JPH0926803A - ファジィ適応制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ファジィ制御の制御パラメータを自
動調整することにより、現場レベルでの試行錯誤的な調
整の手間を軽減し、かつ制御精度及び経済性を向上し得
るファジィ適応制御装置を提供することを目的とする。 【解決手段】本発明は、ファジィ制御して制御対象室６
の空調を行うファジィ適応制御装置において、ファジィ
制御動作中に適応制御アルゴリズムに基づいて設定値を
変更し制御量の追従性を監視し検出された立ち上がり時
間とオーバーシュート量を基に、制御偏差に関するメン
バーシップ関数を規定するスケーリングファクタ、制御
偏差の変化に関するメンバーシップ関数を規定するスケ
ーリングファクタ、制御出力の変化量に関するメンバー
シップ関数を規定するスケーリングファクタを調整する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はファジィ制御器の制
御パラメータを自動調整したファジィ適応制御装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ファジィ恒温恒湿制御の例を基に、説明
する。より快適な生活環境や作業環境を生み出すため
に、今や空調制御は無くてはならないシステムとなっ
た。近年の半導体を中心とする産業の発展にも、高度な
環境整備の必要性から、空調システムは大きな関わりを
持っている。その代表的な例として、クリーンルームや
バイオハザード対策等が挙げられる。半導体生産ライン
においては製品の品質を保つために適度な乾燥が必要と
なり、年間を通じて常に一定の温度と湿度を得るために
恒温恒湿制御を用いている。これは従来、Ｖ型温湿度制
御法と露点温度制御法の２種類に大別されていた。

【０００３】従来のＶ型温湿度制御法は経済的で、湿度
の変動が比較的少ない制御を望むケースに採用されるこ
とが多い。Ｖ型温湿度制御装置は、入力の数に合わせた
二つの閉ループを構成するため、室内温度調節計および
室内湿度調節計の二つの調整計を持っており、室内温湿
度からＰＩＤ制御動作によって、操作量を決定する。こ
の制御法では二入力（温度、湿度）三出力（冷水バル
ブ、温水バルブ、加湿バルブ）の変則的な制御系を一入
力一出力に分割することによって制御し易くしており、
それにより一つのバルブは必ず閉じているため経済的で
あるが、冷却および除湿の要求が重複するケースでは外
乱に対する応答性が悪くなる可能性がある。

【０００４】また露点温度制御は、恒温恒湿装置におい
て、より正確に相対湿度を制御するため、一旦所定の室
内温湿度に対応する露点温度になるよう制御し、室内顕
熱負荷の不足分は再加熱で、潜熱負荷の不足分は再加湿
で調節する制御法である。この制御法では二入力三出力
の変則的な制御系を一入力一出力の三つの制御系に分割
することによって制御し易くしている。しかし外気が室
内環境に近い中間期（春や秋）では、再加熱や再加湿が
生じ、経済性を著しく損なうことがある。

【０００５】次に、従来のファジィ制御について説明す
る。特開昭６４−７６２０３号公報に記載されているフ
ァジィフィードバック制御におけるパラメータ適応方法
は、検出されたプロセス変数の設定値に対する制御偏差
と、制御偏差の前回値に対する変化量と、を用いてファ
ジィ演算によりプロセス制御出力の前回値に対する変化
量を求め、この値を前回の制御出力値に加算して行うフ
ァジィフィードバック制御において、プロセス・パラメ
ータの変動があるとき、それに対する制御パラメータの
適応を行うパラメータ適応方法に関するものである。プ
ロセス・ゲインがα倍になったときは、プロセス制御出
力の変化量の算出値をそれまでの値の１／α倍とし、遅
れ時定数が変化したときは、偏差に関するメンバーシッ
プ関数を遅れ時定数の関数にしたがって時間軸に沿って
拡大や縮小するもの（スケーリングファクタの変更に相
当する）である。

【０００６】すなわち、プロセス・ゲインの変化からプ
ロセス制御出力の変化量の算出値を修正し、遅れ時定数
の変化から制御偏差に関するメンバーシップ関数を規定
するスケーリングファクタを修正するものである。

【０００７】特開平５−６１５０４号公報に記載されて
いるファジィフィードバックコントローラは、制御対象
のプロセス値をフィードバックし、このプロセス値と設
定値との偏差、およびこの偏差の変化量を用いてプロセ
ス値を設定値に一致させる制御出力をファジィ推論によ
り決定し出力するファジィフィードバックコントローラ
において、ＰＩ制御と同等の制御性能を得ると共に、コ
ントローラ内のメンバーシップ関数を変更することなく
制御パラメータの変更を可能にするパラメータ適応方法
に関するものである。まず、正規化パラメータＡ、Ｂお
よびＣを設定する。ここで、Ａは制御偏差を、Ｂは制御
偏差の変化量を、Ｃは制御出力の変化量を、それぞれ正
規化するものである。なお、ＢはＰＩ制御パラメータで
ある積分時間の逆数に比例し、また、Ｃは同じくＰＩ制
御パラメータである比例ゲインに比例する。Ａは、制御
の開始時、プロセスの操業レベルを算出して決定する。
その後、制御動作中のプロセスの応答波形の振動周期や
減衰率を調べながら、正規化パラメータＢおよびＣを順
次調整していく。つまり、振動周期はプロセスの総遅れ
時間に比例し、減衰率はプロセスゲインおよび制御ゲイ
ンの積に比例することから、Ｂを振動周期に反比例さ
せ、また、Ｃを減衰率に反比例させて適応させることに
より、パラメータのチューニングレス機能を実現する。

【０００８】すなわち、コントローラ内のメンバーシッ
プ関数を変更することなく制御パラメータの変更を可能
にすることを特徴とし、制御の開始時にプロセスの操業
レベルを算出して制御偏差を決定し、次に制御動作中の
プロセスの応答波形の振動周期を算出して制御偏差の変
化量を修正し、さらに制御動作中のプロセスの応答波形
の減衰率を算出して制御出力の変化量を修正するもので
ある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の事情に
鑑みてなされたもので、ファジィ制御の制御パラメータ
を自動調整することにより、現場レベルでの試行錯誤的
な調整の手間を軽減し、かつ制御精度及び経済性を向上
し得るファジィ適応制御装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ファジィ制御器によりファジィ制御して制
御対象室の空調を行うファジィ適応制御装置において、
ファジィ制御動作中に適応制御アルゴリズムに基づいて
設定値を変更し制御量の追従性を監視し検出された立ち
上がり時間とオーバーシュート量を基に、制御偏差に関
するメンバーシップ関数を規定するスケーリングファク
タ、制御偏差の変化に関するメンバーシップ関数を規定
するスケーリングファクタ、制御出力の変化量に関する
メンバーシップ関数を規定するスケーリングファクタを
調整することを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態例を詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態
例を示す構成説明図である。即ち、空調機１には、冷却
コイル２、加熱コイル３および蒸気スプレ（蒸気噴霧式
加湿器）４を組み込んだ。なお、空調機１は、空調設備
における熱源設備や熱媒輸送設備を除いた熱交換設備を
担当する部分の総称である。空調機１からは、内部組込
みファン（ＦＡＮ）５によって、制御対象室６からの還
気と新鮮空気を混合した循環空気が送り出される。途
中、循環空気は、清浄度を調整されながら、二つのコイ
ル２，３および蒸気スプレ４を通過する。それぞれの役
割は、冷却コイル２および加熱コイル３は冷却（除湿）
および加熱による温湿度調整であり、蒸気スプレ４は蒸
気を噴霧することによる湿度調整である。図１におい
て、Ｔは温度センサの室内温度検出端、Ｈは湿度センサ
の室内湿度検出端、７はファジィ恒温恒湿制御器を示
す。なお、Ｄ／ＡはＣＰＵ内蔵のディジタル値からアナ
ログ量への変換器、Ａ／ＤはＣＰＵ内蔵のアナログ量か
らディジタル値への変換器、Ｆｕｚｚｙ Ｉｎｆｅｒｅ
ｎｃｅ Ｂｏａｒｄはファジィ推論ボード（ＰＢ８５１
０９）を表している。

【００１２】次に、空調機１内部の温湿度制御プロセス
について、図２に示すような湿り空気線図の概略図を用
いて説明する。すなわち、空調機１の内部では、空気が
通過する過程で、図２のような、温湿度に関する様々な
制御プロセスの働きによって、空気調和が図られてい
る。それらの制御プロセスは、冷却（除湿）制御プロセ
ス、加熱制御プロセスおよび加湿制御プロセスの三つで
ある。おのおのの制御プロセスは、物理変化規則に基づ
くものである。コイル２，３相互の配置や蒸気スプレ４
およびコイル２，３の配置を替えた場合、期待した制御
プロセスが有効に働かない。

【００１３】次に、冷却（除湿）制御プロセスについて
説明する。すなわち、冷却コイル２は、一次冷媒やブラ
イン等の二次冷媒を管内に流動させ、管外の空気や水等
の被冷却物を冷却する目的で、管をコイル状に加工した
ものである。循環空気が冷却コイル２を通過する際、そ
の温度がコイル２の表面温度より高ければ、冷却され
る。しかし、水分を含んだ空気が除湿されるかどうか
は、空気を露点温度以下まで冷却する必要があるかない
かで決まる。すなわち、その必要がないケースでは、コ
イル２の表面で水分が凝結せず、空気中の水分量は変化
しない。一方、その必要があるケースでは、空気が露点
温度以下に冷却され、コイル２の表面に水分が結露し除
湿されるため、空気中の水分量が減少する。

【００１４】次に、加熱制御プロセスについて説明す
る。すなわち、加熱コイル３は、温水等の熱媒体を管内
に流動させ、管外の空気や水等の被加熱物を加熱する目
的で、管をコイル状に加工したものである。循環空気
は、加熱コイル３を通過する際、乾球温度だけが上昇す
る。加熱コイル３では、温水の入口温度、温水流量およ
び空気流量が一定であれば、加熱面での温水および空気
の熱交換量は一定である。実際の空調では、このような
一定量の熱交換プロセスが常に存在するわけではなく、
室内負荷の変動に応じ、加熱能力を変化させ、室内への
熱供給量を加減することで、室内温度が一定に保たれ
る。

【００１５】次に、加湿制御プロセスについて説明す
る。すなわち、蒸気スプレ４は、ボイラ等で発生する蒸
気をノズル、または小さな穴から噴出させ、加湿する方
式の加湿器である。加湿制御プロセスは、室内湿度を上
昇させる。

【００１６】次に、経済的な温湿度制御プロセスについ
て説明する。すなわち、空調制御で取り扱う循環空気
は、空気および水蒸気からなる単なる混合気体である。
この混合気体の状態の表現には、湿り空気線図が一般に
用いられる。湿り空気線図によれば、空調設備における
温湿度条件は、いかなる空気の状態でも、二つの制御プ
ロセスの組み合わせによって、作り出せることが解る。
すなわち、三つの制御プロセスが同時に動作している状
態は、お互いに能力を打ち消すように働いており、不経
済である。

【００１７】次に、夏季の一般的な動作について説明す
る。すなわち、わが国の夏季における気象条件は高温多
湿であるため、夏季に行われる空気調和、すなわち夏季
空気調和では、空気の冷却および減湿に重点がおかれ
る。制御対象室６の室内負荷や外気（新鮮空気）の状態
によるものの、夏季においては、冷却コイル２は空気中
の湿分を除去する装置、すなわち減湿器の働きを行い、
加熱コイル３は再熱の目的のための空気加熱器、すなわ
ち再熱器の働きを行うのが一般的な動作である。なお、
日本人の夏季快感帯（夏季空気調和における快感帯）
は、室温２６°Ｃおよび相対湿度５０％が基準になって
いる。

【００１８】次に、冬季の一般的な動作について説明す
る。すなわち、冬季快感帯は、室温２０°Ｃ、相対湿度
５０％とされる。室内負荷の状態によるものの、わが国
の冬季の外気は乾燥しているため、冬季に行われる空
調、すなわち冬季空調では、加熱コイル３による空気の
加熱、蒸気スプレ４による空気の加湿に重点がおかれ
る。

【００１９】次に、ファジィ恒温恒湿適応制御装置のオ
ペレータの操作について説明する。すなわち、図３は、
ファジィ恒温恒湿適応制御装置の運転に関するオペレー
タの思考パターンおよび行動パターンの分析結果を示し
ている。オペレータの意思決定には、二つの局面が考え
られる。一つ目は、温度や湿度をどうすべきかの判断で
ある。二つ目は、温湿度の要求を基に、各弁の開度を確
認し、各弁の操作量を決定する。

【００２０】次に、ファジィ推論の形態について説明す
る。すなわち、図４は、オペレータの意思決定に基づく
ファジィ推論の形態を示している。ファジィ推論機構
は、２段階５ブロックで構成した。第１段階は、制御量
である室内温湿度を目標値に一致させるための温度要求
量および湿度要求量を推論する。また、第２段階は、第
１段階で得られた要求量に基づき、三つの弁（冷水、温
水、加湿）の開度から、三つの弁の増減操作量を推論す
る。ただし、実際の操作は、一つか二つの弁に限られ
る。各ファジィ推論ブロックは、温度要求量ファジィ中
間推論、湿度要求量ファジィ中間推論、冷水弁操作量フ
ァジィ最終推論、温水弁操作量ファジィ最終推論および
加湿弁操作量ファジィ最終推論の五つで構成される。

【００２１】ファジィ中間推論では、制御量である温湿
度を目標値に一致させるため、制御偏差、制御偏差の変
化を捕らえ、制御量を上昇させるのか、下降させるの
か、何もしないのかの要求量を求める。また、ファジィ
最終推論は、以下のような、オペレータの基本的な制御
動作からなる。 ［ルール１］もし、温度を上昇させたいならば、冷水弁
を閉める方法か、または温水弁を開ける方法がある。た
だし、温水弁を開ける方法よりも、冷水弁を閉める方法
の方が経済的である。しかし、冷水弁が既に全閉である
か、もしくは冷却コイルが減湿器の働きを行っていれ
ば、温水弁を開ける方法を選ばざるを得ない。 ［ルール２］もし、温度を下降させたいならば、冷水弁
を開ける方法か、または温水弁を閉める方法がある。た
だし、冷水弁を開ける方法よりも、温水弁を閉める方法
の方が経済的である。しかし、温水弁が既に全閉であれ
ば、冷水弁を開ける方法を選ばざるを得ない。 ［ルール３］もし、湿度を上昇させたいならば、冷水弁
を閉める方法か、または加湿弁を開ける方法がある。た
だし、加湿弁を開ける方法よりも、冷水弁を閉める方法
の方が経済的である。しかし、冷水弁が既に全閉である
か、もしくは冷却コイルが冷却器の働きを行っていれ
ば、加湿弁を開ける方法を選ばざるを得ない。 ［ルール４］もし、湿度を下降させたいならば、冷水弁
を開ける方法か、または加湿弁を閉める方法がある。た
だし、冷水弁を開ける方法よりも、加湿弁を閉める方法
の方が経済的である。しかし、加湿弁が既に全閉であれ
ば、冷水弁を開ける方法を選ばざるを得ない。 ［ルール５］もし、三つの弁が開いているならば、三つ
の弁を少しずつ閉めていく。

【００２２】次に、クリーンルームを対象として、適応
制御アルゴリズムを用い、ファジィ恒温恒湿制御器の制
御パラメータの自動調整について説明する。ここで扱う
ファジィ推論機構は、図５に示すように、２段階５ブロ
ックで構成されたもので、第一段階では、制御量である
室内温湿度を目標値に一致させるための温度要求量及び
湿度要求量を推論する。また第二段階では、第一段階で
得られた要求量に基づき、三つのバルブの開度から三つ
のバルブの増減操作量を推論する。

【００２３】パラメータの自動調整を試みるに当たり、
適応制御アルゴリズムを用いることにした。ただしここ
で扱うパラメータとは、ファジィ集合を規定するスケー
リングファクタのことである。

【００２４】すなわち、ここで用いる適応制御アルゴリ
ズムは、温度と湿度の動特性を観察することによってパ
ラメータを変更していくアルゴリズムである。以下に手
順を示す。 ［ステップ１］温度及び湿度が設定値に安定したら、任
意に設定温湿度を変更する。 ［ステップ２］現在の温湿度からの追従性を監視するこ
とによって立ち上り時間とオーバーシュート量を検出す
る。 ［ステップ３］立ち上り時間とオーバーシュート量を判
断し、任意の係数（α、β）を自動調整が必要なパラメ
ータに掛け合わせ、パラメータを変化させる。 ［ステップ４］再度設定値を変更し、追従性を確認す
る。 ［ステップ５］ステップ２〜４を繰り返し最適なパラメ
ータを検索する。

【００２５】実際に自動調整するパラメータ（スケーリ
ングファクタ）は、温度偏差（ｅt）・温度偏差変化率
（ｅ′t ）・湿度偏差（ｅh ）・湿度偏差変化率（ｅ′
h ）の四種類である（図５参照）。シミュレーションを
行った結果、オーバーシュートを改善したければ偏差の
スケーリングファクタ（以下、スケーリングファクタを
ＳＦと呼ぶ）を大きくするか、或いは偏差変化率のＳＦ
を小さくすればよく、逆に立ち上り時間を改善したけれ
ば偏差のＳＦを小さくするか、或いは偏差変化率のＳＦ
を大きくすればよいことが分かっている。

【００２６】調整は、ハードウェアの精度を考慮した上
でパラメータの上限値と下限値を設定し、その範囲内で
行うことにしている。今回は、まず偏差変化率のＳＦを
調整していき、それが上限値或いは下限値に達したら偏
差のＳＦを調整するという方法をとった。

【００２７】また、パラメータに掛け合わせる任意の係
数αおよびβは、以下の条件を満たさなくてはならな
い。 α＞１．００、β＜１．００、α＊β≠１．００ これらの条件は、適応制御アルゴリズムを正しく機能さ
せるためと、制御対象のハンチングを防止するために考
慮されたものである。

【００２８】次に、適応制御アルゴリズムの具体的な動
作について説明する。すなわち、制御量がオーバーシュ
ートしている時、あるいは設定値になかなか到達しない
（立ち上りが悪い）時にパラメータのスケーリングファ
クタ（ＳＦ）の半自動調整を行うことができる。

【００２９】恒温恒湿制御の場合、実際に自動調整をす
るパラメータのＳＦは、温度偏差（ｅt ）・温度偏差変
化率（ｅ′t ）・湿度偏差（ｅh ）・湿度偏差変化率
（ｅ′h ）である。

【００３０】制御量がオーバーシュートしている場合
と、なかなか設定値に到達しない場合は下記の二つの図
に表すことができる。 （１） 図７は制御量（温度および湿度）がオーバーシ
ュートをしている場合 （２） 図８は制御量（温度および湿度）がなかなか設
定値に到達しない場合 調整が必要なパラメータのスケーリングファクタに任意
の係数をかけるときの、任意の係数はαとβの二種類で
ある。αは１．００よりも大きくなくてはならず、βは
１．００より小さくなくてはならない。なぜなら調整す
るスケーリングファクタは大きくする場合も小さくする
場合もあるからである。スケーリングファクタを大きく
調整したい場合にはαを、小さく調整したい場合にはβ
を掛けることになる。また、αとβを掛け算したときに
１．００にならないように値を設定する必要がある。な
ぜなら掛けて１．００になってしまうと最終的にスケー
リングファクタが元に戻ってしまう可能性が大きいから
である。

【００３１】実際のシミュレーションおよび実験では、
αは１．５０、βは０．８０で設定している。調整が必
要なスケーリングファクタは、その上限値と下限値を設
定しておかなければならない。今回のアルゴリズムで
は、オーバーシュートを抑制したい場合でも立ち上り時
間を短縮したい場合でも、はじめに調整されるパラメー
タのスケーリングファクタは偏差変化率であるが、もし
上限値および下限値を設定していなければ、偏差変化率
のみを０になるまで小さくし続けるか、または無限に大
きくしていくかになる可能性がある。上限値はある程度
余裕をみて設定すればよいが、下限値はコンピュータの
精度に関わってくるから少し厳密に設定する必要があ
る。

【００３２】パラメータを調整していく過程で、偏差変
化率のスケーリングファクタが上限値あるいは下限値に
達すると、今度は偏差のスケーリングファクタを調整し
始める。そして偏差のスケーリングファクタも上限値あ
るいは下限値に達してしまったら、もう調整作業はでき
ないということになってしまう。しかしまだ調整が完了
していない場合も考えられるから、ここで「入力パラメ
ータと出力パラメータを共にｋ倍する」という作業が必
要になる。入力パラメータとは温度偏差（ｅt）・温度
偏差変化率（ｅ′t ）・湿度偏差（ｅh ）・湿度偏差変
化率（ｅ′h ）であり、出力パラメータとは冷水バルブ
増減操作量（ｄＣＶ）・温水バルブ増減操作量（ｄＨ
Ｖ）・加湿バルブ増減操作量（ｄＳＶ）である。ここで
は例を挙げて説明する。

【００３３】制御量である温度および湿度のオーバーシ
ュートが調整を重ねても思うように抑制されないとす
る。オーバーシュート抑制の場合は偏差変化率のスケー
リングファクタは小さく調整されていき、ついに下限値
に達してしまったとする。次のステップとして偏差のス
ケーリングファクタが大きく調整されていく。今度はこ
れが上限値に達してしまう。このとき、偏差変化率のス
ケーリングファクタを再調整したい場合は、上記した全
てのスケーリングファクタをｋ倍＝１．５０倍する。そ
うすると、偏差変化率のスケーリングファクタは当然下
限値の１．５０倍ということになり、偏差変化率を小さ
く調整できることになる。反対に、偏差のスケーリング
ファクタを再調整したい場合はｋを１．００以下にすれ
ばよい。

【００３４】次に、適応制御モードについて説明する。
すなわち、図６に示すように、適応制御システムには、
温度と湿度それぞれに対して、パスモード・自動調整モ
ード・オーバーシュート改善モード・立ち上り時間改善
モードの四つが用意されている。

【００３５】パスモードはオーバーシュート量或いは立
ち上り時間（制御でいう立ち上り時間とは異なると考え
ている）が正当に評価できない時に使用するモードであ
る。例えばシステムの立ち上り時では立ち上り時間が評
価できないため、これを用いることになる。

【００３６】自動調整モードは、これを選択するとオー
バーシュート量及び立ち上り時間を見て自動的にパラメ
ータを変化させるモードである。このモードには三つの
パターンがある。一つ目は、制御対象が立ち上り時間の
許容範囲内に設定値まで到達していて、かつ制御対象の
ピークがオーバーシュート量の許容範囲内である場合
で、この時はパラメータを変更する必要はないと見なさ
れ調整は行なわれない。二つ目は、オーバーシュート量
が許容範囲を越えてしまった場合で、この時はオーバー
シュート改善の方向に調整される。三つ目は立ち上りが
許容範囲を越えてしまった場合で、この時は立ち上り改
善の方向に調整される。ただし今回のアルゴリズムで
は、立ち上り時間よりオーバーシュート量に重点を置い
ているため、立ち上り時間が許容範囲内に設定値に到達
しなくて、かつその後オーバーシュート量が許容範囲を
越えた場合は、オーバーシュート改善機能が動作するこ
とになっている。

【００３７】オーバーシュート改善モードと立ち上り時
間改善モードは、制御対象の挙動に関わらずマニュアル
で操作できるモードである。これらのモードは、自動調
整モードの二つ目のパターンまたは三つ目のパターンと
同等である。なお制御対象のピークは、制御を開始した
時点から新たに適応制御をかけるまでの制御量の移動平
均処理から求めている。

【００３８】

【実施例】以下恒温恒湿制御におけるパラメータ自動調
整の実施例について説明する。温度を２４．０度が２
５．０度にステップ応答させてパラメータ自動調整を試
みた場合。

【００３９】各種スケーリングファクタ初期設定 温度偏差…３．６０ 温度偏差変化率
…０．０６ 冷水バルブ増減操作量…０．５０ 温水バルブ増減操作量…０．２０ 加湿バルブ増減操作量…０．７０ 各種パラメータ設定 α・・・１．５０ β・・・０．８０ 温度偏差上限値・・・１０．００ 温度偏差下限値・
・・２．５０ 温度偏差変化率上限値・・・０．１５ 温度偏差変
化率下限値・・・０．０４ オーバーシュート量許容範囲・・・０．１度 立ち上り時間許容範囲・・・２０分 ＊第１回目のステップ応答（２４．０度から２５．０度
へ） 図９に示すように、第１回目のステップ応答では、オー
バーシュート量が設定された許容範囲を越えているため
オーバーシュート抑制モードが働き、次のようにパラメ
ータが調整される。

【００４０】 温度偏差…３．６０ 温度偏差変化率
…０．０５ 冷水バルブ増減操作量…０．５０ 温水バルブ増減操作量…０．２０ 加湿バルブ増減操作量…０．７０ ＊第２回目のステップ応答（２５．０度から２４．０度
へ） 図１０に示すように、第２回目のステップ応答では、温
度の挙動は調整されているが、まだオーバーシュートが
残っているため再びオーバーシュート抑制モードが働
き、次のようにパラメータが調整される。

【００４１】 温度偏差・・・３．６０ 温度偏差変化率・・・
０．０４（←下限値） 冷水バルブ増減操作量・・・０．５０ 温水バルブ増減操作量・・・０．２０ 加湿バルブ増減操作量・・・０．７０ ＊第３回目のステップ応答（２４．０度から２５．０度
へ） 図１１に示すように、第３回目のステップ応答では、オ
ーバーシュート抑制が働き、もう一歩でオーバーシュー
トがなくなりそうである。次のようにパラメータが調整
される。

【００４２】 温度偏差・・・５．４０ 温度偏差変化率・・・
０．０４ 冷水バルブ増減操作量・・・０．５０ 温水バルブ増減操作量・・・０．２０ 加湿バルブ増減操作量・・・０．７０ ＊第４回目のステップ応答（２５．０度から２４．０度
へ） 図１２に示すように、第４回目のステップ応答では、オ
ーバーシュート抑制がかかりすぎて、立ち上り時間許容
範囲内に設定値まで到達しなかった。よって次のように
パラメータが調整される。

【００４３】 温度偏差・・・５．４０ 温度偏差変化率・・・
０．０６ 冷水バルブ増減操作量・・・０．５０ 温水バルブ増減操作量・・・０．２０ 加湿バルブ増減操作量・・・０．７０ ＊第５回目のステップ応答（２４．０度から２５．０度
へ） 図１３に示すように、第５回目のステップ応答では、オ
ーバーシュート量も立ち上り時間も許容範囲内なので、
これでパラメータの調整は終了となる。なお、湿度にお
いても同様に調整する。

【００４４】次に、実証実験について説明する。適応制
御アルゴリズムに基づいて設定値を変化させ、その追従
を見ながら自動調整を試みた。下記の条件は、ファジィ
恒温恒湿制御器性能評価の実証実験データを参考にして
決定したものである。

【００４５】 オーバーシュート量の許容範囲＝０．２度、１．０％ 立ち上り時間の許容範囲＝１２００sec. 評価時間＝６０min. 実験は、６．５^W ＊４・５^D ＊２．７^H （ｍ³ ）のスー
パークリーンルームで約二週間実施した。真冬に実験し
たため、加熱と加湿を中心とする制御となり、つまり温
水バルブと加湿バルブが重点的に操作された。

【００４６】実験の結果、適応制御を用いる前の段階で
は、温水バルブも加湿バルブも開閉が激しく、そのため
温度も湿度も設定値に到達しても振幅が収まらず（温度
では±０．５度以上、湿度では±３．０％以上）安定し
たとは言えない状態が見られたが、自動調節モードにて
適応制御を適用していくに従って、各バルブの動作も徐
々に安定していき、それに従って温湿度共に安定してい
くことが確認できた。

【００４７】以上のように、本発明は、ファジィ恒温恒
湿制御器の制御パラメータの自動調整法に関するもので
ある。制御パラメータは、制御偏差に関するメンバーシ
ップ関数を規定するスケーリングファクタ、制御偏差の
変化に関するメンバーシップ関数を規定するスケーリン
グファクタ、制御出力の変化量に関するメンバーシップ
関数を規定するスケーリングファクタを表す。

【００４８】設定量を変更し制御量を追従性を監視し、
立ち上り時間とオーバーシュート量を検出する。それら
と、所望の立ち上り時間およびオーバーシュート量と、
のずれを判断し、各スケーリングファクタを調整する。

【００４９】調整方法は、オーバーシュートを抑制した
ければ制御偏差に関するメンバーシップ関数を規定する
スケーリングファクタを大きくするか制御偏差の変化に
関するメンバーシップ関数を規定するスケーリングファ
クタを小さくする、また立ち上り時間を短縮したければ
制御偏差に関するメンバーシップ関数を規定するスケー
リングファクタを小さくするか制御偏差の変化に関する
メンバーシップ関数を規定するスケーリングファクタを
大きくする、さらに制御偏差に関するメンバーシップ関
数を規定するスケーリングファクタと制御偏差の変化に
関するメンバーシップ関数を規定するスケーリングファ
クタを共に大きく（小さく）したければ制御出力の変化
量に関するメンバーシップ関数を規定するスケーリング
ファクタも大きく（小さく）する、というものである。

【００５０】すなわち、本発明は、制御動作中に設定量
を変更し制御量の追従性を監視し検出された立ち上り時
間とオーバーシュート量を基に、制御偏差に関するメン
バーシップ関数を規定するスケーリングファクタ、制御
偏差の変化に関するメンバーシップ関数を規定するスケ
ーリングファクタ、制御出力の変化量に関するメンバー
シップ関数を規定するスケーリングファクタ、を修正す
るものであり、監視パラメータおよび調整パラメータが
新規であり、またそれらの組み合わせによる調整方法も
新規である。

【００５１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ファ
ジィシステムに適応制御機能を付加することにより、フ
ァジィ制御パラメータの自動調整を可能にでき、現場レ
ベルでの試行錯誤的な調整の手間を軽減し、かつ制御精
度及び経済性を向上できるファジィ適応制御装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態例を示す構成説明図であ
る。

【図２】本発明に使用する湿り空気線図の一例を示す概
略図である。

【図３】本発明に使用するオペレータの思考パターンお
よび行動パターンの一例を示す説明図である。

【図４】本発明に使用するファジィ推論の形態の一例を
示す説明図である。

【図５】本発明に使用するファジィ推論機構の一例を示
す説明図である。

【図６】本発明に使用する動特性評価の一例を示す特性
図である。

【図７】本発明に使用する制御量がオーバシュートして
いる例を示す特性図である。

【図８】本発明に使用する制御量がなかなか設定値に到
達しない例を示す特性図である。

【図９】本発明に使用する第１回目のステップ応答例を
示す特性図である。

【図１０】本発明に使用する第２回目のステップ応答例
を示す特性図である。

【図１１】本発明に使用する第３回目のステップ応答例
を示す特性図である。

【図１２】本発明に使用する第４回目のステップ応答例
を示す特性図である。

【図１３】本発明に使用する第５回目のステップ応答例
を示す特性図である。

【符号の説明】

１…空調機、２…冷却コイル、３…加熱コイル、４…蒸
気スプレ（蒸気噴霧式加湿器）、５…ファン（ＦＡ
Ｎ）、６…制御対象室、７…ファジィ恒温恒湿制御器、
Ｔ…温度センサの室内温度検出端、Ｈ…湿度センサの室
内湿度検出端、ＣＰＵ…計測制御コンピュータ、Ｄ／Ａ
…ディジタル値からアナログ量への変換器、Ａ／Ｄ…ア
ナログ量からディジタル値への変換器、Ｆｕｚｚｙ Ｉ
ｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｂｏａｒｄ…ファジィ推論ボード
（ＰＢ８５１０９）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ファジィ制御器によりファジィ制御して
   制御対象室の空調を行うファジィ適応制御装置におい
   て、 ファジィ制御動作中に適応制御アルゴリズムに基づいて
   設定値を変更し制御量の追従性を監視し検出された立ち
   上がり時間とオーバーシュート量を基に、制御偏差に関
   するメンバーシップ関数を規定するスケーリングファク
   タ、制御偏差の変化に関するメンバーシップ関数を規定
   するスケーリングファクタ、制御出力の変化量に関する
   メンバーシップ関数を規定するスケーリングファクタを
   調整することを特徴とするファジィ適応制御装置。