JPH0921574A

JPH0921574A - 多室空気調和機

Info

Publication number: JPH0921574A
Application number: JP7168595A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Yoshida; 康孝吉田; Yozo Hibino; 陽三日比野; Susumu Nakayama; 進中山; Hiroshi Yasuda; 弘安田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-07-04
Filing date: 1995-07-04
Publication date: 1997-01-21
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: JP3388305B2

Abstract

(57)【要約】【目的】いろいろな室内空気条件及び配管長等に応じ
て、快適な空気調和及び消費電力の最適化等をすること
ができる多室空気調和機を提供する。【構成】本多室空気調和機は、部屋の熱容量並びに熱
通過係数を少なくとも要因とする利用部１６１等の熱環
境の状態、及び圧縮機２の駆動周波数と多室空気調和機
の能力との関係を表す係数を、複数の所定の観測量を元
に時々刻々同定していくオンラインシステム同定器４７
と、フィードバック演算器４４とを有する制御演算装置
３２を有している。【効果】多室空気調和機が設置されるまで未知な構造
部分についての動特性をも明らかにして空調できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一台の室外機と一台ま
たは複数台の室内機によって、一室または複数室の室内
空気の過熱及び冷却を行う多室空気調和機に関し、特
に、その室内空気の温度等を好適に制御する多室空気調
和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような従来の多室空気調和機として
は、例えば、特開昭６３―２５４４６号公報等に記載さ
れた省電力を目指した多室空気調和機がある。

【０００３】また、省電力化を目的としたものではない
が、所定の入力を室内に与えその反応を検知すること
で、その空調をする室内の状態例えば室内容量及び室内
温度等を精密に認識して多室空気調和機の制御をする、
いわゆるシステム同定を用いた多室空気調和機もある。
このような従来の多室空気調和機としては、例えば、特
開昭６２−１２８８１６号公報、特開昭６３−２８２４
４１号公報、特開平３−１３７５４号公報等に記載され
た装置がある。

【０００４】ここで、省電力化を目的とした多室空気調
和機の公知例である特開昭６３―２５４４６号公報記載
の発明を説明する。この従来の発明は、空気調和機を起
動させ定常状態に達した後、先ず室内ファンを微小変動
させ、室内温度や圧縮機冷媒吐出過熱度等の制御対象を
変化させないよう圧縮機と室内電子膨張弁の開度を操作
し、その結果消費電力（電流）が如何に変化したかを測
定して、減少しているようだと前回の変動方向と同方向
に、増加しているようだと逆方向に室内ファン回転数を
変動させ続けるというものである。

【０００５】次にシステム同定を用いた多室空気調和機
の公知例である特開昭６２−１２８８１６号公報、特開
昭６３−２８２４４１号公報、特開平３―１２７５４号
公報の発明を説明する。この従来の発明は、微小振幅の
試験信号を操作信号に印加して、その時の検知信号から
多室空気調和機の動特性を同定モデルとして得、この同
定モデルを基として積分型最適制御器を設計し、制御時
において各操作信号の大きさに応じて積分型最適制御器
を選択するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
特開昭６３―２５４４６号公報の多室空気調和機では、
他の制御量を変動しないように固定した上で、電力量を
新たな制御対象として注目するものであるから、外乱が
作用しなかった時には実現容易な方法と思われる反面、
空気調和機の起動後、定常状態に達してからでないと使
用できないことや、室内温度や圧縮機冷媒吐出過熱度等
の制御量が、固定できないで変動してしまう場合にはそ
の手法が行えないほか、ある運転時における状態に対し
てのみしか考慮していないのであるから次回運転時には
前回の経験が役立たない等の問題がある。

【０００７】また、特開昭６２−１２８８１６号公報、
特開昭６３−２８２４４１号公報、特開平３―１３７５
４号公報に記載の多室空気調和機におけるシステム同定
法は、設計する際に制御定数を決定するための測定手段
であるオフライン同定と呼ばれるもので、設置する利用
部の熱容量や熱通過率等の事前に予測不可能な動特性パ
ラメータまでを同定することは不可能である。

【０００８】例えば、多室空気調和機の暖房能力と消費
電力をある空気条件で計測すると図４のようになる。こ
こで暖房能力や消費電力は定常値である。この図から、
例えば暖房能力を一定に保つ曲線は能力一定曲線Ｑ_AＱ_B
で表され、それに沿って圧縮機駆動周波数と電子膨張弁
開度の組み合わせを選ぶと、能力一定操作量トラジェク
トリが曲線ＡＢとして得られる。

【０００９】それに伴い消費電力曲線Ｗ_AＷ_Bが得られる
が、消費電力を最小にする圧縮機駆動周波数、電子膨張
弁開度の組み合わせは消費電力曲線Ｗ_AＷ_B上にＣＯＰ最
大化操作量として求められる。ここで、ＣＯＰとは単位
消費電力あたりの暖房能力または冷房能力をいう。ま
た、同じ制御精度なら、消費電力を最小化するような最
適操作量も求められる。

【００１０】しかし、この図４に表される暖房能力及び
消費電力の値は、異なる空気条件、配管長さ等によって
変化するので、従来の多室空気調和機におけるオフライ
ン計測ではその傾向は知ることができても、値そのもの
まで知ることができない。

【００１１】さらには、定常に達するまでの過渡的な能
力、消費電力の挙動まで考慮に入れることは不可能であ
る。多室空気調和機の動特性がこのように空気条件、配
管長さに大きく依存する上に、多室空気調和機が設置さ
れる利用部の熱容量、熱通過係数等のパラメータが未知
であると、最適な多室空気調和機の運転は望めない。

【００１２】そこで、本発明は、多室空気調和機とその
利用部の動特性の構造を明らかにすることによって、い
ろいろな空気条件及び配管長等に応じて、快適な空気調
和をすることができるとともに、消費電力をも最適化及
び低減することができる多室空気調和機を提供すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の多室空気調和機
は、室外機と、室内機を一台または複数台設け、前記室
外機と前記室内機とを配管接続して閉回路をなし、前記
閉回路の中に冷媒を封入し、前記室外機においては、周
波数可変の圧縮機と室外熱交換器及び室外電子膨張弁を
配管するとともに前記室外熱交換器に送風する室外ファ
ンを備え、前記室内機においては、室内空気と熱交換を
行う室内熱交換器と前記室内熱交換器の冷媒の流量を調
節する室内電子膨張弁を順次配管するとともに前記室内
熱交換器に送風する室内ファンを備えて形成される多室
空気調和機において、部屋の熱容量並びに熱通過係数を
少なくとも要因とする利用部熱環境の状態、及び、前記
圧縮機の駆動周波数と多室空気調和機の能力との関係を
表す係数を、複数の所定の観測量を元に時々刻々同定し
ていくオンラインシステム同定器と、フィードバック演
算器とを有することを特徴とする。

【００１４】また、本発明の多室空気調和機は、室外温
度、圧縮機冷媒吐出過熱度、圧縮機冷媒吸入圧力、圧縮
機冷媒吐出圧力、圧縮機消費電力、室内温度及び室内吹
き出し温度を少なくとも含む各制御量を検知する検知手
段と、圧縮機駆動周波数、室外ファン回転数、室外電子
膨張弁開度、室内ファン回転数及び室内電子膨張弁開度
を少なくとも含む各操作量を操作する操作手段と、設定
室内温度を少なくとも含む設定値を設定する設定手段
と、前記各操作量についての信号を要素とする操作量信
号ベクトルと前記検知手段が検知した各信号を要素とす
る検知信号ベクトルとを入力して、多室空気調和機とそ
の利用部の動特性を表すパラメータ推定値信号ベクトル
を最小二乗の意味で同定出力する最小二乗オンラインシ
ステム同定器と、前記パラメータ推定値信号ベクトルと
前記検知信号ベクトルと前記設定手段が設定した設定値
を要素とする設定値信号ベクトルとを入力して、入力し
た各ベクトルに対して前記各制御量の制御偏差量が同じ
となるときに、前記操作手段が要する消費電力をもっと
も小さくする最適制御信号ベクトルを出力するフィード
バック最適操作量演算器とを有することが好ましい。

【００１５】また、本発明の多室空気調和機は、室外温
度、圧縮機冷媒吐出過熱度、圧縮機冷媒吸入圧力、圧縮
機冷媒吐出圧力、圧縮機消費電力、室内温度、室内吹き
出し温度を少なくとも含む各制御量を検知する検知手段
と、圧縮機駆動周波数、室外ファン回転数、室外電子膨
張弁開度、室内ファン回転数、室内電子膨張弁開度を少
なくとも含む各操作量を操作する操作手段と、設定室内
温度を少なくとも含む設定値を設定する設定手段と、前
記各操作量についての信号を要素とする操作量信号ベク
トルと前記検知手段が検知した各信号を要素とする検知
信号ベクトルとを入力して、多室空気調和機とその利用
部の動特性を表すパラメータ推定値信号ベクトルを最小
二乗の意味で同定出力する最小二乗オンラインシステム
同定器と、前記パラメータ推定値信号ベクトルと前記検
知信号ベクトルと前記設定手段が設定した設定値を要素
とする設定値信号ベクトルとを入力して、入力した各ベ
クトルに対してＣＯＰ（単位消費電力あたりの冷暖房能
力）を最大化する信号ベクトルを出力するフィードバッ
クＣＯＰ最大化操作量演算器とを有することが好まし
い。

【００１６】また、本発明の多室空気調和機は、室外温
度、圧縮機冷媒吐出過熱度、圧縮機冷媒吸入圧力、圧縮
機冷媒吐出圧力、圧縮機消費電力、室内温度、室内吹き
出し温度を少なくとも含む各制御量を検知する検知手段
と、圧縮機駆動周波数、室外ファン回転数、室外電子膨
張弁開度、室内ファン回転数、室内電子膨張弁開度を少
なくとも含む各操作量を操作する操作手段と、設定室内
温度を少なくとも含む設定値を設定する設定手段と、前
記各操作量についての信号を要素とする操作量信号ベク
トルと前記検知手段が検知した各信号を要素とする検知
信号ベクトルとを入力して、多室空気調和機とその利用
部の動特性を表すパラメータ推定値信号ベクトルを、パ
ラメータを確率的変動をする確率変数と見なしたとき、
尤も確からしい値という最尤推定の意味で出力する最尤
推定オンラインシステム同定器と、前記パラメータ推定
値信号ベクトルと前記検知信号ベクトルと前記設定手段
が設定した設定値を要素とする設定値信号ベクトルとを
入力して、入力した各ベクトルに対して前記各制御量の
制御偏差量が同じとなるときに、前記操作手段が要する
消費電力をもっとも小さくする最適制御信号ベクトルを
出力するフィードバック最適操作量演算器とを有するこ
とが好ましい。

【００１７】また、本発明の多室空気調和機は、室外温
度、圧縮機冷媒吐出過熱度、圧縮機冷媒吸入圧力、圧縮
機冷媒吐出圧力、圧縮機消費電力、室内温度、室内吹き
出し温度を少なくとも含む各制御量を検知する検知手段
と、圧縮機駆動周波数、室外ファン回転数、室外電子膨
張弁開度、室内ファン回転数、室内電子膨張弁開度を少
なくとも含む各操作量を操作する操作手段と、設定室内
温度を少なくとも含む設定値を設定する設定手段と、前
記各操作量についての信号を要素とする操作量信号ベク
トルと前記検知手段が検知した各信号を要素とする検知
信号ベクトルとを入力して、多室空気調和機とその利用
部の動特性を表すパラメータ推定値信号ベクトルを、パ
ラメータを確率的変動をする確率変数と見なしたとき、
尤も確からしい値という最尤推定の意味で出力する最尤
推定オンラインシステム同定器と、前記パラメータ推定
値信号ベクトルと前記検知信号ベクトルと前記設定手段
が設定した設定値を要素とする設定値信号ベクトルとを
入力して、入力した各ベクトルに対してＣＯＰ（単位消
費電力あたりの冷暖房能力）を最大化する信号ベクトル
を出力するフィードバックＣＯＰ最大化操作量演算器と
を有することが好ましい。

【００１８】

【作用】本発明の多室空気調和機は、設定熱環境空間を
得るための方策は複数の利用部室内温度、圧縮機冷媒吐
出圧力、圧縮機冷媒吸入圧力、圧縮機冷媒吐出過熱度、
多室空気調和機能力等の制御量が、それぞれ決められた
設定値に一致するように、圧縮機の周波数や室外電子膨
張弁開度、室内電子膨張弁開度や室外及び室内ファンと
いった操作量を制御するものである。これにより、多室
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
制御することができ、安定かつ安全な運転を保持できる
と共に、負荷の増減に応じた暖房あるいは冷房能力が得
られ、使用者に好ましい熱環境空間が得られる。更に、
多室空気調和機とその利用部の動特性を明らかにするこ
とで、最適制御等、様々な制御法が使用可能となり、省
電力化に大いに貢献することができる。

【００１９】ここで、本発明の多室空気調和機では、多
室空気調和機とその利用部の動特性を明らかにする手段
として、実際に運転する際にシステム同定を行うオンラ
インシステム同定器を用いているので、多室空気調和機
が設置されてから後に、測定が必要な利用部の熱容量や
熱通過係数等も同定することができる。

【００２０】すなわち、多室空気調和機が設置されたこ
とによって変動した後のその利用部の動特性をも、オン
ラインシステム同定器を用いて明らかにすることができ
る。

【００２１】また、暖房あるいは冷房能力は圧縮機周波
数や電子膨張弁開度、室外ファン等の操作量だけでな
く、熱交換器蒸発温度や凝縮温度、配管長や運転台数な
どによって変化する。本多室空気調和機におけるオンラ
インシステム同定器及びフィードバック演算器は、その
変化要因を同定値に反映し、その時々に応じた最適な制
御を行うことを可能とする。更に、運転時間が長い場合
や、運転回数が多い場合には、より高精度な制御が行え
る学習効果があり、一層の省電力化の機能を有するもの
である。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２３】図１は、本発明の実施例に係る多室空気調
和機が用いられている多室空気調和機を示すブロック図
である。本多室空気調和機は、室外機１と、複数台の室
内機９１，９２を有し、室外機１と１台又は複数台から
なる室内機９１，９２とを配管接続して閉回路をなし、
その閉回路の中に冷媒を封入している。

【００２４】そして、室外機１においては、周波数可変
の圧縮機２と室外熱交換器３及び室外電子膨張弁８を配
管するとともに室外熱交換器３に送風する室外ファン４
を備えている。また、室内機９１，９２においては、室
内空気と熱交換を行う室内熱交換器１０１，１０２とそ
の室内熱交換器１０１，１０２の冷媒の流量を調節する
室内電子膨張弁１２１，１２２を順次配管するとともに
室内熱交換器１０１，１０２に送風する室内ファン１１
１，１１２を備えている。

【００２５】さらに、本多室空気調和機は、図２に示す
ように、部屋の熱容量並びに熱通過係数を少なくとも要
因とする利用部熱環境の状態、及び、前記圧縮機の駆動
周波数と多室空気調和機の能力との関係を表す係数を、
複数の所定の観測量を元に時々刻々同定していくオンラ
インシステム同定器４７と、フィードバック演算器４４
とを有する制御演算装置を有している。

【００２６】また、室外機１は、アキュムレータ５、四
方弁６及びレシーバ７を備えている。そして、室外機１
及び室内機９１，９２の各ガス側及び液側を、各々ガス
側管路１３、液側管路１４及び分岐管１５１，１５２で
接続して閉回路をなし、その閉回路の内部に冷媒を封入
してある。

【００２７】また、室内機９１，９２は、空気調和の対
象となる部屋等の内部である利用部１６１，１６２にそ
れぞれ配置してある。

【００２８】さらにまた、本多室空気調和機は、室外温
度を検知する室外温度検知器１７、圧縮機冷媒吐出温度
検知器及び冷媒過熱度演算器からなる圧縮機冷媒吐出過
熱度検知器１８、圧縮機冷媒吸入圧力を検知する圧縮機
冷媒吸入圧力検知器１９、圧縮機冷媒吐出圧力を検知す
る圧縮機冷媒吸入圧力検知器２０、圧縮機２の消費電力
を検知する圧縮機電力検知器２１、圧縮機２の周波数を
操作するインバータ圧縮機操作器２２、室外ファン４の
送風能力を操作する室外側送風能力操作器２３、室外フ
ァン４の消費電力を検知する室外ファン電力検知器２
４、室外電子膨張弁８の開度を操作する室外電子膨張弁
開度操作器２５、利用部１６１，１６２の利用部室内温
度を検知する利用部室内温度検知器２６１，２６２、そ
の利用部への吹き出し温度を検知する利用部吹き出し温
度検知器２７１，２７２、室内ファン１１１，１１２の
送風能力を操作する室内側送風能力操作器２８１，２８
２、室内ファン１１１，１１２の電力を検知する室内フ
ァン電力検知器２９１，２９２、室内電子膨張弁１２
１，１２２の冷媒循環量を操作する室内電子膨張弁開度
操作器３０１，３０２、予め与えられた設定値を記憶あ
るいは使用者が好みの熱環境を設定するための設定器３
１１，３１２及び制御演算装置３２を有している。

【００２９】次に、本多室空気調和機の動作を説明す
る。本多室空気調和機とその周りの環境は、例えば、操
作量である室外電子膨張弁開度をシステムへの入力、状
態量である圧縮機冷媒吐出過熱度をシステムの出力と見
なすと、電子膨張弁開度によって圧縮機冷媒吐出過熱度
が変化するシステムと考えることができる。

【００３０】また同様に、操作量である圧縮機駆動周波
数をシステムへの入力、状態量である多室空気調和機能
力をシステムからの出力とみなすと、圧縮機駆動周波数
によって多室空気調和機能力が変化するシステムとも考
えることができる。

【００３１】更に、本多室空気調和機能力によって、利
用部室内温度が変化するシステムとも考えられる。

【００３２】そこで、その入力、出力の因果関係を時系
列あるいは微分方程式で表した動特性が、如何なる構造
を持っているのかを明らかにすることによって、システ
ムの制御精度が向上すると考えられる。例えば、その次
数やむだ時間、パラメ−タの値等が正確に分かること
で、制御対象の動特性の解析、制御器の選択、設計がよ
り適切かつ綿密に行うことができる。

【００３３】但し、前述したように、次数解析はオフラ
インでも行えるが、パラメータの値までは知り得ない。
よって、オンラインシステム同定を用いてパラメータの
具体的な値を同定し、その値を利用することで高精度な
制御が行えるわけである。

【００３４】以下に、そのオンラインシステム同定等に
ついての原理を簡単に説明する。

【００３５】動特性を表す動特性の次数については、次
数評価手段によってオフラインで決定できるので、既知
とする。また、一般に多室空気調和機とその利用部の動
特性は、むだ時間を有する非線形システムで表せるが、
その場合は、平衡点中心にＴａｙｌｏｒ展開する線形近
似等で線形化を行う。

【００３６】ここで、連続時間システムか離散時間シス
テムか、或るいは一次遅れ系か高次遅れ系か、一入力一
出力系か多入力多出力系かは、操作器の設計仕様、制御
対象の次数判定結果、線形化法に依存し、解析、設計法
も異なる。ここでは離散時間システム、一次遅れ系、一
入力一出力系、むだ時間無しのシステムについて説明す
る。いま、本多室空気調和機とその周りの環境の動特性
が下記数式１で表す時系列モデルで示せるとする。

【００３７】

【数１】

【００３８】上記数式１において、変数ｘ（ｋ）は制御
量を、変数ｕ（ｋ）は操作量を、変数ｖ（ｋ）は外乱を
表し、パラメータａ、ｂは未知とする。数式１で表され
る一例としては、制御量ｘ（ｋ）は室内温度、操作量ｕ
（ｋ）は圧縮機周波数、外乱ｖ（ｋ）は室外気温、設定
値ｒ（ｋ）は設定室内温度、パラメータａ、ｂはそれぞ
れ利用部の熱容量や熱通過係数、操作量ｕ（ｋ）に対す
る暖房あるいは冷房能力に依存する量とすることができ
る。

【００３９】この数式１の動特性をｘ（ｋ）の観測量で
ある検知信号ｙ（ｋ）で書き替えると、下記数式２に示
すようになる。

【００４０】

【数２】

【００４１】上記数式２において、ｅ（ｋ）は検知信号
に混入する観測ノイズであり、これを白色雑音モデルと
し、直接検知できないものとする。また、今は電力量を
考慮に入れ、これは直接検知できないとし、検知される
量と電力の関係が仮に、下記数式３に示す関係にあると
する。

【００４２】

【数３】

【００４３】上記数式３において、α、βはそれぞれ定
数とし、このシステムに対して制御システムを設計しよ
うとすれば、パラメータａ、ｂ、α、βの値が既知でな
いと、具体的な制御定数は計算できない。パラメータ
α、βについては、多室空気調和機自体の性能を表すパ
ラメータなので、ある空気条件においてはオフラインで
も計測、決定できるが、パラメータａ、ｂに関しては多
室空気調和機が設置される利用部室内の特性を表してい
るので、それは不可能である。

【００４４】しかし、仮にその値が既知であるものとし
て、例えば、下記数式４に示す規範を最小にする最適解
を求める。

【００４５】

【数４】

【００４６】上記数式４において、ｍ、ｎは正の定数で
ある。その最適フィードバックゲイン及びバイアスは、
動的計画法等によって下記数式５に示す形に求まる。

【００４７】

【数５】

【００４８】この形は、制御規範である数式４の形に依
存し、Ｐ＋バイアス型、ＰＩ＋バイアス型、ＰＩＤ＋バ
イアス型等に求まる。但し、ここでは、外乱は室外気温
等のように検知可能とし、制御量は直接検知できること
とする。よって観測量のフィードバック形は、下記数式
６に示す形を用いることとなる。

【００４９】

【数６】

【００５０】これらのゲインＫ₁、Ｋ₂、Ｋ₃、ｆの初期
値は、パラメータａ、ｂ、α、βの事前情報を基に決定
される。

【００５１】次に、未知パラメータａ、ｂの値を同定す
るが、観測を行うと同時に逐次同定するオンラインシス
テム同定を行うものとする。よって、その推定値をａ”
（ｋ）、ｂ”（ｋ）と表し、ベクトルを用いて推定ベク
トルを下記数式７のように定義する。

【００５２】

【数７】

【００５３】また、観測ベクトルを下記数式８のように
定義する。

【００５４】

【数８】

【００５５】ここで、初期値θ”（０）については、事
前情報を基に与えられているものとする。この推定ベク
トルθ”（ｋ）は、例えば下記数式９に示す値Ｊ₁を最
小にするように設計すれば、下記数式１０に示す逐次計
算の形が求められる。

【００５６】

【数９】

【００５７】

【数１０】

【００５８】ここで、上記数式９を最小にする意味合い
は、得られたデータが最も上記数式２に合致するように
パラメータを見出すことである。

【００５９】このように、先ず何らかの形で求められた
システムへの入力ｕ（ｋ）と、制御量の観測値ｙ
（ｋ）、その変化量ｙ（ｋ＋１）を入手することによっ
て、本多室空気調和機の運転中に制御を行いながら、未
知パラメータを同定する機構を設計することができる。

【００６０】そして、フィードバック係数を、順次更新
される推定値を用いて逐次更新していく形にすること
で、逐次可変フィ−ドバック係数の制御装置に設計す
る。

【００６１】以上の説明においては、一次遅れ系、一入
力一出力系、むだ時間無し、オンラインシステム同定は
逐次最小二乗法という最も簡単な例であり、制御規範と
しては、制御精度と消費電力の二次規範であるが、この
考え方は、高次遅れ系、多入力多出力系、むだ時間を有
するシステム、他同定法、他制御則でも同じように適用
できる。

【００６２】図２は、図1に示した多室空気調和機に適
用した、二次遅れ二操作系の多室空気調和機の制御装置
における制御演算装置３２での信号処理の一例を示すブ
ロック図である。この例においては、システムへの入力
としては圧縮機駆動周波数と電子膨張弁開度があり、シ
ステムからの出力としては多室空気調和機能力、利用部
室内温度があるとする。また、ここでは、空気調和の対
象となる利用部としては、図１における利用部１６１の
一つだけに注目する。

【００６３】ここで、設定器３１１は、利用部室内温度
設定信号ｒ（ｋ）を出力する。また、多室空気調和機
は、空調能力Ｑ（ｋ）を出力し、その能力を受けて変化
する利用部室内温度が利用部室内温度Ｔ_i（ｋ）であ
る。

【００６４】そして、能力検知手段２７１は、空調能力
Ｑ（ｋ）を入力して多室空気調和機能力検知信号ｙ
₁（ｋ）を出力する。室内温度検知手段は、利用部室内
温度Ｔ_i（ｋ）を入力して利用部室内温度検知信号ｙ
₂（ｋ）を出力する。

【００６５】また、圧縮機駆動周波数信号演算器４２
は、操作信号である圧縮機駆動周波数信号ｕ₁（ｋ）を
出力する。電子膨張弁開度演算器４３は、操作信号であ
る電子膨張弁開度信号ｕ₂（ｋ）を出力する。

【００６６】また、第１オンラインシステム同定器４５
は、多室空気調和機の動特性を表すパラメータの推定値
を要素とする推定値信号ベクトルθ”₁（ｋ）を出力す
る。第２オンラインシステム同定器４６は、利用部熱環
境の動特性を表すパラメータの推定値を要素とする推定
値信号ベクトルθ”₂（ｋ）を出力する。

【００６７】また、圧縮機駆動周波数信号演算器４２と
電子膨張弁開度演算器４３とは、フィードバック演算器
４４を構成している。第１オンラインシステム同定器４
５と第２オンラインシステム同定器４６とは、オンライ
ンシステム同定器４７を構成している。

【００６８】次に、上述した図２に示す多室空気調和機
における制御演算装置３２の動作について、図３に示す
フローチャートを参照して説明する。

【００６９】ここでも、空気調和の対象となる利用部と
しては、図１における利用部１６１の一つだけに注目す
る。先ずはじめに、多室空気調和機が起動される（Ｓ
１）。その後、操作量である圧縮機駆動周波数、電子膨
張弁開度の値は、あらかじめ設定された初期値（ｕ
₁（０）、ｕ₂（０））が設定される（Ｓ２）。

【００７０】その後、室内空気吸い込み温度、及び室内
空気吹き出し空気温度が、例えば暖房運転時においては
どちらも上昇するので、それを図１の検知器２６１、２
７１により計測及び検知する（Ｓ３）。次に、多室空気
調和機能力が演算され、図２中の検知信号３６として出
力されるとともに、利用部室内温度が検知信号３７とし
て出力される（Ｓ４）。

【００７１】これらの検知信号に対し、操作量に対する
多室空気調和機の反応である多室空気調和機の動特性
と、多室空気調和機能力に対する利用部熱環境の反応で
ある利用部熱環境動特性、これら動特性を表すパラメー
タを演算及び同定する（Ｓ５，Ｓ６）。

【００７２】そして、これらのパラメータの値をもと
に、フィードバックゲインが新たに演算され、同時に２
つの操作量、圧縮機駆動周波数と電子膨張弁開度の次の
ステップの値（ｕ₁（１）、ｕ₂（１））が求まる（Ｓ
７，Ｓ８）。

【００７３】さらに運転を続ける場合は、ステップ３に
戻る。そして、新しい圧縮機駆動周波数、電子膨張弁開
度が与えられ、多室空気調和機はそれに応じた能力を出
力しているので、検知部５０は前ステップと同様、室内
空気吸い込み温度、室内空気吹き出し温度を検知し（Ｓ
３）、多室空気調和機能力を演算する（Ｓ４）。以下
は、前のステップで行われた演算を繰り返す。

【００７４】これらの一連の動作において、同定される
パラメータは数式９を最小化する最小二乗法で行っても
よいし、検知信号を確率的な変数と見なし尤も確からし
い値を出力する最尤推定法で行なってもよい。また、演
算される圧縮機駆動周波数と電子膨張弁開度は、数式４
のような二次規範を最小化する最適操作量であったり、
あるいはＣＯＰを最大化する操作量であれば、制御精度
を保ちつつ、消費電力を抑えるという量にすることがで
き、省電力形制御で制御される。

【００７５】図５及び図６は、上述した実施例の制御に
よる効果の一例を示すグラフである。図５では、圧縮機
駆動周波数６１、電子膨張弁開度６４、利用部室内温度
６３、消費電力６２の変化が示されている。ここで、操
作量を求める制御則としては、圧縮機駆動周波数に関し
ては数式４のような二次規範、電子膨張弁に関してはＣ
ＯＰ最大化規範を用いた。

【００７６】また、図６は同時に行ったオンラインシス
テム同定においての、未知パラメータａ”（ｋ）、ｂ”
（ｋ）の収束の様子を示したものである。図６から、未
知パラメータａ”（ｋ）、ｂ”（ｋ）は、約１０分で収
束し、同時に図５に示される閉ループシステムも安定で
あり、無駄な消費電力を抑える挙動となっていることが
わかる。

【００７７】このようにして制御対象である多室空気調
和機とその利用部の動特性を順次同定、更新することに
より、フィードバック制御量も順次高精度な値に更新さ
れ、準最適な多室空気調和機とその周りの熱環境の状態
量の制御が行え、制御精度の高精度化、省電力化を実現
できる。

【００７８】上述した二つの例では、制御量として多室
空気調和機能力や利用部室内温度、操作量として圧縮機
駆動周波数、電子膨張弁開度を扱ったが、その他にも、
制御量として、圧縮機冷媒吸入あるいは吐出圧力、熱交
換器冷媒蒸発温度や熱交換器吹き出し空気温度、または
直接消費電力等とし、操作量として、室外及び室内ファ
ンの回転数等をも加えて、多入力多出力高次遅れ系で制
御系を構築することができる。また利用部の熱環境とし
て空気調和だけでなく、冷凍、水温管理等、様々な熱機
械でも使用できる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、多
室空気調和機において、多室空気調和機とその周囲の熱
環境の動特性における、多室空気調和機器が設置される
まで未知な構造部分についてもオンラインシステム同定
によって明らかにし、その明らかにした動特性に応じて
多室空気調和機を制御するので、常に安定で快適、しか
も省電力化を達成した運転を保証する多室空気調和機を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る多室空気調和機とその周
りの熱環境の構成を示すブロック図である。

【図２】図１における多室空気調和機の制御装置とその
構成を示すブロック図である。

【図３】図１における多室空気調和機の動作を示すフロ
ーチャートである。

【図４】通常の多室空気調和機の能力及び消費電力を圧
縮機駆動周波数と電子膨張弁開度によって示したグラフ
である。

【図５】図１における多室空気調和機の電子膨張弁開度
等についての挙動を示すグラフである。

【図６】図１における多室空気調和機の動特性を表すパ
ラメータの演算結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１室外機２圧縮機３室外熱交換器４室外ファン５アキュムレータ６四方弁７レシーバ８室外電子膨張弁９１室内機９２室内機１０１室内熱交換器１０２室内熱交換器１１１室内ファン１１２室内ファン１２１室内電子膨張弁１２２室内電子膨張弁１３ガス管１４液管１５分岐管１６１利用部１６２利用部１７室外温度検知器１８圧縮機冷媒吐出過熱度検知器１９圧縮機冷媒吸入圧力検知器２０圧縮機冷媒吐出圧力検知器２１圧縮機電力検知器２２インバータ圧縮機操作器２３室外側送風能力操作器２４室外ファン電力検知器２５室外電子膨張弁開度操作器２６１室内温度検知器２６２室内温度検知器２７１吹き出し空気温度検知器２７２吹き出し空気温度検知器２８１室内側送風能力操作器２８２室内側送風能力操作器２９１室内ファン電力検知器２９２室内ファン電力検知器３０１室内電子膨張弁３０２室内電子膨張弁３１１設定器３１２設定器３２制御演算装置３３室内設定温度信号３４多室空気調和機能力３５利用部室内温度３６多室空気調和機能力検知信号３７室内温度検知信号３８圧縮機駆動周波数信号３９電子膨張弁開度信号４０多室空気調和機動特性推定値信号ベクトル４１利用部熱環境動特性推定値信号ベクトル４２圧縮機駆動周波数演算器４３電子膨張弁開度演算器４４フィードバック演算器４５オンライン多室空気調和機動特性システム同定器４６オンライン利用部熱環境動特性システム同定器４７オンラインシステム同定器４８多室空気調和機起動部４９操作器規定初期値設定部５０吸い込み、吹き出し空気温度検知部５１多室空気調和機能力演算部５２多室空気調和機動特性演算部５３利用部熱環境動特性演算部５４圧縮機駆動周波数操作量演算部５５電子膨張弁開度操作量演算部５６停止、継続運転判定部５７停止実行部５８能力一定曲線５９能力一定操作量トラジェクトリ６０能力一定消費電力曲線６１圧縮機駆動周波数６２消費電力６３利用部室内温度６４電子膨張弁開度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安田弘茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】室外機と、室内機を一台または複数台設
け、前記室外機と前記室内機とを配管接続して閉回路を
なし、前記閉回路の中に冷媒を封入し、前記室外機にお
いては、周波数可変の圧縮機と室外熱交換器及び室外電
子膨張弁を配管するとともに前記室外熱交換器に送風す
る室外ファンを備え、前記室内機においては、室内空気
と熱交換を行う室内熱交換器と前記室内熱交換器の冷媒
の流量を調節する室内電子膨張弁を順次配管するととも
に前記室内熱交換器に送風する室内ファンを備えて形成
される多室空気調和機において、部屋の熱容量並びに熱
通過係数を少なくとも要因とする利用部熱環境の状態、
及び、前記圧縮機の駆動周波数と多室空気調和機の能力
との関係を表す係数を、複数の所定の観測量を元に時々
刻々同定していくオンラインシステム同定器と、フィー
ドバック演算器とを有することを特徴とする多室空気調
和機。
【請求項２】請求項１記載の多室空気調和機におい
て、室外温度、圧縮機冷媒吐出過熱度、圧縮機冷媒吸入
圧力、圧縮機冷媒吐出圧力、圧縮機消費電力、室内温度
及び室内吹き出し温度を少なくとも含む各制御量を検知
する検知手段と、圧縮機駆動周波数、室外ファン回転
数、室外電子膨張弁開度、室内ファン回転数及び室内電
子膨張弁開度を少なくとも含む各操作量を操作する操作
手段と、設定室内温度を少なくとも含む設定値を設定す
る設定手段と、前記各操作量についての信号を要素とす
る操作量信号ベクトルと前記検知手段が検知した各信号
を要素とする検知信号ベクトルとを入力して、多室空気
調和機とその利用部の動特性を表すパラメータ推定値信
号ベクトルを最小二乗の意味で同定出力する最小二乗オ
ンラインシステム同定器と、前記パラメータ推定値信号
ベクトルと前記検知信号ベクトルと前記設定手段が設定
した設定値を要素とする設定値信号ベクトルとを入力し
て、入力した各ベクトルに対して前記各制御量の制御偏
差量が同じとなるときに、前記操作手段が要する消費電
力をもっとも小さくする最適制御信号ベクトルを出力す
るフィードバック最適操作量演算器とを有することを特
徴とする多室空気調和機。
【請求項３】請求項１記載の多室空気調和機におい
て、室外温度、圧縮機冷媒吐出過熱度、圧縮機冷媒吸入
圧力、圧縮機冷媒吐出圧力、圧縮機消費電力、室内温
度、室内吹き出し温度を少なくとも含む各制御量を検知
する検知手段と、圧縮機駆動周波数、室外ファン回転
数、室外電子膨張弁開度、室内ファン回転数、室内電子
膨張弁開度を少なくとも含む各操作量を操作する操作手
段と、設定室内温度を少なくとも含む設定値を設定する
設定手段と、前記各操作量についての信号を要素とする
操作量信号ベクトルと前記検知手段が検知した各信号を
要素とする検知信号ベクトルとを入力して、多室空気調
和機とその利用部の動特性を表すパラメータ推定値信号
ベクトルを最小二乗の意味で同定出力する最小二乗オン
ラインシステム同定器と、前記パラメータ推定値信号ベ
クトルと前記検知信号ベクトルと前記設定手段が設定し
た設定値を要素とする設定値信号ベクトルとを入力し
て、入力した各ベクトルに対してＣＯＰ（単位消費電力
あたりの冷暖房能力）を最大化する信号ベクトルを出力
するフィードバックＣＯＰ最大化操作量演算器とを有す
ることを特徴とする多室空気調和機。
【請求項４】請求項１に記載の多室空気調和機におい
て、室外温度、圧縮機冷媒吐出過熱度、圧縮機冷媒吸入
圧力、圧縮機冷媒吐出圧力、圧縮機消費電力、室内温
度、室内吹き出し温度を少なくとも含む各制御量を検知
する検知手段と、圧縮機駆動周波数、室外ファン回転
数、室外電子膨張弁開度、室内ファン回転数、室内電子
膨張弁開度を少なくとも含む各操作量を操作する操作手
段と、設定室内温度を少なくとも含む設定値を設定する
設定手段と、前記各操作量についての信号を要素とする
操作量信号ベクトルと前記検知手段が検知した各信号を
要素とする検知信号ベクトルとを入力して、多室空気調
和機とその利用部の動特性を表すパラメータ推定値信号
ベクトルを、パラメータを確率的変動をする確率変数と
見なしたとき、尤も確からしい値という最尤推定の意味
で出力する最尤推定オンラインシステム同定器と、前記
パラメータ推定値信号ベクトルと前記検知信号ベクトル
と前記設定手段が設定した設定値を要素とする設定値信
号ベクトルとを入力して、入力した各ベクトルに対して
前記各制御量の制御偏差量が同じとなるときに、前記操
作手段が要する消費電力をもっとも小さくする最適制御
信号ベクトルを出力するフィードバック最適操作量演算
器とを有することを特徴とする多室空気調和機。
【請求項５】請求項１に記載の多室空気調和機におい
て、室外温度、圧縮機冷媒吐出過熱度、圧縮機冷媒吸入
圧力、圧縮機冷媒吐出圧力、圧縮機消費電力、室内温
度、室内吹き出し温度を少なくとも含む各制御量を検知
する検知手段と、圧縮機駆動周波数、室外ファン回転
数、室外電子膨張弁開度、室内ファン回転数、室内電子
膨張弁開度を少なくとも含む各操作量を操作する操作手
段と、設定室内温度を少なくとも含む設定値を設定する
設定手段と、前記各操作量についての信号を要素とする
操作量信号ベクトルと前記検知手段が検知した各信号を
要素とする検知信号ベクトルとを入力して、多室空気調
和機とその利用部の動特性を表すパラメータ推定値信号
ベクトルを、パラメータを確率的変動をする確率変数と
見なしたとき、尤も確からしい値という最尤推定の意味
で出力する最尤推定オンラインシステム同定器と、前記
パラメータ推定値信号ベクトルと前記検知信号ベクトル
と前記設定手段が設定した設定値を要素とする設定値信
号ベクトルとを入力して、入力した各ベクトルに対して
ＣＯＰ（単位消費電力あたりの冷暖房能力）を最大化す
る信号ベクトルを出力するフィードバックＣＯＰ最大化
操作量演算器とを有することを特徴とする多室空気調和
機。