JPS5860312A - 温度制御回路 - 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】 本発明は、制御ルージグインが比較的小さい比例制御系
においても、ステップ応答が良好な自動制御回路に関す
るものである。

比例制御系においては、制御ループゲインが大きい場合
には、ステーラグ応答が良好で制御遅れ時間が小さく問
題はないが、比例制御を“家庭用品等に適用する場合に
はコストの面から、制御ルージグインを大きく取ること
ができないため、その制御遅れが大きく、従来もっばら
ＯＮ　−ＯＦＦ制御が採用されていた。しかし、最適な
制御を行なうためには比例制御を行なうのが望ましく、
コストと性能との二律背反があった。

本発明の目的はこのような問題を解決するため、目標値
と検知量との間の偏差が一定値以上となった場合にはこ
れを保持して、制御量を偏差には無関係に最大の操作量
で制御し、検知量が目標値に到達した場合に上記保持を
解除して、比例制御に移るようにした自動制御回路を提
供することである。

次に、本発明の自動制御回路を実施例に基づいて説明す
る。第１図は、本発明の一実施例を示すプロレフ図であ
っぞ、１は検知用センサ２と設定部３を含むブリツノ回
路である。４はブリッジ回路の信号を増幅してアクチェ
ータ部５を駆動する増幅回路、６はブリッジ回路の出力
信号が比較部７に予め定められた値よシも大きくなった
場合、これを記憶する記憶回路、８は゛記憶回路の信号
によりアクチェータ部５の操作量を最大値に保持する保
持回路を示す。

次に、このように構成された自動制御回路の動作につい
て説明する。通常の比例制御時はブリッジ回路１の出力
、つまりセンサ２と設定部３の値との偏差を増幅回路で
増幅してアクチェータ部５を比例的に駆動する。アクチ
ェータ部５は、センサ２が一定になる方向、すなわちセ
ンサ２の信号が設定部３よシも大きい場合はセンサ２の
信号が小さくなる方向に、また反対にセンサ２の信号が
設定部より小さい場合はセンサ２の信号を大きくする方
向にアクチェータ部を動作させる。

一方、動作開始時や外乱等によシステップ的な変化が生
じてセンサ２の信号と設定部３の偏差が比較部７にあら
かじめ定められた値よシも大きい場合には、記憶回路６
がこれを記憶して保持回路８を駆動する。保持回路８は
増幅回路４ヘアクチ工−タ部５の駆動量をその最大値に
保持する信号を出す。このためブリッジ回路１の出力と
は無関係にアクチェータ部は一定状態を保持する。記憶
回路６はセンサ２の出力と設定値が等しくなった場合に
解除され通常の比例動作に戻る。このように偏差が大き
い場合に保持回路８がアクチェータ部５の最大駆動量に
保持されるため、センサ２の出力が設定値と等しくなる
までは最大操作量で駆動されるため、設定値に到達する
時間が短縮される。

次に、このように構成された自動制御回路をガスコンロ
に適用する場合を例に採ってより詳細に説明する。

第２図において、９は鍋でガスバーナ１０により加熱し
、鍋底に設けた温度センサ１１でその温度を検出し、こ
れが一定になるようにガス通路１２に設けたガス比例制
御弁１３を制御する。１４は温゛遊制御回路１５に設け
た温度設定ツマミである。

第３図、第４図は制御状態を示すタイムチャートで横軸
Ｔは時間、縦軸りは温度、Ｌはバーナ１０の燃焼量を示
す。また実線Ａは比例制御を行なった状態、破＠Ｂはバ
ーナ１０の最大燃焼量で、比例制御を行なわない場合の
特性を示す。

今、時間Ｔ。でバーナ１０に点火したとき、従来の比例
制御の場合はセンサ１１の温度が設定値よシ十分に低い
ため最大燃焼量Ｌ１でバーナ１０が燃焼する。しかし設
定温度に近づいた場合（時間Ｔ、）、比例制御弁１３が
絞られ始めてゆきＴ２において燃焼量が安定する。この
ときの温度上昇は第３図Ａに示すように、比例制御弁１
３が絞シ始められた時点から温度上昇率は小さくなり時
間Ｔ２で設定温度り、となる。また無制御の最大燃焼で
燃やした場合は第３図Ｂおよび第４図Ｂに示すように時
間Ｔ。

で燃焼量を絞ることがないため、時間Ｔ２′で求める温
度り、に達しさらに上昇してゆく。つまり制御をかける
ことにより立上り時間がＴ２−Ｔ２′だけ長くなってし
まったことが解る。

まだ時間Ｔ３で鍋内に材料を追加した場合、センサ１１
が温度低下を検出して燃焼量を増加する。

このために温度が上昇し、それに供ない燃焼量も低下し
て設定温度Ｄ１になった燃焼量で安定する（第３図、第
４図Ａ）。また無制御では材料追加と共に温度低下する
が燃焼量は変化せず再度温度上昇してゆく（第３図、第
４図Ｂ）。

以上のように、比例制御を行なうことは求める設定温度
に保つようにするためには非常に好ましいが、他方無制
御に比べて立上り時間が長くなるという欠点もある。し
かし、本発明の自動制御回路を適用することによシ、立
上シ時やセンサ温度が設定値よシも非常に低い場合には
第３図Ｂに示された特性で動作し、設定温度に達してか
らは第３図のＡに示される比例制御で動作するので、非
常に使い勝手が良好となる。

第５図は、本発明の自動制御回路の具体例を示す回路図
であって、１６は直流電源で、ガス元コ勢 ツク（図示せず）と連動する電源スィッチ１７により回
路に電源が接続される。センサー１には負特性感温抵抗
素子が使−用され、温度設定用可変抵抗器１４と抵抗１
８，１９，２０によシブリッツ回路１を構成している。

ブリッジ回路１の中点電位ａは抵抗２１を介して演算増
幅器２２の負入力端子に、ｂは正入力端子に接続されて
いる。演算増幅器２２は抵抗２１，２３と共に反転増幅
回路を構成しており、その出力は抵抗２４．２５を介し
てトランジスタ２６のペースに、トランジスタ２６のエ
ミッタは抵抗２３を介して演算増幅器２２の負入力端子
に、また抵抗２７を介して電源のマイナス端子側に各々
接続されている。またトランジスタ２６のコレクタは比
例制御弁１３の電磁コイルを介して電源のプラス端子側
に接続されている。ここで比例制御弁１３には、電磁コ
イルに流れる電流に応じてガス流量を連続的に調整でき
る電磁式ガス比例制御弁が使用されている。２８は比例
制御弁１３の電磁コイルの逆起電力吸収用のダイオード
であシ、２９はトランジスタ２６のペース抵抗である。

ここで比例制御弁１３に流れる電流値工は、となシ、セ
ンサ１１の温度が低い場合は、センサ１１の抵抗値が大
きいため電位ａは低くなる。このため上式から■は大き
２＜、また反対にセンサ１１の温度が高い場合は電位ａ
は高くなって、■は小さくなシ比例制御が実現される。

また電位ａは、演算増幅器３０の負入力端子に入力され
ておシ、正入力端子は抵抗３１．３２の分圧電位Ｃが入
力されていると共に、抵抗３３、ダイオード３４を介し
て出力端子に接続されている−また演算増幅器３０の出
力端子はダイオード３５を介して抵抗２４．２５の接続
点に接続されｈている。このため、演算増幅器３０は、
電圧比較器として動作すると共に、この電圧比較器の出
力が高出力のときに、すなわちダイオード・３４が逆バ
イアス状態となるときに、電位すと電位Ｃが等しくなる
ように設計されている。また電位Ｃは、この電圧比較器
３０の出力が低出力の場合に、抵抗３３、ダイオード３
４が抵抗３２と並列に接続され、電位Ｃが電位すよシも
大きくなることにより、第１図において示された比較器
７の予め定められた値を形成している。

通電初期はセンサ１１の温度が低く、電位ａが電位Ｃよ
りも小となって電圧比較器３０の出力は高出力となる。

この状態はそれぞれの電位ａ、＝ｂ＝Ｃとなったとき、
つまりセンサ１１が設定温度になった場合まで記憶され
る。このときには、前述したように比較器３０の出力が
高出力（電源のプラス電位とほぼ同等）となるため、ダ
イオード３５、抵抗２５を通してトランジスタ２６にペ
ース電流を供給されるので、増幅器２２の出力には無関
係に比例制御弁の電流工が最大電流に保持される。セン
サ１１が設定温度になり外ときに比較器３０は低出力と
なシ、ダイオード３５が逆バイアスされるため電流工は
増幅器２２の出力に応じた値となる◎ さらに制御途中で鍋９に材料を追加して温度が低下した
場合でも、温度低下が少なく電位ａ　）　ｃであれば比
較器３０は反転しないため通常の比例動作を行なう。ま
た温度低下が大きくて電位ａ＜ｃとなった場合は立上シ
時と同様に電流Ｉは最大値に保持される。第５図ではダ
イオード３５のカソードは抵抗２４．２５の中点に接続
されているが、これ以外に増幅器２２の正入力端子に接
続しても同様の作用を行なうことができる。

なお、この実施例においては、本発明の自動制御回路を
ガスコンロに適用した場合に例を採って説明したが、こ
れ以外に湯沸器やオープン等に応用も可能であり、また
熱源としてガス以外に電気ヒータ等も使用できる。さら
に温度制御以外に水量制御や圧力制御等の各種の物理量
の制御に応用できることは明らかである。

以上説明したように、本発明の自動制御回路は、制御ル
ープの制御ダインが小さい場合でも比例制御における初
期立上シ時あるいは偏差が大きい場合に設定値に致達す
るまでの時間遅れを小さくできるので、特に制御ダイン
の低いガスコンロやオーブン等の家庭製品の温間制御に
不用した場合に、でき上がシ時間の短縮をはかシ使い勝
手を向上させることができ、さらに設定温度までは強燃
焼で一気に加熱するため放熱が少なく、燃焼効率も向上
し省エネルギーとなる。

まだ、温度制御以外の各種物理量の比例制御にも幅広い
応用ができ、工業プロセスに適用しても有効な自動制御
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の自動制御回路の一実施例を示すブロッ
ク図、第２図は本発明をガスコンロに適用した場合の制
御システム図、第３図、第４図は従来の比例制御回路の
動作特性を示すタイチャート、第５図は第２図の制御シ
ステムを実現するための回路図である。 １・・・ブリッジ回路、２・・・センサ、３・・・設定
部、４・・・増幅回路、５・・・アクチェータ部、６・
・・記憶回路、７・・・比較部、８・・・保持回路、１
１・・・温度センサ、１５・・・比例式温度制御回路。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　センサと設定部を含むブリッジ回路と、前記
   ブリッジ回路の中点電位差を増幅する増幅回路と、前記
   増幅回路の出力によシ比例的に駆動さ°れるアクチェー
   タ部とから成る自動制御回路において、偏差信号が予め
   定められた値以上にある場合にはこれを記憶する記憶回
   路と、前記記憶回路の信号によシ前記センサの信号が前
   記設定部と等しくなるまで前記アクチェータ部の操作量
   を最大値に保持される保持回路とを有することを特徴と
   する自動制御回路。
2. （２）　　前記センサは温度センサで、操作量が発熱量
   であることを特徴とする特許請求の範囲の第（１）項の
   記載の自動制御回路。