JP3433644B2 - 避難空間換気制御装置 - Google Patents
避難空間換気制御装置Info
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- JP3433644B2 JP3433644B2 JP09584297A JP9584297A JP3433644B2 JP 3433644 B2 JP3433644 B2 JP 3433644B2 JP 09584297 A JP09584297 A JP 09584297A JP 9584297 A JP9584297 A JP 9584297A JP 3433644 B2 JP3433644 B2 JP 3433644B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、トンネルなどに
おける避難空間の換気制御装置に関するものである。
おける避難空間の換気制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、道路トンネルの避難空間として、
図６に示すように自動車が走行するトンネル５１とは別
の隣接した避難用トンネル５２を設けて利用していた。
この避難トンネル５２と自動車が走行するトンネル５１
は所々連絡通路５３で結ばれ、連絡通路両端の二重扉５
４によって空気を遮断し、火災の際に避難空間に煙が浸
入しない構造をとっていた。
図６に示すように自動車が走行するトンネル５１とは別
の隣接した避難用トンネル５２を設けて利用していた。
この避難トンネル５２と自動車が走行するトンネル５１
は所々連絡通路５３で結ばれ、連絡通路両端の二重扉５
４によって空気を遮断し、火災の際に避難空間に煙が浸
入しない構造をとっていた。
【０００３】しかし、地盤が軟弱であると隣接して避難
トンネル及び連絡通路を建設することが困難であるの
で、図７の（Ａ）または（Ｂ）に示すように自動車が走
行するトンネル５１を壁で二分し、片方を避難空間５６
として利用することが新たに検討されている。これらの
場合、自動車が走行する車道５７側と避難空間５６との
間に十分な間隔を取れないため二重扉（図６の５４相
当）で遮断することができない。そこで、避難扉（図示
せず）を開けた時に煙が浸入することのないよう避難空
間５６の気圧を車道５７側の気圧より高く保ち、避難空
間５６の空気を新鮮に保つ避難空間換気制御が必要とな
る。
トンネル及び連絡通路を建設することが困難であるの
で、図７の（Ａ）または（Ｂ）に示すように自動車が走
行するトンネル５１を壁で二分し、片方を避難空間５６
として利用することが新たに検討されている。これらの
場合、自動車が走行する車道５７側と避難空間５６との
間に十分な間隔を取れないため二重扉（図６の５４相
当）で遮断することができない。そこで、避難扉（図示
せず）を開けた時に煙が浸入することのないよう避難空
間５６の気圧を車道５７側の気圧より高く保ち、避難空
間５６の空気を新鮮に保つ避難空間換気制御が必要とな
る。
【０００４】長大トンネルの場合、図８のように避難空
間５６は複数の避難空間換気制御区間５８に分割され、
各避難空間換気制御区間５８の両端に設置された換気フ
ァン５９及び換気調整ダンパ６０によって外気６１との
間で避難空間５６の換気が行なわれる。避難空間換気制
御の制御目標は例えば、 ・避難空間５６に煙が浸入しないよう車道５７側より気
圧を高く保つこと ・避難扉を開けた時の突風により避難を妨げることのな
いよう、避難扉から吹き出る風速を１０［ｍ／ｓ］以下
に抑えること である。
間５６は複数の避難空間換気制御区間５８に分割され、
各避難空間換気制御区間５８の両端に設置された換気フ
ァン５９及び換気調整ダンパ６０によって外気６１との
間で避難空間５６の換気が行なわれる。避難空間換気制
御の制御目標は例えば、 ・避難空間５６に煙が浸入しないよう車道５７側より気
圧を高く保つこと ・避難扉を開けた時の突風により避難を妨げることのな
いよう、避難扉から吹き出る風速を１０［ｍ／ｓ］以下
に抑えること である。
【０００５】従来の図６に示す避難用トンネル５２と構
造的に全く異なるため、避難空間換気制御として、車道
側５７と避難空間５６の気圧差(以下、差圧と呼ぶ)を検
知して目標値との偏差を比例動作、積分動作、微分動作
の組み合わせによってフィードバック制御するＰＩＤ制
御の採用が検討されているに過ぎない。
造的に全く異なるため、避難空間換気制御として、車道
側５７と避難空間５６の気圧差(以下、差圧と呼ぶ)を検
知して目標値との偏差を比例動作、積分動作、微分動作
の組み合わせによってフィードバック制御するＰＩＤ制
御の採用が検討されているに過ぎない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の避難空間換気装
置は上記のように構成されているので、指令値の目標値
を装置の運用者の意図に合わせて設定することができな
かった。また、従来の避難空間換気制御では、目標差圧
からの偏差によるフィードバック制御しかなかったため
に、ロバスト安定性を損なわずして制御感度を向上させ
ることが出来なかった。また、理論的な制御パラメータ
決定方法がなく、制御パラメータ調整が困難であった。
さらに、避難空間の状態の検知値が得られる位置以外の
位置では、制御のための値を得ることができないなどの
問題点があった。
置は上記のように構成されているので、指令値の目標値
を装置の運用者の意図に合わせて設定することができな
かった。また、従来の避難空間換気制御では、目標差圧
からの偏差によるフィードバック制御しかなかったため
に、ロバスト安定性を損なわずして制御感度を向上させ
ることが出来なかった。また、理論的な制御パラメータ
決定方法がなく、制御パラメータ調整が困難であった。
さらに、避難空間の状態の検知値が得られる位置以外の
位置では、制御のための値を得ることができないなどの
問題点があった。
【０００７】この発明は上記のような問題を解消するた
めになされたものであり、指令値の目標値を運用者の意
図に合わせて設定することができる避難空間換気制御装
置を得ることを目的とし、またロバスト安定性を損なわ
ずして制御感度を高くすることを目的とする。さらに、
理論的に制御パラメータを決定でき、また検知値が得ら
れない位置においても制御のためのデータを得ることを
目的とする。
めになされたものであり、指令値の目標値を運用者の意
図に合わせて設定することができる避難空間換気制御装
置を得ることを目的とし、またロバスト安定性を損なわ
ずして制御感度を高くすることを目的とする。さらに、
理論的に制御パラメータを決定でき、また検知値が得ら
れない位置においても制御のためのデータを得ることを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明に係る避難空間
換気装置は、指令値を自動制御する自動制御装置、制御
パラメータを切り替えるパラメータ切替手段、および指
令値の目標値と避難空間の状態の目標値とを設定する目
標値設定手段を備えたものである。さらに、自動制御手
段は、フィードフォワード制御手段およびフィードバッ
ク制御手段を備えたものである。
換気装置は、指令値を自動制御する自動制御装置、制御
パラメータを切り替えるパラメータ切替手段、および指
令値の目標値と避難空間の状態の目標値とを設定する目
標値設定手段を備えたものである。さらに、自動制御手
段は、フィードフォワード制御手段およびフィードバッ
ク制御手段を備えたものである。
【０００９】また、差圧、または風速もしくは風量の検
知値と、検知位置とは別位置にある避難扉の開閉状況と
から、上記別位置での差圧、または上記別位置近傍での
風速もしくは風量を推定する状態推定手段を備えたもの
である。さらに、自動制御手段は、指令値の目標値から
指令値のフィードフォワード成分を算出するフィードフ
ォワード制御手段、および差圧、または風速もしくは風
量の目標値と検知値または推定値とから指令値のフィー
ドバック成分を算出するフィードバック制御手段を備え
たものである。
知値と、検知位置とは別位置にある避難扉の開閉状況と
から、上記別位置での差圧、または上記別位置近傍での
風速もしくは風量を推定する状態推定手段を備えたもの
である。さらに、自動制御手段は、指令値の目標値から
指令値のフィードフォワード成分を算出するフィードフ
ォワード制御手段、および差圧、または風速もしくは風
量の目標値と検知値または推定値とから指令値のフィー
ドバック成分を算出するフィードバック制御手段を備え
たものである。
【００１０】また、目標設定手段は、避難扉の開閉状況
から指令値の目標値と、差圧、または風速もしくは風量
の目標値とを設定するものである。また、制御パラメー
タ切替手段は、避難扉の開閉状況から制御パラメータを
決めるものである。
から指令値の目標値と、差圧、または風速もしくは風量
の目標値とを設定するものである。また、制御パラメー
タ切替手段は、避難扉の開閉状況から制御パラメータを
決めるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、避難空間内外の差圧、避難
空間内の風量を所望の値に保つために、ファンおよびダ
ンパに対する制御を行う場合について説明する。図７の
（Ａ）または（Ｂ）に示すようにトンネル５１を仕切っ
て避難空間５６が設けられている。図１はこの発明の１
実施の形態における避難空間換気制御装置の構成を示す
ブロック図である。図において、１は避難空間換気制御
装置、２は避難空間に設けられて外部へ通じる避難扉
（図示せず）の開閉状況を監視する扉開閉状況監視装
置、３は次に示すファンおよびダンパを制御するファン
・ダンパ制御装置、４は避難空間内へ外気を送り込むフ
ァン、４１は避難空間中の空気を外部へ逃がすダンパで
あり、ファン４とダンパ４１で避難空間の換気を行う。
５は避難空間の状態としての避難空間内外の差圧、また
は避難空間内の風速もしくは風量を検知する検知装置で
ある差圧・風速検知装置で、ここでは差圧と風速の両方
を検知する。
空間内の風量を所望の値に保つために、ファンおよびダ
ンパに対する制御を行う場合について説明する。図７の
（Ａ）または（Ｂ）に示すようにトンネル５１を仕切っ
て避難空間５６が設けられている。図１はこの発明の１
実施の形態における避難空間換気制御装置の構成を示す
ブロック図である。図において、１は避難空間換気制御
装置、２は避難空間に設けられて外部へ通じる避難扉
（図示せず）の開閉状況を監視する扉開閉状況監視装
置、３は次に示すファンおよびダンパを制御するファン
・ダンパ制御装置、４は避難空間内へ外気を送り込むフ
ァン、４１は避難空間中の空気を外部へ逃がすダンパで
あり、ファン４とダンパ４１で避難空間の換気を行う。
５は避難空間の状態としての避難空間内外の差圧、また
は避難空間内の風速もしくは風量を検知する検知装置で
ある差圧・風速検知装置で、ここでは差圧と風速の両方
を検知する。
【００１２】６はファン４およびダンパ４１を制御する
ための指令値であるファン・ダンパ制御指令値ｕdを算
出する制御指令値算出部、７は扉開閉状況監視装置２が
監視して得た避難扉の開閉状況を制御指令値算出部６へ
入力する扉開閉状況入力部、８は制御指令値算出部６か
らのファン・ダンパ制御指令値ｕdをファン・ダンパ制
御装置３へ向けて出力するファン・ダンパ制御指示出力
部、９は差圧・風速検知装置５で得た差圧・風速の検知
値ｙを制御指令値算出部６へ入力する差圧・風速入力部
である。
ための指令値であるファン・ダンパ制御指令値ｕdを算
出する制御指令値算出部、７は扉開閉状況監視装置２が
監視して得た避難扉の開閉状況を制御指令値算出部６へ
入力する扉開閉状況入力部、８は制御指令値算出部６か
らのファン・ダンパ制御指令値ｕdをファン・ダンパ制
御装置３へ向けて出力するファン・ダンパ制御指示出力
部、９は差圧・風速検知装置５で得た差圧・風速の検知
値ｙを制御指令値算出部６へ入力する差圧・風速入力部
である。
【００１３】１０はファン・ダンパ制御指令値ｕdを自
動制御する自動制御手段、１１は自動制御手段１０で用
いる制御パラメータを切り替える制御パラメータ切替手
段、１２はファン・ダンパ制御指令値の目標値ｕrと、
差圧、風速の目標値ｘrを設定して自動制御手段１０へ
出力する目標設定手段、１３は差圧・風速検知装置５に
よる検知値ｙと、差圧・風速検知装置５による検知位置
とは別位置にある避難扉の開閉状況とから、上記別位置
での差圧、または上記別位置近傍での風速もしくは風量
を推定して推定値ｘ1を出力する状態推定手段であり、
ここでは差圧と風速の両方を推定する。
動制御する自動制御手段、１１は自動制御手段１０で用
いる制御パラメータを切り替える制御パラメータ切替手
段、１２はファン・ダンパ制御指令値の目標値ｕrと、
差圧、風速の目標値ｘrを設定して自動制御手段１０へ
出力する目標設定手段、１３は差圧・風速検知装置５に
よる検知値ｙと、差圧・風速検知装置５による検知位置
とは別位置にある避難扉の開閉状況とから、上記別位置
での差圧、または上記別位置近傍での風速もしくは風量
を推定して推定値ｘ1を出力する状態推定手段であり、
ここでは差圧と風速の両方を推定する。
【００１４】１４はファン・ダンパ制御指令値の目標値
ｕrからファン・ダンパ制御指令値のフィードフォワー
ド成分ｕFFを算出するフィードフォワード制御手段、１
５は差圧、風速の目標値ｘrと、差圧、風速の検知値ま
たは推定値ｘ（検知値ｙと推定値ｘ1を合わせてｘで表
す）とからファン・ダンパ制御指令値のフィードバック
成分ｕFBを算出するフィードバック制御手段であり、フ
ィードフォワード制御手段１４とフィードバック制御手
段１５とで、２自由度系の自動制御手段１０を構成して
いる。
ｕrからファン・ダンパ制御指令値のフィードフォワー
ド成分ｕFFを算出するフィードフォワード制御手段、１
５は差圧、風速の目標値ｘrと、差圧、風速の検知値ま
たは推定値ｘ（検知値ｙと推定値ｘ1を合わせてｘで表
す）とからファン・ダンパ制御指令値のフィードバック
成分ｕFBを算出するフィードバック制御手段であり、フ
ィードフォワード制御手段１４とフィードバック制御手
段１５とで、２自由度系の自動制御手段１０を構成して
いる。
【００１５】また、自動制御手段１０、制御パラメータ
切替手段１１、目標値設定手段１２および状態推定手段
１３で制御指令値算出部６を構成するとともに、制御指
令値算出部６、扉開閉状況入力部７、ファン・ダンパ制
御指示出力部８および差圧・風速入力部９で避難空間換
気制御装置１を構成している。なお、ここでは状態推定
手段１３を備えているが、避難空間の各位置に十分な台
数の差圧・風速検知装置５が設置されている場合、ある
いは避難空間の状態は差圧・風速検知装置５による検知
だけで制御を行い、推定が不要の場合は状態推定手段１
３を省いてよい。
切替手段１１、目標値設定手段１２および状態推定手段
１３で制御指令値算出部６を構成するとともに、制御指
令値算出部６、扉開閉状況入力部７、ファン・ダンパ制
御指示出力部８および差圧・風速入力部９で避難空間換
気制御装置１を構成している。なお、ここでは状態推定
手段１３を備えているが、避難空間の各位置に十分な台
数の差圧・風速検知装置５が設置されている場合、ある
いは避難空間の状態は差圧・風速検知装置５による検知
だけで制御を行い、推定が不要の場合は状態推定手段１
３を省いてよい。
【００１６】図２は、１つの避難空間換気制御区間にお
ける避難扉、避難空間内外の差圧、避難空間内の風速の
関係の１例を示す説明図である。この例では、避難空間
換気制御区間５８の両端部にファン４とダンパ４１が設
けられるとともに、区間中においてＮ箇所の避難扉１６
が設置され、ｊ（ｊ＝１，・・・，Ｎ）番目の避難扉１
６の位置は、避難空間換気制御区間５８の一方の端から
の距離をＬjとする。ｐ1a、ｐ1bはファン４のそれぞれ
の設置位置における外気圧、Ｑa、Ｑbはファン４の風
量、Ｑa1、Ｑb1はファン４により避難空間内へ送り込ま
れる風量、Ｑa2、Ｑb2はダンパ４１から外部へ逃げる風
量である。
ける避難扉、避難空間内外の差圧、避難空間内の風速の
関係の１例を示す説明図である。この例では、避難空間
換気制御区間５８の両端部にファン４とダンパ４１が設
けられるとともに、区間中においてＮ箇所の避難扉１６
が設置され、ｊ（ｊ＝１，・・・，Ｎ）番目の避難扉１
６の位置は、避難空間換気制御区間５８の一方の端から
の距離をＬjとする。ｐ1a、ｐ1bはファン４のそれぞれ
の設置位置における外気圧、Ｑa、Ｑbはファン４の風
量、Ｑa1、Ｑb1はファン４により避難空間内へ送り込ま
れる風量、Ｑa2、Ｑb2はダンパ４１から外部へ逃げる風
量である。
【００１７】Ｑjはｊ番目の避難扉１６からの漏れ風量
であり、この漏れがあるとそのために避難空間では避難
扉１６を境界とする小区間で風速が異なる。ｊ番目の小
区間での風速をＶjとし、ｊ番目の避難扉１６の設置位
置における避難空間内外の差圧をｐjとする。これらの
差圧、風速を検知する差圧・風速検知装置（図１におけ
る５）が設置されているが、全ての避難扉１６の位置に
おける差圧、全ての小区間における風速が検知できるだ
けの台数の差圧・風速検知装置が設置されるとは限ら
ず、通常はその一部のみを検知する。この場合、設置さ
れた差圧・風速検知装置による検知値だけでは不十分な
ので、状態推定装置（図１における１３）により推定値
を算出して、制御のためのデータを補完する。
であり、この漏れがあるとそのために避難空間では避難
扉１６を境界とする小区間で風速が異なる。ｊ番目の小
区間での風速をＶjとし、ｊ番目の避難扉１６の設置位
置における避難空間内外の差圧をｐjとする。これらの
差圧、風速を検知する差圧・風速検知装置（図１におけ
る５）が設置されているが、全ての避難扉１６の位置に
おける差圧、全ての小区間における風速が検知できるだ
けの台数の差圧・風速検知装置が設置されるとは限ら
ず、通常はその一部のみを検知する。この場合、設置さ
れた差圧・風速検知装置による検知値だけでは不十分な
ので、状態推定装置（図１における１３）により推定値
を算出して、制御のためのデータを補完する。
【００１８】図３はこの実施の形態における避難空間換
気制御装置の動作を示すフローチャートである。図にお
いて、ステップ１で扉開閉状況監視装置２によって検知
された避難扉１６の開閉状況が扉開閉状況入力部７か
ら、また差圧・風速検知装置５によって検知された差圧
及び風速検知値ｙが差圧・風速入力部９から制御指令算
出部６に入力される。ステップ２で制御パラメータ切替
手段１１において避難扉１６の開閉状況及び差圧、風速
からフィードフォワード制御手段１４及びフィードバッ
ク制御手段１５の制御パラメータを切り替える。制御パ
ラメータの切替えについては後述する。
気制御装置の動作を示すフローチャートである。図にお
いて、ステップ１で扉開閉状況監視装置２によって検知
された避難扉１６の開閉状況が扉開閉状況入力部７か
ら、また差圧・風速検知装置５によって検知された差圧
及び風速検知値ｙが差圧・風速入力部９から制御指令算
出部６に入力される。ステップ２で制御パラメータ切替
手段１１において避難扉１６の開閉状況及び差圧、風速
からフィードフォワード制御手段１４及びフィードバッ
ク制御手段１５の制御パラメータを切り替える。制御パ
ラメータの切替えについては後述する。
【００１９】ステップ３で、目標値設定手段１２におい
て避難扉１６の開閉状況及び差圧、風速から差圧、風速
の目標値ｘr、およびファン・ダンパ制御指令値の目標
値ｕrを設定し、自動制御手段１０へ向けて出力する。
目標値設定手段１２により設定されたファン・ダンパ制
御指令値の目標値ｕrからステップ４で、フィードフォ
ワード制御手段１４において、ファン・ダンパ制御指令
値のフィードフォワード成分ｕFF(ｋ)を例えば、（１）
式により計算する。 ｕFF(ｋ)＝−ＫFF[α・ｕr(ｋ)＋β{ｕr(ｋ)−ｕr(ｋ−１)}] (１) ただし、ｋは制御計算の時間ステップを表す整数であ
る。ＫFF、α、βはフィードフォワード制御の制御パラ
メータであり、制御パラメータ切替手段１１によって切
替えられる。
て避難扉１６の開閉状況及び差圧、風速から差圧、風速
の目標値ｘr、およびファン・ダンパ制御指令値の目標
値ｕrを設定し、自動制御手段１０へ向けて出力する。
目標値設定手段１２により設定されたファン・ダンパ制
御指令値の目標値ｕrからステップ４で、フィードフォ
ワード制御手段１４において、ファン・ダンパ制御指令
値のフィードフォワード成分ｕFF(ｋ)を例えば、（１）
式により計算する。 ｕFF(ｋ)＝−ＫFF[α・ｕr(ｋ)＋β{ｕr(ｋ)−ｕr(ｋ−１)}] (１) ただし、ｋは制御計算の時間ステップを表す整数であ
る。ＫFF、α、βはフィードフォワード制御の制御パラ
メータであり、制御パラメータ切替手段１１によって切
替えられる。
【００２０】次に、差圧・風速検知装置５によって検知
された差圧・風速と扉開閉状況監視装置２によって観測
された避難扉開閉状況から、検知されていない差圧及び
風速を、ステップ５で状態推定手段１３において推定す
る。その推定方法については後述する。差圧・風速検知
装置５によって検知された差圧及び風速の検知値、状態
推定手段１３によって推定された差圧及び風速の推定
値、目標値設定手段１２によって設定された差圧及び風
速の目標値から、ステップ６で、フィードバック制御手
段１５において、ファン・ダンパ制御指令値のフィード
バック成分ｕFBを計算する。差圧及び風速の検知値また
は推定値をｘ、目標値をｘrとして、例えば（２）式に
よって計算する。 ｕFB＝−ＫFB(ｘ−ｘr) (２） ただし、ＫＦＢはフィードバック制御のパラメータであ
り、制御パラメータ切替手段１１によって切替えられ
る。
された差圧・風速と扉開閉状況監視装置２によって観測
された避難扉開閉状況から、検知されていない差圧及び
風速を、ステップ５で状態推定手段１３において推定す
る。その推定方法については後述する。差圧・風速検知
装置５によって検知された差圧及び風速の検知値、状態
推定手段１３によって推定された差圧及び風速の推定
値、目標値設定手段１２によって設定された差圧及び風
速の目標値から、ステップ６で、フィードバック制御手
段１５において、ファン・ダンパ制御指令値のフィード
バック成分ｕFBを計算する。差圧及び風速の検知値また
は推定値をｘ、目標値をｘrとして、例えば（２）式に
よって計算する。 ｕFB＝−ＫFB(ｘ−ｘr) (２） ただし、ＫＦＢはフィードバック制御のパラメータであ
り、制御パラメータ切替手段１１によって切替えられ
る。
【００２１】次に、フィードフォワード制御手段１４に
よって計算されたファン・ダンパ制御指令値のフィード
フォワード成分ｕFF及びフィードバック制御手段１５に
よって計算されたファン・ダンパ制御指令値のフィード
バック成分ｕFBから、ステップ７で制御指令値算出部６
において、時間ステップｋにおけるファン・ダンパの制
御指令値ｕd(ｋ)を例えば（３）式により算出し、ファ
ン・ダンパ制御指示出力部８を経て、ファン・ダンパ制
御装置３に出力する。 ｕd(ｋ)＝χ・ｕd(ｋ−１)＋ψ・ｕFB(ｋ)＋ω・ｕFF(ｋ) (３) ただし、χ、ψ、ωは制御方法を変更するためのパラメ
ータである。避難空間換気制御装置の動作はステップ１
に戻ると共にステップ８において、ファン４及びダンパ
４１の角度がファン・ダンパ制御装置３によって行なわ
れる。
よって計算されたファン・ダンパ制御指令値のフィード
フォワード成分ｕFF及びフィードバック制御手段１５に
よって計算されたファン・ダンパ制御指令値のフィード
バック成分ｕFBから、ステップ７で制御指令値算出部６
において、時間ステップｋにおけるファン・ダンパの制
御指令値ｕd(ｋ)を例えば（３）式により算出し、ファ
ン・ダンパ制御指示出力部８を経て、ファン・ダンパ制
御装置３に出力する。 ｕd(ｋ)＝χ・ｕd(ｋ−１)＋ψ・ｕFB(ｋ)＋ω・ｕFF(ｋ) (３) ただし、χ、ψ、ωは制御方法を変更するためのパラメ
ータである。避難空間換気制御装置の動作はステップ１
に戻ると共にステップ８において、ファン４及びダンパ
４１の角度がファン・ダンパ制御装置３によって行なわ
れる。
【００２２】図４は、図３におけるステップ５で実行さ
れる状態推定手段１３の動作の一例を示すフローチャー
トである。図４においてステップ２０で差圧・風速検知
装置５によって検知されている差圧を用いて、差圧・風
速検知装置５の設置されていない避難扉１６の位置にお
ける差圧を計算し、推定する。図５は例えば、差圧検知
点からの距離に比例するように差圧を推定計算する方法
を示す説明図である。図において、地点＃２、３、６
（距離ＬjがそれぞれＬ2、Ｌ3、Ｌ6）が差圧検知地点、
地点＃１、４、５（距離ＬjがＬ1、Ｌ4、Ｌ5）が差圧非
検知点であり、隣接する差圧検知点からの距離に比例し
て、以下のように差圧ｐjを計算する。 ｐ1＝(ｐ3−ｐ2)(Ｌ1−Ｌ2)／(Ｌ3−Ｌ2)＋ｐ2 (４) ｐ4＝(ｐ6−ｐ3)(Ｌ4−Ｌ3)／(Ｌ6−Ｌ3)＋ｐ3 (５) ｐ5＝(ｐ6−ｐ3)(Ｌ5−Ｌ3)／(Ｌ6−Ｌ3)＋ｐ3 (６)
れる状態推定手段１３の動作の一例を示すフローチャー
トである。図４においてステップ２０で差圧・風速検知
装置５によって検知されている差圧を用いて、差圧・風
速検知装置５の設置されていない避難扉１６の位置にお
ける差圧を計算し、推定する。図５は例えば、差圧検知
点からの距離に比例するように差圧を推定計算する方法
を示す説明図である。図において、地点＃２、３、６
（距離ＬjがそれぞれＬ2、Ｌ3、Ｌ6）が差圧検知地点、
地点＃１、４、５（距離ＬjがＬ1、Ｌ4、Ｌ5）が差圧非
検知点であり、隣接する差圧検知点からの距離に比例し
て、以下のように差圧ｐjを計算する。 ｐ1＝(ｐ3−ｐ2)(Ｌ1−Ｌ2)／(Ｌ3−Ｌ2)＋ｐ2 (４) ｐ4＝(ｐ6−ｐ3)(Ｌ4−Ｌ3)／(Ｌ6−Ｌ3)＋ｐ3 (５) ｐ5＝(ｐ6−ｐ3)(Ｌ5−Ｌ3)／(Ｌ6−Ｌ3)＋ｐ3 (６)
【００２３】次にステップ２１で扉開閉状況監視装置２
によって得られた扉開閉状況とステップ２０で計算され
た差圧ｐjを用いて避難扉１６からの洩れ風量Ｑjを
（７）式により計算する。 Ｑj＝Ｃ・Ａj√(２・ｐj／ρ) (７) ただし、Ｃは流量係数、ρは空気密度で、またＡjは避
難扉１６の開部分の面積であり避難扉１６の開閉状況に
よって異なる。
によって得られた扉開閉状況とステップ２０で計算され
た差圧ｐjを用いて避難扉１６からの洩れ風量Ｑjを
（７）式により計算する。 Ｑj＝Ｃ・Ａj√(２・ｐj／ρ) (７) ただし、Ｃは流量係数、ρは空気密度で、またＡjは避
難扉１６の開部分の面積であり避難扉１６の開閉状況に
よって異なる。
【００２４】風速Ｖjが検知または推定されていて、隣
の小区間での風速Ｖ(j+1)が未知のとき、ステップ２２
で風量保存則より（８）式のように隣の小区間風速Ｖ(j
+1)を計算して推定する。 Ｖ(j+1)＝Ｖj−Ｑj／Ａe (８) ただし、Ａeは避難空間の断面積である。
の小区間での風速Ｖ(j+1)が未知のとき、ステップ２２
で風量保存則より（８）式のように隣の小区間風速Ｖ(j
+1)を計算して推定する。 Ｖ(j+1)＝Ｖj−Ｑj／Ａe (８) ただし、Ａeは避難空間の断面積である。
【００２５】次にフィードバック制御パラメータの設計
方法の一例について説明する。状態変数を差圧及び風速
の検知値または推定値ｘ、制御入力をファン・ダンパ制
御指令値ｕd、制御出力を風速及び差圧の検知値ｙとす
ると非線形関数ｆ(ｘ，ｕ)、ｇ(ｘ)を用いて制御対象の
動的モデルは以下のように示される。 ｄｘ／ｄｔ＝ｆ(ｘ，ｕd)， ｙ＝ｇ(ｘ) (９) ｘ＝ｘo、ｕd＝ｕo、ｙ＝ｙoで平衡するものとすると、
平衡点(ｘo、ｕo、ｙo)を近傍とする線形近似モデルは
例えば「計測自動制御学会:自動制御ハンドブック−基
礎編−、オーム社、１９８３」により以下のように計算
できる。 ｄΔｘ／ｄｔ＝ＡΔｘ＋ＢΔｕ， Δｙ＝ＣΔｘ (１０) ただし、 Δｘ＝ｘ−ｘo， Δｕ＝ｕd−ｕo， Δｙ＝ｙ−ｙo (１１)
方法の一例について説明する。状態変数を差圧及び風速
の検知値または推定値ｘ、制御入力をファン・ダンパ制
御指令値ｕd、制御出力を風速及び差圧の検知値ｙとす
ると非線形関数ｆ(ｘ，ｕ)、ｇ(ｘ)を用いて制御対象の
動的モデルは以下のように示される。 ｄｘ／ｄｔ＝ｆ(ｘ，ｕd)， ｙ＝ｇ(ｘ) (９) ｘ＝ｘo、ｕd＝ｕo、ｙ＝ｙoで平衡するものとすると、
平衡点(ｘo、ｕo、ｙo)を近傍とする線形近似モデルは
例えば「計測自動制御学会:自動制御ハンドブック−基
礎編−、オーム社、１９８３」により以下のように計算
できる。 ｄΔｘ／ｄｔ＝ＡΔｘ＋ＢΔｕ， Δｙ＝ＣΔｘ (１０) ただし、 Δｘ＝ｘ−ｘo， Δｕ＝ｕd−ｕo， Δｙ＝ｙ−ｙo (１１)
【００２６】
【数１】
【００２７】ただし、ｊは１〜Ｎの整数、Ａij、Ｂij、
Ｃijはそれぞれ行列Ａ、Ｂ、Ｃの各要素である。また、
例えば「美多、小郷:システム制御理論入門、実教出
版、１９７９」等より、（１０）式の線形近似モデルに
対して、制御対象を安定化しかつ（１５）式で示す評価
関数Ｊを最小にする制御入力Δｕは、（１３）式で示す
リカッチ方程式の解Ｐを用いて、（１４）式で与えられ
る。 ＰＡ＋ＡTＰ−ＰＢＲ-1ＢTＰ＋Ｑ＝０ (１３) Δｕ＝−ＫFBΔｘ， ＫFB＝Ｒ-1ＢTＰ (１４) ただし、Ｔは転置記号、Ｑ、Ｒは設計者が設定する重み
行列である。このように、線形二乗誤差を最小にする最
適制御設計法等が採用でき、理論的に制御パラメータを
決定することができる。
Ｃijはそれぞれ行列Ａ、Ｂ、Ｃの各要素である。また、
例えば「美多、小郷:システム制御理論入門、実教出
版、１９７９」等より、（１０）式の線形近似モデルに
対して、制御対象を安定化しかつ（１５）式で示す評価
関数Ｊを最小にする制御入力Δｕは、（１３）式で示す
リカッチ方程式の解Ｐを用いて、（１４）式で与えられ
る。 ＰＡ＋ＡTＰ−ＰＢＲ-1ＢTＰ＋Ｑ＝０ (１３) Δｕ＝−ＫFBΔｘ， ＫFB＝Ｒ-1ＢTＰ (１４) ただし、Ｔは転置記号、Ｑ、Ｒは設計者が設定する重み
行列である。このように、線形二乗誤差を最小にする最
適制御設計法等が採用でき、理論的に制御パラメータを
決定することができる。
【００２８】
【数２】
【００２９】表１は、制御パラメータ切替手段１１で切
替えられる制御パラメータのパターン例を示す説明図で
ある。避難扉１６の開閉状況の変化を制御対象の変動と
捉え、避難扉１６の変動パターンに関して表１のように
異なる制御パラメータを用意し、制御パラメータ切替手
段１１によって制御パラメータを切り替えて使用するこ
とが出来る。
替えられる制御パラメータのパターン例を示す説明図で
ある。避難扉１６の開閉状況の変化を制御対象の変動と
捉え、避難扉１６の変動パターンに関して表１のように
異なる制御パラメータを用意し、制御パラメータ切替手
段１１によって制御パラメータを切り替えて使用するこ
とが出来る。
【００３０】
【表１】
【００３１】ただし、Ｎ1〜Ｎ5は０＜Ｎ1＜Ｎ2＜Ｎ3＜
Ｎ4＜Ｎ5＜Ｎの整数とする。なお、表１の平常時とは例
えば保守のために避難扉１６を開閉するような場合であ
り、非常時とは火災などの場合である。別に設けられた
異常検知装置が動作したときは非常時、そのような動作
がないときは平常時と判断する。
Ｎ4＜Ｎ5＜Ｎの整数とする。なお、表１の平常時とは例
えば保守のために避難扉１６を開閉するような場合であ
り、非常時とは火災などの場合である。別に設けられた
異常検知装置が動作したときは非常時、そのような動作
がないときは平常時と判断する。
【００３２】
【表２】
【００３３】表２は、目標値設定手段１２で設定される
ファン・ダンパ制御指令値の目標値のパターン例を示す
説明図である。避難扉１６の開閉状況の変化によって、
制御目標を満足する平衡点は変化する。ある避難扉１６
の開閉状況に対して、制御目標を満足する平衡点を探索
する。制御目標を満足するかどうかはシミュレーション
や現地実験によって判定できる。ここで例えば、 ＫFF＝−Ｉ， α＝１， β＝０ (１６) χ＝０， ψ＝ω＝１ (１７) とし、目標値と平衡点を同一にすると ｕd−ｕo＝−ＫFB(ｘ−ｘo) (１８) となり、（１４）式の第一式と一致する。従って、段落
００２５〜段落００２７で説明のフィードバック行列設
計時に使用した平衡点を目標値として避難扉１６の変動
パターンに関して表２のように異なる目標値を用意し、
目標値設定手段１２によって目標値を切り替えて使用す
ることが出来る。
ファン・ダンパ制御指令値の目標値のパターン例を示す
説明図である。避難扉１６の開閉状況の変化によって、
制御目標を満足する平衡点は変化する。ある避難扉１６
の開閉状況に対して、制御目標を満足する平衡点を探索
する。制御目標を満足するかどうかはシミュレーション
や現地実験によって判定できる。ここで例えば、 ＫFF＝−Ｉ， α＝１， β＝０ (１６) χ＝０， ψ＝ω＝１ (１７) とし、目標値と平衡点を同一にすると ｕd−ｕo＝−ＫFB(ｘ−ｘo) (１８) となり、（１４）式の第一式と一致する。従って、段落
００２５〜段落００２７で説明のフィードバック行列設
計時に使用した平衡点を目標値として避難扉１６の変動
パターンに関して表２のように異なる目標値を用意し、
目標値設定手段１２によって目標値を切り替えて使用す
ることが出来る。
【００３４】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば指令値
の目標値を設定する目標設定手段を備えたので、指令値
の目標値の設定を運用者の意図に合わせた、例えばダン
パを開くよりも先ずファンの角度を小さくするなど優先
度を付けた制御を行うなどのような、目標値の設定をす
ることができる。さらに、フィードフォワード制御手段
とフィードバック制御手段を組み合わせた２自由度制御
系を構成することにより、フィードバック制御によりロ
バスト安定性を保ちつつ、フィードフォワード制御によ
り制御感度を高くすることができる。
の目標値を設定する目標設定手段を備えたので、指令値
の目標値の設定を運用者の意図に合わせた、例えばダン
パを開くよりも先ずファンの角度を小さくするなど優先
度を付けた制御を行うなどのような、目標値の設定をす
ることができる。さらに、フィードフォワード制御手段
とフィードバック制御手段を組み合わせた２自由度制御
系を構成することにより、フィードバック制御によりロ
バスト安定性を保ちつつ、フィードフォワード制御によ
り制御感度を高くすることができる。
【００３５】また、状態推定手段を備えることにより、
推定値を算出して、検知値だけでは不十分な、制御のた
めのデータを補完することができる。さらに、フィード
フォワード制御手段、および目標値と検知値または推定
値とを用いるフィードバック制御手段を備えることによ
り、推定値によりデータを補完するとともに、ロバスト
安定性と制御感度を良くすることができる。
推定値を算出して、検知値だけでは不十分な、制御のた
めのデータを補完することができる。さらに、フィード
フォワード制御手段、および目標値と検知値または推定
値とを用いるフィードバック制御手段を備えることによ
り、推定値によりデータを補完するとともに、ロバスト
安定性と制御感度を良くすることができる。
【００３６】また、避難扉の開閉状況から目標値を設定
する目標設定手段を備えることにより、避難扉の開閉状
況の変動に応じて目標値を切り替えて設定することがで
きる。また、避難扉の開閉状況の変動に応じて制御パラ
メータを切り替えて設定することができる。
する目標設定手段を備えることにより、避難扉の開閉状
況の変動に応じて目標値を切り替えて設定することがで
きる。また、避難扉の開閉状況の変動に応じて制御パラ
メータを切り替えて設定することができる。
【図１】 この発明の１実施の形態における避難空間換
気制御装置を示すブロック図である。
気制御装置を示すブロック図である。
【図２】 この発明の１実施の形態における避難扉、差
圧、風速の関係を示す説明図である。
圧、風速の関係を示す説明図である。
【図３】 この発明の１実施の形態における避難空間換
気制御装置の動作を示すフローチャートである。
気制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】 図３のステップ５における動作を示すフロー
チャートである。
チャートである。
【図５】 図４のステップ２０における計算方法を示す
説明図である。
説明図である。
【図６】 トンネルの構造を示す説明図である。
【図７】 別のトンネルの構造を示す断面図である。
【図８】 従来の避難空間換気装置を示す説明図であ
る。
る。
１ 避難空間換気制御装置、２ 扉開閉状況監視装置、
３ ファン・ダンパ制御装置、４ ファン、５ 差圧・
風速検知装置、１０ 自動制御手段、１１ 制御パラメ
ータ切替手段、１２ 目標値設定手段、１３ 状態推定
手段、１４ フィードフォワード制御手段、１５ フィ
ードバック制御手段、１６ 避難扉、４１ ダンパ、５
８ 避難空間換気制御区間。
３ ファン・ダンパ制御装置、４ ファン、５ 差圧・
風速検知装置、１０ 自動制御手段、１１ 制御パラメ
ータ切替手段、１２ 目標値設定手段、１３ 状態推定
手段、１４ フィードフォワード制御手段、１５ フィ
ードバック制御手段、１６ 避難扉、４１ ダンパ、５
８ 避難空間換気制御区間。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−174200（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−200000（ＪＰ，Ａ)
実開 昭63−82000（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F24F 7/00 - 7/06
Claims (6)
- 【請求項１】 外部へ通じる避難扉が設けられた避難空
間の換気を行うファンおよびダンパを制御するための指
令値を自動制御する自動制御手段、この自動制御手段の
制御パラメータを切り替える制御パラメータ切替手段、
および、上記指令値の目標値と上記避難空間の状態の目
標値とを設定して上記自動制御手段へ出力する目標値設
定手段を備えたことを特徴とする避難空間換気制御装
置。 - 【請求項２】 自動制御手段は、目標値から指令値のフ
ィードフォワード成分を算出するフィードフォワード制
御手段、および、避難空間の状態を検知して得た検知値
と上記目標値とから上記指令値のフィードバック成分を
算出するフィードバック制御手段を備えた２自由度制御
系として構成されたことを特徴とする請求項１記載の避
難空間換気制御装置。 - 【請求項３】 避難空間内外の差圧、または上記避難空
間内の風速もしくは風量を検知する検知装置による検知
値と、上記検知装置による検知位置とは別位置にある避
難扉の開閉状況とから、上記別位置での差圧、または上
記別位置近傍での上記風速もしくは風量を推定して推定
値を出力する状態推定手段を備えたことを特徴とする請
求項１記載の避難空間換気制御装置。 - 【請求項４】 自動制御手段は、指令値の目標値から指
令値のフィードフォワード成分を算出するフィードフォ
ワード制御手段、および、避難空間内外の差圧、または
避難空間内の風速もしくは風量の目標値と、上記差圧、
または風速もしくは風量の、検知値または推定値とから
上記指令値のフィードバック成分を算出するフィードバ
ック制御手段を備えた２自由度系として構成されたこと
を特徴とする請求項３記載の避難空間換気制御装置。 - 【請求項５】 目標値設定手段は、避難扉の開閉状況か
らファンおよびダンパへの指令値の目標値と、避難空間
内外の差圧、または上記避難空間内の風速もしくは風量
の目標値とを設定することを特徴とする請求項１記載の
避難空間換気制御装置。 - 【請求項６】 制御パラメータ切替手段は、避難扉の開
閉状況から自動制御手段の制御パラメータを決めて切り
替えることを特徴とする請求項１記載の避難空間換気制
御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09584297A JP3433644B2 (ja) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | 避難空間換気制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09584297A JP3433644B2 (ja) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | 避難空間換気制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10288367A JPH10288367A (ja) | 1998-10-27 |
| JP3433644B2 true JP3433644B2 (ja) | 2003-08-04 |
Family
ID=14148638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09584297A Expired - Lifetime JP3433644B2 (ja) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | 避難空間換気制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3433644B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11106189B2 (en) * | 2019-03-06 | 2021-08-31 | Mitsubishi Electric Research Laboratories, Inc. | System and method for data-driven control of constrained system |
-
1997
- 1997-04-14 JP JP09584297A patent/JP3433644B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10288367A (ja) | 1998-10-27 |
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