JP7516119B2 - 空調制御装置及び空調機の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、空調機を制御する空調制御装置並びに空調機の制御方法に関する。

空調機では、室温と目標温度との偏差に基づくフィードバック制御によりコンプレッサの回転数を調整すると共に、外気温の変動が発生した場合に外気温の変化に基づくフィードフォワード制御を行い外気温の変化に対して室温の変化を抑制する制御方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

また、加湿器を備える空調機において、加湿器のオン／オフによる室温の変動を抑制するために、加湿器が起動した際にフィードフォワード制御によって温水供給量を増加させて室温の変動を抑制する制御方法が用いられている（例えば、特許文献２）。

特開２０００－３０４３２９号公報 特開２００３－３３６８８７号公報

しかし、従来技術のフィードフォワード制御では、外気温の変化等の外乱が大きい場合には、フィードフォワード制御がフィードバック制御の外乱となってしまい、室温の変化が大きくなってしまう場合があった。

そこで、本発明は、空調機の制御に対する外乱事象が発生した場合の室温の変動を抑制することを目的とする。

本発明の空調制御装置は、空調空間の室温測定値と室温目標値とが一致するように空調機をフィードバック制御する空調制御装置において、前記フィードバック制御に対する外乱事象が発生した場合に、前記外乱事象の指標値を算出し、前記指標値の移動平均値を算出し、移動平均値制御ゲイン補正量変換関数を用いて前記指標値の前記移動平均値を前記外乱事象によって発生する室温測定値の変動を相殺する前記フィードバック制御の制御ゲイン補正量に変換し、前記制御ゲイン補正量により前記フィードバック制御の制御ゲインを補正すること、を特徴とする。

本発明の空調制御装置は、空調空間の室温測定値と室温目標値とが一致するように空調機をフィードバック制御する空調制御装置において、前記フィードバック制御に対する外乱事象が発生した場合に、前記外乱事象の指標値を算出し、前記指標値の移動平均値を算出し、移動平均値室温目標値補正量変換関数を用いて前記指標値の移動平均値を前記外乱事象によって発生する室温測定値の変動を相殺する前記フィードバック制御の室温目標値補正量に変換し、前記室温目標値補正量により前記フィードバック制御の室温目標値を補正すること、を特徴とする。

これにより、大きな外乱事象が発生した場合でも室温の変動を抑制することができる。

本発明の空調制御装置において、前記空調機は、外気ダンパと、ファンと、前記ファンを駆動するインバータ装置と、前記加湿器とを含み、前記外乱事象は、前記外気ダンパの開度の変動、前記インバータ装置の出力の変動、加湿器の動作状態の変動、外気温の変動、前記空調空間に出入りするドアの開閉、前記空調空間の在室人数の変動のいずれか１つ又は複数でもよい。

これにより、様々な外乱事象が発生した場合でも室温の変動を抑制することができる。

本発明の空調機の制御方法は、空調空間の室温を調整する空調機の制御方法であって、前記空調空間の室温測定値と室温目標値とが一致するように空調機をフィードバック制御している際に、前記フィードバック制御に対する外乱事象が発生した場合に、前記外乱事象の指標値を算出する第１ステップと、前記指標値の移動平均値を算出する第２ステップと、移動平均値制御ゲイン補正量変換関数を用いて前記指標値の前記移動平均値を前記外乱事象によって発生する室温測定値の変動を相殺する前記フィードバック制御の制御ゲイン補正量に変換する第３ステップと、前記制御ゲイン補正量により前記フィードバック制御の制御ゲインを補正する第４ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の空調機の制御方法は、空調空間の室温を調整する空調機の制御方法であって、前記空調空間の室温測定値と室温目標値とが一致するように空調機をフィードバック制御している際に、前記フィードバック制御に対する外乱事象が発生した場合に、前記外乱事象の指標値を算出する第１ステップと、前記指標値の移動平均値を算出する第２ステップと、移動平均値室温目標値補正量変換関数を用いて前記指標値の移動平均値を前記外乱事象によって発生する室温測定値の変動を相殺する前記フィードバック制御の室温目標値補正量に変換する第５ステップと、前記室温目標値補正量により前記フィードバック制御の室温目標値を補正する第６ステップと、を含むことを特徴とする。

これにより、大きな外乱事象が発生した場合でも室温の変動を抑制することができる。

本発明の空調機の制御方法において、前記空調機は、外気ダンパと、ファンと、前記ファンを駆動するインバータ装置と、加湿器とを含み、前記外乱事象は、前記外気ダンパの開度の変動、前記インバータ装置の出力の変動、前記加湿器の動作状態の変動、外気温の変動、前記空調空間に出入りするドアの開閉、前記空調空間の在室人数の変動のいずれか１つ又は複数でもよい。

これにより、様々な外乱事象が発生した場合でも室温の変動を抑制することができる。

本発明は、空調機の制御に対する外乱事象が発生した場合の室温の変動を抑制することができる。

実施形態の空調制御装置を用いた空調システムの構成を示す系統図である。 実施形態の空調制御装置の制御ブロック図である。 図１に示す空調システムにおいて、暖房運転中に加湿器が停止状態から動作状態となった場合の加湿器動作値と、加湿器動作値の移動平均値と、重み付き制御ゲイン補正量との時間変化を示すグラフである。 図１に示す空調システムにおいて、暖房運転中に加湿器が停止状態から動作状態となった場合の制御に用いる変換関数と、ウェイト関数とを示す図である。 図１に示す空調システムにおいて、暖房運転中に加湿器が停止状態から動作状態となった場合のヒータコア出口空気温度と、室温と、室温ＰＩＤブロックの制御ゲインと、重み付き制御ゲイン補正量と、温水流量調節弁の開度との変化を示すタイムチャートである。 図１に示す空調システムにおいて、暖房運転中に外気ダンパの開度が変化した場合の外気ダンパ開度と、外気ダンパ開度の移動平均値と、重み付き制御ゲイン補正量との時間変化を示すグラフである。 図１に示す空調システムにおいて、暖房運転中に外気ダンパの開度が変化した場合の制御に用いる変換関数と、ウェイト関数とを示す図である。 図１に示す空調システムにおいて、冷房運転中に外気温が上昇した場合の単位時間当たりの外気温の差と、単位時間当たりの外気温の差の移動平均値と、重み付き制御ゲイン補正量との時間変化を示すグラフである。 図１に示す空調システムにおいて、冷房運転中に外気温が変動した場合の制御に用いる変換関数と、ウェイト関数とを示す図である。 図１に示す空調システムにおいて、暖房運転中に外気温が変動した場合の制御に用いる変換関数を示す図である。 他の実施形態の空調制御装置の制御ブロック図である。

以下、図面を参照しながら実施形態の空調制御装置６０について説明する。最初に図１を参照しながら実施形態の空調制御装置６０を用いた空調システム１００について説明する。空調システム１００は、空調空間であるビルの部屋５０の室温が室温目標値となるように調整するものである。図１に示すように、空調システム１００は、空調機１０と、空調制御装置６０とを備えている。

空調機１０は、ファン１１と、クーラコア１２と、ヒータコア１３と、加湿器１４と、外気導入ダクト３１と、空調機給気ダクト３２と、部屋給気ダクト３３と、還気ダクト３４と、循環ダクト３５と、排気ダクト３６と、外気ダンパ３７と、還気ダンパ３９と、排気ダンパ４１と、を備えている。

ファン１１はインバータ装置１６によって回転数が制御されるモータ１５で駆動される。クーラコア１２は、チラー１７で生成した冷水が流れる熱交換器であり、冷水によって部屋５０に流入する空気を冷却する。チラー１７とクーラコア１２との間の冷水配管には、クーラコア１２に流入する冷水の流量を調節する冷水流量調節弁１８が設けられている。ヒータコア１３は、ボイラ２０で生成した温水によって部屋５０に流入する空気を加温する熱交換器である。ボイラ２０とヒータコア１３との間の温水配管には、ヒータコア１３に流入する温水の流量を調節する温水流量調節弁２１が設けられている。加湿器１４は、部屋５０に流入する空気に水を噴霧して空気の湿度を上げる水の噴霧器である。加湿器１４に噴霧用の水を供給する給水配管には、噴霧水の流量を調節する噴霧水流量調節弁２３が設けられている。

外気導入ダクト３１は一端が大気に開放されており、外気を導入するダクトである。空調機給気ダクト３２は、外気導入ダクト３１の下流側と空調機１０とを接続するダクトであり、空調機１０に空気を導入するダクトである。部屋給気ダクト３３は、空調機１０で冷却、加温、或いは加湿された空気を部屋５０に導入するダクトである。還気ダクト３４は、部屋５０から空気を流出させるダクトである。循環ダクト３５は、還気ダクト３４の下流端と空調機給気ダクト３２の上流端とを接続し、部屋５０から還気ダクト３４に流出した空気を空調機１０に循環させるダクトである。排気ダクト３６は、還気ダクト３４に接続されて一端が大気に開放されたダクトであり、部屋５０から流出した空気の一部又は全部を大気に排気するダクトである。

循環ダクト３５には、空調機１０と部屋５０との間を循環する空気の流量を調整する還気ダンパ３９が取付けられている。外気導入ダクト３１には、空調機１０を通して部屋５０に導入する外気の流量を調整する外気ダンパ３７が取付けられている。また、排気ダクト３６には、外気ダンパ３７を通して導入した空気量と同一量の空気を外気に排出する排気ダンパ４１が取付けられている。

部屋給気ダクト３３には、空調機１０から部屋５０に給気される空気の給気温度を検出する給気温度センサ４３が取付けられている。また、部屋５０には部屋５０の室温を検出する室温センサ５４と、部屋５０の二酸化炭素濃度を検出するＣＯ２センサ５５と、部屋５０の湿度を測定する湿度センサ５６とが取付けられている。部屋５０には部屋５０に出入りするドア５１が取付けられている。ドア５１には、ドア５１の開閉状態を検出するドア開閉センサ５２が取付けられている。また、ドア５１の近くの部屋５０の外側には、入退出システムのカードリーダ５３が取付けられている。

空調制御装置６０は、コントローラ６１と、コントローラ６１に制御条件等を入力する入力装置６２とで構成されている。コントローラ６１は、内部に情報処理を行うプロセッサであるＣＰＵ６３と制御プログラムや制御用データが格納されているメモリ６４とを含むコンピュータである。入力装置６２は、例えば、キーボードやマウスでもよい。メモリ６４の中には、後で説明する変換関数ブロック８３，９３，９８とウェイト関数ブロック８４，９４，９９に用いる関数が格納されている。

給気温度センサ４３と、室温センサ５４と、ＣＯ２センサ５５と、湿度センサ５６と、ドア開閉センサ５２と、カードリーダ５３とはコントローラ６１に接続されており、給気温度センサ４３で測定した給気温度測定値と、室温センサ５４で測定した室温測定値と、ＣＯ２センサ５５で検出したＣＯ２濃度測定値と、湿度センサ５６とで測定した湿度測定値とはコントローラ６１に入力される。また、ドア開閉センサ５２で検出したドア５１の開閉状態信号もコントローラ６１に入力される。また、カードリーダ５３もコントローラ６１に接続されており、コントローラ６１は、カードリーダ５３からの入力に基づいて、部屋５０の中の在籍人数を算出する。

空調機１０のファン１１のモータ１５を駆動するインバータ装置１６と、冷水流量調節弁１８、温水流量調節弁２１、噴霧水流量調節弁２３の各開度を調整するモータ１９，２２，２４はコントローラ６１に接続されてコントローラ６１からの指令によって動作する。同様に、外気ダンパ３７、還気ダンパ３９、排気ダンパ４１の開度を調整する各モータ３８，４０，４２もコントローラ６１に接続されており、コントローラ６１の指令によって動作する。

空調システム１００は、部屋５０から還気ダクト３４、循環ダクト３５、空調機給気ダクト３２を通して空調機１０に流入した空気をクーラコア１２で冷却、或いは、ヒータコア１３で加温し、部屋給気ダクト３３から部屋５０に循環させる。コントローラ６１は、室温センサ５４で測定した室温測定値と室温目標値とが一致するようにフィードバック制御で冷水流量調節弁１８又は温水流量調節弁２１の開度を調節し、クーラコア１２に供給する冷水の流量又はヒータコア１３に供給する温水の流量を調節する。

また、空調システム１００は、部屋５０のＣＯ２濃度が高くなった場合には外気ダンパ３７と排気ダンパ４１の開度を大きくし、還気ダンパ３９の開度を小さくして、外気を循環空気の中に取り入れると共に、取り入れた空気と同量の空気を排気ダクト３６から大気に排気する。

また、暖房運転の際に部屋５０の湿度センサ５６測定した部屋５０の湿度測定値が低下した場合には、噴霧水流量調節弁２３を開として水を加湿器１４に導入し、加湿器１４から部屋５０への給気の中に水を噴霧して湿度を上昇させる。

次に図２を参照しながら、空調制御装置６０の室温制御の制御ブロックについて説明する。各制御ブロックは、コントローラ６１のＣＰＵ６３がメモリ６４に格納されている動作プログラムを実行することにより実現できる。図２に示すように、空調制御装置６０は、室温ＰＩＤブロック７１と、加算器７２，８７と、外乱指標値ブロック８１，９１と、平均化処理ブロック８２，９２と、変換関数ブロック８３，９３と、ウェイト関数ブロック８４，９４と、制御許可状態判別ブロック８５，９５と、空調機状態判別ブロック８６，９６とを含んでいる。

室温ＰＩＤブロック７１は、室温センサ５４で測定した室温測定値が入力され、室温測定値と室温目標値とが一致するようにフィードバック制御によって冷水流量調節弁１８又は温水流量調節弁２１の開度を調整する制御ゲインを生成する。

外乱指標値ブロック８１，９１は、外気ダンパ３７の開度の変動、ファン１１の駆動用のインバータ装置１６出力の変動、加湿器１４状態の変動、外気温の変動、ドア５１の開閉、部屋５０在室人数の変動等の外乱事象にそれぞれ対応する各指標値を算出する。

平均化処理ブロック８２は、外乱指標値ブロック８１，９１が算出した指標値の移動平均値を計算する。

変換関数ブロック８３，９３は、平均化処理ブロック８２，９２が算出した移動平均値を変換関数によって外乱事象によって発生する室温測定値の変動を相殺するフィードバック制御の制御ゲイン補正量に変換する。変換関数は、コントローラ６１のメモリ６４の中に格納されている。

ウェイト関数ブロック８４，９４は、変換関数ブロック８３，９３によって変換された制御ゲイン補正量に時間変化するウェイトを掛けて重み付き制御ゲイン補正量を算出する。ウェイト関数ブロック８４，９４の関数はコントローラ６１のメモリ６４に格納されている。

入力装置６２からの入力に基づいて、制御許可状態判別ブロック８５，９５は、その外乱に対応するフィードフォワード制御の追加を許可するかどうかを判別する。また、空調機状態判別ブロック８６，９６は、入力装置６２からの入力に基づいて空調機１０が運転されているかどうかを判別する。フィードフォワード制御が許可されており、空調機１０が運転状態の場合には、制御許可状態判別ブロック８５，９５、空調機状態判別ブロック８６，９６はオンになっている。

加算器８７は、ウェイト関数ブロック８４，９４によって算出された重み付き制御ゲイン補正量を加算して合計制御ゲイン補正量とする。

加算器７２は、合計制御ゲイン補正量を室温ＰＩＤが出力するフィードバック制御の制御ゲインに合計制御ゲイン補正量を加算する。

次に図３～５を参照しながら外乱事象の例として暖房中に加湿器１４の運転が停止状態から動作状態に変更された場合の空調制御装置６０の動作について説明する。図３に示すように、時刻ｔ０までの間、加湿器１４は停止状態で空調機１０は暖房運転している。部屋５０に取付けた湿度センサ５６で測定した湿度が低くなると、時刻ｔ０に加湿器１４が運転状態となる。加湿器１４が運転されると、部屋５０への給気の中に水が噴霧されるので、フィードバック制御のみでは室温が一旦低下する。空調制御装置６０は、以下のようなフィードフォワード制御によって室温の低下を抑制する。

加湿器１４の運転が停止状態から動作状態に変更された場合には、図２に示す外乱指標値ブロック８１、平均化処理ブロック８２、変換関数ブロック８３、ウェイト関数ブロック８４、制御許可状態判別ブロック８５、空調機状態判別ブロック８６によって重み付き制御ゲイン補正量を算出してフィードバック制御の制御ゲインに加算する。

外乱指標値ブロック８１は、加湿器状態の変更という外乱事象に対する指標値として加湿器動作値を出力する。図３（ａ）の線ａ１に示すように、加湿器動作値は、加湿器１４が停止している場合には０、加湿器１４が動作している場合には１となる。従って、時刻ｔ０に加湿器１４が停止状態から動作状態となると、外乱指標値ブロック８１の出力する加湿器動作値は０から１になる。

平均化処理ブロック８２は、外乱指標値ブロック８１から入力された加湿器動作値の移動平均値を算出する。移動平均値は、例えば、３０秒から１分程度の移動時間平均値でもよい。図３の（ｂ）の線ｂ１に示すように、加湿器動作値の移動平均値は、時刻ｔ０の０から次第に大きくなり、時刻ｔ１には１になる。

変換関数ブロック８３には、平均化処理ブロック８２が算出した加湿器動作値の移動平均値を室温測定値の変動を相殺するフィードバック制御の制御ゲイン補正量に変換する関数が格納されている。図４に示すように、関数は、加湿器動作値の移動平均値が０の場合は０で、０を超えると、一定の定数となっている。従って、変換関数ブロック８３が出力する制御ゲイン補正量は、加湿器動作値の移動平均値に比例した数値となる。

ウェイト関数ブロック８４は、図４に示すように時刻ｔ０から時刻ｔ１１までの所定時間の間は、１．０のウェイトを制御ゲイン補正量に掛け、時刻ｔ１１以降は、次第にウェイトを小さくし、時刻ｔ１２には０となる関数である。図４に示す時刻ｔ０からｔ１１までの期間は、図３の（ｃ）に示す時刻ｔ０からｔ２までの期間に相当し、図４に示す時刻ｔ１１からｔ１２までの期間は、図３の（ｃ）に示す時刻ｔ２からｔ３の期間に相当する。従って、ウェイト関数ブロック８４は、図３の（ｃ）の線ｇ１に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ２までは、変換関数ブロック８３の出力した制御ゲイン補正量を重み付き制御ゲイン補正量として出力し、図３の（ｃ）に示す時刻ｔ２以降は、変換関数ブロック８３の出力した制御ゲイン補正量を低減して重み付き制御ゲイン補正量として出力する。そして、図３の（ｃ）に示す時刻ｔ３以降は重み付き制御ゲイン補正量の出力は０となる。

フィードフォワード制御が許可されており、空調機１０が運転状態なので制御許可状態判別ブロック８５、空調機状態判別ブロック８６はオンとなっている。従って図３の（ｃ）に示す重み付き制御ゲイン補正量は加算器７２で室温ＰＩＤから出力されたフィードバック制御の制御ゲインに加算される。そして、加算された制御ゲインを用いて温水流量調節弁２１のモータ２２を調整して温水流量調節弁２１の開度が調整される。

図５の線ｆ１に示すように、時刻ｔ０に加湿器１４が停止状態から動作状態となると、噴霧水が部屋５０に流入する給気に噴射される。すると、図５の線ｆ５に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間、重み付き制御ゲイン補正量が増加する。この重み付き制御ゲイン補正量は、室温ＰＩＤブロック７１から出力されるフィードバック制御の制御ゲインに加算されて温水流量調節弁２１のモータ２２を調整する。これにより、図５の線ｆ６に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間、温水流量調節弁２１の開度が大きくなる。すると、ヒータコア１３に流入する温水の流量が増加し、図５の線ｆ２に示すように時刻ｔ０から時刻ｔ１の間、ヒータコア１３の出口の空気温度は次第に高くなる。ヒータコア１３を出た空気には加湿器１４で噴霧水が噴霧されて少し温度が下がってから部屋５０に流入する。このため、図５の線ｆ３に示すように加湿器１４が停止状態から動作状態となった場合でも、部屋５０の温度が低下することを抑制できる。

図５の線ｆ３に示すように時刻ｔ１以降、室温が少しずつ上昇してくる。これにより、図５の線ｆ４に示すように、室温ＰＩＤブロック７１が出力するフィードバック制御の制御ゲインが小さくなってくる。一方、図５の線ｆ５に示すように重み付き制御ゲイン補正量は一定なので、フィードバック制御の制御ゲインと重み付き制御ゲイン補正量の合計は小さくなり、図５の線ｆ６に示すように、温水流量調節弁２１の開度は小さくなるが、時刻ｔ０よりも開度が大きくなっている状態を維持しており、室温の低下を抑制している。

そして、図５の線ｆ５に示すように、時刻ｔ２からｔ３にかけて重み付き制御ゲイン補正量は小さくなって時刻ｔ３には０となりフィードフォワード制御が終了する。その後、室温ＰＩＤブロック７１によるフィードバック制御によって温水流量調節弁２１の開度が調整され、室温の制御が行われる。

以上説明したように、実施形態の空調制御装置６０は、暖房運転中に加湿器１４が停止状態から動作状態となった場合でも室温低下を抑制することができる。

次に図６、図７を参照して暖房運転中に外気ダンパ３７の開度が大きくなった場合の動作について説明する。空調システム１００は、暖房運転中には、通常、外気ダンパ３７と排気ダンパ４１の開度を２０％、還気ダンパ３９の開度を８０％としている。部屋５０に取付けたＣＯ２センサ５５によって部屋５０のＣＯ２濃度が高くなると、コントローラ６１は、図６の（ａ）に示す時刻ｔ０に外気ダンパ３７の開度と排気ダンパ４１の開度を２０％から４０％に大きくし、還気ダンパ３９の開度を８０％から６０％に小さくする。これにより、流入する外気流量が多くなるのでフィードバック制御のみでは室温が一旦低下する。空調制御装置６０は、以下のようなフィードフォワード制御によって室温の低下を抑制する。

外気ダンパ３７の開度が変更された場合には、図２に示す外乱指標値ブロック９１、平均化処理ブロック９２、変換関数ブロック９３、ウェイト関数ブロック９４、制御許可状態判別ブロック９５、空調機状態判別ブロック９６によって重み付き制御ゲイン補正量を算出してフィードバック制御の制御ゲインに加算する。

外乱指標値ブロック９１は、外気ダンパ３７の開度の変更という外乱事象に対する指標値として外気ダンパ３７の開度を出力する。図６の（ａ）の線ａ２に示すように、外気ダンパ３７の開度は、時刻ｔ０までは、基本設定値の２０％、時刻ｔ０以降は、４０％となる。

平均化処理ブロック９２は、平均化処理ブロック８２と同様、図６の（ｂ）の線ｂ２に示すように外乱指標値ブロック９１から入力された外気ダンパ３７の開度の移動平均値を計算する。

変換関数ブロック９３には、図７に示すような外気ダンパ３７の開度の移動平均値に対する制御ゲイン補正量の変換関数が格納されている。図７に示す変換関数は、基本設定の２０％の場合が０で開度が大きくなるに従って直線的に大きくなる。

ウェイト関数ブロック９４は、ウェイト関数ブロック８４と同様、時刻ｔ０から時刻ｔ１３までの所定時間の間は、１．０のウェイトを制御ゲイン補正量に掛け、時刻ｔ１３以降は、次第にウェイトを小さくし、時刻ｔ１４にはゼロとなる関数である。ここで、図７に示す時刻ｔ０からｔ１３までの期間は、図６の（ｃ）に示す時刻ｔ０からｔ４までの期間に相当し、図７に示す時刻ｔ１３からｔ１４までの期間は、図６の（ｃ）に示す時刻ｔ５からｔ６の期間に相当する。

また、制御許可状態判別ブロック９５、空調機状態判別ブロック９６はオンとなっている。

先に図５を参照して説明した加湿器１４の動作開始の場合と同様、時刻ｔ０に外気ダンパ３７の開度が変更されて外気の流入量が多くなると、時刻ｔ４までの間、図６の（ｃ）の線ｇ２に示すように、重み付き制御ゲイン補正量が増加し、温水流量調節弁２１のモータ２２を調整する制御ゲインが大きくなる。これにより、時刻ｔ０から時刻ｔ４までの間、温水流量調節弁２１の開度が大きくなる。その後、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、重み付き制御ゲイン補正量は一定で温水流量調節弁２１の開度が大きくなった状態が維持される。これにより、外気ダンパ３７の開度が変更されて外気の流入量が多くなった場合でも、部屋５０の室温が低下することを抑制できる。

そして、時刻ｔ６に重み付き制御ゲイン補正量が０となるとフィードフォワード制御を終了する。

以上説明したように、実施形態の空調制御装置６０は、暖房運転中に外気ダンパ３７の開度が変更されて外気の流入量が多くなった場合でも室温低下を抑制することができる。

以上の説明では、加湿器１４が停止状態から動作状態となった場合と、外気ダンパ３７の開度が変更された場合について別々に説明したが、これら２つの外乱事象が同時に発生した場合には、それぞれに対応する重み付き制御ゲイン補正量は図２に示す加算器８７で加算されて合計制御ゲイン補正量が室温ＰＩＤブロック７１から出力されるフィードバック制御の制御ゲインに加算される。このため、複数の外乱事象が発生した場合でも室温の変動を効果的に抑制することができる。

次に図８、図９を参照しながら冷房運転中に外気温が急に上昇した場合の空調制御装置６０のフィードフォワード制御について説明する。

図８の（ａ）の線ａ３に示すように、外乱指標値ブロック（図示せず）は外気温の変動があった場合には、単位時間当たりの外気温の差を指標値として出力する。例えば、所定の時間間隔Δｔごとに外気温を測定し、その差分を指標値として出力する。そして平均化処理ブロック（図示せず）は、図８の（ｂ）の線ｂ３に示すように単位時間当たりの外気温の差の移動平均値を出力する。

図９に示すように、変換関数ブロック９８には、単位時間当たりの外気温の差の移動平均値に対する制御ゲイン補正量の変換関数が格納されている。図９に示すように、変換関数は、単位時間当たりの外気温の差の移動平均値がプラス方向に増加するとプラス側に大きくなり、単位時間当たりの外気温の差の移動平均値がマイナス側に増加するとマイナス側に大きくなる直線となっている。ウェイト関数ブロック９９は、先に説明したウェイト関数ブロック８４と同様、時刻ｔ０から時刻ｔ１５までの所定時間の間は、１．０のウェイトを制御ゲイン補正量に掛け、時刻ｔ１５以降は、次第にウェイトを小さくし、時刻ｔ１６にはゼロとなる関数である。ここで、図９に示す時刻ｔ０からｔ１５までの期間は、図８の（ｃ）に示す時刻ｔ０からｔ７までの期間に相当し、図９に示す時刻ｔ１５からｔ１６までの期間は、図８の（ｃ）に示す時刻ｔ７からｔ８の期間に相当する。

図８の（ａ）に示すように、外気温が上昇する変動が発生し、時刻ｔ０に単位時間当たりの外気温の差がプラス方向に大きくなると、時刻ｔ７までの間、図８の（ｃ）の線ｇ３に示すように、重み付き制御ゲイン補正量が増加し、冷水流量調節弁１８のモータ１９を調整する制御ゲインが大きくなる。これにより、時刻ｔ０から時刻ｔ７までの間、冷水流量調節弁１８の開度が大きくなる。その後、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの間、重み付き制御ゲイン補正量が低下し、時刻ｔ８には重み付き制御ゲインはゼロとなり、フィードフォワード制御は終了する。

また、冷房運転中に外気温が低下する変動があった場合には、上記と逆に重み付き制御ゲイン補正量がマイナスとなり、冷水流量調節弁１８のモータ１９を調整する制御ゲインが低下して室温の上昇を抑制する。

これにより、実施形態の空調制御装置６０は、冷房運転中に外気温の変動があった場合でも室温の上昇を抑制することができる。

以上の説明では、冷房運転中に外気温が上昇した場合にフィードフォワード制御により冷水流量調節弁１８の開度を大きくして室温の上昇を抑制する場合について説明したが、暖房運転の場合は、図１０に示すような関数を用いて、外気温が上昇した場合に温水流量調節弁２１の開度を小さくし、外気温が低下した場合には、温水流量調節弁２１の開度を大きくするようにする。

図１０に示す関数は、単位時間当たりの外気温の差の移動平均値がプラス方向に増加するとマイナス側に大きくなり、単位時間当たりの外気温の差の移動平均値がマイナス側に増加するとプラス側に大きくなる直線となっている。これにより、暖房運転中に外気温が低下する変動が発生した場合には、重み付き制御ゲイン補正量が大きくなり、温水流量調節弁２１の開度が大きくなって室温の低下を抑制する。また、暖房運転中に温度が上昇する変動があった場合には、温水流量調節弁２１の開度を小さくして室温の上昇を抑制することができる。

以上、外乱事象として加湿器１４が停止状態から動作状態となった場合と、外気ダンパ３７の開度が変更された場合と、外気温が変動する場合とを例として説明したが、これに限らず、ファン１１の駆動用のインバータ装置１６の出力の変動、部屋５０のドア５１の開閉、部屋５０の在室人数、日射量の変動などについても適用することができる。

インバータ装置１６の出力変動に対するフィードフォワード制御では、外気温の変動の場合と同様、単位時間当たりのインバータ装置１６の出力の差を指標値とし、変換関数として図１０と同様、単位時間当たりのインバータ装置１６の出力差の移動平均値がプラス方向に増加するとマイナス側に大きくなり、マイナス側に増加するとプラス側に大きくなる直線を用いる。これにより、インバータ装置１６の出力が増加して風量が増えた場合に冷水流量調節弁１８又は温水流量調節弁２１の開度を小さくし、インバータ装置１６の出力が低下して風量が減少した場合に冷水流量調節弁１８又は温水流量調節弁２１の開度を大きくして部屋５０の室温の変化を抑制することができる。

また、部屋５０の在室人数の変動に対するフィードフォワード制御では、外気温の変動の場合と同様、単位時間当たりの在室人数の差を指標値とし、冷房運転時には、変換関数として図９と同様、単位時間当たりの在室人数の差の移動平均値がプラス方向に増加するとプラス側に大きくなり、マイナス側に増加するとマイナス側に大きくなる直線を用いる。これにより、冷房運転中に在室人数が増加した場合には、冷水流量調節弁１８の開度を大きくして室温の上昇を抑制できる。また、暖房運転の場合は、変換関数として図１０と同様、単位時間当たりの在室人数の差の移動平均値がプラス方向に増加するとマイナス側に大きくなり、マイナス側に増加するとプラス側に大きくなる直線を用いる。これにより、暖房運転中に在室人数が増加した場合には、温水流量調節弁２１の開度を小さくして室温の上昇を抑制できる。

また、部屋５０のドア５１の開閉に対するフィードフォワード制御では、ドア開閉センサ５２によりドア５１の開閉状態を取得し、加湿器１４の運転状態の変動の場合と同様、指標値としドア５１が閉の場合には０、開の場合には１となるドア開閉動作値を用いる。また、変換関数として図４と同様、ドア開閉動作値の移動平均値が０の場合は０で、０を超えると、一定の定数となる関数を用いる。これによって、ドア５１が開放された場合には、冷水流量調節弁１８又は温水流量調節弁２１の開度が大きくなり、ドア５１の開閉による室温の変動を抑制することができる。

また、日射量の変動に対するフィードフォワード制御では、外気温の変動の場合と同様、単位時間当たりの日射の差を指標値とし、冷房運転の際には、図９と同様の直線の単位時間当たりの日射量の差の移動平均値に対する制御ゲイン補正量の関数を用い、暖房運転の際には、図１０と同様の直線の時間当たりの日射の差の移動平均値に対する制御ゲイン補正量の関数を用いる。これにより、日射量の変化による室温の変動を抑制することができる。

次に図１１を参照しながら他の実施形態の空調制御装置１６０について説明する。先に図１から図１０を参照して説明した部位には同様の符号を付して説明は省略する。

図１１に示す様に、空調制御装置１６０は、図２を参照して説明した空調制御装置６０の変換関数ブロック８３，９３を外乱事象によって発生する室温測定値の変動を相殺するフィードバック制御の室温目標値補正量に変換する変換関数ブロック１８３，１９３としたものである。変換関数ブロック１８３，１９３は、平均化処理ブロック８２，９２が算出した移動平均値を室温目標値補正量に変換する。そして、ウェイト関数ブロック８４，９４は変換関数ブロック１８３，１９３から入力された室温目標値補正量を重み付き室温目標値補正量として出力する。そして、重み付き室温目標値補正量をフィードバック制御の室温目標値に加算して室温ＰＩＤブロック７１に入力する。

これ以外の制御ブロックは図２を参照して説明した空調制御装置６０の制御ブロックと同様である。図１１に示す空調制御装置１６０は、先に図２を参照して説明した空調制御装置６０と同様の動作を行い、同様の効果を奏する。

以上の説明では、コントローラ６１は、ＣＰＵ６３とメモリ６４とを含むコンピュータであり、各制御ブロックは、ＣＰＵ６３がメモリ６４に格納された動作プログラムを実行することで実現できるとして説明した。この場合、プロセッサであるＣＰＵ６３は、部屋５０の室温測定値と室温目標値とが一致するように空調機１０をフィードバック制御している際に、フィードバック制御に対する外乱事象が発生した場合に、外乱事象の指標値を算出する第１ステップと、指標値の移動平均値を算出する第２ステップと、変換関数を用いて指標値の移動平均値を外乱事象によって発生する室温測定値の変動を相殺するフィードバック制御の制御ゲイン補正量に変換する第３ステップと、制御ゲイン補正量によりフィードバック制御の制御ゲインを補正する第４ステップと、を実行する。また、図１１に示す制御ブロックの場合には、ＣＰＵ６３は、第３ステップと第４ステップとに代えて他の変換関数を用いて指標値の移動平均値を外乱事象によって発生する室温測定値の変動を相殺するフィードバック制御の室温目標値補正量に変換する第５ステップと、室温目標値補正量によりフィードバック制御の室温目標値を補正する第６ステップと、を実行する。

なお、各制御ブロックをコンピュータによって構成せず、電気回路を組み合わせて構成してもよい。

１０ 空調機、１１ ファン、１２ クーラコア、１３ ヒータコア、１４ 加湿器、１５ モータ、１６ インバータ装置、１７ チラー、１８ 冷水流量調節弁、１９，２２，２４，３８，４０，４２ モータ、２０ ボイラ、２１ 温水流量調節弁、２３ 噴霧水流量調節弁、３１ 外気導入ダクト、３２ 空調機給気ダクト、３３ 部屋給気ダクト、３４ 還気ダクト、３５ 循環ダクト、３６ 排気ダクト、３７ 外気ダンパ、３９ 還気ダンパ、４１ 排気ダンパ、４３ 給気温度センサ、５０ 部屋、５１ ドア、５２ ドア開閉センサ、５３ カードリーダ、５４ 室温センサ、５５ ＣＯ２センサ、５６ 湿度センサ、６０，１６０ 空調制御装置、６１ コントローラ、６２ 入力装置、６３ ＣＰＵ、６４ メモリ、７１ 室温ＰＩＤブロック、７２，８７ 加算器、８１，９１ 外乱指標値ブロック、８２，９２ 平均化処理ブロック、８３，９３，９８，１８３，１９３ 変換関数ブロック、８４，９４，９９ ウェイト関数ブロック、８５，９５ 制御許可状態判別ブロック、８６，９６ 空調機状態判別ブロック、１００ 空調システム。

Claims (6)

1. 空調空間の室温測定値と室温目標値とが一致するように空調機をフィードバック制御する空調制御装置において、
   前記フィードバック制御に対する外乱事象が発生した場合に、前記外乱事象の指標値を算出し、
   前記指標値の移動平均値を算出し、
   移動平均値制御ゲイン補正量変換関数を用いて前記指標値の前記移動平均値を前記外乱事象によって発生する室温測定値の変動を相殺する前記フィードバック制御の制御ゲイン補正量に変換し、
   前記制御ゲイン補正量により前記フィードバック制御の制御ゲインを補正すること、
   を特徴とする空調制御装置。
2. 空調空間の室温測定値と室温目標値とが一致するように空調機をフィードバック制御する空調制御装置において、
   前記フィードバック制御に対する外乱事象が発生した場合に、前記外乱事象の指標値を算出し、
   前記指標値の移動平均値を算出し、
   移動平均値室温目標値補正量変換関数を用いて前記指標値の移動平均値を前記外乱事象によって発生する室温測定値の変動を相殺する前記フィードバック制御の室温目標値補正量に変換し、
   前記室温目標値補正量により前記フィードバック制御の室温目標値を補正すること、
   を特徴とする空調制御装置。
3. 請求項1又は２に記載の空調制御装置であって、
   前記空調機は、外気ダンパと、ファンと、前記ファンを駆動するインバータ装置と、加湿器とを含み、
   前記外乱事象は、
   前記外気ダンパの開度の変動、前記インバータ装置の出力の変動、前記加湿器の動作状態の変動、外気温の変動、前記空調空間に出入りするドアの開閉、前記空調空間の在室人数の変動のいずれか１つ又は複数であること、
   を特徴とする空調制御装置。
4. 空調空間の室温を調整する空調機の制御方法であって、
   前記空調空間の室温測定値と室温目標値とが一致するように空調機をフィードバック制御している際に、前記フィードバック制御に対する外乱事象が発生した場合に、
   前記外乱事象の指標値を算出する第１ステップと、
   前記指標値の移動平均値を算出する第２ステップと、
   移動平均値制御ゲイン補正量変換関数を用いて前記指標値の前記移動平均値を前記外乱事象によって発生する室温測定値の変動を相殺する前記フィードバック制御の制御ゲイン補正量に変換する第３ステップと、
   前記制御ゲイン補正量により前記フィードバック制御の制御ゲインを補正する第４ステップと、
   を含むことを特徴とする空調機の制御方法。
5. 空調空間の室温を調整する空調機の制御方法であって、
   前記空調空間の室温測定値と室温目標値とが一致するように空調機をフィードバック制御している際に、前記フィードバック制御に対する外乱事象が発生した場合に、
   前記外乱事象の指標値を算出する第１ステップと、
   前記指標値の移動平均値を算出する第２ステップと、
   移動平均値室温目標値補正量変換関数を用いて前記指標値の移動平均値を前記外乱事象によって発生する室温測定値の変動を相殺する前記フィードバック制御の室温目標値補正量に変換する第５ステップと、
   前記室温目標値補正量により前記フィードバック制御の室温目標値を補正する第６ステップと、
   を含むことを特徴とする空調機の制御方法。
6. 請求項４又は５に記載の空調機の制御方法であって、
   前記空調機は、外気ダンパと、ファンと、前記ファンを駆動するインバータ装置と、加湿器とを含み、
   前記外乱事象は、
   前記外気ダンパの開度の変動、前記インバータ装置の出力の変動、前記加湿器の動作状態の変動、外気温の変動、前記空調空間に出入りするドアの開閉、前記空調空間の在室人数の変動のいずれか１つ又は複数であること、
   を特徴とする空調機の制御方法。