JPH11126681A

JPH11126681A - 温度制御装置

Info

Publication number: JPH11126681A
Application number: JP28940497A
Authority: JP
Inventors: Yumiko Hara; 由美子原; Ikuko Kai; 郁子甲斐; Shinji Kondo; 信二近藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 1999-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】正確な温度制御が出来る温度制御装置を実現
すること。【解決手段】負荷４を加熱する加熱コイル５と、前記
負荷４の温度を測定する温度測定手段１１と、前記温度
測定手段１１の出力等に基づいて所定時間後の前記負荷
４の温度を予測する負荷温度予測手段８と、前記負荷４
の状態設定に関する温度を記憶する設定温度記憶手段９
と、前記設定温度記憶手段９及び負荷温度予測手段８の
出力に応じて前記加熱コイル５に供給する電力を決定す
る電力決定手段１０と、前記電力決定手段１０の出力に
応じて前記加熱コイル５に供給する電力を制御する制御
手段７とを備る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負荷の温度を正確
に制御する温度制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば誘導加熱調理器では、本体
部に温度測定手段を設け、プレートや鍋等を介して間接
的に負荷である調理物の温度を間接的に測定している。
この理由は、負荷に温度測定手段を直接投入すると、衛
生上の問題や使用者の違和感を生ずるためである。従っ
て、前述したように負荷から離れた本体部に温度測定手
段を備えて間接的に負荷の温度を検知する構成となって
いるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
誘導加熱調理器では、負荷の温度を間接的に検知してい
るため、実際の負荷の温度と温度測定手段が測定した負
荷の温度との間に差が生じて、正確な温度制御が困難で
あるという課題を有しているものである。この問題は誘
導加熱調理器だけに固有のものではなく、温度制御装置
全般に共通するものである。

【０００４】本発明はこのような従来の温度制御装置が
有している課題を解決するもので、正確な温度制御が出
来る温度制御装置を実現することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、負荷を加熱する加熱手段と、前記負荷の温
度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段の出力
等に基づいて所定時間後の前記負荷の温度を予測する負
荷温度予測手段と、前記負荷の状態設定に関する温度を
記憶する設定温度記憶手段と、前記設定温度記憶手段及
び負荷温度予測手段の出力に応じて前記加熱手段に供給
する電力を決定する電力決定手段と、前記電力決定手段
の出力に応じて前記加熱手段に供給する電力を制御する
制御手段とを備えてなるものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、負荷を加
熱する加熱手段と、前記負荷の温度を測定する温度測定
手段と、前記温度測定手段の出力等に基づいて所定時間
後の前記負荷の温度を予測する負荷温度予測手段と、前
記負荷の状態設定に関する温度を記憶する設定温度記憶
手段と、前記設定温度記憶手段及び負荷温度予測手段の
出力に応じて前記加熱手段に供給する電力を決定する電
力決定手段と、前記電力決定手段の出力に応じて前記加
熱手段に供給する電力を制御する制御手段とを備えてな
ることにより、予測した負荷温度を基に加熱電力を制御
でき、負荷の温度制御を高精度で行う温度制御装置を実
現できるものである。

【０００７】請求項２記載の発明は、特に、負荷温度予
測手段が、温度測定手段、前記温度測定手段の出力を１
階微分する微分手段、２階微分する２階微分手段、及び
使用した電力値を出力する電力値出力手段の出力に応じ
て負荷温度を予測してなることにより、負荷の正確な温
度予測を行うことができる温度制御装置を実現できるも
のである。

【０００８】請求項３記載の発明は、特に、設定温度記
憶手段が負荷の最適加熱に関する目標温度を記憶してな
ることにより、負荷の正確な温度制御を行うことができ
る温度制御装置を実現できるものである。

【０００９】請求項４記載の発明は、特に、設定温度記
憶手段が負荷の温度を間接的に測定してなることによ
り、予測した測定温度を基に加熱電力を制御でき、負荷
の状態変化に応じた温度制御を高精度で行う温度制御装
置を実現できるものである。

【００１０】請求項５記載の発明は、特に、負荷温度予
測手段が、温度測定手段、前記温度測定手段の出力を１
階微分する微分手段、使用した電力値を出力する電力値
出力手段の出力に応じて負荷温度を予測してなることに
より、正確な測定温度予測が行え、負荷の状態変化に応
じた温度制御を高精度で行う温度制御装置を実現できる
ものである。

【００１１】請求項６記載の発明は、特に、電力決定手
段が温度測定手段の出力にも応じてなることにより、負
荷の状態変化に応じた電力制御により温度制御を高精度
で行う温度制御装置を実現できるものである。

【００１２】請求項７記載の発明は、特に、電力決定手
段がニューラルネットワークにより演算されてなること
により、温度予測の複雑な入出力関係を容易に実現する
ことができ、温度制御を高精度で行う温度制御装置を実
現できるものである。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第一の実施例について説明
する。図１は本実施例の温度制御装置を使用した誘導加
熱調理器のブロック図である。誘導加熱調理器の本体１
（以下単に本体１と称する）の上面を構成するプレート
２上には、負荷４である調理材料を収容した鍋３を載置
している。この鍋３は、本体１内に設けた高周波磁界を
発生して鍋３を誘導加熱する加熱コイル５と、加熱コイ
ル５に高周波電流を供給するインバータ回路６ととも
に、負荷４を加熱する加熱手段を構成している。７は前
記インバータ回路６を制御する制御手段で、負荷４の温
度を予測する負荷温度予測手段８の出力と、負荷の設定
温度を記憶する設定温度記憶手段９の出力とから加熱コ
イル５に供給する電力を決定する電力決定手段１０の出
力によって駆動されている。プレート２の下面には、サ
ーミスタ等によって構成した温度測定手段１１を配置し
ており、この温度情報は負荷４の現在の温度を予測する
負荷温度予測手段８に伝達されている。

【００１４】負荷温度予測手段８は、温度測定手段１１
と、温度測定手段１１の温度情報を計時手段１４の計時
情報によって微分する微分手段１２と、同様に計時手段
１４の計時情報によって温度測定手段１１の温度情報を
２階微分する２階微分手段１３と、回路の消費電力を出
力する電力値出力手段１５と、前記各入力から負荷４の
Δｔ秒後の温度を予測する予測手段１６とから成ってい
る。この負荷温度予測手段８と前記設定温度記憶手段９
と電力決定手段１０とは、図２に示しているマイクロコ
ンピュータ１９によって構成している。また本体１の表
面には、加熱の開始と停止を指示する加熱スイッチ１７
を設けている。

【００１５】次に、本実施例の温度制御装置の具体回路
構成を図２によって説明する。加熱コイル５を駆動する
インバータ回路６は、交流電源を全波整流する整流器、
平滑コンデンサ、限流インダクタンス、共振コンデン
サ、スイッチング素子等によって構成している。加熱コ
イル５は前記共振コンデンサに並列に接続しており、イ
ンバータ回路６は加熱コイル５に高周波電流を供給して
いる。また前記スイッチング素子は制御手段７によって
オン・オフ制御されており、このオンオフの周期を調整
することによってインバータ回路６の発振周波数を可変
でき、加熱コイル５の加熱出力を制御できるものであ
る。マイクロコンピュータ１９は、加熱スイッチ１７の
信号をＩ１から入力され、温度測定手段１１の信号をＡ
Ｄ１から入力されて、Ｏ１から制御手段７に制御信号を
出力している。また２０は、マイクロコンピュータ１９
等の直流電源を必要とする回路に電力を供給する直流電
源回路である。

【００１６】以下、本実施例の動作について説明する。
雰囲気温度Ｔａをほぼ一定であると考えると、負荷の温
度Ｔｗは、センサ部の測定温度Ｔｓと、測定温度Ｔｓの
微分値と、測定温度Ｔｓの２階微分値と、発熱量つまり
加熱電力Ｐによって決定される。ただし、加熱系の熱容
量により電力の影響が温度に現れるまでに時間の遅れが
生じる。従ってこれらのデータから、系の遅れ時間後の
負荷温度を予測することが出来る。本実施例では、以上
のような理論に基づいて精度よく負荷の温度を予測して
いるものである。もちろん、室温を入力に加えて予測演
算を行っても良い。

【００１７】図３はマイクロコンピュータ１９が有して
いる負荷４の温度を予測するためのプログラムを示すフ
ローチャートである。使用者が加熱スイッチ１７をオン
して加熱を開始すると、ステップ３０１で計時手段１４
は時間ｔを０に初期設定し、動作のためのカウンタtiに
ｔを代入する。次いでステップ３０２で、電力値出力手
段１５は電力値Ｐｉとして初期値Ｐｓを設定する。続い
てステップ３０３で温度測定手段１１の温度データＴ(t
i)を受け、ステップ３０４・ステップ３０５でこの温度
データＴ(ti)の微分値Ｔ’(ti)と２階微分値Ｔ”(ti)を
演算する。すなわち微分手段１２と２階微分手段１３と
が動作する。ステップ３０６で、予測手段１６は入力値
Ｔ(ti)、Ｔ'(ti)、Ｔ”(ti)とＰｉとからΔｔ秒後の負
荷４の温度Ｔｆ(ti＋Δｔ)を予測する。続いてステップ
３０７で、前記Ｔｆ(ti＋Δｔ)と設定温度記憶手段９に
記憶している設定温度Ｔｓとに基づいて、電力決定手段
１０に加熱コイル５に次の供給する電力Ｐ(ti+1)を決定
させる。本実施例ではこの電力を次の数１の基準に従っ
て決定している。

【００１８】

【数１】

【００１９】このように本実施例では変化させる電力を
０Ｗ、±１００Ｗ、±２００Ｗという段階的な値を用い
ているが、Ｔｆ(ti＋Δｔ)−Ｔｓに応じた連続値として
も勿論支障はないものである。また、供給可能な電力は
本実施例では０Ｗから１２００Ｗであり、従って０Ｗよ
り小さい値や１２００Ｗより大きな値はそれぞれ０Ｗ、
１２００Ｗとしてあつかうものである。

【００２０】ステップ３０８で計時手段１４が計時して
いる時間ｔがti+1以上であるかどうかをチェックし、チ
ェックの結果がＹＥＳであれば続いてステップ３０８
で、電力値Ｐｉとして前記Ｐ(ti+1)を採用する。次にス
テップ３１０に進んでストップであるかどうかをチェッ
クする。すなわち、使用者が加熱スイッチ１７をオフし
たかどうかをチェックしているものである。このチェッ
クの結果がＮＯである場合には、前記ステップ３０３か
らステップ３０９を繰り返して負荷５の温度Ｔｆ(ti＋
Δｔ)を予測し続けるものである。このとき本実施例で
は、１秒サイクルで負荷４の現在温度を予測するように
しているが、この時間は特に１秒に限定する必要はない
ものである。

【００２１】このとき本実施例では、予測手段１６とし
て図４に示しているニューラルネットワークを使用して
いるものである。このニューラルネットワークは一般的
な階層型の構成のもので、あらかじめ、入力値と出力値
との関係を学習させたものを用いている。学習させる教
師データは、使用する温度制御装置を実際に動作させて
測定を行ったものを使用している。つまり、温度測定手
段１１によって温度を間接的に測定し、電力は電力計を
用いて測定し、また温度計を用いて負荷４の温度を直接
測定しておいて、（測定温度、測定温度の１階微分値、
同２階微分値、電力、負荷温度）のデータの組を作製す
るものである。このデータの組を複数作成して、教師デ
ータとしてニューラルネットワークの学習を行うもので
ある。この学習方法は、一般的に用いられているバック
プロパゲーションを使用している。こうして学習済みの
ニューラルネットワークに（測定温度、測定温度の１階
微分値、２階微分値、電力）のデータを入力すると、ニ
ューラルネットワークはΔｔ秒後の負荷４の温度を出力
するものである。

【００２２】予測手段１６としてニューラルネットワー
クを使用した場合には、非線形な入出力の関係を容易に
学習させることができ、推論精度の高い予測手段を実現
できるものである。また、入力数が多い場合にも設計が
容易であるという利点を有している。

【００２３】以上のように本実施例によれば、予測した
負荷温度を基に加熱電力を制御することで負荷の温度制
御を高精度で行う温度制御装置を提供することができ
る。

【００２４】また、温度測定手段１１の測定温度、温度
測定手段１１の測定温度の１階微分値、温度測定手段１
１の測定温度の２階微分値、加熱電力から負荷温度を予
測する負荷温度予測手段８を備えた温度制御装置を提供
することができる。

【００２５】さらに、非線形な入出力関係を容易に実現
できるニューラルネットワークを用いることで、負荷温
度を高精度で予測することができる。

【００２６】また、負荷温度予測手段によって予測され
た温度と目標温度から電力を決定することで一定温度を
保つことができる。

【００２７】（実施例２）図５は第２の実施例である温
度制御装置を使用した誘導加熱調理器のブロック図であ
る。誘導加熱調理器の測定温度予測手段２８と第二の電
力決定手段２０以外はすべて第一の実施例と同一の動作
をするものである。測定温度予測手段２８は、温度測定
手段１１と、温度測定手段１１の温度情報を計時手段１
４の計時情報によって微分する微分手段１２と、回路の
消費電力を出力する電力値出力手段１５と、前記各入力
からΔｔ秒後の測定温度を予測する測定温度予測手段１
６とから成っている。この測定温度予測手段２８と前記
設定温度記憶手段９と電力決定手段２０とは、マイクロ
コンピュータによって実現している。

【００２８】以下、本実施例の動作について説明する。
雰囲気温度Ｔａをほぼ一定であると考えると、センサ部
の測定温度Ｔｓと、測定温度Ｔｓの微分値と発熱量つま
り加熱電力Ｐによって電力の影響が測定温度に現れたと
きの測定温度が定まる。従ってこれらのデータから、系
の遅れ時間後の測定温度を予測することが出来る。本実
施例では、以上のような理論に基づいて精度よく測定温
度を予測しているものである。もちろん、室温を入力に
加えて予測演算を行っても良い。

【００２９】図６は、第二の電力決定手段２０の動作で
ある電力決定プログラムを示すフローチャートである。
使用者が加熱スイッチ１７をオンして加熱を開始する
と、ステップ６０１で計時手段１４は時間ｔを０に初期
設定し、動作のためのカウンタtiにｔを代入する。次い
でステップ６０２で、電力値出力手段１５は電力値Ｐｉ
として初期値Ｐｓを設定する。続いてステップ６０３で
温度測定手段１１の温度データＴ(ti)を受け、ステップ
６０４・ステップ６０５でこの温度データＴ(ti)の微分
値Ｔ’(ti)を演算する。すなわち微分手段１２が動作す
る。ステップ６０６で、予測手段１６は入力値Ｔ(ti)、
Ｔ'(ti)とＰｉとからΔｔ秒後の測定温度Ｔi (ti＋Δ
ｔ)を予測する。次にステップ６０７でｔがΔｔ以上か
どうかを確認し、Ｎｏの場合はステップ６１０へジャン
プし、Ｙｅｓの場合はステップ６０８，ステップ６０９
を行う。すなわち、ステップ６０８，ステップ６０９は
最初の１サイクル目は行わない。ステップ６０８で電力
の決定を行う。すなわち、温度データＴ(ti)と１サイク
ル前に推定したＴi(ti)と設定温度記憶手段９に記憶し
ている設定温度Ｔｓに基づいて、第二の電力決定手段２
０に加熱コイル５に次の供給する電力Ｐ(ti+Δｔ)を決
定させる。

【００３０】本実施例ではこの電力を次の数２の基準に
従って決定している。

【００３１】

【数２】

【００３２】(1)はΔｔ秒前に予測していた温度よりも
実際の測定温度が著しく低い場合に相当する。これは、
Δｔ秒の間に新たな付加の追加により付加温度が著しく
下がっていることを意味する。従って、測定温度に関わ
りなくフルパワーを印加して付加温度を上昇させるもの
である。(2)のときの設定は第一の実施例と同一の方式
としており、供給可能な電力は本実施例では０Ｗから１
２００Ｗであり、従って０Ｗより小さい値や１２００Ｗ
より大きな値はそれぞれ０Ｗ、１２００Ｗとしてあつか
うものである。続いてステップ６０９で、電力値Ｐｉと
して前記Ｐ(ti)を採用する。ステップ６１０で計時手段
１４が計時している時間ｔがti＋Δｔ以上であるかどう
かをチェックし、チェックの結果がＹＥＳであれば次の
ステップに移る。

【００３３】次にステップ６１１に進んでストップであ
るかどうかをチェックする。すなわち、使用者が加熱ス
イッチ１７をオフしたかどうかをチェックしているもの
である。このチェックの結果がＮＯである場合には、前
記ステップ６０３からステップ６１０を繰り返して負荷
５の温度予測と電力値決定を続けるものである。

【００３４】以上のように、本実施例によれば、測定温
度予測手段によって予測された温度と、所定時間後に測
定された温度を比較することで負荷状態の変化に素早く
対応できるものである。

【００３５】

【発明の効果】以上にように、請求項１記載の発明によ
れば、負荷を加熱する加熱手段と、前記負荷の温度を測
定する温度測定手段と、前記温度測定手段の出力等に基
づいて所定時間後の前記負荷の温度を予測する負荷温度
予測手段と、前記負荷の状態設定に関する温度を記憶す
る設定温度記憶手段と、前記設定温度記憶手段及び負荷
温度予測手段の出力に応じて前記加熱手段に供給する電
力を決定する電力決定手段と、前記電力決定手段の出力
に応じて前記加熱手段に供給する電力を制御する制御手
段とを備えてなることにより、予測した負荷温度を基に
加熱電力を制御でき、負荷の温度制御を高精度で行う温
度制御装置を実現できるものである。

【００３６】また、請求項２記載の発明によれば、特
に、負荷温度予測手段が温度測定手段、前記温度測定手
段の出力を１階微分する微分手段、２階微分する２階微
分手段、及び使用した電力値を出力する電力値出力手段
の出力に応じて負荷温度を予測してなることにより、負
荷の正確な温度予測を行うことができる温度制御装置を
実現できるものである。

【００３７】また、請求項３記載の発明によれば、特
に、設定温度記憶手段が負荷の最適加熱に関する目標温
度を記憶してなることにより、負荷の正確な温度制御を
行うことができる温度制御装置を実現できるものであ
る。

【００３８】また、請求項４記載の発明によれば、特
に、設定温度記憶手段が負荷の温度を間接的に測定して
なることにより、予測した測定温度を基に加熱電力を制
御でき、負荷の状態変化に応じた温度制御を高精度で行
う温度制御装置を実現できるものである。

【００３９】また、請求項５記載の発明によれば、特
に、負荷温度予測手段が、温度測定手段、前記温度測定
手段の出力を１階微分する微分手段、使用した電力値を
出力する電力値出力手段の出力に応じて負荷温度を予測
してなることにより、正確な測定温度予測が行え、負荷
の状態変化に応じた温度制御を高精度で行う温度制御装
置を実現できるものである。

【００４０】また、請求項６記載の発明によれば、特
に、電力決定手段が温度測定手段の出力にも応じてなる
ことにより、負荷の状態変化に応じた電力制御により温
度制御を高精度で行う温度制御装置を実現できるもので
ある。

【００４１】また、請求項７記載の発明によれば、特
に、電力決定手段がニューラルネットワークにより演算
されてなることにより、温度予測の複雑な入出力関係を
容易に実現することができ、温度制御を高精度で行う温
度制御装置を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例である温度制御装置の構
成を示すブロック図

【図２】同、回路構成を示す回路図

【図３】同、負荷温度の予測と電力決定を示すフローチ
ャート

【図４】同、演算手段にニューラルネットワークを使用
した構成を示す説明図

【図５】本発明の第二の実施例である温度制御装置の構
成を示すブロック図

【図６】同、負荷温度の予測と電力決定を示すフローチ
ャート

【符号の説明】

３鍋４負荷５加熱コイル（加熱手段）６インバータ回路７制御手段８負荷温度予測手段９設定温度記憶手段１０電力決定手段１１温度測定手段１２微分手段１３２階微分手段１４計時手段１５電力値出力手段１６演算手段２０第二の電力決定手段２６第二の演算手段２８測定温度予測手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負荷を加熱する加熱手段と、前記負荷の
温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段の出
力等に基づいて所定時間後の前記負荷の温度を予測する
負荷温度予測手段と、前記負荷の状態設定に関する温度
を記憶する設定温度記憶手段と、前記設定温度記憶手段
及び負荷温度予測手段の出力に応じて前記加熱手段に供
給する電力を決定する電力決定手段と、前記電力決定手
段の出力に応じて前記加熱手段に供給する電力を制御す
る制御手段とを備えてなる温度制御装置。
【請求項２】負荷温度予測手段は、温度測定手段、前
記温度測定手段の出力を１階微分する微分手段、２階微
分する２階微分手段、及び使用した電力値を出力する電
力値出力手段の出力に応じて負荷温度を予測してなる請
求項１記載の温度制御装置。
【請求項３】設定温度記憶手段は、負荷の最適加熱に
関する目標温度を記憶してなる請求項１記載の温度制御
装置。
【請求項４】温度測定手段は、負荷の温度を間接的に
測定してなる請求項１記載の温度制御装置。
【請求項５】負荷温度予測手段は、温度測定手段、前
記温度測定手段の出力を１階微分する微分手段、使用し
た電力値を出力する電力値出力手段の出力に応じて負荷
温度を予測してなる請求項１記載の温度制御装置。
【請求項６】電力決定手段は、温度測定手段の出力に
も応じてなる請求項１記載の温度制御装置。
【請求項７】電力決定手段は、ニューラルネットワー
クにより演算されてなる請求項１記載の温度制御装置。