JPH0814540A - 給湯器 - Google Patents

給湯器

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JPH0814540A
JPH0814540A JP16884094A JP16884094A JPH0814540A JP H0814540 A JPH0814540 A JP H0814540A JP 16884094 A JP16884094 A JP 16884094A JP 16884094 A JP16884094 A JP 16884094A JP H0814540 A JPH0814540 A JP H0814540A
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JP
Japan
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temperature
amount
water
hot water
pid
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JP16884094A
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English (en)
Inventor
Katsutoshi Takashima
勝利 高島
Yoshio Suzuki
義生 鈴木
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Paloma Kogyo KK
Original Assignee
Paloma Kogyo KK
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 流量変化に対しても目標温度変更に対しても
良好な出湯温度特性を得る。 【構成】 出湯温度と目標温度との偏差のPID演算を
行うPID演算部31と、目標温度のPD演算を行うP
D演算部32とを備え、両方の演算結果を合わせて比例
制御弁14の操作量を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は給湯器に関し、詳しくは
出湯温度と設定温度とからガス量調整弁の駆動操作量を
算出する瞬間式給湯器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、瞬間式の給湯器においては、
リモコン等の温度設定器により任意に設定された目標温
度と、実際の出湯温度との偏差に基づいてガス量調整弁
(例えば比例制御弁)を駆動制御する。特に、出湯温度
特性を向上させるため、この温度偏差のPID演算によ
りガス量調整弁の操作量を算出するものが一般的になっ
ている。こうしたPID制御においては、次式のように
ガス量調整弁の駆動操作量が設定される。 yn =KP〔en +KI・Σen +KD(en −en-1)〕 yn …駆動操作量 en …出湯温度と設定温度との偏差 en-1 …前回検出したen KP …比例項制御定数 KI …積分項制御定数 KD …微分項制御定数 これをブロック図に表すと図5のように表される。PI
D演算部50により算出された操作量にてガス量調整弁
51が駆動制御されてバーナの燃焼量が調整され、その
燃焼熱で熱交換器52に流れる水が加熱される。そし
て、熱交換後の湯の温度を出湯温度センサ53により検
出し、PID演算部50に戻してフィードバック制御系
を構成している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た演算式に基づいてガス量調整弁の操作量を算出するも
のでは、入水量変化等の外乱に対する応答(外乱応答)
と、目標温度の設定変更に対する応答(目標値応答)と
を同時に最適なものに調整(PID定数の設定:いわゆ
るチューニング)することができなかった。このため、
外乱応答と目標値応答との重要度に応じて中間的な応答
を選択せざるを得ず、両者を満足させる調整ができなか
った。つまり、PID演算の応答調整可能な範囲が図6
のハッチングに示す範囲となることから、対外乱応答最
適値Aと対目標値応答最適値Bとを結ぶ円弧上の適当な
点にて調整せざるを得なかった。従って、外乱応答を最
適に調整すれば目標値応答が悪くなってしまい(図7
(A),(B)参照)、逆に、目標値応答を最適に調整
すれば外乱応答が悪くなってしまう(図7(C),
(D)参照)。従って、常に良好な出湯温度特性が得ら
れるとは限らなかった。こうしたPID制御の応答性を
改良するものとして、特開平5−141774号に示さ
れた技術がある。この技術は、PID演算の微分項によ
るハンチングを防止するために、温度偏差の微分演算に
代えて出湯温度の微分演算を行うようにしている。しか
しながら、やはり、応答調整可能な範囲は図6に示した
ものとあまり変わらず、外乱応答と目標値応答とを同時
に最適な応答に調整することができない。本発明の給湯
器は上記課題を解決し、入水量変化等の外乱に対して
も、目標温度の設定変更に対しても良好な応答が得ら
れ、出湯温度特性を向上させることを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の給湯器は、熱交換器に通水される水を加熱するガス
バーナと、上記ガスバーナへのガス供給量を調整するガ
ス量調整弁と、出湯温度を検出する出湯温度検出手段
と、目標温度を任意に設定する温度設定手段と、上記検
出された出湯温度と上記設定された目標温度とに応じ
て、上記ガス量調整弁の操作量を算出する制御量算出手
段と、上記算出された操作量にて上記ガス量調整弁を駆
動制御する駆動制御手段とを備えた給湯器において、上
記制御量算出手段は、上記出湯温度と目標温度との偏差
のPID演算を行う温度偏差PID演算部と、上記目標
温度のPD演算を行う目標温度PD演算部とを備えたこ
とを要旨とする。
【0005】
【作用】上記構成を有する本発明の給湯器は、出湯温度
を目標温度に近づけるよう制御するにあたって、出湯温
度と目標温度との偏差のPID演算と、目標温度のPD
演算とを行い、両方の演算結果を合わせてガス量調整弁
の操作量を決定する。つまり、フィードバック制御系と
なる温度偏差のPID演算による操作量に、目標温度の
PD演算によるフィードフォワード値を加える。従っ
て、制御定数の調整を行うチューニング時に、まず目標
温度PD演算部の演算量を固定しておき、温度偏差PI
D演算部を外乱応答に対して最適となるように調整し、
次に、目標値応答に対して最適となるように目標温度P
D演算部を調整すれば、対外乱応答、対目標値応答との
両方を最適値にすることができる。この結果、給湯カラ
ン等の流量調整による入水量変化に対しても、給湯中で
の目標温度の設定変更に対しても、最適な燃料量に設定
され出湯温度特性が向上する。
【0006】
【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の給湯器の好適な実施例に
ついて説明する。図1は、一実施例としての給湯器の概
略構成図である。この給湯器1は、上水道に接続される
給水管2と、給水管2から導かれた冷水をバーナ10で
の燃焼熱で加熱する熱交換器3と、熱交換器3で加熱さ
れた湯を送り出す出湯管4とから通水系を構成してい
る。給水管2には水流の有無を検知する水流スイッチ5
が、出湯管4には熱交換された湯の温度を検出する出湯
温度センサ6がそれぞれ設けられる。
【0007】一方、バーナ10へのガス供給路としての
ガス導管11には、その上流側からガス流路を開閉する
元電磁弁12,主電磁弁13と、ガス流量を調整する比
例制御弁14とが設けられる。そして、このガス供給量
に見合った燃焼用空気を給気ファン20により供給する
ように構成される。こうしたガス供給量や空気供給量
は、燃焼コントローラ30により所望の出湯温度が得ら
れるように制御される。
【0008】燃焼コントローラ30は、周知の算術論理
演算回路を構成するCPUと、PID演算式や各種の給
湯制御プログラムを記憶したROMと、各種データを一
時的に記憶するRAMと、各種センサからの信号を入力
して演算可能な信号に変換する入力インタフェースと、
ガス弁12,13,14,給気ファン20等のアクチュ
エータに駆動制御信号を出力する出力インターフェース
等から構成される。また、燃焼コントローラ30には使
用者が目標温度等の給湯条件を設定するリモコン40が
接続される。
【0009】次に、燃焼コントローラ30による出湯温
度制御について説明する。図2は、出湯温度制御を表す
ブロック図である。この制御系では、出湯温度と目標温
度との偏差からPID演算を行うPID演算部31と、
目標温度からPD演算を行うPD演算部32とを備え、
両者の演算値を合わせて比例制御弁14の操作量として
いる。そして、比例制御弁14によりガス流量調整され
た燃焼熱により熱交換器3が加熱されると共に、熱交換
器3を通過する水が湯となって出湯管4から送り出され
る。この出湯温度は、出湯温度センサ6により検出さ
れ、PID演算部31に観測値としてフィードバックさ
れる。
【0010】PID演算部31は、リモコン40により
設定された目標温度と実際の出湯温度との偏差に対して
比例動作、積分動作、微分動作を行って操作量を演算す
る。PID演算部31で算出される操作量yanは次式の
ように表される。 yan=KaP〔en +KaI・Σen +KaD(en −en-
1)〕 en …出湯温度と目標温度との偏差 en-1 …前回検出したen KaP…比例項制御定数 KaI…積分項制御定数 KaD…微分項制御定数
【0011】一方、PD演算部32は、目標温度の比例
動作、微分動作を行って操作量を演算する。PD演算部
32で算出される操作量ybnは次式のように表される。 ybn=−KbP〔α・rn +β・KbD(rn −rn-1)〕 rn …目標温度 rn-1 …前回の目標温度 KbP…比例項制御定数 KbD…微分項制御定数 α…定数(0<α≦1) β…定数(0<β≦1) 尚、上式の右辺にはマイナス符号を付けたが、これは目
標値応答に対する操作量の行き過ぎを削り取る場合を想
定したものであり、目標値応答に対して操作量を増やし
たい場合には、右辺の符号はプラスであってもよい。
【0012】こうして算出された各操作量yan,ybnは
合算され、最終的な比例制御弁14の操作量yn とされ
る(yn =yan+ybn)。
【0013】この出湯温度制御系においては、目標温度
のPD演算値を加算することにより、入水量変化といっ
た外乱応答と、目標温度の設定変更といった目標値応答
との両方に対して最適なものに調整することができる。
まず、α=β=0にセットしてPD演算部32の操作量
を0としておき、外乱応答に対して最適値になるように
PID演算部31を調整する。次に、目標値応答が最適
になるようにPD演算部32の定数α,βを調整する。
この場合、PD演算部32による操作量yn へのフィー
ドフォワード量は、PID演算部31の伝達関数に影響
を与えないため、PID演算部31で外乱応答を最適値
に調整した後であっても独立して調整することができ
る。
【0014】PD演算部32では、目標温度が一定の場
合においても比例項により一定の操作量が出力される。
従って、このままでは比例制御弁14の操作量yn は先
にPID演算部31で調整した最適値とはならない。そ
こで、所定の目標温度におけるPD演算部32から出力
される操作量を相殺するように、PID演算部31での
初期値(PID演算開始に用いられる初期値)を設定す
ることで外乱応答に対する影響はなくなる。従って、図
3に示すように外乱応答と目標値応答との両方に対して
最適値となる点Cに調整することができる。この結果、
外乱応答、目標値応答との両方に対して最適な操作量が
算出され、この操作量に応じて燃焼コントローラ30か
ら比例制御弁14に駆動制御信号が出力される。従っ
て、給湯カランの流量調整による入水量変化に対して
も、給湯中での目標温度の設定変更に対しても良好な出
湯温度特性が得られる。
【0015】図4は、上述したチューニングにより得ら
れた出湯温度特性を表す。図示するように、外乱に対し
ても目標値変化に対しても、どちらも良好な出湯温度特
性が得られている。
【0016】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる
態様で実施し得ることは勿論である。
【0017】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の給湯器に
よれば、出湯温度と目標温度との偏差のPID演算と、
目標温度のPD演算との両方の演算結果を合わせてガス
量調整弁の操作量を決定するため、流量調整による入水
量変化に対しても、給湯中での目標温度の設定変更に対
しても、最適な燃料量に設定され出湯温度特性が向上す
る。従って、非常に使い勝手の良いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例としての給湯器の概略構成図である。
【図2】本実施例の出湯温度制御を表すブロック図であ
る。
【図3】本実施例での外乱応答と目標値応答の調整範囲
を表すグラフである。
【図4】本実施例での出湯温度特性を表すグラフであ
る。
【図5】従来の出湯温度制御を表すブロック図である。
【図6】従来の外乱応答と目標値応答の調整範囲を表す
グラフである。
【図7】従来の出湯温度特性を表すグラフである。
【符号の説明】
1…給湯器、3…熱交換器、6…出湯温度センサ、14
…比例制御弁、30…燃焼コントローラ、40…リモコ
ン。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱交換器に通水される水を加熱するガス
    バーナと、 上記ガスバーナへのガス供給量を調整するガス量調整弁
    と、 出湯温度を検出する出湯温度検出手段と、 目標温度を任意に設定する温度設定手段と、 上記検出された出湯温度と上記設定された目標温度とに
    応じて、上記ガス量調整弁の操作量を算出する制御量算
    出手段と、 上記算出された操作量にて上記ガス量調整弁を駆動制御
    する駆動制御手段とを備えた給湯器において、 上記制御量算出手段は、 上記出湯温度と目標温度との偏差のPID演算を行う温
    度偏差PID演算部と、 上記目標温度のPD演算を行う目標温度PD演算部とを
    備えたことを特徴とする給湯器。
JP16884094A 1994-06-27 1994-06-27 給湯器 Pending JPH0814540A (ja)

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JP16884094A JPH0814540A (ja) 1994-06-27 1994-06-27 給湯器

Applications Claiming Priority (1)

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JP16884094A JPH0814540A (ja) 1994-06-27 1994-06-27 給湯器

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JPH0814540A true JPH0814540A (ja) 1996-01-19

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ID=15875507

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JP16884094A Pending JPH0814540A (ja) 1994-06-27 1994-06-27 給湯器

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111189231A (zh) * 2018-11-15 2020-05-22 青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司 燃气热水器恒温控制方法及燃气热水器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111189231A (zh) * 2018-11-15 2020-05-22 青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司 燃气热水器恒温控制方法及燃气热水器

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