JP6385446B2

JP6385446B2 - 空調システムの制御装置および空調システムの制御方法

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Publication number: JP6385446B2
Application number: JP2016546206A
Authority: JP
Inventors: 隆也山本; 義隆宇野; 前川　清石; 清石前川; 孝洋中井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2018-09-05
Anticipated expiration: 2034-09-01
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Description

本発明は、室温をフィードバック制御する空調システムおよびその制御方法に関し、特にフィードバック制御に用いるパラメータの決定方法に関するものである。

従来の空調システムの制御装置において、所定のプロセスを自動制御するためのフィードバック制御器（ＰＩＤ制御器）を備えたものがある（たとえば、特許文献１参照）。そのＰＩＤ制御器を備えたＰＩＤ制御装置は、ＰＩＤ制御器の出力を一定範囲内でステップ状に変化させ、その際の制御対象の出力に基づいてパラメータ（むだ時間、一次遅れ時定数、プロセスゲイン）を同定する。そして、その制御対象のパラメータを用いて、所定の式に基づいてＰＩＤ制御器のパラメータを決定している。

特開２００１−３５０５０３号公報（たとえば、［００２０］〜［００２６］、図１、図２参照）

特許文献１は、制御対象のパラメータを同定する際に、ＰＩＤ制御器の出力をステップ状に変化させる必要があり、空調システムの通常運転とは異なるパラメータ同定専用の運転を行う必要があった。また、パラメータ同定を行う際に、制御対象がＰＩＤ制御器の出力をステップ状に変化させたときの最終的な増加量の６３％まで増加するのに要する時間を用いて制御対象の一次遅れ時定数を算出するため、制御対象がＰＩＤ制御器の出力をステップ状に変化させたときの最終的な増加量に到達するまで待つ必要がある。そのため、制御対象の熱容量が大きい空調システムでは、パラメータを取得するまで長時間を要してしまい、快適性が損なわれる恐れがあった。

また、制御対象をむだ時間と一次遅れ時定数とで近似しているため、ＰＩＤ制御器の出力をステップ状に変化させる際の初期状態に応じて、同定されるパラメータが大きく異なる恐れもあった。さらに、ＰＩＤ制御器の出力と制御対象の出力のみから制御対象のモデルを同定しているため、外気温など外乱の及ぼす影響のモデル化が行えていないという課題があった。

本発明は、以上のような課題を考慮してなされたもので、パラメータ決定中も快適性を損なわない空調システムの制御装置および空調システムの制御方法を提供することを目的としている。

本発明に係る空調システムの制御装置は、フィードバック制御の制御パラメータおよび室温の目標値と測定された室温との差から状態量指令を生成し、前記状態量指令に基づいて室温を目標値に制御するフィードバック制御手段と、通常運転時に、少なくとも制御対象に供給される熱量に関する状態量または前記状態量指令と前記測定された室温とから、制御対象の熱特性に関するモデルのパラメータを算出する制御対象熱特性モデル算出手段と、制御対象の熱特性に関するモデルを表す式と前記制御対象の熱特性に関するモデルのパラメータとを用いて前記制御パラメータを決定する制御パラメータ決定手段と、を備え、前記制御対象の熱特性に関するモデルとして、熱回路網モデルを用いるものである。

本発明に係る空調システムの制御装置によれば、通常運転時のデータからフィードバック制御手段のパラメータを決定するため、制御対象の室温が設定された目標温度からずれる恐れのある専用運転を行う必要がなく、パラメータ決定中においても継続して室温を目標値に制御できるため、パラメータ決定中も快適性を損なわない効果がある。

本発明の実施の形態１に係る空調システムの制御装置のブロック図である。本発明の実施の形態１に係る空調システムの制御装置のフィードバック制御手段のブロック図である。本発明の実施の形態１に係る空調システムの制御装置のフィードバック制御手段の状態量制御手段のブロック図である。本発明の実施の形態１に係る空調システムの制御装置のフィードバック制御手段の制御パラメータ決定フロー図である。本発明の実施の形態１に係る熱回路網モデルその１を示す図である。本発明の実施の形態１に係る制御対象熱特性モデルの伝達関数表現を示す図である。本発明の実施の形態１に係る空調システムの制御装置の制御パラメータ決定手段の内部のシミュレータを示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係る空調システムの制御装置の制御パラメータ決定手段の内部のシミュレータ出力の例を示す図である。本発明の実施の形態１に係る熱回路網モデルその２を示す図である。本発明の実施の形態１に係る熱回路網モデルその３を示す図である。本発明の実施の形態２に係る空調システムの制御装置のブロック図である。本発明の実施の形態２に係る空調システムの制御装置のフィードバック制御手段のパラメータ決定フロー図である。本発明の実施の形態３に係る空調システムの制御装置の極配置の指定範囲の例を示す図である。本発明の実施の形態５に係る空調システムの制御装置のフィードバック制御手段の状態量制御手段のブロック図である。本発明の実施の形態６に係る空調システムの制御装置のフィードバック制御手段の状態量制御手段のブロック図である。本発明の実施の形態８に係る空調システムの制御装置のブロック図である。本発明の実施の形態１０に係る空調システムの制御装置のブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空調システムの制御装置１００のブロック図である。
本実施の形態１に係る空調システムは制御装置１００を備え、その制御装置１００によって制御対象５である建物の室温を制御する。
なお、本実施の形態１では制御対象５を住宅とするが、他の建物でもよく、たとえば、ビル、工場、住宅やビルの各部屋などでもよい。

また、住宅の空調を行う方法として、住宅の中の一部の部屋にルームエアコンを取り付ける方法や、住宅に備え付けたヒートポンプなどでお湯を沸かし、その沸かしたお湯を暖房したいところへ送り、ラジエータ、ファンコイルなどの放熱装置を用いて暖房を行う方法もある。また、住宅の各部屋にダクトを通し、ヒートポンプで暖かい空気や冷たい空気を生成し、ヒートポンプで生成した暖かい空気や冷たい空気をダクトから各部屋に届けることで冷暖房を行う方法もある。

本実施の形態１ではヒートポンプでお湯を生成し、暖房を行いたいところへ沸かしたお湯を送り、ラジエータ、ファンコイルなどの放熱装置を用いて暖房を行うシステム（以下、Air to Waterシステム、ＡＴＷシステムと略記、また、全館温水暖房システムとも呼ばれる）を例に挙げて説明する。
なお、ＡＴＷシステムでは、出湯温度指令に従うように制御して生成されたお湯をラジエータなどの放熱装置に送り、制御対象５である住宅内部の暖房を行う。

空調システムの制御装置１００は、制御対象熱特性モデル算出手段１と、制御パラメータ決定手段２と、外部環境計測手段３と、フィードバック制御手段４と、温度指令生成手段６と、を備えている。

制御対象熱特性モデル算出手段１は、制御対象５である住宅に供給される熱量に関する状態量である出湯温度および流量と、住宅内部の室温と、外部環境計測手段３で計測した外乱である外気温および日射量と、が入力される。
なお、ＡＴＷシステムにおいて住宅内部で送っているお湯の流量が一定の場合は、住宅に供給される熱量に関する状態量として出湯温度のみでも構わない。

そして、上記の各入力値に基づいて熱輸送方程式パラメータを算出し、そのパラメータを制御パラメータ決定手段２に出力する。なお、熱輸送方程式パラメータについては後述する。また、熱輸送方程式パラメータは、本発明の「制御対象の熱特性に関するモデルのパラメータ」に相当する。

制御パラメータ決定手段２は、制御対象熱特性モデル算出手段１から入力された熱輸送方程式パラメータに基づいて制御パラメータを決定し、そのパラメータをフィードバック制御手段４に出力する。なお、制御パラメータについては後述する。
フィードバック制御手段４は、入力された情報に基づいて制御対象５の室温をフィードバック制御するものである。
温度指令生成手段６は、リモコン、ＨＥＭＳ(Home Energy Management System)、プログラマブルサーモスタッドなどを用いて指定される室温の目標値（温度指令）を、フィードバック制御手段４に出力するものである。

図２は、本発明の実施の形態１に係る空調システムの制御装置１００のフィードバック制御手段４のブロック図である。
フィードバック制御手段４は、内部にＰＩＤ制御手段１２と状態量制御手段１３とを備え、ＰＩＤ制御手段１２は、ＰＩＤ制御を行うためのパラメータ（つまり、ＰＩＤ制御手段１２のパラメータ）である上記制御パラメータ、および温度指令（室温の目標値）と測定された室温との差からＰＩＤ制御を行い、状態量指令を生成し、その生成した状態量指令を状態量制御手段１３に出力する。
なお、Ｐは比例、Ｉは積分、Ｄは微分を意味している。また、ＰＩＤ制御として微分のないＰＩ制御を行っている場合は、制御パラメータ決定手段２はＰＩ制御を行うための制御パラメータを決定することとなる。

図３は、本発明の実施の形態１に係る空調システムの制御装置１００のフィードバック制御手段４の状態量制御手段１３のブロック図である。
状態量制御手段１３は、内部にフィードバック制御手段ＩＩ１０と冷凍サイクル１１とを備えている。そして、ＡＴＷシステムの場合、フィードバック制御手段４の内部の状態量指令の例としては、図３に示すように出湯温度指令となり、出湯温度指令（出湯温度の目標値）に従ったお湯が生成できるよう、フィードバック制御手段ＩＩ１０でヒートポンプの冷凍サイクル１１を制御する。

図４は、本発明の実施の形態１に係る空調システムの制御装置１００のフィードバック制御手段４の制御パラメータ決定フロー図、図５は、本発明の実施の形態１に係る熱回路網モデルを示す図である。
以下、図４を用いてフィードバック制御手段４の制御パラメータ決定フローについて説明する。
まず、ステップ１の処理を行い、空調システムの通常運転時に、住宅に供給される熱量に関する状態量、室温、外気温、および日射量を制御対象熱特性モデル算出手段１に時々刻々記録する。

なお、制御パラメータ決定手段２でフィードバック制御手段４の制御パラメータを一度も更新していない場合は、初期設定されている制御パラメータでフィードバック制御手段４を動作させる。

次に、ステップ２の処理を行い、指定された一定期間、住宅に供給される熱量に関する状態量、室温、外気温、および日射量を記録したのち、その記録した住宅に供給される熱量に関する状態量、室温、外気温、および日射量から住宅の熱特性に関するモデルのパラメータを算出する。

本実施の形態１では、図５に示す熱回路網モデルを制御対象５である住宅の熱特性に関するモデルとする。なお、機器および人体による発熱は、各住宅の標準的な値としてあらかじめ制御対象熱特性モデル算出手段１の内部に記録しておく。
このとき、住宅の熱特性に関するモデルから導出された式である住宅の熱輸送方程式は、以下の（１）〜（３）式である。

ここで、上添え字のｉは部屋番号を示しており、全館空調で住宅を１つの熱特性モデルと考えるＡＴＷシステムではｉ＝１のみである。また、Ｔ_ｏは外気温、Ｔ_１は外壁室外側表面温度、Ｔ_２は外壁室内側表面温度、Ｔ_ｚは室内温度、Ｒ_１は外壁室外側熱抵抗、Ｒ_２は外壁熱抵抗、Ｒ_Ｚは外壁室内側熱抵抗、Ｃ_１は外壁室外側熱容量、Ｃ_２は外壁室内側熱容量、Ｃ_ｚは室内熱容量、Ｑ_Ｓは日射量、Ｑ_ＥＱＰは機器発熱、Ｑ_ＯＣＣは人体発熱、Ｑ _ＨＶＡＣは空調システムから住宅に供給される熱量、αは外壁へ照射する日射量の補正係数、βは室内に透過する日射量の補正係数、γは内部発熱の補正係数、δは空調システムから住宅に供給される熱量の補正係数である。

また、住宅に供給される熱量に関する状態量を出湯温度および流量としている場合はＱ _ＨＶＡＣ＝出湯温度×流量となり、住宅に供給される熱量に関する状態量を出湯温度のみとしている場合はＱ_ＨＶＡＣ＝出湯温度となる。

制御対象熱特性モデル算出手段１では、記録した住宅に供給される熱量に関する状態量である出湯温度および流量と、室温、外気温、日射量を用いて、上記（１）〜（３）の熱輸送方程式のパラメータであるＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_Ｚ、Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_ｚ、α、β、γ、δ、もしくはその組み合わせから構成される熱輸送方程式パラメータを算出する。そして、その算出した熱輸送方程式パラメータは制御パラメータ決定手段２に送られる。

図６は、本発明の実施の形態１に係る制御対象熱特性モデル８の伝達関数表現を示す図、図７は、本発明の実施の形態１に係る空調システムの制御装置１００の制御パラメータ決定手段２の内部のシミュレータを示すブロック図、図８は、本発明の実施の形態１に係る空調システムの制御装置１００の制御パラメータ決定手段２の内部のシミュレータ出力の例を示す図である。

次に、制御パラメータ決定手段２でステップ３の処理を行う。上記（１）〜（３）の熱輸送方程式と、制御対象熱特性モデル算出手段１で算出した熱輸送方程式パラメータとを用いて、空調システムから住宅に供給される熱量Ｑ_ＨＶＡＣから室温Ｔ_ｚまでの伝達関数Ｆ１（Ｓ）、および外気温Ｔ_ｏから室温Ｔ_ｚまでの伝達関数Ｆ２（Ｓ）を決定する。

なお、制御パラメータ決定手段２の内部には、図６に示す制御対象熱特性モデル８の伝達関数Ｆ１（Ｓ）、Ｆ２（Ｓ）を用いた図７に示すシミュレータが内蔵されており、制御対象熱特性モデル８は、状態量を伝達関数Ｆ１（Ｓ）に入力し、外乱を伝達関数Ｆ２（Ｓ）に入力することで、室温を出力する。

本シミュレータでは、あらかじめ定められた規則に従ってフィードバック制御手段４の制御パラメータの値を変更しながら、目標指令生成手段７からのステップ状の目標指令と外乱生成手段９からのステップ状の外乱とが作用するシミュレーションを、制御パラメータの組み合わせごとに行う。

そのシミュレーションでは、図８に示すように目標指令がステップ状に変化したときの最初に目標値に到達するまでの時間Ｔ_ａおよび最大オーバーシュート量Ｋ_ａと、ステップ状の外乱が作用したときに規定の誤差範囲に収まるまでの時間Ｔ_ｂおよび最大オーバーシュート量Ｋ_ｂとを算出する。そして、それらＴ_ａ、Ｋ_ａ、Ｔ_ｂ、Ｋ_ｂの重み付き和が最小となる制御パラメータの組み合わせを候補として選択する。なお、Ｔ_ａの代わりにステップ状に目標指令が変化したときに規定の誤差範囲に収まるまでの時間Ｔ_ｃを用いても構わない。

候補として選択された制御パラメータの値はあらかじめ定められた補正係数を乗じてから、フィードバック制御手段４に送られる。フィードバック制御手段４では、制御パラメータの更新がオペレータなどから指定された場合、空調システムの制御装置１００の電源をいったん切ってから再投入した際に、制御パラメータ決定手段２から送られる値に更新する。
なお、あらかじめ指定された窓長の移動平均フィルタを用いて上記送られる値に変更する構成にしてもよい。

図９は、本発明の実施の形態１に係る熱回路網モデルその２を示す図、図１０は、本発明の実施の形態１に係る熱回路網モデルその３を示す図である。
また、本実施の形態１では機器および人体による発熱を考慮する場合を例に挙げて説明したが、住宅では機器および人体による発熱の比率が小さいことも多く、無視できる場合も多くある。その場合、制御対象熱特性モデル８は図９になり、（１）〜（３）式ではＱ _ＥＱＰおよびＱ_ＯＣＣの値は常時０とみなして演算を行う。
また、日射も無視する場合は、制御対象熱特性モデル８は図１０になり、（１）〜（３）式ではＱ_ＥＱＰおよびＱ_ＯＣＣに加えてＱ_ｓも常時０として演算を行う。

以上より、本実施の形態１によれば、空調システムの通常運転時のデータからフィードバック制御手段４の内部のＰＩＤ制御手段１２の制御パラメータを決定するため、制御対象５の室温が設定された目標温度からずれる恐れのある専用運転を行う必要がなく、制御パラメータ決定中においても継続して室温を目標値に制御できるため、制御パラメータ決定中も快適性を損なわない効果がある。

また、熱容量の大きい住宅向けの温水暖房システムにおいても制御パラメータ決定のために長時間待つ必要がない効果がある。また、制御対象５の熱特性を陽に表現したモデルを用いるため、制御パラメータ決定用の動作データを採取する際の状態の影響を受けにくい効果もある。

また、外気温や日射といった外乱の情報と制御対象５の入力および出力とから制御対象５の熱特性を陽に表現したモデルのパラメータを同定するため、温度設定値に対する追従性だけでなく、外気温や日射の影響など外乱の影響を考慮した制御パラメータの決定を行える効果もある。

実施の形態２．
以下、本実施の形態２について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図１１は、本発明の実施の形態２に係る空調システムの制御装置１０１のブロック図、図１２は、本発明の実施の形態２に係る空調システムの制御装置１０１のフィードバック制御手段４のパラメータ決定フロー図である。

本実施の形態２では、外部環境計測手段３を備えておらず、制御対象熱特性モデル算出手段１のパラメータ算出に、外乱である外気温および日射量を用いない点が実施の形態１と異なっている。

以下、図１２を用いてフィードバック制御手段４のパラメータ決定フローについて説明する。
まず、ステップ１の処理を行い、空調システムの通常運転時に、住宅に供給される熱量に関する状態量、室温を制御対象熱特性モデル算出手段１に時々刻々記録する。
次に、ステップ２の処理を行い、その記録した住宅に供給される熱量に関する状態量および測定された室温から、制御対象熱特性モデル算出手段１で制御対象熱特性モデル８のパラメータを算出する。
なお、機器および人体による発熱は、各住宅の標準的な値としてあらかじめ制御対象熱特性モデル算出手段１の内部に記録しておく。また、日射量は０として無視する。

また、外気温に関しては、外気温がステップ２で記録した室温の最初の値に一致していると仮定し、実施の形態１と同様に、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_Ｚ、Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_ｚ、α、β、γ、δ、もしくはその組み合わせから構成されるパラメータを算出する。なお、α、βは日射を無視しているので０とする。

次に、制御パラメータ決定手段２でステップ３の処理を行う。まず、上記（１）〜（３）の熱輸送方程式と、制御対象熱特性モデル算出手段１で算出した熱輸送方程式パラメータとを用いて、空調システムから住宅に供給される熱量Ｑ_ＨＶＡＣから室温Ｔ_ｚまでの伝達関数Ｆ１（Ｓ）を算出する。

なお、制御パラメータ決定手段２の内部には、図６に示す制御対象熱特性モデル８の伝達関数を用いた図７に示すシミュレータが内蔵されており、図７の熱特性モデルとしてＦ１（Ｓ）を用いる。

本シミュレータでは、フィードバック制御手段４の制御パラメータの値をあらかじめ定められた規則に従って変更しながら、図８に示すようなステップ状の目標指令とステップ状の外乱とが作用するシミュレーションを、制御パラメータの組み合わせごとに実施する。

各組み合わせで行うシミュレーションでは、図８に示すように目標指令がステップ状に変化したときの最初に目標値に到達するまでの時間Ｔ_ａおよび最大オーバーシュート量Ｋ _ａを算出し、Ｔ_ａ、Ｋ_ａの重み付き和が最小となる制御パラメータの組み合わせをパラメータの候補として選択する。なお、Ｔ_ａの代わりにステップ状に目標指令が変化したときに規定の誤差範囲に収まるまでの時間Ｔ_ｃを用いても構わない。

選択された制御パラメータの値はあらかじめ定められた補正係数を乗じてから、フィードバック制御手段４に送られる。フィードバック制御手段４では、制御パラメータ更新がオペレータなどから指定された場合、空調システムの制御装置１０１の電源をいったん切ってから再投入した際に制御パラメータ決定手段２から送られる値に更新する。
なお、送られる値へあらかじめ指定された窓長の移動平均フィルタを用いて変更する構成にしてもよい。

以上より、本実施の形態２によれば、外気温や日射の情報を使用しないため、外部の環境情報を測定しなくても制御パラメータの決定を行える効果がある。

実施の形態３．
以下、本実施の形態３について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図１３は、本発明の実施の形態３に係る空調システムの制御装置の極配置の指定範囲の例を示す図である。

本実施の形態３では、制御パラメータ決定手段２での制御パラメータ決定方法のみが実施の形態１と異なっている。

制御パラメータ決定手段２では、熱特性モデルとしてＦ１（Ｓ）を用いた場合の、図７のブロック図で示されるフィードバック制御手段４と制御対象熱特性モデル８とで構成される閉ループの伝達関数をＧ１（Ｓ）とし、フィードバック制御手段４の制御パラメータの値をあらかじめ定められた規則に従って変更しながら、Ｇ１（Ｓ）の極を算出する。そして、算出したＧ１（Ｓ）の極において、図１３に示す指定範囲内で、もっとも原点の近くに位置する極が原点から離れる制御パラメータの値を選択する。その選択された制御パラメータの値はあらかじめ定められた補正係数を乗じてから、フィードバック制御手段４に送られる。

以上より、本実施の形態３によれば、伝達関数の極の位置に基づいてフィードバック制御手段４の制御パラメータを決定するため、制御対象熱特性モデル８のパラメータ算出後にフィードバック制御手段４の制御パラメータを算出するまでの時間を短縮できる効果がある。

実施の形態４．
以下、本実施の形態４について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

本実施の形態４では、制御パラメータ決定手段２での制御パラメータ決定方法のみが実施の形態１と異なっている。
制御パラメータ決定手段２では、熱特性モデルとしてＦ１（Ｓ）を用いた場合の、図７のブロック図で示されるフィードバック制御手段４と制御対象熱特性モデル８とで構成される閉ループの伝達関数をＧ１（Ｓ）とし、Ｇ１（Ｓ）の分母多項式の係数があらかじめ定められた比になるように制御パラメータを決定する。
Ｇ１（Ｓ）の分母多項式が

となるとき、

を、

とし、温度指令がステップ状に変化する場合において、ステップ状に変化した目標値に室温が到達するまでの時間の目標値をＴ_ｃとするとき、τが

となるようにフィードバック制御手段４の制御パラメータを決定する。なお、（７）式、（８）式の値は２．５、２、０．５などに限定されるものではなく、２．３、１．８、０．４など別の値でも構わない。

以上より、本実施の形態４によれば、伝達関数の分母の係数の比からフィードバック制御手段４の制御パラメータを決定するため、制御対象熱特性モデル８のパラメータ算出後にフィードバック制御手段４の制御パラメータを算出するまでの時間を短縮できる効果がある。

実施の形態５．
以下、本実施の形態５について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図１４は、本発明の実施の形態５に係る空調システムの制御装置のフィードバック制御手段４の状態量制御手段１３のブロック図である。

実施の形態１では、フィードバック制御手段４の内部の状態量指令の例として出湯温度指令としたが、本実施の形態５では状態量指令として冷凍サイクル１１の圧縮機の周波数指令とし、図２のフィードバック制御手段４の内部の状態量制御手段１３は、図１４に示すように圧縮機の周波数を制御する。本実施の形態５では、住宅に供給される熱量に関する状態量、および空調システムから住宅に供給される熱量Ｑ_ＨＶＡＣとして、圧縮機の周波数を用いる。
なお、圧縮機の周波数の代わりに圧縮機の周波数指令を用いても構わない。

以上より、本実施の形態５によれば、圧縮機の周波数を用いて制御対象熱特性モデル８のパラメータを算出するため、出湯温度の測定値に誤差がある場合でも制御パラメータを決定することができる効果がある。

実施の形態６．
以下、本実施の形態６について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図１５は、本発明の実施の形態６に係る空調システムの制御装置のフィードバック制御手段４の状態量制御手段１３のブロック図である。

実施の形態１ではヒートポンプでお湯を生成し、沸かしたお湯を暖房したいところへ送り、ラジエータ、ファンコイルなどの放熱装置を用いて暖房するＡＴＷシステムで説明したが、本実施の形態６では、各部屋に張り巡らせたダクトに暖かい空気や冷たい空気を送り込むことで全館の空調を行うダクト空調システムとする。全館の空調を行うダクト空調システムでは、図２のフィードバック制御手段４の内部の状態量指令は吹き出し温度指令となり、状態量制御手段１３は図１５となる。

本実施の形態６では、住宅に供給される熱量に関する状態量、および空調システムから住宅に供給される熱量Ｑ_ＨＶＡＣとして、ダクトに吹き出す空気の吹き出し温度を使用する。ダクトに吹き出す空気の風速をファンで可変にしている場合は、住宅に供給される熱量に関する状態量が吹き出し温度と風速、空調システムから住宅に供給される熱量Ｑ_ＨＶ _ＡＣが吹き出し温度×風速となる。

以上より、本実施の形態６によれば、全館の空調を行うダクト空調システムのダクトに吹き出す空気の吹き出し温度に基づいて制御対象熱特性モデル８の熱輸送方程式パラメータを算出するため、全館をダクトにより冷暖房するダクト空調システムのフィードバック制御手段４の制御パラメータを専用運転なしに決定できる効果がある。

実施の形態７．
以下、本実施の形態７について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。

実施の形態１ではヒートポンプでお湯を生成し、沸かしたお湯を暖房したいところへ送り、ラジエータ、ファンコイルなどの放熱装置を用いて暖房するＡＴＷシステムで説明したが、本実施の形態７では住宅の一部の部屋にルームエアコンを取り付けた部屋毎の個別の空調システムとする。

部屋毎の個別の空調システムでは、図２のフィードバック制御手段４の内部の状態量指令は吹き出し温度指令となり、状態量制御手段１３は図１５となる。本実施の形態７では、住宅に供給される熱量に関する状態量、および空調システムから住宅に供給される熱量Ｑ_ＨＶＡＣとして、各部屋に吹き出す空気の吹き出し温度を使用する。吹き出す空気の風速をファンで可変にしている場合は、住宅に供給される熱量に関する状態量が吹き出し温度と風速、空調システムから住宅に供給される熱量Ｑ_ＨＶＡＣが吹き出し温度×風速となる。

また（１）〜（３）式の熱輸送方程式は空調システムの取り付けられている部屋での方程式となり、図５、図９、図１０の制御対象熱特性モデル８は空調システムの取り付けられている部屋でのモデルとなり、制御対象熱特性モデル算出手段１では、空調システムの取り付けられている部屋の熱特性モデルを算出する。

以上より、本実施の形態７によれば、各部屋に取り付けた空調システムのフィードバック制御手段４の制御パラメータを専用運転なしに決定できる効果がある。

実施の形態８．
以下、本実施の形態８について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図１６は、本発明の実施の形態８に係る空調システムの制御装置１０２のブロック図である。

本実施の形態８では、図１６に示すように制御対象熱特性モデル算出手段１の外部に状態量記録手段１４を設けている点が実施の形態１と異なっている。
実施の形態１では、図１のフィードバック制御手段４、制御対象熱特性モデル算出手段１、制御パラメータ決定手段２がいずれも空調システム専用のコントローラに内蔵されている。一方、本実施の形態８では、フィードバック制御手段４、状態量記録手段１４は空調システム専用のコントローラに内蔵し、制御対象熱特性モデル算出手段１、制御パラメータ決定手段２は制御パラメータ決定時のみ接続するパーソナルコンピュータに内蔵されている。

そして、空調システムの通常運転時に、住宅に供給される熱量に関する状態量、室温、外気温、日射量を状態量記録手段１４に時々刻々記録し、制御パラメータ決定時に記録した住宅に供給される熱量に関する状態量、室温、外気温、日射量を制御対象熱特性モデル算出手段１に送る。

以上より、本実施の形態８によれば、制御対象熱特性モデル算出手段１、制御パラメータ決定手段２は制御パラメータ決定時のみ接続するパーソナルコンピュータに内蔵するため、空調システム専用コントローラのプログラムの規模を小さくできる効果がある。

実施の形態９．
以下、本実施の形態９について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
本実施の形態９では、住宅に供給される熱量に関する状態量として、出湯温度ではなく、図３に示される出湯温度指令を用いる点が実施の形態１と異なっている。

以上より、本実施の形態９によれば、出湯温度ではなく出湯温度指令を用いてフィードバック制御手段４の制御パラメータを決定するため、出湯温度の測定値に誤差がある場合や、ノイズが入る場合でも制御対象熱特性モデル８の熱輸送方程式パラメータを高精度に算出でき、空調システムの制御パラメータを専用運転なしに決定できる効果がある。

実施の形態１０．
以下、本実施の形態１０について説明するが、実施の形態１と重複するものについては省略し、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付す。
図１７は、本発明の実施の形態１０に係る空調システムの制御装置１０３のブロック図である。

本実施の形態１０では、図１７に示すように制御対象熱特性モデル算出手段１に入力されるパラメータとして、制御対象５である住宅に供給される熱量に関する状態量ではなく、制御対象５である住宅に供給される熱量に関する状態量の目標値（状態量指令）である点が実施の形態１と異なっている。

制御対象熱特性モデル算出手段１は、図１７に示すように制御対象５である住宅に供給される熱量に関する状態量である出湯温度の目標値（状態量指令）および流量と、住宅内部の室温と、外部環境計測手段３で計測した外乱である外気温および日射量と、が入力される。
なお、ＡＴＷシステムにおいて住宅内部で送っているお湯の流量が一定の場合は、住宅に供給される熱量に関する状態量として出湯温度のみでも構わない。

そして、上記の各入力値に基づいて熱輸送方程式パラメータを算出し、そのパラメータを制御パラメータ決定手段２に出力する。また、熱輸送方程式パラメータは、本発明の「制御対象の熱特性に関するモデルのパラメータ」に相当する。

以上より、本実施の形態１０によれば、建物に供給する熱量に関する状態量の測定値にノイズなどが含まれる場合でも、制御対象熱特性モデル８の熱輸送方程式パラメータを高精度に算出できる効果がある。

１制御対象熱特性モデル算出手段、２制御パラメータ決定手段、３外部環境計測手段、４フィードバック制御手段、５制御対象、６温度指令生成手段、７目標指令生成手段、８制御対象熱特性モデル、９外乱生成手段、１０フィードバック制御手段ＩＩ、１１冷凍サイクル、１２ＰＩＤ制御手段、１３状態量制御手段、１４状態量記録手段、１００制御装置、１０１制御装置、１０２制御装置、１０３制御装置。

Claims

フィードバック制御の制御パラメータおよび室温の目標値と測定された室温との差から状態量指令を生成し、前記状態量指令に基づいて室温を目標値に制御するフィードバック制御手段と、
通常運転時に、少なくとも制御対象に供給される熱量に関する状態量または前記状態量指令と前記測定された室温とから、制御対象の熱特性に関するモデルのパラメータを算出する制御対象熱特性モデル算出手段と、
制御対象の熱特性に関するモデルを表す式と前記制御対象の熱特性に関するモデルのパラメータとを用いて前記制御パラメータを決定する制御パラメータ決定手段と、を備え、
前記制御対象の熱特性に関するモデルとして、熱回路網モデルを用いる
空調システムの制御装置。
前記制御対象の熱特性に関するモデルを表す式が熱輸送方程式であり、前記制御対象の熱特性に関するモデルのパラメータが熱輸送方程式パラメータであり、
前記制御パラメータ決定手段が、前記熱輸送方程式と前記熱輸送方程式パラメータとを用いて決定される伝達関数を用いて前記制御パラメータを決定する
請求項１に記載の空調システムの制御装置。
前記制御対象に供給される熱量に関する状態量として、出湯温度に関する状態量を用いる
請求項１または２に記載の空調システムの制御装置。
ダクトを備えた空調システムであって、
前記制御対象に供給される熱量に関する状態量として、前記ダクトに吹き出す空気の吹き出し温度に関する状態量を用いる
請求項１または２に記載の空調システムの制御装置。
圧縮機を備え、
前記制御対象に供給される熱量に関する状態量として、前記圧縮機の周波数に関する状態量を用いる
請求項１または２に記載の空調システムの制御装置。
前記制御パラメータ決定手段は、前記伝達関数を用いたシミュレータを内蔵し、
あらかじめ定められた規則に従って前記制御パラメータの値を変更しながら、前記制御パラメータの組み合わせごとにシミュレーションを行い、そのシミュレーション結果に基づいて前記制御パラメータを決定する
請求項２または請求項２に従属する請求項３〜５のいずれか一項に記載の空調システムの制御装置。
前記制御パラメータは、目標指令がステップ状に変化したときの最初に目標値に到達するまでの時間Ｔ_ａおよび最大オーバーシュート量Ｋ_ａと、ステップ状の外乱が作用したときに規定の誤差範囲に収まるまでの時間Ｔ_ｂおよび最大オーバーシュート量Ｋ_ｂの重みつき和が最小となる制御パラメータに、あらかじめ定められた補正係数を乗じたものである
請求項６に記載の空調システムの制御装置。
前記制御パラメータ決定手段は、
あらかじめ定められた規則に従って前記制御パラメータの値を変更しながら、前記フィードバック制御手段と前記制御対象の熱特性に関するモデルとで構成される閉ループの伝達関数の極を算出し、その算出した極の位置に基づいて前記制御パラメータを決定する
請求項１〜５のいずれか一項に記載の空調システムの制御装置。
前記制御パラメータ決定手段は、
前記フィードバック制御手段と前記制御対象の熱特性に関するモデルとで構成される閉ループの伝達関数の分母の係数の比に基づいて前記制御パラメータを決定する
請求項１〜５のいずれか一項に記載の空調システムの制御装置。
前記制御対象熱特性モデル算出手段は、
前記制御対象に供給される熱量に関する状態量と前記測定された室温に加え、
外乱から前記パラメータを算出する
請求項１〜９のいずれか一項に記載の空調システムの制御装置。
通常運転時に、少なくとも制御対象に供給される熱量に関する状態量と測定された室温とから、制御対象の熱特性に関するモデルのパラメータを算出し、制御対象の熱特性に関するモデルの式と前記熱特性に関するモデルのパラメータとを用いて制御パラメータ決定手段で室温を目標値に制御するフィードバック制御手段のフィードバック制御の制御パラメータを決定し、
前記制御対象の熱特性に関するモデルとして、熱回路網モデルを用いる
空調システムの制御方法。