JPH0781738B2 - 給湯器の燃焼制御装置 - Google Patents

給湯器の燃焼制御装置

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JPH0781738B2
JPH0781738B2 JP60136300A JP13630085A JPH0781738B2 JP H0781738 B2 JPH0781738 B2 JP H0781738B2 JP 60136300 A JP60136300 A JP 60136300A JP 13630085 A JP13630085 A JP 13630085A JP H0781738 B2 JPH0781738 B2 JP H0781738B2
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雅彦 柴山
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Description

【発明の詳細な説明】 (発明の分野) 本発明は、出湯温度についての目標温度設定手段と、出
湯温度検出手段と、前記目標温度設定温手段からの目標
温度信号と前記出湯温度検出手段からの検出温度信号と
の偏差に基づいて燃料制御弁の開度を演算しこの燃料制
御弁に弁駆動電流を出力するPID(比例積分微分)制御
手段とを備えた給湯器の燃焼制御装置に関する。
(発明の概要) 本発明は、目標温度信号と検出温度信号との偏差の増,
減変化に応じて、PID制御手段のゲインを増,減変化さ
せることにより、目標温度の変更がない状態で水量が変
化した場合であっても、出湯温度のオーバーシュートお
よびハンチングを防止するとともに、出湯温度の高い応
答性を確保し、省エネルギーも図れるようにしたもので
ある。
(従来技術とその問題点) (発明の分野)の項で述べた構成を有する従来の給湯器
の燃焼制御装置の動作を第6図のフローチャートに基づ
いて説明する。
ステップで目標温度設定手段において目標温度TSを入
力し、ステップで出湯温度検出手段からの検出温度TN
を入力し、ステップでPID演算を実行してPID出力Mn
算出する。ステップでは、PID出力Mnに基づいて燃料
制御弁に対する弁駆動電流を算出し、ステップで、そ
の弁駆動電流によって燃料制御弁を駆動して、その弁開
度を検出温度TNが目標温度TSになるように制御する。
前記PID演算は、次式によって行われる。
式(1)において、Mnはサンプリングタイミングtnにお
ける燃料制御弁の開度制御のための操作量即ちPID出
力、enはタイミングtnにおける目標温度TSnと検出温度T
Nnとの偏差、即ち、 en=TSn-TNn ……(2) である。
また、第1項のKP・enは比例項、KPは比例定数である。
第2項の は積分項、KIは積分定数である。第3項のKD(en-
en-1)は微分項で、en-1はタイミングtn-1における温度
偏差、KDは微分定数である。
従来の給湯器の燃焼制御装置においては、比例定数KP
積分定数KIおよび微分定数KDは、それぞれ固定値であ
る。
これらの各定数を決定するに当たっては、制御系の熱容
量などが変化しないと仮定すれば、各定数の最適値を1
つに決定することができる。
しかしながら、給湯器のように、目標温度TSを調整(例
えば、30〜93℃可変)したり、水量が変化(例えば、3.
5〜16l変化)する場合には、最適な比例定数Kp,積分定
数KIおよび微分定数KDの値が一定に定まらない。
例えば、第7図の(A)に示すように、水量が小の場合
に、比例定数KP,積分定数KIおよび微分定数KDを、出湯
温度の立ち上がり特性が良好となる最適な値に決定した
とする。この場合、PID出力Mnの値は小さく、PID制御手
段のゲインは低い。
目標温度の変更がない状態で水量が多くなると、目標温
度と検出温度との間に偏差が生じたことと等価になる
が、ゲインが低いため、第7図の(B)のように、出湯
温度の立ち上がり時間が相当に長くなる。つまり、出湯
温度の応答性が悪化する。
また、前記とは逆に、例えば、第8図の(A)に示すよ
うに、水量が大の場合に、比例定数KP,積分定数KIおよ
び微分定数KDを、出湯温度の立ち上がり特性が良好とな
る最適な値に決定したとする。この場合、PID出力Mn
値は大きく、PID制御手段のゲインは高い。
目標温度の変更がない状態で水量が少なくなると、偏差
が生じるが、ゲインが高いため、第8図の(B)のよう
に、出湯温度がオーバーシュートし、その直後からハン
チングしてしまう。
このオーバーシュートおよびハンチングは、非常に好ま
しくないので、通常は、PID制御手段のゲインを低く決
定してある。そのため、水量が多くなったときの応答性
が著しく悪いものとなっている。
出湯温度の応答性が悪いと、特に、シャワーを使用して
いる場合に、不快感が大きいという問題がある。また、
エネルギー消費(バーナ出力)に無駄が発生するという
問題がある。
(発明の目的) 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、目標温度の変更がない状態で水量が変化した場合で
あっても、出湯温度のオーバーシュートおよびハンチン
グを防止するとともに、出湯温度の高い応答性を確保
し、省エネルギーも図れるようにすることを目的とす
る。
(発明の構成と効果) 本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成をとる。
即ち、本発明の給湯器の燃焼制御装置は、第1図に示す
ように、 出湯温度についての目標温度設定手段17と、出湯温度検
出手段18と、前記目標温度設定手段17からの目標温度信
号と前記出湯温度検出手段18からの検出温度信号との偏
差に基づいて燃料制御弁4の開度を演算しこの燃料制御
弁4に弁駆動電流を出力するPID制御手段25とを備えた
給湯器の燃焼制御装置において、 少なくとも大,中,小のゲインを決定する定数が予め記
憶された記憶手段としてのROMがPID制御手段25に備えら
れ、前記偏差に応じた定数を前記記憶手段から選択する
ゲイン切換手段27が設けられ、PID制御手段25は、選択
された定数で決定されるゲインでPID制御を行うもので
ある。
この構成による作用は、次の通りである。
目標温度の変更がない状態であっても、水量変化がある
ときは、結果として目標温度信号と検出温度信号との間
に偏差が生じる。
水量が増加した場合には、検出温度が低下し、偏差が増
加する。従って、ゲイン切換手段27は、その偏差に応じ
た定数、この場合は、ゲインを増加させる定数を記憶手
段から選択し、PID制御手段25は、選択された定数で決
定されるゲインでPID制御を行う。このときの増加後の
ゲインは、水量増加に見合った最適の値またはそれに近
い値のゲインである。このように増加されたゲインをも
つPID出力は、出湯温度のオーバーシュートおよびハン
チングを回避し、かつ、出湯温度の応答性の高いものと
する。
また、水量が減少した場合には、偏差も減少する。従っ
て、ゲイン切換手段27は、その偏差に応じた定数、この
場合は、ゲインを減少させる定数を記憶手段から選択
し、PID制御手段25は、選択された定数で決定されるゲ
インでPID制御を行う。このときの減少後のゲインは、
水量減少に見合った最適の値またはそれに近い値のゲイ
ンである。この場合も、減少されたゲインをもつPID出
力は、出湯温度のオーバーシュートおよびハンチングを
回避し、かつ、出湯温度の応答性を高いものとする。
また、いずれの場合も、出湯温度の応答性が高いため、
省エネルギーが図られる。
以上のように、本発明によれば、目標温度の変更がない
状態で水量が変化した場合であっても、水量変化量に見
合ったゲインに自動的に切換えることにより、出湯温度
のオーバーシュートおよびハンチングを防止することが
できるとともに、出湯温度の高い応答性を確保すること
ができ、省エネルギーも図れるという効果が発揮され
る。
さらに、本発明では、目標温度信号と検出温度信号との
偏差に応じてゲインを切換えるので、例えば、夏と冬と
いった季節による水の温度の変化にも対応できるもので
ある。
また、本発明では、偏差に応じて、ゲインを少なくとも
大,中,小の3段階に切り換えることができるので、水
量や水温の変化に応じて、ゲインを細かく切り換えるこ
とができ、その結果として、出湯温度の応答性を高める
ことが可能となる。
(実施例の説明) 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。
第2図は本発明を適用する給湯器のブロック回路図、第
3図は本発明の実施例に係る給湯器の燃焼制御装置のブ
ロック図である。
第2図において、1はバーナ、2はバーナ1に連絡され
た燃料供給経路であり、燃料供給経路2にはバーナ1へ
の燃料供給を司る電磁弁(元弁)3および燃料制御弁
(比例弁)4が介装されている。バーナ1の近傍には、
点火プラグ5およびフレームロッド6が配置されてい
る。バーナ1の上方には燃焼室7が設けられ、燃焼室7
に連通する排気路にファンモータ8が設けられている。
ファンモータ8は、排気を司るとともに、バーナ1に燃
焼用空気を供給するものである。
9は、燃焼室7に給水管を巻回することにより構成され
た熱交換器であり、この熱交換器9は、カランやシャワ
ーなどの複数の出湯口10に連絡されている。
11は安定化電源回路、12は電磁弁3の駆動回路、13はフ
ァンモータ8の制御回路、14は点火プラグ5の駆動回
路、15はフレームロッド6に接続された炎検出回路、16
は本発明の実施例に係る給湯器の燃焼制御装置である。
この燃焼制御装置16の構成を第3図に基づいて説明す
る。
第3図において、17は出湯温度についての目標温度設定
手段、18は出湯温度検出手段、19は、ゲインを大とする
場合の比例定数KP1,積分定数KI1,微分定数KD1、ゲイ
ンを中とする場合の比例定数KP2,積分定数KI2,微分定
数KD2、ならびに、ゲインを小とする場合の比例定数
KP3,積分定数KI3,微分定数KD3を記憶している記憶手
段としてのROM(リードオンリメモリ)である。
20は、目標温度設定手段17からの目標温度信号bと出湯
温度検出手段18からの検出温度信号aとの偏差enに基づ
いてPID出力Mnを算出するPID演算処理手段、21はPID出
力Mnに基づいて燃料制御弁4の弁駆動電流値ivを算出す
る弁駆動電流算出手段である。
PID演算処理手段20は、P(比例)動作制御手段22,I
(積分)動作制御手段23およびD(微分)動作制御手段
24と有していて、これらは、それぞれ偏差enに基づいて
ROM19から比例定数KP1〜KP3のいずれか一つ、積分定数K
I1〜KI3のいずれか一つ、微分定数KD1〜KD3のいずれか
一つを読み出して、式(1)に示す比例項,積分項、微
分項を算出する。PID演算処理手段20は、これらを合計
し、PID出力Mnを算出する。
これらのROM19,PID演算処理手段20および弁駆動電流算
出手段21が、発明の構成にいうPID制御手段25を構成し
ている。
26は、弁駆動電流算出手段21からの弁駆動電流値ivに基
づいて、その弁駆動電流値ivに対応した弁開度まで燃料
制御弁4を駆動する燃料制御弁駆動手段である。
27は、偏差enを入力して、その値を所定値Th1,Th2(Th
1>0>Th2)と比較し、 en>Th1 のときは、PID演算処理手段20に対して、ROM19から前記
のゲインを大とする場合の比例定数KP1,積分定数KI1
微分定数KD1を読み出すように指令し、 Th2≦en≦Th1 のときは、PID演算処理手段20に対して、ROM19から前記
のゲインを中とする場合の比例定数KP2,積分定数KI2
微分定数KD2を読み出すように指令し、 en<Th2 のときは、PID演算処理手段20に対して、ROM19から前記
のゲインを小とする場合の比例定数KP3,積分定数KI3
微分定数KD3を読み出すように指令するゲイン切換手段
である。
以下、この燃焼制御装置の動作を第4図のフローチャー
トに基づいて説明する。
ステップで目標温度設定手段17において目標温度TSを
入力し、ステップで出湯温度検出手段18からの検出温
度TNを入力し、ステップで目標温度TSと検出温度TNと
の偏差enを算出する。
目標温度TSに変更がない状態で、水量が変化した場合に
は、水量変化量にほぼ比例した偏差enが生じる。ステッ
プで偏差enを所定値Th1,Th2(Th1>0>Th2)と比較
する。
en>Th1 のときは、ステップに移行し、ROM19から前記のゲイ
ンを大とする場合の比例定数KP1,積分定数KI1,微分定
数KD1を読み出して、前出の式(1)に基づいたPID演算
を実行してPID出力Mn1を算出する。この場合の演算式
は、 となる。この場合のPID出力Mn1の値は大きく、PID制御
手段25のゲインは高い。即ち、水量増加量に見合った最
適のゲインとなり、出湯温度のオーバーシュートおよび
ハンチングが防止されるとともに、出湯温度の高い応答
性が確保される。
また、ステップの判断で、 Th2≦en≦Th1 のときは、ステップに移行し、ROM19からゲインを中
とする場合の比例定数KP2,積分定数KI2,微分定数KD2
を読み出して、式、 に基づいてPID出力Mn2を算出する。この場合のPID出力M
n2の値は中程度で、PID制御手段25のゲインも中程度で
ある。この場合は、通常の水量に見合った最適のゲイン
となっており、オーバーシュートおよびハンチングが防
止され、出湯温度の高い応答性が確保されている。
また、ステップの判断で、 en<Th2 のときは、ステップに移行し、ROM19からゲインを小
とする場合の比例定数KP3,積分定数KI3,微分定数KD3
を読み出して、式、 に基づいてPID出力Mn3を算出する。この場合のPID出力M
n3の値は小さく、PID制御手段25のゲインも小さい。こ
の場合も、水量減少量に見合った最適のゲインとなり、
オーバーシュートおよびハンチングが防止され、出湯温
度の高い応答性が確保される。
ステップ,あるいはの後、ステップでは、先に
算出したPID出力Mn1,Mn2あるいはMn3に基づいて燃料制
御弁4に対する弁駆動電流iv1,iv2あるいはiv3を算出
し、ステップで、その弁駆動電流iv1,iv2あるいはi
v3によって燃料制御弁4を駆動して、その弁開度を検出
温度TNが目標温度TSになるように制御する。
例えば、第5図のように、目標温度TSの変更がない状態
で、ゲインが中程度に選択されている場合において、水
量が増加し、検出温度TNが低下したときは、式(2)か
ら、偏差enがプラスとなるが、 en>Th1のときは、PID制御手段25のゲインGも増加し、
弁駆動電流を増大して弁開度を大きくし、バーナ1への
インプットを増加して出湯温度を上昇させる。即ち、オ
ーバーシュートおよびハンチングがなく、かつ高い応答
性のもとで、検出温度TNが目標温度TSに一致するように
燃焼制御する。
また、目標温度TSの変更がない状態で、ゲインが中程度
に選択されている場合において、水量が減少し、検出温
度TNが上昇したときは、偏差enがマイナスとなるが、 en<Th2のときは、PID制御手段25のゲインGも減少し、
弁駆動電流を減少して弁開度を小さくし、バーナ1への
インプットを減少して出湯温度を低下させる。この場合
も、オーバーシュートおよびハンチングがなく、かつ高
い応答性のもとで、検出温度TNが目標温度TSに一致する
ように燃焼制御する。
本発明は、次のような構成のものも実施例として含む。
(I) ゲイン切換手段27が、PID制御手段25における
P動作制御手段22,I動作制御手段23およびD動作制御手
段24のうちのいずれか一つのゲインを切換えるものに構
成されているもの。
(II) ゲイン切換手段27が、PID制御手段25における
P動作制御手段22,I動作制御手段23およびD動作制御手
段24のうちのいずれか二つのゲインを切換えるものに構
成されているもの。
(III) 前記実施例および(I),(II)のいずれの
場合にあっても、ゲインの切換数が四つ以上であるよう
に構成されたもの。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成を示すブロック図、第2図ないし
第5図は本発明の実施例の給湯器の燃焼制御装置に係
り、第2図は本発明を適用する給湯器のブロック回路
図、第3図は本発明の実施例に係る給湯器の燃焼制御装
置のブロック図、第4図はフローチャート、第5図はタ
イムチャート、第6図ないし第8図は従来例に係り、第
6図はフローチャート、第7図および第8図は問題点を
指定するための波形図である。 4……燃料制御弁 17……目標温度設定手段 18……出湯温度検出手段 22……P動作制御手段 23……I動作制御手段 24……D動作制御手段 25……PID制御手段 27……ゲイン切換手段

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】出湯温度についての目標温度設定手段と、
    出湯温度検出手段と、前記目標温度設定手段からの目標
    温度信号と前記出湯温度検出手段からの検出温度信号と
    の偏差に基づいて燃料制御弁の開度を演算しこの燃料制
    御弁に弁駆動電流を出力するPID制御手段とを備えた給
    湯器の燃焼制御装置において、 少なくとも大,中,小のゲインを決定する定数が予め記
    憶された記憶手段と、 前記偏差に応じた定数を前記記憶手段から選択するゲイ
    ン切換手段とを備え、 前記PID制御手段は、選択された定数で決定されるゲイ
    ンでPID制御を行うものである給湯器の燃焼制御装置。
  2. 【請求項2】前記ゲインが、前記PID制御手段における
    P動作制御手段,I動作制御手段およびD動作制御手段の
    うちの少なくともいずれか一つについてのゲインである
    特許請求の範囲第(1)項記載の給湯器の燃焼制御装
    置。
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