(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発装置、コンプレッサ、凝縮装置及び膨張装置を備え、
これら全ては閉じた冷却回路の状態に接続され、
当該閉じた冷却回路を通って冷却剤が循環し、
液体の冷却剤を前記凝縮装置内に有し、
前記凝縮装置内の冷却剤の液体レベルを測定して測定信号を与えるセンサを備え、
前記膨張装置は、冷却剤が制御信号に応答して前記膨張装置を通って流れるとき冷却剤の流れに適用する制限の程度を選択的に変えることができ、
前記測定信号を選択された間隔でサンプリングし、前記のサンプリングされた信号をファジイ論理アルゴリズムに適用し且つ当該サンプリングされた測定信号を、気体の冷却剤が前記蒸発装置へ流れるのを最小にし又は排除するよう設計されたプログラム可能な所定の要領で印加するマイクロプロセッサ制御装置を備える、
冷却システム。
【請求項２】
前記センサは前記凝縮装置内の冷却剤の液体レベルを測定する請求項１記載の冷却システム。
【請求項３】
前記膨張装置は多位置弁を含む請求項２記載の冷却システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記凝縮装置内の液体レベルを予め選択された設定点レベルへ駆動するため前記弁に開及び閉の方向に周期的にパルスを付与する制御信号を発生する請求項３記載の冷却システム。
【請求項５】
蒸発装置、コンプレッサ、凝縮装置及び膨張装置を備え、
これら全ては閉じた冷却回路の状態に接続され、
当該閉じた冷却回路を通って冷却剤が循環し、
液体の冷却剤を前記凝縮装置内に有し、
前記凝縮装置内の液体の冷却剤を測定して測定信号を与えるセンサを備え、
前記膨張装置は、前記蒸発装置と前記凝縮装置との間に位置され、且つ制御信号に応答して前記凝縮装置と前記蒸発装置との間の冷却剤の流れに適用する制限の程度を選択的に変えることができ、
測定信号を前記センサから受け取り且つ制御信号を発生することにより、前記凝縮装置から前記蒸発装置への冷却剤の流れを制御するマイクロプロセッサ制御装置を備え、
前記制御装置は、プログラム可能なファジイ論理メンバーシップ関数を有するファジイ論理アルゴリズムを用いて、気体の冷却剤の前記蒸発装置への流れを最小にし又は排除する
冷却システム。
【請求項６】
前記センサは、前記凝縮装置内の冷却剤の液体レベルを測定する液体レベル・センサである請求項５に記載の冷却システム。
【請求項７】
前記液体レベル・センサは静電容量型液体レベル・センサである請求項６に記載の冷却システム。
【請求項８】
前記膨張装置は、前記制御信号に従って開閉する多位置弁を含む請求項５に記載の冷却システム。
【請求項９】
前記マイクロプロセッサは、前記凝縮装置内の冷却剤の液体レベルを予め選択された設定点レベルに駆動するため前記弁を選択的に開閉する制御信号を発生する請求項８記載の冷却システム。
【請求項１０】
蒸発装置、コンプレッサ、凝縮装置及び膨張装置を備え、
これら全ては閉じた冷却回路の状態に接続され、
当該閉じた冷却回路を通って冷却剤が循環し、
液体の冷却剤を前記凝縮装置内に有し、
前記凝縮装置内の冷却剤の液体レベルを測定して測定信号を与えるセンサを備え、
前記膨張装置は、前記蒸発装置と前記凝縮装置との間に位置され、且つ制御信号に応答して前記凝縮装置と前記蒸発装置との間の冷却剤の流れに適用する制限の程度を選択的に変えることができ、
前記膨張装置は、前記制御信号に従って開閉する多位置弁を含み、
測定信号を前記センサから受け取り且つ前記制御信号を発生することにより、前記凝縮装置から前記蒸発装置への冷却剤の流れを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、ファジイ論理アルゴリズムを用いて、気体の冷却剤の前記蒸発装置への流れを最小にし又は排除し、
前記制御装置は、前記凝縮装置内の液体レベルを予め選択された設定点レベルへ駆動するため前記弁を選択的に開閉する制御信号を発生するマイクロプロセッサを含み、
前記マイクロプロセッサは、前記凝縮装置の中で測定された液体の冷却剤のレベルが前記予め選択された設定点レベルより高いとき、前記弁の前の位置に対して前記弁を開ける冷却システム。
【請求項１１】
蒸発装置、コンプレッサ、凝縮装置及び膨張装置を備え、
これら全ては閉じた冷却回路の状態に接続され、
当該閉じた冷却回路を通って冷却剤が循環し、
液体の冷却剤を前記凝縮装置内に有し、
前記凝縮装置内の冷却剤の液体レベルを測定して測定信号を与えるセンサを備え、
前記膨張装置は、前記蒸発装置と前記凝縮装置との間に位置され、且つ制御信号に応答して前記凝縮装置と前記蒸発装置との間の冷却剤の流れに適用する制限の程度を選択的に変えることができ、
前記膨張装置は、前記制御信号に従って開閉する多位置弁を含み、
測定信号を前記センサから受け取り且つ前記制御信号を発生することにより、前記凝縮装置から前記蒸発装置への冷却剤の流れを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、ファジイ論理アルゴリズムを用いて、気体の冷却剤の前記蒸発装置への流れを最小にし又は排除し、
前記制御装置は、前記凝縮装置内の冷却剤の液体レベルを予め選択された設定点レベルへ駆動するため前記弁を選択的に開閉する制御信号を発生するマイクロプロセッサを含み、
前記マイクロプロセッサは、前記凝縮装置の中で測定された液体の冷却剤のレベルが前記予め選択された設定点レベルより低いとき、前記弁の前の位置に対して前記弁を閉じる冷却システム。
【請求項１２】
前記弁が膨張装置として作用する請求項９記載の冷却システム。
【請求項１３】
前記マイクロプロセッサは、前記液体レベル・センサにより測定された液体レベルを周期的にサンプリングし、
各サンプリング期間の間、前記マイクロプロセッサはファジイ論理アルゴリズムを実行する
請求項９記載の冷却システム。
【請求項１４】
前記マイクロプロセッサは、液体の冷却剤の前記の測定されたレベルと前記予め選択された設定点レベルとの差に等しいレベル誤差値を計算し、且つ当該レベル誤差値をファジイ論理アルゴリズムに適用する請求項１３記載の冷却システム。
【請求項１５】
蒸発装置、コンプレッサ、凝縮装置及び膨張装置を備え、
これら全ては閉じた冷却回路の状態に接続され、
当該閉じた冷却回路を通って冷却剤が循環し、
液体の冷却剤を前記凝縮装置内に有し、
前記凝縮装置内の冷却剤の液体レベルを測定して測定信号を与えるセンサを備え、
前記膨張装置は、前記蒸発装置と前記凝縮装置との間に位置され、且つ制御信号に応答して前記凝縮装置と前記蒸発装置との間の冷却剤の流れに適用する制限の程度を選択的に変えることができ、
前記膨張装置は、前記制御信号に従って開閉する多位置弁を含み、
測定信号を前記センサから受け取り且つ前記制御信号を発生することにより、前記凝縮装置から前記蒸発装置への冷却剤の流れを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、ファジイ論理アルゴリズムを用いて、気体の冷却剤の前記蒸発装置への流れを最小にし又は排除し、
前記制御装置は、前記凝縮装置内の冷却剤の液体レベルを予め選択された設定点レベルへ駆動するため前記弁を選択的に開閉する制御信号を発生するマイクロプロセッサを含み、
前記マイクロプロセッサは、前記液体レベル・センサにより測定された液体レベルを周期的にサンプリングし、
各サンプリング期間の間、前記マイクロプロセッサは、ファジイ論理アルゴリズムを実行し、液体の冷却剤の前記の測定されたレベルと前記予め選択された設定点レベルとの差に等しいレベル誤差値を計算し、且つ当該レベル誤差値をファジイ論理アルゴリズムに適用し、
前記マイクロプロセッサは、前のサンプリング期間中に測定された冷却剤のレベルから現在のサンプリング期間中に測定された冷却剤のレベルを引き算することにより冷却剤のレベル変化率を計算し、且つこのレベル変化率をファジイ論理アルゴリズムに適用する冷却システム。
【請求項１６】
前記マイクロプロセッサは、ファジイ論理アルゴリズムを用いて、予め選択された重みを各計算に割当てることにより冷却剤のレベル変化率及びレベル誤差値と関連したメンバーシップ（負、ゼロ、又は正）の程度を個々に決定する請求項１５記載の冷却システム。
【請求項１７】
前記マイクロプロセッサは、ファジイ論理アルゴリズムを用いて、前記弁の開閉のためのメンバーシップの計算された程度に基づいて規則を評価する請求項１１記載の冷却システム。
【請求項１８】
蒸発装置、コンプレッサ、凝縮装置及び膨張装置を備え、
これら全ては閉じた冷却回路の状態に接続され、
当該閉じた冷却回路を通って冷却剤が循環し、
液体の冷却剤を前記凝縮装置内に有し、
前記凝縮装置内の冷却剤の液体レベルを測定して測定信号を与えるセンサを備え、
前記膨張装置は、前記蒸発装置と前記凝縮装置との間に位置され、且つ制御信号に応答して前記凝縮装置と前記蒸発装置との間の冷却剤の流れに適用する制限の程度を選択的に変えることができ、
前記膨張装置は、前記制御信号に従って開閉し且つ膨張装置として作用する多位置弁を含み、
測定信号を前記センサから受け取り且つ前記制御信号を発生することにより、前記凝縮装置から前記蒸発装置への冷却剤の流れを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、ファジイ論理アルゴリズムを用いて、気体の冷却剤の前記蒸発装置への流れを最小にし又は排除し、
前記制御装置は、前記凝縮装置内の冷却剤の液体レベルを予め選択された設定点レベルへ駆動するため前記弁を選択的に開閉する制御信号を発生するマイクロプロセッサを含み、
前記マイクロプロセッサは、ファジイ論理アルゴリズムを用いて、ファジイ最小／最大方法を適用し、当該方法は、最初に最小ファジー推論を実行し、次いで最大ファジー推論が続いて、開閉の寄与を生じる
冷却システム。
【請求項１９】
蒸発装置、コンプレッサ、凝縮装置及び膨張装置を備え、
これら全ては閉じた冷却回路の状態に接続され、
当該閉じた冷却回路を通って冷却剤が循環し、
液体の冷却剤を前記凝縮装置内に有し、
前記凝縮装置内の冷却剤の液体レベルを測定して測定信号を与えるセンサを備え、
前記膨張装置は、前記蒸発装置と前記凝縮装置との間に位置され、且つ制御信号に応答して前記凝縮装置と前記蒸発装置との間の冷却剤の流れに適用する制限の程度を選択的に変えることができ、
測定信号を前記センサから受け取り且つ制御信号を発生することにより、前記凝縮装置から前記蒸発装置への冷却剤の流れを制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、ファジイ論理アルゴリズムを用いて、気体の冷却剤の前記蒸発装置への流れを最小にし又は排除し、
前記ファジイ論理アルゴリズムは、所与の時間に前記センサにより検出された液体の冷却剤の入力変数値と、所与の時間での当該値の、検出のより早い時間に対する変化率とを入力変数として用いる
冷却システム。
【請求項２０】
非対称メンバーシップ関数がメンバーシップの程度を決定する請求項１６記載の冷却システム。
【発明の詳細な説明】
本発明の背景
本発明は、発明の名称が「ファジイ論理液体レベル制御装置」で１９９６年４月１２日に出願された米国仮り出願Ｎｏ．６０／０１５，３４７に基づいており、当該出願は本明細書に援用されている。
Ａ．本発明の分野
本発明は、一般に機械式冷却の液体冷却機に関する。詳細には、本発明は、機械式冷却の液体冷却機に使用され、気体が凝縮装置から逃げるのを阻止するため凝縮装置の液体の冷却剤のレベルを制御するファジイ論理液体レベル制御装置に関する。
Ｂ．従来技術の記載
冷却剤の液体が、通常機械式冷却の液体冷却機に用いられている。最適で且つ効率的な動作を達成するためそのような冷却剤の流れを制御することが望ましい。
少なくとも一部の従来システムは、冷却剤のレベルを測定するため液体表面センサを用いてきた。出願人の知る限りでは、誰も、液体センサと、検知された値を可変入力として利用するファジイ論理とを用いることにより冷却剤の冷却システムの中を流れる冷却剤の流れのレベルを正確に且つ最適に制御していない。
本発明の概要
本発明の一致したシステム及び方法は、蒸発装置、凝縮装置及び（弁のような）膨張装置を有し、これらの装置の全ては閉じた冷却回路の状態に接続されている冷却システムを含む。既知のように、冷却剤は、当該システムの中を通って流れ、たいてい凝縮装置及び蒸発装置の中に蓄積する。本発明において、液体レベル・センサは、凝縮装置の中に位置され、液体の冷却剤のレベルを測定する。膨張装置又は膨張室は、蒸発装置と凝縮装置との間に位置され、該膨張装置の中に位置された可変流量弁を含む。そのような弁の一つは、弁と関連した又は弁の一部として組み込まれたモータ、ソレノイドあるいは類似のアクチュエータにより順次ステップで選択的に開けられ又は閉じられることができるバタフライ弁である。弁は、アクチュエータを介してマイクロプロセッサにより制御され、該マイクロプロセッサは、１つ又は複数の出力信号を液体レベル・センサから受け取り、弁の位置を制御して冷却剤に与えられる制限を変えることにより該冷却剤の流れを制御する。マイクロプロセッサは、凝縮装置の中の検知された液体レベル及びその変化率に従って動作するファジイ論理アルゴリズムを用いて弁の所望の位置を決定するのが好ましい。
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明の双方は例示及び説明のためだけのものであり、請求された本発明を制限するものではないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
本明細書に組み込まれ本明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の１つの実施形態を図示し、明細書の記載と共に本発明の原理を説明するのに役立つものである。
図面において、
図１は、機械式冷却の液体冷却機の全体システム図である。
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、液体のレベルの誤差（検知されたレベルと所定の最適レベルとの差）と液体レベル変化率との双方を入力として有するファジイ論理アルゴリズムのメンバーシップ関数の例を示すグラフである。
図３は、本発明に従ったファジイ論理真理値表の例である。
図４は、本発明の特定の例に従ったファジイ論理真理値表を示す。
図５Ａから図５Ｅは、本発明の実施形態に従ってマイクロプロセッサにより実行される動作を図示するフローチャートである。
好適な実施形態の説明
本発明は遠心型冷却機システム用の制御装置として開発された。本発明が他の用途を有し得ることが認められるであろう。
ここで、本発明の現在好適な実施形態が詳細に言及され、その例が添付図面に図示されている。可能なときは常に、同じ参照番号が同じ構成要素を言及するため図面を通して用いられている。
本発明の液体レベル制御システムが、冷却システムに適用した形で図１に図示されている。この冷却システムは、凝縮装置１００、蒸発装置１１０、遠心型気体コンプレッサ１２０、弁１４０を含む膨張装置又は膨張室１３０を含み、これらの装置の全ては通常の閉じた冷却回路の状態に接続されている。制限装置は、バタフライ弁のような多位置弁であることが好ましく、当該多位置弁は流れに対する抵抗を変え、従って冷却剤の流れを変えることができる。作られたそのようなバタフライ弁が容易に入手可能であり、一例としてはＮｏｒｒｉｓｅａｌにより作られ且つ市販されているＤ−２００バタフライ弁である。弁制御器１５０は、マイクロプロセッサ１６０のような制御装置から受け取られた信号に基づいて（その前の位置に対して）弁１４０を開閉する。弁制御器は、既知であり入手可能なモータ、ソレノイド、あるいは類似のアクチュエータでよい。そのようなアクチュエータの一例はＢａｒｂｅｒ  ＣｏｌｍａｍのＭＰ−４８１又は４８７ダンパー・アクチュエータであり、それは、パルス（所与の時間期間印加された受け入れ可能なＡＣ信号）が存在する限り回転する容易に入手可能なモータである。ＤＣ信号のような他のタイプのパルスも、用いられるアクチュエータのタイプと両立する限り適用し得る。本発明の好適な実施形態において、マイクロプロセッサは、アクチュエータにより受け取られたパルスに正比例して該アクチュエータを開閉させるパルスの形式で信号を送る。代替形態においては、弁が受け取られた信号に比例的に開閉するとすれば、他の信号及びアクチュエータを用いることができる。
冷却センサ１７０を用いて、凝縮装置内の液体の冷却剤の量を検出する。該センサは、凝縮装置１００内に配置された液体レベル・センサであることが好ましい。該センサは信号をマイクロプロセッサ１６０に出力する。条件にあったセンサの例は、Ｈａｎｓｅｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより作られ市販されているＳＨＰ及びＳＶＰレベル・トランスジューサ・プローブである。そのようなセンサは冷却剤溜めに、この場合凝縮装置の中に直接挿入され、冷却剤のレベルの連続的で正確な測定を与える。そのようなセンサは静電容量型レベル・トランスジューサである。電気を蓄積する潜在力は液体の冷却剤にとって蒸気のそれよりはるかに大きいので、静電容量は冷却剤の液体レベルにほぼ比例して変化する。
動作において、冷却剤のガスは、コンプレッサ１２０で圧縮され、凝縮装置１００に供給され、そこにおいて冷却剤のガスは冷却塔（図示せず）からの水１８０のような冷却媒体に曝され、液体の冷却剤に凝縮される。液体の冷却剤は、その圧力を蒸発装置１１０の圧力へ低減するため膨張装置又は膨張室１３０に通される。冷却剤は膨張室１３０を介して蒸発装置１１０へ行く経路の中を通るとき冷却剤は膨張する。冷却剤が蒸発装置１１０の中を流れるとき、建物の空調設備からの循環水１９０は、冷却剤との熱交換関係に入ることにより冷却される。冷却剤は、蒸発され、コンプレッサ１２０の吸込み口に戻される。このようにして、水は、蒸発装置１１０の中で建物中の空冷ユニットを通る循環のため冷却される。冷却の要求又は負荷の変化に応答して建物の冷却量を変えるため、コンプレッサ１２０の容量が既知のように制御される。
障害物のようなレストリクタ（restrictor）１３０、１４０を通る液体又は気体の流れは、障害物から上流及び下流の圧力と、障害物の幾何学的形状に起因する流れに対する抵抗の大きさとに依存する。従って、膨張装置を通る液体の冷却剤の流れは、凝縮装置１００及び蒸発装置１１０の中の圧力と、弁１４０の幾何学的形状及び位置取りとに依存する。弁の位置取りを調整することにより、液体の冷却剤の流れに対する抵抗の大きさは変わる。制御システムは、膨張室１３０の中の流体の流れに対する抵抗が全く排除されないならば蒸発装置への気体の冷却剤の流れを最小にするため必要とされる抵抗に整合するよう弁１４０を位置決めする。開示された実施形態において、これは、凝縮装置の中の液体の冷却剤のレベルを所定の設定点レベルに保とうとする要領で弁を制御することにより達成される。マイクロプロセッサ１６０は、２つの潜在的で相対的な出力信号、即ち開と閉を与え、好ましくはファジイ論理アルゴリズムの出力に従って、弁アクチュエータ１５０を駆動する。いずれの所与の時間間隔で、マイクロプロセッサの出力は、弁をその前の位置に対して所与の量を開き、またその前の位置に対して所与の量を閉じ、あるいは変えないままにする。以下で説明されるように、マイクロプロセッサは、この決定を、検知された液体レベル及び当該液体レベルの変化率に基づき、好ましくはファジイ論理アルゴリズムに従って行う。
液体レベル・センサ１７０は、凝縮装置１００の中の液体の冷却剤のレベルを測定する。該センサは静電容量型レベル・トランスジューサであることが好ましい。好適なプローブは、液体の冷却剤により分離されている２つの電極を含む。液体の冷却剤は、プローブの静電容量を液体の冷却剤のレベルにほぼ比例して変化させる。プローブは、検出された液体のレベルを表す電圧を出力する。マイクロプロセッサ１６０は、センサの出力を用いて、液体の冷却剤のレベルと、液体のレベル誤差（液体の実際のレベルと予め選択された最適なレベルとの間の差）と、液体のレベル変化率とを決定することができる。
弁１４０が閉じ過ぎる場合、凝縮装置１００の中の液体は蒸発装置の不足（evaporator starvation）の可能性を生成するのを確立し、そして弁１４０が開き過ぎる場合、凝縮装置１００の中の液体の冷却剤のレベルは気体を蒸発装置１１０へバイパスさせることにより落ちる。気体のバイパスが生じるとき、コンプレッサ１２０は、気体の流れをサポートするためより多くの仕事を実行し且つ加熱しなければならない。これは、冷却器の動作効率全体を低減する。従って、マイクロプロセッサ１６０は、理想的な液体のレベル設定点によりプログラムされる。
マイクロプロセッサ１６０は、弁１４０を制御するためファジイ論理アルゴリズムを記憶して用いる。このアルゴリズムは、理想的な液体のレベル設定点を得る所望により弁をより開けるか、又はより閉じるか、あるいは同じにしておくかを決定する。適正なレベル設定点は、冷却器の設計の関数であり、気体の冷却剤が蒸発装置にバイパスするの阻止するよう選択される。所与の冷却器に対して、冷却剤の適正なレベルは、実際の実験的観察及び冷却器の試験により最良に決定されることができる。気体のバイパスが生じるとき、コンプレッサはこの気体の流れをサポートするよう作動しなければならない。しかしながら、追加の冷却容量は得られない。これは、冷却器の全体の動作効率を低減する。弁は、気体がバイパスするのを阻止するよう位置され、制御器の液体レベル設定点を維持することにより達成されるとき、冷却器の動作効率は最適にされる。
ファジイ論理アルゴリズムは、予めプログラムされた間隔でセンサ１７０により測定された液体の実際のレベルを周期的にサンプリングすることにより弁の所望の位置を制御する。例えば、プログラム可能な間隔は１秒から５秒までの範囲であり得る。センサ１７０の出力をサンプリングし、且つ検知された値を、予め選択された理想的なレベル、並びにこの検知されたパラメータの１つ又は複数の前に記憶されたサンプルと比較することにより、マイクロプロセッサは、液体のレベル誤差値（ｌｖｌ＿ｅｒｒｏｒ）とその変化率（ｌｖｌ＿ｒａｔｅ）とを既知のコンピュータ技術に従って計算することができる。ファジイ論理アルゴリズムの最終的ゴールは、液体のレベル誤差をゼロに近付け、そのため気体の冷却剤が蒸発装置の液体不足なしに蒸発装置へ殆ど又は全く流れなくし、且つ冷却器の動作効率が最適にされるようにすることである。各サンプル間隔中、マイクロプロセッサ１６０のファジイ論理アルゴリズムは、ゼロと１００の間の重みを各入力に割当てることにより、各入力（液体のレベル誤差、及びその変化率）と関連した負、正及びゼロのメンバーシップの程度（または度合い）を決定する。次いで、ファジイ論理アルゴリズムは、制御システムにより取られる作動の適切なコースにメンバーシップの程度を組み合わせる幾つかの「ｉｆ  ｔｈｅｎ（〜ならば、従って〜）」規則を評価する。
ファジイ論理アルゴリズムは、液体のレベル誤差と液体のレベル誤差の変化率との双方を可変入力として利用する。好適な実施形態において、３つのメンバーシップ関数がこれらの２つの入力の各々に対して定義される。各メンバーシップ関数は、所与の入力がゼロ、又は正あるいは負である等級を線形方法で決定する。例えば、図２（ａ）に見られるように、２０％に等しい液体のレベル誤差は５０％の正、５０％のゼロ、及び０％の負のメンバーシップを生じる。同様に、図２（ｂ）に見られるように、サンプル当たり−１５％に等しいレベル誤差率は、６０％の負、４０％のゼロ、及び０％の正のメンバーシップ関数を生じる。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるメンバーシップ関数は、ゼロに関して対称でなく、等しい大きさの入力を考慮するとき正の値に対するメンバーシップの程度と同じ、負の値に対するメンバーシップの程度を表さない。一般に、メンバーシップ関数は対称であってもなくてもよい。これらのメンバーシップ関数は、独立にプログラム可能であり、マイクロプロセッサ１６０において変えられ得る。こうして、レベル誤差及びレベル誤差率の双方の感度は、システム制御を最適化するよう所望されるように、対称及び非対称の双方で修正され得て、大きさにおいてより低い値はより高い感度を生じ、より高い値はより低い感度を生じる。一実施形態において、弁が蒸発装置を始動するのを避けるためより迅速に開き、一方設定点をオーバーシュートするのを防止するためより緩速に閉じる要領で弁を制御するよう、メンバーシップ関数が選定される。当該制御を同調する柔軟性を有するためプログラム可能なメンバーシップ関数を有することは好ましい。次いで、ユーザは、ファジイ論理アルゴリズムにより適用されるメンバーシップ関数を変えることができる。本発明のゴールは、実行可能な程度まで、そのような流れを許容可能なレベルに最小化することにある。
図３に示される表は、マイクロプロセッサ１６０が本発明の実施形態に従ってファジイ論理規則を評価する仕方を図示するファジイ論理真理値表を示す。該表に示されるように、∈Ｎ、∈Ｚ及び∈Ｐはそれぞれ負、ゼロ及び正のレベル誤差を表し、ｄ∈Ｎ、ｄ∈Ｚ及びｄ∈Ｐはそれぞれ負、ゼロ及び正のレベル誤差率を表す。規則組合わせ（rule combination）（∈Ｎ，ｄ∈Ｎ）、（∈Ｚ，ｄ∈Ｎ）及び（∈Ｎ，ｄ∈Ｚ）は、凝縮装置１００の中の液体レベルを増大するため弁１４０にパルスを付与して閉じる（pulse closed）のに寄与（contribute）し、これに対して規則組合わせ（∈Ｐ，ｄ∈Ｚ）、（∈Ｐ，ｄ∈Ｐ）及び（∈Ｚ，ｄ∈Ｐ）は、凝縮装置１００の中の液体レベルを低減するため弁１４０にパルスを付与して開ける（pulse open）のに寄与する。残りの３つの規則組合わせは、それらが何ら動作をもたらさないので評価されない。従って、６個の規則組合わせの全体は、ファジイ推論最小／最大方法を利用して評価される。この方法は、最小「ファジイＡＮＤ」を推論することが６個の規則組合わせの各々に対して実施されることを意味する。次いで、「ファジイＯＲ」を推論することが実施され、そこにおいて弁アクチュエータの閉の寄与（contribution）をもたらす３つの規則組合わせに対して、並びに弁アクチュエータの開の寄与をもたらす３つの規則組合わせに対して、最大値が見つけられ、こうして結果として生じる開及び閉の値を表す２つの最大値を結果として得る。
結果として生じる２つの最大値は単一の出力判断の中へ組み込まれる必要があり、即ち、それら２つの最大値は「非ファジイ化される（de-fuzzified）」必要がある。非ファジイ化（de-fuzzification）の重心方法は、この用途に対して必要とされるより多くの計算上集中的であるので、単集合アプローチを用いるのが好ましい。単集合アプローチにおいては、弁アクチュエータ閉の寄与最大値を弁アクチュエータ開の寄与最大値から引き算することにより、単一の出力判断を見つける。結果として生じる値がゼロより小さい場合、弁アクチュエータ出力信号は、弁を閉じるためサンプリング間隔の１百分率に等しい時間にわたりパルス・オンにされる。結果として生じる値が正である場合、弁アクチュエータ開信号は、弁を開けるためサンプリング間隔の１百分率に等しい時間にわたりパルス・オンされる。パルス及び時間間隔は、弁及びアクチュエータを含むシステムの流れの様相の経験的な証拠に基づいて選定される。最終的に、これらの値は、本発明が適用される冷却器の実際の経験的な動作及び試験により最良に決定される。計算された結果として生じた値は、だいたい−１００（サンプリング間隔に等しい弁アクチュエータ閉のパルス幅）から１００（サンプリング間隔に等しい弁アクチュエータ開のパルス幅）までの範囲にあり得る。開パルス及び閉パルスの双方は決して同時にオンされない。
本発明のファジイ推論は更に以下の例により明快にされるが、該例は本発明の純粋に例示であることを意図し、図４に示される真理値表に示される。この表に見られるように、∈Ｚ（５０）に割当てられたメンバーシップの程度は、最小ファジイ推論、即ちファジイＡＮＤルーチンを実行することによりｄ∈Ｎ（６０）に割当てられたメンバーシップの程度と組み合わされる。ファジイＡＮＤルーチンは、５０の最小値が第１の閉の寄与Ｃ１に割当てられていることを結果として生じる。同じファジイＡＮＤルーチンが、第２及び第３の閉の寄与Ｃ２及びＣ３に適用され、各々に対して０の値を得、並びに第１、第２及び第３の開の寄与Ｏ１、Ｏ２及びＯ３を得る。最小ファジイ推論の後に最大ファジイ推論が実行され、即ちファジイＯＲルーチンがＣ１、Ｃ２及びＣ３に、又はＭＡＸ（５０，０，０）に適用され、それは５０の最大値が組み合わされたアクチュエータ閉の寄与として割当てられることを生じる。同じ最大ファジイ推論は、開の項Ｏ１、Ｏ２及びＯ３、又はＭＡＸ（４０，０，０）に適用され、それは４０の最大値が組み合わされたアクチュエータ閉の寄与として割当てられることを生じる。
ファジイ論理ルーチンの次のステップは、単一の出力判断が存在するように結果として生じた閉及び開の寄与を組み合わせ、又は「非ファジイ化する（de-fuzzify）」。非ファジイ化の重心方法はファジイ論理の技術において周知であるが、この方法を用いて単一の出力を達成し得る。しかしながら、重心方法は現在の用途に対して必要とされるより多く計算上集中的であるので、単集合アプローチを用いるのが好ましい。ファジイ論理技術において周知のように、単集合アプローチは、閉の寄与（５０）を開の寄与（４０）から引き算して、その結果値−１０を得る。この値がゼロより小さい場合、弁アクチュエータ閉の出力信号は、サンプリング期間の１０パーセントに等しい時間にわたりパルス・オンされる。サンプリング期間が４秒である場合、閉信号は０．４秒間パルス・オンされる。
前述したファジイ論理ルーチンを実行するためマイクロプロセッサ１６０により実行されるステップが、図５Ａから図５Ｅのフローチャートに示されている。マイクロプロセッサ１６０内のサイクル・タイマが満了したとき、ファジイ論理ルーチンが始まる（ステップ５００）。サイクル・タイマＣＹＣＬＥ＿ＴＭＲは、次のサンプル・サイクルをトリガするためタイマを再スタートするため、マイクロプロセッサ内にセットされたレベル期間変数ＬＥＶＥＬ＿ＰＥＲＩＯＤと等しくセットされる（ステップ５０１）。レベル誤差ＥＲＲＯＲが、所望の液体レベル百分率ＬＥＶＥＬ＿ＳＥＴＰ（これは２０％と８０％との間でプログラム可能である。）を測定されたレベルＬＥＶＥＬ＿ＣＯＮＶ（これはレベル・センサ１７０からの入力に基づき５％から１００％の間である。）から引き算することにより得られる（ステップ５０１）。最後のタイミング・サイクルにおける液体の冷却剤のレベルＬＥＶＥＬ＿ＬＡＳＴがゼロに等しい場合（ステップ５０２）、最後のサイクルのレベルは、現在のサイクルの測定された実際のレベルにセットされる（ステップ５０３）。これは、システムが休止状態にいずれの時間期間あった後の最初の時間にファジイ論理ルーチンを再入した場合、誤った率の計算が発生するのを防止するためなされる。
液体レベル誤差ＲＡＴＥは、最後のサイクル中に測定された液体レベルの値を現在のサイクル中に測定された液体レベルから引き算することにより計算される（ステップ５０４）。しかしながら、本発明はまた、検知されたレベルの導関数を入力として用いるシステムを企図する。従って、最後の液体レベルに対する変数は、ファジイ論理ルーチンの次のサイクル中に使用のため、現在の測定された液体レベルに等しくセットされる（ステップ５０４）。
ルーチンは、次に、レベルＥＲＲＯＲが±３パーセントの間に又はそれに等しいか否かを決定する（ステップ５０５）。レベルＥＲＲＯＲがこの範囲内にある場合、レベルＥＲＲＯＲはゼロに等しくセットされ（ステップ５０６）、さもなければルーチンは、レベル率ＲＡＴＥが±１パーセントの間にあるか否かを決定する（ステップ５０７）。そうである場合、誤差率はゼロに等しくセットされる（ステップ５０８）。さもなければ、ルーチンは、該誤差値を、１０％〜５０％に独立にプログラム可能である変数ＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮ＿ＬＩＭ＿ＣＬＯＳＥと比較する（ステップ５０９）。該誤差が変数ＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮ＿ＬＩＭ＿ＣＬＯＳＥ以下である場合、ルーチンは、負のレベル誤差（∈Ｎ）ＥＲＲＯＲ＿ＮＥＧを１００にセットし、且つゼロ・レベル誤差（∈Ｚ）ＥＲＲＯＲ＿ＺＥＲ及び正のレベル誤差（∈Ｐ）ＥＲＲＯＲ＿ＰＯＳをゼロにセットし（ステップ５１０）、そしてサブルーチンＢに入る。さもなければ、ルーチンはサブルーチンＡに入る。
図５Ｂに示されるように、サブルーチンＡは、レベルＥＲＲＯＲがゼロより小さい、即ち負であるか否かを決定することにより始まる（ステップ５１１）。レベルＥＲＲＯＲが負である場合、該ルーチンは、レベル誤差ＥＲＲＯＲ＿ＮＥＧを、−（１００−ＥＲＲＯＲ）を変数ＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮ＿ＬＩＭ＿ＣＬＯＳＥで除したものに等しくセットし、そしてレベル誤差ＥＲＲＯＲ＿ＺＥＲを（１００−ＥＲＲＯＲ＿ＮＥＧ）にセットし、更にレベル誤差ＥＲＲＯＲ＿ＰＯＳをゼロに等しくセットする（ステップ５１２）。ステップ５１１におけるＥＲＲＯＲがゼロ以上であることが分かった場合、ルーチンは、ＥＲＲＯＲ値を、ＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮ＿ＬＩＭ＿ＯＰＥＮ、即ち１０％と５０％との間で独立にプログラム可能である変数と比較する（ステップ５１３）。ルーチンは、ＥＲＲＯＲがＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮ＿ＬＩＭ＿ＯＰＥＮより大きいとき誤差レベルＥＲＲＯＲ＿ＮＥＧ及びＥＲＲＯＲ＿ＺＥＲをゼロに、且つＥＲＲＯＲ＿ＰＯＳを１００にセットする（ステップ５１４）。さもなければ、ルーチンは、ＥＲＲＯＲ＿ＮＥＧをゼロに等しくセットし、そしてＥＲＲＯＲ＿ＰＯＳを、（１００−ＥＲＲＯＲ）をＰＲＯＰＯＲＴＩＯＮ＿ＬＩＭ＿ＯＰＥＮで除したものに等しくセットし、更にＥＲＲＯＲ＿ＺＥＲを（１００−ＥＲＲＯＲ＿ＰＯＳ）にセットする（ステップ５１５）。
次いで、レベル誤差率のメンバーシップの程度を決定するため、サブルーチンＢに入る。該ルーチンは、レベル誤差率ＲＡＴＥがＲＡＴＥ＿ＬＩＭ＿ＣＬＯＳＥ、即ち１０％と５０％との間にプログラム可能である変数より小さいかを決定し（ステップ５１６）、そして、そうである場合、誤差率ＲＡＴＥ＿ＮＥＧが１００にセットされ、且つＲＡＴＥ＿ＺＥＲ及びＲＡＴＥ＿ＰＯＳがゼロのメンバーシップにセットされる（ステップ５１７）。さもなければ、ルーチンは、レベル誤差ＲＡＴＥがゼロより小さい、即ち負であるかを決定する（ステップ５１８）。レベル誤差ＲＡＴＥが負である場合、ルーチンは、レベル誤差率ＲＡＴＥ＿ＮＥＧを、−（１００−ＲＡＴＥ）を変数ＲＡＴＥ＿ＬＩＭ＿ＣＬＯＳＥで除したものにセットし、そしてレベル誤差率ＲＡＴＥ＿ＺＥＲを（１００−ＲＡＴＥ＿ＮＥＧ）にセットし、更にレベル誤差率ＲＡＴＥ＿ＰＯＳをゼロにセットする（ステップ５１９）。ステップ５１８におけるＲＡＴＥがゼロ以上であることが分かった場合、ルーチンは、ＲＡＴＥ値をＲＡＴＥ＿ＬＩＭ＿ＯＰＥＮ、即ち１０％と５０％との間に独立にプログラム可能である変数と比較する（ステップ５２０）。ルーチンは、ＲＡＴＥがＲＡＴＥ＿ＬＩＭ＿ＯＰＥＮより大きいとき、率レベルＲＡＴＥ＿ＮＥＧ及びＲＡＴＥ＿ＺＥＲをゼロに且つＲＡＴＥ＿ＰＯＳを１００にセットする（ステップ５２１）。さもなければ、ルーチンは、ＲＡＴＥ＿ＮＥＧをゼロにセットし、そしてＲＡＴＥ＿ＰＯＳを、（１００−ＲＡＴＥ）をＲＡＴＥ＿ＬＩＭ＿ＯＰＥＮで除したものに等しくセットし、更にＲＡＴＥ＿ＺＥＲを（１００−ＲＡＴＥ＿ＰＯＳ）にセットする（ステップ５２２）。
図５Ｃ、即ちサブルーチンＣは、前述した最小ファジイ弁閉の推論技術を表す。ここで、負のレベル誤差率ＲＡＴＥ＿ＮＥＧが負のレベル誤差ＥＲＲＯＲ＿ＮＥＧ以下であるかが決定される（ステップ５２３）。そうである場合、弁閉の寄与ＣＬＯＳＥは負のレベル誤差率ＲＡＴＥ＿ＮＥＧ、即ち最小値に等しくセットされる（ステップ５２４）。さもなければ、弁閉の寄与ＣＬＯＳＥは、負のレベル誤差ＥＲＲＯＲ＿ＮＥＧに等しくセットされる（ステップ５２５）。この時点で、弁閉の寄与ＣＬＯＳＥは、第２の弁閉の寄与Ｃ２に等しい。
次いで、ルーチンは、負のレベル誤差率ＲＡＴＥ＿ＮＥＧがゼロのレベル誤差ＥＲＲＯＲ＿ＺＥＲ以下であるかを決定し（ステップ５２６）、そして、そうである場合、見かけ（dummy）変数ＴＥＭＰが負のレベル誤差率ＲＡＴＥ＿ＮＥＧに等しくセットされる（ステップ５２７）。さもなければ、見かけ変数ＴＥＭＰが、ゼロのレベルＥＲＲＯＲ＿ＺＥＲに等しくセットされる（ステップ５２８）。この時、見かけ変数ＴＥＭＰは、第１の弁閉の寄与Ｃ１を表す。
ルーチンは、弁閉の寄与ＣＬＯＳＥが見かけ変数ＴＥＭＰより小さいかを決定し（ステップ５２９）、そして、そうである場合、弁閉の寄与ＣＬＯＳＥが見かけ変数ＴＥＭＰに等しくされる（ステップ５３０）。この操作は、最大の弁閉の寄与を第１の閉の寄与Ｃ１と第２の閉の寄与Ｃ２との間に見つけることと等価である。ルーチンは、ゼロのレベル誤差率ＲＡＴＥ＿ＺＥＲが負のレベル誤差ＥＲＲＯＲ＿ＮＥＧ以下であることを見つけた場合（ステップ５３１）、見かけ変数ＴＥＭＰは、ゼロのレベル誤差率ＲＡＴＥ＿ＺＥＲに等しくセットされる（ステップ５３２）。さもなければ、見かけ変数ＴＥＭＰは、負のレベル誤差ＥＲＲＯＲ＿ＮＥＧに等しくセットされる（ステップ５３３）。次いで、サブルーチンＤに入る。見かけ変数ＴＥＭＰは、ここで第３の閉の寄与Ｃ３を表す。
図５Ｄに示されるように、サブルーチンＤは、閉の寄与ＣＬＯＳＥ（これは第１の閉の寄与Ｃ１と第２の閉の寄与Ｃ２との間の最大の閉の寄与を表す。）が見かけ変数ＴＥＭＰ（これは第３の閉の寄与Ｃ３を表す。）より小さいかを決定することにより始まる。そうである場合、閉の寄与ＣＬＯＳＥは、見かけ変数ＴＥＭＰに等しくセットされる（ステップ５３５）。このオペレーション後、最大の閉の寄与は、決定されてしまい、ＣＬＯＳＥとして記憶される。
サブルーチンＤの残りの部分は、前述した最小ファジイ開の推論技術を表し、ゼロのレベル誤差率ＲＡＴＥ＿ＺＥＲが正のレベル誤差ＥＲＲＯＲ＿ＰＯＳ以下であるかを決定することにより始まる（ステップ５３６）。そうである場合、開の寄与ＯＰＥＮが、ゼロのレベル誤差率ＲＡＴＥ＿ＺＥＲ、即ち最小値に等しくセットされる（ステップ５３７）。さもなければ、開の寄与ＯＰＥＮは、正のレベル誤差ＥＲＲＯＲ＿ＰＯＳに等しくセットされる（ステップ５３８）。この時、開の寄与ＯＰＥＮは、第１の開の寄与Ｏ１に等しい。
ルーチンは、正のレベル誤差率ＲＡＴＥ＿ＰＯＳがゼロのレベル誤差ＥＲＲＯＲ＿ＺＥＲ以下であるかを決定する（ステップ５３９）。そうである場合、見かけ変数ＴＥＭＰは、正のレベル誤差率ＲＡＴＥ＿ＰＯＳに等しくセットされる（ステップ５４０）。さもなければ、見かけ変数ＴＥＭＰは、ゼロのレベル誤差ＥＲＲＯＲ＿ＺＥＲに等しくセットされる（ステップ５４１）。この時、見かけ変数ＴＥＭＰは、第３の開の寄与Ｏ３を表す。開の寄与ＯＰＥＮが見かけ変数ＴＥＭＰより小さい場合（ステップ５４２）、開の寄与ＯＰＥＮは、見かけ変数ＴＥＭＰに等しくされる（ステップ５４３）。この操作は、最大の開の寄与を第１の開の寄与Ｏ１と第３の開の寄与Ｏ３との間に見つけることと等価である。正のレベル誤差率ＲＡＴＥ＿ＰＯＳが正のレベル誤差ＥＲＲＯＲ＿ＰＯＳ以下である場合（ステップ５４４）、見かけ変数ＴＥＭＰは、正のレベル誤差率ＲＡＴＥ＿ＰＯＳに等しくセットされ、そしてサブルーチンＦに入り、さもなければサブルーチンＥに入る。
図５Ｅに示されるように、サブルーチンＦは、ステップ５４６をバイパスすることを除いてサブルーチンＥと同じである。ステップ５４６において、見かけ変数ＴＥＭＰは、正のレベル誤差ＥＲＲＯＲ＿ＰＯＳに等しくセットされる。見かけ変数ＴＥＭＰは、ここで第２の開の寄与Ｏ２を表す。図５Ｅに更に示されるように、ステップ５４７は、開の寄与ＯＰＥＮ（これは第１の開の寄与Ｏ１と第３の開の寄与Ｏ３との間の最大の開の寄与を表す。）が見かけ変数ＴＥＭＰ（これはここで第２の開の寄与Ｏ２を表す。）より小さいかを決定する。そうである場合、開の寄与ＯＰＥＮは、見かけ変数ＴＥＭＰに等しくセットされる（ステップ５４８）。この操作後、最大の開の寄与は、決定されてしまい、ＯＰＥＮとしてマイクロプロセッサ１６０の中に記憶される。
サブルーチンＥはステップ５４９に続き、そこにおいて見かけ変数ＴＥＭＰは、最大の開の寄与ＯＰＥＮと最大の閉の寄与ＣＬＯＳＥとの差に等しくセットされる。この操作は、非ファジイ化の単集合アプローチと等価である。該ルーチンは、ＴＥＭＰ値が２より大きいかを決定し（ステップ５５０）、そして、そうである場合、弁はＬＥＶＥＬ＿ＰＥＲＩＯＤを１００で除した値のＴＥＭＰ倍に等しい変数ＯＰＥＮ＿ＬＥＶＥＬ＿ＴＭＲにより表される時間の間パルスを付与され開けられる（ステップ５５１）。ＣＬＯＳＥ＿ＬＥＶＥＬ＿ＴＭＲは、クロック・パルスが所望されないので、ゼロにセットされる（ステップ５５１）。
ルーチンは、ＴＥＭＰ値がマイナスの２より小さいことを決定する場合（ステップ５５２）、ＣＬＯＳＥ＿ＬＥＶＥＬ＿ＴＭＲは、ＬＥＶＥＬ＿ＰＥＲＩＯＤを１００で除した値のＴＥＭＰ倍（これは弁がパルスを付与されて閉じられている時間量を表す。）に等しくセットされ、そしてＯＰＥＮ＿ＬＥＶＥＬ＿ＴＭＲは、弁がパルスを付与されず開けられていないことを表すゼロにセットされる（ステップ５５３）。ＴＥＭＰが２より大きくないか又はマイナスの２より小さくない場合、ＣＬＯＳＥ＿ＬＥＶＥＬ＿ＴＭＲ及びＯＰＥＮ＿ＬＥＶＥＬ＿ＴＭＲは、弁にパルスを付与する必要が生じないことを表すゼロにセットされる（ステップ５５４）。
前述の開示から分かり得るように、本発明は、レベル・プローブを利用して、凝縮装置内の液体の冷却剤のレベルを測定し、次いで、該液体の冷却剤のレベルは、凝縮装置内の液体の冷却剤のレベルを迅速且つ正確に制御するためファジイ論理制御アルゴリズムにおいて用いられる。こうして、冷却器システムは、最も効率の良い動作点で動作するよう制御されることができる。
本発明の他の実施形態は、当業者にはここに開示された本発明の明細及び実施の考慮から明らかであろう。明細及び例は例示のみとみなし、本発明の真の範囲と精神は請求の範囲により示されることを意図するものである。
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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