JPH0471009A - 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
る湯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１−３１２２７９号公報） 第６図において、ｌ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１０１次圧ＰＩ（１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ＰＨＩ、
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ＰＣ２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上に巻回され絶縁されたコイル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１８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にハイアスカが付与さ
れる。このためハ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ＰＣ２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へ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、混合部は流量調節開閉弁
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Ｈ５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
一致させるべく制御手段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なう。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図に示すような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は偏差
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＝Ｎｅｇａｔｉｖｅ　　ＭｅｄｉｕｍＮＳ＝Ｎｅｇ
ａｔｉｖｅ　　ＳｍａｌｌＺＯ＝Ｚｅｒ。

ＰＳ＝Ｐｏｓｉｔｉｖｅ　　ＳｍａｌｌＰＭ＝Ｐｏｓｉ
ｔｉｖｅ　　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
合からの出湯で２．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）の変化率
Δｅは大幅に異なっている。Δｅが大きくても目標値近
傍で安定するようにメンバシップ関数を定めると、外乱
などによりΔｅが変化してもゲインが小さすぎて自動調
圧弁を俊敏に動作することができず混合湯温か大きく変
動することがあった。

本発明はかかる従来の課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の変化率を
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 上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
／７ｉＬ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
値との偏差の変化率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変化率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選定する。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。なお
、第１図は湯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ている。２２は付勢手段で
、自動調圧弁３と付勢手段２２で混合弁２３を形成する
。２４は前記付勢手段２２の力と対向して可変パイアス
カを付与する混合弁駆動手段である。混合弁駆動手段２
４は、磁性体からなるプランジャ２５と、前記プランジ
ャ２５０周りに防水および絶縁されたコイル２６を有し
、前記コイル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１５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は主制御手段で
、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弁軸８
にハイアスカを付与する。このハイアスカと付勢手段２
２の付勢力がつりあったところで自動調圧弁はバランス
する。したがって、コイル２６に流す電流を変化するこ
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、電流の小さい場合は付勢手段２２の力の
方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。電流を大きくすると付勢手段
２２の力に対向してプランジャ２５を押し出すことによ
り湯側弁体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。ファジィ推
論は混合湯温検出手段１５と設定手段１７の差を主制御
手段２７が求め温度偏差ｅ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。この
ｅとΔｅをファジィ推論手段２８に送る。ファジィ推論
手段２８はこのｅとΔｅに対して第３（ａ）に示すメン
バシップ関数を与えである。ここでメンバシップ関数は
ｅとΔｅに対して同形に設定しである。メンバシップ関
数の個々の表示はそれぞれＮＢ（負で大きい）ＮＭ（負
で中ぐらい）ＮＳ（負で小さい）２０（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。

（以下余白） この表の縦の列はｅの値、横の列はΔｅの値、表の中は
ΔＵの値を示している。その−例を表すと、（ルール１
）もし温度偏差が正で大きく、偏差の変化率がほとんど
零ならば駆動量は一番大きくする。

これは次のようにも表わせる。

ｉｆ　　ｅ＝ＰＢ　　ａｎｄ　　Δｅ＝Ｚ。

ｔｈｅｎ　　　Δｕ＝ＰＢ 主制御手段２７から送られた値ｅとΔｅ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−ｍ
ａｙ演算を用いている。

（ルー１１／２）　　ｉ　ｆ　　ｅ＝Ｚｏ　　ａｎｄ　
　Δｅ＝ＮＢｔｈｅｎ　　Δｕ＝ＰＢ （ルーＪｌ／３）　　ｉ　ｆ　　ｅ＝Ｚｏ　　ａｎｄ　
　Δｅ　＝ＮＭｔｈｅｎ　　Δｕ−ＮＭ （ルール４）ｉｆ　　ｅ＝Ｚｏ　　ａｎｄ　　Δｅ＝Ｎ
Ｓｔｈｅｎ　　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＝Ｚｏの適合度はｐＯ１Δｅ＝ＮＢ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ｒＱでカットして求める。同様にして
、ルール３よりｐｌ、ｑｌ。

ｒｌを求めΔＵの適合度を得る。（この場合のｅΔｅで
はルール４は有効ではない、）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
はこの値に応した駆動量を第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）の変化率Δｅは大幅に異なっている。Δ
ｅが大きくても目標値近傍で安定するようにメンバシッ
プ関数を定めると、外乱などによりΔｅが変化してもゲ
インが小さすぎて自動調圧弁を俊敏に動作することがで
きず混合湯温か大きく変動することがある。

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の
変化率Δｅ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＝Ｚ。

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か安定し
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に信号を出し偏差の変化率Δ
ｅのメンバシップ関数を第３図（ｂ）または（ｃ）（ｄ
）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、外乱または雑音等によって温度偏差がＺ○０
の領域を外れた場合は偏差の変化率ΔｅもΔｅ＝Ｚｏを
はずれる。このときの操作量ΔＵは以下のようになる。

第４図においてΔｅが負の方向にずれた場合、第３図（
ａ）のメンハシ・ノブ関数を用いているとまだΔｅ＝Ｎ
Ｂの領域に入っていないが第３図（ｂ）のメンバシップ
関数を用いているとすてにΔｅ＝ＮＢ’　の領域にかか
っている。このためルール２からｅ＝Ｚｏの適合度はｐ
３、Δｅ＝ＮＢの適合度はｑ３、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
でカットして求める。同様にして、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（ｍａχ演算）第４図Ｃ（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ＮＢに
近い。

したがって第３［１４（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
大きく、その結果混合湯温を早く設定温度にもどしてい
く。このため急峻な供給湯温の変動や圧力の変動が生し
ても駆動量の変化は早く大きいため混合湯温のオーバシ
ュートを生しることは無くなる。

さらに、第４図Ａ、Ｂにおいて偏差の変化率がさらに大
きくなりΔｅ＝ＮＢ内に入った直後では、ルール２から
ｅ＝Ｚｏの適合度はＰＯ２Δｅ＝ＮＢの適合度はｑＯ’
　この２つの適合度の小さい方を選択しくｍｉｎ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Ｐｌ、ｑｌ、ｒｌを求めΔＵの適合度を
得る。（この場合のｅ、Δｅではルール４は有効ではな
い、）ΔＵの適合度の和をとると（ｍａｘ演Ｘ）第５図
（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Ｂ　（ｂ）　）と第３図（ｂ）の
メンバシップ関数を用いた場合（第４図Ｂ（ａ））では
操作量ΔＵはほとんど差が無い。

このため、ΔＵを推論結果としてコイル２６を制御して
も駆動量の変化分はあまり大きくならず混合湯温のアン
ダーシュートを生じたり、それをきっかけとするハンチ
ングを引き起こすことが無い。

偏差の変化率Δｅのメンバシップ関数を第３図（ｂ）か
ら第３図（ａ）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、偏差の変化率ΔｅがＮＢの領域よ
りはずれＺＯの方向に変化した際である。

また、この混合湯をジャワ等に使用する場合はさらに温
度のズレが危険につながるため少しでも偏差の変化率を
検出すると早く混合弁２３を動作する必要がある。この
ような場合には偏差の変化率を第３図（ｃ）や（ｄ）の
ように中心部分の領域を小さくし対応することができる
。

さらに主制御手段２７は交流信号発生手段３１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。これにより混合弁駆動手段２６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している。

また制御手段は第２の駆動量設定手段３０を用いて流量
ｙ４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とは付勢手段２２と駆動手段２４によるバラ
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、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変化率
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
関数を選定する圧制御手段とを備えた構成からなり、設
定温度近傍に混合湯温か達すると偏差の変化率のメンバ
シップ関数が変化し、供給湯温の急峻に変化や圧力の変
化が生した場合駆動量の変化分は大きく、その結果混合
湯温を早く設定温度にもどしていく。

このため混合湯温のオーバシュートを生じることは無く
なる。

また、偏差の変化率がさらに大きくなっても駆動量の変
化分は偏差の変化率に比例するほど大きくならず混合湯
温のアンダーシュートを生じたり、それをきっかけとす
るハンチングを引き起こすことが無い。

このため、この混合湯をジャワ等に使用しても温度偏差
の変化率を検出した場合すみやかに設定温度に戻すため
温度のずれが発生せず危険につながることが無い。

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鴇コ侶 の断面図、第２図は同装置の制御ブロノクオ〉丁イｂ、
ｃ、ｄは間装！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Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ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
ァジィ推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、１９・旧・・混合部、２３・・・・・・混合弁。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名！ Ｂ　　− 厖１ｆｔｖｈ フン−５にヒ８各 シ昆＠：も１棟土手に 制＃号線 長＠郁 混合弁 △Ｗ 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）制御対象の状態に関する情報を検出する少なくと
   も１つの検出手段と、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、複数種類のメンバーシップ関数を有し制御
   量を算出するファジィ推論手段と記設定手段と前記検出
   手段の信号より状態に関する情報の変化率の大きさによ
   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
   る主制御手段を有するファジィ制御装置。
2. （２）湯流路および水流路と、前記湯流路および前記水
   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、複数種類のメンバーシップ関数を有
   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
   との偏差の変化率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を有する湯
   水混合制御装置。