JPH0484208A - 燃焼制御装置 - 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） 本発明は、給湯器等において用いられる燃焼制御装置に
関する。

（従来の技術） 第６図はこの発明が対象とする燃焼制御装置を備える給
湯器の基本構成を示す。

図において、符号１は熱交換器であり、熱交換器ｌには
循環パイプ２が蛇行配備され、その循環パイプ２の入水
側には水量検出器３が設けられ、出湯側には出湯温度を
検出する温度検出手段としてのサーミスタ４が設けられ
ている。熱交換器１内の下部には一対の燃焼部としての
ガスノく−ナ５゜５が設けられており、このガスバーナ
５．５には外部からガス供給路６が接続されている。５
ａ５ａはガスバーナ点火器である。ガス供給路６には外
部側から主弁７、燃焼量制御弁８、補助弁９゜９が設け
られ、ガス供給路６は燃焼量制御弁８の後段で分岐して
補助弁９，９それぞれに至る。この給湯器では、補助弁
９，９を適宜選択開閉使用することにより、ガスバーナ
５，５を１個もしくは２個、給湯量に対応して選択使用
できるように構成されている。ｌＯはガスバーナ５．５
部分に燃焼用空気を供給するファンモータである。

１２は給湯器の運転制御部であり、操作指令があった際
に主弁７、補助弁９，９及び点火器５ａ５ａを適宜作動
させる作動信号を与え、また、水量検出“器３、サーミ
スタ４からの信号に基づいて、燃焼量制御弁８及びファ
ンモータ１０に作動制御信号を与えるように設けられて
いる。

第７図の制御系統図を参照して、上記給湯器の燃焼量の
制御動作例を説明する。

２０はフィードフォワード（ＦＦ）制御量出力部、２１
は比例積分（ＰＩ）制御量出力部であり、ともに上記運
転制御部１２に設けられている。フィードフォワード制
御量出力部２０は、水量検出器３からの水量データ（Ｃ
１分）と設定温度データ（Ｃ０）とに基づいてフィード
フォワード制御量Ｕｆ（Ｋｃａｌ／秒）を出力する。こ
れに対し、比例積分制御量出力部２１は、偏差算出手段
としての第１演算部２２で算出されるサーミスタ４から
の検出温度データ（０Ｃ）と設定温度データとの偏差ｅ
に基づいて比例積分制御量Ｕｐ　（Ｋｃａｌ／秒）を出
力する。そして、第２演算部２５で上記フィードフォワ
ード制御量と比例積算制御量とが加算されるとともに、
その加算値が電流値信号に変換され、燃焼量制御弁８に
与えられ、これにより熱交換器ｌでの燃焼が行われてい
る。

（発明が解決しようとする課題） 第８図は上記の制御動作に基づく制御弁８に与えられる
電流量の変化及びそれに対応する出湯温度の立ち上がり
例を示すもので、出湯温度はフィードフォワード制御の
みによる場合に比べてより正確に設定温度に整定される
が、比例制御を行う場合は整定するまでに長い時間Ｈを
要し、運転開始時や入力温度に大きな変動がある場合の
応答性が悪いという問題点があった。例えば、比例積分
制御に際して用いる定数を水量等に対応して変化させる
ことにより応答性を高めることも考えられるが、整定性
と応答性とをともに良好に維持するのは困難であった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであ
って、出湯温度の制御における整定性と応答性とが常時
ともに良好に維持される燃焼制御装置を提供することを
目的としている。

（課題を解決するための手段） このような目的を達成するために、請求項（１）の発明
では、燃焼制御装置を、熱交換器と、前記熱交換器の燃
焼部にガスを供給するガス供給路と、前記ガス供給路に
設けられる燃焼量制御弁と、前記熱交換器の出湯温度を
検出する温度検出手段と、設定温度と前記温度検出手段
から得られる検出温度との偏差を算出する偏差算出手段
と、前記偏差算出手段から得られる偏差を入力としファ
ジィ推論して燃焼のためのファジィ推論制御量を出力す
るファジィ推論手段と、前記偏差算出手段から得られる
偏差に基づく演算により燃焼のための比例制御量を出力
する比例制御量出力手段と、前記ファジィ推論制御量と
比例制御量とを、前記設定温度近辺においては比例制御
量を大きい割合で出力させ、前記設定温度遠域において
はファジィ推論制御量を大きい割合で出力させる出力割
合制御手段と、前記出力割合制御手段それぞれから得ら
れる制御量それぞれの加算制御量に基づいて前記燃焼量
制御弁を作動させる弁制御手段とからなる構成とした。

さらに、請求項（２）の発明では、前記出力割合制御手
段か、前記ファジィ推論手段がファジィ推論する際に用
いる偏差のＺＲ適合度に基づし）で出力割合を決定する
構成とした。

（作用） 請求項（１）の発明の構成によれば、設定温度近辺にお
いて大きい割合で出力される比例制御量と、設定温度遠
域において大きい割合で出力されるファジィ推論制御量
との加算制御量に基づいて燃焼量制御弁が作動されて熱
交換器の燃焼部の燃焼が行われる。

さらに、請求項（２）の発明の構成によれば、請求項（
１）の構成において、出力割合制御手段の出力割合決定
が、ファジィ推論する際に用いる偏差のＺＲ適合度に基
づいて行われる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

本発明の燃焼制御装置の基本構成は第６図に示す従来の
ものと同様であり、その説明については省略する。

本発明では、運転制御部１２において燃焼量制御弁８の
制御に際しての燃焼量を比例制御に加えてファジィ推論
制御により得る構成に特徴を有するもので、その構成に
ついて第１図の制御系統図を参照して説明する。なお、
運転制御部１２は実際はＣＰＵ、ＲＯＭＳＲＡＭ等から
なるマイクロコンピュータにより構成されるもので、そ
の動作はソフトウェア処理により行われ、運転制御部１
２は弁制御手段としても機能する。

本発明では、運転制御部１２において、フィードフォワ
ード制御量出力部２０と比例制御量出力手段としての比
例積分制御量出力部２１とに加えてさらにファジィ推論
手段としてのファジィ推論制御量出力部３０を設けると
ともに、このファジィ推論制御量出力部３０と比例積分
制御量出力部２１との後段それぞれに出力割合制御手段
としての有効割合出力部３３．３３を設けている。

ファジィ推論制御量出力部３０は、水量検出部３からの
水量データと第１演算部２２からの偏差とによりファジ
ィ推論制御量（Ｋｃａｌ／秒）を出力するように設けら
れている。有効割合出力部３３それぞれは、比例積算制
御量出力部２１とファジィ推論制御量出力部３０との出
力する制御量を、それぞれの合計がｒｌＪとなる割合そ
れぞれにおいて出力するもので、例えば比例積分制御量
出力を「α」とする場合、ファジィ推論制御量出力は「
ｌα」となる。上記「α」としては、後に説明する偏差
のＺＲ適合度を採用している。

運転制御部１２の燃焼制御動作を第２図のフローチャー
トを参照して説明する。

まず、水量検出器３からの水量データとサーミスタ４か
らの検出温度データとが与えられると（ステップｌ）、
検出温度と設定温度との偏差を算出する（ステップ２）
。そして、水量と設定温度によりフィードフォワード制
御量Ｕｆを（ステップ３）、偏差により比例積分制御量
Ｕｌ）を（ステップ４）、水量と偏差とによりファジィ
推論制御量Ｕｕを（ステップ５）それぞれ出力する。次
に、偏差のＺＲ適合度αを算出して（ステップ６）、そ
のαに基づく割合の比例積分制御量ＩＪｐと（ステップ
７）ファジィ推論制御量Ｕｕとをそれぞれ出力しくステ
ップ８）、フィードフォワード制御量にそれら比例積分
制御量とファジィ推論制御量とを加算するとともに、そ
の加算制御量から電流値を換算しくステップ９）、その
電流値信号を燃焼量制御弁８に出力して（ステップ１０
）、ステップｌに戻る。

上記のステップ１からステップ１０の動作が繰り返し行
われることにより、水量と出湯温度との変化に対応する
燃焼制御が行われ、出湯温度は設定温度に整定されてい
く。

次に上記のファジィ推論制御量出力部３０のファジィ推
論動作について説明を行う。

第３図はファジィルール例を示し、前件部変数の１つと
しての温度偏差ｅにはＮＬからＰＬの５つのラベルが設
定され、それら各ラベルは第４図（Ａ）に示すようなメ
ンバシップ関数を有している。もう１つの前件部変数と
しての水量ＱはＮＬからＰＳの４つのラベルが設定され
、それら各ラベルは第４図ＣＢ）に示すようなメンバシ
ップ関数を有している。

後件部変数としての燃焼量Ｋｃ　ａ　１はＮＬからＰＬ
の７つのラベルが設定され、それら各ラベルは第４図（
Ｃ）に示すようなメンパンツブ関数値を有している。

そして、例えば温度偏差と水量とか与えられると、対応
するルールにおいて各ラベル毎の前件部適合度が算出さ
れ、各ルール毎に最も小さい値が前件部適合度として選
択される（ＭＩＮ演算）。

今、例えば偏差として「＋３０°Ｃ」が、水量として「
１６Ｑ」が与えられると、偏差としてはラベルＺＲ，Ｐ
ＳＳＰＬにおいて適合度［０，５］　［１，０１［０，
７１それぞれが算出され、これに対し水量としてラベル
ＺＲ，ＰＳ、ＮＳにおいて適合度［１，０コ［１，０］
　［：　０．５］それぞれが算出される。そして、例え
ば、ルール［ｉｆ　　ｅ＝ＰＬ、（！＝ＮＳ　　ｔ　ｈ
　ｅ　ｎ　　Ｋｃ　ａ　（！＝ＰＬ］では、前件部適合
度は［０，７］　［０，５］のうち小さい［０，５］　
となる。

次に上記各ルールにおける前件部適合度それぞれが対応
するそれぞれの後件部変数ラベルのメンパンツブ関数値
に乗算され、それら乗算値の全てが加算されたものが前
件部適合度の合計値で除算される（　ＭＡＸ演算）こと
により制御量が算出される。例えば、上記のルール［ｉ
ｆ　　ｅ＝ＰＬ、Ｃ＝ＮＳ　　ｔｈｅｎ　　ＫｃａＱ＝
ＰＬ］においては、ＰＬラベルの後件部関数値［１，６
５０］に前件部適合度［０，５］を乗算し、同様に他の
ルールにおいても乗算を行い、それらの加算値を上記の
［０，５］等の前件部適合度合ての合計値で除算する。

このようにして得られたファジィ推論制御量は有効割合
出力部３３が規定する出力割合（１−α）において出力
され、この「α」としては上記したように偏差のＺＲ適
合度を採用している。例えば上記のように偏差が３０°
Ｃである場合にはαは［０，５］　となり、ファジィ推
論制御量は［ＩＯ，５＝０．５］　　の割合で出力され
、これに対して比例積分制御量も［０，５］の割合で出
力される。

このように有効割合出力部３３．３３それぞれを設けて
比例積分制御量とファジィ推論制御量とを偏差の割合に
より所定の割合で与えるのは、偏差が大きい設定温度か
ら離れた位置でファジィ推論制御の応答性が良く、偏差
が小さい設定温度に近い位置では比例積分制御の整定性
が良いので、それぞれの制御特性の長所をより有効に利
用するようにしたものである。

なお、上記のように「α」としてファジィ推論に用いら
れる偏差のＺＲ適合度を利用すれば、別個に「α」を得
る手間が省略される。

第５図は上記の制御動作に基づく制御弁８に与えられる
電流量の変化及びそれに対応する出湯温度の立ち上がり
例を示すもので、整定するまでの時間Ｈが短縮され、応
答性が向上した。

上記の実施例では比例制御量出力手段として比例積分制
御量出力部２１を用いる構成としたが、比例制御量出力
手段は、比例（Ｐ）制御のみを行うものでも、比例積分
微分（ＰＩＤ）制御を行うものでもよい。

（発明の効果） 以上説明したことから明らかなように、本発明によれば
、設定温度近辺においては主に整定特性に優れる比例制
御により制御が行われ、設定温度遠域においては主に応
答特性に優れるファジィ推論制御により制御が行われる
ので、これにより燃焼開始時や入力温度に大きな変動あ
る場合も良好な応答性が発揮されるようになり、その結
果、整定性と応答性とが常時ともに良好に維持される燃
焼制御装置が得られる。

さらに、出力割合制御手段の出力割合決定が、ファジィ
推論する際に用いる偏差のＺＲ適合度に基づいて行われ
る構成とされることにより、簡略な構成で迅速に動作が
行われる燃焼制御装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は本発明の実施例に係り、第１図は
本発明の実施例に係る制御系統図、第２図は動作説明に
供するフローチャート、第３図はファジィ推論に用いる
ルール図、第４図（Ａ）　（Ｂ）（Ｃ）の各図はファジ
ィ推論に用いるメンバーシップ関数を示す図、第５図は
制御動作に基づく制御弁に与えられる電流量の変化及び
それに対応する出湯温度の立ち上がり例を示すグラフ図
である。 第６図ないし第８図は従来例に係り、第６図は燃焼制御
装置を備える給湯器の基本構成を示す構成図、第７図は
制御系統図、第８図は制御動作に基づく制御弁に与えら
れる電流量の変化及びそれに対応する出湯温度の立ち上
がり例を示すグラフ図である。 ｌ・・・熱交換器、 ４・・・サーミスタ（温度検出手段）、５・・・ガスバ
ーナ（燃焼部）、 ６・・・ガス供給路、 １２・・・運転制御部（弁制御手段）、２１・・・比例
積分制御量出力部（比例制御量出力手段）、 ２２・・・第１演算部（偏差算出手段）、３０・・・フ
ァジィ推論制御量出力部（ファジィ推論手段）、 ３３・・・有効割合出力部（出力割合制御手段）。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱交換器（１）と、 前記熱交換器（１）の燃焼部（５）にガスを供給するガ
   ス供給路（６）と、 前記ガス供給路（６）に設けられる燃焼量制御弁（８）
   と、 前記熱交換器（１）の出湯温度を検出する温度検出手段
   （４）と、 設定温度と前記温度検出手段（４）から得られる検出温
   度との偏差を算出する偏差算出手段（２２）と、 前記偏差算出手段（２２）から得られる偏差を入力とし
   ファジィ推論して燃焼のためのファジィ推論制御量を出
   力するファジィ推論手段（３０）と、 前記偏差算出手段（２２）から得られる偏差に基づく演
   算により燃焼のための比例制御量を出力する比例制御量
   出力手段（２１）と、 前記ファジィ推論制御量と比例制御量とを、前記設定温
   度近辺においては比例制御量を大きい割合で出力させ、
   前記設定温度遠域においてはファジィ推論制御量を大き
   い割合で出力させる出力割合制御手段（３３）（３３）
   と、 前記出力割合制御手段（３３）（３３）それぞれから得
   られる制御量それぞれの加算制御量に基づいて前記燃焼
   量制御弁（８）を作動させる弁制御手段（１２）と、 からなる燃焼制御装置。
2. （２）前記出力割合制御手段（３３）（３３）が、前記
   ファジィ推論手段がファジィ推論する際に用いる偏差の
   ＺＲ適合度に基づいて出力割合を決定する請求項（１）
   の燃焼制御装置。