JP3465217B2

JP3465217B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP3465217B2
Application number: JP23415697A
Authority: JP
Inventors: 康孝吉田; 進中山; 弘安田; 悟吉田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2003-11-10
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: JPH1172260A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、室外機に接続され
た１台または複数台の室内機からなる空気調和機に関
し、特にその冷媒圧力や温度、室内の空気温度等を安定
的に制御する空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】空気調和機は、それ自体が、制御すべき
制御量、該制御量を調節するために操作する機器の操作
量、該操作した結果の制御量を求めるために検知する検
知量が、多数存在し、しかも個々の操作量の挙動が、ほ
とんどすべての制御量に影響を与える、干渉系である。
例えば、冷房運転の際の冷媒については、操作量である
圧縮機駆動周波数を高くすると、圧縮機の吐出温度や吐
出圧力が高くなり、室外熱交換器での凝縮温度が上昇
し、また室内熱交換器での蒸発温度や圧縮機の吸入圧力
が低下する。制御量としての圧縮機の冷媒吐出圧力を低
減するために、操作量である室外ファン回転数を高くす
ると、圧縮機の冷媒吐出温度が低下し、室内熱交換器で
の蒸発温度、圧縮機の冷媒吸入圧力も低くなることがあ
る。そこで、制御量としての圧縮機の冷媒吐出温度を高
くするために、操作量としての膨張弁開度を小さくする
と、今度は圧縮機の冷媒吸入圧力が低下することもあ
る。さらには、空気調和機の室内機が、利用部室内から
奪う単位時間当たりの熱量である冷房能力が変化するた
めに、室内空気温度と室内空気湿度が変化し、室内ファ
ンの動力が変化することさえ考えられる。このような干
渉は、すべての制御量、操作量の間で存在するといって
も過言ではない。

【０００３】そこで、従来の制御装置の制御方法は以下
のように設計されている。例えば制御量として、圧縮機
の冷媒吐出過熱度（冷媒吐出温度と飽和温度との差）
と、室内空気温度との２つが選定されており、これら冷
媒吐出過熱度と室内空気温度が目標値になるように調節
する操作量として、室外膨張弁あるいは室内膨張弁のい
ずれかの膨張弁と、圧縮機駆動周波数との２つが選定さ
れているとする。そして基本的には、膨張弁が冷媒吐出
過熱度を、圧縮機駆動周波数が室内空気温度を制御する
とする。しかし、実際には膨張弁の動作に対して室内空
気温度の変化があり、圧縮機駆動周波数に対して冷媒吐
出過熱度の変化が存在する。そこで、それぞれの干渉の
大きさを前もって計算しておき、その干渉を考慮する制
御を行うことで非干渉制御を達成する。このような空気
調和機の制御装置の従来の公知例としては、特開昭６３
−２９１５５号公報などに記載されている。ところが、
１台の室外機に、多数の室内機が接続されている空気調
和機では、制御量、操作量の数が非干渉制御を行うには
多くなりすぎ、非干渉化を行うことは、事実上不可能で
あった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の空気調和機で行
っていた非干渉化は、多数の操作量、多数の制御量が存
在する多入力多出力系においては、非常に困難であり、
非干渉化についてのアプローチを変えねばならない。

【０００５】１つの制御量に対して１つの操作量が割り
当てられている多入力多出力制御系では、その他の操作
量の動作は、制御量にとって、ただの外乱である。そこ
で、外乱に対する制御量の感度を小さくするようにすれ
ばよいという考え方が生まれる。つまり、非干渉化と外
乱抑制とは、同じ観点で論ずることができる。さらに、
その他の外乱として、室外気流変化、運転室内機の停止
動作、停止室内機の運転動作、制御量の目標値変化など
多数が考えられる。例えば、制御量の目標値のステップ
状の変化は、その変化のために、現在、目標値に追従し
ていた制御量が、次の瞬間には、目標値からずれた値と
なってしまうので、急激に制御量に影響を与える外乱の
１つである。このように、外乱が多数存在するという事
実からも、外乱抑制制御が、非干渉化と相まって非常に
重要であることは自明である。

【０００６】ところが、実際の制御問題においては、制
御対象の動特性変動の問題というものも存在する。従来
の制御系では、’標準条件’等と呼ばれる、ある定格ポ
イントでの制御設計を行い、定格ポイントからずれた条
件に対しては、積極的に制御性能を保証するものではな
かった。つまり、従来の制御設計においては、定格ポイ
ント以外の条件では、結果的にそこそこ性能を満足する
ものであったとしても、それは、出来なりの結果であっ
た。しかし、実際の空気調和機においては、運転室内機
合計容量、運転室内機合計台数、配管長、配管径、室外
機・室内機間高低差、冷媒封入量、封入冷媒の種類、室
外空気温度、室内空気温度などの条件によって、制御対
象の動特性が変動することは周知である。例えば、配管
長が長いと、同じ圧縮機駆動周波数であっても、圧縮機
の吐出圧力の立ち上がりは遅くなり、また到達値は低下
する。また同時に圧縮機の吸入圧力の到達値も低下する
傾向にある。同様に、室内機が室外機に対してどの位の
設置高さにあるかを示す室外機・室内機高低差が異なっ
ても、例えば、室内機が室外機より高く設置されている
場合、冷房運転では、室内熱交換器内蒸発圧力が低くな
るため、蒸発温度が低下し、冷房能力は、大きくなる傾
向にあり、動特性が変化する。これらは、制御対象の動
特性を微分方程式や伝達関数で表した際、その係数パラ
メータが変化していると言うことができる。従って、何
らかの形で制御対象のパラメータ変動を補償する必要が
ある。

【０００７】加えて、制御設計のためのモデルを、例え
ば微分方程式や伝達関数で１次、２次として構築して
も、実際の制御対象には、５次、６次の高次項が存在す
る場合がある。この高周波成分を生み出す高次項が、思
わぬ結果を引き起こしたりするので、前出パラメータ変
動と同じく、制御設計の際、無視できない重要なファク
タである。

【０００８】結局、上述の如く、動特性変動には、定格
値からのパラメータ変動と、予期せぬ未知部分である高
次項による変動があり、これらの変動を合わせて、以後
変動と呼ぶ。これを図で表せば、図３のようになり、変
動分△(ｓ)が、設計ポイントの値である定格伝達関数Ｐ
n(s)に、重なって出力されることになる。これらの変動
を補償する制御設計でなければ、本来の制御系としては
不完全である。なお、図３に示す伝達関数については、
発明の実施の形態の項で再度説明する。

【０００９】ところで、図３でもいえるように、定格伝
達関数Ｐn(s)の出力からみると、変動伝達関数△(ｓ)の
出力は、付加外乱と考えられる。従って、ここでも、外
乱を抑制する考え方が、制御対象の変動をも扱えること
になる。つまり、外乱抑制が、非干渉化、制御対象の動
特性変動といったすべての問題事項に対する回答になり
得る。これがロバスト制御である。

【００１０】本発明の目的は、制御対象の動特性を考慮
に入れたロバスト制御を行うことにより、安定して制御
でき、冷暖房能力設定値からの変動が小さい空気調和機
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の空気調和機は、一つの室外機に複数
の室内機が並列に配管接続されてなり、前記室外機に備
えた、駆動周波数可変の圧縮機、室外熱交換器及び室外
膨張弁を順次に、さらに各室内機に備えた室内熱交換器
及び室内膨張弁を順次に、さらに圧縮機に戻るように配
管接続して冷媒を封入した循環路を形成し、そして前記
室外熱交換器に送風する室外ファン及び前記室内熱交換
器に送風する室内ファンを備えた空気調和機において、
冷房能力あるいは暖房能力を制御対象の制御量とし、こ
の制御量を調節する操作量として圧縮機駆動周波数を用
いてフィードバック制御を行い、かつフィードバック制
御系の伝達関数のゲインが、運転室内機合計馬力、運転
室内機合計台数、配管長さ、配管径、室外機室内機間の
高低差、冷媒封入量、封入冷媒の種類等の機器条件の変
化の少なくとも一つ及び／又は室外空気温度、室内空気
温度等の環境の変化の少なくとも一つにより生じる前記
フィードバック制御系の変動を抑制するロバスト安定化
ゲインに設定されてなることを特徴とする。

【００１２】また、本発明の第２の空気調和機は、制御
量として第１の空気調和機における冷房能力あるいは暖
房能力に代えて圧縮機の冷媒吸入圧力を、操作量として
第１の空気調和機と同じく圧縮機駆動周波数を採用した
ものである。

【００１３】また、本発明に第３の空気調和機は、制御
量として第１の空気調和機における冷房能力あるいは暖
房能力に代えて圧縮機の冷媒吐出圧力を、操作量として
第１の空気調和機と同じく圧縮機駆動周波数を採用した
ものである。

【００１４】また、本発明の第４の空気調和機は、制御
量として第１の空気調和機における冷房能力あるいは暖
房能力に代えて冷媒蒸発温度を、操作量として第１の空
気調和機と同じく圧縮機駆動周波数を採用したものであ
る。

【００１５】また、本発明の第５の空気調和機は、制御
量として第１の空気調和機における冷房能力あるいは暖
房能力に代えて圧縮機の冷媒吐出温度を、操作量として
第１の空気調和機における圧縮機駆動周波数の代えて室
外膨張弁開度を採用したものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の空気調和機のロバスト制
御装置は、設定された温湿度空間を得るために、複数の
利用部室内の空気温度、圧縮機の冷媒吐出圧力、圧縮機
の冷媒吸入圧力、圧縮機の冷媒吐出過熱度、冷房能力あ
るいは暖房能力等の制御量が、それぞれ決められた目標
値に一致するように、圧縮機の周波数や室外膨張弁開
度、室内膨張弁開度や、室外ファン回転数及び室内ファ
ン回転数といった操作量を制御するものである。これに
より、空気調和機全体が常に適正な運転状態で運転でき
るように制御することができ、安定かつ安全な運転を保
持出来ると共に、負荷の増減に応じた暖房能力或いは冷
房能力が得られ、使用者に好ましい温湿度環境空間が得
られる。

【００１７】以下、本発明の空気調和機の実施の形態
を、ロバスト制御の適用方法と併せて、図に基づいて説
明する。ここでは、１つの室外機と複数の室内機を組み
合わせた空気調和機を取り上げるが、この組合せに限ら
ず、室外機及び室内機それぞれの適宜台数の組合せに対
して、ロバスト制御を適用できる。

【００１８】図２は、空気調和機とその制御装置を示す
構成図である。空気調和機は１台の室外機１６と複数台
の室内機２４１、２４Ｎとから構成され、室外機１６に
は複数台の室内機２４１、２４Ｎが並列に配管接続され
て室外機と各室内機間で閉回路をなし、その閉回路の中
に冷媒を封入している。

【００１９】そして、室外機１６においては、周波数可
変の圧縮機１７に順次四方弁２１を介して室外熱交換器
１８及び室外膨張弁２３を配管するとともに室外熱交換
器１８に送風する室外ファン１９を備えている。また、
室内機２４１、２４Ｎにおいては、室内空気と熱交換を
行う室内熱交換器２５１、２５Ｎとその室内熱交換器２
５１、２５Ｎの冷媒の流量を調節する室内膨張弁２７
１、２７Ｎを順次配管するとともに室内熱交換器２５
１、２５Ｎに送風する室内ファン２６１、２６Ｎを備え
ている。

【００２０】室外機１６は、アキュムレータ２０及びレ
シーバ２２を備えている。そして、室外機１６及び室内
機２４１、２４Ｎの各ガス側及び液側を、各々ガス側管
路２８、液側管路２９及び分岐管３０１、３０Ｎで接続
して閉回路となし、その閉回路の中に冷媒が封入してあ
る。

【００２１】また、室内機２４１、２４Ｎは、空気調和
の対象となる部屋等である利用部３１１、３１Ｎに、そ
れぞれ配置してある。

【００２２】さらに、室外機１６側は、室外空気温度検
知器３２、圧縮機の冷媒吐出温度検知器３３１、冷媒吐
出温度検知器及び冷媒過熱度演算器からなる冷媒吐出過
熱度検知器３３２、圧縮機の冷媒吸入圧力を検知する吸
入圧力検知器３４、圧縮機の冷媒吐出圧力を検知する吐
出圧力検知器３５、圧縮機１７の消費電力を検知する圧
縮機電力検知器３６、圧縮機１７の周波数を操作するイ
ンバータ周波数操作器３７、室外ファン１９の送風能力
を操作する室外側送風能力操作器３８、室外ファン１９
の消費電力を検知する室外ファン電力検知器３９、室外
膨張弁２３の開度を操作する室外膨張弁開度操作器４０
を有している。一方、利用部３１１、３１Ｎ側は、室内
空気温度を検知する室内空気温度検知器４１１、４１
Ｎ、その利用部への吹き出し空気温度を検知する吹き出
し空気温度検知器４２１、４２Ｎ、室内ファン２６１、
２６Ｎの送風能力を操作する室内側送風能力操作器４３
１、４３Ｎ、室内ファン２６１、２６Ｎの電力を検知す
る室内ファン電力検知器４４１、４４Ｎ、室内膨張弁２
７１、２７Ｎの冷媒循環量を操作する室内膨張弁開度操
作器４５１、４５Ｎ、予め与えられた温湿度設定値を記
憶する、あるいは、使用者が好みの湿温度を設定するた
めのリモコン設定器４６１、４６Ｎを有している。

【００２３】また、制御装置４７は、それぞれ室外機側
の、室外空気温度検知器３２、冷媒吐出温度検知器３３
１、冷媒吐出過熱度検知器３３２、吸入圧力検知器３
４、吐出圧力検知器３５、圧縮機電力検知器３６からの
信号を、またそれぞれ室内機側の室内空気温度検知器４
１１、４１Ｎ、吹き出し空気温度検知器４２１、４２
Ｎ、室内ファン電力検知器４４１、４４Ｎからの信号を
読み込むよう、そして、インバータ周波数操作器３７、
室外側送風能力操作器３８、室外膨張弁開度操作器４
０、室内側送風能力操作器４３１、４３Ｎ、室内膨張弁
開度操作器４５１、４５Ｎの操作量を演算し制御するよ
う、配線されている。圧縮機が複数台の場合は、運転圧
縮機の駆動周波数の相当和を、圧縮機駆動周波数と定義
する。

【００２４】次に、本空気調和機に搭載されている制御
装置４７のフィードバック係数である、ロバスト安定化
ゲインの設計及び適用方法、動作について説明する。

【００２５】いま、例として図１にあるように、暖房時
の空気調和機の室外膨張弁の制御設計にロバスト制御の
適用を行うとものする。暖房時の冷凍サイクルは次のよ
うに形成される。すなわち、圧縮機１７から吐出された
冷媒は、室内熱交換器２５１、２５Ｎで凝縮して液冷媒
となり、この液冷媒が室外熱膨張弁２３で膨張し、室外
熱交換器１８で蒸発してガス冷媒となり、このガス冷媒
が圧縮機１７に戻る。ここでは、制御量は圧縮機の冷媒
吐出温度Ｔd(t)あるいは圧縮機の冷媒吐出過熱度ＴdSH
(t)であり、操作量は室外膨張弁開度εo(t)とする。簡
単のため、図１での圧縮機の冷媒吐出温度目標値１３
は、一定であるとする。そして冷媒吐出温度の動特性が

【００２６】

【数１】

【００２７】と書くことが出来るとする。ここでｔは時
刻を表し、上式のパラメータａ、ｂは室内機運転馬力Ｈ
P、圧縮機駆動周波数Ｆt、配管長Ｌ、配管径Ｄ、室外機
・室内機間高低差Ｈ、室外空気温度Ｔo、室内空気温度
Ｔi、室外ファン回転数Ｆo、室内ファン回転数Ｆi、冷
媒封入量Ｗr、冷媒の種類Ｒの関数である事を示す。圧
縮機駆動周波数Ｆt、室外ファン回転数Ｆoおよび室内フ
ァン回転数Ｆiは操作量であり、室内機運転馬力ＨP、配
管長Ｌ、配管径Ｄ、室外機・室内機間高低差Ｈ、冷媒封
入量Ｗr、冷媒の種類Ｒ、室外空気温度Ｔoおよび室内空
気温度Ｔiは制御対象の動特性を変動させる因子であ
る。式(1)より、冷媒吐出温度の動特性は、機器の設置
条件である配管長Ｌや環境の条件である室外空気温度Ｔ
oによって、値が変動することが分かる。

【００２８】加えて一般的に、実際の圧縮機の冷媒吐出
温度は、式(1)のような１階の微分方程式では表しきれ
ず、さらに高次の、不確定要素を含む。いま、ある固定
された条件として、ＨP、Ｆt、Ｌ、Ｄ、Ｈ、Ｔo、Ｔi、
Ｆo、Ｆi、Ｗr、Ｒを固定し、その条件のもとでのａ、
ｂにおいて、式(1)を、Ｔd(t)とεo(t)の伝達関数表現
に書き換えると、

【００２９】

【数２】

【００３０】と表現される。ここで、ｓはラプラス演算
子であり、Ｔd(s)、εo(s)、ａ(s)、ｂ(s)はそれぞれＴ
d(t)、εo(t)、a、bをラプラス変換したものである。煩
雑さを避けるため、同記号を用いる。

【００３１】上述したように、式(1)で示す制御対象
は、実際には不確定な要素を含んでいるので、式(3)で
定められる伝達関数Ｐn(s)は、ある固定された条件にお
ける、不確定部分を無視した定格伝達関数ということが
出来る。

【００３２】そこで、伝達関数の、条件による値の変動
と不確定要素とを、ひとまとめに不確かさと考えてΔ
(s)とおく。図１に示されるように、圧縮機の冷媒吐出
温度伝達関数が、定格伝達関数３と、変動伝達関数２の
和で構成されていると考えると、空気調和機の冷媒吐出
温度と、室外膨張弁開度の真の伝達関数１(Ｐ(s))はＰ(s)=Ｐn(s)+Δ(s) ・・・(4) と書き直すことが出来る。ただし、変動Δ(s)は、安定
でかつその大きさが既知なスカラ関数Ｗa(s)のゲインで
抑えられ、その最大特異値をσで表すと、 σ{Δ(jω)}≦｜Ｗa(jω)｜ (0≦ω＜∞) ・・・(5) であるとする。これは、不確かさΔ(s)が周波数ωにど
のように依存するかを表現する関数である。これより以
後、変動Δ(s)を考える代わりに、Ｗa(s)を考える。ま
た、無限大ノルムを‖・‖∞と表現する。

【００３３】この伝達関数Ｐ(s)を図式表現すると図３
のブロック線図となる。この図における、フィードバッ
ク係数Ｋ(s)を設計する。図３において、変動に対する
入力ｐ、出力ｑの関係は

【００３４】

【数３】

【００３５】となる。従って、表現方法を変えると、図
３は、図４と書き換えることが出来る。図４に対して、
安定の必要十分条件を表すスモールゲイン定理を適用す
ると、任意のＷa(s)に対して閉ループが安定となるため
には、-{1+K(s)Pn(s)}~¹K(s)が安定でかつ

【００３６】

【数４】

【００３７】となるＫ(s)が必要である。式(7)は、定格
伝達関数Ｐn(s)が安定となり、かつ不確定要素も含んだ
真の伝達関数Ｐ(s)も安定という、’ロバスト安定’の
ための条件である。式(7)を満たすフィードバック係数
Ｋ(s)を、以後、ロバスト安定化ゲインと呼ぶ。

【００３８】いま、予備変数として制御量をｚ(s)、観
測量をｙ(s)、操作量をｕ(s)、外乱をｗ(s)と新たに定
義する。そしてそれらの間の伝達関数をＧ(s)とし、

【００３９】

【数５】

【００４０】と表現する。すると図３に対応する具体的
なＧ(s)の形は、圧縮機の冷媒吐出温度動特性の変動Δ
(s)の情報であるＷa(s)を用いて、数式(8)と対応させる
と

【００４１】

【数６】

【００４２】となる。式(8)、(9)で定義された伝達関数
Ｇ(s)に対する、公知の制御理論であるH∞制御問題を考
えれば、ロバスト安定を保証する上記式(7)を考えるこ
とと同様となる。

【００４３】ここで、上記の周波数表現に対して、時間
表現を行う。状態量をｘ(t)、外乱をｗ(t)、操作量をｕ
(t)、制御量をｚ(t)、観測量をｙ(t)と、周波数表現と
同様に表現し、それぞれ

【００４４】

【数７】

【００４５】と、表現できたとする。さらに具体化し
て、真の伝達関数が図５に示すような構造になっていた
とする。すると式(10.1)-(12.1)は、

【００４６】

【数８】

【００４７】と、表現し直せる。具体的に図１と関連付
けると、状態量ｘ_o(t)は圧縮機の冷媒吐出温度Ｔd(t)の
定格分であり、状態量ｘ_a(t)はさまざまな条件（運転室
内機合計馬力、運転室内機合計台数、配管長、配管径、
室外機・室内機間高低差、冷媒封入量、冷媒の種類、室
外外空気温度、室内空気温度）下での真のＴd(t)の動特
性と定格のＴd(t)動特性との差を表すダミー変数であ
る。操作量ｕ(t)は室外膨張弁開度εo(t)であり、外乱
ｗ(t)は室外気流変化、運転室内機の停止動作、停止室
内機の運転動作、制御量の目標値の変化等であり、制御
量ｚ(t)はＴd(t)の変動分とεo(t)との和や、それぞれ
を要素にするベクトル、観測量ｙ(t)は圧縮機の冷媒吐
出温度が直接センシング出来ればＴd(t)そのものであ
る。

【００４８】いま、この空調機の圧縮機の冷媒吐出温度
の、さまざまな条件に対してどのように動特性が変動す
るかというデータが、予備実験等により与えられたとす
る。例えば、運転室内台数が全室運転の場合と、１台運
転の場合の、圧縮機の冷媒吐出温度Ｔd(t)の動特性の違
いである。そのデータより、標準の条件より最も異なる
挙動を示すモデル例として暖房室内機１台運転時のＴd
(t)の動特性を同定して、それを、変動の情報Ｗa(s)と
し、上記数式(10)−(12)と図５におけるＡa、Ｂa、Ｃ
a、Ｄa、Ａo、Ｂo、Ｃoが決定されたとする。

【００４９】そしてそのような動特性変動を持つ空調機
の圧縮機の冷媒吐出温度を、常に安定化するためのロバ
スト安定化ゲインＫ(s)は次のようにして得られる。

【００５０】

【数９】

【００５１】の安定化解 X、Y≧0である。行列 Aや、
B₂、C₂等は、式(10.1)-(12.1)及び(10.2)-(12.2)と対応
させてある。また、A'は行列Aの転置行列を表す。

【００５２】以上のロバスト安定化ゲインＫ(s)を用い
た制御により、暖房室内機全室運転時でも、暖房室内機
１台運転時においても、安定した圧縮機の冷媒吐出温度
制御が行える。これは、運転モードとしては暖房運転に
限らず、冷房運転にも応用できる。また、制御量とし
て、冷房能力あるいは暖房能力、室内吹出し空気温度、
室内吸込み吹出し空気温度差、圧縮機の冷媒吸入温度、
圧縮機の冷媒吐出温度、圧縮機の冷媒吐出過熱度、圧縮
機の冷媒吸入圧力、圧縮機の冷媒吐出圧力、圧縮機電
力、室外ファン電力、室内ファン電力等を、操作量とし
ては、圧縮機駆動周波数、室外膨張弁開度、室内膨張弁
開度、室外ファン回転数、室内ファン回転数等、様々な
機器要素に対して適用する事が出来る。

【００５３】さらに、図１における制御偏差１４の応答
も考慮するロバスト安定化ゲインＫ(s)の設計及び適用
方法を説明する。ロバスト安定化を行った制御系は、場
合によっては、制御偏差１４の応答が悪く、外乱によっ
て目標値から外れた制御量は、不安定ではないが、速や
かに目標値１３に整定しない。外乱としては、発明の課
題の項で説明したように対応外の操作量である、圧縮機
駆動周波数の変化の他、室外気流変化、運転室内機の停
止動作、停止室内機の運転動作、圧縮機の冷媒吐出温度
の目標値の変化等が考えられる。これら外乱が発生、付
加した場合にも、ロバスト安定化を行い、かつ、制御偏
差の少ないゲインＫ(s)の設計、適用方法を説明する。

【００５４】一般に、ロバスト安定性が高く、しかも制
御偏差１４に対して応答が速い制御系は、相反する要求
を同時に満たさねばならないので、比例フィードバック
のような単純な制御で実現することは不可能である。

【００５５】しかし、制御偏差１４は、低周波数帯で重
要であり、不確定性を表す変動Δ(s)は、高周波帯で大
きいので、制御偏差１４に対しては低周波動特性を重要
視し、変動Δ(s)に対しては高周波帯を重要視する、周
波数整形を考慮した設計を行えば、ロバスト性が高く、
かつ、制御偏差１４を速やかに整定する制御設計が可能
である。

【００５６】図６は、外乱ｗ(s)が付加したとき、さら
に重みＷs(s)をかけて出力として取り出した図である。
図６の構成では、状態量ｘ(s)が、さらに増えて

【００５７】

【数１０】

【００５８】となる。同じように上記数式(13)、(14)、
(15)を適用すると、変動重みWa(s)と、制御偏差重みWs
(s)に両方に対して、安定化が行えるロバスト安定化ゲ
インK(s)は、

【００５９】

【数１１】

【００６０】で得られる。†は、擬似行列式、⊥は正規
直交成分行列である。A、B₁、B₂、C₁、C₂、D₁₂、D
₂₁は、(10.1)-(12.1)と(10.3)-(12.3)において対応する
行列である。

【００６１】このロバスト安定化ゲインＫ(s)により、
室内機全室運転においても、1台運転においても、安定
するロバスト性の高い運転が出来、さらに、圧縮機の冷
媒吐出温度の目標値１３の変化にも、速い応答で制御す
る空気調和機を供給することが出来る。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の空気調和機
により、圧縮機の冷媒吐出温度、圧縮機の冷媒吐出過熱
度等の制御量が、様々な条件において動特性が異なる場
合にも、予めその変動に対するロバスト安定性を考慮す
ることによって、予期される変動の範囲ならば、どのよ
うな条件においても安定化可能な空気調和機を供給す
る。また、空気調和機の冷凍サイクル状態が安定化され
ることにより、より信頼性の高い空気調和機を供給する
ことが出来、使用者に対して、能力変動が少なく、故障
も少ない、快適な空気調和を創り出すことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の空気調和機の伝達関数を
表すブロック線図で、制御量が圧縮機の冷媒吐出温度、
操作量が室外膨張弁開度とする制御系の構成図である。

【図２】本発明の実施の形態にかかる空気調和機の構成
図である。

【図３】真の空気調和機の動特性を伝達関数で表したと
きに、外乱や、未知構造等により、理想である定格伝達
関数に、さらに変動分が付加する事を表す図である。

【図４】図３の伝達関数を、形を変えて表現した図であ
る。

【図５】変動を有する空気調和機の動特性を、変動伝達
関数、定格伝達関数共に、その構造を具体化して示した
ブロック線図であり、変動伝達関数はオープンループで
表した図である。

【図６】変動を有する空気調和機図５に対し、さらに、
外乱に対して応答性の速い制御設計を行う際の、モデル
ブロック線図である。

【符号の説明】

１冷媒吐出温度伝達関数部７定格冷媒吐出温度８変動冷媒吐出温度９冷媒吐出温度１０冷媒吐出圧力１１冷媒吐出圧力検知信号１２冷媒吐出温度検知信号１３冷媒吐出温度目標値信号１４冷媒吐出温度偏差信号１５膨張弁開度信号１６室外機１７圧縮機１８室外熱交換器１９室外ファン２０アキュムレータ２１四方弁２２レシーバ２３室外膨張弁２４１、２４Ｎ室内機２５１、２５Ｎ室内熱交換器２６１、２６Ｎ室内ファン２７１、２７Ｎ室内膨張弁２８ガス管２９液管３０１、３０Ｎ分岐管３１１、３１Ｎ利用部３２室外空気温度検知器３３１冷媒吐出温度検知器３３２冷媒吐出過熱度検知器３４冷媒吸入圧力検知器３５冷媒吐出圧力検知器３６圧縮機電力検知器３７インバータ圧縮機操作器３８室外側送風能力操作器３９室外ファン電力検知器４０室外膨張弁開度操作器４１１、４１Ｎ室内空気温度検知器４２１、４２Ｎ吹き出し空気温度検知器４３１、４３Ｎ室内側送風能力操作器４４１、４４Ｎ室内ファン電力検知器４５１、４５Ｎ室内膨張弁開度操作器４６１、４６Ｎ室内湿温度リモコン設定器４７制御装置５６変動伝達関数モデル５７定格伝達関数モデル５８変動伝達関数モデル５９定格伝達関数モデル６０応答性重みモデル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田悟静岡県清水市村松390番地株式会社日立製作所空調システム事業部内 (56)参考文献特開平９−79650（ＪＰ，Ａ) 特開平７−5903（ＪＰ，Ａ) 特開平６−347107（ＪＰ，Ａ) 特開平７−260235（ＪＰ，Ａ) 特開平５−52436（ＪＰ，Ａ) 特開平８−327124（ＪＰ，Ａ) 特開平９−152164（ＪＰ，Ａ) 特開平５−248715（ＪＰ，Ａ) 特開平８−82433（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24F 11/02 102

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一つの室外機に複数の室内機が並列に配
管接続されてなり、前記室外機に備えた、駆動周波数可
変の圧縮機、室外熱交換器及び室外膨張弁を順次に、さ
らに各室内機に備えた室内熱交換器及び室内膨張弁を順
次に、さらに前記圧縮機に戻るように配管接続して冷媒
を封入した循環路を形成し、そして前記室外熱交換器に
送風する室外ファン及び前記室内熱交換器に送風する室
内ファンを備えた空気調和機において、冷房能力あるいは暖房能力を制御対象の制御量とし、該
制御量を調節する操作量として圧縮機駆動周波数を用い
てフィードバック制御を行い、該フィードバック制御系
の伝達関数のゲインが、運転室内機合計馬力、運転室内
機合計台数、配管長さ、配管径、室外機室内機間の高低
差、冷媒封入量、封入冷媒の種類等の機器条件の変化の
少なくとも一つ及び／又は室外空気温度、室内空気温度
等の環境の変化の少なくとも一つにより生じる前記フィ
ードバック制御系の変動を抑制するロバスト安定化ゲイ
ンに設定されてなることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】請求項１記載の空気調和機において、制
御量として前記冷房能力あるいは前記暖房能力に代えて
圧縮機の冷媒吸入圧力を、操作量として前記圧縮機駆動
周波数を採用した空気調和機。
【請求項３】請求項１記載の空気調和機において、制
御量として前記冷房能力あるいは前記暖房能力に代えて
圧縮機の冷媒吐出圧力を、操作量として前記圧縮機駆動
周波数を採用した空気調和機。
【請求項４】請求項１記載の空気調和機において、制
御量として前記冷房能力あるいは前記暖房能力に代えて
冷媒蒸発温度を、操作量として前記圧縮機駆動周波数を
採用した空気調和機。
【請求項５】請求項１記載の空気調和機において、制
御量として前記冷房能力あるいは前記暖房能力に代えて
圧縮機の冷媒吐出温度を、操作量として前記圧縮機駆動
周波数の代えて室外膨張弁開度を採用した空気調和機。