JPH0247763B2 - Seigyosochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス給湯器の出湯温度を制御するため
の改良された制御装置に関する。

従来、給湯器の出湯温度を制御するための装置
としては、比例（Ｐ）制御、比例微分（P.D.）制
御、比例積分微分（P.I.D.）制御等のフイードバ
ツク制御を行なう装置があるが、このようなフイ
ードバツク制御を行なう装置を用いた場合でも、
出湯温度を制御する動作の安定性を重視すればそ
の過渡応答性が低下し、反対に過渡応答性を重視
すれば安定性が低下するという不具合がある。

本発明は、上記のようなフイードバツク制御の
不具合を解消することを目的としてなされたもの
であり、定常時には、出湯温度を設定温度に安定
させて維持することができるとともに、出湯温度
が負荷変動などにより過渡的に変動するときに
は、その出湯温度の変動を検出しガス供給量を調
節することによつてフイードバツク制御の応答性
を補い、出湯温度の設定温度からのずれに対して
速やかに対処して出湯温度が設定温度に等しくな
るように制御することができる制御装置を提供す
ることを目的とする。

そして、本発明は、ガス給湯器の出湯温度を制
御するための制御装置において、演算処理装置を
使用し、出湯温度検出装置の出力信号と温度設定
装置の出力信号とを前記演算処理装置の入力信号
として供給し、前記演算処理装置の出力信号によ
りガス供給量制御用電磁弁を調節してガス供給量
の制御を行なう。この演算処理装置は、フイード
バツク制御手段と、リミツト制御手段と、立ち上
げ制御手段とを備え、定常時には、フイードバツ
ク制御手段により、出湯温度が設定温度に等しく
なるようにガス供給量を調節し、出湯温度が所定
値を越えて上昇するときには、リミツト制御手段
により、ガス供給量を最低量に抑制して出湯温度
の過度の上昇を防止することができ、出湯温度は
所定値を越えて下降するときには、立ち上げ制御
手段により、前記の出湯温度の下降状態に応じて
ガス供給量を急増させて出湯温度の過度の低下を
防止することができる。

以下、本発明の実施例を添附図面を参照しつつ
説明する。

第１図は本発明による制御装置の構成を概略的
に示している。第１図において、１は交流電源を
示し、２は交流電源１の出力電圧を受け、それを
整流しかつ平滑化し、直流電源電圧Vccを出力す
る整流平滑回路である。３は演算処理装置を示
し、本実施例ではマイクロコンピユータを用いて
いる。４は温度検出装置であり、その１例として
サーミスタを図示している。５は温度設定装置で
あり、第１図には温度設定用の可変抵抗器が図示
されている。Ｒ３，Ｒ４はサーミスタ４に供給す
る直流電圧を作るために直流電源電圧Vccを分圧
するための分圧抵抗器であり、Ｒ５，Ｒ６は温度
設定用可変抵抗器５と直列に接続され、同様に直
流電源電圧Vccの分圧の目的に用いられる。６は
ガス供給量制御装置であり、その１例として、そ
の開度が励磁電流の大きさに比例して変えられる
ガス供給量制御用電磁弁を示している。Tr１は
電磁弁６を駆動するための電力トランジスタであ
る。

マイクロコンピユータ３において、Vccは直流
電源入力端子、Ｉ１及びＩ２は信号入力ポートで
あり、Ｒ１及びＲ２は入力ポートＩ１及びＩ２の
それぞれに接続された入力抵抗器である。またＯ−
１はその出力ポート、GNDは接地端子を示して
いる。Ｒ７はトランジスタTr１のベースバイア
ス抵抗器であり、Ｒ８はそのベースリーク抵抗器
である。

上記の構成を有する本発明による制御装置の作
用を、第２図及び第３図の動作特性図、並びにマ
イクロコンピユータ３の処理手順を示した第４図
の流れ図を参照しつつ以下に説明する。

マイクロコンピユータ３は、サーミスタ４の検
出する出湯温度を表わす信号をその入力ポートＩ
１に入力し、可変抵抗器５に設定された設定温度
を表わす信号をその入力ポートＩ２に入力し、そ
の出力ポートＯ−１よりの出力信号をトランジスタ
Tr１のベースに送り、そのコレクタ回路に接続
されたガス供給量制御用電磁弁６を駆動する。本
発明による制御装置は、従来装置と異なり、従来
用いられている比例積分微分制御に加えて、以下
に説明するリミツト制御及び立ち上げ制御を行な
うように構成されている。リミツト制御とは、出
湯温度が設定温度よりも所定値を越えて上昇した
ときはガス供給量を最低量に抑制する作用であ
る。このリミツト制御により、急激な負荷変動な
どによる湯温の異常な上昇を防止することができ
る。他方、立ち上げ制御とは、出湯温度が設定温
度よりも所定値を越えて下降した時点から図示し
ないタイマに設定された設定時間（例えば１分
間）が経過した時点において、同設定時間内にお
いて温度制御下にある出湯温度の変動状態が特定
の判定条件を満たしていないとマイクロコンピユ
ータ３が判断したときのみ、上記の設定温度より
も所定値だけ低い温度と上記の設定時間が経過し
た時点における出湯温度との差に比例した量だけ
ガス供給量を急増させる作用がある。

この立ち上げ制御により、急激な負荷変動など
による湯温の異常な低下を防止することができ
る。そして、上記のようなリミツト制御と立ち上
げ制御とを追加併用することにより、PID制御の
みの応答性では対応できない過渡的な制御条件の
変動に対して、PID制御の応答遅れを補償し、か
つ、湯温を安定化させることができる。

まず第２図を参照しつつ上記のリミツト制御の
作用を説明する。サーミスタ４により検出された
出湯温度をT_thとし可変抵抗器５の設定温度を
T_setとすると、第２図の中上方のグラフの縦軸は
上記温度の差△Ｔ＝T_th−T_setを示し、従つてそ
の零レベルは出湯温度が設定温度レベルにあるこ
とを示し、第２図の中の下方のグラフの縦軸はガ
ス供給量Ｑを示し、横軸はいずれも経過時間ｔを
示している。

第２図において時間０〜t₁の間は△Ｔは所定値
△T₁を越えないので、コンピユータ３により、
次式によつて表わされるP.I.D.制御が行なわれ
る。

ここで、ｑはＱを求めるための比例積分制御項
であり、K₁、K₂、K₃は係数である。なお、ｑと
Ｑとの値のそれぞれには最小値q_nioとQ_nioとが設
定されており、q_nioは制御の初期値として設定さ
れている。

時刻t_rにおいて出湯温度が設定温度を越える
と、ガス供給量Ｑをそれまでの値Q_l1より減少さ
せるようにP.I.D.制御が行なわれている。

時刻t₁において出湯温度と設定温度との差△Ｔ
は所定値△T₁を越えるが、その時コンピユータ
３により、次式によつて表わされるリミツト制御
が行なわれる。

リミツト制御式Ｑ＝Q_nio、 ｑ＝q_nio リミツト制御が行なわれると、ガス供給量Ｑは
予め設定されている最低量Q_nioに抑制され、その
後リミツト制御による上記の抑制状態は、温度差
△Ｔが減少し時刻t₂を過ぎて別の所定値△T₂より
低くなるまで続けられる。そして、時刻t₂を過ぎ
てこのリミツト制御による上記の抑制状態が解除
されると、上記リミツト制御式において予め設定
された値q_nioとされたｑの値を初期値として、上
述のP.I.D.制御式によるP.I.D.制御が再び実行さ
れる。ここで本実施例において、この２つの値
Q_nioとq_nioとは実質的に同値とされている。また、
２つの異なる所定値△T₁及び△T₂を設けたのは
リミツト制御中におけるハンチング現象の生起を
防止するためである。

次に第３図を参照すると、縦軸及び横軸の表わ
す物理量は第２図のそれらと変わらないが、第３
図の場合は出湯温度が設定温度より低くなつた場
合のみを示している。時間０〜t₄（後で定義する）
の間はコンピユータ３によるP.I.D.制御が行なわ
れ、時刻t_fにおいて出湯温度が設定温度より低く
なると、ガス供給量Ｑをそれまでの値Q_r3より増
加させる。その後時刻t₃において出湯温度と設定
温度との差△Ｔの絶対値が所定値｜△T₃｜を越
えると、その時点t₃から起算して設定時間（t₄−
t₃）（例えば１分間）が経過した時点t₄において、
同設定時間内における出湯温度の変動状態が後で
述べる特定の判定条件を満たしていないとマイク
ロコンピユータ３が判断したときのみ、立ち上げ
制御を行なう。すなわち、時刻t₄における出湯温
度と設定温度との差ΔTの絶対値を｜ΔT₄｜とし
て、設定時間内に生じた温度変化（｜ΔT₄｜−｜
ΔT₃｜）に比例した量だけガス供給量を急増させ
る。上記の増加ガス供給量は、第３図に示したよ
うに、Q_r5−Q_r4＝K₄（｜△T₄｜−｜△T₃｜）で
表わされ、立ち上げ制御式は下記の通りである。

ここで、マイクロコンピユータ３が行なう前記
の特定の判定条件について説明する。立ち上げ制
御は、供給ガス量を急激に上昇させるために、ハ
ンチングを誘起する可能性を含んでいる。このよ
うな好ましくない事態の生起を防止するために、
立ち上げ制御を行なう直前に設定時間（前記のよ
うに例えば１分間）を設け、同設定時間内に２回
以上リミツト制御が行なわれている場合はハンチ
ングの危険性があると判断し、立ち上げ制御によ
るガス供給量の急増は行なわない。

更に前記の立ち上げ制御式においては、ガスの
最大供給量Q_naxに対し、次に示す制限条件が設
けられている。

K₄（｜△T₄｜−｜△T₃｜）≦Q_nax×70％ ｑ≦Q_nax×80％ 次に、第４図の流れ図を参照しつつ本発明によ
る制御装置に包含された温度制御用マイクロコン
ピユータ３が行なう演算処理の手順について説明
する。

第４図のステツプ100において、出湯温度の値
T_th及び設定温度の値T_setをそれぞれサーミスタ
４及び可変抵抗器５の出力信号に基づい入力す
る。ステツプ101においては、上記の両温度値の
差（T_th−T_set）を演算し、△Ｔとして格納する。
ステツプ102においてリミツト制御が行なわれて
いるか否かを判定する。もしNOであれば、ステ
ツプ103において前記の両温度値の差△Ｔが所定
値△T₁より小さいか否かを判定する。もし△Ｔ
が△T₁より小さければYESに分岐し、ステツプ
104において設定時間を設定したタイマが動作を
始めたか否かを判定する。もしタイマが動作して
いなければステツプ105に進み、両温度値の差△
Ｔの絶対値が所定値｜△T₃｜より大きいか否か
を判定し、もし｜△Ｔ｜が｜△T₃｜より小さけ
れば直ちにステツプ106に進み、また｜△Ｔ｜が
｜△T₃｜より大きければステツプ114に進みタイ
マをスタートさせた後ステツプ106に進む。

ステツプ106においてはP.I.D.制御を行なうた
めに、ｑ−K₁・△Ｔ−K₂・（△Ｔ−△T_-1）（但
し△Ｔはステツプ101における今回の演算により
求められた両温度値の差であり、△T_-1は前回ス
テツプ101において求められた両温度値の差であ
る）を演算して更新されたｑの値として格納し、
引き続きｑ−K₃・（△Ｔ−△T_-1／△ｔ）（但し△ｔは ステツプ101における前回及び今回の両演算の間
の経過時間、すなわちマイクロコンピユータ３の
演算周期を示す）を演算して更新されたＱの値と
して格納する。ステツプ107ではステツプ106で求
めたＱの値に相当する大きさの励磁電流を電磁弁
６の励磁コイルに出力し、ステツプ200で出湯温
度制御のための演算処理以外の演算処理を行なう
ための通常ルーチンを実行した後、ステツプ100
にもどる。

上記のステツプ102における判定の結果、リミ
ツト制御が行なわれていれば、YESに分岐して
ステツプ108に移り、△Ｔが他の所定値△T₂より
小さいか否かを判定する。もし△Ｔが△T₂より
大きければNOに分岐して、ステツプ109に進み、
引き続きリミツト制御を行なうように今まで通り
q_nio及びQ_nioをそれぞれｑ及びＱの値として用い、
ステツプ107に進みＱに対応する大きさの励磁電
流を電磁弁６に出力する。

ステツプ108における判定の結果、△Ｔが△T₂
より小さいときはYESに分岐しステツプ104に移
る。このとき、ｑの値としてq_nioが格納されてお
り、次回の制御におけるｑの初期値として用いら
れる。またステツプ103における判定の結果、△
Ｔが△T₁より大きければNOに分岐しステツプ
109に移り、q_nio及びQ_nioをそれぞれ更新されたｑ
及びＱの値として格納し、リミツト制御を開始す
る。

また、ステツプ104における判定の結果、タイ
マがスタートずみであると判定すればYESに分
岐し、ステツプ110においてタイマの出力を判定
し設定時間が経過したときはステツプ111に進み、
直前の設定時間の間に２回以上リミツト制御が行
なわれたか否かを判定する。もしNOであればス
テツプ112に進み、立ち上げ制御を行なう。すな
わち、ステツプ112において、今回のステツプ101
における演算により求められた両温度値の差ΔT
をΔT₄として格納し、次のステツプ113において、
上述の立ち上げ制御式に基いて、ｑ−K₁・ΔT−
K₂・（ΔT−ΔT_-1）＋K₄・（｜ΔT₄｜−｜ΔT₃｜）
を演算して更新されたｑの値として格納し、引続
き ｑ−K₃・（ΔT−ΔT−１／Δt） を演算して更新されたＱの値として格納する。そ
して、ステツプ107に進み更新されたＱに相当し
た大きさの励磁電流を電磁弁６に出力する。

なお、ステツプ110における判定の結果、設定
時間が未経過であるとき、及びステツプ111にお
ける判定結果、直前の設定時間の間に２回以上リ
ミツト制御が行なわれているときは、いずれも立
ち上げ制御を行なわないので、ステツプ106に移
行しP.I.D.制御を行なう。

以上に説明したフローチヤートにおいて、ステ
ツプ100、101、102、103、104、105、106、107お
よび200に至る流れを繰り返すことによりP.I.D.
制御が実行される。

また、第２図の時点t₁において、P.I.D.制御の
流れの中のステツプ103からNOに分岐し、ステ
ツプ109、107、200、100および101を経て、102よ
りYESに分岐し、次に108よりNOに分岐して再
びステツプ109にもどる流れを繰り返し、次に、
第２図の時点t₂において、ステツプ108からYES
に分岐して再びP.I.D.制御の流れにもどる過程を
経てリミツト制御が実行される。

また、第３図の時点t₃において、ステツプ105
からYESに分岐し、ステツプ114、106、107、
200、100、101、102および103を経た後、104から
YESに分岐し、次に110からNOに分岐し、再び
106にもどる流れを繰り返してP.I.D.制御を行な
つた後、第３図の時点t₄においてステツプ110か
らYESに分岐してステツプ111、112、113、107
および200を経由する流れにより、立ち上げ制御
が実行される。

以上の説明により明らかにされた通り、本発明
による制御装置によれば、ガス給湯器の出湯温度
の制御装置として、フイードバツク制御により得
られる良好な安定性に加え、リミツト制御及び立
ち上げ制御により得られる良好な過渡応答特性を
兼ね備えることにより、総合的にすぐれた出湯温
度特性を有する制御装置を提供することができ、
実用上大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による制御装置の構成の概略
を示すブロツク図である。第２図は、本発明によ
る制御装置により行なわれるP.I.D.制御動作とリ
ミツト制御動作との説明に供する動作特性図であ
る。第３図は、本発明による制御装置により行な
われるP.I.D.制御動作と立ち上げ制御動作との説
明に供する動作特性図である。第４図は、本発明
による制御装置に含まれた演算処理装置が行なう
演算処理の手順を示す流れ図である。 （符号の説明）、１……電源、２……整流平滑
回路、３……演算処理装置（マイクロコンピユー
タ）、４……温度検出装置（サーミスタ）、５……
温度設定装置（可変抵抗器）、６……ガス供給量
制御装置（ガス供給量制御用電磁弁）、Tr１……
ガス供給量制御用電磁弁駆動用トランジスタ、Ｒ
１〜Ｒ８……抵抗器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガス給湯器の出湯温度を制御するための制御
   装置であつて、温度制御用演算処理装置、該演算
   処理装置の１つの入力端に接続され、出湯温度を
   検出するための温度検出装置、前記演算処理装置
   の他の入力端に接続され、設定温度を設定するた
   めの温度設定装置、および前記演算処理装置の出
   力端に接続され、該演算処理装置が出力する指令
   値に応じてガス供給量を調節するためのガス供給
   量調節装置を備えた前記制御装置において、 前記温度制御用演算処理装置は、 前記温度検出装置により検出された出湯温度が
   前記温度設定装置により設定された設定温度に等
   しくなるようにガス供給量のフイードバツク制御
   を行なうためのフイードバツク制御手段と、 前記温度検出装置により検出された出湯温度が
   前記温度設定装置により設定された設定温度より
   も第１の所定値を越えて上昇したときに、前記出
   湯温度と前記設定温度との差が前記第１の所定値
   より小さい第２の所定値に復帰するまでガス供給
   量を最低量に抑制するようにリミツト制御を行な
   うためのリミツト制御手段と、 前記温度検出装置により検出された出湯温度が
   前記温度設定装置により設定された設定温度より
   も第３の所定値を越えて下降し、かつ、前記第３
   の所定値を超えて下降したときから所定時間経過
   した時点において、該所定時間内に所定回数以上
   前記リミツト制御が行なわれていないと判定した
   ときのみ、前記所定時間内における前記出湯温度
   の下降状態に応じた量だけ、ガス供給量を急増さ
   せるように立ち上げ制御を行なうための立ち上げ
   制御手段と を備えることを特徴とする制御装置。