JPH0594648U - Water heater controller - Google Patents
Water heater controllerInfo
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- JPH0594648U JPH0594648U JP3850892U JP3850892U JPH0594648U JP H0594648 U JPH0594648 U JP H0594648U JP 3850892 U JP3850892 U JP 3850892U JP 3850892 U JP3850892 U JP 3850892U JP H0594648 U JPH0594648 U JP H0594648U
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- Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 給湯器の出湯湯温をファジィー推論により制
御する。
【構成】 給湯器の出湯湯温の検出温度と設定温度とに
より偏差算出部18で偏差を求め、変化率算出部19で偏差
の時間的変化率を求める。偏差グレード算出部22は偏差
Eから偏差グレードgEを算出し、変化率グレード算出
部23は前記変化率ΔEから変化率グレードgΔEを算出
する。変量グレード算出部25は前記偏差グレードgEと
変化率グレードgΔEから変量gΔVを制御ルールを用
いて算出し、この各変量グレードgΔVにより、各操作
変量が操作変量算出部27によって求められる。そしてこ
の各操作変量の和集合演算が行われて、その重心位置が
算出され、アクチュエータとして機能する比例弁の開弁
量の操作変量がファジィー推論により求められる。
(57) [Summary] [Purpose] To control the hot water temperature of the water heater by fuzzy reasoning. [Configuration] The deviation calculation unit 18 calculates the deviation based on the detected temperature of the hot water discharged from the water heater and the set temperature, and the change rate calculation unit 19 calculates the temporal change rate of the deviation. The deviation grade calculator 22 calculates the deviation grade gE from the deviation E, and the change rate grade calculator 23 calculates the change rate grade gΔE from the change rate ΔE. The variate grade calculating unit 25 calculates the variate gΔV from the deviation grade gE and the change rate grade gΔE using a control rule, and the operation variate calculating unit 27 obtains each operation variate from each of the variate grades gΔV. Then, the union operation of the respective operation variables is performed, the center of gravity position thereof is calculated, and the operation variable of the valve opening amount of the proportional valve functioning as an actuator is obtained by fuzzy reasoning.
Description
【0001】[0001]
本考案は、ファジィー制御によって出湯湯温等の制御対象を制御する給湯器の 制御装置に関するものである。 The present invention relates to a water heater control device for controlling a controlled object such as hot water temperature by fuzzy control.
【0002】[0002]
家庭等に設置される給湯器の燃焼運転は通常、PID演算によって行われてい る。このPID演算は、給湯器に供給される水の温度と、給湯量と、給湯器から 出る湯の出湯温度等を検出し、出湯温度が設定温度に近づくようにPID演算に より燃焼量(比例弁の開弁量)を制御し、設定温度の湯を安定に供給しようとす るものである。 The combustion operation of a water heater installed at home is usually performed by PID calculation. This PID calculation detects the temperature of the water supplied to the water heater, the amount of hot water supplied, the temperature at which hot water comes out of the water heater, and the like. It is intended to stably supply hot water at the set temperature by controlling the valve opening amount).
【0003】[0003]
しかしながら、給湯器の燃焼運転をPID演算により行う場合、特に、給湯器 の初期出湯時に、多量の湯を出湯しようとすると、図6の曲線Aに示すように、 出湯湯温が設定温度TS になかなか上がらず、湯温が安定化するまでに長時間か かるという問題があり、また、出湯量が小さ過ぎると、同図の曲線Bに示すよう に出湯湯温が設定温度TS よりも高くなるオーバーシュートが生じ、次に、設定 温度TS よりも湯温の低いアンダーシュートが生じるという如く、湯温が変動し てこれが安定するまで時間がかかるという問題が生じる。However, when performing combustion operation water heater by the PID calculation, in particular, during the initial pouring of the water heater, when you try tapping a large amount of water, as shown by the curve A in FIG. 6, hot water water temperature is the set temperature T S There is a problem that the hot water temperature does not rise easily and it takes a long time for the hot water temperature to stabilize. Also, if the hot water discharge amount is too small, the hot water discharge temperature will be higher than the set temperature T S as shown by curve B in the figure. There is a problem that the hot water temperature fluctuates and it takes time to stabilize, such as an overshoot that rises and then an undershoot whose hot water temperature is lower than the set temperature T S.
【0004】 このような湯温の変動をできるだけ抑え、短時間のうちに湯温を安定化するた めに、給湯器の初期出湯時にはフィードフォワード制御により燃焼運転を行うこ とも提案されているが、まだ十分満足できるには至っておらず、その改善が望ま れていた。In order to suppress such fluctuations in the hot water temperature as much as possible and stabilize the hot water temperature in a short time, it has been proposed to perform a combustion operation by feedforward control at the initial hot water discharge of the water heater. However, we have not yet been fully satisfied, and improvements are desired.
【0005】 本考案は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、 給湯器の初期出湯時および出湯量変化時における湯温の早期安定化を行うことが できる給湯器の制御装置を提供することにある。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to enable early stabilization of the hot water temperature at the time of initial hot water discharge of the water heater and when the amount of hot water changes. It is to provide the control device of.
【0006】[0006]
本考案は上記目的を達成するために、次のように構成されている。すなわち、 第1の考案の装置は、制御対象の検出値と予め与えられた設定値との偏差および その時間的変化率を求める偏差・変化率演算部と、この偏差・変化率演算部によ って求められた偏差とその時間的変化率から所定の制御ルールに基づいたファジ ィー論理演算により制御対象を可変制御するアクチュエータの操作変量を演算す るファジィー論理演算部とを有することを特徴としており、また、第2の考案の 装置は、前記第1の考案の装置に加え、さらに、制御対象をPID制御するPI D演算部と、制御対象が所定の条件を満たす安定領域に入ったときに制御対象の 制御をファジィー制御からPID制御に切り換える切り換え手段とを有すること を特徴として構成されている。 The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is, the device of the first invention comprises a deviation / change rate calculation unit that obtains a deviation between a detected value of a control target and a preset value and a temporal change rate thereof, and this deviation / change rate calculation unit. It is characterized by having a fuzzy logic operation unit that calculates the operating variable of the actuator that variably controls the controlled object by the fuzzy logic operation based on a predetermined control rule from the deviation obtained by In addition to the device of the first invention, the device of the second invention further includes a PID calculator for PID control of the controlled object and a stable area where the controlled object satisfies a predetermined condition. It is characterized by having a switching means for switching the control of the controlled object from fuzzy control to PID control at times.
【0007】[0007]
上記構成の本考案において、例えば制御対象を給湯器の湯温とし、この湯温を 制御するときには、給湯器の出湯湯温が検出手段により検出され、この検出温度 と予め与えられた設定温度(設定値)との偏差Eと、その偏差Eの時間的変化率 ΔEとが偏差・変化率演算部によって求められる。ファジィー論理演算部は、前 記求められた偏差Eとその時間的変化率ΔEとから所定の制御ルールに基づいて ファジィー論理演算を行い、比例弁等のアクチュエータに加える操作変量を算出 する。そしてその操作変量を加味した制御信号が前記比例弁に加えられる結果、 ファジィー論理演算値に基づいて燃料のガス供給量が制御され、ファジィー制御 の燃焼運転が行われる。 In the present invention having the above configuration, for example, when the hot water temperature of the water heater is controlled and the hot water temperature is controlled, the hot water temperature of the hot water heater is detected by the detection means, and the detected temperature and the preset temperature ( The deviation E from the set value) and the temporal change rate ΔE of the deviation E are obtained by the deviation / change rate calculation unit. The fuzzy logic operation unit performs a fuzzy logic operation based on the previously obtained deviation E and its temporal change rate ΔE based on a predetermined control rule, and calculates an operation variable to be applied to an actuator such as a proportional valve. As a result of applying the control signal in consideration of the operation variable to the proportional valve, the gas supply amount of fuel is controlled based on the fuzzy logic operation value, and the fuzzy control combustion operation is performed.
【0008】[0008]
以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。図10には本実施例の制御装 置を組み込んだ給湯器のシステム構成が示されている。同図において、燃焼室1 の下部側にはバーナ2が配置され、このバーナ2にはガス供給通路3が接続され 、このガス供給通路3には開弁量によってバーナ2へのガス供給量を制御するア クチュエータとしての比例弁4と、ガス量を検出する熱線風速計5が配設されて いる。バーナ2の下部側には給排気を行うファン6が設けられており、このファ ン6にはファン6の回転検出を行う回転検出センサ7と風量を検出する熱線風速 計8とがそれぞれ配設されている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 10 shows the system configuration of a water heater incorporating the control device of this embodiment. In the figure, a burner 2 is arranged on the lower side of the combustion chamber 1, a gas supply passage 3 is connected to the burner 2, and the gas supply passage 3 is provided with a gas supply amount to the burner 2 by the valve opening amount. A proportional valve 4 as an actuator for controlling and a hot wire anemometer 5 for detecting the gas amount are provided. A fan 6 for supplying and exhausting air is provided on the lower side of the burner 2, and a rotation detection sensor 7 for detecting the rotation of the fan 6 and a hot-wire anemometer 8 for detecting the air volume are arranged on the fan 6, respectively. Has been done.
【0009】 燃焼室1の上部側には熱交換器10が配設され、この熱交換器10の入側には給水 管11が接続され、この給水管11に給水温度を検出する給水温度センサ12と入水量 (給湯量)を検出する流量センサ13とが設けられている。熱交換器10の出側には 給湯管14が接続され、この給湯管14にはギヤモータの回転によって出湯量を制御 する出湯量制御弁15と、出湯湯温を検出する出湯温度センサ16とが設けられてい る。そして、これら各センサ5,7,8,12,13,16の検出信号は制御装置17に 加えられており、この制御装置17から各アクチュエータ4,6,15に制御信号が 加えられている。A heat exchanger 10 is arranged on the upper side of the combustion chamber 1, and a water supply pipe 11 is connected to the inlet side of the heat exchanger 10, and a water supply temperature sensor for detecting the water supply temperature is supplied to the water supply pipe 11. 12 and a flow rate sensor 13 that detects the amount of water input (hot water supply amount). A hot water supply pipe 14 is connected to the outlet side of the heat exchanger 10, and a hot water supply amount control valve 15 for controlling the hot water discharge amount by rotation of a gear motor and a hot water discharge temperature sensor 16 for detecting the hot water discharge temperature are connected to the hot water supply pipe 14. It is provided. The detection signals of these sensors 5, 7, 8, 12, 13, 16 are applied to the control device 17, and the control device 17 applies control signals to the actuators 4, 6, 15.
【0010】 本実施例において特徴的なことは、制御装置17に、ファジィー制御手段が組み 込まれていることである。第1図にはこの特徴的な制御装置の第1の実施例のブ ロック構成がフローチャートを兼用した態様で示されている。同図において、制 御装置17は偏差・変化率演算部35と、ファジィー論理演算部36とを有しており、 偏差・変化率演算部35の偏差算出部18には押ボタン操作等により予め与えられる 設定温度TS と所定のサンプリング時間ごとに検出手段の出湯温度センサ16で検 出される出湯温度TC との情報が加えられており、偏差算出部18はこれらの情報 により、偏差E(E=TS −TC )を算出し、その結果を、偏差グレード算出部 22に加えている。偏差グレード算出部22は偏差Eの値と、メモリ21に予め与えら れている図2に示すファジィー変数のメンバーシップ関数とにより、グレードg Eを求める。例えば、偏差算出部18で算出された偏差がE1 であったとき、この E1 の縦線とメンバーシップ関数のNBとNSとの交点により、グレードgE1 とgE2 とが求められるが、この実施例ではミニマム演算により小さい方のgE 1 を偏差E1 のグレードとして決定する。A characteristic of this embodiment is that the control device 17 has a fuzzy control means incorporated therein. FIG. 1 shows a block configuration of the first embodiment of the characteristic control device in a mode which also serves as a flow chart. In the figure, the control device 17 has a deviation / change rate calculation unit 35 and a fuzzy logic calculation unit 36. Given set temperature TSAnd the tapping temperature T detected by the tapping temperature sensor 16 of the detecting means at every predetermined sampling time.CIs added, and the deviation calculating unit 18 uses the information to calculate the deviation E (E = TS-TC) Is calculated, and the result is added to the deviation grade calculation unit 22. The deviation grade calculation unit 22 obtains the grade g E from the value of the deviation E and the membership function of the fuzzy variable shown in FIG. For example, if the deviation calculated by the deviation calculator 18 is E1When it was, this E1The vertical line of and the intersection of NB and NS of the membership function, grade gE1 And gE2In this embodiment, the smaller gE 1 Deviation E1Determined as the grade.
【0011】 一方、前記偏差算出部18で求められた偏差Eの値は変化率算出部19にも加えら れており、この変化率算出部19はメモリ20に与えられている前回のサンプリング 時における偏差と今回の偏差との値から偏差Eの時間的変化率ΔEを算出し、そ の算出値を変化率グレード算出部23に加える。変化率グレード算出部23はメモリ 24に予め与えられている図3に示すファジィー変数のメンバーシップ関数を参照 してファジィー変数グレードgΔEを求める。例えば、変化率算出部19から加え られる偏差Eの変化率がΔE1 であるときには、この変化率ΔE1 の縦線とメン バーシップ関数のNSとZOとの交点からgΔE1 とgΔE2 とが求められる。 このgΔE1 とgΔE2 のうち、ミニマム演算により小さい方のグレードを採用 するので、変化率ΔE1 に対するグレードの値として、gΔE2 の値が決定され る。On the other hand, the value of the deviation E obtained by the deviation calculation unit 18 is also added to the change rate calculation unit 19, and this change rate calculation unit 19 is provided to the memory 20 at the time of the previous sampling. The temporal change rate ΔE of the deviation E is calculated from the value of the deviation at the current time and the current deviation, and the calculated value is added to the change rate grade calculation unit 23. The rate-of-change grade calculation unit 23 obtains the fuzzy variable grade gΔE by referring to the fuzzy variable membership function shown in FIG. For example, when the rate of change of the deviation E added from the rate of change calculation unit 19 is ΔE 1 , gΔE 1 and gΔE 2 are obtained from the intersection of the vertical line of this rate of change ΔE 1 and NS and ZO of the membership function. Be done. Since the smaller grade of gΔE 1 and gΔE 2 is used for the minimum calculation, the value of gΔE 2 is determined as the grade value for the rate of change ΔE 1 .
【0012】 変量グレード算出部25は前記偏差グレード算出部22から加えられる偏差グレー ドgEおよび変化率グレード算出部23から加えられる変化率グレードgΔEの値 と、メモリ26に予め与えられている制御ルールに基づき、変量グレードgΔVの 最小値を算出する。すなわち、メモリ26には表1に示す制御ルールが記憶されて いる。The variate grade calculation unit 25 calculates the deviation grade gE added from the deviation grade calculation unit 22 and the change rate grade gΔE added from the change rate grade calculation unit 23, and a control rule previously given to the memory 26. Based on the above, the minimum value of the variable grade gΔV is calculated. That is, the memory 26 stores the control rules shown in Table 1.
【0013】[0013]
【表1】 [Table 1]
【0014】 これら制御ルールa乃至kは図5に示す出湯検出温度TC の時間的変化曲線上 のa乃至kの各点にそれぞれ対応する。これら制御ルールは具体的には表2に示 すようにファジィーテーブルとしてまとめられて記憶されている。These control rules a to k respectively correspond to points a to k on the temporal change curve of the hot water discharge detection temperature T C shown in FIG. Specifically, these control rules are collectively stored as a fuzzy table as shown in Table 2.
【0015】[0015]
【表2】 [Table 2]
【0016】 なお、表1および表2において、Z0は零、NBは負の方向に大、NSは負の 方向に小、PSは正の方向に小、PBは正の方向に大をそれぞれ意味している。In Table 1 and Table 2, Z0 is zero, NB is large in the negative direction, NS is small in the negative direction, PS is small in the positive direction, and PB is large in the positive direction. is doing.
【0017】 上記例の場合で、制御ルールおよびメモリ28に予め与えられている図2および 図3のファジィー変数のメンバーシップ関数を用いて変量グレードgΔVの最小 値を求めると、次のようになる。まず、偏差がE1 のとき、図2に示すように、 E1 の線がNSとNBとに交差しており、したがって、前記表1の制御ルールで 、偏差EがNSとNBにあてはまるものを選ぶと、d,e,iの場合となり、同 様に時間的変化率がΔE1 のとき、図3に示すように、ΔE1 の線はNSとZ0 に交差していることから、前記表1の制御ルールの中で、偏差の時間的変化率Δ EがNSとZ0のものを選ぶと、e,g,iとなり、前記偏差Eと、時間的変化 率ΔEの両方が該当しているものは制御ルールのe,iとなり、この制御ルール e,iを用いて変量グレードgΔVが図2および図3のメンバーシップ関数を用 いて得られるグレードのミニマム演算によって求められる。In the case of the above example, when the minimum value of the variable grade gΔV is obtained using the membership function of the fuzzy variables shown in FIGS. 2 and 3 which is previously given to the control rule and the memory 28, the following is obtained. . First, when the deviation is E 1 , the line of E 1 intersects NS and NB as shown in FIG. 2. Therefore, the deviation E applies to NS and NB according to the control rule of Table 1 above. If d is selected, then the case of d, e, and i is obtained. Similarly, when the rate of change with time is ΔE 1 , as shown in FIG. 3, the line of ΔE 1 intersects NS and Z0. In the control rule of Table 1, when the deviation temporal change ΔE is NS and Z0, e, g, i are obtained, and both the deviation E and the temporal change ΔE are applicable. Those that are present are the control rules e and i, and using this control rule e and i, the random grade gΔV is obtained by the minimum operation of the grade obtained using the membership functions of FIGS. 2 and 3.
【0018】 すなわち、図4に示すように、グレードgE1 の横線と制御ルール(ΔV=N S)によるNSの三角形の線で囲まれる領域ABCDが求まり、次に、グレード gΔE2 の横線とNSの三角形とで囲まれる領域AEFDが求められる。そして この求められた操作変量の各値(領域)は、和集合演算部29に加えられる。和集 合演算部29はABCDの領域とAEFDの領域との和集合を求める。領域AEF Dは領域ABCDに含まれるので、この場合は領域ABCDが和集合演算結果の 値(領域)として求められる。この和集合演算結果に基づき、重心算出部30は面 積ABCDの重心を求め、この重心位置の値ΔV1 を出湯温度を設定温度にする ための操作変量として求め、この操作変量ΔV(ΔV=ΔV1 )が制御出力算出 部37に加えられる。That is, as shown in FIG. 4, a region ABCD surrounded by a horizontal line of grade gE 1 and a triangle line of NS according to the control rule (ΔV = N S) is obtained, and then a horizontal line of grade gΔE 2 and NS The area AEFD surrounded by the triangle and is obtained. Then, each value (area) of the obtained operation variable is added to the union operation unit 29. The union operation unit 29 obtains the union of the ABCD area and the AEFD area. Since the area AEF D is included in the area ABCD, in this case, the area ABCD is obtained as the value (area) of the union operation result. Based on the result of this union calculation, the center of gravity calculating section 30 finds the center of gravity of the area ABCD, finds the value ΔV 1 of this center of gravity position as the operation variable for setting the tapping temperature to the set temperature, and this operation variable ΔV (ΔV = ΔV 1 ) is added to the control output calculator 37.
【0019】 制御出力算出部37は設定温度TS に対して出湯温度TC が高くなったか、ある いは低くなったかに応じて、アクチュエータとしての比例弁4に加える開弁量の 駆動電流V2 を前回のサンプリング時における駆動電流の値V1 にΔV(ΔV1 )だけ増減してV2 =V1 +ΔV1 の値として算出し、その算出結果V2 をアク チュエータ駆動回路31に加える。この比例弁駆動電流の算出は出湯温度のサンプ リングの周期ごとに行われる。The control output calculation unit 37 drives the drive current V of the valve opening amount to be added to the proportional valve 4 as an actuator according to whether the tapping temperature T C is higher or lower than the set temperature T S. 2 is increased or decreased by ΔV (ΔV 1 ) to the drive current value V 1 at the time of the previous sampling to calculate V 2 = V 1 + ΔV 1 , and the calculation result V 2 is added to the actuator drive circuit 31. The calculation of the proportional valve drive current is performed every sampling cycle of the tap water temperature.
【0020】 アクチュエータ駆動回路31は制御出力算出部37で算出された値の駆動電流をア クチュエータとしての比例弁4に加え、同比例弁4の開弁量を可変してガス供給 量を制御し、出湯湯温の安定化制御を行う。The actuator drive circuit 31 adds the drive current of the value calculated by the control output calculation unit 37 to the proportional valve 4 as an actuator, and controls the gas supply amount by changing the valve opening amount of the proportional valve 4. , Stabilize the hot water temperature.
【0021】 図6の実線で示すグラフは本実施例のファジィー制御により給湯器の出湯湯温 を制御した場合の温度特性を示したものである。ファジィー制御を行うことによ り、給湯器の初期出湯時において、時間の経過とともに、出湯湯温が速やかに立 ち上がって短時間のうちに設定温度TS に到達し、しかも、オーバーシュートや アンダーシュートのない安定した湯温制御が可能となっている。また、出湯湯温 が設定温度に到達した以降の湯温の安定領域においても、比較的良好な温度特性 が得られている。The graph shown by the solid line in FIG. 6 shows the temperature characteristics when the hot water temperature of the hot water supply device is controlled by the fuzzy control of this embodiment. By performing fuzzy control, during the initial hot water discharge of the water heater, the hot water temperature rises rapidly with the passage of time and reaches the set temperature T S in a short time, and the overshoot and Stable hot water temperature control without undershoot is possible. Also, in the stable region of the hot water temperature after the hot water temperature reaches the set temperature, relatively good temperature characteristics are obtained.
【0022】 図7には本考案の第2の実施例が示されている。この実施例は、前記第1の実 施例のファジィー制御の構成部分に加え、PID演算部32と切り換え手段34とを 設け、給湯器の初期出湯後、湯温が安定状態に入ったときに、出湯湯温の制御を ファジィー制御からPID制御(本明細書でPID制御の用語は、純粋なPID 制御の場合と、これにフィードフォワード制御を併用した場合の両方を含む広い 概念で使用している)に切り換えるようにしたものであり、それ以外の構成は前 記第1の実施例と同様である。FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a PID calculator 32 and a switching means 34 are provided in addition to the fuzzy control components of the first embodiment, and when the hot water temperature enters a stable state after the initial hot water discharge of the water heater. , The control of the hot water temperature from fuzzy control to PID control (in this specification, the term of PID control is used in a broad concept including both the case of pure PID control and the case of using it in combination with feedforward control). The configuration is the same as that of the first embodiment described above.
【0023】 この実施例における切り換え手段は制御切り換え判定部33と切り換えスイッチ 34とを有して構成されており、制御切り換え判定部33はメモリ26に与えられてい る制御ルールと変量グレード算出部25の変量グレード算出結果に基づき、表1に 示すルールkの条件になったときであって、かつ、変量グレード算出部25で算出 された変量グレードgΔVが1に近くなったとき、つまり、図3に示すメンバー シップ関数で、gΔVがZ0の三角形の頂上P付近になり、かつ、操作変量ΔV が零に近くなったときに、給湯器の出湯湯温が安定状態に入ったものと判断し、 スイッチ切り換え信号を切り換えスイッチ34に加える。切り換えスイッチ34は制 御切り換え判定部33から切り換え信号が加えられたときに、アクチュエータ駆動 回路31に加える信号をファジィー制御側からPID演算部32側の信号に切り換え 、出湯湯温が安定した以降はPID演算制御により燃焼制御を行うものである。The switching means in this embodiment is configured to have a control switching determination unit 33 and a switching switch 34, and the control switching determination unit 33 has a control rule and a variation grade calculation unit 25 given to the memory 26. When the condition of the rule k shown in Table 1 is satisfied based on the result of the calculation of the variable grade, the variable grade gΔV calculated by the variable grade calculator 25 is close to 1, that is, FIG. With the membership function shown in, when gΔV is near the top P of the triangle of Z0 and the operation variable ΔV is close to zero, it is determined that the hot water temperature of the hot water supply has entered a stable state, A switch changeover signal is applied to the changeover switch 34. The changeover switch 34 changes the signal applied to the actuator drive circuit 31 from the fuzzy control side to the PID calculation section 32 side when the changeover signal is applied from the control changeover determination section 33, and after the hot water temperature stabilizes. Combustion control is performed by PID calculation control.
【0024】 給湯器の初期出湯時には、ファジィー制御により出湯湯温を制御することによ って、PID制御の場合に比べ、図6に示したように、応答性が速く、かつ、オ ーバーシュートやアンダーシュートのない良好な湯温制御を達成することができ るのであるが、湯温が安定化領域に入った以降もファジィー制御を引き続き行っ た場合、湯温の安定化領域における湯温変化の状態を拡大すると、図9の点線で 示すように多少、湯温変化が生じている。もちろん、メンバーシップ関数のラベ ル数を多くし、きめ細かなファジィー推論を行えば、このような湯温の変動を防 止できるのであるが、ファジィー推論をきめ細かく行うと、多くのメンバーシッ プ関数を記憶する大容量のメモリが必要となり、装置構成も複雑となって装置コ ストが高くなるという問題が生じる。湯温が安定化領域に入った後には、むしろ 、PID演算によって湯温の制御を行う方が簡易な装置構成でより安定した湯温 制御を行い得る点で好ましい。この実施例では、湯温が安定化領域に入ったもの と判断されたときに、ファジィー制御からPID制御に移行するので、図9の実 線で示すように、湯温の変動が抑制され、より安定した出湯湯温の制御が可能と なる。At the time of initial hot water discharge of the water heater, by controlling the hot water temperature of the hot water by fuzzy control, as shown in FIG. 6, the responsiveness is fast and the overshoot and It is possible to achieve good hot water temperature control without undershoot, but if fuzzy control is continued after the hot water temperature enters the stabilization area, the change in hot water temperature in the hot water temperature stabilization area When the state is enlarged, there is some change in the hot water temperature as shown by the dotted line in FIG. Of course, it is possible to prevent such fluctuations in the bath temperature by increasing the number of labels in the membership function and performing fine fuzzy inference. A large-capacity memory for storage is required, and the device configuration becomes complicated, resulting in a high device cost. After the hot water temperature enters the stabilization region, it is preferable to control the hot water temperature by PID calculation, because the hot water temperature can be controlled more stably with a simple device configuration. In this embodiment, when it is determined that the hot water temperature has entered the stabilization region, the fuzzy control is switched to the PID control, so that the fluctuation of the hot water temperature is suppressed as shown by the solid line in FIG. More stable control of the hot water temperature is possible.
【0025】 図8には本考案の第3の実施例が示されている。この実施例も、前記第2の実 施例と同様に、給湯器の初期出湯時にはファジィー制御により出湯湯温の制御を 行い、出湯湯温が安定した後に、ファジィー制御からPID制御に切り換えるよ うに構成したものである。この実施例は、前記第2の実施例と同様に、制御切り 換え判定部33と切り換えスイッチ34とを備えているが、給湯器の初期出湯時から 湯温が安定領域に入ったことを判断する制御切り換え判定部33をメモリ26の制御 ルールと、偏差グレード算出部22によって算出された偏差グレードgEと、変化 率グレード算出部23によって算出された変化率グレードgΔEに基づき判定する ように構成したものであり、それ以外の構成は前記第2の実施例と同様である。FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, as in the case of the second embodiment, the hot water temperature is controlled by fuzzy control during the initial hot water discharge of the water heater, and after the hot water temperature stabilizes, the fuzzy control is switched to the PID control. It is composed. Similar to the second embodiment, this embodiment is provided with a control switching determination unit 33 and a changeover switch 34, but determines that the hot water temperature has entered the stable region from the initial hot water supply of the water heater. The control switching determination unit 33 is configured to perform determination based on the control rule of the memory 26, the deviation grade gE calculated by the deviation grade calculation unit 22, and the change rate grade gΔE calculated by the change rate grade calculation unit 23. The other structure is the same as that of the second embodiment.
【0026】 前記制御切り換え判定部33はメモリ26に予め与えられている制御ルールkの条 件が満たされ、かつ、グレードgEが1に近い値となり、かつ、グレードgΔE が1に近い値となったときに、ファジィー制御による湯温が安定状態に至ったも のと判断し、切り換えスイッチ34に切り換え信号を加える。この切り換え信号を 受けて、切り換えスイッチ34はアクチュエータ駆動回路31に加える信号を重心算 出部30の信号からPID演算部32の信号に切り換える結果、比例弁4はPID演 算により開弁量が制御されて、給湯器の出湯湯温の制御が行われるのである。The control switching determination unit 33 satisfies the condition of the control rule k given in advance in the memory 26, the grade gE becomes a value close to 1, and the grade gΔE becomes a value close to 1. When it is determined that the hot water temperature has reached a stable state by fuzzy control, a changeover signal is added to the changeover switch 34. In response to this changeover signal, the changeover switch 34 changes over the signal applied to the actuator drive circuit 31 from the signal from the center of gravity calculating section 30 to the signal from the PID calculating section 32. Then, the hot water temperature of the hot water supply device is controlled.
【0027】 この第3の実施例の場合も、前記図9の実線に示すように、湯温の安定領域に おいて、湯温変動のほとんどないきめ細かな制御を行うことができることとなる 。Also in the case of the third embodiment, as shown by the solid line in FIG. 9, it is possible to perform fine control with almost no fluctuation in the hot water temperature in the stable region of the hot water temperature.
【0028】 なお、本考案は上記各実施例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採 り得る。例えば、上記各実施例では、操作変量算出部27によって算出された操作 変量の和集合を求め、この和集合の重心位置により操作変量ΔVを求めたが、操 作変量算出部27によって算出された操作変量に基づき、その積集合を求め、この 積集合の重心位置から操作変量ΔVを求めるようにしてもよい。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various embodiments can be adopted. For example, in each of the above-described embodiments, the sum of the operation variables calculated by the operation variable calculator 27 is calculated, and the operation variable ΔV is calculated from the position of the center of gravity of the sum, but it is calculated by the operation variable calculator 27. The product set may be obtained based on the operation variable, and the operation variable ΔV may be obtained from the barycentric position of this product set.
【0029】 また、上記各実施例ではファジィー変数(メンバーシップ関数)の形状を三角 形状のものとしたが、このファジィー変数は図11に示すように、釣り鐘状の形状 のものでもよく、実施例以外の様々な形状のファジィー変数を用いてファジィー 推論を行うことができる。Further, in each of the above embodiments, the shape of the fuzzy variable (membership function) is a triangular shape, but the fuzzy variable may have a bell shape as shown in FIG. It is possible to perform fuzzy inference using fuzzy variables of various shapes other than.
【0030】 さらに、上記各実施例では制御対象を出湯湯温とし、アクチュエータとして比 例弁4を制御するようにしたが、表3に示すように、制御対象を出湯量、ファン 回転数、バーナ2に加えるガス流量、ファンの空気流量等を制御対象としてもよ い。この場合に、例えば、出湯量制御を行う場合には、流量センサ13によって出 湯量を検出し、この検出出湯量と設定出湯量によって偏差およびその偏差の時間 的変化率を求め、アクチュエータとしてのギヤモータを制御すればよく、また、 ファン6の回転数制御を行う場合は、回転検出センサ7によりファン6の回転数 を検出し、この検出回転数と設定回転数とによる偏差とその時間的変化率を求め 、ファン6をアクチュエータとしてファン回転数を制御するようにしてもよく、 あるいは、制御対象としてガス流量を制御する場合には、熱線風速計5によって バーナ2に供給するガス流量を検出し、この検出ガス流量と設定ガス流量との値 から偏差とその時間的変化率を求めてアクチュエータとしての比例弁4の開弁量 を制御するようにしてもよく、さらには、ファン6の空気量を制御対象とする場 合は、熱線風速計8によってファン6の空気量を検出し、この検出空気量と設定 空気量とから同様に偏差およびその時間的変化率を求め、アクチュエータとして のファン6の回転制御を行うようにしてもよく、本考案の制御装置を適用して給 湯器の様々な制御対象を制御することができる。Further, in each of the above-described embodiments, the controlled hot water temperature is set as the hot water discharge temperature, and the relative valve 4 is controlled as an actuator. However, as shown in Table 3, the controlled hot water flow amount, fan rotation speed, burner The gas flow rate added to 2 and the air flow rate of the fan may be controlled. In this case, for example, when controlling the amount of hot water to be discharged, the amount of hot water discharged is detected by the flow rate sensor 13, the deviation and the temporal change rate of the deviation are obtained from the detected amount of hot water discharged and the set amount of hot water discharged, and the gear motor as an actuator When controlling the rotation speed of the fan 6, the rotation detection sensor 7 detects the rotation speed of the fan 6, and the deviation between the detected rotation speed and the set rotation speed and its temporal change rate. The fan 6 may be used as an actuator to control the fan rotation speed. Alternatively, when controlling the gas flow rate as a control target, the hot wire anemometer 5 detects the gas flow rate supplied to the burner 2, From the values of the detected gas flow rate and the set gas flow rate, the deviation and the rate of change over time are obtained to control the opening amount of the proportional valve 4 as an actuator. Further, when the air amount of the fan 6 is to be controlled, the air amount of the fan 6 is detected by the hot wire anemometer 8 and the deviation and the difference are similarly detected from the detected air amount and the set air amount. The rotation rate of the fan 6 as an actuator may be controlled by obtaining the rate of change with time, and various control targets of the water heater can be controlled by applying the control device of the present invention.
【0031】[0031]
【表3】 [Table 3]
【0032】 さらに本実施例では差分(操作変量ΔV)を求めて、これを制御出力算出部37 に加え、この制御出力算出部37でアクチュエータの駆動出力を求めているが、こ の駆動出力(絶対値)を直接ファジィー推論によって求めてアクチュエータを駆 動制御するようにしてもよい。この場合は図2,図3,図4の横軸の零点は左端 になる。Further, in the present embodiment, the difference (operational variable ΔV) is calculated, and this is added to the control output calculation unit 37, and the drive output of the actuator is calculated by this control output calculation unit 37. The absolute value) may be directly obtained by fuzzy inference to drive and control the actuator. In this case, the zero point on the horizontal axis in FIGS. 2, 3 and 4 is at the left end.
【0033】[0033]
本考案は制御対象の検出値と設定値とから偏差とその時間的変化率を求め、フ ァジィー論理演算により制御対象を制御するように構成したものであるから、給 湯器の出湯湯温を制御するような場合にあっては、給湯器の初期出湯時における 湯温を迅速に、しかも、オーバーシュートやアンダーシュートの大きな湯温変動 を生じることなく、設定温度に安定化させることができ、温度特性の大幅な改善 が図れることになる。 The present invention is configured to obtain the deviation and its temporal change rate from the detected value and the set value of the controlled object and to control the controlled object by fuzzy logic operation. In the case of control, the hot water temperature at the initial hot water discharge of the water heater can be stabilized at the set temperature quickly without causing a large change in hot water temperature due to overshoot or undershoot. The temperature characteristics can be greatly improved.
【0034】 また、制御対象が安定領域に入ったときに、制御対象をファジィー制御からP ID制御に切り換えるように構成したものにあっては、給湯器の初期動作から安 定動作状態の広範囲の領域で制御対象をより正確、かつ、安定に制御することが でき、給湯器の制御性能を格段に高めることができる。Further, when the control target is switched from the fuzzy control to the PID control when the control target enters the stable region, a wide range from the initial operation of the water heater to the stable operation state is provided. The controlled object can be controlled more accurately and stably in the area, and the control performance of the water heater can be significantly improved.
【図1】本考案に係る給湯器の制御装置の要部構成を示
すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a controller of a water heater according to the present invention.
【図2】同実施例のファジィー推論によってグレードg
Eを求めるメンバーシップ関数の説明図である。FIG. 2 shows the grade g by the fuzzy reasoning of the same embodiment.
It is explanatory drawing of the membership function which calculates | requires E.
【図3】同実施例のファジィー推論によってグレードg
ΔEを求めるメンバーシップ関数の説明図である。FIG. 3 shows a grade g according to the fuzzy reasoning of the embodiment.
It is explanatory drawing of the membership function which calculates | requires (DELTA) E.
【図4】同実施例のファジィー推論によってグレードg
ΔVを求めるメンバーシップ関数の説明図である。FIG. 4 shows a grade g based on the fuzzy reasoning of the embodiment.
It is explanatory drawing of the membership function which calculates | requires (DELTA) V.
【図5】同実施例における温度検出値の時間的変化を示
すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a temporal change of a detected temperature value in the example.
【図6】同実施例における給湯器の出湯温度特性を従来
例との比較状態で示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a hot water outlet temperature characteristic of the water heater in the same example in a comparative state with a conventional example.
【図7】本考案の第2の実施例を示すブロック構成図で
ある。FIG. 7 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図8】本考案の第3の実施例を示すブロック構成図で
ある。FIG. 8 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
【図9】前記第2および第3の実施例の温度特性を湯温
安定領域におけるファジィー制御の場合との比較状態で
示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the temperature characteristics of the second and third embodiments in comparison with the case of fuzzy control in the hot water temperature stable region.
【図10】本実施例における給湯器のシステム図である。FIG. 10 is a system diagram of the water heater according to the present embodiment.
【図11】ファジィー推論を行うメンバーシップ関数の他
の形状の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of another shape of a membership function that performs fuzzy inference.
4 比例弁 16 出湯温度センサ 18 偏差算出部 19 変化率算出部 20,21,24,26,28 メモリ 22 偏差グレード算出部 23 変化率グレード算出部 25 変量グレード算出部 27 操作変量算出部 29 和集合演算部 30 重心算出部 4 Proportional valve 16 Hot water temperature sensor 18 Deviation calculator 19 Change rate calculator 20, 21, 24, 26, 28 Memory 22 Deviation grade calculator 23 Change rate grade calculator 25 Variable grade calculator 27 Operation variable calculator 29 Union set Calculation unit 30 Center of gravity calculation unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 大林 尚樹 神奈川県大和市深見台3丁目4番地 株式 会社ガスター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Creator Naoki Obayashi 3-4, Fukamidai, Yamato-shi, Kanagawa Inside Gaster Co., Ltd.
Claims (2)
値との偏差およびその時間的変化率を求める偏差・変化
率演算部と、この偏差・変化率演算部によって求められ
た偏差とその時間的変化率から所定の制御ルールに基づ
いたファジィー論理演算により制御対象を可変制御する
アクチュエータの操作変量を演算するファジィー論理演
算部とを有する給湯器の制御装置。1. A deviation / change rate calculation unit for obtaining a deviation between a detected value of a controlled object and a preset value and a temporal change rate thereof, and a deviation obtained by the deviation / change rate calculation unit and its deviation A controller of a water heater having a fuzzy logic operation unit that calculates an operation variable of an actuator that variably controls a control target from a temporal change rate by a fuzzy logic operation based on a predetermined control rule.
値との偏差およびその時間的変化率を求める偏差・変化
率演算部と、この偏差・変化率演算部によって求められ
た偏差とその時間的変化率から所定の制御ルールに基づ
いたファジィー論理演算により制御対象を可変制御する
アクチュエータの操作変量を演算するファジィー論理演
算部と、制御対象をPID制御するPID演算部と、制
御対象が所定の条件を満たす安定領域に入ったときに制
御対象の制御をファジィー制御からPID制御に切り換
える切り換え手段とを有する給湯器の制御装置。2. A deviation / change rate calculation unit for obtaining a deviation between a detected value of a controlled object and a preset value and a temporal change rate thereof, and a deviation obtained by this deviation / change rate calculation unit and its deviation A fuzzy logic operation unit that calculates an operating variable of an actuator that variably controls a control target by a fuzzy logic operation based on a predetermined control rule based on a temporal change rate, a PID calculation unit that PID-controls the control target, and a predetermined control target And a switching means for switching the control of the controlled object from the fuzzy control to the PID control when entering the stable region satisfying the condition of.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1992038508U JP2607734Y2 (en) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | Water heater control device |
Applications Claiming Priority (1)
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JPH0594648U true JPH0594648U (en) | 1993-12-24 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2634519A4 (en) * | 2010-10-27 | 2018-01-03 | Baoshan Iron & Steel Co., Ltd. | Method and device for controlling furnace temperature of burning heating furnace |
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JPH0336421A (en) * | 1989-07-03 | 1991-02-18 | Noritz Corp | Temperature control device of gas water supply device |
JPH043850A (en) * | 1990-04-19 | 1992-01-08 | Harman Co Ltd | Fluid heating control device |
JPH0452454A (en) * | 1990-06-21 | 1992-02-20 | Tokyo Gas Co Ltd | Water temperature controller for instantaneous water heater |
-
1992
- 1992-05-12 JP JP1992038508U patent/JP2607734Y2/en not_active Expired - Lifetime
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