JP2001350503A - Pid制御装置 - Google Patents
Pid制御装置Info
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Abstract
タの調整を自動的に行って、常に安定した制御応答を保
持する。 【解決手段】 PID制御装置は、所定の制御対象プロ
セス1を自動制御するためのPID制御器2を備えてい
る。プロセス同定手段3によって、制御中、定期的に、
操作量MVを一定範囲内でステップ状に変化させ、その
際の制御量PVの変化に基づいて、プロセス・パラメー
タが求められるようになっている。また、制御パラメー
タ決定手段4によって、プロセス同定手段3によって求
められたプロセス・パラメータを用いて、所定のPID
調整公式に基づいてPID制御器2の制御パラメータが
自動的に決定されるようになっている。
Description
ステムにおける空調プロセスのような所定のプロセスを
自動制御するためのPID制御装置に係り、とりわけ、
制御パラメータの自動的な調整を可能としたPID制御
装置に関する。
調プロセスの制御を含めて、一般にプロセス量の制御と
してはPID制御を用いることが多い。このPID制御
のパラメータである比例ゲイン、積分時間および微分時
間は、制御応答を決定する重要なパラメータであり、こ
れらのパラメータの値によって制御応答の安定になった
り不安定になったりする
性が変動しない系では、PID制御の制御パラメータを
一度調整した値にすれば、その値に固定しておいても問
題ない。しかし、制御対象の特性が変動する系では、P
ID制御の制御パラメータを固定したままでは、望まし
い制御応答を持続することができず、状態によっては不
安定な応答(ハンチング)になり、プロセスに悪影響を
与えることになる。また、制御応答が不安定となるた
め、無駄なエネルギーを消費することにもなる。
時間や遅れ時間が大きく、また季節変動のあるような系
では、制御パラメータの調整が重要となる。しかし、従
来のPID制御装置では、制御対象の特性変動に適応し
た制御パラメータの調整が困難であり、常に安定した制
御応答を保持することができない。
たものであり、制御対象の特性変動に適応した制御パラ
メータの調整を自動的に行って、常に安定した制御応答
を保持することのできるようなPID制御装置を提供す
ることを目的とする。
ロセスを自動制御するためのPID制御器を備えたPI
D制御装置において、制御中、定期的に、操作量(M
V)を一定範囲内でステップ状に変化させ、その際の制
御量(PV)の変化に基づいて、プロセス・パラメータ
を求めるためのプロセス同定手段と、前記プロセス同定
手段によって求められたプロセス・パラメータを用い
て、所定のPID調整公式に基づいて前記PID制御器
の制御パラメータを決定するための制御パラメータ決定
手段とを更に備えたことを特徴とするものである。
段によって制御中、定期的にプロセス・パラメータが求
められ、そのプロセス・パラメータを用いて、制御パラ
メータ決定手段によってPID制御器の制御パラメータ
が自動的に決定される。
対象としての前記プロセスの立ち上げ、又は目標値(S
V)の変更があったことを検知するための制御状態判定
手段、を更に備え、前記制御パラメータ決定手段は、前
記制御状態判定手段が前記プロセスの立ち上げ又は目標
値(SV)の変更を検知した場合に、前記制御パラメー
タを決定するためのPID調整公式として、まず対目標
値の調整公式を用い、一定時間経過後に対外乱の調整公
式を用いるように構成されているものである。
適化しようとすれば目標追従特性が振動的となり、逆に
目標追従特性を最適化しようとすれば外乱抑制特性が甘
くなってしまう。そこで、この第2の発明においては、
外乱抑制と目標追従のいずれの特性を最適化する制御を
行うかを状況に応じて使い分けることとした。すなわ
ち、プロセスの立ち上げ時又は目標値(SV)の変更時
には、まず対目標値の調整公式を用いることで目標値追
従特性を最適化する制御を行い、一定時間経過後に対外
乱の調整公式を用いることで、外乱抑制特性を最適化す
る制御を行うようにした。
PID制御器との組合せにおいて、外乱抑制と目標値追
従の双方の制御特性を最適化するような2自由度PID
制御器を構成するための目標値フィルタを更に備えたも
のである。
御器を用いる場合と異なり、外乱抑制と目標値追従の双
方の制御特性を最適化するようなPID制御を行うこと
が可能となる。
御器としての前記PID制御器との組合せにおいて、ス
ミスのむだ時間補償制御器を構成するためのプロセスモ
デル部、を更に備え、前記制御パラメータ決定手段は更
に、前記プロセス同定手段によって求められたプロセス
・パラメータを用いて、前記プロセスモデル部における
プロセス・パラメータを自動的に更新するように構成さ
れているものである。
時間を持ったプロセスの制御において制御特性を改善す
ることが可能となる。
の発明のように、制御対象としての前記プロセスの立ち
上げ、又は目標値(SV)の変更があったことを検知す
るための制御状態判定手段、を更に備え、前記制御パラ
メータ決定手段は、前記制御状態判定手段が前記プロセ
スの立ち上げ又は目標値(SV)の変更を検知した場合
に、前記制御パラメータを決定するためのPID調整公
式として、まず対目標値の調整公式を用い、一定時間経
過後に対外乱の調整公式を用いるように構成されている
ものである。
の発明のように、前記PID制御器との組合せにおい
て、外乱抑制と目標値追従の双方の制御特性を最適化す
るような2自由度PID制御器を構成するための目標値
フィルタを更に備えたものである。
れかにおいて、制御対象としての前記プロセスは、空調
システムによる空調プロセスであり、前記プロセス同定
手段において、前記操作量をステップ状に変化させる範
囲は、所定の空調の快適性が保たれる範囲内に設定され
ているものである。
時間が大きく、また季節変動のある空調プロセスを制御
対象とすることで、第1乃至第6の発明による効果を有
効に発揮させることができる。また、操作量をステップ
状に変化させる範囲を空調の快適性が保たれる範囲内に
設定したので、空調の快適性を損ねることもない。
調の快適性が保たれる範囲を、室温において±2℃の範
囲としたものである。
施の形態について説明する。図1乃至図6は本発明によ
るPID制御装置の実施の形態を示す図であり、図7は
本発明が適用される空調システムの構成例を示す図であ
る。
より本発明の第1の実施形態について説明する。
のPID制御装置は、制御対象プロセス1を自動制御す
るためのPID制御器2を備えている。図1において、
記号SV、MVおよびPVはそれぞれ目標値、操作量お
よび制御量の信号を表している。これらの要素によっ
て、通常のPID制御装置と同様のフィードバック・ル
ープが形成されている。そして、本実施形態のPID制
御装置は、プロセス同定手段3と制御パラメータ決定手
段4とを更に備えている。
Vおよび制御量PVが入力されるようになっている。ま
た、このプロセス同定手段3は、PID制御器2に対し
て、制御を手動モードにして操作量MVをステップ状に
変化させる指令信号を出力するようになっている。そし
て、プロセス同定手段3は、制御中、定期的に、操作量
MVを一定範囲内でステップ状に変化させ、その際の制
御量PVの変化に基づいて、プロセス・パラメータを求
めるように構成されている。
は、プロセス同定手段3からプロセス・パラメータが入
力されるようになっている。そして、制御パラメータ決
定手段4は、プロセス同定手段3によって求められたプ
ロセス・パラメータを用いて、所定のPID調整公式に
基づいてPID制御器2の制御パラメータを決定するよ
うに構成されている。そのようにして決定された制御パ
ラメータが、制御パラメータ決定手段4からPID制御
器2に入力されるようになっている。
段3におけるプロセス・パラメータの求め方について説
明する。図2において、操作量MVをΔMVだけステッ
プ状に増加させてから制御量PVが立ち上がる(増加し
始める)までの時間がむだ時間Lとなる。そして、むだ
時間Lの経過後、制御量(PVが最終的な増加量(定常
値)ΔPVの63%まで増加するのに要する時間が一次
遅れ時定数Tとなる。また、ΔPV/ΔMVの値がプロ
セスゲインKとなる。以上のL、TおよびKがプロセス
・パラメータとして求められる。
は、 GP(S)=e―L・S・K/(1+T・S) で表される。
ロセス同定手段3によって求められた上記プロセス・パ
ラメータL,T,Kを用いて、所定のPID調整公式に
基づいてPID制御器2の制御パラメータとしての比例
ゲインKP、積分時間TIおよび微分時間TDを決定す
る。この場合のPID調整公式としては、[表1]に例
示するような各種の公式を用いることができる。具体的
には、これらの公式をテーブルとして持っておき、その
中から予めオペレータが選択しておくようにすればよ
い。
調プロセスに用いられるビル用空調システムの構成例に
ついて、図7を参照して説明する。
AF、冷却コイルCC、加熱コイルHCおよび加湿器H
Fを内蔵した空調機10を備えている。この空調機10
からの空調空気が、送風機11によって空調の対象とな
る室内12へ吹き出されるようになっている。また、こ
の室内12の空気が還気ファン13によって吸い出さ
れ、例えばその一部が排気される一方、残りが外気と共
に再び空調機10に吸い込まれるようになっている。な
お、これらの室内空気、排気および外気の割合を調節す
るためのダンパ14,15,16が設けられている。
コイルHCおよび加湿器HFには、それぞれ冷水ライ
ン、温水ラインおよび蒸気ラインが接続されている。こ
れらの各ラインには、それぞれ流量調節弁17,18,
19が設けられている。また、室内12には温度計20
および湿度計21が設けられている。また、本発明によ
るPID制御装置としての、中央CPUに接続されたD
DC(直接ディジタル制御装置)22が設けられてい
る。
計21からの温度および湿度の信号が、それぞれ制御量
PVとしてDDC22に入力されると共に、各調節弁1
7,18,19の開度を調節するための信号が、それぞ
れ操作量MVとしてDDC22から出力されるようにな
っている。また、例えば所定の空調操作部(図示せず)
からの温度および湿度の設定信号が、それぞれ目標値S
VとしてDDC22に入力されるようになっている。
スを制御する場合、プロセス同定手段3において操作量
MVをステップ状に変化させる範囲ΔMV(図2)は、
空調の快適性が保たれる範囲内に設定することが好まし
い。そのような空調の快適性が保たれる範囲は、例えば
室温においては±2℃の範囲である。
る本実施形態の作用効果について説明する。
によって制御中、定期的にプロセス・パラメータとして
のむだ時間L、一次遅れ時定数Tおよびプロセスゲイン
Kが求められる。そして、それらのプロセス・パラメー
タL,T,Kを用いて、制御パラメータ決定手段4によ
ってPID制御器2の制御パラメータとしての比例ゲイ
ンKP、積分時間TIおよび微分時間TDが自動的に決
定される。このため、制御対象としてのプロセスの特性
変動に適応した制御パラメータKP,TI,T Dを自動
的に調整して、常に安定した制御応答を保持することが
できる。
季節変動のある空調プロセスを制御対象とすることで、
そのような効果を有効に発揮させることができる。その
場合、プロセス同定手段3において操作量MVをステッ
プ状に変化させる範囲を、上記のように空調の快適性が
保たれる範囲内に設定すれば、空調の快適性を損ねるこ
ともない。
明の第2の実施形態について説明する。
に制御状態判定手段5を更に備えると共に、制御パラメ
ータ決定手段4がPID調整公式として対目標値の調整
公式と対外乱の調整公式とを使い分けるように構成した
点で上記第1の実施形態と異なり、その他の構成は図1
及び図2に示す上記第1の実施形態と同様である。
値SVおよび制御量PVが入力されるようになってお
り、制御対象プロセス1(例えば空調)の立ち上げ、又
は目標値SVの変更があったことを検知するように構成
されている。
状態判定手段5がプロセスの立ち上げ又は目標値SVの
変更を検知した場合に、制御パラメータを決定するため
のPID調整公式として、まず対目標値の調整公式を用
い、一定時間経過後に対外乱の調整公式を用いるように
構成されている。この場合、対目標値の調整公式として
は、例えば[表1]下段の(3)-(C)〜(5)の公
式を用いることができる。また、対外乱の調整公式とし
ては、例えば[表1]上段の(1)〜(3)-(B)の
公式を用いることができる。
る本実施形態の作用効果について説明する。
適化しようとすれば目標追従特性が振動的となり、逆に
目標追従特性を最適化しようとすれば外乱抑制特性が甘
くなってしまう。そこで、本実施形態においては、外乱
抑制と目標追従のいずれの特性を最適化する制御を行う
かを状況に応じて使い分けることとした。すなわち、プ
ロセスの立ち上げ時又は目標値SVの変更時には、まず
対目標値の調整公式を用いることで目標値追従特性を最
適化する制御を行い、一定時間経過後に対外乱の調整公
式を用いることで、外乱抑制特性を最適化する制御を行
うようにしたものである。
明の第3の実施形態について説明する。
に、PID制御器2との組合せにおいて2自由度のPI
D制御器8を構成するための目標値フィルタ6を更に備
えた点で上記第1の実施形態と異なり、その他の構成は
図1及び図2に示す上記第1の実施形態と略同様であ
る。
の組合せにおいて構成された2自由度PID制御器8
は、外乱抑制と目標値追従の双方の制御特性を最適化す
るようなPID制御器として提案されているものである
(参考文献1:第24回SICE学術講演会予稿集(昭
和60年7月)第217〜218頁)。
御器2の制御パラメータとして外乱抑制に最適な値を設
定しておくと共に、目標値フィルタ6のパラメータ設定
によって、目標値変更に対する制御パラメータのみを自
動変更することで、外乱抑制と目標値追従の双方の制御
特性を最適化できるように構成されている。
えば、 H(S)=(1+α・TI・S)/(1+TI・S) が用いられ、そのαの値は一般的に0.4が推奨値とさ
れている(上記参考文献1より)。
PID制御器(例えばPID制御器2のみ)を用いる場
合と異なり、外乱抑制と目標値追従の双方の制御特性を
最適化するようなPID制御を行うことが可能となる。
明の第4の実施形態について説明する。
に、主制御器としてのPID制御器2との組合せにおい
て、スミスのむだ時間補償制御器9を構成するためのプ
ロセスモデル部7を更に備え点で上記第1の実施形態と
異なり、その他の構成は図1及び図2に示す上記第1の
実施形態と略同様である。
きいため、通常のフィードバック制御では所望の制御特
性を得ることが難しい。そのような場合に制御特性を改
善する手段としてスミスのむだ時間補償制御(スミス
法)がある(参考文献2:自動制御ハンドブック基礎
編,計測自動制御学会編,オーム社;第131〜133
頁)。
のようなスミスのむだ時間補償制御を行うためのもので
あり、そのプロセスモデル部7としては、例えば、 GPM(S)=KPM/(1+TPM・S) の形のものが用いられる。
S) の上記プロセス・パラメータL,T,K(むだ時間L,
一次遅れ時定数T,プロセスゲインK)を上記第1の実
施形態の場合と同様、プロセス同定手段3によって定期
的に求める。
手段4は更に、プロセス同定手段3によって求められた
プロセス・パラメータL,T,Kを用いて、プロセスモ
デル部7におけるプロセス・パラメータKPM,
TPM,LPMを、 KPM=K,TPM=T,LPM=L とおいて自動的に更新するように構成されている。
制御パラメータKP,TI,TDは、上記第1の実施形
態の場合と同様、制御パラメータ決定手段4が、プロセ
ス同定手段3によって求められたプロセス・パラメータ
L,T,Kを用いて、所定のPID調整公式に基づいて
決定するようになっている。
(例えば上記空調システムのような)大きなむだ時間を
持ったプロセスの制御において制御特性を改善すること
が可能となる。
おいて更に、上記第3の実施形態で説明したような2自
由度PID制御器を構成するための目標値フィルタ6を
設けることで、外乱抑制と目標値追従の双方の制御特性
の最適化を図るようにしてもよい。
明の第5の実施形態について説明する。
に、上記第2の実施形態(図3)と同様、制御状態判定
手段5を更に備えると共に、制御パラメータ決定手段4
がPID調整公式として対目標値の調整公式と対外乱の
調整公式とを使い分けるように構成した点で上記第4の
実施形態と異なり、その他の構成は図5に示す上記第4
の実施形態と同様である。
定手段4は、制御状態判定手段5がプロセスの立ち上げ
又は目標値SVの変更を検知した場合に、(主制御器と
してのPID制御器2の)制御パラメータを決定するた
めのPID調整公式として、まず対目標値の調整公式を
用い、一定時間経過後に対外乱の調整公式を用いるよう
に構成されている。
4の実施形態の作用効果と併せて、上記第2の実施形態
と同様の作用効果を奏することができる。
実施形態に限定されるものではない。例えば、例示した
空調プロセスの制御以外でも、制御対象の特性が変動す
る系であって、且つオンライン制御中に操作量をある程
度変動させても悪影響がでないような制御系であれば本
発明を適用することが可能である。
D制御器の制御パラメータが自動的に決定されるため、
制御対象としてのプロセスの特性変動に適応した制御パ
ラメータを自動的に調整して、常に安定した制御応答を
保持することができる。
を示すブロック図。
パラメータの決定方法を説明するための図。
を示すブロック図。
を示すブロック図。
を示すブロック図。
を示すブロック図。
すブロック図。
Claims (8)
- 【請求項1】所定のプロセスを自動制御するためのPI
D制御器を備えたPID制御装置において、 制御中、定期的に、操作量(MV)を一定範囲内でステ
ップ状に変化させ、その際の制御量(PV)の変化に基
づいて、プロセス・パラメータを求めるためのプロセス
同定手段と、 前記プロセス同定手段によって求められたプロセス・パ
ラメータを用いて、所定のPID調整公式に基づいて前
記PID制御器の制御パラメータを決定するための制御
パラメータ決定手段とを更に備えたことを特徴とするP
ID制御装置。 - 【請求項2】制御対象としての前記プロセスの立ち上
げ、又は目標値(SV)の変更があったことを検知する
ための制御状態判定手段、を更に備え、 前記制御パラメータ決定手段は、前記制御状態判定手段
が前記プロセスの立ち上げ又は目標値(SV)の変更を
検知した場合に、前記制御パラメータを決定するための
PID調整公式として、まず対目標値の調整公式を用
い、一定時間経過後に対外乱の調整公式を用いるように
構成されている、ことを特徴とする請求項1記載のPI
D制御装置。 - 【請求項3】前記PID制御器との組合せにおいて、外
乱抑制と目標値追従の双方の制御特性を最適化するよう
な2自由度PID制御器を構成するための目標値フィル
タを更に備えたことを特徴とする請求項1記載のPID
制御装置。 - 【請求項4】主制御器としての前記PID制御器との組
合せにおいて、スミスのむだ時間補償制御器を構成する
ためのプロセスモデル部、を更に備え、 前記制御パラメータ決定手段は更に、前記プロセス同定
手段によって求められたプロセス・パラメータを用い
て、前記プロセスモデル部におけるプロセス・パラメー
タを自動的に更新するように構成されている、ことを特
徴とする請求項1記載のPID制御装置。 - 【請求項5】制御対象としての前記プロセスの立ち上
げ、又は目標値(SV)の変更があったことを検知する
ための制御状態判定手段、を更に備え、 前記制御パラメータ決定手段は、前記制御状態判定手段
が前記プロセスの立ち上げ又は目標値(SV)の変更を
検知した場合に、前記制御パラメータを決定するための
PID調整公式として、まず対目標値の調整公式を用
い、一定時間経過後に対外乱の調整公式を用いるように
構成されている、ことを特徴とする請求項4記載のPI
D制御装置。 - 【請求項6】前記PID制御器との組合せにおいて、外
乱抑制と目標値追従の双方の制御特性を最適化するよう
な2自由度PID制御器を構成するための目標値フィル
タを更に備えたことを特徴とする請求項4記載のPID
制御装置。 - 【請求項7】制御対象としての前記プロセスは、空調シ
ステムによる空調プロセスであり、 前記プロセス同定手段において、前記操作量をステップ
状に変化させる範囲は、所定の空調の快適性が保たれる
範囲内に設定されている、ことを特徴とする請求項1乃
至6のいずれかに記載のPID制御装置。 - 【請求項8】前記空調の快適性が保たれる範囲を、室温
において±2℃の範囲とした、ことを特徴とする請求項
7記載のPID制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000173839A JP2001350503A (ja) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | Pid制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000173839A JP2001350503A (ja) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | Pid制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001350503A true JP2001350503A (ja) | 2001-12-21 |
Family
ID=18675987
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000173839A Pending JP2001350503A (ja) | 2000-06-09 | 2000-06-09 | Pid制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001350503A (ja) |
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- 2000-06-09 JP JP2000173839A patent/JP2001350503A/ja active Pending
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