JP2855815B2 - 燃焼制御装置 - Google Patents

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料制御装置
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１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
のガスバーナ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。5a,5a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。10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5a,5a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（／分）と設
定温度データ（℃）とに基づいてフィードフォワード制
御量Uf（K cal/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
（℃）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（K cal/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較積算制御量と
が加算されるとともに、その加算値が電流信号に変換さ
れて燃焼量制御弁８に与えられ、これにより熱交換器１
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、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もと
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、本発明では、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部と、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燃焼量をファジ
ィ推論して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を入力とし比例積分制御量を出力
する比例積分制御量出力手段と、前記ファジィ推論手段
から得られる燃焼量と前記比例積分制御量出力手段から
得られる比例積分制御量とを、前記偏差に応じた所定の
割合で出力させる有効割合出力手段と、前記有効割合出
力手段の出力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。

（作用） 上記構成によれば、偏差算出手段から得られる設定温
度と検出温度との偏差を入力としてファジィ推論手段で
燃焼量がファジィ推論される一方、前記偏差を入力とし
て比例積分制御量出力手段から比例積分制御量が出力さ
れ、有効割合出力手段で燃焼量と比例制御制御とが偏差
に応じた所定の割合で出力され、それに基づいて燃焼量
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。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に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。

本発明においては、運転制御部12において燃焼制御弁
８の制御に際して燃焼量をファジィ推論する構成に特徴
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は実際にはCP
U、ROM、RAM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12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「１」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「１−α」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
１）、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Up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Upと（ステップ７）フ
ァジイ推論制御量Uuとをそれぞれ出力し（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（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１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（Ｂ）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KcalはNLからPLの７つのレ
ベルが設定され、それら各ラベルは第４図（Ｃ）に示す
ようなメンバシップ関数値を有している。

そして、例えば温度偏差と水量とが与えられると、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）。以下、例えば偏差として「＋3
0℃」が、水量として「16」が与えられると、偏差と
してはラベルZR、PS、PLにおいて適合度［0.5］［1.0］
［0.7］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］［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 then、Kcal＝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バシップ関数
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［if e
＝PL,＝NS then Kcal＝PL］においては、PLラベルの
後件部関数値［1.650］に前件部適合度［0.5］を乗算
し、同様にして他のルールにおいて同様に乗算を行い、
それらの加算値を上記［0.5］等の前件部適合度全ての
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℃であ
る場合にはαは［0.5］となり、ファジィ推論制御量は
［１−0.5＝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度合いに
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。

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、フィードフォワード制御量出力部
20を併用する構成としたが、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との出力のみにより制御す
る構成とすることもできる。

（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、ファジィ推論された燃焼量と比例積分制御量とを、
偏差に応じた所定の割合で出力し、それに基づいて燃焼
制御が行われるので、偏差が大きいときには、応答性の
良いファジィ推論制御の割合を大きく、偏差が小さいと
きには、整定性の良い比例積分制御の割合を大きくする
といったように、ファジィ推論制御と比例積分制御との
それぞれの制御特性の長所を有効に利用でき、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。

【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。 １……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）、 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）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項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
   ス供給部（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燃
   焼量をファジィ推論して出力するファジィ推論手段（3
   0）と、 前記偏差算出手段（22）から得られる偏差を入力とし比
   例積分制御量を出力する比例積分制御量出力手段（21）
   と、 前記ファジィ推論手段（30）から得られる燃焼量と前記
   比例積分制御量出力手段（21）から得られる比例積分制
   御量とを、前記偏差に応じた所定の割合で出力させる有
   効割合出力手段（33）と、 前記有効割合出力手段（33）の出力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。