CN103970083A - 协调动作装置以及方法 - Google Patents

Abstract

一种能够在有多个主控制系统和仅一个副控制系统的多回路控制系统中实现节能的协调动作装置以及方法。协调动作装置包括：对于每个主控制系统设置的、计算出操作量并将其输出至对应的主控制系统的执行机构的主控制部（1-1）～（1-n）；通过对由主控制部（1-1）～（1-n）算出的操作量进行加权运算从而对操作量进行合成的选择器（2）；操作量调整控制部（3），其对应于用于调整作为主控制的稳定状态下的理想操作量输出的平衡点的一个副控制系统而设置，将表示平衡点的规定的操作量设定值作为输入，且将从选择器（2）输出的合成后的操作量作为控制量输入，算出调整操作量并输出至副控制系统的执行机构。

Description

协调动作装置以及方法

技术领域

本发明涉及一种能够在多回路控制系统中实现节能的协调动作装置以及方法，该多回路控制系统是用于控制的主要目的的主控制系统为多个系统、用于调整作为主控制的稳定状态下的理想的操作量输出的平衡点的副控制系统仅为一个系统这样的控制系统。

背景技术

在用于控制温度或压力等过程量的过程控制系统中，例如温度是控制对象的话，则像加热器和温度传感器以及温度调节计是一一对应的那样，对一个控制量PV有一个执行机构这样的组合是基本的。

另一方面，也提出有使加热执行机构（加热器）和冷却执行机构（冷却器）这两个执行机构协调动作以控制温度的方法（参照专利文献1）。图10是示出将专利文献1中揭示的控制装置应用于加热处理炉的温度控制中的例子的图，图11是示出专利文献1中揭示的控制装置结构的框图。在加热处理炉100中，使得用加热器101加热、用冷却器102冷却了的空气循环。

控制器104基于由加热处理炉100内的温度传感器103测量到的控制量（温度测量值）PV_A和设定值SP_A，通过PID控制运算计算出加热用的操作量MV_A。控制器105采用控制器104的加热用操作量MV_A的理想值作为设定值SP_B，采用控制器104的加热用操作量MV_A作为控制量，通过PID控制运算计算出冷却用的操作量MV_B。

根据专利文献1揭示的技术，不仅可以控制温度，还能降低加热和冷却的抵消从而改善能源效率。专利文献1揭示的技术特征在于，着眼于作为影响能源效率的主要原因的加热器输出和冷却器输出的平衡点，附加了一边持续监视加热器输出（操作量MV_A）一边进行调整的控制回路。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本专利第3805957号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献1中揭示的技术是一种以一个加热系统（一个加热执行机构）与一个冷却系统（一个冷却执行机构）的组合为前提的控制技术。但是，影响到能源效率的执行机构不一定是两个。例如图12所示的那样，存在在加热处理炉100内有多个欲加热的区域106-1～106-4，对区域106-1～106-4分别设置加热器101-1～101-4，还设置有冷却加热处理炉100内的空气的一个冷却器102的情况，即多个加热系统与一个冷却系统的组合的情况。

图12的结构为，有多个以加热为目的的通常控制系统的话，由于能够控制多个控制量（温度），因此不考虑能源效率也没有问题。又，该结构从制造装置的制造成本这一点来看，正是合理的结构。这样一来，对于用于控制的主要目的的主控制系统为多个系统、用于调整作为主控制的稳定状态下的理想的操作量输出的平衡点的副控制系统仅为一个系统这样的结构，无法适用专利文献1中揭示的技术。

本发明用于解决上述课题，其目的在于，提供一种协调动作装置以及方法，能够在用于控制的主要目的的主控制系统为多个系统、用于调整作为主控制的稳定状态下的理想的操作量输出的平衡点的副控制系统仅为一个系统这样的多回路控制系统中实现节能。

用于解决课题的手段

本发明的协调动作装置的特征在于，包括：对应于多个主控制系统而设置的多个第一控制运算单元，所述第一控制运算单元将主控制的设定值和主控制的控制量作为输入，通过控制运算计算出第一操作量；对于每个主控制系统设置的多个第一操作量输出单元，所述第一操作量输出单元将通过对应的主控制系统的所述第一控制运算单元算出的第一操作量输出至对应的主控制系统的执行机构；合成单元，所述合成单元通过对由所述多个第一控制运算单元算出的多个第一操作量进行加权运算，对所述多个第一操作量进行合成；第二控制运算单元，所述第二控制运算单元对应于用于调整平衡点的一个副控制系统而设置，所述平衡点是主控制的稳定状态下的理想的操作量输出，所述第二控制运算单元将表示所述平衡点的规定的操作量设定值作为输入，且将从所述合成单元输出的第二操作量作为控制量输入，通过控制运算计算出第三操作量；以及第二操作量输出单元，所述第二操作量输出单元将由所述第二控制运算单元算出的第三操作量输出至副控制系统的执行机构。

又，在本发明的协调动作装置的一个构成例中，所述第一控制运算单元和所述第二控制运算单元进行的控制运算是PID控制运算，预先设定于所述第二控制运算单元的作为PID参数的积分时间是全部的预先设定于所述第一控制运算单元的积分时间以上的值。

又，在本发明的协调动作装置的一个构成例中，所述第一控制运算单元和所述第二控制运算单元进行的控制运算是PID控制运算，预先设定于所述第二控制运算单元的作为PID参数的微分时间是全部的预先设定于所述第一控制运算单元的微分时间以下的值。

又，本发明的协调动作装置的一个构成例的特征在于，所述第一控制运算单元和所述第二控制运算单元进行的控制运算是PID控制运算，所述协调动作装置还包括积分时间限制器，所述积分时间限制器将设定于所述第二控制运算单元的作为PID参数的积分时间限制为全部的预先设定于所述第一控制运算单元的积分时间以上的值。

又，本发明的协调动作装置的一个构成例的特征在于，所述第一控制运算单元和所述第二控制运算单元进行的控制运算是PID控制运算，所述协调动作装置还包括微分时间限制器，所述微分时间限制器将设定于所述第二控制运算单元的作为PID参数的微分时间限制为全部的预先设定于所述第一控制运算单元的微分时间以下的值。

又，本发明的协调动作装置的一个构成例的特征在于，还包括排列单元，所述排列单元将由所述多个第一控制运算单元算出的多个第一操作量按小到大的顺序或者大到小的顺序排序，所述合成单元通过对由所述排列单元排序了的多个第一操作量进行加权运算，对所述多个第一操作量进行合成。

又，本发明的协调动作装置的一个构成例的特征在于，所述合成单元进行选择所述第一操作量的最小值或最大值的加权运算。

又，在本发明的协调动作装置的一个构成例中，所述合成单元进行的加权运算的权重是与所述第一操作量的数值联动的可变的权重。

又，本发明的协调动作装置的一个构成例的特征在于，还具有管理单元，所述管理单元监视直接影响所述平衡点的状态量，对所述第三操作量的操作予以限制。

又，本发明的协调动作方法的特征在于，包括：第一控制运算步骤，将主控制的设定值和主控制的控制量作为输入，通过控制运算对每个主控制系统计算出第一操作量；第一操作量输出步骤，将在所述第一控制运算步骤算出的多个第一操作量分别输出至对应的主控制系统的执行机构；合成步骤，通过对在所述第一控制运算步骤算出的多个第一操作量进行加权运算，对所述多个第一操作量进行合成而得到第二操作量；第二控制运算步骤，将表示平衡点的规定的操作量设定值作为输入，且将在所述合成步骤得到的第二操作量作为控制量输入，通过控制运算计算出第三操作量，所述平衡点是主控制的稳定状态下的理想的操作量输出；以及第二操作量输出步骤，将在所述第二控制运算步骤算出的第三操作量输出至用于调整所述平衡点的一个副控制系统的执行机构。

发明效果

根据本发明，对由第一控制运算单元算出的第一操作量进行合成，基于表示理想的平衡点的操作量设定值和合成后的第二操作量计算出第三操作量并将其输出至副控制系统的执行机构，由此能够将平衡点调整为理想的值，实现节能。本发明不限于加热冷却的多回路控制系统，也能适用于其他多回路控制系统。

又，采用本发明，通过使预先设定于第二控制运算单元的作为PID参数的积分时间成为在全部的预先设定于第一控制运算单元的积分时间以上的值，能够进行来自稳定了的主控制系统的操作量的选择·组合并使其动作。

又，采用本发明，通过使预先设定于第二控制运算单元的作为PID参数的微分时间成为在全部的预先设定于第一控制运算单元的微分时间以下的值，能够以来自稳定了的主控制系统的操作量的选择·组合使其动作。

又，采用本发明，通过设置积分时间限制器，将作为设定于第二控制运算单元的PID参数的积分时间限制为在全部的预先设定于第一控制运算单元的积分时间以上的值，能够以来自稳定了的主控制系统的操作量的选择·组合使其动作。

又，采用本发明，通过设置微分时间限制器，将设定于第二控制运算单元的作为PID参数的微分时间限制为在全部的预先设定于第一控制运算单元的微分时间以下的值，能够以来自稳定了的主控制系统的操作量的选择·组合使其动作。

又，采用本发明，通过将由多个第一控制运算单元算出的多个第一操作量按小到大的顺序或大到小的顺序排序，对由排列单元排序了的多个第一操作量进行加权运算，能够按照优先顺序对来自主控制系统的操作量进行合成。

又，采用本发明，通过使合成单元进行的加权运算的权重成为与第一操作量的数值联动的可变的权重，能够进行与状况对应的合成处理。

又，采用本发明，通过设置监视直接影响平衡点的状态量，并对第三操作量的操作予以限制的管理单元，能够限制第三操作量，使状态量不低于下限值或不高于上限值。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施形态涉及的协调动作装置的结构的框图。

图2是本发明的第一实施形态涉及的控制系统的框线图。

图3是示出本发明的第一实施形态涉及的协调动作装置的动作的流程图。

图4是示出通常的控制装置的动作例的图。

图5是示出本发明的第一实施形态涉及的协调动作装置的动作例的图。

图6是示出本发明的第二实施形态涉及的加热装置的结构的框图。

图7是示出本发明的第三实施形态涉及的加热装置的结构的框图。

图8是示出本发明的第四实施形态涉及的中央空调系统的结构的框图。

图9是示出本发明的第五实施形态涉及的大楼多联式空调系统的结构的框图。

图10是示出将以往的控制装置应用于加热处理炉的温度控制中的例子的图。

图11是示出以往的控制装置的结构的框图。

图12是示出多个加热系统和一个冷却系统的组合的图。

具体实施方式

[发明原理1]

基本原理是：在多个主控制系统中，假定那些应该被调整的平衡点为相同的对象，首先通过选择器对多个主控制系统的操作量进行合成，这之后应用专利文献1中揭示的处理（操作量的调整）。根据该基本原理，利用多个主控制系统的平衡点是相同的这一点，能够减少整体的运算量。调整操作量的控制运算部有一个。根据基本原理，通过具有选择平衡点条件的优先度较高的操作量的选择器，成为决定来自稳定了的主控制系统的操作量的选择方法·组合方法的操作，因此处理较容易。并且，只要能够应对优先度较高的操作量，就成为实用价值较高的多回路控制系统应用方法。

[发明原理2]

采用PID控制运算作为控制运算，通过规定该PID参数的设定状态，或用限制器限制PID参数的设定状态，就能够更可靠地实现以来自稳定了的主控制系统的操作量的选择·组合进行动作。例如，对于多个主控制系统的全部PID参数，只要调整操作量的副控制系统的PID参数处于用特定的大小关系设定了的状态即可。或者，也可以具有成为这种设定状态的限制器。

[发明原理3]

在用选择器按照优先顺序对来自主控制系统的操作量进行合成的情况下，比起预先决定了优先顺序的情况，根据向选择器输入的输入值大小关系决定优先顺序的情况较多。例如，存在简单地选择操作量的最小值或最大值的情况。特别是在多个主控制系统中，应该使处于最不利的控制状态的操作量为优先，这种主控制系统的操作量示出最小值或最大值。也就是说，选择来自多个主控制系统的操作量中的最小值或最大值是极其合理的。因此，优选为具有将来自主控制系统的操作量按照大小关系的顺序排序后，用加权运算等对操作量进行合成的选择器。利用进行对应于这种状况的动作的选择器，能够决定操作量的现实的优先顺序。

另外，通过操作量的排序，来自选择器的输出值的变化率就变得不连续。由于在选择器的后段执行调整操作量的控制运算，因此优选为对控制运算的输出突增进行抑制的结构。

[第一实施形态]

下面，参照附图对本发明的实施形态进行说明。本实施方式对应于上述发明原理1、发明原理2和发明原理3。图1是示出作为本实施形态涉及的控制装置的协调动作装置的结构的框图，图2是本实施形态涉及的控制系统的框线图。协调动作装置由n（n是2以上的整数）个主控制部1-1～1-n、选择器2以及操作量调整控制部3构成。

各主控制部1-i（i=1～n）包括：分别输入设定值SP_Ai的设定值输入部10-i；输入控制量PV_Ai的控制量输入部11-i；基于设定值SP_Ai和控制量PV_Ai计算出操作量MV_Ai（第一操作量）的控制运算部12-i（第一控制运算单元）；将操作量MV_Ai输出至对应的主控制系统的执行机构的操作量输出部13-i（第一操作量输出单元）。

选择器2包括：对于每个主控制部1-i设置的操作量取得部20-i；将n个操作量MV_Ai按小到大的顺序或大到小的顺序依序排序的排列部21；通过对由排列部21排序了的操作量MV_Ai进行加权运算从而对操作量MV_Ai进行合成的合成部22；将利用合成部22得到的合成操作量MV_AS（第二操作量）输出至操作量调整控制部3的合成操作量输出部23。

操作量调整控制部3包括：对表示作为主控制的稳定状态下的理想的操作量输出的平衡点的操作量设定值SP_BS进行输入的操作量设定值输入部30；取得从选择器2输出的合成操作量MV_AS的合成操作量取得部31；基于操作量设定值SP_BS和合成操作量MV_AS计算出调整操作量MV_BS（第三操作量）的调整控制运算部32（第二控制运算单元）；将由调整控制运算部32得到的调整操作量MV_BS输出至副控制系统的执行机构的调整操作量输出部33（第二操作量输出单元）；积分时间限制器34，该积分时间限制器34将设定于调整控制运算部32的作为PID参数的积分时间TI_B限制为在全部的预先设定于控制运算部12-i的作为PID参数的积分时间TI_Ai以上的值；以及微分时间限制器35，该微分时间限制器35将设定于调整控制运算部32的作为PID参数的微分时间TD_B限制为在全部的预先设定于控制运算部12-i的作为PID参数的微分时间TD_Ai以下的值。

图2示出了n=4的情况下的控制系统的结构。图2中的4-1～4-4是主控制系统的执行机构，5是副控制系统的执行机构，6-1～6-4是控制对象。主控制部1-1、执行机构4-1和控制对象6-1构成第一主控制系统，主控制部1-2、执行机构4-2和控制对象6-2构成第二主控制系统，主控制部1-3、执行机构4-3和控制对象6-3构成第三主控制系统，主控制部1-4、执行机构4-4和控制对象6-4构成第四主控制系统。又，操作量调整控制部3和执行机构5构成副控制系统。

下面，参照图3对本实施形态的协调动作装置的动作进行说明。各主控制部1-i（i=1～n）的设定值SP_Ai由操作者等进行设定，通过设定值输入部10-i输入至控制运算部12-i（图3的步骤S100）。

各主控制部1-i的控制量PV_Ai由传感器等（在图12的例子中为温度传感器103-1～103-4）进行测量，通过控制量输入部11-i输入至控制运算部12-i（图3的步骤S101）。

各主控制部1-i的控制运算部12-i基于设定值SP_Ai和控制量PV_Ai，进行以下的传递函数式那样的PID控制运算，计算出操作量MV_Ai（图3的步骤S102）。

MV_Ai=（100/PB_Ai）{1+(1/TI_Ais)+TD_Ais}×(SP_Ai-PV_Ai)···（1）

在式（1）中，PB_Ai是比例带，TI_Ai是积分时间，TD_Ai是微分时间，s是拉普拉斯算子。

各主控制部1-i的操作量输出部13-i将由控制运算部12-i算出的操作量MV_Ai输出至对应的主控制系统的执行机构4-i（图3的步骤S103）。由于设定值输入部10-i、控制量输入部11-i、控制运算部12-i和操作量输出部13-i是对应于每个主控制部1-i进行设置的，因此步骤S100～S103的处理就变成对于每个主控制部1-i分别实施。

接下来，选择器2的各操作量取得部20-i分别从对应的主控制部1-i的操作量输出部13-i取得操作量MV_Ai（图3的步骤S104）。

排列部21按小到大的顺序或大到小的顺序对操作量MV_Ai进行排序，得到排序后的操作量MV_AXj（j=1～n）（图3的步骤S105）。

合成部22对由排列部21排序了的操作量MV_AXj进行下式那样的加权运算（加权平均运算），得到合成操作量MV_AS（图3的步骤S106）。由此，合成部22实质上选择性地合成操作量MV_Ai。

[式1]

$\mathrm{MV}\_\mathrm{AS}=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\αj}\×\mathrm{MV}\_\mathrm{AXj})...\left(2\right)$

在式（2）中，αj是预先决定了的权重，权重αj（j=1～n）的合计是1.0。例如，如果排列部21按小到大的顺序对操作量MV_Ai进行排序，将与最小的操作量MV_AX1对应的权重α1设为1.0，将与其他的操作量MV_AX2～MV_AXn对应的权重α2～αn设为0的话，则合成部22就作为最小值选择部发挥作用。例如，如果排列部21按大到小的顺序对操作量MV_Ai进行排序，将与最大的操作量MV_AX1对应的权重α1设为1.0，将与其他的操作量MV_AX2～MV_AXn对应的权重α2～αn设为0的话，则合成部22就作为最大值选择部发挥作用。

另外，用排列部21进行的处理不是必须的。操作量MV_Ai例如能取0%～100％的数值的话，也可以赋予与操作量MV_Ai的值联动的可变的权重βi，对0％～19.9％的范围内的操作量MV_Ai设定3.0的权重βi，对20.0％～39.9％的范围内的操作量MV_Ai设定2.5的权重βi，对40.0％～59.9％的范围内的操作量MV_Ai设定2.0的权重βi，60.0%～79.9％的范围内的操作量MV_A设定1.5的权重βi，对80.0％～100.0%的范围内的操作量MV_Ai设定1.0的权重βi，计算出操作量MV_Ai的加权平均值。该情况下的合成部22的运算式如下。另外，权重βi（i=1～n）的合计不限于1.0。

[式2]

$\mathrm{MV}\_\mathrm{AS}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\βi}\×\mathrm{MV}\_\mathrm{Ai})/\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\βi}...\left(3\right)$

合成操作量输出部23将由合成部22算出的合成操作量MV_AS输出至操作量调整控制部3（图3的步骤S107）。

接下来，操作量调整控制部3的积分时间限制器34将设定于调整控制运算部32的积分时间TI_B与多个设定于控制运算部12-i的全部积分时间TI_Ai进行比较（图3的步骤S108），在积分时间TI_B小于多个积分时间TI_Ai的情况下（步骤S108：是），像下式那样将积分时间TI_B置换为积分时间TI_Ai中的最大值TI_Amax（图3的步骤S109）。

IF TI_B<TI_Ai THEN TI_B=TI_Amax···（4）

也就是说，积分时间TI_B就被规定为全部积分时间TI_Ai以上的值。通过这样的积分时间TI_B的限制处理，主控制系统和副控制系统的协调动作就被规定为作为稳定的控制系统能容易地动作。

另一方面，微分时间限制器35将设定于调整控制运算部32的微分时间TD_B与多个设定于控制运算部12-i的全部微分时间TD_Ai进行比较（图3的步骤S110），在微分时间TD_B大于多个微分时间TD_Ai的情况下（步骤S110：是），像下式那样将微分时间TD_B置换为微分时间TD_Ai中的最小值TD_Amin（图3的步骤S111）。

IF TD_B>TD_Ai THEN TD_B=TD_Amin···（5）

也就是说，微分时间TD_B就被规定为全部微分时间TD_Ai以下的值。通过这样的微分时间TD_B的限制处理，主控制系统和副控制系统的协调动作就被规定为作为稳定的控制系统能容易地动作。

接下来，表示应该被调整的平衡点的操作量设定值SP_BS由操作者等进行设定，通过操作量设定值输入部30输入至调整控制运算部32（图3的步骤S112）。平衡点是主控制的稳定状态下的理想的操作量输出，考虑到能源效率等对其预先决定。另外，在本实施形态中，如上述那样，假定多个主控制系统的平衡点是相同的。

合成操作量取得部31从选择器2取得合成操作量MV_AS（图3的步骤S113）。

接着，调整控制运算部32基于操作量设定值SP_BS和合成操作量MV_AS，进行以下的传递函数式那样的PID控制运算，计算出调整操作量MV_BS（图3的步骤S114）。

MV_BS=（100／PB_B）｛1＋（1／TI_Bs）＋TD_Bs｝×（SP_BS-MV_AS）···（6）

在式（6）中，PB_B是比例带，TI_B是积分时间，TD_B是微分时间，s是拉普拉斯算子。另外，在式（6）中，积分运算部分和微分运算部分相当于对控制的动态特性进行运算的部分，通过积分时间TI_B和微分时间TD_B可以调整动态特性。

调整操作量输出部33将由调整控制运算部32算出的调整操作量MV_BS输出至对应的副控制系统的执行机构5（图3的步骤S115）。

每个控制周期地重复实行以上那样的步骤S100～S115的处理，直到例如根据来自操作者的指令结束控制。

接着，在图4的（A）～图4的（C）、图5的（A）～图5的（C）中示出表示本实施形态的效果的模拟实验结果。在此，将主控制系统的数量设为n=4，如图12所示的那样假定有用于加热的四个主控制系统和用于调整平衡点的一个作为副控制系统的冷却控制系统，通过模拟实验求取将加热处理炉内的四个区域的温度从100℃向200℃升温的情况下的数值。

图4的（A）～图4的（C）示出了在图1中示出的结构中固定了调整操作量MV_BS的情况的动作，示出了相当于通常的控制装置的动作。图4的（A）示出施加了设定值SP_A1～SP_A4=200℃的阶跃输入时的温度PV_A1～PV_A4（控制量）的变化，图4的（B）示出了在该阶跃输入时从主控制部1-1～1-4输出的操作量MV_A1～MV_A4的变化，图4的（C）示出了调整操作量MV_BS。

调整操作量MV_BS的值由于在将加热处理炉的温度维持为升温前的100℃时，操作量MV_A1～MV_A4的最小值稳定时能够维持大约25％，因此设MV_BS=30.0%。由于调整操作量MV_BS是固定的，因此升温到200℃之后操作量MV_A1～MV_A4整体变高，最小的操作量MV_A4稳定时远大于约25％。也就是说，持续着能源上效率较差的状态。

图5的（A）～图5的（C）示出了本实施形态的协调动作装置的动作，图5的（A）示出施加了设定值SP_A1～SP_A4=200℃的阶跃输入增加时的温度PV_A1～PV_A4（控制量）的变化，图5的（B）示出了该阶跃输入时从主控制部1-1～1-4输出的操作量MV_A1～MV_A4的变化，图5的（C）示出了从操作量调整控制部3输出的调整操作量MV_BS的变化。

由于操作量MV_A1～MV_A4的最小值稳定时能够维持大约25％，因此将操作量设定值SP_BS的值设为SP_BS=25.0％。选择器2被设定成作为最小值选择部发挥作用。根据本实施形态可知，调整操作量MV_BS是可变的，即便在将加热处理炉的温度升温到200℃之后，操作量MV_A1～MV_A4与图4的（B）的情况相比也整体较低，最小的操作量MV_A4稳定时能够维持大约25％。也就是说，持续着能源上效率较好的状态。又，可知，由于升温时调整操作量MV_BS在大多数时间段为0%，副控制系统的冷却器没有动作，因此升温动作自身在能源上效率也较高。

如上所述，在本实施形态中，通过对由主控制部1-1～1-n算出的操作量MV_A1～MV_A4进行合成，基于表示理想的平衡点的操作量设定值SP_BS和合成操作量MV_AS计算出调整操作量MV_BS并输出至副控制系统的执行机构，从而能够将平衡点调整到理想的值，实现节能。本实施形态不限于加热冷却的多回路控制系统，也能适用于其他多回路控制系统。

[第二实施形态]

接下来，对本发明的第二实施形态进行说明。图6是示出本实施形态涉及的加热装置的结构的框图。本实施形态示出了将第一实施形态的协调动作装置应用到由四个作为主控制系统的加热控制系统和一个作为副控制系统的冷却控制系统构成的加热装置中的例子。在隧道型回流炉200中，有四个要加热的区域205-1～205-4，对每个区域205-1～205-4分别设置加热器201-1～201-4，并设置一个对回流炉200内的空气进行冷却的冷却器202（冷却执行机构）。加热器201-1～201-4与SSR（固态继电器）204-1～204-4一起构成主控制系统的加热执行机构。

主控制部1-1～1-4对回流炉200内的循环空气加热并进行温度控制。回流炉200内的各区域205-1～205-4的温度PV_A1～PV_A4（控制量）通过温度传感器203-1～203-4分别测量。SSR204-1～204-4对应于从主控制部1-1～1-4输出的操作量MV_A1～MV_A4对供给至加热器201-1～201-4的电力进行调整。循环空气在通过各区域205-1～205-4后被收集到四个区域共同的循环路径中，被由水套等构成的冷却器202冷却后，被供给至各区域205-1～205-4。用主控制系统能控制的最低必要的操作量MV_A1～MV_A4是操作量设定值SP_BS，即调整对象的平衡点。操作量设定值SP_BS例如为20%。

为了使主控制系统的操作量MV_A1～MV_A4增加，需要使供给至冷却器202的调整操作量MV_BS上升，相反地，为了使主控制系统的操作量MV_A1～MV_A4减少，需要使供给至冷却器202的调整操作量MV_BS下降。因此，对操作量调整控制部3的调整控制运算部32应用逆动作的控制运算。

在四个主控制系统中，处于最不利的控制状态的主控制系统是操作量MV_A1～MV_A4示出最小值的主控制系统。因此，选择器2只要选择四个操作量MV_A1～MV_A4中的最小值并将其作为合成操作量MV_AS输出即可。但是，也可以根据控制性能的必要性对权重αj、βi进行适当地调整。

设定于操作量调整控制部3的调整控制运算部32的积分时间TI_B被设为在设定于四个主控制部1-i（i=1～4）的控制运算部12-i的积分时间TI_Ai中的最大值TI_Amax以上。又，设定于调整控制运算部32的微分时间TD_B被设为在设定于主控制部1-i的控制运算部12-i的微分时间TD_Ai中的最小值TD_Amin以下。

例如，将设定于控制运算部12-i的积分时间TI_Ai设定为：TI_A1=40.0sec.，TI_A2=44.0sec.，TI_A3=48.0sec.，TI_A4=52.0sec.，将设定于控制运算部12-i的微分时间TD_Ai设定为：TD_A1=10.0sec.，TD_A2=11.0sec.，TD_A3=12.0sec.，TD_A4=13.0sec.。在该情况下，设定于调整控制运算部32的积分时间成为TI_B≧52.0sec.，设定于调整控制运算部32的微分时间成为TD_B≦10.0sec.。

另外，本实施形态的协调动作装置的情况优选为以下结构：具有管理部（未图示）以对作为直接影响平衡点的状态量的冷却器出口的循环空气温度进行监视并管理。具体来说，管理部在冷却器出口的循环空气温度变为规定的下限值以下、处于过度冷却的状态的情况下，限制调整操作量MV_BS使其不上升，相反地，在冷却器出口的循环空气温度变为规定的上限值以上、处于不充分的冷却状态的情况下，限制调整操作量MV_BS使其不下降。也就是说，管理部限制调整操作量MV_BS，使冷却器出口的循环空气温度不低于下限值或高于上限值。

[第三实施形态]

接下来，对本发明的第三实施形态进行说明。图7是示出本实施形态涉及的加热装置的结构的框图。本实施形态示出了将第一实施形态的协调动作装置应用到由四个作为主控制系统的加热控制系统和一个作为副控制系统的加热控制系统构成的加热装置中的例子。在均热加热板300中，有四个欲加热的均热对象区域305-1～305-4，还有用于均热辅助的周围区域305-5，对于每个区域305-1～305-4设置有埋入式的加热器301-1～301-4，对周围区域305-5设置有埋入式的加热器301-5。加热器301-1～301-4与SSR304-1～304-4一起构成主控制系统的加热执行机构，加热器301-5与SSR304-5一起构成副控制系统的加热执行机构。

主控制部1-1～1-4对区域305-1～305-4加热并进行温度控制。各区域305-1～305-4的温度PV_A1～PV_A4（控制量）通过温度传感器303-1～303-4分别测量。SSR304-1～304-4对应于从主控制部1-1～1-4输出的操作量MV_A1～MV_A4对供给至加热器301-1～301-4的电力进行调整。又，周围区域305-5也和区域305-1～305-4一样地被加热。SSR304-5对应于从操作量调整控制部3输出的调整操作量MV_BS对供给至加热器301-5的电力进行调整。用主控制系统能控制的最低必要的操作量MV_A1～MV_A4是操作量设定值SP_BS，即调整对象的平衡点。操作量设定值SP_BS例如为20%。

为了使主控制系统的操作量MV_A1～MV_A4增加，需要使周围区域305-5的调整操作量MV_BS降低，相反地，为了使主控制系统的操作量MV_A1～MV_A4减少，需要使周围区域305-5的调整操作量MV_BS上升。因此，对操作量调整控制部3的调整控制运算部32应用正动作的控制运算。

在四个主控制系统中，处于最不利的控制状态的主控制系统是操作量MV_A1～MV_A4示出最小值的主控制系统。因此，选择器2只要选择四个操作量MV_A1～MV_A4中的最小值并将其作为合成操作量MV_AS输出即可。但是，也可以根据控制性能的必要性对权重αj、βi进行适当地调整。

设定于操作量调整控制部3的调整控制运算部32的积分时间TI_B被设为在设定于四个主控制部1-i（i=1～4）的控制运算部12-i的积分时间TI_Ai中的最大值TI_Amax以上。又，设定于调整控制运算部32的微分时间TD_B被设为在设定于主控制部1-i的控制运算部12-i的微分时间TD_Ai中的最小值TD_Amin以下。

另外，本实施形态的协调动作装置的情况优选为以下结构：具有管理部（未图示）以对作为直接影响平衡点的状态量的周围区域305-5的温度进行监视并管理。具体来说，管理部在周围区域305-5的温度变为规定的上限值以上、处于过度加热的状态的情况下，限制调整操作量MV_BS使其不上升，相反地，在周围区域305-5的温度变为规定的下限值以下、处于不充分的加热状态的情况下，限制调整操作量MV_BS使其不下降。也就是说，管理部限制调整操作量MV_BS，使周围区域305-5的温度不高于上限值或不低于下限值。

[第四实施形态]

接下来，对本发明的第四实施形态进行说明。图8是示出本实施形态涉及的中央空调系统的结构的框图。本实施形态示出了将第一实施形态的协调动作装置应用到由四个作为主控制系统的供气风量控制系统和一个作为副控制系统的供气温度控制系统构成的中央空调系统中的例子。房间400中有四个想要进行温度控制的区域405-1～405-4，对每个区域405-1～405-4分别设置有供气调节阀402-1～402-4（供气风量执行机构）。空调机401构成副控制系统的供气温度执行机构。

主控制部1-1～1-4对于各区域405-1～405-4进行基于供气风量的室内温度控制。各区域405-1～405-4的温度PV_A1～PV_A4（控制量）通过温度传感器403-1～403-4分别测量。四个区域共同的空调机401在制冷的情况下将供气冷却到指定的温度，在制热的情况下将供气加热到指定的温度。下面仅对制冷的情况进行说明。

从空调机401送出的供气通过管道406从送风口407-1～407-4供给至各区域405-1～405-4。供气温度通过供气温度传感器404测量。供气风门402-1～402-4对应于从主控制部1-1～1-4输出的操作量MV_A1～MV_A4对供给至各区域405-1～405-4的供气的风量进行调节。空调机401通过根据从操作量调整控制部3输出的调整操作量MV_BS，调节流过空调机内部的热交换机的载热体的量，对供气温度进行调节。从房间400返回的回风通过管道408以及回风风门409，与从进风口导入的户外空气混合并回到空调机401。用主控制系统能控制的最低必要的操作量MV_A1～MV_A4（风量）是操作量设定值SP_BS，即调整对象的平衡点。操作量设定值SP_BS例如为10mm³／min.。

为了使主控制系统的操作量MV_A1～MV_A4增加，需要使作为调整操作量MV_BS的供气温度升高，相反地，为了使主控制系统的操作量MV_A1～MV_A4减少，需要使作为调整操作量MV_BS的供气温度下降。因此，对操作量调整控制部3的调整控制运算部32应用逆动作的控制运算。一般来说，由于只要减少风量就能减小输送动力，因此可知，这就与节能联系起来。

在四个主控制系统中，处于最不利的控制状态的主控制系统是操作量MV_A1～MV_A4示出最小值的主控制系统。因此，选择器2只要选择四个操作量MV_A1～MV_A4中的最小值并将其作为合成操作量MV_AS输出即可。但是，也可以根据控制性能的必要性对权重αj、βi进行适当地调整。

在空调的情况下，存在于各区域405-1～405-4的人或计算机那样的发热物，或各区域405-1～405-4有无窗口那样的放热条件是不同的，其结果是，各区域的操作量MV_A1～MV_A4的数值很可能变得大不相同。因而优选为不使权重集中到操作量MV_A1～MV_A4的最小值上，而是与操作量MV_A1～MV_A4的数值联动地改变式（3）示出的权重βi。具体来说，操作量MV_Ai（i=1～4）例如能取0%～100％的数值的话，可以对0％～19.9％的范围内的操作量MV_Ai设定3.0的权重βi，对20.0％～39.9％的范围内的操作量MV_Ai设定2.5的权重βi，对40.0％～59.9％的范围内的操作量MV_Ai设定2.0的权重βi，对60.0%～79.9％的范围内的操作量MV_Ai设定1.5的权重βi，对80.0％～100.0%的范围内的操作量MV_Ai设定1.0的权重βi。

设定于操作量调整控制部3的调整控制运算部32的积分时间TI_B被设为在设定于四个主控制部1-i（i=1～4）的控制运算部12-i的积分时间TI_Ai中的最大值TI_Amax以上。又，设定于调整控制运算部32的微分时间TD_B被设为在设定于主控制部1-i的控制运算部12-i的微分时间TD_Ai中的最小值TD_Amin以下。

另外，本实施形态的协调动作装置的情况优选为以下结构：具有管理部（未图示），以对作为直接影响平衡点的状态量的供气温度进行管理。具体来说，管理部在供气温度在规定上限值以上的情况下，限制调整操作量MV_BS使其不下降，相反地，在供气温度在规定下限值以下的情况下，限制调整操作量MV_BS使其不上升。也就是说，管理部限制调整操作量MV_BS，使供气温度不高于上限值或不低于下限值。

[第五实施形态]

接下来，对本发明的第五实施形态进行说明。图9是示出本实施形态涉及的大楼多联式空调系统的结构的框图。本实施形态示出了将第一实施形态的协调动作装置应用到由四个作为主控制系统的供气温度控制系统和一个作为副控制系统的载热体温度控制系统构成的大楼多联式空调系统中的例子。房间500中有四个要控制温度的区域504-1～504-4，对每个区域504-1～504-4分别设置有空调机501-1～501-4（供气温度执行机构）。室外机502构成副控制系统的载热体温度执行机构。

主控制部1-1～1-4对于各区域504-1～504-4进行基于供气温度的室内温度控制。各区域504-1～504-4的温度PV_A1～PV_A4（控制量）通过温度传感器503-1～503-4分别测量。4台空调机501-1～501-4共同的室外机502在制冷的情况下将载热体冷却到指定的温度，在制热的情况下将载热体加热到指定的温度。下面仅对制冷的情况进行说明。

室外机502通过根据从操作量调整控制部3输出的调整操作量MV_BS，调节流过室外机内部的热交换机的载热体的量，对载热体温度进行调节。用室外机502冷却了的载热体通过配管508被供给至各空调机501-1～501-4。使用了的载热体通过配管509回到室外机502。空调机501-1～501-4通过根据从主控制部1-1～1-4输出的操作量MV_A1～MV_A4，调节流过空调机内部的热交换机的载热体的量，对供气温度进行调节。从空调机501-1～501-4送出的供气通过管道505-1～505-4从送风口506-1～506-4被供给至各区域504-1～504-4。从房间500返回的回风通过管道507-1～507-4回到空调机501-1～501-4。用主控制系统能控制的最低必要的操作量MV_A1～MV_A4（载热体阀门开度）是操作量设定值SP_BS，即调整对象的平衡点。操作量设定值SP_BS例如为20%。

为了使主控制系统的操作量MV_A1～MV_A4增加，需要使作为调整操作量MV_BS的制冷剂温度升高，相反地，为了使主控制系统的操作量MV_A1～MV_A4减少，需要使作为调整操作量MV_BS的制冷剂温度降低。因此，对操作量调整控制部3的调整控制运算部32应用逆动作的控制运算。根据室外机502的种类，减少载热体流量的话，就能减小输送动力，因此能够与节能相联系。

在四个主控制系统中，处于最不利的控制状态的主控制系统是操作量MV_A1～MV_A4示出最小值的主控制系统。因此，选择器2只要选择四个操作量MV_A1～MV_A4中的最小值并将其作为合成操作量MV_AS输出即可。但是，也可以根据控制性能的必要性对权重αj、βi进行适当地调整。

在空调的情况下，存在于各区域504-1～504-4的人或计算机那样的发热物，或各区域504-1～504-4有无窗口那样的放热条件是不同的，其结果是，各区域的操作量MV_A1～MV_A4的数值很可能变得大不相同。因而优选为不使权重集中到操作量MV_A1～MV_A4的最小值上，而是与操作量MV_A1～MV_A4的数值联动地改变式（3）示出的权重βi。具体来说，操作量MV_Ai（i=1～4）例如能取0%～100％的数值的话，可以对0％～19.9％的范围内的操作量MV_Ai设定3.0的权重βi，对20.0％～39.9％的范围内的操作量MV_Ai设定2.5的权重βi，对40.0％～59.9％的范围内的操作量MV_Ai设定2.0的权重βi，对60.0%～79.9％的范围内的操作量MV_Ai以1.5的权重βi，给在80.0％～100.0%的范围内的操作量MV_Ai设定1.0的权重βi。

设定于操作量调整控制部3的调整控制运算部32的积分时间TI_B被设为在设定于四个主控制部1-i（i=1～4）的控制运算部12-i的积分时间TI_Ai中的最大值TI_Amax以上。又，设定于调整控制运算部32的微分时间TD_B被设为在设定于主控制部1-i的控制运算部12-i的微分时间TD_Ai中的最小值TD_Amin以下。

另外，在大楼多联式空调系统的情况下，成为折衷选择的操作量的组合也可以根据空调机501-1～501-4或室外机502所具有的功能等，采用上述以外的适当设计。另外，本实施形态的协调动作装置的情况优选为以下结构：具有管理部（未图示），以对作为直接影响平衡点的状态量的载热体温度进行管理。具体来说，管理部在载热体温度在规定上限值以上的情况下，限制调整操作量MV_BS使其不下降，相反地，在载热体温度在规定下限值以下的情况下，限制调整操作量MV_BS使其不上升。也就是说，管理部限制调整操作量MV_BS，使载热体温度不高于上限值或不低于下限值。

以第一～第五的实施形态说明的协调动作装置可通过具有CPU、存储装置以及接口的计算机，和控制这些硬件资源的程序实现。CPU根据存储装置存储的程序执行以第一～第五实施形态说明的处理。

工业上的可利用性

本发明能够适用于多回路控制系统。特别是，本发明将多个主控制系统中的、其要调整的平衡点相同的多回路控制系统作为对象。

符号说明

1-1～1-n：主控制部，2：选择器，3：操作量调整控制部，4-1～4-4、5：执行机构，6-1～6-4：控制对象，10-1～10-n：设定值输入部，11-1～11-n：控制量输入部，12-1～12-n：控制运算部，13-1～13-n：操作量输出部，20-1～20-n：操作量取得部，21：排列部，22：合成部，23：合成操作量输出部，30：操作量设定值输入部，31：合成操作量取得部，32：调整控制运算部，33：调整操作量输出部，34：积分时间限制器，35：微分时间限制器。

Claims (18)

1.一种协调动作装置，其特征在于，包括：

对应于多个主控制系统而设置的多个第一控制运算单元，所述第一控制运算单元将主控制的设定值和主控制的控制量作为输入，通过控制运算计算出第一操作量；

对于每个主控制系统设置的多个第一操作量输出单元，所述第一操作量输出单元将通过对应的主控制系统的所述第一控制运算单元算出的第一操作量输出至对应的主控制系统的执行机构；

合成单元，所述合成单元通过对由所述多个第一控制运算单元算出的多个第一操作量进行加权运算，对所述多个第一操作量进行合成；

第二控制运算单元，所述第二控制运算单元对应于用于调整平衡点的一个副控制系统而设置，所述平衡点是主控制的稳定状态下的理想的操作量输出，所述第二控制运算单元将表示所述平衡点的规定的操作量设定值作为输入，且将从所述合成单元输出的第二操作量作为控制量输入，通过控制运算计算出第三操作量；以及

第二操作量输出单元，所述第二操作量输出单元将由所述第二控制运算单元算出的第三操作量输出至副控制系统的执行机构。

2.如权利要求1所记载的协调动作装置，其特征在于，

所述第一控制运算单元和所述第二控制运算单元进行的控制运算是PID控制运算，

预先设定于所述第二控制运算单元的作为PID参数的积分时间是全部的预先设定于所述第一控制运算单元的积分时间以上的值。

3.如权利要求1所记载的协调动作装置，其特征在于，

所述第一控制运算单元和所述第二控制运算单元进行的控制运算是PID控制运算，

预先设定于所述第二控制运算单元的作为PID参数的微分时间是全部的预先设定于所述第一控制运算单元的微分时间以下的值。

4.如权利要求1所记载的协调动作装置，其特征在于，

所述第一控制运算单元和所述第二控制运算单元进行的控制运算是PID控制运算，

所述协调动作装置还包括积分时间限制器，所述积分时间限制器将设定于所述第二控制运算单元的作为PID参数的积分时间限制为全部的预先设定于所述第一控制运算单元的积分时间以上的值。

5.如权利要求1所记载的协调动作装置，其特征在于，

所述第一控制运算单元和所述第二控制运算单元进行的控制运算是PID控制运算，

所述协调动作装置还包括微分时间限制器，所述微分时间限制器将设定于所述第二控制运算单元的作为PID参数的微分时间限制为全部的预先设定于所述第一控制运算单元的微分时间以下的值。

6.如权利要求1至5中的任意一项所记载的协调动作装置，其特征在于，

还包括排列单元，所述排列单元将由所述多个第一控制运算单元算出的多个第一操作量按小到大的顺序或者大到小的顺序排序，

所述合成单元通过对由所述排列单元排序了的多个第一操作量进行加权运算，对所述多个第一操作量进行合成。

7.如权利要求6所记载的协调动作装置，其特征在于，

所述合成单元进行选择所述第一操作量的最小值或最大值的加权运算。

8.如权利要求1至5中的任意一项所记载的协调动作装置，其特征在于，

所述合成单元进行的加权运算的权重是与所述第一操作量的数值联动的可变的权重。

9.如权利要求1至5中的任意一项所记载的协调动作装置，其特征在于，

还具有管理单元，所述管理单元监视直接影响所述平衡点的状态量，对所述第三操作量的操作予以限制。

10.一种协调动作方法，其特征在于，包括：

第一控制运算步骤，将主控制的设定值和主控制的控制量作为输入，通过控制运算对每个主控制系统计算出第一操作量；

第一操作量输出步骤，将在所述第一控制运算步骤算出的多个第一操作量分别输出至对应的主控制系统的执行机构；

合成步骤，通过对在所述第一控制运算步骤算出的多个第一操作量进行加权运算，对所述多个第一操作量进行合成而得到第二操作量；

第二控制运算步骤，将表示平衡点的规定的操作量设定值作为输入，且将在所述合成步骤得到的第二操作量作为控制量输入，通过控制运算计算出第三操作量，所述平衡点是主控制的稳定状态下的理想的操作量输出；以及

第二操作量输出步骤，将在所述第二控制运算步骤算出的第三操作量输出至用于调整所述平衡点的一个副控制系统的执行机构。

11.如权利要求10所记载的协调动作方法，其特征在于，

在所述第一控制运算步骤和所述第二控制运算步骤进行的控制运算是PID控制运算，

在所述第二控制运算步骤使用的作为PID参数的积分时间是在所述第一控制运算步骤使用的全部的积分时间以上的值。

12.如权利要求10所记载的协调动作方法，其特征在于，

在所述第一控制运算步骤和所述第二控制运算步骤进行的控制运算是PID控制运算，

在所述第二控制运算步骤使用的作为PID参数的微分时间是在所述第一控制运算步骤使用的全部的微分时间以下的值。

13.如权利要求10所记载的协调动作方法，其特征在于，

在所述第一控制运算步骤和所述第二控制运算步骤进行的控制运算是PID控制运算，

所述协调动作方法还包括积分时间限制步骤，将在所述第二控制运算步骤使用的作为PID参数的积分时间限制为在所述第一控制运算步骤使用的全部的积分时间以上的值。

14.如权利要求10所记载的协调动作方法，其特征在于，

在所述第一控制运算步骤和所述第二控制运算步骤进行的控制运算是PID控制运算，

所述协调动作方法还包括微分时间限制步骤，将在所述第二控制运算步骤使用的作为PID参数的微分时间限制为在所述第一控制运算步骤使用的全部的微分时间以下的值。

15.如权利要求10至14中的任意一项所记载的协调动作方法，其特征在于，

还包括排列步骤，将在所述第一控制运算步骤算出的多个第一操作量按小到大的顺序或者大到小的顺序排序，

所述合成步骤通过对在所述排列步骤排序了的多个第一操作量进行加权运算，对所述多个第一操作量进行合成。

16.如权利要求15所记载的协调动作方法，其特征在于，

所述合成步骤进行选择所述第一操作量的最小值或最大值的加权运算。

17.如权利要求10至14中的任意一项所记载的协调动作方法，其特征在于，

在所述合成步骤进行的加权运算的权重是与所述第一操作量的数值联动的可变的权重。

18.如权利要求10至14中的任意一项所记载的协调动作方法，其特征在于，

还具有管理步骤，监视直接影响所述平衡点的状态量，对所述第三操作量的操作予以限制。