JPH0439569A

JPH0439569A - ガス給湯器の湯温制御装置

Info

Publication number: JPH0439569A
Application number: JP14463790A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Miyamoto; 典弘宮本; Shinya Fujimoto; 伸哉藤本
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1992-02-10

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、ガス給湯器の出湯温度を自動制御する湯温制
御装置に関する。

［背景技術］ファジィ制御をガス量制御に応用した従来のガス給湯器
にあっては、出湯温度センサによって出湯温度を検出し
てフィードバックさせ、出湯温度と設定温度との温度偏
差に基づいてファジィ推論を行い、ファジィ出力によっ
てガス比例弁の開度を制御し、ガス量制御を行っていた
。

すなわち、第１１図に示すように、設定温度Ｔ、と出湯
温度Ｔｈの温度偏差ΔＴ＝　（’ｒ、−’ｒｈ）をファ
ジィ入力とし、これにファジィルールを適用してファジ
ィ推論を行い、ファジィ出力Ｆ（ΔＴ）を出力させ、水
量センサによって検出された水量Ｑをファジィ出力Ｆ（
ΔＴ）に掛けてガス比例弁の制御量（例えば、比例弁電
流）Ｗを制御している。つまり、比例係数をにとすれば
、ガス比例弁の制御量Ｗは、Ｗ＝Ｐ（ΔＴ〕　・　にＱで決められていた。

［発明が解決しようとする課題］従来例にあっては、上記のように温度偏差とガス比例弁
の制御量との関係については、ファジィ推論が応用され
ていたが、水量とガス比例弁の制御量との関係について
は、ファジィ推論は用いられていなかった。

しかしながら、流量によってガス給湯器の缶体特性（二
次遅れ無駄時間）が変化するので、従来の方式では、制
御量とフィードバック出湯温度とのバランスが崩れるこ
とがあった。例えば、出湯時の特性としては、第１２図
の曲線イのように出湯温度が速やかに設定温度まで上昇
するのが好ましい場合でも、低流量では、二次遅れ無駄
時間が大きくなるので、同図の曲線口のように収束時間
が遅くなって出湯温度の立ち上がりが悪くなったり、同
図の曲線ハのようにハンチングして出湯温度が不安定と
なったり、あるいは二次遅れ無駄時間が短くなると、同
図の曲線二のようにオーバシュートして出湯時に高温の
湯が吐出されたりすることがあり、出湯特性の点で問題
があった。

また、ガス給湯器の設定温度を変更した直後の過渡特性
についても同様な問題があった。

本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、ガス給湯器の出湯特性
及び設定温度変更時の過渡特性を改善することにある。

［課題を解決するための手段コ本発明に係るガス給湯器の湯温制御装置は、所望の出湯
温度を設定する設定器と、熱交換器に流入する水量を検
出する水量センサと、熱交換器を通過した出湯温度を検
出する出湯温度センサと、前記熱交換器を加熱するバー
ナーへのガス供給量を制御するガス比例弁と、前記設定
器と出湯温度センサとの出力信号より温度偏差を求める
偏差演算手段と、温度偏差信号と前記ガス比例弁へ出力
する操作量との関係をファジィルールとして記憶する制
御規則記憶手段と、前記水量センサの出力信号と前記ガ
ス比例弁へ出力する制御量との関係をファジィルールと
して記憶する制御規則記憶手段と、演算し求めた温度偏
差信号と水量センサの出力信号をもとに前記各制御規則
記憶手段のファジィルールを参照しファジィ推論処理を
行い前記ガス比例弁の操作量を決定する制御推論手段と
からなることを特徴としている。

［作用］本発明にあっては、出湯温度と設定温度との温度偏差を
求め、温度偏差とガス比例弁の操作量との関係について
ファジィ推論を行うことにより出湯温度の制御を行って
いるので、安定した給湯温度を得ることができる。

さらに、水量とガス比例弁の操作量との関係についても
ファジィ推論を行うことにより出湯温度の制御を行って
いるので、水量による缶体特性（二次遅れ無駄時間等）
の変化に応じてその時の水量に適合したガス比例弁の制
御量を決定することができ、最適な出湯特性もしくは過
渡特性を得ることができる。

［実施例］以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する。

第１図は、本発明の一実施例に係るガス給湯器の湯温制
御装置１を示す概略構成図である。同図において、２は
熱交換器、３は熱交換器２に流入する水量を検出する水
量センサ、４は熱交換器２を通過する湯の出湯温度を検
出するサーミスタ等の出湯温度センサである。また、５
は熱交換器２を加熱するバーナー、６はバーナー５への
ガス供給量を制御するガス比例弁、７は所望の出湯温度
を設定するためのリモコン等の設定器、８は出湯温度セ
ンサ４及び水量センサ３の検出出力及び設定器７の設定
値に基づいてガス比例弁６の開度を制御するコントロー
ラである。

第２図は、上記コントローラ８の概略を示すブロック図
であって、設定器７によって設定された設定温度Ｔ、と
出湯温度センサ４によって検出された出湯温度Ｔｈに基
づき、偏差演算部９で温度偏差ΔＴ＝　（Ｔ、−Ｔｈ）
を求め、この温度偏差ΔＴをファジィ入力としてファジ
ィ推論を行い、ファジイ出力Ｆ（ΔＴ）を得る。一方、
水量センサ３で検出された水量信号をファジィ入力とし
てファジィ推論を行い、ファジィ出力Ｇ　（Ｑ）を得る
。

ついで、制御推論手段１２では、両ファジィ出力Ｆ（Δ
Ｔ）、Ｇ　（Ｑ）を合成して出力し、ガス比例弁６の制
御量（開度、比例弁電流等）が、Ｗ＝Ｆ（ΔＴ）・Ｇ　
（Ｑ）となるようにガス比例弁６を制御する。

第３図は、第２図の構成の詳細を示すブロック図である
。同図において、９は偏差演算部であって、設定器７で
設定された設定温度Ｔ、と出湯温度センサ４で検出され
た出湯温度Ｔｈの温度偏差ΔＴ＝　（Ｔ、−Ｔｈ）を算
出する。

制御推論手段１２は、ファジィ推論部１３，１４と合成
処理部１５とからなっている。一方のファジィ推論部１
３は、ファジィルール記憶手段１０と、適合度演算部１
３ａと、重み付は演算部１３ｂと、重心演算部１３ｃと
からなっており、温・度偏差ΔＴとファジィルール記憶
手段１０のファジィルールとから推論を行い、Ｆ（ΔＴ
）の値を決定し、出力する。

ファジィルール記憶手段１ｏは、温度偏差ΔＴとＦ（Δ
Ｔ）との関係を制御変数を用いて記述したファジィルー
ルを記憶している。このファジィルールは、ＩＦＣ条件
部）〜ＴＨＥＮ　（出力部）形式で記述されており、例
えば、「もし、温度偏差ΔＴがΔＴｌ（１＝１．２．・
・・）くらいならば（条件部）、Ｆ（ΔＴ）をＦ＋＜ら
いにせよ（出力部）。」という形式で書かれる。「ΔＴ
１＜らい」、「Ｆｌ＜らい」という制御変数は、それぞ
れ第４図及び第５図に示すメンバーシップ関数μｍ（△
Ｔ）１μｍ（Ｆ）で定義される。ここで、ファジィルー
ル記憶手段１０は、ファジィルールの条件部（第４図）
を記憶する条件部記憶手段１０ａと、ファジィルールの
出力部（第５図）を記憶する出力部記憶手段１０ｂとか
らなっている。

適合度演算部１３ａは、偏差演算部９と条件部記憶手段
１０ａとから温度偏差ΔＴのファジィルールの条件部へ
の適合度Ｘを求める。重み付は演算部１３ｂは、求めた
適合度Ｘと出力部記憶手段１０ｂの出力信号とでファジ
ィルールの出力部に重み付けを行なう。また、重心演算
部１３ｃは、重み付は演算部１３ｂで重み付けされたフ
ァジィルールの出力部からＦ（ΔＴ）の値を重心演算で
求める。

他方のファジィ推論部１４は、ファジィルール記憶手段
１１と、適合度演算部１４ａと、重み付は演算部１４ｂ
と、重心演算部１４ｃとからなっており、水量Ｑとファ
ジィルール記憶手段１１のファジィルールとから推論を
行い、Ｃ３（Ｑ）の値を決定し、出力する。

このファジィルール記憶手段１１は、水量ＱとＧ　（Ｑ
）との関係を制御変数を用いて記述したファジィルール
を記憶している。このファジィルールも、例えば［もし
、水量ＱがＱ、（、＝１．２゜・・・）くらいならば、
Ｇ　（Ｑ）をＧ　ｒ　＜らいにせよ。」というＩＰ−Ｔ
ＨＥＮ形式で書かれ、「Ｑ、くらい」、「Ｇ、くらい」
という制御変数は、それぞれ第６図及び第７図に示すメ
ンバーシップ関数μ、（Ｑ）μ、（Ｇ）で定義される。

このファジィルール記憶手段１１も、条件部記憶手段１
１ａと出力部記憶手段１１ｂとからなっている。

また、適合度演算部１４ａは、水量Ｑと条件部記憶手段
１１ａとから水量Ｑのファジィルールの条件部への適合
度ｙを求める。重み付は演算部１４ｂは、ファジィルー
ルの出力部に重み付けを行なう。重心演算部１４ｃは、
Ｇ　（Ｑ）の値を重心演算で求める。

１５は合成処理部であって、２つのファジィ推論部１３
．１４から出力されるＦ（ΔＴ）とＧ（Ｑ）を合成し、
ガス比例弁６の制御量Ｗ＝Ｆ（△Ｔ）・Ｇ　（Ｑ）を出力する。

次に、本発明の構成の動作を説明する。

ガス給湯器のカラン等が開栓されると、水量センサ３で
検出された水量Ｑ。の検出信号がファジィ推論部１４に
入力される。適合度演算部１４ａは、入力されたＱｏの
値に基づき、条件部記憶手段１１ａの各メンバーシップ
関数μ、（Ｑ）から各適合度ｙｊを求める。例えば、第
６図の横軸上のＱｏに垂線を立てると、各メンバーシッ
プ関数μ、（Ｑ）と垂線の交点μ、（ＱＯ）が適合度ｙ
、になる。次に、求めた適合度ｙ、をもとに、重み付は
演算部１４ｂは、第７図に示す出力部記憶手段１１ｂの
各メンバーシップ関数μｊ（Ｇ）に重み付は演算を行い
、重み付けされた各関数ｙ、μ。

（Ｇ）を出力する。ついで、第８図に示すように、重心
演算部１４ｃは、重み付けされた関数ｙ４μ。

ＣＧ）を合成し、その重心におけるＧの値を求める。こ
れが、入力されたＱ。に対するＧ　（Ｑ）の値Ｇ（Ｑｏ
）となる。

上記のようにして求められる水量ＱとＧ　（Ｑ）の関係
を第９図に示す。第９図の曲線は、出湯時に出湯温度を
設定温度まで速やかに上昇させ、しかもオーバシュート
等が生じないよう速やかに設定温度に収束させ、水量Ｑ
に応じてガス比例弁の制御量を最適に決定させるための
Ｇ　（Ｑ）である。

言い換えると、Ｇ　（Ｑ）は、既に決定されている関係
Ｆ（ΔＴ）に対し、水量Ｑが変化しても第１２図の曲線
イのような良好な出湯特性が得られるように、Ｆ（ΔＴ
）に乗じる係数Ｇを水量Ｑの関数として実験的に求めた
ものであり、第６図及び第７図のファジィルールはこの
実験的に求められた関係Ｇ　（Ｑ）を再現するように決
められている。

なお、第９図のような曲線Ｇ　（Ｑ）は、第１０図に示
すように、適当な区間で分割し、各区間で直線によって
近似させることも可能である。しかし、ファジィ推論を
用いず、多数の直線で近似する方法では、Ｇ　（Ｑ）が
多くの変曲点を持つ場合には、多数の関数を記憶させて
おく必要があり、メモリ消費が大ぎくなる。また、関数
Ｇ　（Ｑ）を変更した場合には、初めから多数の直線関
数を定義し直す必要がある。これに対し、本発明のよう
にファジィ推論を利用すれば、メンバーシップ関数やフ
ァジィルールを書き換えるだけで、Ｇ（Ｑ）の変更に容
易に対応することができる。

一方、偏差演算部９は、カラン等の開栓と同時に、出湯
温度センサ４によって検出された出湯温度Ｔ、と設定温
度Ｔ、から温度偏差ΔＴ＝　（Ｔ。

Ｔ、）を求める。この後は、上記のごとく水量ＱからＧ
　（Ｑ）を出力したのと同様の手順により、その温度偏
差△Ｔに対応するＦ（ΔＴ）の値がファジィ推論部１３
によって出力される。

こうしてファジィ推論部１３及び１４からそれぞれＦ（
八Ｔ）とＧ　（Ｑ）が出力されると合成処理部１５で合
成され、その積Ｆ（ΔＴ）・Ｇ（Ｑ）が出力される。こ
の出力によってガス比例弁６の開度が制御され、水量に
応じた良好な出湯特性が実現される。

なお、上記実施例では、Ｆ（△Ｔ）とＧ　（Ｑ）との合
成は、積を用いたが、ガス給湯器の制御方式等によって
は、合成として和を用いることもある。例えば、温度の
フィードバック値Ｆ（△Ｔ）と水量のフィードフォワー
ド値Ｇ　（Ｑ）を合成して加え合わせ、Ｆ（ΔＴ）　十
〇　（Ｑ）として、流量フィードフォワード制御・温度
フィードバック制御併用方式とすることができる。

また、上記実施例では、出湯温度と設定温度の温度偏差
ΔＴのみからファジィ出力Ｆ（ΔＴ）を求めたが、さら
に、温度偏差ΔＴと出湯温度Ｔｈの単位時間当たりの変
化量ΔＴ、／Δｔとからファジィ出力Ｆ（ΔＴ、ΔＴｈ
／Δｔ）を求め、これによってガス比例弁の制御量Ｗを
求めてもよい。

［発明の効果コ本発明によれば、出湯温度をフィードバックさせてファ
ジィ制御しているので、連続的に給湯している場合には
、安定した給湯温度で出湯させることかできる。さらに
、ガス給湯器の流量による缶体特性の変化に合わせてガ
ス比例弁を制御させることができ、カラン等から出湯を
開始させた時の出湯特性を良好にでき、速やかに設定温
度の湯を給湯させることかできる。また、設定温度を変
更した時の過渡特性も良好にすることができるので、設
定温度を変更した場合には、速やかに変更された塩度の
湯を出湯させることができ、良好な使用感を実現できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るガス給湯器の温度制御
装置の全体構成を示す概略図、第２図は同上のコントロ
ーラの構成を示す概略ブロック図、第３図は同上のコン
トローラの詳細を示すブロック図、第４図及び第５図は
温度偏差に関するファジィルールを示す図、第６図及び
第７図は水量に関するファジィルールを示す図、第８図
は第７図のメンバーシップ関数に重み付けした関数を示
す図、第９図は水量Ｑとファジィ出力Ｇ（Ｑ〕との関係
を示す図、第１０図は比較例を説明する図、第１１図は
従来例の制御方式を説明するブロック図、第１２図は開
栓時の出湯特性を示す図である。２・・・熱交換器　　　　　３・・・水量センサ４・・
・出湯温度センサ　　５・・・バーナー６・・・ガス比
例弁　　　　７・・・設定器８・・・コントローラ　　
　９・・・偏差演算部１０．１１・・・ファジィルール
記憶手段１２・・・制御推論手段１３．１４・・・ファジィ推論部１５・・・合成処理部特許出願人　株式会社　ノーリツ代理人　弁理士　中　野　雅　房計画用爬

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所望の出湯温度を設定する設定器と、熱交換器に
流入する水量を検出する水量センサと、熱交換器を通過
した出湯温度を検出する出湯温度センサと、前記熱交換
器を加熱するバーナーへのガス供給量を制御するガス比
例弁と、前記設定器と出湯温度センサとの出力信号より
温度偏差を求める偏差演算手段と、温度偏差信号と前記
ガス比例弁へ出力する操作量との関係をファジィルール
として記憶する制御規則記憶手段と、前記水量センサの
出力信号と前記ガス比例弁へ出力する操作量との関係を
ファジィルールとして記憶する制御規則記憶手段と、演
算し求めた温度偏差信号と水量センサの出力信号をもと
に前記各制御規則記憶手段のファジィルールを参照して
ファジィ推論処理を行い前記ガス比例弁の制御量を決定
する制御推論手段とからなるガス給湯器の湯温制御装置
。