JP2716780B2 - ヒートポンプの制御装置 - Google Patents

ヒートポンプの制御装置

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JP2716780B2 JP1046430A JP4643089A JP2716780B2 JP 2716780 B2 JP2716780 B2 JP 2716780B2 JP 1046430 A JP1046430 A JP 1046430A JP 4643089 A JP4643089 A JP 4643089A JP 2716780 B2 JP2716780 B2 JP 2716780B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2600/00Control issues
    • F25B2600/02Compressor control
    • F25B2600/021Inverters therefor
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/70Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

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  • Air Conditioning Control Device (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は空気調和機、冷凍機、除湿器等のヒートポン
プの制御装置に関する。
(従来の技術) 従来の空気調和機の冷媒回路の1例が第7図に示され
ている。
冷房運転時、圧縮機1が電動機2によって駆動される
と、圧縮機1から吐出された冷媒ガスは実線矢印に示す
ように、四方弁3を経て室外熱交換器4に入り、ここで
電動機5によって駆動される室外送風機6から送風され
る外気と熱交換することによって凝縮液化する。この液
冷媒は電子膨張弁7で断熱膨張した後、室内熱交換器8
に入りここで電動機9によって駆動される室内送風機10
から送風される室内空気と熱交換することによって蒸発
気化する。そして、このガス冷媒は四方弁3を経て再び
圧縮機1に循環する。
暖房運転時には、冷媒は破線矢印で示すように圧縮機
1、四方弁3、室内熱交換器8、電子膨張弁7、室外熱
交換器4、四方弁3をこの順に経て圧縮機1に循環す
る。
圧縮機1はこれを駆動する電動機2に供給される電流
の周波数を変更することによってその回転数、即ち、容
量が制御される。
圧縮機1の制御ブロック図が第8図に示されている。
室内熱交換機8に吸入される空気温度、即ち、室温Ta
と設定温度SPは減算器11に入力され、ここで両者の偏差
が算出される。この偏差はPID演算器52に入力され、こ
こで圧縮機1の運転周波数、即ち、電動機2に供給され
る電流の周波数fだ算出される。
圧縮機1の運転電流、即ち、電動機2に供給される電
流値Iとその第1の設定電流値I1は比較器13で比較さ
れ、電流値Iがこの設定電流値I1を超えると、比較器13
の出力Sが“L"から“H"となり、フリップフロップ回路
14の出力Qが“H"に固定される。この出力Qは乗算器15
で所定倍され、その出力Δfは減算器16に入力されてこ
こでPID演算器12から入力された周波数fからΔfが減
算される。そして、この減算結果として得られた周波数
が電動機2に指令される。
電流値Iが減少して第2の設定電流値I2以下となる
と、比較器12の出力Rが“L"から“H"となり、フリップ
フロップ回路14にリセット信号が入力される。かくし
て、フリップフロップ回路14の出力Qが“H"から“L"に
低下し、乗算器15の出力Δfは0となるので、PID演算
器52で演算された周波数fがそのまま電動機2に指令さ
れる。
かくして、圧縮機1の運転電流値Iが第1の設定電流
値I1を超えると、圧縮機1の運転周波数をfからΔfだ
け減少させ、運転電流値Iが第2の設定電流値I2以下と
なると、圧縮機1の運転周波数をfに戻していた。な
お、第1の設定電流値I1と第2の設定電流値I2との巾は
ハンチングが生じないように充分大きく採られていた。
(発明が解決しようとする課題) 上記従来の制御方法においては、圧縮機1の運転電流
値Iが第1の設定電流値I1を一度でも超えると、運転電
流値Iが第2の設定電流値I2まで低下しない限り運転周
波数はfからΔfだけ少ない状態に維持される。従っ
て、空調負荷が低下した場合であっても運転電流値Iが
第2の設定電流値I2に低下しない限り運転電周波数はf
に戻らないので、元の周波数fに戻るのに多大の時間が
掛り、又は、復帰出来ない場合も生ずる。
(目的) 本発明は上記課題に対処するために発明されたもので
あって、その目的とするところは、圧縮機の運転電流を
第1の設定電流値以下に保持しながら圧縮機の運転周波
数を大きくして圧縮機の能力を最大限に発揮させようと
するにある。
本発明の他の目的とするところは、圧縮機の運転電流
値が第1の設定電流値と第2の設定電流値との間にある
ときは、運転電流値の時間的変化がない場合又は減少傾
向にある場合であっても効率良く元の運転周波数に近付
けようとするにある。
本発明の更に他の目的とするところは、多数の切換点
や切り換え条件を詳細に設定することなく、簡単なファ
ジィー制御ルールとメンバーシップ関数を設定すること
によって上記制御を実現させようとするにある。
(課題を解決するための手段) 本発明は上記目的を達成するために発明されたもので
あって、その要旨とするところは、インバータを介して
電流が供給される電動機によって駆動される冷媒圧縮機
と、この圧縮機の運転電流を予め定められたサンプリン
グタイム毎に検出する検出手段と、この検出手段により
検出された運転電流と設定電流との偏差の時間的変化率
を演算する演算手段と、上記偏差と上記時間的変化率の
演算値とから制御ルールに基づいたファジィー論理演算
により圧縮機の運転周波数を演算する演算手段とを備
え、この演算手段は上記偏差が定常的であるとき及び小
さいにも拘らず増大傾向にあるときは上記偏差が小さく
なるように圧縮機の運転周波数を小量変化させ、上記偏
差が大きくて増大傾向にあるときは上記偏差を打ち消す
ように圧縮機の運転周波数を多量に変化させて圧縮機の
運転電流を上記設定電流に近付ける制御ルールを有する
ことを特徴とするヒートポンプの制御装置にある。
(作用) 本発明においては、圧縮機の運転電流を予め定められ
たサンプリングタイム毎に検出し、検出された運転電流
と設定電流との偏差の時間的変化率を演算して、偏差と
その時間的変化率の演算値とから制御ルールに基づいた
ファジィー論理演算により圧縮機の運転周波数を演算
し、演算された運転周波数で圧縮機を駆動することによ
って圧縮機の運転電流を設定電流に近付ける。
(実施例) 以下、本発明を空気調和機に適用した1実施例につい
て、第1図ないし第6図を参照しながら具体的に説明す
る。
空気調和機の冷媒回路は第7図に示す従来のものと同
様である。
空気調和機の電気回路が第2図に示され、交流電源21
からの電流はインバータ22を介して圧縮機1の駆動用電
動機2に供給される。
電動機2に供給される運転電流は変流器23によって検
出され、電流検出値は整流器24、A/D変換器25を経て制
御装置26に入力される。制御装置26は電流検出値の時間
的変化率を演算し、電流検出値と時間的変化率から制御
ルールに基づいたファジィー論理演算により運転周波数
を演算してインバータ22に出力する。インバータ22は電
動機2に供給される電流の周波数を演算された運転周波
数に変更する。
制御装置26の制御ブロック図が第1図に、フローチャ
ートが第3図に示されている。
予め定められたサンプリングタイム毎に電流検出手段
23によって検出された圧縮機の運転電流値Ii及び設定手
段30によって設定された設定電流値Ioが減算器31に入力
され、ここで両者の偏差ei(=Io−Ii)が算出される。
そして、この偏差eiは偏差記憶手段32に記憶される。ま
た、この偏差eiは時間的変化率の演算手段33に入力さ
れ、ここで偏差記憶手段32に記憶されている前回のサン
プリング時における偏差ei-1と比較されることにより偏
差eiの時間的変化率Δeiが算出される。
偏差eiはそのファジィー変数グレードの算出手段34に
入力され、ここでeのメンバーシップ関数の記憶手段35
から入力されたメンバーシップ関数に対応するファジィ
ー変数グレードが算出される。なお、この記憶手段35に
は、第4図に示すように、偏差eに対応するファジィー
変数のメンバーシップ関数が記憶されている。
一方、時間的変化率Δeiはそのファジィー変数グレー
ドの算出手段36に入力され、ここでΔeのメンバーシッ
プ関数の記憶手段37から入力されたメンバーシップ関数
に対応するファジィー変数グレードが算出される。な
お、この記憶手段37には、第5図に示すように、eの時
間的変化率Δeに対応するメンバーシップ関数が記憶さ
れている。
算出手段34及び36で算出されたファジィー変数グレー
ドは周波数の変化量Δfに対するファジィー変数グレー
ドの最少値算出手段50に入力され、ここで制御ルール記
憶手段38に記憶された制御ルールに基づいてΔfのファ
ジィー変数グレードの最少値が算出される。
制御ルール記憶手段には第1表に示す制御ルールが記
憶されている。
これら制御ルールは第2表に示すファジィーテーブル
に纒められている。
なお、第1表、第2表において、ZO=零、Sは小、B
は大、NBは負方向に大、NSは負方向に小、PSは正方向に
小、PBは正方向に大、をそれぞれ表している。
次いで、算出手段50で算出されたΔfのグレードの最
少値は和集合演算手段51に入力され、ここでΔfのメン
バーシップ関数の記憶手段39から入力されたメンバーシ
ップ関数に基づいてΔfの和集合を求める。なお、Δf
のメンバーシップ関数の記憶手段39には第6図に示すよ
うに、Δfに対応するメンバーシップ関数が記憶されて
いる。
次いで、重心計算手段40によって和集合の重心を求め
ることによって周波数の変化量Δfi算出される。この周
波数の変化量Δfiは加算器41に入力され、ここで周波数
記憶手段42から入力された前回の周波数fi-1と加算され
て今回の周波数fiが算出され、この周波数fiはインバー
タ22に出力され、同時に記憶手段42に記憶される。
例えば、e=e1、Δe=Δe1のとき、第4図からeの
ファジィー変数ZOのグレードは1と評価され、第5図か
らΔeのファジィー変数PBのグレードはg1、ファジィー
変数PBのグレードはg2と評価される。
第1表及び第2表に示す制御ルールに基づいてΔfの
グレードを求めると、e=ZOで、Δe=PSのときのΔf
のファジィー変数NSのグレードはΔeのPSのグレードg2
とeのZOのグレード1のうち小さい方のグレードg2とな
る。また、e=ZOで、Δe=PBのときのΔfのファジィ
ー変数NBのグレードはΔeのPBのグレードg1とeのZOの
グレード1のうち小さい方のグレードg1となる。
このΔfのそれぞれのファジィー変数NSとNBについて
グレードg2とg1で重みをつけたのが第6図の斜線部分と
なり、この部分の重心を求めると周波数の変化量はΔf1
となる。
なお、第4図ないし第6図においてそれぞれのメンバ
ーシップ関数はなめらかな曲線等も適用できる。また、
第6図のΔfのメンバーシップ関数の重みづけ方法はΔ
fの各集合全体にe、Δeのグレード値を乗じても良
い。
(発明の効果) 本発明においては、圧縮機の運転電流を予め定められ
たサンプリングタイム毎に検出し、検出された運転電流
と設定電流との偏差の時間的変化率を演算して、偏差と
その時間的変化率の演算値とから制御ルールに基づいた
ファジィー論理演算により圧縮機の運転周波数を演算
し、演算された運転周波数で圧縮機を駆動する。
そして、圧縮機の運転周波数を演算する演算手段は上
記偏差が定常的であるとき及び小さいにも拘らず増大傾
向にあるときは上記偏差が小さくなるように圧縮機の運
転周波数を小量変化させ、上記偏差が大きくて増大傾向
にあるときは上記偏差を打ち消すように圧縮機の運転周
波数を多量に変化させて圧縮機の運転電流を上記設定電
流に近付ける制御ルールを有するため、検出された運転
電流と設定電流との偏差が定常的であるとき及び小さい
にも拘らず増大傾向にあるときはタイミング良く圧縮機
の運転周波数を小量変化させ、偏差が大きくて増大傾向
にあるときは圧縮機の運転周波数を多量に変化させるこ
とができるので、圧縮機の運転電流を早急に設定電流に
近付けることができる。
このようにして運転電流がその設定電流に到達するま
で運転周波数を上昇させることができるのでヒートポン
プの能力を最大限に発揮できる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第6図は本発明の1実施例を示し、第1図
は制御ブロック図、第2図は空気調和機の電気回路図、
第3図はフローチャート、第4図は偏差eのメンバーシ
ップ関数を示す線図、第5図は時間的変化率Δeのメン
バーシップ関数を示す線図、第6図は周波数の変化量Δ
fのメンバーシップ関数を示す線図、第7図及び第8図
は従来の空気調和機の1例を示し、第7図は冷媒回路
図、第8図は制御ブロック図である。 圧縮機の運転電流検出手段……23、時間的変化率の演算
手段……33、制御ルールの記憶手段……38、運転周波数
の演算手段……50、51、40、41

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】インバータを介して電流が供給される電動
    機によって駆動される冷媒圧縮機と、この圧縮機の運転
    電流を予め定められたサンプリングタイム毎に検出する
    検出手段と、この検出手段により検出された運転電流と
    設定電流との偏差の時間的変化率を演算する演算手段
    と、上記偏差と上記時間的変化率の演算値とから制御ル
    ールに基づいたファジィー論理演算により圧縮機の運転
    周波数を演算する演算手段とを備え、この演算手段は上
    記偏差が定常的であるとき及び小さいものにも拘らず増
    大傾向にあるときは上記偏差が小さくなるように圧縮機
    の運転周波数を小量変化させ、上記偏差が大きくて増大
    傾向にあるときは上記偏差を打ち消すように圧縮機の運
    転周波数を多量に変化させて圧縮機の運転電流を上記設
    定電流に近付ける制御ルールを有することを特徴とする
    ヒートポンプの制御装置。
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