時定数回路によつて設定してある。

又、ダイオードD₁〜D₇は、夫々逆流防止用に
設けたものであつて、その極性は夫々の接続点の
動作方向によつて決定されるものである。

又、抵抗R₁₁，R₁₂は、前記PID制御回路１の出
力Ｖに拘らず定電流駆動回路３の出力電流の下限
値を設定するものであるが、省略してもよい。

又、第３図イ，ロは、第２図に示す実施例にお
いて、初期点火時の温度変化を示すタイムチヤー
トであつて、同図イは制御回路１の出力Ｖすなわ
ち燃料供給量の変化を示し、同図ロは出湯温度の
変化を示すものである。尚、図中破線で示す応答
は、出力制限手段が無い場合の応答を示すもので
ある。

以下、別実施例を図面に基いて説明する。

第４図に示すように、前記第２図の実施例と基
本的には同一構成になるものであつて、オーバー
シユート検出手段としてのコンパレータA₄の出
力ＤによつてPID制御回路１を構成する微分器
A₁の入力に前記抵抗R₆に対応する所定電圧を加
算することによつて、前記第２図に示す実施例と
同様の動作を行なうように構成してある。尚、図
中、第２図と同一の符号および番号を付したもの
は、第２図に示す実施例と同一構成または同一機
能を有するものである。

即ち、微分器A₁の入力と積分器A₂の入力では
信号の極性が反転するために、コンパレータA₄
の出力Ｄの能動極性を反転すべく前記ダイオード
D₁の極性を反転して接続するとともに、前記コ
ンパレータA₄の入力信号である基準電圧Vcと検
出電圧Vaの入力を入れ換えて接続してある。

次に、オーバーシユートとアンダーシユートの
両方を検出するとともに、前記飽和防止手段５を
前記積分器AIの能動範囲の上限と下限の両方を
規制するように構成した別実施例を第５図に基い
て説明する。

即ち、前記オーバーシユートを検出するコンパ
レータA₄とともにアンダーシユートを検出する
コンパレータA₄′を設けて、抵抗器R₃′，R₃，R₄，
R₅によつて設定された過渡応答判別電圧Vc，
Vc′と検出電圧Vaとを比較させるとともに、抵抗
器R₇′，R₇，R₈によつて設定された前記積分器A₂
の能動範囲の上限値V_Hを負帰還する演算増幅器
A₃′と下限値V_Lを負帰還する演算増幅器A₃の両方
を設けて、オーバーシユート発生時には前記増幅
器A₃によつて積分器A₂の出力Ｖを下限値V_Lに維
持させるとともに、アンダーシユート発生時には
前記増幅器A₃′によつて積分器A₂の出力Ｖを上限
値V_Hに維持させるべく構成してある。

又、流量に対応してPID制御回路１のゲインを
自動的に調節すべく、第６図に示すように、前記
バツフア回路A₀のゲインを決定する抵抗器R_Gを
流量に対応して抵抗値が変化する流量センサに構
成してもよい。

又、前記PID制御回路１は微分器A₁を省略し
て積分器A₂のみによる比例制御回路として構成
してもよく、同様に、前記飽和防止手段４は演算
増幅器を用いる他、抵抗あるいはツエナーダイオ
ード等の帰還量のリミツタ動作が可能なものであ
ればどのような構成でもよい。

また、同様に、前記出力制限回路６によるPID
制御回路１の一時停止の制御を行なうに、前記抵
抗R₉を微分器A₁の入力に加算するのではなく、
極性を反転して積分器A₂の入力に加算すべく構
成してもよい。

更には、制御回路１あるいは燃焼制御装置全体
をマイクロコンピユータによつて構成してもよ
く、その構成は各種変更可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロツク図、第２
図は本発明による燃焼制御装置の具体的な構成を
示す回路ブロツク図、第３図イ，ロはその動作を
示すタイムチヤート、第４図〜第６図は別実施例
の回路図、そして、第７図は従来例の構成を示す
ブロツク図である。 １……比例制御手段、５……飽和防止手段、６
……出力制限手段、AI，A₂……積分手段、t₀…
…設定温度、ｔ……検出温度、Ｖ……燃料供給
量、α₁……所定値、α₂……所定量、τ……所定時
間、V₀……最低値。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 湯温を設定温度t₀に維持すべく、前記設定温
   度t₀と検出温度ｔとの比較結果に基いて燃料供給
   量Ｖを比例制御する少なくとも積分手段AIを含
   む制御手段１を備えた燃焼制御装置であつて、前
   記検出温度ｔが設定温度t₀に対して所定値α₁以上
   異なる場合は、前記検出温度ｔに拘らず、前記燃
   料供給量Ｖが予め設定してある所定量α₂となるよ
   うに、前記比例制御手段１の出力レベルを前記所
   定量α₂に維持すべく制御する飽和防止手段５を設
   けるとともに、初期点火時には前記飽和防止手段
   ５の設定レベルα₂を所定時間τの間最低値V₀に
   維持すべく制御する出力制限手段６を設けてある
   ことを特徴とする燃焼制御装置。