JPH04356158A - バナナ熟成加工制御方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はバナナの熟成加工制御方
法及び装置に係り、特に必要な時期に所望の熟度のバナ
ナを得るのに好適なバナナ熟成加工制御方法及び装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】バナナ非生産，あるいは少量の生産量し
かない国，地域においては、一般的に海上輸送により未
成熟のバナナを一度に大量に輸入し、市場の需要に応じ
た時期に必要量を熟成させ出荷している。従来の熟成加
工は、昭和４１年に光琳書院から刊行された「食品冷凍
の理論と応用」（加藤舜郎著）に記載のごとく以下の様
に行なわれていた。

【０００３】図１は、熟成加工を行なう為の設備の例を
示したものである。高い遮熱性を有する壁で囲まれたバ
ナナ熟成加工室は、主に温度を下げる為のクーラー７，
主に温度を上げる為のヒーター８，主に湿度を上げる為
の加湿機９，外部の空気と内部の空気を入れ替える為の
換気機１０にて空調制御される。これらの設備を総称し
以下空調機と称する。

【０００４】また熟成を促進させ、かつ風味を向上させ
る為のエチレン等のガス投入機１１が設置されている。 また熟成加工室内の状況を把握する為、温度センサー１
２，果肉温度センサー１３，湿度センサー１４，ＣＯ２
センサー１５が設置されている。

【０００５】これらのセンサー情報を入力とし、前述空
調機に運転指令を与える為の制御装置１が設けられてお
り、該制御装置１は、温度，湿度等を時間経過とともに
変化させるように予め設定された加工スケジュールを参
照し、空調制御を行なう。

【０００６】図６に加工スケジュールの一例を示す。本
例は、１９２時間後に最適な熟成のバナナを得る為のも
のである。この例ではバナナを熟成加工室に格納後７２
時間目までは温度設定値を１３．０±０．５（℃），湿
度設定値を８５．０±２．０（％）に保ち、７２時間経
過後に温度設定値を２０．０±０．５（℃）、湿度設定
値を９３．０±２．０（％）に変更する。この状態を継
続し、バナナの果肉温度が２１（℃）に達した時点（こ
れをやくと称す）で今度は徐々に温度設定値を下げてゆ
く。図６の例では、このやくが加工スケジュールと同じ
１３６時間目で発生している。熟成加工を開始してから
やくの発生までの経過時間は、加工スケジュールが先験
的な情報によって定められている為、保管状態，季節等
により加工スケジュールに対し、数時間の誤差が生ずる
場合もある。やくの発生タイミングがずれると全体の加
工時間がそのままずれることになる。本例ではやく後５
６時間経過した時点で、予定通り出荷可能となる。

【０００７】一方、上記加工スケジュールを守るために
は高精度の空調制御が必要である。最近では、特開昭６
３−１３１９４２号公報「空調機の制御方式」に示す様
に、ファジィ理論を応用して、制御指令を決定し、制御
出力とする方法が実用化されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、次の
様な問題を有していた。

【０００９】（１）熟成加工室の温度、湿度を加工スケ
ジュールに定められた一定の温度，湿度に保持する様な
制御の為、やく発生タイミングが所期の時刻に対してバ
ラつきが大きい。前述の通り、経験的な情報により、予
め設定されている温度、湿度のスケジュールに従って空
調制御しているが、やくのタイミングは同一種類のバナ
ナであっても、原産地，輸送日数，保管の度合により大
きく変動する。従って統計的データにより作成されたス
ケジュールは平均的なものになってしまい、このスケジ
ュールのみに従った制御では熟成加工時間の変動のみな
らず、品質、すなわち外観，香り，味等のバラつきが大
きくなってしまう。この為、需要に応じた時期に、高品
質なバナナを提供することが困難であった。

【００１０】（２）空調機の稼動頻度（起動、停止の頻
度）に対する経済性が考慮されておらず、また温度，湿
度の同期制御が不可能であった。この為、動力エネルギ
ーの消費が大きく、また加工スケジュールの精度の良い
運用が困難であった。熟成加工室の空調用に設置される
空調機はオン／オフ制御が一般的である。所定の設定値
への追従制御は、測定値が設定値に対する許容範囲内の
場合は空調機が停止し、範囲外となった場合当該の空調
機が起動、運転される。この様子を以下説明する。

【００１１】図１２は、空調機が全てオフの時に自然に
温度が下降する場合の例である。図１２の上図では、設
定値が１３．０（℃）に対し許容幅が±０．５（℃）の
為、１２．５（℃）より低くなるとヒーターがオンし、
徐々に温度が上がり設定値の１３．０（℃）に達すると
再びヒーターはオフとなる。これが繰り返される。

【００１２】図１３は、上記と逆に、バナナの呼吸熱等
により、空調機が全てオフの時に自然に温度が上昇する
場合の例である。図１３の上図では、１３．５（℃）を
超えるとクーラーがオンし、１３．０（℃）に戻ったタ
イミングでオフする。これが繰り返される。

【００１３】図示しないが、湿度についても同様な動作
が行なわれる。例えば、湿度設定値が８８．０（％）に
対し許容幅が±２．０（％）とすると、９０．０（％）
に達した時換気機がオンし、８８．０（％）に戻るとオ
フする。また８６．０（％）より小さくなると加湿機が
オンし、８８．０（％）に達するとオフする。

【００１４】以上の制御方法では、外部よりの熱的影響
度合や、バナナの呼吸熱による温度変動等が考慮されて
いない為、例えば発酵が盛んになると呼吸熱が増加し、
クーラーが頻繁にオン／オフを繰り返したり、また外気
の影響で温度が自然下降する時はヒーターが頻繁にオン
／オフを繰り返す現象が定常的に発生することになる。 特にクーラー等のコンプレッサーや、モーターを内蔵し
た空調機の起動時は大きな電力を必要とし、頻繁なオン
／オフは保守上の問題のみならず、電力消費の増大を招
く。すなわち経済性の点でも改善の余地が大きい。

【００１５】空調機は、それぞれ複数の項目への影響が
ある。例えば、クーラーをオンすると、温度が下降する
のみならず、露点に近づいてゆく場合は、湿度も同時に
下がることになる。この時、逆に湿度を上げる必要があ
る場合は非常に綿密な運転方法を検討する必要がある。 従来の方法ではこれらについての考慮が不十分である為
、温度を優先すると湿度の精度が低下し、逆に湿度を優
先すると温度の精度が低下するという問題がある。この
様にして、前記頻繁なオン／オフ回数の問題と重なり、
温度，湿度共，十分な精度が得られておらず、この結果
バナナの品質の劣化を招いていた。

【００１６】本発明の課題は、バナナのやく発生タイミ
ングを所望の時期に得ること、空調機のオン／オフ回数
を低減し、温度，湿度を同時に精度良く制御することに
より、高品質のバナナを低エネルギーで得、かつ空調機
の保守性を向上するにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】やくは同一種類のバナナ
であっても温度，湿度の一定値保持制御では所定のタイ
ミングにならない。すなわちやくはバナナの発酵におけ
る生化学的反応により発生するものである。この生化学
的反応を外部から観察するには果肉温度とＣＯ２発生量
を測定すればよい。また、この果肉温度とＣＯ２発生量
の制御は高度な熟練を要するものの、加工室内の温度と
湿度を変化させることで制御可能である。

【００１８】本発明はこれに着眼し、果肉温度とＣＯ２
発生量累積値の時系列変化を所定の理想スケジュールに
近づける為の手段として、制御タイミングにおけるバナ
ナ果肉温度とＣＯ２発生量累積値を測定し、理想スケジ
ュールとの差分を先験的な情報により定性的に評価し、
評価結果を入力とする先験的に定められた推論規則によ
り熟成加工室の温度設定値の補正量を決定して、該設定
値を補正する熟成最適化手段を設けたものである。

【００１９】熟成加工室内の温度、湿度は、保管，加工
の段階を通じバナナの発酵現象（生化学的反応）、外部
よりの影響、及び空調機の運転状態の主に三つの要素で
定まる。従って本発明はまた、これを利用し、制御実行
タイミングにおいて各空調機の操作可能な全ての組合せ
に対してそれらの操作を行なった場合の温度，湿度，電
力量，切替電力量等の一定時間後の予測値を演算し、こ
れらを先験的な情報に基づきそれぞれ評価し、温度，湿
度の予測値が所定範囲内に入り、かつ消費電力が少なく
、切替電力が少ない操作案を決定し、決定された該操作
案に従った制御指令を出力とするファジィ制御手段を設
けたものである。

【００２０】

【作用】熟成最適化手段は、制御タイミングにおいて測
定された果肉温度とＣＯ２発生量累積値の、それぞれの
理想値との差分が最小となる熟成加工室温度設定値の補
正値を決定し、該温度設定値を補正する。この補正によ
り熟成の進捗が遅れている場合は熟成が促進され、進み
過ぎている場合は抑制する様に制御が行なわれる様にな
る。これにより従来熟練者が行なっていた精度の良い熟
成加工を制御装置で行なえる様になり、加工時間の精度
向上と品質の向上が得られる。

【００２１】ファジィ制御手段は、制御タイミングで各
空調機の操作可能な全ての組合せに対してそれらの操作
を行なった場合の一定時間後の熟成加工室の温度と湿度
，電力量，切替電力量等の複数の制御パラメータを予測
し、予測した全てのパラメータが同時に満足できる値と
なる操作案を決定し、決定された該操作案を実施するた
めの制御指令を出力する。これにより熟成加工室の温度
，湿度の設定値に対する追従精度が向上するのみならず
、消費電力量が低減し、かつ起動停止回数も低減され、
結果的に製品の品質が向上する。

【００２２】

【実施例】以下本発明の一実施例を図１以下を参照して
説明する。図１は本発明を適用した加工設備の例を示し
たもので、空調機，センサーについては既に述べた通り
であり、ここでは主として前記空調機，ガス投入機及び
センサーに接続して配置され、該センサーからの入力信
号に基づいて前記空調機，ガス投入機を制御する制御装
置１について説明する。

【００２３】制御装置１は、■　　オペレータにより起
動され、先験的に定められた加工スケジュールを設定す
る加工スケジュール設定手段２と、加工スケジュールを
格納する加工スケジュールメモリー３、■　　タイマー
１６により周期的に起動される加工監視制御手段４と、
該加工監視制御手段４に接続して配置された熟成最適化
手段５、該熟成最適化手段５に接続して配置されたファ
ジィ制御手段６、の大別して２つの手段グループにより
構成されており、加工監視制御手段４と熟成最適化手段
５とファジィ制御手段６とはいずれも前記加工スケジュ
ールメモリー３に接続されている。

【００２４】加工スケジュール設定手段２は、バナナの
熟成加工室への格納に先立ち、バナナの種類、出荷時期
に従い決定された加工スケジュール情報を加工スケジュ
ールメモリー３に格納する。図６は加工スケジュールの
一例を示し、この例では８日後、すなわち１９２時間後
に熟成加工が完了したバナナを出荷可能とすることが要
求されている。設定データは、先験的情報に基づいて経
過時間に対応する、 〈１〉熟成加工室室温の温度設定値Ｔｒ（℃）〈２〉熟
成加工室の湿度設定値Ｈｔ（％）〈３〉理想果肉温度Ｔ
ｔ（℃） 〈４〉理想ＣＯ２発生量累積値ＣＯ２ｔ（ｍｍｇ／ｋｇ
）〈５〉ＣＯ２許容値（％）及び、固定値である、〈６
〉エチレンガス投入果肉温度（℃）〈７〉やく発生果肉
温度（エチレンガス抜き果肉温度）（℃） 等である。これらは加工スケジュールメモリー３に格納
され、周期的に動作する第２の手段グループに参照，使
用される。

【００２５】周期的に起動される第２の手段グループは
次の様に動作する。

【００２６】加工監視制御手段４は、果肉温度センサー
１３よりの測定値Ｔｆを入力とし、該果肉温度センサー
１３よりの入力値が加工スケジュールメモリー３に格納
されている前記エチレンガス投入果肉温度に達したなら
ば、空気中のエチレン濃度が０．０１〜０．１（％）に
なる様にガス投入機１１に投入指令を出力する。エチレ
ンガスの投入はバナナの成熟作用を促進する作用がある
。

【００２７】熟成最適化手段５は図２に示すように、果
肉温度の測定値Ｔｆが入力される果肉温度設定値差分演
算手段５１と、該果肉温度設定値差分演算手段５１の出
力側に接続されたΔＴｆファジィ評価手段５４と、該Δ
Ｔｆファジィ評価手段５４の出力側に接続された温度設
定値補正量推論手段５６と、該温度設定値補正量推論手
段５６の出力側に接続された定量化手段５７と、ＣＯ２
発生累積値が入力されるＣＯ２発生累積値差分演算手段
５３と、入力側を該ＣＯ２発生累積値差分演算手段５３
の出力側に、出力側を前記温度設定値補正量推論手段５
６に、それぞれ接続されたΔＣＯ２ファジィ評価手段５
５とを含んで構成されている。前記加工スケジュールメ
モリー３は、果肉温度設定値差分演算手段５１，ＣＯ２
発生累積値差分演算手段５３及び定量化手段５７に接続
されている。

【００２８】熟成最適化手段５の動作を図７以降を用い
て説明する。加工スケジュールメモリー３には、７２時
間経過時点で本格的な加工を始める為、その時点で、熟
成加工室の温度設定値Ｔｒを２０．０（℃）に、湿度を
９３（％）にそれぞれ上昇させるように、また理想果肉
温度Ｔｔ、理想ＣＯ２発生累積値ＣＯ２ｔが図７の様に
設定されている。本例では当初果肉温度Ｔｆ、ＣＯ２発
生累積値ΣＣＯ２が共に理想値より低い為、温度設定値
Ｔｒが少しづつ高く補正されている。その後、果肉温度
Ｔｆ、ＣＯ２発生累積値ΣＣＯ２共に理想値Ｔｔ，ＣＯ
２ｔに近づいてゆき、１１４時間付近で果肉温度は理想
値に一致し、ＣＯ２発生累積値ΣＣＯ２も理想値ＣＯ２
ｔに近づいた為、温度設定値補正量ΔＴｒは０．０（℃
）となり温度設定値は所期の値２０．０（℃）に復帰し
ている。その後、果肉温度が理想値より高くなってしま
った為、今度は温度設定値が低目に補正されている。こ
の様にして、初期の計画通り１３６時間目にやくが発生
している。

【００２９】ところが、従来の制御方法の様に、温度を
一定に保持したままであると、図８に示す様に、果肉温
度，ＣＯ２発生値共に理想値に近づかず、やくのタイミ
ングが大きく遅延（ｔｄ時間）してしまうことになる。 この結果全体の時間も初期の計画の終了タイミングがｔ
ｄ時間遅延してしまっている。これではは市場のニーズ
（要求のタイミング）を満足させることができないのみ
ならず、バナナの製品としての品質を損なうことになる
。

【００３０】図７の様な柔軟な温度コントロールは熟練
者であれば定性的な状況判断で実現できる場合はあるが
、制御装置で定量的な処理で行なうのは困難である。 その理由は、室内空気の状態がバナナの生化学反応へ与
える影響が複雑であり、定量的な手段で温度の設定値を
補正することは現実的には不可能であるからである。本
手段は、これに対し、熟練者の柔軟な運転に着眼し、先
験的な情報を用いたファジィ推論により適正な温度設定
値補正量ΔＴｒを推論する様にして、解決を図ったもの
である。

【００３１】熟成最適化手段５は測定された果肉温度Ｔ
ｆと、ＣＯ２発生累積値ΣＣＯ２を入力とし、温度設定
値補正量△Ｔｒを決定し、加工スケジュールメモリー３
に格納されている温度設定値Ｔｒを補正する。

【００３２】温度設定値差分演算手段５１は果肉温度Ｔ
ｆを入力とし、理想果肉温度Ｔｔとの差分△Ｔｆ＝Ｔｆ
−Ｔｔ を演算する。次に△Ｔｆファジィ評価手段５４は前記△
Ｔｆを入力とし図９に示される様な先験的に定められて
いる果肉温度差分メンバーシップ関数により△Ｔｆを定
性評価する。メンバーシップ関数は横軸に評価項目、縦
軸に０．０〜１．０のレンジを持つ評価度合を定義した
もので、設定値よりも低い〔−〕、設定値近傍

〔０〕、
設定値よりも高い〔＋〕という複合的な評価関数が定義
されている。同様にＣＯ２発生累積値ΣＣＯ２の理想値
ＣＯ２ｔに対する差分が△ＣＯ２、温度設定値補正量△
Ｔｒについても同様に先験的情報によりメンバーシップ
関数が定義されている。

【００３３】本例では果肉温度Ｔｆが理想果肉温度Ｔｔ
よりやや低い為、 〔−〕の度合　　μ△Ｔｆ〔−〕＝０．２０

〔０〕の度
合　　μ△Ｔｆ

〔０〕＝０．６２〔＋〕の度合　　μ△
Ｔｆ〔＋〕＝０．０となっている。

【００３４】同様に、ＣＯ２発生累積値ΣＣＯ２と理想
値ＣＯ２ｔとの差分を演算するＣＯ２差分演算手段５３
は、前記ＣＯ２発生累積値ΣＣＯ２を入力とし、理想Ｃ
Ｏ２発生累積値ＣＯ２ｔとの差分 △ＣＯ２＝ΣＣＯ２−ＣＯ２ｔ を演算する。次に△ＣＯ２ファジィ評価手段５５は、前
記△ＣＯ２を入力とし図９に示される様な先験的に定め
られているＣＯ２発生値差分メンバーシップ関数により
△ＣＯ２を定性評価する。本実施例ではＣＯ２発生累積
値ΣＣＯ２が理想値ＣＯ２ｔより低い為、〔−〕の度合
　　μ△ＣＯ２〔−〕＝０．１５

〔０〕の度合　　μ△
ＣＯ２

〔０〕＝０．９７〔＋〕の度合　　μ△ＣＯ２〔
＋〕＝０．０となっている。

【００３５】温度設定値補正量推論手段５６は、前記△
Ｔｆと△ＣＯ２の定性評価値集合を入力として先験的に
定められている下記９個の推論ルールを実行し温度設定
値補正量のファジィ適合度集合μΔＴｒを出力する。

【００３６】 （ルール１）ＩＦ　△Ｔｆ　ｉｓ〔＋〕　ａｎｄ　△Ｃ
Ｏ２　ｉｓ〔＋〕　ＴＨＥＮ　ΔＴｒ　ｉｓ〔−〕（ル
ール２）ＩＦ　△Ｔｆ　ｉｓ〔＋〕　ａｎｄ　△ＣＯ２
　ｉｓ

〔０〕　ＴＨＥＮ　ΔＴｒ　ｉｓ〔−〕（ルール
３）ＩＦ　△Ｔｆ　ｉｓ〔＋〕　ａｎｄ　△ＣＯ２　ｉ
ｓ〔−〕　ＴＨＥＮ　ΔＴｒ　ｉｓ

〔０〕（ルール４）
ＩＦ　△Ｔｆ　ｉｓ

〔０〕　ａｎｄ　△ＣＯ２　ｉｓ〔
−〕　ＴＨＥＮ　ΔＴｒ　ｉｓ〔−〕（ルール５）ＩＦ
　△Ｔｆ　ｉｓ

〔０〕　ａｎｄ　△ＣＯ２　ｉｓ

〔０〕
　ＴＨＥＮ　ΔＴｒ　ｉｓ

〔０〕（ルール６）ＩＦ　△
Ｔｆ　ｉｓ

〔０〕　ａｎｄ　△ＣＯ２　ｉｓ〔−〕　Ｔ
ＨＥＮ　ΔＴｒ　ｉｓ〔＋〕（ルール７）ＩＦ　△Ｔｆ
　ｉｓ〔−〕　ａｎｄ　△ＣＯ２　ｉｓ〔＋〕　ＴＨＥ
Ｎ　ΔＴｒ　ｉｓ

〔０〕（ルール８）ＩＦ　△Ｔｆ　ｉ
ｓ〔−〕　ａｎｄ　△ＣＯ２　ｉｓ

〔０〕　ＴＨＥＮ　
ΔＴｒ　ｉｓ〔＋〕（ルール９）ＩＦ　△Ｔｆ　ｉｓ〔
−〕　ａｎｄ　△ＣＯ２　ｉｓ〔−〕　ＴＨＥＮ　ΔＴ
ｒ　ｉｓ〔＋〕例えば（ルール１）を分り易く表現する
と、「もし果肉温度が理想値よりも高く、かつＣＯ２発
生値が理想値より高いならば、温度設定値を低くせよ」
となる。本例ではＭＡＸ−ＭＩＮ法によるファジィ前向
き推論を実行し、ファジィ適合度集合， 〔−〕の度合　　μΔＴｒ〔−〕＝０．０

〔０〕の度合
　　μΔＴｒ

〔０〕＝０．６２〔＋〕の度合　　μΔＴ
ｒ〔＋〕＝０．２０を得ている。

【００３７】定量化手段５７は、上記μΔＴｒを入力と
して、補正値ΔＴｒを第９図に示す様な重心法を用いて
定める。本例では、果肉温度，ＣＯ２発生累積値共に理
想値より低い為、やや温度設定値を上げる様な結果が得
られている。

【００３８】尚、上記ファジィ推論の詳細については、
昭和６２年３月にオーム社から刊行された「ファジィシ
ステム入門」（寺野，外著）等に詳細が示されている。

【００３９】以上の様にして熟成最適化手段５は熟成の
時期及び品質が良好になる様に、柔軟に温度設定値を補
正する様動作する。

【００４０】次に、ファジィ制御手段６の構成と動作を
述べる。

【００４１】図１０は、従来の空調制御方法による加工
室内の温度と湿度の推移例を示したものである。それぞ
れのグラフは、横軸に経過時間を、縦軸に上図が温度と
湿度、中図がヒーターとクーラーの運転状況、下図が加
湿機と換気機の運転状況をそれぞれとってある。本例で
も明らかな様に、温度，湿度共に様々な要素に影響を受
けている為、設定値に対する追従精度が悪く、また空調
機の起動，停止の頻度が多く、不要な運転を行なってい
る様子が伺える。具体的には図中記号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで
示される部分であり、未だ大きな改善の余地があること
を示している。

【００４２】Ａはバナナの熟成開始前の保管時にみられ
る状態で、バナナの発酵による呼吸熱が少なく、冬の外
気の影響を受けている状況である。図１２は、Ａの状況
を説明する為にグラフを模式的に拡大したものである。 空調機が全てオフの状態では、外気の影響を受け温度は
自然低下する。本例では温度設定値１３．０（℃）に対
して許容温度幅は±０．５（℃）としている為、１２．
５（℃）より低くなるとヒーターがオンし温度は上昇す
る。１３．０（℃）に達するとヒーターはオフされ温度
は再び自然低下する。これが繰返される。ここでの問題
点は、■　　許容幅±０．５（℃）であるからヒーター
オフの温度を１３．５（℃）とすると、今度はクーラー
がオンしてしまう為、常に許容幅を全て利用するのは困
難である。この為ヒーターの起動頻度が大となり、不要
なエネルギーが浪費されており、また空調機の保守性が
低下する。

【００４３】■　　上記により本来１３．０（℃）の維
持が必要なのに対し、実際の平均値は１２．７（℃）程
度とかなり低くなってしまっており、十分な精度が得ら
れない。

【００４４】Ｂは温度設定値の急激な変更によるオーバ
ーシュートを示している。温度設定値が１３．０（℃）
から２０．０（℃）に変わっている為、ヒーターが連続
運転となりヒーターの熱的慣性，及び空気の対流等によ
りオーバーシュートが発生している。これはＢ′のアン
ダーシュートも同様であり、設定値のきめ細かい変化に
追従できていない。

【００４５】Ｃは外乱の影響を示している。例えば加工
室内に入る人間の安全の為、加工室内のＣＯ２濃度が一
定値に達したならば換気が必要となる。これにより外部
の空気が流入することで影響を受ける。本例ではこの為
に湿度が大きな変動を示しており、設定値への復旧も大
きく遅延している。

【００４６】Ｄは、バナナの熟成が盛んな時期や、夏期
の様に外気温度が加工室内の温度設定値より高い場合を
示しており、Ａの逆の状態と言える。バナナの呼吸熱等
により空調機が全てオフの時温度は自然上昇する。従来
の制御方法では、■　　クーラーが頻繁に動作し、■　
　加工室の温度が設定値よりもかなり高い平均値となる
。

【００４７】また本例では温度が優先されて制御されて
いる為、湿度の推移は不安定になっている。

【００４８】本発明によるファジィ制御手段６は上記問
題点を以下の様な点に着眼し、解決を図ったものである
。

【００４９】（１）加工室内の熱量平衡、水分平衡は、
定量的な演算モデルと、先験的に得られる生化学的反応
情報により比較的明確になっている。

【００５０】（２）省エネルギーの為には空調機の動作
時間の短縮のみならず、起動頻度の減少が大きな効果を
達成する。

【００５１】（３）温度，湿度という風に順に制御の質
を決定するのではなく、制御項目を同時に評価すること
が精度向上につながる。

【００５２】上記着眼に基づき構成したファジィ制御手
段６の構成を図３に示す。本手段は前記定量化手段５７
に接続される操作案作成手段６１と、該操作案作成手段
６１の出力側に接続された予測演算手段６２と、該予測
演算手段６２の出力側に接続された定性評価手段６３と
、該定性評価手段６３に接続された制御出力手段６４と
、前記定性評価手段６３及び制御出力手段６４に接続さ
れた評価結果メモリー６５とを含んで構成されており、
空調機の運転状態信号，及び加工室内外に設置されたセ
ンサーよりのプロセス信号を入力とし、それぞれの空調
機への運転指令を出力とする。以下ファジィ制御手段６
を構成する各手段の構成と動作を述べる。

【００５３】（操作案作成手段６１）本実施例の特徴は
、制御タイミングで各空調機をどの様に動作させると最
も優れた結果が得られるかを実時間でシミュレーション
、予測し、それぞれの運転操作案の良さを評価し、最も
良い操作案を制御指令として出力する点にある。操作案
作成手段６１はこの予測，評価の繰返し処理に与える空
調機の動作の組合せを生成する。本プロセスでの制御効
果器はクーラー，ヒーター，加湿機，換気機の四種類で
あり、それぞれオン（起動）かオフ（停止）の２種類の
操作指令のみが可能とし、ヒーターとクーラーの同時運
転禁止などの制約条件が無いとすると、全ての操作案△
ＯＰの組合せ集合Ｓ（△ＯＰ）は、 Ｓ（△ＯＰ）＝｛（０，０，０，０），（０，０，０，
１），（０　　０　　１　　０），（０　　０　　１　
　１），（０　　１　　０　　０），（０　　１　　０
　　１），（０　　１　　１　　０），（０　　１　　
１　　１），（１　　０　　０　　０），（１　　０　
　０　　１），（１　　０　　１　　０），（１　　０
　　１　　１），（１　　１　　０　　０），（１　　
１　　０　　１），（１　　１　　１　　０），（１　
　１　　１　　１）｝である。ここで、 △ＯＰ＝（０，１，０，１） はクーラーオフ，ヒーターオン，加湿機オフ，換気機オ
ンを示している。本例では現在の運転状態より操作し得
るのはこの１６種類の組合せのみである。本発明ではこ
れら全ての操作案に対し、それらを実行した場合の温度
と湿度の設定値と許容幅に対する評価，また使用電力量
や切替に関する電力量の評価を行ない、最良の操作案を
制御出力とする。操作案生成手段６１は、この様に操作
可能な案を生成し、以下の処理に提供する。

【００５４】（予測演算手段６２）図４は、予測演算手
段６２の構成を示したものである。本手段は、前記操作
案生成手段６１に接続されたバナナ呼吸熱量演算手段６
２１と、該バナナ呼吸熱量演算手段６２１の出力側に接
続されかつ加工室温度と外気温度が入力される外部影響
熱量演算手段６２２と、該外部影響熱量演算手段６２２
の出力側に接続された空調機熱量演算手段６２３と、該
空調機熱量演算手段６２３の出力側に接続され温度予測
値を出力する温度予測演算手段６２４と、前記操作案生
成手段６１に接続されたバナナ潜熱負荷演算手段６２５
と、該バナナ潜熱負荷演算手段６２５の出力側に接続さ
れた空調機潜熱演算手段６２６と、該空調機潜熱演算手
段６２６の出力側に接続され湿度予測値を出力する湿度
予測演算手段６２７と、前記操作案生成手段６１に接続
され電力量予測値を出力する電力量予測演算手段６２８
と、前記操作案生成手段６１に接続されかつ各空調機状
態が入力されて切替電力量予測値を出力する切替電力量
演算手段６２９と、前記バナナ呼吸熱量演算手段６２１
及びバナナ潜熱負荷演算手段６２５に接続して配置され
たバナナ発酵情報メモリー６２０とを含んで構成され、
前記操作案をそれぞれ実行した場合の温度，湿度，電力
量，切替電力量の予測値を出力とする。

【００５５】〔温度予測〕室内の温度は、時間に対する
熱量平衡微分方程式（下記数１）に示される様に、主に
バナナの呼吸熱量、外部よりの熱的影響，空調機運転に
よる熱量で決定される。

【００５６】

【数１】

【００５７】ここでΣＣｄ：室内の熱容量＝（バナナ熱
容量）＋（備品熱容量） Ｃａ：室内空気熱容量 Ｑｏｕｔ：外気からの熱量 ＝（壁よりの伝熱量）＋（室出入口よりの伝熱量）ΣＱ
ｍｓ：空調機の顕熱負荷 ＝（ヒータ運転による顕熱負荷） ＋（クーラ運転による顕熱負荷） ＋（加湿機運転による顕熱負荷） ＋（換気機運転による顕熱負荷） Ｑｂｓ：バナナの呼吸熱量 現在時刻ｔに対する△ｔ時間後の温度の予測値は、数１
より導かれる下記数２に示される温度予測式で定まる。

【００５８】

【数２】

【００５９】ここで　　Ｔ（ｔ）は現在温度Ｔ（ｔ＋△
ｔ）は△ｔ時間後の温度予測値この式の中で外気からの
熱量Ｑｏｕｔ，空調機の顕熱負荷ΣＱｍｓ等はセンサー
情報と、空調機の運転状態，及び操作案により演算して
求めることができる。一方バナナの呼吸熱量Ｑｂｓは生
化学反応である為、バナナ発酵情報メモリー６２０に格
納されている先験的統計情報より求めることができる。 図１６はこのバナナ発酵情報を示したもので、上図がバ
ナナの呼吸熱，下図がバナナの潜熱負荷を示している。 共に横軸は経過時間である。バナナの呼吸熱は本格的な
熟成が始まると増加し、やく後は再び減少していること
がわかる。

【００６０】バナナ呼吸熱量演算手段６２１は図１６を
用いて呼吸熱Ｑｂｓを演算する。外部影響熱量演算手段
６２２は、外気温度センサーよりの外気温度，加工室内
の温度及び予め知られている壁面や出入口のドア等の熱
透過率等により外部影響熱量Ｑｏｕｔを演算する。空調
機熱量演算手段６２３は操作案毎の空調機の顕熱量を演
算する。温度予測演算手段６２４は、上記の結果に基づ
いて数２の演算を実行し、△ｔ時間後の温度予測値Ｔｒ
（ｔ＋△ｔ）を演算する。

【００６１】〔湿度予測〕室内の湿度は、時間に対する
水分平衡微分方程式（下記数３）に示される様に、主に
バナナの潜熱負荷と空調機運転による潜熱負荷で定まる
。

【００６２】

【数３】

【００６３】ここで　　　　　　γ：空気蒸発潜熱ρ：
空気密度 Ｑｂｌ：バナナの潜熱負荷 ΣＱｍｌ：空調機の潜熱負荷 ＝（クーラ運転による潜熱負荷） ＋（換気機運転による潜熱負荷） ＋（加湿機運転による潜熱負荷） △ｔ時間後の湿度予測値Ｈ（ｔ＋△ｔ）は数３より導か
れる（下記数４）に示される湿度予測式で定まる。

【００６４】

【数４】

【００６５】Ｈ（ｔ）は現在湿度， Ｈ（ｔ＋△ｔ）は△ｔ時間後の湿度予測値バナナ潜熱負
荷演算手段６２５は、前記バナナ呼吸熱演算６２１と同
様、図１６に示される潜熱推移グラフよりバナナの潜熱
負荷Ｑｂｌを演算する。空調機潜熱演算手段６２６は、
操作案毎に定まる空調機の潜熱負荷ΣＱｍｌを演算する
。湿度予測演算手段６２７は上記結果に基づいて数４の
演算をを実行し、△ｔ時間後の湿度Ｈ（ｔ＋△ｔ）を演
算する。

【００６６】電力量と切替電力量は、空調機の運転状態
と操作案により定まるので各空調機の特性より電力量予
測演算手段６２８，切替電力量演算手段６２９によりそ
れぞれ演算される。

【００６７】この様にして予測手段６２は、各操作案を
実行した場合の温度，湿度，電力量，切替電力量の一定
時間後の予測値を出力とする。

【００６８】〔定性評価手段６３〕図５は、定性評価手
段６３の構成を示したものである。本手段は、温度予測
演算手段６２４に接続された温度評価手段６３１と、湿
度予測演算手段６２７に接続された湿度評価手段６３２
と、電力量予測演算手段６２８に接続された電力量評価
手段６３３と、切替電力量演算手段６２９に接続された
切替電力量評価手段６３４と、温度評価手段６３１と湿
度評価手段６３２と電力量評価手段６３３と切替電力量
評価手段６３４の各出力側に接続された総合評価手段６
３５と、温度評価手段６３１と湿度評価手段６３２と電
力量評価手段６３３と切替電力量評価手段６３４に接続
された評価関数メモリー６３６とを含んで構成され、前
記予測手段６２の出力した予測値を入力とし、先験的情
報により予め定められている各項目毎のメンバーシップ
関数を用いて該入力を評価し、総合的な評価値としての
満足度を各操作案毎に演算する。

【００６９】図１４は、評価関数メモリー６３６に格納
されている前記各評価項目毎の定性評価用のメンバーシ
ップ関数の一例を示したものである。それぞれ縦軸に０
．０〜１．０のレンジを持つ適合度、横軸に評価対象項
目値が定義される。例えば温度はセンサーによる測定温
度Ｔｓと加工スケジュールメモリーに格納されている経
過時間に対する温度設定値Ｔｒの差分である温度偏差△
Ｔが横軸に定義されている。本例では△Ｔが±０．３（
℃）範囲内ならば、その評価値は１．０、すなわち最も
良いことを示している。湿度も同様に測定湿度Ｈｓと湿
度設定値Ｈｔの差分である湿度偏差△Ｈが横軸に定義さ
れている。電力量，切替電力量はそのままの値を横軸に
定義し、少ない程評価が高い様な関数となっている。

【００７０】図５において、温度評価手段６３１は、温
度設定値に対する定性評価μｔを、湿度評価手段６３２
は湿度の設定値に対する定性評価μｈを、電力量評価手
段６３３は電力量の定性評価μｐを、切替電力量評価手
段６３４は切替電力量の定性評価μｃを、それぞれ演算
し出力する。

【００７１】総合評価手段６３５は、前記定性評価値μ
ｔ，μｈ，μｐ，μｃを入力とし操作案ｉに対する満足
度Ｓｉを下式により決定する。

【００７２】 Ｓｉ＝μｔ×Ｇｔ＋μｈ×Ｇｈ＋μｐ×Ｇｐ＋μｃ×Ｇ
ｃ但しＧｔ，Ｇｈ，Ｇｐ，Ｇｃは温度，湿度，電力量，
切替電力量の定性評価に対するゲインである。すなわち
どの項目を重視するか、という重みである。

【００７３】この様にして総合評価手段６３５は満足度
Ｓｉを演算し評価結果メモリー６５に格納する。

【００７４】〔制御出力手段６４〕全ての操作案に対す
る予測と定性評価が完了後、制御出力手段６４は、評価
結果メモリー６５に格納されている評価結果のなかから
最大の満足度を有する操作案を決定し、プロセスに対し
てクーラー，ヒーター，加湿機，換気機のオン／オフ指
令を出力する。

【００７５】図１５は、以上述べたファジィ制御手段６
の動作を実際の動作例を用いて説明したものである。本
例においては温度設定値Ｔｒが１３．０（℃），現在の
測定温度Ｔｓが１３．２（℃），湿度設定値Ｈｔが９０
．０（％），測定湿度Ｈｓが９２．０（％）であり、空
調機は全てオフの状態である。全１６通りの操作案のう
ち、現状を維持するもの、すなわち全ての空調機がオフ
の操作案を記号○で、クーラーのみオンとする操作案を
◇で図示する。

【００７６】○の操作案では△ｔ時間後の時刻ｉ＋１で
温度予測値が１３．４（℃）に上昇しており、温度設定
値との偏差△Ｔは０．４（℃）である。又湿度は９０．
０（％）で設定値と同じになるので偏差△Ｈは０．０（
％）である。それぞれのメンバーシップ関数による定性
評価値は、温度が０．６８、湿度が１．００である。空
調機は全てオフのままであるから電力量，切替電力量の
評価は共に１．００である。ゲインがＧｔ＝０．５，Ｇ
ｈ＝０．２，Ｇｐ＝０．２，Ｇｃ＝０．２に定められて
いるので総合的な満足度は０．８４となっている。この
操作案は温度に関してはやや設定値より離れてしまって
いるが、湿度，電力量，切替電力量に温しては良好であ
ると言える。

【００７７】一方◇の操作案はクーラーをオンとする為
、温度は下降し設定値に近づいている。しかし湿度は逆
に低くなり過ぎてしまい、評価が下がっている。また空
調機が全てオフの状態からクーラーがオンとなっている
ので電力量及び切替電力量の評価は操作案○に比べて低
い。結局、操作案◇の総合満足度は０．８０となる。 この様にして全ての操作案に対する満足度が決定された
後、操作案○の満足度が最大であったならば操作案○が
選択され、全ての空調機がオフ状態を継続する様な制御
指令が出力される。

【００７８】図１１は、図１０に示したものと同一環境
、同一加工スケジュールによる熟成加工を本実施例で制
御した場合の改善の様子を示したものである。図１２の
下図は、図１０に示した問題点Ａが本実施例により改善
された様子を示し、本実施例による制御結果では温度の
許容幅が十分に利用され、かつ許容幅内に温度が維持さ
れている。またヒーターの動作回数は半減されており、
不要なクーラー運転もみられない。図１３の下図は、同
様に図１０に示した問題点Ｄの改善の様子を示している
。すなわち温度許容幅が十分に利用され、かつ許容幅内
に温度が維持されている。またクーラーの動作回数も半
分以下になっている。

【００７９】また図１１では、図１０中のオーバーシュ
ートＢ，アンダーシュートＢ′もよく改善されており、
外乱Ｃも短時間で復旧している。また従来制御では大き
く変動していた湿度の推移も安定している。また空調機
の起動停止回数も半減しており動力エネルギーの低減，
及び機器寿命の長期化という効果が得られている。

【００８０】

【発明の効果】本発明によれば、バナナの熟成加工にお
いて、果肉温度とＣＯ２発生累積値を測定し、先験的に
得られているそれぞれの理想値との差分を演算し、算出
された差分を先験的な情報により評価し、先験的な推論
規則にて加工室内の温度の設定値を最適値に補正する様
にしたので、理想的なタイミングでやくを発生させるこ
とが可能となり、（１）高品質の製品を、（２）市場の
需要に応じた時期に提供すること、ができるという効果
が得られる。

【００８１】また、設定されたバナナ熟成加工室内の温
度，湿度等の環境条件を保持する為に、空調機の運転動
作の組合せのそれぞれについて、一定時間後の熱量，水
分，動力エネルギー，空調機切替に要するエネルギー等
を先験的な情報、定量的な数式により予測し、それらの
予測値を用いて制御目的を最も満足させる様な制御指令
をファジィ理論の応用で決定する様にした為、（３）高
精度の温度，湿度等の推移が得られ、かつ（４）動力エ
ネルギーの低減及び空調機の保守性向上という効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の主要部の構成を示すブロック
図である。

【図２】図１に示す実施例の熟成最適化手段の構成例を
示すブロック図である。

【図３】図１に示す実施例のファジィ制御手段の構成例
を示すブロック図である。

【図４】図３に示す予測演算手段の構成例を示すブロッ
ク図である。

【図５】図３に示す定性評価手段の構成例を示すブロッ
ク図である。

【図６】バナナ熟成加工における熟成加工室の温度、湿
度の変化を示す加工スケジュール及び理想ＣＯ２発生累
積値の例を示すグラフである。

【図７】本発明の実施例による熟成加工室の温度設定値
の補正例及びＣＯ２発生累積値の変動例を示すグラフで
ある。

【図８】従来技術における熟成加工室の温度設定値の補
正例及びＣＯ２発生累積値の変動例を示すグラフである
。

【図９】本発明の実施例におけるメンバーシップ関数を
用いた温度設定値補正量算出手順の例を示すグラフと表
である。

【図１０】従来技術における熟成加工室の温度及び湿度
の変動と空調機の起動，停止の状態の例を示すグラフで
ある。

【図１１】本発明の実施例における熟成加工室の温度及
び湿度の変動と空調機の起動，停止の状態の例を示すグ
ラフである。

【図１２】熟成加工室の温度が自然降下する環境状態で
温度制御した結果を、従来技術と本発明の実施例とで対
比して示すグラフである。

【図１３】熟成加工室の温度が自然上昇する環境状態で
温度制御した結果を、従来技術と本発明の実施例とで対
比して示すグラフである。

【図１４】本発明の実施例における操作案評価のための
メンバーシップ関数の例を示すグラフである。

【図１５】本発明の実施例におけるメンバーシップ関数
を用いた最適操作案選定手順の例を示すグラフと表であ
る。

【図１６】バナナの発酵情報の例を示すグラフである。

【符号の説明】

１　　制御装置 ２　　加工スケジュール設定手段 ３　　加工スケジュールメモリー ４　　加工監視制御手段 ５　　熟成最適化手段 ６　　ファジィ制御手段 ７　　クーラー ８　　ヒーター ９　　加湿機 １０　　換気機 １１　　ガス投入機 １２　　温度センサ １３　　果肉温度センサ １４　　湿度センサ １５　　ＣＯ２センサ １６　　タイマ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　バナナの熟成加工制御方法において、
   すくなくとも加工室の温度，加工室の湿度，理想果肉温
   度，理想ＣＯ２発生累積値をそれぞれ経過時間の関数と
   して表現した加工スケジュールを設定する加工スケジュ
   ール設定手段と、バナナの果肉温度測定値と加工室内の
   ＣＯ２発生累積値測定値とを入力とし、前記設定されて
   いる加工スケジュール内の理想果肉温度，理想ＣＯ２発
   生累積値との差分を先験的情報により評価し、加工室の
   設定温度を補正する熟成最適化手段とを具えたことを特
   徴とするバナナの熟成加工制御方法。
2. 【請求項２】　　熟成最適化手段が、バナナの果肉温度
   測定値と理想果肉温度の差分と、ＣＯ２発生累積値測定
   値と理想ＣＯ２発生累積値の差分とを先験的に予め定め
   られているファジィメンバーシップ関数で評価し、評価
   されたファジィの適合度集合を入力とし、先験的に定め
   られているファジィ推論ルールにより加工室の温度設定
   値補正量のファジィ適合度集合を出力とする温度設定値
   補正量推論手段と、該出力された温度設定値補正量のフ
   ァジィ適合度集合を入力とし温度設定値の補正量を出力
   とする定量化手段を具えたことを特徴とする請求項１に
   記載のバナナの熟成加工制御方法。
3. 【請求項３】　　バナナの熟成加工制御方法において、
   すくなくとも加工室の温度，加工室の湿度，理想果肉温
   度，理想ＣＯ２発生累積値をそれぞれ経過時間の関数と
   して表現した加工スケジュールを設定する加工スケジュ
   ール設定手段と、空調機の運転状態，加工室内の温度，
   湿度，ＣＯ２濃度，加工室外の温度等のセンサー情報を
   入力とし、制御実行時点で操作し得る全ての空調機の運
   転操作案を実施した場合の一定時間後の制御目的項目値
   を予測し、該予測値を前記加工スケジュール情報と先験
   的情報により評価し、各々の評価値に重み付け重畳した
   満足度を定め、該定められた満足度のうちで最大の値を
   有する操作案をプロセスに出力するファジィ制御手段と
   を具えたことを特徴とするバナナの熟成加工制御方法。
4. 【請求項４】　　ファジィ制御手段が、加工室の温度を
   バナナの呼吸熱量と外部よりの影響熱量と空調機運転に
   よる熱量とにより予測する温度予測演算手段と、湿度を
   バナナの潜熱量と空調機運転による潜熱量とにより予測
   する湿度予測演算手段とを具えていることを特徴とする
   請求項３に記載のバナナの熟成加工制御方法。
5. 【請求項５】　　加工室内の空気調和を行ってバナナを
   熟成加工するバナナ熟成加工制御装置において、すくな
   くとも加工室の温度，加工室の湿度，理想果肉温度，理
   想ＣＯ２発生累積値をそれぞれ経過時間の関数として表
   現した加工スケジュールを設定する加工スケジュール設
   定手段と、バナナの果肉温度と加工室内のＣＯ２発生累
   積値を入力とし、前記設定されている加工スケジュール
   内の理想果肉温度，理想ＣＯ２発生累積値との差分を先
   験的情報により評価し、加工室の設定温度を補正する熟
   成最適化手段と、空調機の運転状態，加工室内の温度，
   湿度，ＣＯ２濃度，加工室外の温度等のセンサー情報を
   入力とし、制御実行時点で操作し得る全ての空調機の運
   転操作案を実施した場合の一定時間後の制御目的項目値
   を予測する予測演算手段と、該予想値を前記加工スケジ
   ュール情報と先験的情報により評価し、各々の評価値に
   重み付け重畳した満足度を定め、該定められた満足度の
   うちで最大の値を有する操作案をプロセスに出力するフ
   ァジィ制御手段とを具えたことを特徴とするバナナ熟成
   加工制御装置。