JP5183387B2 - 制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、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および制御方法に関するものである。

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。このような温度制御や湿度制御においては、制御対象の状態量として制御量ＰＶと、その状態量に対する目標数値として設定値ＳＰと、制御量ＰＶを設定値ＳＰに制御するための制御指令として操作量ＭＶとが、コントローラにより処理される。このとき、操作量ＭＶと制御量ＰＶとの関係は、その制御系において採用されるアクチュエータや制御対象の特性に依存して非線形な関係になる。そのようないわゆる非線形な制御系であっても、線形な制御手法（例えばＰＩＤ）が広く利用されている。

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する場合、各制御系の制御量ＰＶは必ずしも同一の速度で変化するものではない。各制御系の制御量変化に速度差がある場合、最も変化の遅い最遅制御系以外の制御系の応答が最遅制御系の応答よりも速く進むため、最遅制御系以外の制御系のコントローラは最遅制御系の応答が完了するまで整定状態を維持しつつ待機しなければならない。したがって、これらのコントローラでは、応答完了後の整定状態を維持しつつ待機する整定待機時間が発生し、この整定待機時間の分だけエネルギー消費量が大きくなるという問題があった。

そこで、特許文献１に開示された制御方法では、制御量変化が最も遅い第１制御ループのステップ応答の進捗度を算出し、第１制御ループ以外の他の制御ループの制御量が第１制御ループの制御量に同期して自動的に変化するように、他の制御ループの設定値をステップ応答の進捗度に基づいて補正してコントローラに与えるようにしている。これにより、特許文献１に開示された制御方法では、他の制御ループのコントローラの整定待機時間を削減し、省エネルギーを実現している。

特開２００２−０４９４０６号公報

操作量ＭＶと制御量ＰＶとの関係が非線形な関係であって、この非線形性の程度が大きくなると、いわゆる強非線形系になる。強非線形系では、操作量ＭＶが大きくなると、制御量ＰＶを変化させる影響力が小さくなる。すなわち、制御量ＰＶに対する操作量ＭＶの影響力が飽和する状態となる。この状態を操作量ＭＶと制御量ＰＶとの関係で図示すると、例えば図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）に示すような関係になる。図２０（Ａ）は暖房・加熱制御の場合、図２０（Ｂ）は冷房・冷却制御の場合である。図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）によれば、操作量ＭＶが大きくなるほど、操作量ＭＶの変化ΔＭＶに対する制御量ＰＶの変化ΔＰＶが小さくなっていることが分かる。

強非線形系においては、操作量ＭＶが大きいほど、制御量ＰＶの変化ΔＰＶに対する効果が小さくなるので、結果的にエネルギー効率が落ちるという問題点があった。つまり、操作量ＭＶが大きいことはエネルギー消費量の点では不利なわけであるが、制御量ＰＶを設定値ＳＰに近づけるためには必要なエネルギーであり、エネルギー消費量を抑えることはできない。操作量ＭＶを小さくすれば、エネルギー消費量を抑えることができるが、この場合には制御量ＰＶを所望の設定値ＳＰに近づけることが難しくなる。

特許文献１に開示された制御方法では、制御の過渡状態のエネルギー消費量を改善することができるが、制御の整定状態は改善の対象にはなっておらず、整定状態のエネルギー消費量を抑制することはできない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、マルチループの制御系において制御量を設定値に近づける特性を完全に犠牲にしてしまうことは避けつつ、過渡状態、整定状態に関係なくエネルギー消費量を抑制することができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、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、前記操作量差の絶対値が規定値Δを超える場合に前記操作量差の絶対値が小さくなるように、制御対象に出力する前記第１の操作量と第２の操作量のうち少なくとも一方を変更する操作量変更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、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前記操作量変更手段とは、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、一方のゾーンについてのみ設けられ、前記操作量差算出手段は、前記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し、前記操作量変更手段は、前記操作量差が規定値（−Δ）を下回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量から規定値Δを減算した値に変更し、前記操作量差が規定値Δを上回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量に規定値Δを加算した値に変更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前記操作量変更手段とは、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、ゾーン毎に設けられ、各操作量差算出手段は、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し、各操作量変更手段は、前記操作量差が規定値（−Δ）を下回る場合は、前記第２の操作量を、前記第１の操作量に規定値Δを加算した値に変更し、前記操作量差が規定値Δを上回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量に規定値Δを加算した値に変更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前記操作量変更手段とは、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、ゾーン毎に設けられ、各操作量差算出手段は、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し、各操作量変更手段は、前記操作量差が規定値（−Δ）を下回る場合は、前記第１の操作量を、前記第１の操作量と第２の操作量との平均値からΔ／２を減算した値に変更すると共に、前記第２の操作量を、前記平均値にΔ／２を加算した値に変更し、前記操作量差が規定値Δを上回る場合は、前記第１の操作量を、前記平均値にΔ／２を加算した値に変更すると共に、前記第２の操作量を、前記平均値からΔ／２を減算した値に変更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前記操作量変更手段とは、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し、各操作量変更手段は、制御対象のゾーンについて算出された前記操作量差が規定値（−Δ）を下回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量から規定値Δを減算した値に変更し、制御対象のゾーンについて算出された前記操作量差が規定値Δを上回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量に規定値Δを加算した値に変更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、本発明の制御方法は、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、前記操作量差の絶対値が規定値Δを超える場合に前記操作量差の絶対値が小さくなるように、制御対象に出力する前記第１の操作量と第２の操作量のうち少なくとも一方を変更する操作量変更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、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前記操作量変更手順とは、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、一方のゾーンについてのみ実行され、前記操作量差算出手順は、前記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し、前記操作量変更手順は、前記操作量差が規定値（−Δ）を下回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量から規定値Δを減算した値に変更し、前記操作量差が規定値Δを上回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量に規定値Δを加算した値に変更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前記操作量変更手順とは、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、ゾーン毎に実行され、各操作量差算出手順は、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し、各操作量変更手順は、前記操作量差が規定値（−Δ）を下回る場合は、前記第２の操作量を、前記第１の操作量に規定値Δを加算した値に変更し、前記操作量差が規定値Δを上回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量に規定値Δを加算した値に変更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前記操作量変更手順とは、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、ゾーン毎に実行され、各操作量差算出手順は、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し、各操作量変更手順は、前記操作量差が規定値（−Δ）を下回る場合は、前記第１の操作量を、前記第１の操作量と第２の操作量との平均値からΔ／２を減算した値に変更すると共に、前記第２の操作量を、前記平均値にΔ／２を加算した値に変更し、前記操作量差が規定値Δを上回る場合は、前記第１の操作量を、前記平均値にΔ／２を加算した値に変更すると共に、前記第２の操作量を、前記平均値からΔ／２を減算した値に変更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前記操作量変更手順とは、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し、各操作量変更手順は、制御対象のゾーンについて算出された前記操作量差が規定値（−Δ）を下回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量から規定値Δを減算した値に変更し、制御対象のゾーンについて算出された前記操作量差が規定値Δを上回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量に規定値Δを加算した値に変更することを特徴とするものである。

本発明によれば、複数の制御演算手段と操作量差算出手段と操作量変更手段とを設け、操作量差の絶対値が規定値を超える場合に操作量差の絶対値が小さくなるように、制御対象に出力する第１の操作量と第２の操作量のうち少なくとも一方を変更することにより、マルチループの制御系において制御量を設定値に近づける特性を完全に犠牲にしてしまうことは避けつつ、過渡状態、整定状態に関係なくエネルギー消費量を抑制することができる。本発明は、特にゾーン間に制御量の干渉があるような制御対象に有効である。

また、本発明では、操作量差算出手段にダンピング処理手段を設けることにより、操作量の高周波のふらつきを削減することができる。

［発明の原理］
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。

図１は本発明の原理を説明するためのフローチャートである。ここでは、対象となる空間を２つのゾーンＺ１，Ｚ２に分割して冷房・冷却制御を行う場合について説明する。
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）を小さくするために、大きい方の操作量ＭＶ１を小さくする（ステップＳ１）。

ゾーンＺ１の操作量ＭＶ１が下がったことにより、ゾーンＺ１の制御量（温度）ＰＶ１は上昇する（ステップＳ２）。
ゾーンＺ１とＺ２との間には温度干渉があるので、ゾーンＺ２にも影響が発生し、ゾーン２の制御量（温度）ＰＶ２は上昇する（ステップＳ３）。

ゾーン２の制御量ＰＶ２が上昇したことにより、制御量ＰＶ２をゾーンＺ２の設定値ＳＰ２に維持するために、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Ｓ４）。このゾーンＺ２の操作量ＭＶ２の増加により、操作量ＭＶ１が小さく補正されたゾーンＺ１の制御量ＰＶ１の変化は緩和される。

このとき、温度干渉があるので、ゾーンＺ１，Ｚ２の制御量（温度）ＰＶ１，ＰＶ２が上昇したとしても、ゾーンＺ１，Ｚ２の実質温度（室温）ＲＴ１，ＲＴ２は元の設定値ＳＰ１，ＳＰ２から大きく逸脱することはない。そして、エネルギー効率の悪い大きい側の操作量であった操作量ＭＶ１が小さめ方向にｄＭＶ１だけ制御され、エネルギー効率の良い小さい側の操作量であった操作量ＭＶ２は大きめ方向にｄＭＶ２（ｄＭＶ１＞ｄＭＶ２）だけ制御されることになる。全体として考えると、エネルギー効率の良い小さい側への変化分の方が多いので、エネルギー消費量を抑制することができる。

以上の動作を実現するために、操作量差δＭＶを算出し、操作量差δＭＶの絶対値が規定値以下になるように操作量を変更して制御対象（実際の出力先は空調機のバルブや加熱処理装置のヒータなどのアクチュエータ）に出力すればよいことに、発明者は想到した。この方法では、特に操作量の大きい側を重視することが好適である。

なお、操作量差δＭＶを小さくするために、小さい方の操作量を大きくしてもよい。この場合は、ゾーン干渉により大きい方の操作量が小さめ方向に制御される。つまり、エネルギー効率の低いゾーンは、結果的にエネルギー効率の良い方向（操作量ＭＶの小さい側）に修正される。これにより、全体として考えると、エネルギー効率が改善されるので、エネルギー消費量を抑制することができる。

［第１の実施の形態］
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からゾーンＺ１に出力される操作量ＭＶ１をＭＶ１’に変更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。

空調機５−１，５−２は、例えば冷温水を供給する熱源と、熱源から供給される冷温水の流量を調節するバルブ（アクチュエータ）と、バルブを通して送られてきた冷温水により空気を冷却または加熱するコイルと、冷却または加熱された空気を送り出す送風機等から構成される。

本実施の形態は、中規模の空間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る。この場合、通常のシングルループの制御系を２ループ構成する。
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。

コントローラ２−１は、例えばゾーンＺ１の居住者によって設定された設定値ＳＰ１を入力する設定値ＳＰ入力部２０−１と、センサ４−１によって計測されたゾーンＺ１の制御量ＰＶ１を入力する制御量ＰＶ入力部２１−１と、設定値ＳＰ１と制御量ＰＶ１に基づいて操作量ＭＶ１を算出する制御演算手段となるＰＩＤ演算部２２−１と、操作量ＭＶ１を連携動作演算部３に出力すると共に、変更された操作量ＭＶ１’をゾーンＺ１の空調機５−１に出力する操作量ＭＶ出力部２３−１とを備える。

同様に、コントローラ２−２は、ゾーンＺ２の居住者によって設定された設定値ＳＰ２を入力する設定値ＳＰ入力部２０−２と、センサ４−２によって計測されたゾーンＺ２の制御量ＰＶ２を入力する制御量ＰＶ入力部２１−２と、設定値ＳＰ２と制御量ＰＶ２に基づいて操作量ＭＶ２を算出する制御演算手段となるＰＩＤ演算部２２−２と、操作量ＭＶ２をゾーンＺ２の空調機５−２と連携動作演算部３に出力する操作量ＭＶ出力部２３−２とを備える。

連携動作演算部３は、制御対象のゾーン以外の他のゾーンの操作量を受ける比較操作量入力部３０−１と、操作量差δＭＶを算出する操作量差算出部３１−１と、操作量差δＭＶに基づいて操作量ＭＶ１を変更する操作量変更部３２−１とを備える。
本実施の形態では、操作量ＭＶ２をマスター操作量とし、操作量ＭＶ１を変更の対象となるスレーブ操作量としており、スレーブ操作量ＭＶ１に関してのみ、比較操作量入力部３０−１と操作量差算出部３１−１と操作量変更部３２−１とが設けられる。

図４に、本実施の形態における制御系のブロック線図を示す。Ｐ１はゾーンＺ１の制御対象、Ｐ２はゾーンＺ２の制御対象であり、ＰＩＤ演算部２２−１，２２−２と操作量ＭＶ出力部２３−１，２３−２と共にフィードバック制御系が個々のゾーンＺ１，Ｚ２毎に形成される。すなわち、制御対象Ｐ１とＰＩＤ演算部２２−１と操作量ＭＶ出力部２３−１とからなるフィードバック制御系がゾーンＺ１に形成され、制御対象Ｐ２とＰＩＤ演算部２２−２と操作量ＭＶ出力部２３−２とからなるフィードバック制御系がゾーンＺ２に形成される。

ＳＰ１はゾーンＺ１の設定値、ＰＶ１はゾーンＺ１の制御量であり、本実施の形態ではどちらも温度である。同様に、ＳＰ２はゾーンＺ２の設定値、ＰＶ２はゾーンＺ２の制御量であり、本実施の形態ではどちらも温度である。ＭＶ１はＰＩＤ演算部２２−１が算出する、ゾーン１の操作量であり、ＭＶ２はＰＩＤ演算部２２−２が算出する、ゾーン２の操作量である。操作量ＭＶ１がスレーブ操作量，操作量ＭＶ２がマスター操作量として予め規定されており、スレーブ操作量ＭＶ１が変更の対象になる。

操作量差算出部３１−１と操作量変更部３２−１とは、操作量差δＭＶを算出し、操作量差δＭＶに応じてスレーブ操作量ＭＶ１を変更し、変更後のスレーブ操作量ＭＶ１’を操作量ＭＶ出力部２３−１に帰還させる連携制御系を構成している。

操作量ＭＶ出力部２３−２は、ＰＩＤ演算部２２−２によって算出された操作量ＭＶ２を制御対象Ｐ２と連携動作演算部３に出力する。一方、操作量ＭＶ出力部２３−１は、ＰＩＤ演算部２２−１によって算出された操作量ＭＶ１を連携動作演算部３に出力し、連携動作演算部３によって変更された操作量ＭＶ１’を制御対象Ｐ１に出力する。

図５に、本実施の形態における好適な制御系のブロック線図を示す。図５は、図４に示した制御系のより好適かつ詳細な構成を示している。
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。

減算部３１２は、ダンピング処理後の操作量ＭＶ１とＭＶ２との差である操作量差δＭＶを次式のように算出する。
δＭＶ＝ＭＶ１−ＭＶ２ ・・・（１）

操作量変更部３２−１は、操作量差δＭＶが規定値（−Δ）以下か規定値Δ以上の場合に、操作量差δＭＶの絶対値が小さくなるように操作量を変更するための構成要素である。操作量変更部３２−１は、具体的には以下の処理を実行する。
Ｉｆ δＭＶ≦−Δ Ｔｈｅｎ ＭＶ１’＝ＭＶ２−Δ ・・・（２）
Ｉｆ δＭＶ≧Δ Ｔｈｅｎ ＭＶ１’＝ＭＶ２＋Δ ・・・（３）

すなわち、操作量変更部３２−１は、操作量ＭＶ１がＭＶ２より大きく、操作量差δＭＶが規定値Δ以上の場合、変更後のスレーブ操作量ＭＶ１’をＭＶ２＋Δとする。これにより、例えば規定値Δが４０％である場合、操作量ＭＶ１が９５％、操作量ＭＶ２が２５％であれば、変更後のスレーブ操作量ＭＶ１’は６５％となる。また、操作量変更部３２−１は、操作量ＭＶ２がＭＶ１より大きく、操作量差δＭＶが規定値（−Δ）以下の場合、変更後のスレーブ操作量ＭＶ１’をＭＶ２−Δとする。このような操作量ＭＶ１の変更により、操作量差δＭＶの絶対値は規定値Δ以下に制限される。なお、操作量変更部３２−１は、操作量差δＭＶが規定値（−Δ）より大きく、かつ規定値Δより小さい場合は、操作量ＭＶ１をそのまま操作量ＭＶ１’として出力する。

以下、本実施の形態の制御装置の動作を説明する。図６は制御装置の動作を示すフローチャートである。
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）。

制御量ＰＶ１は、センサ４−１によって計測され、コントローラ２−１の制御量ＰＶ入力部２１−１を介してＰＩＤ演算部２２−１に入力される（ステップＳ１０２）。制御量ＰＶ２は、センサ４−２によって計測され、コントローラ２−２の制御量ＰＶ入力部２１−２を介してＰＩＤ演算部２２−２に入力される（ステップＳ１０３）。

ＰＩＤ演算部２２−１は、設定値ＳＰ１と制御量ＰＶ１に基づいて、次式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ１を算出し（ステップＳ１０４）、ＰＩＤ演算部２２−２は、設定値ＳＰ２と制御量ＰＶ２に基づいて操作量ＭＶ２を算出する（ステップＳ１０５）。
ＭＶ１＝Ｋｇ１｛１＋（１／Ｔｉ１ｓ）＋Ｔｄ１ｓ｝（ＳＰ１−ＰＶ１）
・・・（４）
ＭＶ２＝Ｋｇ２｛１＋（１／Ｔｉ２ｓ）＋Ｔｄ２ｓ｝（ＳＰ２−ＰＶ２）
・・・（５）

式（４）、式（５）において、Ｋｇ１，Ｋｇ２は比例ゲイン、Ｔｉ１，Ｔｉ２は積分時間、Ｔｄ１，Ｔｄ２は微分時間である。
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。

連携動作演算部３の操作量差算出部３１−１は、コントローラ２−１から出力された操作量ＭＶ１を受け取ると共に、コントローラ２−２から出力された操作量ＭＶ２を比較操作量入力部３０−１を介して受け取る。

操作量差算出部３１−１内のダンピング処理部３１０，３１１は、それぞれ操作量ＭＶ１，ＭＶ２をダンピング処理する（ステップＳ１０６）。続いて、操作量差算出部３１−１内の減算部３１２は、ダンピング処理後の操作量ＭＶ１とＭＶ２とから操作量差δＭＶを式（１）のように算出する（ステップＳ１０７）。

次に、操作量変更部３２−１は、スレーブ操作量ＭＶ１をＭＶ１’に変更する操作量変更を行う（ステップＳ１０８）。図７は操作量変更部３２−１による操作量変更処理を示すフローチャートである。操作量変更部３２−１は、操作量差δＭＶが規定値（−Δ）以下の場合（ステップＳ２００においてＹＥＳ）、式（２）のようにスレーブ操作量ＭＶ１’をＭＶ２−Δとする（ステップＳ２０１）。また、操作量変更部３２−１は、操作量差δＭＶが規定値Δ以上の場合（ステップＳ２０２においてＹＥＳ）、式（３）のようにスレーブ操作量ＭＶ１’をＭＶ２＋Δとする（ステップＳ２０３）。なお、操作量変更部３２−１は、操作量差δＭＶが規定値（−Δ）より大きく、かつ規定値Δより小さい場合は、操作量ＭＶ１をそのまま操作量ＭＶ１’として出力する（ステップＳ２０４）。

操作量ＭＶ出力部２３−１は、操作量変更部３２−１から出力された操作量ＭＶ１’を空調機５−１のアクチュエータに出力し（ステップＳ１０９）、操作量ＭＶ出力部２３−２は、ＰＩＤ演算部２２−２から出力された操作量ＭＶ２を空調機５−２のアクチュエータに出力する（ステップＳ１１０）。

以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１１０の処理が例えば空調システムのオペレータによって制御の終了が指示されるまで（ステップＳ１１１においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。

図８は、従来の空調システムと本実施の形態の空調システムの冷房・冷却時の数値例を示す図である。図８（Ａ）に示すように、例えばゾーンＺ１の設定値ＳＰ１とゾーンＺ２の設定値ＳＰ２がともに２５．０℃であるとき、ゾーンＺ１の制御量ＰＶ１とゾーンＺ２の制御量ＰＶ２はともに２５．０℃に制御される。このとき、ゾーン間に温度干渉があったとしても、ゾーンＺ１の実質温度（室温）ＲＴ１とゾーンＺ２の実質温度（室温）ＲＴ２はともに２５．０℃になる。

ゾーンＺ１の操作量ＭＶ１が９５．０％でゾーンＺ２の操作量ＭＶ２が２５．０％であったとすると、従来の空調システムでは、操作量差δＭＶが７０．０％（９５．０−２５．０％）のまま維持されることになる。このように、ゾーンＺ１の操作量ＭＶ１が９５．０％という極めて高い値になっていることが、エネルギー消費量が大きくなる要因になる。

一方、図８（Ａ）に示した状況に対して本実施の形態を適用すると、操作量差δＭＶ＝７０．０％（９５．０−２５．０％）に対して、例えば規定値Δが４０％の操作量変更処理が実行され、操作量ＭＶ１’が６５．０％（２５．０＋４０．０％）になる（図８（Ｂ））。操作量ＭＶ１’が６５．０％になることは冷房効果が下がる側に補正されたことを意味する。

操作量ＭＶ１’が６５．０％に下降したことにより、ゾーンＺ１の制御量ＰＶ１は結果的に２６．０℃に上昇する（図８（Ｃ））。ゾーン間の干渉によりゾーンＺ２の制御量ＰＶ２も上昇しようとするので、制御量ＰＶ２を設定値ＳＰ２＝２５．０℃に維持するために、ゾーンＺ２のＰＩＤ演算部２２−２は操作量ＭＶ２を上昇させる。このとき、操作量ＭＶと制御量ＰＶとの間には図２０（Ｂ）に示したような非線形な関係があり、またゾーンＺ２の操作量ＭＶ２に比べてゾーンＺ１の操作量ＭＶ１’の方が大きいので、制御量ＰＶ１を１度上げるための操作量ＭＶ１’の変化分と、制御量ＰＶ２を１度下げるための操作量ＭＶ２の変化分とを比べると、操作量ＭＶ２の変化分の方が小さい。例えば操作量ＭＶ２は４５．０％になるというように、エネルギー効率の悪い側の操作量ＭＶ１’が小さめ方向にｄＭＶ１＝３０．０％だけ制御され、エネルギー効率の良い側の操作量ＭＶ２は大きめ方向にｄＭＶ２＝２０．０％（ｄＭＶ１＞ｄＭＶ２）だけ制御される。

ゾーンＺ１とＺ２との間には温度干渉があるので、ゾーンＺ１の実質温度（室温）ＲＴ１は例えば２５．７℃になり、ゾーンＺ２の実質温度（室温）ＲＴ２は例えば２５．３℃になる。最終的には、エネルギー消費量の抑制効果が得られる適度な平衡点に収束する。
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。

［第２の実施の形態］
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り、図１０は図９の空調システムで用いる制御装置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、中規模の空間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る。
制御装置は、コントローラ２ａ−１，２ａ−２と、連携動作演算部３ａとからなる。

コントローラ２ａ−１，２ａ−２は、設定値ＳＰ入力部２０−１，２０−２と、制御量ＰＶ入力部２１−１，２１−２と、ＰＩＤ演算部２２−１，２２−２と、操作量ＭＶ出力部２３ａ−１，２３ａ−２とを、それぞれゾーンＺ１，Ｚ２毎に備える。

連携動作演算部３ａは、比較操作量入力部３０ａ−１，３０ａ−２と、操作量差算出部３１ａ−１，３１ａ−２と、操作量変更部３２ａ−１，３２ａ−２とを、それぞれゾーンＺ１，Ｚ２毎に備える。

図１１に、本実施の形態における制御系のブロック線図を示す。第１の実施の形態と同様に、制御対象Ｐ１とＰＩＤ演算部２２−１と操作量ＭＶ出力部２３ａ−１とからなるフィードバック制御系がゾーンＺ１に形成され、制御対象Ｐ２とＰＩＤ演算部２２−２と操作量ＭＶ出力部２３ａ−２とからなるフィードバック制御系がゾーンＺ２に形成される。

本実施の形態では、マスター、スレーブの規定はなく、操作量ＭＶ１，ＭＶ２のうち大きい方を変更する。
操作量差算出部３１ａ−１，３１ａ−２と操作量変更部３２ａ−１，３２ａ−２とは、操作量差δＭＶを算出し、操作量差δＭＶに応じて操作量ＭＶ１，ＭＶ２のうち大きい方を変更し、変更後の操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’を操作量ＭＶ出力部２３ａ−１，２３ａ−２に帰還させる連携制御系を構成している。

操作量ＭＶ出力部２３ａ−１は、ＰＩＤ演算部２２−１によって算出された操作量ＭＶ１を連携動作演算部３ａに出力し、連携動作演算部３ａによって変更された操作量ＭＶ１’を制御対象Ｐ１に出力する。操作量ＭＶ出力部２３ａ−２は、ＰＩＤ演算部２２−２によって算出された操作量ＭＶ２を連携動作演算部３ａに出力し、連携動作演算部３ａによって変更された操作量ＭＶ２’を制御対象Ｐ２に出力する。

図１２に、本実施の形態における好適な制御系のブロック線図を示す。図１２は、図１１に示した制御系のより好適かつ詳細な構成を示している。
操作量差算出部３１ａ−１，３１ａ−２内のダンピング処理部３１０，３１１と減算部３１２の動作は、第１の実施の形態と同様である。

操作量変更部３２ａ−１は、式（６）に示すように操作量ＭＶ１がＭＶ２より大きく、操作量差δＭＶが規定値Δ以上の場合、変更後の操作量ＭＶ１’をＭＶ２＋Δとする。なお、操作量変更部３２ａ−１は、操作量差δＭＶが規定値Δより小さい場合は、操作量ＭＶ１をそのまま操作量ＭＶ１’として出力する。
Ｉｆ δＭＶ≧Δ Ｔｈｅｎ ＭＶ１’＝ＭＶ２＋Δ ・・・（６）

一方、操作量変更部３２ａ−２は、式（７）に示すように操作量ＭＶ２がＭＶ１より大きく、操作量差δＭＶが規定値（−Δ）以下の場合、変更後の操作量ＭＶ２’をＭＶ１＋Δとする。なお、操作量変更部３２ａ−１は、操作量差δＭＶが規定値（−Δ）より大きい場合は、操作量ＭＶ２をそのまま操作量ＭＶ２’として出力する。
Ｉｆ δＭＶ≦−Δ Ｔｈｅｎ ＭＶ２’＝ＭＶ１＋Δ ・・・（７）
以上のような操作量ＭＶ１，ＭＶ２の変更により、操作量差δＭＶの絶対値は規定値Δ以下に制限される。

以下、本実施の形態の制御装置の動作を説明する。図１３は制御装置の動作を示すフローチャートである。
図１３のステップＳ３００〜Ｓ３０５の処理は、第１の実施の形態のステップＳ１００〜Ｓ１０５と同じである。

操作量差算出部３１ａ−１内のダンピング処理部３１０，３１１は、それぞれ操作量ＭＶ１，ＭＶ２をダンピング処理し（ステップＳ３０６）、同様に操作量差算出部３１ａ−２内のダンピング処理部３１０，３１１は、それぞれ操作量ＭＶ１，ＭＶ２をダンピング処理する（ステップＳ３０７）。

操作量差算出部３１ａ−１内の減算部３１２は、ダンピング処理後の操作量ＭＶ１とＭＶ２とから操作量差δＭＶを式（１）のように算出し（ステップＳ３０８）、同様に、操作量差算出部３１ａ−２内の減算部３１２は、ダンピング処理後の操作量ＭＶ１とＭＶ２とから操作量差δＭＶを算出する（ステップＳ３０９）。

次に、操作量変更部３２ａ−１は、操作量差δＭＶが規定値Δ以上の場合は、式（６）に示すように変更後の操作量ＭＶ１’をＭＶ２＋Δとし、操作量差δＭＶが規定値Δより小さい場合は、操作量ＭＶ１をそのまま操作量ＭＶ１’として出力する（ステップＳ３１０）。

一方、操作量変更部３２ａ−２は、操作量差δＭＶが規定値（−Δ）以下の場合は、式（７）に示すように変更後の操作量ＭＶ２’をＭＶ１＋Δとし、操作量差δＭＶが規定値（−Δ）より大きい場合は、操作量ＭＶ２をそのまま操作量ＭＶ２’として出力する（ステップＳ３１１）。

操作量ＭＶ出力部２３ａ−１は、操作量変更部３２ａ−１から出力された操作量ＭＶ１’を空調機５−１のアクチュエータに出力し（ステップＳ３１２）、操作量ＭＶ出力部２３ａ−２は、操作量変更部３２ａ−２から出力された操作量ＭＶ２’を空調機５−２のアクチュエータに出力する（ステップＳ３１３）。

以上のようなステップＳ３００〜Ｓ３１３の処理が例えば空調システムのオペレータによって制御の終了が指示されるまで（ステップＳ３１４においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。
こうして、本実施の形態のようにマスター、スレーブを規定しない場合においても、操作量ＭＶ１，ＭＶ２のうち大きい方の値が小さくなるように変更することにより、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第３の実施の形態］
第２の実施の形態では、操作量ＭＶ１，ＭＶ２のうち大きい方を変更したが、操作量ＭＶ１，ＭＶ２の両方を変更してもよい。この場合、操作量変更部３２ａ−１は、式（８）に示すように操作量差δＭＶが規定値Δ以上の場合、変更後の操作量ＭＶ１’を（ＭＶ１＋ＭＶ２）／２＋Δ／２とし、操作量変更部３２ａ−２は、変更後の操作量ＭＶ２’を（ＭＶ１＋ＭＶ２）／２−Δ／２とすればよい。
Ｉｆ δＭＶ≧Δ Ｔｈｅｎ ＭＶ１’＝（ＭＶ１＋ＭＶ２）／２＋Δ／２
ＭＶ２’＝（ＭＶ１＋ＭＶ２）／２−Δ／２
・・・（８）

また、操作量変更部３２ａ−１は、式（９）に示すように操作量差δＭＶが規定値（−Δ）以下の場合、変更後の操作量ＭＶ１’を（ＭＶ１＋ＭＶ２）／２−Δ／２とし、操作量変更部３２ａ−２は、変更後の操作量ＭＶ２’を（ＭＶ１＋ＭＶ２）／２＋Δ／２とすればよい。
Ｉｆ δＭＶ≦−Δ Ｔｈｅｎ ＭＶ１’＝（ＭＶ１＋ＭＶ２）／２−Δ／２
ＭＶ２’＝（ＭＶ１＋ＭＶ２）／２＋Δ／２
・・・（９）

また、操作量変更部３２ａ−１，３２ａ−２は、操作量差δＭＶが規定値（−Δ）より大きく、かつ規定値Δより小さい場合は、操作量ＭＶ１，ＭＶ２をそれぞれ操作量ＭＶ１’，ＭＶ２’としてそのまま出力すればよい。以上のような操作量ＭＶ１，ＭＶ２の変更により、操作量差δＭＶの絶対値は規定値Δ以下に制限される。
その他の構成は第２の実施の形態と同じである。

本実施の形態は、マスター、スレーブを規定せずに、平均操作量（ＭＶ１＋ＭＶ２）／２を中心に、操作量差を規定値に制限するように規定するものである。こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図１４は本発明の第４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。
１ｂは空調制御の対象となる空間、Ｚ１〜Ｚ６は空間１ｂを分割した６つのゾーン、２ａ−１〜２ａ−６はゾーンＺ１〜Ｚ６毎に温度制御を行うコントローラ、３ｂ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。

本実施の形態は、大規模の空間１ｂを６つのゾーンＺ１〜Ｚ６に分けて温度制御を行なうものである。この場合、通常のシングルループの制御系を６ループ構成する。
図１５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２ａ−１〜２ａ−６と、連携動作演算部３ｂとからなる。

コントローラ２ａ−１〜２ａ−６は、設定値ＳＰ入力部２０−１〜２０−６と、制御量ＰＶ入力部２１−１〜２１−６と、ＰＩＤ演算部２２−１〜２２−６と、操作量ＭＶ出力部２３ａ−１〜２３ａ−６とを、それぞれゾーンＺ１〜Ｚ６毎に備える。

連携動作演算部３ｂは、比較操作量入力部３０ｂ−１〜３０ｂ−６と、操作量差算出部３１ｂ−１〜３１ｂ−６と、操作量変更部３２ｂ−１〜３２ｂ−６とを、それぞれゾーンＺ１〜Ｚ６毎に備える。

図１６に、本実施の形態における制御系のブロック線図を示す。第２の実施の形態と同様に、制御対象Ｐ１とＰＩＤ演算部２２−１と操作量ＭＶ出力部２３ａ−１とからなるフィードバック制御系がゾーンＺ１に形成される。その他のゾーンＺ２〜Ｚ６についても同様である。なお、図１６では、ゾーンＺ１の制御系のみを示し、他のゾーンＺ２〜Ｚ６の制御系については記載を省略している。

ＭＶａ１はゾーンＺ１と隣接するゾーンの平均操作量である。図１７に示すＺ１０を制御対象のゾーンとしたとき、隣接するゾーンとはゾーンＺ１２，Ｚ１４，Ｚ１５，Ｚ１７のことを言う。例えば図１４におけるゾーンＺ１の隣接ゾーンは、ゾーンＺ２，Ｚ４であり、ゾーンＺ２の隣接ゾーンは、ゾーンＺ１，Ｚ３，Ｚ５である。なお、隣接するゾーンの平均操作量ＭＶａ１は、単純な平均値に限るものではなく、隣接するゾーンの操作量の加重平均値としてもよい。この場合は、ゾーン間干渉の影響を考慮して、各操作量に乗算する加重を調整すればよい。

本実施の形態では、マスター、スレーブの規定はなく、ゾーン毎に制御対象のゾーンの操作量を変更する。
操作量差算出部３１ｂ−１と操作量変更部３２ｂ−１とは、操作量差δＭＶ１を算出し、操作量差δＭＶ１に応じて制御対象のゾーンＺ１の操作量ＭＶ１を変更し、変更後の操作量ＭＶ１’を操作量ＭＶ出力部２３ａ−１に帰還させる連携制御系を構成している。

図１８に、本実施の形態における好適な制御系のブロック線図を示す。図１８は、図１６に示した制御系のより好適かつ詳細な構成を示している。
操作量差算出部３１ｂ−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。

操作量差算出部３１ｂ−１内の平均操作量算出部３１３は、制御対象のゾーンＺ１と隣接するゾーンの平均操作量ＭＶａ１を算出する。上記のようにゾーンＺ１の隣接ゾーンがゾーンＺ２，Ｚ４であるとすれば、平均操作量ＭＶａ１は以下のようになる。
ＭＶａ１＝（ＭＶ２＋ＭＶ４）／２ ・・・（１０）

上記のとおり、平均操作量ＭＶａ１は、隣接するゾーンの操作量の加重平均値でもよく、この場合、平均操作量ＭＶａ１は以下のようになる。
ＭＶａ１＝（Ｗ２×ＭＶ２＋Ｗ４×ＭＶ４）／（Ｗ２＋Ｗ４） ・・・（１１）
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。

ダンピング処理部３１４は、平均操作量ＭＶａ１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３１４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。平均操作量ＭＶａ１のダンピング処理の時定数をＴａとすると、ダンピング処理部３１４の伝達関数は１／（１＋Ｔａｓ）となる。

減算部３１２ａは、ダンピング処理後の操作量ＭＶ１と平均操作量ＭＶａ１との差である操作量差δＭＶ１を次式のように算出する。
δＭＶ１＝ＭＶ１−ＭＶａ１ ・・・（１２）

操作量変更部３２ｂ−１は、式（１３）に示すように操作量差δＭＶ１が規定値（−Δ）以下の場合、変更後の操作量ＭＶ１’をＭＶａ１−Δとし、式（１４）に示すように操作量差δＭＶ１が規定値Δ以上の場合、変更後の操作量ＭＶ１’をＭＶａ１＋Δとする。
Ｉｆ δＭＶ１≦−Δ Ｔｈｅｎ ＭＶ１’＝ＭＶａ１−Δ ・・・（１３）
Ｉｆ δＭＶ１≧Δ Ｔｈｅｎ ＭＶ１’＝ＭＶａ１＋Δ ・・・（１４）

これにより、例えば規定値Δが４０％である場合、操作量ＭＶ１が９５％、平均操作量ＭＶａ１が２５％であれば、変更後の操作量ＭＶ１’は６５％となる。なお、操作量変更部３２ｂ−１は、操作量差δＭＶ１が規定値（−Δ）より大きく、かつ規定値Δより小さい場合は、操作量ＭＶ１をそのまま操作量ＭＶ１’として出力する。
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。

以下、本実施の形態の制御装置の動作を説明する。図１９は制御装置の動作を示すフローチャートである。なお、図１９では、記載を容易にするために、ゾーンＺ１〜Ｚ３の処理についてのみ記載している。

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２ａ−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Ｓ４００）。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２ａ−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Ｓ４０１）。設定値ＳＰ３は、例えばゾーンＺ３の居住者によって設定され、コントローラ２ａ−３の設定値ＳＰ入力部２０−３を介してＰＩＤ演算部２２−３に入力される（ステップＳ４０２）。

制御量ＰＶ１は、センサ４−１によって計測され、コントローラ２ａ−１の制御量ＰＶ入力部２１−１を介してＰＩＤ演算部２２−１に入力される（ステップＳ４０３）。制御量ＰＶ２は、センサ４−２によって計測され、コントローラ２ａ−２の制御量ＰＶ入力部２１−２を介してＰＩＤ演算部２２−２に入力される（ステップＳ４０４）。制御量ＰＶ３は、センサ４−３によって計測され、コントローラ２ａ−３の制御量ＰＶ入力部２１−３を介してＰＩＤ演算部２２−３に入力される（ステップＳ４０５）。

ＰＩＤ演算部２２−１は、式（４）のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ１を算出する（ステップＳ４０６）。ＰＩＤ演算部２２−２は、式（５）のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ２を算出する（ステップＳ４０７）。ＰＩＤ演算部２２−３は、次式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ３を算出する（ステップＳ４０８）。
ＭＶ３＝Ｋｇ３｛１＋（１／Ｔｉ３ｓ）＋Ｔｄ３ｓ｝（ＳＰ３−ＰＶ３）
・・・（１５）

式（１５）において、Ｋｇ３は比例ゲイン、Ｔｉ３は積分時間、Ｔｄ３は微分時間である。そして、操作量ＭＶ出力部２３ａ−１，２３ａ−２，２３ａ−３は、ＰＩＤ演算部２２−１，２２−２，２２−３から出力された操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３を連携動作演算部３ｂに出力する。なお、冷房・冷却時には、ＰＩＤ演算部２２−１，２２−２，２２−３は、算出した操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３をそれぞれ反転させた上で出力する。

連携動作演算部３ｂの操作量差算出部３１ｂ−１は、コントローラ２ａ−１から出力された操作量ＭＶ１を受け取ると共に、他のコントローラ２ａ−２〜２ａ−６から出力された操作量ＭＶ２〜ＭＶ６を比較操作量入力部３０ｂ−１を介して受け取る。操作量差算出部３１ｂ−２は、コントローラ２ａ−２から出力された操作量ＭＶ２を受け取ると共に、他のコントローラ２ａ−１，２ａ−３〜２ａ−６から出力された操作量ＭＶ１，ＭＶ３〜ＭＶ６を比較操作量入力部３０ｂ−２を介して受け取る。操作量差算出部３１ｂ−３は、コントローラ２ａ−３から出力された操作量ＭＶ３を受け取ると共に、他のコントローラ２ａ−１，２ａ−２，２ａ−４〜２ａ−６から出力された操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ４〜ＭＶ６を比較操作量入力部３０ｂ−３を介して受け取る。

操作量差算出部３１ｂ−１，３１ｂ−２，３１ｂ−３内のダンピング処理部３１０は、それぞれ操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３をダンピング処理する（ステップＳ４０９，Ｓ４１０，Ｓ４１１）。操作量差算出部３１ｂ−１内の平均操作量算出部３１３は、制御対象のゾーンＺ１と隣接するゾーンの平均操作量ＭＶａ１を式（１０）または式（１１）に示したように算出する（ステップＳ４１２）。

図１４におけるゾーンＺ２の隣接ゾーンは、ゾーンＺ１，Ｚ３，Ｚ５である。操作量差算出部３１ｂ−２内の平均操作量算出部３１３は、制御対象のゾーンＺ２と隣接するゾーンの平均操作量ＭＶａ２を次式のように算出する（ステップＳ４１３）。
ＭＶａ２＝（ＭＶ１＋ＭＶ３＋ＭＶ５）／３ ・・・（１６）

平均操作量ＭＶａ２を隣接ゾーンの操作量の加重平均値とする場合は、平均操作量ＭＶａ２は以下のようになる。
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。

図１４におけるゾーンＺ３の隣接ゾーンは、ゾーンＺ２，Ｚ６である。操作量差算出部３１ｂ−３内の平均操作量算出部３１３は、制御対象のゾーンＺ３と隣接するゾーンの平均操作量ＭＶａ３を次式のように算出する（ステップＳ４１４）。
ＭＶａ３＝（ＭＶ２＋ＭＶ６）／２ ・・・（１８）

平均操作量ＭＶａ３を隣接ゾーンの操作量の加重平均値とする場合は、平均操作量ＭＶａ３は以下のようになる。
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。

操作量差算出部３１ｂ−１内のダンピング処理部３１４は、平均操作量ＭＶａ１をダンピング処理する（ステップＳ４１５）。操作量差算出部３１ｂ−２内のダンピング処理部３１４は、平均操作量ＭＶａ２をダンピング処理する（ステップＳ４１６）。操作量差算出部３１ｂ−３内のダンピング処理部３１４は、平均操作量ＭＶａ３をダンピング処理する（ステップＳ４１７）。

操作量差算出部３１ｂ−１内の減算部３１２ａは、ダンピング処理後の操作量ＭＶ１と平均操作量ＭＶａ１とから操作量差δＭＶ１を式（１２）に示したように算出する（ステップＳ４１８）。

操作量差算出部３１ｂ−２内の減算部３１２ａは、ダンピング処理後の操作量ＭＶ２と平均操作量ＭＶａ２との差である操作量差δＭＶ２を次式のように算出する（ステップＳ４１９）。
δＭＶ２＝ＭＶ２−ＭＶａ２ ・・・（２０）

操作量差算出部３１ｂ−３内の減算部３１２ａは、ダンピング処理後の操作量ＭＶ３と平均操作量ＭＶａ３との差である操作量差δＭＶ３を次式のように算出する（ステップＳ４２０）。
δＭＶ３＝ＭＶ３−ＭＶａ３ ・・・（２１）

操作量変更部３２ｂ−１は、操作量差δＭＶ１が規定値（−Δ）以下の場合は、式（１３）に示すように変更後の操作量ＭＶ１’をＭＶａ１−Δとし、操作量差δＭＶ１が規定値Δ以上の場合は、式（１４）に示すように変更後の操作量ＭＶ１’をＭＶａ１＋Δとし、操作量差δＭＶ１が規定値（−Δ）より大きく、かつ規定値Δより小さい場合は、操作量ＭＶ１をそのまま操作量ＭＶ１’として出力する（ステップＳ４２１）。

操作量変更部３２ｂ−２は、操作量差δＭＶ２が規定値（−Δ）以下の場合は、式（２２）に示すように変更後の操作量ＭＶ２’をＭＶａ２−Δとし、操作量差δＭＶ２が規定値Δ以上の場合は、式（２３）に示すように変更後の操作量ＭＶ２’をＭＶａ２＋Δとし、操作量差δＭＶ２が規定値（−Δ）より大きく、かつ規定値Δより小さい場合は、操作量ＭＶ２をそのまま操作量ＭＶ２’として出力する（ステップＳ４２２）。
Ｉｆ δＭＶ２≦−Δ Ｔｈｅｎ ＭＶ２’＝ＭＶａ２−Δ ・・・（２２）
Ｉｆ δＭＶ２≧Δ Ｔｈｅｎ ＭＶ２’＝ＭＶａ２＋Δ ・・・（２３）

操作量変更部３２ｂ−３は、操作量差δＭＶ３が規定値（−Δ）以下の場合は、式（２４）に示すように変更後の操作量ＭＶ３’をＭＶａ３−Δとし、操作量差δＭＶ３が規定値Δ以上の場合は、式（２５）に示すように変更後の操作量ＭＶ３’をＭＶａ３＋Δとし、操作量差δＭＶ３が規定値（−Δ）より大きく、かつ規定値Δより小さい場合は、操作量ＭＶ３をそのまま操作量ＭＶ３’として出力する（ステップＳ４２３）。
Ｉｆ δＭＶ３≦−Δ Ｔｈｅｎ ＭＶ３’＝ＭＶａ３−Δ ・・・（２４）
Ｉｆ δＭＶ３≧Δ Ｔｈｅｎ ＭＶ３’＝ＭＶａ３＋Δ ・・・（２５）

操作量ＭＶ出力部２３ａ−１は、操作量変更部３２ｂ−１から出力された操作量ＭＶ１’を空調機５−１のアクチュエータに出力し（ステップＳ４２４）、操作量ＭＶ出力部２３ａ−２は、操作量変更部３２ｂ−２から出力された操作量ＭＶ２’を空調機５−２のアクチュエータに出力し（ステップＳ４２５）、操作量ＭＶ出力部２３ａ−３は、操作量変更部３２ｂ−３から出力された操作量ＭＶ３’を空調機５−３のアクチュエータに出力する（ステップＳ４２６）。

以上のようなステップＳ４００〜Ｓ４２６の処理が例えば空調システムのオペレータによって制御の終了が指示されるまで（ステップＳ４２７においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。図１９では、ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３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。
こうして、空間や加熱エリアを２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。

なお、第１〜第４の実施の形態において、コントローラの制御アルゴリズムとしては、最も汎用的に利用されているＰＩＤが実用上好適であるが、ＩＭＣ（Internal Model Control）やＳＡＣ（Simple Adaptive Control）などであってもよい。

また、以上の説明では、強非線形系を対象とする場合に省エネルギーという観点から優れた効果が得られるものとしているが、電気ヒータを用いて複数のゾーンを加熱する場合にも、操作量差を小さくすることで最大の操作量が出力される制御ループの操作量が小さく制御されて電気ヒータの寿命を延ばす効果が得られる。すなわち、本発明の構成の有効性は、強非線形系を対象とする場合に限られない。

第１〜第４の実施の形態で説明したコントローラ２−１，２−２，２ａ−１〜２ａ−６および連携動作演算部３，３ａ，３ｂは、ＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第３の実施の形態で説明した処理を実行する。

本発明は、マルチループ系の制御装置に適用することができる。

本発明の原理を説明するためのフローチャートである。 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。 本発明の第１の実施の形態に係る空調システムで用いる制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における制御系のブロック線図である。 本発明の第１の実施の形態における好適な制御系のブロック線図である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態における操作量変更処理を示すフローチャートである。 従来の空調システムと本発明の第１の実施の形態に係る空調システムの冷房・冷却時の数値例を示す図である。 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。 本発明の第２の実施の形態に係る空調システムで用いる制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態における制御系のブロック線図である。 本発明の第２の実施の形態における好適な制御系のブロック線図である。 本発明の第２の実施の形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第４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。 本発明の第４の実施の形態に係る空調システムで用いる制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態における制御系のブロック線図である。 本発明の第４の実施の形態における空間の隣接ゾーンを説明するための図である。 本発明の第４の実施の形態における好適な制御系のブロック線図である。 本発明の第４の実施の形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。 強非線形系における操作量と制御量との関係を示す図である。

符号の説明

１，１ｂ…空間、２−１，２−２，２ａ−１〜２ａ−６…コントローラ、３，３ａ，３ｂ…連携動作演算部、４−１〜４−６…センサ、５−１〜５−６…空調機、６−１〜６−６…冷温風出口、２０−１〜２０−６…設定値ＳＰ入力部、２１−１〜２１−６…制御量ＰＶ入力部、２２−１〜２２−６…ＰＩＤ演算部、２３−１，２３−２，２３ａ−１〜２３ａ−６…操作量ＭＶ出力部、３０−１，３０ａ−１，３０ａ−２，３０ｂ−１〜３０ｂ−６…比較操作量入力部、３１−１，３１ａ−１，３１ａ−２，３１ｂ−１〜３１ｂ−６…操作量差算出部、３２−１，３２ａ−１，３２ａ−２，３２ｂ−１〜３２ｂ−６…操作量変更部、３１０，３１１，３１４…ダンピング処理部、３１２，３１２ａ…減算部、Ｚ１〜Ｚ６…ゾーン。

Claims (14)

1. 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、
   前記操作量差の絶対値が規定値Δを超える場合に前記操作量差の絶対値が小さくなるように、制御対象に出力する前記第１の操作量と第２の操作量のうち少なくとも一方を変更する操作量変更手段とを備えることを特徴とする制御装置。
2. 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ることを特徴とする制御装置。
3. 請求項１または２に記載の制御装置において、
   前記操作量差算出手段と前記操作量変更手段とは、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、一方のゾーンについてのみ設けられ、
   前記操作量差算出手段は、前記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し、
   前記操作量変更手段は、前記操作量差が規定値（−Δ）を下回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量から規定値Δを減算した値に変更し、前記操作量差が規定値Δを上回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量に規定値Δを加算した値に変更することを特徴とする制御装置。
4. 請求項１または２に記載の制御装置において、
   前記操作量差算出手段と前記操作量変更手段とは、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、ゾーン毎に設けられ、
   各操作量差算出手段は、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し、
   各操作量変更手段は、前記操作量差が規定値（−Δ）を下回る場合は、前記第２の操作量を、前記第１の操作量に規定値Δを加算した値に変更し、前記操作量差が規定値Δを上回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量に規定値Δを加算した値に変更することを特徴とする制御装置。
5. 請求項１または２に記載の制御装置において、
   前記操作量差算出手段と前記操作量変更手段とは、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、ゾーン毎に設けられ、
   各操作量差算出手段は、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し、
   各操作量変更手段は、前記操作量差が規定値（−Δ）を下回る場合は、前記第１の操作量を、前記第１の操作量と第２の操作量との平均値からΔ／２を減算した値に変更すると共に、前記第２の操作量を、前記平均値にΔ／２を加算した値に変更し、前記操作量差が規定値Δを上回る場合は、前記第１の操作量を、前記平均値にΔ／２を加算した値に変更すると共に、前記第２の操作量を、前記平均値からΔ／２を減算した値に変更することを特徴とする制御装置。
6. 請求項１または２に記載の制御装置において、
   前記操作量差算出手段と前記操作量変更手段とは、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し、
   各操作量変更手段は、制御対象のゾーンについて算出された前記操作量差が規定値（−Δ）を下回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量から規定値Δを減算した値に変更し、制御対象のゾーンについて算出された前記操作量差が規定値Δを上回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量に規定値Δを加算した値に変更することを特徴とする制御装置。
7. 請求項６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。
8. 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、
   前記操作量差の絶対値が規定値Δを超える場合に前記操作量差の絶対値が小さくなるように、制御対象に出力する前記第１の操作量と第２の操作量のうち少なくとも一方を変更する操作量変更手順とを備えることを特徴とする制御方法。
9. 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ることを特徴とする制御方法。
10. 請求項８または９に記載の制御方法において、
    前記操作量差算出手順と前記操作量変更手順とは、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、一方のゾーンについてのみ実行され、
    前記操作量差算出手順は、前記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し、
    前記操作量変更手順は、前記操作量差が規定値（−Δ）を下回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量から規定値Δを減算した値に変更し、前記操作量差が規定値Δを上回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量に規定値Δを加算した値に変更することを特徴とする制御方法。
11. 請求項８または９に記載の制御方法において、
    前記操作量差算出手順と前記操作量変更手順とは、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、ゾーン毎に実行され、
    各操作量差算出手順は、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し、
    各操作量変更手順は、前記操作量差が規定値（−Δ）を下回る場合は、前記第２の操作量を、前記第１の操作量に規定値Δを加算した値に変更し、前記操作量差が規定値Δを上回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量に規定値Δを加算した値に変更することを特徴とする制御方法。
12. 請求項８または９に記載の制御方法において、
    前記操作量差算出手順と前記操作量変更手順とは、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、ゾーン毎に実行され、
    各操作量差算出手順は、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し、
    各操作量変更手順は、前記操作量差が規定値（−Δ）を下回る場合は、前記第１の操作量を、前記第１の操作量と第２の操作量との平均値からΔ／２を減算した値に変更すると共に、前記第２の操作量を、前記平均値にΔ／２を加算した値に変更し、前記操作量差が規定値Δを上回る場合は、前記第１の操作量を、前記平均値にΔ／２を加算した値に変更すると共に、前記第２の操作量を、前記平均値からΔ／２を減算した値に変更することを特徴とする制御方法。
13. 請求項８または９に記載の制御方法において、
    前記操作量差算出手順と前記操作量変更手順とは、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し、
    各操作量変更手順は、制御対象のゾーンについて算出された前記操作量差が規定値（−Δ）を下回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量から規定値Δを減算した値に変更し、制御対象のゾーンについて算出された前記操作量差が規定値Δを上回る場合は、前記第１の操作量を、前記第２の操作量に規定値Δを加算した値に変更することを特徴とする制御方法。
14. 請求項１３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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