JPH11211191A - 空調制御システム - Google Patents
空調制御システムInfo
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- JPH11211191A JPH11211191A JP10019582A JP1958298A JPH11211191A JP H11211191 A JPH11211191 A JP H11211191A JP 10019582 A JP10019582 A JP 10019582A JP 1958298 A JP1958298 A JP 1958298A JP H11211191 A JPH11211191 A JP H11211191A
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- air
- conditioning control
- characteristic
- operation amount
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- Feedback Control In General (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 バルブ開度−給気温度特性の非線形性を適切
に補正する。 【解決手段】 ＰＩＤコントローラ５は、オペレータが
設定した給気温度設定値ｒと温度センサによって測定さ
れた給気温度ＰＶとに基づいて制御出力である操作量Ｍ
Ｖ’を演算する。操作量補正演算装置６は、バルブ開度
−給気温度特性を近似した指数関数に基づく自然対数式
ＭＶ＝−４０×ｌｎ（１−０．０１×ＭＶ’）により、
操作量ＭＶ’から補正操作量ＭＶを算出する。これによ
り、バルブの流量特性の非線形性に起因するバルブ開度
−給気温度特性の飽和特性を相殺する。
に補正する。 【解決手段】 ＰＩＤコントローラ５は、オペレータが
設定した給気温度設定値ｒと温度センサによって測定さ
れた給気温度ＰＶとに基づいて制御出力である操作量Ｍ
Ｖ’を演算する。操作量補正演算装置６は、バルブ開度
−給気温度特性を近似した指数関数に基づく自然対数式
ＭＶ＝−４０×ｌｎ（１−０．０１×ＭＶ’）により、
操作量ＭＶ’から補正操作量ＭＶを算出する。これによ
り、バルブの流量特性の非線形性に起因するバルブ開度
−給気温度特性の飽和特性を相殺する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空調機の熱交換器
に流す温水又は冷水の流量を調節する調節弁の開度を制
御して空調制御エリアへの吹出給気温度を決定する空調
制御システム、あるいは調節弁の制御と共に、送風機の
送風能力を制御して空調制御エリアへの給気吹出量を決
定する空調制御システムに関するものである。
に流す温水又は冷水の流量を調節する調節弁の開度を制
御して空調制御エリアへの吹出給気温度を決定する空調
制御システム、あるいは調節弁の制御と共に、送風機の
送風能力を制御して空調制御エリアへの給気吹出量を決
定する空調制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】空調給気温度制御は、室内に供給する空
気（以下、給気と呼ぶ）の温度を調整する温度制御技術
である。空調給気温度制御を行う空調制御システムは、
熱交換器という空気を加熱又は冷却することのできる装
置と、この熱交換機に対して室内の空気と外気とを混合
した空気を適当な風量で送り込み、熱交換機で加熱又は
冷却された空気を空調の対象となる室内に送り込むため
の送風機を備えている。このように、空調制御システム
では、加熱又は冷却された給気を室内に送り込むが、こ
のとき給気の温度を調整することで、室内の温度調整を
実現している。
気（以下、給気と呼ぶ）の温度を調整する温度制御技術
である。空調給気温度制御を行う空調制御システムは、
熱交換器という空気を加熱又は冷却することのできる装
置と、この熱交換機に対して室内の空気と外気とを混合
した空気を適当な風量で送り込み、熱交換機で加熱又は
冷却された空気を空調の対象となる室内に送り込むため
の送風機を備えている。このように、空調制御システム
では、加熱又は冷却された給気を室内に送り込むが、こ
のとき給気の温度を調整することで、室内の温度調整を
実現している。
【０００３】最も代表的な熱交換器の構成としては、熱
源装置という水を温水あるいは冷水に加工する装置と、
熱交換器内の配管部分（コイル）と、熱源装置からの温
水又は冷水をコイルに流し込むポンプとを有するものが
ある。つまり、ポンプによって温水又は冷水を配管部分
に流し込むと同時に、上記送風機によって混合気を配管
部分に流し込む。これにより、配管部分に温水が流れて
いる場合は空気が加熱され、冷水が流れている場合は空
気が冷却されるという熱交換が行われ、加熱又は冷却さ
れた給気を室内に供給するようになっている。このと
き、室内に供給される給気の温度は所望の温度に調整す
る必要があるが、上記のように構成された熱交換器で
は、温水あるいは冷水が配管に流れる流量をバルブの開
度により調整して、所望の温度の給気を得る。このバル
ブの開度の調整方法としては、ＰＩＤ制御のような基本
的なフィードバック制御手法が用いられる。
源装置という水を温水あるいは冷水に加工する装置と、
熱交換器内の配管部分（コイル）と、熱源装置からの温
水又は冷水をコイルに流し込むポンプとを有するものが
ある。つまり、ポンプによって温水又は冷水を配管部分
に流し込むと同時に、上記送風機によって混合気を配管
部分に流し込む。これにより、配管部分に温水が流れて
いる場合は空気が加熱され、冷水が流れている場合は空
気が冷却されるという熱交換が行われ、加熱又は冷却さ
れた給気を室内に供給するようになっている。このと
き、室内に供給される給気の温度は所望の温度に調整す
る必要があるが、上記のように構成された熱交換器で
は、温水あるいは冷水が配管に流れる流量をバルブの開
度により調整して、所望の温度の給気を得る。このバル
ブの開度の調整方法としては、ＰＩＤ制御のような基本
的なフィードバック制御手法が用いられる。
【０００４】空調給気温度制御においてＰＩＤ制御を適
切に行うためには、その制御特性に関わる比例ゲイン，
積分時間，微分時間という３つのパラメータ（ＰＩＤパ
ラメータ）を適切な値に調整しなければならない。これ
らを適当に調整する場合、積分時間と微分時間は、温度
センサの時定数など比較的一定に維持される特性に依存
して決定できるので、適切な値に設定するのは比較的容
易である。一方、比例ゲインは、バルブ開度の変化量に
対して給気温度がどの程度変化するかという特性（プロ
セスゲイン特性）に依存して決定しなければならない。
この特性に影響を与える要因としては、温水あるいは冷
水の温度、熱交換器に送り込まれる空気の温度、送風機
によって熱交換器を通過する空気の量、すなわち風量、
バルブの開度に対応して流れる水の量の特性（流量特
性）などがある。
切に行うためには、その制御特性に関わる比例ゲイン，
積分時間，微分時間という３つのパラメータ（ＰＩＤパ
ラメータ）を適切な値に調整しなければならない。これ
らを適当に調整する場合、積分時間と微分時間は、温度
センサの時定数など比較的一定に維持される特性に依存
して決定できるので、適切な値に設定するのは比較的容
易である。一方、比例ゲインは、バルブ開度の変化量に
対して給気温度がどの程度変化するかという特性（プロ
セスゲイン特性）に依存して決定しなければならない。
この特性に影響を与える要因としては、温水あるいは冷
水の温度、熱交換器に送り込まれる空気の温度、送風機
によって熱交換器を通過する空気の量、すなわち風量、
バルブの開度に対応して流れる水の量の特性（流量特
性）などがある。
【０００５】上記要因のうち、温水あるいは冷水の温度
は、前述の熱源装置によって制御されているので、一般
には大きく変動することはない。また、熱交換器に送り
込まれる空気は、室内から空気を戻す場合が多く、この
戻りの空気（以下、還気と呼ぶ）の温度は本来、空調の
対象なので比較的一定の値に維持される。ゆえに、これ
らはプロセスゲイン特性を変動させる要因ではあるが、
実際の空調給気温度制御では大きな問題にはならない。
は、前述の熱源装置によって制御されているので、一般
には大きく変動することはない。また、熱交換器に送り
込まれる空気は、室内から空気を戻す場合が多く、この
戻りの空気（以下、還気と呼ぶ）の温度は本来、空調の
対象なので比較的一定の値に維持される。ゆえに、これ
らはプロセスゲイン特性を変動させる要因ではあるが、
実際の空調給気温度制御では大きな問題にはならない。
【０００６】一方、ＶＡＶ（Variable Air Volume ）方
式という給気温度と同時に給気流量を増減調整させる手
法では、風量は頻繁に変動している。また、バルブの流
量特性は、一般に飽和特性という比較的極端な非線形性
を示すことが多い。このバルブの流量特性により、バル
ブ開度と給気温度の関係は、図９（ａ）のような飽和特
性（非線形性）を示す。したがって、これらはプロセス
ゲイン特性を変動させる大きな要因となり、ＰＩＤの比
例ゲインを一定の値に固定することを困難にする。
式という給気温度と同時に給気流量を増減調整させる手
法では、風量は頻繁に変動している。また、バルブの流
量特性は、一般に飽和特性という比較的極端な非線形性
を示すことが多い。このバルブの流量特性により、バル
ブ開度と給気温度の関係は、図９（ａ）のような飽和特
性（非線形性）を示す。したがって、これらはプロセス
ゲイン特性を変動させる大きな要因となり、ＰＩＤの比
例ゲインを一定の値に固定することを困難にする。
【０００７】従来、バルブの流量特性の非線形性に起因
するバルブ開度−給気温度特性の非線形性に対しては、
操作量補正という手法が用いられてきた。この手法は、
バルブ開度を制御するＰＩＤコントローラの制御出力で
ある操作量をバルブに送る際に、上記非線形性を相殺す
るように操作量を補正して送る手法である。しかし、従
来は、操作量補正が複雑になりすぎないように２本程度
の直線の組み合わせによる補正式が利用されているため
（図９（ｂ））、バルブ開度−給気温度特性の非線形性
に合わせた適切な補正を行うことができず、特に２本の
直線の境界点付近で実際の特性との乖離が大きくなると
共に、一方の直線から他方の直線に移行するときに滑ら
かな補正を行うことができない。
するバルブ開度−給気温度特性の非線形性に対しては、
操作量補正という手法が用いられてきた。この手法は、
バルブ開度を制御するＰＩＤコントローラの制御出力で
ある操作量をバルブに送る際に、上記非線形性を相殺す
るように操作量を補正して送る手法である。しかし、従
来は、操作量補正が複雑になりすぎないように２本程度
の直線の組み合わせによる補正式が利用されているため
（図９（ｂ））、バルブ開度−給気温度特性の非線形性
に合わせた適切な補正を行うことができず、特に２本の
直線の境界点付近で実際の特性との乖離が大きくなると
共に、一方の直線から他方の直線に移行するときに滑ら
かな補正を行うことができない。
【０００８】一方、ＶＡＶ方式における風量の変動に対
しては、空調制御装置が風量を決定しているので、風量
は既知の量となり、風量に合わせて比例ゲインを変化さ
せるという対応方法が可能である。しかし、この場合、
風量を大きく変動させると比例ゲインも大きく急変動す
るため、比例ゲインの変更前と変更後で制御演算の整合
性が取れなくなり、異常な動作の原因となる。また、風
量変化の影響は上記飽和特性とも関連し、例えば第１の
風量でバルブ開度が第１の範囲にあるときのプロセスゲ
インに対し、第２の風量では上記第１の範囲でプロセス
ゲインが大きくなり、一方、第１の風量でバルブ開度が
第２の範囲にあるときのプロセスゲインに対し、第２の
風量では上記第２の範囲でプロセスゲインが小さくなる
といった現象が発生するため、単純な比例ゲイン補正で
は対応できない。
しては、空調制御装置が風量を決定しているので、風量
は既知の量となり、風量に合わせて比例ゲインを変化さ
せるという対応方法が可能である。しかし、この場合、
風量を大きく変動させると比例ゲインも大きく急変動す
るため、比例ゲインの変更前と変更後で制御演算の整合
性が取れなくなり、異常な動作の原因となる。また、風
量変化の影響は上記飽和特性とも関連し、例えば第１の
風量でバルブ開度が第１の範囲にあるときのプロセスゲ
インに対し、第２の風量では上記第１の範囲でプロセス
ゲインが大きくなり、一方、第１の風量でバルブ開度が
第２の範囲にあるときのプロセスゲインに対し、第２の
風量では上記第２の範囲でプロセスゲインが小さくなる
といった現象が発生するため、単純な比例ゲイン補正で
は対応できない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の空
調制御システムでは、バルブの流量特性の非線形性に起
因するバルブ開度−給気温度特性の非線形性を適切に補
正することができないという問題点があった。また、風
量に合わせて空調制御装置の比例ゲインを変更すると、
制御動作に悪影響を与えるという問題点があり、さらに
単純な比例ゲイン補正では風量変化に対応できないとい
う問題点があった。本発明は、上記課題を解決するため
になされたもので、バルブ開度−給気温度特性の非線形
性を適切に補正することができる空調制御システムを提
供することを目的とする。また、制御動作に悪影響を与
えることなく、風量変化に応じてバルブ開度−給気温度
特性の非線形性を適切に補正することができる空調制御
システムを提供することを目的とする。
調制御システムでは、バルブの流量特性の非線形性に起
因するバルブ開度−給気温度特性の非線形性を適切に補
正することができないという問題点があった。また、風
量に合わせて空調制御装置の比例ゲインを変更すると、
制御動作に悪影響を与えるという問題点があり、さらに
単純な比例ゲイン補正では風量変化に対応できないとい
う問題点があった。本発明は、上記課題を解決するため
になされたもので、バルブ開度−給気温度特性の非線形
性を適切に補正することができる空調制御システムを提
供することを目的とする。また、制御動作に悪影響を与
えることなく、風量変化に応じてバルブ開度−給気温度
特性の非線形性を適切に補正することができる空調制御
システム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】本発明は、請求項１に記
載のように、空調制御エリアの空調負荷を除去するよう
に空調機の熱交換器に流す温水又は冷水の流量を調節す
る調節弁の開度を制御して空調制御エリアへの吹出給気
温度を決定する空調制御装置を備えた空調制御システム
において、上記調節弁を制御する空調制御装置の制御出
力を調節弁開度−給気温度特性を近似した曲線近似関数
に基づいて補正する手段を設けたものである。このよう
に、空調制御装置の制御出力を調節弁開度−給気温度特
性を近似した曲線近似関数に基づいて補正することによ
り、調節弁の流量特性の非線形性に起因する調節弁開度
−給気温度特性の非線形性を相殺することができる。
載のように、空調制御エリアの空調負荷を除去するよう
に空調機の熱交換器に流す温水又は冷水の流量を調節す
る調節弁の開度を制御して空調制御エリアへの吹出給気
温度を決定する空調制御装置を備えた空調制御システム
において、上記調節弁を制御する空調制御装置の制御出
力を調節弁開度−給気温度特性を近似した曲線近似関数
に基づいて補正する手段を設けたものである。このよう
に、空調制御装置の制御出力を調節弁開度−給気温度特
性を近似した曲線近似関数に基づいて補正することによ
り、調節弁の流量特性の非線形性に起因する調節弁開度
−給気温度特性の非線形性を相殺することができる。
【００１１】また、請求項２に記載のように、上記空調
制御装置は、上記調節弁の制御と共に、送風機の送風能
力を制御して空調制御エリアへの給気吹出量を決定する
ものであり、上記曲線近似関数は、上記送風機の送風能
力をパラメータとして持つ関数である。このように、上
記パラメータによって曲線近似関数を決定することによ
り、風量変化に応じた制御出力補正を行うことができ
る。また、請求項３に記載のように、上記曲線近似関数
は、特定の定義域においてある特定の値に漸近的に収束
する曲線を表すものである。
制御装置は、上記調節弁の制御と共に、送風機の送風能
力を制御して空調制御エリアへの給気吹出量を決定する
ものであり、上記曲線近似関数は、上記送風機の送風能
力をパラメータとして持つ関数である。このように、上
記パラメータによって曲線近似関数を決定することによ
り、風量変化に応じた制御出力補正を行うことができ
る。また、請求項３に記載のように、上記曲線近似関数
は、特定の定義域においてある特定の値に漸近的に収束
する曲線を表すものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】［実施の形態の１］次に、本発明
の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態を示す空調制御システムのブ
ロック図である。１ａは温水を供給する温水熱源、１ｂ
は冷水を供給する冷水熱源、２ａは温水熱源１ａから供
給される温水の流量を調節する温水バルブ、２ｂは冷水
熱源１ｂから供給される冷水の流量を調節する冷水バル
ブ、３ａは温水バルブ１ａを通して送られてきた温水に
より空気を加熱する加熱コイル、３ｂは冷水バルブ１ｂ
を通して送られてきた冷水により空気を冷却する冷却コ
イル、４は送風機、５は空調制御装置となるＰＩＤコン
トローラ、６はコントローラ５から出力された操作量Ｍ
Ｖ’を補正する操作量補正演算装置、Ａｉｒ１は室内か
ら空調制御システムに戻す空気（還気）と外気の混合
気、Ａｉｒ２は室内に供給される空気（給気）である。
の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態を示す空調制御システムのブ
ロック図である。１ａは温水を供給する温水熱源、１ｂ
は冷水を供給する冷水熱源、２ａは温水熱源１ａから供
給される温水の流量を調節する温水バルブ、２ｂは冷水
熱源１ｂから供給される冷水の流量を調節する冷水バル
ブ、３ａは温水バルブ１ａを通して送られてきた温水に
より空気を加熱する加熱コイル、３ｂは冷水バルブ１ｂ
を通して送られてきた冷水により空気を冷却する冷却コ
イル、４は送風機、５は空調制御装置となるＰＩＤコン
トローラ、６はコントローラ５から出力された操作量Ｍ
Ｖ’を補正する操作量補正演算装置、Ａｉｒ１は室内か
ら空調制御システムに戻す空気（還気）と外気の混合
気、Ａｉｒ２は室内に供給される空気（給気）である。
【００１３】この空調制御システムは、混合気Ａｉｒ１
を加熱コイル３ａによって加熱するか、又は冷却コイル
３ｂによって冷却し、給気Ａｉｒ２を送風機４によって
空調制御エリアとなる室内に送り込むものである。ＰＩ
Ｄコントローラ５は、オペレータが設定した給気温度設
定値ｒと図示しない温度センサによって測定された給気
温度ＰＶとに基づいて制御出力である操作量ＭＶ’を演
算し、バルブ２ａ，２ｂに出力する。この操作量が各バ
ルブの図示しない変換器に入力され、この変換器がバル
ブを駆動する。このようにして、バルブ２ａ，２ｂの開
度、つまり温水、冷水の流量が制御されることにより、
給気温度制御が行われる。
を加熱コイル３ａによって加熱するか、又は冷却コイル
３ｂによって冷却し、給気Ａｉｒ２を送風機４によって
空調制御エリアとなる室内に送り込むものである。ＰＩ
Ｄコントローラ５は、オペレータが設定した給気温度設
定値ｒと図示しない温度センサによって測定された給気
温度ＰＶとに基づいて制御出力である操作量ＭＶ’を演
算し、バルブ２ａ，２ｂに出力する。この操作量が各バ
ルブの図示しない変換器に入力され、この変換器がバル
ブを駆動する。このようにして、バルブ２ａ，２ｂの開
度、つまり温水、冷水の流量が制御されることにより、
給気温度制御が行われる。
【００１４】このような空調制御システムにおいて、本
実施の形態では、ＰＩＤコントローラ５とバルブ２ａ，
２ｂとの間に操作量補正演算装置６を設け、操作量の補
正を行っている。図２は操作量補正演算装置６のブロッ
ク図、図３は操作量補正演算装置６の動作を説明するた
めのフローチャート図である。
実施の形態では、ＰＩＤコントローラ５とバルブ２ａ，
２ｂとの間に操作量補正演算装置６を設け、操作量の補
正を行っている。図２は操作量補正演算装置６のブロッ
ク図、図３は操作量補正演算装置６の動作を説明するた
めのフローチャート図である。
【００１５】操作量信号入力部１１は、ＰＩＤコントロ
ーラ５から出力された操作量ＭＶ’を取り込む（図３ス
テップ１０１）。続いて、操作量補正演算部１２は、バ
ルブ開度−給気温度特性を近似した曲線近似関数（本実
施の形態では、指数関数）に基づく次式のような自然対
数式により、操作量ＭＶ’から補正操作量ＭＶを算出す
る（ステップ１０２）。 ＭＶ＝−４０×ｌｎ（１−０．０１×ＭＶ’） ・・・（１）
ーラ５から出力された操作量ＭＶ’を取り込む（図３ス
テップ１０１）。続いて、操作量補正演算部１２は、バ
ルブ開度−給気温度特性を近似した曲線近似関数（本実
施の形態では、指数関数）に基づく次式のような自然対
数式により、操作量ＭＶ’から補正操作量ＭＶを算出す
る（ステップ１０２）。 ＭＶ＝−４０×ｌｎ（１−０．０１×ＭＶ’） ・・・（１）
【００１６】式（１）において、操作量ＭＶ’、補正操
作量ＭＶは、何れも０〜１００（％）の値をとる。そし
て、操作量信号出力部１３は、操作量補正演算部１２か
ら出力された補正操作量ＭＶをバルブ２ａ，２ｂに出力
する（ステップ１０３）。操作量補正演算装置６は、以
上のような動作をＰＩＤコントローラ５から操作量Ｍ
Ｖ’が出力される１制御周期ごとに行う。
作量ＭＶは、何れも０〜１００（％）の値をとる。そし
て、操作量信号出力部１３は、操作量補正演算部１２か
ら出力された補正操作量ＭＶをバルブ２ａ，２ｂに出力
する（ステップ１０３）。操作量補正演算装置６は、以
上のような動作をＰＩＤコントローラ５から操作量Ｍ
Ｖ’が出力される１制御周期ごとに行う。
【００１７】次に、式（１）の導出について説明する。
バルブの流量特性の非線形性に起因する図９（ａ）のよ
うなバルブ開度−給気温度特性の飽和特性（非線形性）
は、物理的には極限値への収束現象であるから、この飽
和特性を次式のような指数関数で近似することは妥当な
近似であり、実験的にも指数関数的な飽和特性が得られ
ている。 ＰＶ＝Ｔｆ＋（Ｔｒ−Ｔｆ）×ｅｘｐ（−０．０２５×ＭＶ） ・・（２）
バルブの流量特性の非線形性に起因する図９（ａ）のよ
うなバルブ開度−給気温度特性の飽和特性（非線形性）
は、物理的には極限値への収束現象であるから、この飽
和特性を次式のような指数関数で近似することは妥当な
近似であり、実験的にも指数関数的な飽和特性が得られ
ている。 ＰＶ＝Ｔｆ＋（Ｔｒ−Ｔｆ）×ｅｘｐ（−０．０２５×ＭＶ） ・・（２）
【００１８】これに対し、ＰＩＤコントローラ５から出
力される補正操作量ＭＶ’と給気温度ＰＶの理想的な関
係は線形特性であり、この特性は次式のように記述でき
る。 ＰＶ＝｛（Ｔｆ−Ｔｒ）／１００｝×ＭＶ’＋Ｔｒ ・・・（３） なお、式（２）、（３）は暖房又は冷房の何れの場合に
ついても成立する。
力される補正操作量ＭＶ’と給気温度ＰＶの理想的な関
係は線形特性であり、この特性は次式のように記述でき
る。 ＰＶ＝｛（Ｔｆ−Ｔｒ）／１００｝×ＭＶ’＋Ｔｒ ・・・（３） なお、式（２）、（３）は暖房又は冷房の何れの場合に
ついても成立する。
【００１９】式（２）、（３）において、Ｔｒは混合気
Ａｉｒ１の温度、Ｔｆは暖房限界温度又は冷房限界温度
である。混合気Ａｉｒ１の温度Ｔｒは、バルブ開度０％
のときの給気温度である。つまり、バルブ開度０％のと
きは全く熱交換が行われないので、このときの給気温度
ＰＶと混合気温度Ｔｒは同じ温度となる。暖房限界温
度，冷房限界温度Ｔｆは、バルブ開度最大のときの給気
温度ＰＶであり、飽和特性を指数関数近似した場合はそ
の漸近線の温度に相当する。
Ａｉｒ１の温度、Ｔｆは暖房限界温度又は冷房限界温度
である。混合気Ａｉｒ１の温度Ｔｒは、バルブ開度０％
のときの給気温度である。つまり、バルブ開度０％のと
きは全く熱交換が行われないので、このときの給気温度
ＰＶと混合気温度Ｔｒは同じ温度となる。暖房限界温
度，冷房限界温度Ｔｆは、バルブ開度最大のときの給気
温度ＰＶであり、飽和特性を指数関数近似した場合はそ
の漸近線の温度に相当する。
【００２０】次に、式（２）、（３）より、給気温度Ｐ
Ｖを消去する。 Ｔｆ＋（Ｔｒ−Ｔｆ）×ｅｘｐ（−０．０２５×ＭＶ） ＝｛（Ｔｆ−Ｔｒ）／１００｝×ＭＶ’＋Ｔｒ ・・・（４） 式（４）を整理すると、次式が得られる。 （Ｔｒ−Ｔｆ）×ｅｘｐ（−０．０２５×ＭＶ） ＝−｛（Ｔｒ−Ｔｆ）／１００｝ＭＶ’＋Ｔｒ−Ｔｆ ・・・（５）
Ｖを消去する。 Ｔｆ＋（Ｔｒ−Ｔｆ）×ｅｘｐ（−０．０２５×ＭＶ） ＝｛（Ｔｆ−Ｔｒ）／１００｝×ＭＶ’＋Ｔｒ ・・・（４） 式（４）を整理すると、次式が得られる。 （Ｔｒ−Ｔｆ）×ｅｘｐ（−０．０２５×ＭＶ） ＝−｛（Ｔｒ−Ｔｆ）／１００｝ＭＶ’＋Ｔｒ−Ｔｆ ・・・（５）
【００２１】さらに、式（５）を整理すると、次式が得
られる。 ｅｘｐ（−０．０２５×ＭＶ）＝−０．０１×ＭＶ’＋１ ・・・（６） したがって、式（６）より、線形なコントローラ５の出
力を非線形対応させる操作量補正式は以下のように求ま
る。 ＭＶ＝−｛１／０．０２５｝×ｌｎ（１−０．０１×ＭＶ’） ・・（７）
られる。 ｅｘｐ（−０．０２５×ＭＶ）＝−０．０１×ＭＶ’＋１ ・・・（６） したがって、式（６）より、線形なコントローラ５の出
力を非線形対応させる操作量補正式は以下のように求ま
る。 ＭＶ＝−｛１／０．０２５｝×ｌｎ（１−０．０１×ＭＶ’） ・・（７）
【００２２】こうして、式（７）より式（１）が得られ
る。ＰＩＤコントローラ５から出力される操作量ＭＶ’
を式（１）を用いて補正することは、指数関数の逆関数
である自然対数で操作量補正を行うことを意味し（図４
（ａ））、図９（ａ）に示す指数関数的な飽和特性を理
論的には完全に線形化できる（図４（ｂ））。以上のよ
うにして、バルブの流量特性の非線形性に起因するバル
ブ開度−給気温度特性の飽和特性を相殺し、操作量Ｍ
Ｖ’と給気温度ＰＶの関係を線形化できるので、ＰＩＤ
コントローラ５の比例ゲインを一定の値に設定できる。
る。ＰＩＤコントローラ５から出力される操作量ＭＶ’
を式（１）を用いて補正することは、指数関数の逆関数
である自然対数で操作量補正を行うことを意味し（図４
（ａ））、図９（ａ）に示す指数関数的な飽和特性を理
論的には完全に線形化できる（図４（ｂ））。以上のよ
うにして、バルブの流量特性の非線形性に起因するバル
ブ開度−給気温度特性の飽和特性を相殺し、操作量Ｍ
Ｖ’と給気温度ＰＶの関係を線形化できるので、ＰＩＤ
コントローラ５の比例ゲインを一定の値に設定できる。
【００２３】［実施の形態の２］上記実施の形態の１で
は、操作量の補正演算に自然対数式を用いているが、自
然対数という特殊な関数処理が困難なハードウェアで
は、実施の形態の１を適用することができない。そこ
で、操作量補正演算部１２における操作量補正演算とし
て、式（１）の代わりに、次式を用いる。
は、操作量の補正演算に自然対数式を用いているが、自
然対数という特殊な関数処理が困難なハードウェアで
は、実施の形態の１を適用することができない。そこ
で、操作量補正演算部１２における操作量補正演算とし
て、式（１）の代わりに、次式を用いる。
【００２４】 ＭＶ＝３９４×Ａ4−１００４×Ａ3＋９７６×Ａ2−４９６×Ａ＋１３３ ・・・（８） 式（８）は、Ａ＝１−０．０１×ＭＶ’として、０＜Ｍ
Ｖ’＜１００の範囲について式（１）を４次関数で近似
したものである。これにより、四則演算だけで演算式を
構成できるので、自然対数という特殊な関数処理が困難
なハードウエア資源においても、操作量補正を実現でき
る。
Ｖ’＜１００の範囲について式（１）を４次関数で近似
したものである。これにより、四則演算だけで演算式を
構成できるので、自然対数という特殊な関数処理が困難
なハードウエア資源においても、操作量補正を実現でき
る。
【００２５】［実施の形態の３］図５は本発明の他の実
施の形態を示す空調制御システムのブロック図、図６は
図５の操作量補正演算装置６ａのブロック図、図７は操
作量補正演算装置６ａの動作を説明するためのフローチ
ャート図である。本実施の形態の空調制御システムは、
風量変更のあるＶＡＶ方式の空調給気温度制御に適用す
るためのものであり、図１の空調制御システムにおい
て、一定風量の送風機４の代わりに可変風量の送風機４
ａを用い、操作量補正演算装置６の代わりに操作量補正
演算装置６ａを用いたものである。
施の形態を示す空調制御システムのブロック図、図６は
図５の操作量補正演算装置６ａのブロック図、図７は操
作量補正演算装置６ａの動作を説明するためのフローチ
ャート図である。本実施の形態の空調制御システムは、
風量変更のあるＶＡＶ方式の空調給気温度制御に適用す
るためのものであり、図１の空調制御システムにおい
て、一定風量の送風機４の代わりに可変風量の送風機４
ａを用い、操作量補正演算装置６の代わりに操作量補正
演算装置６ａを用いたものである。
【００２６】操作量信号入力部２１は、ＰＩＤコントロ
ーラ５から出力された操作量ＭＶ’を取り込む（図６ス
テップ１０１）。送風機４ａは、ＰＩＤコントローラ５
と共に空調制御装置を構成するＶＡＶ方式の上位計算機
（不図示）で決定された風量Ｗにより、そのファン回転
数が制御される。風量信号入力部２２は、ＶＡＶ方式の
上位計算機で決定された風量Ｗを取り込む（ステップ２
０２）。なお、風量Ｗは、０〜１００（％）の値をと
る。
ーラ５から出力された操作量ＭＶ’を取り込む（図６ス
テップ１０１）。送風機４ａは、ＰＩＤコントローラ５
と共に空調制御装置を構成するＶＡＶ方式の上位計算機
（不図示）で決定された風量Ｗにより、そのファン回転
数が制御される。風量信号入力部２２は、ＶＡＶ方式の
上位計算機で決定された風量Ｗを取り込む（ステップ２
０２）。なお、風量Ｗは、０〜１００（％）の値をと
る。
【００２７】パラメータ補正演算部２３は、バルブ開度
−給気温度特性を近似した指数関数の逆関数である自然
対数式を決定するパラメータＰを風量Ｗから次式のよう
に演算する（ステップ２０３）。 Ｐ＝２．６−０．０２×Ｗ ・・・（９）
−給気温度特性を近似した指数関数の逆関数である自然
対数式を決定するパラメータＰを風量Ｗから次式のよう
に演算する（ステップ２０３）。 Ｐ＝２．６−０．０２×Ｗ ・・・（９）
【００２８】続いて、操作量補正演算部２４は、パラメ
ータＰによって決定される次式のような自然対数式によ
り、操作量ＭＶ’から補正操作量ＭＶを算出する（ステ
ップ２０４）。 ＭＶ＝−（４０／Ｐ）×ｌｎ（１−０．０１×ＭＶ’） ・・（１０）
ータＰによって決定される次式のような自然対数式によ
り、操作量ＭＶ’から補正操作量ＭＶを算出する（ステ
ップ２０４）。 ＭＶ＝−（４０／Ｐ）×ｌｎ（１−０．０１×ＭＶ’） ・・（１０）
【００２９】そして、操作量信号出力部２５は、操作量
補正演算部２４から出力された補正操作量ＭＶをバルブ
２ａ，２ｂに出力する（ステップ２０５）。操作量補正
演算装置６ａは、以上のような動作をＰＩＤコントロー
ラ５から操作量ＭＶ’が出力される１制御周期ごとに行
う。
補正演算部２４から出力された補正操作量ＭＶをバルブ
２ａ，２ｂに出力する（ステップ２０５）。操作量補正
演算装置６ａは、以上のような動作をＰＩＤコントロー
ラ５から操作量ＭＶ’が出力される１制御周期ごとに行
う。
【００３０】次に、式（９）、（１０）の導出について
説明する。ここで、上述したバルブの流量特性の非線形
性に起因する図９（ａ）のようなバルブ開度−給気温度
特性の非線形性が風量Ｗ＝８０％で起きるとする。風量
Ｗ＝１００％の場合、バルブ開度−給気温度特性は、図
８（ａ）に示すように変化する。このときのバルブ開度
−給気温度特性は、次式のような指数関数で近似するこ
とができる。
説明する。ここで、上述したバルブの流量特性の非線形
性に起因する図９（ａ）のようなバルブ開度−給気温度
特性の非線形性が風量Ｗ＝８０％で起きるとする。風量
Ｗ＝１００％の場合、バルブ開度−給気温度特性は、図
８（ａ）に示すように変化する。このときのバルブ開度
−給気温度特性は、次式のような指数関数で近似するこ
とができる。
【００３１】 ＰＶ＝Ｔｆ＋（Ｔｒ−Ｔｆ）×ｅｘｐ（−０．０１５×ＭＶ） ・・・（１１） また、風量Ｗ＝５０％の場合、バルブ開度−給気温度特
性は、図８（ａ）に示すように変化する。このときのバ
ルブ開度−給気温度特性は、次式のような指数関数で近
似することができる。 ＰＶ＝Ｔｆ＋（Ｔｒ−Ｔｆ）×ｅｘｐ（−０．０４×ＭＶ） ・・・（１２）
性は、図８（ａ）に示すように変化する。このときのバ
ルブ開度−給気温度特性は、次式のような指数関数で近
似することができる。 ＰＶ＝Ｔｆ＋（Ｔｒ−Ｔｆ）×ｅｘｐ（−０．０４×ＭＶ） ・・・（１２）
【００３２】したがって、パラメータＰを式（９）のよ
うに定めると、式（２）、（１１）、（１２）は、次式
で記述できる。 ＰＶ＝Ｔｆ＋（Ｔｒ−Ｔｆ）×ｅｘｐ（−０．０２５×Ｐ×ＭＶ） ・・・（１３）
うに定めると、式（２）、（１１）、（１２）は、次式
で記述できる。 ＰＶ＝Ｔｆ＋（Ｔｒ−Ｔｆ）×ｅｘｐ（−０．０２５×Ｐ×ＭＶ） ・・・（１３）
【００３３】式（１３）より、風量Ｗを考慮した操作量
補正式はパラメータＰを用いて以下のように求まる。 ＭＶ＝−｛１／（０．０２５×Ｐ）｝×ｌｎ（１−０．０１×ＭＶ’） ・・・（１４） こうして、式（９）、式（１０）が得られる。
補正式はパラメータＰを用いて以下のように求まる。 ＭＶ＝−｛１／（０．０２５×Ｐ）｝×ｌｎ（１−０．０１×ＭＶ’） ・・・（１４） こうして、式（９）、式（１０）が得られる。
【００３４】図８（ａ）の例の場合、実際の操作量ＭＶ
が５１．０８％以下では風量Ｗ＝１００％よりも風量Ｗ
＝８０％の方がプロセスゲインが大きくなり（つまり、
バルブ開度−給気温度特性線の傾きが大）、５１．０８
％以上では風量Ｗ＝８０％よりも風量Ｗ＝１００％の方
がプロセスゲインが大きくなる。このように、風量の影
響はバルブ開度−給気温度特性の飽和特性と関連するの
で、従来の空調制御システムのように、ＰＩＤコントロ
ーラの比例ゲインを単純に風量によって変更するだけで
は不十分になる。
が５１．０８％以下では風量Ｗ＝１００％よりも風量Ｗ
＝８０％の方がプロセスゲインが大きくなり（つまり、
バルブ開度−給気温度特性線の傾きが大）、５１．０８
％以上では風量Ｗ＝８０％よりも風量Ｗ＝１００％の方
がプロセスゲインが大きくなる。このように、風量の影
響はバルブ開度−給気温度特性の飽和特性と関連するの
で、従来の空調制御システムのように、ＰＩＤコントロ
ーラの比例ゲインを単純に風量によって変更するだけで
は不十分になる。
【００３５】これに対し本実施の形態では、バルブ開度
−給気温度特性を近似する指数関数を風量Ｗに応じて決
定する（言い換えると、指数関数の逆関数である自然対
数式を風量Ｗに応じて決定する）ので、風量変化に応じ
た操作量補正を行うことができる。また、ＰＩＤコント
ローラ５内の演算には無関係なので、制御動作に悪影響
を与えることなく補正を行うことができる。
−給気温度特性を近似する指数関数を風量Ｗに応じて決
定する（言い換えると、指数関数の逆関数である自然対
数式を風量Ｗに応じて決定する）ので、風量変化に応じ
た操作量補正を行うことができる。また、ＰＩＤコント
ローラ５内の演算には無関係なので、制御動作に悪影響
を与えることなく補正を行うことができる。
【００３６】［実施の形態の４］実施の形態の２の場合
と同様に、実施の形態の３における式（１０）を次式の
ように近似することができる。 ＭＶ＝（３９４×Ａ4−１００４×Ａ3＋９７６×Ａ2−４９６×Ａ ＋１３３ ）／Ｐ ・・・（１５）
と同様に、実施の形態の３における式（１０）を次式の
ように近似することができる。 ＭＶ＝（３９４×Ａ4−１００４×Ａ3＋９７６×Ａ2−４９６×Ａ ＋１３３ ）／Ｐ ・・・（１５）
【００３７】式（１５）は、Ａ＝１−０．０１×ＭＶ’
として、０＜ＭＶ’＜１００の範囲について式（１０）
を４次関数で近似したものである。これにより、四則演
算だけで演算式を構成できるので、自然対数という特殊
な関数処理が困難なハードウエア資源においても、風量
変化に応じた操作量補正を実現できる。
として、０＜ＭＶ’＜１００の範囲について式（１０）
を４次関数で近似したものである。これにより、四則演
算だけで演算式を構成できるので、自然対数という特殊
な関数処理が困難なハードウエア資源においても、風量
変化に応じた操作量補正を実現できる。
【００３８】なお、以上の実施の形態では、空調制御装
置の例として、ＰＩＤコントローラを例にとって説明し
たが、これに限るものではなく、他のコントローラを用
いてもよい。
置の例として、ＰＩＤコントローラを例にとって説明し
たが、これに限るものではなく、他のコントローラを用
いてもよい。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、請求項１に記載のよう
に、空調制御装置の制御出力を調節弁開度−給気温度特
性を近似した曲線近似関数に基づいて補正することによ
り、調節弁の流量特性の非線形性に起因する調節弁開度
−給気温度特性の非線形性を相殺することができ、この
非線形性を適切に補正することができる。その結果、線
形な空調制御装置を適切に動作させることが可能にな
り、かつ空調制御装置のパラメータ調整を単純化するこ
とができる。
に、空調制御装置の制御出力を調節弁開度−給気温度特
性を近似した曲線近似関数に基づいて補正することによ
り、調節弁の流量特性の非線形性に起因する調節弁開度
−給気温度特性の非線形性を相殺することができ、この
非線形性を適切に補正することができる。その結果、線
形な空調制御装置を適切に動作させることが可能にな
り、かつ空調制御装置のパラメータ調整を単純化するこ
とができる。
【００４０】また、請求項２に記載のように、送風機の
送風能力を示すパラメータによって曲線近似関数を決定
することにより、風量変化に応じた制御出力補正を行う
ことができるので、空調機の送風機の能力によって調節
弁開度−給気温度特性が変化しても、それに対応した最
適な補正を行うことができる。また、空調制御装置内の
演算には無関係に風量変化に対応できるので、制御動作
に悪影響を与えずに済む。
送風能力を示すパラメータによって曲線近似関数を決定
することにより、風量変化に応じた制御出力補正を行う
ことができるので、空調機の送風機の能力によって調節
弁開度−給気温度特性が変化しても、それに対応した最
適な補正を行うことができる。また、空調制御装置内の
演算には無関係に風量変化に対応できるので、制御動作
に悪影響を与えずに済む。
【００４１】また、請求項３に記載のように、曲線近似
関数をある特定値に漸近的に収束する曲線を表すものと
することにより、飽和特性を示す調節弁開度−給気温度
特性を容易に近似することができ、この飽和特性を正確
に補正することができる。
関数をある特定値に漸近的に収束する曲線を表すものと
することにより、飽和特性を示す調節弁開度−給気温度
特性を容易に近似することができ、この飽和特性を正確
に補正することができる。
【図１】 図１は本発明の実施の形態を示す空調制御シ
ステムのブロック図である。
ステムのブロック図である。
【図２】 図１の操作量補正演算装置のブロック図であ
る。
る。
【図３】 図１の操作量補正演算装置の動作を説明する
ためのフローチャート図である。
ためのフローチャート図である。
【図４】 自然対数式による操作量補正を説明するため
の図である。
の図である。
【図５】 本発明の他の実施の形態を示す空調制御シス
テムのブロック図である。
テムのブロック図である。
【図６】 図５の操作量補正演算装置のブロック図であ
る。
る。
【図７】 図５の操作量補正演算装置の動作を説明する
ためのフローチャート図である。
ためのフローチャート図である。
【図８】 風量変化に応じた操作量補正を説明するため
の図である。
の図である。
【図９】 従来の操作量補正を説明するための図であ
る。
る。
１ａ…温水熱源、１ｂ…冷水熱源、２ａ…温水バルブ、
２ｂ…冷水バルブ、３ａ…加熱コイル、３ｂ…冷却コイ
ル、４、４ａ…送風機、５…ＰＩＤコントローラ、６、
６ａ…操作量補正演算装置、１１、２１…操作量信号入
力部、１２、２４…操作量補正演算部、１３、２５…操
作量信号出力部、２２…風量信号入力部、２３…パラメ
ータ補正演算部。
２ｂ…冷水バルブ、３ａ…加熱コイル、３ｂ…冷却コイ
ル、４、４ａ…送風機、５…ＰＩＤコントローラ、６、
６ａ…操作量補正演算装置、１１、２１…操作量信号入
力部、１２、２４…操作量補正演算部、１３、２５…操
作量信号出力部、２２…風量信号入力部、２３…パラメ
ータ補正演算部。
Claims (3)
- 【請求項１】 空調制御エリアの空調負荷を除去するよ
うに空調機の熱交換器に流す温水又は冷水の流量を調節
する調節弁の開度を制御して空調制御エリアへの吹出給
気温度を決定する空調制御装置を備えた空調制御システ
ムにおいて、 前記調節弁を制御する空調制御装置の制御出力を調節弁
開度−給気温度特性を近似した曲線近似関数に基づいて
補正する手段を設けたことを特徴とする空調制御システ
ム。 - 【請求項２】 請求項１記載の空調制御システムにおい
て、 前記空調制御装置は、前記調節弁の制御と共に、送風機
の送風能力を制御して空調制御エリアへの給気吹出量を
決定するものであり、 前記曲線近似関数は、前記送風機の送風能力をパラメー
タとして持つ関数であることを特徴とする空調制御シス
テム。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の空調制御システム
において、 前記曲線近似関数は、特定の定義域においてある特定の
値に漸近的に収束する曲線を表すことを特徴とする空調
制御システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01958298A JP3254627B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 空調制御システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01958298A JP3254627B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 空調制御システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11211191A true JPH11211191A (ja) | 1999-08-06 |
| JP3254627B2 JP3254627B2 (ja) | 2002-02-12 |
Family
ID=12003265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01958298A Expired - Fee Related JP3254627B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 空調制御システム |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3254627B2 (ja) |
Cited By (11)
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|---|---|---|---|---|
| JP2009031866A (ja) * | 2007-07-24 | 2009-02-12 | Yamatake Corp | 流量制御バルブおよび流量制御方法 |
| JP2012013254A (ja) * | 2010-06-29 | 2012-01-19 | Ryobi Ltd | 空調システムの制御方法及び空調システム |
| WO2014017378A1 (ja) * | 2012-07-25 | 2014-01-30 | 株式会社Kelk | 半導体製造装置用温度調整装置、半導体製造におけるｐｉｄ定数演算方法、及び半導体製造装置用温度調整装置の運転方法 |
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| KR20160117356A (ko) | 2015-03-31 | 2016-10-10 | 아즈빌주식회사 | 회전 밸브 |
| KR20160117358A (ko) | 2015-03-31 | 2016-10-10 | 아즈빌주식회사 | 유량 제어 밸브 |
| US9709293B2 (en) | 2013-05-29 | 2017-07-18 | Azbil Corporation | Controlling device and controlling method |
| CN111213013A (zh) * | 2017-07-26 | 2020-05-29 | 贝利莫控股公司 | 用于控制hvac系统中的阀的方法和系统 |
| JP2021012443A (ja) * | 2019-07-04 | 2021-02-04 | アズビル株式会社 | 制御装置および制御方法 |
| CN114485171A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-05-13 | 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 | 一种温控炉及其温度控制方法 |
-
1998
- 1998-01-30 JP JP01958298A patent/JP3254627B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| KR20150031286A (ko) * | 2012-07-25 | 2015-03-23 | 가부시키가이샤 케르쿠 | 반도체 제조 장치용 온도 조정 장치, 반도체 제조에서의 pid 상수 연산 방법, 및 반도체 제조 장치용 온도 조정 장치의 운전 방법 |
| JP2014170529A (ja) * | 2013-02-08 | 2014-09-18 | Takasago Thermal Eng Co Ltd | 制御弁の制御ユニット、制御方法及び制御弁装置 |
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| KR20160117358A (ko) | 2015-03-31 | 2016-10-10 | 아즈빌주식회사 | 유량 제어 밸브 |
| US9665105B2 (en) | 2015-03-31 | 2017-05-30 | Azbil Corporation | Flow rate controlling valve |
| KR20160117356A (ko) | 2015-03-31 | 2016-10-10 | 아즈빌주식회사 | 회전 밸브 |
| US9996088B2 (en) | 2015-03-31 | 2018-06-12 | Azbil Corporation | Rotary valve |
| CN111213013A (zh) * | 2017-07-26 | 2020-05-29 | 贝利莫控股公司 | 用于控制hvac系统中的阀的方法和系统 |
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| CN114485171B (zh) * | 2021-12-31 | 2023-11-14 | 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 | 一种温控炉及其温度控制方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3254627B2 (ja) | 2002-02-12 |
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