JPS6293702A - 最適始動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ビルディング等の空調機制御に用いられる最
適始動時刻を算出する最適始動制御装置に関するもので
ある。

従来の技術 従来、最適始動時刻の決定は、操作者の手によって試行
錯誤的に行なわれていることが多く、最適始動時刻の自
動設定の方法としては、中央制御装置にて最適始動時刻
の計算をし、ＤＤＣ（ＤｉｒｅｃｔＤｉｇｉｔａｌ　Ｃ
ｏｎｔｒｏｌｌ）装置に送信するものが多く、ＤＤＣ装
置内で行なえるような簡易な最適始動時刻の算出手段が
なかった。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、操作者の試行錯誤で行なう
ならば最適始動時刻が正確に定まらず、快適性が損なわ
れたり、省エネ性が損なわれたりする可能性が高く、中
央制御装置で算出する場合でも、ＤＤＣ装置に送信する
データ数が増加し、通信制御部分が複雑化するという問
題点があった。

本発明はこのような問題点を解決するもので、ＤＤＣ装
置内で最適始動時刻を自動的に算出するための最適始動
制御装置を提供するものである。

問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明の最適始動制御装置
は、サンプリング周期ごとに制御対象の制御量と目標値
との偏差を算出する偏差量算出手段と、操作部作動開始
時に操作量を最大にし、前記制御対象の制御量のステッ
プ応答特性を測定し、比例ゲイン、時定数、むだ時間を
算出する制御定数算出手段と、次回の操作部作動開始時
刻を、前記偏差量算出手段より算出した偏差と前記制御
定数算出手段より算出した比例ゲイン、時定数、むだ時
間と前記制御量が前記目標値に達することが要求される
時刻とから算出する最適始動時刻算出手段とからなるも
のである。

作　　用 この構成により、制御定数算出手段により、制御対象の
比例ゲイン、時定数、むだ時間を求め、それらの値を用
いて、最適始動時刻算出手段により、制御量がある決め
られた時刻までに目標値に達するだめの操作部作動の時
刻を算出することとなる。

実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第７図にもとづき説
明する。

第１図は最適始動制御装置を含んだ制御装置のプロ、ツ
ク図である。第１図において、偏差量算出手段１ば、目
標値である目標温度Ｔｓと制御量である室温ＴＲとの時
刻ｔにおける偏差ｅ　（ｔ）を算出する。次に、モード
切換え手段２は、操作部である空調機３が停止状態であ
るどきは、最適始動時刻算出手段４側のモードになり、
空調機３の運転開始とともに、時定数およびむだ時間算
出手段５側のモードに切り換わり、制御定数算出手段５
による比例ゲインと時定数とむだ時間の算出が終わると
ともに操作量算出手段６側に切り換わる。この操作量算
出手段６は偏差ｅ（りをもとにして、空調機３の操作量
である冷温水弁開度Ｖを算出し、空調機３へ出力し、制
御対象である部屋７の室温を調節する。第１図において
、８が最適始動制御装置である。

上記構成における動作を第２図により説明する。

第２図において、まず、ステップ１０の初期値格納で、
偏差ｅ１冷温水弁開度（操作量）Ｖの初期値を定める。

これは、この制御装置が動作を開始したときのみ必要で
ある。偏差量算出手段１では、サンプリング周期ごとに
室温ＴＲと目標温度Ｔｓとの偏差を算出するが、ステッ
プ１１ではサンプリング周期が経過したかどうかを判定
する。

サンプリング周期が経過していない場合は、経過するま
でこのステップにとどまる。経過した場合は、ステ・ツ
ブ１２へ進み偏差を求める。

時刻ｔにおける偏差ｅ（ｔ）は、 ｅ（ｔ）　＝　Ｔ３−　ＴＲ（ｔ）　　　　　　　　−
−−−−−（１）となる。Ｔ　Ｒ（ｔ）は時刻ｔにおけ
る室温である。

ステ・フプ１３ではモード判定を行なう。操作部である
空調機３が停止状態であるときは、最適始動時刻算出手
段４のモート責モード１）、空調機３が運転開始される
と制御定数算出手段６のモード（モード２）になり、制
御定数算出手段６により時定数とむだ時間の算出が終わ
ると操作量算出手段６のモード（モード３）に切り換わ
る。モード１については第７図、モード２については第
３図〜第６図で説明する。モード３と判定されると、次
のステ・フプ１４で冷温水弁開度（操作量）■を算出す
る。■の算出式は、ＰＩ制御の場合、τ：サンプリング
周期 に：比例ゲイン　Ｔ工：積分時間（Ｔ、ゝ、Ｔ１！ｄあ
ら”゛）しめ設定された値 （ｅ（ｔ−ｔ）は前回サンプリング時点における偏差）
ｖ（ｔ）の算出が終わると、ステ・ツブ１５では、今回
のサンプリング時点でのｅ（ｔ）　、　ｖ（ｔ）の値を
ｅ（ｔ−τ）。

ｖ（ｔ−τ）として格納しておく。これが終わるとステ
ップ１１にもどり上記の動作をくり返す。

次に、制御定数算出手段５について説明する。

第３図は、室温のステ、ツブ応答（暖房時）を示す図で
あり、Ｓ字形の曲線となっている（縦軸ｙは、ｙ、、Ｔ
Ｒ（ｔ）−Ｔ　　、　　ＴＲｏ　は時刻ＯにおけるＯ 室温）。このステシブ応答特性を（むだ時間系）＋（−
次遅れ系）で近似するために第４図に示すようにステッ
プ応答の変曲点を原点とするｔ−ｙ軸を設ける。

今、サンプリング時刻１＝１，１．・・・ｔｎのときの
応答をｙｌ、ｙ２．・・・ｙｎとする（ただ腰ｙ、ｙ２
゜−ｙｎはそれぞれＴＲ１”Ｒｏ　ｌ　ＴＲ２−ＴＲＯ
，”、ＴＲｎ”Ｒｏを示す。ＴＲ１，ＴＲ２・　ＴＲｎ
　　はサンプリング時刻１１，１．・・・、ｔｎ　　に
おける室温、ＴＲｏは時刻０における室温）。第５図は
このときの観測データ（ｔｉ、ｙｉ）ｉ＝１，２．・・
・ｎから変曲点を求め、比例ゲイン、時定数、むだ時間
を算出する手順のフローチャートである。

第５図において、ステップ２１では、初期条件の設定の
設定を行う。ｉは何番目の観測データかを示す数値であ
り、１１．１２は以下に記述する一次式近似の際の傾き
である。ステ・ツブ２２では、（ｔ□−２，ｙｉ−２）
　＋　（ｔｔ−１，ｙｉ−１）　ｒ　（七〇、ｙ、）の
３個のデータを用いて最小二乗法によって一次式（ｙ＝
ａｔ＋ｂの型）に近似する。ステ・１プ２３では、ステ
ップ２２で求めた傾きをも　とする。ステップ２４では
、ｌｉとぎ、−１を比較し、ｌｌ　が大きい場合はｉの
値に１加えてステ・ツブ２２へもどる。

ｌｉ≦Ｘ１−１の場合はステ・ツブ２５へ進む。ステッ
プ２５では、変曲点を（ｔｉ−２，５’１−２）とする
。

第４図に示すとおり、ステップ応答７ｒ　ｆ　　ｙ軸上
で見ると、−次遅れ系のステ・ノブ応答と考えることが
できる。

次にステ、ツブ２６で、比例ゲイン、時定数、むだ時間
を算出するが、その手順について説明する。

−次遅れ系の伝達関数は、 Ｔニー次遅れ時定数　Ｋｐ：比例ゲインと表わされる。

（３）式の単位ステップ応答は、初期値１ｏとすると β ｙ（ｔ）＝　−（１−θ　　）　　　　　　・・・・・
（４）α となる。

観測データ（ｔ□、ｙ、）　ｉ＝１．２．・・・、ｎを
１−７軸上で表現したものを（へ、！＋’ｉ　）　ｉ　
＝１．２．・・・、ｋ　（ｔ。

）ｏ　、　ｋ、　（：　ｎ　）とする。

（４）式をｔで微分して ｙ（ｔ）＝βｅ−（ｔｔ　　　　　　　　　　・・・・
・・（５）さらに両辺の自然対数をとる。

１ｎｙ（ｔ）　−ｌｎβ−ａ　ｔ　　　　　　　　　　
−−（６）ここで、ｌｎｙ’（ｔ）−Ｙ（ｔ）　、　ｌ
ｎβ−Ｚとおけば（６）式％式％（７） となり一次式になる。

観測データ（ｔ、ｙ、）　１＝＝１．２．−、ｋ（ｔ、
”）ｏ　。

ｋ（ｎ）から未知数α、βを最適に推定するためには、
観測データ（へ、乙）　ｉ＝１．２．・・・、ｋ（ら〉
ｏ　＋　ｋ（ｎ　＋乙＝ｌｎｙ′）から未知数ａ、Ｚを
最適に推定すればよい。

時点ｔ　＝＝　ｔ、　、　ｔ＝１　、礼・・・、ｋ　で
の微分値ｙ。

を次のように近似する。

α、β、Ｚの推定値をそれぞれαｅ、βθ、Ｚｅとする
と、最小二乗法により、αｅ、βｅ、Ｚｅは次のように
推定される。

Ｂｅ　＝　ｅ　Ｘ　ｐ　（Ｚｓ　）　　　　　　　　　
−＝−（１１）〒−７軸上で −Ｂｅ ｙ−−（１−ｅ−″。〒）　　　　　・・・・・・０２
）Ｂｅ と推定されたステ、ツブ応答をｔ−ｙ軸上の原点がｔ−
ｙ軸上で（ｔｌ、ｙｌ）　　と表わされるとして、（１
２）式をｔ−ｙ軸−Ｆで表現すると、 ｙ　＝　Ａ　−Ｂｅ−ｅ　ｔ　　　　　　　　　、、、
　、、、　（１３）Ｂｅ ただし、Ａ　＝　　　＋　ｙ１゛゛゛（１４）Ｂｅ ＝９ｅ［、＋８ａｅｔ１．、、、、、（，６）Ｂｅ となる。

０３）式の示すグラフは第６図のようになり、むだ時間
Ｌｅ　は、ｙ＝＝Ｑとなる時刻として求まり、ｎＡ ｌ＝−□　　　　　　　　・・・・・・０６）Ｂｅ また、時定数（−次遅れ時定数）Ｔ、比例ゲインＫｐは
次式のようにして求まる、 Ｔ＝　−・・・・・０７） βｅ Ｋｐ　＝　−＋　ｙｌ　　　　　　　　　　・・・・・
・（１８）ｅ 以上のようにして、比例ゲインＫｐ　、時定数丁。

むだ時間りを算出する。

次の最適始動時刻算出手段４を第７図により説明する。

まず、ステップ３１の目標値到達に要する時間算出では
、偏差量算出手段２より得た偏差ｅと制御定数算出手段
より得た比例ゲインＫｐ　、時定数Ｔ、むだ時間りより
、その時点の室温ＴＲから目標温度ＴＢまで室温ＴＲを
変化させるのに空調機３の冷温水弁開度を１００％にし
てどれだけの時間がかかるかを算出する。

むだ時間を考慮しない場合には、時刻ｔにおける偏差ｅ
（ｔ）だけ室温ＴＲを変化させるために必要な時間をΔ
ｔ　とすると、 Δｔ′ ｅ（ｔ）　＝　Ｋｐ　（１−ｅ　Ｔ　）　　　　　　−
（１９）となる。これをΔｔ　について解くと るＯ ？に）式で求めたΔｔにむだ時間りを加えたものが目標
値到達に要する時間Δｔ　である。

Δｔ＝Δｔ→、Ｌ　　　　　　　　・・・・・・？１）
つぎに、ステップ３２では、室温が目標温度に達するこ
とが要求される時刻（これをｔｏとする）のΔを前の時
刻ｔｙ　を算出する。

ｔｙ＝ｔｏ−Δｔ　　　　　　　　・・・・・・？２）
つぎにステップ３３では、現在時刻ｔＮと前記ｔｙ　　
を比較し、ｔＮ＜ｔｙならばステップ３１へもどる。ｔ
Ｎ≧ｔ２ならば、このときのｔＮが最適起動時刻となり
、つぎのステップ３４にて空調機３を作動させるべき指
令を発する。

以上のように本実施例によれば、制御対象アの比例ゲイ
ン、時定数、むだ時間をステ・１プ応答特性を測定する
ことにより簡単に算出することができ、それらの値を用
いることにより最適始動時刻を自動的に算出することが
できる。

なお、本実施例では、式（２）で冷温水弁開度ｖ（１）
を算出する際は、パラメータである比例ゲインＫ。

積分時間ＴＩはあらかじめ設定された値としたが、この
Ｋ　、ＴＩの値を制御定数算出手段６によって求めた比
例ゲインＫｐ　、時定数Ｔ、むだ時間りより求めてもよ
い。この求め方としては、代表的なものとしてＺｉｅｇ
ｌｅｒ’−Ｎｉｃｈｏｌｓ　　（７）方法により次式の
ようになる。

ＴＩ＝　２　Ｌ これを行なうことにより、パラメータの自動設定ができ
、最適制御が実現可能となる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、制御対象の比例ゲイン、
時定数、むだ時間を求めることにより、最適な始動時刻
を自動的に算出し、操作部を作動させることにより、制
御装置の運転スケジュールの設定作業が軽減され、操作
者の試行錯誤で最適始動時刻を決定するよりも正確にな
り、また、最適始動時刻の算出手段が簡便なものである
ため、ＤＤＣ装置に組み込むことができ、中央制御装置
で最適始動時刻を算出してＤＤＣ装置に送信する必要も
なく、通信制御部分の負担も軽減され、その効果は大な
るものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による最適始動制御装置を含
んだ制御装置のプロ・ツク図、第２図は同最適始動制御
装置の偏差量算出手段、モード切換手段、操作量算出手
段を示すフローチャート、第３図は、室温のステップ応
答を示す特性図、第４図は、ステップ応答の変曲点を原
点とするｔ−ｙ軸を設けた図、第５図は本発明の一実施
例による最適始動制御装置の制御定数算出手段により変
曲点を求め比例ゲイン、時定数、むだ時間を算出する手
順を示すフローチャート、第６図は同最適始動制御装置
の制御定数算出手段によるむだ時間の推定を示す図、第
７図は同最適始動制御装置における最適始動時刻算出手
段の動作手順を示すフローチャートである。 １・・・・・・偏差算出手段、３・・・・・・操作部、
４．・・・・・・最適始動時刻算出手段、５・・・・・
・制御定数算出手段、７・・・・・制御対象。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 イ″−−ｆ＋左！埠晋１１ｔス 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. サンプリング周期ごとに制御対象の制御量と目標値との
   偏差を算出する偏差量算出手段と、操作部作動開始時に
   操作量を最大にし、前記制御対象の前記制御量のステッ
   プ応答特性を測定し、比例ゲイン、時定数、むだ時間を
   算出する制御定数算出手段と、次回の操作部作動開始時
   刻を前記偏差量算出手段より算出した前記偏差と前記制
   御定数算出手段より算出した比例ゲイン、時定数および
   むだ時間と前記制御量が前記目標値に達することが要求
   される時刻とから算出する最適始動時刻算出手段とから
   なる最適始動制御装置。