JPH0469714A - ファジィ制御装置および湯水混合制御装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は湯と水の混合比率を調整し最適な混合湯温を得
る渇水混合制御装置に関するものである。

従来の技術 従来この種の湯水混合装置は第６図に示すようなものが
あった。（例えば、特開平］　−３１２２７９号公報） 第６図において、１は湯流路、２は水流路であり、各流
路に関連して自動調圧弁３が設けられている。自動調圧
弁３は、湯流路１の１次圧力ｐＨ１を減圧する湯側弁体
４、湯側弁座５と、水流路２の１次圧力ＰＣＩを減圧す
る水側弁体６、水側弁座７と、湯側弁体４と水側弁体６
を連結する弁軸８と、湯と水の減圧後の１次圧ＰＨ１，
，ＰＣＩの圧力差で動作するピストン９とで構成されて
おり、湯または水の圧力が急変してもその圧力で自動調
圧弁３が移動し、湯と水の２次圧ＰＨ２とＰＯ２とが常
に等しく保たれるように作用する。

さらに弁軸８にバイアス手段１０が設けられ、バイアス
手段１０は弁軸８の端部に結合されたボビン１１とその
ボビン１１」二に巻回され絶縁されたコイル１２および
コイル１２およびコイル１２をはさむように設けられた
永久磁石１３を有し、前記コイル１２は可撓部１４を介
して制御手段１８に接続されている。

制御手段■８からコイル１２に電流を流すと、その電流
は永久磁石１３によって発生している磁界を横切るので
フレミングの法則によって弁軸８にパイアスカが付与さ
れる。このためパイアスカの分だけ自動調圧点がずれ、
例えば湯と水の２次圧ＰＨ２とＰＯ２とが２：１の点で
常に調圧されるようになり、結果的に出湯温度が高くな
る。このようにコイル１２の電流を変化することにより
混合湯温を変える。

１９は湯と水の混合部であり、混合後は流量調節開閉弁
２０を介して出湯されるが、その温度は混合湯温検出手
段（例えばサーミスタ）１５によって、またその流量は
流量検出手段１６によって検出され、設定手段１７の値
に一致させるべ（制御手段１８がバイアス手段１０と流
量調節開閉弁駆動手段２１を付勢し温度調節を行う。こ
のような湯水混合装置の制御に用いるファジィ制御則と
しては第７図に示すヨウナメンバシップ関数を用いる。

ここでｅは設定温度と実際の温度との偏差、Δｅば偏差
の変化分、ΔＵは操作量の変化分である。

図におけるファジィ集合のラベルは、 ＮＢ＝Ｎｅｇａｔｉｖｅ　　Ｂｉｇ ＮＭ＝ＮｅｇａｔｉｖｅＭｅｄｉｕｍ ＮＳ＝Ｎｅｇａｔｉｖｅ　　ＳｍａｌｌＺＯ＝Ｚ　ｅ　
ｒ　。

ＰＳ＝Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　　Ｓｍａ１１ＰＭ＝Ｐｏｓｉ
ｔ、ｉｖｅ　　ＭｅｄｉｕｍＰＢ＝Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　
　　Ｂｉｇ を意味する。

ファジィ推論の動作説明は実施例で詳しく述べる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら上記のような構成では、湯側温度が低い場
合からの出湯と定常状態に近い状態では偏差の大きさや
その変化量が大きく異なっているにもかかわらずメンバ
シップ関数が固定されている。このため安定に制御しよ
うとすると設定温度近傍で微小に振動したり、この振動
が大きくなりハンチングを生しることがあった。

本発明はかかる従来のｙＡ題を解決するもので設定手段
と混合湯温検出装置の信号より目標値との偏差を求め、
この大きさによってファジィ推論手段のメンバシップ関
数を選定し、混合弁を安定に動作することを目的とする
。

課題を解決するための手段 」二記課題を解決するために本発明の湯水混合制御装置
は、湯流路および水流路と、前記湯流路および前記水流
路流量を調節する混合弁と、前記混合弁を駆動する混合
弁駆動手段と、前記混合弁を駆動する混合弁駆動手段と
、前記混合弁駆動手段に駆動信号を出力する制御手段と
、前記混合弁の下流において前記湯流路と前記水流路が
合流する混合部と、前記混合部の湯温を検出する混合湯
温検出手段と、混合湯温を設定する設定手段とからなり
、前記制御手段は、複数種類のメンバシップ関数を有し
、前記駆動手段の駆動量を算出するファジィ推論手段と
前記設定手段と前記混合湯温検出装置の信号より目標値
との偏差の大きさによって上記ファジィ推論手段のメン
バシップ関数を選定する主制御手段とを備えた構成とし
たものである。

作用 以上の構成により、設定手段と混合湯温検出装置の信号
より目標値との偏差の大きさに応じてファジィ推論手段
の複数のメンバシップ関数をｊπ定する。

実施例 以１ζ、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。な
お、第１図は渇水混合制御装置の断面図で第６図と同一
部品については同一番号を付しζいる。２２は付勢手段
で、自動調圧弁３とイ」勢手段２２で混合ブ↑２３を形
成する。２４は前記（＝ｊ勢手段２２の力と対向して可
変ハイアスカを付与する７Ｒ合弁駆動ｆ段である。混合
弁駆動手段２４ば、磁性体からなるプランジャ２５と、
前記プランジ中２５の周りに防水および絶縁されたコイ
ル２６を有し、ｌｊｉ記コイル２６は制御手段１８に接
続されている。

混合湯温は混合湯温検出手段Ｉ５によって検出する。流
量は流量検出手段１６で検出する。

第２図は制御手段１８の例である。２７ば主制御手段で
、２８はファジィ推論手段で、２９は第１の駆動量設定
手段で、３０は第２の駆動量設定手段である。

次に本発明の構成の動作を説明する。

制御手段１８からコイル２６に電流を流すと、磁性体か
らなるプランジャ２５はフレミングの法則によりｊｆ輔
８にハイアスカをイーｊＩ）する。ごのハイアスカと（
＝Ｊ勢手段２２の付勢力がつりあったところで自動調圧
ブ↑ばバランスする。したがって、コイル２６に流す電
流を変化するごとにより自動調圧弁３のバランス点を移
動することができる。例えば、電流の小さい場合ば付勢
手段２２の力の力が強いため湯側弁体４より水側弁体６
の方が大きく開き、出湯温度が低くなる。電流を太き（
すると（＝ｊ勢手段２２の力に対向してプランジャ２５
を押し出すことにより湯側ブ「休４が開きだし結果的に
出湯温度が高くなる。

このようにして、制御手段１８は混合湯温検出手段１５
の信号と設定手段１７の信号を入力することにより出湯
温度が設定温度になるようにコイル２６に流す電流を可
変し混合弁２３を調節する。

このときのファジィ推論について説明する。ファジィｆ
ｌＩ論は混合湯温検出手段］５と設定手段１７の差を主
制御手段２７が求め温度偏差Ｃとする。さらに偏差の変
化率Δｅ（今回のサンプル偏差と前回のサンプル偏差を
サンプリング時間で割った値）も主制御手段で求める。

ごの（！とΔｅをファン・イ推論手段２）（に送る。フ
ァジィ推論手段２８ｉ；ＩこのｅとΔＣに対して第３図
（ａ）に示すメンバシップ関数を与えである。ごごでメ
ンハシツブ関数はｅと八〇に対して同形に設定しである
。メンハシツブ関数の個々の表示はそれぞれＮＢ（負で
大きい）ＮＭ（負で中くらい）、ＮＳ（負で小さい）、
ＺＯ（はぼ零）、ＰＳ（正で小さい）、ＰＭ（正で中く
らい）、ＰＢ（正で大きい）を表している。

次表はファジィ推論手段２８での推論に用いられるルー
ルの一例を示している。

表 この表の縦の列はＣの値、横の列ばΔｅの埴、表の中は
ΔＵの値を示している。その−例を表すと、 （ルール］）もし温度偏差が正で大きく、偏差の変化率
がほとんど零に近いならば駆動量は一番大きくする。

これは次のようにも表せる。

ｉｆ　　　ｅ＝ＰＢ　　ａｎｄ　　△ｅ＝Ｚ。

Ｔ、　ｈ　ｅ　ｎ　　　△ｕ−ＰＢ 主制御手段２７から送られた値ｅとΔＣを用い、それが
あてはまるルールを使用してΔＵを求めるにはｍｉｎ−
ｍａｘ演算を用いている。

（ルール２） ｉｆ　　　ｅ＝Ｚｏ　　ａｎｄ　　Δｅ−２０ｔｈｅｎ
　　　Δｕ＝Ｚ。

（ルール３） ｉｆ　　　ｅ＝Ｚｏ　　ａｎｄ　　Δｅ　＝　Ｎ　Ｓｔ
　ｋ＋　ｃ　ｎ　　　△１」フＮ　Ｓ（ルール４） ｉｆ　　　（：＝Ｎｓ　　ａｎｄ　　Δｅ　＝　Ｚ　０
ｔｈｅｎ　　　　　Δｕ＝Ｎｓ を用いて説明する。

第４図Ａ、Ｂにおいてｅ　Δｅによってルール２からｅ
＝ＺＯｏの適合度はＰＯ１Δｅ＝ＺＯの適合度はｑＯ８
この２つの適合度の小さい方を選択しくｍ　ｉ　ｎ演算
）、ΔＵの適合度はｒＯでカプトして求める。同様にし
て、ルール３よりｐｌ。

ｑｌ、ｒｌ、ルール４よりＰ２．ｑ２．ｒ２を求めΔＵ
の適合度を得る。このようにしてルール毎に求めたΔＵ
の適合度の和をとり（ｍａｘ演算）第４図Ｂ　（ｂ）の
ようになる。この重心位置に対応する値を推論結果とし
て主制御手段２７に送る。主制御手段２７はこの値に応
じた駆動量を第１の駆動量設定手段２９からコイル２６
に送るよう制御する。

しかし、湯側温度が低い場合からの出湯で急激に供給湯
温が上昇してきている場合と定常状態でほぼ出湯温度が
安定している場合では温度偏差ｅ（設定温度と実際の混
合湯温との差）は大幅に異なっている。

偏差が大きい時に早く目標値に近づけようとするメンハ
シツブ関数を定めると定常の安定している近傍ではゲイ
ンが大きすぎて微小に混合湯温かふらついたり、これが
ひどくなるとハンチングをひきおこすことがある。

上記の現象を防ぐ手段を以下に説明する。

出湯直後や温度偏差ｅが大きい時（第５図ａ点）から温
度偏差がだんだん小さくなってくる過程において偏差ｅ
のメンバシップ関数は第３図（ａ）を用いる。第５図に
おいて温度偏差がだんだん小さくなりその大きさがｅ＝
ＺＯの領域に入り（ｂ点）、さらに偏差の変化率もΔｅ
＝Ｚｏの領域に入ると（０点）混合湯温はほぼ安定した
ことになる。主制御手段２７は上記のように混合湯温が
安定してきたことを混合湯温検出手段１５の信号により
認識するとファジィ推論手段２８に信号を出し、温度偏
差のメンバシップ関数を第３図（ｂ）または（Ｃ）のよ
うに変更する。たとえば第３図（ｂ）のように変更した
場合について説明すると、第４図Ａ、Ｂにおいて温度偏
差が小さくなってきてｅ＝ＺＯｏ°内に入った直後では
、ルール２からｅ＝Ｚｏの適合度はｐｌ２ ０′、Δｅ＝Ｚｏの適合度はｑＯｌこの２つの適合度の
小さい方を選択しくｍ　ｉ　ｎ演算）、ΔＵの適合度は
ｒＯでカットして求める。同様にして、ルール３よりｐ
ｉ’、ｑｌ、ｒｌ’、ルール４よりｐ２．ｑ２．ｒ２を
求めΔＵの適合度を得る。

ΔＵの適合度の和をとると（ｍａｘ演算）第４図Ｂ　（
ａｌのようになる。第３図（ａ）のメンバシップ関数を
用いた場合（第４図Ｂ（ｂ））と第３図（ｂＪのメンバ
シップ関数を用いた場合（第４図Ａ　（ａ）　）では操
作量ΔＵはほとんど差が無い。

しかし、外乱または雑音等によって温度偏差がｚｏｏ’
の領域を外れた場合の操作量ΔＵは以下のようになる。

第４図Ｃ，Ｄにおいて温度偏差が大きくなりｅ＝ＺＯＯ
°内から出た直後では、ルール２からｅ＝ＺＯの適合度
はｐ３、Δｅ＝Ｚ。

の適合度はａｑ３、この２つの適合度の小さい方を選択
しくｍ　ｉ　ｎ演算）、ΔＵの適合度はｒ３でカン１−
シて求める。同様番こして、ルール３よりｐ４、ｑ４．
ｒ４、ルール４よりｐ５．ｑ５．ｒ５を求めΔＵの適合
度を得る。ΔＵの適合度の和をとると（ｍａｘ演算）第
４図Ｄ　（ａ）のようになる。

第３図（ａ）のメンバシップ関数を用いた場合（第４図
Ｄ　（ｂ）　）と比較するとΔＵはＺＯに近い。

したがって第３図（ａ）のメンバシップ関数を用いた場
合（第４図Ｄ　（ｂ）　）のΔＵを推論結果としてコイ
ル２６を制御する場合に比べると駆動量の変化分は小さ
く、その結果混合湯温をゆっくりと設定温度にもどして
いく。このため設定温度近傍では駆動量の変化はゆるや
かになり、微小な温度ふらつきやハンチングを生じるこ
とば無くなる。

温度偏差ｅのメンバシップ関数を第３図（ｂ）から第３
図（ａｌのもどすのは設定手段１７により設定温度を変
更した場合や、温度偏差ｅが２０１の幅を越えて変化し
た際である。

さらに、主制御手段２７は混合湯温か一定せずハンチン
グ等を生じていると判断した時も温度偏差ｅのメンバシ
ップ関数を第３図（ｂ）や（Ｃ）に変えることにより駆
動動作をゆるやかにし、混合湯温を安定に戻すことがで
きる。このため、小流量出湯時で混合湯温の検出に時間
遅れを生しる場合でもゆつくりと操作し、安定した混合
湯温を得ることができる。

Ｊ：だ主制御手段２７ば交流信月発生手段３」を介して
第１の駆動量設定手段２９の出力に微小交流信号を重畳
している。ごれにより混合弁駆動手段２Ｇの駆動電流に
微小交流信号を重畳することになり混合弁駆動手段２４
のヒステリシス特性や摺動抵抗を少なくすることができ
る。

また制＜Ｉｎ手段は第２の駆動量設定手段３０を用いて
流量調節開閉弁駆動手段２１を駆動し流量の調節を行う
。

通常の使用状態においては水圧変動時には従来と同様に
自動調圧弁３が動作し、湯側弁体４、水側弁体６とピス
トン９との受圧面積を等しくしておけばその２次圧ＰＨ
２とＰＣ２とば付勢手段２２と駆動手段２４によりバラ
ンス点での状態を保つ。

発明の効果 以上のように本発明の混合湯温検出装置は、湯流路およ
び水流路と、１ｉｉＩ記湯流路および前記水流路流量を
調節する混合弁と、前記混合弁を駆動する混合弁駆動手
段と、前記混合弁を駆動する混合弁駆動手段と、前記混
合弁駆動手段に駆動信号を出力する制御手段と、堰混合
弁の下流において前記湯流路とｉｆＩ記水流水流路流す
る混合部と、前記混合部の湯温を検出する混合湯温検出
手段と、混合湯温を設定する設定手段とからなり、前記
制御手段は、複数種類のメンバシップ関数を有し前記駆
動手段の駆動量を算出するファジィ推論手段と前記設定
手段と前記混合湯温検出装置の信号より目標値との偏差
の大きさによって」二記ファジィｔｆ１．　論手段のメ
ンバシップ関数を選定する主制御手段とを備えた構成か
らなり、設定温度近傍では温度偏差のメンバシップ関数
が変化しその結果混合湯温か設定温度からずれた場合に
急峻に混合弁駆動手段を駆動すること無く駆動量の変化
は緩やかになり設定温度にゆっくりともどしていく。こ
のように設定温度近傍では微小な温度ふらつきやハンチ
ングを生しることは無くなる。

したがって設定温度近傍において安定した混合湯を供給
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の湯水混合制御装置の断面図
、第２図は同装置の制御ブロンク図、第３図ａ、ｂ、ｃ
は同湯水混合制御装置のファジィ推論手段のメンバシッ
プ関数の説明図、第４図ＡＢＣＤは同装置のファジィ推
論動作説明図、第５図は同装置の出湯特性図、第６図は
従来の湯水混合制御装置の断面図、第７図は同装置のフ
ァジィＨｌｊ論手段のメンバシップ関数の説明図である
。 １・・・・湯流路、２・・・・・・水流路、１５・・・
・・混合湯温検出手段、１８・・・・・・制御手段、】
９・・・・・・混合部、２３混合弁。 代理人の氏名　弁理士　栗野重孝　はか１名第 ・図 図 ｅ、ｏｅ、Ｏｕ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）制御対象の状態を検出する検出手段と、制御対象
   の制御量を設定する設定手段と、前記検出手段と前記設
   定手段の信号を入力とし制御対象への制御量を出力する
   制御手段からなり、前記制御手段は、複数種類のメンバ
   シップ関数を有し、制御量を算出するファジイ推論手段
   と前記設定手段と前記検出手段の信号より目標値との偏
   差の大きさによって上記ファジイ推論手段のメンバシッ
   プ関数を選定する主制御手段を有するファジイ制御装置
   。
2. （２）湯流路および水流路と、前記湯流路および前記水
   流路流量を調節する混合弁と、前記混合弁を駆動する混
   合弁駆動手段と、前記混合弁を駆動する混合弁駆動手段
   と、前記混合弁駆動手段に駆動信号を出力する制御手段
   と、前記混合弁の下流において前記湯流路と前記水流路
   が合流する混合部と、前記混合部の湯温を検出する混合
   湯温検出手段と、混合湯温を設定する設定手段とからな
   り、前記制御手段は、複数種類のメンバシップ関数を有
   し、前記駆動手段の駆動量を算出するファジイ推論手段
   と前記設定手段と前記混合湯温検出装置の信号より目標
   値との偏差の大きさによって上記ファジイ推論手段のメ
   ンバシップ関数を選定する主制御手段を有する湯水混合
   制御装置。