JP2010073098A - 制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御装置は、各制御ループの制御量PV1,PV2と設定値SP1,SP2との偏差に基づいて操作量MV1,MV2を算出するPID演算部22−1,22−2と、操作量MV1とMV2との操作量差δMVを算出する操作量差算出部31−1,31−2と、操作量差δMVに基づいて設定値SP1,SP2に対するSP補正量ΔSP1,ΔSP2を算出するSP補正量算出部32−1,32−2とを備える。SP補正量算出部32−1,32−2は、操作量MV1のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するようにSP補正量ΔSP1,ΔSP2を算出する。
【選択図】 図3
Description
また、本発明の制御装置の1構成例において、前記操作量差算出手段は、前記第1の操作量と第2の操作量の各々にダンピング処理を行うダンピング処理手段と、前記ダンピング処理後の第1の操作量からダンピング処理後の第2の操作量を減算して前記操作量差を算出する減算手段とを備え、前記補正量算出手段は、前記操作量差に対して不感帯処理を行う不感帯処理手段と、前記不感帯処理後の操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する前記倍率乗算手段と、算出された補正量に上下限処理を行う上下限処理手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の1構成例において、前記操作量差算出手段は、制御対象を空間的に2つに分割する場合に、一方のゾーンの操作量を前記第1の操作量、他方のゾーンの操作量を前記第2の操作量として、前記操作量差を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の1構成例において、前記操作量差算出手段と補正量算出手段とは、制御対象を空間的に2つ以上に分割する場合に、ゾーン毎に設けられ、各操作量差算出手段は、制御対象のゾーンの操作量を前記第1の操作量、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の平均値を前記第2の操作量として、前記操作量差をゾーン毎に算出することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の1構成例において、前記第2の操作量は、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の加重平均値である。
また、本発明の制御方法の1構成例において、前記操作量差算出手順は、前記第1の操作量と第2の操作量の各々にダンピング処理を行うダンピング処理手順と、前記ダンピング処理後の第1の操作量からダンピング処理後の第2の操作量を減算して前記操作量差を算出する減算手順とを備え、前記補正量算出手順は、前記操作量差に対して不感帯処理を行う不感帯処理手順と、前記不感帯処理後の操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する前記倍率乗算手順と、算出された補正量に上下限処理を行う上下限処理手順とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の1構成例において、前記操作量差算出手順は、制御対象を空間的に2つに分割する場合に、一方のゾーンの操作量を前記第1の操作量、他方のゾーンの操作量を前記第2の操作量として、前記操作量差を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の1構成例において、前記操作量差算出手順と補正量算出手順とは、制御対象を空間的に2つ以上に分割する場合に、ゾーン毎に実行され、各操作量差算出手順は、制御対象のゾーンの操作量を前記第1の操作量、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の平均値を前記第2の操作量として、前記操作量差をゾーン毎に算出することを特徴とするものである。
大規模あるいは中規模の空間を対象とした空調システムや、複数の加熱エリアを持つ加熱処理装置では、空間や加熱エリアを複数のゾーンに分割し、個々のゾーンにシングルループの制御系を形成して、温度制御や湿度制御を行う。このような構成は、全体として見れば、マルチループの制御系を形成していることになる。通常、マルチループの制御系では、ゾーン間に温度干渉のような状態量干渉が発生することに特徴がある。この状態量干渉を利用し、操作量差を小さくする操作を与えることで、制御量PVを設定値SPに近付ける特性を完全に犠牲にしてしまうことは避けながらも、エネルギー的な不利を緩和することが可能になることに、発明者は着眼した。
ゾーンZ1の操作量MV1とゾーンZ2の操作量MV2(MV1>MV2)に対して、操作量差δMV(=MV1−MV2)を小さくするような、設定値(温度)SP1,SP2の補正量であるSP補正量ΔSP1,ΔSP2を算出する(ステップS1)。
SP補正量ΔSP2により、操作量の小さい側の設定値SP2が低めに補正される(ステップS3)。
ゾーンZ2の設定値SP2が低めに補正されたことにより、ゾーンZ2の操作量MV2は上昇する方向に算出される(ステップS5)。
ゾーンZ2の操作量MV2が上がったことにより、ゾーンZ2の制御量(温度)PV2は下降する(ステップS7)。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図2は本発明の第1の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。
1は空調制御の対象となる空間、Z1,Z2は空間1を分割した2つのゾーン、2−1,2−2はゾーンZ1,Z2毎に温度制御を行うコントローラ、3はコントローラ2−1,2−2に与えられる設定値SP1,SP2を補正するためのSP補正量ΔSP1,ΔSP2を算出する連携動作演算部、4−1,4−2はゾーンZ1,Z2の制御量PV1,PV2を計測するセンサ、5−1,5−2はゾーンZ1,Z2に冷温風を供給する空調機、6−1,6−2はゾーンZ1,Z2の冷温風出口である。
図3に本実施の形態の空調システムで用いる制御装置の構成を示す。制御装置は、シングルループの制御系を構成するための構成要素であるコントローラ2−1,2−2と、連携動作演算部3とからなる。
ダンピング処理部310,311は、操作量MV1,MV2の高周波のふらつきを削減するための構成要素である。ダンピング処理部310,311は、例えば1次遅れの時間遅れ特性のローパスフィルタで実現すればよい。ゾーンZ1のダンピング処理の時定数をT1、ゾーンZ2のダンピング処理の時定数をT2、ラプラス演算子をsとすると、ダンピング処理部310の伝達関数は1/(1+T1s)、ダンピング処理部311の伝達関数は1/(1+T2s)となる。
δMV=MV1−MV2 ・・・(1)
IF −α≦δMV≦α THEN δMV=0
ELSEIF δMV>α THEN δMV←δMV−α
ELSEIF δMV<−α THEN δMV←δMV+α ・・・(2)
ΔSP1=δMV×A1 ・・・(3)
ΔSP2=δMV×A2 ・・・(4)
IF ΔSP1>ΔSPmax THEN ΔSP1=ΔSPmax ・・・(5)
IF ΔSP1<ΔSPmin THEN ΔSP1=ΔSPmin ・・・(6)
設定値SP1は、例えばゾーンZ1の居住者によって設定され、コントローラ2−1の設定値SP入力部20−1を介してPID演算部22−1に入力される(ステップS100)。設定値SP2は、例えばゾーンZ2の居住者によって設定され、コントローラ2−2の設定値SP入力部20−2を介してPID演算部22−2に入力される(ステップS101)。
SP1’=SP1+ΔSP1 ・・・(7)
SP2’=SP2+ΔSP2 ・・・(8)
MV1=Kg1{1+(1/Ti1s)+Td1s}(SP1’−PV1)
・・・(9)
MV2=Kg2{1+(1/Ti2s)+Td2s}(SP2’−PV2)
・・・(10)
操作量MV出力部23−1,23−2は、PID演算部22−1,22−2から出力された操作量MV1,MV2をそれぞれ空調機5−1,5−2のアクチュエータに出力すると共に連携動作演算部3に出力する。なお、冷房・冷却時には、PID演算部22−1,22−2は、算出した操作量MV1,MV2をそれぞれ反転させた上で出力する。すなわち、0%の操作量MVを100%とし、100%の操作量MVを0%とするといったように反転させて出力する。
このように、本実施の形態では、ゾーン干渉と、操作量MVと制御量PVとの非線形性を利用することで、制御量PVを設定値SPに近づける特性を完全に犠牲にしてしまうことは避けながらも、エネルギー消費量を抑制することが可能になる。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図9は本発明の第2の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。
1aは空調制御の対象となる空間、Z1〜Z6は空間1aを分割した6つのゾーン、2−1〜2−6はゾーンZ1〜Z6毎に温度制御を行うコントローラ、3aは連携動作演算部、4−1〜4−6はゾーンZ1〜Z6の制御量PV1〜PV6を計測するセンサ、5−1〜5−6はゾーンZ1〜Z6に冷温風を供給する空調機、6−1〜6−6はゾーンZ1〜Z6の冷温風出口である。
図10に本実施の形態の空調システムで用いる制御装置の構成を示す。制御装置は、コントローラ2−1〜2−6と、連携動作演算部3aとからなる。
操作量差算出部31a−1内のダンピング処理部310の構成および動作は、第1の実施の形態と同様である。
MVa1=(MV2+MV4)/2 ・・・(11)
MVa1=(W2×MV2+W4×MV4)/(W2+W4) ・・・(12)
加重W2,W4は、それぞれゾーンZ2,Z4とゾーンZ1との間の制御量の干渉を考慮して調整すればよい。
δMV1=MV1−MVa1 ・・・(13)
ここまでゾーンZ1の処理について説明したが、他のゾーンについても同様の処理を行えばよい。
SP3’=SP3+ΔSP3 ・・・(14)
MV3=Kg3{1+(1/Ti3s)+Td3s}(SP3’−PV3)
・・・(15)
MVa2=(MV1+MV3+MV5)/3 ・・・(16)
MVa2=(W1×MV1+W3×MV3+W5×MV5)/(W1+W3+W5)
・・・(17)
加重W1,W3,W5は、それぞれゾーンZ1,Z3,Z5とゾーンZ2との間の制御量の干渉を考慮して調整すればよい。
MVa3=(MV2+MV6)/2 ・・・(18)
MVa3=(W2×MV2+W6×MV6)/(W2+W6)
・・・(19)
加重W2,W6は、それぞれゾーンZ2,Z6とゾーンZ3との間の制御量の干渉を考慮して調整すればよい。
δMV2=MV2−MVa2 ・・・(20)
δMV3=MV3−MVa3 ・・・(21)
こうして、空間や加熱エリアを3つ以上のゾーンに分ける場合においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図15は本発明の第3の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。
本実施の形態は、第1の実施の形態と同様に空間1を2つのゾーンZ1,Z2に分けて温度制御を行なうものであり、設定値SPを補正する代わりに、制御量PVを補正するようにしたものである。
コントローラ2b−1は、設定値SP入力部20−1と、制御量PV入力部21−1と、設定値SP1と制御量PV1とPV補正量ΔPV1に基づいて操作量MV1を算出するPID演算部22b−1と、操作量MV出力部23−1とを備える。同様に、コントローラ2−2は、設定値SP入力部20−2と、制御量PV入力部21−2と、設定値SP2と制御量PV2とPV補正量ΔPV2に基づいて操作量MV2を算出するPID演算部22b−2と、操作量MV出力部23−2とを備える。
PV補正量算出部33−1,33−2内の不感帯処理部330は、それぞれ操作量差δMVに対して第1の実施の形態の不感帯処理部320と同様の処理を行う。
ΔPV1=δMV×A1 ・・・(22)
ΔPV2=δMV×A2 ・・・(23)
図19のステップS300〜S303の処理は、第1の実施の形態のステップS100〜S103と同じである。
PV1’=PV1−ΔPV1 ・・・(24)
PV2’=PV2−ΔPV2 ・・・(25)
MV1=Kg1{1+(1/Ti1s)+Td1s}(SP1−PV1’)
・・・(26)
MV2=Kg2{1+(1/Ti2s)+Td2s}(SP2−PV2’)
・・・(27)
次に、PV補正量算出部33−1内の不感帯処理部330は、操作量差算出部31−1から出力された操作量差δMVに対して不感帯処理を行い(ステップS312)、同様にPV補正量算出部33−2内の不感帯処理部330は、操作量差算出部31−2から出力された操作量差δMVに対して不感帯処理を行う(ステップS313)。
同様に、第2の実施の形態においても、制御量PVを補正する場合には、制御量PVからPV補正量ΔPVを減算すればよい。
Claims (12)
- 制御対象を空間的に分割した複数のゾーンをそれぞれ制御する複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置において、
各制御ループの制御量PVとこれに対応する各制御ループの設定値SPとの偏差に基づいて操作量を制御ループ毎に算出する複数の制御演算手段と、
算出された複数の前記操作量のうち、特定の第1の操作量と他の第2の操作量との操作量差を算出する操作量差算出手段と、
前記操作量差に基づいて各制御ループの前記設定値SPまたは制御量PVに対する補正量を制御ループ毎に算出する補正量算出手段とを備え、
前記補正量算出手段は、前記第1の操作量のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するように前記補正量を算出することを特徴とする制御装置。 - 請求項1に記載の制御装置において、
前記操作量差算出手段は、前記第1の操作量から前記第2の操作量を減算して前記操作量差を算出するものであり、
前記補正量は、設定値SPに加算または制御量PVから減算されるものであり、
前記補正量算出手段は、前記操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する倍率乗算手段を備え、
冷房・冷却時において前記第1の操作量に対応する前記倍率が正の値であり、暖房・加熱時において前記第1の操作量に対応する前記倍率が負の値であることを特徴とする制御装置。 - 請求項2に記載の制御装置において、
前記操作量差算出手段は、
前記第1の操作量と第2の操作量の各々にダンピング処理を行うダンピング処理手段と、
前記ダンピング処理後の第1の操作量からダンピング処理後の第2の操作量を減算して前記操作量差を算出する減算手段とを備え、
前記補正量算出手段は、
前記操作量差に対して不感帯処理を行う不感帯処理手段と、
前記不感帯処理後の操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する前記倍率乗算手段と、
算出された補正量に上下限処理を行う上下限処理手段とを備えることを特徴とする制御装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の制御装置において、
前記操作量差算出手段は、制御対象を空間的に2つに分割する場合に、一方のゾーンの操作量を前記第1の操作量、他方のゾーンの操作量を前記第2の操作量として、前記操作量差を算出することを特徴とする制御装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の制御装置において、
前記操作量差算出手段と補正量算出手段とは、制御対象を空間的に2つ以上に分割する場合に、ゾーン毎に設けられ、
各操作量差算出手段は、制御対象のゾーンの操作量を前記第1の操作量、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の平均値を前記第2の操作量として、前記操作量差をゾーン毎に算出することを特徴とする制御装置。 - 請求項5に記載の制御装置において、
前記第2の操作量は、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の加重平均値であることを特徴とする制御装置。 - 制御対象を空間的に分割した複数のゾーンをそれぞれ制御する複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御方法において、
各制御ループの制御量PVとこれに対応する各制御ループの設定値SPとの偏差に基づいて操作量を制御ループ毎に算出する制御演算手順と、
算出された複数の前記操作量のうち、特定の第1の操作量と他の第2の操作量との操作量差を算出する操作量差算出手順と、
前記操作量差に基づいて各制御ループの前記設定値SPまたは制御量PVに対する補正量を制御ループ毎に算出する補正量算出手順とを備え、
前記補正量算出手順は、前記第1の操作量のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するように前記補正量を算出することを特徴とする制御方法。 - 請求項7に記載の制御方法において、
前記操作量差算出手順は、前記第1の操作量から前記第2の操作量を減算して前記操作量差を算出するものであり、
前記補正量は、設定値SPに加算または制御量PVから減算されるものであり、
前記補正量算出手順は、前記操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する倍率乗算手順を備え、
冷房・冷却時において前記第1の操作量に対応する前記倍率が正の値であり、暖房・加熱時において前記第1の操作量に対応する前記倍率が負の値であることを特徴とする制御方法。 - 請求項8に記載の制御方法において、
前記操作量差算出手順は、
前記第1の操作量と第2の操作量の各々にダンピング処理を行うダンピング処理手順と、
前記ダンピング処理後の第1の操作量からダンピング処理後の第2の操作量を減算して前記操作量差を算出する減算手順とを備え、
前記補正量算出手順は、
前記操作量差に対して不感帯処理を行う不感帯処理手順と、
前記不感帯処理後の操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する前記倍率乗算手順と、
算出された補正量に上下限処理を行う上下限処理手順とを備えることを特徴とする制御方法。 - 請求項7乃至9のいずれか1項に記載の制御方法において、
前記操作量差算出手順は、制御対象を空間的に2つに分割する場合に、一方のゾーンの操作量を前記第1の操作量、他方のゾーンの操作量を前記第2の操作量として、前記操作量差を算出することを特徴とする制御方法。 - 請求項7乃至9のいずれか1項に記載の制御方法において、
前記操作量差算出手順と補正量算出手順とは、制御対象を空間的に2つ以上に分割する場合に、ゾーン毎に実行され、
各操作量差算出手順は、制御対象のゾーンの操作量を前記第1の操作量、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の平均値を前記第2の操作量として、前記操作量差をゾーン毎に算出することを特徴とする制御方法。 - 請求項11に記載の制御方法において、
前記第2の操作量は、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の加重平均値であることを特徴とする制御方法。
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