JP5977685B2 - 協調動作装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、制御の主目的のための主制御系が複数系統であり、主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を調整するための副制御系が１系統のみというマルチループ制御系において、省エネルギーを実現することができる協調動作装置および方法に関するものである。

温度や圧力などのプロセス量を制御するためのプロセス制御系において、例えば温度が制御対象であれば、ヒータと温度センサと温調計が１個ずつというように、１個の制御量ＰＶに対して１個のアクチュエータという組合せが基本になる。

一方で、加熱アクチュエータ（ヒータ）と冷却アクチュエータ（冷却器）という２個のアクチュエータを協調動作させて、温度を制御する方法も提案されている（特許文献１参照）。図１０は特許文献１に開示された制御装置を加熱処理炉の温度制御に適用した例を示す図、図１１は特許文献１に開示された制御装置の構成を示すブロック図である。加熱処理炉１００では、ヒータ１０１で加熱、冷却器１０２で冷却した空気を循環させるようになっている。

コントローラ１０４は、加熱処理炉１００内の温度センサ１０３によって計測された制御量（温度計測値）ＰＶ＿Ａと設定値ＳＰ＿Ａに基づいてＰＩＤ制御演算により加熱用の操作量ＭＶ＿Ａを算出する。コントローラ１０５は、設定値ＳＰ＿Ｂとしてコントローラ１０４の加熱用操作量ＭＶ＿Ａの望ましい値を採用し、制御量としてコントローラ１０４の加熱用操作量ＭＶ＿Ａを採用し、ＰＩＤ制御演算により冷却用の操作量ＭＶ＿Ｂを算出する。

特許文献１に開示された技術によれば、単に温度を制御するだけではなく、加熱と冷却の相殺を低減してエネルギー効率を改善することができる。特許文献１に開示された技術の特徴は、エネルギー効率に影響を与える要因である、ヒータ出力と冷却器出力との平衡点に着眼し、ヒータ出力（操作量ＭＶ＿Ａ）を常時監視しながら調整する制御ループを付加したことである。

特許第３８０５９５７号公報

特許文献１に開示された技術は、加熱１系統（１個の加熱アクチュエータ）に冷却１系統（１個の冷却アクチュエータ）の組合せを前提とする制御技術である。しかし、エネルギー効率に影響するアクチュエータは必ずしも２個とは限らない。例えば図１２に示すように、加熱処理炉１００内に加熱したいゾーン１０６−１〜１０６−４が複数あって、ゾーン１０６−１〜１０６−４毎にヒータ１０１−１〜１０１−４が設けられ、さらに加熱処理炉１００内の空気を冷却する１個の冷却器１０２が設けられている場合、すなわち加熱複数系統に冷却１系統の組合せという場合もある。

図１２の構成は、加熱を目的とする通常制御の系統が複数あれば、複数の制御量（温度）を制御可能であるので、エネルギー効率を考慮しなければ、問題なく成り立つ構成である。また、この構成は、製造装置の製造コストの面で見れば、むしろ合理的な構成である。このように、制御の主目的のための主制御系が複数系統であり、主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を調整するための副制御系が１系統のみという構成に対しては、特許文献１に開示された技術を適用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、主制御系が複数系統であり、主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を調整するための副制御系が１系統のみというマルチループ制御系において、省エネルギーを実現することができる協調動作装置および方法を提供することを目的とする。

本発明の協調動作装置は、複数の主制御系に対応して設けられ、主制御の設定値と主制御の制御量を入力として制御演算により第１の操作量を算出する複数の第１の制御演算手段と、主制御系毎に設けられ、対応する主制御系の前記第１の制御演算手段によって算出された第１の操作量を対応する主制御系のアクチュエータに出力する複数の第１の操作量出力手段と、主制御系毎に設けられ、対応する主制御系の前記第１の制御演算手段によって算出された第１の操作量と、対応する主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を示す所定の操作量設定値との差である第２の操作量を算出する複数の操作量算出手段と、前記複数の操作量算出手段によって算出された複数の第２の操作量に対して加重演算を行なうことにより前記複数の第２の操作量を合成して第３の操作量を出力する合成手段と、前記平衡点を調整するための１つの副制御系に対応して設けられ、前記合成手段から出力された第３の操作量を制御量入力として、制御演算により第４の操作量を算出する第２の制御演算手段と、前記第２の制御演算手段によって算出された第４の操作量を副制御系のアクチュエータに出力する第２の操作量出力手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の協調動作装置の１構成例において、前記第１の制御演算手段と前記第２の制御演算手段が行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、前記第２の制御演算手段に予め設定されているＰＩＤパラメータである積分時間は、全ての前記第１の制御演算手段に予め設定されている積分時間以上の値である。
また、本発明の協調動作装置の１構成例において、前記第１の制御演算手段と前記第２の制御演算手段が行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、前記第２の制御演算手段に予め設定されているＰＩＤパラメータである微分時間は、全ての前記第１の制御演算手段に予め設定されている微分時間以下の値である。
また、本発明の協調動作装置の１構成例において、前記第１の制御演算手段と前記第２の制御演算手段が行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、前記第２の制御演算手段に設定されるＰＩＤパラメータである積分時間を、全ての前記第１の制御演算手段に予め設定されている積分時間以上の値に制限する積分時間リミッタをさらに備えることを特徴とする。
また、本発明の協調動作装置の１構成例において、前記第１の制御演算手段と前記第２の制御演算手段が行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、前記第２の制御演算手段に設定されるＰＩＤパラメータである微分時間を、全ての前記第１の制御演算手段に予め設定されている微分時間以下の値に制限する微分時間リミッタをさらに備えることを特徴とする。

また、本発明の協調動作装置の１構成例は、さらに、前記複数の操作量算出手段によって算出された複数の第２の操作量を小さい順あるいは大きい順に並び替える整列手段を備え、前記合成手段は、前記整列手段によって並び替えられた複数の第２の操作量に対して加重演算を行なうことにより前記複数の第２の操作量を合成することを特徴とするものである。
また、本発明の協調動作装置の１構成例において、前記合成手段は、前記第２の操作量の最小値あるいは最大値を選択する加重演算を行なうことを特徴とするものである。
また、本発明の協調動作装置の１構成例において、前記合成手段が行なう加重演算の加重は、前記第２の操作量の数値に連動する可変的な加重であることを特徴とするものである。
また、本発明の協調動作装置の１構成例は、さらに、前記平衡点に直接影響する状態量を監視し、前記第４の操作量の操作に制限を与える管理手段を備えることを特徴とするものである。

また、本発明の協調動作方法は、主制御の設定値と主制御の制御量を入力として制御演算により第１の操作量を主制御系毎に算出する第１の制御演算ステップと、前記第１の制御演算ステップで算出した複数の第１の操作量をそれぞれ対応する主制御系のアクチュエータに出力する第１の操作量出力ステップと、前記第１の制御演算ステップで算出した第１の操作量と、主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を示す所定の操作量設定値との差である第２の操作量を主制御系毎に算出する操作量算出ステップと、前記操作量算出ステップで算出した複数の第２の操作量に対して加重演算を行なうことにより前記複数の第２の操作量を合成して第３の操作量を得る合成ステップと、前記合成ステップで得られた第３の操作量を制御量入力として、制御演算により第４の操作量を算出する第２の制御演算ステップと、前記第２の制御演算ステップで算出した第４の操作量を、前記平衡点を調整するための１つの副制御系のアクチュエータに出力する第２の操作量出力ステップとを含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、第１の制御演算手段によって算出された第１の操作量と望ましい平衡点を示す操作量設定値との差である第２の操作量を主制御系毎に算出することにより、各主制御系における平衡点の差異を整理し、第２の操作量を合成して、合成後の第３の操作量に基づいて第４の操作量を算出して副制御系のアクチュエータに出力することにより、平衡点を望ましい値に調整することができ、省エネルギーを実現することができる。本発明では、加熱と冷却のマルチループ制御系に限らず、他のマルチループ制御系にも適用することができる。また、本発明では、複数の主制御系において、それらの調整されるべき平衡点が共通しているものに限らず、平衡点が異なるマルチループ制御系にも適用することができる。

また、本発明では、第２の制御演算手段に予め設定されているＰＩＤパラメータである積分時間を、全ての第１の制御演算手段に予め設定されている積分時間以上の値とすることにより、安定した主制御系からの操作量の選択・組合せで動作させることができる。

また、本発明では、第２の制御演算手段に予め設定されているＰＩＤパラメータである微分時間を、全ての第１の制御演算手段に予め設定されている微分時間以下の値とすることにより、安定した主制御系からの操作量の選択・組合せで動作させることができる。

また、本発明では、第２の制御演算手段に設定されるＰＩＤパラメータである積分時間を、全ての第１の制御演算手段に予め設定されている積分時間以上の値に制限する積分時間リミッタを設けることにより、安定した主制御系からの操作量の選択・組合せで動作させることができる。

また、本発明では、第２の制御演算手段に設定されるＰＩＤパラメータである微分時間を、全ての第１の制御演算手段に予め設定されている微分時間以下の値に制限する微分時間リミッタを設けることにより、安定した主制御系からの操作量の選択・組合せで動作させることができる。

また、本発明では、複数の操作量算出手段によって算出された複数の第２の操作量を小さい順あるいは大きい順に並び替え、整列手段によって並び替えられた複数の第２の操作量に対して加重演算を行なうことにより、主制御系からの操作量を優先順位に応じて合成することができる。

また、本発明では、合成手段が行なう加重演算の加重を、第２の操作量の数値に連動する可変的な加重とすることにより、状況対応的な合成処理を行なうことができる。

また、本発明では、平衡点に直接影響する状態量を監視し、第４の操作量の操作に制限を与える管理手段を設けることにより、状態量が下限値を下回ったり上限値を上回ったりしないように第４の操作量を制限することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る協調動作装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御系のブロック線図である。 本発明の第１の実施の形態に係る協調動作装置の動作を示すフローチャートである。 通常の制御装置の動作例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る協調動作装置の動作例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態に係るセントラル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５の実施の形態に係るビルマル空調システムの構成を示すブロック図である。 従来の制御装置を加熱処理炉の温度制御に適用した例を示す図である。 従来の制御装置の構成を示すブロック図である。 加熱複数系統、冷却１系統の組合せを示す図である。

［発明の原理１］
複数の主制御系において、それらの調整されるべき平衡点が共通しているとは限らない対象を想定して、まず複数の主制御系における平衡点の差を整理し、次に平衡点の差を整理する処理で得られた整理操作量をセレクタにより合成し、その後に特許文献１に開示された処理（操作量の調整）を適用することを、基本原理とする。この基本原理によれば、複数の主制御系における平衡点の差のみを最前段での整理の対象とすることで、全体の演算量が必要以上に増えないようにすることができる。基本原理によれば、平衡点条件の優先度の高い整理操作量を選択するセレクタを備えることで、安定した主制御系からの実質的な操作量である整理操作量の選択方法・組合せ方法を決定する操作になるので、扱いやすい。そして、優先度の高いものに対応できるのであれば、実用価値の高いマルチループ制御系適用方法になる。

［発明の原理２］
制御演算としてＰＩＤ制御演算を採用し、そのＰＩＤパラメータの設定状態を規定したり、ＰＩＤパラメータの設定状態をリミッタで制限したりすることで、安定した主制御系からの操作量の選択・組合せで動作させることが、より確実に実現できるようになる。例えば、複数の全ての主制御系のＰＩＤパラメータに対し、操作量を調整する副制御系のＰＩＤパラメータが、特定の大小関係で設定された状態になるようにすればよい。あるいは、このような設定状態になるリミッタを備えていてもよい。

［発明の原理３］
平衡点の差を整理する処理で得られた各整理操作量を優先順位に応じてセレクタで合成する場合、予め優先順位が決まっているケースよりも、セレクタへの入力値の大小関係で、優先順位が決まるケースが多い。例えば、単純に各整理操作量の最小値や最大値を選択するというケースがある。特に複数の主制御系の中で、最も不利な制御状態にあるものを優先すべきであり、そのような主制御系に対応する整理操作量は最小値か最大値を示すことになる。つまり、複数の主制御系における平衡点の差を整理する処理で得られた複数の整理操作量のうち最小値か最大値を選択するのが極めて合理的である。したがって、各整理操作量を大小関係順で並び替えた後に、整理操作量を加重演算などで合成するセレクタを備えることが好ましい。このような状況対応的な動作をするセレクタにより、整理操作量の現実的な優先順位決定ができる。

なお、整理操作量の並び替えにより、セレクタからの出力値の変化率が不連続になる。セレクタの後段で、操作量を調整する制御演算を実行するので、制御演算の出力のバンプを抑制する構成を備えるのが好ましい。

［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。本実施の形態は、上記発明の原理１、発明の原理２、発明の原理３に対応するものである。図１は本実施の形態に係る制御装置である協調動作装置の構成を示すブロック図、図２は本実施の形態に係る制御系のブロック線図である。協調動作装置は、ｎ（ｎは２以上の整数）個の主制御部１−１〜１−ｎと、主制御部１−１〜１−ｎ毎に設けられたｎ個の平衡点差整理部２−１〜２−ｎと、セレクタ３と、操作量調整制御部４とから構成される。

各主制御部１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、それぞれ設定値ＳＰ＿Ａｉを入力する設定値入力部１０−ｉと、制御量ＰＶ＿Ａｉを入力する制御量入力部１１−ｉと、設定値ＳＰ＿Ａｉと制御量ＰＶ＿Ａｉに基づいて操作量ＭＶ＿Ａｉ（第１の操作量）を算出する制御演算部１２−ｉ（第１の制御演算手段）と、操作量ＭＶ＿Ａｉを対応する主制御系のアクチュエータに出力する操作量出力部１３−ｉ（第１の操作量出力手段）とを備えている。

各平衡点差整理部２−ｉは、それぞれ対応する主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を示す操作量設定値ＳＰ＿Ｂｉを入力する操作量設定値入力部２０−ｉと、主制御部１−ｉ毎に設けられた操作量取得部２１−ｉと、操作量ＭＶ＿Ａｉと操作量設定値ＳＰ＿Ｂｉとの差である整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉ（第２の操作量）を算出する整理操作量算出部２２−ｉ（操作量算出手段）と、整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉをセレクタ３に出力する整理操作量出力部２３−ｉとを備えている。

セレクタ３は、主制御部１−ｉ毎（平衡点差整理部２−ｉ毎）に設けられた整理操作量取得部３０−ｉと、ｎ個の整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉを小さい順あるいは大きい順に並び替える整列部３１と、整列部３１によって並び替えられた整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉに対して加重演算を行なうことにより整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉを合成する合成部３２と、合成部３２による合成操作量ＭＶ＿ＡＳ（第３の操作量）を操作量調整制御部４に出力する合成操作量出力部３３とを備えている。

操作量調整制御部４は、所定の操作量設定値ＳＰ＿ＢＳ＝０を入力する操作量設定値入力部４０と、セレクタ３から出力された合成操作量ＭＶ＿ＡＳを取得する合成操作量取得部４１と、合成操作量ＭＶ＿ＡＳに基づいて調整操作量ＭＶ＿ＢＳ（第４の操作量）を算出する調整制御演算部４２と（第２の制御演算手段）、調整制御演算部４２による調整操作量ＭＶ＿ＢＳを副制御系のアクチュエータに出力する調整操作量出力部４３（第２の操作量出力手段）と、調整制御演算部４２に設定されるＰＩＤパラメータである積分時間ＴＩ＿Ｂを、全ての制御演算部１２−ｉに予め設定されているＰＩＤパラメータである積分時間ＴＩ＿Ａｉ以上の値に制限する積分時間リミッタ４４と、調整制御演算部４２に設定されるＰＩＤパラメータである微分時間ＴＤ＿Ｂを、全ての制御演算部１２−ｉに予め設定されているＰＩＤパラメータである微分時間ＴＤ＿Ａｉ以下の値に制限する微分時間リミッタ４５とを備えている。

図２はｎ＝４の場合の制御系の構成を示している。図２における４−１〜４−４は主制御系のアクチュエータ、５は副制御系のアクチュエータ、６−１〜６−４は制御対象である。主制御部１−１とアクチュエータ４−１と制御対象６−１とが第１の主制御系を構成し、主制御部１−２とアクチュエータ４−２と制御対象６−２とが第２の主制御系を構成し、主制御部１−３とアクチュエータ４−３と制御対象６−３とが第３の主制御系を構成し、主制御部１−４とアクチュエータ４−４と制御対象６−４とが第４の主制御系を構成している。また、平衡点差整理部２−１〜２−４とセレクタ３と操作量調整制御部４とアクチュエータ５とが副制御系を構成している。

以下、本実施の形態の協調動作装置の動作を図３を参照して説明する。各主制御部１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の設定値ＳＰ＿Ａｉは、オペレータなどによって設定され、設定値入力部１０−ｉを介して制御演算部１２−ｉに入力される（図３ステップＳ１００）。
各主制御部１−ｉの制御量ＰＶ＿Ａｉは、センサなど（図１２の例では温度センサ１０３−１〜１０３−４）によって計測され、制御量入力部１１−ｉを介して制御演算部１２−ｉに入力される（図３ステップＳ１０１）。

各主制御部１−ｉの制御演算部１２−ｉは、設定値ＳＰ＿Ａｉと制御量ＰＶ＿Ａｉに基づいて、以下の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ＿Ａｉを算出する（図３ステップＳ１０２）。
ＭＶ＿Ａｉ＝（１００／ＰＢ＿Ａｉ）｛１＋（１／ＴＩ＿Ａｉｓ）＋ＴＤ＿Ａｉｓ｝
×（ＳＰ＿Ａｉ−ＰＶ＿Ａｉ） ・・・（１）
式（１）において、ＰＢ＿Ａｉは比例帯、ＴＩ＿Ａｉは積分時間、ＴＤ＿Ａｉは微分時間、ｓはラプラス演算子である。

各主制御部１−ｉの操作量出力部１３−ｉは、制御演算部１２−ｉによって算出された操作量ＭＶ＿Ａｉを対応する主制御系のアクチュエータ４−ｉに出力する（図３ステップＳ１０３）。設定値入力部１０−ｉと制御量入力部１１−ｉと制御演算部１２−ｉと操作量出力部１３−ｉとは主制御部１−ｉ毎に設けられているので、ステップＳ１００〜Ｓ１０３の処理は主制御部１−ｉ毎に個別に実施されることになる。

次に、調整されるべき平衡点を示す操作量設定値ＳＰ＿Ｂｉは、オペレータなどによって設定され、操作量設定値入力部２０−ｉを介して整理操作量算出部２２−ｉに入力される（図３ステップＳ１０４）。平衡点は、主制御の整定状態での望ましい操作量出力であり、エネルギー効率等を考慮して予め決定されている。なお、本実施の形態では、上記のとおり、複数の主制御系の平衡点が共通しているとは限らない場合を想定している。

各平衡点差整理部２−ｉの操作量取得部２１−ｉは、それぞれ対応する主制御部１−ｉの操作量出力部１３−ｉから操作量ＭＶ＿Ａｉを取得する（図３ステップＳ１０５）。
各平衡点差整理部２−ｉの整理操作量算出部２２−ｉは、操作量ＭＶ＿Ａｉと操作量設定値ＳＰ＿Ｂｉとの差を、整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉとして算出する（図３ステップＳ１０６）。
ＭＶ＿Ａｅｉ＝ＭＶ＿Ａｉ−ＳＰ＿Ｂｉ ・・・（２）

各平衡点差整理部２−ｉは、各主制御系における平衡点の差異を整理することを目的として設けられたものである。整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉは、各主制御部１−ｉが出力した実際の操作量ＭＶ＿Ａｉと操作量設定値ＳＰ＿Ｂｉが示す平衡点との差であり、実質的に制御偏差に類似の数量である。ただし、各主制御系における平衡点の差異を整理することを目的とする整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉは、式（２）の算出式に限られる数量ではなく、別の算出式によって求めてもよい。

各平衡点差整理部２−ｉの整理操作量出力部２３−ｉは、整理操作量算出部２２−ｉによって算出された整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉをセレクタ３に出力する（図３ステップＳ１０７）。操作量設定値入力部２０−ｉと操作量取得部２１−ｉと整理操作量算出部２２−ｉと整理操作量出力部２３−ｉとは平衡点差整理部２−ｉ毎に設けられているので、ステップＳ１０４〜Ｓ１０７の処理は平衡点差整理部２−ｉ毎に個別に実施されることになる。

次に、セレクタ３の各整理操作量取得部３０−ｉは、それぞれ対応する平衡点差整理部２−ｉの整理操作量出力部２３−ｉから整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉを取得する（図３ステップＳ１０８）。
整列部３１は、整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉを小さい順あるいは大きい順に並び替えて、並び替え後の整理操作量ＭＶ＿ＡＸｊ（ｊ＝１〜ｎ）を得る（図３ステップＳ１０９）。

合成部３２は、整列部３１により並び替えられた整理操作量ＭＶ＿ＡＸｊに対して次式のような加重演算（加重平均演算）を行ない、合成操作量ＭＶ＿ＡＳを得る（図３ステップＳ１１０）。これにより、合成部３２は、実質的に整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉを選択的に合成する。

式（３）において、αｊは予め定められた加重であり、加重αｊ（ｊ＝１〜ｎ）の合計は１．０である。例えば、整列部３１が整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉを小さい順に並び替えたとして、最も小さい整理操作量ＭＶ＿ＡＸ１に対応する加重α１を１．０、その他の整理操作量ＭＶ＿ＡＸ２〜ＭＶ＿ＡＸｎに対応する加重α２〜αｎを０とすれば、合成部３２は最小値選択部として機能する。また、整列部３１が整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉを大きい順に並び替えたとして、最も大きい整理操作量ＭＶ＿ＡＸ１に対応する加重α１を１．０、その他の整理操作量ＭＶ＿ＡＸ２〜ＭＶ＿ＡＸｎに対応する加重α２〜αｎを０とすれば、合成部３２は最大値選択部として機能する。

なお、整列部３１による処理は必須ではない。整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉが、例えば０％〜１００％の数値を取り得るのであれば、０％〜１９．９％の範囲にある整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉには３．０の加重βｉ、２０．０％〜３９．９％の範囲にある整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉには２．５の加重βｉ、４０．０％〜５９．９％の範囲にある整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉには２．０の加重βｉ、６０．０％〜７９．９％の範囲にある整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉには１．５の加重βｉ、８０．０％〜１００．０％の範囲にある整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉには１．０の加重βｉというように、整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉの値に連動する可変的な加重βｉを与えて、整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉの加重平均を算出するようにしてもよい。この場合の合成部３２の演算式は以下のようになる。なお、加重βｉ（ｉ＝１〜ｎ）の合計は１．０とは限らない。

合成操作量出力部３３は、合成部３２によって算出された合成操作量ＭＶ＿ＡＳを操作量調整制御部４に出力する（図３ステップＳ１１１）。
次に、操作量調整制御部４の積分時間リミッタ４４は、調整制御演算部４２に設定されている積分時間ＴＩ＿Ｂを、複数ある全ての制御演算部１２−ｉに設定されている積分時間ＴＩ＿Ａｉと比較し（図３ステップＳ１１２）、積分時間ＴＩ＿Ｂが複数の積分時間ＴＩ＿Ａｉよりも小さい値の場合は（ステップＳ１１２においてＹＥＳ）、次式のように積分時間ＴＩ＿Ｂを積分時間ＴＩ＿Ａｉのうちの最大値ＴＩ＿Ａｍａｘに置換する（図３ステップＳ１１３）。
ＩＦ ＴＩ＿Ｂ＜ＴＩ＿Ａｉ ＴＨＥＮ ＴＩ＿Ｂ＝ＴＩ＿Ａｍａｘ ・・（５）

すなわち、積分時間ＴＩ＿Ｂは、全ての積分時間ＴＩ＿Ａｉ以上の値に規定されることになる。このような積分時間ＴＩ＿Ｂのリミット処理により、主制御系と副制御系の協調動作は、安定的な制御系として動作しやすくなるように規定される。

一方、操作量調整制御部４の微分時間リミッタ４５は、調整制御演算部４２に設定されている微分時間ＴＤ＿Ｂを、複数ある全ての制御演算部１２−ｉに設定されている微分時間ＴＤ＿Ａｉと比較し（図３ステップＳ１１４）、微分時間ＴＤ＿Ｂが複数の微分時間ＴＤ＿Ａｉよりも大きい値の場合は（ステップＳ１１４においてＹＥＳ）、次式のように微分時間ＴＤ＿Ｂを微分時間ＴＤ＿Ａｉのうちの最小値ＴＤ＿Ａｍｉｎに置換する（図３ステップＳ１１５）。
ＩＦ ＴＤ＿Ｂ＞ＴＤ＿Ａｉ ＴＨＥＮ ＴＤ＿Ｂ＝ＴＤ＿Ａｍｉｎ ・・（６）

すなわち、微分時間ＴＤ＿Ｂは、全ての微分時間ＴＤ＿Ａｉ以下の値に規定されることになる。このような微分時間ＴＤ＿Ｂのリミット処理により、主制御系と副制御系の協調動作は、安定的な制御系として動作しやすくなるように規定される。

次に、操作量設定値入力部４０は、所定の操作量設定値ＳＰ＿ＢＳ＝０を調整制御演算部４２に入力する（図３ステップＳ１１６）。
合成操作量取得部４１は、セレクタ３から合成操作量ＭＶ＿ＡＳを取得する（図３ステップＳ１１７）。

周知のとおり、ＰＩＤ制御演算は、設定値から制御量を引いた制御偏差が０になるように操作量を算出する演算である。後述する調整制御演算部４２でのＰＩＤ制御演算では、合成操作量ＭＶ＿ＡＳを制御量として扱う。ここで、本実施の形態では、式（２）に示したように整理操作量算出部２２−ｉにおいて操作量ＭＶ＿Ａｉから操作量設定値ＳＰ＿Ｂｉを引いた整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉを算出しており、この整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉが合成部３２で合成されて、合成操作量ＭＶ＿ＡＳとして調整制御演算部４２に入力されるようになっている。上記のとおり調整制御演算部４２でのＰＩＤ制御演算では、合成操作量ＭＶ＿ＡＳを制御量として扱うが、合成操作量ＭＶ＿ＡＳは制御偏差に類似の数量として算出されているので、合成操作量ＭＶ＿ＡＳに対応する操作量設定値を改めて与える必要はない。したがって、操作量設定値入力部４０が入力する操作量設定値ＳＰ＿ＢＳは常に０に設定されている。

調整制御演算部４２は、操作量設定値ＳＰ＿ＢＳ＝０と合成操作量ＭＶ＿ＡＳに基づいて、以下の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って調整操作量ＭＶ＿ＢＳを算出する（図３ステップＳ１１８）。
ＭＶ＿ＢＳ＝（１００／ＰＢ＿Ｂ）｛１＋（１／ＴＩ＿Ｂｓ）＋ＴＤ＿Ｂｓ｝
×（０−ＭＶ＿ＡＳ） ・・・（７）
式（７）において、ＰＢ＿Ｂは比例帯、ＴＩ＿Ｂは積分時間、ＴＤ＿Ｂは微分時間、ｓはラプラス演算子である。なお、式（７）では、積分演算の部分と微分演算の部分は制御の動特性を演算している部分に該当し、積分時間ＴＩ＿Ｂと微分時間ＴＤ＿Ｂにより、動特性を調整可能になる。上記のとおり、制御偏差の演算部分は、操作量設定値ＳＰ＿ＢＳ＝０と合成操作量ＭＶ＿ＡＳとの差（０−ＭＶ＿ＡＳ）となっている。

調整操作量出力部４３は、調整制御演算部４２によって算出された調整操作量ＭＶ＿ＢＳを対応する副制御系のアクチュエータ５に出力する（図３ステップＳ１１９）。
以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１１９の処理が、例えばオペレータからの指令によって制御が終了するまで（図３ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。

次に、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に本実施の形態の効果を示すシミュレーション結果を示す。ここでは、主制御系の数をｎ＝４とし、図１２に示したように加熱のための４個の主制御系と平衡点を調整するための１個の副制御系である冷却制御系とを想定し、加熱処理炉内の４個のゾーンの温度を１００℃から２００℃へ昇温する場合の数値をシミュレーションにより求めた。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は図１に示した構成において調整操作量ＭＶ＿ＢＳを固定した場合の動作を示しており、通常の制御装置に相当する動作を示している。図４（Ａ）は設定値ＳＰ＿Ａ１〜ＳＰ＿Ａ４＝２００℃のステップ入力が加わったときの温度ＰＶ＿Ａ１〜ＰＶ＿Ａ４（制御量）の変化を示し、図４（Ｂ）はこのステップ入力時に主制御部１−１〜１−４から出力される操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４の変化を示し、図４（Ｃ）は調整操作量ＭＶ＿ＢＳを示している。

調整操作量ＭＶ＿ＢＳの値は、加熱処理炉の温度を昇温前の１００℃に維持する際に操作量ＭＶ＿Ａ２〜ＭＶ＿Ａ４の最小値が整定時に約２０％を維持でき、かつ操作量ＭＶ＿Ａ１の最小値が整定時に約４０％を維持できるようにするため、ＭＶ＿ＢＳ＝３０．０％としている。調整操作量ＭＶ＿ＢＳが固定されているので、２００℃に昇温した後では操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４が全体的に高くなり、操作量ＭＶ＿Ａ２〜ＭＶ＿Ａ４の最小値が整定時に約２０％を大きく上回り、操作量ＭＶ＿Ａ１の最小値が整定時に約４０％を大きく上回っている。すなわち、エネルギー的には効率の悪い状態が継続している。

図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は本実施の形態の協調動作装置の動作を示しており、図５（Ａ）は設定値ＳＰ＿Ａ１〜ＳＰ＿Ａ４＝２００℃のステップ入力が加わったときの温度ＰＶ＿Ａ１〜ＰＶ＿Ａ４（制御量）の変化を示し、図５（Ｂ）はこのステップ入力時に主制御部１−１〜１−４から出力される操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４の変化を示し、図５（Ｃ）は操作量調整制御部４から出力される調整操作量ＭＶ＿ＢＳの変化を示している。

操作量設定値ＳＰ＿Ｂ１〜ＳＰ＿Ｂ４の値は、操作量ＭＶ＿Ａ２〜ＭＶ＿Ａ４の最小値が整定時に約２０％を維持でき、かつ操作量ＭＶ＿Ａ１の最小値が整定時に約４０％を維持できるようにするため、ＳＰ＿Ｂ１＝４０．０％、ＳＰ＿Ｂ２＝２０．０％、ＳＰ＿Ｂ３＝２０．０％、ＳＰ＿Ｂ４＝２０．０％としている。セレクタ３については、最小値選択部として機能するように設定した。本実施の形態により、調整操作量ＭＶ＿ＢＳが可変になり、加熱処理炉の温度を２００℃に昇温した後でも操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４が図４（Ｂ）の場合と比較して全体的に低くなり、整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅ４のうち最小の整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１がセレクタ３の最小値選択の対象になり、この整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１に対応する操作量ＭＶ＿Ａ１が整定時に約４０％を維持できていることが分かる。すなわち、エネルギー的には効率の良い状態が継続している。また、昇温時には調整操作量ＭＶ＿ＢＳがほとんどの時間帯において０％であり、副制御系の冷却器が動作していないことになるので、昇温動作自体もエネルギー的に効率が良いことが分かる。

以上のように、本実施の形態では、主制御部１−１〜１−ｎによって算出された操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａｎと望ましい平衡点を示す操作量設定値ＳＰ＿Ｂ１〜ＳＰ＿Ｂｎとの差である整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅｎを算出することにより、各主制御系における平衡点の差異を整理し、整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅｎを合成して、合成操作量ＭＶ＿ＡＳに基づいて調整操作量ＭＶ＿ＢＳを算出して副制御系のアクチュエータに出力することにより、平衡点を望ましい値に調整することができ、省エネルギーを実現することができる。本実施の形態では、加熱と冷却のマルチループ制御系に限らず、他のマルチループ制御系にも適用することができる。また、本実施の形態では、複数の主制御系において、それらの調整されるべき平衡点が共通しているものに限らず、平衡点が異なるマルチループ制御系にも適用することができる。

［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６は本実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、４個の主制御系である加熱制御系と１個の副制御系である冷却制御系とで構成される加熱装置に第１の実施の形態の協調動作装置を適用した例を示すものである。トンネル型リフロー炉２００には、加熱したいゾーン２０５−１〜２０５−４が４個あって、ゾーン２０５−１〜２０５−４毎にヒータ２０１−１〜２０１−４が設けられ、さらにリフロー炉２００内の空気を冷却する１個の冷却器２０２（冷却アクチュエータ）が設けられている。ヒータ２０１−１〜２０１−４は、ＳＳＲ（Solidstate Relay）２０４−１〜２０４−４と共に主制御系の加熱アクチュエータを構成している。

主制御部１−１〜１−４は、リフロー炉２００内の循環空気を加熱して温度制御を行なう。リフロー炉２００内の各ゾーン２０５−１〜２０５−４の温度ＰＶ＿Ａ１〜ＰＶ＿Ａ４（制御量）は、温度センサ２０３−１〜２０３−４によって個別に計測される。ＳＳＲ２０４−１〜２０４−４は、主制御部１−１〜１−４から出力される操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４に応じてヒータ２０１−１〜２０１−４に供給する電力を調整する。循環空気は、各ゾーン２０５−１〜２０５−４を通過した後に４ゾーン共通の循環経路に収集され、ウォータージャケット等からなる冷却器２０２で冷却された後に、各ゾーン２０５−１〜２０５−４に供給される。主制御系での制御可能な最低必要な操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４が、個別の操作量設定値ＳＰ＿Ｂ１〜ＳＰ＿Ｂ４、すなわち調整対象の平衡点になる。操作量設定値ＳＰ＿Ｂ１〜ＳＰ＿Ｂ４は例えば２０％である。

主制御系の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を増加させるためには冷却器２０２に供給する調整操作量ＭＶ＿ＢＳを上昇させる必要があり、逆に主制御系の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を減少させるためには冷却器２０２に供給する調整操作量ＭＶ＿ＢＳを下降させる必要がある。したがって、操作量調整制御部４の調整制御演算部４２には、平衡点差整理部２−１〜２−４と合わせて逆動作の制御演算が適用される。

平衡点差整理部２−１〜２−４の構成および動作が第１の実施の形態どおりであれば、４個の主制御系の中で、最も不利な制御状態にあるものは、対応する整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅ４が最小値を示すものである。よって、セレクタ３は、４個の整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅ４のうちの最小値を選択して合成操作量ＭＶ＿ＡＳとして出力すればよい。ただし、制御性能の必要性に応じて、加重αｊ，βｉを適宜調整してもよい。

操作量調整制御部４の調整制御演算部４２に設定される積分時間ＴＩ＿Ｂは、４個の主制御部１−ｉ（ｉ＝１〜４）の制御演算部１２−ｉに設定される積分時間ＴＩ＿Ａｉのうちの最大値ＴＩ＿Ａｍａｘ以上に設定される。また、調整制御演算部４２に設定される微分時間ＴＤ＿Ｂは、主制御部１−ｉの制御演算部１２−ｉに設定される微分時間ＴＤ＿Ａｉのうちの最小値ＴＤ＿Ａｍｉｎ以下に設定される。

例えば、制御演算部１２−ｉに設定される積分時間ＴＩ＿Ａｉを、ＴＩ＿Ａ１＝４０．０ｓｅｃ．、ＴＩ＿Ａ２＝４４．０ｓｅｃ．、ＴＩ＿Ａ３＝４８．０ｓｅｃ．、ＴＩ＿Ａ４＝５２．０ｓｅｃ．とし、制御演算部１２−ｉに設定される微分時間ＴＤ＿Ａｉを、ＴＤ＿Ａ１＝１０．０ｓｅｃ．、ＴＤ＿Ａ２＝１１．０ｓｅｃ．、ＴＤ＿Ａ３＝１２．０ｓｅｃ．、ＴＤ＿Ａ４＝１３．０ｓｅｃ．とする。この場合、調整制御演算部４２に設定される積分時間はＴＩ＿Ｂ≧５２．０ｓｅｃ．となり、調整制御演算部４２に設定される微分時間はＴＤ＿Ｂ≦１０．０ｓｅｃ．となる。

なお、本実施の形態の協調動作装置の場合、平衡点に直接影響する状態量である冷却器出口の循環空気温度が、監視され管理されるように、管理部（不図示）を備える構成にするのが好ましい。具体的には、管理部は、冷却器出口の循環空気温度が所定の下限値以下になり過剰な冷却状態になる場合は、調整操作量ＭＶ＿ＢＳを上昇させないように制限し、逆に、冷却器出口の循環空気温度が所定の上限値以上になり不十分な冷却状態になる場合は、調整操作量ＭＶ＿ＢＳを下降させないように制限する。すなわち、管理部は、冷却器出口の循環空気温度が下限値を下回ったり上限値を上回ったりしないように調整操作量ＭＶ＿ＢＳを制限する。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図７は本実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、４個の主制御系である加熱制御系と１個の副制御系である加熱制御系とで構成される加熱装置に第１の実施の形態の協調動作装置を適用した例を示すものである。均熱ホットプレート３００には、加熱したい均熱対象ゾーン３０５−１〜３０５−４が４個あり、さらに均熱補助のための周囲ゾーン３０５−５があって、ゾーン３０５−１〜３０５−４毎に埋め込み式のヒータ３０１−１〜３０１−４が設けられ、周囲ゾーン３０５−５に埋め込み式のヒータ３０１−５が設けられている。ヒータ３０１−１〜３０１−４は、ＳＳＲ３０４−１〜３０４−４と共に主制御系の加熱アクチュエータを構成し、ヒータ３０１−５は、ＳＳＲ３０４−５と共に副制御系の加熱アクチュエータを構成している。

主制御部１−１〜１−４は、ゾーン３０５−１〜３０５−４を加熱して温度制御を行なう。各ゾーン３０５−１〜３０５−４の温度ＰＶ＿Ａ１〜ＰＶ＿Ａ４（制御量）は、温度センサ３０３−１〜３０３−４によって個別に計測される。ＳＳＲ３０４−１〜３０４−４は、主制御部１−１〜１−４から出力される操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４に応じてヒータ３０１−１〜３０１−４に供給する電力を調整する。また、周囲ゾーン３０５−５もゾーン３０５−１〜３０５−４と同様に加熱される。ＳＳＲ３０４−５は、操作量調整制御部４から出力される調整操作量ＭＶ＿ＢＳに応じてヒータ３０１−５に供給する電力を調整する。主制御系での制御可能な最低必要な操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４が、個別の操作量設定値ＳＰ＿Ｂ１〜ＳＰ＿Ｂ４、すなわち調整対象の平衡点になる。操作量設定値ＳＰ＿Ｂ１〜ＳＰ＿Ｂ４は例えば２０％である。

主制御系の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を増加させるためには周囲ゾーン３０５−５の調整操作量ＭＶ＿ＢＳを下降させる必要があり、逆に主制御系の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を減少させるためには周囲ゾーン３０５−５の調整操作量ＭＶ＿ＢＳを上昇させる必要がある。したがって、操作量調整制御部４の調整制御演算部４２には、平衡点差整理部２−１〜２−４と合わせて正動作の制御演算が適用される。

平衡点差整理部２−１〜２−４の構成および動作が第１の実施の形態どおりであれば、４個の主制御系の中で、最も不利な制御状態にあるものは、対応する整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅ４が最小値を示すものである。よって、セレクタ３は、４個の整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅ４のうちの最小値を選択して合成操作量ＭＶ＿ＡＳとして出力すればよい。ただし、制御性能の必要性に応じて、加重αｊ，βｉを適宜調整してもよい。

操作量調整制御部４の調整制御演算部４２に設定される積分時間ＴＩ＿Ｂは、４個の主制御部１−ｉ（ｉ＝１〜４）の制御演算部１２−ｉに設定される積分時間ＴＩ＿Ａｉのうちの最大値ＴＩ＿Ａｍａｘ以上に設定される。また、調整制御演算部４２に設定される微分時間ＴＤ＿Ｂは、主制御部１−ｉの制御演算部１２−ｉに設定される微分時間ＴＤ＿Ａｉのうちの最小値ＴＤ＿Ａｍｉｎ以下に設定される。

なお、本実施の形態の協調動作装置の場合、平衡点に直接影響する状態量である周囲ゾーン３０５−５の温度が、監視され管理されるように、管理部（不図示）を備える構成にするのが好ましい。具体的には、管理部は、周囲ゾーン３０５−５の温度が所定の上限値以上になり過剰な加熱状態になる場合は、調整操作量ＭＶ＿ＢＳを上昇させないように制限し、逆に、周囲ゾーン３０５−５の温度が所定の下限値以下になり不十分な加熱状態になる場合は、調整操作量ＭＶ＿ＢＳを下降させないように制限する。すなわち、管理部は、周囲ゾーン３０５−５の温度が上限値を上回ったり下限値を下回ったりしないように調整操作量ＭＶ＿ＢＳを制限する。

［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８は本実施の形態に係るセントラル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、４個の主制御系である給気風量制御系と１個の副制御系である給気温度制御系とで構成されるセントラル空調システムに第１の実施の形態の協調動作装置を適用した例を示すものである。部屋４００には、温度制御したいゾーン４０５−１〜４０５−４が４個あり、ゾーン４０５−１〜４０５−４毎に給気ダンパ４０２−１〜４０２−４（給気風量アクチュエータ）が設けられている。空調機４０１は、副制御系の給気温度アクチュエータを構成している。

主制御部１−１〜１−４は、各ゾーン４０５−１〜４０５−４に対して給気風量による室内温度制御を行なう。各ゾーン４０５−１〜４０５−４の温度ＰＶ＿Ａ１〜ＰＶ＿Ａ４（制御量）は、温度センサ４０３−１〜４０３−４によって個別に計測される。４ゾーン共通の空調機４０１は、冷房の場合は指定された温度に給気を冷却し、暖房の場合は指定された温度に給気を加熱する。以下では、冷房の場合についてのみ説明する。

空調機４０１から送り出された給気は、ダクト４０６を通って吹出口４０７−１〜４０７−４から各ゾーン４０５−１〜４０５−４に供給される。給気温度は、給気温度センサ４０４によって計測される。給気ダンパ４０２−１〜４０２−４は、主制御部１−１〜１−４から出力される操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４に応じて、各ゾーン４０５−１〜４０５−４に供給される給気の風量を調節する。空調機４０１は、操作量調整制御部４から出力される調整操作量ＭＶ＿ＢＳに応じて、空調機内部の熱交換機を流れる熱媒の量を調節することにより、給気温度を調節する。部屋４００から戻される還気は、ダクト４０８および還気ダンパ４０９を通り、取入口４１０から導入された外気と混合されて空調機４０１に戻される。主制御系での制御可能な最低必要な操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４（風量）が、個別の操作量設定値ＳＰ＿Ｂ１〜ＳＰ＿Ｂ４、すなわち調整対象の平衡点になる。操作量設定値ＳＰ＿Ｂ１〜ＳＰ＿Ｂ４は例えば１０ｍ³／ｍｉｎ．である。

主制御系の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を増加させるためには調整操作量ＭＶ＿ＢＳである給気温度を上昇させる必要があり、逆に主制御系の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を減少させるためには調整操作量ＭＶ＿ＢＳである給気温度を下降させる必要がある。したがって、操作量調整制御部４の調整制御演算部４２には、平衡点差整理部２−１〜２−４と合わせて逆動作の制御演算が適用される。一般的には、風量を少なくすれば、搬送動力を小さくすることができるので、省エネルギーに繋がることが知られている。

平衡点差整理部２−１〜２−４の構成および動作が第１の実施の形態どおりであれば、４個の主制御系の中で、最も不利な制御状態にあるものは、対応する整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅ４が最小値を示すものである。よって、セレクタ３は、４個の整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅ４のうちの最小値を選択して合成操作量ＭＶ＿ＡＳとして出力すればよい。ただし、制御性能の必要性に応じて、加重αｊ，βｉを適宜調整してもよい。

空調の場合、各ゾーン４０５−１〜４０５−４に存在する人やコンピュータのような発熱物、あるいは各ゾーン４０５−１〜４０５−４における窓の有無のような放熱条件が異なり、結果的に整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅ４が、ゾーン間で大きく異なる数値になる可能性が高い。ゆえに、整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅ４の最小値に加重を集中させるのではなく、整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅ４の数値に連動して、式（４）に示した加重βｉを変えた方が好ましいこともある。具体的には、整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉ（ｉ＝１〜４）が、例えば０％〜１００％の数値を取り得るのであれば、０％〜１９．９％の範囲にある整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉには３．０の加重βｉ、２０．０％〜３９．９％の範囲にある整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉには２．５の加重βｉ、４０．０％〜５９．９％の範囲にある整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉには２．０の加重βｉ、６０．０％〜７９．９％の範囲にある整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉには１．５の加重βｉ、８０．０％〜１００．０％の範囲にある整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉには１．０の加重βｉというような値にすればよい。

操作量調整制御部４の調整制御演算部４２に設定される積分時間ＴＩ＿Ｂは、４個の主制御部１−ｉ（ｉ＝１〜４）の制御演算部１２−ｉに設定される積分時間ＴＩ＿Ａｉのうちの最大値ＴＩ＿Ａｍａｘ以上に設定される。また、調整制御演算部４２に設定される微分時間ＴＤ＿Ｂは、主制御部１−ｉの制御演算部１２−ｉに設定される微分時間ＴＤ＿Ａｉのうちの最小値ＴＤ＿Ａｍｉｎ以下に設定される。

なお、本実施の形態の協調動作装置の場合、平衡点に直接影響する状態量である給気温度を管理する管理部（不図示）を備える構成にするのが好ましい。具体的には、管理部は、給気温度が所定の上限値以上になる場合は、調整操作量ＭＶ＿ＢＳを下降させないように制限し、逆に、給気温度が所定の下限値以下になる場合は、調整操作量ＭＶ＿ＢＳを上昇させないように制限する。すなわち、管理部は、給気温度が上限値を上回ったり下限値を下回ったりしないように調整操作量ＭＶ＿ＢＳを制限する。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図９は本実施の形態に係るビルマル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、４個の主制御系である給気温度制御系と１個の副制御系である熱媒温度制御系とで構成されるビルマル空調システムに第１の実施の形態の協調動作装置を適用した例を示すものである。部屋５００には、温度制御したいゾーン５０４−１〜５０４−４が４個あり、ゾーン５０４−１〜５０４−４毎に空調機５０１−１〜５０１−４（給気温度アクチュエータ）が設けられている。室外機５０２は、副制御系の熱媒温度アクチュエータを構成している。

主制御部１−１〜１−４は、各ゾーン５０４−１〜５０４−４に対して給気温度による室内温度制御を行なう。各ゾーン５０４−１〜５０４−４の温度ＰＶ＿Ａ１〜ＰＶ＿Ａ４（制御量）は、温度センサ５０３−１〜５０３−４によって個別に計測される。４台の空調機５０１−１〜５０１−４に共通の室外機５０２は、冷房の場合は指定された温度に熱媒を冷却し、暖房の場合は指定された温度に熱媒を加熱する。以下では、冷房の場合についてのみ説明する。

室外機５０２は、操作量調整制御部４から出力される調整操作量ＭＶ＿ＢＳに応じて、室外機内部の熱交換機を流れる熱媒の量を調節することにより、熱媒温度を調節する。室外機５０２によって冷却された熱媒は、配管５０８を通って各空調機５０１−１〜５０１−４に供給される。使用された熱媒は、配管５０９を通って室外機５０２に戻される。空調機５０１−１〜５０１−４は、主制御部１−１〜１−４から出力される操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４に応じて、空調機内部の熱交換機を流れる熱媒の量を調節することにより、給気温度を調節する。空調機５０１−１〜５０１−４から送り出された給気は、ダクト５０５−１〜５０５−４を通って吹出口５０６−１〜５０６−４から各ゾーン５０４−１〜５０４−４に供給される。部屋５００から戻される還気は、ダクト５０７−１〜５０７−４を通って空調機５０１−１〜５０１−４に戻される。主制御系での制御可能な最低必要な操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４（熱媒バルブ開度）が、個別の操作量設定値ＳＰ＿Ｂ１〜ＳＰ＿Ｂ４、すなわち調整対象の平衡点になる。操作量設定値ＳＰ＿Ｂ１〜ＳＰ＿Ｂ４は例えば２０％である。

主制御系の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を増加させるためには調整操作量ＭＶ＿ＢＳである冷媒温度を上昇させる必要があり、逆に主制御系の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を減少させるためには調整操作量ＭＶ＿ＢＳである冷媒温度を下降させる必要がある。したがって、操作量調整制御部４の調整制御演算部４２には、平衡点差整理部２−１〜２−４と合わせて逆動作の制御演算が適用される。室外機５０２の種類によっては、熱媒流量を少なくすれば、搬送動力を小さくすることができるので、省エネルギーに繋げることができる。

平衡点差整理部２−１〜２−４の構成および動作が第１の実施の形態どおりであれば、４個の主制御系の中で、最も不利な制御状態にあるものは、対応する整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅ４が最小値を示すものである。よって、セレクタ３は、４個の整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅ４のうちの最小値を選択して合成操作量ＭＶ＿ＡＳとして出力すればよい。ただし、制御性能の必要性に応じて、加重αｊ，βｉを適宜調整してもよい。

空調の場合、各ゾーン５０４−１〜５０４−４に存在する人やコンピュータのような発熱物、あるいは各ゾーン５０４−１〜５０４−４における窓の有無のような放熱条件が異なり、結果的に整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅ４が、ゾーン間で大きく異なる数値になる可能性が高い。ゆえに、整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅ４の最小値に加重を集中させるのではなく、整理操作量ＭＶ＿Ａｅ１〜ＭＶ＿Ａｅ４の数値に連動して、式（４）に示した加重βｉを変えた方が好ましいこともある。具体的には、整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉ（ｉ＝１〜４）が、例えば０％〜１００％の数値を取り得るのであれば、０％〜１９．９％の範囲にある整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉには３．０の加重βｉ、２０．０％〜３９．９％の範囲にある整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉには２．５の加重βｉ、４０．０％〜５９．９％の範囲にある整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉには２．０の加重βｉ、６０．０％〜７９．９％の範囲にある整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉには１．５の加重βｉ、８０．０％〜１００．０％の範囲にある整理操作量ＭＶ＿Ａｅｉには１．０の加重βｉというような値にすればよい。

操作量調整制御部４の調整制御演算部４２に設定される積分時間ＴＩ＿Ｂは、４個の主制御部１−ｉ（ｉ＝１〜４）の制御演算部１２−ｉに設定される積分時間ＴＩ＿Ａｉのうちの最大値ＴＩ＿Ａｍａｘ以上に設定される。また、調整制御演算部４２に設定される微分時間ＴＤ＿Ｂは、主制御部１−ｉの制御演算部１２−ｉに設定される微分時間ＴＤ＿Ａｉのうちの最小値ＴＤ＿Ａｍｉｎ以下に設定される。

なお、ビルマル空調システムの場合、トレードオフとなる操作量の組合せは、空調機５０１−１〜５０１−４や室外機５０２が備える機能などに応じて、上記以外にも適宜設計可能である。また、本実施の形態の協調動作装置の場合、平衡点に直接影響する状態量である熱媒温度を管理する管理部（不図示）を備える構成にするのが好ましい。具体的には、管理部は、熱媒温度が所定の上限値以上になる場合は、調整操作量ＭＶ＿ＢＳを下降させないように制限し、逆に、熱媒温度が所定の下限値以下になる場合は、調整操作量ＭＶ＿ＢＳを上昇させないように制限する。すなわち、管理部は、熱媒温度が上限値を上回ったり下限値を下回ったりしないように調整操作量ＭＶ＿ＢＳを制限する。

第１〜第５の実施の形態で説明した協調動作装置は、ＣＰＵ、記憶装置及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５の実施の形態で説明した処理を実行する。

本発明は、マルチループ制御系に適用することができる。特に、本発明は、複数の主制御系において、それらの調整されるべき平衡点が共通しているとは限らないものを対象とする。

１−１〜１−ｎ…主制御部、２−１〜２−ｎ…平衡点差整理部、３…セレクタ、４…操作量調整制御部、１０−１〜１０−ｎ…設定値入力部、１１−１〜１１−ｎ…制御量入力部、１２−１〜１２−ｎ…制御演算部、１３−１〜１３−ｎ…操作量出力部、２０−１〜２０−ｎ… 操作量設定値入力部、２１−１〜２１−ｎ…操作量取得部、２２−１〜２２−ｎ…整理操作量算出部、２３−１〜２３−ｎ…整理操作量出力部、３０−１〜３０−ｎ…整理操作量取得部、３１…整列部、３２…合成部、３３…合成操作量出力部、４０…操作量設定値入力部、４１…合成操作量取得部、４２…調整制御演算部、４３…調整操作量出力部、４４…積分時間リミッタ、４５…微分時間リミッタ。

Claims (18)

1. 複数の主制御系に対応して設けられ、主制御の設定値と主制御の制御量を入力として制御演算により第１の操作量を算出する複数の第１の制御演算手段と、
   主制御系毎に設けられ、対応する主制御系の前記第１の制御演算手段によって算出された第１の操作量を対応する主制御系のアクチュエータに出力する複数の第１の操作量出力手段と、
   主制御系毎に設けられ、対応する主制御系の前記第１の制御演算手段によって算出された第１の操作量と、対応する主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を示す所定の操作量設定値との差である第２の操作量を算出する複数の操作量算出手段と、
   前記複数の操作量算出手段によって算出された複数の第２の操作量に対して加重演算を行なうことにより前記複数の第２の操作量を合成して第３の操作量を出力する合成手段と、
   前記平衡点を調整するための１つの副制御系に対応して設けられ、前記合成手段から出力された第３の操作量を制御量入力として、制御演算により第４の操作量を算出する第２の制御演算手段と、
   前記第２の制御演算手段によって算出された第４の操作量を副制御系のアクチュエータに出力する第２の操作量出力手段とを備えることを特徴とする協調動作装置。
2. 請求項１記載の協調動作装置において、
   前記第１の制御演算手段と前記第２の制御演算手段が行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、
   前記第２の制御演算手段に予め設定されているＰＩＤパラメータである積分時間は、全ての前記第１の制御演算手段に予め設定されている積分時間以上の値であることを特徴とする協調動作装置。
3. 請求項１記載の協調動作装置において、
   前記第１の制御演算手段と前記第２の制御演算手段が行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、
   前記第２の制御演算手段に予め設定されているＰＩＤパラメータである微分時間は、全ての前記第１の制御演算手段に予め設定されている微分時間以下の値であることを特徴とする協調動作装置。
4. 請求項１記載の協調動作装置において、
   前記第１の制御演算手段と前記第２の制御演算手段が行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、
   前記第２の制御演算手段に設定されるＰＩＤパラメータである積分時間を、全ての前記第１の制御演算手段に予め設定されている積分時間以上の値に制限する積分時間リミッタをさらに備えることを特徴とする協調動作装置。
5. 請求項１記載の協調動作装置において、
   前記第１の制御演算手段と前記第２の制御演算手段が行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、
   前記第２の制御演算手段に設定されるＰＩＤパラメータである微分時間を、全ての前記第１の制御演算手段に予め設定されている微分時間以下の値に制限する微分時間リミッタをさらに備えることを特徴とする協調動作装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の協調動作装置において、
   さらに、前記複数の操作量算出手段によって算出された複数の第２の操作量を小さい順あるいは大きい順に並び替える整列手段を備え、
   前記合成手段は、前記整列手段によって並び替えられた複数の第２の操作量に対して加重演算を行なうことにより前記複数の第２の操作量を合成することを特徴とする協調動作装置。
7. 請求項６記載の協調動作装置において、
   前記合成手段は、前記第２の操作量の最小値あるいは最大値を選択する加重演算を行なうことを特徴とする協調動作装置。
8. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の協調動作装置において、
   前記合成手段が行なう加重演算の加重は、前記第２の操作量の数値に連動する可変的な加重であることを特徴とする協調動作装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の協調動作装置において、
   さらに、前記平衡点に直接影響する状態量を監視し、前記第４の操作量の操作に制限を与える管理手段を備えることを特徴とする協調動作装置。
10. 主制御の設定値と主制御の制御量を入力として制御演算により第１の操作量を主制御系毎に算出する第１の制御演算ステップと、
    前記第１の制御演算ステップで算出した複数の第１の操作量をそれぞれ対応する主制御系のアクチュエータに出力する第１の操作量出力ステップと、
    前記第１の制御演算ステップで算出した第１の操作量と、主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を示す所定の操作量設定値との差である第２の操作量を主制御系毎に算出する操作量算出ステップと、
    前記操作量算出ステップで算出した複数の第２の操作量に対して加重演算を行なうことにより前記複数の第２の操作量を合成して第３の操作量を得る合成ステップと、
    前記合成ステップで得られた第３の操作量を制御量入力として、制御演算により第４の操作量を算出する第２の制御演算ステップと、
    前記第２の制御演算ステップで算出した第４の操作量を、前記平衡点を調整するための１つの副制御系のアクチュエータに出力する第２の操作量出力ステップとを含むことを特徴とする協調動作方法。
11. 請求項１０記載の協調動作方法において、
    前記第１の制御演算ステップと前記第２の制御演算ステップで行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、
    前記第２の制御演算ステップで用いるＰＩＤパラメータである積分時間は、前記第１の制御演算ステップで用いる全ての積分時間以上の値であることを特徴とする協調動作方法。
12. 請求項１０記載の協調動作方法において、
    前記第１の制御演算ステップと前記第２の制御演算ステップで行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、
    前記第２の制御演算ステップで用いるＰＩＤパラメータである微分時間は、前記第１の制御演算ステップで用いる全ての微分時間以下の値であることを特徴とする協調動作方法。
13. 請求項１０記載の協調動作方法において、
    前記第１の制御演算ステップと前記第２の制御演算ステップで行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、
    前記第２の制御演算ステップで用いるＰＩＤパラメータである積分時間を、前記第１の制御演算ステップで用いる全ての積分時間以上の値に制限する積分時間制限ステップをさらに含むことを特徴とする協調動作方法。
14. 請求項１０記載の協調動作方法において、
    前記第１の制御演算ステップと前記第２の制御演算ステップで行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、
    前記第２の制御演算ステップで用いるＰＩＤパラメータである微分時間を、前記第１の制御演算ステップで用いる全ての微分時間以下の値に制限する微分時間制限ステップをさらに含むことを特徴とする協調動作方法。
15. 請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の協調動作方法において、
    さらに、前記操作量算出ステップで算出した複数の第２の操作量を小さい順あるいは大きい順に並び替える整列ステップを含み、
    前記合成ステップは、前記整列ステップで並び替えた複数の第２の操作量に対して加重演算を行なうことにより前記複数の第２の操作量を合成することを特徴とする協調動作方法。
16. 請求項１５記載の協調動作方法において、
    前記合成ステップは、前記第２の操作量の最小値あるいは最大値を選択する加重演算を行なうことを特徴とする協調動作方法。
17. 請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の協調動作方法において、
    前記合成ステップで行なう加重演算の加重は、前記第２の操作量の数値に連動する可変的な加重であることを特徴とする協調動作方法。
18. 請求項１０乃至１７のいずれか１項に記載の協調動作方法において、
    さらに、前記平衡点に直接影響する状態量を監視し、前記第４の操作量の操作に制限を与える管理ステップを含むことを特徴とする協調動作方法。

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