JPS6115578A - 燃焼制御装置におけるフアン・モ−タ制御方法 - 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】 ［１，産業上の利用分野］ 本発明は給湯器等の燃焼制御装置に関し、殊に要求され
る燃焼量に応じた量の空気を燃焼部に供給するためのフ
ァン・モータを最適制御するファン・モータ制御方法に
関する。

［１１，従来の技術］ 昨今の給湯器にあっては、供給される給水温及び給水量
、出湯する出湯温を各検出し、これらのデータに基いて
当該出湯温を使用者が臨む設定温に極力近づけるよう制
御する主制御装置を有するものが多くなってきた。

しかしこうしたものではまた、上記のようにその時々に
定められる要求燃焼量に応じて燃焼部に供給する空気の
量をも最適に制御しなければならない。そうでないと燃
焼効率を低下させるだけでなく、不完全燃焼を起こす虞
れがあるからである。

そこで従来からも１．この空気送給量最適制御のため、
当該空気を燃焼部へ強制送給するファン・モータの回転
を　ＰＩＤ制御（比例、微／／）、Ｊｈ／ＩＪ制御）す
るか、或いはファン・ダンパを用い、このタンパの角度
を調整する方法が提案されていた。

［ｍ０発明が解決しようとする問題点］しかし、」二記
した後者の方法、即ち機械的にダンパ角度を調整する方
法は制御系の制御モードを云々する以１１Ｊにその精度
自体に既に問題があり。

その時々の燃焼量に応じた最適空気ｊ７）を高い精度で
燃焼部へ供給することができず、燃焼効率を高く採るこ
とができなかった。

対してファン・モータの回転を制御する曲名の方法は、
考え方としては正しいが、そのＰＩＤ制御の形態に問題
があった。

即ち、従来のＰＩＤ制御によるファン・モー・夕制御で
は、演算の結果求めたその時々のファン。

モータ回転制御信号による設定回転数と：ｙ際のファン
・モータ回転数との間に偏差があるかないかだけが問題
なのであって、その偏差の大きさ、即ち偏差量には関心
が払われず、当該偏差早がどの程度であっても帰還制御
系における所ｉｉ１’！ゲイン定数等の補正係数は全偏
差範囲において一定とされていた。

そのため、当初の設計の段階でこのゲイン定数または補
正係数をファン・モータ回転偏差が小さい場合に合わせ
て設定すると、実効上で回転偏差が大きくなった場合に
制御系の応答時間が長くなるという欠点が生じ、逆に大
きな偏差に合わせて設定すると偏差が小さい時にハンチ
ング現象を起こす欠点があった。

本発明はこうした従来技術の問題点を解決すべく成され
たものであり、ファン・モータ設定回転数と実際の回転
数との偏差の大きさにも着目し、当該大きさの如何に応
じ、最適なゲイン定数乃至補正係数を採択するようにし
、もって制御系における制御可能な偏差の全範囲内にお
いて常にその時々で最短の制御系応答時間で、且つハン
チング等の不利を伴わないで正確なファン・モータの帰
還制御が行なえるように図ったものである。

［ＩＶ、問題点を解決するための手段］本発明では」−
２目的を達成するため、先づファン・モータの設定回転
数と実際の回転数との偏差の大きさを検出する。これを
偏差値検出一工程とすれば、これは例えば個別回路要素
で１−１゛えば差動増幅器の機能に対応する。

次に検出された偏差の大きさに応り、てそれがどの偏差
範囲に入るかを決定する。これを偏差範囲決定工程とす
ると、この機能は個別回路要素で言えば複数のアナログ
比較器アレイでＭｌむことができる。

その決定を為した後、複数の補庄係数乃金ゲイン定数の
中から、上記決定された偏差範囲に適当として予め定め
られている最適補１１係数を選択しく最適補正係数選択
工程）、ファン・−［−タ設定回転数データにこの選択
されだ捕＋Ｔ：係数に基く補！１冊を加え（１」標目転
数データ作成上程）、ファン・モータへ更新されたファ
ン・モータ回転制御信号としてこれを送出する。この機
能は例えば利（１１乃至重味引けの異なるアナログ増幅
器アレイと制ｅ１人力の如何により選択加算動作をする
加算器＝ｒ”　１．イイ−で゛実現できる。

［Ｖ、作　用〕 本発明においては、上記のように先づ偏差量検出工程に
おいて、ファン・モータの設定回転数と実際の回転数と
の偏差の大きさを求めることができる。即ちそうであっ
てほしい設定回転数と実際の回転数とのズレがどの程度
であるかを検出できる。

また、偏差範囲決定工程があり、且つ最適補正係数選択
工程があることから分かるように、本発明では予め偏差
範囲を幾つかに段階分けし、各偏差範囲に適した補正係
数を予め対応付けである。

例えば相対的に小さな偏差範囲に入る偏差量に対しては
補正係数を小さく、大きな偏差範囲に入る偏差量に対し
ては補正係数を比較的大きく、というように対応イ１け
である。

従って１−２偏差量検出工程で偏差量が検出されると、
その偏差量に適した補正を為すための最適な補正係数が
定められる。

勿論、この段階分けする偏差範囲の数、及びその各々に
対応した補正係数の種類数は任意設計的で、三段階、四
段階等々、自由に定めることができるか、段階数を増せ
ば経費も増すので、実際に製品化する場合には両者の天
秤が採られる。

いづれにしても、］二記構成により、本発明の場合はフ
ァン・モータ設定回転数と実際の回転数との間に偏差が
あった場合、単に偏差があるというだけで一義的な制御
が行なわれることはなく、その偏差の量に鑑み、偏差量
が小さい１１！「には補止係数も小さく、大きい時には
大きく、というようにその時々の偏差量に応した最適な
補■１−係数を採択できる。従ってｄジ定回転数データ
に５−λ−る補＋Ｅ　ｆｔ１ｔもその時々に応じて最適
な値に制御でさ、例んば偏差量が正負いづれの方向であ
るにしろ友きい時には補正埴も絶対量にて大きくして制
御系の応答を速めてやることができ、逆に偏差ＪＪが＋
Ｅ　、（’ｔいづれの方向にも僅かな場合には補正の絶
対ｌｄも小さくしてハンチング現象を未然に防ぐことが
Ｃきる。

［ＶＴ、実施例］ 本発明実施例の説明の前に、先づもって燃焼量決定に伴
う燃焼部制御等、既存のこの種給湯器における他の制御
態様及び装置概要も併せて説明するため、第３図を参照
する。

主制御装置１は、給水路中に設けである水量センサ６か
ら水量信号Ｓ６を受は取ると、使用者が望みの出湯温度
を指令する設定温信号Ｓｓ、給水路中に設けである給水
温センサ７からの給水温信号Ｓ７、そして出湯路中に設
けである実際の出湯温度を検出するための出湯温センサ
８からの出湯温信号Ｓ８の各信号を夫々取り込み、これ
らからガス・バーナ１の燃焼部３へ与えるべき燃焼量を
演算する。そして、その結果に応じ、ガス比例弁制御信
号Ｓ４をガス比例弁４に送って燃料ガス供給量を制御す
ると共に当該燃焼量に応じた空気送給量乃至ファン・モ
ータ設定回転数データに基き、ファン・モータ５ヘフア
ン・モータ回転量４Ｂ　信号Ｓ　ｃ　５を送出する。

ファン・モータ５からは実際の回転数を示すファン・モ
ータ回転数信号Ｓｒ５が主制御回路へフィード・パック
され、この信号の持つ回転数データと先の設定回転数デ
ータとの偏差に応じ、帰還制御が図られる。

また、上記において算出した燃焼！−がガス・バーナの
容量を越えている場合には、主制御回路ｌから水量バル
ブ制御信号ｓ９が出方され、これを受けた水量バルブ９
では出湯路を絞って出湯１１（を規制する。

」二記のような燃焼装置にあって、本発明は１４．述の
ようにファン・モータ帰還制御部り）の改良に係るもの
である。

本発明によるファン・モータ帰題制御部り、）を個別的
な回路要素群で実現した際の一回路構成例を示している
第１図に即し説明すると、七制御回路ｌからは上記のよ
うにその時々に演算、決定した燃焼量に応じた空気送給
量に対応するファン・モータ設定回転数データｅｓが送
られてくる。このデータはこの場合、電圧次元であり、
以ド、４１＋に断らない限り、他の信号１デ一タ群も電
圧次記を取る。

−１−制御回路ｌからのファン・モータ設＞ｉ、：回転
数データｅｓはファン・モータ回転偏差量検出のため、
差動増幅器６ｏの一人力に加えられる。

差動増幅器ＢＯの他入力には、ファン・モータ５に付し
た公知既存の適当な回転数検出センサがらの回転数対周
波数変換信号Ｓｒ５が周波数対電圧変換器乃至Ｆ／Ｖコ
ンバータ８ｏにて対応した電圧信号ｅ１１に変換されて
加えられる。即ちｅｍはファン・モータ回転数に対応し
た電圧である。

従って当該差動増幅器６ｏの出方には設定回転数データ
ｅｓとその時の実際のファン・モータ回転数データｅＩ
ｌとの偏差量（ｅｓ−ｅｍ）が検出されて現れる。

この偏差量信号（ｅｓ−ｅ＋ｗ）は先づ、どの偏差範囲
に入るかが決定される。この実施例では偏差範囲は絶対
値電圧範囲にして四段階に分かたれている。即ち、正負
いづれの方向にも同じ範囲とすれば、偏差量（ｅｓ−ｅ
ｍ）の絶対値１ｅｓ−ｅ＋ｗｌ　に関して次の四つの段
階乃至範囲に場合分けされ、正負を別に考えれば（ｅｓ
−ｅｍ）に関して七段階に分類される。

第−偏差範囲■・・・　ｖ３≦１ｅｓ−ｅｅｌ第二偏差
範囲■・・・　ｖ２≦１ｅｓ−ｅ脂ｌ＜Ｖ３゜第三偏差
範囲■・・・　ｖ１≦１ｅｓ−ｅ濡ｌ＜Ｖ２゜第四偏差
範囲■・・・　　　　１ｅｓ−ａ＋ｍｌ　＜Ｖｌ。

」１記においてＶｌ＜　Ｖ２＜　Ｖ３であるから、第四
段階■は最低偏差範囲段階、即ちファン・モータの実際
の回転数が最も設定回転殻に近い場合となり、第一段階
■が最も大きくズした最大偏差範囲となる。

この偏差範囲決定は、＃１から１１６までの比較器アレ
イ４１〜４６にて行なわれる。そしてこの実施例では偏
差量（ｅｓ−ｅｍ）を正負いづれであるかに応し各一対
の比較器４１，４２；４３，４４；４５，４Ｂによって
個別に監視している。

即ち、偏差量信号（ｅｓ−ｅｍ）は全ての比較器４１〜
４６の逆相入力乃至反転入力Ｏに与えられており、一方
、各範囲■〜■の臨界値を規定する電圧値ｖ１〜Ｖ３．
及び−ｖ１〜−ｖ３は、六つの比較器の正相入力乃至非
反転入力Φの一つ宛に割り振られ−Ｃいる。

そして、電圧値Ｖ３．−Ｖ３に関する婁１．！ｌ−１１
２の比較器４１．４２の出力は、肴１のエクスクルッシ
ブ・オア回路（ＥＸ、０Ｒ）３１で排他的論理和を採ら
れ、同様に電圧値Ｖ２．−Ｖ２に関する舅３と雲４の比
較器４３．４４は＃２のエクスクルッシブ・オア回路３
２で、電圧値Ｖ１．−Ｖｌに関する雲５と曾６の比較器
４５．４６は暮３のエクスクルッシプ・オア回路３３で
、夫々排他的論理和を採られるようになっている。

また、雲ｌエクスクルッシブ・オア回路３１の出カバ”
　ｌ　加３Ｉ器１１の制御端子Ｃに、雲２エクスクルッ
シブ・オア回路３２の出力は１加算器１２の制御端子Ｃ
に、そして１１３エクスクルツシプ・オア回路３３の出
力は１１３加算器１３の制御端子Ｃに、各接続されてお
り、一番小さな電圧値Ｖｌ、−Ｖｌに関するエクスクル
ッシブ・オア回路３３の出力は、インバータ９ｏを介し
て鍵４の加算器１４の制御端子Ｃにも接続されている。

各加算器は夫々被加算信号入力ｅｉｌと加算信号人力ｅ
ｉ２とを有し、則御端子Ｃにこの場合、論理“Ｌ“が与
えられると加算モードとなって両入力信りを加算し、出
力ｅｏにｅｏ＝ｅｉｌＩｅｉ２なる１〆Ｉの信号を出力
する。

しかし、制御端子Ｃに論理“Ｈ”°がりんられると被加
算信号入力の通過モードとなり−Ｃ，＆加算人力ｅｉｌ
がそのまま出力ｅｏに現れ、ｅｏ＝ｅｉｌ　となる。

一すｊ、差動増幅器６ｏの出方からの上記偏差量信り（
ｅｓ−ｅｍ）は、更にＩｌｌからｓ３までの増幅器アレ
イ２１〜２３に入力され、各増幅器２１〜２３には夫々
適当なゲインに１〜に３が定められているがｌう、１増
−１１器２１の出力にはＫｌ　（ｅｓ−ｅｍ）なる電圧
値ｔ）が、ｓ２増幅器２２の出力にはに２（ｅｓ−ｅｍ
）なる電圧信号が、そしてＩ＋３増幅器２３の出力には
に３（ｅｓ−ｅｍ）なる電圧信号が現れ、これらか上記
したｓｌから＋＋３までの加算器１１〜１３の加算信号
人力ｅｉ２に与えられる。

ここにおいて、この実施例では各１１９幅器に定められ
ているゲインに１〜に３が単独で、または選ばれた組合
せで、その時々に対応した補正係数を構成する。以下で
は補正係数は制御系のゲイン定数であるとして説明する
。

Ｌ記構成により、差動増幅器６ｏの出方に現れた偏差量
信号（ｅｓ−ｅｍ）が既述した偏差範囲■〜■のいづれ
の範囲に入っているかで、各比較器出力と各加算器制御
端子Ｃの論理値関係は下記第１表に示すようになる。

前掲の第１表が示すように、偏差！Ｉｆ：　ｊｅｒ、　
　Ｉ！Ｉｌｌがｖ３≦ｌ　ｅｓ　−ｅｍｌなる場合、即
ち第１表中、最上段と最下段に示すように偏差量１ｅｓ
−＋！ｍｌ　が＋Ｅ負に最大偏差にある場合には、ｔ１
加算器１１から鍵３加算器１３の制御入力端子Ｃの論理
は“Ｌ”となり、全て加算モード下に置かれる。

従って＃３加算器１３の出力ｅｏには、ｅｏ＝　ｅｓ＋
（ｅｓ−ｅｍ）（Ｋｌ＋に２＋に３）　　、、、、、、
（１）なる最大補正量に対応する補正のなされた回転数
データか現れる。

また、中庸の第二偏差量範囲■の場合には、＋１２加算
器１２とｔ３加算器１３とが加算モ・−１ド１′置かれ
、＃１加算器１１は被加算信号人力干−１゛どなるため
、＃３加算器１３の出力ｅｏは。

ｅｏ＝　ｅｓ＋（ｅｓ−ｅｒａ）（Ｋ２＋に３）、、、
、、、（２）となり、同様に第三偏差量範囲■の場僑に
は、Ｉ＋３加ｑ器１３のみが加算モードとなるため、そ
の出力ｅＯは、 ｅｏ＝　ｅｓ＋（ｅｓ−ｅｍ）　・Ｋ３　　　　　、、
、、、、（３）となる。

こうした第一から第三までの偏差量範囲にある場合には
、ｓ４加算器１４は非加算モード下にあり、従って１加
算器１３の出力ｅｏはこれまでの演算を行なうのに都合
の良い電圧範囲から実際にファン・モータを制御するの
に都合の良い電圧範囲の信号に変換するデータ変換器５
０を介した後、当該非加算モード下にある１１４加算器
１４を経て目標回転数データＳｔとなり、ファン・モー
タ駆動回路７０に送られ、当該駆動回路７０からファン
・モータ回転制御信号Ｓｃ５　として出力されてファン
−モータ５の回転を所定の回転数に制御する。

対して、偏差量１ｅｓ−ｅＩＩｔが第１表中、中央の段
に示すように最低偏差量範囲■にある場合には、Ｉｌｌ
からＩ＋３までの加算器１１〜１３は全て非加算モード
Ｆに置かれ、代わって＃３加算器１３の制御端　・子へ
の論理信号をインバータ９０で反転した論理信月をその
ＲＪＩｍ端子Ｃに受ける＃４加算器１４のみが加算動作
を行ない、 ｅｏ＝　ｅｓ＋（ｅｓ−ｅｍ）、、　　　　　　　、、
、、、、（４）なる目標回転数データＳｔをファン・モ
ータ駆動回路７０に与える。

このようにして、図示の回路系はファン・モータ設定回
転数データｅｓと実際のファン・モータ５の回転数デー
タｅｍとの間に偏差があった場合、その偏差の大きさに
応じて適当な一？ｌｌＩ　ｊ’ｌｈｋの補１１ミを掛け
ることができる。勿論、実際の各増幅器２１〜２３にゲ
えるゲインの具体的値に１〜に３は（Ｊ意設、目的事項
である。

また、偏差量範囲の数も設計的事項であり、第１図示構
成と同様の考え方で対処することができる。データ変換
器５０にしても、その設（Ｊる位置は第１（Δ中、矢印
Ａで示すように主ＭＩ御Ｉ１１路１からの設定回転数デ
ータｅｓを＋１１加算器１１の人力の前でｒ・め適当な
電圧値範囲に変換する部位に変更し、０ソ想線の線路Ｂ
で示すように６３加算７．ｑ　＋　３の出力なｎ４加ｑ
器１４の被加算信号人力ｅｉｌに的結しτも良ｌＪＶ＋ 第１　＋Ｎ中で仮想線の枠ｌＯで全体を囲）だ木光明り
、Ｚよる制御系１０１」、一般に主制御回路１と１７゛
（用いド・１ｌ−（いるマイク１ブ・コ〉・ヒっ一一一
夕な旅、川し−（も実現することができる。そのように
する場合は、第２図に示すようなフロー・チャートに沿
うことが考えられる。

この場合、大きく分けて三つのルーチン、即ちメイン・
ルーチン、ファン・モータ回転数取込ルーチン、ファン
・モータ回転制御ルーチンから成っており、マイクロ・
コンピュータは夫々のルーチンを時分割で処理する。

メイン・ルーチンでは、既述した水量と各温度情報群ど
から燃焼量を決定し、その燃焼量に応じたファン−モー
タの回転数を算出して（ＳＥＴＰＰＭ）なるラベルで表
されたレジスタにこれを格納する。

この動作を繰返し行ない、（ＳＥＴＰＰＭ）の内容を更
新して行く。

ファン・モータ回転数取込ルーチンは、ファン・モータ
の回転数を検出するセンサからの回転数信号パルスのｆ
ち１−かりまたは立ち下がりエラ羊を検出する度にラン
し、ラー゛ミル（ＦＭＣＮＴＲ）で示されるＬ／レジス
タ内容を“Ｉ、”づつインクリメントして行く。

ファン・モータ回転数制御ルーナノにおいては、上記（
ＦＭＣＮＴＲ）レジスタ内容をラベル（ＦＡＮＲＰＭ）
で示されるレジスタに転送した後、当該（ＦＭＣＮＴＲ
）レジスタ内容を“０パにする。これと共に、その時々
の設定回転数データを内蔵する上記（ＳＥＴＲＰＭ）レ
ジスタ内容と（ＦＡＮＰＰＭ）レジスタ内容との差分を
演算し、当該偏差量データをラベル（ＤＩＦＰＰＭ）で
示されるレジスタに格納する。

その結果として、この（ＤＩＦＲＰＭ）　Ｌ、ジンζり
の内容が０″である場合には、偏差が無いことをノｊ＼
すから、勿論、このルーチンは終了する。

が一方、（ＤＩＦＰＰＭ）レジスタの内容が°゛（）゛
以外の有意の値である場合には、その絶対イ〆１の如何
により場合分けを行ない（即ちどの偏Ｘ、範囲に入るか
を決定し）、ファン・モータ駆動回路への出力データ算
出方法を変える。

例えば（［）　ＩＦＰＰＭ）レジスタの内容がα″Ｊ：
り小さい微小偏差の場合には、前回の出力データに微少
補正を加えた上で出力する。

（ＤＩＦＲＰＭ）レジスタの内容が上記“６α゛′より
入きく“β゛より小さい場合には、（ＤＩＦＲＰＭ）レ
ジスタの内容に応じた値、例えば当該（口ＩＦＰＰＭ）
レジスタの内容を　１．５倍した値を補正データとし、
これを（ＧＯＩＩＰＥＮ）で示されるラベルのレジスタ
に記憶させる。

そして、加速制御の場合には（ＣＯＭＰＥＮ）レジスタ
の内容と（ＳＥＴＰＰＭ）レジスタの内容を加算して目
標回転数データとし、これをラベル（ＴＡＲＲＰＭ）で
示されるレジスタに記憶させ、一方、減速制御の場合に
は（ＳＥＴＲＰＭ）レジスタの内容から（ＣＯＭＰＥＮ
）レジスタの内容を減じて上記（ＴＡＲＲＰＭ）レジス
タに記憶させる。この際の加速制御であるか減速制御で
あるかの判断は（［ｌＩＦＰＰＭ）レジスタの内容の正
負極性による。

以上の動作を予め定めた場合分け、例えば、β≦ＩＤＩ
ＦＲＰＭＩ　＜γ０９０００．η≦ｌ［１ＩＦＲＰＩＩ
Ｉｌ　＜θ。

Ｉ　Ｄ　ＩＦＲＰＭＩ　≧θ　　　　　　　　、、、、
、、、、（５）において行ない、各（ＴＡＲＲＰＭ）を
求め、これをファン・モータ制御に都合の良い制御用電
圧データ（ＯＵＴＩＩＡＴ）に変換してファン・モータ
駆動回路に出力する。

［■０発明の効果］ 以上のように、本発明によればフーｒン・千〜・りの回
転数偏差の大きさの如何に応じて最適なｔｌｌの補正を
行なうことができるため、結局ＩＪ全偏差範囲において
良好なファン・モータ回転制御ができ、燃焼量に応じた
空気量を精度良く供給でき、燃焼効率を高め、有害な排
気ガス放出の虞れを回避できる。

また、偏差量に応じて制御系応盾のヴら１−かり、立ち
下りを最適に保ち得、従って追従性が良くなると共にハ
ンチングを極小にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための装置の−・例の回
路構成図、第２図は未発明方が１をノロー−チャートで
表現した実施例の説明図、第：３図は本発明を適用でき
る燃焼装置の概要の説明図、である。 図中、１は主制御回路、２は熱変換器、３はガス・八−
す等の燃焼部、４はガス比例弁、５はファン・モータ、
６は水量センサ、７は給水温センサ、８は出湯温センサ
、ｌＯは本発明方法を実施した装置における全体として
の制御回路系、１１〜１４は加算器、２１〜２３は増幅
器、３１〜３２はエクスクルッシブーオア回路、４１〜
４６は比較器、５０はデータ変換器、６０は差動増幅器
、７ｏはファン・モータ駆動回路、８０は周波数対電圧
変換器、９０はインバータ、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 燃焼量に応じた空気量を燃焼部へ送給するためのファン
   ・モータの回転数を帰還制御系により制御する燃焼制御
   装置におけるファン・モータ制御方法であって、 設定回転数と実際のファン・モータ回転数との偏差量を
   検出し； 該検出した偏差量がどの偏差範囲に入るかを決定し； 該決定した偏差範囲に対応して予め定めてある補正係数
   を選択し； 該選択された補正係数と上記設定回転数に基いて目標回
   転数データを算出し； 該算出された目標回転数データをファン・モータ回転制
   御信号としてファン・モータに供給することを特徴とす
   る燃焼制御装置におけるファン・モータ制御方法。