JPH048284A - 通風式固体培養装置の制御方法 - 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１ 本発明は、固体培養装置の品温を実測値と希望する品温
経過値との間に差が生じても熟練オペレータ等の勘等に
頼ることなく自動的に補正制御する方法に関するもので
ある。 【従来の技術］ 固体培養装置の従来の制御方法は、例えば醤油麹の例で
説明すると１次のようである。 希望する品温経過通りに品温が推移するように。 １００％湿度の送風をコントロールすることによって行
っている。コントロールの方法は送風温と送風量をあら
かじめ設定することによって行う。しかし希望する品温
経過を得るためには、季節による外気の条件等の変動に
応じて、送風温又は送風量を変更しなければならない。 【発明が解決しようとする課題】 上記のような従来の制御方法の場合、次のような問題点
があった。 ■品温による風温制御又は風量制御をしていないので、
品温的線通りには品温は追随しない。 ■品温による風温制御又は風量制御をした場合。 従来のＰＩＤ制御では１５〜３０分の時間遅れが生じ。 しばしば異常温度になることがあり、また制御不可能に
なることがあった。すなわち、むだ時間（送風条件の変
更指示からそれによる品温の変動が生じるまでの時間差
）が１５〜３０分と長し）ため。 希望する品温経過通りになるどころか、大きく波打つ品
温経過となり、コントロール不能となっていた。したが
って、今までは品温が希望する品温経過通りになるよう
その都度、送風条件をコントロールしたいのにもかかわ
らず、できないため、しかたなぐ、あらかじめ設定され
た風温、風量になるように風温、風量を制御していた。 その不備な点は手動によって補なわれていた。 また、盛込水分、盛込温度等により微生物の成育も毎回
具なっているために、あらかじめ設定された送風条件の
みでは、品温が希望する品温経過とのずれが生じてくる
。そのときは、ずれが最小となるように手動で送風条件
を微調整している。 ■風量は風温との兼ね合いで決定されるが５両者ともあ
らかじめ設定されているために、風量は麹の発熱状況に
対して最適とはいえず、送風機の消費電力が多くなって
いた９ ｒ課題を解決するための手段】 上記課題を検討した結果、予め設定された送風温経過ま
たは送風温経過によって品温が制御される固体培養装置
において、実際の品温と希望する品温経過値との差が許
容値を越えようとするとき。 又は許容値を越えたとき、その差、品温１発熱状況及び
培養経過時間のうち１つ以上を入力量として送風温また
は送風量を補正制御することを特徴とする固体培養装置
の制御方法を開発したのである。 その場合の発熱状況とは、品温の時間変化量又は希望す
る品温経過値と実際の品温との差の時間変化量、あるい
は、それら以外に基質重量の時間変化量、二酸化炭素の
発生量等を挙げることができる。 前記補正制御はファジィ制御が最も好ましい態様である
。その理由は、補正制御として他に最適制御、エキスパ
ートシステムによる制御、サンプリング制御等を用いる
ことが考えられるが下記のような難点を有しているから
である。 すなわち、最適制御はプロセスの状態方程式を求めそれ
を用いて評価基準との誤差が最小となるように操作量を
決める制御方法であるが、状態方程式が求められるかど
うかが問題である。求められるにしても線形化が可能か
どうかも問題となる。 エキスパートシステムによる制御（ファジィ制御を除く
）はそれぞれの状態に応じた操作量をあらかじめ規則化
することによって制御する。これは、規則が非常に複雑
になる。 サンプリング制御はＰＩＤ制御を連続的に行なうのでな
く、むだ時間に応じて間歇的にＰＩＤ制御を行う方法で
あるが、系が複雑な場合安定が離しい。 ここにいうファジィ制御とは、一般に知られているファ
ジィ理論を利用するもので、これに基づく制御方式であ
る。培養時にこれまで作業者が行っていたあいまいな情
報をもとに柔軟な適応性によって制御していた操作方法
をファジィ理論によってモデル化し、コンピュータ利用
によって具現化しようとするものである。 さらに詳しくは、例えば、麹品温とプログラム設定値と
の間に差がある等のプロセスの状況判断を条件命題（前
件部命題）として、その命題が確かなとき、麹層通過風
量を変更する等（後件部命題）の操作方法を結論とする
制御規則において、プロセスの状況判断の基準や操作の
内容があいまい量として扱われ、麹品温がプログラム設
定値よりも差が生じ始めたら（前件部命題）、送風温を
少し下げる（後件部命題）といった、そのあいまい量が
メンバーシップ関数で定量化されるもので、各制御規則
の前件部命題の適合度を重みとした総合判断として操作
量が求められる制御方式である。 そのための総合判断の手順としては、先ず、推論方法に
一般的に使用されているＭａｘ−Ｍｉｎ法を採用すると
よい。例えば、固体培養時の制御規則のうち、後述する
第２表中の１番目の規則は、ＩＦ　Ｔ−≦ΔＴＥＭＰ≦
Ｔ＋　　　　　ＴＨＥＮ騙＝ＺＥとしている。この制御
規則は入出力変数名と人出力変数を第１表に示したが、
ΔＴＥＭＰが麹品温のプログラム設定値に対する差を示
すとき、ΔＴＥＭＰが品温のプログラム設定値に対する
差の上限許容値（Ｔ＋）以下で、同下限許容値（Ｔ−）
以上であれば、後件部の操作量である風温はＺＥとする
ことを意味している。２εはあいまい状態を表すファジ
ィ変数である。 前件部ファジィ変数とメンバーシップ関数の例は後述す
る実施例の第２図にみられ、後件部ファジィ変数とメン
バーシップ関数についても第３図に示している。このメ
ンバーシップ関数はあいまい量を定量化す・るためのフ
ァジィ変数の集合である。それぞれのファジィ変数は入
力値にしたがって前件部メンバーシップ関数により適合
度が求められ、それをもとにして演算により出力に関す
るメンバーシップ関数が求められる。操作出力値は常法
に従って出力に関するメンバーシップ関数の面積を二等
分する点として求められる。 これらは計測値が周期的に入力されるとマイクロコンピ
ュータ又は制御用計算機で演算される。 この操作出力値はあいまいな情報を用いた柔軟で適応性
高いものとなっており、適正な固体培養装置の制御がな
される。 ここでいう固体培養装置とは、微生物をフスマ。 大豆、米、麦等の固体培地（基質）で培養するものであ
り、みそ、醤油、清酒、焼酎等の製麹装置、微生物の培
養によって微生物自体、酵素、抗生物質等を生産する装
置をいう。 更に、発熱状況を品温の時間変化量又は希望する品温経
過値と実際の品温との差の時間変化量とするとは、微生
物の生育による発熱量と装置によって物理的に除去して
いる熱量との差が品温の変化として呪われてくるわけで
あるが、ここで装置が物理的に除去している熱量を略把
握しておれば、品温の時間変化量又は希望する品温経過
値と実際の品温との差の時間変化量を計測・演算してや
れば、単位時間当りの発熱状況は略把握できることにな
る。このように計測容易な品温の計測により。 発熱状況が把握でき、補正制御に利用できるのである。 また、基質重量の変化、二酸化炭素の発生量は微生物の
発熱と非常に相関の高い因子であり、これを利用するこ
ともできる。

【作用１ 固体培養における品温経過は非常に大切であり、固体培
養による微生物、酵素、抗生物質などの生産の重要なフ
ァクターである。したがって希望する品温経過通りに品
温が推移するかどうかは得られる微生物量、酵素量、抗
生物質量などがどれだけ高められるかに深くかかわって
いる。ファジィ制御によって、希望する品温経過値に対
して実際の品温が許容範囲内で推移し、目的物の高い生
産性が得られる。したがって、製麹の場合も高酵素力価
の麹が得られる。 更に１発熱状況を品温の時間変化量又は希望する品温経
過値と実際の品温との差の時間変化量で制御すると、計
測容易な品温計測によって、制御に支障ない程度の精度
で発熱状況が把握でき、ファジィ制御の入力量として適
切なものである。 【実施例１ 以下醤油麹の固体培養例によって本発明の詳細な説明す
る。 第１図は醤油麹の固体培養装置における系統図である。 固体培養装置（１）の回転円盤上の麹層（２）には空調
機（３）から調和された空気が供給される。 回転円盤の下方には空気供給室（４）がある。　また、
麹層（２）には品温センサ（６）がある０品温センサ（
６）の測定結果は状態認識入力装置ｇ（７）へオンライ
ン入力されるようになっている。状態認識入力装置（７
）にはプログラム品温設定値がキーボード入力される。 また、培養経過時間の計測もなされる。 状態認識入力装置（７）と操作量出力装置（８）との間
にファジィ推論のための演算部（９）があり、　これは
ファジィ制御規則部（１０）と接続されている。操作量
出力装置（８）は風温調節計（１３）と連結されており
、風温制御のための出力指令が出されるようになってい
る。そのために風温は風温調節計（１３）を介して空調
機（３）内へ供給されるシャワー水温の加熱ヒータ（１
４）の制御と、必要に応じて外気を取り入れるフィンク
ーラ（１５）及び排気ダクト（１６）などのダンパー開
度の制御が可能に接続されている。風量に関しては、予
め設定された送風量にしたがって、インバータ（１１）
を介してファン（１２）の回転制御がなされる。 本実施例におけるファジィ制御規則部（１０）とファジ
ィ推論のための演算部（９）とによるコンピュータ制御
における入出力変数名（ラベル）及び入出力変数を第１
表に示した。 以下余白 第１表 ファジィ制御規則は第２表の如くである。 ファジィ分割における前件部ファジィ変数とメンバーシ
ップ関数を第２図（ａ）、（ｂ）に示した。また、第３
図には向後件部ファジィ変数とメンバーシップ関数を示
した。 第２表 オンラインにより入力がなされると、前述したように装
置内で各制御規則の前件部命題の適合度を重みとした総
合判断がファジィ推論としてなされ、これにより操作量
が出力される。 以上の固体培養装置の制御方法を用いて、下記■〜■の
制御試験を行った。その結果を同時に示した。 ■品温を入力量として、それぞれの培養時期の品温とそ
のときの送風温の補正量との関係を経験則から規則化し
、エキスパートシステムを構築することによって許容値
を越えたとき送風温の補正制御を行った。（送風温経過
は予め設定）その結果、±０．６℃以内の制御ができた
。 ■実際の品温と希望する品温経過値との差を入力量とし
て、その差が許容値を越えたときサンプリング制御で送
風温を補正した。 （送風温経過は予め設定） その結果、±１．５℃以内の制御ができた。 ■培養経過時間ごとに許容値を越えたときの送風温及び
送風量の補正量を規則化し、エキスバ−トシステムを構
築して制御した。 その結果、±０．８℃以内の制御ができた。 ■品温の時間変化量、及び希望する品温経過値と実際の
品温との差の時間変化量をそれぞれ単独で入力量とする
ファジィ制御で許容値を越えようとしたとき及び越えた
ときに送風量を補正制御した。（送風温経過は予め設定
） その結果、±０．５℃以内の制御ができた。 【発明の効果】 本発明の固体培養装置の制御方法は以上のように、希望
する品温曲線のみ入力すれば送風条件を予め想定するこ
となしに希望する品温経過−線通りに品温を制御できる
。したがって、季節要因。 微生物の成育状況に応じた微調ＩＩ（手動）が不要とな
った。また、手動での微調整は常に人が行うことができ
ないが、ファジィにより常時制御するので変動幅が非常
に小さくなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は醤油麹の固体培養装置における系統図である。 第２図（ａ）（ｂ）及び第３図はメンバーシップ関数を
示す図である。 （１）固体培養装置　　　（２）麹層 （３）空調機　　　　　　（４）空気供給室（６）品温
センサ　　　　（７）状態認識入力装置（８）操作量出
力装置　　（９）ファジィ推論演算部（１０）ファジィ
制御規則部 （１１）インバータ　　　　（１２） （Ｉ３）風温調節計　　　（１４） （１５）フィンクーラ　　　（１６） ファン 加熱ヒータ 排気ダクト 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　予め設定された送風温経過または送風量経過によっ
   て品温が制御される固体培養装置において、実際の品温
   と希望する品温経過値との差が許容値を越えようとする
   とき、又は許容値を越えたとき、その差、品温、発熱状
   況及び培養経過時間のうち１つ以上を入力量として送風
   温または送風量を補正制御することを特徴とする固体培
   養装置の制御方法。 ２　請求項１記載の補正制御がファジィ制御であること
   を特徴とする固体培養装置の制御方法。 ３　請求項１記載の発熱状況が品温の時間変化量又は希
   望する品温経過値と実際の品温との差の時間変化量であ
   ることを特徴とする固体培養装置の制御方法。